Tesina "Pirolisi di fanghi di depurazione di reflui civili" - Sormani Federico

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PERUGIA

Corso di laurea specialistica in Ingegneria

Meccanica

A. A. 2017/2018

CORSO DI “ENERGIA DA BIOMASSE E RIFIUTI”

Pirolisi di fanghi di depurazione

di reflui civili

DOCENTE: STUDENTE:

Prof. Ing. Francesco Fantozzi Federico Sormani

296849

matricola

RELATORE:

Dott. Pietro Bartocci

Tesina del corso “Energia da biomasse e rifiuti” – Federico Sormani – A.A. 2017-2018

INDICE

1 INTRODUZIONE……………………………………………………………………………………… 3

1.1 OBIETTIVO DELLA TESI…………………………………………………………………………… 5

2 DESCRIZIONE STRUMENTI USATI NELLE PROVE……………………………………… 6

2.1 DESCRIZIONE REATTORE BATCH…………………………………………………………….. 6

2.2 DESCRIZIONE STRUMENTAZIONE DI ANALISI………………………………………….11

3 PROCEDURA DELLA PROVA DI PIROLISI ………………………………………………… 15

3.1 PROCEDURA DELLA PROVA ISOTERMICA ……………………………………………… 16

3.2 PROCEDURA DI ESTRAZIONE ED ANALISI DI PYROGAS TAR E CHAR ………. 17

4 SET UP DEL SISTEMA DI RISCALDAMENTO/ISOLAMENTO ……………………… 19

5 PROVE SPERIMENTALI ………………………………………..………………………………… 20

5.1 PREPARAZIONE DEL CAMPIONE ………………….………………………………………… 20

5.2 CARATTERIZZAZIONE DEL CAMPIONE …………………………………………………… 20

5.3 PIROLISI ISOTERMICA …………………………………………………………………………… 20

6 CONCLUSIONI ………………………………………………………….…………………………… 26

7 BIBLIOGRAFIA ………………………………………..…………………………………………….. 27 2

Tesina del corso “Energia da biomasse e rifiuti” – Federico Sormani – A.A. 2017-2018

1. Introduzione

Il fango da depurazione è quella frazione di materia solida contenuta nelle acque

reflue urbane ed extraurbane, che viene rimossa, negli impianti di depurazione,

durante i vari trattamenti depurativi, meccanico-biologico-chimico.

Il fango di risulta di un impianto di depurazione, quando non è più riutilizzabile

internamente, segue una serie di operazioni dette trattamento dei fanghi. In questa

fase i fanghi che, a causa della presenza di rilevanti quantità di materiale batterico,

sono altamente putrescibili, vengono stabilizzati in modo da renderli idonei al

successivo essiccamento e smaltimento.

L’obiettivo finale del trattamento dei fanghi è quello di rendere migliori le

caratteristiche del fango affinché possa essere correttamente smaltito come rifiuto

oppure (solo se rispetta determinati requisiti) riutilizzato in agricoltura.

Si evidenzia che i trattamenti utilizzati comunemente possono appartenere o ad

una sola delle due categorie (ad esempio, come nel seguito descritto, il trattamento

di condizionamento) o ad entrambe contemporaneamente (ad esempio il

trattamento di incenerimento).

Di seguito, sono elencate le principali operazioni sequenziali di trattamento dei

fanghi:

Ispessimento o addensamento o concentrazione (questa fase serve ad

 aumentare il contenuto di sostanza secca del fango in modo da ridurre i

volumi necessari al suo trattamento);

Stabilizzazione biologica (ha la funzione di mineralizzare parte delle sostanze

 organiche putrescibili ed eliminare i batteri patogeni e i parassiti

normalmente presenti nel fango);

Condizionamento (ha la funzione di indebolire i legami dell’acqua con le

 particelle solide per facilitarne la sua fuoriuscita);

Disidratazione e essiccamento (serve ad eliminare una buona parte

 dell’acqua presente nei fanghi stabilizzati);

Incenerimento o compattazione (costituiscono la fase che precede lo

 smaltimento finale).

Alla fine di queste operazioni il fango potrà essere avviato allo smaltimento finale

come rifiuto o riutilizzato in particolari ambiti (ad esempio in agricoltura).

Tipologia dei fanghi

Ricordiamo che i fanghi generati da un impianto di depurazione tradizionale sono

così distinti: 3

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fanghi primari: sono i fanghi derivanti dal processo di sedimentazione

 primaria, costituiti da sostanza organica fresca che si separa dal liquame

grezzo senza aver subito alcun trattamento (fanghi granulosi) e contengono

una quantità di solidi pari al 4% (96% di umidità). Questi fanghi si degradano

più rapidamente anaerobicamente rispetto alle altre tipologie di fanghi e

producono più biogas;

fanghi secondari, biologici o attivi: sono i fanghi derivanti dai processi di

 ossidazione biologica (filtri percolatori o fanghi di supero di impianti a fanghi

attivi). Sono fanghi fioccosi e hanno una percentuale di solidi più bassa di

quella dei fanghi primari, con valore tipico pari a 1% (99% di umidità), ma

sono più ricchi di azoto e fosforo;

I fanghi derivanti dal trattamento delle acque reflue civili ed industriali, ferma

restando la disciplina di cui al decreto legislativo 27 gennaio 1992, n. 99, sono rifiuti

speciali (D.Lgs.152/06 Art. 127), e pertanto sono sottoposti alla disciplina dei rifiuti.

Il processo di trattamento biologico delle acque reflue genera rilevanti volumi di

fanghi semiliquidi, la cui parte in eccesso richiede un trattamento e uno

smaltimento o recupero finale. La problematica del trattamento e smaltimento dei

fanghi prodotti dai processi di depurazione delle acque reflue urbane ha assunto in

questi ultimi anni sempre più importanza sia a livello nazionale che internazionale.

La progressiva attuazione della Direttiva 91/271/CEE, recepita a livello nazionale

dal D.Lgs. 152/99 e poi dal D.Lgs. 152/06, che ha portato ad un incremento del

livello depurativo presente negli agglomerati urbani, unitamente al crescente

numero di impianti di depurazione e le normative più restrittive sullo smaltimento

in discarica dei rifiuti organici recuperabili (D.Lgs. 36/2003), hanno obbligato a

considerare con sempre maggiore attenzione le possibilità di riutilizzo dei fanghi.

Con l’emanazione del D.M. del 27 settembre 2010, che abroga il D. M. del 3 agosto

2005, viene rimosso il limite sull’eluato per il parametro DOC per i fanghi smaltiti in

discarica, per i quali rimane comunque l’obbligo di garantire una percentuale di

secco pari ad almeno il 25%. Nonostante questa semplificazione, lo smaltimento in

discarica, risulta comunque problematico per molti impianti, soprattutto di media

e piccola potenzialità, in quanto non sono dotati di una linea fanghi strutturata in

grado di ottenere i tenori di secco richiesti.

I fanghi di depurazione sono a tutti gli effetti dei rifiuti e in quanto tali disciplinati

dal Dlgs 152/2006, ma l'art. 127 recita: i fanghi devono essere riutilizzati ogni 4

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qualvolta il loro reimpiego risulti appropriato; a tal fine per il recupero in agricoltura

i fanghi devono essere conformi a quanto stabilito dal D.lgs 99/92.

I fanghi pertanto possono essere smaltiti nel seguente modo:

- per incenerimento finalizzato al recupero energetico da soli o insieme con la

frazione organica dei rifiuti;

- in discariche controllate di rifiuti speciali (D. lgs. 36/03 e D.M. 3 agosto 2005);

oppure, poiché generalmente presentano buoni contenuti di sostanza organica ed

elementi della fertilità vegetale (N, P, K), riutilizzati:

- mediante spandimento tal quali (previa disidratazione) sul suolo adibito ad

uso agricolo (D. lgs. 99/92);

- in impianti di compostaggio per il successivo utilizzo in agricoltura;

Il riutilizzo in agricoltura è interdetto qualora i fanghi contengano anche metalli

pesanti che possono accumularsi nel suolo.

In Italia i fanghi vengono smaltiti principalmente in discarica (55%) e in parte

riutilizzati in agricoltura (33%).

Il trattamento e smaltimento dei fanghi prodotti dalla chiarificazione delle acque

reflue contribuisce attualmente fino al 50% dei costi di gestione degli impianti di

depurazione. I fanghi possono anche essere riutilizzati nei cicli di produzione di

laterizi, asfalti e calcestruzzi.

1.1 Obbiettivo della tesi

L’obiettivo della tesi è quello di analizzare i bilanci di massa relativi alla pirolisi dei