Tecniche di minimizzazione della produzione dei fanghi di depurazione: processi innovativi

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1 Università degli Studi di Pavia Tecniche di minimizzazione della produzione dei fanghi di depurazione: processi innovativi Maria Cristina Collivignarelli Pianificazione della gestione dei fanghi di depurazione: dalla minimizzazione al recupero di risorse Castellanza (VA), 28 aprile 2015

2 LA PRODUZIONE IN EUROPA Italia = 1, t ss 4 produttore di fango in Europa Fonte: Eurostat 67 % dei fanghi prodotti in UE27 (6, t ss ) Produzione complessiva UE27 = 9, t ss

3 LA PRODUZIONE IN LOMBARDIA t/anno di fango TQ t SS /a (secco = 15-20%) 15% della produzione nazionale PROVENIENZA? 50% da depuratori che trattano scarichi civili, 30% da impianti di depurazione di acque reflue industriali 20% da aziende agroalimentari.

4 QUALI LE SOLUZIONI? A. MINIMIZZAZIONE DELLA PRODUZIONE (agendo sia su SS, sia su ACQUA) A1. Tecniche consolidate - già presenti in tutti gli impianti (stabilizzazione, ispessimento,disidratazione) far funzionare al meglio quel che c è - da implementare (ci sono in pochi impianti) ad es. essiccamento termico TECNICHE CONVENZIONALI A2. Tecniche nuove - miglioramento fasi esistenti (acqua) ispessitori dinamici, nuove centrifughe, filtropresse continue, nastropresse ad alta p ecc. A3. Tecniche nuovissime - linea acque: - biologici (idrolisi enzimatica, oxic-anaerobic) - chimici (ozonolisi, termochimico) - linea fanghi: - idrolisi termica ( dig. anaer.) - ultrasuoni ( dig. anaer.) - ossidazione a umido -digestione aerobica termofila TECNICHE INNOVATIVE MAGGIORI RISCHI PIU SICURO

5 B. RECUPERO RISORSA MATERIALE IN AGRICOLTURA -accertata l utilità -adottare condizioni più rigorose: selezione fanghi alla fonte migliore trattamento in impianto (stabilizzazione) migliore trattamento in piattaforme C. RECUPERO ENERGETICO C1. CO-COMBUSTIONE CON RSU potenzialità residua inceneritori RSU C2. COMBUSTIONE IN IMPIANTI DEDICATI combinazione con essiccamento termico piattaforme centralizzate (soglia di convenienza) C3. PIROLISI/GASSIFICAZIONE poche realizzazioni (estero)

6 TECNICHE PER LA MINIMIZZAZIONE DELLA PRODUZIONE DEI FANGHI DI DEPURAZIONE INTERVENTI IN LINEA ACQUE INTERVENTI IN LINEA FANGHI PIU RISCHIOSI PIU SICURI

7 INTERVENTI SULLA LINEA FANGHI

8 INTERVENTI DI TIPO CHIMICO-FISICO: TECNICHE CONVENZIONALI

9 ISPESSIMENTO Obiettivo: riduzione del contenuto d acqua nel fango. Vantaggi: 1. diminuzione delle dimensioni delle vasche e del quantitativo reagenti condizionanti; 2. diminuzione della richiesta di calore per digestione anaerobica; 3. diminuzione della richiesta di energia per essiccamento o incenerimento. Tipi di ispessimento: 1. a gravità (semplice, poco costoso ma significativa occupazione di area); 2. flottazione (minore occupazione di aree ma non semplice); Sistemi innovativi (ispessimento dinamico) DISIDRATAZIONE MECCANICA Obiettivo: riduzione spinta del contenuto d acqua nel fango. Sistemi innovativi (funzionamento in continuo, incremento di punti percentuali del tenore di secco, impiego di condizionanti perfezionati, ): 1. nastropresse di nuova generazione; 2.filtropresse continue; 3.centrifughe ad alta efficienza.

10 ESSICCAMENTO TERMICO Obiettivo: drastica riduzione dell acqua contenuta nel fango mediante evaporazione. Il fango essiccato presenta un grado di umidità inferiore al 20%, il che determina una riduzione di peso da 3 a 6 volte rispetto ad un fango disidratato. Nuove tecnologie: 1.Miglioramento sistema di movimentazione dei fanghi; 2.Ricircolo gas esausti e recupero energetico (riduzione consumi di energia); 3.Miglioramento contatto fango-mezzo riscaldante. VANTAGGI CONSEGUIBILI 1.riduzione del quantitativo di fango da movimentare e migliore manipolabilità del prodotto; 2.igienizzazione del prodotto; 3.possibile impiego in discarica per la copertura giornaliera dei rifiuti; 4.elevato potere calorifico. SVANTAGGI 1.elevati costi energetici;

11 INTERVENTI DI TIPO CHIMICO-FISICO: TECNICHE INNOVATIVE

12 IDROLISI TERMICA FINALITA Solubilizzazione del fango miglioramento delle rese di digestione anaerobica incremento della produzione di biogas. DEFINIZIONE Scissione delle cellule e delle lunghe catene di molecole in presenza di acqua grazie all applicazione di calore (termica) e/o di un reattivo che ne altera il ph. VANTAGGI 1. Minor produzione di fango; 2. Maggior produzione di biogas; 3. Fango igienizzato ; 4. Incremento della capacità di carico dei digestori; 5. Impianto compatto e modulare. FASI COSTITUENTI 1.pre-disidratazione; 2.idrolisi termica alcalina; 3.raffreddamento del fango idrolizzato; 4.digestione convenzionale; 5.disidratazione finale del fango.

13 ULTRASONICAZIONE FINALITA Solubilizzazione del fango miglioramento delle rese di digestione anaerobica incremento della produzione di biogas. DEFINIZIONE Utilizzo di ultrasuoni (onde sonore con frequenza KHz) per il trattamento di fanghi (primari e secondari) che generano pulsazioni all interno della massa di fango costituita da bolle o cavità; queste bolle o cavità aumentano di diametro fino a raggiungere uno stato critico, in corrispondenza del quale implodono. Il risultato finale è la distruzione delle strutture solide contenute nel fango si ha un incremento del COD rapidamente biodegradabile o rapidamente idrolizzabile a spese dei solidi sospesi VANTAGGI/SVANTAGGI 1. Minor produzione di fango; 2. Maggior produzione di biogas; 3. Migliore disidratabilità (riduzione del consumo di polielettrolita nella disidratazione); MA Elevati consumi energetici

14 INTERVENTI DI TIPO BIOLOGICO: TECNICHE CONVENZIONALI

15 STABILIZZAZIONE ANAEROBICA FINALITA Rimozione dei SSV (circa pari al 50%). Può avvenire in condizioni di temperatura mesofila (più vantaggiosa per impianti civili di medio-alta potenzialità dal punto di vista energetico) oppure termofila Miglioramenti si ottengono adottando pre-trattamenti volti a favorire l idrolizzazione del substrato (disgregazione meccanica, idrolisi termica alcalina,..) VANTAGGI 1. Sfruttamento energetico del biogas 2. Fango più facilmente ispessibile 3. Fango ben igienizzato SVANTAGGI 1. Costo di investimento elevato 2. Complessità gestionale STABILIZZAZIONE AEROBICA FINALITA Rimozione dei SSV (circa pari al 20-30%). Normalmente è condotta a temperatura ambiente VANTAGGI 1. Semplicità gestionale 2. Costo di investimento modesto SVANTAGGI 1. Il rendimento di rimozione dei SSV è ridotto e molto condizionato dalla temperatura 2. Consumi energetici elevati 3. Fango poco igienizzato

16 INTERVENTI DI TIPO BIOLOGICO: TECNICHE INNOVATIVE

17 DIGESTIONE TERMOFILA AEROBICA (O 2 ) /ANAEROBICA PRINCIPIO Capacità di una flora batterica termofila specializzata a degradare i SSV contenuti nei fanghi biologici prodotti da impianti che trattano reflui: -civili; -industriali; -misti. FINALITA Solubilizzazione dei solidi sospesi volatili e incremento del COD rapidamente biodegradabile; Ammonificazione dell azoto organico; Ossidazione del COD. FASI COSTITUENTI 1.Adduzione fanghi preventivamente ispessiti; 2.Trattamento biologico mediante digestione termofila a cicli alternati; 3.Trattamento fisico di ultrafiltrazione a membrana da cui escono due distinti flussi: il permeato che va ad un comparto di strippaggio per il recupero di ammoniaca; il concentrato che viene immesso nuovamente nel reattore biologico termofilo.

18 ALCUNI VANTAGGI 1.Riduzione di oltre l 80% in peso e volume di fango; 2.Produzione di un substrato carbonioso liquido (ad es. fonte esterna di carbonio nei processi di denitrificazione, ); 3.Nessuna contaminazione chimica delle acque depurate utilizzando O 2 puro; 4.Abbattimento della carica patogena presente nel fango; 5.Possibile co-trattamento di reflui industriali ad alto carico organico; 6.

19 POSSIBILI SVANTAGGI SOLUZIONI Scarsa sedimentabilità dei fanghi; Impiego di sistemi di separazione a membrana Costi legati all utilizzo dell ossigeno puro per garantire l aerobiosi ; Alternanza di fasi aerobiche/ anaerobiche Costi legati al mantenimento delle temperature; Sfruttamento dell esotermia delle reazioni di degradazione del substrato nelle fasi aerobiche Impossibilità ad ossidare l azoto ammoniacale; Possibile recupero???

20 Principali pubblicazioni ISPRA (2009). L ottimizzazione del servizio di depurazione delle acque di scarico urbane: massimizzazione dei recuperi di risorsa (acque e fanghi) e riduzione dei consumi energetici. Rapporto 93/2009. ISBN: Ravasio P., Bertanza G., Collivignarelli M.C. (2011). Il processo BIORIME. Atti della 44 a Giornata di Studio di Ingegneria Sanitaria-Ambientale Gestione dei fanghi di depurazione: interventi e prospettive, Lazise (VR), 9 giugno. A breve sarà pubblicato dal GRUPPO DI LAVORO sulla GESTIONE DEGLI IMPIANTI DI DEPURAZIONE (Università di Brescia) Sottogruppo MAssimizzazione del REcupero di materia ed energia negli impianti di depurazione un volume riguardante lo stato dell arte sui differenti potenziali di recupero (materia ed energia).

21 Grazie dell attenzione!

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