Caso reale di riduzione del fango prodotto in un impianto di depurazione civile

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1 Caso reale di riduzione del fango prodotto in un impianto di depurazione civile Impianto di depurazione di Ponte a Tressa Idrolisi termochimica del fango di depurazione Alessandro Bardelli Unità Pianificazione Impianti

2 Caso reale di riduzione del fango prodotto in impianto di depurazione civile Gli impianti di depurazione a fanghi attivi Il problema dello smaltimento dei fanghi di supero Strategie per la riduzione dei fanghi Il processo Newlisi La sperimentazione al depuratore di Siena (Tressa) Dalla sperimentazione al contratto di servizio triennale Conclusioni

3 Impianti a fanghi attivi L impianto di depurazione «Un depuratore di acque reflue è un sistema tecnologico dove, a mezzo di opportune soluzioni impiantistiche, si realizza l eliminazione (riduzione) delle sostanze estranee e/o inquinanti attraverso un processo composto da una serie di azioni di carattere meccanico, chimico-fisico e biologico.»

4 Impianti a fanghi attivi La biomassa batterica e i fanghi di depurazione ACQUE DEPURATE ACQUE REFLUE FANGHI DI DEPURAZIONE All interno del reattore biologico ossigenato, prevalentemente per insufflazione d aria, avvengono i processi di demolizione della sostanza organica per mezzo della biomassa batterica. La sostanza organica viene trasformata in sostanze semplici (CO 2, H 2 O, N 2 ) ed energia che viene utilizzata per l accrescimento e la moltiplicazione della biomassa (dando origine al fango di supero). La rimozione del fango di supero da un impianto di depurazione è, pertanto, essenziale in quanto impedendo la proliferazione della biomassa batterica garantisce la stabilità del processo; in assenza di rimozione del fangosi arriverebbe in breve tempo all impossibilità per l impianto di portare a termine i processi depurativi.

5 Smaltimento e valorizzazione dei fanghi di depurazione Modalità più frequenti di smaltimento/riutilizzo dei fanghi - il riutilizzo in agricoltura tal quali o previo compostaggio: con problemi legati alla stagionalità, a valori limite di concentrazione per alcuni metalli pesanti da rispettare nei suoli e nei fanghi, nonché caratteristiche agronomiche e microbiologiche dei fanghi (in termini di val. min. di carbonio organico, fosforo e azoto totale, val. max di salmonelle); - lo smaltimento in discarica: con normative sempre più severe e scarsità di siti idonei; - la valorizzazione energetica tramite incenerimento (previo essiccamento) da soli o il co-incenerimento con i rifiuti (FORSU): presenta problemi relativi alle emissioni e alla scarsità di siti autorizzati; - l inserimento nella filiera di produzione di laterizi (miscelazione con argilla), degliasfalti e calcestruzzi previo essiccamento (come combustibile ausiliario e inglobamento della frazione inorganica nel clinker/asfalto): problemi derivanti da valori limite di alcune sostanze nonché dalla necessità di capacità di deposito temporaneo per adeguarsi alle esigenze produttive. Il quadro delineato ci conferma che il reperimento di siti idonei a distanze ragionevoli e con adeguate capacità di ricezione dei fanghi sia da sempre uno dei problemi più rilevanti per la gestione degli impianti di depurazione.

6 Smaltimento e valorizzazione dei fanghi di depurazione Produzione e gestione fanghi del gruppo Acea

7 Impianti a fanghi attivi I fanghi prodotti dagli impianti del gruppo ACEA I fanghi di depurazione avviati al recupero/smaltiti annualmente dal gruppo ACEA risultano pari a circa t/anno GORI UMBRA ACQUE PUBLIACQUA ACQUEDOTTO DEL FIORA ACQUE Acea ATO Acea ATO tot Mentre in tutta l unione europea il quantitativo di fanghi di supero da smaltire si aggira intorno a 12 milioni t/anno (fonte EU Service Contract: No 07030/2008/517358/ETU/G4)

8 Impianti a fanghi attivi I fanghi prodotti dagli impianti di Acquedotto del Fiora I fanghi di depurazione avviati al recupero/smaltiti annualmente da Acquedotto del Fiora nel periodo ammontavano a circa t. E interessante rilevare che dai 4 impianti con la maggiore produzione di fanghi si originava circa il 70% del fango totale. La ripartizione % delle destinazioni dei fanghi negli ultimi 3-4 anni: - 25 % agricoltura; - 60% compostaggio; - 15% discarica.

9 Smaltimento e valorizzazione dei fanghi di depurazione La composizione del fango di depurazione Si tratta di una materiale semisolido ovvero di consistenza palabile costituito solitamente dal 20-30% da sostanza solida secca (SST) e per il resto da acqua. La sostanza secca è costituita dal 70-75% da «sostanze organiche volatili» (SSV) e per la parte restante da «sostanze inerti» o «ceneri» (SSI).

10 Smaltimento e valorizzazione dei fanghi di depurazione La composizione del fango di depurazione: possibili aree di intervento 70-80% Aumento del tenore di sostanza secca 20-30% 15-20% 5-10% Riduzione delle sostanze organiche volatili

11 Smaltimento e valorizzazione dei fanghi di depurazione Il fango di depurazione strategie per la riduzione dei costi di smaltimento Aumento del tenore di sostanza secca nel fango disidratato per mezzo di: - essiccazione fanghi; - adeguamenti funzionali delle linee fanghi ed in particolare delle sezioni di disidratazione meccanica (a questo proposito si segnala il rilevante investimento effettuato nel 2015 da AdF per la dotazione di centrifughe ad alto rendimento dei 4 impianti di depurazione con la maggiore produzione di fanghi); Riduzione delle sostanze organiche volatili nel fango disidratato per mezzo di vari sistemi presenti sul mercato: - ozonizzazione del fango; - trattamento enzimatico; - trattamenti di lisi meccanica del fango; - disintegrazione elettrocinetica; - disintegrazione con ultrasuoni; - idrolisi termica del fango processo; - idrolisi termochimica del fango (NEWLISI); - etc E chiaro che la convenienza economica di determinate strategie di riduzione dei fanghi può sussistere solo alla condizione che lo studio di fattibilità indichi che il costo evitato per tonnellata di fango non prodottoe quindi il risparmio ottenuto, sia maggiore del costo unitario complessivo dell'intervento tecnologico, sia in termini di investimento, ma soprattutto dell ammontare dei costi operativi.

12 Smaltimento e valorizzazione dei fanghi di depurazione Il fango di depurazione strategie per la riduzione dei costi di smaltimento Le strategie da adottare devono, altresì, tenere conto di un «approccio integrato» tra gli aspetti ECONOMICI già delineati e quelli TECNICI in termini di: - affidabilità del sistema; - complessità e integrabilità con l esistente; - sicurezza e vulnerabilità; - elasticità/modularità; - eventuale recupero di risorse e produzione di residui; - aspetti di carattere sociale ed autorizzativo. Acquedotto del Fiora agli inizi del 2015, dopo aver preso in considerazione più tecnologie tra quelle precedentemente elencate, ha dato inizio alla sperimentazione del sistema di idrolisi termochimica del fango di supero dell impianto in cui si aveva la maggiore produzione di fanghi (Tressa) affidando il servizio alla società Newlisi con l obiettivo primario di conseguire un significativo risparmio dei costi operativi connessi con lo smaltimento dei fanghi di depurazione (che rappresentano circa il 30% dei costi operativi totali).

13 Il depuratore di Siena Ponte a Tressa La sperimentazione del processo Newlisi

14 Idrolisi termochimica del fango Il sistema Newlisi profilo societario, referenze NewlisiSpa è unastartup italiana fondata nel 2010 che ha brevettato in 44 paesi un innovativo processo di idrolisi termochimica del fango. La società ha avviato le operazioni attraverso un finanziamento di «360 Capital partners» una società di gestione specializzata in Venture Capital che investe i fondi gestiti in aziende innovative europee. Nel tempo si sono aggiunti, con quote di capitali minoritarie, altri partner finanziari quali «Imi San Paolo-Atlante Ventures», «Micheli Associati» e il fondo di private equity cinese «Beautiful Mind Capital». Referenze: -test in laboratorio effettuati in sinergia con il partner scientifico IRSA-CNR Roma; -circa 4 anni di test sul campo su commesse ottenute da amministrazioni pubbliche e privati per la riduzione e la gestione dei fanghi di supero: CASSANO D ADDA NOV 2011-GEN 2012 TRUCCAZZANO LUGLIO 2012-APRILE 2013 PARATICO MAG 2011-SET 2011 PARMALAT MAGGIO 2013

15 Idrolisi termochimica del fango Le caratteristiche del sistema Newlisi - NEWLISI può essere definito come un processo che scompone e solubilizzasostanze complesse e resistenti nei fanghi di supero trasformando una parte sostanziale del carbonio organico in CO 2 (circa il 35%). - il processo converte i fanghi in un sottoprodotto degradabile (l'eluato) rompendo i legami intracellulari con una combinazione di calore (opera tipicamente a C), prima in ambiente acido e poi in ambiente alcalino all'interno di un processo chimico che consta di diverse fasi; - la parte solubilizzata (eluato), se ritorna in testa all impianto (alternativa 1), non ne altera in maniera rilevante il comportamento, grazie anche all esiguo apporto idraulico, mentre il residuo secco risultante dalla disidratazione meccanica ha le stesse proprietà del fango smaltito con l impianto nella configurazione tradizionale, ma con minor frazione organica; è quindi potenzialmente in grado di migliorare le qualità del fango disidratato; - in presenza di un digestore anaerobico (alternativa 2) l eluato, massimizzando il contenuto di sostanze organiche disciolte in fase liquida, può costituire un ottima matrice per la conversione in biogas all interno del reattore diminuendo il tempo di permanenza e aumentando la produzione specifica di biometano per kg di SSV. - il fango può essere prelevato a qualunque percentuale di secco. Solitamente dopo l ispessitore prima di confluire in centrifuga (2-4% SST) oppure direttamente dal ricircolo del supero (0,3-0,6% SST);

16 Idrolisi termochimica del fango Il sistema Newlisi: l idrolisi del fango e l eluato Fango di supero Fango idrolizzato Eluato + fango residuo Alternativa 1: In testa all impianto Alla disidratazione meccanica

17 Idrolisi termochimica del fango Il sistema Newlisi: l idrolisi del fango e l eluato Fango di supero Fango idrolizzato Eluato + fango residuo Alternativa 2: Entrambi i «prodotti» della Newlisi possono essere inviati alla digestione anaerobica per massimizzare la produzione di biometano

18 Idrolisi termochimica del fango CO2 Il sistema Newlisi Ricircolo Fase1 Fase2 Fase3 Fase4 Fase5 TRITURAZIONE SPINTA IDROLISI OSSIDATIVA ACIDA IDROLISI OSSIDATIVA ALCALINA STABILIZZAZIONE ph SEPARAZIONE FANGHI INERTI Rottura particelle grossolane Disgregazione masse aggregate Favorisce l intimo contatto dei solidi coi reattivi chimici Conversione a CO 2 dei substrati ossidabili Intervallo ph Intervallo temp. 35 C C Agitazione assiale convogliata Tempo di contatto min. Idrolisi di substrati complessi Intervallo ph 8 12 Intervallo temp. 35 C C Agitazione assiale convogliata Tempo di contatto min. Neutralizzazione con corrente acida del prodotto generato nella fase 3 Intervallo ph Flocculazione del prodotto finale neutralizzato con successiva Sedimentazione e separazione dell eluato finale e dei fanghi inerti (prevalentemente inorganici) rimasti indisciolti Alternativa 1: In testa all impianto Alternativa 2: alla digestione anaerob. ELUATO Fango esausto

19 Idrolisi termochimica del fango Il sistema Newlisi: alternativa 1) RIDUZIONE FANGHI l eluato in testa all impianto L eluato viene restituito alla testa dell'impianto di depurazione è caratterizzato da sostanze con un basso peso molecolare ed alto contenuto biodegradabile. Non perturba in modo sostanziale i parametri di uscita delle acque e migliora le caratteristiche di sedimentabilità del fango. L eluato ha le medesime caratteristiche dell effluente principale, ma una struttura molecolare differente ed un rapporto BOD/COD elevato. Circa il 40% del carbonio entrante nell impianto va ad incrementare l emissione di CO2 dell impianto. Il residuo solido ha le stesse caratteristiche (CER) del fango già prodotto e quindi segue gli stessi canali di smaltimento (agricoltura, compostaggio etc ) Riduzione solidi fino al 85%

20 Idrolisi termochimica del fango Il sistema Newlisi: alternativa 2) con invio dell eluato alla digestione anaerobica L eluato viene ritenuto essere l ingrediente idoneo per la matrice di digestione anaerobica. Il fango è il larga parte solubilizzato e pertanto l attività dei batteri ed il tempo di ritenzione della matrice diminuiscono, massimizzando la produzione di biogas. Biogas La produzione di biometano aumenta di circa il 40% riducendo i tempi di digestione fino a poche giorni (vs tradizionali 20 giorni) Il liquido derivante dalla disidratazione meccanica «centrato» viene restituito alla testa dell'impianto di depurazione. Il materiale residuo digerito «digestato» viene disidratato e smaltito con le consuete modalità.

21 Il depuratore di Siena Ponte a Tressa

22 Il depuratore di Siena Ponte a Tressa Potenzialità AE progetto AE AE idraulici effettivi AE organici effettivi mc/d portata giornaliera gr SS/AE/d Caratteristiche influente COD = 500 mg/l BOD = 280 mg/l Azoto Totale = 50 mg/l SSV = 75 % SST/BOD = 0,9 Fanghi di supero Supero biologico = kgsst/d Fanghi disidratati* = t/anno Percentuale di secco* = % Sostanza secca = 865 t/anno * anni

23 Idrolisi termochimica del fango Il sistema Newlisi applicato al depuratore di Tressa MODELLO DI PARTNERSHIP PROPOSTO - non era richiesto nessun rilevante investimento da parte di Acquedotto del Fiora: impianto realizzatoin sito per mezzo di moduli trasportabili ovvero senza bisogno di opere murarie (a parte collegamenti elettrici e idraulici); - macchinari e gestione del comparto(inclusi reagenti chimici) a cura esclusiva di Newlisi; - remunerazione del servizio effettuata proporzialmente alla quantità di fanghi effettivamente sottoposti al trattamento; - disponibilità della Newlisi SpA per un periodo di sperimentazione lungo 6/12 mesi in considerazione del carattere innovativo dell applicazione; VINCOLI AUTORIZZATIVI - Arpat e Provincia sono stati informati della nostra intenzione e abbiamo lavorato con la massima trasparenza fino all integrazione del processo Newlisi nella richiesta di A.U.A. del depuratore di Ponte a Tressa. La Conferenza di Servizi si è espressa con parere favorevole al rilascio dell AUA senza nessuna prescrizione particolare relativa al nuovo comparto di idrolisi termochimica. AFFIDABILITA DEL SISTEMA - sistematelecontrollatoedautomatizzatodotato di un elevata affidabilità intrinseca: due lineee di processo indipendenti e macchinari ridondanti, presenza di tecnici Newlisi durante il turno lavorativo diurno e in reperibilità; OBIETTIVI DICHIARATI - implementazione del processonewlisi al depuratore di Tressa nellamodalità di cui all altenativa1 con riduzione dei fanghi di supero in termini di riduzione sostanze volatili fino al 90%; - innocuità dell eluato che viene inviato in testa al processo depurativo;

24 L implementazione al depuratore di Tressa La sperimentazione Nonostante che l eluato rappresentasse circa il 7% della portata influente (800 m 3 /d su m 3 /d) si è voluto comunque procedere ad una verifica dell innocuità dell eluato per l impianto di depurazione: è stato pertanto affidato un incarico al Dipartimento di Ingegneria Civile E Ambientale (DICEA) dell Università di Firenze per lo studio e la valutazione dell'eventuale tossicità del residuo liquido (eluato) prodotto da Newlisi, nei confronti della biomassa presente sull impianto. Dall inizio del 2015 per circa 8 mesi sono stati analizzato con modelli matematici (WEST) e sofisticate apparecchiature gli equilibri ed i principali parametri (Azoti, COD, SST, SVI etc ) in considerazione dell inserimento del sistema Newlisi nella filiera depurativa del depuratore di Tressa. Biomassa eterotrofa - prove respirometriche Biomassa autotrofa - prove titrimetriche L effetto di inibizione causato dall eluato sulla biomassa è risultato sostanzialmente nullo.

25 L implementazione al depuratore di Tressa Risultati della sperimentazione Analisi dell effluente Nessun fuori norma rilevato durante la sperimentazione (73 analisi eseguite nell anno 2015) e in particolare: diminuzione dell azoto ammoniacale; diminuzione del tenore di Solidi Sospesi Totali in uscita con l effluente depurato (sensibile aumento dell indice di sedimentabilità del fango attivo che ha comportato un miglioramento nella gestione nella fase di separazione liquido/solido nelle sezioni di sedimentazione secondaria) aumentodelcod contenuto al di sotto dei limiti di legge; il valore massimo rilevato è satodi 95mg/Lsu73analisi realizzate perassestarsiintornoa50-60mg/l; aumento del fosforo contenuto nei limiti di legge. Analisi del fango Rispetto dei requisiti di cui all art. 127 del D. Lgs. 152/06: - il fango trattato con il sistema Newlisi è risultato privo di sostanze pericolose; Riduzione dei fanghi - nel corso del periodo di sperimentazione (in cui non è stato trattata la totalità del fango di supero) è risultata una riduzione del 58% del fango nei confronti del periodo precedente.

26 L implementazione al depuratore di Tressa La sperimentazione: riduzione fanghi nel periodo mag-sett 2015 Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Totale (Mag-Set) Riduzione -62% -61% -47% -63% -61% -58% -954t

27 L implementazione al depuratore di Tressa Il contratto di servizio In considerazione dei buoni risultati conseguiti e confortati da parere del DICEA di Firenze, dopo 5 mesi, abbiamo ritenuto inutile continuare la sperimentazione preferendo, in accordo con Newlisi, procedere alla contrattualizzazione del servizio per il trattamento della totalità dei fanghi prodotti. D altra parte durante la sperimentazione era già emersa la convenienza per entrambe le Parti di apportare modifiche sostanziali sulle modalità di gestione del servizio non previste in fase di progettazione dello stesso ed in particolare la possibilità di affidare a Newlisi la gestione dell intero comparto di disidratazione meccanica. Acquedotto del Fiora SpA, considerando la valenza del progetto, ha pertanto deciso di procedere alla contrattualizzazione di un servizio di 3 anni aggiungendo l affidamento all azienda Newlisi SpA della gestione della sezione di disidratazione. Il processo Newlisi è pertanto pienamente inserito nel processo depurativo dell impianto di Ponte a Tressa e di conseguenza la piena collaborazione tra i tecnici Newlisi e il personale operativo di Acquedotto del Fiora è divenuta a un aspetto irrinunciabile. Eventi particolari e significativi, variazioni dell influente trattato o delle modalità di gestione sono prontamente segnalati e gestiti congiuntamente.

28 L implementazione al depuratore di Tressa La riduzione fanghi nel periodo nov ago 2016 Nov Dic Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Totale (Mag-Set) Riduzione -89% -93%-73%-52%-28%-78% -64% -69% -71% -71% -70,4% -2599t

29 L implementazione al depuratore di Tressa Conclusioni: riepilogo benefici e criticità del sistema Newlisi GENERALI Miglioramento della sedimentabilità del fango; Aumento della percentuale di secco sul fango residuo all uscita della disidratazione meccanica; AMBIENTALI Decremento del numero di trasporti da e per il sito di depurazione (circa 130 all anno); Riduzione dei fanghi di depurazione del 70% rispetto al periodo pre-newlisi ; Necessità di prodotti chimici e di calore per riscaldamento del fango; Incremento del COD e P in uscita, ampiamente entro ilimiti di legge, e comunque in diminuzione (COD); Incremento delle emissioniin CO 2 ; ECONOMICI Riduzione del costo di smaltimento dei fanghi di depurazione; Aumento dei consumi di energia elettrica per il funzionamento del comparto Newlisi; Gestione del reparto di disidratazione ricompresa nel servizio Newlisi con utilizzo ridotto della disidrazione meccanica e conseguenti: riduzioni del 70% in termini di energia elettrica e polielettrolita per il condizionamento del fango; minori costi di manutenzione del comparto; recupero del personale impiegato nel comparto;

30 L implementazione al depuratore di Tressa Conclusioni: possibili sviluppi La valutazione dei risultati e delle conoscenze conseguite ha portato a ritenere che Newlisi possa essere considerato uno dei più promettenti sistemi per la riduzione dei fanghi di depurazione presenti sul mercato e di conseguenza a: ricercare possibili modalità per l estensione del sistema Newlisi alla maggior parte dei fanghi prodotti da Acquedotto del Fiora (ad es. con il trasporto in apposite piattaforme centralizzate); ipotizzare un ulteriore sperimentazione del processo Newlisi in abbinamento alla stabilizzazione anaerobica per la produzione di bio-metano da fanghi di depurazione; valutare la possibilità di nuove forme di partnership con Newlisi; ipotizzare l implementazione del sistema Newlisi su altri impianti del gruppo ACEA.