Seminario «AVANTI GLI AVANZI: trasformare lo spreco in risorsa»

Produzione di Biofuel mediante digestione anaerobica della frazione organica del rifiuto

solido urbano

Gottardo Marco Dipartimento di Scienze ambientali, Informatica e Statistica – DAIS Ca’Foscari - Venezia

Via Torino, Campus Scientifico 27 novembre 2014

Quale trattamento per la frazione organica del RSU?

•  Incenerimento? NO

•  Discarica? NO

•  Compostaggio? SI…

La FORSU da raccolta differenziata ha un potere calorifico estremamente basso, a causa del fatto che e’ composta almeno dal 75 % da acqua.

Il deposito in discarica della frazione organica del rifiuto solido urbano comporta produzioni massive di percolato altamente inquinante e flussi di biogas non completamente intercettabili, con un potere gas serra (GWP) 21 volte maggiore a quello della CO2.

Il compostaggio è un processo in netta perdita energetica.

Il compostaggio è un processo che permette di produrre fertilizzante per uso agricolo.

… MA NON DA SOLO.

•  Minimizza l’impatto che il settore rifiuti esercita sull’ambiente.

•  Recupero di Energia Rinnovabile:

BIOGAS (55-65% CH4 – 45-35% CO2)

Si svolge in reattori chiusi ove le emissioni nell’aria sono significativamente ridotte e più facili da controllare rispetto alle altre metodologie di trattamento

Dato il suo elevato potere calorifico (4,500 Kcal/m3 – 6,500 Kcal/m3), può essere convenientemente convertito in quasi tutte le forme di energia utili: calore, elettricità e cogenerazione.

•  Digestione Anaerobica? SI

Quale trattamento per la frazione organica del RSU?

Integrazione impiantistica aerobico/anaerobico

L’integrazione dello step di trattamento anaerobico con lo step di trattamento aerobico può essere ottenuta secondo diverse modalità.

Pretrattamenti Digestione anaerobica

Filtrazione

Compostaggio

FORSU

Prodotto finale

Acqua

Fango

Acqua e CO2

Biogas

Integrazione impiantistica aerobico/anaerobico

L’integrazione dello step di trattamento anaerobico con lo step di trattamento aerobico può essere ottenuta secondo diverse modalità.

Pretrattamenti Digestione anaerobica

Filtrazione

Compostaggio

FORSU

Prodotto finale

Acqua

Fango

Acqua e CO2

Biogas

Spremuta di FORSU

Frazione secca

Screw Press

Compostaggio

Digestione anaerobica

20 – 30 % in peso

70 – 80 % in peso

Processo integrato Acque reflue - FORSU

L’integrazione dei cicli di trattamento delle acque reflue e dei rifiuti è stata proposta da Cecchi et al. (1994) e prevede due scenari:

•  Uno più semplice, che fa riferimento al solo concetto di CODIGESTIONE di due matrici organiche, nel caso specifico la FORSU ed i fanghi prodotti dall'impianto

•  L'altro, più generale, che include anche la fermentazione anaerobica della frazione organica umida di RSU (AF) e la cristallizzazione del fosforo in un reattore a letto fluido (SCP).

Codigestione Anaerobica

Diversi studi hanno evidenziato che il trattamento simultaneo di più substrati organici, via digestione anaerobica, permette diversi benefit al processo, in

particolare:

•  migliori rapporti tra i diversi nutrienti, •  effetti sinergici tra differenti gruppi microbici,

•  maggiori carichi di sostanza organica biodegradabile, •  migliori rese di biogas.

ESEMPIO: Il “Sistema Treviso”- rendimenti:

Unità di misura Senza FORSU Con FORSUGPR m3/m3d 0.07 0.32SGP m3/KgTVS 0.22 0.4Biogas m3/mese 4,500 19,345

Processo BNR e Carbonio esterno

Il rapporto COD/Ntot è il parametro più significativo per valutare l’ idoneità del refluo in ingresso impianto a supportare il processo di rimozione biologica dei nutrienti.

L’uso di carbonio esterno è ampiamente diffuso per equilibrare le caratteristiche dei reflui ed aumentare le prestazioni dei processi e quindi garantire un effluente conforme ai limiti di legge; ciò specialmente quando si ha variabilità delle caratteristiche nella rete fognaria

La fermentazione anaerobica della FORSU si è dimostrato un processo in grado di produrre un fermentato con alto contenuto di acidi grassi volatili (fino a 15 g/l)

BioFUEL di 2° generazione: BIOHYTHANE (5 – 10% H2, 95 – 90% biogas)

Vantaggi legati all’addizione di idrogeno al biogas:

1.  Riduce emissioni di diossido di carbonio in atmosfera

2.  Riduce emissioni di idrocarburi in atmosfera in misura maggiore di quanto sia riconducibile alla parte di biogas sostituita dall’idrogeno.

La Dark Fermentation: i batteri in grado di produrre idrogeno

Si trovano nei comuni consorzi batterici della Digestione Anaerobica

•  Clostridium spp.

•  Thermoanaerobacterium spp.

•  Enterobacter

•  Bacillus

SCHEMA DI PROCESSO: digestione anaerobica a due fasi di FORSU ottimizzata per la

produzione di BioHythane

H2 e CO2

Fermentatore Digestore

CH4 e CO2

Digestato

Ricircolo

Dark Fermentation Metanogenesi

CSTR (V = 0.2 m3) CSTR (V = 0.76 m3)

Dark  Fermenta+on   Metanogenesi  HRT   OLR   T   HRT   OLR   T  

d   KgTVS/m3d   °C   d   KgTVS/m3d   °C  

3.3   16   55   12.6   4.2   55  

Caso di studio: Digestione anaerobica termofila a due fasi di FORSU

Caso di studio: Digestione anaerobica termofila a due fasi di FORSU

GPR   m3/m3d   2.7   ±0.3  

SGP   m3/KgTVS   0.77   ±0.1  

H2   %   8.9   ±1.5  

CO2   %   36   ±3.5  

CH4   %   55.1   ±3.6  

0102030405060708090100

0 20 40 60 80 100

Day

%

H2CO2CH4

SCHEMA DI PROCESSO: codigestione anaerobica a due fasi di FORSU e fango

biologico attivo, ottimizzata per la produzione di BioHythane

H2 e CO2

Digestore

CH4 e CO2

Digestato

Fermentatore

Dark Fermentation Metanogenesi

CSTR (V = 0.2 m3) CSTR (V = 0.76 m3)

Dark  Fermenta+on   Metanogenesi  HRT   OLR   T   HRT   OLR   T  

d   KgTVS/m3d   °C   d   KgTVS/m3d   °C  

2.3   16   55   17   3.5   55  

Caso di studio: Codigestione anaerobica termofila a due fasi di FORSU e fango

biologico attivo

GPR   m3/m3d   1.6   ±0.3  

SGP   m3/KgTVS   0.51   ±0.1  

H2   %   5   ±1  

CO2   %   37   ±1  

CH4   %   58   ±1  

Caso di studio: Codigestione anaerobica termofila a due fasi di FORSU e fango

biologico attivo