Produzione di Biofuel mediante digestione anaerobica della frazione organica del rifiuto solido urbano

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1 Seminario «AVANTI GLI AVANZI: trasformare lo spreco in risorsa» Produzione di Biofuel mediante digestione anaerobica della frazione organica del rifiuto solido urbano Gottardo Marco Dipartimento di Scienze ambientali, Informatica e Statistica DAIS Ca Foscari - Venezia Via Torino, Campus Scientifico 27 novembre 2014

2 Quale trattamento per la frazione organica del RSU? Incenerimento? NO La FORSU da raccolta differenziata ha un potere calorifico estremamente basso, a causa del fatto che e composta almeno dal 75 % da acqua. Discarica? NO Il deposito in discarica della frazione organica del rifiuto solido urbano comporta produzioni massive di percolato altamente inquinante e flussi di biogas non completamente intercettabili, con un potere gas serra (GWP) 21 volte maggiore a quello della CO 2. Compostaggio? SI Il compostaggio è un processo che permette di produrre fertilizzante per uso agricolo. MA NON DA SOLO. Il compostaggio è un processo in netta perdita energetica.

3 Quale trattamento per la frazione organica del RSU? Digestione Anaerobica? SI Minimizza l impatto che il settore rifiuti esercita sull ambiente. Si svolge in reattori chiusi ove le emissioni nell aria sono significativamente ridotte e più facili da controllare rispetto alle altre metodologie di trattamento Recupero di Energia Rinnovabile: BIOGAS (55-65% CH % CO2) Dato il suo elevato potere calorifico (4,500 Kcal/m 3 6,500 Kcal/m 3 ), può essere convenientemente convertito in quasi tutte le forme di energia utili: calore, elettricità e cogenerazione.

4 Integrazione impiantistica aerobico/anaerobico L integrazione dello step di trattamento anaerobico con lo step di trattamento aerobico può essere ottenuta secondo diverse modalità. Biogas FORSU Pretrattamenti Digestione anaerobica Acqua e CO 2 Acqua Filtrazione Prodotto finale Compostaggio Fango

5 Integrazione impiantistica aerobico/anaerobico L integrazione dello step di trattamento anaerobico con lo step di trattamento aerobico può essere ottenuta secondo diverse modalità. Biogas FORSU Pretrattamenti Spremuta di FORSU Digestione anaerobica Frazione secca Acqua Filtrazione Acqua e CO 2 Prodotto finale Compostaggio Fango

6 Screw Press Compostaggio % in peso % in peso Digestione anaerobica

7 Processo integrato Acque reflue - FORSU L integrazione dei cicli di trattamento delle acque reflue e dei rifiuti è stata proposta da Cecchi et al. (1994) e prevede due scenari: Uno più semplice, che fa riferimento al solo concetto di CODIGESTIONE di due matrici organiche, nel caso specifico la FORSU ed i fanghi prodotti dall'impianto L'altro, più generale, che include anche la fermentazione anaerobica della frazione organica umida di RSU (AF) e la cristallizzazione del fosforo in un reattore a letto fluido (SCP).

8 Codigestione Anaerobica Diversi studi hanno evidenziato che il trattamento simultaneo di più substrati organici, via digestione anaerobica, permette diversi benefit al processo, in particolare: migliori rapporti tra i diversi nutrienti, effetti sinergici tra differenti gruppi microbici, maggiori carichi di sostanza organica biodegradabile, migliori rese di biogas. ESEMPIO: Il Sistema Treviso - rendimenti: Unità di misura Senza FORSU Con FORSU GPR m3/m3d SGP m3/kgtvs Biogas m3/mese 4,500 19,345

9 Processo BNR e Carbonio esterno Il rapporto COD/Ntot è il parametro più significativo per valutare l idoneità del refluo in ingresso impianto a supportare il processo di rimozione biologica dei nutrienti. L uso di carbonio esterno è ampiamente diffuso per equilibrare le caratteristiche dei reflui ed aumentare le prestazioni dei processi e quindi garantire un effluente conforme ai limiti di legge; ciò specialmente quando si ha variabilità delle caratteristiche nella rete fognaria La fermentazione anaerobica della FORSU si è dimostrato un processo in grado di produrre un fermentato con alto contenuto di acidi grassi volatili (fino a 15 g/l)

10 BioFUEL di 2 generazione: BIOHYTHANE (5 10% H2, 95 90% biogas) Vantaggi legati all addizione di idrogeno al biogas: 1. Riduce emissioni di diossido di carbonio in atmosfera 2. Riduce emissioni di idrocarburi in atmosfera in misura maggiore di quanto sia riconducibile alla parte di biogas sostituita dall idrogeno.

11 La Dark Fermentation: i batteri in grado di produrre idrogeno Si trovano nei comuni consorzi batterici della Digestione Anaerobica Clostridium spp. Thermoanaerobacterium spp. Enterobacter Bacillus

12 SCHEMA DI PROCESSO: digestione anaerobica a due fasi di FORSU ottimizzata per la produzione di BioHythane H2 e CO2 CH4 e CO2 Digestato Fermentatore Digestore Ricircolo

13 Caso di studio: Digestione anaerobica termofila a due fasi di FORSU Dark Fermentation Metanogenesi CSTR (V = 0.2 m 3 ) CSTR (V = 0.76 m 3 ) Dark Fermenta+on Metanogenesi HRT OLR T HRT OLR T d KgTVS/m 3 d C d KgTVS/m 3 d C

14 Caso di studio: Digestione anaerobica termofila a due fasi di FORSU % Day H2 CO2 CH4 GPR m 3 /m 3 d 2.7 ±0.3 SGP m 3 /KgTVS 0.77 ±0.1 H 2 % 8.9 ±1.5 CO 2 % 36 ±3.5 CH 4 % 55.1 ±3.6

15 SCHEMA DI PROCESSO: codigestione anaerobica a due fasi di FORSU e fango biologico attivo, ottimizzata per la produzione di BioHythane H2 e CO2 CH4 e CO2 Digestato Fermentatore Digestore

16 Caso di studio: Codigestione anaerobica termofila a due fasi di FORSU e fango biologico attivo Dark Fermentation Metanogenesi CSTR (V = 0.2 m 3 ) CSTR (V = 0.76 m 3 ) Dark Fermenta+on Metanogenesi HRT OLR T HRT OLR T d KgTVS/m 3 d C d KgTVS/m 3 d C

17 Caso di studio: Codigestione anaerobica termofila a due fasi di FORSU e fango biologico attivo GPR m 3 /m 3 d 1.6 ±0.3 SGP m 3 /KgTVS 0.51 ±0.1 H 2 % 5 ±1 CO 2 % 37 ±1 CH 4 % 58 ±1

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