ITMI940245A1

ITMI940245A1 - Processo per il trattamento di rifiuti con impiego di ossidazione

Info

Publication number: ITMI940245A1
Application number: IT94MI000245A
Authority: IT
Inventors: Alan Rozich
Original assignee: Envirommental Resources Manage
Priority date: 1993-02-17
Filing date: 1994-02-11
Publication date: 1995-08-11
Also published as: CA2098807A1; CA2098807C; JPH0899098A; JP2004042043A; US5492624A; DE4324502B4; NL195011C; TW223046B; GB2275264B; DE4324502A1; BR9400571A; AU662088B2; AU5485694A; FR2701704A1; NL9301151A; GB9313097D0; IT1276318B1; ITMI940245A0; FR2701704B1; GB2275264A

Description

"PROCESSO PER IL TRATTAMENTO DI RIFIUTI CON IMPIEGO DI OSSIDAZIONE"

La presente invenzione si riferisce al trattamento di materiali organici di rifiuto. Più in particolare, la presente invenzione si riferisce a processi migliorati per il trattamento di fanghi e/o rifiuti organici solidi.

Nel corso degli anni sono stati sviluppati numerosi processi aerobici per il trattamento biologico dei rifiuti urbani, compresi sia i liquami domestici che quelli industriali, per produrre effluenti ambientalmente accettabili. Uno dei processi aerobici maggiormente utilizzato per tale trattamento è noto come processo di depurazione con fango attivo, in cui la materia organica contenuta nei rifiuti urbani viene portata a contatto con un gas contenente ossigeno in presenza di organismi biologicamente attivi in sospensione, in condizioni tali per cui il materiale organico sia convertito in una forma che può essere separata dall’acqua purificata. In questi processi, una porzione dei fanghi insolubili che si forma viene riciclata nella zona aerobica. Un altro di tali processi è il metodo di filtrazione a sgocciolamento, in cui i microrganismi vengono fissati ad un sostegno.

Questi sistemi come fango attivo ed altri processi aerobici portano normalmente ad una notevole produzione positiva netta di fanghi contenenti materiali solidi in sospensione, che devono poi essere scaricati periodicamente. Tali fanghi biologici sono difficili da trattare, in quanto hanno scarse proprietà di deidratazione e sono fortemente soggetti a putrefazione. Il deposito di fanghi è così diventato un importante problema ambientale.

Per la stabilizzazione dei fanghi sono stati sviluppati numerosi processi, uno di questi è stato quello della digestione anaerobica. Nei processi anaerobici , il materiale organico presente nei fanghi viene ossidato a sottoprodotti quali acidi organici, ammoniaca, e principalmente metano. La digestione anaerobica, tuttavia, presenta alti costi operativi, e il processo digestivo richiede tempi lunghi.

In un altro processo per stabilizzare i fanghi attivi, indicato come aerazione prolungata, il contatto dei fanghi avviene in una zona di digestione aerobica, e il materiale organico viene ossidato nel tempo. Sebbene l’aerazione prolungata possa offrire significativi vantaggi rispetta alla digestione anaerobica, si hanno problemi legati a tali processi, dovuti agli alti costi operativi e di capitale .

Tra le molte varianti di processi associati al trattamento anaerobico dei rifiuti urbani, vi sono le seguenti.

I brevetti statunitensi n. 3.547.814 e 3. 670.887 descrivono il trattamento di liquami in cui i solici grossolani vengono dapprima rimossi dai liquami per vagliatura, e i rifiuti rimanenti vengono messi a contatto con un gas contenente ossigeno e con fango attivo. Il brevetto ’814 descrive come i processi anaerobici siano stati utilizzati per rendere i fanghi non putrescibili e, come segnalato, si richiedono lunghi immagazzinamenti. Un’altra tecnica suggerita per il trattamento di tali fanghi prevede l’aerazione prolungata, che aumenta il grado di autossidazione , con una riduzione netta di tali fanghi. Sfortunatamente, il tasso di ossidazione è risultato generalmente troppo basso per avere un effetto apprezzabile sulla produzione netta di fanghi. Anche con l’aerazione prolungata e con un aumentato livello di autossidazione, in modo particolare nella produzione netta a zero del livello dei fanghi, si presentavano problemi a causa delle grandi dimensioni degli impianti e degli alti costi operativi. Per ridurre le dimensioni, i titolari di questi brevetti suggerivano quindi di utilizzare un gas ricco di ossigeno e materiali organici altamente volatili nei fanghi. Questo ha comportato una bassa resa di fanghi nel processo complessivo.

Il brevetto statunitense n. 3.356.609 descrive un processo per il trattamento di rifiuti urbani in cui i liquami iniziali vengono chiarificati, e il liquame effluente viene quindi arricchito con una sorgente di carbonio, e portato a contatto con un gas contenente ossigeno e con fango attivo in un reattore aerobico a coltura dispersa. Il brevetto statunitense n. 4.246.099 descrive ur.a combinazione di processi aerobici/anaerobic i per ridurre e stabilizzare i materiali solidi nei fanghi in un processo con fango attivo. In questo processo, i fanghi urbani venivano inizialmente portati a contatto con un gas contenente ossigeno, in condizioni aerobiche, per ridurre parzialmente i materiali solidi volatili biodegradabili in sospensione, e quindi digeriti in forma anaerobica per stabilizzare parzialmente i fanghi. E* stata ottenuta una riduzione dei fanghi a meno del 40% dei materiali solidi volatili biodegradabili in sospensione introdotti nella zona di digestione. Il concetto di digestione aerobica termica si riferiva ad una digestione aerobica autoterraica (ATAD) in cui il digestore funziona a temperature elevate, ad esempio da circa 45<* >C - 75<* >C, o nell’intervallo termof ilo.

Il brevetto statunitense n. 4.026.793 descrive un processo digestivo aerobico per ridurre il contenuto di solidi in fanghi organici biodegradabili effettuando la digestione in un recipiente mantenuto ad una temperatura compresa nell’intervallo di 38<* >- 46<* >C.

Il brevetto statunitense n. 4.652.374 descrive una fermentazione anaerobica modificata di rifiuti urbani mediante idrolisi e acidificazione dei liquami, e successiva digestione anaerobica dei liquami idrolizzati in condizioni atte alla generazione di metano.

E’ anche noto, in un processo di aerazione prolungata con fango attivo in combinazione con una digestione aerobica autotermica (ATAD), l’utilizzo di un ausiliare idrolitico che prevedeva il trattamento degli effluenti del reattore ATAD con acido, e l’assoggettando dei risultanti liquami effluenti idrolizzati alla digestione biologica nella zona di aerazione iniziale, dove i liquami erano portati a contatto con un gas contenente ossigeno e fango attivo. Si vedano gli Atti della 17a Conferenza sul Trattamendo de:i Fanghi Urbani, HMCRI , Boston, Massachusetts, 1907, pagg.

71 - 77.

Come si può vedere dalla rassegna della tecnica anteriore rilevante sui processi aerobici, compresi i processi ccn fango attivo, sono state proposte molte varianti nel tentativo di ridurre o minimizzare la produzione di fanghi e di stabilizzare i fanghi in eccesso prodotti da.i processi aerobici. Tutti questi processi, in un modo o nell’altro, divengono abbastanza complessi e possono richiedere alti costi operativi o di capitale per raggiungere questo scopo. Nella maggior parte dei casi., risulta estremamente difficile modificare questi processi in modo tale da ottenere una sostanziale riduzione dei fanghi, sulla base dell'immissione originale di sostanze organiche, e tanto meno ottenere l’eliminazione dei fanghi. Il secondo risultato viene spesso ricercato, ma raramente conseguito, e normalmente richiede l’interposizione di processi di separazione fisica, cene la deidratazione e il successivo incenerimento. ha rimozione di materiale organico dai flusso dei rifiuti attraverso la respirazione e la conversione in massa microbica, e la sua successiva conversione in acqua e anidride carbonica, viene ottenuta raramente.

Nel mio precedente brevetto statunitense n. 4.915.840, che viene qui espressamente incorporato per riferimento, si descrive un perfezionamento per la riduzione dei fanghi In un processo aerobico in cui rifiuti urbani contenenti materiale organico vengono digeriti organicamente mediante contatto con un gas contenente ossigeno, in presenza di organismi biologicamente attivi. Il processo di base è mostrato nella Figura 1 del brevetto '840, che viene qui riprodotta come Figura 1, e la cui spiegazione, come esposto nel brevetto *840 da colonna 4, riga 42 a colonna 7, riga 20, viene qui incorporata per riferimento.

Si rileva in modo specifico che nel processo del brevetto '840, come mostrato nella Figura 1, la riduzione del fanghi viene controllata per mezzo di una porzione di fanghi concentrati biologicamente attivi, portati a contatto, in un recipiente di idrolisi 31 (HYD), con acido, ad esempio acido solforico, o con una base, ad esempio idrossido di metallo alcalino, in condizioniidonee a realizzare l’idrolisi dei componenti, macromolecolari delle cellule organiche, e a sciogliere i. componenti inorganici. L’idrolisi leggermente acida viene ottenuta nel recipiente 31 aggiungendo acido e mantenendo il pH in un intervallo da 0,5 a 2 circa, ad una pressione compresa tra quella atmosferica e circa 30 psig, ad una temperatura nell'intervallo tra 80<* >e 130<* >C circa, per circa 2 - 10 ore, normalmente per circa 4 - 6 ore. Si può anche effettuare una idrolisi alcalina, e ciò si ottiene mediante contatto con materiali alcalini, ad esempio, idrossido di sodio, e mantenendo un pH tra 7 e 12 circa, ed una temperatura di 20<* >- 50<* >C, per circa 5 - 12 ore. L'ausiliare idrolitico modifica la struttura delle cellule dei componenti macromolecolari e le rende sostanzialmente solubili, e quindi aumenta la capacità degli organismi biologicamente attivi di effettuare la decomposizione termofila all’interno della zona 34 del digestore ad aerazione autotermica. Aumentando o diminuendo la quantità dei fanghi concentrati assoggettati ad idrolisi, si aumenta o si diminuisce la velocità di decomposizione d≥l sistema, e i livelli di riduzione dei fanghi possono essere controllati controllando la velocità di tale decomposizione, e quindi l'entità della decomposizione. Tuttavia, poiché le condizioni di temperatura all’interno della stessa unità ATAD possono comportare una qualche solubilizzazione di queste componenti raacromolecolari, in tale misura, la precedente solubilizzazione chimica con ausiliare idrolitico può essere considerata come ridondante o inadeguata.

I fanghi idrolizzati non caricati nella zona 34 del digestore aerobico autotermico possono essere trattati per la rimozione di fosforo o azoto, oppure se ne può regolare il pH per ottimizzare la decomposizione nella zona autotermica di digestione aerobica. I fanghi idrolizzati vengono prelevati dal recipiente 31, attraverso la linea 38, e caricati nel serbatoio 40 il cui pH viene regolato, per esempio, verso l’alto fino ad un valore alcalino per la precipitazione dei composti di fosforo, che vengono quindi rimossi attraverso la linea 42. Il resto del materiale nel recipiente 40 viene rimosso attraverso la linea 44 e caricato nella zona autotermica 34 del digestore aerobico.

Secondo un mio ulteriore processo migliorato, come descritto nel brevetto statunitense n. 5.141.646, la cui descrizione viene qui incorporata per riferimento, i fanghi vengono caricati direttamente in un reattore ATAD da un recipiente di miscelazione per produrre una digestione immediata. Durante intervalli di periodica inattività, una porzione della biomassa depositata viene quindi tolta dal reattore ATAD e caricata in una unità di idrolisi per il trattamento con una soluzione acida o basica forte. La biomassa depositata viene lasciata idrolizzare per un certo tempo, preferibilmente almeno circa sei ore, e viene quindi riportata nella camera di miscelazione, a monte del reattore ATAD. Il composto idrolizzato viene mescolato con i fanghi in arrivo, che vengono .quindi alimentati direttamente al reattore ATAD. fanghi in arrivo neutralizzano il flusso idrolizzato per portarlo al desiderato pH 7. I fanghi idrolizzati, che sono a temperatura superiore a quella dell’ambiente, contribuiscono anche a riscaldare i fanghi di alimentazione in arrivo. Periodicamente, il sedimento purificato viene rimosso dal reattore ATAD e riportato nell ’impianto .

Una particolare e preferita forma realizzativa d:i processo, mostrata nella Figura 5 del brevetto ’646, viene qui riprodotta in Figura 2. In questo processo, i fanghi o i rifiuti solidi, comprendenti circa 1*8% di materiali solidi, possono essere alimentati al macinatore 86 attraverso la linea 84, e successivamente al miscelatore 54 attraverso la linea 52. I fanghi vengono poi trasferiti, attraverso la linea 56, ad una unità 88 di digestione anaerobica autotermica (AAD) in cui il gas metano viene asportato attraverso la linea 90. Facoltativamente (attraverso la linea 92), la biomassa depositata proveniente dall’unità AAD può venire idrolizzata nell’unità 62 ed essere rimessa in circolo verso la camera di miscelazione 54. Se necessario, i fanghi in eccesso possono venire rimossi attraverso la linea 93 a monte del recipiente di idrolisi 62.

L'unità AAD 88 è un dispositivo di digestione anaerobica autotermica. Essa è simile al reattore ATAD 58, con la differenza di richiedere una maggiore concentrazione di materiali solidi in ingresso e di essere anaerobica, così che non viene fornito ossigeno (aerazione). L'unità AAD è progettata per estrarre energia dai fanghi o dall’immondizia prima di terminare la stabilizzazione attraverso la compostazione. Acqua e/σ sostanze nutritive possono essere aggiunte all’unità AAD, se desiderato, attraverso la linea 96. Il sedimento AAD proveniente dall'unità 88 viene alimentato al reattore ATAD 58 attraverso la linea 94.

Una porzione della biomassa ATAD viene depositata e rimossa come prima, e riportata nell’unità di idrolisi 62 attraverso la linea 60, il flusso idrolizzato alimentando il miscelatore 54 attraverso la linea 66. Il sedimento purificato proveniente dal reattore ATAD può essere riportato nell’impianto attraverso la linea 70, oppure introdotto in un dispositivo per l’asportazione delle sostanze nutritive 72, come descritto in precedenza. Il sedimento trattato viene riportato nell’impianto lungo la linea 78.

La ricerca è stata perciò continuata verso processi migliorati per trattare rifiuti organici e materiali fangosi in modo da ridurre la generazione dei fanghi, e verso un processo più economico e semplice.

Secondo la presente invenzione, questi e altri scopi vengono ora conseguiti grazie alla scoperta di un processo per il trattamento di rifiuti organici che comprende le fasi di alimentare i rifiuti organici ad un reattore ATAI), e sottoporre i rifiuti organici a digestione biologica nel reattore ATAD, in modo da produrre in esso una biomassa e un sedimento chiaro, e che è caratterizzalo dall’ossidazione di almeno una porzione della biomassa così da produrre in essa un liquame effluente ossidato, e dal riporto del liquame effluente ossidato nel reattore ATAD. Un particolare vantaggio dell’utili zzo di una tale fase di ossidazione, rispetto alla fase di idrolisi del brevetto ’840, consiste nel fatto che, nel caso della fase di ossidazione della presente invenzione, non vengono prodotti materiali solidi disciolti che possano avere un impatto negativo sul trattamento a valle. D’altra parte, nel caso di idrolisi, come avviene nel brevetto ’840, vengono prodotte grandi quantità di materiali solidi disciolti, fornendo in questo modo una base potenziale per influenzare negativamente diversi processi a valle. Inoltre, un altro vantaggio rispetto al brevetto ’840 risiede nel fatto che, nel processo della presente invenzione, qualsiasi solubilizzazione , che può verificarsi per le elevate temperature nel reattore ATAD, avviene prima della fase di ossidazione chimica, e si evitano così la ridondanza o l’inefficienza della tecnica anteriore .

In una forma realizzativa preferita, il processo comprende la rimozione periodica del sedimento chiaro dal reattore ATAD. Preferibilmente, il processo comprende inoltre la separazione dei materiali solidi dal liquido, sotto forma di biomassa ATAD, e quindi il riporto della biomassa separata nel reattore ATAD, con il sedimento chiaro che viene quindi scaricato.

Secondo una forma realizzativa preferita del processo della presente invenzione, la fase di ossidazione è una fase di ossidazione chimica. Preferibilmente, la fase di ossidazione chimica prevede il contatto di almeno una porzione della biomassa con perossido di idrogeno in presenza di un catalizzatore reagente di Fentor, preferibilmente solfato ferroso.

Secondo un’altra forma realizzativa preferita del processo della presente invenzione, il processo comprende la separazione di almeno una porzione della biomassa da.l sedimento chiaro prima della fase di ossidazione. Preferibilmente, la fase di ossidazione avviene ad un pH compreso tra circa 1,0 e 6,0, e preferibilmente a circa 3,5.

Secondo una forma realizzativa preferita del processo della presente invenzione, i rifiuti organici sono sottoposti a digestione biologica nel reattore ATAD ad una temperatura compresa tra 40' e 70' C, e molto preferibilmente almeno una porzione della biomassa viene ossidata chimicamente ad una temperatura di almeno 50’, e generalmente tra circa 50' e 70' C, benché siano possibili temperature più alte. Così, in aggiunta al calore generato durante la stessa digestione biologica, ulteriore calore viene generato durante il processo di ossidazione chimica. In altre parole, il calore generato precedentemente alla fase di ossidazione viene utilizzs.to per catalizzare l’ulteriore ossidazione dei componenti macromolecolari in essi, ed in effetti, in alcuni casi, ciò permette di eliminare la necessità del catalizzatore discusso in precedenza.

In una forma realizzativa preferita, il processo comprende la rimozione dell’azoto e del fosforo dal sedimento chiaro per produrre un sedimento chiaro purificato. Preferibilmente l’azoto viene rimosso biologicamente, e il fosforo viene rimosso per precipitazione.

Secondo un’altra forma realizzativa del processo della presente invenzione il trattamento dei rifiuti viene effettuato alimentando i rifiuti ad un recipiente AAD e sottoponendo i rifiuti a digestione biologica nel recipiente AAD, così da produrre in questo una prima biomassa ed un primo sedimento, alimentando il primo sedimento proveniente dal recipiente AAD ad un reattore ATAD, e sottoponendo il primo sedimento a digestione biologica nel reattore ATAD, così da produrre una seconda biomassa ed un secondo sedimento, ossidando almeno una porzione della seconda biomassa in modo da produrre un liquame effluente ossidato in questo, e riportando l’effluente ossidato nel recipiente AAD.

Preferibilmente, questo processo comprende la separazione di almeno una porzione della seconda biomassa dal secondo sedimento prima della fase di ossidazione.

Secondo una forma realizzativa preferita del processo della presente invenzione, la fase di ossidazione comprende una fase di ossidazione chimica, preferibilmente comprendente il contatto di almeno una porzione della seconda biomassa con perossido di idrogeno in presenza di un catalizzatore reagente di Fenton, preferibilmente solfato ferroso.

Altri scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti da un'analisi della seguente dettagliata descrizione, che si riferisce ai disegni in cui :

la Figura 1 è uno schema a blocchi di un processo con fango attivo comprendente un ausiliare idrolitico per una zona di digestione aerobica autotermica per la migliorata riduzione dei fanghi, come descritto nel brevetto statunitense n. 4.915.840;

la Figura 2 è uno schema a blocchi di un processo con fango attivo, in cui una porzione della biomassa proveniente dal reattore ATAD viene idrolizzata in un recipiente di idrolizzaz ione, e il liquame effluente idrolizzato viene quindi riportato all’ingresso del reattore ATAD, secondo il brevetto statunitense n.

5.141.646;

- la Figura 3 è uno schema a blocchi di un processo per il trattamento di rifiuti che impiega l'ossidazione secondo una forma realizzativa della presente invenzione;

- la Figura 4 è uno schema a blocchi di un altro processo per il trattamento di rifiuti secondo la presente invenzione ;

- la Figura 5 è uno schema a blocchi di un altro processo ancora per il trattamento di rifiuti secondo la presente invenzione ;

la Figura 6 è uno schema a blocchi di un’altra forma realizzativa ancora di un processo per il trattamento di rifiuti secondo la presente invenzione; e

- la Figura 7 è uno schema a blocchi di un altro processo per il trattamento di rifiuti secondo la presente invenzione .

Facendo riferimento alle Figure, in cui riferimenti numerici simili indicano porzioni simili, la Figura 3 mostra un sistema 50 per il trattamento di fanghi in cui una massa fangosa comprendente almeno circa il 2% di materiali solidi, ma preferibilmente almeno il 4% di materiali solidi, viene caricata, attraverso una linea di ingresso 52, in un recipiente di miscelazione 54, ed in seguito, attraverso una linea 56, in una unità di reattore ATAD 58. La funzione del miscelatore 54 verrà qui descritta ulteriormente.

Nell'unità di reattore ATAD 58 avviene un processo di digestione aerobica termofila come descritto nel brevetto ’814, ad una temperatura tra 40 - 70<* >C circa. Aria o altro gas contenente ossigeno, o in alcuni casi eli nitrati, vengono introdotti attraverso la linea 59 nel reattore ATAD 58, con la portata adatta per la digestione aerobica dei materiali solidi in sospensione nel reattore. Periodicamente, per esempio giornalmente, l’unità eli reattore ATAD 58 viene spenta e la biomassa all’interno del reattore viene lasciata depositare per un periodo eli riposo (preferibilmente da circa da 1/2 ad 1 ora). In seguito una porzione della biomassa depositata, e preferibilmente tra l'l% e circa il 10% della biomassa desi reattore ATAD, viene estratta dall’unità ATAD 58 e caricata, attraverso la linea 60, nel recipiente di ossidazione 62 per il trattamento di ossidazione al suo interno .

Nel recipiente di ossidazione 62, avviene preferibilmente una ossidazione chimica. Questa si ottiene preferibilmente utilizzando perossido di idrogeno come ossidante chimico. L’ossidazione della biomassa del reattore ATAD avviene preferibilmente in un reattore discontinuo e con agitatore, in cui il pH viene mantenuto costante ad un valore compreso tra circa 1 e 6, e preferibilmente ad un pH di circa 3,5, ottenuto tramite aggiunta di acido, ad esempio acido solforico, nella quantità necessaria a questo scopo. La reazione di ossidazione può venire catalizzata con l’uso del reagente di Fenton, ossia solfato ferroso, che può essere aggiunto periodicamente al reattore. La quantità di solfato ferroso aggiunto dipende naturalmente dalla capacità di trattamento del reattore, tuttavia in generale si tratterà di un quantitativo fino a 100 mg/litro e, quando viene utilizzato tale catalizzatore, preferibilmente tra circa 3 e 100 mg/litro, e molto preferibilmente tra circa 5 e 10 mg/litro. Corte illustrato precedentemente, tuttavia, quando la temperatura della biomassa è abbastanza alta, in alcuni casi è possibile effettuare una reazione autocatalitica senza necessità di aggiungere questo catalizzatore. ]£’ anche possibile, tuttavia, impiegare altri ben noti processi di ossidazione chimica, quali l’ozonizzazione, In cui l’ozono viene generato elettricamente e quindi introdotto come agente ossidante; l’ossidazione chimica utilizzando agenti quali bicromati e permanganati; e l’ossidazione ad aria umida a temperature e pressioni elevate, che sono tutti processi commerciali, noti come processi di trattamento termico, come il processo Zimpro e Porteus .

Nello stesso contenitore di ossidazione 62 vengono ossidate diverse componenti chimiche. Più in particolare, tra le varie componenti organiche, si possono ossidare diverse componenti tossiche del flusso della biomassa depositata, comprese le componenti che non sono trattabili con processi come l’idrolisi del brevetto *646. Queste comprendono idrocarburi complessi o idrocarburi fortemente ridotti, come PCB, etc. L’eliminazione di questi materiali tossici non solo è importante sotto l'aspetto complessivo, ma contribuisce ad aumentare il rendimento del reattore ATAD stesso (così come del reattore AAD secondo la forma realizzativa discussa precedentemente). Inoltre, l’ossidazione di materiali organici resistenti o potenzialmente inibenti consente un più efficiente funzionamento del processo, principalmente perchè si impedisce così l’accumulo di componenti tossici selezionati nei reattore ATAD o AAD.

Inoltre, in relazione alle reazioni di idrolisi che impiegano acidi o basi forti, esiste la possibilità di reazioni collaterali che possono, a loro volta, creare componenti tossici aggiuntivi. Questa possibilità viene anche eliminata utilizzando il trattamento ossidativo della presente invenzione. In queste reazioni di ossidazione, è perciò possibile scindere tali componenti tossiche nei loro componenti di base, così da ricavare da esse anidride carbonica. Questo risulta naturalmente impossibile utilizzando le reazioni idrolitiche.

Pertanto, utilizzando il trattamento di ossidazione della presente invenzione, si ha una riduzione sostanziale della richiesta di ossigeno chimico (COD) da parte del materiale organico, migliorando così l’efficienza e riducendo la richiesta complessiva di ossidazione nel reattore ATAD. Questo produce ancora un altro beneficio, sia in termini della natura dei prodotti ricavati, che in termini di risparmio economico.

Complessivamente la presente invenzione riduce in questo modo sia il COD che porzioni significative di solubilizzazione dei componenti chimici contenuti nella biomassa depositata che viene trattata. In ogni caso, i liquami effluenti ossidati provenienti dal reattore di ossidazione 62 vengono poi introdotti, attraverso la linea 66, nel recipiente di miscelazione 54, dove vengono mescolati con i fanghi di alimentazione in arrivo dalla linea 52. In questo modo, i fanghi di alimentazione in arrivo neutralizzano anche il flusso ossidato, portandolo ad un pH più vicino a quello desiderato. Se necessario, tuttavia, ulteriori regolazioni del pH possono essere fatte aggiungendo un acido o una base attraverso la linea 68 .

Si apprezzerà inoltre che i fanghi ossidati aggiunti al miscelatore 54 sono tiepidi, contribuendo quindi ad innalzare la temperatura dei fanghi in arrivo dalla linea di alimentazione 52, e quindi riducendo ulteriormente i costi, eliminando - o almeno riducendo - la necessità di una attrezzatura di riscaldamento separata.

Periodicamente un sedimento chiaro purificato viene rimosso dall’unità ATAD 58 e riportato nell’impianto attraverso la linea 70. Gli effluenti ATAD possono anche essere convogliati ad un separatore di materiali solidi (come un chiarificatore, un concentratore o un ultrafiltro) allo scopo di separare la biomassa ATAD dal sedimento. Parte della biomassa ATAD separata può essere riconvogliata indietro nel reattore ATAD, mentre un’altra porzione può essere inviata all’unità di ossidazione (si veda la Figura 7). Questa separazione della biomassa ATAD è particolarmente significativa quando si intende sottoporre il prodotto a qualche ulteriore trattamento biologico aerobico a valle. La presenza in esso di una qualsiasi porzione significativa della biomassa termofila (ATAD) può avere effetti negativi su di esso. Più in particolare, questa biomassa ATAD è ancora inadatta e resistente alla degradazione in tali sistemi di trattamento biologico a valle. Questo, a sua volta, comporta un apprezzabile aumento di questo materiale in tali sistemi a valle, riducendo così le prestazioni complessive di questi processi.

Si noti inoltre come si sia preferito che i fanghi caricati nel recipiente di miscelazione 54 contengano circa il 4% di materiali solidi. Tuttavia, in alcuni casi possono essere trattati anche contenuti di materiali solidi più bassi, ad esempio fino ad un 2% di materiali solidi, come quando il calore generato nelle reazioni biologiche e nel reattore ATAD è sufficiente per un funzionamento termofilo.

Facendo riferimento ora alla Figura 4, viene illustrata un’altra forma realizzativa della presente invenzione, che è simile alla forma realizzativa descritta precedentemente con riferimento alla Figura 3, ma che permette la rimozione dei materiali nutritivi dalla linea di decantazione 70. Più precisamente, la Figura 4 illustra una stazione di rimozione di materiali nutritivi 92 che riceve il sedimento purificato dalla linea 70, e che è trattato per rimuovere azoto e fosforo. In questa forma realizzativa, i prodotti chimici vengono aggiunti attraverso la linea 76 alla stazione di rimozione dei materiali nutritivi 72, mentre i fanghi fosfati/chimici vengono riciclati nel reattore di ossidazione 62 e/o rimossi attraverso la linea 74. Il sedimento trattato viene quindi riportato nell’impianto attraverso la linea 78 .

In questa forma realizzativa, il fosforo viene preferibilmente rimosso dal sedimento per precipitazione, mentre l’azoto viene preferibilmente rimosso biologicamente, o tramite altri mezzi idonei, come strappamento con ammoniaca. Fino ad ora non si era riconosciuta la produzione dell’azoto e del fosforo aggiuntivo nel reattore ATAD durante la digestione. Pertanto, il metodo di rimozione dei materiali nutritivi suggerito nel mio precedente brevetto *840 risulta, al confronto, inefficiente. Si apprezzerà che la rimozione di materiali nutritivi asporterà altri materiali solidi disciolti che potrebbero far sorgere problemi in altri trattamenti a valle.

Facendo riferimento alla Figura 5, viene spiegata una terza forma realizzativa della presente invenzione per il trattamento di rifiuti organici solidi. In questa forma realizzativa viene utilizzata una disposizione simile a quella mostrata in Figura 4, con in più l’aggiunta un macinatone a monte del miscelatore 54. Più precisamente, un flusso di rifiuti comprendente almeno il 4% di materiali solidi viene introdotto, attraverso la linea 84, in un macinatore 86 che è operativamente collegato, attraverso la linea 52, al miscelatore 54. In questa forma realizzativa, il macinatore viene utilizzato per ridurre le dimensioni delle particelle e per convertire i materiali solidi in uno stato più trattabile per la biodegradazione attraverso la compostazione del liquida. Così, questo sistema è adatto al trattamento di rifiuti, immondizie, foglie, erba tagliata e così via. Come ulteriore aspetto di questa forma realizzativa, se desiderato, acqua e/o materiali nutritivi possono essere aggiunti nel reattore ATAD 58 attraverso la linea 61.

Un significativo vantaggio della disposizione sopra descritta consiste nel fatto che, poiché l'aggiunta eli materiali nutritivi può essere necessaria per alcuni tipi di rifiuti organici solidi, l’utilizzo del metodo sopra descritto, in cui la biomassa ATAD viene ossidata, permette il riciclo dei materiali nutritivi nel processo, attraverso il miscelatore 54, risparmiando in questo modo l’uso di prodotti chimici.

Può anche essere utilizzata la fase di rimozione di materiali nutritivi descritta precedentemente con riferimento alla Figura 5. Se desiderato, il prodotto finale preferito può quindi essere riportato nell'impianto attraverso la linea 78.

In Figura 6 viene descritta un’altra forma realizzativa della presente invenzione, nel contesto di un sistema di generazione di energia che estrae gas metano dai fanghi/rifiuti prima della compostazione.

In questa forma realizzativa, i fanghi o i rifiuti solidi, comprendenti approssimativamente l’8% di materiali solidi, possono essere alimentati al macinatore 86 attraverso la linea 84, e quindi al miscelatore 54 attraverso la linea 52. I fanghi vengono in seguito fatti passare, attraverso la linea 56, nell'unità di digestione anaerobica autotermica (AAD) 88, dove il gas metano viene allontanato mediante la linea 90. In alternativa, attraverso la linea 92, la biomassa depositata proveniente dall’unità AAD può venire ossidata nel reattore di ossidazione 62, e quindi rimessa in circolo nella camera di miscelazione 54. Se necessario, i fanghi in eccesso possono essere rimossi attraverso la linea 93 del reattore di ossidazione 62. L’unità AAD 88 è un dispositivo di digestione anaerobica autotermica. Essa è simile al reattore ATAD 58, con la differenza di richiedere una concentrazione maggiore di materiali solidi in ingresso e di essere anaerobica, così che non viene fornito ossigeno (aerazione). L’unità AAD è progettata per estrarre energia dai fanghi o dai rifiuti prima della stabilizzazione finale attraverso la compostazione. Se desiderato, acqua e/o materiali nutritivi possono essere aggiunti all’unità AAD attraverso la linea 96. Il sedimento AAD proveniente dall’unità 88 viene alimentato al reattore ATAD 58 attraverso la linea 94.

Una porzione della biomassa ATAD viene depositata e rimossa come in precedenza, e riportata nel reattore di ossidazione 62 attraverso la linea 60, il flusso ossidato passando da questo al miscelatore 54 attraverso la linea 66. Il sedimento purificato proveniente dal reattore ATAD può essere riportato nell’impianto attraverso la linea 70, o può essere introdotto in un dispositivo 72 di rimozione di materiali nutritivi, come sopra descritto. Il sedimento trattato può essere riportato nell’impianto attraverso la linea 76.

Facendo ora riferimento alla Figura 7, in un’altra forma realizzativa della presente invenzione simile a quella mostrata in Figura 3, viene impiegata una fase di separazione dei materiali solidi rispetto al sedimento rimosso attraverso la linea di sedimento 70. Più precisamente, la Figura 7 illustra un separatore di materiali solidi 101, quale un chiarificatore, un concentratore o un ultrafiltro, mediante il quale i materiali solidi, come la biomassa ATAD contenuta nel flusso di sedimento, vengono separati dal sedimento, e riciclati nel reattore ATAD attraverso la linea 103 e/o riciclati nel reattore di ossidazione 62 attraverso La linea 105. Il sedimento purificato può quindi essere riportato nell’impianto attraverso la linea 107. Per tutti gli altri aspetti, i componenti di Figura 7 sono gli stessi di quelli mostrati in Figura 3 e discussi in precedenza.

Benché l’invenzione sia stata qui descritta con riferimento a particolari forme realizzative, è evidente che queste forme realizzative sono puramente illustrative dei principi e delle applicazioni della presente invenzione. E’ perciò evidente che numerose modifiche possono essere apportate alle forme realizzative illustrative, e che altre disposizioni possono essere concepite senza uscire dallo spirito e dall’ambito della presente invenzione come definiti dalle rivendicazioni allegate .

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Processo per il trattamento di rifiuti organici comprendente l’alimentazione di detti rifiuti organici ad un reattore ATAD (58) e l’assoggettamento di detti rifiuti organici ad una digestione biologica in detto reattore ATAD, in modo da produrre in esso una biomassa ed un sedimento chiaro, caratterizzato dall’ossidazione di almeno una porzione di detta biomassa (62) in modo da produrre in essa un effluente ossidato e dal riporto di detto effluente ossidato (66) in detto reattore ATAD.
2. Processo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato inoltre dalla rimozione periodica di detto sedimento chiaro (70) da detto reattore ATAD (58).
3. Processo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta fase di ossidazione (62) comprende l’ossidazione chimica di detta almeno una porzione di detta biomassa.
4. Processo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta fase di ossidazione chimica (62) comprende la messa a contatto di detta almeno una porzione di detta biomassa con perossido di idrogeno in presenza di un catalizzatore reagente di Fenton.
5. Processo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto catalizzatore reagente di Fenton comprende solfato ferroso.
6. Processo secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, caratterizzato inoltre dal comprendere la separazione di detta almeno una porzione di detta biomassa (60) da detto sedimento chiaro prima di detta fase di ossidazione.
7. Processo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta fase di ossidazione chimica (62) viene eseguita ad un pH compreso tra 1 e 6.
8. Processo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta fase di ossidazione chimica avviene ad un pH di circa 3,5.
9. Processo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti rifiuti organici sono sottoposti a digestione biologica in detto reattore ATAD (58), ad una temperatura compresa tra 40 e 70" C circa.
10. Processo secondo la rivendicazione 9 in cui detta almeno una porzione di detta biomassa viene ossidata ad una temperatura compresa tra 40 e 70<* >C circa.
11. Processo secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, caratterizzato inoltre dalla miscelazione di detti rifiuti organici a monte (54) di detto reattore ATAD (58).
12. Processo per il trattamento di rifiuti comprendente l’alimentazione di detti rifiuti in un recipiente AAD (88) e l'assoggettamento di detti rifiuti organici ad una digestione biologica in detto recipiente AAD, in modo da produrre in esso una prima biomassa ed un primo sedimento, e l’alimentazione di detto primo sedimento (94) proveniente da detto recipiente AAD ad un reattore ATAD (58), e l’assoggettamento di detto primo sedimento a digestione biologica in detto reattore ATAD in modo da produrre in esso una seconda biomassa e/o un secondo sedimento, caratterizzato dall’ossidazione di almeno una porzione di detta seconda biomassa (62), in modo da produrre in essa un effluente ossidato (66), e dal riporto di detto effluente ossidato (66) in detto recipiente AAD.
13. Processo secondo la rivendicazione 12, caratterizzato inoltre dal fatto di separare detta almeno una porzione di detta seconda biomassa (60) da detto secondo sedimento (70) prima di detta fase di ossidazione.
14. Processo secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che detta fase di ossidazione (62) comprende l’ossidazione chimica di detta almeno una porzione di detta seconda biomassa.
15. Processo secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detta fase di ossidazione chimica (62) comprende la messa a contatto di almeno una porzione di detta seconda biomassa (60) con perossido di idrogeno in presenza di un catalizzatore reagente di Fenton.
16. Processo secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detto catalizzatore reagente di Fenton comprende solfato ferroso.
17. Processo secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detta fase di ossidazione chimica (62) avviene ad un pH compreso tra 1 e 6.
18. Processo secondo la rivendicazione 17, caratteri zza.to dal fatto che detta fase di ossidazione chimica (62) avviene ad un pH di circa 3,5.
19. Processo secondo la rivendicazione 13, caratterizzato inoltre dal fatto di rimuovere azoto e fosforo da detto secondo sedimento (70) per produrre un sedimento chiaro purif icato (76).
20. Processo secondo la rivendicazione 12, 13 o 14, caratterizzato inoltre dal fatto di separare detta prima biomassa (94) da detto recipiente AAD (88), e di caricare detta porzione separata di detta prima biomassa (92) in detta fase di ossidazione (62),
21. Processo secondo la rivendicazione 12, 13 o 14, caratterizzato inoltre dal fatto di miscelare detti rifiuti a monte (54) di detto recipiente AAD (88).
22. Processo secondo la rivendicazione 21, caratterizzato inoltre dal fatto di macinare i rifiuti solidi (86) a monte di detta fase di miscelazione (54).