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

2 Introduzione La co-digestione è un processo di stabilizzazione simultanea di due o più substrati Massimizzare la produzione di biogas Raggiungere una maggiore stabilità del processo biologico ( bilancio dei nutrienti, maggior capacità tampone del sistema) Facilitazione nella gestione del rifiuto stesso 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

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

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

5 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

6 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 Pretrattamenti

7 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

8 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

9 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 1998

10 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

11 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

12 Considerazioni Il biogas in più generato con l introduzione l del substrato FORSU rende necessario una valorizzazione energetica di esso tramite cogenerazione,, per recuperare elettricamente e termicamente l energia derivante dalla sua combustione 12 ton/d FORSU Scarto del 10% 65% CH kcal/m3 33% η el 10 ton/d FORSU 150 m3/d fango m3/d biogas kwh/d EE 52% η term kwh/d ET

13 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

14 Considerazioni 42,75 ton/d FORSU 150 m3/d fango m3/d biogas kwh/d kwh/d EE kwh/d ET Direttiva europea 2001/77/CE recipita in Italia con il D.Lgs 29/12/2003 n % di metano in più kwh/d kwh/d EE kwh/d ET

15 Bilancio energetico Sfruttando l energia termica prodotta ( senza l aggiunta del 30% di metano) 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: Soddisfare la richiesta termica/frigogena delle abitazioni vicino al depuratore Risparmio nell acquisto di gas metano mc/d 280 /d

16 Bilancio energetico Hp: vendere l energia elettrica prodotta kwh/d EE X Prezzo a kwh 0,17 /kwh /d

17 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 TVSalim del fango

18 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 compostaggio 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 Acque e SEA Risorse

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

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