PRODUZIONE DI AMMANDANTE E DI BIOCOMBUSTIBILE DALLA FRAZIONE ORGANICA DEI RIFIUTI: SINERGIE IMPIANTISTICHE E DI PROCESSO Francesco Di Maria

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1 PRODUZIONE DI AMMANDANTE E DI BIOCOMBUSTIBILE DALLA FRAZIONE ORGANICA DEI RIFIUTI: SINERGIE IMPIANTISTICHE E DI PROCESSO Francesco Di Maria Laboratorio LAR 5 Dipartimento di Ingegneria Università di Perugia e.mail: Web: Web: 1

2 LA FRAZIONE ORGANICA DEI RIFIUTI: L IMPIANTO DI TRATTAMENTO AEROBICO DI SAN ZENO Selezione meccanica Termovalorizzatore t/anno RSU Trattamento meccanicobiologico aerobico tratt. max t/anno FORSU (Compostaggio e Biostabilizzazione) 2

3 LA FRAZIONE ORGANICA DEI RIFIUTI: CARATTERISTICHE E PRODUZIONE Da Raccolta Differenziata (RD) Parametro FORSU Umidità (%ww -1 ) 72.7 SV (% SS) 93.3 EC (mscm -1 ) 1.98 ph 4.97 TOC (% SS) 29.1 TKN (% SS) 2.67 N organic (% SS) 2.64 P (% SS) 1.55 Cu (ppm SS) 11.4 Zn (ppm SS) 38.7 Pb (ppm SS) 29.2 Produzione pro capite = 150 kg/a/ab Circa t/anno (Italia) Circa t/anno (EU27) 3

4 LA FRAZIONE ORGANICA DEI RIFIUTI: LA GESTIONE - ASPETTI NORMATIVI (1) La gerarchia nella gestione dei rifiuti. D.Lgs. 152/06 Art. 179 Parte IV Comma 1 a) Prevenzione b) Preparazione per il riutilizzo c) Riciclaggio Non Rifiuto Massima protezione dell ambiente d) Recupero di altro tipo, per es. recupero di energia e) Smaltimento All. C (Recupero di Materia) 4

5 LA FRAZIONE ORGANICA DEI RIFIUTI: LA GESTIONE - ASPETTI NORMATIVI (2) ALLEGATO C: OPERAZIONI DI RECUPERO R1 Utilizzazione principale come combustibile o come altro mezzo per produrre energia R2 Rigenerazione/recupero di solventi R3 Riciclo/recupero delle sostanze organiche non utilizzate come solventi (comprese le operazioni di compostaggio e altre trasformazioni biologiche) = Ammendante compostato misto R4 Riciclo/recupero dei metalli e dei composti metallici R5 Riciclo/recupero di altre sostanze inorganiche R6 Rigenerazione degli acidi o delle basi R7 Recupero dei prodotti che servono a captare gli inquinanti R8 Recupero dei prodotti provenienti dai catalizzatori R9 Rigenerazione o altri reimpieghi degli oli R10 Spandimento sul suolo a beneficio dell agricoltura o dell ecologia (come fanghi da depurazione) R11 Utilizzazione di rifiuti ottenuti da una delle operazioni da R1 a R10 R12 Scambio di rifiuti per sottoporli a una delle operazioni indicate da R1 a R11 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) 5

6 LA FRAZIONE ORGANICA DEI RIFIUTI: IL RECUPERO - ASPETTI NORMATIVI (1) Condizione R3 = cessazione stato di rifiuto [R3: Riciclo/recupero delle sostanze organiche non utilizzate come solventi (comprese le operazioni di compostaggio e altre trasformazioni biologiche)] Prescrizioni/criteri per ottenere R3 Origine del rifiuto; Processi per il trattamento; Parametri di processo (Temperature e tempi); Caratteristiche chimico-fisiche e biologiche; Effettivo utilizzo. 6

7 LA FRAZIONE ORGANICA DEI RIFIUTI: IL RECUPERO - ASPETTI NORMATIVI (2) Quadro normativo nazionale e comunitario D.M. 05/02/1998 All. 1 Sub.1 punti 15 e 16 (IT) D.Lgs. 75/2010 sui fertilizzanti (IT) Criteri End of Waste (EOW) (EU) 7

8 LA FRAZIONE ORGANICA DEI RIFIUTI: IL RECUPERO - ASPETTI NORMATIVI (3) Quadro normativo nazionale e comunitario D.M. 05/02/1998 All. 1 Sub.1 punti 15 e 16 (IT) Punto 15 processo di digestione anaerobica per recupero biogas; Punto 16 processo di compostaggio, per produzione ammendante (D.Lgs. n.75/2010) (R3); Punto 16, parametri processo aerobico (compostaggio): durata 90gg; T 55 C t 3gg; Punto 16, origine dei rifiuti: rifiuti provenienti dalla raccolta differenziata e/o selettiva 8

9 LA FRAZIONE ORGANICA DEI RIFIUTI: IL RECUPERO - ASPETTI NORMATIVI (4) Quadro normativo nazionale e comunitario D.Lgs. 75/2010 sui fertilizzanti (IT) Caratteristiche Ammendante Compostato Misto N 5 Tab. Ammendanti Concentrazione Metalli mg/kg s.s Piombo totale 140 Cadmio totale 1,5 Nichel totale 100 Zinco totale 500 Rame totale 230 Mercurio totale 1,5 Cromo esavalente totale 0,5 Principali caratteristiche Umidità max 50% ph 6-8,5 Corg 20% ss C umico+fulv. 7%ss N org ss 80% Ntot C/N max 25 G.I. (dil. 30%) 60% 9

10 LA FRAZIONE ORGANICA DEI RIFIUTI: IL RECUPERO - ASPETTI NORMATIVI (5) EOW (UE) Quadro normativo nazionale e comunitario Criteri per cessazione stato di rifiuto Origine del rifiuto: Rifiuti organici biodegradabili da attività domestiche ed altri ; Tipologia di raccolta: differenziata con sacchi biodegradabili; Requisiti dei trattamenti, parametri del processo: - Trattamento aerobico: T 65 C t 5gg; T 60 C t 7gg; T 55 C t 14gg; - Digestione anaerobica: T=55 C per 24h HRT 20gg; T=55 C con pastorizzazione 70 C 1h; T=55 C o 37 C con successivo compostaggio. Rispetto normative fertilizzanti nazionali. 10

11 IL TRATTAMENTO AEROBICO: PARAMETRI E TRASFORMAZIONI DELLA MATERIA Fase mesofila CO 2, vapore, ph=4-5 Fase termofila disinf., ph=8 Fase di maturazione ph=7.4 [ C] Cumuli rivoltati Cumuli statici 10 Miscelazione con materiale ligneo-cellulosico Giorni Andamento temperatura Trasformazioni biochimiche Maturazione >60gg Ossidazione accelerata Circa 28 gg 11

12 IL TRATTAMENTO BIOLOGICO AEROBICO: L IMPIANTO ESISTENTE Scopo del processo: produzione di un fertilizzante organico (ammendante compostato misto) Fase di ossidazione accelerata Fase di maturazione Aria (30-50kWh/t) Energia per ventilatori R3 12

13 LA DIGESTIONE ANAEROBICA: PROCESSO E PRODOTTI Rifiuti organici (Ingestato) Schema impianto Digestore Batteri Durata=20-30gg T=37 C-55 C Biogas Nm 3 /t Energia recuperabile kwh/t 60% CH 4 40% CO 2 Recupero di Energia ml biogas*gts -1 ABP days Digestato Liquido, a smaltimento Elemento di criticità!! Solido, a recupero R3 (ammendante) 13

14 LA DIGESTIONE ANAEROBICA: CATENA TROFICA La degradazione e trasforamzione della ostanza organica Biogas 60% CH 4 40% CO 2 Digestato (liqudio/solido) 14

15 LA DIGESTIONE ANAEROBICA: LE TECNOLOGIE A umido = SS 15% - Umidità 85% A secco = 15 SS 20% - 80 SS 85% Allo stato solido = 25 SS 35% - 65 SS 75% 15

16 LA DIGESTIONE ANAEROBICA: LE TECNOLOGIE A UMIDO A umido = SS 15% - Umidità 85% Vantaggi Elevata resa di biogas per ton di rifiuto Elevata stabilità del processo Processi in continuo (elevata automazione fasi di carico e scarico dig.) Svantaggi Elevato pretrattamento del rifiuto (impianti ed energia = costi); Elevati quantitativi di digestato liquido (costi per smaltimento) 16

17 LA DIGESTIONE ANAEROBICA: LE TECNOLOGIE A SECCO A secco = 15 SS 20% - 80 SS 85% Vantaggi Buona resa di biogas per ton di rifiuto Buona stabilità del processo Processi in continuo (elevata automazione fasi di carico e scarico dig.) Svantaggi Pretrattamento del rifiuto (impianti ed energia = costi); Quantitativi di digestato liquido (costi per smaltimento) 17

18 LA DIGESTIONE ANAEROBICA: LE TECNOLOGIE ALLO STATO SOLIDO Allo stato solido = 25 SS 35% - 65 SS 75% Vantaggi Blando pretrattamento del rifiuto; Ridotti quantitativi di digestato liquido (costi per smaltimento). Svantaggi Rischi di instabilità del processo; Processi in discontinuo (benne); Minore resa di biogas per ton di rifiuto. 18

19 LA DIGESTIONE ANAEROBICA ED IL TRATTAMENTO AEROBICO: SINERGIE DI PROCESSO Frazione organica Biogas Digestato solido Digestato liquido Ammendante (R3) 19

20 LA DIGESTIONE ANAEROBICA: BIOCOMBUSTIBILI - IL RECUPERO DI ENERGIA ELETTRICA E TERMICA Biogas (60%CH CO 2 ) Elettricità rinnovabile kWh/t Calore Motori a combustione (Tradizionale) 20

21 LA DIGESTIONE ANAEROBICA: BIOCOMBUSTIBILI - IL BIOMETANO Rete GN Biogas 60%CH 4 40%CO 2 Processi di Purificazione Biometano 95%CH 4 CO 2 CAR 21

22 LA DIGESTIONE ANAEROBICA ED IL TRATTAMENTO AEROBICO: SINERGIE DI PROCESSO EFFETI BIOCHIMICI Caratteristiche del digestato (30gg di trattamento) Parametero Fraz. Org. Digestato Limiti D.Lgs. 75/2010 Umidità (%) <50 SV (% SS) ph EC (mscm -1 ) TOC (% SS) >20 TKN (% SS) N organic (%SS) >80% of TKN C/N <25 Cu (ppm SS) <150 Zn (ppm SS) <500 Pb (ppm SS) <140 GI (%) >60 Necessità di un successivo blando trattamento aerobico Minori consumi di energia 22

23 LA DIGESTIONE ANAEROBICA ED IL TRATTAMENTO AEROBICO: SINERGIE DI PROCESSO CARBON SINK 39 Aerobico (90gg) Corg. %ss Aerobico DA+Aerobico 27 D.A. (30gg) + Aerobico (60gg) Giorni di trattamento 23

24 LA DIGESTIONE ANAEROBICA ED IL TRATTAMENTO AEROBICO: SINERGIE DI PROCESSO EFFETTI ENERGETICI E AMBIENTALI Conduzione di tutte le fasi più attive in ambienti confinati e controllati; Maggiore controllo delle emissioni odorigene; Ridotta reattività biologica del digestato; Produzione di energia e riduzione consumi trattamento aerobico; Bilancio energetico fortemente positivo; L inserimento della D.A. in un processo di trattamento biologico dei rifiuti è una BAT (Tabella 5.1 IPPC, D.M. 29/01/2007). 24

25 LA DIGESTIONE ANAEROBICA ED IL TRATTAMENTO AEROBICO: IL PROGETTO SAN ZENO Stato attuale Compostaggio Biostabilizzazione Compostaggio Biostabilizzazione Stato di progetto Pre-trattamento Anaerobico (BAT) 25

26 LA DIGESTIONE ANAEROBICA ED IL TRATTAMENTO AEROBICO: IL PROGETTO SAN ZENO - PRESTAZIONI FORSU trattabile, t/anno; Biogas producibile, Nm 3 /anno Nm 3 /anno; Energia elettrica producibile, MWh/anno MWh/anno; Biometano producibile, Nm 3 /anno Nm 3 /anno. 26

27 CONCLUSIONI Integrazione dell attuale processo biologico aerobico con uno anerobico 1) L introduzione nel ciclo di trattamento esistente di un processo di digestione anaerobica risponde alle soluzioni previste nelle BAT; 2) L introduzione della digestione anaerobica comporta notevoli benefici energetici ed ambientali; 3) A San Zeno, gli interventi necessari all integrazione non comportano rilevanti impatti urbanistici. 27

28 GRAZIE PER L ATTENZONE! Francesco Di Maria Laboratorio LAR 5 Dipartimento di Ingegneria Università di Perugia e.mail: Web: Web: 28

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