VALORIZZAZIONE TERMICA DEI FANGHI DI DEPURAZIONE
- INTRODUZIONE:
I fanghi prodotti dagli impianti di depurazione sono essenzialmente delle particelle solide residue dei processi di pretrattamento e trattamento delle acque (degradazione e separazione degli inquinanti). I fanghi sono composti da sostanze organiche non degradate, minerali, microrganismi e tra il 95-99 % da acqua.
In Francia, ogni anno vengono prodotte circa 1,5 milioni di tonnellate di sostanza secca (SS). Per l’Italia si stima una produzione annua di circa 900 mila tonnellate di sostanza secca (SS).
Si distinguono :
- Fanghi primari derivanti dal processo di sedimentazione primaria delle acque nei decantatori.
- Fanghi secondari, detti anche biologici o attivi, derivanti dal processo di trattamento biologico secondario.
- Fanghi misti costituiti da una miscela di fanghi primari e fanghi biologici.
- Fanghi fisico-chimici derivanti dal processo di decantazione dopo il trattamento con un reagente.
Tutti i fanghi contengono azoto, fosforo e sostanze organiche ma possono contenere anche sostanze nocive, quali:
- Elementi metallici in tracce (EMT), in particolare: Cadmio (Cd), Cromo (Cr), Rame (Cu), Mercurio (Hg), Nichel (Ni), Piombo (Pb) e Zinco (Zn). Anche se alcuni di questi elementi sono presenti, in minime quantità, in tutti gli organismi viventi (oligoelementi), diventano tossici oltre determinate concentrazioni.
- Inquinanti organici: le sostanze più frequentemente presenti sono gli IPA (Idrocarburi Aromatici Policiclici) e i CTO (Composti Organici in Tracce). Tra i CTO presenti nei fanghi, i PCB (Policlorobifenili, somma di 7 PCB), il Fluorantene, il Benzo(b)fluorantene e il Benzo(a)pirene sono fra gli inquinanti che a norma di legge devono essere ricercati prima dello spandimento dei fanghi sui terreni agricoli. I fanghi possono contenere anche pesticidi, ftalati, nitrati ecc.
- PFAS: I composti perfluoroalchilici sono una famiglia di composti organici con particolari proprietà di resistenza ai processi degradativi (idrolisi, fotolisi, termolisi, degradazione biologica) e li rende pertanto recalcitranti e persistenti nell’ambiente. La loro persistenza li rende composti ubiquitari e ormai diffusi in tutto il pianeta.
- Microrganismi patogeni : virus, batteri, protozoi parassiti e funghi presenti nelle acque reflue possono trovarsi nei fanghi grezzi.
- Prodotti terapeutici fra cui ormoni e sostanze contraccettive, residui di trattamenti antitumorali ecc.
La concentrazione dei fanghi urbani può variare a seconda del processo di trattamento utilizzato, ma in genere è piuttosto elevata. I fanghi possono contenere tra l’1% e il 5% di materia secca, il che significa che il resto è acqua.
- TRATTAMENTO DEI FANGHI IN UN IMPIANTO DI DEPURAZIONE:
All’uscita della filiera di trattamento delle acque, i fanghi sono costituiti al 95-99% circa da acqua, classificabile in due diversi tipi:
- Acqua libera non associata a particelle solide, facilmente eliminabile mediante disidratazione meccanica;
- Acqua legata alle cellule batteriche e alle particelle del fango, eliminabile solo mediante essiccamento termico.
Il trattamento dei fanghi consiste prima di tutto nel ridurre il contenuto in acqua e nell’eliminare le diverse sostanze inquinanti e fermentabili in modo che successivamente possano essere valorizzati o smaltiti. Esistono diverse tecniche di trattamento, alcune complementari: l’ispessimento, la stabilizzazione (spesso associata all’igenizzazione) e l’essiccazione.
L’ispessimento è generalmente la prima fase del trattamento dei fanghi. Si tratta di un processo semplice che consuma poca energia e serve a ridurre il volume dei fanghi grezzi. Il tenore di secco può arrivare al 10% di SS.
Si utilizzano diversi metodi per addensare i fanghi:
- Ispessimento per gravità: decantazione o sedimentazione,
- Ispessimento per flottazione,
- Ispessimento per centrifugazione,
- Ispessimento per drenaggio (griglie e tavole di gocciolamento).
La stabilizzazione consiste nel ridurre al massimo l’attività biologica di degradazione dei fanghi e in particolare la fermentazione. Questo processo riduce gli odori, le emissioni di metano, i rischi di lisciviazione, le popolazioni batteriche e la domanda biologica di ossigeno (BOD5)
L’igienizzazione ha lo scopo di ridurre la presenza di agenti patogeni nei fanghi, al fine di evitare possibili contaminazioni quando i fanghi vengono utilizzati per valorizzare un ecosistema (ad esempio, spandimento o rivegetazione). La stabilizzazione e l’igienizzazione possono essere svolte in modo biologico, chimico o fisico.
La disidratazione che costituisce la seconda fase di riduzione del volume dei fanghi consente di ottenere un fango pastoso o palabile (secchezza media compresa tra il 20 e il 35 % in base al tipo di fanghi), più facimente stoccabile e con minori costi di trasporto. Le principali tecnologie di disidratazione sono:
- Filtropressa,
- Nastropressa,
- Pressa a maniche,
- Pressa a vite,
- Pressa rotativa,
L’essiccamento è un’operazione consistente a far evaporare l’acqua libera e l’acqua legata. Esistono diverse tecniche di essiccamento:
- Letto di essiccamento
- Essiccamento solare
- Lagunaggio
- Letto con macrofite
- Essiccamento termico.
Il trattamento delle acque reflue produce una quantità considerevole di fanghi residui, che aumenta di anno in anno, a causa dellla crescita demografica, del sovraconsumo e dell’impiego di prodotti sempre più complessi. Lo smaltimento dei fanghi rappresenta un reale problema nella gestione delle stazioni di depurazione. Fra le numerose soluzioni di utilizzo dei fanghi, quella commercializzata da FMI Process valorizza termicamente i fanghi e ha il pregio di non trasferire gli inquinanti dai fanghi agli ecosistemi.
3 – SOLUZIONI DI SMALTIMENTO DEI FANGHI: MONO O CO-INCENERIMENTO CON FORNI A LETTO FLUIDO:
FMI Process propone una soluzione di trattamento con forni a letto fluido. Il processo di ossidazione termica e il trattamento a secco dei fumi sono metodi efficaci per eliminare gli agenti patogeni (batteri, virus, parassiti, muffe ecc. ) e inquinanti (metalli pesanti, inquinanti organici persistenti (POP), PCB, HAP, PFAS, microplastiche) contenuti nei fanghi. Questi processi consentono di ridurre del 90% la quantità di fanghi e di renderli inerti.
SOLUZIONI COMPATIBILI CON LA SOSTENIBILITÀ ENERGETICA
I nostri impianti recuperano l’energia prodotta dall’incenerimento dei fanghi e la valorizzano utilizzandola per:
- Fornire in calore ai digestori,
- Recuperare, di conseguenza, il biogas eventualmente disponibile per ridurre o azzerare il consumo di gas naturale per l’esercizio del forno,
- Essiccare una parte dei fanghi in modo da favorire l’autotermia nel forno e ridurre o azzerare il consumo di gas naturale,
- Alimentare una rete di teleriscaldamento urbano o locale,
- Produrre energia elettrica.
Le nostre soluzioni combinate con gli impianti di biogas/biometano consentono di ottenere un vantaggio sia in termini energetici sia economici.
L’energia necessaria ai nostri processi può essere recuperata e valorizzata.
A titolo di esempio:
- L’impianto della città di Saint-Etienne è provvisto di un sistema di recupero di calore che alimenta degli scambiatori per una potenza complessiva di 2000 kW e riscalda i locali dell’impianto di depurazione. Rispetto all’impiego di gas naturale, il risparmio è di 500 tonnellate* di CO2 emesse ogni anno.
- L’impianto della città di Saint-Chamond è equipaggiato di uno scambiatore della potenza di 400 kW che alimenta il sistema riscaldamento di una scuola e di altri edifici. Rispetto all’impiego di gas naturale, il risparmio è di 100 tonnellate* di CO2 emesse ogni anno.
- L’impianto dell’agglomerazione del bacino di Aurillac è dotato di un sistema di teleriscaldamento che provvede al fabbisogno termico della piscina comunale.
- Il Consorzio di depurazione della regione di Thonon-Evian utilizza una rete di teleriscaldamento alimentata dal nostro sistema.
(* la combustione di 1 kW di gas naturale = 205gr di CO2 )
4 – VALORIZZAZIONE DEI SOTTOPRODOTTI:
I sottoprodotti dell’incenerimento dei fanghi sono potenzialmente preziosi e ricchi di minerali. Una loro gestione adeguata è essenziale per ridurre al minimo l’impatto ambientale e per valorizzarli.
La composizione delle ceneri dipende da più fattori, in particolare dal tipo di fanghi, dalle condizioni di incenerimento e dalle tecnologie utilizzate. I principali costituenti sono minerali quali la silice, l’allumina, il fosforo e la calce.
I sottoprodotti dell’incenerimento dei fanghi possono essere utilizzati anche come materiale da costruzione, mescolati con leganti appropriati e quindi trasformati in blocchi di cemento o miscele bituminose. Inoltre, le ceneri vengono utilizzate anche nei cementifici, in sostituzione dei prodotti convenzionali utilizzati per la produzione del calcestruzzo.
Le ceneri, per il loro contenuto minerale, possono anche essere riutilizzate in agricoltura recuperando il fosforo, le cui riserve naturali scarseggeranno nei prossimi anni, o possono essere utilizzate direttamente come fertilizzante (fertilizzante fosfatico e ammendante calcico) come avviene in Canada, Germania ecc.
