Trattamento acque reflue, fanghi e fanghi
Antefatti del caso di studio dell’impianto di depurazione
Un impianto di depurazione delle acque reflue (di seguito “EDAR”) ha recentemente contattato “SACOME” per cercare una soluzione al problema di blocco che si presentava in uno scambiatore a spirale esistente. Questo scambiatore di calore era destinato al riscaldamento di fanghi per la successiva digestione anaerobica in un digestore per la produzione di biogas. Lo scambiatore di calore esistente si intasava troppo spesso, costringendo il nostro cliente a frequenti e costose interruzioni della produzione per eseguire lavori di pulizia.
Dopo questo primo contatto, i nostri tecnici hanno effettuato diverse visite alle installazioni dell’impianto di depurazione per analizzare da vicino il problema del nostro cliente, al fine di poter offrire una soluzione adatta alle sue esigenze.
La soluzione proposta: scambiatori di calore tubolari
Sul mercato sono disponibili diverse geometrie di scambiatori di calore: a piastre, a spirale o a tubi, per citare i più rappresentativi. Il funzionamento degli scambiatori a piastre non è adatto al trattamento dei fanghi, quindi tradizionalmente le geometrie a spirale e tubolari si sono imposte nei complessi di depurazione delle acque reflue.
Sebbene sia vero che gli scambiatori a spirale sono molto comuni in questo settore, la ricerca di migliori prestazioni del digestore anaerobico comporta la lavorazione di fanghi sempre più complessi: più densi, più viscosi e con un maggiore contenuto di solidi e fibre. In queste condizioni, uno scambiatore a spirale può avere problemi di ostruzione dei canali interni, che richiedono frequenti operazioni di pulizia, con conseguente arresto della produzione.
Pertanto, la soluzione di SACOME si basa sull’installazione di uno scambiatore di calore tubolare della nostra Linea Industriale, progettato appositamente per il trattamento di fanghi e morchie nelle stazioni di depurazione delle acque reflue.
I nostri scambiatori di calore tubolari sono la soluzione a questo problema, poiché hanno una sezione di passaggio molto maggiore rispetto alle apparecchiature a spirale, il che evita il rischio di blocco e consente un funzionamento continuo, riducendo al minimo il numero di fermi di manutenzione necessari.
Descrizione del processo dell’impianto di trattamento delle acque reflue
In questo impianto di trattamento delle acque reflue viene prodotta una grande quantità di rifiuti organici. Al fine di ridurne il volume e limitare l’inquinamento, questi rifiuti o fanghi vengono inviati a un dispositivo noto come digestore anaerobico. In questa apparecchiatura avviene la degradazione biochimica dei fanghi, grazie all’azione batteriologica in un ambiente a temperatura controllata e in assenza di ossigeno, e la loro trasformazione in biogas. La digestione anaerobica di questi fanghi consente non solo la riduzione degli scarichi, ma anche la loro valorizzazione energetica, poiché il biogas è un gas con un elevato potere calorifico, grazie alla sua composizione ricca di metano, come si può osservare nel grafico a barre.
Questo biogas viene immagazzinato in un gasometro dove, una volta sottoposto a trattamento per l’eliminazione di composti inquinanti o corrosivi, può essere utilizzato come combustibile in motori appositamente preparati, che a loro volta possono azionare un alternatore e generare energia elettrica che può essere immessa nella rete elettrica.
- METANO 60% 60%
- DIOSSIDO DI CARBONIO 30% 30%
- AZOTO 5% 5%
- IDROGENO 4% 4%
- ALTRI GAS 1% 1%
Il riscaldamento dei fanghi prima del digestore: un processo critico
La temperatura dei fanghi all’ingresso del digestore anaerobico è un parametro chiave, poiché influenza in modo significativo il tempo di ritenzione necessario per il processo di digestione necessario affinché i batteri possano digerire la materia. È dimostrato che, in ambienti a 30 °C, sono necessari circa 10 giorni per questa digestione mesofila, mentre a 20 °C sono necessari circa 25 giorni. Alla luce di questi risultati, è evidente che diventa molto importante controllare questa temperatura di fermentazione entro margini ristretti per poter stabilizzare adeguatamente i fanghi che vanno al digestore.
Il riscaldamento di questi fanghi avviene in uno scambiatore di calore, il cui buon funzionamento sarà fondamentale per ottenere una digestione efficiente.
Specifiche del prodotto nell’impianto di trattamento delle acque reflue
A causa della variabilità del contenuto di solidi dei fanghi da un impianto di trattamento delle acque reflue all’altro, le proprietà termiche di questi fanghi, in particolare la viscosità, possono variare notevolmente.
Oltre alla viscosità, le proprietà termiche come la densità, il calore specifico e la conducibilità termica sono parametri che possono influenzare in modo significativo la progettazione termica dello scambiatore di calore. In questo progetto le proprietà termiche sono state concordate con il cliente tenendo conto dei nostri suggerimenti, in base al nostro database di prodotti, in cui abbiamo le proprietà per fanghi con diversi valori di estratto secco.
Test di reologia. Anche se in questo caso non è stato necessario, per fluidi così variabili come quello in questione, SACOME offre la possibilità di effettuare test di reologia a partire da un campione di prodotto, per analizzare queste proprietà termiche, il che rappresenta una garanzia di successo nel dimensionamento dello scambiatore di calore tubolare.
Progettazione degli scambiatori di calore tubolari
Per questo processo, a causa dell’elevata percentuale di solidi presenti nei fanghi, il nostro reparto tecnico ha proposto il nostro modello di scambiatore di calore tubolare I-TF20-I, che grazie alla sua geometria (scambiatore di calore tubo in tubo) è una soluzione ideale per evitare l’ostruzione dei tubi.
Di seguito spieghiamo le caratteristiche principali della soluzione adottata:
Progettazione monotubolare
Il nostro scambiatore di calore tubolare I-TF20-I è costituito da 2 tubi concentrici nei quali l’acqua utilizzata come mezzo di riscaldamento circola nella corona anulare, mentre i fanghi circolano nel tubo interno. A differenza del tradizionale scambiatore di calore multitubo, composto da un fascio tubiero di tubi di diametro inferiore, in questo modello è presente un unico canale di passaggio.
Progettazione modulare
Facile smontaggio per lavori di manutenzione. Inoltre, essendo una progettazione modulare, risulta semplice sia smontare le unità per procedere alla loro pulizia con mezzi meccanici, sia, se necessario, aggiungere più moduli per aumentare la potenza termica.
Capacità di processo
I nostri scambiatori di calore tubolari possono gestire un’ampia gamma di portate. Inoltre, offriamo al cliente la possibilità di lavorare con più linee in parallelo, non solo per aumentare la potenza termica, ma anche per poter lavorare con una sola linea mentre si effettua la manutenzione dell’altra, senza interrompere la produzione in nessun momento..
¿304 o 316L?
A causa della comparsa di precipitati di fosfato e ammonio (struvite), si consiglia di utilizzare acciaio inossidabile 316L, che offre una migliore risposta al rischio di corrosione generalizzata rispetto al 304, grazie al contenuto di molibdeno e al basso contenuto di carbonio..
Corrugazione dei tubi
In ogni scambiatore di calore tubolare è stato disposto un tubo interno con corrugazione HARD al fine di aumentare la turbolenza del prodotto, senza compromettere l’aumento della caduta di pressione associata alla corrugazione degli scambiatori di tubo corrugato.
Isolamento
In base alle specifiche del cliente, abbiamo incluso nel nostro ambito di fornitura l’isolamento degli scambiatori di calore tubolari al fine di limitare le perdite di calore nell’ambiente. I moduli sono stati isolati singolarmente con 40 mm di lana minerale, chiusa con lamiera di alluminio.
Installazione e messa in servizio
L’attrezzatura è stata installata in loco dagli operatori del cliente, con la consulenza dei nostri tecnici..
Il progetto in cifre
Portata di processo (m³/h di fango)
Contenuto di estratto secco di fanghi (%)
Perdita di carico dei fanghi (bar)
Potenza termica (Kcal/h)
Spazio occupato in pianta (mm)