Servizi a Rete TOUR 2019

2. Ing. Simone Caffaz
«L’automazione di processo negli impianti di depurazione in
Publiacqua spa»
G.O. Impianti depurazione – Publiacqua
spa

3. LA DEPURAZIONE IN PUBLIACQUA
128 Impianti di trattamento delle acque reflue urbane
= 600000 AE: 1 (S.Colombano, Area Fiorentina); CAS
50000-90000 AE: 4 (Aschieto, S.Giovanni VA, Pistoia, Borgo
S.Lorenzo); CAS
10000-50000 AE: 6 (Figline VA, P.Niccheri, S.Giusto, Quarrata, Seano,
Casalguidi); 5 CAS, 1 MBR
2000-50000 AE: 22, 18 CAS, 2 SBR, 1 MBR, 1 fitodepuratore con
biodischi
<2000 AE (Trattamenti appropriati): 95; CAS, SBR, fitodepuratori,
fosse Imhoff, ecc.

4. DIRETTIVA 91/271/EEC: AREE SENSIBILI
4
Mean value 10.000-100.000 P.E. > 100.000 P.E.
concentration Minimum % of
reduction
concentration Minimum % of
reduction
Total Phosphorus (mg/l P) ≤ 2 mg/l 80 ≤ 1 mg/l 80
Total Nitrogen(mg/l N) ≤ 15 mg/l 70-80 ≤ 10 mg/l 70-80

5. DELIBERA REGIONE TOSCANA 1210/12

6. DELIBERA ARERA 27/12/2017
 Per quanto riguarda la qualità tecnica dei depuratori il parametro fondamentale è M6, calcolato come
rapporto tra i campioni non conformi e quelli totali. Le non conformità vengono calcolate sulle tabelle 1
e 2 del 152/06.
 Regolazione della qualità tecnica del servizio idrico integrato ovvero di ciascuno dei singoli servizi che
lo compongono.

7. Innovazione tecnologica nella Depurazione delle acque reflue
in Publiacqua
Grandi Impianti
> 50000 AE
• Sistema CANESTRO
• Aerazione
intermittente con
automazione
avanzata di processo
Impianti medi
10000-50000 AE
• Aerazione
intermittente con
automazione
avanzata di processo
• MBR
Piccoli Impianti
2000-10000 AE
• Aerazione
intermittente a
tempo
• Aerazione
intermittente con
automazione
semplice di processo
• MBR, MBBR,SBR
• Granulare Aerobico
 Strategie di potenziamento, rimozione nutrienti e risparmio energetico

8. L’IDL San Colombano
Pre-tretments: fine bar
screen, grit removal,
primary sedimentation
Anaerobic digestion
Conventional Activated sludge process:
Predenitrification, oxidation-
nitrification,secondary sedimentation

9. Dati operativi
Year Q
Gm3/y
COD
Mton/y
N
Mton/y
P
Mton/y
2015 73,2 8,73 1,73 0,19
2016 71,9 8,94 1,65 0,19
 AE progetto = 600.000
 AE sul volume fatturato = 557.358
 AE sul carico idraulico (200 l/ab/d) = 993.865
 AE sul carico organico (130 g/ab/d) =186.230
 Q = 2/3 del volume totale trattato da impianti di
Publiacqua
Carichi trattati
 Dal Maggio 2015,
con l’avviamento
della terza linea
l’impianto è alla
piena potenzialità
di progetto

10. IL RISPARMIO ENERGETICO
DO AE
 
 WT
S
pwTSAIR
AIR
C
DOCSOTE
P
Q
P
OTEQ
P
OTR
AE







20
20,
,



2
2
O
O
y = 50.369x - 6949.7
R² = 0.9919
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Portataaria[Nm3/h]
Potenza attiva [kW]
  SRT
TbTONH
OK
O
NHK
NH
T
AA
ONHS
AA
1
)(,,
)(
24
2
2
4_
4
max_
4








Se SRT&T = cost
O2↓  NH4
+↑
Il controllo dell’ammonio

11. Il processo evolutivo di S.Colombano
Control Aeration and Nitrogen
for Energy Savings and
TReatment Optimization

12. I sistemi di controllo dell’aerazione
La soluzione di base per il controllo
delle valvole dell’aria tramite la sola
misura dell’ossigeno disciolto che si
mantiene ad un valore di
concentrazione costante.
Il sistema ideale e più stabile per il
controllo dell’ammonio e dell’ossigeno.
Aggiungendo il controllore sulla
portata dell’aria si possono definire i
valori massimo e minimo della portata
d’aria da fornire in vasca.

13. DEN SEDOX1
O2
T
SST
QFS
QRFQRML
QIN QOUT
SST
NO3
OX2
NH4
SST
AIR
QAIR
Misuratore esistente
Misuratore nuovo
PO4
GLI STRUMENTI ON-LINE
NO3
NO3
O2
Acetic
Acid

14. PO4
NH4
NO3
O2
QAIR
GLI STRUMENTI ON-LINE
Regolazione della portata
d’aria
- Regolazione del ricircolo
interno
- Regolazione dosaggio
Acido Acetico
Regolazione della portata di
PAC10
Nitrificazione
Denitrificazione
Defosfatazione

15. AEROBIC
ZONE
ANOXIC
ZONE
NH4
probe
PO4
probe
GLI STRUMENTI ON-LINE
NO3
probe

16. P-PO4
Analyser
PHOSPHAXsc
(Hach-Lange)
N-NH4
Analyser
AMTAXsc
(Hach-Lange)
GLI STRUMENTI ON-LINE

20. Dal dicembre 2011 la defosfatazione chimica è stata
implementata in piena scala a San Colombano
Il punto di dosaggio del PAC è posto immediatamente a monte
dello stramazzo finale della vasca di ossidazione per sfruttare la
miscelazione rapida dovuta allo stramazzo stesso.
To the secondary
settlers
On-line P-PO4
3-analyzer
Data elaboration PAC tank
Weir
PACdosage
OXIDATION TANK
La co-precipitazione del P a San Colombano
    KCQRhlQ MinPAC  1

21. La rimozione dei nutrienti
Year
Ntot,in
kg/year
Ntot,out
kg/year
Ntot
removal
%
Ptot,in
kg/year
Ptot,out
kg/year
Ptot
removal
%
2010 1.960.675 814.825 58,4% 251.392 154.113 38,7%
2011 1.455.195 570.570 61,7% 165.339 120.530 37,7%
2012 1,515,754 526,440 65.3% 173,439 65,481 62.2%
Rispettati i nuovi limiti sulla rimozione dei nutrienti imposti
dalla Regione Toscana nella area sensibile dell’Arno

22. Dati operativi
Year E.E.
GWh/y
IQ
kWh/m3
ICOD
kWh/kgCOD
IE
kWh/kg
2010 14,4 0,22 2,37 1,36
2011 14,5 0,24 2,45 1,31
2012 12,4 0,21 1.86 1,07
Consumi energetici
- 2 GWh/y ! - 19%

23. TEE
(Certificati Bianchi)
Valore economico totale
Valore netto per
Publiacqua
1552 164 k€ 140 k€
Rendicontazione anni 2013-14

24. Dati operativi
Year E.E.
GWh/y
IQ
kWh/m3
ICOD
kWh/
kgCODrim
IE (*)
kWh/kg
2015 13,77 0,19 1,93 0,98
2016 15,33 0,21 2,05 1,09
 
  kgN-NH.COD
kWhE.E.
kg
kWh
IE
rimossorimosso








4574
Consumi energetici

25. Removal efficiency
PARAMETER Year 2016
Influent
mg/l
Effluent
mg/l
Removal
%
BOD5 33,9±16,4 2,2±1,3 93,5%
COD 124,4±42,9 24,6±9,9 80,2%
SST 61,6±17,0 2,5± 0,8 96,0%
N-NH4
+ 22,2±2,3 2,3±0,7 94,8%
Total N 23,0±7,2 8,2±2,2 64,3%
Total P 2,7±1,2 0,9±0,4 67,2%
La bassa efficienza di rimozione dell’N è dovuta al
rapporto COD/N nel refluo in ingresso, in media
sempre < 6

26. Impianto gestito da Publiacqua SpA
Potenzialità 30000 a.e. Portata media annua 2 Mm3/anno
26
LAYOUT
L’IMPIANTO DI SAN GIUSTO (30000 AE)
L’aerazione intermittente è stata applicata modificando le 2 vasche
carousel Passavant presenti

27. MISCLELATORI XYLEM
LOW-SPEED MIXERS
SONDA AMTAX sc. HACH
SONDA NITRATAX Plus sc. HACH
27/14
LE MODIFICHE AL COMPARTO BIOLOGICO

28. DA OTTOBRE 2013 IMPIEGO DEL NUOVO SISTEMA DI CONTROLLO

29. DA OTTOBRE 2013 IMPIEGO DEL NUOVO SISTEMA DI CONTROLLO
29
Dal pannello di
controllo dell’impianto
è possibile visualizzare
ed impostare il nuovo
sistema di controllo
MODELLO CONTROLLO REALE
E’ possibile seguire il
funzionamento del
sistema di controllo

30. kW kWh/d MWh/anno k€/anno
Risparmio
energetico
112 402 147 25
RISULTATI OTTENUTI: RISPARMIO ENERGETICO
Nuova partizione media dei cicli:
dal 45% al 30% aerazione
dal 55% al 70% miscelazione

31. RISULTATI OTTENUTI: LA RIMOZIONE DELL’AZOTO
Vecchia
gestione
Timer
Controllo
automatico cicli
Anno 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
TN_in (mg/l) 29.9 32.3 33.2 31.1 28.9 28.3 24.6 30.8
TN_out (mg/l) 16.2 17.3 17 14.2 11.5 12.5 9.6 11.4
Rimozione (%) 46 46 49 54 60 56 61 63
COD/TN
0
1
2
3
4
5
6
7
8
2010 2011 2012 2013 2014 2015
+10% Azoto Totale
rimosso

32. IDL Ponte a Niccheri (25000 AE)Trattamenti
preliminari e
predenitro
Sedimentazione
secondaria
Linea fanghi
Vasche di
ossidazione

33. IDL Ponte a Niccheri
 I step: sostituzione di 4 turbine superficiali con diffusori a bolle fini e
3 nuove soffianti con inverter

34. IDL Ponte a Niccheri

35. IDL Ponte a Niccheri
 II step: implementazione delle nuove sonde di processo, NH4
+ e NO3
-

36. IDL Ponte a Niccheri
 III step: implementazione nuovo controllo ad aerazione intermittente
con l’utilizzo della sola centralina HACH SC1000:
- ON-OFF soffiante su intervallo max-min di NH4
+
- Controllo PID dell’ossigeno mediante regolazione della velocità della
soffiante (Inverter)
- Tempi massimi e minimi per Nitrificazione e Denitrificazione
- Opzione switch su controllo in continuo dell’O2 in caso di guasto
Amtax.

37. IDL Ponte a Niccheri

38. IDL Ponte a Niccheri
Year E.E.
kWh/y
IQ
kWh/m3
IE
kWh/kg
2010 692.379 0,42 1,19
2016 539.927 0,34 1,00
- 162 MWh/y≈ -27k€/y
- 19%

39. IDL Tavarnuzze
Sedimentazione
secondaria
Vasca di
ossidazione
Letti di ispessimento-
fitomineralizzazione

40. IDL Tavarnuzze

41. IDL Tavarnuzze

42. IDL Tavarnuzze
Year
E.E.
kWh/y
IQ
kWh/m3
IE
kWh/kg
2010 230,001 0,51 1,8
2017 105,782 0,39 1,24
- 124 MWh/y≈ -21k€/y
- 31%

43. Impianto AE Processo Intervento
% N
removal
2010
% N
removal
2016-19
Seano 15000 MBR Da CAS a MBR 60 71
Casalguidi 10000 IA Potenziamento 71 90
Impruneta 8000 IA Nuovo impianto - 70
Tavarnelle 6000 SBR
Nuova
Automazione
75 81
Tavarnuzze 5000 IA
Nuova
aerazione a
bolle fini
68 73
Bargino 3900 MBR Nuovo impianto - 81
Rignano 3500 MBBR
Da CAS a
MBBR
70 75
Cerbaia 1900 IA
Automazione
semplice
60 72

44. Conclusioni
Anno
Ntot,in
kg/anno
Ntot,out
kg/year
Ntot
removal
%
Ptot,in
kg/year
Ptot,out
kg/year
Ptot
removal
%
2010 2,323,145 967,350 58.4 304,017 173,585 42.9
2016 2,600,408 935,820 64.0 305,462 95,614 68.7
+ 23% di kgN
rimossi
+ 61% di kg P
rimossi
COD/N=6.1

45. Conclusioni
 I nuovi limiti allo scarico sui nutrienti nell’area sensibile del bacino dell’Arno
e i nuovi standard di qualità tecnica di ARERA hanno imposto nuove
strategie sul controllo di processo.
 L’upgrading dei processi di rimozione dell’azoto negli impianti di
depurazione biologica si sposa sempre con il risparmio energetico.
 L’implementazione di nuovi strumenti on-line e l’automazione avanzata dei
processi hanno consentito di raggiungere gli obiettivi senza significative
modifiche impiantistiche.
 L’analisi costi-benefici determina l’opportunità e il grado di complessità
dell’automazione installata in ciascun impianto.
 Lo sbilanciamento sull’azoto del rapporto C/N impone il consumo di fonti
esterne di carbonio prontamente biodegradabile. La strumentazione e
l’automazione sono ancora più decisive per il controllo dei dosaggi.

46. Biomasse Granulari Aerobiche

47. 1mm

48. GRAZIE PER L’ATTENZIONE