ITVI20120032A1 - Procedimento e impianto per il trattamento di biomasse - Google Patents

Description

PROCEDIMENTO E IMPIANTO PER IL TRATTAMENTO DI BIOMASSE.

DESCRIZIONE

Campo tecnico

L’invenzione riguarda un procedimento e un impianto per il trattamento di biomasse, sia liquide sia solide. Il trattamento delle biomasse è finalizzato allo smaltimento di rifiuti e alla produzione di biogas come fonte d’energia rinnovabile.

Stato della tecnica

I residui organici provenienti da rifiuti, da vegetali in decomposizione, da carcasse in putrefazione, da liquami zootecnici o fanghi di depurazione, da scarti dell'agro-industria possono essere sottoposti a una fermentazione batterica in anaerobiosi (digestione anaerobica) per produrre biogas, una miscela di vari tipi di gas (per la maggior parte metano) che può essere utilizzato per la produzione di energia elettrica.

Sono stati sviluppati tecnologie ed impianti specifici che, tramite l'utilizzo di batteri in appositi "fermentatori" chiusi, sono in grado di estrarre grandi quantità di biogas dai rifiuti organici urbani e dal letame prodotto dagli allevamenti intensivi o anche dai fanghi di depurazione e dai residui deN'agro-industria.

Esistono varie tipologie di impianti di produzione di biogas indirizzati a trattare matrici organiche differenti, liquide o solide.

Problematico dal punto di vista dell’equilibrio tecnico-economico è il trattamento all’interno dell’impianto sia della FORSU (Frazione Organica del Rifiuto Solido Urbano) che dei liquami zootecnici, risolvendo un problema di carico elevato di azoto.

Per evitare gli elevati costi di gestione dei reflui zootecnici e per rispettare tutte le normative di legge per le emissioni di aria e acqua, la gran parte degli impianti trattano semplicemente o rifiuti o matrici agricole.

Gli svantaggi degli impianti già esistenti sono rappresentati dall'incapacità di trattare le matrici indicate nel procedimento perché gli impianti sono rappresentati da impianti “dry” non compatibili con i reflui zootecnici, soprattutto quelli suinicoli (con basso tenore di sostanza secca), oppure da impianti che, pur essendo impianti “wet” compatibili con i reflui, non prevedono la loro gestione per gli eccessivi costi.

Tutti gli impianti tendono a separare le matrici costruendo o impianti a rifiuti, con obblighi di legge molto restrittivi che impongono il trattamento del digestato nel depuratore per scaricare nei corsi d’acqua superficiali, o impianti puramente agricoli, con obblighi di legge meno restrittivi e ridotta gestione del digestato.

Gli impianti che non trattano reflui zootecnici non contribuiscono alla riduzione del carico di azoto dai liquami zootecnici sui terreni agricoli.

Presentazione dell’invenzione

Lo scopo principale della presente invenzione è proporre un procedimento e un impianto che garantiscano un equilibrio economico che consente di trattare all’interno del procedimento/deH’impianto sia la FORSU che i liquami zootecnici, risolvendo un problema di carico elevato di azoto sui terreni dove sorgerà rimpianto.

Ulteriore scopo dell’invenzione è creare un procedimento/impianto che tratta sia reflui zootecnici sia rifiuti, riuscendo a rispettare tutte le normative di legge per le emissioni di aria e acqua e mantenendo un certo equilibrio economico.

Un altro scopo dell’invenzione è trovare un procedimento/impianto che permette di trattare grossi volumi di acqua introdotti con i reflui zootecnici a costi sostenibili con vantaggi soprattutto ambientali di riduzione dell'inquinamento del suolo e della falda acquifera del comune dove avrà sede l'impianto.

Gli scopi prima ricordati e altri che verranno meglio evidenziati in seguito sono raggiunti da un procedimento per il trattamento di biomasse solide e liquide che comprende le seguenti fasi:

(a) la miscelazione di biomasse liquide e della fase organica di biomasse solide;

(b) la pastorizzazione della miscela ottenuta nella fase (a);

(c) la digestione anaerobica della miscela pastorizzata ottenuta nella fase (b) con la produzione di biogas;

(d) la separazione del digestato ottenuto nella fase (c) in una prima fase solida e una prima fase liquida;

(e) la miscelazione della prima fase liquida con fanghi da depurazione;

(f) la separazione della miscela ottenuta nella fase (e) in una seconda fase solida e in una seconda fase liquida;

(g) il compostaggio della seconda fase solida dopo la sua essiccazione con la prima fase solida insieme al verde urbano e opzionalmente agli stocchi di mais;

(h) la depurazione della seconda fase liquida.

La scelta e la combinazione delle varie fasi all’interno del procedimento secondo l’invenzione garantisce un equilibrio tecnicoeconomico che permette di trattare sia biomasse solide che liquide (come i reflui zootecnici) risolvendo un problema di carico elevato di azoto.

Il procedimento consente di trattare grossi volumi di acqua introdotti con reflui zootecnici a costi sostenibili con vantaggi soprattutto ambientali.

La miscelazione della prima fase liquida con fanghi di depurazione viene eseguita al fine di usare la fibra secca come aggregante e flocculente, riducendo così la quantità di polielettrolita nel seguente procedimento di separazione.

Vantaggiosamente, per massimizzare l'efficienza del procedimento, la miscela può comunque essere addizionata con un polielettrolita per favorire la precipitazione della sostanza secca disciolta.

Vantaggiosamente il rapporto fra la prima fase liquida e i fanghi di depurazione in termini di volume corrisponde ad un rapporto di circa 3:2.

La finalità della pastorizzazione è rappresentata:

dal soddisfacimento della legislazione sui rifiuti che impone un trattamento termico a 70°C per un’ora;

dalla riduzione della carica batterica patogena e non contenuta nei liquami per ridurre la competizione, all’interno del digestore, tra metanobatteri a crescita lenta e altre colonie e la rottura delle molecole più grosse per renderle più digeribili.

Preferibilmente, la miscela durante la pastorizzazione viene riscaldata mediante acqua calda recuperata da motogeneratori, utilizzando il biogas prodotto durante il procedimento secondo l’invenzione.

Preferibilmente, la pastorizzazione avviene in più silos fungendo da pastorizzazione a più stadi, in quanto le biomasse in uscita dai silos contribuiscono a riscaldare quelle in entrata raffreddandosi sino alla temperatura di 50°C circa, il che consente il mantenimento della mesofilia all’interno del digestore senza alterare l’equilibrio.

La presenza stocchi di mais nel compostaggio non è strettamente necessaria.

L’inserimento degli stocchi migliora la biodegradabilità del digestato, che risulta essere una matrice abbastanza esaurita. Gli stocchi potrebbero essere sostituiti con materiali biodegradabili di altra natura di cui l'impianto risulta sprovvisto.

L’essiccazione è necessaria per incrementare il tasso di secco a costi più contenuti.

La matrice, senza impegni finanziari molto gravosi, difficilmente può uscire dai mezzi di separazione con un tasso di secco sufficiente per evitare l’essiccazione.

L’alternativa di incrementare la quantità di verde introdotta nella miscela di compostaggio per alzare il tasso di secco aumenta la quantità di compost, che però risulta difficilmente commerciabile.

In una variante esecutiva vantaggiosa dell’invenzione, le biomasse liquide comprendono reflui zootecnici e le biomasse solide comprendono scarti dell’agroindustria e/o stocchi di mais.

Gli scarti agroalimentari sono, per esempio, rappresentati da scarti dei supermercati: yoghurt, formaggi, frutta e verdura, rifilatura delle carcasse, prosciutti scaduti, ecc., da scarti delle industrie alimentari come i residui della lavorazione dei succhi di frutta, i residui delle aziende panificatrici o simili.

Gli scarti sono considerati simili alla FORSU, la loro aggiunta (come quella degli stocchi di mais) è opzionale. Solitamente si usa inserire tali scarti nelle miscele per evitare l’inconveniente di non reperire tutta la FORSU necessaria al corretto funzionamento dell’impianto. Vantaggiosamente le biomasse solide contengono sia FORSU sia stocchi di mais e preferibilmente anche scarti agroalimentari.

Vantaggiosamente, i reflui e le altre biomasse liquide (per esempio il siero del latte) non subiscono alcun pretrattamento e vengono miscelati direttamente.

In una variante preferita dell’invenzione, le biomasse solide subiranno due processi differenti di pretrattamento a seconda che siano inviate alla digestione anaerobica per la produzione di biogas (FORSU, stocchi di mais) o al procedimento di compostaggio per la gestione della fase solida del digestato (verde, stocchi di mais).

Gli stocchi di mais (scarti derivanti dalla raccolta della granella di mais a maturazione cerosa o vitrea) introdotti neirimpianto hanno una duplice funzione: produzione di biogas e materiale strutturante nel procedimento di digestione anaerobica e “carbon carrier” nel procedimento di compostaggio.

Vantaggiosamente, la FORSU viene trattata in spremitori per separare la frazione organica dagli inerti come plastica e metallo. Preferibilmente, per migliorare l’efficienza di separazione si prevede di diluire la FORSU all’interno degli spremitori con acqua. L’acqua può essere acqua di riciclo prodotta all’interno del procedimento secondo l’invenzione.

Un rapporto preferito FORSU/acqua è di 3,5:1 , in modo da ottenere una purea pompabile con un tasso di secco pari a circa il 15%.

Vantaggiosamente, si effettua inoltre un procedimento di dissabbiazione per ridurre il contenuto di inerti come sabbie, vetro, frammenti di gusci etc.

Preferibilmente, per il procedimento di digestione anaerobica si prevede di triturare finemente gli stocchi. Vantaggiosamente, essi saranno miscelati con liquami in modo da renderli pompabili.

La digestione anaerobica avviene in un impianto “wet". I batteri metanigeni utilizzati possono essere scelti dall’esperto fra quelli noti nel settore, per esempio tra i batteri derivanti dal contenuto stomacale delle vacche o dal letame di vacca in fermentazione.

In una variante esecutiva vantaggiosa dell’invenzione, gli stocchi di mais nel compostaggio sono prevalentemente stocchi di maturazione vitrea, preferibilmente con un tasso di secco superiore al 75%, e gli stocchi di mais nella digestione anaerobica sono prevalentemente stocchi di maturazione cerosa, preferibilmente con un tasso di secco vicino al 60% circa.

La presenza di verde nel compostaggio è necessaria per l’ottenimento di compost. Si può utilizzare un qualsiasi verde idoneo. Non è necessario che sia verde urbano: potrebbe essere anche materiale lignocellulosico acquistato appositamente.

Per motivi di costi e per l’esigenza di smaltire il verde urbano, il verde è però preferibilmente verde urbano.

Vantaggiosamente, per il procedimento di compostaggio gli stocchi, il verde e la frazione solida del digestato sono miscelati in modo tale da bilanciare il contenuto di carbonio e azoto nella miscela.

In un’altra variante esecutiva vantaggiosa dell’invenzione, il verde comprende una parte erbacea e una parte lignea in cui le parti lignee non decomposte durante il compostaggio saranno separate e riutilizzate in uno o più altri cicli di compostaggio.

Il procedimento di compostaggio ha la funzione di stabilizzare la frazione solida del digestato prima della reimmissione nell’ambiente. Esso è un procedimento di fermentazione aerobica che, preferibilmente, è suddiviso in una fase di maturazione accelerata e in una fase di postmaturazione. Vantaggiosamente, il procedimento di compostaggio della fase accelerata dura 32-34 giorni. Il verde e gli stocchi di mais servono da strutturante.

Preferibilmente, la miscela di compostaggio è anche umidificata con percolati recuperati dalla miscela stessa e da biofiltri. Preferibilmente, al termine della fase accelerata di compostaggio il materiale sarà ridotto in volume e ha un tasso di secco superiore al 60%.

In una variante esecutiva vantaggiosa dell’invenzione, il compost ottenuto è separato in compost fine e in un sovvallo ligneo (parte lignea del verde urbano) che, come già detto, sarà vantaggiosamente riutilizzato come strutturante in una miscela di compostaggio.

Preferibilmente, il compost fine completa il ciclo di maturazione di 90 giorni al fine di raggiungere le caratteristiche di compost finito.

In una variante esecutiva preferita dell’invenzione, la digestione anaerobica avviene in due stadi, il primo a temperature da circa 39°C a circa 40°C, il secondo a freddo a temperature comprese tra 38 e 35°C.

Preferibilmente, il primo stadio si svolge tra due o più digestori gemelli in continuo al fine di mantenere costante il procedimento di gestione.

Vantaggiosamente, nel primo stadio la biomassa sarà sottoposta ad un procedimento di digestione per circa 30 giorni, in modo da estrarre la maggior parte del biogas (circa il 90%) alla temperatura di 39-40°C. Preferibilmente, lo stadio secondario dura 3 giorni ed è eseguito in un digestore freddo.

In una variante preferita dell'invenzione, i fanghi da depurazione derivano dalla depurazione della seconda fase liquida tramite denitrificazione, ossidazione e successiva ultrafiltrazione. Preferibilmente, prima della denitrificazione e dell'ossidazione avviene una grigliatura che serve a separare eventuali solidi grossolani sfuggiti a precedenti fasi di separazione meccanica. Vantaggiosamente, il residuo verrà mescolato alla frazione secca da compostare.

Vantaggiosamente, il depuratore producente i fanghi di depurazione depura anche la soluzione all· 1 % di acido solforico che risulta dalla depurazione del biogas.

Preferibilmente, il permeato derivante dall'ultrafiltrazione sarà sottoposto ad osmosi per concentrarlo per poi essere riutilizzato all’interno del procedimento secondo l’invenzione.

Preferibilmente, la seconda fase liquida ha un contenuto di solidi pari a 2,5-3%, utili per il corretto sviluppo dei microorganismi deputati ad effettuare il procedimento biologico nitro-denitro.

Vantaggiosamente, la prima fase solida ha un contenuto solido secco del 30 % ± 5%. Preferibilmente, il digestato ha un contenuto di solidi del 6-7%.

In una variante esecutiva preferita dell’Invenzione, la miscela di compostaggio è costituita dalla prima fase solida e dalla seconda fase solida essiccata del digestato in un rapporto 50:50, da verde e da stocchi di mais, la miscela avendo un contenuto solido secco dal 40% al 50 % circa.

Vantaggiosamente, la seconda fase solida ha prima dell’essiccazione un contenuto solido secco dal 22 al 25%, mentre il limite di sostanza secca dopo l’essiccazione si trova attorno al 40%.

Vantaggiosamente, il biogas prodotto durante la digestione anaerobica viene purificato abbattendo l’acido solfidrico. Preferibilmente, il biogas viene sottoposto a combustione per produrre sia energia elettrica sia energia termica che preferibilmente saranno utilizzate almeno parzialmente all’interno del procedimento. In una variante preferita dell’invenzione, il biogas prodotto viene immesso in rete dopo purificazione e aumento del titolo in metano sino al 99%. Questa opzione potrebbe tornare economicamente interessante in termini di incentivi suM’immissione in rete del biogas. Nella descrizione di forme esecutive preferite dell’invenzione vengono indicati valori di quantità e rapporti di quantità volumetrici per le singole frazioni all’interno del processo che rappresentano, nella loro specifica combinazione, valori per una gestione fisico-chimica ottimale del processo. Tali valori non sono però legati a specifici dispositivi (per esempio, a tipi di miscelatori, a mezzi di separazione, a vasche di miscelazione ecc.) che sono indipendenti fra di loro e singolarmente sostituibili.

Un altro aspetto importante dell’invenzione riguarda un impianto adatto a gestire il procedimento secondo l’invenzione.

Un impianto di questo tipo per il trattamento di biomasse liquide e solide comprende:

- una prima vasca di miscelazione per miscelare le varie biomasse di partenza;

- a valle della vasca di miscelazione, un pastorizzatore per pastorizzare la miscela delle biomasse;

- a valle del pastorizzatore, un digestore adatto alla digestione anaerobica “wet” con attrezzature per accumulare e convogliare biogas sviluppato a rispettivi generatori;

- a valle del digestore, primi mezzi di separazione per separare un digestato derivante dal digestore in una prima fase solida e in una prima fase liquida;

- a valle dei primi mezzi di separazione, una seconda vasca di miscelazione per miscelare la prima fase liquida con fanghi di depurazione;

- a valle della seconda vasca di miscelazione, secondi mezzi di separazione per separare la miscela ottenibile nella seconda vasca di miscelazione in una seconda fase solida e in una seconda fase liquida;

- a valle dei secondi mezzi di separazione, un depuratore per depurare la seconda fase liquida, una stazione di compostaggio e opzionalmente, fra i secondi mezzi di separazione e la stazione di compostaggio, un essiccatore per essiccare ulteriormente la seconda fase solida;

- a valle del depuratore, mezzi per convogliare i fanghi prodotti nel depuratore nella seconda vasca di miscelazione.

In una preferita forma di esecuzione dell’impianto secondo l’invenzione, il digestore è un digestore gemello in continuo con un digestore primario, che lavora a circa 39-40°C, e con un digestore secondario a freddo, che lavora a temperature comprese tra 38 e 35°C ed è dotato di gasometro, e/o i primi mezzi di separazione sono separatori a compressione elicoidale e/o i secondi mezzi di separazione sono decanter centrifughi e/o il depuratore comprende reattori per la denitrificazione e l’ossidazione e sistemi di ultrafiltrazione e opzionalmente dispositivi di grigliatura.

Preferibilmente il depuratore comprende anche un dispositivo per l'osmosi.

Nella descrizione di preferite forme esecutive dell’Invenzione si trovano esempi preferiti per le attrezzature di miscelazione, per i mezzi di separazione, per i componenti del depuratore, per la stazione di compostaggio ecc., che possono essere scelti fra questi in modo indipendente l’uno dall’altro, cioè non solo nella specifica combinazione descritta.

Si è raggiunto lo scopo di proporre un procedimento e un impianto che garantisce un equilibrio tecnico-economico che consente di trattare all’interno del procedimento/deH’impianto sia la FORSU che i liquami zootecnici risolvendo un problema di carico elevato di azoto sui terreni dove sorgerà l'impianto.

Il procedimento/l’impianto proposto tratta sia reflui zootecnici sia rifiuti riuscendo a rispettare tutte le normative di legge per le emissioni di aria e acqua e mantenendo un certo equilibrio economico.

Il procedimento/l’impianto permette inoltre di trattare grossi volumi di acqua introdotti con i reflui zootecnici a costi sostenibili con vantaggi soprattutto ambientali di riduzione dell'inquinamento del suolo e della falda acquifera del comune dove avrà sede l'impianto.

Ulteriori varianti dell’invenzione risultano dalle rivendicazioni dipendenti.

In fase esecutiva, al procedimento o all’impianto oggetto dell’invenzione potranno essere apportate ulteriori modifiche o varianti esecutive non descritte. Qualora tali modifiche o tali varianti dovessero rientrare nell’ambito delle rivendicazioni che seguono, si dovranno ritenere tutte protette dal presente brevetto.

Breve descrizione dei disegni

Lo scopo e i vantaggi detti verranno meglio evidenziati durante la descrizione di preferite forme esecutive del procedimento/impianto secondo l’invenzione che vengono date a titolo indicativo e non limitativo con riferimento alle allegate tavole di disegno in cui:

- la fig. 1 mostra, in un diagramma di flusso, le fasi/i componenti principali del procedimento/impianto per il trattamento delle biomasse secondo l'invenzione;

- la fig. 2 mostra, in un diagramma di flusso più dettagliato, una forma esecutiva della digestione rappresentata nella fig. 1 ;

- la fig. 3 illustra, in un diagramma di flusso più dettagliato, una forma esecutiva del trattamento del biogas prodotto durante la digestione; - la fig. 4 illustra, in un diagramma di flusso più dettagliato, una forma esecutiva del trattamento del digestato ottenuto nella digestione secondo le figg. 1 e 2;

- la fig. 5 mostra, in un diagramma di flusso più dettagliato, un esempio del compostaggio della fig. 1 ;

la fig. 6 mostra, in un diagramma di flusso più dettagliato, un esempio della depurazione della fase liquida separata dal digestato.

Descrizione degli esempi di esecuzione

I diagrammi di flusso principalmente si riferiscono alla rappresentazione di un procedimento e deirimpianto correlato secondo l’invenzione.

La figura 1 illustra che in una prima fase le biomasse liquide 2, come i reflui zootecnici, il siero del latte ecc., e la fase organica delle biomasse solide 4, come gli scarti dell’agroindustria, gli stocchi di mais e la FORSU sono miscelate, come da riferimento 6.

La miscela verrà poi pastorizzata, come da riferimento 8. Successivamente, la miscela pastorizzata sarà sottoposta a una digestione anaerobica 10. Durante questa digestione anaerobica viene prodotto biogas 12 e si ottiene un digestato 14.

Il digestato 14 viene separato in una prima fase solida 16 e in una prima fase liquida 18. La fase liquida 18 viene miscelata, come da riferimento 20, con fanghi di depurazione 22 che corrispondono alla fase liquida 24 dopo che è stata depurata in 26, risultante da una separazione in una seconda fase solida 28 e in una seconda fase liquida 24 della miscela ottenuta dalla prima fase liquida 18 e dai fanghi di depurazione 22.

La seconda fase solida 28 viene, dopo l'essiccazione 30, sottoposta al compostaggio 34 insieme alla prima fase solida 16, al verde urbano e agli stocchi di mais 32.

Le biomasse da trattare sono di origine diversa e seguono inizialmente il seguente iter.

Tutte le biomasse che entrano nell’impianto sono accettate previo controllo dei moduli di accompagnamento eseguito dall'addetto alla ricezione e al peso delle biomasse.

Effettuati gli accertamenti, gli automezzi sono inviati al peso, attività che verrà svolta sia sugli automezzi adibiti al trasporto dei rifiuti (automezzi che non sono di proprietà dell’impianto), sia sugli automezzi di proprietà dell’impianto adibiti al trasporto dei reflui zootecnici provenienti dagli allevamenti conferenti.

Terminata la procedura di accettazione gli automezzi vengono smistati, a seconda del tipo di materiale trasportato, in tre punti diversi dell’impianto: i reflui zootecnici e le biomasse liquide vengono indirizzati nell’ala del capannone adibita allo scarico delle biomasse liquide; le biomasse solide da inviare alla digestione anaerobica (scarti dell’agroindustria e FORSU) sono direzionate all’interno dell’area di ricezione/pretrattamento; le biomasse solide da inviare al compostaggio (verde urbano, stocchi di mais) sono inviate alla zona di stoccaggio del verde.

Effettuato lo scarico, tutti gli automezzi passano in una stazione di lavaggio per ridurre la sporcizia delle strade e quindi vengono pesati prima di uscire dall’impianto, completando l’iter burocratico di registrazione del carico/scarico.

Le biomasse introdotte nell’impianto subiscono una fase di pretrattamento differente a seconda del procedimento a cui saranno destinate.

I reflui e le biomasse liquide (per esempio, il siero del latte) non subiscono alcun pretrattamento e vengono inviate direttamente alla vasca di miscelazione e preparazione della razione da sottoporre a digestione anaerobica. Tutt’al più le biomasse liquide diverse dai reflui zootecnici possono essere stoccate per un periodo variabile in tre silos posti all’interno del capannone di ricezione prima di essere miscelate alle altre biomasse per non scompensare l’equilibrio della dieta.

Le biomasse solide subiscono due processi differenti di pretrattamento a seconda che siano inviate alla digestione anaerobica per la produzione di biogas (FORSU, stocchi) o al procedimento di compostaggio per la gestione della fase solida del digestato (verde urbano, stocchi).

La FORSU, dopo essere stata accettata dall’impianto, viene scaricata dagli automezzi all’interno del capannone di ricezione-pretrattamento delle biomasse in modo da essere isolata dall’ambiente esterno e da ridurre l’emissione di odori e sostanze nocive mediante trattamento dell’aria con biofiltri.

Lo scarico avviene in una fossa dotata di carroponte dotato di benna. In caso di guasto del sistema di movimentazione della fossa verificatosi dopo il riempimento della stessa, lo svuotamento della FORSU viene effettuato mediante ragno a noleggio.

Nel normale funzionamento i rifiuti vengono movimentati, mediante una benna posta sul carroponte, direttamente nelle tramogge di carico dei due spremitori TIGER in dotazione airimpianto.

La movimentazione è regolata in modo che i due spremitori siano alimentati in continuo per 8-10 ore giornaliere (capacità di lavorazione 8-10 ton/ora), in modo da trattare le 190 ton/giorno che l’impianto è in grado di ricevere limitando l’uso dello stoccaggio a casi eccezionali di fermo impianto (lo stoccaggio non sarà superiore a 600 ton, pari a circa 3 giorni lavorativi).

I due spremitori hanno il compito di spremere, cioè separare la frazione organica dagli inerti come plastica e metallo.

Per migliorare l’efficienza della separazione, si prevede di diluire la FORSU all’interno dei TIGER con acqua di riciclo proveniente dall’evaporatore secondo il rapporto FORSU/acqua di 3,5:1 in modo da ottenere una purea pompabile con un tasso di secco pari a circa il 15%; il volume d’acqua usato dovrebbe essere pari a 40 m<3>/giorno. La purea viene poi inviata mediante una pompa da ciascun TIGER alla vasca di miscelazione, in modo da miscelarla ai reflui zootecnici. Prima la purea subisce un procedimento di dissabbiazione per ridurre il contenuto di inerti come sabbie, vetro, frammenti di gusci etc.

Dalle spremitrici viene allontanata una quota di inerti (prevalentemente plastiche) pari a circa 7-10% del peso della FORSU entrante, in funzione dell’efficienza di separazione del TIGER e della presenza di materiale non organico.

Queste plastiche sono scaricate in un compattatore e quindi inviate ad impianti di trattamento adibiti alla loro ricezione.

Gli stocchi di mais (scarti derivanti dalla raccolta della granella di mais a maturazione cerosa o vitrea) introdotti nell'impianto hanno una duplice funzione: produzione di biogas e materiale strutturante, nel procedimento di digestione anaerobica, e “carbon carrier” nel procedimento di compostaggio.

Per il procedimento di digestione anaerobica si prevede di triturare finemente gli stocchi e, mediante una tramoggia di carico, di inviarli ad una prevasca per miscelarli con liquami in modo da renderli pompabili prima di inviarli alla vasca di miscelazione; le quantità massime giornaliere lavorate sono comprese tra 6 e 7 ton.

Nella digestione si privilegia l’uso di stocchi raccolti a maturazione cerosa della granella con un tasso di secco vicino al 60%, mentre nel compostaggio si prevede di utilizzare preferibilmente stocchi derivanti dalla raccolta della granella a maturazione vitrea con un tasso di secco superiore al 75%.

Per il procedimento di compostaggio gli stocchi sono accumulati assieme al verde urbano, reintegrati con frequenza quindicinale o mensile, triturati grossolanamente in pezzi da 10-15 cm e quindi miscelati mediante pala gommata, con la frazione solida del digestato e il verde urbano per bilanciare il contenuto di carbonio e azoto nella miscela da inviare a compostaggio. La quantità di stocchi usata giornalmente è pari a 10-15 ton.

Il verde urbano viene introdotto come rifiuto e, svolte le pratiche di accettazione, viene stoccato in un’apposita area che consente lo stoccaggio di 1000-1500 ton di scarti ligneo-cellulosici di diversa tipologia sufficiente a sopperire ai fabbisogni del periodo autunnoinverno, quando il verde urbano non viene raccolto, mentre nel periodo primavera-estate il verde viene introdotto nell'impianto con frequenza settimanale. Il verde può essere stoccato tale e quale o previa triturazione mediante trituratore a noleggio.

Il verde introdotto in impianto è pari a 5000 ton/anno di cui una quota è costituita da sfalci erbosi (circa 2500 ton/anno) e un'altra quota da sfalci lignei (2500 ton/anno).

Gli sfalci lignei possono essere riutilizzati in più cicli di compostaggio: stimando una perdita del 25% ad ogni ciclo, si ipotizza che la biomassa lignea possa essere utilizzata per 4 cicli all’anno, per cui il fabbisogno deirimpianto dovrebbe essere soddisfatto con 2000-2500 ton/anno di scarti lignei.

Giornalmente il verde introdotto nei cicli di compostaggio è pari a 20-25 ton. e la sua movimentazione viene fatta mediante pala gommata o nastro trasportatore.

La fig. 2 si riferisce alla digestione delle biomasse e alle fasi preparativi della digestione 36.

Le biomasse, dopo aver subito i relativi processi di pretrattamento, vengono convogliate nella vasca di premiscelazione 38 dove avviene il bilanciamento della razione prima di inviarla alla digestione.

Nella prevasca 38 le biomasse restano per un periodo di circa 3 giorni, (la massima capacità di stoccaggio della vasca è di 1200 m<3>), il che consente all’impianto di avere una razione tale da sopperire a brevi periodi di mancato conferimento delle biomasse.

All’interno della vasca di miscelazione 40 le biomasse sono miscelate con un agitatore a pale in modo da omogeneizzare il più possibile la miscela (la vasca è anche dotata di fondo conico per permettere la sedimentazione delle sabbie); quindi mediante pompa la miscela omogeneizzata viene inviata ad un pastorizzatore per la pastorizzazione 8.

La finalità della pastorizzazione è rappresentata:

dal soddisfacimento della legislazione sui rifiuti che impone un trattamento termico a 70°C per un’ora;

dalla riduzione della carica batterica patogena e non contenuta nei liquami per ridurre la competizione all’interno del digestore tra metanobatteri a crescita lenta e altre colonie e la rottura delle molecole più grosse per renderle più digeribili.

Tutta la biomassa per circa 400 m<3>/giorno deve subire il procedimento di pastorizzazione a 70°C per un ora e verrà riscaldata mediante acqua calda recuperata dai motogeneratori o, in caso di fermo macchina, da una caldaia di backup 42 che sfrutti il gas dell’impianto 0 il metano di rete o altro combustibile.

II pastorizzatore è costituito da tre silos dotati di agitatore per evitare il ristagno e agevolare la distribuzione di calore di tutta la biomassa.

1 tre silos fungono da pastorizzatore a triplo stadio in quanto le biomasse in uscita dai silos contribuiscono a riscaldare quelle in entrata raffreddandosi sino alla temperatura di 50°C circa, il che consente il mantenimento della mesofilia all’interno del digestore senza alterare l'equilibrio.

Terminata la fase di pastorizzazione 8, mediante una pompa la biomassa è destinata alla digestione 10 e inviata in due digestori gemelli in continuo 44 al fine di mantenere costante il procedimento di gestione.

La biomassa nei digestori da 4500 m<3>ciascuno viene mescolata con quella già presente e uniformata ad essa mediante un agitatore verticale a pala ed è sottoposta ad un procedimento di digestione per circa 30 giorni in modo da estrarre la maggior parte del biogas (circa il 90%) 12 alla temperatura di 39-40°C.

Il biogas 12 che si formerà si separerà dalla frazione liquida 46 e si accumulerà nello spazio superiore del digestore e da qui verrà pompato nel digestore secondario 48 dotato di gasometro; al digestore secondario verrà inviata, sempre mediante pompa, anche la biomassa, in modo da creare lo spazio sufficiente all’introduzione di nuova matrice.

Il digestore secondario (1200 m<3>) 48 è un digestore a freddo in cui verrà estratta l’ultima quota di biogas 12 presente e in cui la biomassa si raffredderà.

II digestore ha una capacità di accumulo di tre giorni e funziona prevalentemente come polmone per regolarizzare l’afflusso di biogas ai motori. La pressione del gas non supera i 16-23 millibar e anche in questo digestore la biomassa è agitata mediante 4 agitatori orizzontali.

Terminato il ciclo di digestione (33 giorni di digestione, di cui 30 giorni nel primario e 3 giorni nel secondario, e 3 giorni di stoccaggio), il biogas 12 e il digestato 14 vengono estratti dal digestore secondario 48 e il gas è inviato alla stazione di produzione energetica 50, mentre il digestato è inviato alle successive fasi di stabilizzazione (stazione di separazione 52): depurazione e compostaggio.

La fig. 3 mostra la gestione del biogas 12 e la produzione energetica. Il biogas (22.000 m<3>/giorno) proveniente dal gasometro con una capacità polmone di circa 3 ore viene pompato alla stazione di purificazione 54, costituita da un deumidificatore e da un abbattitore di acido solfidrico, necessari per evitare danni di corrosione al motore.

L’abbattimento dell’acido solfidrico verrà eseguito mediante scrubber biologico 56 riscaldato a 30°C con l’acqua del circuito LT del motogeneratore 58.

II procedimento è sostenuto da microorganismi presenti nella torre di abbattimento e alimentati da una soluzione nutritizia che converte l’acido solfidrico in zolfo elementare e acido solforico. Al termine del procedimento si ottiene una soluzione all’ 1 % di acido solforico 60, pari a circa 12 m<3>/giorno, che viene successivamente smaltita all’interno del depuratore biologico 62. Il biogas depurato dall’acido solfidrico 64 viene inviato al deumidificatore 66 per essiccarlo prima della combustione.

Il gas purificato viene inviato a due motogeneratori 68 da 1190 KW ciascuno e bruciato convertendolo in energia elettrica 70 e termica 72 o, in alternativa, alla caldaia di backup in caso di fermo macchine, o in torcia in caso di esubero.

L’energia elettrica prodotta 70 viene usata per sostenere i processi interni all'impianto 74 e l’esubero 76 viene ceduto alla rete in media tensione 78.

In caso di fermo macchine i fabbisogni di energia elettrica dell’impianto sono soddisfatti assorbendo energia elettrica dalla rete nazionale; in caso di caduta della rete nazionale l'impianto può funzionare con un generatore a gasolio per il mantenimento dei fabbisogni minimi indispensabili (rete antincendio) per ovviare a qualunque tipo di imprevisto.

L’energia termica prodotta 72 dai generatori, derivante dall’acqua di raffreddamento e dai fumi, viene usata per produrre acqua calda a 90°C mediante scambiatori 80, in modo da poterla utilizzare per tutti i processi endotermici dell’impianto 82: pastorizzazione, evaporazione ed essiccamento.

L’acqua del circuito LT 58 a 45°C viene invece usata, come sopra descritto, tale e quale per l’abbattimento dell’acido solfidrico.

E’ prevista inoltre l’installazione di una caldaia “ dual fuel” (biogas o metano) che può essere usata come integrazione all’energia termica prodotta dai motogeneratori in caso di necessità o in sostituzione di tutta l’energia termica indispensabile all’impianto in caso di fermo macchine.

I fumi subiscono un procedimento di abbattimento degli inquinanti mediante surriscaldamento con postcombustore 84 per completare la distruzione degli incombusti e mediante SCR ( Selective Catalytic Reduction) per ridurre gli Nox, nel rispetto dei limiti di legge, per poi essere rilasciati nell’atmosfera 86.

Come già visto, i fumi prima vengono raffreddati per produrre acqua calda con uno scambiatore fumi-acqua fino alla temperatura di circa La fig. 4 illustra la gestione del digestato 14.

Il digestato 14, con un contenuto solido pari a circa il 6-7%, ha un volume di circa 360 m<3>ed è inviato mediante pompa alla stazione di separazione 52 dove subisce un procedimento meccanico di separazione liquido-solido.

Inizialmente il digestato 14 viene trattato con due separatori a compressione elicoidale che estraggono la frazione grossolana dei solidi producendo un fango al 30% di sostanza secca (SS) 16, pari a circa 10 ton, che ricade direttamente nella stazione di preparazione della miscela da compostare 34.

La fase liquida residuale 18 (360 m<3>) ricade per gravità nella vasca di miscelazione 20 del digestato-fanghi di depurazione, in cui vengono miscelati circa 300 m<3>di fase liquida 18 e 160 m<3>di fanghi estratti dalla stazione di depurazione 22 dopo l’ultrafiltrazione.

Questa miscelazione viene eseguita al fine di usare la fibra presente nella sostanza secca presente nei fanghi come aggregante e flocculente per far addensare i fanghi, riducendo così la quantità di polielettrolita nel procedimento di separazione con centrifughe. La miscela digestato-fanghi viene ulteriormente separata mediante due decanter centrifughi 90 per ridurre la quantità di solidi da inviare a depurazione.

Per massimizzare l'efficienza del procedimento, la miscela è comunque addizionata con un polielettrolita per favorire la precipitazione della sostanza secca disciolta, il dosaggio del quale è effettuato da un dosatore automatico.

Dalle centrifughe 90 risulta una frazione liquida 24 (seconda fase liquida, 320 m<3>), da inviare al depuratore 62 mediante pompa, e una frazione secca 28 (seconda fase solida, 22-25% di sostanza secca) che ricade per gravità in una tramoggia e viene avviata a essiccazione 30 per ridurne l’umidità (25 ton) e per favorirne il compostaggio (il limite della sostanza secca è il 40%). L’essiccazione è effettuata con essiccatore a tappeto mobile in cui viene fatta fluire aria riscaldata a 75°C, per una quantità di circa 29000 m<3>/giorno, che estrae acqua ed eventuali sostanze a basso tenore di evaporazione (ammoniaca) 90 trattate mediante scrubber e biofiltri 92 prima di essere immesse in atmosfera 86.

Il materiale essiccato è destinato al compostaggio 34 che è oggetto della fig. 5.

Il procedimento di compostaggio 34 ha la funzione di stabilizzare la frazione solida del digestato prima della reimmissione nell’ambiente; è un procedimento di fermentazione aerobica caratterizzato da una fase di maturazione accelerata e una di postmaturazione.

Il procedimento inizia con la preparazione della miscela all’interno dell’area di preparazione 94 della miscela da compostare.

La miscela è costituita da uno strutturante 32, rappresentato dal verde urbano e dagli stocchi di mais, e dalla frazione solida del digestato 96, costituita sia dalla componente grossolana sia da quella essiccata (16 28 essiccato), secondo il rapporto 50:50, al fine di ottenere una miscela al 40-50% di sostanza secca 98. La miscela è allestita mediante mescolamento con pala meccanica (2-3 palate consentono una buona miscelazione degli ingredienti); quindi con la stessa pala è distribuita in biocelle 100 sino al loro completo riempimento, per circa 434 m<3>/biocella, effettuato in circa 3 giorni. Al termine del riempimento la biocella è chiusa e inizia l’erogazione dell’aria 102 dagli ugelli posti sul pavimento in modo da ossigenare la biomassa e avviare il procedimento di compostaggio della fase accelerata che termina dopo 32-34 giorni.

In questa fase l’aerazione consente l’innalzamento delle temperatura all’interno del cumulo sino al raggiungimento della temperatura minima di 55°C per almeno 3 giorni nel rispetto del D.Lgs 75/2010 (all’interno del compostaggio si sviluppano delle temperature comprese tra 60° e 70°C).

L’aria introdotta nel cumulo è prelevata mediante soffianti dall’interno del capannone e verrà poi aspirata e convogliata ad un biofiltro adibito alla sua filtrazione 104, per poi essere liberata nell’atmosfera 86.

Il cumulo viene anche umidificato con i percolati recuperati e dai cumuli stessi e dai biofiltri 106 al fine di consentire il corretto svolgimento del procedimento di compostaggio. Al termine della fase accelerata di compostaggio 108, viene aperta la biocella e scaricato il materiale mediante una pala gommata; il materiale è ridotto in volume (circa 300 m<3>) e ha un tasso di secco superiore al 60%.

Tale compost è portato alla stazione di vagliatura 110 e qui sottoposto a separazione con un vaglio vibrante in due fasi: compost fine 112 e sovvallo ligneo 114.

Il sovvallo ligneo viene recuperato e, mediante nastro trasportatore, riportato nella stazione di preparazione della miscela per essere riutilizzato come strutturante 116, mentre il compost fine 112 viene posto in un capannone aperto sui lati per completare il ciclo di maturazione di 90 giorni 118 al fine di raggiungere le caratteristiche di compost finito.

Il compost finito viene distribuito sulla platea mediante nastro trasportatore e coclee in cumuli di 3-3,5 m separati tra loro, in modo da poter identificare i lotti di appartenenza che sono sottoposti ad analisi e quindi avviati alla commercializzazione 120.

La fig. 6 infine illustra i dettagli delle fasi aventi luogo nel depuratore. La fase liquida 24 (vedi fig. 4) in uscita dalla stazione di separazione con un contenuto di solidi pari a 2,5-3% (necessari per il corretto sviluppo dei microorganismi deputati ad effettuare il procedimento biologico nitro-denitro) viene accumulata in una vasca e inviata mediante pompa alla stazione di grigliatura 122, da cui residueranno eventuali solidi grossolani 124 sfuggiti alla fase di separazione meccanica sopra descritta.

Il residuo solido atteso è inferiore a 1 ton/settimana e viene mescolato alla frazione solida da compostare 34 mediante una pala. Dopo la grigliatura 122 la frazione liquida entra nella vasca di predenitrificazione e accumulo (1600 m<3>) in condizioni di anaerobiosi, nella quale inizierà il procedimento di denitrificazione 126 in assenza di ossigeno.

Dalla vasca di accumulo il liquido verrà pompato a due vasche di ossidazione 126 (1500 m<3>ciascuna, funzionanti in serie) corredate dì ugelli per l'immissione di aria aspirata dall’esterno mediante soffianti. In queste vasche l’alternanza di immissione di ossigeno e delle fasi anossiche consente la trasformazione dei nitrati e dei nitriti in azoto molecolare.

Dalle vasche di ossidazione/nitrificazione 126 il liquido viene pompato in una vasca di alimentazione delle membrane da ultrafiltrazione 128 (400 m<3>) e da qui inviato a tre skid di ultrafiltrazione che producono la separazione dei fanghi 22 generati all’interno del depuratore biologico.

I fanghi 22 sono accumulati in una vasca di rilancio e poi pompati alla stazione di separazione nella vasca di miscelazione con il digestato 20 (vedi fig. 4) e dalla fase liquida (permeato) 130 da sottoporre ad ulteriore purificazione sono pompati nella vasca di raccolta del permeato da ultrafiltrazione (100 m<3>).

Dalla vasca di raccolta del permeato mediante pompa il liquido viene inviato allo skid di osmosi inversa a doppio passo 132. Dall’osmosi inversa si ottengono un concentrato di osmosi 134, che viene pompato all’evaporatore 136 sottovuoto, e un ulteriore permeato 138 che viene accumulato in una vasca (100 m<3>) e usato per il procedimento di depurazione dopo il passaggio in autoclave, oppure viene scaricato mediante pompa nel ricettore finale in quantità pari ad un massimo di 240 m<3>/giorno.

Dalla vasca di accumulo del concentrato da osmosi, il liquido ricco di sali 134 viene inviato ad evaporazione 136, che avviene alla temperatura di circa 90°C in un evaporatore sottovuoto a triplo stadio da cui si ottengono un concentrato 140, pari a circa 10-12 m<3>/giorno, e un distillato 142 pari a circa 70 m<3>/giorno.

Il concentrato di evaporazione viene sottoposto ad un successivo trattamento di evaporazione con un evaporatore raschiato, che produce un concentrato (3-4 m<3>/giorno) da inviare alla discarica, e un distillato da miscelare col precedente.

Il distillato è poi usato per diluire la FORSU nei TIGER (40 m<3>/giorno) o smaltito all’interno del depuratore biologico al fine di effettuare un ulteriore ciclo di depurazione e di ridurre le emissioni all’esterno di rifiuti.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1 ) Procedimento per il trattamento di biomasse solide e liquide, comprendente le seguenti fasi: (a) la miscelazione (6) di biomasse liquide (2) e della fase organica di biomasse solide (4); (b) la pastorizzazione (8) della miscela ottenuta nella fase (a); (c) la digestione anaerobica (10, 44, 48) della miscela pastorizzata ottenuta nella fase (b) con la produzione di biogas (12); (d) la separazione del digestato (14) ottenuto nella fase (c) in una prima fase solida (16) e una prima fase liquida (18); (e) la miscelazione della prima fase liquida (18) con fanghi di depurazione (22); (f) la separazione della miscela ottenuta nella fase (e) in una seconda fase solida (28) e in una seconda fase liquida (24); (g) il compostaggio (34) della seconda fase solida (28) dopo l'essiccazione (30) con la prima fase solida (16), insieme a verde e opzionalmente a stocchi di mais (32); (h) la depurazione (26, 62) della seconda fase liquida (24).
2. 2) Procedimento secondo la rivendicazione 1 ) caratterizzato dal fatto che i fanghi di depurazione (22) derivano dalla depurazione (26) della seconda fase liquida (24) tramite denitrificazione e ossidazione (126) e successiva ultrafiltrazione (128).
3. 3) Procedimento secondo le rivendicazioni 1 ) o 2) caratterizzato dal fatto che le biomasse liquide (2) comprendono reflui zootecnici e che le biomasse solide (4) comprendono FORSU e opzionalmente scarti dell’agroindustria e/o stocchi di mais.
4. 4) Procedimento secondo la rivendicazione 3) caratterizzato dal fatto che gli stocchi di mais nel compostaggio (34) sono prevalentemente stocchi di maturazione vitrea e che gli stocchi di mais nella digestione anaerobica (10, 44, 48) sono prevalentemente stocchi di maturazione cerosa.
5. 5) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dai fatto che la digestione anaerobica (10, 44, 48) avviene in due stadi, il primo a temperature da circa 39°C a circa 40°C e il secondo a freddo a temperature comprese tra 38 e 35°C.
6. 6) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che il verde comprende una parte erbacea e una parte lignea, in cui le parti lignee (114) non decomposte durante il compostaggio (34) saranno separate e riutilizzate in uno o più altri cicli di compostaggio (34).
7. 7) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che la miscela di compostaggio (98) è costituita dalla prima fase solida (16) e dalla seconda fase solida essiccata (28, 30) del digestato (14) nel rapporto 50:50, da verde e da stocchi di mais (32), la miscela avendo un contenuto solido secco dal 40% al 50 % circa.
8. 8) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che il digestato (14) ha un contenuto solido del 6-7%, dal fatto che la seconda fase liquida (24) ha un contenuto di solidi dal 2,5% al 3% e che la prima fase solida (16) ha un contenuto solido secco del 30 % /- 5% di sostanza secca.
9. 9) Impianto per il trattamento di biomasse liquide e solide comprendente: - una prima vasca di miscelazione (6, 38, 40) per miscelare varie biomasse di partenza; - a valle della prima vasca di miscelazione (6, 38, 40), un pastorizzatore (8) per pastorizzare la miscela delle biomasse; - a valle del pastorizzatore (8), un digestore (10, 44, 48) adatto alla digestione anaerobica “wet” con attrezzature per accumulare e convogliare biogas (12) sviluppato a rispettivi generatori (68); - a valle del digestore (10, 44, 48), primi mezzi di separazione (88) per separare un digestato (14) derivante dal digestore (10, 44, 48) in una prima fase solida (16) e in una prima fase liquida (18); - a valle dei primi mezzi di separazione (88), una seconda vasca di miscelazione (20) per miscelare la prima fase liquida (18) con fanghi di depurazione (22); - a valle della seconda vasca di miscelazione (20), secondi mezzi di separazione (90) per separare la miscela ottenibile nella seconda vasca di miscelazione (20) in una seconda fase solida (28) e in una seconda fase liquida (24); - a valle dei secondi mezzi di separazione (90), un depuratore (26, 62) per depurare la seconda fase liquida (24), una stazione di compostaggio (34) e, fra i secondi mezzi di separazione (90) e la stazione di compostaggio (34), un essiccatore (30) per essiccare ulteriormente la seconda fase solida (28); - a valle del depuratore (26, 62), mezzi per convogliare i fanghi prodotti nel depuratore nella seconda vasca di miscelazione (20).
10. 10) Impianto secondo la rivendicazione 9) caratterizzato dal fatto che detto digestore (10) è suddiviso in un digestore gemello in continuo, che lavora a circa 39-40°C (44), e in un digestore secondario a freddo (48), che lavora a 38-35°C ed è dotato di gasometro, e/o che detti primi mezzi di separazione (88) sono separatori a compressione elicoidale e/o che detti secondi mezzi di separazione (90) sono decanter centrifughi e/o che detto depuratore (62) comprende reattori per la denitrificazione e l’ossidazione (126) e sistemi di ultrafiltrazione (128) e opzionalmente dispositivi di grigliatura (122).