Layman s Report. Environmental Policy and Governance based on the development of rotating bioreactors for sustainable hydrogen sulphide removal

Transcript

1 Layman s Report Project n LIFE11 ENV/IT/0075 LIFE+ 11 Environmental Policy and Governance based on the development of rotating bioreactors for sustainable hydrogen sulphide removal With the contribution of the LIFE financial instrument of the European Community

2 INDICE INDEX FATTI RIGUARDANTI IL PROGETTO OBIETTIVO DEL PROGETTO INQUADRAMENTO GENERALE IL CARATTERE INNOVATIVO Pag. 3 FACTS ABOUT PROJECT PROJECT GOAL PROJECT BACKGROUND WHAT S NEW? Pag. 3 CONTESTO STATO DELL ARTE COSA VOGLIAMO OTTENERE? Pag.4 CONTEXT THE STATE OF PLAY WHAT ARE WE TRYING TO ACHIEVE? Pag.4 PROGETTAZIONE DEL PROTOTIPO CONDIZIONI OPERATIVE RISULTATI RAGGIUNTI Pag.5 PROTOTYPE S DEVELOPMENT OPERATING CONDITION RESULTS Pag.5 ANALISI ECONOMICA COSTI-BENEFICI IMPATTI SULL AMBIENTE TRASFERIBILITÀ IN ALTRI CONTESTI PROSPETTIVE FUTURE Pag.6 COST-BENEFIT ANALYSIS ENVIRONMENTAL IMPACTS TRANSFERABILITY FUTURE DEVELOPMENTS Pag.6 NETWORKING AND DISSEMINATION Pag.7-8 NETWORKING AND DISSEMINATION Pag.7-8 PARTNER Pag.9 PARTNER Pag.9

3 FATTI RIGUARDANTI IL PROGETTO Luogo: Consorzio Cuoiodepur SpA, Via Arginale Ovest 81, San Romano, San Miniato (PI), Italia. Durata: 01/07/12 31/12/15 Beneficiario: Consorzio Cuoiodepur SpA Co-beneficiari: Univesità degli Studi di Firenze, Università degli Studi di Pisa, Italprogetti Engineering Spa. Finanziatori: European Union. FACTS ABOUT PROJECT Project site: Consorzio Cuoiodepur SpA, Via Arginale Ovest 81, San Romano, San Miniato (PI), Italia. Project implementation time: 01/07/12 31/12/15 Project beneficiary: Consorzio Cuoiodepur SpA Project co-beneficiary: Univesità degli Studi di Firenze, Università degli Studi di Pisa, Italprogetti Engineering Spa. Project funding: European Union. OBIETTIVO DEL PROGETTO L obiettivo principale di questo progetto è stato sviluppare e testare una nuova tecnologia di trattamento dei reflui gassosi ricchi di acido solfidrico (H 2 S) sostenibile sia dal punto di vista economico che ambientale. PROJECT GOAL The project goal was the demonstration of the the economical and environmental sustainability and the technical applicability of an innovative treatment technology for hydrogen sulphide (H 2 S) removal from gaseous streams. INQUADRAMENTO GENERALE Il progetto è stato sviluppato nel contesto del trattamento dei reflui conciari, dove la necessità di gestire e controllare i solfuri rappresenta un limite ed un onere significativo. L H 2 S è infatti il principale responsabile del deterioramento della qualità dell aria nei distretti conciari e nelle vicinanze di impianti di depurazione in genere PROJECT BACKGROUND The project was developed on the basis of the need to mitigate environmental effects of the use of sulphide in tannery industrial process. H 2 S desorbs from wastewaters and its presence in atmosphere negatively affects the air quality in tannery districts. IL CARATTERE INNOVATIVO Combinare un biofiltro ad un sistema di rotazione dei supporti ha permesso di gestire e controllare la concentrazione di biomassa adesa, così da evitare i comuni problemi di impaccamento tipici dei reattori a letto fisso e le conseguenti perdite di carico. WHAT S NEW? The novelty of the technology is the coupling of biotrickling filter and rotating supports to remove the excess biomass and therefore avoid the clogging of the filter.

4 H₂S CONTESTO A causa delle emissioni di acido solfidrico e di altri composti dello zolfo, la qualità dell aria risulta compromessa e il problema dei cattivi odori affligge la popolazione ricadente all interno del distretto conciario. Attualmente, come accade anche in altre realtà, l impianto di depurazione Cuoiodepur controlla i reflui gassosi attraverso processi energeticamente costosi e l impiego massiccio di prodotti chimici. H₂S H₂S CONTEXT Due to hydrogen sulphide and other sulphur reduced compounds emissions, air quality and odours problems traditionally afflict the population living in tannery industrial districts, especially close to the WWTPs. Presently, in the Santa Croce sull Arno tannery district, as well as in many others, a large use of chemicals and energy is required to control sulphide emission and odours. STATO DELL ARTE THE STATE OF PLAY Attualmente i sistemi di trattamento utilizzati sono principalmente processi biologici e/o chimici sviluppati negli anni 80. Questi processi sono ritenuti ormai tecnologicamente superati, costosi e a forte impatto ambientale. Nei maggiori distretti conciari (Italia, Spagna, Portogallo e Turchia), infatti, l H 2 S viene ancora rimosso per mezzo di scrubber chimici. Despite biological processes are known and applied since 40 years, there is a need to develop and demonstrate innovative technologies to enable their applicability especially in those tannery districts (in Italy, Spain, Portugal, Turkey) where there is a prevalence of chemical scrubbing as process for H 2 S removal. COSA VOGLIAMO OTTENERE? Un nuovo sistema biologico di rimozione dei composti volatili capace di superare i limiti noti del biofiltro statico, il quale non riesce a gestire flussi elevati ad alte concentrazioni di inquinante. L obiettivo che ci siamo imposti è stato quello di sviluppare un nuovo sistema di trattamento economicamente più performante e a minore impatto ambientale. Air Air Air WHAT ARE WE TRYING TO ACHIEVE? The innovative strategy for excess biomass removal (main bottleneck of static biotrickling filters) enables a long term sustainable application of biological process at high volumetric load and to concentrated streams. The f aim is the reduction of operation cost and carbon footprint compared to traditional treatment (such as chemical scrubber).

5 PROGETTAZIONE DEL PROTOTIPO La principale innovazione di questa tecnologia è data dal fatto che è possibile controllare la concentrazione della biomassa adesa ai supporti mantenendo un elevata superficie specifica, così da eliminare i problemi di impaccamento e la conseguente diminuzione di carico. La realizzazione del reattore è stata fatta seguendo le indicazioni relative ad una sperimentazione a scala pilota, la quale mostrava che attraverso l ottimizzazione delle condizioni di processo si possono avere rimozioni biologiche di H 2 S fino a 230 g/m 3 h; un valore circa un ordine di grandezza superiore a quanto si può ottenere senza crescita delle perdite di carico nei biofiltri statici. PROTOTYPE S DEVELOPMENT The main innovation of our technology is the technical solution that allows to combine the control of biomass removal with the use of support media with high specific surface. The design of the prototype was carried out on thee basis of preliminary tests that showed how biological processes can achieve up to 230 g/m 3 h of H 2 S removal when operated in optimal conditions; this value is about one order of magnitude higher than suitable long term elimination capacity for static bed biotrickling filters. CONDIZIONI OPERATIVE Nelle condizioni operative ottimali: set-point del ph pari a 3 e rotazione intermittente, il prototipo può trattare portate comprese tra i 3000 e i m 3 h -1, con concentrazioni di H 2 S tra 20 e 400 ppm. OPERATING CONDITION The prototype is designed to treat from 3000 to m 3 h -1 of gaseous effluent with a hydrogen sulphide concentration in the range 20 ppm to 400 ppm. The ph setpoint is 3 and the rotations are intermittent. RISULTATI RAGGIUNTI L efficienza di rimozione dell H 2 S è stata mediamente superiore all 80%, e la capacità di eliminazione ha raggiunto valori al di sopra di 150 g/h di H 2 S per metro cubo di letto, con tempi di contatto di 4-6 s, in modo stabile e senza aumenti delle perdite di carico (<4 mbar). La biomassa quantitativamente più presente sui supporti è costituita da batteri solfuro ossidanti acidofili che tollerano maggiormente le variazioni di ph. RESULTS The average removal efficiency was higher than 80%; the elimination capacity reached values greater than 150 g/h of hydrogen sulphide per cubic meter of bed corresponding with an empty bed retention time lower than 6 seconds. The pressure drop between inlet and outlet were found to be very low (less than 4 mbar). Biomass was constituted by acidophilic sulfur-oxidizing bacteria, which resisted to ph changes as well as higher disk-rotation frequencies.

6 ANALISI ECONOMICA COSTI-BENEFICI I costi operativi decrescono notevolmente passando da un sistema di trattamento chimico per mezzo di scrubber (7 20 /Kg S) ad un sistema basato su processi biologici (1 4 /Kg S); è chiaro che si ha un risparmio in termini di prodotti chimici acquistati ed energia consumata. IMPATTI SULL AMBIENTE Grazie a questo nuovo sistema di trattamento si ha una riduzione, rispetto ai convenzionali scrubber, del 100% sul consumo dei prodotti chimici (perlopiù idrossido di sodio) e almeno del 30% sulla richiesta di energia. Rimuovere 1 Kg di H 2 S per mezzo di scrubber produce causa l emissione in atmosfera di circa 65 Kg di CO 2 ; per questo, sostituendo gli scrubber con il MBBTF si avrebbe una riduzione della carbon footprint, nel solo impianto Cuoiodepur, di depurazione di circa 1200 tonnellate di CO 2 all anno. COST-BENEFIT ANALYSIS The operating cost decreases from the typical range of chemical scrubbing (7-20 /Kg S mainly due to energy and chemicals consumption) to the operating cost of biological processes (1 4 /Kg S). ENVIRONMENTAL IMPACTS For a stream treated through the new technology, the consumption of chemicals (mainly sodium hydroxide) will be reduced by 100% and energy consumption by at least 30% with respect to chemical scrubbing. This will consistently improve the treatment carbon footprint, being the emission due to chemical scrubbing about 65 Kg of CO 2 per Kg of H 2 S. The potential decrease of carbon footprint if the technology will be applied at full scale in the end-user WWTP would be about 1200 tons of CO 2 per year TRASFERIBILITÀ IN ALTRI CONTESTI La tecnologia può essere applicata anche in altri contesti e processi industriali in cui il solfuro di idrogeno sia presente nei flussi di scarico (concerie, cartiere, industrie petrolifere, industrie farmaceutiche, lavorazione prodotti industriali, allevamenti, macelli, etc.); inoltre, il solfuro in fase gassosa può essere prodotto anche negli impianti di depurazione da processi di solfato riduzione soliti in condizioni anaerobiche. PROSPETTIVE FUTURE Questa tecnologia, applicata negli impianti di trattamento di rifiuti organici e di compostaggio potrebbe rivelarsi estremamente competitiva rispetto ai biofiltri che vengono comunemente applicati e nel trattamento di biogas potrebbe essere utilizzata per rimuovere lh2s usando come accettore di elettroni il nitrato proveniente dall ossidazione dell ammonio presente nel surnatante dei digestori anaerobici TRANSFERABILITY The technology could be applied in other contest where Hydrogen sulphide is present in the wastewaters originates from several industrial processes (leather tanning, papermaking, oil and gas industry, pharmaceutical industries, food processing, livestock farming, slaughterhouse, etc.); moreover sulphide can originate from biological sulphate reduction under anaerobic conditions. FUTURE DEVELOPMENTS This technology can applied to volatile organic compounds removal instead of biofilters in organic waste treatment plants and for H 2 S and nitrogen removal from biogas and anaerobic digesters supernatant respectively.

7 NETWORKING AND DISSEMINATION FIERE NAZIONALI ECOMONDO 2014: Rimozione dell' idrogeno solforato dalle correnti gassose in un nuovo sistema biologico a letto mobile F. Spennati, A. Mannucci, G. Mori, D. Bacchi, C. Lubello, G. Munz. ECOMONDO 2015: Towards the modeling and the optimization of a new rotating bed biofilm reactor for hydrogen sulphide removal F. Spennati, C. Giordano, G. Mori, D. Bacchi, G. Munz. WORKSHOP e SEMINARI "Soluzioni innovative per il trattamento e la gestione delle acque reflue, 16/ , Educatorio di Fuligno, via Faenza 48, Firenze. Il progetto BIOSUR: bireattori innovativi per il trattamento di effluenti gassosi , Università Degli Studi di Firenze, Facoltà di Ingegneria, Aula caminetto, Firenze. Matter and Energy from Tannery Sludge, , Santa Croce sull Arno (Pisa). SANePLAN: Acque reflue e pianificazione urbana: dalle reti fognarie ai processi di trattamento , Università Degli Studi di Firenze, Facoltà di Ingegneria, Aula caminetto, Firenze. BIOSUR: rotating bioreactors for sustainable hydrogen sulphide removal, , Villa Sonnino, via di Castelnuovo 9, San Miniato (PI). CONFERENZE INTERNAZIONALI XIII Congress of the Italian Federation of Life Sciences (FISV 2014). Pisa (Italy) September XI Latinoamerican Symposium of Anaerobic Digestion, La Habana, Cuba, Novembre Euromed 2015 Desalination for Clean Water and Energy. Palermo (Italy) May th Congress of European Microbiologists (FEMS 2015 Congress). Maastricht (NL) June th World Congress on Anaerobic Digestion. Viňa del Mar (Chile) November 2015 VISITE GUIDATE IMPIANTO : Scuola elementare La Scala, San Miniato (PI) _ : Scuola media Buonarroti, Ponte a Egola (PI) _ : Università Degli Studi di Firenze, Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, FI _ _ : Università Degli Studi di Pisa, Facoltà di Agraria, Pisa : University of Northampton, Institute fr Creative Leather Production, Northamptonshire, England,UK : Università Degli Studi di Firenze, Master PIN, Firenze : Università Degli Studi di Firenze, Ti Forma srl, Firenze : Consorzio Vera Pelle, Ponte a Egola (PI).

8 NETWORKING AND DISSEMINATION VISITE in ALTRI DISTRITTI CONCIARI Distretto conciario di Arzignano, Vicenza, Veneto (Italy) Distretto conciario di Igualada, Catalogna (Spain) Distretto conciario di Leon, Guanajuato (Mexico) PUBLICATIONS ON SPECILAZED PRESS C. Giordano, F. Spennati, A. Melone, G. Petroni, F. Verni, G. Munz, G. Mori, C. Vannini. Biological sulfur-oxidizing potential of primary and biological sludge in a tannery wastewater treatment plant. Submitted to Water, air and soil pollution. F. Spennati, A. Mannucci, G. Mori, G. Munz. Moving Bed BioTrickling Filter for hydrogen sulphide removal from gas streams. Submitted to Desalination and water treatment. Rimozione dell'idrogeno solforato dagli effluenti gassosi in un nuovo reattore a letto rotante. Hi-Tech Ambiente, Rotating bioreactors for sustainable hydrogen sulphide removal. Hi-Tech Ambiente, NETWORKING con ALTRI PROGETTI Progetto LIFE+11 IPNOA pna: Progetto LIFE+10 SHOWW pna: Progetto LIFE+12 BIOCLOC pna: Progetto POR Creo FESR European Programme M.E.T.A. pna: Progetto Marie Curie Irses CARBALA pna: 2014 Progetto LIFE 12+ LIVEWASTE pna: Progetto LIFE 12+ SANePLAN pna: 2015 SITO WEB

9 PARTNER Consorzio Cuoiodepur Spa Via Arginale Ovest, San Romano San Miniato - Pisa - Italy Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale Università degli Studi di Firenze Via di Santa Marta, Firenze - Italy Dipartimento di Biologia, Università di Pisa Via L. Ghini, Pisa Italy Italprogetti Engineering Srl Lungarno Pacinotti, 59/A Montopoli in Val d'arno - Pisa - Italy