dimensionamento letti percolatori con riempimenti plastici

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White Paper 01:
Il dimensionamento dei letti percolatori con riempimenti sintetici
Introduzione:
Il letto percolatore è una struttura cilindrica dell’altezza di alcuni metri all’interno della quale vi è un riempimento
inerte, un tempo di pietrisco ora di materiale plastico, dove il liquame, proveniente dalla fase di sedimentazione
primaria e quindi già chiarificato, viene distribuito a spruzzo sulla superficie del riempimento per mezzo di alcuni bracci
rotanti. Il passaggio del liquame attraverso il letto avviene per caduta e percolazione da una superficie all’altra di modo
che l’intero letto non sia mai sommerso e gli spazi liberi consentano il passaggio dell’aria.
L’ambiente aerobico favorisce l’adsorbimento della sostanza organica sulle superfici del pietrisco tramite lo sviluppo di
una ricca popolazione batterica che è in grado di metabolizzarla. La pellicola biologica che ricopre il pietrisco è una
mucillaggine bruna dello spessore di 1-3 mm costituita per la maggior parte di sostanza organica colloidale e gelatinosa,
popolata da colonie eterogenee di microrganismi.
I riempimenti possono essere alla rinfusa, ottenuti per stampaggio a iniezione, o strutturati, ottenuti per
termoformatura.
Nella letteratura scientifica si trovano vari riferimenti a prodotti sintetici e questi sono stati suddivisi in due famiglie di
prodotti in base alla superficie specifica sviluppata, ovvero l’area totale utile alla proliferazione batterica e allo scambio
aria-liquame:

S ≈ 100 m2/m3 – che si utilizzano per effluenti provenienti da grigliatura e sedimentazione primaria

S ≈ 140 m2/m3 – che si utilizzano per effluenti secondari
I prodotti Refill-tech possono essere riassunti in base a questa classificazione come segue:
Riempimento Strutturato
classi
modello
Sup.
Specifica
S ≈ 100
m2/m3
TFM 27
114 m2/m3
S ≈ 140
m2/m3
TFM 19
165 m2/m3
Riempimento alla Rinfusa
BFM 70
120 m2/m3
Nota: Per ulteriori informazioni si rimanda alle schede prodotto
I riempimenti in materiale plastico consentono:
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1. di realizzare impianti più alti rispetto a quelli tradizionali, grazie alla loro bassa massa di volume, con un
notevole risparmio dei costi del manufatto;
2. di operare con carichi organici più alti, grazie alla loro elevata superficie specifica, 2-3 volte superiore rispetto a
quella del pietrisco;
3. di ottenere una migliore distribuzione dei liquami, grazie al loro elevato indice di vuoto.
In letteratura si trovano diversi studi, eseguiti su impianti pilota o in scala reale, per determinare le performance dei vari
tipi di riempimenti, che possono essere suddivisi oltre che per la superficie sviluppata anche in base alla geometria degli
stessi in:
-
riempimenti strutturati a canali incrociati inclinati a 60°;
-
riempimenti strutturati a canali verticali;
-
riempimenti alla rinfusa.
I risultati sperimentali suggeriscono che i riempimenti più performanti sono quelli strutturati a canali incrociati.
In particolare questo dato è universalmente riconosciuto per percolatori a medio e basso carico (si veda sotto), mentre
alcuni studi, meno largamente condivisi, preferiscono per i soli percolatori ad alto carico i riempimenti strutturati a
canali verticali. Quest’ultima considerazione sarebbe giustificata con un approccio idraulico: i canali incrociati
favoriscono una migliore distribuzione del liquame ed il maggior percorso aumenta il tempo di ritenzione; i canali
verticali, invece, favoriscono un rapido svuotamento grazie al minore percorso e risultano meno soggetti ad
intasamento.
Classificazione dei letti percolatori:
I letti percolatori vengono classificati a basso, medio e alto carico in base al carico volumetrico (cv), altrimenti detto nella
letteratura Americana TOL (“Total Organic Load”), espresso in kg BOD5 / m3 d, come riportato nella seguente tabella:
Classificazione
Percolatore
cv (TOL)
Processi ottenibili
Alto Carico
1,5 ÷ 3,5* kg BOD5 / m3 d
Sgrossatura
Medio Carico
0,7 ÷ 1,5 kg BOD5 / m3 d
Ossidazione
Basso Carico
0,15 ÷ 1,0 kg BOD5 / m3 d
Ossidazione + Nitrificazione
* in letteratura si arriva fino a 8,0 kg BOD5 / m3 d per questo tipo di impianto, ma è poco prudente un
dimensionamento con tali valori se non si sono effettuate prove su impianto pilota.
Il Rendimento di Progetto:
In letteratura si trova la presente affermazione: “per liquami misti civili/industriali si può ottenere un rendimento
dell’80% (η80)per carichi volumetrici (cv) compresi tra 0,5 e 1,0 kg BOD5 / m3 d”.
Esiste poi la possibilità di calcolare il rendimento di progetto mediante la Formula Empirica di Schreiber:
η%= 93 – [K * cv * (Qx / Q15)]
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K è un coefficiente che tiene conto della temperatura dell’aria. Il rendimento dei letti percolatori è fortemente
influenzato dalle condizioni stagionali, infatti, molto spesso vengono dotati di copertura. Il valore di progetto per K è
assunto pari a 17, ma passa a 25 ÷ 33 nel caso di condizioni invernali fino a climi rigidi.
La formula è stata ottenuta per una portata da trattare distribuita su 15 ore/giorno, per questo vi è il rapporto di
aggiustamento tra Q15, che è la portata giornaliera sulle 15 ore, calcolata come portata giornaliera Qd in [m3/d] diviso 15
h/d, e una Qx, che è la portata suddivisa in “x” ore giorno in base ai dati dello specifico progetto.
Un rapido metodo di dimensionamento:
Negli anni sono stati sviluppati svariati modelli per il dimensionamento dei letti percolatori come il modello di Logan et
al. o la formula di modificata di Velz/Germain, che hanno incontrato il favore dei progettisti in base alle conoscenze e
alle opinioni più diffuse del momento.
Per rapidità riportiamo il metodo suggerito da Gredy et al. nel loro testo Biological Wastewater Treatment.
Una volta decisa la classe del riempimento (100 o 140 m2/m3) in base al liquame da trattare, quindi alla posizione che il
letto percolatore occuperà nel processo, si calcola il volume del percolatore o del riempimento se si vuole, VM.
VM = Q * BOD5/ cv
Q è la portata da trattare in [m3/d];
BOD5 è espresso in [kg BOD5/m3]
cv o TOL è espresso in [kg BOD5 / m3 d].
L’altezza (H) del percolatore può essere imposta per motivi strutturali o economici, o calcolata utilizzando il Carico
Idraulico Superficiale CIS, altrimenti detto nella letteratura Americana THL (“Total Hydraulic Load”), espresso in [m/h].
La letteratura Americana sconsiglia di scendere al di sotto di 1,8 m/h per questo parametro.
H = Q / CIS
L’area del percolatore (A), ovvero la sua sezione, è data da:
A = VM / H
L’area della sezione di ingresso (I) aria deve essere almeno uguale al 15% dell’area del percolatore ( I ≥ 15% A).
Nel caso in cui l’altezza (H) sia stata imposta bisogna verificare che il Carico Idraulico Superficiale sia superiore a 1,8 m/h,
(1,8 m/h è pari a 43,2 m/d) ovvero che:
CIS = (Q + R) / A ≥ 43,2 m/d
dove R è la portata di ricircolo, da porsi inizialmente per verifica pari a zero e eventualmente aggiustata mediante le
formule seguenti per garantire il Carico Idraulico Superficiale minimo:
α = (43,2 * A /Q) – 1
R = α *Q
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Nel caso in cui non si desideri operare un ricircolo (R) si dovranno poi aggiustare le dimensioni del percolatore affinché il
Carico Idraulico Superficiale sia superiore a 1,8 m/h.
Un Esempio di calcolo:
Dati:
Q:
BOD5 :
cv :
H:
5.000 m3/d;
150 mg BOD5/l pari a 0,15 kg BOD5/m3
1,0 kg BOD5 / m3 d
inizialmente imposta pari a 5,0 m
VM = Q * BOD5/ cv = 5000 * 0,15/ 1,0 = 750,0 m3
A = VM / H = 750,0 / 5,0 = 150,0 m2
I ≥ 15% A quindi I ≥ 22,5 m2
CIS = (Q + R) / A ≥ 1,8 m/h con R = 0  CIS = Q / A = 5000 / 150 = 33,3 m/d pari a 1,39 m/h < 1,8 m/h , si deve
operare un ricircolo:
α = (43,2 * A /Q) – 1 = (43,2 * 150 /5000) – 1 = 0,296 ovvero un ricircolo del 30%
R = α *Q = 0,3 * 5000 = 1500 m3/d
Se non si desidera operare un ricircolo (R) si possono aggiustare le dimensioni del percolatore affinché il Carico Idraulico
Superficiale sia superiore a 1,8 m/h, come segue:
A = Q (1+R) / CIS che diventa senza ricircolo: AR=0 = Q / CIS = 5000 / 43,2 = 116,0 (115,74) m2
H = VM / A = 750 / 116 = 6,5 (6,466) m
La scelta tra le due opzioni di progetto dovrà tenere conto dell’aspetto economico e dell’elasticità che si vuole dare
all’impianto.
Bibliografia
- Appunti del corso di Ingegneria Sanitaria-Ambientale - Prof. G.Urbini e Prof. F.Conti;
- Appunti del corso di Impianti di trattamento Sanitario-Ambientale - Prof. C. Collivignarelli e Prof G. Bertanza;
- Biological Wastewater Treatment, Second Edition, Revised and Expanded - C. P. Leslie Grady, Jr., Glen T. Daigger,
Henry C. Lim - CRC Press - ISBN: 0824789199/ ISBN-13: 9780824789190;
- Wastewater Engineering: Treatment and Reuse by Metcalf & Eddy Inc. - Tchobanoglous, George; Burton, Franklin L;
Stensel, H. David - McGraw Hill Higher Education - ISBN-13: 9780071241403 ISBN: 007124140X.
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Nota Legale: Refill-tech srl non si assume alcuna responsabilità in merito all’uso che verrà fatto dei dati riportati nel
presente foglio illustrativo, che ha come unico scopo quello di diffondere quanto è stato pubblicato nella letteratura
scientifica su prodotti analoghi ai propri.
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