Citt?? Metropolitana di Bari Relazione... · Potenziamento dell’Impianto di depurazione di Altamura Relazione tecnica di processo – Progetto definitivo Pagina 2 di 20 Nome File:

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Progettista:Ing. MARCO D'INNELLA

Ing. DONATO DE GIORGIO

Progettista opere elettriche/elettromeccaniche:P.I. LUIGI DEL POPOLO

Attività geologica:Dott. Geol. ANNAMARIA DIMUNDO

Responsabile del Progetto:

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Potenziamento dell’Impianto di depurazione di Altamura Relazione tecnica di processo – Progetto definitivo

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Nome File: D.4 Relazione Tecnica di Processo

INDICE

1. PREMESSA .............................................................................................................. 2

2. DATI GENERALI DI PROGETTO ........................................................................ 3 3. SEDIMENTAZIONE PRIMARIA ........................................................................... 5

4. EQUALIZZAZIONE ................................................................................................ 7 5. PREDENITRIFICAZIONE ..................................................................................... 9

6. NITRIFICAZIONE/OSSIDAZIONE ..................................................................... 11 6.1 DIMENSIONAMENTO DEL REATTORE ........................................................................... 11 6.2 CALCOLO DELLE PORTATE DI RICIRCOLO .................................................................... 12 6.3 DIMENSIONAMENTO DEI DISPOSITIVI DI AERAZIONE .................................................... 12

7. SEDIMENTAZIONE SECONDARIA ................................................................... 15 8. ALLEGATO ............................................................................................................ 18


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1. PREMESSA

L'intervento oggetto della presente relazione consiste nella realizzazione delle opere di potenziamento dell'impianto depurativo esistente a servizio dell’abitato di Altamura (BA). Le acque depurate devono rispettare i limiti della Tab. 4 All. 5 del D.Lgs. 152/06 e sono immesse nel Torrente Jesce, recapito finale indicato dal Piano di Tutela delle Acque. Il progetto riguarda il potenziamento dell’impianto depurativo secondo le norme vigenti in materia ambientale, così come descritto nella relazione illustrativa. Il presente documento, che costituisce la relazione tecnica di processo allegata al Progetto Definitivo, è stato redatto in conformità a quanto stabilito dall’articolo 28 del DPR 554/99 e dall’allegato XXI del D. Lgs. 163/2006. La configurazione di progetto dell’impianto è illustrata negli elaborati D.1 (Relazione generale) e G.4 (Planimetria generale di progetto). Si precisa che l’adeguamento dell’impianto riguarda unicamente la linea acque, in quanto la linea fanghi risulta essere stata adeguata alla vigente normativa con i lavori appaltati nell’anno 2004 e collaudati nell’anno 2012.


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2. DATI GENERALI DI PROGETTO

I dati progettuali considerati nell’elaborazione del progetto di potenziamento dell’impianto sono stati ricavati dai valori forniti in letteratura per analoghi reflui di origine urbana. I valori scelti sono stati poi confrontati con i dati disponibili delle analisi delle acque in ingresso all’impianto. I valori si sono mostrati in genere concordi, ma nei casi in cui le concentrazioni degli inquinanti rilevate dalle analisi sono risultate maggiori rispetto a quelle di progetto, sono stati adottati adeguati coefficienti cautelativi nel dimensionamento delle relative sezioni di trattamento. Le tabelle 1.1 ed 1.2 mostrano i valori di progetto utilizzati; mentre la tabella 1.3 riporta i limiti allo scarico imposti dalla normativa vigente per l’impianto in oggetto.

Tab. 1.1 – Caratteristiche quantitative delle acque reflue da trattare.

Parametro UM PROGETTO

Abitanti serviti AE 95.414

Dotazione idrica [l/ab d-1] 250

Coefficiente afflusso in fognatura 0,8

Portata media (nera) giornaliera (Qm) [m3/d] 19.083

Portata media oraria (Qm) [m3/h] 795

Portata massima ammessa ai trattamenti secondari (1,5Qm) [m3/d] 28.624

Portata massima oraria (1,5Qm) [m3/h] 1.193


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Tab.1.2 – Caratteristiche qualitative delle acque reflue da trattare.

Parametro UM VALORE di PROGETTO

Potenzialità

Popolazione equivalente A.E. 95.414

Portata

Portata media nera (Qm) [m3/d] 19.083

[m3/h] 795

BOD5

Specifico [g/ab d-1] 60 (1)

Totale [Kg d-1] 5.725

SST

Specifico [g/ab d-1] 90


Azoto totale (TKN)

Specifico [g/ab d-1] 12 (1)


Fosforo totale P

Specifico [g/ab d-1] 2

Totale [Kg d-1] 143

(1) Parametro per il quale è stato utilizzato un coefficiente di sicurezza nel dimensionamento della relativa sezione di trattamento

Tab. 1.3 – Valori limite di emissione applicabili.

Parametro UM VALORE RIFERIMETO

SST [mg SST l-1] 25(1)

Tabella 4 Allegato 5 della parte III D.Lgs 152/2006

BOD5 [mg O2 l-1] 20(1)

COD [mg O2 l-1] 100(1)

Fosforo totale [mg P l-1] 2(2)

Azoto totale [mg N l-1] 15(2)

Escherichia coli [UFC 100 ml-1] 5.000(3)

(1) Valori rifiuti alla concentrazione media giornaliera (2) Valori rifiuti alla concentrazione media annua (3) Valori rifiuti alla concentrazione su campione di durata 3h


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3. SEDIMENTAZIONE PRIMARIA

Non essendo previsti interventi su questo comparto, è stata effettuata una verifica della volumetria attuale. Il dimensionamento di queste tipologie di impianto è effettuato mediante il calcolo del carico idraulico superficiale (Cis), parametro classico di dimensionamento e verifica dei decantatori, dato dal rapporto tra la portata di punta in ingresso e la superficie utile (Su) del sedimentatore stesso.

Cis = (1,5 Qm ) / Su = 1.193 / 491 = 2,43 m3/h x m2 Tale valore risulta inferiore al massimo consigliato dalla letteratura specifica (per fogna nera), pari a 5 m3/h x m2. Anche le verifiche sul tempo minimo di detenzione, e sulla portata allo stramazzo risultano soddisfacenti, come si verifica nella tabella 9.1, riportante i valori numerici di tutte le verifiche effettuate sui vari comparti dell’impianto. Per quanto riguarda la produzione di fango attesa da questo comparto, essa è stata valutata sulla base del carico specifico per abitante equivalente ricavabile dalla letteratura specialistica, fissato nel valore di 60 gr /ab. x giorno. Tale valore comporta una produzione giornaliera pari a 8.805 kg SS /giorno. In tale valore si considerano inclusi anche modesti incrementi di fango dovuti alla rimozione di fosforo mediante chiariflocculazione effettuata con immissione di cloruro ferrico. Maggiori assunzioni di precipitazioni di fosfati non sono infatti significative a fronte dei margini di incertezza normalmente associati alla produzione di fango di supero in qualunque impianto di trattamento biologico. Le quantità di fango effettivamente prodotte dovranno comunque essere accertate mediante prove dirette sull’impianto da effettuarsi in fase di avviamento. La sedimentazione primaria è costituita da una vasca esistente di diametro 25m. La sedimentazione primaria è una sedimentazione di tipo fioccoso in cui particelle più pesanti dell’acqua tendono ad agglomerarsi in virtù di forze di attrazione superficiale di tipo elettrico e sedimentano al fondo. La verifica effettuata ha riguardato le velocità ascensionali (carico idraulico superficiale Ci) e i tempi di detenzione in vasca che devono rientrare in determinati limiti onde evitare settizzazione del liquame e/o cattiva sedimentazione delle particelle sedimentabili; in particolare deve risultare con la portata media:

2iC m3/hxm2

35,1 T h

Dalle verifiche risulta che:

Qmn

D esistente

Altezza utile esistente

Volume utile esistente

Tempo di detenzione

Carico idraulico

superficiale effettivo

[m3/h] [m] [m] [m3] [h] [m3/hxm2] 795 25 2,5 1.227 1,54 1,62


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Si rileva che sia la velocità ascensionale che il tempo di detenzione sono abbastanza vicini ai limiti consigliati in letteratura. Non si prevedono interventi per questa fase; l’unico accorgimento sarà quello di considerare un abbattimento di solidi sospesi e di nutrienti minore rispetto a quanto indicato in letteratura. Ulteriore verifica è stata effettuata sulla portata specifica allo stramazzo che in corrispondenza della portata media deve essere compresa tra 8 e 16 m3/hxm.

Qm,n

Lunghezza stramazzo

Portata specifica allo stramazzo

[m3/h] [m] [m3/hxm] 795 78,5 10,1

Con la sedimentazione primaria si ha un abbattimento, oltre che di solidi sedimentabili, anche di nutrienti (BOD, COD); secondo le considerazioni effettuate sopra si sono determinati i seguenti abbattimenti:

Sostanze Carico in Abbattimento Carico out

[Kg/d] - [Kg/d] BOD5 5.725 10% 5.152 COD 11.450 10% 10.305 SST 8.587 15% 7.299

N 1.145 0% 1.145 P 191 0% 191

Da cui si ricava che il fango primario da inviare alla digestione anaerobica è pari a:

Portata di fango (15% dei SST in ingresso) mc/d 43 Concentrazione kg/mc 30

Il fango primario viene accumulato in un pozzetto esistente in cui confluisce anche il fango attivo di supero e insieme verranno sollevati tramite le pompe esistenti alla stazione di pre-ispessimento statico. Ai fini cautelativi per il dimensionamento dei comparti di prede nitrificazione e nitrificazione/ossidazione è stato considerato nullo il contributo di rimozione degli inquinanti della stazione di sedimentazione primaria.


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4. EQUALIZZAZIONE

La verifica della capacità di smorzamento delle punte della vasca di equalizzazione è stata effettuata utilizzando i coefficienti di variazione oraria della portata influente disponibili in letteratura per città di medie dimensioni (25.000 – 100.000 abitanti equivalenti); tali valori sono riportati nella tabella 2 e nell’abbinato grafico 1. Il volume minimo richiesto alla vasca di equalizzazione è stato calcolato mediante il metodo dei volumi cumulati, che consiste nel considerare una portata in uscita costante (pari alla portata media) e nello stimare il volume minimo necessario affinché nell’arco delle 24 ore la vasca risulti, per almeno un istante, sia completamente vuota che al livello di colmo.

Tabella 2

Grafico 1 – Istogramma dei coefficienti di consumo

Ore Coefficiente di consumo

1 0,30 2 0,20 3 0,20 4 0,24 5 0,30 6 0,48 7 0,87 8 1,20 9 1,35

10 1,36 11 1,46 12 1,56 13 1,50 14 1,45 15 1,43 16 1,36 17 1,36 18 1,37 19 1,38 20 1,40 21 1,25 22 0,80 23 0,70 24 0,48


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Grafico 2 – Volumi cumulati giornalmente Il volume minimo necessario risulta pari a 2.800 m3, superiore rispetto al volume disponibile nella vasca esistente che è di mc 1.352. Considerato che l’impianto può trattare una portata max di mc 1.193, in questa fase potrà essere accumulata solo la portata eccedente e, quindi, si procederà a costruire una seconda vasca, attigua all’esistente, avente volume utile pari a 1.430 mc (22x13x5 m), per cui il volume di progetto risulta essere complessivamente di mc 2.782. Lo svuotamento delle vasche sarà garantito da 2 elettropompe sommergibili (1+1 riserva) da 70 l/sec ciascuna: la prima garantirà lo smaltimento della portata media mentre la seconda entrerà in funzione per lo smaltimento delle portate extra (saranno comandate da un apposito misuratore di livello). Le pompe saranno comunque dotate di inverter in modo che possa esserne previsto un differente sistema di funzionamento durante lo sviluppo del sistema di telecontrollo. Entrambe le vasche saranno equipaggiate con paratoie, miscelatori sommersi da 6 kW e misuratore di pH.


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5. PREDENITRIFICAZIONE

L’azoto totale uscente dall’impianto depurativo è pari alla differenza tra l’azoto entrante, quello eliminato in sedimentazione primaria (10% dell’azoto entrante) e quello utilizzato per la sintesi cellulare in ossidazione-nitrificazione (5% del BOD abbattuto). Se la concentrazione di azoto allo scarico risulta superiore ai valori ammissibili può essere ulteriormente ridotta mediante un processo biologico di nitrificazione-denitrificazione nel quale l’abbattimento dell’azoto viene ottenuto per via biologica, utilizzando una flora batterica denitrificante. In condizioni di carenza d’ossigeno (vasca anossica), si utilizzano i nitrati presenti nella miscela aerata della vasca d’ossidazione, come fornitori d’ossigeno per le reazioni biologiche delle sostanze carbonacee in ingresso (BOD), con eliminazione dell’azoto in forma gassosa. La vasca anossica prevederà, al posto degli aeratori, dei miscelatori che assolveranno al compito di mantenere in sospensione i fiocchi di fango della miscela aerata, senza trasferimento di ossigeno. Nella fase anossica si ha la riduzione dei nitrati da parte della biomassa eterotrofa, con consumo di una corrispondente frazione della sostanza organica biodegradabile, nella fase aerobica avviene l’ossidazione a nitrati del TKN ed è completata la rimozione del BOD. Il processo è ottenuto in due vasche di reazione realizzate a monte dell’ossidazione biologica, nelle quali sono inviati i nitrati in condizioni di carenza d’ossigeno, per questo sono ricircolati nelle vasche sia i fanghi biologici, separati nella fase di sedimentazione, sia la miscela aerata prelevata dalla fase d’ossidazione-nitrificazione. L’importante è che l’azoto sia reso alla vasca di denitrificazione in forma di nitrato e, quindi, che il processo d’ossidazione biologica consenta una sufficiente nitrificazione dell’azoto ammoniacale ed organico entrante. Il volume della vasca di denitrificazione è determinato con la formula seguente:

VD = dN / Ud X1 dove: dN = azoto da eliminare in denitrificazione Ud = velocità di denitrificazione alla temperatura T di progetto con riferimento alla frazione di biomassa denitrificante (U20 = velocità di denitrificazione a 20 °C); X1 = concentrazione del fango (SSV) in vasca di denitrificazione (3500-4500 ppm); La portata di ricircolo può essere calcolata riportando in denitrificazione, con la concentrazione prevista allo scarico, tutto l’azoto che deve essere eliminato, più un 20% per tener conto della resa del processo Sulla base dei dati di progetto riportati in tabella 1.2 il carico influente (in termini di azoto totale) risulta pari a:

TKN = 12 x 95.414 = 1.145 kg/g Il dimensionamento del comparto di denitrificazione viene calcolato sulla base degli abbattimenti che è necessario ottenere per rispettare i limiti allo scarico. La Tabella 4 Allegato 5 del D.Lgs 152/2006 prevede limiti allo scarico stabiliti con riferimento all’azoto totale e non direttamente a quello ammoniacale o a quello nitrico. Va quindi tenuto conto di una frazione solubile organica che non viene degradata e di una residua frazione ammoniacale che non può essere nitrificata. Tali frazioni possono assumere i seguenti valori assoluti:


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- Azoto organico non ossidato: 0.5 – 2 mg/l - Azoto ammoniacale residuo: 1 mg/l.

Tenuto conto dei dovuti margini di sicurezza, l’azoto nitrico in uscita va previsto intorno ad un valore di 11 mg/l per il rispetto del limite sull’azoto totale di 15 mg/l. In base ai limiti delle suddette concentrazioni ammesse allo scarico, si avrà che la quantità giornaliera di azoto ammoniacale scaricabile risulta pari a (19.083 m3/g) x (1 mg/l ) 19,1 kg/g, mentre quella di nitrati sarà pari a (19.083 m3/g) x (11 mg/l ) 210 kg/g. La portata giornaliera da nitrificare risulta quindi pari a 1.145 – 19,1 1.126 kg/g, della quale la quota parte da denitrificare è pari a 1.126 – 210 = 916 kg/g. Per il dimensionamento del comparto di denitrificazione è stata adottata la metodologia di Refling Stensel, la quale permette di calcolare una velocità di denitrificazione in funzione del carico organico (come BOD5 applicato alla biomassa SSV) mantenuta in condizioni anossiche. Utilizzando come dati di progetto una temperatura minima in vasca pari a 15 °C ed una percentuale di solidi sospesi volatili (SSV) pari al 70% del totale si ha una velocità di denitrificazione pari a 0,048 Kg NO3/Kg SSV x g. Di conseguenza per denitrificare un portata di 916 kg/g occorreranno:

Mss = 916 / (0,048 * 0,7) = 27.261 kg SS Assumendo una concentrazione media del fango in vasca pari a 4,5 kg SS/m3 (valore facilmente raggiungibile in impianti a fanghi attivi a medio-basso carico) risulta un volume per il comparto di denitrificazione pari a 27.259/4,5 6.058 m3. Il tempo nominale di detenzione idraulica (valutato sulla sola portata nera) risulta superiore a 7 ½ ore. Considerato che il comparto di predenitrificazione esistente ha una volumetria complessiva di circa 2.750mc, sarà necessario prevedere una nuova stazione avente volumetria pari a circa 3.300 mc.


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6. NITRIFICAZIONE/OSSIDAZIONE

L’azoto si trova presente nei liquami grezzi principalmente sotto forma di ammoniaca (nella forma dissociata NH3 o come ione ammonio NH4), derivante dalla solubilizzazione della frazione organica presenti nei liquami stessi. L’azoto ammonicale può essere successivamente ossidato per via biologica a nitriti secono la reazione (semplificata):

I nitriti possono essere ulteriormente ossidati a nitrati secondo la reazione:

Il processo complessivo per cui l’azoto ammoniacale viene ossidato a nitrati prende il nome di nitrificazione ed avviene per mezzo di specifici ceppi batterici (nitrosomonas e nitrobacter) di tipo autotrofo ed, ovviamente, aerobici. All’interno della vasca di ossidazione ci sarà dunque un’ulteriore frazione di richiesta biochimica di ossigeno dovuta a queste reazioni, che andrà ad aggiungersi alla frazione risultante dall’ossidazione della sostanza carboniosa. 6.1 Dimensionamento del reattore Uno dei parametri di progetto fondamentali tradizionalmente utilizzato dalla letteratura specifica italiana è rappresentato dal fattore di carico organico Fc. Tale parametro caratterizza il grado di sviluppo dei microrganismi all’interno del reattore e di conseguenza è indice del grado di abbattimento delle sostanze nutritizie in ingresso con i liquami. Tale parametro è definito dalla seguente espressione:

Dove il numeratore rappresenta il carico organico (espresso in termini di BOD5) che perviene nel tempo t, Ca la concentrazione unitaria del fango nella vasca di ossidazione, e t il tempo di contatto del fango all’interno della vasca. Dimensionalmente il parametro Fc è solitamente espresso in kg BOD5/ kg SS x giorno. Dal momento che la concentrazione di fango in vasca può essere tenuta sotto controllo variando la portata di ricircolo, il fattore di carico organico diventa un indice di scelta progettuale relativa all’abbattimento che si vuole ottenere all’interno della vasca di ossidazione. Sulla base dei dati di progetto riportati in tabella 1.2 si desumono i carichi influenti nella vasca di ossidazione (in termini di concentrazione di BOD5 ed azoto totale). Per rispettare i limiti allo scarico previsti dalla Tabella 4 Allegato 5 del D.Lgs 152/2006, pari a 20 mg/l di BOD5 ed 1 mg/l di azoto ammoniacale NH4 (in base alle considerazioni fatte nel paragrafo 5 sul limite espresso in termini di azoto totale), è necessario quindi raggiungere un’efficienza di abbattimento del BOD pari al 92% associata ad un’efficienza di nitrificazione del 98%. In base ai dati sperimentali riportati da vari autori, considerando una temperatura del liquame di 15 °C, si è quindi scelto un fattore di carico organico Fc pari a 0,12 kg BOD5/ kg SS x g.


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E’ quindi possibile ricavare la massa totale dei solidi nel comparto di ossidazione:

kgSSMss 707.4712,0

06,0414.95

Assumendo una concentrazione media di fango in vasca Ca pari a 4,5 kg SS/m3 (si veda il precedente paragrafo relativo al comparto di denitrificazione), il volume utile del comparto di ossidazione/nitrificazione risulta pari a:

3602.105,4

707.47 mCaMssV

Applicando il coefficiente cautelativo pari a 1,1, si ottiene un volume totale di vasca pari a 11.662 m3. Essendo attualmente l’impianto dotato di una vasca di nitrificazione/ossidazione avente volume complessivo pari a 4.200 m3, sarà necessario prevedere un’ulteriore stazione avente volume complessivo pari a circa 7.500 m3. Per una maggiore flessibilità di esercizio e per consentire interventi di manutenzione, la vasca risulterà suddivisa in due comparti da un setto centrale. 6.2 Calcolo delle portate di ricircolo Le portate di ricircolo (dei fanghi e della miscela aerata) sono parametri che possono essere modificati in fase di gestione dell’impianto e costituiscono uno degli strumenti principali di elasticità a disposizione del gestore. Le indicazioni riportate nel presente paragrafo sono quindi di natura puramente indicativa e devono essere verificate in fase di avviamento dell’impianto. Portata di ricircolo fanghi. Si adotta un rapporto di ricircolo R pari ad 1 (portata di ricircolo pari cioè al 100% della portata media nera Qm). In base alle formule derivanti dal bilancio di massa dei solidi si ha che la concentrazione di fango che deve garantire il sedimentatore secondario risulta pari a:

valore che può senz’altro essere ottenuto in un sedimentatore secondario correttamente funzionante. Portata di ricircolo miscela aerata. Un efficace rendimento di rimozione dei nitrati richiede portate di ricircolo della miscela aerata molto elevate, per ridurre il più possibile la fuga di nitrati nell’effluente. In fase di progetto si tende in genere ad assumere una portata di ricircolo complessiva (ricircolo fanghi + miscela aerata) pari a 3 volte la portata media nera Qm. In virtù del rapporto di ricircolo R fissato precedentemente, si avrà un valore di progetto della portata di ricircolo della miscela aerata pari a 2 Qm. 6.3 Dimensionamento dei dispositivi di aerazione Il fabbisogno di ossigeno (AOR) dell’impianto dipende dalla quantità occorrente per la respirazione del substrato e per la respirazione endogena. Esso si ricava dalla seguente relazione proposta da Eckenfelder:

AOR [KgO2/d] = a (BOD5)+ b (fango attivo presente) + c (KgNamm) – d (KgNO3)


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dove: a: coefficiente di respirazione del substrato (espresso in KgO2/KgBOD5) b: coefficiente di respirazione endogena (espresso in KgO2/KgSS) c: fabbisogno specifico di ossigeno per ossidazione azoto ammoniacale pari a 4.6 KgO2/KgNH4-N d: coefficiente di recupero ossigeno per ossidazione azoto nitrico = 3 KgO2/KgNO3-N La quantità di ossigeno consumata effettivamente è pertanto ottenuta dalla somma di quello occorrente per l’ossidazione del carbonio, dell’azoto ammoniacale, di quello per la respirazione complessiva della biomassa, detraendo infine quanto recuperato in denitrificazione (in quanto ad ogni parte di nitrati ridotta corrisponde in pratica la riduzione di una parte di BOD5). Un criterio molto adottato per esprimere in modo semplificato il computo del fabbisogno di ossigeno dovuto alla frazione carboniosa delle sostanze organiche è quello del fattore di richiesta di ossigeno F0, definito come la quantità della portata di ossigeno da fornire per unità di BOD5 da abbattere in aerazione. Il valore di F0 dipende fondamentalmente da quello del fattore di carico Fc, ed in letteratura sono reperibili appositi abachi (il più utilizzato è quello di Vosloo) che associano ad ogni valore di Fc i relativi valori di F0. Nel caso presente, per una temperatura di esercizio di 15 °C, il valore medio e quello di punta di F0 risultano pari rispettivamente a 1,6 KgO2/KgBOD5 abb. ed a 2,4 KgO2/KgBOD5 abb. La quantità di BOD5 da abbattere risulta pari alla portata di BOD5 entrante per il rendimento di abbattimento che si vuole raggiungere (maggiorato prudenzialmente di 3 punti percentuali rispetto a quello che si vuole realmente raggiungere):

gkgxx 439.506,09541495,0

A vantaggio di sicurezza non viene sottratta la quota parte utilizzata in denitrificazione. Moltiplicando per i fattori di richiesta di ossigeno si hanno i seguenti fabbisogni di ossigeno (medio e di punta) per l’ossidazione della frazione carboniosa: (QO2 carb.)medio = 1,6 5.439 8.702 kg O2/g 363 kg O2/h (QO2 carb.)max = 2,4 5.439 13.053 kg O2/g 544 kg O2/h A questi valori va sommato l’ossigeno richiesto per la nitrificazione, pari a 4,6 916 / 24 176 kg O2/h. Anche a questo valore si applica un coefficiente cautelativo per avere un’efficace rimozione anche in condizioni di punta; tale coefficiente è assunto pari a 1,5 e porta la richiesta di ossigeno al valore di 263 kg O2/h. Le richieste totali di ossigeno (media e di punta) risultano dunque pari a: (QO2 tot.)medio = 363 + 176 = 539 kg O2/h (QO2 tot.)max = 544 + 263 = 807 kg O2/h Va sottolineato che per il dimensionamento dei dispositivi di aerazione, il quantitativo di ossigeno calcolato con le formula precedenti va espresso in condizioni standard (condizioni a cui convenzionalmente si riferiscono i dati di funzionamento dei dispositivi di aerazione: acqua limpida a


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20°C, pressione barometrica a livello del mare di 760 mmHg e concentrazione di ossigeno disciolto uguale a zero), è quindi necessario dividerlo per un opportuno coefficiente k che permette di passare dalle condizioni operative (AOR) alle condizioni standard (SOR). Tale coefficiente può essere ricavato utilizzando la seguente formula:

K = a (Csx – Cx) 1.024(t-20) / Cs dove: a : coefficiente che tiene conto della minor facilità di diffusione dell’ossigeno nella miscela aerata

rispetto all’acqua pulita e della pressione. Nel caso di liquami domestici il suo valore è pari a 0,8; Csx: concentrazione di ossigeno disciolto a saturazione alla temperatura t di esercizio; Cs: concentrazione di saturazione dell’ossigeno a 20°C nella miscela aerata, pari a 9,17 mg/l; Cx: concentrazione di ossigeno disciolto richiesta nella miscela aerata in condizioni operative alla

temperatura t. Assunto pari a 2 mg/l; t: temperatura della miscela aerata in condizioni operative (in °C). Dai calcoli effettuati si ottiene una quantità di ossigeno alle condizioni standard pari a 984 kg O2/h, da cui si ricava, considerando un rendimento dei diffusori pari al 26% con un battente liquido di oltre 4m, una quantità di ossigeno complessiva pari a 13.518 Nm3/h (cioè 9.012 Nm3/h per le due nuove vasche del comparto biologico). Si è valutato di alimentare ciascuna vasca con una soffiante centrifuga monostadio dotata di inverter (più una di riserva a servizio della stazione) avente portata massima in condizioni standard pari a 7.000 Nm3/h, quindi in grado di erogare la portata richiesta (circa 4.570 Nm3/h) a circa il 70% della velocità massima (28.300 giri/min).


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7. SEDIMENTAZIONE SECONDARIA

L’attuale comparto di sedimentazione secondaria risulta insufficiente e non equilibrata idraulicamente è la ripartizione delle portate tra i sedimentatori più grandi e quelli più piccoli (sottoposti rispetto ai primi di circa un metro). Per tale ragione si è ritenuta idonea la soluzione di prevedere la demolizione dei sedimentatori finali più piccoli e la realizzazione di un terzo comparto di sedimentazione avente caratteristiche dimensionali ed idrauliche (allineato esattamente alla stessa quota degli altri due) identiche a quelli esistenti. Quest’ultimo, quindi, avrà un diametro di 25 m, e sarà realizzato nell’area attualmente occupata da una batteria di letti d’essiccamento fanghi di emergenza. Sulla base dei valori della concentrazione di fango in vasca di aerazione (Ca) e del rapporto di ricircolo (R) stabiliti nei precedenti paragrafi, la superficie minima per un efficace ispessimento dei fanghi è data dalla formula:

dove FSL rappresenta il valore limite per il flusso solido, assunto cautelativamente pari a 5 kg SS/m2 x h. Si ottiene quindi un valore di Si pari a 1.431 m2. La superficie minima per un efficace chiarificazione dell’effluente è invece data dalla seguente formula:

dove Cis rappresenta il valore massimo del carico idraulico superficiale (vedi paragrafo 3), assunto pari a 1,25 m3/h x m2 sulla base delle indicazioni reperibili in letteratura. Si ottiene quindi un valore di Sc pari a 1.272 m2. Lo sviluppo della superficie complessiva dei tre sedimentatori secondari sarà di 1.472 m2 (superiore a 1.431 m2 ), per cui viene rispettata la principale delle verifiche idrauliche da effettuarsi su tale comparto. L’altezza liquida di 2,5 metri (già presente nei sedimentatori esistenti), oltre a garantire un efficace ispessimento ed a consentire una maggiore capacità di accumulo temporaneo dei fanghi di supero, fissa il volume complessivo dei tre sedimentatori sul valore di 3.680 m3, sulla cui base sono effettuate le verifiche dei tempi di detenzione idraulica (per portata media e portata di punta), di seguito riportate: Tempo di detenzione per portata media: 3680 / (2*795) 2,31 h Tempo di detenzione per portata di punta: 3680 / (2*1193) 1,54 h Entrambi i valori risultano al di sopra dei tempi minimi (2 h per portata media e 1,25 h per portata di punta) consigliati dall’EPA per impianti con potenzialità superiore a 5.000 mc/d. Il tempo di detenzione calcolato sulla portata media risulta inoltre ampiamente cautelativo per quanto concerne l’insorgere di fenomeni di setticizzazione (per grandi impianti si consigliano sempre tempi inferiori a 4-5 h). La quantità di fango di supero prodotta che può essere attesa dal comparto di sedimentazione secondaria è stata stimata sulla base dell’indice I di produzione di fango (espresso in kg SS/kg BOD rimosso), che per un impianto con Fc pari a 0,12 può essere assunto pari a 0,7.


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Moltiplicando tale valore per il carico giornaliero di BOD in ingresso nel comparto di ossidazione e per il rendimento di abbattimento previsto si ottiene la quantità attesa ΔM di produzione di fango di supero:

gSSkgM 765.292,07,0)75,006,0414.95(


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1. DIGESTIONE ANAEROBICA DEI FANGHI

Per consentire il mantenimento della struttura esistente (previo ripristino della completa funzionalità del calcestruzzo tramite bonifica ad azoto, successiva rasatura e posa di un adeguato rivestimento protettivo) è necessario riportare l’impianto alla completa funzionalità, effettuando una digestione mesofila (con temperature cioè dell’ordine dei 35 °C) ad alto carico (ovvero con elevata efficienza di miscelazione). Per la descrizione dettagliata degli interventi previsti si rimanda all’elaborato RT_01 (Relazione illustrativa), nella presente relazione verrà effettuata la verifica della volumetria. Sulla base della produzione di fango attesa dai sedimentatori primari e secondari (si vedano i relativi paragrafi), la portata di fango giornaliera che è lecito attendere in ingresso al digestore risulta pari a 2677 + 1436 = 4113 Kg SS/g. Per ottenere una sufficiente mineralizzazione dei fanghi all’interno di un digestore anaerobico ad alto carico, il prodotto della temperatura di esercizio (in °C) per il tempo di residenza dei fanghi all’interno del digestore stesso (espresso in giorni) deve essere uguale o maggiore di 800. Ipotizzando una temperatura di funzionamento di 35° il tempo di residenza dei fanghi deve quindi essere pari a 23 giorni circa (si noti che cautelativamente non è stata presa in considerazione l’età dei fanghi secondari). Per poter stimare il conseguente volume richiesto al digestore, è necessario conoscere la portata idraulica (espressa in m3/g) in ingresso al digestore stesso. Il flusso solido di fango è legato alla portata idraulica dal tenore di secco [%] del fango stesso. La presenza dell’esistente preispessitore statico e dell’ispessitore dinamico di progetto (che effettuerà un ispessimento contemporaneo alla digestione) consentono di ipotizzare il raggiungimento di un tenore di secco complessivo (miscela di fanghi primari e secondari) pari al 4%.

La conseguente portata idraulica in ingresso al digestore è pari a m3/g che per un tempo di residenza di 23 giorni richiede un volume pari a 103 23 2350 m3. Il volume del solo digestore primario (pari a circa 1550 m3) non è dunque sufficiente. Assegnando però anche al comparto secondario (di circa 750 m3) la funzione di vero digestore (e non di solo accumulo ed ispessimento del fango digerito) la volumetria a disposizione risulta sufficiente. E’ ovviamente necessario convertire il comparto secondario a vero e proprio digestore, dotandolo di un sistema di riscaldamento del fango e di un opportuno sistema di miscelazione ad alta efficienza.


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8. ALLEGATO

Tabella 9.1 Valori numerici completi delle verifiche effettuate DATI DI PROGETTO Unità misura abitanti civili A.E. 95.414 Dotazione idrica pro capite l/ab*d 250 Coeff.di afflusso in fognatura 0,8 Qmed giornaliera mc/d 19.083 Qmed oraria mc/h 795 Qpunta (1,5*Qm) mc/h 1.193 Carico organico specifico gr BOD/ab*d 60 concentrazione BOD mg/l 300 BOD totale Kg/d 5.725 Carico SST specifico gr SST/ab*d 90 concentrazione SST mg/l 450 SST totali Kg/d 8.587 Carico COD specifico gr COD/ab*d 120 concentrazione COD mg/l 600 COD totale Kg/d 11.450 Carico TKN specifico gr N/ab*d 12 concentrazione TKN mg/l 60 TKN totale Kg/d 1.145 Carico P specifico gr P/ab*d 2 concentrazione P mg/l 10 P totale Kg/d 191 Fattore di carico organico Fc kg BOD/kg SS*d 0,12 Concentrazione fanghi in DEN kg SS/mc 4,5 Concentrazione fanghi in OX kg SS/mc 4,5 Concentrazione fanghi ricircolo kg SS/mc 9 Rapporto ricircolo 1 Rapporto ricircolo mixed liquor 2 SEDIMENTAZIONE PRIMARIA Numero vasche 1 Coefficiente punta 1,5 Qmed oraria mc/h 795 Qpunta (1,5*Qm) mc/h 1.193 Ricircolo fanghi supero NO Diametro vasca m 25 Superficie vasca mq 491 Carico idraulico superficiale mc/h*mq 1,62 Altezza liquida vasca m 2,5 Volume vasca mc 1.227 Tempo di detenzione h 1,54 Sviluppo stramazzo circolare m 78,5


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Portata allo stramazzo mc/h*m 10,1 PREDENITRIFICAZIONE % SSV % 70% Azoto TKN Kg/d 1.145 Limite azoto ammoniacale allo scarico mg/l 1,0 Limite nitrati allo scarico mg/l 11,0 Limite giornaliero azoto amm. scaricabile Kg/d 19,1 Limite giornaliero nitrati scaricabili Kg/d 209,9 Rendimento nitrificazione richiesto % 98% Rendimento denitrificazione richiesto % 80% Temperatura esercizio °C 15 Velocità denitrificazione a 15° 0,048 Q nitr kg/d 1.122 Q den kg/d 916 Solidi necessari a denitrificare Qnitr Kg SS 27.261 Concentrazione media vasca den Kg SS/mc 4,5 Volume richiesto mc 6.058 Tempo di detenzione idraulica h 7,6 NITRIFICAZIONE/OSSIDAZIONE Rendimento richiesto abbattimento BOD % 95% Coeff. Punta carico sostanze ammoniacali 1,5 Temperatura esercizio °C 15 Concentrazione media vasca nitr Kg SS/mc 4,5 Fattore richiesta ossigeno fraz. Carboniosa (medio) kgO2/kgBOD ab 1,6 Fattore richiesta ossigeno fraz. Carboniosa (punta) kgO2/kgBOD ab 2,4 Massa Solidi Totali vasca nitrificazione kg 47.707 Volume utile mc 10.602 Coefficiente di sicurezza 1,1 Volume richiesto mc 11.662 Lunghezza scelta m 42,0 Larghezza scelta m 40,0 Altezza utile m 4,5 Volume nuova vasca mc 7.560 Volume vasca esistente mc 4.200 Tempo di detenzione idraulica h 14,8 Età del fango gg 9,2 DIMENSIONAMENTO AERAZIONE AOR [KgO2/d] = a (BOD5)+ b (fango attivo presente) + c (KgNamm) – d (KgNO3) a coefficiente respirazione del substrato KgO2/KgBOD5 0,5 b coefficiente respirazione endogena KgO2/KgSS 0,1

c fabbisogno specifico ossigeno ossidaz. azoto amm. KgO2/KgNH4-

N 4,6 d coefficiente recupero ossigeno ossidaz. nitrati KgO2/KgNO3-N 3,0


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Quantità BOD da abbattere kg/d 5.439 Richiesta O2 (medio) ossidazione fraz. carboniosa kg O2/h 363 Richiesta O2 (punta) ossidazione fraz. carboniosa kg O2/h 544 Richiesta O2 per nitrificazione (medio) kg O2/h 538 Richiesta O2 per nitrificazione (punta) kg O2/h 807 AOR giornaliero KgO2/d 12.225 AOR orario KgO2/h 509 O2 eff = O2 teor / a(Cs-Ce)*T^(t-20)/Cs20 kg O2/h 984 a=fatt.corr per trasf.O2 0,80 Cs=conc. sat. a T mg/l 8,68 Cs20= conc. O2 a sat. mg/l 9,17 Ce=conc. O2 in vasca mg/l 2,00 T= coeff. corr. temp. 1,024 T max progetto °C 20 t= temp min di prog. °C 15 Rendimento diffusori % 26% Conc. Aria mg/l 0,28 Portata aria complessiva impianto Nm3/h 13.518 Portata aria complessiva nuove vasche Nm3/h 9.012 Portata specifica diffusore Nmc/h 4,50 Totale diffusori necessari n 2.003 RICIRCOLO FANGHI conc. sedim. secon. kg/mc 9 conc SS in vasca kgSS/mc 4,5 portata media mc/h 795 R=Fc/(Xs-Fc) % 100,00% Qr=Rx Qm mc/h 795 Qr max= Qm mc/h 795 SEDIMENTAZIONE SECONDARIA Numero vasche n 3 Valore limite flusso solido totale portata media Kg SS/mq*h 5 Valore max Carico idraulico superficiale mc/h*mq 1,25 Superficie minima ispessimento mq 1.431 Diametro scelto m 25 Altezza liquida m 2,5 Superficie vasca mq 491 Superficie complessiva vasche mq 1.472 Volume vasca mc 1.227 Volume complessivo vasche mc 3.680 Tempo detenzione portata media h 2,31 Tempo detenzione portata punta h 1,54 Indice di produzione del fango KgSS/kgBOD r. 0,7 Quantità fango supero prodotto KG SS/g 2.765

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