Aria diffusa vs. Aria diffusa. Sistemi di aerazione meccanica delle acque reflue

Nel corso del processo di trattamento delle acque reflue, i diversi impianti devono dare priorità a esigenze e obiettivi diversi. La scelta di un sistema di aerazione industriale adatto al vostro impianto di trattamento delle acque reflue dipende da alcuni fattori diversi:

• Volume delle acque reflue
• Composizione delle acque reflue e requisiti di ossigeno
• Requisiti di efficienza
• Dimensioni del serbatoio o della laguna
• Posizione e clima dell'impianto
• Obiettivi di riduzione della manutenzione
• Obiettivi di costo del capitale
• Obiettivi dei costi di manutenzione
• Obiettivi di costo dell'energia

Gli impianti di trattamento delle acque reflue possono soddisfare molte di queste esigenze contemporaneamente con la scelta di un sistema di aerazione efficace e di alta qualità.

I diffusori a bolle fini sono costituiti da membrane flessibili che contengono migliaia di minuscoli fori e producono bolle di diametro compreso tra 1 e 3 mm. Questi diffusori sono di tre tipi principali:

1. Diffusori a tubo: Questi tipi di diffusori hanno una superficie maggiore per consentire il rilascio di più bolle per diffusore. Sono più lunghi e più neutralmente galleggianti dei dischi e forniscono la maggior quantità d'aria attraverso la minor quantità di tubi in acciaio inox, quindi sono particolarmente adatti ai sistemi di aerazione recuperabili che si sollevano da un serbatoio per la pulizia.
2. Diffusori a disco: Questi diffusori multiuso sono i più diffusi per i sistemi di aerazione fissi fissati al fondo della vasca. Gli aeratori a superficie fissa richiedono una minore manutenzione e di solito durano più a lungo, il che li rende la scelta naturale.
3. Pannelli perforati ad ago: A differenza delle membrane dei diffusori a tubo e a disco, le membrane di questi diffusori di solito non si flettono. Contengono orifizi fissi le cui dimensioni delle bolle rimangono costanti al variare del flusso d'aria. Inoltre, diventano molto meno efficienti con serbatoi più profondi e funzionano con elevate contropressioni e perdite di carico.

I diffusori a bolle fini non possono funzionare con un flusso d'aria troppo elevato, altrimenti le fessure non si chiudono mai del tutto. Producono quindi bolle grossolane invece di bolle fini. Le minuscole bolle non spostano una grande colonna d'acqua, quindi questi diffusori non contribuiscono a una miscelazione estremamente potente, ma forniscono una miscelazione sufficiente a mantenere in sospensione le tipiche particelle biosolidali quando vengono utilizzate come previsto.
L'aggregato di piccole bolle prodotte dai diffusori a bolle fini ha una superficie maggiore rispetto alle poche bolle più grandi prodotte con i sistemi a bolle grosse, quindi sono le migliori per il trasferimento di ossigeno e l'efficienza. Inoltre, le piccole bolle salgono più lentamente, garantendo un tempo di contatto più lungo e un maggiore trasferimento di ossigeno. In genere possono funzionare con la metà del flusso d'aria dei diffusori a bolle grosse.

I vantaggi degli aeratori diffusi sono i seguenti:

• Miscelazione più completa dal basso verso l'alto: A differenza degli aeratori di superficie per la gestione delle acque reflue, che forniscono una forte miscelazione soprattutto in superficie, gli aeratori diffusi garantiscono una miscelazione completa in tutta l'acqua di scarico. Poiché le bolle provengono dal fondo e salgono verso l'alto, mescolano l'intera vasca. In questo modo si evitano le zone morte in cui si possono formare fanghi indesiderati.
• Idoneità per le vasche più profonde: L'aria degli aeratori di superficie non sempre riesce a raggiungere il fondo di una vasca profonda. Gli aeratori diffusi, montati sul fondo della vasca, aiutano a evitare questo problema.
• Migliore efficienza di trasferimento dell'ossigeno dell'aeratore di superficie: Gli aeratori diffusi forniscono più aria al sistema delle acque reflue per unità di potenza. Gli impianti che passano agli aeratori diffusi da altri modelli, in genere vedono un risparmio energetico del 30-40%.
• Basso impatto ambientale: L'elevata efficienza dei sistemi di aerazione diffusa significa che il loro funzionamento richiede molta meno energia. Questo li rende una scelta eccellente per gli impianti che desiderano implementare pratiche operative più verdi ed ecologiche.
• Manutenzione ridotta: A differenza dei diffusori meccanici, che sono costituiti da alberi di superficie meccanici rotanti, gli aeratori diffusi hanno un numero relativamente basso di parti meccaniche. Ciò comporta una manutenzione più semplice e senza problemi. Gli impianti devono solo pulire periodicamente i diffusori, controllare i filtri dell'aria e monitorare le parti da sostituire.
• Design flessibile: Un impianto di trattamento delle acque reflue può personalizzare le dimensioni del sistema di aerazione diffusa in base alle dimensioni del serbatoio o della laguna. È sufficiente aggiungere altri diffusori per riempire lo spazio. L'impianto può disporre i diffusori in modo uniforme per una distribuzione uniforme dell'ossigeno o creare una disposizione sfalsata, con più diffusori vicino all'imboccatura della vasca, per migliorare l'efficienza del sistema.
• Gestione più semplice delle soffianti: Grazie alla loro maggiore efficienza, i sistemi di aerazione diffusa hanno in genere un minor numero di soffianti da mantenere. Le soffianti di un sistema di aerazione diffusa sono solitamente situate a terra, piuttosto che nelle acque reflue, per cui è più facile per gli impianti eseguire la manutenzione. I motori elettrici rappresentano in genere il 90% dei costi energetici di un impianto, quindi la riduzione del numero di soffianti si traduce in un maggiore risparmio economico.
• Durata e longevità: Mentre le numerose parti mobili di un aeratore meccanico probabilmente si romperanno, richiedendo riparazioni e sostituzioni più frequenti, un sistema di aerazione diffusa di qualità durerà fino a dieci anni o più.
• Costi inferiori a lungo termine: Grazie alla minore richiesta di energia e manutenzione, gli aeratori diffusi sono più economici da gestire a lungo termine rispetto agli aeratori meccanici.
• Prestazioni affidabili in condizioni climatiche estreme: I diffusori sul fondo di un serbatoio per acque reflue non diventano ghiacciati e scivolosi, né si guastano in condizioni climatiche rigide.
• Sicurezza: Con un sistema di aerazione diffusa e i suoi motori a terra, non ci sono cavi elettrici che attraversano le acque reflue. Ciò comporta un ambiente di lavoro più sicuro per gli operatori e il personale dell'impianto.

Gli svantaggi degli aeratori diffusi sono i seguenti:

• Maggiore complessità: Gli impianti di trattamento delle acque reflue devono adattare i loro sistemi di aerazione diffusa alle dimensioni del serbatoio e al carico delle acque reflue. Devono fornire la giusta quantità di aria e il numero di diffusori per soddisfare le esigenze del sistema.
• Costo di capitale più elevato: A causa della complessità della progettazione e dell'installazione, i sistemi di aerazione diffusa hanno spesso un costo iniziale maggiore rispetto agli aeratori meccanici.
• Maggiore suscettibilità alle incrostazioni: I fanghi e gli accumuli chimici possono formarsi più facilmente nei minuscoli pori dei diffusori che sulle pale dell'elica di un aeratore meccanico.
• Efficienza inferiore in vasche molto poco profonde: Per le vasche di pochi centimetri, la potenza di rotazione di un aeratore meccanico garantisce un maggiore trasferimento di ossigeno, miscelazione ed efficienza di aerazione rispetto ai diffusori di bolle.
• Minore efficacia in ambienti difficili: In ambienti difficili, come le acque reflue chimiche, i minuscoli pori del diffusore faticano a mantenere la loro efficienza.
• Nessuna portabilità: Sebbene gli impianti possano spesso trasferire gli aeratori meccanici in vasche diverse, staccandoli dai loro ormeggi e riattaccandoli altrove, i sistemi di diffusione sono fissi in loco.

Un sistema di aerazione meccanica convenzionale funziona in orizzontale. È costituito da una pompa e da un tubo o da un motore che fa girare un'elica. Il sistema raccoglie l'acqua e la spinge fuori. Questa agitazione crea una corrente e favorisce il mescolamento. Mentre l'acqua gira, aspira e assorbe aria. L'apparecchiatura mescola quest'acqua aerata con il resto dell'acqua della vasca o della laguna e immette costantemente altra aria per aerare e mescolare.
La maggior parte dei sistemi di aerazione meccanica sono modulari, con un solo pezzo da installare. Gli impianti possono installare più sistemi in un serbatoio per una copertura completa. Questi sistemi di aerazione di superficie richiedono in genere l'installazione di boe sulla superficie delle acque reflue.
Di seguito sono riportati tre tipi comuni di sistemi di aerazione meccanica:

1. Aspiratori orizzontali: Questi sistemi contengono eliche che girano più o meno orizzontalmente. Spingono l'aria lungo l'albero verticale e nel serbatoio.
2. Aeratori verticali: Questi sistemi contengono eliche che ruotano verticalmente per spingere l'acqua nell'aria.
3. Aeratori a getto: Questi sistemi funzionano come una combinazione di tipi orizzontali e verticali, con aria iniettata per un'ulteriore aerazione.

Di seguito illustriamo i pro e i contro dell'aerazione meccanica.

• Forte miscelazione e trasferimento di ossigeno: I forti movimenti di agitazione delle pale dell'elica mescolano efficacemente le acque reflue per trasferire l'ossigeno per l'aerazione e mantenere in sospensione i biosolidi delle acque reflue.
• Semplicità: L'apparecchiatura è semplice da installare, utilizzare e spostare per gli impianti di trattamento delle acque reflue.
• Costi di capitale inferiori: Poiché non c'è nulla di complesso da progettare o installare, i sistemi di aerazione meccanica hanno spesso un prezzo iniziale inferiore a quello dei sistemi di aerazione diffusa.
• Maggiore efficacia in vasche molto poco profonde: Per vasche di pochi centimetri, la miscelazione localizzata di un sistema di aerazione meccanica si rivela estremamente efficace.
• Maggiore efficacia in ambienti difficili: A differenza dei sistemi di aerazione diffusa, i sistemi di aerazione meccanica sono composti da metallo, spesso resistente alla corrosione. La loro resistente struttura metallica li rende ideali per ambienti difficili come le acque reflue chimiche.
• Portabilità: Poiché gli aeratori meccanici galleggiano, le piante possono spostarli in punti diversi della vasca staccandoli dai loro ormeggi e riattaccandoli altrove.

• Miscelazione localizzata e trasferimento di ossigeno: Questi processi funzionano efficacemente in superficie, ma meno in profondità. Nelle zone morte, dove non si verifica la miscelazione, possono formarsi fanghi indesiderati.
• Minore efficienza di aerazione: Poiché creano una minore superficie per il trasferimento dell'ossigeno e lo distribuiscono in modo non uniforme in tutta la vasca, i sistemi di aerazione meccanica forniscono un'aerazione meno efficiente rispetto ai sistemi di aerazione diffusa.
• Gestione più difficile delle soffianti: Essendo meno efficienti, gli aeratori meccanici richiedono un maggior numero di soffianti. Un maggior numero di soffiatori comporta un aumento degli interventi di manutenzione. Le soffianti sono inoltre situate in acqua, il che rende più difficile la manutenzione.
• Impatto ambientale: I processi meno efficienti dell'aerazione meccanica comportano una maggiore richiesta di energia.
• Maggiori requisiti di manutenzione: I sistemi di aerazione meccanica richiedono una manutenzione maggiore rispetto ai sistemi di aerazione diffusa.
• Costi operativi più elevati: Poiché gli aeratori meccanici richiedono un maggior numero di riparazioni e sostituzioni, sono più costosi da gestire a lungo termine.
• Scarse prestazioni in condizioni climatiche avverse: Gli aeratori di superficie possono diventare ghiacciati alle basse temperature e, in condizioni climatiche estreme, i motori possono smettere di funzionare.
• Odori sgradevoli: La formazione di aerosol superficiale causata dagli aeratori meccanici di superficie provoca odori sgradevoli sulla superficie del serbatoio.
• Meno efficace per vasche molto profonde: La miscelazione fornita dalla forte aerazione superficiale si riduce molto rapidamente in prossimità della sorgente. Per le vasche di grandi dimensioni, gli aeratori meccanici di superficie hanno spesso una portata limitata e nelle zone morte, dove non avviene la miscelazione, si formano fanghi indesiderati.
• Minore sicurezza: I cavi elettrici nelle acque reflue creano un ambiente più pericoloso per le squadre di manutenzione.