Trattamento dell'acqua in futuro
Il trattamento delle acqua sta subendo una profonda trasformazione e acquisendo importanza in tutto il mondo. L'acqua è un bene primario sempre più scarso. Soprattutto nei paesi più poveri, non è disponibile in quantità sufficienti. Le limitazioni sono sempre più rigide a causa della crescente domanda da parte dell'industria, dell'agricoltura e della generazione di energia. Sebbene problemi quali la carenza di acqua non abbiano rilevanza in Germania, un utilizzo responsabile e attento al risparmio delle risorse idriche è un aspetto importante per il futuro. Il trattamento dell'acqua ha un ruolo fondamentale in fatto di disponibilità idrica. Circa l'80% delle acque di scarico di tutto il mondo non viene ancora trattato, sebbene in molti casi il trattamento sia tecnicamente possibile. A lungo termine vi è dunque un enorme potenziale per ridurre drasticamente il livello di consumo idrico da parte delle industrie.
Sfruttare il potenziale del trattamento dell'acqua del futuro
Allo stesso tempo, l'attenzione è rivolta anche all'efficienza energetica, soprattutto nei Paesi industrializzati. Gli impianti di trattamento delle acque reflue sono considerati dei veri e propri energivori a causa dei processi ad alta intensità energetica nelle vasche di aerazione. In un contesto di ambiziosi obiettivi di protezione del clima e di aumento dei prezzi dell'energia, l'efficienza energetica nel trattamento delle acque diventerà una delle questioni principali del futuro.
Soprattutto nell'area della tecnologia energetica per le vasche di trattamento delle acque reflue, è evidente che le tecnologie affidabili per ridurre sensibilmente il consumo energetico esistono già e sono molto interessanti dalla prospettiva dell'operatore. Gli investimenti nella moderna tecnologia di ventilazione si ammortizzano molto rapidamente e migliorano l'efficienza dell'impianto senza spese eccessive, in particolare nel caso di impianti di depurazione vetusti. Il trattamento delle acque del futuro ha un enorme potenziale per mitigare la scarsità d'acqua, promuovere una gestione responsabile delle materie prime e diminuire il consumo energetico. Un esempio che vanta il maggiore potenziale per il futuro è la generazione di energia dalle acque reflue.
Generare elettricità e calore dalle acque di scarico
Uno dei problemi più importanti per il futuro nel campo del trattamento delle acque è la generazione di energia dalle acque reflue. Ogni metro cubo di acqua di scarico contiene quattro volte la quantità di energia utilizzata per purificare l'acqua; da un punto di vista puramente teorico, un impianto di depurazione potrebbe pertanto produrre più energia di quanta ne consuma. Il principio su cui si fonda questa teoria è semplice: i solidi contenuti nell'acqua di scarico, come escrementi, carta igienica o altri particolati, possono essere utilizzati negli impianti di biogas per generare energia elettrica e calore. Le tecnologie per questo processo sono già state applicate con successo ma vi è ancora un ampio margine di crescita. Per questo motivo si stanno conducendo ricerche e test sotto forma di prototipi su nuove tecnologie mirate ad aumentare l'incenerimento dei fanghi. E i risultati sono promettenti.
Occorre tuttavia superare ancora molti ostacoli prima di sfruttare appieno il potenziale delle acque di scarico nella generazione di energia. Una delle sfide consiste nell'aumentare segnatamente la percentuale di solidi estraibili dalle acque reflue prima del processo di purificazione. Questo si può ottenere, ad esempio, aggiungendo polimeri che provocano l'aggregazione di fanghi.
Impianti di depurazione come veri e propri divoratori di potenza: risparmiare energia è possibile
L'efficienza energetica è la questione più importante per il trattamento delle acque del futuro. Da un lato, i gestori degli impianti di trattamento delle acque reflue si trovano costantemente a dover affrontare normative ambientali sempre più severe da parte dei politici. Dall'altro, devono introdurre misure di efficienza per contrastare l'aumento dei prezzi dell'elettricità. Per comprendere l'importanza dell'efficienza energetica nei serbatoi di trattamento delle acque reflue, è utile dare un'occhiata al bilancio energetico di un impianto di trattamento.
I circa 10.200 impianti di depurazione installati in Germania utilizzano approssimativamente 4.400 Gigawattora (GWh) di energia elettrica all'anno. Ciò corrisponde a un consumo specifico di 35 kWh/popolazione equivalente all'anno. Pertanto, gli impianti di depurazione rappresentano ancora lo 0,7% circa della potenza consumata in Germania.
Si è scoperto che l'aerazione è di gran lunga il principale consumatore per quasi tutti gli impianti di depurazione a fanghi. La percentuale di potenza consumata dagli impianti con stabilizzazione aerobica dei fanghi oscilla tra il 60% e l'80%, mentre quella degli impianti con digestione dei fanghi si attesta ancora al 50% Inoltre, ci sono altri consumatori di energia che non sono così significativi come il processo dei fanghi. I principali consumatori di energia in breve:
Osservando il consumo medio di potenza di questi impianti notiamo che il maggiore potenziale per ridurre sensibilmente il consumo energetico risiede nell'aerazione delle vasche di ossidazione e nelle stazioni di pompaggio costantemente in funzione, ad esempio, l'ingresso, il meccanismo di sollevamento intermedio e il ricircolo interno. L'aerazione delle vasche di ossidazione ha il ruolo più importante ed è per questo che successivamente esamineremo in dettaglio questo aspetto.
Focus sul consumo energetico: misure aggiuntive per aumentare l'efficienza
L'aumento dell'efficienza energetica delle vasche di ossidazione e l'uso di fanghi o gas di depurazione per generare energia e calore non sono le uniche misure per il trattamento dell'acqua in futuro. Ulteriore potenziale risiede anche nell'integrare energie rinnovabili nei sistemi energetici degli impianti di depurazione.
È possibile, ad esempio, installare celle solari o turbine eoliche sul suolo degli impianti di depurazione per migliorare ulteriormente il rapporto di energia generata rispetto al consumo energetico complessivo. Al contempo, sarebbe logico ricordare che queste misure sono soggette alle stesse limitazioni applicabili ad altri luoghi e la redditività dell'investimento dipende dalle condizioni prevalenti, come la luce del sole della zona e le condizioni del vento. Sebbene l'uso di celle solari per generare calore sia interessante anche per impianti senza digestione dei fanghi, in futuro questo approccio potrebbe avere un ruolo solo secondario. Negli impianti con stabilizzazione aerobica dei fanghi si verifica già un eccesso di calore nei mesi estivi, il che rende questa misura superflua per questo tipo di impianto di trattamento. Altre misure volte a garantire un trattamento efficiente dell'acqua dal punto di vista energetico si prefiggono di utilizzare la potenza idroelettrica negli ingressi e nelle uscite dell'impianto di trattamento delle acque reflue. Tuttavia questo approccio offre solo un potenziale limitato, perché l'altezza di caduta disponibile è bassa e la quantità di energia generata non giustifica lo sforzo e la spesa.
In particolare, in caso di impianti di dimensioni maggiori con incenerimento dei fanghi, si consiglia di utilizzare i detriti della griglia a barre come fonte di combustibile aggiuntiva per aumentare ulteriormente l'efficienza energetica. Eppure, il potenziale di questa tecnologia è limitato dall'uso dei dispositivi di lavaggio dei detriti delle griglie a barre per la riduzione dell'accumulo di detriti.
Tecnologia di aerazione basata sulla domanda: misure ad alta efficienza
Cosa succede nella vasca di aerazione?
Per capire perché le vasche di ossidazione consumano così tanta energia, analizziamo brevemente i processi in un sistema di pulizia biologica. Le vasche di ossidazione lavano le acque reflue pre-chiarificate meccanicamente da sostanze organiche quali fosfati e composti azotati. Questa decomposizione è svolta da microrganismi come i batteri, il fango aerato.
Per rimuovere biologicamente i fosfati dalle acque di scarico nel primo stadio, la prima parte della vasca viene mantenuta a basso contenuto di ossigeno. Successivamente, attraverso l'aria compressa, viene introdotta nell'acqua di scarico una grande quantità di ossigeno. I batteri si moltiplicano rapidamente per la presenza dell'ossigeno, facendo sì che i fosfati si leghino con i fanghi biologici se combinati con un precipitante disciolto. I fanghi si decompongono nei bacini di decantazione finale e possono essere reintrodotti nelle vasche di ossidazione o convogliati nel sistema di trattamento dei fanghi. Questo processo utilizza grandi quantità di energia in conseguenza dell'introduzione di grandi quantità di aria compressa.
Sfide e potenziale per ottimizzare la tecnologia di aerazione
La sfida posta dalla tecnologia di aerazione consiste principalmente nel garantire una fornitura d'aria basata sulla domanda in grado di gestire notevoli oscillazioni dei profili di carico e livelli variabili di contaminazione. Gli impianti vetusti di trattamento delle acque reflue sono spesso dotati di tecnologie di soffiaggio che forniscono sempre la stessa quantità di ossigeno a prescindere dalla situazione di approvvigionamento, anche se questo non è sempre necessario. La sfida consiste dunque, da un lato, nell'adottare l'aerazione basata sulla domanda e dall'altro fornire gli intervalli di carico parziali del profilo di carico nel modo più efficiente possibile.
Per fornire energia in modo efficiente alle vasche di aerazione, AERZEN si affida a un portafoglio di prodotti che consiste in una o più tecnologie di soffianti implementate in base ai requisiti individuali di ciascun impianto di trattamento delle acque reflue. Questo approccio consente di raggiungere la massima efficienza e di sfruttare appieno il potenziale di risparmio.
Il portafoglio si compone di turbosoffianti, soffiatori a lobi e compressori ibridi. Il vantaggio è evidente: Ognuna di queste tecnologie ha vantaggi e punti di forza individuali che possono essere personalizzati secondo le singole richieste. Mentre per esempio le turbosoffianti sono sorprendentemente efficienti sul piano energetico, i rotori a lobi eccellono in termini di regolabilità e di efficienza quasi invariata nel range di carico parziale. Il compressore ibrido, in quanto tale, racchiude in sé i vantaggi del soffiatore e del compressore in un unico sistema. A seconda dell'applicazione, è consigliabile scegliere una combinazione di diverse tecnologie o la tecnologia più efficace per il caso in questione. Al contempo è possibile installare non solo tecnologie diverse ma anche dimensioni diverse. Se questo approccio viene unito a un controllo globale intelligente è possibile ottenere un ulteriore potenziale di risparmio.
L'esperienza ha dimostrato che attraverso l'ottimizzazione dell'aerazione si possono raggiungere risparmi energetici importanti. Ad esempio, installando un turbo AERZEN e un Delta Hybrid, l'impianto di depurazione di Rheda-Wiedenbrück ha risparmiato 40.000 euro in spese energetiche all'anno.
