FAST Applicazioni dell'ozono nel trattamento delle acque reflue - Lorenzo Gomarasca
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Lorenzo Gomarasca
FAST
Applicazioni dell’ozono nel
trattamento delle acque reflue
AGENDA
• Intro
• Applicazioni
• Dosi e tempi
• Come agisce
• Come si produce
• Cosa serve
• Elettrodo
• Generatore ozono
• Impianto ed i suoi componenti
• Schemi impianto di produzione & dosaggio
• Quanto costa
• Modelli Generatori
Ozono dove?
Cos’è l’ozono?
O3
• Gas tossico dal odore pungente
• È un forte ossidante multifunzione
• Vita breve!
Acqua da pochi sec fino a 25 min
Aria, fino a 12h
La molecola: Molecola formata da tre atomi di ossigeno • Formula chimica: O3 • Peso molecolare: 48 g/mol • Punto di ebollizione -112°C • Densità @ 1013 mbar, 0°C: 2,14 kg/m³ • Potenziale REDOX 2,07 V Concentrazione in ambiente • Percezione olfattiva 0,01 ppm • Pre-Allarme da sensori 0,1 ppm • STOP automatico di sicurezza 0,3 ppm • Limite umano tollerabile solo per brevi periodi 0,5 ppm
Lista applicazioni riconosciute International Ozone Association www.ioa-pag.org/ Municipal •Activated Sludge •Advanced Oxidation •Biofiltration •Bromate •Coagulation •Color reduction •Cryptosporidium •Cyanotoxins •Drinking Water •Flocculation •Flotation •Giardia •Haloacetic Acids (HAAs) •Hydrogen Sulfide •Iron •Manganese •Membrane Fouling •Natural Organic Matter (NOM) •Oxidation •Pathogens •Pesticides •Pharmaceuticals •Sludge Reduction •Taste and Odor •Trihalomethanes (THMs) •Volatile Organic Compounds (VOCs) •Wastewater Treatment •Water Reuse •COD Reduction
COVID-19? Ozone Association (IOA) on the 18th of March [4]: …While ozone is highly effective for the inactivation of many viruses, the IOA is not aware of any research and testing that has been conducted specifically on the SARS-CoV-2 coronavirus. To the best of our knowledge, Peer Reviewed Research has not yet been completed and therefore definitive conclusions cannot be made regarding ozone inactivation of SARS-CoV-2. …
Principali campi di applicazione scala reale
Acque Potabili DW
Acque Reflue WW
O3
Rimozione odori
Industria Alimentare
Food & Beverage
Riduzione Fanghi Biologici
Torri Raffreddamento
Processi Chimici Industriali
Range Dosi e Tempi di contatto classiche per
depurazione acque reflue
COD, AOX Elimination
Rimozione Odori
Rimozione Colore
Microinquinanti
Disinfezione
0.1 1 5 10 20 50 100 200
Dose (gO3/m³ )
Tempo di contatto tipico 1 Min – 10 Min (specifico per sostanza/applicazione)
Casi speciali fino a 40min
Come agisce
Ossidante non selettivo
Azione:
• Diretta sul contaminante
• Indiretto con radicali ossidrili ·OH
3
2,5
Potenziale REDOX
2
Volt
1,5
1
0,5
0
Perossido
Radicale Biossido Ossigeno
Ozono O3 d’idrogeno Ipoclorito ClO Cloro Cl
ossidrile OH° cloro ClO2 (mol.) O2
H2O2
2,8 2,07 1,78 1,49 1,36 1,27 1,23Come agisce nel trattamento acque
Meccanismo disinfezione più comune: Cloro Vs Ozono
Struttura della cellula batterica
Ozonolisi, rottura
Il cloro deve prima del muro cellulare
diffondersi attraverso il al contatto
muro cellulare per
inattivare l‘organismo
Parete cellulare L’ozono agisce 3000 volte più velocemente
del cloro come battericidaConfronto USA - EPA Cloro Vs Ozono: C*T
Concentrazione Tempo di
O3 contatto
Valori più elevati del C*T
C*T = Concentrazione * Tempo di contatto
• Aumentare la concentrazione O3
• Allungare il tempo di contatto
In entrambi i casi sono costi aumentano!
Tabella EPA C*T: Circa 88 volte più alto per il Cloro rispetto all’Ozono!Ozono per la disinfezione acque reflue Il dosaggio dipende anche da: • Valore di COD.. • Solidi sospesi, (> 35 ppm influiscono negativamente) In generale C*T: Dose : • 6 gO3/m3
Decolorazione nelle acque reflue Ossidante non selettivo, il dosaggio dipende anche da: • Valore di COD.. • Solidi sospesi, • Sostanze che generano il colore (tipo e quanittà) In generale C*T: Dose : • 25 - 80 gO3/m3 se COD 200mg/l Tempo di contatto: 20 – 30min Test pilota, quando possibile
Rimozione tensioattivi nelle acque reflue Ozono è altamente reattivo verso molecole organiche contenenti doppi legami che vengono spezzate formando molecole più semplici e maggiormente biodegradabili. Dipende da: • Valore di COD.. • Solidi sospesi, • Tipo di tensioattivi In generale C*T: Dose : 4 ppm O3 / ppm Tens. Prove pilota raccomandate Tempo di contatto: 40 – 60min
Ozonolisi fanghi biologici Riduzione della produzione specifica dei fanghi di supero (kgSS/kgCODr) Benefici addizionali: • Riduzione filamentosi e schiume • Fanghi più facilmente sedimentabili, • Migliore disidratazione con minore uso di reagenti In generale C*T: Dose : 30 - 50 gO3/ kgSS Tempo di contatto: 10 – 20min
Ozonolisi linea fanghi, stabilizzazione aerobica
Biological Clarifier
Treatment
Primary
River
Treatment
Air Return
Sludge Bilancio
complessivo:
Sludge
minore
Substrato di quantitativo
alimentazione Digestion di fanghi
rapidamente Pilot unit SMO 700
degradabile al
ossidazione biologica
Dosaggio O3 in
+O3
parte del ricircolo
O3 rompe le membrane cellulare rilasciando COD/N/PCos’è l’ozono?
O3
• Gas dal odore pungente
• È un forte ossidante multifunzione
• Vita breve! deve essere prodotto a necessità in sito:
Acqua da pochi sec fino a 25 min
Aria, fino a 12hCome si produce l’Ozono? Metodi principali: • Elettrolisi chimica del acqua • Fotochimica con raggi UV • Scarica elettrica Il metodo industriale più conveniente ed utilizzato su larga scala è tramite una scarica elettrica a corona.
Come si produce l’Ozono? Scarica elettrica ad effetto corona: Consiste nella ionizzazione dell’aria presente in uno strato cilindrico (di qui il termine corona). Tale ionizzazione si ha quando il valore del Campo Elettrico supera quello della Rigidità dielettrica del materiale in questione (isolante). Molecole di ossigeno Gli atomi di ossigeno Formazione di ozono vengono rotte ad atomi si ricombinano con le dal campo elettrico molecole di ossigeno
Cosa serve – pilastri fondamentali del impianto 1. Gas di alimentazione 2. Energia elettrica 3. Acqua di raffreddamento
Effizon®evo 2G Technology
High Voltage Electrode
Ozone Generator Vessel
Stainless Steel
(similar to tube heat exchanger)WEDECO Evoluzione elettrodo
EFFIZON evo 2G
2014
EFFIZON evo
2012
EFFIZON evo
2012
EFFIZON HP
2001
EFFIZON RS
1998
EFFIZON SK
1995
WEDECO
Technology 1988
*) Sold/installed electrodesWEDECO : MAXIMIZE THE OZONE. MINIMIZE THE ENERGY.
Nella realtà
Elettrodo WEDECO Effizon® evo 2G
Tubo metallico Calza metallica
(messa a terra) (5500Volt) Terminale
(carica elettrica)
Acqua per
raffreddamento
Tubo vetro Cilindro vetro
(dielettrico isolante) (supporto)
Materiali: vetro borosilicato / acciaio inoxDentro ad un generatore ozono
Fascio tubiero per
Piastre a labirinto scambiare calore
Ingresso gas vettore
Sede elettrodi generazioneVideo riassuntivo
AGENDA
• Intro, cos’è
• Applicazioni
• Come agisce
• Dosi e tempi
• Come si produce
• Cosa serve
• Elettrodo evoluzione
• Generatore ozono
• Impianto ed i suoi componenti
• Schemi tipici impianto di produzione & dosaggio
• Quanto costa
• Modelli GeneratoriSchema tipico di un impianto Ozono
Acqua di raffreddamento
Gas di alimentazione Distruzione
Ozono residuo
O2/ O3
Air / O 2
5500Volt
Sezione di contatto
Generatore ozono (diffusione a microbolle)
Unità fornitura Messa a terra
potenza (PSU)Schema tipico di un impianto Ozono
Acqua di raffreddamento
Gas di alimentazione Distruzione
Ozono residuo
O2/ O3
Air / O 2
5500Volt
Sezione di contatto
Produzione ozono (diffusione a microbolle)
Unità fornitura Messa a terra
potenza (PSU)Gas vettore
LOX Vs Air
Ozono può essere prodotto da:
• Ossigeno puro (> 93 vol%) c(O3): 10% in peso
• Aria essiccata (21 vol% O2) c(O3): 2-4% in peso
Gas di alimentazione
Ossigeno Aria
LOX VPSA/PSA APS
(Vacuum) Pressure Air Preparation
Liquid Oxygen
Swing Adsorption SystemGas d’alimentazione: Ossigeno
Alta concentrazione O3
H2O
N2
AIR O2
LOX Autoprodotto in sito: PSAGas d’alimentazione: Aria
Bassa concentrazione O3
H2O
AIRSchema tipico di un impianto Ozono
Acqua di raffreddamento
Gas di alimentazione Distruzione
Ozono residuo
O2/ O3
Air / O 2
5500Volt
Sezione di contatto
Produzione ozono (diffusione a microbolle)
Unità fornitura Messa a terra
potenza (PSU)
StrumentazioneRaffreddamento generatore ozono
• Ciclo chiuso (scambiatore a piastre)
Quando la qualità acque è scarsa
• Ciclo chiuso frigorifero con chiller
Flusso acqua fresca insufficiente
• Raffreddamento diretto con acqua
Quando è sempre disponibile acqua di buona qualitàSchema tipico di un impianto Ozono
Acqua di raffreddamento
Gas di alimentazione Distruzione
Ozono residuo
O2/ O3
Air / O 2
5500Volt
Sezione di contatto
Produzione ozono (diffusione a microbolle)
Unità fornitura Messa a terra
potenza (PSU)Distruttore di ozono residuo
Distruttore ozono catalitico
• Protetto da Demister
1. Resistenza scaldante
2. Serbatoio di contatto (catalizzatore)
3. Soffiante di aspirazione
O2 O3Schema tipico di un impianto Ozono
Acqua di raffreddamento
Gas di alimentazione Distruzione
Ozono residuo
O2/ O3
Air / O 2
5500Volt
Sezione di contatto
Produzione ozono (diffusione a microbolle)
Unità fornitura Messa a terra
potenza (PSU)Tecnologie introduzione gas nel liquido
Iniettore venturi Diffusori porosiSchema tipico diffusori
Catalytic Ozone
Destructor
Ozone
FI FI
Demister
Influent
Effluent
Diffusers
Reaction Tank (civil) Lower equipment capital costs
Low operating costs
Proven technologySchema tipico pompa eiettore
Catalytic Ozone Destructor
Main Line Demister
Flow
Static Mixer
Effluent
Pump/Injector
Reaction
Tank (AISI316)
O3
High Gas Transfer Rate
Smaller contactor needed
Maintenance is externalAnalizzatori
Analizzatore ozono (std!!) / ossigeno in ambiente
Sensore punto di rugiada (dew-point)
Monitor di misura della concentrazione ozono :
a) nel gas prodotto
b) nell‘off-gas
c) in acqua (per acque potabili)Aspetti economici
CAPEX OPEX
Energia elettrica
Apparecchiature GAS
alimentazione
Progetto impianto Acqua
Raffreddamento
Installazione in
opera ManutenzioneQuanto costa produrre l’Ozono?
Costi medi di riferimento in Italia:
Da OSSIGENO:
Da ARIA
Per 1 KgO3/h @ condizioni
Per 1 KgO3/h @ condizioni
standard (Tcw=15°C; cO3=10%wt)
standard (Tcw=15°C; cO3= 3%wt)
Occorrono circa :
Occorrono circa :
• LOX 9,67 kgO2/h @ 0,11 €/kg
• Energia 22kWh
(generatore+compressore)
• Energia generatore 8,9 kWh
@0,15 €/kWatt
@0,15 €/kWatt
Il costo di produzione di 1 kg di
Il costo di produzione di 1 kg di
ozono è di ~ 3,3 €uro/h
ozono è di ~ 2,4 €uro/h
Da considerare ~ 1,6 m3H2O/kgO3 per raffreddamentoGeneratori ozono – Portfolio
PDOevoPLUS Series:
up to 300,000 g/h O3
SMOevoPLUS 410-960
300 – 21,400 g/h O3
SMO100-200
400 – 1,100 g/h O3
GSO 18-50
420 g/h O3
GSO 18 (20-40)
3 – 204 g/h O3
Modular
0.2 – 8 g/h O3Serie Modular – laboratori e piccoli usi
Range taglie :
- fino a 4 g/h da aria
- fino a 8 g/h da ossigeno @ 100 gO3/Nm³
Standard:
- installazione in armadio
- 0,1-0,5 kWatt 230 V – 1 pH – 50/60 Hz
Modular 2Serie GSO-18 - industria
Da aria
- Fino a 215
- @2%wt O3
Da ossigeno
- Fino a 420 g/h
- @7%wt O3
Standard:
- Elettrodi Effizon
- Installazione in armadio
- Efficienza (energia e gas)
- 0,6-4,5 kWatt 230/400 V AC – 50/60 Hz
GSO18-50Sistemi OCS – sistemi integrati completi Plug&Play • Skid Package • PSA (autoproduttore O2 con compressore a bordo) • Generatore ozono • Pompa + Eiettore • Sensori • Distruttore • Quadro di alimentazione e controllo per gestione completa
Sistemi OCS OCS completo di: - Serbatoio contatto - Controllo redox - Quadro di controllo Foto : Recupero acqua lavaggio automobili
SMOevo PLUS Range: - Da 0,3 – a 21,4 Kg/h O3 6-15%wtO3 - 12 taglie standard con varie configurazioni - Integrazione impianti
PDOevo – grandi Range: - Dai 18 ai +300 Kg/h O3 - 19 taglie - Orizontale - Realizzazione a comessa
Lorenzo.gomarasca@xyleminc.com Product Manager Italy WEDECO & Leopold Xylem Water Solution Italia S.r.l. Via Gioacchino Rossini, 1/A - 20020 Lainate (Milano) www.xyleminc.com
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