Prima di Copertina
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prima di copertina La valorizzazione energetica dei reflui industriali Tecam presenta una tecnologia basata sulla digestione anaerobica in grado di abbattere le sostanze inquinanti organiche presenti nei reflui producendo biogas Tecam da quasi trent’anni è presente nel mercato per il trattamento delle acque di scarico primarie e di processo, e può vantare un’ampia esperienza maturata nel settore che le permette di essere simbolo di garanzia per tutti i clienti in cerca di soluzioni consone alle problematiche ambientali. Tramite il suo operato nell’ambito del trattamento delle acque industriali è in grado di impiegare tecnologie che permettono di rendere i reflui idonei allo scarico in fognatura nel rispetto dei limiti di scarico previsti dalle normative, oppure di renderli riutilizzabili all’interno del ciclo produttivo soddisfacendo così la necessità di massimizzare i recuperi economici di eventuali sottoprodotti presenti. Gli impianti, che sono costruiti in base alle esigenze specifiche del cliente, usano le più moderne tecnologie, come la filtrazione su membrana, lo scambio ionico, il trattamento chimico-fisico, l’evaporazione a combustibili tradizionali e a pompa di calore, i sistemi biologici a fanghi attivi, MBR, e diversi altri ancora. Vari sono i settori della produzione industriale che si avvalgono dei servizi di TECAM. Fra questi ricordiamo le industrie chimica e farmaceutica, meccanica e siderurgica, tessile, agroalimentare, della verniciatura, oltre ad altri settori. della frutta, zuccherifici), delle bevande, delle distillerie, delle birrerie, dell’industria cartiera, delle biomasse liquide. Tra le tecnologie che si servono dei fanghi granulari (UASB, IC, EGSB) una delle più utilizzate è la UASB (Up-flow Anaerobic Sludge Blanket). Per sfruttare questa tecnologia Tecam propone un impianto detto reattore a biomassa trattenuta e flusso verso l’alto, che contiene un letto di uno o due metri di altezza di fanghi granulari attivi composti di batteri metanigeni. Il refluo viene pompato dal basso e fatto passare attraverso lo strato di fanghi attivi, che, grazie alla digestione del carbonio, abbassano il contenuto di COD presente in esso, producendo vapore acqueo, anidride carbonica e metano. Il biogas così ottenuto viene prelevato e convogliato in un motore di cogenerazione che produce energia elettrica e termica. Il refluo uscente dal reattore UASB, a basso contenuto di COD, può essere riciclato all’interno del ciclo produttivo. L’utilizzo delle tecnologie anaerobiche a fanghi granulari favorisce il perseguimento dei principali obiettivi delle BREF: massimizzazione della quantità di acqua riciclata, riduzione della produzione di rifiuti (minimizzazione della produzione di fanghi di supero rispetto alle tecnologie aerobiche), aumento dell’efficienza energetica del processo di riciclo. Tecnologie anaerobiche Le tecnologie anaerobiche a fanghi granulari attivi rappresentano delle efficaci e convenienti metodologie di trattamento dei reflui ad alto contenuto di COD (Chemical Oxygen Demand), dei quali consentono insieme il riciclo e la valorizzazione energetica. Tali tecnologie sono basate sullo sfruttamento di un processo biologico, la digestione anaerobica, in grado di abbattere le sostanze inquinanti organiche presenti nei reflui producendo biogas dal quale si può ricavare energia elettrica e termica. Le tecnologie anaerobiche sono applicabili a reflui contenenti classi di composti organici facilmente biodegradabili, quali zuccheri, alcoli ed amidi. Esse trovano dunque applicazione nel settore farmaceutico, alimentare (lavorazione Schema 1 – Funzionamento di un reattore UASB. Schema 1 – Funzionamento di un reattore UASB. Fattori limitanti e pretrattamenti 28 l’ambiente ● 5/13 L’estensione dell’applicazione delle tecnologie anaerobiche a fanghi Fattori limitanti e pretrattamenti L’estensione dell’applicazione delle tecnologie anaerobiche a fanghi granulari a diverse tipologie di reflui è stata possibile non tanto grazie alle migliorie apportate ai processi anaerobici stessi, quanto piuttosto grazie all’abbinamento di pretrattamenti volti a rimuovere dai reflui le sostanze che inibiscono l’azione dei batteri metanigeni, tra le quali: • i solidi sospesi; • l’azoto ammoniacale; • i sali in alta concentrazione; • un COD con valori troppo bassi o troppo alti. La presenza di solidi sospesi e di azoto ammoniacale e l’alta concentrazione salina impediscono la sopravvivenza dei batteri metanigeni. I solidi sospesi possono essere rimossi attraverso un processo di flottazione o di sedimentazione, l’azoto ammoniacale tramite lo strippaggio, la precipitazione o la separazione selettiva, l’alta concentrazione salina con la diluizione del refluo. Anche temperature troppo basse non consentono l’azione dei batteri metanigeni. A questo problema si può ovviare con il riscaldamento dell’impianto, ma ovviamente tale scelta non sempre si rivela opportuna dal punto di vista economico. La digestione anaerobica trova applicazione efficace su reflui con valori di COD da 2.000 a 20.000 ppm (il valore ideale è 8.000 ppm). Ovviamente più elevati sono i valori di COD presente nel refluo, maggiore è la quantità di biogas e dunque di energia che è possibile produrre attraverso il processo di digestione (0,35 me/h di metano per ogni kg di COD). Se la presenza di COD è troppo bassa si può optare per una concentrazione del refluo, se troppo alta per una sua diluizione. Applicazioni ACQUE DI LAVAGGIO PET E VETRO Normalmente le acque di lavaggio PET e vetro da raccolta differenziata vengono trattate solo da separatori di solidi (sedimentatori, flottatori) ma a causa degli alti valori di COD che rimangono presenti nel refluo così trattato, non è possibile reimmettere nel ciclo di lavaggio più del 20-25% dell’acqua. La quantità di acqua riciclabile è dunque molto bassa e il carico inquinante inviato a depurazione risulta considerevole (ad esempio, per un impianto di lavaggio da 1.500 Kg/h di PET il carico inquinante risulta pari a 1.500-2.000 Kg/giorno di COD). Tecam suggerisce un post-trattamento anaerobico del refluo che, applicato successivamente al trattamento di separazione dei solidi sospesi, permette l’abbassamento del carico di COD, con notevoli vantaggi ambientali in termini di aumento della quantità di acqua riciclata (dal 20 - 25% al 90-95%) e di diminuzione della quantità di COD residuo (da 2.000 Kg al giorno a meno di 500 Kg al giorno) nei reflui da inviare ai successivi trattamenti di depurazione. Nel caso di un impianto di lavaggio PET da 1.500 Kg/h, l’applicazione della tecnologia anaerobica permette la valorizzazione energetica del refluo trattato grazie alla produzione di biogas, da cui si può ottenere una quantità di energia elettrica pari a circa 150 kWh, grazie alla quale il ritorno dell’investimento può essere conseguito in pochi anni. PERCOLATO DA F.O.R.S.U. I trattamenti anaerobici a fanghi granulari, previ trattamenti di rimozione dell’azoto ammoniacale, possono ottimizzare la produzione energetica di reattori anaerobici a secco impiegati per la digestione mesofila della F.O.R.S.U. (Frazione Organica del Rifiuto Solido Urbano) o di altre frazioni organiche dei rifiuti. L’applicazione del trattamento a fanghi granulari al percolato uscente dal reattore anaerobico a secco permette di ridurre la quantità di COD presente nel refluo – consentendo in tal modo il riciclo di una parte del percolato, che può essere reimmesso nelle celle a secco – e di massimizzare la quantità di energia elettrica ottenibile attraverso il trattamento dei rifiuti organici. Ad esempio, nel caso di una cella anaerobica a secco da 30.000 ton/anno di F.O.R.S.U. (tempo di maturazione = 30 giorni) con riciclo di 230 mc/giorno di percolato, l’applicazione al percolato di un trattamento anaerobico a fanghi granulari permette di aumentare la produzione di energia di circa 150 kWh, riducendo sensibilmente i quantitativi di COD nei reflui da destinare ai successivi trattamenti. Nel caso di reflui ad alta concentrazione di azoto (come la pollina o gli scarti di macello) è necessario applicare al percolato un trattamento di rimozione dell’azoto ammoniacale, allo scopo di ridurne la concentrazione sotto i 3.000 mg/lt, valore sopra il quale la presenza di questa sostanza costituisce un inibitore dei processi anaerobici. L’impianto suggerito da Tecam per la rimozione dell’azoto per il caso da 230 mc/giorno di percolato può essere costituito da un sistema a membrane da 230 mc/giorno e da un evaporatore da 50 mc/giorno. In seguito al trattamento di rimozione dell’azoto il percolato presenterà una concentrazione massima di questo pari a 1.000 mgr/lt, compatibile con i processi anaerobici. PERCOLATO DA R.S.U. Le caratteristiche quali-quantitative del percolato prodotto in una discarica di rifiuti solidi urbani, oltre ad essere influenzate dalla natura dei rifiuti, dalle loro modalità di raccolta e dagli eventuali pretrattamenti (selezione, triturazione, compattazione), subiscono nel tempo consistenti variazioni in relazione all’evoluzione dei processi biologici che avvengono nei rifiuti durante la gestione della discarica. In genere, in seguito ad un periodo iniziale di degradazione aerobica, si possono Figura 2 - Unità di evaporazione mobile. 29 l’ambiente ● 5/13 prima di copertina Figura 3 - Impianto trattamento percolato da discarica materiale industriale (R speciali). pesanti, solfati, etc.). In conclusione il percolato di discarica dei rifiuti solidi urbani presenta un carico inorganico costituito da forti concentrazioni di ammonio (1.000 - 3.000 ppm) e cloruri (1.000 - 5.000 ppm) e dalla presenza di vari ioni (zinco, piombo, etc.) che in molti casi superano il limite di accettabilità del decreto legislativo 152/06. Tali sostanze possono inibire per diverse ragioni la formazione di biogas da parte dei normali processi di fermentazione anaerobica dei rifiuti solidi urbani o di un trattamento anaerobico a fanghi granulari del percolato in una piattaforma conto terzi. Anche in questo caso Tecam suggerisce l’applicazione di tecnologie a membrana (ultrafiltrazione, nanofiltrazione, osmosi inversa) per il pretrattamento del percolato. Questo consente di ottenere un refluo ad alto carico di COD e a basso carico di azoto e sali, ideale per la digestione anaerobica in un reattore a fanghi granulari. Il concentrato uscente dal trattamento a membrana, ricco in azoto, può essere valorizzato separatamente. definire le seguenti fasi: a) fermentazione acida, durante la quale il percolato è caratterizzato da: • pH acido (per le elevate concentrazioni di acidi grassi volatili): 5-6; • elevate concentrazioni di BOD5 (per forte presenza di acidi organici): > 15.000 mg/l; • elevati valori del rapporto BOD5/COD: > 0,7; • elevate concentrazioni di ammoniaca: 500-1.000 mg/I; • elevate concentrazioni di metalli pesanti (come Fe, Mn, Mg, Zn, Ca), in quanto le condizioni di pH acido favoriscono la solubilizzazione; • elevate concentrazioni di ioni inorganici (come Cl-, SO42-, Ca2+, Mg2+, Na+). b) fermentazione metanigena instabile, durante la quale si verifica la crescita dei batteri metanigeni, caratterizzata dai seguenti fenomeni: • diminuzione della concentrazione di solfati per riduzione biologica; • progressiva conversione degli acidi grassi; • progressivo aumento del pH e dell’alcalinità; • diminuzione della solubilità di calcio, ferro, manganese e metalli pesanti (che possono essere precipitati come solfuri); • rilascio di ammoniaca (che non viene convertita dal processo anaerobico): l.000 -3.000mg/l. c) fermentazione metanigena stabile, durante la quale la composizione del percolato è caratterizzata da: • pH vicino alla neutralità; • concentrazioni di BOD5 relativamente basse; • bassissimi valori del rapporto BOD5/COD: 0,05 - 0,07 dopo 15 - 20 anni; • significative concentrazioni di ammoniaca: >3.000 mg/l; • basse concentrazioni di metalli pesanti; • basse concentrazioni di solidi totali disciolti. Il percolato di discarica in genere raggiunge i valori massimi di carico inquinante durante il primo e il secondo anno di gestione, periodo successivamente al quale tali valori subiscono una progressiva riduzione. Questo tipo di andamento si riscontra per i parametri di inquinamento organico (COD, BOD, TOC) e microbiologico e di presenza di ioni inorganici (metalli 30 l’ambiente ● 5/13 Schema 2 – Applicazione della tecnologia UASB al riciclo del percolato. Schema 2 – Applicazione della tecnologia UASB al riciclo del percolato. Vantaggi e svantaggi: Vantaggi I principali vantaggiedeisvantaggi: trattamenti anaerobici rispetto a quelli aerobici sono: il basso consumo energetico e la produzione di energia: il reattore anaerobico abbatte I principali vantaggi dei trattamenti anaerobici rispetto a circa il 90% del COD in ingresso senza consumo di energia, ma anzi producendo quelli aerobici sono: biogas; • il basso consumo energetico e la produzione di energia: la riduzione della quantità di rifiuti prodotti: il trattamento anaerobico produce circa un il reattore anaerobico abbatte circa il 90% del COD in indecimo della quantità di fanghi di supero prodotta dai sistemi aerobici, con gresso senza consumo di energia, ma anzi producendo conseguente abbassamento dei costi di smaltimento dei fanghi stessi; biogas; la massimizzazione della quantità di acqua riciclata; • la riduzione della quantità di rifiuti prodotti: il trattamento l’ottimizzazione del trattamento aerobico: il pre-trattamento anaerobico dei reflui anaerobico produce circa un decimo della quantità di aumenta la biodegradabilità complessiva del refluo, permettendo al comparto aerobico fanghi di supero prodotta dai sistemi aerobici, con consefinitore di specializzarsi nell’abbattimento delle specie più biorefrattarie. guente abbassamento dei costi di smaltimento dei fanghi stessi; I principali svantaggi sono: • la massimizzazione della quantità di acqua riciclata; le dimensioni degli impianti (un reattore UASB può raggiungere un’altezza di 8 metri); • l’ottimizzazione del trattamento aerobico: il pre-trattal’eventualità che sia necessario un ulteriore trattamento di depurazione delle acque mento anaerobico dei reflui aumenta la biodegradabilità prima dello scarico. complessiva del refluo, permettendo al comparto aerobico finitore di specializzarsi nell’abbattimento delle specie più biorefrattarie. I principali svantaggi sono: • le dimensioni degli impianti (un reattore UASB può raggiungere un’altezza di 8 metri); • l’eventualità che sia necessario un ulteriore trattamento di depurazione delle acque prima dello scarico.
