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PROGETTO DI UN IMPIANTO DI POTABILIZZAZIONE

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PROGETTO DI UN IMPIANTO DI POTABILIZZAZIONE

INTRODUZIONE

Si richiede la progettazione di un impianto di potabiliz­zazione delle  acque  prelevate da fiume (categoria A2 , ai sensi del D.P.R. 515 / 82 ) , a servizio di un centro con popolazione all ' attualità di 105700 abitanti e dotazione idrica pro-capite giornaliera di 292 l.

Questi dati ci portano a considerare una richiesta giornaliera e oraria , all ' attualità, rispettivamente pari a 30865 mc / d e 1286 mc / h .

CICLO DI TRATTAMENTO

Prevediamo una presa da fiume con griglia, seguita da una sgrossatura , un processo di chiariflocculazione con un ' opportuna aggiunta di re 949g66j agenti seguito da una filtrazione rapida , una disinfezione  mediante aggiunta di cloro in una vasca di contatto e, quindi, l' invio all' utenza.



PRESA

            La presa viene effettuata dal fiume e, pertanto, necessita subito a valle di un' apposita griglia che impedisce l' ingresso di materiale grossolano nell' impianto, con canale di adduzione.

CANALE DI ADDUZIONE

Imponiamo una velocità di arrivo di 1m/s. Avendo una portata di 0.35 mc/s ho una sezione di :

·        A = Q / V = 0.36 / 1 = 0.36 mq

Scelgo b e h in modo da avere un canale accettabile dal punto di vita della destinazione finale:

·        B = 0.8 m                                            

·        h = 0.5 m

Supponiamo un coefficiente di Strickler di 70 per le pareti in calcestruzzo in modo da avere la pendenza di:

·        J = i = Q / (Kst * A * (R ^ 2/3))^2

Essendo R :

·        R = 0.36 / (0.8 + 2 * 0.50) = 0.22m

Per cui la pendenza i è:

·        i = 0.36 / ( 70 * 0.36 * (0.22 ^ 2/3))^2 = 0.00152 = 1.5 %o

GRIGLIATURA

Utilizziamo una griglia media che bene si adatta al nostro scopo, per cui ho:

·        S = 0.020m     

·        b' = 0.8 cm

Il numero di barre sarà:

·        (n + 1) * s = b              =>        n = (b -s) / s = (0.80 - 0.020) / 0.020 = 39 barre

Da cui:

·        B = (n + 1) * S + n * b' = 40 * 0.020 + 39 * 0.008 = 1.10 m.

 

SGROSSATURA

Questa fase , prevista per l'eliminazione di sostanze sospese sedimentabili, si rende necessaria per evitare che si verifichino inutili sovraccarichi nella successiva fase di coagulazione e, soprattutto, per evitare eccessivi consumi di reattivo.Prevedo un tempo di detenzione ( td ) all ' interno della vasca di 50 '.Questo comporterà :

·        V=Q*td= 1286 * 50 / 60 = 1072 mc              

Per determinare l'altezza delle vasche di sedimentazione suppongo, in prima approssimazione di utilizzare una sola vasca. Ricavo quindi la superficie di questa vasca imponendo un prefissato valore del carico idraulico superficiale Ci (rapporto tra la portata e la superficie della vasca) :

S = Q / Ci. Dimensiono le vasche ipotizzando un carico Ci = 3 mc/mq*h.

Ricavo poi h semplicemente come rapporto tra il volume precedentemente calcolato e la superficie ideale S :     

·        S = 1286 / 3 = 429 mq

·        Altezza h = 1072 / 429 = 2.5 m

                                                                       

Ricavato h possiamo ricavare le dimensioni delle vasche tenendo conto che le vasche devono essere tutte uguali e che il rapporto L / B deve essere compreso tra 3 e 4.

Si decide di adottare vasche delle seguenti dimensioni :

·        L = 27 m                     

·        B = 8 m                       

·        h = 2.5 m                    

·        (L / B = 3.375)

Uilizzeremo 2 vasche

Verifica tempi di detenzione e carichi idraulici:

·        V = B * L * h * 2 = 1080 mc

·        td = V / Q = 50.4 min > 50 min                                  

·        Ci = Q / (2 * B * L) =  2.98 mc/mq*h            

CHIARIFLOCCULAZIONE

            La fase di chiariflocculazione viene realizzata con vasche a bacino unico tipo " Accelator ". Fissiamo il numero di vasche n = 2, previa verifica delle condizioni di funzionamento.

Il dimensionamento è stato effettuato sulla base dei seguenti parametri:

·        tempo di detenzione idraulica td = 1.2 h

·        Volume di sedimentazione ( Ws ) / Volume totale ( Wt ) = 2/3

 

Dimensionamento:

.Si impone un carico idraulico pari a 5 mc/mq*h. Si considera inoltre che la vasca sia cilindrica, il che non corrisponde esattamente alla realtà.

Per prima cosa si calcola il volume totale della vasca :

·        Q' = Q / n = 1286 / 2 = 643 mc/h

·        Wt = Q * td = 643 * 1.2 = 772 mc

Il volume del comparto di sedimentazione è pari ai 2/3 di quello totale ed allora :

·        Ws = 2/3* Wt = 515 mc

Il volume destinato alle fasi di mescolamento e flocculazione si ottiene dalla differenza :

·        Wt -  Ws = 257 mc

Per calcolare la superficie del comparto di sedimentazione di divide la portata per la velocità del flusso :

·        Ss = Q / Ci = 643 / 5  = 129 mq

A questo punto si determina l'altezza h come rapporto tra il volume del comparto di sedimentazione Ws e la rispettiva superficie di base Ss :

·        h = Ws / Ss = 515 / 129 = 4  m > 3.5 m

Tale altezza consente di rispettare un adeguato franco tra il livello del fango depositato sul fondo della vasca (pari a circa ½ dell'altezza complessiva) e il fondo del canale che raccoglie l'acqua chiarificata. Il valore minimo consigliato di tale franco (1.5 m ) è abbondantemente superato.

Le caratteristiche delle vasche utilizzate sono :

·        Diametro maggiore : D = 16m

·        Diametro minore : d = 9 m

·        altezza : h = 4 m

·        Superficie totale : 193 mq

·        Superficie comp. sediment. : 126 mq

·        Volume totale : 772  mc

·        Volume comp. sediment. : 515 mc

·        Verranno utilizzate 2 vasche

Verifiche :                                                                    

·        Q = 1286 mc/h                                                

·        n = 2 vasche                                                                

·        St = 2 * 193 = 386 mq                        

·        Ss = 2 * 126= 252 mq                                                                                                                                 

·        Wt = 2 * 774 = 1548 mc                                

·        Ws = 2 * 515 = 1030 mc                    

·        td = Wt / Q = 1.2 h = 1h 12 min                                  

FILTRAZIONE RAPIDA

La fase di filtrazione rapida viene dimensionata in base alla portata:           

·        Q = 1286 mc / h

I filtri rapidi sono stati proporzionati considerando una velo­cità di filtrazione v = 7,00 m / h ottenendo una superficie pari a:

·        S = Q / v = 1286 / 7.00= 184 mq

 

Vengono realizzati 4 filtri da 5*10 mq e di altezza h = 3.6 m.

Leffettiva velocità di filtrazione sarà :

 

·        v = Q / ( 4 * 10 * 5 ) = 1286 / (4 * 10 * 5 )  = 6.43 m / h

           

Verifica del funzionamento in fase di lavaggio , durante la quale sono in uso 3 filtri su 4.

 

·        v = Q / ( 3 * 5 * 10 ) = 1286 / (3 * 5 * 10) = 8.6 m / h

 

FASE DI LAVAGGIO

Il lavaggio dei filtri è realizzato con il sistema europeo ad aria ed acqua con un lavaggio per filtro ogni 12 h. Conseguentemente si ha un numero totale di lavaggi giornalieri pari a:



 

·        num. lavaggi al giorno = 2 * 4  = 8

 

con intervalli tra un lavaggio e l'altro di :

 

·        Dt = 24 h / 8 lavaggi = 3 h

 

Il lavaggio viene effettuato per un tempo di circa 8 ' ,  di cui circa 5 ' per l'acqua e 3 ' per l' aria.

La velocità dell'acqua di lavaggio è 25 m / h

 

·        portata di lavaggio di un filtro Ql  = v * Sf = 25 * 5 * 10 = 1250 mc/h = 0.347 mc / s

·        volume acqua di lavaggio di un filtro Wl = Ql * tlav = 0.347 * 300 = 105 mc

AccumuIiamo in un serbatoio , posto a 10 m di altezza al di sopra dei filtri , un volume pari al doppio del volume di lavaggio:

 

·        Wa = 2 * Wl = 210 mc

 

realizzato con un serbatoio cilindrico di 10,00 m di diametro e 3,00 m di altezza (volume = 235 mc).

Abbiamo un lavaggio ogni ora , pertanto in tale intervallo , dovrà essere riempito di un volume dell ' acqua di lavaggio ( un volume lo si tiene nel serbatoio per un' eventuale emergenza ).

·        Q riemp. = 105 mc / 3 h = 35 mc / h = 0.000972 mc / s.

Pertanto usiamo una pompa di potenza :

P = 9.81 * Q * H / Rendimento = 9.81 * 0.000972 * ( 10 + 3 ) / 0.7 = 1.77 kW

Si prevede un' analoga pompa di riserva

La richiesta di aria per ciascun filtro é di :

·        A = 60  mc / mq * h

·        tl aria = 3 ' = 180 s

·        Ql aria = A * Sf = 60 * 5 * 10 = 3000 mc / h = 0.833 mc / s

·        W aria = Ql aria * tl aria = 150  mc.

DISINFEZIONE

Avviene mediante clorazione nella vasca di contatto :

 

Cl2 + H2O = HClO + HCl

HClO = HCl + O

L'azione battericida deriva dall'azione ossidante , da quella tossica sulla cellula batterica ,da quella inibitrice dei proces­si enzimatici.Le reazioni sono influenzate dal pH, dalla temperatura, dal tempo di contatto, dalla presenza di sostanze organiche .L'aggiunta di disinfettante avviene a monte della vasca di con­tatto proporzionata per un tempo di detenzione td = 30'. Questa dà luogo ad un mescolamento lento del liquame in virtù della sua forma di tipo a "chicanes".

Il volume totale sarà

·        W = Q * td = 21 *30= 630 mc

 Ipotizziamo una concentrazione di cloro residuo di D=5 mg/l. Utilizo come disinfettante NaClO al 12% di Cl.

Il cloro richiesto è :

·        Clrich. =  D * Q = 5 * 1260 = 6300 g/h

Vediamo quanto NaClO al 12% devo mettere in un ora:

·        NaClO12% = (Kg/h)Cl / 0.12 = 52.5 l/h = 0.053 mc/h

Se ipotizzo un'altezza di 3.5m ho :

·        Stot = V / h = 630 / 3.5 = 180 mq

Supponendo che la lunghezza è quattro volte la larghezza ho :

·        Largh. = 6.7 m                                                                    

·        Lungh.= 4 * 6.7 = 27m

Per dimensionare il volume del serbatoio di stoccaggio ho :

·        Vserb.stocc. = [NaClO]12% * 24 * 7 = 0.053 * 24 * 7 = 8.9 mc

LINEA FANGHI

Consideriamo una produzione di fango pari a 30 grSS/mc.

           

·        Qs = 30865 mc / d  ==>  30865 * 0.03 = 926 kgSS/g (Q solida)

 

Supponendo di avere un 'umidità del 99% ,la portata volumetrica si otterrà dividendo la portata solida per 0.01 e moltiplicando per la densità (assunta pari a quella dell'acqua). 

·        Portata volumetrica = Qs / 0.01 = 926 / 0.01 =  92.6  mc / g

 

ISPESSIMENTO

Ipotizzando un carico Cs = 2,5 KgSS/mq * h = 60 KgSS/mq * g:

 

·        S = ( KgSS/g ) / Cs = 926 / 60 = 15.4 mq

 

Fissata un altezza h=3 m il volume sarà:

·        V= 15.4 * 3 =  46.2  mc

 

Si prevede un unica vasca, da utilizzare, di diametro d = 5 m , superficie totale S = 20 mq , altezza h = 3 m  e volume V = 60  mc.

Verifiche:

 

·        Cs = 926 / 20  = 46.3  kgSS/mq * g

 

                             td = 60  * 24 / 92.6 = 15 h 33 '

RIDUZIONE DEL VOLUME DEI FANGHI

Si prevede un rendimento degli ispessitori tale da portare il fango in uscita da un' umidità del 99% al 98% ,conseguentemente il volume dei fanghi in uscita per unità di tempo si ottiene dalla relazione:

·        Qu / Qi = ( 100 - 99 ) / ( 100 - 98 ) = ·½

 

 Il quantitativo di fango da smaltire nei successivi trattamenti è dunque pari alla metà del fango prodotto:        

           

·        Qu = 0,5 * 92.6 = 46.3 mc / g

 

Pertanto è rimandata in testa all'impianto una portata d'acqua di fango pari alla metà della portata di fango prodotta (a sua volta pari a Qu). 

CONDIZIONAMENTO CHIMICO

Il condizionamento chimico del fango viene realizzato tramite l'aggiunta di calce Ca(OH) ,il consumo del reattivo previsto è pari a 160 Kg / tSS:

·        0.926 * 160 = 160 Kg / g

 

VASCA DI CONDIZIONAMENTO

Prevedendo che l'impianto di disidratazione fanghi funziona per solo 8 ore al giorno, la portata da smaltire al condizionamento è pari:

·        Qu / 8 = 46.3 / 8 = 5.8 mc / h

 Supponendo di avere un tempo di miscelazione di 15 ' , al futuro si avrà: 

·        V = 0.25 * 5.8 = 1.45 mc

DISIDRATAZIONE

Viene realizzata con filtri pressa . Il volume giornaliero in arrivo è pari a:

 

·        V = Qu * 1 = 46.3  mc

 

Ipotizzando che i filtri funzionino solo 5 giorni la settimana,e prevedendo 2 cicli giornalieri di funzionamento il volume effet­tivo è pari a:

·        Veff = ( 7 * V ) /  ( 5 * 2 ) = 32.4  mc

Il parametro in base al quale si opera il dimensionamento é la capacità della singola camera che pongo pari a 3,75 mc :

·        n = Veff / 3,75 = 32.4 / 3.75 = 8.6

Considero quindi un numero di camere n = 9 .

Ipotizzando un contenuto di umidità al termine del trattamento pari al 65%, la portata di fango giornaliera é data dalla relazione:

·        Qf / Qe = ( 100 - 98 ) / ( 100 - 65 ) = 0.057

dove Qf è la portata in uscita alla fine della disidratazione, e Qe è il volume giornaliero in entrata nei filtri pressa, pari a 2 * Veff (in quanto i cicli giornalieri sono 2). In testa all'impianto viene rimandata una portata di acqua di fango Qr = Qe - Qf. Si ottengono i valori seguenti :

·        Qf = 2 * 63.6  * 0.057= 7.25 mc / g

·        Qr = ( 2 * 63.6 ) - 7.25 = 120 mc/g                

 

                       



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