Strategie avanzate di controllo nei processi di disinfezione delle acque reflue urbane con acido peracetico

The modelling of wastewater disinfection with peracetic acid (PAA) and the development of dosage control strategies are the main subjects of this project. A full-scale disinfection plant was modeled according to geometry data and flow history. Two models were developed: a CFD-based model and a simplified model, developed with Simulink software. Hydrodynamic and chemical phenomena were simulated by both models, under different control strategies, among which a CT-paced control strategy, where CT is the disinfectant dose, the most significant parameter for wastewater disinfection. The purposes of research were: (a) understanding how control strategies affect the achievement of disinfection objectives, (b) estimating environmental and economic benefits from advanced control application, (c) comparing CFD-based model with the simplified one, in order to assess which is the best for control design. Results have shown that CT-paced control strategy allows to reach effluent quality compliance, minimizing PAA consumption and related costs. Results from CFD-based model are in good agreement with those from the simplified model. However, simplified model has a dedicated tool for control design, which allows simulating disinfection dynamics in few seconds while CFD-based needs a great computational effort as well as several hours of calculation.

Il presente lavoro riguarda la modellazione del processo di disinfezione chimica di acque reflue con acido peracetico (PAA) e lo sviluppo di strategie di controllo del dosaggio di disinfettante. Lo studio è stato effettuato in riferimento ad un impianto di disinfezione operante a piena scala sulla base di informazioni circa la geometria del reattore e le portate trattate negli anni 2014 e 2015. Sono stati progettati due diversi modelli del processo di disinfezione: un modello basato sulla fluidodinamica computazionale (CFD) e un modello idrodinamico semplificato sviluppato con il supporto del software Simulink. Entrambi i modelli hanno riprodotto i fenomeni idrodinamici e chimico-fisici del processo di disinfezione con PAA per diverse strategie di controllo del dosaggio; in particolare, sono state analizzate strategie avanzate di controllo della dose, che costituisce il parametro operativo fondamentale per la gestione del processo di disinfezione. Gli obiettivi del lavoro hanno riguardato: (a) la comprensione degli effetti delle varie strategie di controllo sulla capacità di raggiungimento degli obiettivi di disinfezione, (b) la stima dei benefici ambientali ed economici derivanti dall’applicazione di controlli avanzati, (c) il confronto tra i due approcci modellistici e la descrizione della loro affinità con la progettazione di sistemi di controllo. È stato osservato che la strategia di controllo della dose permette il raggiungimento degli obiettivi di processo in termini di efficienza di inattivazione batterica, ottimizzando l’impiego di risorse e minimizzando i costi operativi connessi, legati all’acquisto di PAA. Il modello idrodinamico semplificato e quello CFD mostrano risultati in buon accordo tra loro; tuttavia, il primo è risultato maggiormente adeguato allo sviluppo degli algoritmi di controllo, poiché possiede strumenti di progettazione dedicati, consentendo di ottenere risultati di qualità elevata con l’impiego di risorse computazionali minori rispetto alla CFD.