LA CODIGESTIONE ANAEROBICA PER LA PRODUZIONE DI BIOGAS: L ESPERIENZA DEL DEPURATORE DI VIAREGGIO. Relatore: Ing. Giuseppe Vitiello

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1 LA CODIGESTIONE ANAEROBICA PER LA PRODUZIONE DI BIOGAS: L ESPERIENZA DEL DEPURATORE DI VIAREGGIO Relatore: Ing. Giuseppe Vitiello 1

2 Introduzione La co-digestione è un processo di stabilizzazione simultanea di due o più substrati Massimizzare la produzione di biogas Facilitazione nella gestione del rifiuto stesso Raggiungere una maggiore stabilità del processo biologico ( bilancio dei nutrienti, maggior capacità tampone del sistema) I diversi substrati dovrebbero essere combinati tra loro per garantire una ottimale distribuzione di: macronutrienti (C, N e P) ph e ambiente di reazione composti inibenti e tossici di sostanza organica più facilmente biodegradabile 2

3 Introduzione In Europa operano circa reattori di digestione anaerobica e la quasi totalità di essi è installata in impianti di depurazione di acque reflue ed è deputata al trattamento dei fanghi prodotti nel corso del processo depurativo (Mata et al., 2000) Per le caratteristiche della biomassa ( fanghi di depurazione) immessa in digestione, i reattori lavorano per lo più in condizioni di basso carico Diminuzione delle rese buona stabilizzazione della Bassi recuperi energetici componente biodegradabile (produzione di biogas e conseguentemente di energia elettrica e termica) In Europa vengono prodotti circa ton/d di rifiuti solidi organici ( Mata et al., 2000) a cui corrisponde una produzione energetica di MW elettrici e MW termici nel caso in cui si applichino gruppi di cogenerazione 3

4 Introduzione Sfruttare la FORSU quale fonte rinnovabile di energia Sfruttare strutture esistenti Sperimentazione presso il depuratore di Viareggio, frutto di collaborazione tra le Società SEA Acque- SEA PROGETTI- SEA Risorse e Università di Verona Valutare la fattibilità dell implementazione del processo di codigestione di fango di supero e FORSU nella linea fanghi del depuratore comunale di Viareggio in termini di aumento di produzione di biogas ottenibile 4

5 IL MODELLO VIAREGGIO 5

6 Esistenza di due soggetti imprenditoriali diversi, SEA per la raccolta dei rifiuti indifferenziati e SEA Risorse per la raccolta differenziata, che operano in una sana competizione per poter consentire di raggiungere i risultati per le raccolte differenziate previsti dalla norme vigenti ( 45% entro 31/12/008, 65 % entro 31/12/2012); Completa gestione da parte di Sea Risorse di tutte le attività necessarie ( raccolta, valorizzazione e trattamento delle frazioni recuperate, vendita dei prodotti) con conseguenti benefici per tutta la filiera; 6

7 Per quanto riguarda la raccolta differenziata, sostituzione della raccolta con cassonetti con raccolta porta a porta spinta, che ha raggiunto risultati oramai di interesse nazionale ( 72 % nel quartiere ex Campo di Aviazione); Per le frazioni secche, utilizzo di un apposto impianto di valorizzazione ( ricicleria) per migliorare la qualità ed il valore dei prodotti recuperati ( vetro, plastica, carta, cartone). 7

8 Per quanto riguarda gli impianti di trattamento, divisione della frazione umida in tre ulteriori linee, una che utilizza il digestore anaerobico per la produzione di biogas ( frazione putrescibile proveniente dalle mense e cucine), un altra che utilizza un impianto di compostaggio ( frazione verde da potature), una terza che recupera il materiale per l industria del legno o come biomassa ( legno, tronchi). 8

9 Questo modello di organizzazione consente sia di ridurre drasticamente la quantità di rifiuti da destinare allo smaltimento che di ridurre la quantità complessiva dei rifiuti prodotti. Infatti Viareggio, unico caso in Toscana, vede ridotta la propria produzione di Rifiuti progressivamente negli anni. Ciò anche per effetto di paralleli sistemi di raccolta differenziata destinati alle attività produttive che SEA Risorse ha attivato in questi anni. Ultimo, ma non per importanza, aspetto del modello Viareggio è costituito dai benefici occupazionali ( incremento occupazione di oltre 40 addetti) ed economici. SEA Risorse, unica società toscana con queste caratteristiche, chiude ogni anno i propri bilanci con utili significativi che le consentono di contribuire, tra l altro, al sostegno finanziario delle numerose iniziative culturali 9 e sociali della città.

10 Substrati I substrati introdotti in digestione su cui è stata condotta la sperimentazione sono: Fango di supero secondario da trattamento a fanghi attivi del depuratore di Viareggio Frazione organica da raccolta differenziata nel Comune di Viareggio 10

11 Pretrattamenti Prima di essere immesso in digestione il substrato FORSU subisce una serie di pretrattamenti per eliminare quelle frazioni che potrebbero portare a malfunzionamenti nel resto della linea fanghi dal digestore fino alla disidratazione residui di imballaggio scarti di molluschi (gusci) e altri inerti Impianto pilota fornito dall Università di Verona Triturazione primaria (rompisacchi) deferrizzazione vagliatura triturazione secondaria diluizione omogeneizzazione con fango di supero secondario 11

12 Caratteristiche Forsu I bilanci di massa condotti sull impianto pilota permettono di comprendere la buona qualità del rifiuto da trattare in termini di quantitativo di organico contenuto Parametro Valor Medio Dev.Std. FORSU conferita, kg/d Organico nel conferito, % ,5 3,9 Inerte nel conferito,% 11,5 3,9 FORSU alimentata al digestore, kg/d

13 Descrizione dei substrati Fango FORSU Alim. fango = 150 m 3 Alim. forsu = 2,278 ton Fango TS TVS TKN P tot U.M. g/kg %TS %TS %TS Media 26,08 69,09 4,88 1,78 FORSU TS TVS TKN P tot U.M. g/kg %TS %TS %TS Media 288,6 75,7 11,4 3,22 Aliment TS TVS TKN P tot azione U.M. g/kg %TS %TS %TS Media 30,3 67,8 5,42 2,42 13

14 Parametri monitorati Per entrambi i substrati GAS Portata In continuo 3-4 volte a settimana %CH 4 Ogni ora TS % CO 2 TVS COD TKN Ptot IN TS TVS COD TKN Ptot 3-4 volte a settimana OUT VFA TAC ph 2 volte a settimana Metodi Analitici per i fanghi IRSA-CNR

15 Risultati mc/d 0, , ,5 0, ,0 0, ,5 0, ,0 0, ,5 0, ,0 0, , , ,0 Andamento Andamento composizione della produzione percentuale specifica del biogas di biogas prodotto Andamento della produzione di biogas fango fango+forsu Q(m3/d) GP (m3/m3*d) 0,22 0,32 SGP (m3/kgtvs alimentati ) 0,21 0,26 ph 7,03 6,99 TAC (mg CaCO 3 /l) 2,58 2,35 VFA (mgcod( mgcod/l) , /05/ /06/ /06/ /07/ /08/ /08/ /09/ /09/ /10/ /11/2004 0,00000 CO2 ( %) 32,23 34,3 22/06/ /07/ /08/ /08/2004 CH4 co-dig. 10/09/ /09/ /10/ /11/2004 inalterata qualità del biogas prodotto produzione specifica in aumento processo stabile in entrambi i casi produzione giornaliera di biogas in aumento 15

16 Risultati Fango Fango+FORSU FORSU SGP (m3/kgtvsalim.) 0,21 0,26 0,54 Tale dato di produzione rileva una potenzialità di conversione a biogas relativamente alta del substrato Forsu,, inferiore però alle normali produzioni stimate in letteratura ( Rintala et al., 1996; Sosnowsky et al., 2003; Mata et al., 1999) pari a 0,77 m3/kgtvsalim kgtvsalim. Il calcolo che ha portato ad una produzione specifica di 0,54 m3/kgtvsalim kgtvsalim. è stato condotto mediando un periodo di funzionamento del processo che per la durata della sperimentazione può essere considerato di transizione E dunque ipotizzabile un ulteriore aumento della potenzialità specifica fino a valori di circa 0,8 m3/kgtvs una volta raggiunte le condizioni di equilibrio 16

17 Considerazioni Attualmente il quantitativo di organico proveniente da raccolta differenziata nel Comune di Viareggio e Camaiore raggiunge le 12 ton/d Nel progetto di ampliamento del depuratore di Viareggio considerando: un volume utile di digestione di m3 tra digestore primario e secondario considerando che il massimo carico organico applicabile al digestore può essere prudenzialmente fissato a 2,2 kgtvs/m3 d Otteniamo che il massimo quantitativo di FORSU introducibile in codigestione è di: 34,2 ton/d le quali considerando anche lo scarto di selezione divengono 42,75 ton/d 17

18 Considerazioni 42,75 ton/d FORSU 150 m3/d fango m3/d biogas kwh/d kwh/d EE kwh/d ET 18

19 Bilancio energetico Sfruttando l energia termica prodotta per 1) Mantenere in temperatura i digestori kwh/d ET kwh/d ET 2) Soddisfare la richiesta termica/frigogena degli edifici all interno del depuratore kwh/d ET 539 kwh/d ET Surplus che avendo i mezzi potrei usare per: mc/d Soddisfare la richiesta termica/frigogena delle abitazioni vicino al depuratore Risparmio nell acquisto di gas metano 280 /d /anno

20 Bilancio energetico Vendere l energia elettrica prodotta kwh/d EE X Prezzo a kwh 0,30 /kwh /d /anno 20

21 Conclusioni La co-digestione produce un notevole aumento di biogas Il biogas prodotto continua ad avere un buon PCI La stabilità del processo di digestione non viene compromessa Il co-substrato utilizzato (FORSU), biodegradabile al 95%, ha una produzione specifica di 0,77 m3/kg TVS alim contro gli 0,22 m3/kg TVS alim del fango 21

22 Conclusioni La codigestione permette, ove associata ad un processo di valorizzazione energetica, di sfruttare l enorme potenziale energetico del rifiuto FORSU La codigestione risulta un ottima via di smaltimento non solo alternativa ma superiore dal punto di vista economico al solo compostaggio,, anche se non esclude l utilizzo l del compostaggio sui fanghi digeriti E stata ampiamente dimostrata la fattibilità del processo ed i risultati offrono spunti per l implementazione del processo in piena scala e di qui a breve tale progetto sarà realizzato presso il depuratore Comunale di Viareggio dalle Società SEA Risorse 22

23 Conclusioni La produzione media di organico in Toscana è di circa tonnellate/anno. Il suo utilizzo in impianti di codigestione porterebbe alla produzione di circa 120 milioni di metri cubi di biogas, pari a circa 800 milioni di Kwh termici, o tep. 23