SEPARATORI LAMELLARI

Presentazione

Da marzo 2010, Canplast commercializza prodotti Saint Dizier environnement in Svizzera.

Con un’esperienza di oltre 40 anni, Saint Dizier environnement è leader nella progettazione e fornitura di dispositivi chiavi in mano per il trattamento delle acque piovane provenienti da strade, zone urbane e industriali, oltre che nelle opere di controllo idraulico.

Applicazioni

Sistema di trattamento delle acque meteoriche che permette di soddisfare le esigenze rinforzate per il trattamento delle acque piovane in Svizzera (Ordinanza federale sulla protezione delle acque (OPAc) e Direttiva VSA "Smaltimento delle acque meteoriche").

Caratteristiche

Saint Dizier environnement è presente in Svizzera da oltre 20 anni e ha completato con successo numerosi progetti per il trattamento delle acque di superficie, con capacità di trattamento fino a 1'000 l/s (ad es.: Aeroporto internazionale di Ginevra, Autostrada A9 - Cantone del Vallese).

Gamma 

  • Separatore lamellare in acciaio S235 protetto da un rivestimento in poliuretano polimerizzato a caldo.
  • Separatore lamellare in poliestere.
  • Riabilitazione di opere esistenti in calcestruzzo.

Dissabbiatori separatori di idrocarburi
(File PDF in francese da scaricare)

Acciaio

 

Poliestere

Efficacia del sistema

Miglioramento delle prestazioni dei bacini di decantazione nell’ambito dell’ingegneria civile grazie a una decantazione lamellare ottimizzata.

Riassunto

La società Saint Dizier environnement ha installato dei bacini di decantazione delle acque meteoriche sull’autostrada A9 in Svizzera nel 2011. I lavori consistevano nel dimensionare e ristrutturare le strutture di decantazione esistenti, al fine di migliorare le loro prestazioni depurative, mediante l’implementazione di strutture alveolari di decantazione. Per il dimensionamento si è optato per una velocità di caduta inferiore a 3 m/h. Circa due anni dopo la realizzazione dei suddetti lavori, è stata effettuata una valutazione delle prestazioni di due strutture: Les Sablons e Ile d’Epine. L’analisi granulometrica ha messo in evidenza l’efficienza della decantazione lamellare: il 50% delle particelle ha un diametro inferiore a 19,2 μm. I fanghi sono carichi di idrocarburi e agenti inquinanti (IAP, metalli pesanti). La metodologia audit – dimensionamento e progettazione – ristrutturazione del bacino è riproducibile per tutte le strutture, sia per la costruzione che per la rimessa a nuovo.

Introduzione

1 - Presentazione del progetto

Gli undici impianti di trattamento delle acque di carreggiata sull’autostrada A9 a monte dei bacini di infiltrazione non soddisfacevano più le esigenze in materia di protezione delle acque. Pertanto, nel 2010, Saint Dizier Environnement è stata incaricata dal committente di fare un audit delle strutture esistenti al fine di realizzare una proposta tecnica di miglioramento delle prestazioni depurative.

L’autostrada A9 attraversa il quarto sud-ovest della Svizzera, tra la Francia e il Passo del Sempione. Le sezioni interessate si trovano vicino a Saint Maurice ed Evionnaz. Il traffico medio giornaliero in questa zona è di 37.300 veicoli nel 2014 secondo l’Ufficio federale delle strade (USTRA). Il presente articolo si concentra sui bacini di Ile d’Epine e Les Sablons.

2 - Caratteristiche dei bacini di Ile d’Epine e Les Sablons

Il bacino di Ile d’Epine tratta le acque meteoriche dell’autostrada al chilometro 61,74 e corrisponde a una superficie di 1,5 ettari. Le acque di carreggiata vengono raccolte da canaletti di scolo lungo la strada e quindi convogliate verso l’impianto di trattamento.

Il bacino di Les Sablons, situato al chilometro 65,95, tratta le acque meteoriche provenienti da una superficie di 4,5 ettari. L’acqua piovana viene scaricata dalla carreggiata verso dei fossati (fossi di ritenzione-filtrazione) che costeggiano la strada, consentendo l’infiltrazione dell’acqua e il suo drenaggio verso una canalizzazione di raccolta che convoglia l’acqua verso la struttura di trattamento.

Nome Ile d'Epine Sablons
Posizione 61.74 65.95
DN entrata 800 1'000
Pendenza (mm/m) 6 2
Superficie del bacino idrografico (ha) 1.5 4.5
Larghezza bacino (mm) 2'600 3'600
Lunghezza interna totale (mm) 10'950 10'650
Flusso di trattamento selezionato (l/s)
sulla base delle opere esistenti e dei dati bibliografici sulle acque piovane
267 309
Presenza di un troppopieno di evacuazione dei flussi in eccesso Troppo pieno Troppo pieno
Lunghezza tranquillizzazione (mm) 2'100 1'850
Lunghezza struttura lamellare (mm) 7'250 7'500

Tabella 1: Caratteristiche delle due opere studiate

3 - Specifiche tecniche

I principali criteri da rispettare per le specifiche tecniche sono i seguenti:

  • Effluenti pluviali autostradali,
  • Abbattimento voluto delle Materie in sospensione > 60% delle particelle con un diametro inferiore a 50 μm,
  • Abbattimento voluto delle Materie in sospensione > 95% delle particelle con un diametro superiore a 100 μm.

 

Riabilitazione di strutture con decantatori lamellari

1 - Dimensionamento

I criteri dimensionali sono i seguenti:

  • Decantazione controcorrente su strutture lamellari a nido d’ape, con diametro idraulico di 20 mm,
  • Velocità di caduta delle MES “SS”, criterio relativo alla superficie lamellare necessaria per ottenere le prestazioni sui parametri MES “SS” ma anche DOC, BOD5, metalli e idrocarburi, definita a un valore massimo di 3 m/h alla portata massima di trattamento,
  • Rispetto dei criteri idraulici: equi-distribuzione delle acque sulle strutture lamellari a nido d’ape mediante modellazione e calcoli, numero di Reynolds, altezza sotto le celle...,
  • Canali per il recupero delle acque decantate,
  • Ritenzione dei fanghi coerente, rispetto all’utilizzo ottimale della struttura: silo per lo stoccaggio dei fanghi integrato nell’impianto di trattamento, svuotamenti regolari mediante idropulitrice, con un’autonomia superiore a un anno.

2 - Caratteristiche dei decantatori lamellari dopo la rimessa a nuovo

I bacini di ingegneria civile sono stati riabilitati nel 2012, con i dati tecnici specificati nella seguente tabella:

Nome Ile d'Epine Sablons
Posizione 61.74 65.95
Superficie prevista dei nidi d'ape (m2) 463 485
Velocità di caduta reale (m/h) 2.1 2.3
Volume utile (m3) 64.1 65.6
Volume tranquillizzazione (m3) (2) 12.3 11.4
Volume separazione (m3) (1)-(2) 51.8 54.2
Altezza sotto celle (mm) 1'145 822
Altezza massima dei fanghi (mm) 460 250
Volume totale stoccaggio dei fanghi (m3) 14.7 14.8
Numero di Reynolds 218 176

Tabella 2: Caratteristiche dei decantatori lamellari dopo la rimessa a nuovo dei bacini

I lavori di rimessa a nuovo (Figura 1) consistevano nel:

  • Costruire partizioni in acciaio inossidabile,
  • creare un pavimento per le strutture lamellari a nido d’ape,
  • posare le strutture lamellari a nido d’ape e i loro dispositivi di fissaggio,
  • installare i canali di recupero delle acque decantate.

Figura 1: Prima e dopo la rimessa a nuovo dei bacini con decantatori lamellari

Bilancio analitico e qualitativo due anni dopo la messa in servizio

1 - Quantificazione e qualificazione degli agenti inquinanti catturati

Sono stati effettuati dei prelievi per controllare i volumi e le masse degli agenti inquinanti catturati dopo 2 anni di funzionamento, in occasione dello svuotamento di questi bacini. Le operazioni di svuotamento e prelievo del 9 e 10 settembre 2014 consistevano nel:

  • Evacuare le acque superficiali (visibilmente pulite, analisi effettuate), a valle della struttura, quindi nell’ambiente naturale,
  • pompare le acque cariche nella parte bassa delle strutture (fossa con profondità addizionale), al fine di consentire l’accesso ai letti di fango presenti sulla soletta dell’opera, e garantire i prelievi effettuati,
  • pompare ed evacuare i fanghi nel centro di trattamento,
  • pulire con una lancia ad alta pressione le attrezzature dell’opera, in particolare le strutture lamellari, direttamente a partire dal terreno naturale, quindi le passerelle posizionate al di sopra delle strutture lamellari,
  • pompare le acque di risciacquo.

I prelievi sono stati effettuati in tempo asciutto, le precedente pioggia risaliva a due giorni prima:

Bacino Natura del campione
Ile d'Epine Fanghi nella camera di tranquillizzazione
Ile d'Epine Fanghi nella camera di decantazione lamellare sotto la struttura alveolare
Les Sablons Acqua in uscita
Les Sablons Fanghi nella camera di decantazione lamellare sotto la struttura alveolare

Tabella 3: Prelievi effettuati nei bacini a settembre 2014

I seguenti agenti inquinanti sono stati individuati all’interno dei decantatori:

  • Galleggianti,
  • Fanghi da decantazione delle MES “SS”(Solidi in Sospensione).

I bacini presentano camere di tranquillizzazione a monte delle celle:

  • La camera di tranquillizzazione del bacino Ile d’Epine presentava circa 40 cm di fanghi grossolani e relativamente solidi e di rifiuti.
  • A monte del bacino Les Sablons, si trova una fossa di ritenzione-filtrazione che permette una prima decantazione degli effluenti. Nella camera di tranquillizzazione del bacino Les Sablons si trovava una quantità molto piccoli di fanghi. Avevano un aspetto più fine, liquido e abbastanza omogeneo per l’intero bacino.
Decantatore lamellare Ile d'Epine Les Sablons
Altezza dei fanghi nella camera di tranquillizzazione 40 cm 10 cm
Volume dei fanghi nella camera di decantazione lamellare 2.1 m3 0.67 m3
Altezza dei fanghi nella camera di decantazione lamellare sotto le celle  9.5 cm 10 cm
Volume dei fanghi sotto le celle 1.8 m3 2.7 m3

Tabella 4: Quantità di fanghi nei bacini

I fanghi osservati e misurati sotto le celle sono prevalentemente legati alle particelle fini. Le particelle più grandi sono infatti mantenute a monte dei blocchi lamellari (reti, fossati, camera di tranquillizzazione (cfr. Figura 2)).

Polluants piégés

Figura 2: Agenti inquinanti intrappolati nella camera di tranquillizzazione del bacino Les Sablons

La Tabella 5 esprime i flussi annuali di materie in sospensione per ciascun bacino idrografico, a partire dai volumi di fanghi determinati sperimentalmente e dalle misurazioni effettuate sulla secchezza e sulla densità dei fanghi situati nelle camere di tranquillizzazione e sotto le celle lamellari.

Bacino Ile d'Epine Les Sablons
Superficie del bacino idrografico (ha) 1.5 4.5
Volume dei fanghi nella camera di tranquillizzazione (m3) 2.1 0.67
Siccità dei fanghi (%) 75.6 76
Densità media dei fanghi 1.5 1.5
Flusso di materie secche (MIS) nella camera di tranquillizzazione (kg/ha/anno) 794 85
Volume dei fanghi sotto le celle (m3) 1.8 2.7
Siccità dei fanghi (%) 29.7 50
Densità media dei fanghi (stimata) 1.3 1.3
Flusso di materie secche (MIS) sotto le celle (kg/ha/anno) 232 195
Flusso cumulato di materie secche (MIS) (kg/ha/anno) 1'026 280

Tabella 5: Determinazione dei flussi annuali delle materie in sospensione in ciascun bacino idrografico

La letteratura (CLT12) indica una fascia di oscillazione media del flusso annuale di MES “SS” per ettaro compresa tra 500 e 1200 kg/ha/anno, per bacini idrografici di tipo stradale che sopportano un traffico importante.

I risultati ottenuti per il bacino Les Sablons sono inferiori ai valori indicati in letteratura. La fossa di ritenzione-filtrazione a monte di questo bacino trattiene una porzione significativa di MES “SS”; i risultati ottenuti sono pertanto in linea con la bibliografia.

I risultati ottenuti per il bacino Ile d’Epine sono coerenti con i valori medi riportati in letteratura.

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Un’analisi granulometrica dei fanghi sotto le strutture lamellari provenienti dalla camera di decantazione del bacino Ile d’Epine è stata condotta mediante laser da un laboratorio accreditato COFRAC. I risultati sono presentati nella Figura 3, che mette in evidenza le dimensioni molto piccole delle particelle intercettate:

  • 10% delle particelle sono inferiori a 3,5 µm,
  • 50% delle particelle sono inferiori a 19,2 µm, che corrisponde al diametro mediano,
  • 75% delle particelle sono inferiori a 44,4 µm,
  • 90% delle particelle sono inferiori a 98,4 µm.

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Figura 3

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La presenza di particelle talmente fini è dovuto alla ritenzione delle particelle più grosse a monte delle lamelle, nella camera di tranquillizzazione. L’intercettazione delle particelle fini risulta dal basso carico idraulico superficiale del decantatore lamellare. Tale carico idraulico è di 2,1 m/h per il flusso di trattamento di 267 l/s, ma la stragrande maggioranza delle piogge comporta flussi più inferiori, e quindi carichi idraulici superficiali molto inferiori, garantendo ottime prestazioni di intercettazione delle materie in sospensione. L’altezza delle celle è importante, e garantisce inoltre la velocità di passaggio degli effluenti tra il letto di fanghi e la parte inferiore delle celle senza riformazione dei fanghi precedentemente trattenuti.

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Sono stati inoltre analizzati i fanghi della camera di tranquillizzazione (Ile d’Epine) e alcune camere situate sotto le celle lamellari a nido d’ape; i risultati sono presentati nella Tabella 6.

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Parametri Metodo di analisi Unità Ile d'Epine
camera di tranquillizzazione
Ile d'Epine
camera di decantazione lamellare
Les Sablons
camera di decantazione lamellare
Materie secche  ISO 11465 (A)  % mass MB  75.6  29.7 50.1
DOC (omogeneizzato)  ISO 15705 (A) mg/kg MS 230 6'600 1'700
Indice idrocarburo
C10-C40
 EN ISO 16703 (A) mg/kg MS 700 1'600 560
Zinco  EN ISO 17294-2 (A) mg/kg MS 490 1'300 490
Cadmio  ISO 18287 (A)  mg/kg MS <0.5 0.5 <0.5
Piombo  ISO 18287 (A)  mg/kg MS 16 65 37
Somma degli IPA  ISO 18287 (A) mg/kg MS 0.77 5.3 0.16

Tabella 6: Agenti inquinanti presenti nei fanghi dei due decantatori lamellari

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Si constata una percentuale di materie secche in entrata del bacino di Ile bacino di spina superiore che in uscita. Ciò si spiega con il fatto che le particelle più grosse decantano nel bacino prima delle particelle più piccole, che presentano generalmente una secchezza inferiore.

Si constata inoltre una proporzione molto maggiore di agenti inquinanti (DOC, idrocarburi, metalli e PAH) trattenuti per chilogrammo di materia secca nella camera di decantazione lamellare sotto le celle rispetto alla camera di tranquillizzazione. La spiegazione risiede nella fissazione di tali sostanze sulle particelle di dimensioni più piccole.

I fanghi provenienti dalle camere di decantazione lamellare si rivelano molto più inquinati nel bacino idrografico di Ile d’Epine che in uello di Les Sablons, con concentrazioni di DOC e idrocarburi da 3 a 4 volte superiori e fino a 30 volte per i PAH, senza alcuna vera spiegazione, se non forse gli apporti più importanti di idrocarburi.

2 - Operazioni di attività delle strutture

I bacini costruiti lungo l’autostrada sono facilmente accessibili, con la possibilità di stazionare l’idropulitrice nelle vicinanze dei decantatori.

L’acqua presente sotto la superficie dei bacini viene pompata e evacuata nell’ambiente. Le analisi realizzate dimostrano la buona qualità di queste acque decantate (cfr. Tabella 7).

Parametri Metodo di analisi Unità Acqua pulita Les Sablons
MES "SS"  EN 872 (A) mg/L  <5
DOC (omogeneizzato)  ISO 15705 (A) mg/L <15
Indice idrocarburo C10-C40  EN ISO 9377-2 (A) mg/L <0.05
Zinco  EN ISO 17294-2 (A)  μg/L <50
Cadmio  EN ISO 17294-2 (A) μg/L <1.5
Piombo  EN ISO 17294-2 (A) μg/L <10
Conduttività  EN 27888 (A) μS/cm 170
pH 7.4 → 14.5°C

Tabella 7: Analisi dei rifiuti in acqua pulita del bacino Les Sablons

I fanghi vengono aspirati da un camion di svuotamento, poi le celle lamellari vengono pulite da una lancia ad alta pressione (cfr. Figura 4). La durata di questo intervento è di circa due ore, o circa mezza giornata per bacino con lo svuotamento e il riempimento di acqua pulita.

Le operazioni di manutenzione di queste strutture dotate di celle lamellari a nido d’ape sono state eseguite in ottime condizioni, con una notevole efficienza nella pulizia degli alveoli di decantazione e una durata d’intervento ritenuta efficace dai soggetti interessati presenti al momento di queste operazioni, tenuto conto delle dimensioni delle strutture.

Si noti che il controllo regolare di queste opere, con regolari ispezioni visive e misurazioni dell’altezza dei fanghi, è la chiave per garantire il buon funzionamento al costo più basso e le alte prestazioni delle strutture.

Conclusione e prospettive

Lo studio di riabilitazione dei bacini di Ile d’Epine e Les Sablons ha permesso di ottenere una soluzione su misura adatta alla configurazione di ciascun bacino. Le apparecchiature di questi bacini sono state ottimizzate con un carico idraulico superficiale inferiore a 3 m/h.

I bacini sono stati attrezzati nel 2012. Dopo 2 anni di funzionamento, le strutture sono state svuotate e sono stati effettuati dei prelievi.

Le analisi evidenziano una granulometria molto piccola per il bacino d’Ile d’Epine (d50= 19,2 µm), il che indica una buona efficienza del bacino di decantazione trasformato in decantatore lamellare.

La ristrutturazione di opere dell’ingegneria civile consente il riutilizzo delle infrastrutture esistenti, pur migliorando sensibilmente le loro prestazioni. Il rapporto costo/prestazioni è quindi ottimale.

Questi lavori e il monitoraggio effettuato ci hanno permesso di tracciare nuove piste di sviluppo, al fine di facilitare ulteriormente il funzionamento e la manutenzione di tali strutture interrate.

Bibliografia

CLT12, gestion et traitement des eaux pluviales. Editions Techni.Cités

Riabilitazione di strutture esistenti in calcestruzzo

Numerose strutture in calcestruzzo sono presenti da diversi decenni sulle reti delle acque piovane. Queste strutture non soddisfano più alle norme attuali e sono quindi obsolete. Con la tecnologia che vi proponiamo, queste strutture possono, in alcuni casi, essere riabilitate per rispondere alle nuove esigenze.

Caratteristiche

In base alle caratteristiche idrauliche e geologiche, vi sarà trasmessa una proposta tecnica al fine di soddisfare le norme di scarico.

In molti casi, si opta per la decantazione lamellare in controcorrente su struttura lamellare. Questo processo assicura una decantazione perfettamente controllata tramite un flusso perfettamente laminare. I fanghi sono catturati sui lati inferiori delle strutture a nido d’ape, e scivolano naturalmente verso i silos per i fanghi situati sotto le strutture lamellari.

Un sifone situato a valle della struttura permette di trattenere gli idrocarburi leggeri.

Décantation à contre-courants
Figura 1 : Decantatori a controcorrente

Studio e progettazione

Le seguenti figure rappresentano una struttura in calcestruzzo rimessa a nuovo con la tecnologia "decantazione lamellare in controcorrente". La dimensione del bacino idrografico è pari a 4,5 ettari con una zona a traffico di circa 20.000 veicoli/giorno. Il flusso di trattamento previsto è di 254 l/s.

Figura 2: Illustrazione 3D della rimessa a nuovo di un’opera esistente in calcestruzzo.
Figura 3: Deflusso idraulico prima della rimessa a nuovo.
Après réhabilitation
Figura 4: Deflusso ottimizzato dopo la rimessa a nuovo.
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