Energia elettrica da biogas proveniente da fanghi di depurazione

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Energia elettrica da biogas proveniente da fanghi di depurazione"

Oliviero Mauri
8 anni fa
Visualizzazioni

1 Gestione dei reflui e degli effluenti di processo nell industria alimentare Energia elettrica da biogas proveniente da fanghi di depurazione David Bolzonella Università di Verona Dipartimento di Biotecnologie Cremona 27 febbraio

proveniente da fanghi di depurazione David Bolzonella

2 Produzione fanghi in processi a fanghi attivi Acque Reflue Qin Qfp Qr Qma Fanghi Qw Qe Fanghi a smaltimento Effluente Biogas Digestore Anaerobico Cremona 27 febbraio

3 Produzione fanghi in processi a fanghi attivi Acque Reflue Qin Qfp Qr Qma Fanghi Qw Qe Fanghi a smaltimento Effluente Biogas Digestore Anaerobico Cremona 27 febbraio

4 COD influente 2,000-25,000 mg/l 0,15 kgssper kg COD removed Industria dolciaria 1 - influent, 2 flotation section for fat and grease removal (30 m 3 ), 3 - storing and pumping station (30 m 3 ), 4 - biological reactor (140 m 3 ) 5 - waste activated sludge thickener and storing (45 m 3 ), 6 - final storage of treated water (45 m 3 ), 7 - air blower and facilities room Cremona 27 febbraio

4 - biological reactor (140 m 3 ) 5 - waste activated sludge thickener and storing (45 m 3 ), 6 -

5 COD influente 2,000-25,000 mg/l 0,15 kgssper kg COD removed Industria dolciaria 1 - influent, 2 flotation section for fat and grease removal (30 m 3 ), 3 - storing and pumping station (30 m 3 ), 4 - biological reactor (140 m 3 ) 5 - waste activated sludge thickener and storing (45 m 3 ), 6 - final storage of treated water (45 m 3 ), 7 - air blower and facilities room Cremona 27 febbraio

6 COD load IN, kg/d Wastewater, 100 m 3 /d Drum siever, 1 mm holes Mix tank Bioreactor, 80 m m 3 LCOD in LCOD out Impianto MBR Membrane s COD load OUT, kg/d Sludge thickening Disposal Permeate to reuse (washing) 0,16 kgmlssper kgcodrimosso Industria del vino 0 0 Cremona 27 febbraio

400 320 240 160 80 COD load OUT, kg/d Sludge thickening Disposal Permeate to reuse

7 COD load IN, kg/d Wastewater, 100 m 3 /d Drum siever, 1 mm holes Mix tank Bioreactor, 80 m m 3 LCOD in LCOD out Impianto MBR Membrane s COD load OUT, kg/d Sludge thickening Disposal Permeate to reuse (washing) 0,16 kgmlssper kgcodrimosso Industria del vino 0 0 Cremona 27 febbraio

8 Reattore anaerobico UASB / EGBR Valutazione trattabilità anaerobica di acque reflue nell industria delle bevande: Rimozione sostanza organica: oltre il 90% Carico OrganicoVolumetrico:da 5 a 25 kgcod/m 3 d; Resa Produzione di metano: m 3 /kgcod Temperatura: C; Tempo di ritenzione dei solidi:> 50 d Produzione fanghi: 0.08 kgss per kgcod rimosso Cremona 27 febbraio

5 a 25 kgcod/m 3 d; Resa Produzione di metano: 0.25-0.

9 Reattore anaerobico UASB / EGBR Valutazione trattabilità anaerobica di acque reflue nell industria delle bevande: Rimozione sostanza organica: oltre il 90% Carico OrganicoVolumetrico:da 5 a 25 kgcod/m 3 d; Resa Produzione di metano: m 3 /kgcod Temperatura: C; Tempo di ritenzione dei solidi:> 50 d Produzione fanghi: 0.08 kgss per kgcod rimosso Cremona 27 febbraio

10 Confronto tra processi aerobici ed anaerobici Parametro Processo convenzionale aerobico a fanghi attivi Processo anaerobico in reattore UASB Rimozione COD >90% >90% Energiaelettrica kWh el /kgcod rimosso kwh el /kgcod rimosso (Consumata/Prodotta) Contributoemissioni CO kgco 2 /kgcod rimosso kgCO 2 /kgcod rimosso (Emessa/Evitata) Fanghi prodotti kgtss/kgcod rimosso kgtss/kgcod rimosso Cremona 27 febbraio

2kwh el /kgcod rimosso (Consumata/Prodotta) Contributoemissioni CO 2 +0.4-0.5 kgco 2 /kgcod rimosso -0.5-0.

11 Ipotesi co-digestione Acque Reflue Qin Qfp Qr Qma Fanghi Rifiuto alimentare Qw Qe Fanghi a smaltimento Effluente Biogas Digestore Anaerobico Cremona 27 febbraio

12 Industria del vino Acque reflue di cantina TSS mg/l 148 VSS mg/l 94 COD mgcod/l 3747 TKN mgn-nh4 + /l 25 N-NH4 + mgn-nh4 + /l 1.9 Ptot mgp-po4 3- /l 7.5 P-PO4 mgp-po4 3- /l 2.5 Portata m 3 /d 170 SRT d t/anno Effluente trattato TSS mg/l 19 VSS mg/l 9 COD mgcod/l 33 TKN mgn-nh4 + /l 11 N-NH4 + mgn-nh4 + /l 0.5 Ptot mgp-po4 3- /l 3 P-PO4 mgp-po4 3- /l 0.2 Fanghi di depurazione TS g/kg 159 VS g/kg 144 COD mg/g TS 868 TKN mg N-NH 4+ /g TS 52.7 N-NH4 + mg N NH 4+ /l - Ptot mg P-PO 4 3- /g TS 7.3

5 Portata m 3 /d 170 SRT d 35 198 t/anno Effluente trattato TSS mg/l 19 VSS mg/l 9 COD mgcod/l 33 TKN mgn-nh4 + /l 11 N-NH4 +

13 Feccia di vinificazione TS g/kg 62.0 VS g/kg 33.6 COD mg/g TS 559 scod g/l 167 TKN mg N-NH4+/g TS 30.3 N-NH4 + mg N NH4+/l 33.9 Ptot mg P-PO43-/g TS 6.2

14 Reattori CSTR Volume: 230 litri HRT: giorni OLR:3.2kgCOD/m 3 d Temperatura: 37 C Biogas:0,38 m3/kgcod fed Cremona 27 febbraio

15 Produzione di biogas Fanghi primari: litri / kg VS rimossi o 0,3 0,5 m 3 /kgvsalimentato (ma variabili in relazione ai contenuti di grassi e/o cellulosa) Fanghi secondari: litri / kg VS rimossi o 0,2 0,3 m 3 /kgvsalimentato Cremona 27 febbraio

ai contenuti di grassi e/o cellulosa) Fanghi secondari: 600 800

16 Produzione di biogas ed energia 1 m 3 di biogas(ca. 60% CH 4 ) 6,000-7,000 kcal o 6 kwh Cremona 27 febbraio

17 Produzione di biogas ed energia 1 m 3 di biogas(ca. 60% CH 4 ) 6,000-7,000 kcal o 6 kwh Cremona 27 febbraio

18 Utilizzo del biogas in co-generazione (CHP) 1 m 3 biogas (60-65% CH4) 2,0-2,5 kw elettrici (fino a 3 con turbine o con ORC) 3,0 3,5 kw termici 1,0 1,5 kw termici dispersi Cremona 27 febbraio

19 Utilizzo del biogas in CHP - biogas cleaning ComponentiBiogas Intervallodi concentrazione tipico CH 4, % CO 2, & N 2, % 0,5-1 H 2 O, % variabile O 2, % 0,05-0,5 H 2 S, ppm (< 1000) NH 3, ppm 5-10 Silossani(mg/Nm 3 ), <1-500 Cremona 27 febbraio

% 0,5-1 H 2 O, % variabile O 2, % 0,05-0,5 H 2 S, ppm 0-3000(<

20 Depositi e danni da H 2 S Credit: Kaparaju, 2013 Cremona 27 febbraio University of Verona, Department of Biotechnology

21 Depositi e danni da Silossani Credit: Kaparaju, 2013 Cremona 27 febbraio University of Verona, Department of Biotechnology

22 Rimozione di composti indesiderati per boilers e CHP Componente Polvere Filtro a ghiaia o simile H 2 O Condensazione Congelamento Tecnica H 2 S Rimozione biologica (ossidazione da Thiobacillusspp) Adsorbimentochimico su FeO 2, Fe(OH) 3, ZnO.. Rimozione chimica con FeCl 3 (in soluzione) Silossani Adsorbimento su carbone attivo Adsorbimento su gel di silice Adsorbimento su allumina attivata Assorbimento in mezzi organici Cremona 27 febbraio

23 Effluente gassoso a norma DM 5 febbraio 1998 Parametro Limite di legge Polveri 10 mg/nm 3 HCl 10 mg/nm 3 Carbonio organico totale (COT) 150 mg/nm 3 HF 2 mg/nm 3 NOx 450 mg/nm 3 CO 500 mg/nm 3 Campioni medi di 1 h Combustione «magra» per contenimento NOxed eventuale post-combustore per ridurre CO e COT Cremona 27 febbraio

24 Utilizzo del biogas in co-generazione (CHP) 1 m 3 biogas (60-65% CH4) 2,0-2,5 kw elettrici 3,0 3,5 kw termici 1,0 1,5 kw termici dispersi Cremona 27 febbraio

25 Bilancio termico Canzianie De Simone (2002). IA, XXXI, 6 Cremona 27 febbraio University of Verona, Department of Biotechnology

26 Bilancio termico Canzianie De Simone (2002). IA, XXXI, 6 Cremona 27 febbraio University of Verona, Department of Biotechnology

27 Ispessimento dinamico Cremona 27 febbraio University of Verona, Department of Biotechnology

28 Costi di investimento per CHP Cremona 27 febbraio University of Verona, Department of Biotechnology

29 Ottimizzazione della produzione di biogas da fanghi secondari 1) 2) 3) Mesofilia, 35 C Termofilia, 55 C 2-fasi, ca. 70 C + 55 C Bolzonella et al., Ind.Eng.Chem.Res., 46(21), 2007 Bolzonella et al., Waste Mgt., 32(6), 2012 Cremona 27 febbraio

30 Rese osservate nelle tre condizioni sperimentali Bolzonella et al., Ind.Eng.Chem.Res., 46(21), 2007 Bolzonella et al., Waste Mgt., 32(6), 2012 Cremona 27 febbraio

31 Frazione solida: se CER, a smaltimento, se fuori CER: mangimistica e altri riutilizzi Frazione liquida: ricircolata in teta impianto Cremona 27 febbraio

32 Recupero del fosforo Struvite Crystallization Process Stocking tank P2 Decanter Mixer Stripper Deareation column FBR P1 Cremona 27 febbraio

33 Strippaggio ed adsorbimento dell ammoniaca Fase liquida ricca in NH 3 Base NH 3,L Q L NH 3,air Stripper Liquido Aria con poca NH 3 Q air Aria esausta NH 3,air Q air H2SO4 Adsorbitore (NH 4 ) 2 SO 4 (ph 5) Cremona 27 febbraio

34 Schema di trattamento Digestato Separazioni S/L Fanghi ad ispessimento Base ph>9 Aria calda Liquido a strippaggio (basso tenore di SS) Ammonio Solfato (di titolo spesso non elevato a causa delle condense del vapore acqueo) Residuo Liquido (in testa) Cremona 27 febbraio

35 L impianto pilota S.C.E.N.A. Short-Cut Enhanced Nutrients Removal(SCENA) from Anaerobic Supernatant -Full Scale in Cremona 27 febbraio

36 Rese di rimozione con fango short-cut di Carbonera (TV) Parametro Influente (mg/l) Effluente (mg/l) Efficienza di rimozione (%) TKN 551 ± ± NH 4 -N 542 ± ± NO 2 -N < ± NO 3 -N <0.5 <0.5 - PO 4 -P 18.5 ± ± TP 24.2 ± ± Frison et al., ChemEngJ, 230, 2013 Malamis et al., Crit. Rew. in Biotechnol., 2014 Cremona 27 febbraio

37 David Bolzonella Dipartimento di Biotecnologie Università degli Studi di Verona Strada Le Grazie 15, Verona Tel Cremona 27 febbraio

Documenti analoghi

UPGRADE DI DIGESTORI ANAEROBICI PER LA STABILIZZAZIONE DI FANGHI DI DEPURAZIONE E ALTRE MATRICI ORGANICHE

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI UDINE DIPARTIMENTO DI SCIENZE E TECNOLOGIE CHIMICHE SPIN-OFF Risa S. r. l. AMGA-NET ricerche UPGRADE DI DIGESTORI ANAEROBICI PER LA STABILIZZAZIONE DI FANGHI DI DEPURAZIONE E