Il percorso del processo è MBR + DTRO. Questo percorso combina il trattamento biologico e quello fisico, sfruttando appieno i vantaggi di ciascuno e superando i rispettivi svantaggi. Ciò garantisce un trattamento stabile e affidabile che soddisfa gli standard di scarico, risparmiando terreno, investimenti e costi operativi e facilitando il funzionamento e la gestione.
Parte prima: Descrizione del flusso del sistema biologico
Il sistema biologico comprende un serbatoio di omogeneizzazione ed equalizzazione, un serbatoio di omogeneizzazione, un serbatoio di denitrificazione, un serbatoio di nitrificazione, un sistema di trattamento dei fanghi e sistemi ausiliari (pompe di alimentazione, sistemi di stoccaggio di prodotti chimici, sistemi di raffreddamento e tutte le singole apparecchiature non elencate in altri sistemi).
Il percolato proveniente dal serbatoio di equalizzazione viene prima sollevato in un filtro a maniche installato sopra il serbatoio di omogeneizzazione. Il filtro a manica può intercettare il particolato più grande di 0,5 mm. I sacchetti filtro devono essere sostituiti quando la perdita di pressione raggiunge un certo valore. I sacchetti filtro possono essere riutilizzati dopo la pulizia.
Il percolato filtrato confluisce per gravità nella vasca di omogeneizzazione. Un miscelatore all'interno del serbatoio agita e mescola il percolato proveniente da diverse fonti e in tempi diversi, ottenendo omogeneizzazione e stabilizzando l'affluente ai successivi impianti di trattamento. Il sistema biologico è costituito principalmente da una vasca di denitrificazione, una vasca di nitrificazione, un sistema antischiuma e un sistema di raffreddamento. Nel sistema biologico sono incluse anche le apparecchiature ausiliarie di altri sistemi. C'è una serie di serbatoi di denitrificazione e una serie di serbatoi di nitrificazione. L'effluente della vasca di equalizzazione entra nella linea di produzione del sistema biologico. Il sistema biologico è un reattore biologico di tipo AO-. I microrganismi aerobici nel reattore si decompongono e utilizzano la materia organica presente nell'acqua, sintetizzando i tessuti cellulari e rilasciando acqua e anidride carbonica. Una parte dell'azoto ammoniacale presente nell'acqua viene utilizzata per la sintesi cellulare nella reazione di rimozione del carbonio, mentre la parte rimanente viene utilizzata dai batteri nitrificanti per produrre nitrati e nitriti. I nitrati e i nitriti vengono restituiti al serbatoio di denitrificazione con il liquido di nitrificazione, dove la denitrificazione avviene in un ambiente anaerobico. I nitrati e i nitriti vengono ridotti, generando azoto gassoso che fuoriesce, ottenendo così la rimozione dell'azoto.
Il sistema di aerazione è costituito da aeratori a getto, pompe a getto e ventilatori. Le pompe a getto forniscono acqua pressurizzata ad alta-portata-, mentre i soffiatori forniscono aria compressa. Questi due componenti si miscelano e si liberano attraverso i tubi Venturi degli aeratori a getto, formando microbolle uniformi che si diffondono uniformemente in tutta l'acqua, raggiungendo un'efficienza di ossigenazione superiore al 25%. Ciò consente contemporaneamente l'agitazione complessiva del volume dell'acqua. La vasca di trattamento biologico è un reattore completamente misto; il percolato ad alta-concentrazione che entra nel sistema viene immediatamente diluito e diffuso, prevenendo danni ai microrganismi.
A causa dell'elevata concentrazione di fanghi nel serbatoio di trattamento biologico, si consiglia di utilizzare aeratori a getto importati dall'Europa-ossigenazione-ad alta efficienza-per garantire reazioni biologiche regolari.
A causa delle particolari caratteristiche del percolato di discarica, durante la fase e il funzionamento della coltivazione biologica può generarsi una grande quantità di schiuma. Questo sistema incorpora sia l'antischiuma chimico che l'antischiuma idraulico. L'antischiuma chimico sopprime la formazione di schiuma aggiungendo agenti antischiuma, mentre l'antischiuma idraulico elimina la schiuma spruzzando acqua in punti chiave come tombini e fori di installazione.
Il processo biochimico genera una quantità significativa di calore, aumentando la temperatura del reattore e ostacolando il funzionamento del sistema. Pertanto, viene implementato un sistema di raffreddamento, utilizzando una torre di raffreddamento per fornire acqua di raffreddamento ai serbatoi biochimici tramite scambiatori di calore. Questo unico sistema di raffreddamento raffredda entrambi i serbatoi di nitrificazione. Il sistema di controllo automatico del sistema biochimico è costituito principalmente da vari sensori, moduli di ingresso/uscita e un PLC. Il sistema di monitoraggio dell'acqua influente monitora principalmente la portata, la conduttività e il pH. I serbatoi biochimici monitorano principalmente il pH, l'ossigeno disciolto, la temperatura e il livello del liquido. L'analisi di questi parametri controlla la velocità di aerazione, la velocità di scarico dei fanghi e il tempo di funzionamento dell'ultrafiltrazione (UF) per creare un ambiente adatto ai microrganismi.
Il sistema UF preleva l'acqua dai serbatoi di nitrificazione per la separazione dell'acqua dei fanghi-. La miscela di fanghi concentrati-acqua viene quindi restituita alla sezione di denitrificazione come riflusso interno.
Il sistema biochimico scarica circa 12 tonnellate di fanghi al giorno, con un contenuto di umidità progettato del 98,5%. A causa della bassa concentrazione di fanghi, nel sistema è inclusa una vasca di ispessimento dei fanghi per l'ispessimento a gravità dei fanghi scaricati. Il fango ispessito viene quindi pompato in un disidratatore centrifugo. Dopo la centrifugazione, il filtrato disidratato viene pompato nuovamente nel sistema biochimico per un ulteriore trattamento. Il pannello di fango, con un contenuto di umidità inferiore all'80%, viene inviato in discarica per lo smaltimento.
Parte seconda: Descrizione del flusso del processo del sistema di ultrafiltrazione
Questo sistema di ultrafiltrazione utilizza un sistema di ultrafiltrazione tubolare esterno. L'acqua viene prelevata dal serbatoio di nitrificazione. La pompa di ingresso UF distribuisce il liquido misto dal serbatoio biochimico al circuito UF. La pressione massima di ultrafiltrazione è di 6 bar. La miscela di fanghi-acqua viene pompata nel modulo a membrana tubolare tramite una pompa di circolazione. Sotto la differenza di pressione attraverso la membrana, la fase liquida permea attraverso la membrana, formando permeato, ottenendo la separazione dell'acqua dei fanghi-. I fanghi vengono restituiti al serbatoio biochimico per aumentarne la concentrazione e contemporaneamente ottenere il ricircolo interno del liquido di nitrificazione. Una parte dei fanghi viene scaricata come fango di supero nella vasca di ispessimento dei fanghi. Il permeato viene scaricato nel serbatoio delle acque chiare di ultrafiltrazione ed entra nel successivo processo di trattamento.
Rispetto ai tradizionali processi di trattamento biologico, le cellule microbiche vengono separate dall'effluente attraverso un sistema di ultrafiltrazione ad alta-efficienza, garantendo che il particolato più grande di 0,02 µm, i microrganismi e i solidi sospesi correlati al COD- vengano trattenuti in modo sicuro all'interno del sistema. Ciò consente di ottenere una reale separazione tra il tempo di ritenzione idraulica e il tempo di ritenzione dei fanghi. Controllando l'età dei fanghi, si raggiunge l'obiettivo di coltivare un gran numero di batteri nitrificanti, migliorando così significativamente il tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale. L'effluente dell'ultrafiltrazione è sterile, privo di solidi e privo di sostanze biologicamente attive. La concentrazione dei fanghi viene mantenuta attraverso il riflusso continuo nell'ultrafiltrazione a flusso incrociato-.
Il sistema di ultrafiltrazione ha un circuito, con quattro tubi a membrana in ciascun circuito. Una pompa di circolazione separata fornisce la portata richiesta lungo la parete interna dei tubi della membrana, creando turbolenza, generando un ampio flusso di filtrazione e prevenendo l'intasamento.
I tubi a membrana richiedono inoltre lavaggio e pulizia dopo un periodo di funzionamento, operazione effettuata mediante una pompa di pulizia che utilizza un serbatoio di pulizia contenente acqua limpida o liquido limpido. Ciascun circuito può essere lavato, pulito o sottoposto a manutenzione mentre gli altri circuiti sono in funzione. Una valvola automatica di controllo dell'aria compressa può contemporaneamente interrompere l'alimentazione e i fanghi rimasti nei tubi vengono trasportati dall'acqua di lavaggio al serbatoio di trattamento biologico.
Il CIP è un processo a frequenza-uniforme. Durante le fasi successive della pulizia, le valvole si aprono secondo un programma, consentendo all'acqua di pulizia di circolare nei circuiti della membrana e di ritornare nel serbatoio di pulizia fino al raggiungimento della pulizia completa. Se necessario, è possibile aggiungere una piccola quantità di detergente per membrane al serbatoio di pulizia durante le fasi successive della pulizia.
Parte tre: Descrizione del flusso del processo DTRO (sistema a membrana a osmosi inversa con tubi a disco).
Sebbene la maggior parte della materia organica e degli inquinanti azotati negli effluenti dell’MBR siano stati rimossi, i livelli sono ancora lontani dal soddisfare gli standard di scarico. L'acqua contiene ancora una grande quantità di materia organica, ioni incrostanti e altri inquinanti, che rappresentano un rischio significativo per il funzionamento stabile delle successive apparecchiature di separazione a membrana. A causa dei rigorosi standard di scarico e dei nuovi requisiti standard per l'azoto totale, il sistema a membrana deve avere un tasso di rifiuto elevato per nitrati, ecc. Questo progetto utilizza un DTRO (Disc Tube Reverse Osmosis Membrane System) con forti capacità antivegetative e tassi di recupero elevati. Il percolato di discarica ha una composizione complessa, contenente vari sali scarsamente solubili come calcio, magnesio, bario e silicio. Questi sali inorganici scarsamente solubili sono altamente concentrati dopo essere entrati nel sistema ad osmosi inversa. Quando la loro concentrazione supera la loro solubilità in determinate condizioni, si verificheranno incrostazioni sulla superficie della membrana. La regolazione del pH dell'acqua grezza previene efficacemente le incrostazioni dovute ai sali inorganici carbonatici; pertanto, il pH dell'acqua non depurata deve essere regolato prima di entrare nel sistema ad osmosi inversa.
L'effluente dell'MBR viene pompato nella colonna a membrana DTRO tramite la pompa di alimentazione DTRO. Contemporaneamente, l'acido viene aggiunto dal serbatoio di stoccaggio dell'acido per regolare il pH e viene fatto rifluire per la miscelazione, raggiungendo l'equilibrio del pH. La linea di alimentazione del sistema DTRO è dotata di un sensore pH. Il PLC determina il pH dell'acqua grezza e regola automaticamente la frequenza della pompa dosatrice per regolare l'aggiunta di acido, garantendo infine che il pH della soluzione grezza prima di entrare nel sistema ad osmosi inversa raggiunga 6,1–6,5. L'acqua non trattata con pH-regolato viene pompata nella colonna a membrana DTRO. Il sistema DTRO è composto da un set, ciascuno dotato di due filtri a maniche di sicurezza. I sensori di pressione sia all'ingresso che all'uscita di ciascun filtro a maniche di sicurezza rilevano automaticamente la pressione differenziale. Quando la pressione differenziale supera una determinata soglia, il sistema richiede la sostituzione del sacchetto filtro. I due filtri a sacco di sicurezza funzionano in parallelo, consentendo la sostituzione del sacco filtrante in linea. Il filtro di sicurezza ha una precisione di filtrazione di 50μm, fornendo la barriera protettiva finale per la membrana. L'acqua non depurata che passa attraverso il filtro a maniche di sicurezza entra direttamente nella pompa a stantuffo ad alta-pressione. L'effluente, pressurizzato dalla pompa ad alta-pressione, entra nella colonna a membrana DTRO. Il primo stadio a membrana viene alimentato direttamente con acqua dalla pompa ad alta-pressione. Ciascuno stadio della membrana è dotato di una pompa di circolazione in linea, che restituisce una parte del concentrato dall'uscita della membrana all'ingresso della pompa in linea per garantire portata e velocità sufficienti sulla superficie della membrana, prevenendone l'intasamento.
L'effluente della membrana è suddiviso in concentrato e permeato. Una valvola di regolazione della pressione all'estremità del concentrato controlla la pressione all'interno del modulo a membrana per ottenere il tasso di recupero dell'acqua purificata necessario. Il concentrato viene scaricato in un serbatoio per concentrato per un ulteriore trattamento. Il permeato entra in un serbatoio di stoccaggio dell'acqua pulita per soddisfare le proprie esigenze di pulizia. L'acqua in eccesso viene scaricata in una vasca di equalizzazione degli effluenti e quindi pompata nel corpo idrico ricettore. Il tasso di ripristino del sistema è dell'80%.
Il sistema a osmosi inversa è un sistema a osmosi inversa a media-pressione che utilizza membrane a osmosi inversa con tubi a disco. La pressione operativa media della membrana per osmosi inversa del tubo a disco è di 30–70 bar, con un limite di pressione massimo di 70 bar per l'osmosi inversa a media-pressione. Poiché l'acqua di alimentazione è un liquido chiarificato mediante ultrafiltrazione, la resa del liquido chiarificato può raggiungere l'80%. Il sistema DTRO ha un'unità, con un totale di 70 colonne a membrana per osmosi inversa con tubi a disco e un'area totale della membrana di 658,3 m².
L'unità DTRO è dotata dei seguenti servizi ausiliari:
⑴ Sistema CIP (Clean-In-Place): il sistema CIP viene utilizzato per il lavaggio, la pulizia con acqua e la pulizia chimica dell'unità a osmosi inversa.
⑵ Sistema di dosaggio dell'acido: per prevenire incrostazioni inorganiche durante il funzionamento ad osmosi inversa, è installato un sistema di dosaggio dell'acido per regolare il valore del pH dell'acqua di alimentazione del sistema ad osmosi inversa.
⑶ Sistema di dosaggio antincrostante: Il sistema di dosaggio antincrostante viene utilizzato anche per prevenire la formazione di incrostazioni inorganiche durante il funzionamento ad osmosi inversa.
Poiché il percolato viene pretrattato utilizzando un bioreattore a membrana di denitrificazione completamente biologico, l'effluente dell'ultrafiltrazione è privo di solidi sospesi e materia organica biodegradabile. Ciò evita in gran parte la formazione di incrostazioni inorganiche e organiche sulla membrana ad osmosi inversa, riducendo così la frequenza di pulizia della membrana ad osmosi inversa e consentendo al sistema di osmosi inversa di funzionare a pressione relativamente bassa, prolungando la durata della membrana ad osmosi inversa.