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Come risparmiare il 40% di energia in un impianto di trattamento delle acque reflue industriali

Le soluzioni più efficaci per la gestione di un impianto di depurazione delle acque reflue civili e industriali

Il prezzo dell’energia elettrica continua a registrare valori record: nel mese di dicembre 2022 la media mensile ha raggiunto il valore più alto di sempre, superando i 280 €/MWh con un +450% rispetto al valore di gennaio 2021 (Figura 1).

Questo è dovuto a numerosi fattori, tra cui l’aumento esponenziale del prezzo del gas (in Europa +723% rispetto a dicembre 2019 (fonte) e dei prezzi della CO2, che indirettamente incidono anch’essi sulle forniture di energia.

Aumento prezzo energia depurazione acque reflue
Figura 1: prezzo dell’energia elettrica e suoi principali driver di costo (fonte: elaborazioni Confindustria su dati ICE)

La prima mossa di molte aziende è stata quella di limitare la produzione allo stretto necessario, rallentando o fermando i reparti più energivori. Le oscillazioni giornaliere del prezzo vengono attentamente monitorate dagli Energy Manager che, nel limite del possibile, cercano di allocare la produzione quando l’energia costa meno.

Quando non si riesce a fare tutto questo, le aziende sono costrette a chiudere temporaneamente intere linee e chiedere la cassa integrazione.

A fronte di tutti questi aumenti, infatti, agire alla fonte e diminuire il consumo energetico, non è più solo utile a livello di sostenibilità e immagine aziendale, ma diventa indispensabile per contenere i costi e riuscire a rimanere competitivi sul mercato.

Tra gli impianti energivori di un’azienda, l’impianto di depurazione è uno dei comparti che vanno attenzionati, perché spesso non è ottimizzato e si possono trovare numerosi modi per risparmiare.

In questo documento presenteremo due soluzioni per diminuire i costi energetici dell’impianto di depurazione, senza rinunciare alla qualità allo scarico:

– una semplice ed attuabile in poche ore,
– ed una più completa, efficace e duratura.

Presenteremo anche i nostri casi studio, ovvero come siamo riusciti a far risparmiare più del 40% di energia in alcuni impianti!

Soluzione 1: come risparmiare subito in un impianto di depurazione industriale

In un impianto di depurazione delle acque reflue industriali, le voci di costo sono numerose. Quella che pesa quotidianamente però è quella del consumo energetico, dovuto al funzionamento delle pompe, dei compressori, delle soffianti e dei miscelatori.

La principale fonte di consumo energetico, però, è dovuta al funzionamento delle soffianti per la fornitura di aria al comparto di ossidazione/nitrificazione, delle pompe di ricircolo e dei mixer. Agire su questo settore può quindi migliorare notevolmente il consumo complessivo dell’impianto.

Il consumo delle soffianti è fortemente influenzato dall’efficienza di trasferimento della rete di diffusione, che tende a diminuire nel tempo a causa dell’intasamento dei pori delle membrane.

Anche senza raggiungere il completo intasamento delle membrane, nel tempo aumentano la contropressione sul compressore e di conseguenza anche il consumo di energia per fornire la stessa quantità di ossigeno.

La pulizia dei diffusori degli impianti di acque reflue può aiutare a risparmiare fin da subito

Una soluzione spesso sottovalutata è quella della pulizia dei diffusori intasati che migliora il trasferimento di ossigeno e riduce la contropressione, permettendo di mantenere il sistema in esercizio nelle condizioni ottimali.

Oggi in Italia la pulizia dei diffusori è una pratica poco diffusa e in genere effettuata solo in impianti di grandi dimensioni. In realtà, la pulizia dei diffusori a disco è una procedura semplice e poco costosa ma che può portare a una riduzione significativa dei consumi energetici per il funzionamento delle soffianti.

Mantenere i piattelli nelle condizioni ottimali porta ad un risparmio di consumo per le soffianti tra il 2 e l’11%. Il valore percentuale ottenibile varia a seconda della velocità con cui si sporcano i diffusori (dipende dal refluo) e della frequenza e intensità con cui si effettuano le pulizie.

pulizia dei diffusori acque reflue
Fig.2: pulizia dei diffusori acque reflue

Come effettuare la pulizia dei diffusori degli impianti di depurazione?

ETC aiuta i propri clienti a verificare periodicamente la contropressione sviluppata a parità di condizioni di funzionamento per verificare lo stato di intasamento. Con le prove di kLa, inoltre, si può andare a valutare in modo più preciso la diminuzione dell’efficienza di trasferimento.

Quando lo spreco energetico diventa pari alla spesa per la pulizia, si individua il momento ottimale per effettuare un nuovo intervento.

ETC può fornire supporto ai gestori con le seguenti attività:

  • Fornitura del sistema di pulizia;
  • Stesura della procedura personalizzata per l’esecuzione dell’intervento
  • Aiuto nella scelta del fornitore in caso ci si voglia affidare ad un esterno;
  • È anche possibile effettuare autonomamente l’intervento: in questo caso forniamo una formazione operativa su come effettuarlo e su come verificare se ha portato i risultati attesi
  • Monitoraggio periodico dell’efficienza di trasferimento per decidere momento ottimale per la pulizia

ROI della pulizia dei diffusori: un caso studio

Nel 2018 ETC ha vinto una gara per un importante impianto in provincia di Milano. L’impianto era già ad un livello di ottimizzazione spinto e soluzioni più complesse (sostituzione di macchine, installazione di controllori…) non avrebbero portato benefici significativi.

Dal momento che l’impianto non rientrava tra quelli su cui il gestore effettuava regolarmente pulizie dei diffusori, è stata proposta come soluzione la pulizia periodica regolare dei diffusori con acido formico.

Nel periodo di monitoraggio e rendicontazione dei risparmi (12 mesi) i risultati ottenuti sono stati i seguenti:

Risparmio per il consumo di energia elettrica 10’303€*
Costi sostenuti per la pulizia dei diffusori 940 €**

*costo unitario EE 0.15€/kWh
**1° lavaggio: 16 ore/uomo, 8 taniche da 25 kg

ETC depurazione acque reflue industriali
ETC depurazione acque reflue industriali

Alternative semplici ed efficaci alla pulizia dei diffusori

In aggiunta a questo tipo di intervento, ETC effettua consulenze per individuare margini di ottimizzazione energetica e ridurre i consumi mantenendo una qualità allo scarico uguale o migliore.

Un esempio di un altro intervento semplice di ottimizzazione energetica è la temporizzazione di alcune utenze o la riduzione del consumo delle stesse guardando al minimo funzionamento richiesto dal processo (es. riduzione del funzionamento o spegnimento totale del ricircolo della miscela aerata in funzione della capacità d denitrificazione dell’impianto).

Contattaci per una consulenza gratuita con un nostro tecnico. Ti faremo una serie di domande per capire se il tuo impianto può beneficiare di questa soluzione.

Soluzione 2: Il controllo di processo per la depurazione delle acque reflue: come risparmiare il 40% di energia

Un controllore di processo è una soluzione più costosa delle precedenti, ma permette risparmi in termini di energia elettrica che in media sono del 40%. Oscar® STD Aerazione Intermittente è un controllore di processo con logiche avanzate basate sulla concentrazione di ossigeno e ammoniaca nella vasca di nitrificazione.

OSCAR® è il controllore di processo per la depurazione più utilizzato in Italia, con più di 140 installazioni in impianti di ogni dimensione, sia industriali che civili e più di 9 milioni di abitanti equivalenti serviti.

Oscar controllo processo depurazione acque reflue
Fig.3: Oscar® – controllo di processo per la depurazione delle acque reflue

Come funziona OSCAR® di ETC Sustainable Solutions?

Grazie alla suddivisione temporale dei processi di nitrificazione e denitrificazione, l’aerazione viene effettuata solo per il tempo necessario ad ottenere gli effetti voluti di rimozione della sostanza organica e di nitrificazione e la concentrazione di ossigeno ottimale viene calcolata in tempo reale in funzione dell’ossigeno in vasca, ottimizzando di conseguenza la frequenza di funzionamento delle soffianti.

Nei periodi di basso carico, inoltre, vengono incrementati i tempi di spegnimento delle soffianti, con conseguente ulteriore ottimizzazione energetica della sezione di trattamento biologico.

aerazione intermittente OSCAR ETC Sustainable Solutions
Fig.4: Aerazione intermittente OSCAR ETC Sustainable Solutions

L’alternanza temporale tra nitrificazione e denitrificazione permette inoltre lo spegnimento o la riduzione del tempo di funzionamento delle pompe di ricircolo della miscela aerata, con conseguente notevole risparmio energetico. Nella maggior parte dei casi, infatti, il ricircolo del fango risulta sufficiente a consentire il processo di denitrificazione nelle vasche anossiche e un’adeguata rimozione dei nitrati.

Trattamento acque reflue industria alimentare, farmaceutica, chimica, tessile, ecc: che risultati si possono ottenere?

L’implementazione di OSCAR® garantisce:

– la riduzione dei consumi elettrici associati al comparto biologico dell’impianto

– un incremento della capacità depurativa dell’impianto in termini di rimozione dei composti azotati.

L’efficienza di un impianto di depurazione viene calcolata dai nostri ingegneri in riferimento alla classificazione riportata in Figura 3 , sviluppata dalla nostra esperienza e comparata e validata da linee guida riguardo gli impianti di depurazione.

Classificazione energetica del comparto biologico degli impianti di depurazione 2
Fig.5: Classificazione energetica del comparto biologico degli impianti di depurazione

Negli impianti in cui è stato installato OSCAR®, è stato effettuato uno studio per classificare l’impianto sia prima che dopo l’installazione e stimare i risparmi ottenuti grazie all’utilizzo di OSCAR®.

Prima e dopo l'utilizzo di OSCAR ETC Sustainable Solutions
Fig. 6: Prima e dopo l’utilizzo di OSCAR ETC Sustainable Solutions

Prima dell’utilizzo di OSCAR®, il 100% degli impianti si collocava sotto la classificazione C, mentre grazie ad OSCAR®, circa il 60% degli impianti è riuscito a superare la classificazione C e in generale gli impianti hanno visto dei notevoli miglioramenti nell’ottimizzazione, raggiungendo anche classificazioni comparabili a quelle degli impianti di nuova costruzione.

In fig 7. Si può vedere la distribuzione statistica dei risparmi energetici, con i dati sperimentali ottenuti negli impianti in cui OSCAR® è stato implementato (curva viola) e la percentuale di impianti collocati in ogni fascia di risparmio (istogramma verde).

Distribuzione dei risparmi energetici ottenuti grazie all'utilizzo delle logiche di OSCAR®
Fig.7: Distribuzione dei risparmi energetici ottenuti grazie all’utilizzo delle logiche di OSCAR®

In tutti gli impianti in cui è stato applicato OSCAR® la qualità dell’effluente è sempre migliorata.

Come risparmiare il più possibile nella gestione del tuo impianto di trattamento delle acque reflue industriali?

Contattaci tramite il form qui sotto per una consulenza gratuita con un nostro tecnico. Ti faremo una serie di domande in modo da capire se il tuo impianto può beneficiare di una di queste soluzioni, per portarti a risparmiare il più possibile e ti affiancheremo nella scelta della soluzione migliore in base alle tue esigenze

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