Sulla base di un brevetto dell’Enea (Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile) è stato creato un prototipo che migliora le performance energetiche e di processo degli impianti di depurazione delle acque reflue, riducendo di oltre il 30% i costi energetici e di gestione degli impianti, grazie a delle tecnologie di machine learning.
Il progetto si chiama CONSTANCE (COntrollo iNtelligente e geSTione Automatizzata per il trattameNto di aCque rEflue); i primi test sono stati eseguiti in un impianto di depurazione a Granarolo dell’Emilia (Bologna) e hanno avuto molto successo, tanto che la tecnologia è pronta per l’industrializzazione.
CONSTANCE si caratterizza per il ricorso a sensori affidabili e low cost, associati ad algoritmi di controllo, che permettono di gestire da remoto più impianti di trattamento e di stimare in tempo reale la percentuale di inquinanti in ingresso. In particolare, questa tecnologia abbatte le sostanze inquinanti come azoto e sostanza organica, e l’acqua depurata viene reimmessa nei corpi idrici ricettori. Come? Con il controllo in linea del processo di denitrificazione che avviene in continuo nella vasca anossica, cioè priva di ossigeno, e del processo di nitrificazione, che avviene nella vasca di ossidazione, utilizzando solo sonde per la misura di pH e del potenziale di riduzione, in entrambe le vasche.
Le acque reflue infatti contengono spesso concentrazioni elevate di inquinanti, quali nitrati, ammoniaca, azoto e fosforo; per poterle riutilizzare bisogna rimuovere queste sostanze dannose con processi come la denitrificazione e la nitrificazione, che utilizzano batteri.

La tecnologia innovativa

Spiegano dall’Enea: “L’apparato brevettato è costituito da una vasca anossica in cui avviene un processo di denitrificazione, una vasca aerobica adatta a ricevere le acque da trattare dalla vasca anossica – e in cui ha luogo un processo di nitrificazione – e un sistema di ricircolo per il trasferimento delle acque da trattare dalla vasca aerobica alla vasca anossica. Nello specifico, per il processo di denitrificazione in vasca anossica, tramite l’elaborazione dei segnali di pH e ORP (Potenziale Ossido Riduttivo), è possibile definire lo stato operativo raggiunto in ogni istante dal processo di denitrificazione, distinguendo tre diverse condizioni di funzionamento, determinate dal reale rapporto COD/TN del refluo in entrata. In base a queste condizioni si controlla il processo di denitrificazione, agendo sulla portata di ricircolo interno, quale variabile controllata, con controlli tesi a mantenere il processo efficiente”.
Lo stesso vale per il monitoraggio del processo di nitrificazione in vasca di ossidazione, che ricorre alle sonde per la misura dei segnali di pH e ORP. Infatti, attraverso l’analisi e l’elaborazione di questi segnali, si rilevano le variazioni del carico inquinante in entrata, in funzione delle quali sarà regolata la quantità di aria insufflata in vasca tramite il sistema di areazione: maggiore è il carico inquinante in ingresso, maggiore sarà l’aria insufflata.
“Attraverso l’analisi in continuo dei segnali di pH e ORP è possibile attuare una semplice e immediata gestione del sistema di aerazione, responsabile fino al 75% circa dei consumi energetici degli impianti, utilizzando i cosiddetti regolatori PI a set-point variabile. Per un impianto senza nessun controllo sulla soffiante, il risparmio energetico va oltre il 60%, mentre per un impianto con un controllo di tipo PID costante, con set-point dell’ossigeno fissato a 2 mg/l, si arriva a un risparmio nei consumi energetici di circa il 40%. Valori che sono destinati a salire in fase di ottimizzazione”, osservano dall’Enea.

Versatilità per impianti piccoli e grandi

Un ulteriore vantaggio di questo sistema di trattamento delle acque reflue è legato alla versatilità applicativa: il trattamento è adatto sia agli impianti di grandi dimensioni, sia agli impianti medio-piccoli (fino a 20mila “abitanti equivalenti”) che in Italia rappresentano il 90% del totale.
“Diversi studi evidenziano che gli impianti medio-piccoli hanno costi di trattamento specifico più elevati rispetto a quelli di grandi dimensioni: questa tecnologia può essere fondamentale per ridurli. A ciò si aggiunge il beneficio in termini di costi e impatti deriva dalla possibilità di garantire minori concentrazioni di inquinanti allo scarico”, sottolinea Luca Luccarini, ricercatore del Laboratorio Cross Technologies per Distretti Urbani e Industriali, presso il Centro Enea di Bologna.

Utilità

Questo sistema dai costi contenuti permette di monitorare e controllare in linea il processo di denitrificazione e il processo di nitrificazione, ricorrendo a delle sonde per la misura di pH e del potenziale di riduzione, a prezzi più vantaggiosi rispetto agli attuali. L’invenzione può quindi essere impiegata dai gestori di impianti di trattamento di acque, anche di piccole realtà, ed essere utile ad aziende che realizzano sistemi di controllo specifici e strumenti per misure nel settore della depurazione delle acque reflue.