Lo smaltimento dei rifiuti è un tema imprescindibile per qualsiasi azienda e e deve essere eseguito secondo gli obblighi e le normative vigenti.

Illustreremo qui lo smaltimento di sostanze corrosive attraverso un trattamento di neutralizzazione che ha lo scopo di alterare le caratteristiche di un acido effettuando la regolazione del pH.

Mostreremo il principio di funzionamento di uno schema di controllo del pH e illustreremo un sistema per realizzarlo e i suoi principali componenti, analizzando l’uso di due differenti attuatori.

Sistema di controllo del pH e del livello

Al termine di un processo di produzione si verifica spesso l’esigenza di dove smaltire opportunamente sostanze corrosive. Prodotti chimici, fanghi, olii, catrami, metalli pesanti e numerose tipologie di acido sono solo alcuni esempi di sostanze pericolose. Lo smaltimento di tali materie richiede un trattamento ad hoc da svolgere in strutture specializzate.

In generale, quando un fluido possiede un pH al di fuori di un dato range di valori è necessario che esso venga sottoposto ad un trattamento di neutralizzazione.

Prima di tutto occorre individuare il reagente più indicato per il fluido in questione. A tale scopo, è utile costruire, o analizzare, il grafico che mostra la variazione del pH in funzione dalla quantità di reagente aggiunta, meglio noto come curva di titolazione. Due esempi qualitativi sono riportati in Figura 1. Dunque, attraverso la titolazione si ottiene la neutralizzazione di un acido da parte di una base e viceversa. La pendenza della curva fornisce inoltre un’utile indicazione in merito alle proprietà dinamiche della reazione.

Schema che descrive la curva di titolazione per reagente (base a sinistra, acido a destra)

Figura 1 – Curva di titolazione per reagente (base a sinistra, acido a destra)

 

Lo schema a blocchi per effettuare il controllo del pH è illustrato in Figura 2.

Il sistema è composto da un regolatore che determina la quantità di reagente da aggiungere al fluido corrosivo, da un sensore di misura e da un attuatore in grado di realizzare la legge di controllo. Le prestazioni e i parametri di progetto dipendono principalmente da:

  • sostanze coinvolte
  • dimensione del serbatoio
  • posizione del sensore di misura
  • metodo di miscelazione
  • performance della strumentazione adoperata.

Inoltre, per la neutralizzazione di acidi e basi forti può essere conveniente utilizzare due o tre serbatoi in serie.

Il sistema di controllo pH rappresentato con uno schema a blocchi

Figura 2 – Schema a blocchi del sistema di controllo pH

 

Una semplice logica di controllo è ad esempio la regolazione a due stati con una pompa (Figura 3). La pompa si accende e si spegne in modo tale che il pH rimanga all’interno di una determinata soglia. Questa tecnica consente di ottenere buoni risultati, ma richiede che la soluzione sia ben miscelata per consentire al sensore pH di effettuare la misura correttamente.

Diagramma che riassume la logica a due stati con fluido corrosivo di natura acida

Figura 3 – La logica a due stati con fluido corrosivo di natura acida

 

Nella prossima sezione si mostra un sistema di neutralizzazione con controllo del livello del liquido all’interno del serbatoio.

Smaltimento dei rifiuti: sistema di controllo del pH e del livello

Il sistema presentato in questo articolo è illustrato in Figura 4. Il fluido corrosivo, sia esso un acido o una base, viene guidato all’interno di un reattore chimico dotato di un sistema di agitazione, di un sensore per la misura del pH e del livello del liquido.

Lo schema di sistema di analisi

Figura 4 – schema di sistema di analisi

 

Affinché il controllore qui descritto sia in grado di operare correttamente è necessario che le sostanze vengano miscelate rapidamente ed efficacemente. In questo modo, il trasduttore sarà in grado di effettuare una buona lettura del valore del pH. Lo scopo del progetto è quello di regolare il pH e il livello della sostanza.

Per alterare il pH si introduce un attuatore in grado di erogare un reagente all’interno del serbatoio. Si può ricorrere ad una pompa che tipicamente mostra un comportamento lineare e tempi di risposta estremamente veloci. In alternativa, si può usare una valvola di controllo pneumatica.

Tale scelta richiede però un’attenta analisi delle non linearità e della dinamica dell’attuatore. Si rende necessario inserire lungo la linea di processo un convertitore corrente/pressione per trasformare il segnale elettrico emesso dal regolatore. La pressione, grazie all’intervento di un meccanismo di azionamento, determina poi la posizione dello stelo e quindi la portata in uscita dalla valvola. Un’altra difficoltà da evidenziare per modificare il pH è la non linearità della curva di titolazione (Figura 1).

Per effettuare invece la regolazione del livello del serbatoio si installa un’elettrovalvola a due stati (aperta/chiusa) in grado di comandare la portata in uscita dal serbatoio.

I controllori di livello e pH possono avere una struttura PI. Per l’anello di livello è necessario convertire il segnale in un comando acceso/spento tramite una modulazione PWM. Inoltre, è bene sottolineare come le prestazioni dei due anelli siano tra loro connesse. In particolare, l’uso della pompa per il controllo del pH permette di inseguire meglio i riferimenti (sia di pH che di livello) rispetto alla valvola pneumatica, che invece causa il degrado delle prestazioni di entrambi gli anelli. Per consentire ai regolatori di svolgere adeguatamente le loro funzioni, sono stati introdotti dei sensori di misura per la rilevazione delle portate.

È possibile migliorare le prestazioni del sistema implementando un algoritmo predittivo, che, grazie ad una buona conoscenza del processo, consente di anticipare l’azione di controllo.

Foto: “Nile blue hydro chloride in water at daylight and different pH-values. From left to right: pH 0, pH 4, pH 7, pH 10, pH 14.” – Foto: Armin Kübelbeck Original uploader was Kuebi at en.wikipedia. Con licenza Creative Commons ‘ Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported’