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Soluzioni Innovative per il Telecontrollo degli Impianti di Depurazione delle acque reflue Ing. Paolo Ratini Ing. Nicola Fiocchi.

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Presentazione sul tema: "Soluzioni Innovative per il Telecontrollo degli Impianti di Depurazione delle acque reflue Ing. Paolo Ratini Ing. Nicola Fiocchi."— Transcript della presentazione:

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2 Soluzioni Innovative per il Telecontrollo degli Impianti di Depurazione delle acque reflue Ing. Paolo Ratini Ing. Nicola Fiocchi

3 Monitoraggio e Controllo di impianti di depurazione La riduzione dellinquinamento generato dalla rete diffusa di scarichi civili ed industriali rappresenta uno degli obiettivi principali delle politiche di salvaguardia dellambiente e conservazione del territorio. Le acque reflue hanno un importante impatto ambientale in Italia ed in generale in Europa. La maggior parte di questi scarichi vengono trattati da impianti di dimensioni medio piccole e rappresentano una fonte più che potenziale di inquinamento.

4 Monitoraggio e Controllo di impianti di depurazione Gli obiettivi principali sono: fornire un insieme di strumenti per rendere possibile il monitoraggio e il controllo locale e remoto di un impianto di depurazione, anche attraverso lutilizzo della rete Internet realizzare un sistema dedicato alle piccole e medie imprese e quindi caratterizzato da bassi costi, facile installazione (plug and play) e gestione duso ridurre i costi di depurazione attraverso la riduzione degli investimenti iniziali, dei costi di manutenzione e di esercizio.

5 Monitoraggio e Controllo di impianti di depurazione Si propone un insieme di strumenti dedicati al monitoraggio e al controllo di impianti per la depurazione delle acque reflue integrati in un sistema modulare e scalabile customizzabile sulle esigenze degli impianti di dimensioni medie e piccole capace di migliorare la qualità dei processi di depurazione e ridurne i costi di trattamento Finalità Migliorare laffidabilità del processo di depurazione e del suo impatto sul sistema territorio e sul bacino idrico di riferimento.

6 Monitoraggio e Controllo di impianti di depurazione Aumentare la qualità nella gestione dellimpianto di depurazione Il sistema di telecontrollo garantisce il funzionamento ottimale del processo di depurazione, Il sistema di supervisione genera avvisi ed allarmi in caso di guasti o malfunzionamenti. Il sistema perciò, nel suo complesso, supporta procedure integrate che accrescono laffidabilità dei processi. Ottimizzazione rapporto costi/prestazioni Monitoraggio e telecontrollo in tempo reale di un impianto di depurazione consentono di gestire in maniera più efficiente ed economica sia la manutenzione ordinaria che gli interventi di emergenza in caso di guasti e malfunzionamenti e di intervenire in maniera tempestiva per avere sempre la migliore resa in termini di qualità della depurazione

7 Monitoraggio e Controllo di impianti di depurazione Garantire uno strumento di gestione del sistema di depurazione adatto alle esigenze degli impianti di dimensioni medie e piccole, caratterizzato da: bassi costi installazione plug and play Il sistema è progettato per limitare al minimo indispensabile lintervento di operatori esperti sia nella fase di installazione che durante il normale funzionamento e consentire un facile utilizzo anche da parte di personale non esperto

8 Monitoraggio e Controllo di impianti di depurazione Garantire uno strumento di gestione del sistema di depurazione adatto alle esigenze degli impianti di dimensioni medie e piccole, caratterizzato da: scalarità e modularità per lapplicazione ad una vasta tipologia di impianti e per update progressivi Flessibilità il sistema è pensato per un utilizzo sia su impianti nuovi, che per lottimizzazione di impianti già esistenti dove e possibile realizzare lupdate dellimpiantistica già disponibile attraverso lapplicazione dei dispositivi elettronici appositamente sviluppati Modularità il sistema può essere configurato sulla base delle specifiche esigenze dellutilizzatore (numero e tipo di sonde e attuatori presenti sullimpianto) e può svilupparsi per successive implementazioni (si può accrescere il numero e il tipo di sonde e attuatori presenti sullimpianto, così come possono essere modificati gli algoritmi implementati)

9 Monitoraggio e Controllo di impianti di depurazione Garantire uno strumento di gestione del sistema di depurazione adatto alle esigenze degli impianti di dimensioni medie e piccole, caratterizzato da: piena implementazione delle potenzialità di telecontrollo mediante lutilizzo della rete Internet Introdurre, attraverso lutilizzo del telecontrollo, basato sulluso della rete Internet, gli strumenti atti a prefigurare la realizzazione di una infrastruttura a rete per il monitoraggio degli impianti di depurazione.

10 La Piattaforma Elettronica Digitale PLT_line Il sistema è costituito da Unità di Monitoraggio e Controllo Locale da dislocarsi a bordo dellimpianto e dedicata allacquisizione di segnali in punti di misura dislocati in zone diverse dellimpianto stesso e allapplicazione dei comandi e dei controlli alle macchine elettriche presenti sullimpianto Unità Centrale (o Centro di Controllo Remoto), identificabile con una macchina server. La modularità del sistema consente in qualsiasi momento lespansione del numero e del tipo di segnali acquisiti e di macchine elettriche controllate.

11 La Piattaforma Elettronica Digitale PLT_line Unità Centrale

12 La Piattaforma Elettronica Digitale PLT_line LUnità di Monitoraggio e Controllo Locale è realizzata utilizzando tre dispositivi: Il Modulo Analogico Il Modulo I/O Il Modulo Display I moduli vengono montati su guide barra DIN e possono essere alloggiati insieme ai componenti del quadro elettrico allinterno di una cassetta o di un armadio con grado di protezione adeguato allapplicazione.

13 La Piattaforma Elettronica Digitale PLT_line

14 Modulo Analogico (acquisizione segnali) Interfaccia analogica multicanale disponibile sul modulo: dotata di isolamento galvanico stadio separatore ad alta impedenza per ogni canale risoluzione di 24bit +/- 1LSB con velocità di acquisizione fino ad 1Ksample. Modulo I/O attuazione dei comandi gestione delle macchine elettriche (più in generale) ogni singolo modulo rende disponibili 8 ingressi e 8 uscite digitali più 4 ingressi e 4 uscite analogiche. Modulo Display interfaccia a tastiera e display per eseguire operazioni di configurazione e calibrazione dei canali analogici per lacquisizione dei segnali visualizzazione dei valori misurati e di fault e allarmi. Tale modulo può essere applicato alla portella del quadro elettrico.

15 La Piattaforma Elettronica Digitale PLT_line Modulo Master: ospita a bordo le applicazioni software per la gestione locale dellUnità di Monitoraggio e Controllo Locale, lacquisizione dei dati e la loro archiviazione su database relazionale implementato in tecnologia MySQL. Dotazione modulo: 128Mb di memoria RAM Hard Disk da 40Gb sistema operativo Linux Embedded e Web Server, Il modulo Master può essere collocato allinterno dello stesso quadro elettrico con il resto dei moduli in altra ubicazione

16 La Piattaforma Elettronica Digitale PLT_line Collegando il Modulo Master mediante il link Ethernet ad una rete LAN o utilizzando una linea telefonica cablata o mobile sarà possibile connettersi al modulo stesso – anche da una postazione delocalizzata rispetto allimpianto - mediante uno qualsiasi dei più comuni browser Internet (Internet Explorer, Mozzilla, etc.) per accedere ad uninterfaccia operatore, realizzata mediante interfacce grafiche. In questo modo sarà possibile interagire in modo diretto e in tempo reale con il sistema per effettuare le operazioni normalmente implementate mediante lutilizzo di un PC e di un software SCADA: riconfigurazione del sistema e/o dei parametri di acquisizione; rappresentazione del quadro sinottico dellimpianto; rappresentazione grafica o in forma tabellare di uno storico dei dati acquisiti; export in formato testo o excel dello storico dei dati acquisiti mediante filtri sugli intervalli di tempo e/o segnale.

17 La Piattaforma Elettronica Digitale PLT_line

18 LUnità Centrale è una postazione di telecontrollo e supervisione costituita da una macchina Server, capace di gestire una rete di installazioni del sistema su diversi impianti. LUnità di Monitoraggio e Controllo Locale invia, a intervalli regolari programmabili dallutente, i dati contenuti nel database locale al database remoto residente sulla macchina server dellUnità Centrale. Il trasferimento verrà effettuato utilizzando una rete LAN o un modem GSM/GPRS o una linea telefonica commutata – ove disponibile – collegata al modulo MASTER. Mediante lutilizzo del Web Server Apache, di software appositamente sviluppato con tecnologia php e residente sulla macchina server dellUnità Centrale, linformazione contenuta nel database remoto è resa accessibile attraverso la rete Internet utilizzando un qualunque browser commerciale, sia in ambiente Windows che Open Source (Internet Explorer, Mozzilla ecc.).

19 La Piattaforma Elettronica Digitale PLT_line

20 Monitoraggio di reattori MBR Segnali da acquisire tipici dei processi biologici a fanghi attivi: DO, pH, redox, Q IN ecc.. SST in vasca di ossidazione Segnali da acquisire tipici dei processi MBR (oltre i precedenti): TMP (pressione trans-membrana) DO (per limitare fouling membrane) sensore di livello in vasca per attivare/disattivare pompe estrazione permeato

21 Alcune delle più comuni configurazioni impiantistiche MBR con membrane esterneMBR con membrane immerse

22 Esempio di MBR a membrane sommerse

23 Layout dei sensori e degli attuatori principali per impianto MBR a membrane immerse Vasca equalizzazione Arrivo liquame Livello in vasca Pompa carico Soffianti Pompa di estrazione del permeato TMP DO Esempi delle interazioni possibili tra segnali acquisiti e attuatori

24 Automazione di impianto MBR Automazione di basso livello DO in vasca a set-point Valore soglia parametro TMP (valore fornito dal costruttore modulo a membrana) per azionamento controlavaggio o relaxation Flusso di aspirazione membrana Controllo età del fango con utilizzo sensori per SST in vasca (necessario sensore SST) Automazione di alto livello Interpretazione andamento TMP (previo filtraggio segnale) per gestione adattativa delle fasi di controlavaggio/relaxation correlazione TMP con parametri quali DO, Q IN, SST per: 1.Ottimizzazione cicli di controlavaggio o relaxation 2.Minimizzazione consumi energetici

25 Strategie in uso (Judd, 2005) 1.riduzione dellestrazione di permeato riduzione velocità di intasamento della membrana, ma richiesta di superfici filtranti maggiori 2.pulizia fisica e/o chimica pulizia efficace, ma membrana non in uso durante manutenzione, consumo di reagenti e produzione di rifiuti liquidi 3.incremento dellaerazione riduzione velocità di intasamento della membrana, ma aumento fabbisogno energetico Possibile controllo dellaerazione a bolle grosse per ridurre consumo energetico Incidenza controllo fouling su fabbisogno energetico MBR: 2/3 del totale (Cornel & Krause 2003) 50% del totale (Cui et al, 2003) Automazione specifica per impianto MBR: controllo del fouling in sistemi MBR sommersi

26 Monitoraggio della Pressione Trans-Membrana (TMP) Tempo critico di filtrazione (Ognier et al., 2002, Brooks et al., 2003) Il tempo critico di filtrazione può essere associato al volume filtrato critico Andamenti di TMP per diversi flussi di permeato Tempo critico di filtrazione vs. flusso di permeato La geometra del profilo dellevoluzione della TMP varia con il variare del flusso di permeato

27 Monitoraggio della Pressione Trans-Membrana (TMP) per sistemi sommersi Flusso sostenibile: flusso che si può mantenere per lunghi periodi operativi senza lavaggio chimico; tale flusso dipende principalmente da tipologia della membrana miscela da filtrare temperatura Possibilità di auto-pulizia della membrana in condizioni di flusso sostenibile, per periodi limitati (osservato da Ahn et al., 2000 su membrane MF)

28 Controllo filtrazione Le fasi operative di filtrazione e di controlavaggio /relaxation sono usualmente condotte con tempi prestabiliti Monitorando la TMP è possibile operare le fasi in modo da ottimizzare la filtrazione in relazione alle reali necessità dellimpianto (flusso o caratteristiche del miscela da filtrare) Nota: Portata di filtrazione (Q F ) e gestione dei cicli di lavoro e controlavaggio (o relaxation) hanno scarsa influenza sulla qualità del permeato (Ahn et al., 2000)

29 Controllo filtrazione

30 Controllo filtrazione/aerazione Laerazione è condotta in modo da limitare e ridurre lo sporcamento (fouling) della membrana. il flusso di aria è solitamente mantenuto costante generalmente laerazione è molto superiore alle richieste biologiche di ossidazione Quindi: Monitorando TMP si potrebbe regolare laerazione in funzione del suo andamento laerazione può essere modificata (diminuita) in relazione alle reali necessità della membrana mantenendo un valore soglia minimo necessario ai processi biologici. Nota: elevate concentrazioni di ossigeno in vasca di ossidazione potrebbero inoltre compromettere anche la fase di denitrificazione, se prevista, e se il flusso idraulico non è progettato in modo adeguato.

31 Controllo filtrazione/aerazione Strategia proposta da Chua et al., ) Elevate portate in ingresso: necessità di elevati flussi di filtrazione Controllo fouling con alta portata daria – elevato consumo energetico ma solo per necessità di trattare elevate portate 2) Ridotte portate in ingresso Funzionamento membrana in condizioni di flusso sostenibile – minimizzazione consumi energetici – condizione di no fouling Necessità di strumenti di monitoraggio per eseguire controllo su Q F e Q ARIA : Flussimetro per misura Q IN e/o sensore per misura livello liquido in vasca (ad es. per eseguire controllo tipo PID su Q F e Q ARIA )

32 Controllo filtrazione/aerazione

33 Andamenti ideali e critici TMP Caso ideale: Q IN costante, impianto dimensionato correttamente Caso critico: Q IN costante, impianto non dimensionato correttamente

34 Andamenti reali TMP Caso reale: Q IN variabile, problema di superamento della TMP MAX Caso reale: Q IN variabile, impianto sovra-dimensionato Q IN

35 Controllo adattativo sistemi MBR Q IN variabile Al superamento di valori soglia di Q IN, TMP, si agisce su Q F e Q ARIA Q IN Air max Air min Risultato integrità membrana è preservata contenimento consumi energetici

36 Si ringrazia per lattenzione Ing. Paolo Ratini SPES scpa Via L. Corsi Fabriano (AN)www.spesonline.comwww.spesonline.com Ing. Nicola Fiocchi AQUAVIS c/o ENEA (PROT-IDR) Via M.M. Sole, Bologna


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