L’aerazione intermittente o la temporizzazione dell’aerazione sono strategie di gestione dell’aerazione che presentano indubbi vantaggi in contesti piuttosto comuni:
- il caso più diffuso è quello di impianti depurazione esistenti che, a fronte di una capacità di ossidazione dell’ammoniaca sovrabbondante (ammoniaca allo scarico largamente sotto il limite di legge e/o vicina allo zero), mostrano sforamenti dei limiti di legge in termini di azoto nitrico. In tali contesti lo spegnimento programmato delle soffianti per lassi temporali correttamente calibrati, permette talvolta di mantenere il rispetto del limite allo scarico in termini di azoto ammoniacale fornendo però ulteriore capacità di denitrificazione al sistema depurativo. Ciò può fornire un vantaggio in termini di risoluzione o mitigazione degli sforamenti relativi all’azoto nitrico/azoto totale allo scarico o anche un ampliamento della potenzialità dell’impianto come popolazione equivalente su base azoto, spesso con consistente riduzione dell’impatto economico degli interventi e di eventuali transitori;
- un ulteriore caso di interesse riguarda impianti caratterizzati da forti variazioni del carico in ingresso. Un esempio sono gli impianti civili soggetti a stagionalità che, a seguito di imprevisti incrementi dell’affluenza turistica, si trovano provvisti di un volume anossico di progetto insufficiente (ma di un comparto di ossidazione sovrabbondante). Tale insufficienza è di norma limitata alla sola stagione turistica e l’introduzione di una logica di aerazione intermittente può costituire una soluzione alle difficoltà di carico trattabile;
- infine l’aerazione intermittente può generare indubbi vantaggi in termini energetica in impianti sottocaricati. In taluni casi può essere infatti che il solo volume aerato, sottosposto ad aerazione intermittente, risulti sufficiente per il rispetto dei limiti sia in termini di ammoniaca e COD sia in termini di azoto nitrico e azoto totale. In tali contesti, dal momento che l’azoto nitrico risulta generato nel medesimo volume in cui sarà sottoposto a denitrificazione, si rende possibile la disattivazione del ricircolo della miscela aerata con conseguente sostanzioso risparmio energetico. Lo stesso ricircolo potrà essere sottoposto a logiche di automatizzazione che ne permetteranno l’attivazione solamente in caso di incremento del carico.
A livello progettuale, ove previsto un processo ad aerazione intermittente, sarà quindi necessario determinare:
- la durata idonea di fasi aerate e non aerate sulla base del carico entrante e dei limiti allo scarico;
- i valori corretti in termini di AOR (Actuall Oxygen Request) ed SOTR (Standard Oxygen Transfert Rate) di picco durante le fasi aerate, e quindi la portata d’aria,. Ciò garantirà il corretto dimensionamento delle soffianti e del sistema di diffusione in fase di progetto o/e la verifica del comparto di aerazione in impianti esistenti;
- la stima della portata di ricircolo della miscela aerata che, come già espresso, potrebbe poter essere ridotta o rendersi addirittura inutile.
Quando la simulazione dell’aerazione intermittente/temporizzazione tramite software si rende necessaria?
L’implementazione in fogli di calcolo Excel delle formule reperibili nei manuali di settore permette, tramite relativo risolutore, di individuare il volume anossico necessario a rispettare i limiti imposti dalla normativa vigente. L’applicazione di tale metodologia di calcolo (senza imposizione di limiti in termini di rapporto di ricircolo della miscela aerata) può essere un approccio utile alla determinazione della frazione anossica necessaria ad un processo di aerazione intermittente sull’intero volume biologico. Si ipotizzi ad esempio di disporre di una volumetria biologica di 1000 m3 e, sulla base del refluo in ingresso, si ottenga come risultato un volume anossico di 400m3 riferito ad una configurazione con pre-denitrificazione seguita da comparto ossidativo. Tale volume anossico può essere assunto in termini percentuali come la frazione anossica necessaria in un eventuale processo ad aerazione intermittente implementato sull’intero volume biologico che significa che, previa installazione del sistema di diffusione dell’aria sull’intero volume di 1000m3, le soffianti potranno rimanere spente per il 60% del tempo. Ovviamente la risposta del calcolo in termini di rapporto di ricircolo della miscela aerata risulterà elevata al fine di riprodurre la diffusione turbolenta, e quindi l’omogeneizzazione della concentrazione dei nitrati durante le fasi aerate.
Come già espresso, tale approccio può essere utile ed essenzialmente corretto in tale contesto ma può condurre ad errori molto consistenti qualora si voglia simulare il processo di aerazione intermittente in una configurazione “ibrida”, ossia in un impianto provvisto di comparto di denitrificazione in cui l’aerazione intermittente venga implementata nel solo comparto di ossidazione (quindi senza installazione di sistemi di diffusione dell’aria nella vasca di pre-denitrificazione).
Perché?
La motivazione dell’inidoneità dei metodi di calcolo convenzionali risiede nell’impossibilità di corretta riproduzione del bilancio di massa dell’azoto. In una configurazione ibrida infatti è necessario considerare che i nitrati risultano prodotti e rimossi nello stesso reattore ad aerazione intermittente, ma che una quota è anche ricircolata alla vasca di pre-denitrificazione. La metodologia poc’anzi presa in considerazione di fatto necessita di simulare entrambi i meccanismi unicamente tramite il ricircolo della miscela aerata, e ciò conduce ad una stima errata della frazione anossica realizzabile nel comparto ad aerazione intermittente con tutte le conseguenti ricadute sul dimensionamento (o sulla verifica di idoneità) delle soffianti e del sistema di diffusione dell’aria.
Anche in tal caso l’implementazione di un modello matematico a fanghi attivi tramite un software di simulazione viene in aiuto del progettista permettendo di riprodurre il processo in maniera precisa e garantendo quindi un’affidabilità predittiva. Sarà possibile simulare l’alternanza delle fasi aerobiche e anossiche nel solo reattore aerato utilizzando il modulo controller (figura) per riprodurre le logiche gestionali, e quindi la durata delle fasi anossiche e la portata di ricircolo della miscela aerata ottimali.
Figura 6: esempio di configurazione “ibrida” in cui l’aerazione intermittente risulta implementata nel solo reattore aerato mentre la vasca di pre-denitrificazione è mantenuta in condizioni anossiche
Figura 7: esempio di output dinamico in termini di variazione della concentrazione di ammoniaca nel reattore ad aerazione intermittente
Figura 8: schermata del modulo controller di cui è provvisto il software di simulazione
Figura 9: esempio di output del modello in termini di richiesta di ossigeno specifica nel reattore ad aerazione intermittente sottoposto a carico costante
