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Per l’impianto di depurazione di Ravenna si è resa necessaria un’ottimizzazione dei processi di trattamento mirata a incrementare l’efficienza della linea fanghi, il recupero energetico e la capacità d’impianto in vista di un futuro aumento della popolazione servita. L’individuazione di strategie adatte è stata tuttavia influenzata dalla disponibilità limitata di dati di processo. Per far fronte a queste limitazioni, il nostro cliente HERA S.p.A. ha richiesto lo sviluppo di un modello dell’impianto in WEST. DHI ha sviluppato una soluzione dedicata attraverso l’utilizzo di WEST, fornendo così le basi per la valutazione di molteplici scenari ed un valido strumento di supporto decisionale nell’individuazione delle strategie operative più efficienti.

Contesto

Molteplici fattori, tra cui il basso carico organico in ingresso e la capacitá ridotta della linea fanghi, hanno influenzato l’efficienza dell’impianto. Ció ha determinato in particolare un alto consumo energetico legato all’aerazione e un recupero limitato di biogas.


Soluzione

Implementazione, calibrazione e validazione di un modello in WEST, software DHI per la simulazione ed il supporto alla gestione degli impianti di trattamento delle acque reflue. Il modello calibrato e validato dell’impianto di Ravenna é stato successivamente utilizzato per analisi di scenario e scelta di strategie operative ottimali.

Risultati

Descrizione realistica della performance d’impianto

Valutazione e supporto alla scelta di strategie operative ottimali

Miglioramenti significativi in qualitá dell’effluente e recupero biogas


‘Abbiamo scelto WEST per le potenzialità nell’ambito della descrizione dei processi biologici degli impianti di depurazione e per le elevate opportunità di personalizzazione, nello specifico la possibilità di creare nuovi modelli di calcolo per descrivere processi ed elementi non presenti nelle librerie standard. L’interfaccia grafica intuitiva e la facilità di inserimento dati ci hanno permesso di implementare rapidamente anche i lay-out impiantistici più complicati come quello di Ravenna (240000 AE).’

Ida Basta, Ingegnere Civile,
HERA S.p.A


La storia completa

Contesto iniziale

Valutazione iniziale dell’impianto
L’efficienza dell’impianto di depurazione di Ravenna é stata soggetta a limitazioni a causa di molteplici fattori. Da una parte, il carico organico (COD, BOD) in influente si é rivelato limitato e soggetto a variazioni temporali significative, influenzando in particolare il processo di denitrificazione. Dall’altra, per far fronte ad una capacitá ridotta della linea fanghi (ispessimento, digestione anaerobica), si é provveduto ad utilizzare i sedimentatori primari come pre-ispessitori e a mantenere alte concentrazioni di solidi (fino a 15 g/L) nei reattori a fanghi attivi. Questa strategia operativa ha determinato un alto consumo energetico (principalmente legato all’aerazione) ed un recupero limitato di biogas.

In questo contesto, si é resa necessaria un miglioramento della performance d’impianto attraverso un’ottimizzazione dei processi di trattamento, che il cliente ha scelto di individuare attraverso l’utilizzo di un modello dinamico dell’impianto e la valutazione di differenti strategie e scenari operativi. Per far fronte alla disponibilitá limitata di dati di monitoraggio (sia in influente che di processo), sono state condotte attivitá di monitoraggio aggiuntive in supporto all’attivitá modellistica.


(Posizionare il cursore sull'immagine per attivare lo zoom)

Interfaccia WEST sull'impianto di Ravenna. © DHI


Soluzione

Implementazione del modello WEST e analisi di scenari
Il modello dell’impianto di Ravenna é stato implementato in WEST, riproducendo la complessitá dello schema operativo e la strategia operativa esistente. La ridotta efficienza di aerazione ha reso necessario simulare il fenomeno di nitrificazione-denitrificazione simultanea nel fango attivo. Si é considerato un frazionamento dinamico delle varie componenti nell’influente non trattato, dovuto in particolare alla variabilitá dei dati disponibili.

La calibrazione del modello WEST é stata condotta, in step consecutivi, sulla base di dati a lungo a termine (1 anno) per garantire una descrizione accurata della performance d’impianto. Successivamente alla stima dei parametri di frazionamento, sono state considerate le dinamiche nelle portate dei fanghi di supero, nelle temperature e nella performance del sedimentatore secondario, ottenendo cosí una descrizione realistica dell’impianto. Cambiamenti minimi dei parametri cinetici sono stati necessari per ottenere una descrizione soddisfacente dei dati misurati da parte del modello. Il modello WEST é stato infine validato con dati da campagne di misurazione mirate, confermando cosí la validitá dell’approccio utilizzato.




Concentrazioni di solidi misurate e simulate nei reattori a fanghi attivi nell’arco di un anno. © DHI


Il modello WEST calibrato e validato é stato utilizzato per valutare scenari operativi mirati al miglioramento dell’efficienza dell’impianto di Ravenna. Tre scenari sono stati considerati e confrontati con la strategia operativa attuale:

  • Scenario 1 - Riduzione della concentrazione di solidi in miscela aerata (attraverso un incremento della capacitá di trattamento della linea fanghi)

  • Scenario 2 – Come Scenario 1, con bypass del sedimentatore primario (incrementando cosí il carico di COD per la denitrificazione)

  • Scenario 3 – Come Scenario 1, con incremento del ricircolo della miscela aerata e implementazione di un controllo dell’aerazione basato sulla concentrazione di azoto ammoniacale in effluente (migliorando cosí l’efficienza di aerazione)


Risultati

I risultati dell’analisi di scenario (qui presentati per concentrazione di azoto totale in effluente e produzione di biogas) hanno indicato la possibilitá di miglioramenti significativi per l’impianto in termini di:

  • Riduzione di concentrazioni di azoto totale (-25%) e fosforo totale (-50%) in effluente

  • Aumento della produzione di biogas (fino a +94%)

Si puó perció concludere che l’upgrade della linea fanghi (in grado di incrementare il recupero energetico) debba essere combinato con una strategia atta a mantenere una sufficiente qualitá dell’effluente. L’implementazione di un controllo dell’aerazione puó risultare particolarmente utile nell’ambito di un miglioramento generale dell’efficienza energetica dell’impianto.



Confronto tra strategia operativa attuale (‘baseline’) e tre scenari alternativi in termini di azoto totale in effluente e produzione di biogas. © DHI


Lo sviluppo di un modello WEST dell’impianto di Ravenna ha cosí fornito all’ente gestore un valido strumento di supporto decisionale nell’individuare ed implementare le stragie di upgrade e ottimizzazione piú adatte sulla base di molteplici criteri di valutazione (conformitá dell’effluente, consumo e recupero energetico).

L’analisi di scenario ha indicato un potenziale miglioramento significativo in termini di performance di trattamento ed efficienza energetica, offrendo all’ente gestore la possibilitá di attuare nuove strategie operative in modo mirato.

Il cliente

Fondata nel 2002, Hera S.p.A. fornisce servizi relativi a gas, electtricitá, acqua e ambiente in Italia. L’azienda si occupa in particolare della gestione del servizio idrico integrato (acquedotto, fognatura, depurazione e potabilizzazione) e di progettazione, costruzione, gestione operativa e manutenzione della rete fognaria e di impianti di trattamento acque reflue.


Software utilizzato

WEST

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Ottimizzazione dell’impianto di depurazione di Ravenna

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