Criteri per una corretta gestione dei fanghi di depurazione

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1 Criteri per una corretta gestione dei fanghi di depurazione Giuseppe Mininni Cnr Istituto di Ricerca Sulle Acque Via Reno, Roma mininni@irsa.cnr.it

2 Impianto di Amburgo

3 Effluente trattato Schema tipico di impianto di depurazione Acqua di scarico 250 L/ab giorno Sedimentatore primario Vasca di aerazione Sedimentatore secondario Fanghi primari 48 g/ab giorno 1,6 L/ab giorno Fanghi secondari 32 g/ab giorno 3,2 L/ab giorno Produzione totale di fanghi grezzi 80 g/ab giorno Produzione volumetrica di fanghi grezzi 4,8 L/ab giorno

4 Caratteristiche dei fanghi primari Parametro Intervallo Valore più frequente Quantità prodotta (g/ab anno) Solidi sospesi (kg/m 3 ) Solidi volatili (% di solidi sospesi) Densità del secco (kg/m 3 ) Densità del tal quale (kg/m 3 ) Potere calorifico (kcal/kg solidi secchi) BOD 5 /solidi volatili 0,5-1,1 COD/solidi volatili 1,2-1,6 N/solidi volatili 0,02-0,06 N (% di solidi secchi) 1,5-5 2,5 P come P 2 O 5 (% di solidi secchi) 0,5-2,8 1,6 K come K 2 O (% di solidi secchi) 0-1 0,4 ph Acidi volatili come acido acetico (mg/l)

5 Caratteristiche dei fanghi attivi Parametro Intervallo Valore più frequente Quantità prodotta (g/ab anno) Solidi sospesi (kg/m 3 ) Solidi volatili (% di solidi sospesi) Densità del secco (kg/m 3 ) Densità del tal quale (kg/m 3 ) Potere calorifico (kcal/kg solidi secchi) COD/solidi volatili 2,2 N (% di solidi secchi) P come P 2 O 5 (% di solidi secchi) K come K 2 O (% di solidi secchi) 0,5-0,7 ph 6-8

6 Concentrazione di metalli nei fanghi urbani Metallo Intervallo (mg/kg solidi secchi) Concentrazione tipica (mg/kg solidi secchi) Arsenico 0, Cadmio Cobalto Cromo Rame Piombo Mercurio Manganese Molibdeno Nickel Stagno Titanio Vanadio Zinco

7 Trattamenti tipici dei fanghi Ispessimento a gravità, a flottazione o mediante centrifuga Stabilizzazione biologica aerobica o anaerobica Nella digestione anaerobica si produce biogas (0,8-0,9 Nm 3 /kg di sostanza organica abbattuta) composto per il % di metano e per il % di anidride carbonica) Condizionamento chimico e disidratazione meccanica

8 Alternative sul destino finale dei fanghi di depurazione Utilizzazione agricola (D. lgs. 99/92): Limiti sulle concentrazioni di Cd, Cu, Hg, Ni, Pb e Zn nei fanghi e nel suolo; Caratteristiche agronomiche: Carbonio organico (>20 %), fosforo (>0,4 %) e azoto (>1,5 %). Caratteristiche microbiologiche: Salmonella <1000 MPN/g SS). Dosaggi massimi di fango: 15 t/ha di sostanza secca in tre anni. Scarico controllato (D. lgs. 36/03 e D.M. 3 agosto 2005): Concentrazione minima di sostanza secca: 25 % in peso; Potere calorifico inferiore massimo: kj/kg dall 1/1/2007; Concentrazione massima di PCB e diossine e furani (TE): e 2 μg/kg, rispettivamente; Conformità con il test dell eluato: DOC massimo 80 mg/l.

9 Quantità presenti e future di fanghi urbani utilizzati e smaltiti nell Unione Europea 10 3 t/anno % 103 t/anno % 10 3 t/anno % 10 3 t/anno Riciclaggio Incenerimen Smaltimento in discarica Totale %

10 Obiettivi nell adeguamento degli impianti Massimizzare la utilizzazione agricola o il recupero di fanghi con caratteristiche idonee; Garantire lo smaltimento dei fanghi in condizioni di sicurezza e con processi sostenibili, quando non sia possibile il loro recupero; Privilegiare l adozione di soluzioni flessibili, soprattutto per i grandi impianti.

11 Intervallo dei costi del trattamento/smaltimento Uso su suolo agricolo /t secco Essiccamento termico /t secco Incenerimento /t secco Scarico controllato /t secco

12 Richiesta annuale di nutrienti per le principali colture e dosaggi di fango Coltura Richiesta di nutrienti Dosaggi di fango Azoto P 2 O 5 K 2 O Azoto Fosforo Orzo ,4 3,0 Mais (granella) ,1 4,6 Riso ,8 2,8 Soia ,8 3,0 Barbabietola ,6 3,9 Frumento ,4 3,7 Broccoli ,7 1,4 Cavolo ,4 3,0 Sedano ,9 7,6 Patata ,8 5,3 Pomodoro ,8 3,7 Mele ,1 2,1 Uva ,5 2,1 Arance ,5 1,8 Pesche ,8 1,8 Erbamedica ,0 3,7

13 Prospettive future per l utilizzazione agricola (Documento ENV.E.3/LM aprile 2000) Nella documento della Commissione Europea sono previsti limiti più severi per le concentrazioni di metalli pesanti nei fanghi (anche in riferimento al P) e nel suolo; Nuovi limiti su alcuni microinquinanti organici (AOX, LAS, dietilftalati, nonilfenoli, IPA, PCB, diossine e furani); Adozione di processi spinti di disinfezione Validazione dei processi al fine di garantire una riduzione di Salmonella Seftenberger W 775 e di Escherichia Coli di 6 Log. Il fango trattato deve essere esente da Salmonella spp. È ammessa una presenza massima di Escherichia Coli di 500 CFU/g.

14 Metallo Valori massimi di concentrazione di metalli pesanti nei fanghi destinati all utilizzazione Valore limite D. lgs. 99/92 (mg/kg SS) Documento Commissione (mg/kg SS) (mg/kg P) Cadmio Cromo Rame Mercurio Nichel Piombo Zinco

15 Valori massimi di concentrazione di metalli pesanti nei suoli destinati all utilizzazione dei fanghi Metallo Valore limite D. lgs 99/92 (mg/kg SS) Valori limite del documento Commissione (mg/kg SS) 5 ph<6 6 ph< 7 ph 7 Cadmio 1,5 0,5 1 1,5 Cromo Rame Mercurio 1 0,1 0,5 1 Nichel Piombo

16 Processi avanzati di stabilizzazione/disinfezione 1 Essiccamento termico, assicurando che la temperatura delle particelle di fango sia più elevata di 80 C con conseguente riduzione del contenuto d acqua a valori inferiori al 10 %; Stabilizzazione aerobica termofila a temperatura di almeno 55 C per 20 ore in discontinuo, evitando il mescolamento e lo scarico nel corso del trattamento; Digestione anaerobica termofila a temperatura di almeno 53 C per 20 ore in discontinuo, evitando il mescolamento e lo scarico nel corso del trattamento; 1 Il processo deve essere inizialmente validato in riferimento all abbattimento della Salmonella Senftenberg W 775 che deve essere pari ad almeno 6Log 10. Il fango trattato non deve contenere Salmonella spp in 50 g di peso secco ed il trattamento deve comunque essere idoneo a raggiungere un abbattimento di almeno 6Log 10 di Escherichia Coli che può essere presente in concentrazione non superiore a 500 CFU/g

17 Processi avanzati di stabilizzazione/disinfezione Trattamento termico del fango liquido per almeno 30 minuti a 70 C seguito da digestione anaerobica a 35 C con tempo di permanenza di almeno 12 giorni; Condizionamento con calce in modo da raggiungere un ph di almeno 12 e mantenendo la temperatura di almeno 55 C per due ore; Condizionamento con calce in modo da raggiungere e mantenere un ph di almeno 12 per tre mesi.

18 Elenco dei trattamenti convenzionali Stabilizzazione aerobica termofila a temperatura di 55 C per un tempo pari ad almeno 20 giorni; Digestione anaerobica termofila a temperatura di 53 C per un tempo pari ad almeno 20 giorni; Condizionamento con calce assicurando un omogeneizzazione di fango e calce. La miscela deve raggiungere un ph pari a 12, che deve essere mantenuto per un periodo compreso fra 12 e 24 ore; Digestione anaerobica mesofila a temperatura di 35 C con un tempo di permanenza pari ad almeno 15 giorni; Aerazione prolungata, a temperatura ambiente, in discontinuo, evitando ogni mescolamento o scarico nel corso del trattamento; Stabilizzazione aerobica prolungata, a temperatura ambiente (la durata del trattamento è fissata dall autorità di controllo che tiene in considerazione le condizioni climatiche locali); Stoccaggio del fango liquido a temperatura ambiente in discontinuo, evitando ogni mescolamento o scarico nel corso del trattamento. Tale trattamento deve conseguire un abbattimento pari almeno a 2Log 10 di Escherichia Coli.

19 Usi consentiti con i trattamenti avanzati Terreno da pascolo Colture da foraggio Terreno arato Tipologia di coltura Colture da frutta o vegetali che crescono a contatto del terreno Colture da frutta o vegetali che crescono a contatto del terreno e sono consumate crude Alberi da frutta, viti, piantagioni d alberi da biomassa e riforestazioni Parchi, aree verdi, giardini cittadini, ogni area urbana con accesso del pubblico (a condizione che il fango sia ben stabilizzato e privo d odori) Recupero di terre marginali

20 Usi consentiti con i trattamenti convenzionali Tipologia di coltura Terreno da pascolo (solo mediante iniezione profonda ed impedendo il pascolo nelle sei settimane successive all applicazione. Tale limite temporale è fissato in 5 settimane nel vigente D. lgs. 99/92) Colture da foraggio (deve essere impedito il raccolto nelle sei settimane successive allo spandimento. Tale limite temporale è fissato in 5 settimane nel vigente D. lgs. 99/92) Terreno arato (ma solo mediante iniezione profonda o un immediata aratura) Colture da frutta o vegetali che crescono a contatto del terreno (nessun raccolto è consentito per 12 mesi dopo lo spandimento) Colture da frutta o vegetali che crescono a contatto del terreno e sono consumate crude (Nessun raccolto è consentito per 30 mesi dopo lo spandimento. Tale limite temporale è fissato in 10 mesi nel vigente D. lgs. 99/92) Alberi da frutta, viti, piantagioni d alberi da biomassa e riforestazioni (mediante iniezione profonda. Deve essere impedito l accesso al pubblico per 10 mesi dopo lo spandimento) Recupero di terre marginali (Deve essere impedito l accesso al pubblico per 10 mesi dopo lo spandimento)

21 Valori massimi di concentrazione di microinquinanti organici nei fanghi (Documento Commissione) Classe di composti Limite di concentrazione (mg/kg secco) Somma dei composti organici alogenati (AOX) 500 Alchilbenzeni solfonati lineari (LAS) Di(2-etilesil)ftalato (DEHP) 100 Nonilfenolo e nonilfenoloetossilato con 1 o 2 gruppi etossilici 50 Somma dei seguenti IPA: acenaftene, fenantrene, fluorene, fluorantene, pirene, benzo(b+j+k)fluorantene, benzo(a)pirene, benzo(ghi)terilene, indeno (1, 2, 3- c,d)pirene Somma dei composti PCB con numeri 28, 52, 101, 118, 138, 153, 180 PCDD/F 6 0,8 100 (ng/kg secco)

22 Separazione della gestione dei fanghi primari e secondari Alcuni dati di letteratura evidenziano che le concentrazioni di microinquinanti organici sono inferiori nei fanghi secondari (biologici) rispetto ai primari. I fanghi secondari sono, inoltre, più ricchi di nutrienti. I fanghi secondari si prestano perciò all utilizzazione agricola. I fanghi primari possono invece essere destinati all incenerimento in un impianto centralizzato a servizio di un ambito territoriale ottimale.

23 Caratteristiche di fanghi primari e secondari Fango primario Fango secondario Parametro Intervallo Valore tipico Intervallo Valore tipico Azoto (% SS) 1,5-5 2, ,5 Fosforo (% SS) 0,3-1,5 0,7 1,6-6,0 3 Solidi (% in peso) 2, ,5-1,5 1,0

24 I LAS CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH CH 2 CH 3 SO 3 - Na +

25 I LAS I LAS (alkil-benzen-solfonati lineari) derivati dalla solfonazione di alchinbenzeni lineari (LAB), sono detergenti anionici commercializzati sotto forma di miscele contenenti omologhi alchilici (C10 - C15) e fenil-isomeri, con una catena di lunghezza media di 12 atomi di C. I LAS sono usati comunemente nei prodotti per la pulizia, lavanderia, cosmetici, ecc.

26 I LAS Annualmente sono impiegate circa di tonnellate di LAS e t di LAE (alcoli lineari etossilati) sommando i consumi di USA, Europa occidentale e Giappone (Struijs and Stoltenkamp, 1994). Si è constatato che questi composti finiscono negli impianti di trattamento delle acque reflue e sono rimossi per il 95 % (Ward and Larson, 1989).

27 I LAS Altri autori riportano un efficienza di rimozione dei LAS dall acqua reflua del %, di cui il % associato ai fanghi (Brunner et al., 1988; De Henau et al., 1989), con concentrazioni corrispondenti pari a mg/kg SS. Altri studi indicano che la concentrazione dei detergenti nei fanghi può variare nell intervallo mg/kg SS (McEvoy et al., 1987 ).

28 Dati di letteratura concentrazione LAS (mg/kg SS) Media Mediana Minimo Massimo Austria (studio Icon, 2001) Germania (studio Icon, 2001) Danimarca (studio Icon, 2001) Spagna (studio Icon, 2001) Finlandia (studio Icon, 2001) Italia (studio Icon, 2001) Regno Unito (studio Icon, 2001) USA (studio Icon, 2001) Di Corcia et al. (1994) Ruitz Bevia et al. (1989) Holt e Bernstein (1992)

29 Campionamenti Irsa (mg/kg SS) Campionamenti IRSA Fango primario Fango secondario Fango digerito Impianto Roma Nord (MBAS) Impianti in Puglia (LAS)

30 Processo di essiccamento/incenerimento

31 Consumo metano in un processo integrato

32 Produzione fumi processo integrato incenerimento Nm 3 /h

33 Concentrazione solidi fango alimentazione forno in funzione concentrazione fango dopo disidratazione meccanica

34 Produzione energia elettrica per un impianto a servizio di abitanti

35 Conclusioni 1. In funzione della disciplina in materia di scarico controllato e dei crescenti timori relativi ai possibili effetti dannosi dell utilizzazione agricola (presenza di microinquinanti organici e aspetti igienico-sanitari), il trattamento dei fanghi deve essere impostato con criteri diversi rispetto al passato.

36 Conclusioni 2. Il trattamento deve essere strettamente connesso allo destino finale, che richiede appunto specifiche caratteristiche affinché lo smaltimento e/o l utilizzo avvengano nel rispetto delle prescrizioni normative ed in conformità con i criteri specifici di ciascuna attività (bilanciamento dei nutrienti per l utilizzazione agricola, sostenibilità tecnico/economica del processo d incenerimento).

37 Conclusioni 3.Lo smaltimento in discarica potrebbe essere presto interdetto in quanto deve essere rispettato fra gli altri limiti quello sul DOC dell eluato (valore limite di 80 contro valori osservati > mg/l). 4.La separazione del trattamento dei fanghi primari e secondari può consentire di risolvere il problema garantendo una gestione flessibile dei fanghi di depurazione: i fanghi secondari appaiono particolarmente adatti all utilizzazione agricola mentre i fanghi primari possono essere inceneriti con impianti notevolmente compatti e di trascurabile impatto ambientale.