Sviluppo di "smart control strategies" per l'automazione di processo negli impianti a fanghi attivi

Negli ultimi decenni, la gestione intelligente degli impianti di trattamento delle acque reflue attraverso l'applicazione del controllo automatico, integrato con la tradizionale conduzione degli impianti stessi, ha rappresentato una tematica di grande attualità. Infatti, da un lato, il quadro normativo vigente impone ai gestori degli impianti di depurazione il raggiungimento di elevati rendimenti di rimozione degli inquinanti, dall’altro, la riduzione dei costi associati al trattamento è un obiettivo degli operatori del settore conseguibile attraverso la riduzione dei consumi energetici. Nel caso di impianti di trattamento delle acque reflue a fanghi attivi convenzionali, la fornitura di aria nel comparto biologico può rappresentare fino al 75% del consumo energetico totale. Per questo motivo, l'attenzione della comunità scientifica si è rivolta soprattutto al controllo di questo processo. Anche se negli ultimi decenni sono state studiate e sviluppate differenti tipologie di strategie di controllo, le applicazioni alla scala reale sono ancora relative ai soli impianti di media-grande taglia e inoltre, sono generalmente limitate alle tipologie più semplici di controllori. Si tratta essenzialmente di controllori in retroazione di tipo Proporzionale Integrale a setpoint costante di ossigeno disciolto, indipendente dalle effettive condizioni di carico. Poiché però il processo a fanghi attivi è non lineare ed è caratterizzato da un’elevata complessità, generalmente non è possibile ottenere elevate prestazioni applicando semplici forme di controllo automatico. In questo contesto, il lavoro di ricerca descritto nella tesi ha riguardato lo studio dei risultati ottenibili tramite l’utilizzo di una strategia innovativa per il controllo della fornitura di aria basata sulla logica fuzzy precedentemente brevettata. In particolare, l’obiettivo della ricerca è quello di confrontare l’applicazione del suddetto algoritmo di regolazione con strategie di controllo di processo standard. Il confronto viene effettuato sia in fase di simulazione che per un caso di implementazione presso un impianto di grandi dimensioni in Italia, affrontando in questo modo la problematica da un duplice punto di vista. Le simulazioni sono state condotte con l’utilizzo dei software Matlab/Simulink e GPS-X. Inoltre, poiché in letteratura non sono disponibili informazioni organiche relativamente alla diffusione del controllo automatico di processo presso gli impianti di trattamento delle acque reflue in Italia, è stata svolta un’indagine conoscitiva sul tema basata sulle risposte di 50 gestori, per un totale di 1.555 impianti gestiti.