Comprensione e monitoraggio di un processo continuo di precipitazione di composti metallici in acque reflue industriali mediante analisi delle componenti principali

The objective of the study is to understand and monitor the progress of a process for the removal of dissolved metallic compounds from industrial wastewater using water in supercritical conditions. This process belongs to Circular Materials s.r.l., which holds the patent for it. To carry out the exploratory data analysis, process variables useful for monitoring were identified through engineering judgment, particularly those related to flow rates, temperatures, and pressures. The initial part of the analysis involved visualizing the trend of each variable over time throughout the entire process. This allowed for the identification of different process phases in relation to the operational stage of the plant, specifically the washing phase, metal removal phase, and transition phase (transition state between the first two phases). Regarding the metal removal phase, multivariate latent variable models were developed to study the correlation of variable trends and to verify the presence of any process drifts, which were absent in the first experimental campaign. However, during the second campaign, there was a malfunction in pump P2, which caused a significant drift in the pump flow rate, leading to a process interruption. Finally, an analysis was conducted on each of the experimental campaigns performed on the plant, in order to identify a correlational structure among the considered variables. The analyses revealed a slight difference between the correlational structures of the two experimental campaigns, with a linear compatibility of 71.05% according to Pearson’s index. Despite this, the analyses show that in both campaigns, the most influential variables in the first principal component are those related to temperatures, while in the second principal component, pressure contributions prevail. It is observed, therefore, that most of the data variability is correlated to process temperature and pressure, which are fundamental variables for the chemical reaction on which the process is based.

L’obiettivo dell’Elaborato è di comprendere e monitorare l’andamento di un processo di abbattimento di composti metallici disciolti all’interno di reflui acquosi industriali mediante l’impiego di acqua in condizione supercritica. Questo processo è di Circular Materials s.r.l., che ne detiene il brevetto. Per effettuare l’analisi esplorativa dei dati si sono identificate mediante giudizio ingegneristico le variabili di processo utili ai fini del monitoraggio, in particolare quelle relative alle portate, alle temperature e alle pressioni. La parte iniziale dell’analisi ha coinvolto la visualizzazione dell’andamento di ciascuna variabile nel tempo durante l’intero processo. Ciò ha permesso di identificare diverse fasi di processo in relazione allo stadio operativo dell’impianto, ovvero le fasi di lavaggio, rimozione metalli, transizione (stato di transizione tra le prime due fasi). Per quanto riguarda la fase di rimozione dei metalli, si sono sviluppati modelli multivariati a variabili latenti per lo studio correlativo dell’andamento delle variabili e per la verifica della presenza di eventuali derive di processo, assenti per quanto riguarda la prima campagna sperimentale, mentre nella seconda campagna vi Ë stato un malfunzionamento della pompa P2, il quale ha causato un’importante deriva della portata della pompa che ha portato all’interruzione del processo. Infine, è stata condotta un’analisi su ciascuna delle campagne sperimentali fatte sull’impianto, al fine di identificare una struttura correlativa tra le variabili prese in considerazione. Dalle analisi effettuate si Ë evidenziata una leggera differenza tra le strutture correlative delle due campagne sperimentali, le quali presentano una compatibilità lineare del 71.05% secondo l’indice di Pearson. Nonostante ciò, le analisi rivelano che, in entrambe le campagne, le variabili più incidenti nella prima componente principale sono quelle relative alle temperature, mentre nella seconda componente principale prevalgono i contributi delle pressioni. Si osserva quindi che la maggior parte della variabilità dei dati Ë correlata alla temperatura e alla pressione di processo, le quali sono variabili fondamentali affinchè possa verificarsi la reazione chimica su cui si fonda il processo.