GRUPPO RICICLA. Sistema ibrido di digestione anaerobica della FORSU allo stato solido: un caso studio italiano

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1 GRUPPO RICICLA Sistema ibrido di digestione anaerobica della FORSU allo stato solido: un caso studio italiano Michele Pognani 1 michele.pognani@unimi.it, Giuliana D Imporzano 1 Cornelis Stelwagen 2 Luca Eichenberg 2 Gabriele Versolato 2 Elisa Semeghini 3, Giulio Grisanti 3, Giuliano Reggiani 3, Fabrizio Adani 1 1 Gruppo Ricicla, laboratori Suolo e Ambiente Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali, DISAA, Università degli Studi di Milano 2 Waste Treatment Technologies B.V. The Netherlands 3 AIMAG S.p.A

2 AREE DI RICERCA Rifiuti: gestione e trattamento rifiuti, ciclo integrato: Processi e impianti: biostabilizzazione, bioessiccamento, compostaggio digestione anaerobica impatti: valutazione degli impatti on field (emisioni, odori ) LCA assessment Energia: produzione di bioenergia (biogas, bioidrogeno) R&S su nuove colture energetiche (Arundo Donax) -Ottimizzazione della resa in bioenergie: steam explosion, cavitazione, processi bistadio Bioraffineria Microalghe: produzione e fitodepurazione Produzione di bio-chemicals (biostimolator, enzimi, biosurfattanti) -estrazione molecole ad alto valore aggiunto Ambiente suolo : uso delle biomasse in agricoltura (fanghi Compost liquami Digestato) impatti del digestato sull ambiente, monitoraggio odori.

3 RICERCA& SVILUPPO Biometano e Bioidrigeno Processi bistadio idrogeno/metano per aumentare l efficienza del processo anaerobico: permettono la differenziazione dei bio-combustibili prodotti (H2 e CH4) con vantaggi economici nei processi di utilizzazione (trasporto, trasformazione in energia). Grazie a questo innovativo procedimento si ottiene un aumento della % di CH4 nel biogas prodotto (65-75 %) e una agevolazione dei processi di up-grading per ottenere biometano agli standard di utilizzo nelle reti di distribuzione. MFC per la produzione di energia Una cella a combustibile microbica (MFC) è un bioreattore che converte l'energia chimica dei legami chimici dei composti organici in energia elettrica mediante reazioni catalitiche sviluppate dal metabolismo di alcune specie di microrganismi anaerobi Produzione di microalghe da digestato Le microelghe sono organismi autotrofi in grado di assimilare i nutrienti in soluzione e organicarli nella propria biomassa. Per questo motivo sono definite cellfactories e la loro coltivazione si pone come processo innovativo per la produzione di molecole ad elevato valore aggiunto nell ambito della nutraceutica, farmaceutica, cosmetica e mangimistica.

4 TECNOLOGIE La Digestione Anaerobica è un efficace sistema di conversione energetica per materiali ad alta umidità A UMIDO O A SECCO?

5 ST iniziali del materiale (%) ST per trattamento WET (%) Acqua aggiunta (m 3 /ton FORSU trattata) Acqua da trattare 2 (m 3 /ton FORSU in ingresso) WET DRY

6 FATTORI CHE VINCOLANO LA SCELTA DIGESTIONE SECCO-UMIDO Non esiste una migliore tecnologia. La scelta tra sistemi a a secco e a umido si basa sulle condizioni di contesto Qualità del rifiuto ( es cassonetto stradale, raccolta condominiale) Possibilità e costi di trattamento della frazione liquida Necessità di codigerire rifiuti liquidi (impianti depurazione acque) Disponibilità di materiale strutturante.

7 DAL PUNTO DI VISTA DEL PROCESSO Strategie di bilanciamento del carico di organico, dell alcalinità e del numero di microrganismi inserimento di poco rifiuto in grandi quantità di digestato

8 DAL PUNTO DI VISTA DEL PROCESSO Un processo DRY per essere più competitivo dovrebbe evitare l uso didigestato in biocella per utilizzare tuttoil volume utile della biocella per il trattamento della FORSU Allo stesso tempo una simile tecnologia deve garantire le corrette condizioni biologiche per una metanazione stabile e una alta efficienza diprocesso ( bilanciamnto del carico organico etc..)

9 Nuova strategia di bilanciamento Flusso di digestato BIOCELLE Digestore Inserimento in biocella di rifiuto organico e verde Flusso di percolato Utilizzo di materiale liquido già digerito che pecola sul materiale in biocella Eccesso di Acidi grassi e carbonio solubile portato via con il flusso di percolazione e distribuito sul digestore in liquido e nelle altre biocelle a diversi stadi del processo

10 IMPIANTO DI TRATTAMENTO DELLA FORSU DI CARPI, proprietà e gestione AIMAG WTT tecnologies

11 IMPIANTO DI TRATTAMENTO DELLA FORSU DI CARPI ton 800 m 3

12 M&M Materials coming from tunnels where sampled at the input and output of the treatment. Representative solid samples (approximately 40 kg) were obtained by mixing eight sub-samples of about 5 kg each, taken from different points of the bulk material. The sub-samples of input material were taken directly during the mixing procedure. Liquid digester was monitored daily. Representative liquid samples (2 l each) were collected from CSTR recirculation pump pipe (liquid digestate). Here monthly average values are presented.

13 MATERIALE IN INGRESSO Trials Treatment time (days) Material loaded in the tunnel (ton) TS (%) VS (%) Biogas (NlkgTS -1 ) PDRI (mgo2kg TS - 1 h -1 )

14 MATERIALE IN USCITA Trials Material unloaded from the tunnel (ton) TS(%) VS (%) ABP (Nl kgts -1 ) PDRI (mgo2 kg TS -1 h -1 )

15 EFFICIENZA DI TRATTAMENTO Trials Degradation (%VS) Biogas production efficiency (%)* % % % % %

16 PROCESSO BIOLOGICO Month from start ph VFA (mg l -1 ) Alkalinity VFA/ALK TS (%) EC 1 ) (mg CaCO3 l - (mscm -1 ) N-NH3 (mgl -1 )

17 NUTRIENTI N Kg/ton P Kg/ton K Kg/ton CO2 RISPARMIATA CON LA SOSTITUZIONE 93Kg/ton di digestato..

18 CONCLUSIONI Il processo monitorato era stabile, il rapporto acidi grassi /alcalinità nel range ottimale per le reazioni idrolitiche e di metanazione (<0.4) Il sistema ha consentito una buona gestione dei picchi di carico organico e acidi grassi, attravrso il sistema ri percolazione. Le condizioni adatte alla metanazione si sono stabilite molto velocemente in biocella L efficienza di produzione del biogas, rispetto al potenziale è stata intorno al 57-70% nelle prove a 28 giorni di tempo di trattamento in biocella. La stabilità biologica del rifiuto dopo il trattamento aumenta significativamente e l indice IRDP è ridotto del 75% rispetto all ingresso.

19 Per informazioni e collaborazioni giuliana.dimporzano@unimi.it gruppo.ricicla@unimi.it Roma 2011 Digestione anaerobica dei rifiuti organici 19