Filtropresse per fanghi: come si dimensionano

Abbiamo appena detto che la filtropressa per fanghi è una macchina il cui scopo è appunto quello di provvedere alla disidratazione dei fluidi (più comunemente chiamati fanghi) di origine civile ed industriale o di processo.

Considerazioni generali

A differenza degli altri apparati usati in ambito industriale (nastropressa, centrifuga, ecc..), il filtropressa ha la caratteristica di essere una macchina discontinua, ovverosia durante la fase di filtrazione viene processato un volume finito di fango o più in generale di fluido da disidratare.

Già da questa differenza, non ha un fondamento reale parlare di portata oraria processata, ma bisognerebbe parlare di portata per fase di filtrazione.

Il dimensionamento della filtropressa per fanghi viene fatto una volta che si conoscono le caratteristiche di filtrabilità del fango da processare ed in base a tale dato a ritroso si risale al volume filtrante che la macchina deve mettere a disposizione per smaltire una certa portata.

Le caratteristiche di filtrabilità del fango possono variare tantissimo tra un tipo e l’altro ed in generale solamente una prova di laboratorio può fornire questi dati. Laddove non sia possibile condurre queste prove (si pensi ad esempio al caso in cui si sta progettando un impianto) ci si affida all’esperienza del costruttore o si va per analogia con altri casi simili.

Ci sono casi in cui la filtrazione dura 3 o 4 ore (ad esempio fanghi biologici), altri in cui si trattano gli inerti o fluidi molto pesanti (ad esempio pastello di piombo) in cui il ciclo è velocissimo (15/20 minuti) o altri casi ancora in cui in processi industriali particolari di concentrazione il ciclo può durare anche 7/8 ore ed infine altri cicli più corti 1,5-2 ore se pensiamo ad esempio ai casi di fanghi contenenti idrossidi di alluminio.

La filtrabilità del fango è dunque il dato cardine dal quale partire per arrivare al dimensionamento del filtropressa.

Gli altri parametri che bisogna considerare per eseguire un corretto dimensionamento sono:

  • Portata oraria di fango da processare
  • % di solido secco contenuto nel fango
  • Densità del fango in ingresso
  • Numero di h/giorno di funzionamento del filtropressa
  • Grado di automazione desiderato (automatico, manuale)

Con questi dati, è possibile procedere ad un bilancio di massa per dimensionare correttamente il filtropressa per il processo scelto.

Procedura di dimensionamento filtropresse per fanghi

Vediamo questo esempio:

  • Portata orario di fango in ingresso: 1.25 mc/h
  • 3% SS di sostanza solida nel fango
  • Densità fango in ingresso: 1.1 Kg/dmc
  • Ore di produzione del fango: 8 h/day

Qf in = 1.25 mc/h*8h/day = 10 mc/day – portata giornaliera di fango da smaltire.

Pf in = 10 mc/day*1.1 Kg/dmc = 10 mc/day*1100 Kg/mc = 11000 Kg/day fango

Di questo fango, il contenuto in solido è il 3%

Pf SS = 11000 Kg/day * 3% = 330 Kg/day di fango

Mentre il restante è frazione liquida.

Riassumendo:

Pf in = 11000 Kg/day di cui: Pf SS = 330 Kg/day + Pf L = 10670 Kg/day.

Supponiamo che la densità in uscita del fango che si riesce ad ottenere con il processo di filtrazione, sia del 30%.

Con un semplice bilancio di massa, abbiamo che il contenuto solido trovato al passo precedente, ora rappresenta il 30% in massa (lo ritroviamo nel panello):

Pp out = 330 Kg/day / 30% = 1100 Kg/day

Riassumendo, il panello (o la torta) è così composto:

Pp out = 1100 Kg/day di cui PSS = 330 Kg/day, mentre PL out = 770 Kg/day

Se assumiamo (o con calcolo o in seguito a prove sperimentali) che la densità del panello di scarico sia pari a 1,4 Kg/dmc, otteniamo il volume del panello:

1100 Kg/day / 1.4 Kg/dmc = 785.7 dmc/day

Il filtropressa deve smaltire in un giorno un volume di panello pari a 785.7 dmc.

Supponiamo che l’impianto di filtrazione funzioni per 8 h/day e che un processo di filtrazione (comprensivo di riempimento, filtrazione, apertura e vari optional) duri 4 h:

nf = 8 h/day / 4h/filtrata = 2 filtrate/day

Vf = 785,7 dmc/2 = 392.85 dmc (volume del filtropressa).

Il volume del filtropressa per fanghi deve essere quindi di circa 393 dmc.

A questo punto è necessario trovare dimensione e numero delle piastre filtranti, tenendo a mente il processo in cui questa macchina andrà inserita.

Determinazione del numero delle piastre nel filtropressa per fanghi

Prendiamo ad esempio una piastra filtrante di dimensione 1000×1000 – camera spessore 25 mm.

Ecco i dati di questa piastra:

Vp = 19.7 dmc (volume della camera filtrante)

Sp = 153.1 dmq (superficie filtrante)

Il numero delle camere filtranti sarà:

nc = 393 dmc / 19.7 dmc = 19,94: 20 camere filtranti

Siccome n camere filtranti sono formate da n+1 piastre,

il filtropressa in questione sarà:

1000×1000 – camera 25 mm / 21 piastre filtranti.

Vf = 20 * 19.7 = 394 dmc (volume filtro)

Sf = superficie filtrante = 20 * 153.1 = 30,62 mq

Naturalmente questo è un esempio dove i parametri sono stati assunti a scopo semplificativo.

Considerazioni tecnico/economiche

Tuttavia si possono fare alcune considerazione di carattere sia tecnico che economico:

  • Aumentando il volume di ciascuna camera filtrante (ottenuta tra una piastra e quella adiacente) si otterrà un minor numero di piastre e quindi in generale una diminuzione di costi
  • Non è sempre però possibile fare questo, in quanto bisogna considerare la filtrabilità del fango: utilizzare una camera filtrante più piccola consente ad i fanghi più difficili (meno drenabili) di filtrare meglio.
  • Diminuendo il numero delle piastre, diminuisce anche la superficie filtrante totale e quindi appunto la filtrabilità del fluido.
  • E’ possibile ottenere lo stesso volume filtrante cambiando anche la taglia del filtropressa: anziché ad esempio un filtropressa 1000×1000 – camera 25 mm / 21 piastre, si potrebbe ottenere lo stesso volume con una macchina 800×800 – camera 25 mm / 34 piastre.
filtropressa-fanghi-dimensionamento

Questi dati dimensionali vanno poi incrociati con il grado di automatismo desiderato (semiautomatico – completamente automatico) ed appunto il tipo di processo ed optional disponibili; ma in generale il calcolo di massima che si può condurre per il dimensionamento del filtropressa è quello appena mostrato.

La cosa fondamentale è comunque capire che il dimensionamento del filtropressa per fanghi è un bilancio di massa.

In linea di calcolo, devo sempre considerare che la parte solida del fango in ingresso si concentrerà in uscita, con un panello (detto anche cake, o torta) che conterrà una più alta percentuale di solidi sospesi rispetto a quella in ingresso, mentre in scarico del filtrato avrò tendenzialmente solo la parte liquida.

Dunque, sommando la parte liquida di scarico del filtrato alla parte liquida contenuta nel cake, dovrò ottenere la parte liquida contenuta nel fango in ingresso, mentre la parte solida verrà trasferita completamente nel panello residuo.

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