Efficientamento energetico di un impianto di depurazione

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Nel Servizio Idrico Integrato l’incidenza del costo dell’energia elettrica si attesta tra il 10% ed il 30% dei costi totali del servizio erogato: il consumo globale di energia dei gestori, stimato per il 2011 da Federutility, risultava pari a 7.062 GWh (circa il 2,3% del consumo nazionale), il 30% dei quali attribuibile alla depurazione delle acque reflue [1]. Secondo il Rapporto Ispra 93/2009 [2], il 30 % circa dei costi di gestione di un impianto di depurazione di acque reflue è imputabile ai consumi energetici. È quindi necessario che la progettazione e la gestione di tali impianti siano realizzati in modo da minimizzarne i consumi.

In particolare, anche se la quantità di energia necessaria per il funzionamento dell’impianto dipende da potenzialità e tipologia dei trattamenti adottati, circa il 55 % dei consumi è addebitabile all’areazione del fango attivo. Nel caso l’impianto preveda un trattamento biologico per la rimozione di fosforo e azoto e la fase di filtrazione, il consumo di energia per le fasi di aerazione, di pompaggio e di trattamento fanghi risulta superiore del 30 – 50% rispetto al tradizionale processo di fanghi attivi. In generale quindi il comparto biologico è il comparto più energivoro di tutto l’impianto.[2]

Descrizione dell’impianto
L’impianto oggetto di analisi è situato nel comune di Bagnatica, ha una capacità di progetto di 120.000 AE, una portata media giornaliera di 24.000 m³ e raccoglie i reflui di 11 comuni. Ai fini dello studio energetico, l’impianto è stato schematizzato suddividendolo  in sezioni come qui di seguito descritto.

Per la linea acque: i trattamenti primari di grigliatura grossolana e fine, di dissabbiatura – diseoleatura, di miscelazione e di sedimentazione primaria; i trattamenti secondari di pre-nitrificazione, di nitrificazione 1° e 2° stadio, di post denitrificazione e di sedimentazione secondaria; i trattamenti terziari di filtrazione e disinfezione sia chimica, sia con raggi UV.

Al termine della sedimentazione secondaria si trova il pozzetto di ricircolo, mentre dopo la disinfezione chimica si trova un’idrovora utilizzata nel periodo estivo per l’immissione delle acque depurate in un canale irriguo posto ad una quota geodetica superiore rispetto al consueto punto di recapito.

Per la linea fanghi: il pre-ispessimento, la digestione anaerobica e il post ispessimento, oltre al pozzetto di rilancio dei drenaggi. La disidratazione dei fanghi viene effettuata con apparecchiatura mobile da ditta esterna totalmente autonoma del punto di vista energetico.

Infine completano il quadro per l’analisi dei consumi di energia i due servizi dedicati all’acqua industriale e all’aria compressa (Figura 1).

Metodologia utilizzata e analisi dei dati
L’analisi energetica effettuata, che ripercorre in buona parte quanto previsto al paragrafo 4.4.3 della UNI CEI EN ISO 50001, è stata sviluppata analizzando l’uso e il consumo dell’energia, basandosi sui consumi storici rilevati negli anni precedenti e confrontandoli con dati effettivamente utilizzati dai macchinari nelle condizioni di esercizio dell’impianto, identificando le sezioni e, all’interno di queste, le apparecchiature che influenzano significativamente il consumo dell’energia e individuando le opportunità di miglioramento in ordine di priorità. Infine sono stati ipotizzati degli indicatori di prestazione energetica per la sorveglianza e la misurazione della performance [3].

I dati principali di consumo e di costo relativi all’energia elettrica utilizzata in un anno sull’impianto prima dell’efficientamento sono illustrati in Tabella1.

Per costruire il modello energetico dell’impianto sono stati effettuati dei sopralluoghi presso l’impianto per risalire ai dati dei consumi energetici. Tutte le utenze energetiche, ovvero i macchinari che assorbono energia, sono state classificate e ripartite per sezioni d’impianto, in una tabella che raccoglie, per ciascuna, i dati di consumo dell’energia: in tal modo è possibile effettuare un’analisi sia ‘utenza per utenza’ sia per sezione d’impianto. La Tabella 2 riporta in dettaglio la ripartizione dei consumi tra le diverse sezioni dell’impianto.

Si nota che il comparto biologico, costituito dalle sezioni di nitrificazione (1° e 2° stadio) e di post- denitrificazione, è effettivamente quello più energivoro di tutto l’impianto assorbendo circa il 66% dei consumi totali. In particolare, la Figura 2 evidenzia una netta prevalenza dei consumi associati alla sezione di nitrificazione 2° stadio che assorbe quasi il 50% dell’energia utilizzata da tutto l’impianto.

Anche la sezione dei sollevamenti assorbe una percentuale significativa dell’energia utilizzata dall’impianto (8,5% del totale), ma poiché tale dato risulta inferiore all’incidenza massima del 20% indicata nel rapporto Ispra [2], non è stato ritenuto prioritario effettuare interventi di miglioramento energetico in tale sezione, concentrando invece l’attenzione sulla sezione di nitrificazione 2° stadio.

I dati aggregati per le utenze della sezione di nitrificazione 2° stadio sono riportati in Tabella 3, dalla quale emerge che il consumo principale di energia è da imputarsi al funzionamento di compressori e pompe. Tuttavia, l’analisi delle caratteristiche tecniche dei macchinari installati ha evidenziato che i compressori installati sono efficienti (rispetto agli standard di mercato) e dotati di inverter. Per poter efficientare il sistema non è stato quindi possibile effettuare un intervento puntuale, sostituendo un singolo macchinario con un altro a maggiore efficienza energetica, ma si è reso necessario intervenire sul processo [1]; l’intervento di miglioramento non ha dunque riguardato il sistema di produzione dell’aria quanto il sistema di diffusione della stessa.

Intervento di efficientamento energetico
Nella configurazione originaria, in ambedue le vasche della sezione di nitrificazione 2° stadio, il sistema di ossidazione era costituito da diffusori a getto formati da due collettori sovrapposti, uno per il liquido di miscelazione e uno per l’aria, interconnessi da appositi ugelli, in corrispondenza dei quali avveniva la frammentazione dell’aria in microbolle e la miscelazione aria/acqua.

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Daniele Bressan, Matteo Salmaso, Andrea Casnati, Enrico Cagnoni, Eleonora Perotto

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