Gestione ottimale di un impianto di depurazione con Oscar Solutions: analisi, modellazione, automazione ed assistenza

La gestione di un impianto di depurazione delle acque reflue è un’attività complessa e delicata, che richiede strumenti adeguati a garantire un controllo costante dei processi.

Ad oggi, la maggior parte dei gestori è impegnata con una lunga serie di attività, tra cui il lavoro su più impianti contemporaneamente e la gestione di incombenze burocratiche. Inoltre, non tutti dispongono di strumenti che assicurino il completo controllo da remoto, preziosi quando si opera in carenza di personale. Queste condizioni fanno sì che non sempre sia possibile per una water utility o un’azienda produttiva avere il pieno controllo dei propri impianti di depurazione.

I depuratori, infatti, sono sistemi complessi: essi uniscono diverse tipologie di trattamenti strettamente collegate tra di loro. Trovare le modalità operative ottimali per ogni caso specifico non è sempre immediato: il rischio è di incorrere in fuori limite inattesi oppure in una scarsa ottimizzazione del processo, troppo spesso traducibile in sprechi di risorse quali, ad esempio, energia elettrica e reagenti.

I clienti che si sono affidati a noi hanno ben chiara l’importanza e l’efficacia del nostro approccio ingegneristico, il quale fornisce una combinazione di strumenti fondamentali per rendere facile e flessibile la gestione del processo, garantendo performance stabili nel tempo, senza sprechi di risorse.

Il nostro approccio si suddivide in:

1. analisi preliminare dell’impianto ed eventuale modellazione;
2. automazione del processo tramite controllore fornito sulla base delle specifiche esigenze emerse;
3. assistenza da remoto e monitoraggio strutturato.

Nel 2022, una water utility del Nord Italia si è rivolta a noi per migliorare la situazione critica in cui versava uno dei loro impianti di depurazione. Nonostante un’attenta e accurata gestione, permanevano problematiche la cui comprensione era difficile e veniva affrontata per tentativi, a causa della mancanza di strumenti adeguati ad effettuare un’analisi a 360° di tutto quello che stava accadendo nella filiera impiantistica.

Nel periodo invernale, tra gennaio e aprile, l’impianto faticava a rispettare puntualmente i limiti allo scarico sulle forme azotate (grafico 1), soprattutto a causa della presenza di acque parassite molto fredde, che comportavano che l’acqua reflua giungesse in impianto con temperature attorno ai 9°C. Inoltre, erano presenti sbilanciamenti marcati tra le linee dovuti a difetti costruttivi, che portavano con sé una difficile gestione della sedimentazione secondaria e problemi nella gestione del ricircolo fanghi.

Per gestire al meglio questa situazione complessa, gli accorgimenti applicati sono stati:

1. valutazioni processistiche e modellazione dinamica dell’impianto;
2. installazione di OSCAR® per l’Aerazione Intermittente con controllo su base ammoniaca;
3. service di assistenza da remoto, monitoraggio e ulteriori approfondimenti per la risoluzione di problematiche specifiche;
4. ricalibrazione del modello per ricreare le condizioni operative dell’impianto.

In prima battuta sono state effettuate delle valutazioni processistiche preliminari e il primo modello è stato inizialmente creato e calibrato sui dati del periodo 01/07/2021 – 30/06/2022. Sulla base dei risultati emersi si è optato per automatizzare l’impianto, limitando le regolazioni manuali. A tale scopo è stato installato il controllore di processo OSCAR®, che regola l’aerazione intermittente sulla base del valore di ammoniaca in ciascuna vasca. Inoltre, dopo aver effettuato la modellazione dinamica dell’impianto, in ogni linea è stata installata una sonda di SST per tenere sotto controllo tale parametro, specialmente nello scenario invernale.

Alla conduzione dell’impianto è stato affiancato un team service di assistenza remota, che ha portato avanti un lungo lavoro di supporto alla gestione, per affinare e ottimizzare il funzionamento dell’impianto. Poiché quest’ultimo si distingueva per la difficoltà nel distribuire equamente i carichi trattati tra le tre linee e per le problematiche sulla gestione del fango, il monitoraggio si è concentrato prevalentemente sull’ottimizzazione dei parametri di controllo, sull’età del fango, mediante un’attenta regolazione del supero estratto, e sulla caratterizzazione degli scarichi industriali afferenti all’impianto. In seguito al sopraggiungere di ulteriori criticità, legate alla gestione dei fanghi in vasca, sono stati fatti degli ulteriori approfondimenti.

Dopo un attento studio delle analisi di laboratorio e dei dati relativi all’impianto è stata effettuata una nuova calibrazione del modello sul periodo 16/10/2022 – 22/11/22, in modo da effettuare uno studio più approfondito sull’impianto a partire dall’avviamento di OSCAR®, avvenuto in data 14/10/2022.  La modellazione dinamica ha permesso di ricreare le condizioni operative dell’impianto e di identificare l’origine reale del problema, permettendo il raggiungimento di risultati duraturi nel tempo. Particolare attenzione è stata dedicata allo scenario potenzialmente più delicato, quello invernale. Dalla simulazione con il modello è emerso che, utilizzando il controllore di processo, l’impianto rispetta i limiti allo scarico anche in condizioni invernali (grafico 2).

Grazie alla combinazione di tutte queste attività, tra il 2022 e il 2023, gli sforamenti puntuali sull’azoto totale sono calati dell’81%, con una riduzione del 21% di TN medio effluente tra gennaio e aprile 2022-2023 e del 30% tra maggio e agosto 2022-2023 (tabella 1).

Tali risultati sono stati garantiti grazie ad un controllo efficace, che ha permesso di monitorare e ottimizzare il processo.

Relativamente agli sforamenti di azoto totale avvenuti tra febbraio e marzo 2023, essi sono imputabili ad un rallentamento delle cinetiche di denitrificazione, dovuto a tre motivi principali:

• bassa età del fango;
• scarso rapporto BOD5/TN;
• basse temperature.

All’interno dell’attività di service si è proceduto ad analizzare alcuni parametri (carico di fango, SRT, rapporto tra nutrienti in ingresso) e dati fondamentali alla comprensione della specifica problematica con l’obiettivo di proporre delle azioni da intraprendere per rimediare a questi problemi.

Ottimizzando l’età del fango (SRT) tra i 12 e i 25 giorni e regolando accuratamente l’aerazione in vasca, in modo da evitare i processi di denitrificazione all’interno dei sedimentatori, è stato possibile ovviare sia ai superamenti dei limiti di azoto totale in uscita sia alla risalita dei fanghi.

L’attenta analisi dei dati effettuata prima della fornitura del controllore, volta a identificare la soluzione migliore per lo specifico problema, il controllore OSCAR® e la stretta collaborazione tra Oscar Solutions e il cliente, affiancata da un contratto di service continuativo, ha permesso di ottimizzare il funzionamento dell’impianto, garantendo:

• rispetto puntuale dei limiti allo scarico;
• riduzione dell’81% degli sforamenti puntuali su azoto totale;
• miglioramento delle performance depurative nella rimozione dell’azoto totale.

I vantaggi di un controllo efficace e di un percorso calato sulle singole esigenze impiantistiche e gestionali si traducono non soltanto nel rispetto stabile dei limiti allo scarico, ma anche nell’ottimizzazione di tutto l’impianto.

I fattori di successo sono attribuibili all’utilizzo di strumenti avanzati e competenze specializzate, per fornire supporto nelle operazioni decisionali. Inoltre, la stretta collaborazione con il gestore, per attuare e affinare le diverse manovre gestionali, fa sì che si venga ad instaurare un reciproco rapporto di fiducia tra service e personale di gestione, fondamentale per il raggiungimento degli obiettivi prefissati.