VALUTAZIONI PRELIMINARI SUL REVAMPING DELL IMPIANTISTICA DI TRATTAMENTO DEI RIFIUTI SAN ZENO (AR) Francesco Di Maria

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1 VALUTAZIONI PRELIMINARI SUL REVAMPING DELL IMPIANTISTICA DI TRATTAMENTO DEI RIFIUTI SAN ZENO (AR) Francesco Di Maria Laboratorio LAR 5 Dipartimento di Ingegneria Università di Perugia e.mail: francesco.dimaria@unipg.it Web: Web: 1

2 PRINCIPALI IMPIANTI DI TRATTAMENTO DEI RIFIUTI PRESSO SAN ZENO Valori medi anno Comp. RSU (%) Vetro 7.00 Tessile 1.50 Plastica 12.6 Organico 20.3 Cart-Carto Legno 3.60 Metalli 6.50 Altri 12.7 Trattamento meccanicobiologico aerobico t/anno FOS t/anno FORSU Selezione meccanica Termovalorizzatore t/anno RSU Totale ingresso impianto t/anno RSU t/anno FORSU 2

3 CRITERI ED OBIETTIVI DELL ANALISI Criteri: - Non aumentare il livello di emissioni rispetto all attuale; - Interventi di minore complessità possibile; - Ottimizzazione costi/benefici; - Utilizzo BAT (IPPC) nella gestione dei rifiuti. Obiettivi: - Trattare i nuovi quantitativi di rifiuti previsti dal piano inter-provinciale; - Individuazione del PCI dei RSU a termovalorizzazione; - Incrementare l efficienza/efficacia del trattamento meccanico bioloigco aerobico della frazione organica. 3

4 INQUADRAMENTO NORMATIVO (1/6) Genesi della recente normativa Recepimento di Direttive comunitarie: Decreto Ronchi D.Lgs. n.22 del 05/02/1997 (Dir. 91/156/CEE, 91/689/CEE, 94/62/CE); D. Lgs. 152/06 T.U. Ambientale parte IV e ss.mm.ii.; D. Lgs. 205/10 (Dir. 98/2008/CE). Finalità: Art. 178 T.U.A. parte IV 1. La gestione dei rifiuti costituisce attività di pubblico interesse ed è disciplinata dalla parte quarta del presente decreto al fine di assicurare un'elevata protezione dell'ambiente e controlli efficaci, tenendo conto della specificità dei rifiuti pericolosi. 2. I rifiuti devono essere recuperati o smaltiti senza pericolo per la salute dell'uomo e senza usare procedimenti o metodi che potrebbero recare pregiudizio all'ambiente e, in particolare: a) senza determinare rischi per l'acqua, l'aria, il suolo, nonche' per la fauna e la flora; b) senza causare inconvenienti da rumori o odori; c) senza danneggiare il paesaggio e i siti di particolare interesse, tutelati in base alla normativa vigente. 3. La gestione dei rifiuti e' effettuata conformemente ai principi di precauzione, di prevenzione, di proporzionalità, di responsabilizzazione e di cooperazione. nel rispetto dei principi dell'ordinamento nazionale e comunitario, con particolare riferimento al principio comunitario "chi inquina paga"... 4

5 Definizioni: INQUADRAMENTO NORMATIVO (2/6) Art. 183 T.U.A. Parte IV 1. Ai fini della parte quarta del presente decreto e fatte salve le ulteriori definizioni contenute nelle disposizioni speciali, si intende per: a) rifiuto: qualsiasi sostanza od oggetto di cui il detentore si disfi o abbia deciso o abbia l'obbligo di disfarsi;. r) riutilizzo: qualsiasi operazione attraverso la quale prodotti o componenti che non sono rifiuti sono reimpiegati per la stessa finalità per la quale erano stati concepiti; t) recupero: qualsiasi operazione il cui principale risultato sia di permettere ai rifiuti di svolgere un ruolo utile, sostituendo altri materiali che sarebbero stati altrimenti utilizzati per assolvere una particolare funzione o di prepararli ad assolvere tale funzione, all'interno dell'impianto o nell'economia in generale. L'allegato C della parte IV del presente decreto riporta un elenco non esaustivo di operazioni di recupero; u) riciclaggio: qualsiasi operazione di recupero attraverso cui i rifiuti sono trattati per ottenere prodotti, materiali o sostanze da utilizzare per la loro funzione originaria o per altri fini. Include il trattamento di materiale organico ma non il recupero di energia né il ritrattamento per ottenere materiali da utilizzare quali combustibili o in operazioni di riempimento; z) smaltimento: qualsiasi operazione diversa dal recupero anche quando l operazione ha come conseguenza secondaria il recupero di sostanze o di energia. L Allegato B alla parte IV del presente decreto riporta un elenco non esaustivo delle operazioni di smaltimento; 5

6 Rifiuto Non Rifiuto Francesco Di Maria, Laboratorio LAR Dipartimento di Ingegneria Università di Perugia INQUADRAMENTO NORMATIVO (3/6) La gerarchia nella gestione dei rifiuti. Art. 179 T.U.A. Parte IV Comma 1 a) Prevenzione b) Preparazione per il riutilizzo c) Riciclaggio All. C d) Recupero di altro tipo, per es. recupero di energia e) Smaltimento All. B 6

7 INQUADRAMENTO NORMATIVO (4/6) Allegato B Operazioni di smaltimento D D1 Deposito sul o nel suolo (ad esempio discarica). D2 Trattamento in ambiente terrestre (ad esempio biodegradazione di rifiuti liquidi o fanghi nei suoli). D3 Iniezioni in profondità (ad esempio iniezioni dei rifiuti pompabili in pozzi, in cupole saline o faglie geologiche naturali). D4 Lagunaggio (ad esempio scarico di rifiuti liquidi o di fanghi in pozzi, stagni o lagune, ecc.). D5 Messa in discarica specialmente allestita (ad esempio sistematizzazione in alveoli stagni, separati, ricoperti o isolati gli uni dagli altri e dall ambiente). D6 Scarico dei rifiuti solidi nell ambiente idrico eccetto l immersione. D7 Immersione, compreso il seppellimento nel sottosuolo marino. D8 Trattamento biologico non specificato altrove nel presente allegato, che dia origine a composti o a miscugli che vengono eliminati secondo uno dei procedimenti elencati nei punti da D1 a D12. D9 Trattamento fisico-chimico non specificato altrove nel presente allegato, che dia origine a composti o a miscugli eliminati secondo uno dei procedimenti elencati nei punti da D1 a D12 (ad esempio evaporazione, essiccazione, calcinazione, ecc.) D10 Incenerimento a terra. D11 Incenerimento in mare. D12 Deposito permanente (ad esempio sistemazione di contenitori in una miniera). D13 Raggruppamento preliminare prima di una delle operazioni di cui ai punti da D1 a D12.2 D14 Ricondizionamento preliminare prima di una delle operazioni di cui ai punti da D1 a D13. D15 Deposito preliminare prima di uno delle operazioni di cui ai punti da D1 a D14 (escluso il deposito temporaneo, prima della raccolta, nel luogo in cui sono prodotti).3 7

8 INQUADRAMENTO NORMATIVO (5/6) Allegato C Operazioni di recupero R R1 Utilizzazione principalmente come combustibile o come altro mezzo per produrre energia * R2 Rigenerazione/recupero di solventi R3 Riciclaggio/recupero delle sostanze organiche non utilizzate come solventi (comprese le operazioni di compostaggio e altre trasformazioni biologiche) R4 Riciclaggio /recupero dei metalli e dei composti metallici R5 Riciclaggio/recupero di altre sostanze inorganiche R6 Rigenerazione degli acidi o delle basi R7 Recupero dei prodotti che servono a ridurre l inquinamento R8 Recupero dei prodotti provenienti dai catalizzatori R9 Rigenerazione o altri reimpieghi degli oli R10 Trattamento in ambiente terrestre a beneficio dell agricoltura o dell ecologia R11 Utilizzazione di rifiuti ottenuti da una delle operazioni indicate da R1 a R10 R12 Scambio di rifiuti per sottoporli a una delle operazioni indicate da R1 a R117 R13 Messa in riserva di rifiuti per sottoporli a una delle operazioni indicate nei punti da R1 a R12 (escluso il deposito temporaneo, prima della raccolta, nel luogo in cui sono prodotti) * Gli impianti di incenerimento dei rifiuti solidi urbani sono compresi solo se la loro efficienza energetica è uguale o superiore a: 0,60 per gli impianti funzionanti e autorizzati in conformità della normativa comunitaria applicabile anteriormente al 1 gennaio 2009, 0,65 per gli impianti autorizzati dopo il 31 dicembre 2008, calcolata con la seguente formula: Efficienza energetica = [Ep (Ef + Ei)]/[0,97 (Ew + Ef)] 8

9 INQUADRAMENTO NORMATIVO (6/6) Ulteriori aspetti legati allo smaltimento Direttiva discariche 1999/31/CE D.Lgs. 36/2003 Art. 6 Rifiuti non ammessi in discarica Comma 1 p) Rifiuti con PCI (potere calorifico inferiore) > kj/kg a partire dal 01/01/2007. Art. 7 - Rifiuti ammessi in discarica Comma1. I rifiuti possono essere collocati in discarica solo dopo trattamento. Comma 5. I criteri di ammissione in discarica sono definiti con decreto del Ministro dell'ambiente e della tutela del territorio, di concerto con i Ministri delle attività produttive e della salute, sentita la Conferenza permanente per i rapporti tra lo Stato, le regioni e le province autonome. Direttiva incenerimento 2000/76/CE D. Lgs. N. 133/05 TUA Art. 182 Smaltimento dei rifiuti Comma 4. Nel rispetto delle prescrizioni contenute nel decreto legislativo 11 maggio 2005, n. 133, la realizzazione e la gestione di nuovi impianti possono essere autorizzate solo se il relativo processo di combustione è accompagnato da recupero energetico con una quota minima di trasformazione del potere calorifico dei rifiuti in energia utile, calcolata su base annuale, stabilita con apposite norme tecniche approvate con decreto del Ministro dell'ambiente e della tutela del territorio di concerto con il Ministro delle attività produttive, tenendo conto di eventuali norme tecniche di settore esistenti, anche a livello comunitario. 9

10 OPERAZIONI SVOLTE PRESSO SAN ZENO, D e R Trattamento meccanicobiologico aerobico t/anno FOS - D t/anno FORSU - R 3 Selezione meccanica - D8 Termovalorizzatore t/anno RSU - D10 Totale ingresso impianto t/anno RSU t/anno FORSU 10

11 TERMOVALORIZZATORE: SCOPO DEL PROCESSO (1/2) Ridurre i quantitativi di rifiuti residuali a discarica e recuperare energia mediante combustione 11

12 TERMOVALORIZZATORE: SCOPO DEL PROCESSO (2/2) Ridurre i quantitativi di rifiuti residuali a discarica e recuperare energia mediante combustione Vapore Calore combustione RSU Turbina a vapore per produzione elettricità 12

13 TERMOVALORIZZATORE: CARATTERISTICHE ATTUALE E NUOVI OBIETTIVI DEL PIANO INTER-PROVINCIALE Attuale: t/anno RSU - PCI= * kcal/kg - Elettricità= MWh/anno - Elettricità/tRSU=440 kwh/t Obiettivi piano inter-provinciale: t/anno RSU t/anno scarti RD - PCI =? * Valutato mediante bilancio di massa nel sistema forno-caldaia considerato come un calorimetro in accordo con «Acceptance Testing of Waste Incineration Plants with Grate Firing System Guideline Edition 04/2000 by FDBR» EC Guidelines for R1 Energy formula Dir. 2008/98/EC 13

14 TERMOVALORIZZATORE: ANALISI DEL VALORE ATTESO PER IL PCI IMPORTANZA DELLA SCELTA Esempio di Diagramma di combustione Carico Termico (MW) Punto di funzionamento di progetto Rette a PCI=cost. Portata RSU t/h 14

15 TERMOVALORIZZATORE: ANALISI DEL VALORE ATTESO PER IL PCI CRITERIO DI VALUTAZIONE (1/2) Dal Rapporto Nazionale sui Rifiuti del 2013 PCI Nord: kcal/kg PCI Centro: kcal/kg PCI Sud: kcal/kg Valore scelto per RSU PCI=2.700 kcal/kg 15

16 TERMOVALORIZZATORE: ANALISI DEL VALORE ATTESO PER IL PCI CRITERIO DI VALUTAZIONE (2/2) PCI Nord kcal/kg PCI Centro kcal/kg PCI Sud kcal/kg 16

17 TERMOVALORIZZATORE: COMPONENTI CHIAVE DELLA LINEA DI COMBUSTIONE E TRATTAMENTO FUMI DI SAN ZENO Carico termico da 14,5 MW a 21 MW PCI da kcal/kg a kcal/kg Forno: -Griglia - Camera di comb. Camera di Post. Comb. Generatore di vapore Linea di Trattamento Fumi 17

18 TERMOVALORIZZATORE: INTERVENTI NECESSARI - FORNO Modifiche per incremento superficie griglia Incremento volume Realizzazione scambiatori di calore Attuale 14,5MW Con interventi 21 MW 18

19 TERMOVALORIZZATORE: INTERVENTI NECESSARI GENERATORE DI VAPORE Forno modificato 21 MW Fumi caldi 14,5 MW Generatore di vapore 19

20 TERMOVALORIZZATORE: INTERVENTI NECESSARI TRATTAMENTO FUMI Reagenti Fumi dal generatore di vapore Al camino Reattore a semisecco Filtri a maniche Reagenti 20

21 TERMOVALIRIZZATORE: GRIGLIA E CAMERA DI COMBUSTIONE Potenzialità attuale: 14,5 MW Potenzialità richiesta: 21/22 MW Caratteristica Attuale Adeguamento Difficoltà tecnica Materiale griglia Adeguato Superficie griglia Volume camera di combustione Caratteristiche camera di combustione Analisi delle criticità Configurazione non adeguta Geometria non adeguata Configurazione non adeguata Possibile Possibile Possibile Medio/bassa Medio/bassa Media/bassa (ampliamento water jacket) 21

22 TERMOVALORIZZATORE: POST-COMSBUSTIONE Prestazioni da garantire: tempo di residenza 2s, T>850 C Analisi delle criticità Caratteristica Attuale Adeguamento Difficoltà tecnica Volume camera di post combustione Adeguatezza conseguente alle modifiche alla C.C. No interventi strutturali Bassa 22

23 TERMOVALORIZZATORE: GENERATORE DI VAPORE Prestazioni da garantire: T ingresso fumi e portata Caratteristica Attuale Adeguamento Difficoltà tecnica Superfici di scambio Analisi delle criticità Adeguatezza conseguente alle modifiche del forno Non necessario salvo integrazione con nuovi scambiatori in camera di combustione Bassa Caratteristiche materiale Adeguata Non necessario

24 COMPONENTI CHIAVE: Linea di trattamento fumi Prestazioni da garantire: Limiti emissioni Caratteristica Attuale Adeguamento Difficoltà tecnica Reattore a semisecco Filtri a maniche Dosaggio altri reagenti Analisi delle criticità Adeguatezza conseguente alle modifiche del forno Adeguatezza conseguente alle modifiche del forno Adeguato Non necessario Non necessario Non necessario salvo eventuale aumento delle portate

25 IL RECUPERO DELL ENERGIA (1/3) Opzione 1: Solo eletricità = circa MWh/anno Analisi delle criticità Caratteristica Attuale Adeguamento Difficoltà tecnica Turbina Non adeguata Sostituzione o raddoppio Medio/Alta Condensatore Non adeguato Sostituzione o raddoppio Media Accessori Non adeguati Sostituzione o raddoppio Media Quadri elettrici Non adeguato Ampliamento Media 25

26 IL RECUPERO DELL ENERGIA (2/3) Opzione 2: Elettricità + calore= circa MWh/anno MWh/anno Caratteristica Attuale Adeguamento Difficoltà tecnica Turbina Adeguata Non necessario Condensatore Adeguato Non necessario Accessori Adeguati Non necessario Quadri elettrici Adeguato Non necessario Scambiatore e sistema di cessione del calore Analisi delle criticità Non esistente Nuova realizzazione Media 26

27 IL RECUPERO DELL ENERGIA (3/3) Opzione 2: Elettricità + calore Dir. 2008/98/EC (R1 formula) Calcolando in maniera semplificata, assumendo E i e E f = 0 Efficienza Energetica E p 0,97* E E f w E i E f >0,6 da D10 a R1 27

28 STIMA DEI COSTI DEGLI INTERVENTI Valori indicativi per soluzione con cogenerazione Voce di costo Importo ( ) Rivestimento della camera di combustione con pareti membranate Interventi strutturali al canale di alimentazione ed alla parte iniziale della camera di combustione Trattamento inconel Nuovo SCR e successivo filtro a maniche * Scambiatore di calore per teleriscaldamento Opere civili Oneri sicurezza Oneri tecnici ed autorizzativi Totale investimento Legenda: * Attualmente non obbligatorio 28

29 L IMPIANTO ESISTENTE DI TRATTAMENTO BIOLOGICO AEROBICO Scopo del processo: produzione di un fertilizzante organico (compost) (FORSU) e/o riduzione della reattività biologica (FOS) mediante un processo aerobico Energia per ventilatori Aria (30-50kWh/t) 29

30 POSSIBILE INTERVENTO DI MIGLIORAMENTO DELL ATTUALE PROCESSO BIOLOGICO AEROBICO Criterio di riferimento: BAT (IPPC) D.M. 29/01/2007 Linee guida per l individuazione delle migliori tecniche disponibili per la gestione dei rifiuti. - Migliori dal punto di vista ambientale; - Migliori dal punto di vista gestionale; - Migliori dal punto di vista economico. G) Definizione della lista delle migliori tecniche per la prevenzione integrata dell inquinamento dello specifico settore in Italia Alla Tabella 5.1 «Individuazione delle BAT» con riferimento al «Trattamento meccanico biologico» viene riportata la digestione anaerobica 30

31 IL TRATTAMENTO AEROBICO: INTRODUZIONE DEL NUOVO PRE-TRATTAMENTO ANAEROBICO Frazione organica D.A. COMPOST. Ammendante o Biostabilizzato Energia Prestabilizzazione mediante DA Minore consumo compostaggio (- kwh) 31

32 IL TRATTAMENTO AEROBICO: LA DIGESTIONE ANAEROBICA PROCESSO E PRODOTTI Schema impianto Digestore Recupero di Energia e Materia ABP Rifiuti organici (Ingestato) Batteri T=37-50 C Biogas Nm 3 /t 60% CH 4 40% CO 2 ml biogas *g TS days Digestato Trattamento biologico aerobico esistente Compost o Biostabilizzato 32

33 LA DIGESTIONE ANAEROBICA: Opzioni recupero energetico Inceneritore Biogas (60%CH CO 2 ) Elettricità rinnovabile kWh/t Scorie Calore Biogas 60%CH 4 40%CO 2 Biometano 95%CH 4 Motori a combustione (Tradizionale) Biometano (Innovativo) Rete Nazionale GN 33

34 mgo2/l Francesco Di Maria, Laboratorio LAR Dipartimento di Ingegneria Università di Perugia LA DIGESTIONE ANAEROBICA: Ulteriori vantaggi ambientali Riduzione odori Parziale Stabilizzazione Nutrienti , , ,00 Ingestato Digestato 0,00 COD BOD Sanificazione Concentrazione Agente Digestato Limiti legge Coliformi fecali (MPN/gST) Salmonella Assente <100 Escherichia coli Assente Non indicata Carbon sink: Compost maggiore qualità! 34

35 LA DIGESTIONE ANAEROBICA: Impatto urbanistico Nuove realizzazioni per accessori tecnologici 35

36 LA DIGESTIONE ANAEROBICA: Stima dei costi t/anno 500/400 kwe Voce di costo Importo ( ) Opere civili Opere elettromeccaniche Cogeneratori e cablaggi elettrici Oneri per la progettazione Oneri di commessa ed altri oneri Totale

37 CONCLUSIONI Dalle valutazioni effettuate sull impiantistica esistente si può affermare: 1) Termovalorizzatore. 1.1) L attuale componentistica presenta caratteristiche compatibili con un suo revamping nel rispetto dell attuale livello di emissioni; 1.2) L entità e la complessità degli interventi appare di livello generalmente medio/basso; 1.3) Allo stato attuale appare possibile anche il riconoscimento dell operazione R1 invece della D10, laddove si individui un adeguata utenza termica. 2) Trattamento biologico aerobico. 2.1) L introduzione nel ciclo di trattamento esistente di un processo di digestione risponde alle soluzioni previste nelle BAT; 2.2) L introduzione della digestione anaerobica comporta notevoli benefici energetici (biogas+minore durata compostaggio) ed ambientali; 2.3) Gli interventi necessari all integrazione non comportano rilevanti impatti urbanistici. 37

38 Il laboratorio LAR Prof. Ing. Francesco Di Maria Ing. Caterina Micale Ing. Alessio Sordi Ing. Giuseppe Cirulli Ing. Martino Barratta 38

39 GRAZIE PER L ATTENZONE! Francesco Di Maria Laboratorio LAR 5 Dipartimento di Ingegneria Università di Perugia e.mail: francesco.dimaria@unipg.it Web: Web: 39