Sistema brevettato per la gestione intelligente e il controllo automatizzato di impianti di depurazione. Il sistema utilizza sensori robusti ed economici per la misura di segnali indiretti (pH e potenziale redox), per ridurre i costi di realizzazione e rendere l’installazione economicamente sostenibile anche per gli impianti medio-piccoli, fino a 20000 AE, normalmente sprovvisti di strumentazione e tecnologia in genere, ma che rappresentano oltre l’80 % del totale degli impianti. In particolare, sono incrementati: 1. l’efficienza energetica del sistema di aerazione dell’impianto di depurazione, responsabile mediamente di oltre il 60% dei consumi energetici degli impianti di depurazione, e dei costi di gestione generali; 2. l’efficienza del processo di rimozione dell’azoto, attraverso il controllo in tempo reale delle condizioni di processo e dello stato di funzionamento dall’impianto istante per istante, garantendo basse concentrazione di inquinanti allo scarico.
Schema logico del sistema di controllo
Il sistema misura acquisisce e memorizza i segnali di pH, ORP e ossigeno disciolto nelle vasche di processo e, tramite adeguate politiche di gestione intelligente e logiche di controllo, regola la portata di compressore d’aria e pompa di ricircolo interno. In particolare, il sistema stima in tempo reale il carico in ingresso, in termini di rapporto COD/TN (Chemical Oxygen Demand/azoto totale), garantendo: • una consistente diminuzione dei consumi regolando la portata d’aria con un controllore PID sulla misura dell’ossigeno disciolto (DO) a set-point variabile. • un’elevata efficienza dei processi, modulando opportunamente la portata della pompa di ricircolo interno in funzione dello stato dell’impianto e del carico in ingresso. Per l’analisi dati, la modellazione del sistema e l’implementazione delle politiche decisionali sono state utilizzate tecniche di machine learning. L’infrastruttura del sistema è un’architettura SOA basata su Enterprise Service Bus, un middleware utilizzato per sistemi distribuiti in rete, tale da permettere il controllo remoto del sistema.
Negli impianti di depurazione medio-piccoli (fino a 20.000 AE), che rappresentano circa il 90% del totale degli impianti in Italia, nonostante il costo specifico (€/m3) superiore a quello dei grandi impianti (oltre 100.000 AE), per non aumentare i costi operativi, spesso non è prevista alcuna installazione di strumentazione o sistemi di controllo a causa del loro alto costo. Il sistema proposto, viceversa, è stato pensato per abbattere i costi realizzativi, pur mantenendo elevate prestazioni e potere essere installato anche nei sistemi di dimensioni minori, che sono molto numerosi.
L’invenzione può essere utilizzata dai gestori di impianti di depurazione acque. In Emilia-Romagna, gli impianti sui quali potrebbe essere applicato il sistema sono 243 (68 con taglia compresa tra 10.000 e 100.000 AE più 175 tra 2.000 e 10.000 AE). Riguardo gli impianti gestiti da Hera, sono circa 120 quelli candidabili ad essere controllati (38 con taglia compresa tra 10000 e 100000 più 82 tra 2000 e 10000). Le stesse valutazioni sono estendibili a tutto il territorio nazionale e a tutti i gestori di impianti.
Schema del sistema di controllo installato in un impianto di depurazione acque
Installazione del controller su una linea dell’impianto di depurazione municipale di Granarolo dell’Emilia di Hera S.p.A.
Il montaggio del sistema ha richiesto: 1. Installazione dei sensori per la misura di pH e ORP in vasca anossica e di pH e DO in vasca di ossidazione. 2. Installazione di inverter per la variazione della velocità della soffiante e della pompa di ricircolo della miscela areata. 3. Installazione del PC industriale su cui è installato il controllore e implementazione della comunicazione con il PLC dell’impianto. 4. Avviamento del controller per l’acquisizione dei dati di test sui quali è stato poi verificato e adattato il modello generale del sistema, simulando le risposte al variare delle condizioni di esercizio. Raggiunta la stabilità operativa e tarati i parametri sul funzionamento specifico dell’impianto, il controller è entrato nella sua fase di esercizio normale. Per la valutazione finale dell’efficienza energetica, saranno confrontati i consumi mensili della soffiante misurati con un analizzatore di energia prima e dopo il montaggio del controller. Dopo un mese, si può stimare un risparmio energetico di oltre il 30%. Data una potenza assorbita a pieno carico di 9,1 KW a f = 50 Hz, si ha un’energia massima consumata pari a 79.8MWh/anno, si può ottenere un risparmio di circa 24 MWh/anno. Ad un prezzo medio di 0,15 €/KWh si possono risparmiare oltre 3600 €/anno per compressori di piccola taglia tipo IE3, i più efficienti sul mercato.
HERA SpA
Brevetto per invenzione industriale n. 102015000084042 “GRUPPO PER LA GESTIONE AUTOMATIZZATA DI IMPIANTI PER IL TRATTAMENTO BIOLOGICO DI ACQUE REFLUE”, valido in Italia il 6/6/2018. L’estensione PCT, depositata 12/2016, è in fase di approvazione. La sperimentazione attualmente in corso permetterà a breve di presentare i primi risultati consolidati per avviare partnership industriali.
Esempio di andamento ossigeno disciolto e frequenza inverter (sinistra) e potenza assorbita (destra) per 5 giorni consecutivi. Etot = 886.5 KWh; Eeff = 532.9 KWh; Risparmio energetico ~ 40%