Si riportano i risultati delle prove di filtrazione terziaria, effettuate in scala reale, su filtro a dischi a gravità SERECO tipo FDGIE presso l’impianto di depurazione acque reflue civili di Putignano (BA). Il filtro, avente superficie filtrante in acciaio inox AISI316L, è stato installato a valle della sedimentazione secondaria e prima della disinfezione. È stata effettuata una campagna di prove lunga 10 mesi (marzo-dicembre 2020) nelle più svariate condizioni reali di esercizio. I risultati ottenuti hanno mostrato valori di portata massica unitaria, trattati dal filtro, nettamente superiori a quelli tabulati nella letteratura tecnica di settore per filtri simili; ottimi risultati in termini di efficacia di contenimento di TSS in uscita con eccellente risposta anche in casi di picchi di TSS in ingresso sia impulsivi sia a gradino; perdite di carico in linea con le aspettative e leggermente inferiori ai valori tabulati nella letteratura tecnica di settore; portata persa per effetto del controlavaggio in linea con le aspettative e mediamente inferiori ai valori tabulati nella letteratura tecnica di settore; consumo energetico specifico in linea con i valori attesi.
L’azienda
SERECO, fondata nel 1975 a Noci (BA), è specializzata nella progettazione e realizzazione di impianti, apparecchiature e macchine di processo per potabilizzazione e impianti di depurazione, sia municipali che industriali, prese d’acqua da mare, fiumi e laghi.
L’azienda oggi propone la gamma più completa tra i produttori italiani del settore trattamento acque. Ogni macchina è realizzata su progetto originale elaborato da un team di ingegneri interno e viene prodotta in un’officina di proprietà, con una forte integrazione verticale del processo produttivo.
Si rimanda al sito aziendale www.sereco.it per una completa panoramica dell’azienda e dei prodotti.
La macchina
Il filtro a dischi a gravità è generalmente impiegato nei trattamenti terziari di filtrazione delle acque reflue civili ed industriali, nei casi in cui è necessario ottenere un effluente da riutilizzare, quindi particolarmente limpido e con ridotta presenza di sostanze organiche e solidi sospesi.
Il filtro a dischi a gravità tipo FDGIE è caratterizzato dal senso di filtrazione dall’interno verso l’esterno, dal materiale del mezzo filtrante in tela speciale di acciaio inox, dalla sua semplicità di funzionamento e dalle sue ridotte dimensioni di ingombro a parità di portata rispetto a metodi di filtrazione tradizionali e rispetto a modelli simili disponibili sul mercato.
Il filtro FDGIE è commercializzato in 2 versioni: una realizzata per installazione in vasca in calcestruzzo ed una compatta e prefabbricata con vasca fornita da SERECO, che nella versione con materiali standard è in acciaio inox. La gamma comprende modelli standard con portata nominale da un minimo di 67 mc/h a un massimo di 4.760 mc/h (con luce nominale di filtrazione di 10 micron) e modelli fuori standard adattati alle specifiche esigenze.
È possibile visualizzare un’animazione completa della macchina, e di tutti i dettagli di funzionamento, sul canale Youtube aziendale: www.youtube.com/watch?v=4cWqm3IfpN8.
Il filtro lavora a gravità, con una perdita di carico minima tra monte e valle come meglio descritta nel paragrafo dedicato ai risultati delle prove.
Durante il normale funzionamento i dischi sono in lenta rotazione e la pompa di controlavaggio è spenta. Il progressivo intasamento della superficie filtrante dovuta alla filtrazione provoca un progressivo incremento della differenza di livello tra monte e valle del filtro. Quando tale differenza di livello raggiunge il valore impostato, si avvia automaticamente il controlavaggio che, grazie alla pompa dedicata e opportuni ugelli spruzzatori, pulisce i dischi, scaricando il fango accumulatosi. La fase di controlavaggio non interrompe né modifica in nessun modo la normale filtrazione che continua inalterata con gli stessi identici parametri di filtrazione e superfici filtranti.
Grazie al controlavaggio, la differenza di livello tra monte e valle si riduce velocemente ai valori minimi, tanto che, completato il controlavaggio, il filtro ritorna in normale funzionamento con lo spegnimento della pompa di controlavaggio.
Il modello di FDGIE installato oggetto di prove
Il modello installato per le prove è la versione compatta con vasca prefabbricata in acciaio inox, con diametro nominale del disco di 2,1m e 2 dischi (FDGIE21_02).
La vasca prefabbricata integra al suo interno uno stramazzo di troppopieno che permette lo scarico dell’eventuale portata aggiuntiva non trattabile dal filtro.
L’apparecchiatura è inoltre stata equipaggiata con il set completo di sonde e sensori necessari per effettuare in completa attendibilità le prove di filtrazione:
misuratore di portata acqua filtrata (in uscita dal filtro);
misuratore di TSS in ingresso (acqua da filtrare);
misuratore di TSS in uscita (acqua filtrata);
misuratore livello vasca di monte (acqua da filtrare);
misuratore livello vasca di valle (acqua filtrata):
misuratore di livello differenziale tra monte e valle;
misuratore di portata eventuale acqua scaricata dal troppopieno;
inverter installato sulla pompa di controlavaggio per variazione della portata di controlavaggio;
minimo livello in aspirazione pompa di controlavaggio;
vacuostato in aspirazione alla pompa di controlavaggio;
misuratore di portata sulla mandata della pompa di controlavaggio;
misuratore di pressione su mandata della pompa di controlavaggio;
manometro su mandata della pompa di controlavaggio;
misuratore portata sull’uscita delle acque esauste di controlavaggio;
sensore di rotazione albero dischi;
soft starter su motoriduttore rotazione dischi;
variatore di velocità sul motoriduttore rotazione dischi;
sensore di monitoraggio continuo della corrente assorbita dal motoriduttore rotazione dischi;
finecorsa di sicurezza per apertura coperchi;
data Logger per la registrazione dei dati.
Le prove sono state effettuate per un periodo di circa 10 mesi (marzo-dicembre 2020) e sono state divise in un primo periodo di settaggio dell’apparecchiatura e dell’impianto e un secondo periodo di acquisizione dati. Durante il lungo periodo di prove si è potuto testare il funzionamento del filtro in svariate condizioni di esercizio. Occorre ricordare che il filtro utilizzato nasce specificatamente per la filtrazione terziare di impianti di depurazione, quindi è previsto un valore di TSS in ingresso mediamente di 25-40 mg/L, con un valore in uscita inferiore o uguale a 10 mg/L.
Le condizioni di prova hanno evidenziato il comportamento del filtro anche a valori in ingresso di 100 mg/L e oltre.
Portata massica unitaria
La portata idraulica del filtro FDGIE testato, come per la maggior parte dei filtri terziari, dipende essenzialmente dal valore di TSS in ingresso (Solidi Sospesi Totali). Il parametro significativo, infatti, è definito come portata massica unitaria, pari alla portata di solidi per unità di superficie filtrante che il filtro riesce a trattare. Esso si esprime in kg/mq all’ora (dove la superficie è intesa come superficie filtrante realmente immersa in acqua).
Il valore massimo puntuale ottenuto durante tutte le prove è di 5.12 kg/mq all’ora
Il valore massimo costante, ottenuto con funzionamento continuo del controlavaggio, è di 2.15 kg/mq all’ora.
Il valore medio ottenuto durante tutte le prove è di 0.54 kg/mq all’ora con deviazione standard di 0.225 kg/mq all’ora.
I valori ottenuti sono sensibilmente più elevati dei valori dichiarati dalla letteratura tecnica di settore pari al 0.195-0.24 kg/mq all’ora.
In base ai valori ottenuti si consiglia di utilizzare il valore cautelativo di 0.60 kg/mq all’ora in fase di progettazione o selezione del filtro (riferito sempre alla superficie filtrante realmente immersa in acqua).
Rimozione TSS
Il compito principale del filtro a dischi è quello della rimozione dei solidi sospesi (TSS). Per quanto riguarda i valori di TSS durante il periodo di prove si è appurato il loro fisiologico regime variabile (dovuto alle condizioni operative dell’impianto di depurazione che alimenta il filtro) e si è constatata un’eccellente risposta del filtro FDGIE in termini di contenimento dei picchi di TSS in uscita e quindi efficace filtrazione in termini di ritenzione dei TSS.
Durante tutto il periodo di prove il valore medio dei TSS in ingresso si è attestato a 21.4 mg/L con deviazione standard di 12.14 mg/L; di contro, il valore medio dei TSS in uscita si è attestato a 8.38 mg/L con deviazione standard di 2.62 mg/L.
La risposta del filtro FDGIE in termini di contenimento dei picchi di TSS in uscita è stata lampante: grande efficacia del filtro non solo nell’abbassare il valore medio di TSS, ma anche nel contenerne notevolmente la variabilità (abbassamento della deviazione standard) nonostante il campo di lavoro estremamente variabile (valori di TSS in ingresso misurati da 10 a 90 mg/L).
Da evidenziare anche come il comportamento del filtro, nel range di funzionamento previsto (TSS in ingresso minore di 40 mg/L), risulta essere ulteriormente performante, con una leggera riduzione del valore medio, ma un importante abbassamento della deviazione standard.
Perdite di carico
Come già detto il filtro lavora a gravità. Le perdite di carico complessive attraverso il filtro sono somma di tre contributi: perdita di carico nella vasca di monte, perdita di carico attraverso la superficie filtrante. perdite di carico nella vasca di valle.
Durante le prove si è constatato che le perdite di carico nella vasca di monte sono praticamente trascurabili (nell’ordine di qualche mm).
Le perdite di carico attraverso la superficie filtrante cambiano continuamente in base al grado di intasamento della superficie filtrante stessa. In particolare, esse si attestano nel range 30-350 mm (con valori minimi in corrispondenza della superficie filtrante pulita e valori massimi in corrispondenza della partenza del controlavaggio).
Le perdite di carico nella vasca di valle, invece, tengono conto della presenza in essa di uno stramazzo, in particolare la presenza dello stramazzo a valle è necessaria per far lavorare i dischi con un’immersione non inferiore ad un valore minimo. Infatti anche in condizioni di portata nulla, nella vasca di valle c’è sempre un livello di acqua che garantisce aspirazione alla pompa di controlavaggio. La presenza di tale stramazzo comporta le normali perdite di carico dovute all’altezza d’acqua al di sopra di esso e il franco di sicurezza a valle dello stesso necessario per scongiurare il funzionamento affogato dello stramazzo. Passando ai valori numerici risulta che l’altezza d’acqua sullo stramazzo si attesta nel range 0-66 mm (dipendentemente dalla portata), mentre il franco di sicurezza a valle dello stesso si fissa pari a 100 mm (valore ingegneristicamente in sicurezza).
Sommando tutti i contributi, la perdita di carico complessiva del filtro si è attestata durante le prove nel range 100-516 mm.
I valori ottenuti sono mediamente più bassi dei valori dichiarati dalla letteratura tecnica di settore pari al 650 mm.
In base al range di valori ottenuto si consiglia di utilizzare il valore cautelativo di 600 mm in fase di progettazione o selezione del filtro.
Portata di controlavaggio
Per quanto riguarda il monitoraggio della portata di controlavaggio, il filtro utilizzato durante le prove è stato appositamente equipaggiato con misuratore di portata sia sulla mandata della pompa di controlavaggio sia sull’uscita delle acque esauste di controlavaggio. Tali due portate infatti sono sensibilmente diverse perché non tutta la portata pompata viene scaricata con le acque esauste, una parte di essa ritorna (ancora pulita) nella vasca di valle. Questo fenomeno è fisiologico perché la superficie filtrante (essendo molto fitta) riflette una parte considerevole della portata spruzzata dagli ugelli. Tale portata riflessa (ancora pulita) ritorna nella vasca di accumulo delle acque filtrate.
Ai fini pratici il valore significativo è la portata di uscita delle acque esauste di controlavaggio (portata persa per effetto del controlavaggio), mentre la portata pompata ha effetti solo sul consumo energetico, come meglio descritto nel prossimo paragrafo.
Durante tutto il periodo di prove il valore medio della portata persa per effetto del controlavaggio si è attestata al 1.1 percento della portata trattata con deviazione standard di 0.55 percento.
Inoltre il valore massimo è stato del 3.1 percento della portata trattata, nelle condizioni di controlavaggio continuativamente attivo.
I valori ottenuti sono mediamente più bassi dei valori dichiarati dalla letteratura tecnica di settore pari al 2-4 percento.
In base ai valori ottenuti si consiglia di utilizzare il valore ingegneristicamente valido del 1.5 percento in fase di progettazione o selezione del filtro.
Consumo energetico specifico
Il consumo energetico del filtro è dovuto a vari fattori: energia richiesta dalla rotazione dei dischi, energia richiesta per la pompa di controlavaggio, energia richiesta per il motore di brandeggio del collettore di lavaggio, energia richiesta dalla strumentazione.
In realtà il valore richiesto dalla strumentazione è ingegneristicamente trascurabile, sia per il suo basso valore assoluto sia per il fatto che gran parte della strumentazione è stata installata sul filtro appositamente ai fini di prova e raccolta dati e potrebbe non essere necessaria in condizioni reali di esercizio.
Come risulta corretto in questi casi, non è significativo il valore numerico dell’energia consumata, quanto il consumo energetico specifico: energia rapportata alla portata trattata (Wh/mc).
Durante tutto il periodo di prove il valore medio del consumo energetico specifico si è attestato a 20.2 Wh/mc.
Inoltre, il valore massimo è stato di 26.3 Wh/mc nelle condizioni di controlavaggio continuativamente attivo.
I valori ottenuti sono in linea con i risultati attesi.
In base ai valori ottenuti si consiglia di utilizzare il valore ingegneristicamente valido di 25 Wh/mc in fase di progettazione o selezione del filtro.
Singolarità
Come detto sopra, durante il lungo periodo di prove si è potuto testare il funzionamento del filtro in svariate condizioni di esercizio. Ce ne sono alcune degne di nota: anche con valori elevati e altalenanti di TSS in ingresso, il valore di TSS in uscita si è mantenuto basso e stabile (quasi imperturbato dall’anomalo valore in ingresso).
Conclusioni
Le prove effettuate sulla filtrazione terziaria attraverso il filtro a dischi a gravità SERECO tipo FDGIE21_02 sull’impianto di depurazione acque reflue civili di Putignano (BA) hanno mostrato:
valori di portata massica unitaria nettamente superiori a quelli tabulati nella letteratura tecnica di settore per filtri simili;
ottimi risultati in termini di efficacia di contenimento di TSS in uscita con eccellente risposta anche in casi di picchi di TSS in ingresso sia impulsivi sia a gradino;
perdite di carico in linea con le aspettative e leggermente inferiori ai valori tabulati nella letteratura tecnica di settore;
portata persa per effetto del controlavaggio in linea con le aspettative e mediamente inferiori ai valori tabulati nella letteratura tecnica di settore;
consumo energetico specifico in linea con i valori attesi.
Riferimenti bibliografici
Wastewater Engineering – Treatment and Resourse Recovery – Fifth Edition; METCALF &EDDY.
Ringraziamenti
Si ringrazia la disponibilità di Acquedotto Pugliese S.p.A. (gestore dell’impianto di depurazione acque reflue di Putignano (BA) presso cui sono state effettuale le prove).
FILTRATION ON GRAVITY DISK FILTER SERECO FDGIE, WASTE WATER TREATMENT PLANT OF PUTIGNANO (BA), ITALY
Results of the tertiary filtration tests carried out in full scale on SERECO gravity disk filter FDGIE type at civil wastewater treatment plant in Putignano (BA) are reported below. The filter, with AISI316L stainless steel filtering mesh, was installed downstream settling tanks and upstream disinfection. A 10-months long campaign (March – December 2020) was conducted in the most varied real operating conditions. Results obtained show specific mass flow rate, treated by the filter, significantly higher than those tabulated in specific technical literature for similar filters; excellent results in terms of effectiveness of containment of outlet TSS with excellent response even in cases of peaks of incoming TSS, both impulsive and step type; head loss in line with expectations and slightly lower than the values tabulated in specific technical literature; flow rate lost by backwash in line with expectations and, on average, lower than the values tabulated in specific technical literature; specific energy consumption in line with the expected values.