Chiare fresche e dolci acque…

Energia e ambiente

Si è svolto lo scorso marzo nell’esotica Istanbul il Forum Mondiale dell’Acqua. A detta dei più l’evento passerà alla storia come un grosso ‘buco nell’acqua’, nel senso che i rappresentanti dei governi internazionali non sono riusciti a raggiungere alcun punto d’intesa sul da farsi per tutelare le risorse idriche del nostro pianeta. Non che sulla Terra manchi l’acqua. Nonostante il dilagante catastrofismo, l’acqua rimane un bene rinnovabile per eccellenza. Il problema per quanto riguarda questo elemento primario e indispensabile, in un sistema complesso e strutturato come il nostro, è semmai la gestione e la distribuzione. Non a caso qualche anno fa uno studio della nota società londinese di consulenza per il business globale Frost & Sullivan individuava nel settore del trattamento delle acque uno dei mercati più promettenti per l’automazione di questo inizio millennio. Tale industria si occupa del ciclo di potabilizzazione delle acque primarie, del ciclo di depurazione delle acque reflue e della loro distribuzione. Nello specifico l’acqua potabile può essere generata da impianti di potabilizzazione o tramite la desalinizzazione oppure ancora ‘estratta’ dalle falde. Nel primo caso l’acqua è aspirata mediante pompe elettriche, direttamente dal fiume e da alcuni pozzi, e inviata in tubazione agli impianti di trattamento, dove viene immessa in grandi vasche e lasciata decantare, in questo modo si eliminano i fanghi, il limo e le sabbie che costituiscono gran parte del materiale portato in sospensione dall’acqua del fiume. A questo punto l’acqua viene immessa in un grande bacino nel quale si muove lentamente con un percorso obbligato per alcuni giorni, nei quali si attiva un processo di biodegradazione naturale che elimina molte delle sostanze che possono essere nocive per la salute dell’uomo. Avviene dunque la chiariflocculazione, ovvero all’acqua sono aggiunti dei sali minerali che hanno la capacità di agglomerare, oltre alle particelle più fini in sospensione, anche gran parte dei metalli pesanti eventualmente presenti. L’agglomerato si deposita sul fondo, mentre in superficie viene raccolta l’acqua limpida, anche se non ancora potabile. Si susseguono allora filtrazione su sabbia, ozonizzazione e filtrazione su carboni attivi granulari.
Questo breve schema ci dà l’idea della complessità dei processi eseguiti all’interno di un impianto di potabilizzazione. La possibilità di un efficace controllo elettronico diventa allora fondamentale anche quando si tratta di strutture storiche, come l’acquedotto posto alla confluenza tra il Reno e il Setta, creato verso la metà dell’Ottocento recuperando un antico sito di epoca imperiale romana. In quello stesso luogo si trova oggi un importante impianto di potabilizzazione gestito dalla società Hera di Bologna. L’impianto che tratta l’acqua superficiale del torrente Setta (affluente di destra del fiume Reno), derivata per mezzo di una traversa, è stato recentemente interessato da un progetto di ammodernamento, che ha riguardato proprio il sistema di automazione: per aumentare il livello di affidabilità dell’impianto si è deciso di scindere il sistema in diversi moduli funzionali. I nuovi moduli sono stati implementati con tecnologia di automazione basata su plc Schneider Electric. Il progetto prevede il collegamento di tutti i punti strategici della centrale tramite un anello in fibra ottica, da cui si derivano tutti i plc che hanno il compito di automatizzare le varie sezioni dell’impianto. I plc in rete possono comunicare con il nuovo sistema di supervisione implementato, che si integra con il sistema di telecontrollo. Oltre ai plc, sono collegati alla rete in fibra ottica anche altri strumenti, come ad esempio quelli dedicati all’analisi elettrochimica, tutti dotati di moduli di comunicazione Modbus e connessi alla rete tramite gateway. Per alcuni strumenti, che s’interfacciano alla rete tramite i plc Schneider Electric (come i sette misuratori di energia PM500 e PM200 presenti sull’impianto), sono invece utilizzati moduli di comunicazione CanOpen. In futuro, anche questi dispositivi utilizzeranno lo stesso anello in fibra ottica per fornire dati e informazioni ovunque sia necessario. Per controllare gran parte dei motori elettrici e delle pompe presenti nell’impianto sono stati utilizzati i prodotti TeSys U di Schneider Electric, in alternativa al classico schema basato su teleruttore, interruttore magnetotermico, salvamotore e relè termico, perché essi integrano tutti i dispositivi necessari per il comando motore e si presentano con ingombri ridotti, caratteristiche elettriche elevate e sistemi di installazione innovativi. TeSys U è dotato di una base di potenza che ospita unità di controllo (moduli magnetotermici elettronici) e moduli ausiliari (comunicazione, contatti ausiliari e/o di altre funzioni specifiche) inseriti tramite una semplice operazione di aggancio tipo fast-on. Grazie alle interfacce di comunicazione di TeSys U, esiste la possibilità di scambiare informazioni fra le unità installate nell’impianto e questo consente di immettere nel sistema di supervisione una maggiore quantità di informazioni per potere avere una diagnosi più dettagliata di ogni evento. Per gestire le utenze elettriche che hanno un assorbimento maggiore di 32 A sono utilizzati dei controller, veri e propri relè termici elettronici, che sopperiscono ai classici relè termici elettromeccanici. A differenza di questi ultimi, oltre ad eseguire l’analisi delle correnti termiche, i controller effettuano anche un’analisi dettagliata dei parametri elettrici e memorizzano gli eventi di guasto più recenti. Consentono quindi un’analisi dettagliata della situazione a posteriori. Nella centrale di Val di Setta sono stati utilizzati anche altri prodotti di automazione Schneider Electric delle linee Quantum e Premium, dedicati alla gestione dell’ozono e dei sollevamenti iniziali, del trattamento dei fanghi e del sollevamento dei fanghi, del prelievo di acqua dal fiume dei processi di flocculazione e chiarificazione dell’acqua. Gli altri plc Schneider Electric presenti nell’impianto sono tutti della famiglia Twido. In particolare, troviamo un Twido nel presedimentatore (che si occupa della defogliazione e, in parte, del dosaggio reagenti in quella zona dell’impianto), un Twido per ciascuno dei dodici filtri nella parte terminale del trattamento e sei Twido installati per gestire le sei macchine che eseguono la refrigerazione e l’essiccazione dell’aria prima della sua trasformazione in ozono. A tutti i Twido è stata abbinata un’interfaccia operatore Xbtm 400 Schneider Electric e ai cinque plc Premium principali sono stati collegati dei terminali Xbgt 600.

Riciclaggio rapido e sicuro
Su un altro fronte si gioca la partita del trattamento delle acque reflue. Il ciclo di depurazione delle acque di scarico si propone di rimuovere solidi sospesi come plastica, sabbia, piccole particelle, ridurre il materiale organico e chimico sospeso, ripristinare i livelli di ossigeno necessari per garantire la vita, trattare infine i gas biologici generati nel processo e i fanghi residui. In questo particolare settore, Siemens ha maturato competenze specifiche, sviluppando tecnologie innovative come il sistema di ultrafiltrazione a membrana (Mbr), recentemente applicato nella realizzazione dell’impianto di depurazione dei comuni di Santa Margherita Ligure e Portofino. Al progetto Siemens ha contribuito fornendo il comparto di pretrattamento liquami (grigliatura, compattazione e lavaggio dei grigliati, dissabbiatura e disoleatura) e il sistema a membrane a fibra cava di ultrafiltrazione costituito da quattro celle di filtrazione Mbr.

Depurazione a fanghi attivi
Nei processi di depurazione delle acque uno dei passaggi nodali è costituito dal trattamento dei fanghi. Proprio questo specifico processo è stato recentemente oggetto di una piccola grande rivoluzione grazie alla nuova tecnologia Cannibal messa a punto ancora una volta dalla Industry Solutions di Siemens. Il sistema è stato applicato nel nuovo impianto di depurazione di Levico Terme, dove si è ottenuta una riduzione dei fanghi del 50%, in termini di sostanza secca totale, con un conseguente abbattimento dei costi di smaltimento, ma anche dei costi energetici e di disidratazione. Il cuore della tecnologia Cannibal è un reattore biologico detto di ‘interscambio’, integrato nel processo biologico di depurazione a fanghi attivi. Controllando una serie di parametri, tra cui l’ossigeno disciolto, è possibile determinare la selezione di specie batteriche di tipo facoltativo. Questi batteri ‘cannibalizzano’ e si nutrono dei batteri di tipo aerobico presenti nel comparto biologico. La quantità residua che non è stata ‘mangiata’ viene nuovamente interscambiata con la vasca di aerazione per un’ulteriore distruzione cellulare. L’iterazione di questo processo di interscambio dà luogo ad un equilibrio costante tra crescita e distruzione cellulare, il tutto gestito in modo automatico dal sistema di controllo SmartCannibal in grado di mantenere l’efficienza operativa del processo, a prescindere dal variare delle condizioni di carico. Il software del sistema di controllo SmartCannibal, infatti, codifica al suo interno i parametri di gestione del processo per garantire il rendimento ottimale dell’impianto. Del sistema fanno parte anche sonde di Orp e di pH che svolgono il monitoraggio dell’ambiente e il bioreattore di interscambio, sensori di solidi sospesi e del flusso e sensori di livello e temporizzatori che regolano il funzionamento del modulo di separazione dei solidi e del bioreattore di interscambio. Il sistema di comando e controllo SmartCannibal deriva dalla tecnologia SmartBN di Siemens Water Technologies e fornisce all’operatore strumenti di facile impiego per la massima efficienza nel controllo dell’impianto, è dotato di plc con relativa interfaccia grafica ed è in grado di interagire con i sistemi Scada esistenti, oppure può essere inserito in un nuovo sistema Scada completo previsto per l’intero impianto.

Depurare risparmiando
In tema di risparmio energetico, un grosso contributo intende darlo Sdi Automazione, che in collaborazione con Hach Lange e con l’Università di Brescia ha condotto un esperimento i cui risultati proverebbero che attraverso una diversa modalità di regolazione dell’afflusso di aria nelle vasche di un sistema di depurazione delle acque di scarico, si può ottenere un sensibile risparmio dell’energia elettrica consumata dai compressori.
I tecnici di Sdi hanno dunque messo a punto Fuzzy Logic for Waste Water, un nuovo regolatore per l’automazione degli impianti di depurazione delle acque in grado di ridurre sensibilmente l’energia elettrica consumata dai compressori per l’immissione dell’aria nelle vasche di aerazione/ossidazione. Mentre i sistemi tradizionali si basano su regolatori Pid con set point fisso e sull’utilizzo della sola misura dell’ossigeno disciolto presente nella singola vasca, il sistema Sdi, adottando invece i regolatori Fuzzy con set point variabile, utilizza sia la misura dell’ossigeno sia la misura dell’ammoniaca disciolti e presenti nella singola vasca. Il regolatore è disponibile come sistema standalone costituito dal sistema eXPert Scada Sdi o come sistema integrato in eXPert Dcs.

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