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Quasi 2 milioni di tonnellate di fanghi di depurazione vengono prodotti ogni anno in circa 10.000 impianti di depurazione in Germania. Mentre in passato una gran parte dei fanghi di depurazione veniva utilizzato come fertilizzante in agricoltura, oggi per motivi ambientali si passa sempre più al recupero termico. Secondo quanto prevede la situazione giuridica, al più tardi dal 2029 tutti i fanghi di depurazione dovranno essere utilizzati in monocombustioni per il recupero del fosforo.

Affinché i fanghi di depurazione possano essere utilizzati come combustibili, le sostanze solide contenute devono essere separate dalla quota di acqua, che costituisce oltre il 97% della massa.

E qui entra in gioco l’azienda ISV-Umwelt di Langelsheim. Il fondatore e amministratore Sven Penkwitt spiega: “Costruiamo sistemi mobili per la disidratazione della biomassa e li noleggiamo in modo temporaneo o continuativo ai nostri clienti”.

Uno di questi clienti è l’impianto di depurazione comunale di Diepholz, dove ISV-Umwelt installa uno dei suoi impianti circa quattro volte all’anno, ogni volta per una settimana. “In questo periodo, da circa 2400 metri cubi di sapropelite, che si raccolgono nel giro di tre mesi nella grande vasca, vengono separate circa 72 tonnellate di materia secca che poi possono essere avviate al recupero termico”.

Separazione tramite centrifuga

L’impianto di separazione consiste in un sistema autarchico collocato in un container mobile di 12 metri di lunghezza. Il cuore è costituito dal decanter centrifugo, il cui tamburo ruota con 3.200 giri al minuto, generando così forze centrifughe equivalenti a 3.000 volte l’accelerazione di gravità. Se i fanghi di depurazione vengono alimentati dai bacini di raccolta tramite pompa e tubo, i solidi pesanti vengono spinti verso l’esterno da dove, mediante trasportatore a coclea, vengono trasportati all’esterno, mentre l’acqua più leggera permane al centro del tamburo e defluisce. Tramite un nastro trasportatore, arrivano in un container di raccolta per il trasporto all’impianto di cogenerazione. Per ottimizzare la separazione, viene aggiunto un flocculante, che viene calibrato in quanto a tipo e dosaggio in funzione della composizione dei rispettivi fanghi di depurazione.

Per ottenere un risultato di disidratazione ottimale, deve essere possibile adattare il processo in vari punti. Ed è proprio qui che subentra ifm: in quanto specialista dell’automazione, ifm offre una vasta gamma di sensori e soluzioni di automazione, con i quali si possono regolare con precisione, visualizzare nel dettaglio e diagnosticare le procedure.

Monitoraggio della centrifuga

I due cuscinetti principali della centrifuga sono soggetti a forze estreme quando il pesante tamburo fa girare i fanghi di depurazione, talvolta disomogenei, a grande velocità. Per questo motivo, su ogni cuscinetto sono stati avvitati due sensori di vibrazioni VVB che monitorano costantemente il comportamento delle vibrazioni.

Un modello di vibrazione che si discosta dalla norma permette di rilevare rapidamente quando la massa alimentata non viene lavorata, vale a dire separata correttamente, in quanto ad esempio consistenza o viscosità non sono giuste o nella centrifuga vi finiscono grumi grossolani. A questo punto, il personale di servizio può intervenire e ridurre, ad esempio, la velocità della centrifuga per evitare un danno.

Anche l’usura dei cuscinetti del tamburo viene rilevata in tempo tramite un aumento dell’ampiezza delle vibrazioni e trasmessa come segnale di manutenzione. Inoltre, il sensore di vibrazioni ha un sensore di temperatura integrato. Valori di temperatura in aumento fanno presupporre un maggiore attrito dovuto all’usura. Sven Penkwitt spiega: “Il sensore di vibrazioni ci permette di rilevare in tempo quando è ora di sostituire un cuscinetto. Possiamo valutare l’urgenza e, nel migliore dei casi, pianificare la manutenzione sul sistema interessato, in modo che avvenga tra due progetti del cliente. In ogni caso siamo sempre informati. Possiamo prevenire in modo affidabile o almeno ridurre al minimo i danni imprevisti associati ai tempi di inattività presso il cliente”.

Gruppo idraulico

Nell’asse centrale della centrifuga è collocato un trasportatore a coclea ad elevata coppia motrice ed azionamento idraulico che compatta i solidi e li scarica all’esterno. La pressione viene generata da un gruppo idraulico ad azionamento elettrico.Un sensore di pressione PV8 con un campo di misura da 0 a 250 bar misura la pressione idraulica e controlla il motore elettrico della pompa tramite convertitore di frequenza. La pressione viene quindi utilizzata per controllare l’azionamento della coclea e lo scarico dei solidi dell’impianto.

Sul gruppo è collocato anche un sensore di livello Ll5 che rileva il livello e la temperatura dell’olio e trasmette un segnale di avviso in caso di superamento per eccesso o per difetto dei valori consentiti.

Monitoraggio del gruppo idraulico in funzione della pressione, del livello e della temperatura dell’olio.

Monitoraggio dell’alimentazione

L’alimentazione dosata con precisione di fanghi di depurazione nella centrifuga è fondamentale per un processo di separazione efficiente. Per questo, nell’alimentazione è installato un sensore di flusso MID. Questo sensore rileva con affidabilità il flusso dei più svariati fluidi liquidi e viscosi. Qui è la quantità di biomassa o fanghi di sedimentazione alimentati che varia tipicamente da15 ad un massimo di 56 metri cubi all’ora. Nel sistema di controllo dell’impianto questo valore misurato è collegato sia alla pompa di carico che al sistema di controllo della centrifuga. Il sensore lavora secondo il principio di misura magneto-induttivo. Il vantaggio: il tubo di misura è privo di qualsiasi elemento di misura o simile sul quale potrebbero depositarsi componenti solidi o fanghi di depurazione e quindi intasare la tubazione.

Inoltre, il sensore misura anche la temperatura dei fanghi di depurazione alimentati. Nelle stagioni fredde sono più viscosi, un fattore determinante del quale si deve tener conto nel caricare la centrifuga.

Importante è la miscela

Per ottenere un’ottimale separazione di fase (è così che l’esperto definisce la separazione tra liquidi e solidi) viene aggiunto un flocculante ai fanghi di depurazione. Il flocculante viene adattato al tipo di fanghi di depurazione, ossia la ricetta varia a seconda dell’impianto di depurazione. Il flocculante è costituito da acqua e da un concentrato di polimeri. Entrambi vengono preparati con un rapporto di miscelazione preciso. A tale scopo viene impiegato un sensore di flusso Vortex che misura con estrema precisione l’acqua aggiunta al recipiente di miscelazione, regolando così la ricetta del flocculante.

Lo stesso recipiente di miscelazione viene monitorato dal sensore di livello LR7000 che utilizza una sonda con microonde guidate per misurare il livello. Il vantaggio: questo principio di misura non viene influenzato dalla formazione di schiuma del flocculante. Inoltre, la sonda può essere accorciata con facilità, adattandola all’altezza del serbatoio.

Il flocculante preparato viene alimentato alla centrifuga con i fanghi di depurazione. Durante tale operazione un sensore di flusso SM8020 con principio di misura magneto-induttivo monitora con precisione la quantità alimentata. Diversamente dal sensore Vortex, tale sensore di flusso è in grado di rilevare con precisione non soltanto l’acqua, bensì qualsiasi fluido liquido e, appunto, alche il flocculante polimerico molto viscoso.

Misurazione sul serbatoio di stoccaggio

Il serbatoio di stoccaggio con il concentrato di polimeri viene monitorato tramite il sensore di livello KQ1000. Questo sensore viene applicato esternamente al serbatoio e ne rileva il livello attraverso la parete. Tre segnali di commutazione con diverse priorità ricordano di rabboccare il serbatoio. Sven Penkwitt ha trovato una soluzione particolarmente pragmatica: “A seconda del tempo di consegna e della quantità di prodotto richiesta, la posizione di installazione del sensore sul serbatoio può variare da più in alto a più in basso, dandoci flessibilità nel tempo di esecuzione dell’ordine”.

Semplice con IO-Link

Tutti i sensori di questo impianto utilizzano il protocollo di comunicazione IO-Link. Sven Penkwitt illustra i vantaggi per la sua azienda: “IO-Link riduce il tempo necessario per il cablaggio, consentendo così una messa in servizio molto più snella. Il cablaggio strutturato è costituito essenzialmente dall’avvitare connettori a sensori e moduli. Vengono meno fonti di errori come ad esempio cavi collegati in modo errato. Abbiamo cablato i nostri primi impianti ancora in modo convenzionale, impiegando circa 2 giorni e mezzo. Oggi con IO-Link ci bastano 2 ore”.

Secondo Penkwitt, un vantaggio rilevante di IO-Link è nell'assistenza: “Per la sostituzione di un sensore difettoso non ho più bisogno di un elettricista; grazie al semplice collegamento M12 praticamente chiunque può sostituire il sensore”. Una volta inserito il nuovo sensore, i parametri gli arrivano automaticamente dal master IO-Link: i valori limite e i valori dei contatori vengono semplicemente trasferiti dal vecchio al nuovo sensore. “Possiamo quindi affermare che IO-Link riduce al minimo i fermi degli impianti in loco presso il cliente”.

Mentre i sensori di tipo tradizionale hanno soltanto uscite di commutazione o analogiche, i sensori IO-Link offrono anche una comunicazione diretta fino al sensore. In questo modo è possibile, ad esempio, effettuare l’intera parametrizzazione del sensore da remoto, sia manualmente dall’operazione tramite software o automaticamente dal sistema di controllo, come nel caso di cambio ricetta. Il processo può quindi essere ottimizzato facilmente da remoto fino al livello del sensore.

Inoltre, i sensori IO-Link offrono, oltre al valore letto vero e proprio, funzioni di diagnostica aggiuntive, come ad es. il contatore delle ore di esercizio, la memoria dei valori minimi e massimi o i valori relativi alla qualità del segnale di misura.

Sven Penkwitt spiega: “I nostri impianti possono essere gestiti e monitorati completamente da remoto. IO-Link è molto utile poiché ci offre la massima trasparenza fin al sensore. Ciò ci consente di regolare in modo ottimale il processo e di localizzare velocemente la fonte di errore in caso di guasti”.

L’impianto può essere gestito e visualizzato completamente da remoto. Non da ultimo, IO-Link garantisce la massima trasparenza.

Conclusioni

L’ampia gamma di prodotti rende possibile ciò: con i sensori di ifm e tutti i vantaggi di IO-Link anche un impianto complesso, in cui per raggiungere il massimo utilizzo efficiente bisogna tener conto di numerose variabili, può essere completamente automatizzato. Ma oltre all’”hardware” vero e proprio conta anche l’assistenza. Sven Penkwitt sintetizza: “ifm ha la competenza necessaria. Sia al telefono che in loco, parliamo con persone competenti che ci forniscono supporto. Anche la disponibilità è eccellente: se chiamo entro le 15, ricevo il sensore già il giorno. Questo è di grande importanza per noi nella manutenzione e nell'assistenza in quanto alla fine sono io il responsabile nei confronti dei miei clienti. Non conosco quasi nessun fornitore nel campo elettrotecnico che si avvicini ad una tale performance. È per questo che ci affidiamo, ogni volta, a ifm, che ci offre tutto ciò di cui abbiamo bisogno: competenza, affidabilità e rapidità”.