Sfere di fibra contro i microinquinanti

Ogni anno 8.000 tonnellate di prodotti farmaceutici e 10 tonnellate di sole microplastiche finiscono nel fiume più grande della Germania, il Reno. Gli impianti di trattamento delle acque reflue convenzionali non sono in grado, né ora né mai, di far fronte a tali quantità di microinquinanti. Per tale ragione, la città di Barntrup, nella Renania Settentrionale-Vestfalia, ha aggiunto una fase di purificazione dei microinquinanti al suo impianto di trattamento delle acque reflue: un caso unico al mondo con i cosiddetti Fuzzy Filters® di Bosman e automatizzato con la pneumatica di Festo.

È stato dimostrato che questi microinquinanti o sostanze in tracce hanno conseguenze significative per l'ambiente: raggiungendo l'acqua, ad esempio, alcuni beta-bloccanti, antiepilettici e contraccettivi provocano danni e cambiamenti negli organi, nelle caratteristiche sessuali e nel comportamento dei pesci. Gli scienziati stanno attualmente cercando di scoprire come danneggiano l'organismo umano.


Carbone attivo come base

In gran parte, le microplastiche che misurano da cinque micrometri a cinque millimetri e le sostanze in tracce possono essere rimosse solo in una quarta fase di purificazione. Allo scopo, il carbone attivo in polvere viene aggiunto all'acqua in una vasca di contatto. Con la sua struttura porosa e fragile il carbone attivo ha un'enorme superficie interna. Da un punto di vista fisico, un cucchiaino di polvere di carbone attivo ha una superficie grande quanto un campo da calcio. Superficie su cui le sostanze in tracce dispongono di molto spazio per accumularsi. L'acqua arricchita con carbone attivo rimane nella vasca di contatto per 15-20 minuti. Per rimuovere il carbone attivo dall'acqua in seguito a questo processo di purificazione, negli impianti convenzionali è necessaria un'ulteriore vasca, la cosiddetta vasca di sedimentazione. Qui il carbone attivo cade sul fondo e viene successivamente separato insieme ai fanghi residuati dalla chiarificazione, comprese le sostanze in tracce ad esso legate, e bruciato. Oltre alla vasca di contatto per il trattamento del carbone attivo, è necessario un consistente investimento in una grande vasca di sedimentazione, che occupa uno spazio sproporzionato. Le misurazioni hanno dimostrato che questo processo rimuove l'80% dei residui di farmaci e degli agenti di contrasto radiografici dalle acque reflue. Gli impianti di trattamento delle acque reflue privi di questo quarto stadio di purificazione trattengono solo il 30 percento delle sostanze in tracce raccolte.

Video: acque reflue senza microplastiche e farmaci

Invece di investire in maniera ingente in una vasca di sedimentazione, la città di Barntrup ha optato per il più efficiente Fuzzy Filter®. Tutto ciò di cui ha bisogno è un piccolo edificio funzionale visibile all'estremità posteriore dell'impianto, proprio accanto alla strada.

Eliminazione del 95 percento

Ma la rimozione dell'80% dei microinquinanti non era ancora sufficiente per la piccola città di Barntrup nella Vestfalia orientale, specialmente perché l'acqua depurata può raggiungere un bacino idrografico attraverso un sistema fluviale. "Questo è il motivo per cui a Barntrup si è optato per il primo impianto di purificazione al mondo con Fuzzy Filters® della ditta Bosman Watermanagement", spiega Frank Waermer, amministratore delegato e ingegnere consulente presso l'ufficio tecnico Danjes di Detmold. "Grazie al sistema di filtraggio impiegato, siamo in grado di eliminare addirittura il 95 percento di tutte le sostanze in tracce e di rimuovere microplastiche e fosforo dalle acque reflue". L'ufficio tecnico Danjes ha pianificato l'intero impianto e ne ha coordinato l'implementazione.

"Il cuore del sistema di filtraggio sono le Fuzzy Filter® Balls", afferma il Dott. Kathrin Gantner, responsabile dell'ufficio presso Bosman Watermanagement GmbH a Berlino. Bosman è il produttore che realizza filtri e flocculatori. Le Fuzzy Filter® Balls sono realizzate in fibre sintetiche e vengono trasformate in una sfera dal diametro di circa 33 millimetri utilizzando una clip. L'elevata porosità e la bassa densità del fluido assicurano che un impianto Fuzzy-Filter® sia in grado di assorbire almeno due o tre volte la quantità di solidi filtrabili come i filtri per sabbia o tessuto: una vera fibra miracolosa contro i microinquinanti.

Intorno e attraverso

A differenza dei sistemi di filtraggio convenzionali, il liquido da filtrare scorre sia intorno sia attraverso il materiale filtrante e non lungo il fluido, come nel caso dei filtri per sabbia. La sospensione da filtrare fluisce nella camera di distribuzione sotto il letto filtrante. All'interno della camera di distribuzione, l'acqua in ingresso viene distribuita uniformemente sulla superficie del filtro, prima di fluire nel letto filtrante attraverso la piastra forata e fissata nella parte inferiore. I microinquinanti assorbiti dal carbone attivo, nonché il fosforo e le microplastiche caduti sul fondo della vasca vengono raccolti nel letto filtrante e l'acqua filtrata fuoriesce nuovamente dalla parte superiore del Fuzzy Filter®.

Non appena nel letto filtrante viene si raggiunge un'unità di torbidità nefelometrica specificata o una pressione massima definita in precedenza, si avvia il ciclo di controlavaggio. Durante il controlavaggio, l'acqua non depurata scorre nel filtro, mentre un ventilatore esterno soffia aria di spurgo per mettere in movimento il fluido filtrante. Le sfere filtranti, che si muovono liberamente tra le piastre forate, sono messe in moto dal flusso d'aria come in una danza, in modo che le particelle di sporco accumulate e immagazzinate vengano rimosse e lavate via dal filtro.

Il carbone attivo viene reimmesso nel bacino di aerazione con l'acqua di controlavaggio e viene avviato un ulteriore processo di purificazione, poiché il carbone attivo ha ancora capacità di carico per i microinquinanti dopo il primo risciacquo. Dopo un ciclo di purificazione, le sostanze in tracce presenti sono ridotte a una frazione. “Questa procedura può essere ripetuta più volte, affinché con il processo Fuzzy Filter® di Bosman, si possibile rendere innocui molti più microinquinanti rispetto al processo a carbone attivo monofase. In questo caso, dopo un singolo processo di purificazione il carbone attivo viene unito ai fanghi di depurazione nella vasca di decantazione e rimosso", spiega Gantner.

L'automazione resa semplice

L'apertura e la chiusura automatizzata di tutte le valvole di intercettazione e le valvole a spola per l'afflusso delle acque reflue contaminate da microinquinanti e per il deflusso dell'acqua depurata sono effettuate da attuatori oscillanti del modello DAPS e da attuatori lineari DLP, tutti pneumatici. Ulteriori valvole di intercettazione e valvole a spola con gli attuatori pneumatici menzionati forniscono aria di spurgo e aprono e chiudono l'estrattore di fanghi. Nella piccola stazione di pompaggio, che pompa l'acqua dalla fase di chiarificazione biologica alla quarta fase di depurazione, sono in funzione anche valvole a spola automatizzate.

Nell'attuatore oscillante DAPS, la coppia viene creata mediante la cinematica generata dal braccio della leva per superare l'elevata coppia di spunto della valvola. La robustezza e la graduazione della coppia garantiscono la sicurezza per valvole con angolo di rotazione limitato a 90° come valvole a sfera e valvole a farfalla. Gli attuatori lineari pneumatici DLP agiscono direttamente sulla piastra di scorrimento e consentono l'apertura/la chiusura affidabile o l'avvicinamento preciso alle diverse posizioni delle valvole a saracinesca e delle valvole di regolazione.


Pneumatica nella tecnologia delle acque reflue

Le unità di valvole MPA modulari con multipolo controllano gli attuatori. Queste unità di valvole e unità di manutenzione della serie MS6 sono protette in modo sicuro nei quadri di comando che Festo ha fornito pronti per l'installazione. "Come abbiamo già visto in molti dei nostri progetti, i componenti pneumatici di Festo sono caratterizzati da un elevato livello di robustezza e affidabilità", afferma Waermer. “Nei nostri progetti per acqua e acque reflue la pneumatica è la prima scelta rispetto alle soluzioni elettriche, in quanto i componenti pneumatici sono notevolmente più economici e molto più compatti di quelli elettrici. Inoltre, sono dotati della protezione Ex e, anche in caso di interruzione di corrente, possono essere azionati con il loro serbatoio di aria compressa per un certo periodo."

"L'esperto di Festo Winfried Plaßmann ci ha fornito grande supporto durante la pianificazione e l'esecuzione del progetto, offrendoci la sua competenza tecnica e il suo tempo", aggiunge Hermann Klippenstein, gestore dell'impianto di acque reflue di Barntrup. "Ciò che ci ha convinto non è stata solo l'affidabilità e la coerenza dei sistemi pneumatici, incluso il collegamento al sistema di controllo del processo, ma anche l'affidabilità della consulenza", afferma l'ingegnere Waermer.

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