Da un lato la modernizzazione negli impianti di depurazione è imperativa; dall’altro i valori delle soglie di azoto, nitrati e fosfati che diminuiscono permanentemente premono sulle decisioni legate agli investimenti. In termini di bilancio, protezione climatica e finanze, includere l’efficienza energetica in fase di progettazione è premiante. Considerato il fatto che solo la fornitura di aria per l'aerazione spesso costituisce oltre il 70% dei costi di esercizio in questo settore, l'importanza dell’efficienza energetica è evidente soprattutto in casi come questi - e questo con tempi rapidi del ritorno dell’investimento. Questo è esattamente ciò che l'impianto di depurazione di Rheda-Wiedenbrück (326.000 abitanti equivalenti) ha deciso di attuare. Un concetto di controllo combinato dei soffiatori AERZEN innovativo: AERsmart.
Il 2013 ha visto l’avvio delle opere di modernizzazione dell'impianto di depurazione. Gli interessati sono i cittadini della regione Rheda-Wiedenbrück, oltre al mattatoio suino più grande della Germania. Uno degli obiettivi del progetto era fornire l’aria alla sostanza organica in modo più efficiente, non solo sostituendo la vecchia rete di diffusori, ma anche installandola 30 cm più in profondità. «Considerata la superficie delle sei vasche, avevamo la possibilità di incrementare il volume di processo di varie centinaia di metri cubi», spiega il gestore Hendrik Wulfhorst. Tuttavia, 30 cm di spazio in più equivalgono ad un aumento della pressione del sistema di aerazione pari a 30 mbar: un aspetto da considerare al momento del dimensionamento dei soffiatori.
Prima del revamping dell'impianto, la sostanza organica veniva ossigenata eccessivamente, in particolar modo per far fronte alle fluttuazioni del carico proveniente del mattatoio. Infine, per ridurre i costi di esercizio e le emissioni di CO2, un chiaro obiettivo del progetto era dimensionare l'aerazione delle vasche in modo da seguire l’andamento variabile del carico dei reflui ed al conseguente consumo di ossigeno . Questo implicava nella prima fase un controllo della velocità di tutti i quattro soffiatori AERZEN.
I valori di setpoint sono generati dal PLC a partire dai dati misurati nei reflui, principalmente sotto forma di concentrazioni di azoto e nitrati. Inoltre è presente una gestione del controllo delle valvole di regolazione. Le valvole si chiudono lentamente una volta raggiunta l'ossigenazione richiesta dal liquame contenuto nella vasca corrispondente. Per evitare che la chiusura comporti un aumento di pressione elevata in linea, il PLC riduce il set point di pressione. «Diversamente l'energia si disperderebbe tramite le valvole di regolazione, perché nel caso di una regolazione continua della pressione, i soffiatori dovrebbero operare contro la perdita di carico provocata dalle valvole. Grazie ad un controllo variabile della pressione, oggi siamo in grado di effettuare regolazioni con modalità molto più intelligenti ed efficienti», spiega Markus Haverkamp, ingegnere dell'azienda incaricata della progettazione. Per l'alimentazione della sostanza organica al carico medio, che forma alternanza di vasche ossigenate e vasche anossiche, l'ufficio tecnico di Hannover incaricato della progettazione e della realizzazione ha scelto tra gli altri un TURBO AERZEN.
Il modello AT 150-0.8S-G5 raggiunge una portata volumetrica alle condizioni di 4.800 metri cubi all’ora, un Delta P di 800 mbar, con un motore di soli 143 KW nominali. Per Cord Utermann, ingegnere addetto alle vendite presso AERZEN, i turbo sono classici esempi di macchine che dovrebbero essere in servizio 24 ore su 24 nel loro punto di massima efficienza. «Come accade praticamente con qualsiasi turbo, l'efficienza energetica cala nel momento in cui le macchine lavorano in regime di carico parziale», spiega Utermann. Di conseguenza, devono essere sviluppati progetti che rendano possibile eliminare i picchi di carico sia massimi che minimi e quindi il funzionamento non efficiente del sistema. Per ottimizzare l'efficienza energetica in un impianto di depurazione, la soluzione è utilizzare compressori ibridi per gestire i picchi di carico. Queste macchine garantiscono ottimi livelli di efficienza in intervalli di regolazione della portata compresi tra il 25 e il 100%, e lavorano senza difficoltà anche in regime di carico parziale. Per questo motivo, anche due gruppi AERZEN Delta Hybrid (D 62 S) e un Delta Blower (GM 80 L)in stand-by fanno parte del sistema composito installato nell'impianto di depurazione di Rheda-Wiedenbrück.
AERZEN ha sviluppato il sistema AERsmart in modo da coprire la necessità di ossigeno delle vasche di ossidazione e permettere di generare il volume di aria necessario nel modo energeticamente più efficiente. Secondo Cord Utermann: «L'obiettivo finale dell'ingegneria di controllo è creare la transizione tra le sovrapposizioni delle curve di funzionamento nel modo più fluido possibile e con la massima efficienza energetica per ogni tipo di carico, vale a dire azionando la combinazione di macchine sempre più efficiente». Questo significa: «Consumi solo per soddisfare le reali necessità dell’impianto », secondo Markus Haverkamp. Questo: «Include sempre i picchi verso l'alto e verso il basso». Essendo state installate nell'impianto di depurazione di Rheda-Wiedenbrück tre differenti macchine, con range operativi e di efficienza diversi, l'esercizio deve essere coordinato in maniera tale «da ridurre al minimo il numero di accensioni. Poiché la continua accensione e spegnimento delle macchine ne aumenterebbe l’usura», spiega l'ingegnere di Aquaconsult. «Una distribuzione efficiente dell'aria tra le vasche di ossidazione (controllo variabile della pressione, elementi di disturbo come ad esempio NH4-N, la quantità di acqua, ecc.) e una scelta corretta delle macchine sono fattori necessari per ottenere un’efficienza complessiva ottimale. Questo è possibile grazie al nuovo sistema di controllo AERZEN».
La richiesta di ossigeno nelle tre fasi di depurazione è alla base dell'ottimizzazione del controllo con il sistema AERsmart. Gli indici vengono elaborati dal PLC centrale dell’impianto e il conseguente set-point di pressione viene trasferito via Profibus al controllo del soffiatore. Il sistema AERsmart provvede a garantire un esercizio combinato ottimale dei quattro gruppi in funzione del risparmio energetico. «Il turbo impiegato in questo caso, ad esempio, esprime la massima efficienza ad una capacità dell’83%», spiega Cord Utermann. Se la richiesta di aria è inferiore a questo valore, potrebbe essere premiante spegnere il turbo e coprire la richiesta d'aria relativamente bassa con i Delta Hybrid. «Ai batteri non importa da dove arriva l’ossigeno», spiega Hendrik Wulfhorst. Ma il direttore dell’impianto di depurazione sottolinea che le prestazioni del turbo dovrebbero essere sufficienti per rispondere alle “normali” esigenze giornaliere.
Come risultato, l'impianto di depurazione di Rheda-Wiedenbrück risparmia circa il 30% dell'energia grazie ai soffiatori energeticamente efficienti e ad un processo di gestione specifico, meglio proporzionato rispetto ai reali valori di ossigeno necessari all’impianto. AERsmart fornisce un ulteriore 5-8% di guadagno in efficienza grazie all'ottimizzazione delle macchine impegnate. La prova sul campo nell'impianto di depurazione servirà ad ottenere valori di funzionamento reali basati su una campagna operativa molto lunga. Rheda-Wiedenbrück è il primo impianto di depurazione in Germania a testare il sistema AERsmart. «Abbiamo bisogno di “toccare con mano”: solo sul campo possiamo riconoscere i complessi comportamenti di un impianto di depurazione; si tratta di fattori che non possono essere riprodotti su un banco di prova. Ecco perché un'intensa collaborazione con i nostri clienti è così importante: solo questo processo può fornirci un riferimento applicativo utile per ulteriori sviluppi futuri», sintetizza Cord Utermann.
