processi innovativi - Maria Cristina Collivignarelli

Università degli Studi di Pavia
“Tecniche di minimizzazione della produzione
dei fanghi di depurazione: processi innovativi”
innovativi
Maria Cristina Collivignarelli
mcristina.collivignarelli@unipv.it
“Pianificazione della gestione dei fanghi di depurazione: dalla minimizzazione al recupero di risorse”
Castellanza (VA), 28 aprile 2015
LA PRODUZIONE IN EUROPA
Italia = 1,1 × 106 tss
4°
° produttore di
fango in Europa
Fonte: Eurostat
67 % dei fanghi prodotti in UE27 (6,5 × 106 tss)
Produzione complessiva UE27 = 9,6 × 106 tss
LA PRODUZIONE IN LOMBARDIA
800.000 t/anno di fango TQ
120.000 – 160.000 tSS/a
(secco = 15-20%)
15% della produzione nazionale
PROVENIENZA?
► 50% da depuratori che trattano scarichi civili,
► 30% da impianti di depurazione di acque reflue industriali
► 20% da aziende agroalimentari.
QUALI LE SOLUZIONI?
A. MINIMIZZAZIONE DELLA PRODUZIONE
(agendo sia su SS, sia su ACQUA)
TECNICHE CONVENZIONALI
A1. Tecniche “consolidate”
- già presenti in tutti gli impianti (stabilizzazione, ispessimento,disidratazione)
far funzionare al meglio quel che c’è
- da implementare (ci sono in pochi impianti)
ad es. essiccamento termico
A2. Tecniche “nuove”
- miglioramento fasi esistenti (acqua)
ispessitori dinamici, nuove centrifughe, filtropresse continue, nastropresse ad
alta p ecc.
TECNICHE INNOVATIVE
A3. Tecniche “nuovissime”
- linea acque:
- biologici (idrolisi enzimatica, oxic-anaerobic) MAGGIORI RISCHI
- chimici (ozonolisi, termochimico)
- linea fanghi:
- idrolisi termica ( dig. anaer.)
- ultrasuoni ( dig. anaer.)
- ossidazione a umido
-digestione aerobica termofila
PIU’ SICURO
B. RECUPERO RISORSA MATERIALE IN AGRICOLTURA
-accertata l’utilità
-adottare condizioni più rigorose:
selezione fanghi “alla fonte”
migliore trattamento in impianto (stabilizzazione)
migliore trattamento in piattaforme
C. RECUPERO ENERGETICO
C1. CO-COMBUSTIONE CON RSU
potenzialità residua inceneritori RSU
C2. COMBUSTIONE IN IMPIANTI DEDICATI
combinazione con essiccamento termico
piattaforme centralizzate (soglia di convenienza)
C3. PIROLISI/GASSIFICAZIONE
poche realizzazioni (estero)
TECNICHE PER LA
MINIMIZZAZIONE DELLA
PRODUZIONE DEI FANGHI DI
DEPURAZIONE
INTERVENTI IN
LINEA ACQUE
PIU’
’ RISCHIOSI
INTERVENTI IN
LINEA FANGHI
PIU’
’ SICURI
INTERVENTI SULLA
LINEA FANGHI
INTERVENTI DI TIPO
CHIMICO-FISICO:
TECNICHE CONVENZIONALI
ISPESSIMENTO
Obiettivo: riduzione del contenuto d’acqua nel fango.
Vantaggi:
1. diminuzione delle dimensioni delle vasche e del quantitativo reagenti condizionanti;
2. diminuzione della richiesta di calore per digestione anaerobica;
3. diminuzione della richiesta di energia per essiccamento o incenerimento.
Tipi di ispessimento:
1. a gravità (semplice, poco costoso ma significativa occupazione di area);
2. flottazione (minore occupazione di aree ma non semplice);
►Sistemi innovativi (ispessimento dinamico)
DISIDRATAZIONE MECCANICA
Obiettivo: riduzione “spinta”del contenuto d’acqua nel fango.
Sistemi innovativi (funzionamento in continuo, incremento di punti percentuali del tenore di
secco, impiego di condizionanti “perfezionati”,…):
1. nastropresse di nuova generazione;
2.filtropresse continue;
3.centrifughe ad alta efficienza.
ESSICCAMENTO TERMICO
Obiettivo: drastica riduzione dell’ acqua contenuta nel fango mediante evaporazione.
Il fango essiccato presenta un grado di umidità inferiore al 20%, il che determina una
riduzione di peso da 3 a 6 volte rispetto ad un fango disidratato.
Nuove tecnologie:
1.Miglioramento sistema di movimentazione dei fanghi;
2.Ricircolo gas esausti e recupero energetico (riduzione consumi di energia);
3.Miglioramento contatto fango-mezzo riscaldante.
VANTAGGI CONSEGUIBILI
1.riduzione del quantitativo di fango da movimentare e migliore manipolabilità del prodotto;
2.igienizzazione del prodotto;
3.possibile impiego in discarica per la copertura giornaliera dei rifiuti;
4.elevato potere calorifico.
SVANTAGGI
1.elevati costi energetici;
INTERVENTI DI TIPO
CHIMICO-FISICO:
TECNICHE INNOVATIVE
IDROLISI TERMICA
FINALITA’
Solubilizzazione del fango ⇒ miglioramento delle rese di digestione anaerobica ⇒
incremento della produzione di biogas.
DEFINIZIONE
Scissione delle cellule e delle lunghe catene di molecole in presenza di acqua grazie
all’applicazione di calore (termica) e/o di un reattivo che ne altera il pH.
VANTAGGI
1. Minor produzione di fango;
2. Maggior produzione di biogas;
3. Fango “igienizzato”;
4. Incremento della capacità di carico dei digestori;
5. Impianto compatto e modulare.
FASI COSTITUENTI
1.pre-disidratazione;
2.idrolisi termica alcalina;
3.raffreddamento del fango idrolizzato;
4.digestione convenzionale;
5.disidratazione finale del fango.
ULTRASONICAZIONE
FINALITA’
Solubilizzazione del fango ⇒ miglioramento delle rese di digestione anaerobica ⇒ incremento della
produzione di biogas.
DEFINIZIONE
Utilizzo di ultrasuoni (onde sonore con frequenza 20 ÷ 40 KHz) per il trattamento di fanghi (primari e
secondari) che generano pulsazioni all’interno della massa di fango costituita da bolle o cavità; queste
bolle o cavità aumentano di diametro fino a raggiungere uno stato critico, in corrispondenza del quale
implodono.
⇒ Il risultato finale è la distruzione delle strutture solide contenute nel fango……si ha un incremento
del COD rapidamente biodegradabile o rapidamente idrolizzabile a spese dei solidi sospesi
VANTAGGI/SVANTAGGI
1.
Minor produzione di fango;
2.
Maggior produzione di biogas;
3.
Migliore disidratabilità (riduzione del consumo di polielettrolita nella disidratazione);
MA
►Elevati consumi energetici
INTERVENTI DI TIPO
BIOLOGICO:
TECNICHE CONVENZIONALI
STABILIZZAZIONE ANAEROBICA
FINALITA’
►Rimozione dei SSV (circa pari al 50%).
• Può avvenire in condizioni di temperatura mesofila (più vantaggiosa per impianti civili di medio-alta
potenzialità dal punto di vista energetico) oppure termofila
• Miglioramenti si ottengono adottando pre-trattamenti volti a favorire l ’ idrolizzazione del
substrato (disgregazione meccanica, idrolisi termica alcalina,…..)
VANTAGGI
1. Sfruttamento energetico del biogas
2. Fango più facilmente ispessibile
3. Fango ben igienizzato
SVANTAGGI
1. Costo di investimento elevato
2. Complessità gestionale
STABILIZZAZIONE AEROBICA
FINALITA’
►Rimozione dei SSV (circa pari al 20-30%).
• Normalmente è condotta a temperatura ambiente
VANTAGGI
1. Semplicità gestionale
2. Costo di investimento modesto
SVANTAGGI
1. Il rendimento di rimozione dei SSV è ridotto e molto condizionato dalla temperatura
2. Consumi energetici elevati
3. Fango poco igienizzato
INTERVENTI DI TIPO
BIOLOGICO:
TECNICHE INNOVATIVE
DIGESTIONE TERMOFILA AEROBICA (O2) /ANAEROBICA
PRINCIPIO
Capacità di una flora batterica termofila specializzata a degradare i SSV contenuti
nei fanghi biologici prodotti da impianti che trattano reflui:
-civili;
-industriali;
-misti.
FINALITA’
►Solubilizzazione dei solidi sospesi volatili e incremento del COD rapidamente
biodegradabile;
►Ammonificazione dell’azoto organico;
►Ossidazione del COD.
FASI COSTITUENTI
1.Adduzione fanghi preventivamente ispessiti;
2.Trattamento biologico mediante digestione termofila a cicli alternati;
3.Trattamento fisico di ultrafiltrazione a membrana da cui escono due distinti flussi:
► il permeato che va ad un comparto di strippaggio per il recupero di ammoniaca;
► il concentrato che viene immesso nuovamente nel reattore biologico termofilo.
ALCUNI VANTAGGI
1.Riduzione di oltre l’80% in peso e volume di fango;
2.Produzione di un substrato carbonioso liquido (ad es. fonte esterna di
carbonio nei processi di denitrificazione,……);
3.Nessuna contaminazione chimica delle acque depurate utilizzando O2
puro;
4.Abbattimento della carica patogena presente nel fango;
5.Possibile co-trattamento di reflui industriali ad alto carico organico;
6…………….
SOLUZIONI
POSSIBILI SVANTAGGI
•
Scarsa sedimentabilità dei fanghi;
•
Costi legati all’utilizzo
dell’ossigeno puro per garantire
l’aerobiosi ;
•
Costi legati al mantenimento delle
temperature;
•
Impossibilità ad ossidare l’azoto
ammoniacale;
Impiego di sistemi di
separazione a membrana
Alternanza di fasi aerobiche/
anaerobiche
Sfruttamento dell’esotermia
delle reazioni di degradazione
del substrato nelle fasi
aerobiche
Possibile recupero???
Principali pubblicazioni
• ISPRA (2009). “L’ottimizzazione del servizio di depurazione delle acque di
scarico urbane: massimizzazione dei recuperi di risorsa (acque e fanghi) e
riduzione dei consumi energetici”. Rapporto 93/2009. ISBN: 978-88-4480394-0
• Ravasio P., Bertanza G., Collivignarelli M.C. (2011). “Il processo BIORIME”.
Atti della 44a Giornata di Studio di Ingegneria Sanitaria-Ambientale
“Gestione dei fanghi di depurazione: interventi e prospettive”, Lazise (VR),
9 giugno.
• A breve sarà pubblicato dal GRUPPO DI LAVORO sulla GESTIONE DEGLI
IMPIANTI DI DEPURAZIONE (Università di Brescia) – Sottogruppo
“MAssimizzazione del REcupero di materia ed energia negli impianti di
depurazione” – un volume riguardante lo stato dell’arte sui differenti
potenziali di recupero (materia ed energia).
Grazie dell’attenzione!