Area di progetto classe 3°B Elettrotecnica e Automazione - ITIS G.Marconi - Cagliari

Filtrazione con filtri a sabbia

Il filtro a gravità con letto filtrante granulare è tra i filtri più comuni impiegati nei trattamenti idrici, in questo settore si asportano i fiocchi non sedimentati/sedimentabili ancora presenti nell'effluente dei chiariflocculatori, contribuendo in tal modo alla riduzione della torbidità dell'acqua.

Il settore filtri a sabbia del potabilizzatore di Simbirizzi è stato progettato secondo il seguente schema.
L'impianto è dotato di due batterie di 6 filtri rapidi a sabbia funzionanti a gravità.

Ogni filtro in esercizio, nell'arco di un periodo di 24-48 ore attraversa degli stadi caratteristici:
- la filtrazione;
- il controlavaggio 
che vengono attivati quando le condizioni lo richiedono. 

(a) Ciclo di filtrazione
L'acqua in ingresso a ciascun filtro viene regolata da una valvola automatica on/off che è aperta nella fase di filtrazione. All'interno dei filtri si trova un letto filtrante costituito da uno strato di 800 mm di sabbia silicea avente una granulometria di 0.9 mm, supportato da 3 strati di mm 100 ognuno e 1 strato di fondo da 150 mm di granulato avente granulometria differenziata da 2,5 a 40 mm, per una altezza totale del mezzo filtrante di 1,25 mt.
L'acqua passa attraverso ciascun filtro con moto discendente e confluisce nel sistema di raccolta/distribuzione, attraverso il sistema di diffusori montati sulle piastre di fondo che supportano il letto filtrante.

Regolazione dei filtri nel ciclo di lavoro
Il sistema di regolazione è del tipo a portata costante e a compensazione dell'intasamento. Tale regolazione avviene sulla tubazione di uscita di ciascun filtro e consiste in una valvola a farfalla la cui apertura è controllata da un misuratore di perdite di carico. Al filtro pulito corrisponderà una perdita di carico bassa e una valvola di regolazione parzialmente aperta. Con il procedere della filtrazione, le sostanze in sospensione si accumulano nel mezzo filtrante e la perdita di carico tende ad aumentare. Tale aumento viene segnalato ad un regolatore che apre ulteriormente la valvola e ristabilisce i valori iniziali di perdita di carico. Ciò assicura una portata costante su tutti i filtri.

(b) Ciclo di controlavaggio
Avviato il ciclo di controlavaggio, secondo le procedure descritte al successivo sottopunto, si avrà la chiusura della valvola di immissione dell'acqua grezza e qualche secondo più tardi quella della valvola di scarico dell'acqua filtrata. Solo adesso si ha l'immissione dell'aria e dell'acqua di controlavaggio.
Questa operazione viene effettuata in due stadi:
- il primo stadio è rappresentato dal passaggio attraverso il filtro di aria compressa con un carico di 35 - 40 m³/m²xh con alimentazione dal basso, per 7-10 minuti.
- Il secondo stadio consiste nel lavaggio con acqua, con un carico di 25 m³/m²xh anch'esso in controcorrente, per 8-10 minuti.
L'acqua di controlavaggio è prelevata da un apposito bacino di 500 m³, sottostante alla stazione di filtrazione e facente parte del serbatoio di accumulo dell'acqua trattata. Il sollevamento da questo bacino avviene tramite due pompe centrifughe. L'immissione dell'acqua di controlavaggio in modo omogeneo sul fondo del filtro e realizzata attraverso un apposito sistema di diffusori, che nella fase di filtrazione raccoglie l'acqua prodotta. L'acqua di controlavaggio essendo chiusa l'immissione dell'acqua grezza, sale di livello fino a stramazzare in canalette trasversali poste più in alto del livello max di filtrazione. Le canalette si raccordano tutte al collettore di raccolta acque di lavaggio. L'aria necessaria nel primo stadio di controlavaggio per la rottura di eventuali grumi di solidi viene fornita attraverso un apposito collettore da un compressore rotativo.

Regolazione dei filtri in fase di controlavaggio
Il ciclo di controlavaggio può essere avviato in tre modi:

- Automaticamente da un segnale di massima perdita di carico
Il progressivo intasamento del filtro determina un aumento delle perdite di carico. Quando la perdita di carico raggiunge un valore preimpostato, il regolatore della valvola di scarico trasmette un consenso ad un PLC che immediatamente inizia le operazioni di controlavaggio. Questa metodica garantisce un acqua di elevata qualità ma richiede un maggiore controllo rispetto le seguenti. 

- Automaticamente da un temporizzatore
In questo caso è il temporizzatore proprio di ogni filtro che trasmette alla fine di ogni ciclo di filtrazione (24/36/48 ore) il consenso al PLC

- Manualmente
- Si procede manualmente ogni qual volta necessiti a completa discrezione dei conduttori. 

Schema di funzionamento dei filtri a sabbia

1. Fase di filtrazione
l'acqua chiarificata viene filtrata attraversando il letto di sabbia. Successivamente viene inviata alla vasca d'accumulo acqua potabile, dove avviene la disinfezione finale.

2. Intasamento letto filtrante
Il letto filtrante nel suo esercizio si intasa, risulta pertanto utile un misuratore di pressione differenziale tra la parte superiore e inferiore del filtro che sia in grado di segnalare il progressivo intasamento, a questo corrisponde un innalzamento dello strato d'acqua da filtrare.

3. Controlavaggio ad aria
La prima fase di lavaggio del filtro avviene con l'immissione controcorrente di aria in pressione, questo permette si smuovere il letto filtrante, e al suo interno separare le parti filtranti da quelle intasanti.

4. Controlavaggio ad acqua
La seconda parte del lavaggio, consiste nell'immissione controcorrente di acqua in pressione, questa ripulirà il letto filtrante. Il residuo del lavaggio tracimerà nelle apposite canale e verrà inviato nel bacino di raccolta acque di lavaggio.

5. Controlavaggio ad aria/acqua
Straordinariamente, se le condizioni del filtro lo richiedono, si può effettuare anche un lavaggio misto aria/acqua, azione più energica delle precedenti. 


Il PLC regola le fasi di controlavaggio nel modo seguente:

1. Chiusura valvola ingresso acqua grezza 2. Parziale svuotamento dell'acqua contenuta nel filtro 3. Chiusura pneumatica valvola di uscita  4. Apertura valvola aria 5. Avviamento compressore 6. Trascorso un tempo prestabilito chiusura della valvola e arresto del compressore. 7. Avvio in sequenza delle pompe di lavaggio 8. Apertura valvola di ingresso acqua di lavaggio condizionata dal raggiungimento di una predeterminata pressione d'esercizio. 9. Trascorso un tempo prestabilito arresto delle pompe e chiusura della valvola uscita acque di scarico. 10. Apertura valvola di ingresso. 11. Apertura graduale valvola uscita filtrato, mediante il dispositivo di "avvio lento" 12. Filtro in esercizio

Davanti a fenomeni di guasti o malfunzionamenti al sistema pneumatico è possibile intervenire sulle valvole a controllo manuale:
* Per drenaggio filtri 
* Per intercettazione acqua di lavaggio 
* Saracinesche di sezionamento da porsi sulla mandata delle pompe.

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