ITTO20120452A1 - Impianto e procedimento per il trattamento di fanghi. - Google Patents

Description

IMPIANTO E PROCEDIMENTO PER IL TRATTAMENTO DI FANGHI

In un suo aspetto generale, la presente invenzione si riferisce ad un impianto per il trattamento di fanghi provenienti dai processi di depurazione di acque reflue civili.

Tali fanghi freschi, vengono oggi prevalentemente smaltiti in discariche.

Lo smaltimento in discarica tuttavia presenta varie criticità di natura ambientale quali, per esempio, odorosità, generazione di percolati, creazione di habitat favorevoli al proliferare di specie batteriche, occupazione del territorio.

Alternativa allo smaltimento diretto in discarica à ̈ l’utilizzo dei fanghi per usi agricoli: le normative in materia però negli ultimi anni hanno ridotto drasticamente un loro possibile utilizzo in questo settore per la presenza di metalli pesanti e sostanze organiche in essi presenti. I limiti sempre più restrittive nelle normative in materia e la ricerca di ridurre al minimo l’impatto ambientale conseguente allo smaltimento dei fanghi provenienti dagli impianti di depurazione civile, costringe a ricercare tecnologie di trattamento e riduzione dei quantitativi da conferire in discarica e tecnologie di recupero atte a valorizzare il contenuto calorico in essi presente.

La richiedente si à ̈ posta il problema di come ottimizzare il trattamento e lo smaltimento di tali fanghi provenienti prevalentemente dai processi di depurazione di acque reflue civili, in modo da ridurre in maniera significativa la quantità e la pericolosità degli stessi in discarica, recuperando l’energia termica in essi contenuta necessaria per l’auto sostentamento del processo senza l’apporto, quindi, di combustibile ausiliario esterno.

La presente invenzione propone un impianto di trattamento dei fanghi che si auto sostiene ed à ̈ in grado di produrre energia elettrica alla fine del ciclo.

Un aspetto della presente invenzione riguarda un impianto avente le caratteristiche della allegata rivendicazione 1.

Un ulteriore aspetto della presente invenzione riguarda un procedimento avente le caratteristiche della allegata rivendicazione 8.

Le caratteristiche ed i vantaggi del l’impianto secondo la presente invenzione saranno evidenziati dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, fatta con riferimento alla allegata figura 1 che rappresenta uno schema a blocchi di massima dell’impianto secondo la presente invenzione.

Con riferimento alla citata figura l’impianto secondo la presente invenzione comprende un primo stadio 1 di ricezione dei fanghi nell’impianto.

L’impianto comprende successivamente uno stadio 2 di essicazione dei fanghi al quale tramite trasportatori vengono forniti i fanghi provenienti dalla sezione precedente.

Tale stadio di essicazione comprende preferibilmente almeno un essiccatore termico a nastro, operante a bassa temperatura che utilizza come fonte di calore principale un circuito chiuso il cui fluido proviene da una turbina cogenerativa di un successivo stadio di valorizzazione termica 4.

I fanghi umidi vengono alimentati a tale essiccatore attraverso mezzi di caricamento che hanno la funzione di distribuirli uniformemente sul nastro. Nelle fasi di avvio e arresto dell’impianto o in caso di indisponibilità della sezione di valorizzazione termica la temperatura del fluido riscaldante verrà mantenuta mediante un generatore di calore 7.

Il fango essiccato viene estratto, ad una temperatura preferibilmente inferiore a 50 °C, sotto forma di granulato con un tenore di secco superiore all’85% circa e viene convogliato in una successiva sezione di stoccaggio intermedio 3 mediante trasportatori.

Dalla sezione di stoccaggio intermedio i fanghi secchi vengono alimentati ad uno stadio 4 di valorizzazione termica mediante trasportatori gestiti in automatico sulla base della produzione richiesta. In tale stadio i fanghi vengono combusti a temperature prefissate ad esempio intorno ai 900 – 1000 °C.

Tale stadio di valorizzazione termica comprende un sistema di alimentazione alla sezione di combustione (ad esempio realizzabile con un tamburo rotante, o con una griglia o con un letto fluido). Successivamente a tale sezione di combustione à ̈ collegato lo stadio di valorizzazione termica comprendente una caldaia a recupero 5, ad esempio utilizzante un olio diatermico. Tale caldaia comprende una sezione di recupero ad alta temperatura (HT) ed una sezione a bassa temperatura (LT). Tale configurazione permette di aumentare l’efficienza complessiva di recupero calore ed il rendimento del ciclo.

In tale stadio di valorizzazione termica sono disponibili ingressi per le alimentazioni di aria ed altri componenti quali, bruciatori di supporto e contenitori di recupero di scorie e ceneri. Il processo à ̈ gestito in maniera automatica dal sistema di controllo dell’impianto che in funzione del carico termico impostato andrà ad agire sulle portate aria e sulle quantità di fango alimentato alla sezione stessa. L’estrazione delle scorie dal processo di valorizzazione termica può avvenire a secco od in alternativa ad umido in funzione della temperatura di scarico delle scorie.

Successivamente a tale stadio di valorizzazione termica, vi à ̈ uno stadio di produzione di energia elettrica 6 che provvede a trasformare l’energia termica prodotta nella sezione di valorizzazione termica 4 e recuperata nella successiva caldaia a recupero 5 in energia elettrica.

Tale stadio comprende almeno un turbogeneratore operante in ciclo ORC (Organic Rankine Cycle).

Secondo la presente invenzione, abbinando allo stadio di valorizzazione termica, che sia esso realizzato secondo tecnologie equivalenti quali ad esempio un letto fluido, una griglia, un forno rotante, una unità di recupero termico ed una unità di produzione energia elettrica operante in ciclo ORC di tipo cogenerativo, à ̈ possibile impiegare i fanghi umidi provenienti dalla depurazione delle acque reflue per la produzione di energia elettrica senza l’ausilio di un combustibile ausiliario (metano, gasolio, etc…).

Tale energia termica viene trasportata allo stadio di generazione di energia elettrica 6 tramite riscaldamento di un olio adiabatico nello stadio di valorizzazione termica 4.

Il calore scaricato, dal ciclo di potenza in fase di condensazione, viene recuperato attraverso tale unità di recupero termico comprendente il circuito ad acqua calda (o fluido riscaldante equivalente). Il calore così recuperato avrà dei livelli di temperatura tali da poter essere utilizzato nello stadio 2 di essiccamento dei fanghi umidi.

La presente invenzione ha verificato la fattibilità tecnico/economica per taglie di impianto in grado di trattare 30.000 – 50.000 t/anno di fango umido (cadauna linea di trattamento utilizzabile su scala modulare). Le caratteristiche dei fanghi in ingresso come pure di tutte le sezioni d’impianto sono di seguito riepilogate:

-Tipologia di fango in ingresso: fanghi provenienti dal trattamento delle acque reflue;

-Umidità del fango in ingresso: dal 18 al 35%;

-Potere calorifico su tal quale fanghi essiccati: 10000 kJ/kg – 16000 kJ/kg;

-Potenzialità termica di ciascuna linea di trattamento termico (tecnologia di combustione letto fluido, griglie, tamburo rotante): 3500 - 6500 kWt;

-Condizioni di esercizio del fluido vettore in ingresso alla sezione di essiccamento dei fanghi: 90-105 °C;

-Condizioni di esercizio del fluido vettore in uscita alla sezione di essiccamento dei fanghi: 70 – 85 °C; -Potenza termica recuperata dalla turbina cogenerativa: 650 – 720 kWt/t di fango umido;

-Potenza elettrica generata dalla turbina cogenerativa: 140 - 165 kWe/t di fango umido.

In sintesi, il procedimento che viene realizzato per il trattamento dei fanghi da tale impianto comprende basilarmente le seguenti fasi:

• stoccare detti fanghi per un periodo prefissato in almeno un silo di stoccaggio per un tempo predeterminato,

• essiccare i fanghi stoccati per mezzo di un trattamento termico a bassa temperatura tramite il quale essi vengono privati di umidità,

• sottoporre i fanghi essiccati a combustione,

• tramite il calore generato da tale combustione dei fanghi, scaldare un fluido diatermico in una caldaia a recupero,

• trasferire il calore assorbito da tale fluido diatermico ad un fluido di lavoro fino sostanzialmente alla sua evaporazione , espandere il fluido evaporato in una turbina operante in ciclo ORC di tipo cogenerativo che aziona un generatore elettrico,

• recuperare il calore generato da tale turbina, e renderlo disponibile alla fase di essiccamento dei fanghi.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto per la per il trattamento di fanghi provenienti da processi di depurazione di acque reflue comprendente: • uno stadio (1) di ricezione dei fanghi nell’impianto in cui i fanghi vengono stoccati per un periodo di tempo predeterminato, • uno stadio di essicazione termica dei fanghi (2) nel quale tali fanghi vengono privati di umidità, • uno stadio (4) di valorizzazione termica nel quale i fanghi vengono combusti, • uno stadio di produzione di energia elettrica (6) operante in ciclo ORC di tipo cogenerativo, che provvede a trasformare l’energia termica prodotta in tale stadio di valorizzazione termica in energia elettrica, caratterizzato dal fatto di comprendere una unità di recupero termico associata a tale stadio di valorizzazione termica e a tale stadio di produzione di energia elettrica, in cui il calore cogenerativo reso disponibile viene interamente recuperato ed impiegato nello stadio di essiccamento dei fanghi.
2. 2. Impianto secondo la rivendicazione 1, in cui tale energia termica viene trasportata allo stadio di generazione di energia elettrica tramite riscaldamento di un olio adiabatico nello stadio di valorizzazione termica.
3. 3. Impianto secondo la rivendicazione 1, in cui tale stadio di essicazione (2) comprende almeno un essiccatore termico a nastro, operante a bassa temperatura che utilizza come fonte di calore principale tale circuito di acqua calda.
4. 4. Impianto secondo la rivendicazione 1, in cui tale stadio di valorizzazione termica (4) comprende un sistema di alimentazione ad una sezione di combustione una caldaia a recupero (5).
5. 5. Impianto secondo la rivendicazione 4, in cui tale stadio di produzione di energia elettrica (6) comprende un evaporatore in cui un fluido di lavoro à ̈ scaldato mediante scambio termico con olio diatermico, una turbina in cui viene espanso tale fluido di lavoro in che aziona un generatore elettrico.
6. 6. Impianto secondo la rivendicazione 4, in cui tale caldaia a recupero ad olio diatermico comprende una sezione a recupero ad alta temperatura (HT) ed una sezione a bassa temperatura (LT) alimentate da un circuito comune ad olio diatermico.
7. 7. Impianto secondo la rivendicazione 1, in cui tale stadio di valorizzazione termica e tale stadio di essicazione comprendono bruciatori ausiliari.
8. 8. Procedimento per il trattamento di fanghi provenienti da processi di depurazione di acque reflue comprendente le seguenti fasi: • stoccare detti fanghi per un periodo prefissato in almeno un silo di stoccaggio per un tempo predeterminato, • essiccare i fanghi stoccati per mezzo di un trattamento termico a bassa temperatura tramite il quale essi vengono privati di umidità, • sottoporre i fanghi essiccati a combustione, • tramite il calore generato da tale combustione dei fanghi, scaldare un fluido diatermico in una caldaia a recupero, • trasferire il calore assorbito da tale fluido diatermico ad un fluido di lavoro fino sostanzialmente alla sua evaporazione , espandere il fluido evaporato in una turbina operante in ciclo ORC di tipo cogenerativo che aziona un generatore elettrico, • recuperare il calore generato da tale turbina, e renderlo disponibile alla fase di essiccamento dei fanghi.