Una pianificazione ottimale in fase di costruzione dell'impianto garantisce un trattamento efficiente delle acque reflue
Il trattamento biologico nella vasca di ossidazione non è solo la fase più importante dei processi di trattamento delle acque reflue, ma è anche la più dispendiosa dal punto di vista energetico. Se gli operatori vogliono migliorare il bilancio energetico del loro impianto di depurazione, ottimizzare l'aerazione nelle vasche di ossidazione offre loro ampi margini di manovra in sede di progettazione. Il corretto dimensionamento degli aeratori, la scelta delle tecnologie appropriate e il controllo intelligente del funzionamento della vasca di ossidazione guidato dai dati devono quindi essere oggetto di massima attenzione nella fase di costruzione dell'impianto. Il consumo energetico e le emissioni possono essere ridotti in modo significativo grazie a una pianificazione integrata sia che si tratti di progettare un nuovo impianto sia di ristrutturarne uno già esistente.
Fattori per un trattamento efficiente delle acque reflue
Affinché il lavoro complessivo svolto nell'ambito del trattamento delle acque reflue dia i risultati auspicati, è fondamentale che tutte le dimensioni rilevanti dell'obiettivo siano adeguatamente tenute in considerazione:
- Prestazioni di pulizia
- Stabilità operativa
- Costi
Come misura della qualità del trattamento delle acque reflue, le prestazioni di pulizia rappresentano la massima priorità per un impianto di depurazione. Dopo tutto, è necessario rispettare i limiti di legge applicabili che, a seconda dell'uso dell'acqua trattata, possono anche superare i requisiti minimi dell'ordinanza tedesca sulle acque reflue. La stabilità dell'impianto va vista in un contesto simile. Un impianto di depurazione deve raggiungere i dati prestazionali richiesti anche in caso di carichi d'urto. Tuttavia, una tecnologia obsoleta e modalità operative con un'elevata usura dei materiali possono mettere a rischio questo aspetto.
I costi energetici sono pressoché l'unico fattore di costo che può essere influenzato significativamente nell'operatività quotidiana di un impianto di depurazione. Altri costi, come quelli per il personale operativo o la manutenzione, dovrebbero essere considerati per quanto possibile fissi. Quando si costruisce un nuovo impianto, le decisioni cruciali per la successiva domanda di energia vengono prese nelle prime fasi. Tuttavia, con circa 10.000 impianti di depurazione comunali già esistenti a livello nazionale, la costruzione di nuovi impianti è chiaramente un'eccezione.
Pertanto, sostituire i componenti dell'impianto è molto più frequente. In pratica, però, questo avviene di solito solo quando si rende necessaria la sostituzione di una tecnologia difettosa, mentre in pochissimi casi viene fatto "solo" per ottimizzare la struttura dei costi. Chiunque voglia ridurre efficacemente i costi di esercizio del trattamento delle acque reflue dovrebbe comunque iniziare dal fabbisogno energetico, dove è possibile ottenere miglioramenti significativi anche senza sostituire i componenti più grandi dell'impianto.
La progettazione della configurazione dell'impianto e la scelta dei parametri operativi hanno un impatto anche su altri fattori importanti, quali la natura e la quantità dei fanghi di depurazione delle acque di scarico e le possibilità di recupero dei nutrienti.
Trattamento delle acque reflue: aspetti energetici
Gli impianti di depurazione generano il 20% circa del consumo energetico delle strutture comunali. Questo dimostra quanto il risparmio energetico possa avere un impatto positivo sulle finanze di un comune. Tuttavia, che il trattamento delle acque reflue sia ad alta intensità energetica e rappresenti quindi un grande potenziale di risparmio è vero anche per gli impianti commerciali. Oltre all'aspetto finanziario, c'è anche quello ecologico: da uno studio condotto dall'Agenzia federale per l'ambiente è emerso che gli operatori possono ottenere un risparmio medio del 30% senza investire in nuovi macchinari, evitando così l'emissione di circa 900.000 tonnellate di CO2 all'anno.
L'aerazione delle acque di scarico nella vasca di ossidazione dove viene effettuato il trattamento biologico rappresenta il 50% circa del consumo energetico di un impianto di depurazione. Inoltre, gli impianti che praticano il trattamento dei fanghi di depurazione delle acque reflue hanno agitatori a funzionamento continuo. Gli altri stadi del processo rappresentano una percentuale relativamente bassa del consumo energetico totale e di conseguenza hanno una priorità minore nei progetti di ottimizzazione della costruzione degli impianti.
Tuttavia, gli impianti di depurazione non sono solo consumatori di energia; in molti casi, ne sono anche produttori. Gli impianti di depurazione delle classi di grandezza 4 e 5, che in Germania rappresentano la maggior parte della popolazione equivalente (AE), pompano i fanghi di depurazione delle acque reflue (un sottoprodotto del trattamento delle acque reflue) nei cosiddetti digestori anaerobici. Con l'apporto di energia termica, la decomposizione dei componenti organici dei fanghi produce gas di depurazione utilizzabile per finalità di riscaldamento.
Le centrali termoelettriche a blocco convertono questo gas in elettricità e calore. Ridurre il fabbisogno energetico non è quindi l'unico punto di partenza per migliorare l'efficienza. Anche aumentare la propria produzione di elettricità e di calore offre grandi potenzialità, in quanto permette di diminuire la quantità di energia acquistata presso fornitori terzi necessaria per far funzionare i soffiatori, le pompe e gli agitatori oltre che per riscaldare la vasca del digestore. AERZEN offre anche soluzioni e concetti per questo approccio globale alla costruzione di impianti e integra la generazione di energia nella pianificazione.
L'aerazione come punto focale nella costruzione di un impianto
L'aerazione di una vasca di ossidazione attivata, necessaria per il trattamento biologico, rappresenta circa il 50% del consumo energetico totale dei grandi impianti di depurazione, e la percentuale tende a essere ancora più alta negli impianti più piccoli. Gli sforzi per ridurre i costi di esercizio dovrebbero quindi iniziare da qui. Che si tratti di una nuova progettazione o di un investimento di sostituzione, l'adattamento competente della configurazione del sistema ai requisiti individuali dell'impianto di depurazione può permettere di ottenere miglioramenti significativi. La tecnologia dei soffiatori, il numero e le dimensioni dei singoli soffiatori e il loro controllo intelligente offrono un notevole margine di progettazione. Lavorando da decenni a stretto contatto con gli operatori degli impianti di depurazione, AERZEN ha fatto confluire questi requisiti nello sviluppo di prodotti e soluzioni.
Per sostenere i clienti nell'ottimizzazione complessiva dell'aerazione, AERZEN offre non solo una tecnologia di soffiatori altamente sviluppata come parte del concetto Performance3, ma anche il relativo software di controllo e la competenza per il coordinamento del sistema. AERZEN affianca i clienti già nella fase di progettazione ed elabora insieme a loro i relativi progetti preliminari. L'esperienza maturata nel corso di un'ampia gamma di progetti e gli strumenti di progettazione appositamente sviluppati aiutano a trovare una soluzione rapida, oculata e a prova di futuro.
La scelta del sistema di aerazione determina il fabbisogno energetico della fase di trattamento biologico per un periodo di tempo considerevole. Questo perché spesso le stazioni di soffiaggio possono essere sostituite solo nell'ambito di un investimento di sostituzione. In entrambi i casi di progettazione, ossia costruzione di un nuovo impianto e ristrutturazione, è quindi fondamentale scegliere la tecnologia ottimale e il modello adatto. Per ragioni tecniche, le diverse tecnologie di soffiaggio hanno caratteristiche operative diverse e anche le dimensioni delle singole unità hanno un ruolo importante.
AERZEN offre ai propri clienti il soffiatore a lobi Delta Blower, il compressore ibrido Delta Hybrid e la turbosoffiante Aerzen Turbo. Sebbene le turbosoffianti siano particolarmente efficienti dal punto di vista energetico, la loro gamma di carico è meno ampia rispetto ad altre tecnologie. Al contrario, una macchina a lobi ha un campo di controllo più ampio. Il sistema è quindi in grado di gestire carichi variabili in modo molto efficiente, poiché l'efficienza rimane pressoché invariata in tutti i punti operativi.
Ciò significa che sono disponibili diverse tecnologie di soffiaggio con punti di forza individuali; il compito del progettista dell'impianto è quello di configurarle in un sistema di aerazione tale da combinare i loro punti di forza e servire in modo ottimale tutti i profili di carico. La possibilità di far funzionare insieme gruppi di varie dimensioni e di disporli in modi diversi crea ulteriore libertà di progettazione. Gli specialisti delle applicazioni AERZEN supportano l'analisi dei profili di consumo e di carico per fornire una base di dati per successive progettazioni.
La base per l'utilizzo ottimale di questo aumento di flessibilità, tuttavia, è una base di dati sufficiente. La mancanza di informazioni sulle condizioni operative dei componenti dell'impianto e sulle caratteristiche di carico dell'impianto di depurazione rende difficile sfruttare il potenziale della moderna tecnologia impiantistica.
Mentre di solito il funzionamento degli impianti di depurazione è stato fortemente influenzato dall'esperienza del personale, l'utilizzo dei potenziali di efficienza esistenti richiede un ripensamento. Questo vale in particolare per la fase di aerazione, in cui i carichi variabili e le stazioni di soffiaggio, che sono costituite da gruppi con caratteristiche diverse, rendono necessari controlli intelligenti basati sui dati. Monitorare il consumo di energia dei componenti dell'impianto più energivori e misurare le perdite di carico sono un prerequisito per l'ottimizzazione energetica e il rilevamento precoce dei guasti. Tuttavia, la raccolta dei dati non è ancora uno standard, soprattutto negli impianti di depurazione più piccoli. Il calo dei prezzi delle tecnologie di misura in questione rende però più facile l'adeguamento.
Quando si riconfigura la stazione di soffiaggio e si definisce la strategia di controllo individuale, l'acquisizione di dati è parte integrante del processo di pianificazione. Durante un AERaudit, gli esperti di AERZEN registrano l'andamento della portata, della pressione di sistema, delle temperature e del consumo di potenza nel tempo. Questi dati consentono di effettuare analisi complete del profilo di carico della vasca di ossidazione. Su questa base, gli specialisti della costruzione di impianti sviluppano un concetto di impianto che si adatta in modo ottimale alle caratteristiche individuali dell'impianto di depurazione. L'obiettivo è ampliare in modo vantaggioso le caratteristiche delle diverse tecnologie di soffiaggio e le dimensioni dei gruppi.
Il sistema di controllo dell'impianto determina quali soffiatori del sistema composito debbano funzionare in quale punto operativo a un dato carico totale dell'impianto di depurazione. Il sistema di controllo integrato AERsmart distribuisce la portata alle singole macchine in modo da ottimizzare al massimo i loro livelli di efficienza. Ciò consente al sistema di controllo di reagire tempestivamente alle variazioni di carico con elevati volumi di acque di scarico e alti livelli di contaminazione. Il sistema di controllo globale consente di ottenere un risparmio energetico fino al 15%. Utilizzando questa tecnologia di soffiaggio all'avanguardia, gli operatori dell'impianto possono ridurre l'energia di aerazione fino al 50%. Tuttavia, lo sviluppo di un concetto complessivo coerente da parte del costruttore dell'impianto è sempre il fattore decisivo.
L'ottimizzazione energetica dell'aerazione consente di ridurre notevolmente i costi energetici e le emissioni di un impianto di trattamento delle acque reflue. L'attuazione è spesso difficile all'atto pratico, soprattutto nell'ambito delle istituzioni comunali. Sebbene gli investimenti nella tecnologia di soffiaggio si ammortizzino rapidamente grazie agli elevati guadagni di efficienza, lo sblocco dei fondi rappresenta un ostacolo all'implementazione.
Spesso una stazione di soffiaggio può essere sostituita dai costruttori dell'impianto solo nell'ambito di un appalto di sostituzione resosi già necessario. Questo rende Performance3 di AERZEN particolarmente flessibile, permettendo di migliorare l'efficienza energetica di tutti gli impianti di depurazione. Oltre alle più recenti tecnologie di soffiatori disponibili del portafoglio dell'azienda, anche unità esistenti di produttori terzi possono essere integrate nel sistema di controllo intelligente globale. Naturalmente, l'unità di controllo può gestire anche una singola macchina. Anche gli operatori di impianti che non sono in grado di sostituire completamente nel medio termine l'unità di aerazione possono così ottenere miglioramenti percentuali a due cifre dell'efficienza energetica.
