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Innovative wireless tool for reducing energy consumption and GHGs emission of water resource recovery facilities.

Newsletter 5.

STATO DI AVANZAMENTO DEL PROGETTO

CONCLUSA L'AZIONE B3 
Sviluppo della procedura di monitoraggio degli off-gas con il LESSDRONE

Con la sesta campagna di misura effettuata presso l’impianto di depurazione Cuoiodepur a giugno 2020, si è conclusa l’azione B3 che aveva lo scopo di mettere a punto la procedura di monitoraggio di un impianto di depurazione attraverso l’utilizzo del prototipo LESSDRONE. Durante questa azione si sono quindi studiate:

  • la procedura di monitoraggio degli off-gas con il LESSDRONE;
  • le condizioni di processo dell’impianto in grado di aumentare l’efficienza del sistema di aerazione e di ridurre le emissioni dei gas-serra.
La sperimentazione ha permesso di raggiungere importanti risultati:
  • Le procedure di svolgimento delle prove sono state ottimizzate, così come lo strumento LESSDRONE sia nella sua parte hardware che nella parte software.
  • Il LESSDRONE è efficiente e versatile grazie all’agilità di manovra e all’elevato automatismo che consente di ridurre la presenza di personale necessario per le misure. Permette inoltre di monitorare l’intera superficie delle vasche di ossidazione, offrendo una visione complessiva della distribuzione dei parametri monitorati e un maggior grado di precisione nelle stime.
  • L’affidabilità del LESSDRONE è stata verificata dalla concordanza tra i dati rilevati sia dai sensori presenti sull’impianto che dalle analisi eseguite sui campioni prelevati e quelli misurati con lo strumento. I dati acquisiti sono coerenti con le condizioni di processo dell’impianto e hanno consentito di approfondirne la conoscenza.
  • Il LESSDRONE permette di ottimizzare le condizioni di processo dell’impianto (portata d’aria, DO, età del fango) in grado di ridurre le emissioni complessive, cui contribuiscono quelle dirette provenienti dalle vasche di ossidazione e quelle indirette legate ai consumi energetici.
  • Il LESSDRONE permette di ottimizzare il sistema di aerazione aumentando l’efficienza di trasferimento dell’ossigeno. Il monitoraggio dell’αSOTE permette anche di ottimizzare le modalità e la frequenza di pulizia e/o la sostituzione dei diffusori.
  • Il LESSDRONE garantisce la trasferibilità ad altri impianti di depurazione che lavorano in differenti contesti operativi grazie alla sua funzionalità e versatilità.
Prove con il LESSDRONE: in alto a sinistra, impianto di Eindhoven; in alto a destra e in basso a sinistra, impianto di Tilburg; in basso a destra, impianto di San Colombano

PROSEGUE L'AZIONE B4 
Sviluppo di un protocollo per la riduzione del consumo di energia e delle emissioni di gas serra

L’azione prevede lo sviluppo di un protocollo per la corretta gestione dell'aerazione di un impianto di depurazione per minimizzare il consumo di energia e le emissioni dei gas-serra. 
Questo si ottiene, oltre che con i dati rilevati sul campo con il LESSDRONE, anche attraverso l’utilizzo di tre tipologie avanzate di modellazione:
  • Modellazione biocinetica.
  • Modellazione fluidodinamica computazionale (CFD) integrata con il modello biocinetico.
  • Modellazione della valutazione del rischio di N2O.
La prima modellazione ha riguardato l’impianto Cuoiodepur. I modelli biocinetico e idrodinamico, adeguatamente calibrati e validati, hanno permesso la simulazione del suo funzionamento e l’analisi di diversi scenari di gestione. I modelli sono stati realizzati sulla base delle informazioni e dei dati raccolti nelle precedenti azioni (A1, A2 e B3). 

Il modello biocinetico, sviluppato da UNIFI, simula i processi biocinetici e utilizza una versione modificata del modello ASM1, che è il principale riferimento in materia di modellazione dei processi biologici. Si alimenta con i dati del refluo influente all’impianto e con i dati sperimentali registrati sul campo durante le campagne di misura con il LESSDRONE. Le simulazioni effettuate e i confronti con i dati analitici hanno confermato la bontà del modello.

 
Modello biocinetico: a sinistra, il layout dell’impianto Cuoiodepur; a destra, un esempio di risposta del modello e confronto con i dati sperimentali.
Il comportamento idrodinamico della vasca di ossidazione è stato modellato utilizzando un modello integrato CFD-biocinetico, sviluppato da UGENT, che utilizza i dati geometrici del bioreattore, della portata d'aria insufflata e del refluo influente. Questa modellazione ha permesso di descrivere, con un livello di dettaglio molto elevato, la dinamica del flusso, i modelli di miscelazione e il profilo di concentrazione dei diversi componenti all'interno della zona di aerazione.
Il modello integrato CFD-biocinetico è stato utilizzato per simulare diversi scenari di gestione variando differenti parametri come la portata d’aria e l’influente. Questa analisi permette di comprendere gli effetti di:
  • diverse strategie di controllo (basate sull’ossigeno disciolto, l’ammonio o l’età del fango);
  • le condizioni climatiche (asciutte o umide);
  • la sostituzione dei diffusori dell’aria. 
Dei quattro scenari previsti, tre avevano una stessa portata d’aria ma una diversa portata di reflui al bioreattore mentre il quarto prevedeva una riduzione della portata d’aria - come strategia di mitigazione per minimizzare la carbon footprint (CF) - con una portata media di refluo influente. 
Gli scenari sono stati confrontati in termini di variazione dell'idrodinamica della vasca biologica, di rimozione del COD e dell'azoto. Il quarto scenario ha dimostrato una potenziale riduzione della carbon footprint senza compromettere le prestazioni del processo di trattamento.
Modello integrato CFD-biocinetico: a sinistra, la geometria della vasca esaminata; a destra, un esempio di risposta del modello per il parametro DO a diversi scenari di aerazione.
Il modello di valutazione del rischio di N2O ha permesso di individuare le dinamiche di produzione di N2O da parte delle vasche di ossidazione dell’impianto.
Le emissioni di N
2O in un impianto di depurazione risultano essere generalmente inferiori a quelle di CO2 e CH4, ma il suo potenziale di riscaldamento globale è di gran lunga maggiore (298 volte) di quello della CO2. Di conseguenza è fondamentale non solo quantificare le emissioni di N2O dagli impianti di depurazione, ma anche indagare su quali siano i principali processi di generazione e quali parametri abbiano influenza significante sui rischi di emissioni. Questo modello è stato utilizzato per calcolare un valore di rischio di emissione diretta di N2O sotto diverse condizioni operative e utilizza i dati storici dell’impianto, l’output del modello biocinetico e i dati raccolti dal LESSDRONE.

I risultati di questa fase hanno mostrato un alto rischio di emissioni di N
2O in corrispondenza di alti valori di ossigeno disciolto nelle vasche di aerazione. Ciò è convalidato dai dati raccolti dal LESSDRONE e suggerisce che la riduzione dell’aerazione potrebbe incidere in maniera significativa sulla riduzione della carbon footprint.
Le modellazioni descritte sono sviluppate anche per gli impianti di San Colombano (Italia) e di Eindhoven (Paesi Bassi) e lo saranno anche per gli altri depuratori a cui si estenderà lo studio nell’azione B5.

Con il proseguimento delle campagne di misura verranno raccolti altri dati e informazioni indispensabili per lo sviluppo del protocollo finale.

INIZIATA L'AZIONE B5 
Applicazione del protocollo negli impianti selezionati

Grazie alla sua trasferibilità, il LESSDRONE, dopo essere stato testato sull’impianto Cuoiodepur, viene testato anche su altre tipologie impiantistiche:
  • a luglio 2020 è stata avviata la prima campagna di misura presso l’impianto di San Colombano (Firenze);
  • a settembre e ottobre 2020 si sono svolte le campagne di misure presso gli impianti di Eindhoven e e Tilburg (Paesi Bassi);
  • a gennaio 2021 è stata avviata la prima campagna di misura presso l’impianto di Roma est;
  • entro l’estate 2021 sono previste ulteriori campagne di misura presso gli impianti di Roma est e Genova Sestri Ponente e San Colombano.
DISSEMINAZIONE E NETWORKING
Le azioni di disseminazione e networking continuano regolarmente. 
Pubblicato articolo sulla rivista Ingegneria dell’Ambiente

Un articolo sulla sperimentazione del progetto Lesswatt è stato pubblicato sulla rivista tecnico-scientifica Ingegneria per l’Ambiente (n.2/2020). L’articolo può essere scaricato gratuitamente sia dal sito della rivista che dal sito web del progetto Lesswatt.

Presentato il progetto LESSWATT all’Unione Industriali di Pisa

Nell’ambito del convegno “Dove saremo tra dieci anni? Le sfide del clima e le risposte del tessuto economico locale” tenutosi l’8 ottobre 2020 presso l’Unione Industriali di Pisa, CUOIODEPUR, partner del progetto Lesswatt ha illustrato il progetto, lo stato di avanzamento della ricerca e i risultati ad oggi conseguiti.

Secondo workshop del progetto Lesswatt a ECOMONDO 2020

Il progetto LESSWATT ha partecipato alla Fiera internazionale ECOMONDO 2020 di Rimini con il workshop dal titolo “Il controllo della carbon footprint degli impianti di depurazione: il progetto Lesswatt”. Le slide della conferenza possono essere scaricate gratuitamente dal sito web del progetto Lesswatt
 

Il progetto LESSWATT al webinar FAST 2020

Il progetto LESSWATT è stato presentato al webinar gratuito dal titolo “Automazione di processo per gli impianti di trattamento delle acque di rifiuto” organizzato da FAST (Federazione delle Associazioni Scientifiche e Tecniche) e tenutosi il 3 dicembre 2020. Le slide della presentazione sono scaricabili dal sito web del progetto Lesswatt.

INFO E CONTATTI
Per seguire lo stato di avanzamento del progetto e le iniziative promosse, vi invitiamo a consultare il sito web (www.lesswattproject.eu). Per informazioni di dettaglio sulle attività tecniche, inviare una e-mail al seguente indirizzo: info@lesswattprojett.eu.
 
Contatti: Cecilia Caretti
Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale (DICEA)
Università di firenze - Via S.Marta, 3 – 50139 Firenze, Italia
Tel. +39 055 2758850
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