Progetto opere sanitarie, Progetto di opere

+TKN +OD

n OD

v = Velocità di nitrificazione alla temperatura di progetto.

nit 15 kg TKN

v = Velocità massima di nitrificazione alla temperatura di 20ºC: 1,56

nit 20 Kg SS d

TKN = Azoto ammoniacale in uscita = 2 mg/l

OD = Concentrazione di ossigeno disciolto = 4 mg / l

θ = Coeff. Correttivo relativo alla temperatura = 1.12

K = Coeff. di semisaturazione relativa all’ossigeno disciolto = 1 mgO / l

OD 2

K = cost. di semisaturazione relativa all’ammoniaca = 1 mgN-NH / l

n 3

T = temperatura di progetto = 15 ºC

pH = 7,4 (per la nitrificazione varia tra 7 e 8)

2 4 kg TKN kg TKN

( )( )

(13−20° ) [ ]

v ∙ 1,12 1−0.833(7,2−7,4)

=1,56 =0,43 =0,018

nit 13 1+2 1+ 4 kg SS d kg SS ora

Si sceglie di non considerare come temperatura di progetto 20 ºC, temperatura a cui si ha la

massima velocità di nitrificazione, perché la stretta dipendenza della velocità dalla temperatura

potrebbe non consentire un processo di nitrificazione completo nelle stagioni più fredde dell’anno,

dando luogo così ad una nitrificazione non ben controllabile e variabile nel tempo. 28

La percentuale di batteri nitrificanti rispetto al totale della biomassa presente in vasca è

f

rappresentata dal coefficiente :

X 1

n

f = =

X Y (BOD −BOD )

tot ¿ out

1+ Y (TKN −TKN )

N out

¿

BOD mg/l

=250 concentrazione di BOD in ingresso

¿

BOD mg/l

=25 concentrazione di BOD in uscita

out

TKN mg/l

=50 concentrazione di azoto ammoniacale in ingresso

¿

TKN mg/l

=10 concentrazione di azoto ammoniacale in uscita

out

Y = 0,88 g SS/g BOD coeff. di resa cellulare della popolazione batterica

Y = 0,24 g SS/g TKN coeff. di resa cellulare nitrificante

N X 1

n

f = = =0,044=4,4

X 0.88(250−25)

tot 1+ 0.24(50−10)

È dunque verificato che la presenza di batteri nitrificanti è inferiore al 10%.

È possibile ora calcolare la quantità di biomassa necessaria al processo nella vasca di ossidazione-

nitrificazione :

Carico 40,97

N

X kgSS

= = =51729,8

n f ∙ v 0,044 ∙0,018

nit 13 3

Considerando una concentrazione media dei fanghi attivi in vasca pari a X=5KgSS/m si ottiene il

volume del reattore necessario per la nitrificazione. 29

X 51729,8

n 3

V m

= = =10346

nit X 5

Il tempo di detenzione idraulica in vasca e’ pari a:

V 10346

n

t ore=0,3 giorni

= = =7,26

r Q 1425

c

Impianto a fanghi attivi:

In questa parte del trattamento i liquami, ancora torbidi a causa delle sospensioni colloidali e

putrescibili, subiscono un processo biologico nel quale le sostanze organiche vengono prima

ossidate e poi rimosse. Durante l’ossidazione dei liquami le sostanze colloidali organiche sono rese

fioccose per essere facilmente rimosse durante la sedimentazione. Infatti in questa fase i solidi

sospesi non sedimentabili e quelli disciolti biodegradabili vengono convertiti in fanghi

sedimentabili e quindi separati mediante decantazione che segue sempre la fase di trattamento

biologico vero e proprio.

La depurazione biologica a fanghi attivi si basa quindi su due principi:

• Bioflocculazione: fenomeno fisico biologico che si manifesta spontaneamente areando un

liquame organico contenente batteri. Esso consiste in un’aggregazione di particelle

finemente sospese nel mezzo liquido, a formare fiocchi o pellicole di dimensioni e peso

specifici tali da diventare sedimentabili.

• Metabolismo batterico: è l’insieme di reazioni biochimiche operate dai batteri su substrati

solubili, sia per ottenere energia, sia per produrre biomassa batterica che colonizza i fiocchi.

Sostanzialmente, i fanghi primari provenienti dalla sedimentazione primaria e quelli secondari

prelevati dalla sedimentazione secondaria, vengono omogeneizzati al fine di rendere omogenea la

loro composizione prima di inviarli ai trattamenti successivi.

Questo mescolamento può essere effettuato in diversi modi come ad esempio mediante idonei

recipienti nei quali fanghi vengono mescolati mediante mezzi meccanici o per insufflazione di aria.

Per ridurre il tenore di acqua i fanghi omogeneizzati vengono sottoposti ad un pre-ispessimento

prima di subire una stabilizzazione anaerobica o aerobica mediante digestione al fine di abbattere la

carica microbica dei fanghi. I fanghi digeriti subiscono un post-ispessimento per ridurre

ulteriormente l'umidità e successivamente un condizionamento per aumentare la disidratabilità nel

caso di disidratazione meccanica.

Il liquido originato dal ciclo di trattamenti di riduzione del contenuto di acqua viene rimesso nella

linea acque per essere ulteriormente trattato. I fanghi disidratati sono pronti per lo smaltimento. 30

Un parametro idoneo a caratterizzare il grado di sviluppo dei microrganismi è il carico del fango,

inteso come il rapporto tra la quantità di sostanza organica biodegradabile messa a disposizione

della massa di microrganismi in un certo tempo t, e la massa stessa dei microrganismi. In altre

parole rappresenta il carico di BOD da demolire con i batteri presenti in vasca. Tale parametro è

5

dato dalla seguente relazione:

S [ ]

kg BOD

i

C ∙

=Q =

f g X ∙V kg SS d

Dove:

Q = 3

portata media giornaliera = 22.800 m /giorno

g

S = concentrazione di BOD in ingresso = 250 mg/l

i 3

X = concentrazione di SS in vasca di ossidazione =5 kg/m

Si procede al calcolo del volume della vasca di aerazione tramite il carico del fango. La massa

batterica è importante che digerisca almeno il 90% del substrato in arrivo.

Per avere un buon rendimento dell’impianto si impone che il carico del fango tra 0,2 e 0,3 per

impianti a medio carico. Nel nostro caso abbiamo scelto di adottare un valore intermedio 2,8.

Si ricava quindi il volume V della vasca di aerazione mediante la formula sopra riportata;

considerando cautelativamente che il 25% di BOD iniziale sia stato eliminato. Si ottiene quindi:

BOD ∙ AE mg 3

S ∙ 0,75= ∙0,75=250 ∙ 0,75=187,5 kg/m

=C =0,1875

i BOD Q l

g

Q ∙ S ∙0,1875=4125 kgBOD

=22.800 /giorno

g i

Q ∙ S 4125

g i 3 3

V m 3000 m

= = =2946,42

C ∙ X 0,28 ∙ 5

f 3

Per motivi di sicurezza si decide di arrotondare il volume della vasca a 3000 m . 3

Avendo 4 linee si avranno 4 vasche avente ciascuna un volume pari a V/4=750 m .

Si vanno ora a stimare i tempi di ritenzione in vasca nei casi di pioggia e di tempo secco: 31

• Tempo secco:

V 3000

T ore

= = =2,10

r Q 1425

C

• Tempo di pioggia:

V 3000

T ore

= = =1,58

r Q 1900

p

La forma della vasca in questa sezione non ha alcuna importanza, è possibile quindi per comodità

costruttiva assumere un’altezza pari a 5m, ottenendo perciò una superficie pari a:

V 750 2

m

¿= = =150

h 5

Infine si calcola X, cioè la concentrazione batterica che si avrà in uscita dalla vasca e che andrà ai

sedimentatori secondari:

Q ∙ S 4125

g i 3

X = = =4,91kg /m

C ∙V 0,28∙ 3000

f

Portata di ricircolo dai sedimentatori:

In un impianto a fanghi attivi si desidera una biomassa giovane, capace di consumare grandi

quantità di substrato. Sarebbero necessari volumi molto grandi per dare il tempo necessario a

riprodursi a tale biomassa, eliminandone al contempo molta. Per ovviare a tale problema si ricircola

continuamente fango proveniente dal fondo della tramoggia interna dei sedimentatori secondari,

dove la concentrazione batterica è piuttosto alta e si manda in testa alla vasca di denitrificazione.

Naturalmente una quota parte del fango separato deve essere allontanata.

Quindi si hanno due portate di alimentazione al trattamento di pre-denitrificazione:

- Una portata Q di miscela areata prelevata in uscita dalla vasca di areazione per poter

r1

apportare il carico di nitrati da rimuovere per riduzione.

- Una portata Q di fanghi sedimentati dal fondo del sedimentatore secondario così da

r2

apportare in vasca una buona concentrazione di biomassa batterica, costituita da batteri

già acclimatati che portano ad un facile e rapido innesco delle reazioni biologiche. 32

Si avrà quindi una portata di ricircolo q data dalla somma delle due.

Effettuando un bilancio del fango a regime nel sedimentatore secondario, eguagliando ciò che entra

e ciò che esce si ottiene:

Q ∙ X Q−w ∙ X q+ w)∙ X

=( )

( )

+q +(

c e r

Dove: 3

Q = portata in ingresso alla vasca di ossidazione = 1425 m /h

c 3

X = concentrazione biomassa in vasca = 4,91 kg/m

q = portata di ricircolo

w = portata del fango di supero

Xr = concentrazione del fango sedimentato

Il complesso ha come scopo l’eliminazione della sostanza organica, determinando quindi una

X

concentrazione di fango nell’acqua di sfioro effluente minima. In tal caso si può quindi

e

imporre:

X =0

e Q ∙ X X

( )

+q =(q +w)∙

Per cui si avrà: c r

Inoltre, la portata w di supero è piccola rispetto alla portata di ricircolo quindi:

Q ∙ X ∙ X

( )

+q =q

c r

Dalla quale si ottiene che la portata di ricircolo è data dalla seguente relazione:

X

q=Q c X −X

r 3

X kg

=10 /m

Si assume quindi per un fango di decantazione un valore di r

R

Indicando con il rapporto di ricircolo abbiamo che:

r 33

X 4,91

R = = =0,96

r X X 10−4,91

−

r Q

In tal caso viene quindi ricircolata una portata pari alla portata di tempo secco c

3

q=R Q m

=1368 /ora

r c

Al ricircolo dei fanghi provvedono le pompe il cui funzionamento è asservito a galleggianti. Nella

gestione dell’impianto bisogna poter avere una certa flessibilità nella portata di ricircolo, in modo

da poter compensare minori concentrazioni nella vasca di areazione o aumenti di scarichi tossici in

arrivo all’impianto. Pertanto converrebbe avere un rapporto di riciclo intorno ad uno, assicurando

così la possibilità di regolazione anche a valori inferiori. Pertanto è lecito considerare corretto il

rapporto ottenuto pari a 0,9.

Richiesta di ossigeno:

È necessario fornire alla vasca di ossigenazione-nitrificazione il quantitativo di ossigeno necessario

per i batteri aerobi. Nella vasca si devono mantenere sempre condizioni aerobiche per cui il tenore

di ossigeno disciolto non deve scendere sotto i 2 mg/l, in modo che possa avvenire la rimozione del

substrato organico e l’ossidazione dell’ammoniaca.

A monte della vasca di ossidazione si ritiene che parte del BOD di partenza sia già decantato, per

cu