Relazione di calcolo per il dimensionamento di un impianto di depurazione

C

ˆ 3

V [m ] Il volume per stoccare una frazione delle acque di prima pioggia durante gli eventi

P P

meteorici. Si assume di stoccare un volume corrispondente a 30 minuti di portata di tempo

umido.

Il volume di compenso giornaliero viene determinato stimando l’offset tra due rette tangenti alla curva

dei volumi cumulati influenti, parallele alla curva dei volumi cumulati uscenti dalla vasca. La curva

dei volumi cumulati influenti può essere determinata come:

24

t

Z X

· ≈ ·

V (t) = Q (τ ) dτ Q dτ

in in in,i

0 i=0

Mentre quelli uscenti, sono descritti sostanzialmente da una retta:

t t t

Z Z Z

· · · ·

V (t) = Q (τ ) dτ = Q dτ = Q dτ = Q t

out med med med med

0 0 0

L’offset tra le due parallele alla retta dei volumi cumulati effluenti, tangenti alla curva dei volumi

cumulati influenti viene stimato come somma tra la massima differenza positiva e negativa tra le curve

dei volumi cumulati. Il procedimento grafico per il caso estivo è rappresentato nella figura 4.11. Il

valore ottenuto rappresenta il volume di compenso giornaliero.

Figura 4.11: Andamento dei volumi cumulati per la stima del volume di compenso giornaliero

Il volume di prima pioggia può essere stimato con la relazione:

·

V = Q dt

P P max,pre

dove si indicano con

3

ˆ m ] Massima portata ammessa ai pretrattamenti in tempo di pioggia

Q [

max,pre s

ˆ dt [s] Intervallo di tempo massimo per il quale è possibile stoccare una portata pari a quella

ammessa ai pretrattamenti in tempo di pioggia, assunto pari a 1800 s

I valori ottenuti dalle relazioni di cui sopra sono riassunti nella tabella 4.8. Gli effetti delle concentra-

zioni prodotti dall’equalizzazione sono mostrati nella figura 4.12.

Nella rappresentazione degli effetti dell’equalizzazione sulle concentrazioni degli inquinanti non so-

no state tenute in considerazione la presenza del dissabbiatore e l’eventuale rimozione di materia

grossolana dalla grigliatura. Voce Inverno Estate

Ls

Portata media al biologico Q [ 23,4 49,3

]

med Ls

Portata massima pretrattamenti Q [ 140,5 295,8

]

max,pre 3

Volume compenso giornaliero V [m ] 353,6 725,6

C 3

Volume acque prima pioggia V [m ] 252,9 532,4

P P 3

Volume totale V [m ] 606,5 1258

eq

Vasche attive n [-] 1 2

V 3

Volume vasca V [m ] 629

eq,S

Profondità H [m] 3,8

eq 2

Superficie vasca S [m ] 165,6

eq

Lunghezza vasca L [m] 15

A

Larghezza vasca L [m] 11,1

B

Tabella 4.8: Valori del dimensionamento delle vasche di equalizzazione

Figura 4.12: Effetti dell’equalizzazione sulle concentrazioni e sulle portate massiche in uscita in inverno

L’attenuazione delle oscillazioni dei carichi inquinanti può essere valutata sommariamente introducendo

i rapporti tra le concentrazioni minime e le concentrazioni massime influenti con e senza equalizzazione.

L’effetto dell’equalizzazione durante le ore in cui la vasca è quasi vuota (circa verso le ore 6 di mattina)

Influente Al biologico

Concentrazioni

Voce max max

max min max min

min min

mg mg mg mg

[-] [-]

L L L L

TSS 408,7 122,6 3,3 364,9 127,2 2,9

BOD 401,2 127,2 3,2 334,9 127,3 2,6

Portate massiche

max max

Voce max min max min

min min

g g g g

[-] [-]

s s s s

TSS 16,6 1,1 14,8 8,6 3,0 2,8

BOD 15,2 1,2 12,7 7,9 3,0 2,6

Tabella 4.9: Effetti delle vasche di equalizzazione

è molto meno marcato, quindi i valori di concentrazione minimi sono molto simili tra la portata influente

e quella equalizzata. Nelle prime ore del mattino infatti, con bassi valori di riempimento della vasca, la

concentrazione dei vari inquinanti nella vasca, sostanzialmente, è pari a quella della portata influente.

4.4.2 Miscelazione e agitazione della vasca di equalizzazione

A causa dell’assenza di una sedimentazione primaria e per evitare deposizioni di materiale all’interno

della vasca si prevede l’installazione di sistemi di miscelazione meccanici immersi. Gli stessi sistemi

svolgono anche la funzione di omogeneizzare la portata influente con il volume liquido già stoccato

W

nella vasca. Gli aeratori devono soddisfare una potenza di miscelazione richiesta di circa 6 , valore

3

m

ö W

medio tra quelli suggeriti in letteratura di 4 8 . Considerato il volume di ciascuna vasca è possibile

3

m

determinare la potenza complessiva dei miscelatori: W

3

· · ≈

W = V W = 629m 6 = 3774W 4kW

Misc eq,S specifica 3

m

Si assume di utilizzare quindi 4 miscelatori per vasca dalla potenza 1 kW ciascuno. Il modello scelto

è quindi il mixer immerso ZMD 020B A1.1/4 HA 010 della Zenit da 1,5 kW di potenza elettrica

nominale. La potenza trasferita al fluido è circa 1 kW , compatibile con le necessità della vasca in cui

saranno installati i miscelatori. Si prevede di installare i miscelatori sul fondo della vasca, sollevati

rispetto allo stesso di 20 cm. In queste condizioni, il fornitore indica come altezza minima dell’acqua

per funzionamento in sicurezza dei miscelatori un livello di 81 cm. Nei giorni di tempo secco invernali,

questa quota viene superata 67 376 secondi. A mezzo della relazione riporta di seguito è possibile

stimare la richiesta di energia elettrica necessaria alla miscelazione.

s 1 kW h

· · · · ≈

E = ∆t W = 67376 4 1, 5kW 112, 3

Misc Misc s

d 3600 d

h

Per controllare l’accensione dei miscelatori sarà quindi necessario installare un sistema di controllo del

livello nella vasca di equalizzazione, che può essere costituito da sonde galleggianti o idrometri.

4.5 Sollevamento dalle vasche di equalizzazione

Per dimensionare il sollevamento delle vasche di equalizzazione si è proceduto tracciando il circuito tra

le vasche di equalizzazione e la sezione di trattamento successiva e individuando il dispositivo più idoneo

per mantenere una portata costante al variare del livello del battente nella vasca di equalizzazione: uno

degli obiettivi della vasca di equalizzazione infatti è quello di permettere l’erogazione di una portata

il più costante possibile al trattamento biologico. Le relazioni utilizzate per determinare la curva

caratteristica resistente sono le stesse utilizzate per il dimensionamento dell’impianto di sollevamento.

Il circuito dimensionato connette le vasche di equalizzazione con un ripartitore a calice che alimenta con

due linee, le vasche di anossiche di denitrificazione. Si realizza il circuito prevedendo che in ciascuna

vasca siano presenti due pompe, una per il funzionamento in tempo secco e una per il funzionamento

in tempo di pioggia. Le 4 pompe sono connesse ad un collettore da cui parte la tubazione principale

verso il ripartitore a calice (quindi in questo tratto il circuito è lo stesso per le 4 pompe, esattamente

come nel sollevamento). Le pompe che si prevede di installare nelle vasche non sono necessariamente

uguali, quindi il segmento che connette ciascuna pompa con il collettore potrà avere diametri diversi.

La geometria del circuito è brevemente riportata nella tabella 4.10. Il circuito a cui si fa riferimento

è quello utilizzato nel tempo secco, sia in inverno che in estate. Si assume di utilizzare i segmenti

Ascissa curvilinea Lunghezza L Diametro D Coefficiente K Note

i i i

[m] [m] [mm] [−] [−]

0 0,5 100 - Lineare orizzontale

0,5 0 100 0,3 Valvola di intercettazione

0,5 0 100 1,5 Valvola a palla

0,5 1,3 100 - Lineare orizzontale

Gomito con

1,8 0 100 1 allargamento (R>0,1 m)

1,8 1,38 350 - Lineare

3,18 0 350 3 Confluenza a T

3,18 0,6 350 - Lineare orizzontale

3,78 0 350 0,21 Gomito (R=0,35m)

3,78 4,75 350 - Lineare orizzontale

8,53 0 350 0,21 Gomito (R=0,35)

8,53 5,89 350 - Lineare verticale

14,42 0 350 1 Uscita dal tubo

Tabella 4.10: Caratteristiche idrauliche e geometriche del circuito di tra le vasche di equalizzazione e

il ripartitore a calice

con tubi di diametro interno 100 mm per le pompe che funzionano durante il tempo secco e tubi con

diametri 150 mm con le pompe che funzionano durante il tempo di pioggia.

Le pompe scelte, ovvero quelle che permettevano di avere una portata il più vicino possibile a quella

con la quale alimentare i reattori biologici, sono rispettivamente le ZENIT ZUG V 100B (con girante

da 190 mm) e le ZUG V 150A (con girante da 255 mm). Si prevede di installare un dispositivo

di ciascun modello in ciascuna delle due vasche di equalizzazione, all’interno di una zona ribassata

opportunamente realizzata per permetterne il funzionamento in continuo. Per garantire comunque il

funzionamento in sicurezza delle pompe, anche in questo caso si prevede di installare dei sistemi di

controllo basati sulla misurazione del livello del refluo nelle vasche. Le curve caratteristiche prementi

delle pompe sono rappresentate nella figura 4.13 riportata di seguito. I punti di funzionamento delle

Figura 4.13: Curve caratteristiche delle pompe scelte per il sollevamento dall’equalizzazione

circuito nelle varie configurazioni complessivo sono stati individuati tenendo in considerazione:

ˆ La variabilità del livello all’interno della vasca di equalizzazione, senza considerare però un

riempimento del volume destinato allo stoccaggio delle acque di prima pioggia

ˆ La variabilità della sezione disponibile al transito della portata in caso di accensione di più pompe

in parallelo, visto che nei primi segmenti di tubazioni (100 mm e 150 mm) si utilizzano tubazioni

diverse

ˆ L’introduzione eventuale di perdite di carico concentrate per raggiungere i punti di funzionamento

desiderati ed erogare una portata il più possibile costante.

ˆ L’uso di pompe in parallelo che non hanno le stesse curve caratteristiche

Nella figura 4.14 sono rappresentati i punti di funzionamento in tempo secco del circuito di sollevamento

dall’equalizzazione. Nello specifico sono rappresentati:

ˆ In blu le curve del funzionamento invervale

ˆ In rosso le curve del funzionamento estivo

ˆ In linea tratteggiata la curva d’impianto nel quale è stata aggiunta una perdita di carico concen-

trata per diminuire la portata sollevata fino al valore desiderato (k=2 nel caso invernale e k=3

nel caso estivo)

Figura 4.14: Punti di funzionamento del sollevamento dall’equalizzazione in tempo secco

Nel caso di tempo di pioggia sono rappresentate le stesse curve, introducendo però la curva verde,

ipotizzando il funzionamento in parallelo di entrambe le pompe (ZUG V 100B e ZUG V 150A), che

hanno curve caratteristiche prementi differenti. Si osserva che i valori di portata ottenuti si avvicinano

Figura 4.15: Punti di funzionamento del sollevamento dall’equalizzazione in tempo di pioggia

in maniera soddisfacente ai valori di portata di progetto da utilizzare per il dimensionamento dei

processi