Perché il controllo del dosaggio del coagulante è così importante?

Nelle acque in ingresso degli impianti di depurazione e potabilizzazione, specialmente se provenienti da acque superficiali, la torbidità e il materiale organico presenti fluttuano nel tempo. Questi continui ed imprevedibili cambiamenti possono dover richiedere aggiustamenti al dosaggio di coagulante, pH o l’aggiunta di materiali polimerici in modo da mantenere efficiente il processo di flocculazione.

Una precisa gestione del dosaggio del coagulante determina le prestazioni generali dell’impianto. La misura di potenziale zeta, il potenziale di carica elettrica tra due particelle, consente di monitorare questo step di processo tramite un dato scientifico, oggettivo, affidabile e rilevante.

Sulla sinistra: potenziale zeta basso, alta floccuazione, instabilità; sulla destra: potenziale zeta alto, bassa floccuazione, stabilità

1.  La misura di potenziale zeta è scientificamente provata e riconosciuta

Il potenziale zeta misura la carica delle particelle che necessitano di essere filtrate/rimosse. Particelle di grandi dimensioni tendono a sedimentare per conto proprio; sono quindi le particelle più piccole ad essere stabili in sospensione e a richiedere quindi un “aiuto” esterno per poter flocculare e quindi essere rimosse più facilmente per un processo di filtrazione più efficiente.
La misura di potenziale zeta è una tecnica assoluta – senza calibrazione – per la determinazione della carica che le particelle acquisiscono in un determinato mezzo, espressa in mV.
Acque grezze superficiali sono tipicamente in un intervallo di potenziale zeta compreso tra -15 mV e -25 mV. Un buon processo di flocculazione avviene in un range compreso tra -8 mV e +3 mV. L’aggiunta di coagulanti (che sono carichi positivamente) neutralizzano le cariche repulsive negative delle particelle nell’acqua grezza e consentono la formazione di un flocculo stabile e forte.

2.  La misura di potenziale zeta fornisce dati oggettivi e quantitativi per la gestione del processo

Sebbene ci siano moltissime tipologie di sensori disponibili per il monitoraggio online e offline di svariati parametri di processo, risulta critica la necessità di un parametro quantitativo e immediato per il controllo il dosaggio degli additivi di coagulazione. Il potenziale zeta può essere impiegato per il monitoraggio delle acque in ingresso subito dopo l’aggiunta e il miscelamento con il coagulante fornendo rapidamente l’informazione necessaria all’aggiustamento del dosaggio. Indirizzare il dosaggio verso l’intervallo di potenziale zeta ottimale per l’impianto fornisce agli operatori uno strumento basato su dati quantitativi e oggettivi.

3. Il potenziale zeta è il miglior parametro per il controllo del processo di coagulazione

Tecniche come la misura della torbidità, streaming current o jar-testing non consentono di misurare la carica delle particelle che rappresenta il fattore più importante nella creazione di un flocculo filtrabile.

• Straming Current: gli strumenti di streaming current tendono ad avere derive significative nel tempo che richiedono processi di ricalibrazione e non sono sensibili a piccole variazioni nella qualità delle acque grezze che possono richiedere correzioni nel dosaggio
• Turbidimetri: non consentono una misura della carica e non possono fornire una guida robusta nel controllo del dosaggio
• Jar Test: tecnica estremamente soggettiva e time-consuming.
• Zeta Meter: strumento per la stima manuale del potenziale zeta; anche questa tecnica è estremamente soggettiva, time-consuming e con bassa riproducibilità

4. Il ROI (ritorno sugli investimenti) con uno Zetasizer per il controllo del processo può essere significativo

Acqua grezza appariscente, molteplici fonti di acqua non depurata, forti temporali ed effetti stagionali richiedono un sistema di monitoraggio affidabile e veloce per fornire dati scientifici e oggettivi agli operatori in modo che il dosaggio possa essere regolato correttamente. Fenomeni ambientali, come frane e incendi, possono avere un forte impatto per gli operatori che stanno lottando per mantenere l’impianto operativo. Un sovradosaggio cieco di coagulante è una perdita di tempo ad un costo enorme, che i budget comunali non possono più permettersi. Quando si utilizza il monitoraggio del potenziale zeta, on-line o con sistemi da laboratorio, i risparmi tipici documentati sono intorno al 15-25%. Considerando il costo annuale dei prodotti chimici coagulanti utilizzati in un impianto, i risparmi possono avere un impatto prezioso sul budget operativo dell’impianto. L’ROI riportato per uno Zetasizer WT online è inferiore a 12 mesi.
Un altro risparmio è nella generazione di fanghi, che può essere ridotta grazie ad un controllo migliore della dose di coagulante e può aggiungere un risparmio di circa il 10% dei costi di smaltimento, contribuendo ulteriormente al valore dell’utilizzo del potenziale zeta come soluzione di monitoraggio della carica. È inoltre evidente che i filtri, in particolare i filtri a membrana, necessitano di manutenzione nel tempo e risentono della quantità di sostanze chimiche utilizzate nel processo di pretrattamento. L’analisi predittiva può estendere notevolmente le prestazioni del filtro e la durata complessiva dello stesso.

5. Misura in continuo 24/7

Il sistema on-line Zetasizer WT fornisce un risultato medio di potenziale zeta da una misura in triplicato ogni pochi minuti. Questo corrisponde a circa 400 misure al giorno garantendo un dettaglio ad alta risoluzione dell’andamento del processo e consentendo precise ed importanti valutazioni.

6. Altri benefici della misura di potenziale Zeta

Lo Zetasizer da laboratorio (unità da banco integrata nello Zetasizer WT online) produce risultati coerenti e affidabili e il suo funzionamento può essere verificato con un semplice test standard mensile. Elimina la necessità di test soggettivi (jar test) per determinare la dose di coagulante. Grazie ai controlli integrati, lo Zetasizer WT online funziona automaticamente in continuo e i dati vengono esportati direttamente nel sistema di controllo SCADA. Questo report in tempo reale può fornire le informazioni necessarie per determinare la giusta dose in qualsiasi momento e a fronte di qualsiasi cambiamento delle condizioni dell’acqua non depurata (comprese le piogge torrenziali nel nord della California o un uragano in Texas).
I prodotti chimici impiegati per la coagulazione dipendono dal pH e uno schema avanzato di controllo del dosaggio che utilizzi pH, temperatura, torbidità e potenziale zeta può migliorare ulteriormente il processo di precipitazione. L’utilizzo di tale software di controllo automatizzato multivariato può trarre vantaggio da questa tecnologia e condurre ad una vera soluzione IIoT (Industrial Internet of Things), con un impatto ancora maggiore sull’uso di prodotti chimici, sul controllo del dosaggio e sui costi.

7. Il sistema online Zetasizer WT è integrato con i sistemi di controllo SCADA

Tramite la connessione ai sistemi SCADA con protocolli Modbus TCP/IP, i dati sono trasmetti in tempo reale e aggiornati ogni pochi minuti consentendo agli operatori di avere sempre sotto controllo i parametri di riferimento. Questo sistema consente una vera e propria ottimizzazione di processo supportando gli obiettivi delle attuali iniziative di industria 4.0.