VI Simpósio Ítalo Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
II-087 - COSTRUZIONE, SUPERVISIONE E TELECONTROLLO DI IMPIANTI
DI TRATTAMENTO FISICO-CHIMICO DEI REFLUI BASATI SULL’IMPIEGO
DEL REATIVO DI FENTON
Francesco Montemagno 1)
Responsabile tecnico ecodepura s.r.l.
Indirizzo( 1): Ecodepura s.r.l.-Via Pessino, 3-21030 Casalzuigno-Varese-Tel.+390332624479-Fax 0332624494-email [email protected]
RIASSUNTO
Il trattamento delle acque industriali con il processo FENTON, anche se più caro (a causa di costi operativi
più elevati) rispetto al processo chimico-fisico convenzionale, in molti casi porta notevoli vantaggi e può
inoltre essere utilizzato per migliorare impianti già esistenti. Fra i molti vantaggi, possono essere menzionati i
seguenti: flessibilità operativa, necessità di poco spazio, chiara identificazione dei costi operativi, applicabilità
agli scarichi caratterizzati da composizione variabile e differente portata, semplice criterio di funzionamento.
La seguente nota riporta l’analisi dell’efficienza operativa del processo in differenti impianti industriali e
presenta i vantaggi organizzativi e qualitativi connessi all’adozione di sistemi di controllo e supervisione del
processo di depurazione.
PAROLE CHIAVE: processo Fenton, scarichi industriali, controllo, supervisione, telecontrollo.
INTRODUZIONE
Il processo che vede nel reattivo di FENTON (una reazione fra perossido di idrogeno e cloruro o solfato
ferroso in ambiente acido) il nucleo centrale del trattamento trova applicazione da diversi anni nel trattamento
degli scarichi industriali con un’elevata (o molto elevata) concentrazione di COD e contenenti una varietà di
componenti tossici come ad esempio benzene, toluene, PCB ecc.
E’ stata analizzata l’efficienza operativa di questo processo per il trattamento delle acque di scarico industriali
su impianti molto differenti fra loro in termini di quantità, qualità e origine dei reflui da trattare.
GLI IMPIANTI FENTON
Le acque di scarico provenienti da aziende che producono prodotti detergenti, tintorie e industrie tessili,
concerie, lanifici, industrie chimiche e metalmeccaniche, ecc., spesso mostrano all’interno dello stesso
impianto, caratteristiche estremamente variabili e forte discontinuità nelle portate.
L’analisi effettuata ha permesso di sottolineare che il trattamento degli scarichi liquidi industriali per mezzo
del reattivo di FENTON, anche se presenta un costo di esercizio più elevato rispetto ad un comune processo
chimico-fisico, è in molti casi un mezzo per migliorare la funzionalità di impianti già esistenti ed offrire
inoltre importanti vantaggi quali:
-
rendimenti elevati;
flessibilità di lavoro;
semplice applicabilità agli scarichi industriali eterogenei in composizione e concentrazione;
spazio ridotto.
Fra i processi di ossidazione chimica l’utilizzo del perossido di idrogeno (H2O2) ha trovato larga diffusione
nel corso di questi ultimi anni; un processo particolare di ossidazione chimica per mezzo di radicali ossidrilici
(OH·) originatisi dallo stesso perossido in reazione con metalli prende il nome di “Reazione di Fenton”.
Il reattivo di Fenton che si crea in questo modo è composto da perossido di idrogeno e sali di ferro (solfato
ferroso o cloruro) attivi in una fase acida (pH<3).
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Le reazioni di ossidazione prodotte dal reattivo di Fenton sono le seguenti:
H2O2 + Fe++ ⇒ Fe +++ + OH + OH⋅
Il radicale ossidrilico (OH⋅) che viene prodotto, radicalizza il substrato organico (RH) presente, e lo distrugge
come segue:
OH⋅ + RH ⇒ R⋅ + H2O
In una fase media di omogeneizzazione il radicale libero (R⋅) reagisce con l’ossigeno disciolto come nella
seguente reazione:
R• + O2
ROO•
ROO• + RH
ROOH + R•
ROOH + Fe++ RO• + OH• + Fe+++
RO• + RH
ROH + R•
Lo schema mostra la creazione dei prodotti della reazione in un più alto stato di ossidazione e il radicale
ossidrilico OH• (che reagisce in una soluzione acquosa con la maggior parte delle molecole aromatiche e
alfatiche) produce la rottura della connessione C-C e la degradazione delle sostanze inquinanti (tensioattivi,
soluzioni fenoliche, colore e così via).
Le reazioni, sulla quale viene effettuata la stechiometria, ha origine in una fase molto acida (pH= 2,7/3), a
temperatura ambiente e con tempo di contatto di circa un’ora.
DESCRIZIONE DELL’IMPIANTO
Lo schema di processo, comune a tutti i tipi di impianti, che usa il reattivo di Fenton è sintetizzato in due fasi
principali:
-
la fase di ossidazione nella quale avviene la distruzione del substrato organico;
la fase di sedimentazione nella quale i fanghi sono separati dall’acqua trattata.
Questo processo viene realizzato in un impianto nel quale i componenti principali sono:
-
una vasca di omogeneizzazione preliminare
una vasca di reazione (ossidazione)
una vasca di neutralizzazione
na vasca di flocculazione
un sedimentatore finale
Il ciclo operativo del trattamento comporta (dopo l’omogeneizzazione) l’aggiunta di perossido di idrogeno e
sali ferrosi nell’acqua di scarico all’interno della vasca di ossidazione; il dosaggio di entrambi i reagenti è
mantenuto costante, a una portata fissa, stabilita in funzione del valore del COD dell’acqua.
La reazione di ossidazione avviene a pH acido (fra 2.7/ 3), mantenuto dosando acido solforico.
Dopo il trattamento di ossidazione l’acqua è neutralizzata con latte di calce fino al raggiungimento di un pH
8.5/9. Poi, dopo aver aggiunto del polielettrolita, l’acqua confluisce nel sedimentatore, dove viene separata dal
fango e quindi può essere scaricata in fognatura; in alternativa l’acqua può passare ad un secondo stadio di
trattamento (impianto biologico, filtri a carboni attivi ecc.).
Nella maggior parte dei casi il ciclo di trattamento è continuo; in alcune situazioni, dovute ai volumi ridotti di
acqua di scarico da trattare, il processo può essere discontinuo, talvolta opera solo una o due volte alla
settimana.
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Le industrie che possono utilizzare la Reazione di Fenton sono le seguenti:
tintorie
lanifici
concerie
industrie metalmeccaniche
industrie chimiche
CONTROLLO DEL PROCESSO
La conduzione di un impianto di depurazione che utilizza la Reazione di Fenton, necessita di alcune attenzioni
particolari, che si possono qui di seguito riassumere:
a-
Taratura dei pHmetri
E’ molto importante effettuare con una certa frequenza (ogni 15/30 giorni al massimo) la taratura dei
pHmetri (soprattutto di quello che controlla la reazione a pH acido).
b-
Controllo della reazione di ossidazione
Si effettua con delle apposite cartine che rivelano all’istante se c’è un eccesso di acqua ossigenata
(test Quantofix Peroxide 100) o di ferro bivalente (Iron test Merckoquant).
Il controllo della reazione è molto importante in fase di avviamento dell’impianto, perché consente di
impostare correttamente i dosaggi di acqua ossigenata e del cloruro (o solfato) ferroso.
La reazione è ottimale quando le cartine rivelano un leggero eccesso di acqua ossigenata (circa 3
mg/l).
Se l’acqua ossigenata è in eccesso i fanghi, benché ossidati, tendono a venire a galla nel
sedimentatore.
Se invece c’è un eccesso di ferro bivalente, i fanghi tendono ad assumere una clorazione verde scuro;
in questo caso il pH della neutralizzazione va aumentato di un punto (9/9.50 invece che 8/8.5).
CONTROLLO, SUPERVISIONE E TELECONTROLLO DELL’IMPIANTO DI TRATTAMENTO E
BONIFICA ACQUE DI SCARICO
Nel corso degli anni 2000–2001 s.d.i. automazione industriale ha realizzato per il Consorzio Conciatori di
Fucecchio (FI) un sistema distribuito di controllo e supervisione per gli impianti di trattamento e bonifica delle
acque di scarico del consorzio medesimo.
L’ adozione del sistema di controllo e supervisione del processo di depurazione ha apportato vantaggi sia di
tipo organizzativo che qualitativo, con i conseguenti riscontri in termini economici, di affidabilità e di
sicurezza nella conduzione dell’impianto.
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Sorveglianza e
conduzione
dell’impianto
Il sistema gestisce automaticamente i malfunzionamenti impiantistici e
consente di avvisare istantaneamente gli operatori, anche a distanza, tramite il
servizio reperibili.
Riduzione delle quantità delle operazione manuali affidate agli operatori
ottenendo in tal modo una gestione più precisa dell’impianto e la riduzione dei
tempi di intervento nell’esecuzione delle procedure impiantistiche.
Ottimizzazione dei
dosaggi
e del
rendimento
dell’impianto
Miglioramento del rendimento dell’impianto sia dal punto di vista qualitativo
che di quello del consumo dei reagenti chimici in quanto il miglioramento
delle regolazioni ha consentito una gestione più puntale ed affidabile delle fasi
di dosaggio.
La rilevazione più accurata dei dati impiantistici e l’interfaccia con il
laboratorio chimico consente un analisi statistica del funzionamento
dell’impianto migliore e meno onerosa soprattutto nella fase di raccolta
gestione dati.
Reporting dei dati
di
interesse
ambientale
Una postazione è dedicata alla raccolta dei dati impiantistici che l’Agenzia
Regionale per la Protezione Ambientale della Toscana (ARPAT) preleva
periodicamente per monitorare l’impatto ambientale delle attività del consorzio
Le fasi del processo di depurazione gestite dal sistema di automazione e controllo sono le seguenti
Sollevamento
iniziale
Automazione dei due sistemi di pompaggio e filtraggio dalla fognatura
industriale al circuito di depurazione, con scambio fra i due sistemi in caso di
malfunzionamento.
Ossidazione
solfuri
Il sistema regola l’afflusso nelle vasche, in funzione dell’orario e del giorno della
settimana, effettua la regolazione di tutto il processo chimico, incluso il lavaggio
vasche.
Dosaggio
cloruro ferroso e
polielettrolita al
primario
All’uscita dell’omogeneizzazione il liquame è passato al sedimentatore primario,
effettuando un dosaggio di cloruro ferroso e polielettrolita in funzione della
portata dei liquami e alla concentrazione dei reagenti, in base e quanto richiesto
in apposite ricette.
Estrazione fango
di supero
I fanghi biologici che sono eccedenti alle necessità di impianto vengono spillati
del flusso dei fanghi biologici, il volume e la frequenza di estrazione vengono
indicate dall’operatore tramite una ricetta.
Alimentazione
fenton
Regolazione del flusso dei liquami dalla vasca di ossidazione biologica al
sedimentatore biologico: la regolazione viene effettuata in base ai livelli delle
vasche ed alla qualità dei liquami attraverso parametri configurabili.
Ricetta chimica
e fenton
I liquami provenienti dal sedimentatore biologico vengono trattati
con due logiche di reazione ”chimica “ e “Fenton”; l’operatore
seleziona la reazione ed indica tramite apposite ricette i dosaggi da
effettuare , le soglie ed i set-point da utilizzare in funzione dell’ora
e del giorno. Il sistema consente inoltre la selezione dei silos e delle
pompe di estrazione, la gestione degli eventuali malfunzionamenti,
il controllo del caricamento dei silos e l’elaborazione dei consumi
dei reagenti.
Ispessitori dei
I fanghi prodotti dai sedimentatori alimentano, una alla volta, tre ispessitori;
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fanghi
dopo un periodo di riposo, utile affinchè i fanghi sedimentino meglio, le pompe li
estraggono per stoccarli nel serbatoio di condizionamento. L’operatore imposta il
numero di ispessitori utilizzati , le sequenza e durata delle fasi di caricamento,
riposo e estrazione.
Pompe di
sollevamento
esterne
Il sistema consente di controllare i livelli ed il funzionamento delle pompe delle
stazioni di sollevamento poste all’esterno dell’impianto e connesse tramite
telefono GSM.
ARCHITETTURA DEL SISTEMA DI SUPERVISIONE E CONTROLLO
REPERIBILI
MMI Remoto
SALA MASTER
SALA QUADRI
MMI Remoto
Modem
MMI 1
SALA LABORATORIO
SALA DIRETTORE
MMI 3
MMI 4
MMI 2 + CONFIG
ARPAT
HARD COPY
Rete
Commutata
HARD COPY
Router
MMI Remoti
SALA PRESSE
HUB
LAN ETHERNET DI SUPERVISIONE
SCADA DUALE
FIBRA OTTICA
MMI 5
STAMPANTE
EVENTI
Chiamata Reperibili
E.W.D.S.
LAN ETHERNET DI CAMPO - FIBRA OTTICA
HUB
HUB
Rete GSM
RTU mSTAR
RTU mSTAR
STAR/Duale - 1
Sala quadri
STAR/Duale - 2
Ossigeno
STAR/Singola - 3
Denitrificazione
STAR/Duale - 4
Fenton
CONFIGURAZIONE DEL SISTEMA:
1 unità di acquisizione dati dalle periferiche e loro elaborazione (SCADA DUALE) basata su PC con
back-up caldo, S.O. Windows- NT.
5 postazioni operatore basate su PC, di cui una completa del package
software di configurazione on-line dell’intero sistema
2 postazioni operatore remote in dotazione al personale reperibile.
1 postazione per trasmissione dati ambientali ad ARPAT.
3 stampanti on-line dedicate alle funzioni di libro giornale, stampa
tabulati, stampa hard-copy.
4 controllori programmabili multifunzione STAR OHF, di cui 3 in
configurazione duale, dedicati alle funzioni di acquisizione da campo,
regolazione ed automazione degli impianti.
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2 controllori remoti µSTAR per lo scambio di informazioni con siti
remoti, connesse al sistema centrale attraverso la rete telefonica cellulare
GSM.
FUNZIONI REALIZZATE:
Supervisione e controllo dell’intero impianto di depurazione delle
acque di scarico del consorzio. Automazione di particolari zone
d’impianto: sistema Fenton e vasche di Ossigenazione, sistema di
Denitrificazione e parti comuni. Telecontrollo via rete GSM di siti
remoti. Il sistema è dotato della funzione di gestione (chiamata) del
personale reperibile con possibilità di connessione al sistema
centrale, da parte di quest’ultimo, attraverso opportuni MMI remoti.
PUNTI CONTROLLATI:
752 Ingressi digitali
192 Uscite Digitali
120 Ingressi Analogici
32 Uscite Analogiche
1000 Punti Calcolati
BIBLIOGRAFIA
1.
s.d.i automazione industriale - via Edison, 10-20090 Trezzano s/n (MI) - Tel. +390248486.1 – Fax
0248486248; Lungarno Guadalongo, 4-56125 Pisa -Tel. 050500004 – Fax 050500122- e-mail:
[email protected]
2.
Ecodepura s.r.l.-Via Pessino, 3-21030 Casalzuigno-Varese-Tel.+390332624479-Fax 0332624494-email: [email protected]
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