Il trattamento e la gestione dei fanghi di depurazione: stato dell arte, normativa e innovazione. La riduzione della quantità di fango attraverso

Transcript

1 ROMA 7-8 MAGGIO 2014 Il trattamento e la gestione dei fanghi di depurazione: stato dell arte, normativa e innovazione La riduzione della quantità di fango attraverso la tecnologia BIOTHELYS Gianfranco Favali favali@sibaspa.it

2 La tecnologia di riduzione fanghi LISI TERMICA & DIGESTIONE ANAEROBICA LA PIÙ REFERENZIATA SUI FANGHI (oltre 40 impianti nel mondo) e su altre biomasse (lieviti) VASTA GAMMA POTENZIALITÀ: A.E. (Sivo Veolia) A.E. (Washington D.C. Cambi)

3 Il meccanismo di lisi Fango grezzo Idrolisi termica Fango idrolizzato Solidi volatili Batteri morti Inerti Parete cellulare Volatili idrolizzati Il protoplasma cellulare diventa substrato! Inerti Batteri vivi Inerti idrolizzati Contenuto cellulare Effetti principali dell idrolisi termica: Solubilizzazione dei solidi sospesi volatili (fango primario) Rottura delle cellule e rilascio del protoplasma e dell acqua intracellulari (fango biologico) Substrato prontamente degradabile Disidratabilità

4 Il sistema Biothelys BIOTHELYS : una soluzione INTEGRATA per il trattamento dei fanghi PRIMARI E BIOLOGICI con quattro obiettivi principali: RIDUZIONE DI MASSA: riduzione SOLIDI ridurre il quantitativo di fanghi (sostanza secca) prodotti dall impianto di trattamento, ottimizzando la sua distruzione per via biologica RIDUZIONE DI VOLUME: riduzione ACQUA incrementare la concentrazione della sostanza secca nel disidratato e ridurre conseguentemente il volume del fango smaltito MIGLIORARE IL FANGO SMALTITO: aumentare QUALITA pastorizzare e stabilizzare il fango in conformità con le normative più restrittive OTTIMIZZARE LA PRODUZIONE DI BIOGAS: SOSTENIBILITÀ ENERGETICA offrire un processo di trattamento sostenibile e autosufficiente

5 Il sistema Biothelys BioTHELYS combina 2 stadi di trattamento Uno stadio di idrolisi termica ( THELYS ) 160 ( ) C 40 (30 60) min 8 (8 10) bar Operazione Batch Obiettivo: aumentare la biodegradabilità + Riduzione almeno del 45% del fango Stabilizzazione del fango Uno stadio di trattamento biologico anaerobico ( BIO ) C 15 giorni Maggiore produzione biogas per recupero di energia Obiettivo: riduzione di solidi per attività biologica

6 Il sistema Biothelys : schema a blocchi INSERIMENTO in un impianto di depurazione, ANCHE ESISTENTE: Dopo l idrolisi termica, la frazione biodegradabile è trattata mediante digestione anaerobica

7 Il sistema Biothelys REACTOR 1 Fango Centrifugazione Line of 2 reactors - operation diagram Live steam Acqua Biogas Cogenerazione kw Calore Flash steam Caldaia Gasometro Sludge feeding REACTOR 2 Flash steam inlet Live steam Reaction THELYS reattori di idrolisi Flash steam outlet Emptying Pause Sludge feeding Flash steam infresh steam Reaction Flash steam outlet Fango idrolizzato Accumulo Sludge Flash steam Emptying Acquafeeding servizio inlet Pause Scambiatore di calore Fresh steam Turbo - Digestore Reaction Flash steam outlet Emptying Pause Ritorno all impianto Centrifugazione Fango digerito Fango disidratato

8 Green: Pressure Red: level in the vessel Yellow: temperature

9 Benefici idrolisi termica + digestione anaerobica THELYS secco 13 % secco 16% Viscosità...minimizzazione volume digestore Ritorni sulla linea liquami punto di attenzione Idrolisi Termica & Digestione Igienizzazione... miglior qualità del fango Incremento della biodegradabiltà del fango...riduzione del fango e maggior produzione di biogas Accelerazione della metanogenesi... idrolisi enzimatica ridotta e minimizzazione volume digestore Miglior disidratabilità...riduzione del volume del fango

10 Benefici idrolisi termica + digestione anaerobica Digestione mesofila Biothelys (lisi termica + digestione mesofila) Temperatura C C HRT 21 giorni 15 giorni Concentrazione fango alimentato Volume (m 3 ) (per 10t DS/d) 5-6% 10-13% Carico volumetrico 1,5 2 kg VS/m 3.d 4,0 7 kg VS/m 3.d Riduzione solidi totali FA senza sedimentazione Riduzione solidi totali Fango misto primario+biologico (20-25%) 40-45% 30-35% 45-50%

11 Sostenibilità energetica Vapore Biogas Cogenerazione Essiccamento Ispessimento Lisi Termica Digestione Disidratazione Smaltimento

12 Validazione sperimentale

13 Conclusioni Possibilità di applicare con efficacia la digestione anaerobica anche in situazioni dove non è mai stata particolarmente adatta: il trattamento dei fanghi biologici di supero che ha dimostrato avere povere rese di riduzione (25-30%) del tenore volatile, fattore che ne ha impedito l applicazione pratica. Interessante prospettiva di usare il processo anaerobico, con rimozioni del % dei solidi totali e migliore disidratabilità del prodotto, comunque stabilizzato e sanitizzato. In presenza di fanghi primari, l applicazione della tecnologia anche solo alla parte biologica comporta un netto beneficio nella riduzione complessiva del fango prodotto dagli impianti di depurazione. Se applicato alla totalità dei fanghi, migliori rendimenti e minimizzazione volume digestione. Verifica della mancanza di impatti negativi sul funzionamento della linea liquami, aspetto basilare da considerare per tutte le tecnologie di riduzione della produzione fanghi proponibili allo state dell arte della materia. Bilancio energetico ottimizzato.

14 Referenze Witry-les-Reims - F (2.500/7.500 a.e. 70 kgsst/d) in funzione nel 2003/4 prototipo 1 reattori di TH da 0,4 m 3 1 digestore mesofilo da 5,5 m 3 Tergnier - F (60.00 a.e tsst/y) Avviamento nel Settembre reattori di TH da 4,3 m 3 1 digestore mesofilo da 550 m 3 Saumur - F ( a.e tsst/y) in funzione dal Marzo reattori di TH da 4,6 m 3 1 digestore mesofilo da 500 m 3 Monza - I (Capacità: a.e tsst/y) In funzione dal Febbraio reattori di TH da 12,5 m 3 1 (di 2) digestore mesofilo da m 3 Château Gontier - F ( a.e tsst/y) in funzione da Giugno reattori di TH da 3,1 m 3 1 digestore mesofilo da 300 m 3 Sivo - F (75.00 a.e tsst/y) In funzione da Novembre reattori di TH da 5 m 3 1 digestore mesofilo da 600 m 3 Esholt - UK ( a.e tsst/y) In funzione da Luglio reattori di TH da 23 m 3 4 digestori mesofili, ciascuno da m 3 Oxford - UK ( a.e tsst/y) In funzione da Aprile reattori di TH da 18 m 3 2 digestori mesofili, ciascuno da m digestori mesofili, ciascuno da m 3

15 Referenze: MONZA ( A.E kg SS/d) Fango in ingresso: 36 g/l Centrifugazione: Fango in 16% Reattori di idrolisi 2+2 da 12,5 m 3 cad. Piano Terra Tramogge di accumulo (20 m 3 ) e sollevamento ai reattori di idrolisi.

16 Referenze: MONZA ( A.E kg SS/d) Serbatoio accumulo fango idrolizzato: 30 m 3 Reattori di idrolisi Primo Piano Caldaie vapore: 1+1 da Kcal/h Collettori principali vapore live/flash Scambiatore di calore: raffreddamento fango idrolizzato per termostatazione digestore in condizioni mesofile

17 Referenze: MONZA ( A.E kg SS/d) SEDIMENTAZIONE A PACCHI LAMELLARI MATURAZIONE IDROCICLONI Digestione anaerobica (1x7.000 m 3 ): un digestore esistente, modificato per ottimizzare la miscelazione con sistema automatico di apertura sequenziale di lance biogas e fango PREPARAZIONE / DOSAGGIO POLIELETTROLITA Nuove lance Biogas TRATTAMENTO DRENAGGI IMPIANTO CON TECNOLOGIA ACTIFLO, chiariflocculazione accelerata con microsabbia (330 m 3 /h 20 m 2 )

18 Referenze: MONZA ( A.E kg SS/d) biodegradabilità degli SSV produzione di BIOGAS Nm 3 /d = + 80% massa di fango da smaltire kgss/d = - 45% ed altri vantaggi: Perché è stato scelto tra le opzioni proposte? MIGLIORE DISIDRATABILITA TECNOLOGIA + REFERENZIATA PER IMPIANTI DI GROSSA TAGLIA Possibilità di operare con uno dei due digestori disponibili da m 3 tempo di digestione richiesto & alte concentrazioni di fango ammissibili in alimentazione Possibilità di effettuare i necessari interventi di bonifica e ripristino dei digestori senza arrestare il processo anaerobico

19 Referenze: MONZA ( A.E kg SS/d) Produzione di fango globale dell impianto: kg SST /d ton SST /y Quantitativo di fango da idrolizzare: kgsst/d tonsst/y, di cui kgsst/d biologici kgsst/d primari Biogas: Produzione: Nm 3 /d = kwt (oggi Nm3/d) Consumo per lisi termica: 35% Rapporto VSS/TSS del fango fresco: Valore medio: 68% Rapporto VSS/TSS del fango digerito: Valore medio: 52% Rendimenti riduzione: Solidi volatili: 65-70% Solidi totali: 45-50%

20 Referenze: ESHOLT - UK ( A.E kg SS/d). Potenzialità 89.7 t TS/d. Rapporto Primario/FAS 73 / 27 %. Fango importato 40%. Produzione biogas Nm 3 /d. Reattori idrolisi 6 x 22.8 m 3. Vasca tampone 1 x 40 m 3

21 Referenze: OXFORD - UK ( A.E kg SS/d). Potenzialità 65.7 t TS/d. Reattori idrolisi 6 x 18 m 3. Vasca tampone 2 x 12 m 3