Prof. Paolo Pavan Dipartimento di Scienze Ambientali, Informatica e Statistica D.A.I.S. Ca Foscari Venezia Master di Ingegneria Chimica della depurazione delle acque e delle energie rinnovabili
Introduzione La frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU) raccolta separatamente può essere trattata negli impianti di depurazione acque reflue con notevoli vantaggi LINEA ACQUE: favorisce i processi di rimozione biologica dei nutrienti (BNR) LINEA FANGHI: Maggior produzione di biogas attraverso il contemporaneo trattamento anaerobico di fanghi biologici e FORSU (CODIGESTIONE)
I processi per la rimozione biologica dei nutrienti - BNR Il problema applicativo è oggi caratterizzato dall ottenere le prestazioni necessarie quando non esistono quantità e qualità ottimali di nutrienti per i processi I processi di denitrificazione e defosfatazione biologica richiedono Il rapporto COD/N tot è il parametro più significativo per valutare l idoneità del refluo in ingresso impianto a supportare il processo di rimozione biologica dei nutrienti
Uso del carbonio esterno I processi di denitrificazione e defosfatazione biologica necessitano di una sufficiente concentrazione di COD nel refluo da trattare 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 frazione organica dei rifiuti solidi urbani come sorgente di carbonio esterno La fermentazione anaerobica della FORSU si è dimostrato un processo in grado di produrre un fermentato con alto contenuto di acidi grassi volatili Concentrazioni fino a 40 g/l di VFA sono state ottenute dalla fermentazione di rifiuti vegetali raccolti separatamente, sia su scala di laboratorio che pilota; fino a 15 gvfa/l ed un contenuto di carbonio rapidamente biodegradabile di 34 g/l sono stati ottenuti in reattori di grossa taglia Considerando come base una produzione di 300 gforsu/aed attraverso raccolta differenziata, possono essere prodotti dalla fermentazione di questo substrato circa 16 gscod/ae d
Caratteristiche chimico fisiche del fermentato della FORSU Parametro Unita di misura Valore medio Fermentato TCOD mg/l 75000 RBCOD mg/l 34000 VFA mg/l 15000 N tot mg/l 1000 N-NH 4 mg/l 300 P tot mg/l 150 TSS mg/l 25000 Costanti cinetiche Massima velocità di denitrificazione (NUR max ) g NO x -N/KgTVS h 11.7 Massima velocità di rilascio del fosforo g PO 4 -P/KgTVS h 12.5
La codigestione è una necessità poiché Qma Acque Reflue Qin Qe Acqua Trattata Qfp Qr Qw Biogas al CHP Basse produzioni specifiche di gas: 0,1 0,2 m 3 /kgvs fed Bilancio energetico negativo Fango CO-SUBSTRATO DIGESTORE ANAEROBICO Fango in eccesso 7
CODIGESTIONE ANEROBICA Codigestione di liquami e scarti organici di diversa natura è infatti attualmente una pratica standard in Europa Focus: trattamento della frazione organica del rifiuto solido urbano (FORSU) in miscela con fanghi di depurazione 1 tonnellata di rifiuti organici biodegradabili inviata al trattamento anaerobico può produrre 150-250 m 3 di biogas, il quale dato il suo potere calorifico (4,500 Kcal/m 3 6,500 Kcal/m 3 ) può essere convenientemente convertito in forme di energia utili: calore ed elettricità attraverso la cogenerazione.
Il processo integrato 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). Esso è l'esito di studi di codigestione condotti in reattori pilota di grossa taglia negli anni '80 e di fermentazione finalizzata alla produzione di acidi grassi volatili Il processo, nel suo complesso, è stato studiato per analizzare l effetto del fermentato sulla rimozione biologica dei nutrienti e per la cristallizzazione del fosforo in impianti in scala pre-industriale e dimostrativa
PRESTAZIONI DEL PROCESSO Parametro Senza FORSU Con FORSU TS out, g/kg 29.3 30.2 TVS out, %TS 52.9 51.4 VFA out, mg/l 82.0 94.8 ph out 7.2 7.1 TA out, mgcaco 3 /l 2403 2318 N-NH 3out, mg/l 600.4 GPR, m 3 /m 3 d 0.07 0.32 GPR FORSU, m 3 /m 3 d 0.18 SGP, m 3 /kgtvs alimentati 0.22 0.39 SGP FORSU, m 3 /kgtvs alimentati 0.67 Biogas, m 3 /mese 4500 19340 CH 4, % 65.0 63.0
ESEMPIO: Il Sistema Treviso - rendimenti 1- Linea acque Al termine della filiera di processo si raggiungono i seguenti valori di abbattimento dei nutrienti: COD N P TS % di rimozione 93-95 71-78 76-87 93-96 2- Linea fanghi Grazie al processo di codigestione, la produzione di biogas passa da: 5000 a 20000 m 3 biogas/mese al 50% della potenzialità (10 ton FORSU/g)
Schema impianto depurazione Treviso Scarti 5% Biogas a co-generazione Solido a smaltimento a compostaggio FORSU da raccolta selezionata Pre-trattamenti Raffinazione Digestore Scarti 15% Fanghi Liquido a impianto di depurazione annesso Vantaggi importanti: a. Digestori preesistenti, quindi minori costi di impianto; b. Nessun problema con il controllo dell azoto grazie alla linea acque; c. Sinergia grazie alla prefermentazione di uno stream secondario per supportare la denitro, con risparmi notevolissimi di chemicals; d. Se l impianto tratta reflui civili, chiusura completa del ciclo con produzione ci compost ACQ applicando un processo accellerato (35 gg totali contro i 70-90 e più relativi al tattamento di prodotti freschi, normative vigenti)
Considerando i dati ottenuti e quelli a base progetto - Volume digestore = 2200 m 3 - Carico applicabile = 1.5 kgtvs/m 3 d (*) - Portata massima trattabile = 20 t/d (*) - Rendimenti gruppi cogenerazione = 35% elettrico 52% termico Si possono ottenere: 4746 kwh/d elettrici 7458 kwh/d termici Produzione di biogas: da 0.07 a 0.32 m3/m3d (GPR) da 0.22 a 0.39 m3/kgtvs (SGP) (*) potenzialità di raccolta dell umido dell intera città di Treviso
La filiera da considerare max recupero di massa: Acque reflue Fanghi esterni Impianto di depurazione Acqua depurata Surnatanti Pressoestrusore FORSU Digestore/i Biogas Energia Fermentatore Linea di selezione Anerobico/i effluente Cogenerazion e Disidratazione effluente Scarti in discarica/incenerimento Compostaggi o Compost di qualità 14
La filiera da considerare max recupero di energia: 15
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