Disinfezione con ipoclorito di sodio e acido peracetico : approcci modellistici a confronto

The disinfection process is an essential stage in water and wastewater treatment plants. Chlorine and chlorine-based compounds are the most common disinfectants, but the most important drawback associated with this kind of compounds is the generation of toxic disinfection by-products. So many studies have been carried out in order to identify alternative disinfectants, and in the last few years peracetic acid was highlighted as a feasible solution, in particular in wastewater treatment. An important tool to support design and optimization of disinfection stage is the process modelling: the traditional modelling approach is the Integrated Disinfection Design Framework (IDDF), while an emerging advanced approach is Computational Fluid Dynamics (CFD). However, up to now CFD modelling hasn’t been used diffusely to evaluate process performances and the relations with classic modelling techniques haven’t been assessed yet. The aim of the present study is the development and the comparison of IDDF and CFD approaches for sodium hypochlorite and peracetic acid disinfection process in a chicane reactor at pilot scale. Primarily, velocity and tracer tests at pilot scale, disinfectants decay tests at pilot and bench scale were carried out for the experimental analysis of the reactor and for the calibration and validation of the following modelling phase. Then, the modelling phase was developed including four fundamental steps: hydrodynamics analysis, conservative solute transport, disinfectant decay and microbial inactivation (E.coli). Modelling analysis allowed the investigation of velocity and turbulent fields, the understanding of transport phenomenon and the description of fundamental kinetics for the evaluation of process efficiency. So, a comparison between IDDF and CFD modelling results and between process performances using sodium hypoclorite or peracetic acid has been carried out.

La disinfezione è una fase fondamentale nei processi di potabilizzazione e depurazione delle acque. Il cloro e i cloro-derivati sono i disinfettanti più comunemente utilizzati, tuttavia il più grande svantaggio associato a questo tipo di composti è la produzione di sottoprodotti di disinfezione tossici. Sono stati quindi condotti diversi studi per la ricerca di disinfettanti alternativi, e negli ultimi anni l’acido peracetico si è rivelato una soluzione praticabile, in particolare nel trattamento delle acque reflue. Un importante strumento per supportare la progettazione e l’ottimizzazione della fase di disinfezione è la modellazione del processo: l’approccio modellistico classico è l’Integrated Disinfection Design Framework (IDDF), mentre un approccio avanzato emergente è rappresentato dalla fluidodinamica computazionale (CFD). Tuttavia, finora la modellistica CFD non è stata ampiamente impiegata per la valutazione delle prestazioni di processo e non sono ancora state analizzate relazioni con le tecniche di modellistica classica. L’obiettivo del presente lavoro è lo sviluppo e il confronto dell’approccio IDDF e CFD per il processo di disinfezione con ipoclorito di sodio e acido peracetico in un reattore a setti a scala pilota. In primo luogo sono state eseguite prove di velocità e di tracciante a scala pilota, prove di decadimento dei disinfettanti a scala pilota e di laboratorio per la valutazione sperimentale del reattore e per la calibrazione e validazione della successiva fase modellistica. Quindi, la parte modellistica è stata sviluppata includendo quattro fasi fondamentali: l’analisi idrodinamica, il trasporto di soluti conservativi, il decadimento del disinfettante e l’inattivazione microbica (E. Coli). L’analisi modellistica ha permesso l’investigazione dei regimi di velocità e turbolenza, la comprensione dei fenomeni di trasporto e la descrizione delle cinetiche fondamentali per la valutazione dell’efficienza del processo. È stato quindi eseguito un confronto tra i risultati degli approcci IDDF e CFD e tra le prestazioni del processo utilizzando ipoclorito di sodio o acido peracetico.