Dimensionamento di un Impianto di Depurazione delle Acque Reflue - PowerPoint by 29u1Us

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									                                                 Dipartimento Ingegneria
Università degli Studi di Firenze                Civile



                             Esercitazione


                                    Dimensionamento
                                     di un Impianto di
                                        Depurazione
                                    delle Acque Reflue


                                       Prof. Claudio Lubello
                                                                                 Dipartimento Ingegneria
           Università degli Studi di Firenze                                     Civile



                                       Dati di Progetto
     PN             65000           AE°        Potenzialità nominale

      C               0,8          adim        Coeff. Di afflusso in fognatura

      Di              200       l/(AE*day)     Dotazione Idrica pro-capite
                                                                                   ° Nota: AE  Abitanti

Valori medi parametri liquame in ingresso
                                                      Sistema Fognario:                        Unitario
    SST              170        mg/l                  Acqua reflua:                            Urbana
    COD              416        mg/l                  % Scarichi Industriali:                Trascurabile
    BOD5             195        mg/l
                                                      Riutilizzo acqua depurata:                    NO
    TKN              38         mg/l
    Ptot              6         mg/l                  Corpo Recettore:                  Corso d’Acqua Sup.
                                                      Scarico in area sensibile:               NO
   T max             26           °C                  Collocazione impianto:               80 m s.l.m.
   T min             12           °C
                                                                                   Dipartimento Ingegneria
             Università degli Studi di Firenze                                     Civile



                                 Riferimenti normativi
 D.Lgs 152/2006                 Scarichi in acque superficiali
 Potenzialità impianto in A.E.                              >10.000
 Parametri (media giornaliera)                   Concentrazione           % riduzione
 BOD5 (senza nitrificazione) mg/L                   < 25                      80
 COD mg/L                                           < 125                     75
 Solidi Sospesi mg/L                                < 35                      90
da Tabella 1. Allegato 5 alla parte terza ( Limiti di emissione per gli impianti di acque reflue urbane.)
 Param.  SOSTANZE                                u. m.     Scarico in acque superficiali
 1 pH                                            5,5-9,5
 2 Temperatura                                   °C         non causare variazioni eccessive° (quantificazione
                                                           esplicitata nell’allegato 5 parte terza) nel corpo recettore
 3    colore                                               non percettibile con diluizione 1:20
 4    odore                                                non deve essere causa di molestie
 5    materiali grossolani                                 assenti

 32          Fosforo totale (come P)             mg/L      < 10
 33          Azoto ammoniacale (come NH4)        mg /L     < 15
 34          Azoto nitroso (come N)              mg/L      < 0,6
 35          Azoto nitrico (come N)              mg /L     < 20
 50          Escherichia coli                UFC/100mL     < X < 5000
 51          Saggio di tossicità acuta                     n°organismi immobili <=50% del totale in 24h

da Tabella 3. Allegato 5 alla parte terza
                                                             Dipartimento Ingegneria
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                                 Viene richiesto…
1. Disegno dello schema a blocchi della linea acque con indicazione dei flussi.

2. Dimensionamento dei pretrattamenti;

3. Dimensionamento dei trattamenti primari;

4. Dimensionamento del reattore biologico di ossidazione-nitrificazione;

5. Valutazione della richiesta di ossigeno;

6. Valutazione della produzione di fango;

7. Dimensionamento del sedimentatore secondario;

8. Dimensionamento della fase di disinfezione;
                                                                                         Dipartimento Ingegneria
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                  Calcolo delle portate di progetto
   Calcolo la Portata Media in arrivo all’impianto:
                                                                      Q  PN * Di * C
                                                                  Q media          10400            mc/d
Qmedia   =65000*300*0.8*10-3=10400             mc/d
                                                                  Q media          433              mc/h

Per calcolare i coefficienti di punta della Portata Nera utilizziamo le seguenti formule:

                                5                                                                   1
             Cpm ax                 1                            Cpmin  0,2  PN                      6
                                         6
                            PN
                 dove PN è la Potenzialità Nominale espressa in migliaia di A.E.

                 n.b. Nel nostro caso la fognatura non è separata ma mista!

    Cp max        2,49           -
    Cp min        0,40           -
    Qp max      25896         mc/d            Portata di punta massima nera  Portata Massima in Ingresso
    Qp min       4160         mc/d           Portata di punta minima nera = Portata Minima in Ingresso di Progetto
                                                                              Dipartimento Ingegneria
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                 Calcolo delle portate di progetto
 La portata in arrivo, in occasione di eventi di pioggia, può essere molto superiore a Q media

 Ipotizzo di scolmare quando          Qin  6Q
 e di ammettere ai trattamenti secondari al massimo la metà di tale portata.

                                   Portata massima ammessa all'Impianto               Qa  6Q
   Qam      93600        mc/d
                                       (Qa=6Qmedia)
                                   Portata massima ammessa al Biologico
  Qamb      46800        mc/d                                                         Qab  3Q
                                       (Qa=3Qmedia)




 Calcolo effetto di diluizione dei parametri inquinanti: (Verifica del rispetto dei limiti allo scarico)

                         Limite 152/2006
                                                                    Dove ad esempio:
    SSTsc          28            35             g/mc
                                                                              SSTingresso
    CODsc          69           125             g/mc
                                                                    SSTsc 
                                                                                   6
   BOD5sc          33            25             g/mc

La concentrazione di BOD5 in uscita dallo scolmatore può essere comunque ritenuta accettabile in quanto
il limite di legge si riferisce ad una concentrazione media giornaliera.
                                                                                           Dipartimento Ingegneria
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                1. Schema a Blocchi Linea Acque
                                                                                                     Alla
                                                                                                    linea
                                                                                                   fanghi

                                                                         Sedimentatore
                                                                           Primario
                        6Q
IN                                               Dissabbiatore
       GG               Soll         GF           Disoleatore
                                                                         Sedimentatore
                                                                           Primario



                                                                                                 3Q

                                                                         Qr
                                                                                     Reattore
                                                                                                                     3Q
                                                                                     Biologico
                                                         Sedimentatore
                                  Disinfezione            Secondario




     OUT      6Q
                                                                                     Reattore
                                                         Sedimentatore
                                                          Secondario                 Biologico




                                                                         Qr

                                         Alla
                                        linea
                                       fanghi
                                          Dipartimento Ingegneria
      Università degli Studi di Firenze   Civile



      2. Dimensionamento Pretrattamenti
Dimensionamento della Grigliatura
                                                                             Dipartimento Ingegneria
            Università degli Studi di Firenze                                Civile



           2. Dimensionamento Pretrattamenti
Dimensionamento della Grigliatura
Condizioni di progetto consigliate:

Sulla Velocità di avvicinamento, affinché si evitino fenomeni di      va  0,4 m
     sedimentazione all’interno del canale di avvicinamento                                            s
(Da verificare con la Qmin di progetto)


Sulla Velocità di attraversamento, per evitare eccessiva usura e
     trascinamento materiali grigliati
(Da verificare con la Qmax=Qam di progetto)
                                                                       vt  1,2 m
                                                                                             s
Grigliatura Grossolana, a monte dello scolmatore (Ipotizzo perdite di carico trascurabili durante
l’attraversamento delle barre)
Grossolana = distanza tra le barre 4-6 cm.                Prevedo due linee in parallelo.

   Qmedia       10400       mc/d
                                                            Ipotizzo di far transitare
    Qam         62400       mc/d      (6Qmedia)             la portata minima su una
   Qpmin         4160       mc/d                                   singola linea
                                                                               Dipartimento Ingegneria
             Università degli Studi di Firenze                                 Civile



             2. Dimensionamento Pretrattamenti
               Impongo
    Vt            1.2                   m/s
         (In caso di pioggia accetto occasionalmente velocità superiori)                    Q p max
                                                                                 A
                                                                                                vt
                calcolo
    A             0,6                   m2


              Data l’Area
                                                                                       3
              verifico per                                                 (62400 m   )
                Qpmin                                         A                   d           0,6m 2
    Va             -°                   m/s                      (1.2 m ) * (60  60 * 24 s )
                                                                       s                   d

°Calcolo l’altezza d’acqua in base alla sezione ed alla portata e
verifico tenendo conto che Qmin può durare poche ore

La calcolo utilizzando la Qam
Prevedo 2 griglie da 0.3 m2
Nel caso di portata minima by-pass di una linea
                                                                                              Dipartimento Ingegneria
                Università degli Studi di Firenze                                             Civile



                2. Dimensionamento Pretrattamenti
               Si assume                                                       b                Range
        s             12        mm   Spessore delle Barre GG             G Grossolana          50--150                  mm
        b             50        mm   Distanza tra le barre                   G Fine             10--20                  mm
Fisso l'altezza d'acqua
massima
        H       0.95        m
Calcolata in precedenza la sezione utile, la larghezza utile della griglia risulta:

B=A/H=0.6/1
    B         0.63         m
Chiamando “n” il numero di barre, ed essendo “n + 1” il numero di interspazi e b la distanza tra le barre,
ricavo il n° delle barre:


        n        12                  (n  1)  b  B                         n
                                                                                   0.63
                                                                                        1
                                                                                   0.05

La larghezza del canale in corrispondenza della griglia risulta:


        L       0.79       m
                                                                                L  n * s  (n  1) * b
con pertanto un allargamento rispetto al canale di arrivo pari a :
     ΔL         0.16       m
Le barre saranno poste con un inclinazione di 30° con la verticale
                                                                                              Dipartimento Ingegneria
                    Università degli Studi di Firenze                                         Civile



                    2. Dimensionamento Pretrattamenti
 Grigliatura Fine                (Fine = spaziatura tra le barre < 2 cm )
Si procede come per la GG, quindi, imponendo la stessa altezza d'acqua (di valle) e lo stesso numero di linee,
cambieranno solo la geometria delle barre, e la larghezza del canale in corrispondenza delle barre stesse.
                             Impongo
            Vt                         1.2          m/s
                                   calcolo
                A                      0,6              m2


Fisso l'altezza d'acqua di valle
            h2                     0.95                 m
Calcolata in precedenza l'Area della sezione, la larghezza di ogni canale risulta:
        B                        0.63                   m
Chiamando “n” il numero di barre, ed essendo “n + 1” il numero di interspazi, ricavo il n° delle barre:       (n  1)  b  B
            n                      31                        (con b= 10 mm)
La larghezza lorda del canale in corrispondenza della griglia risulta:
            L             0.5 (con s=6 mm)                         m
                                                                                               L  n * s  (n  1) * b
con pertanto un ringrosso rispetto al canale di arrivo pari a :
         ΔL                        0.13                 m
N.B. Anche se nel procedimento utilizzato ho trascurato le perdite di carico, dovrò aspettarmi a monte, in condizioni di Q max,
almeno un sovralzo di:
        Δh                         5                    cm                Ipotizzato da letteratura
                                                            Dipartimento Ingegneria
       Università degli Studi di Firenze                    Civile



       2. Dimensionamento Pretrattamenti
Dimensionamento del Dissabbiatore/Disoleatore

Realizzo un Dissabbiatore Longitudinale Aerato anche per la rimozione di oli e grassi
         ( con una zona di calma dedicata):
                                                                                         Dipartimento Ingegneria
              Università degli Studi di Firenze                                          Civile



             2. Dimensionamento Pretrattamenti
  Dimensionamento del Dissabbiatore/Disoleatore
  Qam                62400 m3/d         Q massima
  Qam                 2600 m3/h         Q massima

Assunto
                                        Range
   t                    4 min           2-5 min          a Qmax(ammessa)    tempo di detenzione
Calcolo
    V                 174 mc

Assumo
                                            Range
   H                       3 m              2--5 m       Profondità media
                                                                                                      Q max
Dal volume calcolo                                                                        A
  A                       58 m2
                                                                                                    CIS max
                                                         Consigliato
Verifico il CISmax applicato:
CISmax                    45 m3/m2*h                     < 50mc/mq*h

Assumo
Lunghezza                 15 m                7,5--20m
Calcolo (avendo già calcolato l'Area)
Larghezza                  4 m                2,5--7m


            Verifico rapporti consigliati     Range
   B/H                  1,33                  1:1--5:1
   L/B                  3.75                  3:1--5:1
                                                                                        Dipartimento Ingegneria
                Università degli Studi di Firenze                                       Civile



                2. Dimensionamento Pretrattamenti
      Dimensionamento del Dissabbiatore/Disoleatore
Inoltre, per l'aerazione prevedo l'installazione di ugelli in grado di fornire:
            Assunto                                 Range
                              m3/m*min       0,2-0,5 m3/m*min        Richiesta d'aria
Air             0,3                                                    per unità di
                                                                        lunghezza
           Calcolo
         moltiplicando
            *60*L
                                                                        Richiesta
                                m3/h                                 complessiva di
Air             270
                                                                      una vasca di
                                                                      lunghezza L


La rimozione di oli e grassi è intorno al 70%

Verifico CIS a Q min ed a Q media
                                                       Al variare della portata in ingresso avrò una diversa
                                                       efficienza di rimozione delle sabbie.
      CIS min          3           m3/m2*h
                                                       Neanche a Q min precipitano materiali fini che
                                                       devono essere intercettati dal Sedimentatore I, anche
      CIS med         7.5          m3/m2*h
                                                       grazie all’insufflazione d’aria.
                                                                              Dipartimento Ingegneria
          Università degli Studi di Firenze                                   Civile



                            3. Trattamenti Primari




Utilizzo come parametro di progetto il Carico Idraulico Superficiale (Velocità di Overflow ):

Dati Valori di CIS di letteratura (con fognatura separata)




                                               2.5                              5
                                                                                              Dipartimento Ingegneria
                  Università degli Studi di Firenze                                           Civile



                               3. Sedimentazione Primaria
Scelgo di realizzare un Sedimentatore Rettangolare, per il quale
si assumono i seguenti valori per i parametri :

                                                                                          Range opportuno

CISmax        5       m3/m2*h     Carico idraulico superficiale massimo             Cst      125--500        m3/m*d     a Qmedia
                                                                                    θh        1,5--4,0           h      a Qmedia
    CIS      2.5      m3/m2*h     Carico idraulico superficiale medio
                                                                                   θhmin        35             min       a Qmax
    h         3           m       Altezza liquida all'interno delle vasche
                                                                                    h          3--5             m        altezza
    l/b      4:1          --      Rapporto Lunghezza/larghezza
                                                                                    l/b     (3:1)-(5:1)
                                  Carico Idraulico Lineare allo
    Cst      300      m3/m*d           stramazzo (alla Qmedia)                      b          3--24            m       lunghezza
                                                                                     l        15--90            m       larghezza

•       Calcolo la superficie della vasca:

N.B. Faccio il dimensionamento sia per la Q media che per la Q massima (ammessa), e poi adotto le
dimensioni maggiori:
                                                                                   Q max
                                                                             A
    A              520 (2600/5)            m2      con Qmax                       CIS max
    A              173 (433/2.5)           m2      con Qmed                           Q
                                                                             A 
                                                                                     CIS
                                                                               Dipartimento Ingegneria
                 Università degli Studi di Firenze                             Civile



                            3. Sedimentazione Primaria
    Scelgo A con Qmax, calcolo V e verifico i tempi di ritenzione

                                                                     V
      V          1560      m3                             h 
                                                                     Q
      θh          3.6          h   Nel range
                                                                      V
    θhmin         36       min     Nel range              hm in 
                                                                     Qm ax




Prevedo un sedimentatore articolato su due linee identiche in parallelo. Dimensiono una vasca:

      n° linee             2                                           Progetto
           V             780              m3                 A         b (m)               8
                                                     b
           A             260              m2                l
                                                                       l (m)             32
                                                              b
           b               8              m                            h (m)               3
           l              32              m
                                                                                  Dipartimento Ingegneria
             Università degli Studi di Firenze                                    Civile



                        3. Sedimentazione Primaria
  Dimensiono lo stramazzo. Dato il Cst, calcolo Lst:

                     Q                   Lst     17.3       m        per ogni vasca
            Lst                       Lst/b     2.1        --
                     Cst

  Quindi per ogni vasca dovranno essere previsti due stramazzi da 8 metri circa

                                                                                assunto                 Range
Abbattimenti Ipotizzati per il Sedimentatore
                                                              ΔSST                56%                  50-60%
    Primario
(Effetto dovuto alla ritenzione parziale delle                ΔCOD                28%                  20-30%
    componenti particolate):
                                                             ΔBOD5                23%                  20-30%

                                                        Trascuro effetti su altri parametri (Azoto, Fosforo…)



                                                          SST         75         g/m3
  Calcolo Concentrazioni in Ingresso al
                                                          COD         300        g/m3
  Reattore Biologico
                                                          BOD5        150        g/m3
                                                                                      Dipartimento Ingegneria
               Università degli Studi di Firenze                                      Civile


            4. Reattore Biologico                ossidazione-nitrificazione;
   Realizzo due linee e riporto i dati per ciascuna vasca.
   Riepilogo dati di Progetto, che prevedono parametri aggiuntivi:

    Q media          5200              mc/d          Q di progetto di una linea

     BOD5             150              g/mc          Calcolato da Sed I
                                                                                           COD  pCOD  sCOD

      COD             300              g/mc          Calcolato da Sed I
                                                                                            COD = bCOD + nbCOD
  bCOD/BOD5
 bpCOD/pBOD5
 bsCOD/sBOD5          1,60             adim          Assunto (Lezione sul BOD5)
     sBOD5             70              g/mc          Dato di progetto                   bCOD = bsCOD + bpCOD
     pBOD5             80              g/mc          Calcolato (BOD5 – sBOD5)
                                                                                        nbCOD = nbsCOD + nbpCOD
   sCOD/COD           0,50             adim          Dato di progetto

      TSS              75              g/mc          Calcolato da Sed. I
    VSS/TSS           0,84             adim          Dato di progetto
      VSS              63              g/mc          Calcolato dal rapporto VSS/TSS

      TKN              38              g/mc          Dato di progetto                   TSS = VSS + iTSS
       T               12               °C           Dato di progetto
                                                                                        VSS = bVSS + nbVSS


p: particolato; s: solubile               b: biodegradabile; nb: non biodegradabile
                                                                                             Dipartimento Ingegneria
        Università degli Studi di Firenze                                                    Civile



      4. Reattore Biologico                                       ossidazione-nitrificazione;
Calcolo tutte le frazioni del COD

      bCOD          240= (150  1.6)                  g/m3              Concentrazione iniziale di substrato So
     nbCOD           60 = (300-240)                   g/m3               nbCOD  COD  bCOD
      pCOD          150 = (300  0.5)                 g/m3
      sCOD          150 = (300  0.5)                 g/m3
     nbsCOD        38 = (150-1.670)                  g/m3
  bpCOD/pCOD      0,85 = (1.680/150)                 g/m3             nbsCOD  sCOD  bsCOD  sCOD  1.6sBOD 5
     nbVSS         9.4 =((1-0.85)63)                 g/m3
                                                                        Hp:   bsCOD bCOD bpCOD
      iTSS            12 = (75-63)                    g/m3                                        1.6
                                                                              sBOD 5 BOD 5   pBOD5

                                                                                   bpCOD 1.6  pBOD5
iTSS  TSS  VSS                                                                         
                                                                                    pCOD    pCOD

E’ possibile ipotizzare in bVSS  bpCOD                                              bpCOD 
                                                            nbVSS  VSS  bVSS  1 
                                                                                            VSS
prima approssimazione      VSS     pCOD                                               pCOD 
                                                                                            
                        I valori di nbVSS e iTSS servono per il calcolo della produzione di fango
                                                           Dipartimento Ingegneria
       Università degli Studi di Firenze                   Civile



     4. Reattore Biologico                 ossidazione-nitrificazione;




bCOD rappresenta la concentrazione iniziale di substrato (S0)
nbsCOD corrisponde (come vedremo) in prima approssimazione al COD in
uscita dall’impianto quando l’impianto lavora con elevate età del fango al fine
di garantire la nitrificazione dell’ammoniaca nella vasca di ossidazione
(quando ciò ovviamente avvenga nello schema di sistemi a single sludge)
nbVSS e iTSS servono per il calcolo della produzione di fango
                                                                                       Dipartimento Ingegneria
                  Università degli Studi di Firenze                                    Civile



             4. Reattore Biologico                                ossidazione-nitrificazione;
    •       Valori Cinetiche Eterotrofi Reflui Civili                   H sta per heterotrophic
    Coeff         Tipical Value          Unit           Range         Projet Value

   μH,max             6,00                d-1          3,0-13,2          6,00          rateo max crescita

     KS              20,00            gbCOD/m3         5,0-40,0         20,00          Velocità di dimezzamento
     YH               0,40            gVSS/gbCOD       0,3-0,5           0,40          Coeff. Di resa
     kdH              0,2                 d-1          0,06-0,5           0,2          Coeff. Decadim Endogeno
                                                                                       Fraz. Di biomassa rimanente
     fd               0,15               adim         0,08-0,20          0,15          dalla lisi cellulare “cell debris”



Correggo i parametri cinetici in funzione della Temperatura di progetto (12°C) tramite :

                               param(T )  param(20 ) * (T  20)

     Coeff            Tipical Value       Unit         Range      Projet Value
                                                                                     μH,max(T)       3,49             d-1
valori θ (μH,max)           1,07          adim        1,03-1,08      1,07
                                                                                      KS(T)         20,00         gbCOD/m3
 valori θ (KS)              1,00          adim           1           1,00
                                                                                      KdH(T)        0,146             d-1
 valori θ (kdH)             1,04          adim        1,03-1,08      1,04
                                                                                                         Dipartimento Ingegneria
                     Università degli Studi di Firenze                                                   Civile



                 4. Reattore Biologico                                          ossidazione-nitrificazione;

•       Valori Cinetiche Autotrofi Reflui Civili                                        A sta per autotrophic
         Coeff            Tipical Value           Unit                  Range                  Project Value

        μA,max                0,75                 d-1                0,20-0,90                   0,75                     rateo max crescita
          KN                  0,74            gN-NH4+/m3               0,5-1,0                    0,74                     Velocità di dimezzamento

          YN                  0,17          gVSS/gN-NH4+                 0,17                     0,17                     Coeff. di resa
          KdA                 0,08                 d-1                0,05-0,15                   0,08                     Coeff. Decadim Endogeno

         KO,A                 0,50               mgO2/L               0,40-0,60                   0,50

•       Per la correzione dovuta alla temperatura utilizzo valori di letteratura:
                                                                                                    Assumo di progetto:
        Coeff           Tipical Value     Unit           Range          Project Value

valori θ (μA,max)           1,07          adim       1,06-1,123                1,07                 DO          2,00            gO2/mc
                                                                                                     N          0,50               gN/mc
    valori θ (KN)          1,053          adim       1,03-1,123            1,053

    valori θ (kdA)          1,04          adim        1,03-1,08                1,04

                                                                                      μA,max
              A,MAX  N  DO 
      'A                        
             K  N  DO  K   kdA
                                                                                       (T)       0,44                d-1
                          
             N              O, A                                                  KN(T)      0,49          gNH4-N/m3

N: valore finale imposto di N-NH4+ (è il primo stadio della nitrificazione            kdA(T)     0,06                d-1
ad essere limitante; si considera la cinetica di saturazione del processo di           μ’A       0,12                d-1
ossidazione dell’ammoniaca)
                                                                             Dipartimento Ingegneria
              Università degli Studi di Firenze                              Civile



           4. Reattore Biologico                             ossidazione-nitrificazione;
Considerando solo l’ossidazione della sostanza carboniosa:
Impongo il valore finale di COD pari a quello previsto dalla normativa (125mgCOD/L) a cui devo
togliere il valore in uscita di COD non biodegradabile (nbsCOD=38 mg/L); si tenga conto del fatto
che il substrato S è infatti espresso come bCOD

                                               K S 1  kd H SRT 
                                       S
                                             SRT  H ,max  kd H   1

Da tale formula di progetto possiamo ricavare l’età del fango che permette di ottenere il valore
desiderato in uscita
                                   1       H ,m ax S 
                                                       kdH   ' H
                                  SRT    Ks  S 
                                                       

Sostituendo le costanti cinetiche riferite alla temperatura di 12°C e il valore di substrato in uscita
(87mg bCOD/L) si ottiene:
                                     1    3.49  87
                                                    0.146  2.69d 1
                                    SRT   20  87
                                                                                   Dipartimento Ingegneria
              Università degli Studi di Firenze                                    Civile



            4. Reattore Biologico                                 ossidazione-nitrificazione;
Considerando solo l’ossidazione della sostanza carboniosa:

     Si ricava dunque un’età del fango pari a :

                                           SRT  0.37d
Tale valore va moltiplicato per un fattore che tenga conto della variabilità dei carichi. Per gli impianti
civili di medio-piccola dimensione un valore di riferimento è 1.5.
                                    SRT  1.5  0.37  0.55d
Tale valore va confrontato con il valore di età del fango minima:

                                         H ,max S 0              3.49  240
                      1 / SRTmin                       kd H                0.146  3.1d 1
                                         K s  S0                 20  240
   Da cui

                                        SRTmin  0.33d
Per garantire che non ci sia dilavamento è necessario verificare che SRT/SRT min sia maggiore di 1.5.
                                                                            Dipartimento Ingegneria
              Università degli Studi di Firenze                             Civile



           4. Reattore Biologico                         ossidazione-nitrificazione;

Considerando anche l’ossidazione della sostanza azotata possiamo seguire lo stesso
approccio visto per la frazione carboniosa:
                                                             1      1
                                                    SRT                8.47 d
                                                            μ ' A 0.118
Per calcolare il valore di progetto si moltiplica per il fattore 1.5, trattandosi di un impianto medio-
piccolo.
                                       SRT  1.5  8.3  12.7d
Si noti come tale valore risulta superiore all’età del fango necessaria per l’ossidazione della sostanza
carboniosa. (In questo caso dobbiamo verificare comunque che il valore ottenuto sia maggiore del
SRTmin relativo al processo di nitrificazione. Nel nostro caso =2,6 d)
Con questa età del fango si calcola la concentrazione di sostanza carboniosa in uscita
                          K s (1  kd H SRT )        20(1  0.146  12.45)         mgbCOD
                  S                                                        1.38
                        SRT (  H ,max  kd H )  1 12.45(3.49  0.146)  1           l
   Tale valore risulta decisamente inferiore al limite imposto dalla normativa

   Il COD nell’effluente è quindi nbsCOD+bsCODe = 38 + 1.4 = 39.4 mg/L
                                                                                                              Dipartimento Ingegneria
                    Università degli Studi di Firenze                                                         Civile



               4. Reattore Biologico                                                ossidazione-nitrificazione;

   Calcolo della produzione di fango

                      QYH ( S 0  S ) ( f d )(kd H )QYH ( S 0  S ) SRT QY A ( NO x )
         Px ,bio                                                     
                      1  kd H SRT           1  kd H SRT            1  (kd A ) SRT

                                         A                                      B                                       C
A: contributo della biomassa eterotrofa
B: contributo dei residui cellulari (fd: frazione di biomassa che si ritrova sottoforma di residui cellulari e
che deriva dal processo di decadimento endogeno)
C: contributo della biomassa autotrofa (si assume NOx=80%TKN; se anche si commette un errore è modesto
perché solitamente, nelle acque reflue civili, la biomassa autotrofa nitrificante è una bassa percentuale dei VSS)

                   
        kgVSS             d     
                                               m3 
                                                    
                                                          
                    10400 m 3 0,40238.6 g  0,15 0,146 1  10400 m 3 0,40238.6 gO2  12,45d 
                                                                 d
                                                                   
                                                                            d
                                                                                     
                                                                                                  m3 
                                                                                                      
                                                                                                                     10400 m 3 0,17 30,4 g 
                                                                                                                    
                                                                                                                              d
                                                                                                                                
                                                                                                                                       
                                                                                                                                       
                                                                                                                                                  
                                                                                                                                               m3 
                                                                                                              
                                                                                                                           
PX ,bio
        
             d
                1  0,146 1 12,45d  *  1000 g                        1 12,45d  *  1000 g 
                                                               1  0,146                                         1  0,06 1 12,45d  *  1000 g 
                              d                 kg                      d            
                                                                                               kg 
                                                                                                                            d            
                                                                                                                                                kg 
                                                                                                                                                    



                                   Px ,bio  347  97  33  481 kgVSS / d
                                                                               Dipartimento Ingegneria
            Università degli Studi di Firenze                                  Civile



          4. Reattore Biologico                               ossidazione-nitrificazione;

Calcolo della produzione di fango
I VSS di un reattore sono dati dalla somma della biomassa attiva, VSS non biodegradabili (nbVSS)
presenti nell’influente (nbVSSin) e dai residui del decadimento cellulare (che sono anch’essi
nbVSS). Per la produzione di fango giornaliera si fa generalmente riferimento ai solidi sospesi
totali, comprensivi dei solidi sospesi volatili e dei solidi di natura inorganica (iTSS): quelli che
provengono dall’influente iTSSin e quelli che costituiscono la biomassa.
Qui il coefficiente 0.85 indica che la biomassa (che è particolato) è formata al 15% da composti
inorganici. Come avevamo visto invece fd indica una frazione (sempre del 15%) di VSS che
originariamente costituiscono la biomassa attiva e che nel processo di decadimento diventano
nbVSS.
Si avrà dunque:                             Px ,bio
                                Px ,TSS               Q  nbVSS in  Q  iTSS in
                                            0.85
 Sostituendo i valori

                                481 10400 9.4 1040012
                    Px ,TSS                           788.5kgTSS / d
                                0.85   1000      1000
                                                                      Dipartimento Ingegneria
          Università degli Studi di Firenze                           Civile




Fissata l’età del fango (12.45 d) abbiamo ricavato la produzione di biomassa attiva eterotrofa
(termine A della precedente formula) XH (352 Kg VSS/d) e di solidi sospesi totali (789.3
KgTSS/d)

    Da questo ultimo dato è possibile, calcolare la massa di TSS che devo tenere dentro
    i reattori biologici (massa di MLTSS= mixed liquor total suspended solids):

             Massa di MLTSS = 12.71 d 788.5 KgTSS/d = 10023 Kg
     Quindi possiamo ricavare il volume del reattore biologico definendo una
     concentrazione di solidi, il cui range è solitamente compreso fra 2 e 6 Kg/m3
            Impongo MLTSS = 4 Kg/m3


             V = 10023 Kg/ (4 Kg /m3 ) = 2456 m3

         E il tempo di ritenzione idraulica:


             HRT = V/Q = 2505 m3 / (10400 m3/d) = 5.8 h
                                                                            Dipartimento Ingegneria
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          4. Reattore Biologico                             ossidazione-nitrificazione;

  Per ricavare a concentrazione di biomassa eterotrofa usiamo a questo punto l’altra
  formula di progetto
                                       SRT  Y ( S 0  S )
                              XH 
                                     HRT  (1  k d  SRT )

Avendo ricavato HRT= 5.7 h, ed essendo noti tutti gli altri termini, abbiamo:

                                                      XH = 1.762 gVSS/L

  La frazione di biomassa eterotrofa attiva rispetto ai solidi totali risulta pertanto
  pari al 44% dei MLTSS (1.76/4=0.44)

Per dimensionare la vasca è necessario individuare un’altezza liquida. Scegliamo in questo caso un
valore pari a 4 metri. La superficie sarà quindi:
                                                      V
                                                 S      614m 2
                                                      H
  Per ogni linea si prevedono due vasche di ossidazione di superficie pari a 307 m 2
                                                                                              Dipartimento Ingegneria
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                          5. Richiesta di Ossigeno

 Calcolo della richiesta di ossigeno (calcolata per una linea di trattamento)



  RO2  Q( So  S )  1,42 PX ,bio  4,33Q( NOx )
            Richiesta per il bCOD                                     Richiesta per l’Azoto

                        Equivalente in ossigeno dei fanghi prodotti


                    10400m d  238.6 g m 
                             3
                                                                             
                                                                          4,33 10400 m
                                                                                         3
                                                                                                32,7 g m 
                                                    1,42 *  481kg  
                                             3                                                               3
                                                                                             d
                                                                  d
                           1000 g                                            1000 g 
                                 kg                                                  kg 
 RO2 
         kgO2 
                                                                                                               136,3kgO2 / h
     
            h
                                                            24


Tale valore rappresenta il valore di ossigeno da trasferire in vasca di ossidazione
                                                                                 Dipartimento Ingegneria
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                      7. Sedimentatore Secondario
 Calcolo del Volume del Sedimentatore Secondario

 I parametri di interesse ai fini del dimensionamento della sedimentazione secondaria sono:


 1) Velocità ascensionale o Carico Idraulico Superficiale (CIS)
 2) Il carico dei solidi
 3) Il tempo di detenzione

 4) Il carico allo stramazzo


 1) Faccio il dimensionamento iniziando dal CIS, sia per la portata media che per quella di punta, e poi adotto le
 dimensioni maggiori:



Assumo i seguenti valori :
                                                                     Range
CISmax         2,2         mc/mq*h              a Q max           2--2,50 m/h
  CIS          1,1         mc/mq*h             a Q media          0,7--1,4 m/h
   Xr         9000         gSST/mc      Solidi Ricircolo Fanghi
                                                                                Dipartimento Ingegneria
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                   7. Sedimentatore Secondario
 Calcolo l'area richiesta per la sedimentazione.
                                                                 Qab    46800
    Qab          46800        mc/d          1950 mc/h    A           
   Qmedia        15600        mc/d          650 mc/h
                                                               CIS max 24  2.2
      A          886,4         mq            a Q max            Q   15600
                                                          A      
      A          590,91        mq           a Q media          CIS 24 1.1

                                          Assunta di
      A            886         mq             progetto

2) Verifico l'apporto di solidi

                                  (Q  Qr ) MLTSS
Data la formula:          Pss                                              Q  MLTSS     650  4
                                         A                         Qr                  
                                                                          MLTSSr  MLTSS (9  4)
Dove X = 4kg/mc ; Qr=Portata di ricircolo

                             (Q  Qr )  MLTSS  Qr  MLTSSr

da cui:                              Qr           520     mc/h

                                    Pss           5.3    kg/mq*h    a Q media        3--7 kg/mq*h         Nel Range

                                  Pss max        11.1    kg/mq*h     a Q max          < 9 kg/mq*h         Non Accettabile
                                                                    Dipartimento Ingegneria
          Università degli Studi di Firenze                         Civile



               7. Sedimentatore Secondario
Fisso Pssmax pari a 9kgTSS/m2h e calcolo la superficie

                      (Q  Qr ) MLTSS ( 650  520)  4
               A                                      1098m 2
                             Pss             9

Considero 3 sedimentatori ciascuno con superficie pari a 366 m2
Il raggio sarà dato da:
                                          366
                                  R               11m
                                              

Si considerano dunque tre sedimentatori di superficie pari a 366 m2 e diametro pari a 22 m
che tratteranno ciacsuno una portata media pari a 5200mc/d e una portata massima pari a
15600 mc/d
                                                                                         Dipartimento Ingegneria
                 Università degli Studi di Firenze                                       Civile



                       7. Sedimentatore Secondario
  3) Verifica del tempo medio di residenza                       4) Verifica carico allo stramazzo
  Idraulica
  Definita la superficie, il tempo di residenza è legato                                Q
  all'altezza d'acqua.                                                          Cst 
  Assumo                                               Range
                                                                                        Lst
      H          3       m      Altezza d'Acqua       2,5--6 m

                                                                 Per ciascuna delle tre vasche si ha che:
  Calcolo
      V        3843      mc     totale                           R=11m
     θh         2,8       h     Ok                   2,5--3 h
                                                                 la lunghezza di stramazzo che per le vasche
   θhmin        1.3       h     Ok                   > 50 min
                                                                 circolari è pari alla circonferenza sarà data da:
                                                                 Lst=70m
    V  A  H  1098 3  3294m                       3

                                                                 Per cui:
           V      3294
    H                   2.8h                                 Cst=74.3 m3/md            <125 m3/md
         Q  Qr 650  520
                                                                 Cstmax=22.9 m3/md <250 m3/md
                 V         3294
 H m in                          1.3h
             Qm ax  Qr 1950  520
                                                                                   Dipartimento Ingegneria
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                             8. Disinfezione Finale
Scelte di progetto:

Prodotto: Acido peracetico                     • elevata capacità di inattivazione batterica ;
                                               • residui tossici pressochè assenti;

Ipotizzo da letteratura una concentrazione ed un tempo di contatto di progetto:

                     Range       Progetto
                                                                    n.b. sono necessari test sul refluo
  Concentrazione     2-10 mg/l       7        mg/l                  specifico per determinare al meglio i
                                                                    valori ottimali
 Tempo Contatto
                     5-30 min       15        min    (a Qmax)
      (T)

Dimensionamento di una vasca di disinfezione che garantisca tale tempo di contatto:
Impongo delle proporzioni geometriche idonee per un Plug-Flow Reactor (θh = V/Q), in
modo da garantire un tempo di contatto costante.
   L/b        40/1                                          L = lunghezza del percorso che deve compiere l'acqua;
                           (Da letteratura)                 b = larghezza di un setto;
   L/h        40/1                                          h = altezza liquida dell'acqua;
                                                                               Dipartimento Ingegneria
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                               8. Disinfezione Finale
Scelgo di realizzare due linee parallele:


 Qmed     15600    mc/d
                                                                       Acido peracetico
  Qa      93600    mc/d      Ammessa all'impianto
                                                         3Q
n°linee     2

  Qpr     46800    mc/d      Di progetto per una linea

  Qpr     32,5    mc/min
                                                         3Q                                                b

                                                                                         l

                                                         Siano:
Scelgo il N° di setti per una linea:                     L = lunghezza del percorso che deve compiere l'acqua;
                                                         b = larghezza di un setto;
                       n=8
                                                         h = altezza liquida dell'acqua;
                                                         l = lunghezza di una vasca;
                                                         n = numero setti di una vasca;
    Errore 2 Linee
                                                                      Dipartimento Ingegneria
              Università degli Studi di Firenze                       Civile



                                   8. Disinfezione Finale
Calcolo il volume necessario e poi, date le proporzioni imposte, calcolo le altre dimensioni:


    V  Q pr * T                                                 V         488              mc

                                                                 L        92,1                  m
                                             3
                                         L                       l        10,2                  m
           V  L *b * h 
                                       40 * 40                   b         2,3                  m
                                                          L
                                                     l          h         2,3                  m
  (Per il calcolo di "h" e "b" sfrutto L/b e L/h)        n 1

 Verifica velocità orizzontale a Q media:



                                     Range
   Vo       2,0       m/min          2-4,5 m/min


                                                     Q
                                        v0 
                                                    bh

								
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