Digestione anaerobica a due fasi di fanghi secondari di depurazione

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Cesarina Pace
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1 Digestione anaerobica a due fasi di fanghi secondari di depurazione David Bolzonella, Dipartimento di Biotecnologie, Università degli Studi di Verona Feltre 24 Nov

2 Il trattamento anaerobico di fanghi secondari (biologici) La necessità di rimuovere biologicamente i nutrienti porta ad evitare l uso della sedimentazione primaria Refluo Qin Qma Qe Effleunte Qfp Qr Qwas Biogas alla caldaia o gruppo Digestore anaerobico Fanghi a smaltimento Feltre 24 Nov

3 Il risultato è la produzione di soli faghi biologici, in ragione di circa 40 gss/ae e, rispetto al processo di stabilizzazione anaerobica, caratterizzati da a) Bassa degradabilità: rimozione VS del 20-30% e K bio < 0,1 d -1 b) Scarso rendimento in biogas: SGP ca m 3 per kg VS alimentato Ciò sia perché la cellula batterica è difesa da una capsula polimerica sia perché il materiale organico adsorbito su di essa è consumato durante il processo a fanghi attivi PARTICELLA ORGANICA ADSORBITA CELLULA BATTERICA STRATO POLIMERICO ESTERNO Feltre 24 Nov

4 Infatti, a salvaguarda della nitrificazione, si adottano età del fango (SRT) tipicamente > 7 giorni (spesso oltre i 15 d) con conseguente ulteriore decremento della bio-degradabilità dei fanghi trattati. Bolzonella et al., Proc. Biochem. 40(2005), 1453 Feltre 24 Nov

5 Al fine di rendere maggiormente disponibile il materiale organico cellulare è necessario intervenire con pre-trattamenti ad hoc che mirano a disintegrare il fango biologico. Ciò può essere fatto in diversi punti della filiera di trattamento: Feltre 24 Nov

6 Con diverse tecniche: chimiche, fisiche, biologiche. Boehler & Siegrist, Wat. Sci. Technol., 53(12), 2006, 207 Feltre 24 Nov

7 Che però risultano spesso economicamente non sostenibili. In questo caso di studio di EAWAG si dimostra convenienza nell uso di ozono solo se il costo di smaltimento fanghi diviene > 450 /ton SS Boehler & Siegrist, Wat. Sci. Technol., 53(12), 2006, 207 Feltre 24 Nov

8 Altro esempio, il processo CAMBI.. E utilizzato per l idrolisi termica di fanghi da inviare alla digestione anaerobica e consta di tre fasi essenziali: - ispessimento/disidratazione fanghi sino al 15% TS -idrolisi termica a C e 7-12 bar per 30 minuti - improvviso abbassamento della pressione applicata e ulteriore idrolisi Ne risulta un flusso con COD solubile nell influente fino a 50,000 mg/l Feltre 24 Nov

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13 (circa 300 /tonts, anno 2000 per 3,500 tonts trattate!!!) Feltre 24 Nov

14 Esperienza USA CH2MHILL Feltre 24 Nov

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16 Note circa il processo CAMBI -Riduzione di COD e VS e contestuale incremento del biogas prodotto - sanitizzazione del digestato -miglior disidratabilità Ma anche - tecnologia complessa - costi di investimento e gestione importanti -produzione di ammoniaca e COD solubile bio-refrattario rinvenibile nell effluente della linea acque e colorazione bruno-scura dello stesso Feltre 24 Nov

17 Una via più soft.. I processi anaerobici a due stadi e temperature disgiunte Feltre 24 Nov

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20 Digestione anaerobica a due fasi termofila: l esperienza dell Università di Verona Feltre 24 Nov

21 Fango biologico ispessito dinamicamente (5-6% SS) da impianto Città di Verona ( ae) Feltre 24 Nov

22 Fango biologico ispessito dinamicamente (5-6% SS) da impianto Città di Verona ( ae) Feltre 24 Nov

23 Ispessitore a coclea Feltre 24 Nov

24 Fango biologico caratteristiche Feltre 24 Nov

25 Prove sperimentali 1) Mesofilia, 35 C 2) Termofilia, 55 C 3) 2-fasi, 70 C + 55 C Feltre 24 Nov

26 Digestore mesofilo (35 C)/termofilo (55 C) da 1,3 m 3 Reattore di idrolisi a 70 C da 0,2 m 3 Feltre 24 Nov

27 Condizioni operative HRT ed OLR cost. Feltre 24 Nov

28 Due anni di attività!!! Con periodi stazionari protratti per ca. 120 giorni ciascuno. Solidi ingresso/uscita Feltre 24 Nov

29 Rese osservate nelle tre condizioni sperimentali Feltre 24 Nov

30 I processi termofili consentono di ottenere GPR > 1 m 3 /m 3 ed SGP > 0.4 m 3 /kgvs (+37% e + 50% rispetto al MESO) Feltre 24 Nov

31 Massima stabilità dei processi : parametri di stabilità Average values Phase 1 Mesophilic Stability parameters Phase 2 Thermophilic Phase 3 2 phase Total solids % 4 3,5 3,1 Total volatile solids %TS ph (-) 7,8 7,8 7,9 Total Alkalinity (ph 4,3) mgcaco 3 /l Partial Alkalinity (ph 5,7) mgcaco 3 /l VFA mg/l Ammonia (N-NH 4 + ) mgn/l Phosphorus (P-PO 4 3- ) mgp/l Feltre 24 Nov

32 Processo a due stadi Feltre 24 Nov

33 Effetto del reattore di idrolisi a 70 C Feltre 24 Nov

34 Altri vantaggi aumento della disidratabilità Feltre 24 Nov

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37 Analisi microbiologiche miglior sanitizzazione del fango Mesofilia Termofilia 2 FASI Feltre 24 Nov

38 Un ovvio problema - La gestione dell azoto negli stream di ricircolo Ammoniaca a, mgn/l Meso Termo 2 -fasi Feltre 24 Nov

39 Caratteristiche del fango rispetto al nuovo Decreto sull uso agronomico dei fanghi Elementi valore limite (mg/kg SS) NUOVO DECRETO valore limite (mg/kg SS) D.L. 99/92 Cadmio 5 20 Cromo totale 130 NL Mercurio 3 10 Nichel Piombo Rame Zinco Selenio * 1 Arsenico * 1 NL Berillio * 1 1 Nota: per tali elementi, pur non essendo previsti dei valori limite, la concentrazione degli stessi deve essere riportata nella richiesta di autorizzazione conformemente a quanto stabilito dall articolo 9 comma 3 lettera b) del presente decreto. Le autorità competenti, laddove le caratteristiche del territorio lo richiedano, possono eventualmente indicare dei valori limite a livello regionale. I valori dei suddetti elementi devono essere trasmessi annualmente, unitamente agli altri, dalle Regioni al Ministero dell Ambiente conformemente a quanto stabilito dall articolo 6 comma 1 punto 5) del presente decreto al fine di una valutazione da parte del Ministero dell Ambiente circa l eventuale successiva necessità di inserimento di valori limite. Feltre 24 Nov

40 Fango IN Metallo, mg/kgss Tipico As 2,5 Hg 1,5 Cd 1,0 Cu 257 Cr 62 Pb 75 Ni 35 Zn 690 Al Fe Parziale mobilizzazione Fango OUT Metallo, mg/kgss Tipico As 2,5 Hg 1,6 Cd 0,7 Cu 275 Cr 95 Pb 85 Ni 55 Zn 850 Al Fe Feltre 24 Nov

41 Composti organici Composti organici e diossine valore limite (mg/kg SS) AOX 1 * 8 LAS 2 * 8 DEHP 3 * 8 NPE 4 * 8 IPA 5 6 PCB PCDD/F + PCB DL 7 25 (ng I-TE/kg SS) 1 Nota: Alogeni organici assimilabili 2 Nota: Alchilbenzen solfonati lineari. 3 Nota: etilesilftalato 4 Nota: nonilfenolo e nonilfenoletossilato 5 Nota: sommatoria dei seguenti idrocarburi policiclici aromatici: acenaftene, fenantrene, fluorene, fluorantrene, pirene, benzo(b+j+k)fluorantrene, benzo(a)pirene, benzo(ghi)perilene, indeno(1,2,3- c,d)pirene) e di quelli individuati dalla tabella 1, allegato 5 alla parte IV del D. Lgs 152/ Nota: Sommatoria dei composti policlorobifenilici numeri 28, 52, 95, 99, 101, 110, 118, 128, 138, 146, 149, 151, 153, 170, 177, 180, 183, Nota: sommatoria dei policloro-dibenzodiossine e furani e dei congeneri dioxin-like numeri 77, 81, 105, 114, 118, 123, 126, 156, 157, 167, 169, 189. Per il calcolo delle diossine e dei furani occorre utilizzare i fattori di equivalenza della seguente tabella Feltre 24 Nov

42 Fango IN Fango OUT IPA Tipico, mg/kgss IPA Tipico, mg/kgss Naftalene 0,51 Acenaftilene <0,05 Acenaftene 0,21 Fluorene <0,05 Fenantrene 0,33 Antracene <0,05 Fluorantene 0,43 Pirene 0,26 Benzo(a)antracene <0,05 Crisene 0,13 Benzo(b)fluorantene <0,05 Benzo(k)fluorantene <0,05 Benzo[a]pirene <0,05 Indeno(1,2,3-cd)pirene <0,05 Dibenzo(a,h)antracene <0,05 Benzo[g,h,i]perilene <0,05 Parziale degradazione Naftalene 0,67 Acenaftilene <0,05 Acenaftene <0,05 Fluorene <0,05 Fenantrene 0,45 Antracene <0,05 Fluorantene 0,43 Pirene 0,40 Benzo(a)antracene 0,10 Crisene 0,17 Benzo(b)fluorantene 0,19 Benzo(k)fluorantene <0,05 Benzo[a]pirene <0,05 Indeno(1,2,3-cd)pirene 0,33 Dibenzo(a,h)antracene <0,05 Benzo[g,h,i]perilene <0,05 Feltre 24 Nov

43 Analisi di pre-fattibilità tecnico economica Dati a base calcolo: Popolazione servita: 100,000 pe Produzione specifica fango biologico: 40 g/pe die Fanghi prodotti: 4,000 kg TS/die 3,200 kgtvs/die Portata: funzione della % TS Calore specifico: 1 kcal/kg C Temperatura: 12 C Volume I reattore: 200 m3 Temperatura I reattore: 70 C Volume II reattore: 2000 m3 Temperatura II reattore: 37/55 C Resa in biogas: 0,49 m3/kgvs Biogas prodotto: 1,000 m3/die (60% CH4) Calore specifico: 5,500 kcal/m3 Perdite di calore: 15% del prodotto Feltre 24 Nov

44 Bilancio termico (sempre positivo per > 4% SS) Feltre 24 Nov

45 Costi Investimento reattore I (200m 3 ): 150,000 Risparmio da smaltimento fanghi: variabile in relazione al metodo Certificati verdi/incentivi: nessuno Feltre 24 Nov

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