Docente Francesco Fatone Anno Accademico - dbt.univr.it · viscoso la presenza di ferro o alluminio idrati lo rende gelatinoso. Se ... ma il colore può cambiare a seconda dei“bulking

Trattamento reflui e rifiuti di cantina

DocenteFrancesco Fatone

- Lezione 9 -

DocenteFrancesco Fatone

Anno Accademico

2011-2012

Trattamento stabilizzazione esmaltimento, fanghi, (co)-

digestione anaerobica,stabilizzazione aerobica,

trattamento e smaltimentorifiuti

Note: slides in celeste sono di approfondimentovolontario

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Trattamento stabilizzazione esmaltimento, fanghi, (co)-

digestione anaerobica,stabilizzazione aerobica,

trattamento e smaltimentorifiuti

Note: slides in celeste sono di approfondimentovolontario

La linea acque del processo depurativo produceessenzialmente tre tipologie di fanghi:

- Fanghi primari- Fanghi secondari (biologici)- Schiume (dai pre-trattamenti e dai primari e secondari)

Refluo grezzo

processo biogrigliatura disabbiatura/ sedimentazione a fanghi sedimentazione scarico

disoleatura primaria attivi finale

pre- trattamenti trattamentitrattamenti primari secondari

digestioneispessimento aerobica o disidratazione

anaerobica

trattamenti smaltimentosecondari fanghi

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Refluo grezzo

processo biogrigliatura disabbiatura/ sedimentazione a fanghi sedimentazione scarico

disoleatura primaria attivi finale

pre- trattamenti trattamentitrattamenti primari secondari

digestioneispessimento aerobica o disidratazione

anaerobica

trattamenti smaltimentosecondari fanghi

Filiera di trattamento di fanghi di depurazione

Ispessimento(statico odinamico)

Trattamento(stabilizzazione)

Disidratazionefinale

ChimicaAerobicaAnaerobicaCompostaggio

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Essiccamento(eventuale)Smaltimento

Uso agronomicoDiscaricaIncenerimento

La volta scorsa abbiamo visto: Produzione di fangoÈ importante conoscere con buona approssimazione la produzione di fango giornaliera poiché è unparametro che influenza l’efficienza depurativa (si pensi alla nitrificazione) ed il progetto delleunità di gestione della linea fanghi necessarie al fine del suo trattamento e smaltimento.La quantità di fango prodotta può essere calcolata dalla seguente equazione:

Px = YobsQ(S0-S)

La resa osservata Yobs è calcolata da:

Yobs = Y/(1+kdθc)

Da questa si evince come, ricadendo Y nell’intervallo 0.4-0.8 kgMLVSS/kgCOD (tipico 0.5kgMLVSS/kgCOD) ed essendo kd pari a 0.05 giorni -1, l’età del fango governi di fatto la resa delprocesso in termini di nuova biomassa prodotta: in particolare, alti valori di età del fango (oltre 15-20 giorni) daranno rese osservate chiaramente inferiori ad Y, con valori tipici di circa 0.1-0.2kgMLVSS/kgCOD.

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È importante conoscere con buona approssimazione la produzione di fango giornaliera poiché è unparametro che influenza l’efficienza depurativa (si pensi alla nitrificazione) ed il progetto delleunità di gestione della linea fanghi necessarie al fine del suo trattamento e smaltimento.La quantità di fango prodotta può essere calcolata dalla seguente equazione:

Px = YobsQ(S0-S)

La resa osservata Yobs è calcolata da:

Yobs = Y/(1+kdθc)

Da questa si evince come, ricadendo Y nell’intervallo 0.4-0.8 kgMLVSS/kgCOD (tipico 0.5kgMLVSS/kgCOD) ed essendo kd pari a 0.05 giorni -1, l’età del fango governi di fatto la resa delprocesso in termini di nuova biomassa prodotta: in particolare, alti valori di età del fango (oltre 15-20 giorni) daranno rese osservate chiaramente inferiori ad Y, con valori tipici di circa 0.1-0.2kgMLVSS/kgCOD.

PASSO N. 3: CALCOLARE L’EFFICIENZA RICHIESTA DAL TRATTAMENTOL’efficienza di trattamento sulla base del BOD solubile e totale è, rispettivamente:

E = (S0-S)x100/S0 = (250-5,7)x100/250 = 97,7% E’ = (250-20)x100/250 = 92%PASSO N. 4: CALCOLARE IL VOLUME DEL REATTORE E LA QUANTITA’ DIFANGO DA SPURGAREIl volume del reattore necessario per avere un BOD5effluente = 6.2 mg/l può esseredeterminato tramite le equazioni:

cd

0c

k1SSYX

QVr

6

cd

0c

k1SSYX

QVr

Sostituendo θ e risolvendo si ottiene:

3

3

0 466610106.013500

7,5250)/(50.025.010

1m

ddl

mgXlmgS

lmgSmgSmgX

smd

kXSSQYVcd

cr

La biomassa generata e quindi la quantità di fango da spurgare si determina sullabase di Yobs:

gBODgMLVSSd

d

gSgXkYY

cdobs /312.0

10106.01

)/(5.01

La massa dei solidi volatili (MLVSS) generata è quindi pari a:

dkg

lmg

lmg

dmggSSQYP obsx 16497,525021600)/(3125.0

3

0

Dal momento che parte dei fanghi fugge con l’effluente, la quantità di fango che deveessere effettivamente spurgata è inferiore e precisamente pari a:

Fango da spurgare = MLSS prodotti – SS persi con l’effluente

2061 kg/d – (0.25 m3/s) x 22 mg/l = 1586 kg/d

I solidi prodotti sono pari a MLVSS/0,8 = 1649 kg/d / 0,8 = 2061kg/d (MLSS)

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Dal momento che parte dei fanghi fugge con l’effluente, la quantità di fango che deveessere effettivamente spurgata è inferiore e precisamente pari a:

Fango da spurgare = MLSS prodotti – SS persi con l’effluente

2061 kg/d – (0.25 m3/s) x 22 mg/l = 1586 kg/d

Nel caso in cui lo spurgo del fango venga effettuato dal reattore si assume che Qe = Q eche la concentrazione dei solidi sospesi volatili nell’effluente è pari all’80% dei solidisospesi.

eew

rc XQXQ

XV

8.0l

mg22s

m25.0l

mg3500Q

lmg3500m4694

d10 3

w

3

Qw = 360 m3/dSe lo spurgo è effettuato dal flusso di ricircolo (dove i fanghi sono concentrati a 10000mg/l) si avrà Qw = 126 m3/d.PASSO N. 5: CALCOLO RAPPORTO DI RICIRCOLO E TEMPO DI RESIDENZAIDRAULICOIl rapporto di ricircolo ottimale del sistema si ricava dal bilancio di materia dellabiomassa effettuato sul reattore.

MLVSS reattore (Q + Qr) = MLVSS ricircolo Qr

Il tempo di residenza idraulico per il reattore è:

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Qw = 360 m3/dSe lo spurgo è effettuato dal flusso di ricircolo (dove i fanghi sono concentrati a 10000mg/l) si avrà Qw = 126 m3/d.PASSO N. 5: CALCOLO RAPPORTO DI RICIRCOLO E TEMPO DI RESIDENZAIDRAULICOIl rapporto di ricircolo ottimale del sistema si ricava dal bilancio di materia dellabiomassa effettuato sul reattore.

MLVSS reattore (Q + Qr) = MLVSS ricircolo Qr

Il tempo di residenza idraulico per il reattore è:

78.0QQr

hd

smm

QVr 18.5216.0

25.0

46663

3

QS0 X, Vr,

S

Qe, S,Xe

Qw,X

sedimentatore

Qr, S,Xr

Principali processi di trattamento esmaltimento dei fanghi

operazione unitaria, processo,unitario o metodo di trattamento Funzione

ispessimentoispessimento gravitazionale riduzione di volume

ispessimento per flottazione riduzione di volume

ispessimento per centrifuga riduzione di volumeispessimento per centrifuga riduzione di volume

ispessimento con nastro pressa riduzione di volume

stabilizzazionestabilizzazione con calce stabilizzazione

digestione anaerobica stabilizzazione, riduzione di massa

digestione aerobica stabilizzazione, riduzione di massa

compostaggio stabilizzazione, riutilizzo del prodotto

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condizionamento

condizionamento chimico condizionamento del fango

condizionamento termico condizionamento del fango

disidratazionedisidratazione

filtro a vuoto riduzione di volume

centrifuga riduzione di volume

nastro pressa riduzione di volume

filtro pressa riduzione di volume

letti di essiccamento riduzione di volume

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essiccamento termicoessiccatore riduzione di peso e di volume

evaporatore ad effetto multiplo riduzione di peso e di volume

riduzione termica

inceneritore multi-strato riduzione di volume, riutilizzo dellarisorsainceneritore multi-strato riduzione di volume, riutilizzo dellarisorsa

inceneritore a letto fluido riduzione di volume

co-incenerimento con rifiuti solidi riduzione di volume

smaltimento ultimoapplicazione su terreno smaltimento finale

fissaggio chimico utilizzo con benefici, smaltimentofinale

discarica smaltimento finale

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Le fontiunità operativa o

processotipo di solidi o fango note

Pre-aerazione Schiume, flottato In alcuni impianti, i sistemi per iltrattamento delle schiume non sonorealizzati nelle vasche di preaerazione.Se le vasche di preaerazione non sonoprecedute da sistemi di rimozionedelle sabbie, si può avere deposizionedelle sabbie nelle stesse vasche dipreaerazione

Sedimentazioneprimaria

fango primario eschiume

Le quantità di fango e di schiumedipendono dalla natura del sistema diraccolta e dalla presenza di scarichiindustriali

Sedimentazioneprimaria

fango primario eschiume

Le quantità di fango e di schiumedipendono dalla natura del sistema diraccolta e dalla presenza di scarichiindustriali

Sedimentazionesecondaria

fango secondario eschiume

I solidi sospesi derivano dalla conversionebiologica del BOD. Possono essererichieste operazioni di ispessimento perconcentrare il fango di supero dallostream del trattamento biologico

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Le caratteristiche

Solidi o fango Descrizioneschiume, grassi flottati le schiume consistono in materiale flottabile,

raccolto superficialmente dai sedimentatoriprimari e secondari. Le schiume possonocontenere grassi, oli vegetali e minerali, cere,saponi, rifiuti alimentari, bucce di frutta everdure, carta, particelle di sabbia e materialisimili. Il peso specifico delle schiume è minoredi 1 (di solito 0.95)

le schiume consistono in materiale flottabile,raccolto superficialmente dai sedimentatoriprimari e secondari. Le schiume possonocontenere grassi, oli vegetali e minerali, cere,saponi, rifiuti alimentari, bucce di frutta everdure, carta, particelle di sabbia e materialisimili. Il peso specifico delle schiume è minoredi 1 (di solito 0.95)

fango primario il fango primario è solitamente grigio/scuro eviscoso e, nella maggior parte dei casi, ha unodore fastidioso. Il fango primario può esseredirettamente digerito in determinate condizionioperative

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Le caratteristichefango daprecipitazionechimica

il fango da processi di precipitazione chimica con sali metallici èsolitamente scuro, la superficie può essere tuttavia rossastra secontenente ferro. Il fango con calce assume un colore marronegrigiastro. L’odore del fango chimico non è così fastidioso comequello del fango primario. Mentre il fango chimico è solitamenteviscoso la presenza di ferro o alluminio idrati lo rende gelatinoso. Setale fango è lasciato in una vasca, va in decomposizione come ilfango primario, ma ad una velocità minore. Lunghi tempi distoccaggio possono portare alla produzione di quantità sostanziali digas e ad un incremento della densità del fango.

il fango da processi di precipitazione chimica con sali metallici èsolitamente scuro, la superficie può essere tuttavia rossastra secontenente ferro. Il fango con calce assume un colore marronegrigiastro. L’odore del fango chimico non è così fastidioso comequello del fango primario. Mentre il fango chimico è solitamenteviscoso la presenza di ferro o alluminio idrati lo rende gelatinoso. Setale fango è lasciato in una vasca, va in decomposizione come ilfango primario, ma ad una velocità minore. Lunghi tempi distoccaggio possono portare alla produzione di quantità sostanziali digas e ad un incremento della densità del fango.

fango attivo il fango attivo ha un aspetto marroncino e fioccoso. Se il colore èscuro può essere sintomo di condizioni settiche. Se il colore è piùchiaro del solito, probabilmente il fango è stato in condizioni disottoaerazione con tendenza dei solidi a sedimentare moltolentamente. Questo fango in buone condizioni ha un odore nonsgradevole, come di terra. Il fango ha la tendenza a divenirerapidamente settico assumendo un fastidioso odore di putrefazione.Il fango attivo può essere digerito da solo o miscelato con fangoprimario. 14

Le caratteristichefango digerito

aerobicamenteil fango digerito aerobicamente ha un aspetto marronescuro e fioccoso. L’odore del fango digerito aerobicamentenon è fastidioso, è solitamente classificato come “muffa”.Il fango aerobico ben digerito si essicca facilmente neiletti di essiccamento.

fango digeritoanaerobicamente

il fango digerito anerobicamente è scuro e/o nero econtiene una grande quantità di gas. Quando digeritocompletamente l’odore non è fastidioso. Quando vienesteso sotto forma di strato sottile su letti porosi, i solidisono trasportati in superficie dal gas rimasto intrappolato,lasciando uno spessore di acqua chiarificata. L’acquadrena via facilmente lasciando ai solidi la possibilità diessiccare. Una volta essiccato ed espulso tutto il gascontenuto il fango sa di terriccio di giardino.

il fango digerito anerobicamente è scuro e/o nero econtiene una grande quantità di gas. Quando digeritocompletamente l’odore non è fastidioso. Quando vienesteso sotto forma di strato sottile su letti porosi, i solidisono trasportati in superficie dal gas rimasto intrappolato,lasciando uno spessore di acqua chiarificata. L’acquadrena via facilmente lasciando ai solidi la possibilità diessiccare. Una volta essiccato ed espulso tutto il gascontenuto il fango sa di terriccio di giardino.

fango compostato il fango compostato è solitamente marrone scuro-nero,ma il colore può cambiare a seconda dei“bulking agents”utilizzati (trucioli di compost riciclato o legno). L’odore delfango ben compostato non è sgradevole ricorda quellodegli ammendanti commerciali per giardino. 15

Composizione e caratteristiche chimico-fisiche

fango primario fango attivo

range tipico range

TS% 2.0-8.0 5.0 0.83-1.16

TVS %su TS 60-80 65 59-88

proteine %su TS 20-30 25 5-12

N% TS 1.5-4 2.5 32-41

P% TS 0.8-2.8 1.6 2.4-5.0

Cellulosa % TS 8.0-15.0 10.0 0.4-0.7

Ferro %TS 2.0-4.0 2.5Ferro %TS 2.0-4.0 2.5

Si% TS 15.0-20.0

pH 5.0-8.0 6.0 6.5-8.0

alcalinità (mg/l CaCO3) 500-1500 600 580-1100

acidi organici ( mg/l come HAc) 200-2000 500 1100-1700

potere energetico (kJ/kg) 23200-29000 25500 18600-23200

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Costituenti specifici• Le caratteristiche del fango che influenzano il possibile

riutilizzo agronomico sono il contenuto in organico(misurato normalmente come solidi volatili, TVS), inutrienti, gli agenti patogeni, i metalli, e sostanzeorganiche tossiche.

% in peso sul secco dinutrienti

% in peso sul secco dinutrienti

Azoto Fosforo potassio

fertilizzante tipico per uso agricolo 5 10 10

valori tipici di un fango di depurazionestabilizzato

3.3 2.3 0.3

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contenuto medio dei metalli nei fanghidi depurazione

fango essiccato, mg/kg

Metallo valore medio

Arsenico 10

Cadmio 10

Cromo 500

Cobalto 30

Rame 800

Ferro 17000

Piombo 500

Manganese 260

Mercurio 6

Molibdeno 4

Nichel 80

Selenio 5

Stagno 14

Zinco 170018

Le quantità di fango

processo ooperazione ditrattamento

peso specifico deisolidi del fango

kg/l

peso specifico delfango

kg/l

sedimentazioneprimaria

1.4 1.02

Fango di supero delprocesso afanghi attivi

1.25 1.005Fango di supero delprocesso afanghi attivi

Fango di supero delprocesso diaerazionediffusa

1.30 1.015

fango di superodelle laguneaerate

1.30 1.01

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Concentrazione di sostanza seccaattesa da diversi trattamenti

TS%

Vasca di sedimentazione primaria

fango primario 5.0fango primario 5.0

fango primario con fango di supero 4.0

fango primario con aggiunta di ferro per rimozione di P 2.0

fango primario con bassa aggiunta di calce per rimozionedi P

4.0

fango primario con alta aggiunta di calce per rimozionedi P

10

Schiume 5.0

20

Concentrazione di sostanza seccaattesa da diversi trattamenti

vasca di sedimentazione secondaria

fango di supero del processo a fanghi attivi

con sedimentazione primaria 0.8con sedimentazione primaria 0.8

senza sedimentazione primaria 1.3

fango attivo del processo ad ossigeno puro

con sedimentazione primaria 2.0

senza sedimentazione primaria 2.5

fango dei filtri percolatori 1.5

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concentrazione di sostanza seccaattesa da diversi trattamenti

ispessimento gravitazionale Kg/mKg/m33

solo fango primario 8.0fango primario e fango di supero 4.0fango primario e fango di supero 4.0fango primario e fango dei filtri percolatori 5.0

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concentrazione di sostanza seccaattesa da diversi trattamenti

ispessimento con centrifuga, %TS

solo fango di supero 5.0digestione anaerobica

solo fango primario 7.0fango primario con fango di supero 5.5fango primario e fango dei filtri percolatori 4.0

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Variazioni di quantità• La quantità di solidi in ingresso ad un impianto di depurazione può avere

delle fluttuazioni cospicue. Nella gestione della linea fanghi, del processodi depurazione e del processo di smaltimento, devono essere prese inconsiderazione le variazioni di concentrazione di solidi in ingresso: ènecessario tener conto della media e della massima velocità di produzionedei fanghi e delle potenzialità di stoccaggio delle unità di trattamentoall'interno dell'impianto.

• Una limitata quantità di solidi può essere stoccata temporaneamente nellavasca di sedimentazione e di ossidazione. Tale capacità può esseresfruttata per l'equalizzazione dei picchi di carico; dove sono utilizzatireattori di digestione a livello variabile, la loro notevole capacità distoccaggio consente un effetto di abbattimento dei picchi di carico.

• Il progetto dei sistemi con digestione dei fanghi si basa sui carichi massimimensili. Dove non viene applicata la digestione dei fanghi, il trattamentodeve essere in grado di gestire i picchi di carico settimanali. Altricomponenti della linea fanghi, come le pompe e il sistema di ispessimentodevono essere dimensionati per i picchi giornalieri di carico.

• La quantità di solidi in ingresso ad un impianto di depurazione può averedelle fluttuazioni cospicue. Nella gestione della linea fanghi, del processodi depurazione e del processo di smaltimento, devono essere prese inconsiderazione le variazioni di concentrazione di solidi in ingresso: ènecessario tener conto della media e della massima velocità di produzionedei fanghi e delle potenzialità di stoccaggio delle unità di trattamentoall'interno dell'impianto.

• Una limitata quantità di solidi può essere stoccata temporaneamente nellavasca di sedimentazione e di ossidazione. Tale capacità può esseresfruttata per l'equalizzazione dei picchi di carico; dove sono utilizzatireattori di digestione a livello variabile, la loro notevole capacità distoccaggio consente un effetto di abbattimento dei picchi di carico.

• Il progetto dei sistemi con digestione dei fanghi si basa sui carichi massimimensili. Dove non viene applicata la digestione dei fanghi, il trattamentodeve essere in grado di gestire i picchi di carico settimanali. Altricomponenti della linea fanghi, come le pompe e il sistema di ispessimentodevono essere dimensionati per i picchi giornalieri di carico.

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Pre-ispessimento

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Tipi di sedimentazione

Lo scopo di un ispessitore è di ridurre il tenore d’acqua del fango. In questomodo lo stesso carico di massa in secco (Lts) viene movimentato tramiteuna minore portata.

Ciò comporta:Una minore volumetria delle OPERAZIONI UNITARIE a valle se operanocome reattori CSTR senza ricircolo, quindi sulla base di un HRT = SRT;

Migliori prestazioni dell’eventuale reparto a valle di disidratazionemeccanica.Il carico di massa in ingresso è definibile come:

L(TS) = Q . C

Dove:C = concentrazione in secco nel fango (Kg TS/m3);Q = portata (m3/d).

Lo scopo di un ispessitore è di ridurre il tenore d’acqua del fango. In questomodo lo stesso carico di massa in secco (Lts) viene movimentato tramiteuna minore portata.

Ciò comporta:Una minore volumetria delle OPERAZIONI UNITARIE a valle se operanocome reattori CSTR senza ricircolo, quindi sulla base di un HRT = SRT;

Migliori prestazioni dell’eventuale reparto a valle di disidratazionemeccanica.Il carico di massa in ingresso è definibile come:

L(TS) = Q . C

Dove:C = concentrazione in secco nel fango (Kg TS/m3);Q = portata (m3/d).

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Gli ispessitori gravitazionali sono dimensionati sullabase del carico superficiale in solidi e dell’HRT di 1÷2giorni:

Css = (Qf TS% df ) / A = Cis TS% df

HRT = V/ Qf

dove:Css = carico superficiale di solidi (kg TS/m2·d)QF = portata di fanghi da ispessire (m3/d)TS% = contenuto in secco del fango di alimentazionedF = peso specifico del fango (unitario, normalmente)

Gli ispessitori gravitazionali sono dimensionati sullabase del carico superficiale in solidi e dell’HRT di 1÷2giorni:

Css = (Qf TS% df ) / A = Cis TS% df

HRT = V/ Qf

dove:Css = carico superficiale di solidi (kg TS/m2·d)QF = portata di fanghi da ispessire (m3/d)TS% = contenuto in secco del fango di alimentazionedF = peso specifico del fango (unitario, normalmente)

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Tipiche concentrazioni dei fanghi ispessiti e non

Tipologia di fango

Concentrazione del fango(%TS)*

Carico in solidi(kg / m2 d)

Cis(m3/m2 d)

Non ispessito Ispessito

Separati

Fango da sed. primario 4,0 12,0 6,0 12,0 100 – 150 33

Fango da filtro percolatore 1,0 3,0 4,0 10,0 40 – 50

Fango attivo (da sed. secondario) 0,5 2,5 1,5 4,0 20 – 40 33Fango attivo (da sed. secondario) 0,5 2,5 1,5 4,0 20 – 40 33

Fango ossidato con ossigeno puro 1,25 4,0 2,0 5,0 25 – 50

Combinati (miscele di fanghi)

Fango di sed. primario e filtropercolatore 4,0 10,0 4,0 10,0 60 – 100

Fango da sed. primario e aerazionemodificata 3,0 10,0 3,0 10,0 60 – 100

Fango da sed. primario e fango attivo 3,0 10,0 3,0 10,0 40 – 80 33*Valori alti come 6.5 sono riferiti a fanghi rimossi una volta al giorno

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Criteri progettuali per gli ispessitori di fanghi

fango

Diametro Carico idraulicosuperficiale

(m) (m3 / m2 d)

Primari puri 3 – 24 33

Primari puri e fanghi attivi 3 – 21 33

Fanghi biologici 3 – 15 33

Fanghi primari e fanghi attivi trattatitermicamente 3 – 18 16

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Bilancio di massa di un ispessitore

QF - QFiXei

QFTSF%

QFiTSFi%

Ricircolo interno (testaimpianto)

QF = portata di fanghi da ispessire(m3/d)

QFi = portata di fanghi ispessiti(m3/d)

Xei = contenuto di solidi sospesi nelsurnatante (Kg/m3)

TSF% = tenore percentuale in seccodel fango entrante

TSFi% = tenore percentuale in seccodel fango ispessito

QF·TSFdF = TSFi QFi dFi + Xei (QF - QFi)

QF = portata di fanghi da ispessire(m3/d)

QFi = portata di fanghi ispessiti(m3/d)

Xei = contenuto di solidi sospesi nelsurnatante (Kg/m3)

TSF% = tenore percentuale in seccodel fango entrante

TSFi% = tenore percentuale in seccodel fango ispessito

QF·TSFdF = TSFi QFi dFi + Xei (QF - QFi)31

Rapporto di concentrazione

Si definisce rapporto di concentrazione (Rc) ilrapporto tra la concentrazione in secco del

fango ispessito e quello del fango influente. IlRc negli ispessitori pre e post il trattamento

biologico fanghi oscilla tra 1.5 e 2.0.

Rc = TSfi/ TSf

Rapporto di concentrazione

Si definisce rapporto di concentrazione (Rc) ilrapporto tra la concentrazione in secco del

fango ispessito e quello del fango influente. IlRc negli ispessitori pre e post il trattamento

biologico fanghi oscilla tra 1.5 e 2.0.

Rc = TSfi/ TSf

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Percentuale di cattura

Si definisce percentuale di cattura (Pc) il rapporto tra ilcarico di massa in secco nel fango ispessito e quello delfango influente. Il significato fisico del parametro Pc è la

percentuale di fango raccolta con l’ispessimento ed inviataalla successiva operazione unitaria, ovviamente il

complemento a 100 rappresenta il fango perso che ritornain testa impianto.

Pc = (TSFi QFi dFi) / (QF·TSFdF) * 100

La percentuale di cattura normalmente negliispessitori gravitazionali oscilla tra il 90 ed il 95%.

Percentuale di cattura

Si definisce percentuale di cattura (Pc) il rapporto tra ilcarico di massa in secco nel fango ispessito e quello delfango influente. Il significato fisico del parametro Pc è la

percentuale di fango raccolta con l’ispessimento ed inviataalla successiva operazione unitaria, ovviamente il

complemento a 100 rappresenta il fango perso che ritornain testa impianto.

Pc = (TSFi QFi dFi) / (QF·TSFdF) * 100

La percentuale di cattura normalmente negliispessitori gravitazionali oscilla tra il 90 ed il 95%.

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La gestione dell’ispessitore consisteprevalentemente nella definizione della:

Qfi (portata fanghi ispessiti) in quanto costituisce la alimentazionedella fase di trattamento a valle. Ciò avviene tramite il controllo

periodico di:

valori di TSfi.La percentuale di cattura;

Il rapporto di concentrazione.Per il calcolo della Qfi si fa riferimento al bilancio di massa

precedentemente illustrato:

QFi = (Qf TSF dF – (QF – QFi) Xei)) / (TSFi dFi)

La gestione dell’ispessitore consisteprevalentemente nella definizione della:

Qfi (portata fanghi ispessiti) in quanto costituisce la alimentazionedella fase di trattamento a valle. Ciò avviene tramite il controllo

periodico di:

valori di TSfi.La percentuale di cattura;

Il rapporto di concentrazione.Per il calcolo della Qfi si fa riferimento al bilancio di massa

precedentemente illustrato:

QFi = (Qf TSF dF – (QF – QFi) Xei)) / (TSFi dFi)

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Tipico ispessitore di fanghi a gravità

35

Le dotazioni della fase dipreispessimento:

• La stazione di sollevamento fanghi;• Gli apparati di misura normalmente installati

(portate e solidi on-line);• Il collegamento alla rete fognaria interna per

lo sversamento dei surnatanti.

• La stazione di sollevamento fanghi;• Gli apparati di misura normalmente installati

(portate e solidi on-line);• Il collegamento alla rete fognaria interna per

lo sversamento dei surnatanti.

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Installazione tipica

PRE ISPESSITOREA2.1

A2.2

A4

A3

A1

PRE ISPESSITOREA2.1

A2.2

A4

A3

A1

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DIGESTIONE ANAEROBICADIGESTIONE ANAEROBICA

Substrati avviabili alla Digestione Anaerobica erelative rese in biogas

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Produttività substrati m3 biogas /t substrato

Trattamento fanghi DA - 10 40

Sottoprodotti industrie ditrasformazione

41

Problemi sottoprodotticofermentanti

42

IMPIEGO ENERGETICO DEI SOTTOPRODOTTINELL’INDUSTRIA AGRO-ALIMENTARE

• Concentrazione sotto-prodotti• Recupero di energia per i processi di

produzione interni• Possibilità di integrare diverse forme di

produzione di• energia e di recupero dei materiali• Abbattimento dei costi di depurazione• Recupero di valore aggiunto dai sottoprodotti

/scarti di processo

• Concentrazione sotto-prodotti• Recupero di energia per i processi di

produzione interni• Possibilità di integrare diverse forme di

produzione di• energia e di recupero dei materiali• Abbattimento dei costi di depurazione• Recupero di valore aggiunto dai sottoprodotti

/scarti di processo43

Distilleria CAVIRO produzione di Bioetanolo,Compost, EE - (90% ET richiesta), Vino, Mosti

44

Vinacce - CAVIRO

45

DIGESTIONE ANAEROBICA• La degradazione biologica della sostanza organica in condizione di

anaerobiosi determina la formazione di diversi prodotti, i piùabbondanti dei quali sono due gas: il metano ed il biossido di carbonio.Quindi la sostanza organica ossidata e l’accettore finale di elettronisono entrambe molecole organiche

Essa coinvolge diversi gruppi microbici interagenti tra loro:

• i batteri idrolitici• i batteri acidificanti• i batteri metanogeni, che occupano quindi solo la posizione finale

della catena trofica anaerobica. Essi possono utilizzare molecoleorganiche o la combinazione di H2 e CO2, prodotti nella fase diacidificazione

• La degradazione biologica della sostanza organica in condizione dianaerobiosi determina la formazione di diversi prodotti, i piùabbondanti dei quali sono due gas: il metano ed il biossido di carbonio.Quindi la sostanza organica ossidata e l’accettore finale di elettronisono entrambe molecole organiche

Essa coinvolge diversi gruppi microbici interagenti tra loro:

• i batteri idrolitici• i batteri acidificanti• i batteri metanogeni, che occupano quindi solo la posizione finale

della catena trofica anaerobica. Essi possono utilizzare molecoleorganiche o la combinazione di H2 e CO2, prodotti nella fase diacidificazione

46

Schema generale

Particulate organic m aterial

Proteins Carbohydrates Lipids

Am inoacidsSugars

Fatty acids

Interm ediary productsPropionate, butyrate

Acetate Hydrogen

M ethane

H YD R O LYSIS

A C ID O G EN ESIS

A C ETO G EN ESIS

A C ETIC LA STICM ETH A N O G EN ESIS

H YD R O G EN O TR O PH ICM ETH A N O G EN ESIS



Am inoacidsSugars

Fatty acids


Acetate Hydrogen

M ethane

H YD R O LYSIS

A C ID O G EN ESIS

A C ETO G EN ESIS



47

Schema generale



Am inoacidsSugars

Fatty acids


Acetate Hydrogen

M ethane

H YD R O LYSIS

A C ID O G EN ESIS

A C ETO G EN ESIS



PROCESSOA FASEUNICA



Am inoacidsSugars

Fatty acids


Acetate Hydrogen

M ethane

H YD R O LYSIS

A C ID O G EN ESIS

A C ETO G EN ESIS



48

PROCESSOA DUE FASI

Fasi del processo

FASI DEL PROCESSO MICRORGANISMI EVOLUZIONE DEL SUBSTRATO

Idrolisi

IDROLITICIProteoliticiLipolitici

CelluloliticiAmilolitici

Substrati organici particolati

AcidogenesiACIDIFICANTI

AcetogeniOmoacetogeni

Composti organici solubili

Metanogenesi METANOGENI CH4CO2

Considerando la degradazione dell’amido a glucosio, poi acido acetico e poi metano:

• Amido C6H12O6• C6H12O6 3 CH3COOH• CH3COOH CH4 + CO2

Qualora si considerino substrati organici più complessi si possono ottenere ulteriori prodottidel processo degradativo anaerobico e, tra quelli di maggior rilievo, troviamo l’ammoniacache deriva dalla demolizione delle proteine.

Ad esempio, nel caso della stabilizzazione anaerobica di una matrice con formula brutaCaHbOcNd, la relazione stechiometrica complessiva può essere rappresentata dalla relazione:

CaHbOcNd nCwHxOyNz + mCH4 + sCO2 + rH2O + (d – nx)NH3

Con: s = a – nw – mr = c – ny – 2s

Come si può vedere dalla relazione riportata, si ha la parziale distruzione di materialeorganico complesso con formazione di metano, biossido di carbonio, acqua ed ammoniaca.

Considerando la degradazione dell’amido a glucosio, poi acido acetico e poi metano:

• Amido C6H12O6• C6H12O6 3 CH3COOH• CH3COOH CH4 + CO2

Qualora si considerino substrati organici più complessi si possono ottenere ulteriori prodottidel processo degradativo anaerobico e, tra quelli di maggior rilievo, troviamo l’ammoniacache deriva dalla demolizione delle proteine.

Ad esempio, nel caso della stabilizzazione anaerobica di una matrice con formula brutaCaHbOcNd, la relazione stechiometrica complessiva può essere rappresentata dalla relazione:

CaHbOcNd nCwHxOyNz + mCH4 + sCO2 + rH2O + (d – nx)NH3

Con: s = a – nw – mr = c – ny – 2s

Come si può vedere dalla relazione riportata, si ha la parziale distruzione di materialeorganico complesso con formazione di metano, biossido di carbonio, acqua ed ammoniaca.

50

Condizioni termiche operative

• 3 range termici diriferimento:

• mesofilo (25-40 °C);• termofilo (45-65 °C);• psicrofilo (< 25 °C) (più

raramente applicato).

Temperatura, °CV

eloc

ità sp

ecifi

ca d

i cre

scita

µmax, d-1

psicrofili mesofili termofili

0 20 40 60

• 3 range termici diriferimento:

• mesofilo (25-40 °C);• termofilo (45-65 °C);• psicrofilo (< 25 °C) (più

raramente applicato).

Temperatura, °CV

eloc

ità sp

ecifi

ca d

i cre

scita

µmax, d-1

psicrofili mesofili termofili

0 20 40 60

51

Considerazioni cinetiche nelle variefasi di processo

Idrolisi:

RXS = - KSdove:

RXS, velocità specifica di idrolisi, [massa volume-1 tempo-1];K, la massima velocità specifica di idrolisi, [tempo –1];S, concentrazione di substrato, [massa volume –1].

Alcuni valori della massima velocità di idrolisi :

Carboidrati K = 0.5 – 2 (d-1)Lipidi K = 0.1 – 0.7 (d-1)Proteine K = 0.25 – 0.8 (d-1)

RXS = - KSdove:

RXS, velocità specifica di idrolisi, [massa volume-1 tempo-1];K, la massima velocità specifica di idrolisi, [tempo –1];S, concentrazione di substrato, [massa volume –1].

Alcuni valori della massima velocità di idrolisi :

Carboidrati K = 0.5 – 2 (d-1)Lipidi K = 0.1 – 0.7 (d-1)Proteine K = 0.25 – 0.8 (d-1)

52

Fermentazione acidogenica

d_

SMAX k

SKSμμ

dove: velocità di crescita dei microrganismi per una data concentrazione di substrato

S, [tempo–1];max massima velocità di crescita dei microrganismi, [tempo–1];S, concentrazione del substrato a contatto con i microrganismi, [massa volume-1];KS, coefficiente di semisaturazione, corrispondente alla concentrazione di

substrato S alla quale la velocità di utilizzo del substrato per unità di massa dimicrorganismi è pari alla metà della velocità massima, [massa volume-1];

kd, coefficiente di decadimento dei microrganismi, [tempo –1].

53

Acetogenesi, parametri cinetici

Unità di misura LCFA (acidi grassi acatena lunga)

VFA (acidi grassi acatena corta, <C5)

maxKmaxKSYKd

d-1

g COD/g COD·dmg COD/l

g VSS/ g CODd-1

0.1 – 0.52 – 20

100 – 40000.04 – 0.1

0.01

0.3 – 1.35 – 20

100 – 40000.02 – 0.070.01 – 0.04

maxKmaxKSYKd

d-1


g VSS/ g CODd-1

0.1 – 0.52 – 20

100 – 40000.04 – 0.1

0.01

0.3 – 1.35 – 20

100 – 40000.02 – 0.070.01 – 0.04

54

Metanogenesi (via acetoclastica)

Il processo metanigeno per opera di batteri acetoclastici è benrappresentato da una cinetica di Monod che può essere soggetta adinibizione da substrato (ad es. eccesso di acetato nel mezzo). Larelazione di Monod nel caso di inibizione assume la forma analitica:

S)KI(1KSμμ

Ismax

S)KI(1K

SμμIs

max

I, concentrazione della specie inibente a contatto con i microrganismi, [massa volume-1];KI, coefficiente di semisaturazione, corrispondente alla concentrazione di inibente I, in

corrispondenza della quale la velocità di utilizzo del substrato per unità di massa dimicrorganismi è pari alla metà della velocità massima, [massa volume-1].

55

Metanogenesi (idrogenotrofi):• Il processo metanigeno operato dai batteri idrogenotrofi è del tipo di

Monod a due substrati, S1 e S2, che rappresentano, rispettivamente, laconcentrazione di idrogeno e di biossido di carbonio

2S2

2

1S1

1MAX SK

SSK

Sμμ

2S2

2

1S1

1MAX SK

SSK

Sμμ

S1, concentrazione dell’idrogeno a contatto con i microrganismi, [massa volume-1];S2, concentrazione del biossido di carbonio a contatto con i microrganismi, [massa volume-1];KS1, coefficiente di semisaturazione, corrispondente alla concentrazione di substrato S1, alla

quale la velocità di utilizzo del substrato per unità di massa di microrganismi è pari allametà della velocità massima, [massa volume-1];

KS2, coefficiente di semisaturazione, corrispondente alla concentrazione di substrato S2, allaquale la velocità di utilizzo del substrato per unità di massa di microrganismi è pari allametà della velocità massima, [massa volume-1]. 56

Valori tipici dei coefficienti

Unità di misura MetanogenesiAcetoclastica

MetanogenesiIdrogenotrofa

maxKmaxKSYKd

d-1


g VSS/g CODd-1

0.1 – 0.42 – 7

50 – 6000.02 – 0.050.02 – 0.04

1– 425 – 35

0.01 – 0.10.04 – 0.1

0.01 – 0.04

maxKmaxKSYKd

d-1


g VSS/g CODd-1

0.1 – 0.42 – 7

50 – 6000.02 – 0.050.02 – 0.04

1– 425 – 35

0.01 – 0.10.04 – 0.1

0.01 – 0.04

57

Parametri di gestione del reattore

• tempo medio di residenza idraulico (HRT), [giorni];• tempo medio di residenza dei solidi, in prima approssimazione, o dei

microrganismi (SRT), [giorni];• carico organico riferito al volume del reattore (OLR),

[kgsubstrato/m3reattore per giorno];• carico organico riferito alla biomassa o ai solidi volatili nel reattore

(CF), [kgsubstrato/kgTVSgiorno];• produzione specifica di gas (SGP), [m3biogas/kgsubstrato

alimentato];• velocità di produzione del biogas (GPR), [m3biogas /m3reattore

giorno];• efficienza di rimozione del substrato, [%].

• tempo medio di residenza idraulico (HRT), [giorni];• tempo medio di residenza dei solidi, in prima approssimazione, o dei

microrganismi (SRT), [giorni];• carico organico riferito al volume del reattore (OLR),

[kgsubstrato/m3reattore per giorno];• carico organico riferito alla biomassa o ai solidi volatili nel reattore

(CF), [kgsubstrato/kgTVSgiorno];• produzione specifica di gas (SGP), [m3biogas/kgsubstrato

alimentato];• velocità di produzione del biogas (GPR), [m3biogas /m3reattore

giorno];• efficienza di rimozione del substrato, [%].

58Trattamento fanghi DA - 10

Tempo medio di residenza idraulico (HRT)

Il tempo medio di residenza idraulico (HRT) è definito come il rapportotra il volume del reattore considerato e la portata di alimentazione alreattore. E’ generalmente > 15 giorni (in processi mono-stadio)

QVHRT QVHRT

dove: HRT, tempo medio di residenza idraulico, [giorni];V, volume del reattore, [m3];Q, portata al reattore, [m3/giorno].


Tempo medio di residenza dei fanghi (SRT)

E ‘ diverso da HRT solo se si ha ricircolo di parte della biomassa effluente

WxXVxXSRT WxXVxXSRT

dove:

SRT, tempo medio di residenza dei fanghi, [giorni];V, volume del reattore, [m3];X, concentrazione dei solidi volatili all’interno del reattore,

[kgTVS/m3];W, portata di sostanza volatile estratta dal reattore,

[kgTVS/giorno]. 60Trattamento fanghi DA - 10

Carico organico volumetrico (OLR)

VS*Q

OLR =dove:OLR, fattore di carico organico volumetrico in termini

di substrato riferito al volume del reattore,[kgsubstrato/m3

reattoregiorno];Q, portata influente, [m3/giorno];S, concentrazione di substrato nella portata

influente, [kg/m3];V, volume del reattore, [m3].

dove:OLR, fattore di carico organico volumetrico in termini

di substrato riferito al volume del reattore,[kgsubstrato/m3

reattoregiorno];Q, portata influente, [m3/giorno];S, concentrazione di substrato nella portata

influente, [kg/m3];V, volume del reattore, [m3].


Carico organico riferito alla biomassa oai solidi volatili nel reattore (CF o F/M)

X*VS*Q

CF =

dove:CF, fattore di carico organico in termini di substrato (riferito

alla biomassa o a i solidi volatili nel reattore),[kgsubstrato/kgTVS giorno];

Q, portata influente, [m3/giorno];S, concentrazione di substrato nella portata influente,

[kgTVS/m3];V, volume del reattore, [m3];X, concentrazione dei solidi volatili all’interno del reattore,

[kgTVS/m3]. 62Trattamento fanghi DA - 10

Produzione specifica di gas (SGP)

SQQ

SGP biogas

*

SGP, produzione specifica di biogas,[m3biogas/kgsubstratoalimentato];

Qbiogas, portata di biogas prodotto, [m3/giorno];Q, portata influente, [m3/giorno];S, concentrazione di substrato nella portata

influente, [kg substrato/m3].63Trattamento fanghi DA - 10

Velocità di produzione del biogas (GPR)

VQ

GPR biogasdove:

GPR, velocità di produzione del biogas, [m3biogas/m3

reattoregiorno];Qbiogas, portata di biogas prodotto, [m3/giorno];V, volume del reattore, [m3].

dove:

GPR, velocità di produzione del biogas, [m3biogas/m3

reattoregiorno];Qbiogas, portata di biogas prodotto, [m3/giorno];V, volume del reattore, [m3].


Efficienza di rimozione del substrato

SQSeQSQ

***%

_

ŋ, percentuale di TVS rimossi, [%];Q, portata influente ed effluente, [m3/giorno];S, concentrazione di TVS nella portata influente, [kg/m3];Se, concentrazione di TVS nella portata effluente calcolata come differenza

tra la massa entrante ed il biogas prodotto (flussi di più facilequantificazione), [kg/m3].


Rimozione dei solidi volatili

x100)VS(VSVS

VSVSRimozioneoutinin

outinVS%

dove:

VSin percentuale della frazione volatilenell’influente, %;

VSout percentuale della frazione volatilenell’effluente, %;


Parametri di stabilità del processo

• il pH,• la concentrazione di acidi grassi volatili (VFA),• l’alcalinità,• il rapporto tra acidi grassi volatili ed alcalinità,• la produzione e composizione percentuale del

biogas,• la temperatura.

• il pH,• la concentrazione di acidi grassi volatili (VFA),• l’alcalinità,• il rapporto tra acidi grassi volatili ed alcalinità,• la produzione e composizione percentuale del

biogas,• la temperatura.


pH• Il pH fornisce un’indicazione della stabilità del mezzo di reazione, in

quanto una sua variazione è associata sia alla capacità tamponante delsistema da parte del mezzo di reazione che a variazioni dell’equilibriotra le specie che partecipano alla catena trofica dei microrganismicoinvolti nel processo.

• Per valori di pH compresi tra 6.5 e 7.5 il processo di digestione ègeneralmente considerato stabile.

• Il valore del pH in un digestore è determinato essenzialmente dallapresenza di CO2 nel mezzo liquido, e quindi dalla sua pressioneparziale nel biogas e dai valori di concentrazioni degli acidi grassivolatili e dell’ammoniaca.

• Essendo questo parametro il “risultato” di altre reazioni (solubilitàdella CO2, alcalinità, equilibrio con i VFA…) la sua variazione è“ritardata” rispetto all’effettivo andamento del processo

• Il pH fornisce un’indicazione della stabilità del mezzo di reazione, inquanto una sua variazione è associata sia alla capacità tamponante delsistema da parte del mezzo di reazione che a variazioni dell’equilibriotra le specie che partecipano alla catena trofica dei microrganismicoinvolti nel processo.

• Per valori di pH compresi tra 6.5 e 7.5 il processo di digestione ègeneralmente considerato stabile.

• Il valore del pH in un digestore è determinato essenzialmente dallapresenza di CO2 nel mezzo liquido, e quindi dalla sua pressioneparziale nel biogas e dai valori di concentrazioni degli acidi grassivolatili e dell’ammoniaca.

• Essendo questo parametro il “risultato” di altre reazioni (solubilitàdella CO2, alcalinità, equilibrio con i VFA…) la sua variazione è“ritardata” rispetto all’effettivo andamento del processo


Acidi grassi volatili• Il livello di concentrazione degli acidi volatili, generalmente

espresso in termini di acido acetico o di COD, dipende daltipo di substrato trattato, e varia da circa 200 fino a 2000mgAc/l. Di norma non è la concentrazione assoluta adessere assunta come parametro di stabilità ma piuttosto lavariazione di concentrazione: variazioni repentine conincremento della concentrazione indicano che il processosta scivolando verso processi acidogenici piuttosto chemetanogenici.

• L’acido acetico è sempre presente e visibile ed è il piùabbondante tra gli acidi. La presenza di acido propionico èindice di instabilità lungo la catena trofica

• Il livello di concentrazione degli acidi volatili, generalmenteespresso in termini di acido acetico o di COD, dipende daltipo di substrato trattato, e varia da circa 200 fino a 2000mgAc/l. Di norma non è la concentrazione assoluta adessere assunta come parametro di stabilità ma piuttosto lavariazione di concentrazione: variazioni repentine conincremento della concentrazione indicano che il processosta scivolando verso processi acidogenici piuttosto chemetanogenici.

• L’acido acetico è sempre presente e visibile ed è il piùabbondante tra gli acidi. La presenza di acido propionico èindice di instabilità lungo la catena trofica


Alcalinità (effetto tampone)

CO2 + H2O HCO3- + H+ HCO3

- + NH4+ NH4HCO3

• L’alcalinità rappresenta la capacità di un sistema dineutralizzare protoni ed è generalmente espressa intermini di concentrazione di carbonato di calcio. Questaviene determinata, analiticamente, sulla fase liquidapresente nel reattore, per titolazione con acidocloridrico.

• Valori di alcalinità dell’ordine di 2500-5000 mg CaCO3 perlitro sono tipici per i digestori anaerobici operanti incondizioni stabili.

• L’alcalinità rappresenta la capacità di un sistema dineutralizzare protoni ed è generalmente espressa intermini di concentrazione di carbonato di calcio. Questaviene determinata, analiticamente, sulla fase liquidapresente nel reattore, per titolazione con acidocloridrico.

• Valori di alcalinità dell’ordine di 2500-5000 mg CaCO3 perlitro sono tipici per i digestori anaerobici operanti incondizioni stabili.


Rapporto acidi grassi volatili/alcalinità, α

• La concentrazione degli acidi grassi volatili e l’alcalinità sono i dueparametri che mostrano una più rapida variazione quando il sistematende ad allontanarsi da condizioni di stabilità.

• Dal momento che, in caso di problemi, la concentrazione degli acidigrassi tende ad aumentare mentre l’alcalinità tende a diminuire, unutile parametro da considerare è il rapporto tra queste due grandezze.

• Gli acidi grassi, al numeratore, sono espressi in termini di acido acetico,mentre l’alcalinità viene espressa in termini di concentrazione delcarbonato di calcio.

• Valori del rapporto α intorno a 0.3 indicano una operatività stabile deldigestore, mentre valori superiori possono indicare l’insorgere diaccumulo di acidi grassi e problemi di stabilità del processo.

• La concentrazione degli acidi grassi volatili e l’alcalinità sono i dueparametri che mostrano una più rapida variazione quando il sistematende ad allontanarsi da condizioni di stabilità.

• Dal momento che, in caso di problemi, la concentrazione degli acidigrassi tende ad aumentare mentre l’alcalinità tende a diminuire, unutile parametro da considerare è il rapporto tra queste due grandezze.

• Gli acidi grassi, al numeratore, sono espressi in termini di acido acetico,mentre l’alcalinità viene espressa in termini di concentrazione delcarbonato di calcio.

• Valori del rapporto α intorno a 0.3 indicano una operatività stabile deldigestore, mentre valori superiori possono indicare l’insorgere diaccumulo di acidi grassi e problemi di stabilità del processo.


Produzione e composizione del biogas• Il monitoraggio della quantità e della composizione (in termini di metano e

biossido di carbonio) del biogas è di fondamentale importanza per ilcontrollo della stabilità del processo di digestione anaerobica.

• Se il reattore sta operando in condizioni di stabilità la produzione e lacomposizione del biogas risultano costanti.

• Una diminuzione nella produzione complessiva di biogas ed un aumentonella percentuale di CO2 possono indicare fenomeni di inibizione a dannodella componente metanogena dovuti, ad esempio, all’eccessiva presenza diacidi grassi volatili ed inibizione del processo. Ne consegue che l’analisi dellaproduzione (SGP e GPR) e della composizione percentuale del biogas (CH4 60-70%) dovrebbe sempre essere associata al controllo di parametri quali laconcentrazione degli acidi grassi volatili e l’alcalinità del mezzo. Questirisultano, infatti, in forte correlazione tra loro, ma solo la loro valutazionecomplessiva consente la verifica della effettiva stabilità del processo didigestione.

• Si potrà osservare che in presenza di eccessivi carichi di substrato lapercentuale di CO2 tende a crescere, a scapito della presenza di metano.Tutto ciò in stretta relazione con le variazioni di concentrazione degli acidigrassi volatili nel mezzo.

• Il monitoraggio della quantità e della composizione (in termini di metano ebiossido di carbonio) del biogas è di fondamentale importanza per ilcontrollo della stabilità del processo di digestione anaerobica.

• Se il reattore sta operando in condizioni di stabilità la produzione e lacomposizione del biogas risultano costanti.

• Una diminuzione nella produzione complessiva di biogas ed un aumentonella percentuale di CO2 possono indicare fenomeni di inibizione a dannodella componente metanogena dovuti, ad esempio, all’eccessiva presenza diacidi grassi volatili ed inibizione del processo. Ne consegue che l’analisi dellaproduzione (SGP e GPR) e della composizione percentuale del biogas (CH4 60-70%) dovrebbe sempre essere associata al controllo di parametri quali laconcentrazione degli acidi grassi volatili e l’alcalinità del mezzo. Questirisultano, infatti, in forte correlazione tra loro, ma solo la loro valutazionecomplessiva consente la verifica della effettiva stabilità del processo didigestione.

• Si potrà osservare che in presenza di eccessivi carichi di substrato lapercentuale di CO2 tende a crescere, a scapito della presenza di metano.Tutto ciò in stretta relazione con le variazioni di concentrazione degli acidigrassi volatili nel mezzo.


Temperatura

• Dato che i processi di degradazione anaerobica sono determinatidall’attività di popolazioni microbiche eterogenee l’effetto delle variazionidi temperatura è particolarmente importante. Ciò è imputabile al fattoche, al variare della temperatura, non si avrà un semplice rallentamento oaccelerazione dei processi metabolici ma la vera e propria sostituzione dipopolazioni batteriche, che risultano presenti solo in alcuni ristrettiintervalli di temperatura. Variazioni di soli 2-3 °C possono influire sulleprestazioni generali del processo, specialmente in prossimità dei limitidell’intervallo operativo. Ne deriva la necessità di controllare conparticolare accuratezza i sistemi di controllo per il funzionamento deidispositivi di riscaldamento. E’ stato riscontrato che i processi didigestione anaerobica in regime mesofilo mostrano le migliori produzionidi biogas in intervalli di temperatura compresi tra i 30 ed i 35 °C, mentrenel caso di processi termofili l’intervallo si allarga e varia tra i 40 ed i 60 °C.In generale si può osservare che, all’interno dell’intervallo ottimale, laproduzione di biogas e la rimozione di substrato incrementano al cresceredella temperatura (Stafford et al., 1980).

• Dato che i processi di degradazione anaerobica sono determinatidall’attività di popolazioni microbiche eterogenee l’effetto delle variazionidi temperatura è particolarmente importante. Ciò è imputabile al fattoche, al variare della temperatura, non si avrà un semplice rallentamento oaccelerazione dei processi metabolici ma la vera e propria sostituzione dipopolazioni batteriche, che risultano presenti solo in alcuni ristrettiintervalli di temperatura. Variazioni di soli 2-3 °C possono influire sulleprestazioni generali del processo, specialmente in prossimità dei limitidell’intervallo operativo. Ne deriva la necessità di controllare conparticolare accuratezza i sistemi di controllo per il funzionamento deidispositivi di riscaldamento. E’ stato riscontrato che i processi didigestione anaerobica in regime mesofilo mostrano le migliori produzionidi biogas in intervalli di temperatura compresi tra i 30 ed i 35 °C, mentrenel caso di processi termofili l’intervallo si allarga e varia tra i 40 ed i 60 °C.In generale si può osservare che, all’interno dell’intervallo ottimale, laproduzione di biogas e la rimozione di substrato incrementano al cresceredella temperatura (Stafford et al., 1980).


Tossicità dell’ambiente di crescita

• i metanogeni sono comunemente considerati imicrorganismi più sensibili di tutto il consorziobatterico deputato alla conversione anaerobica dellesostanze organiche a metano in quanto caratterizzatida una bassa velocità di crescita.

• Sono possibili essenzialmente due cause di tossicità:1. Tossicità da substrato2. Tossicità derivante da elementi inibenti

• i metanogeni sono comunemente considerati imicrorganismi più sensibili di tutto il consorziobatterico deputato alla conversione anaerobica dellesostanze organiche a metano in quanto caratterizzatida una bassa velocità di crescita.

• Sono possibili essenzialmente due cause di tossicità:1. Tossicità da substrato2. Tossicità derivante da elementi inibenti


Tossicità derivante da elementi inibenti

• l’acido solfidrico,• l’azoto ammoniacale, solo a concentrazioni

maggiori di 1500 -2000 mg/l;• la salinità,• cloroformio ed altri solventi clorurati,• disinfettanti quali formaldeide e fenoli,• oltre a varie specie metalliche.

• l’acido solfidrico,• l’azoto ammoniacale, solo a concentrazioni

maggiori di 1500 -2000 mg/l;• la salinità,• cloroformio ed altri solventi clorurati,• disinfettanti quali formaldeide e fenoli,• oltre a varie specie metalliche.


Processi

Rifiuto organico

STADIO I:Idrolisi

Rifiutoidrolizzato Biogas

Effluenteliquido

STADIO II:Metanogenesi

Rifiutoorganico

Effluenteliquido

Biogas

Substrato

Substrato

SubstratoIdrolizzat

oRifiuto organico

STADIO I:Idrolisi

Rifiutoidrolizzato Biogas

Effluenteliquido

STADIO II:Metanogenesi

Rifiutoorganico

Effluenteliquido

Biogas

Substrato

Substrato

SubstratoIdrolizzat

o

FASE UNICA FASI SEPARATE


Processo in reattore continuocompletamente miscelato senza ricircolo

(CSTR)

Q, S Q, X, SeQ, S,X

X, V, SeX 0

dS

max kSk

SμHRT

1VQ


• S0, concentrazione di substrato influente, [massa volume-1];• S, concentrazione di substrato effluente, [massa volume-1];• HRT, tempo di ritenzione idraulica, [tempo];• k, massima velocità di utilizzo del substrato per unità di massa di

microrganismi, [tempo –1];• X, concentrazione di biomassa nel reattore; [massa volume-1];• kS, coefficiente di semisaturazione, corrispondente alla

concentrazione di substrato S alla quale la velocità di utilizzo delsubstrato per unità di massa di microrganismi è pari alla metà dellavelocità massima, [massa volume-1].

0Sk

kXSHRTS)(SS

0

• S0, concentrazione di substrato influente, [massa volume-1];• S, concentrazione di substrato effluente, [massa volume-1];• HRT, tempo di ritenzione idraulica, [tempo];• k, massima velocità di utilizzo del substrato per unità di massa di

microrganismi, [tempo –1];• X, concentrazione di biomassa nel reattore; [massa volume-1];• kS, coefficiente di semisaturazione, corrispondente alla

concentrazione di substrato S alla quale la velocità di utilizzo delsubstrato per unità di massa di microrganismi è pari alla metà dellavelocità massima, [massa volume-1].


1)kHRT(Yk)HRTk(1kS

d

dS

EQUAZIONI DI PROGETTO

HRT)k(1S)Y(S

HRT)kk(1S)(SμX

d

0

d

0max


Processo in reattore continuo completamentemiscelato con ricircolo (CSTR)

Q, S Q+Qr, X, Se

SeparazioneSolido/liquido

Q, Se, Xe

Qr, Xr, Se

Qw, Xr

Qw

Q, S Q+Qr, X, Se

SeparazioneSolido/liquido

Q, Se, Xe

Qr, Xr, Se

Qw, Xr

VR, X, SeVS


EQUAZIONI DI PROGETTO

• HRT SRT

QV

HRT RR Q

VVHRT SR

S

Q

VHRT R

R QVV

HRT SRS

SRT)k(1S)Y(S

HRTSRTX

d

0

1)k(Yk)SRTk(1

SRTK

Sd

ds


DIMENSIONAMENTO DEI REATTORI PERDIGESTIONE ANAEROBICA

tempo di residenza medio dei microrganismi fattori di carico fattori di carico basati sulla popolazione servita

tempo di residenza medio dei microrganismi fattori di carico fattori di carico basati sulla popolazione servita


HRT/SRT consigliati nei digestori acompleta miscelazione

temperatura diesercizio

SRTminimo

SRT suggeritoda progetto

SRT adottato

°C d d d18 11 28 30-9024 8 2024 8 20

30 6 14

35 4 12 15-2055 12-15


Tipici coefficienti cinetici per ladigestione anaerobica di diversi substrati

coefficienti u.m. range tipico

fango domestico Y mgVSS/mgBOD5 0.040-0.100 0.06

kd d-1 0.020-0.040 0.03

acidi grassi Y mgVSS/mgBOD5 0.040-0.070 0.050

kd d-1 0.030-0.050 0.040

carboidrati Y mgVSS/mgBOD5 0.020-0.040 0.024

kd d-1 0.025-0.035 0.03

proteine Y mgVSS/mgBOD5 0.050-0.090 0.075

kd d-1 0.010-0.020 0.014


I fattori di carico

• Per digestori a basso carico viene applicatonormalmente un HRT tra 30 e 90 d, mentre ilcarico organico è compreso tra 0.5 e 1.5kgTVSalim/(m3·d).

• Per digestori ad alto carico i tempi diritenzione sono compresi tra 12 e 20 d,applicando un carico organico pari a circa 1.5-4.5 kgTVSalim/(m3·d). Maggiore è il caricoorganico, maggiore è la difficoltà dimiscelazione.

• Per digestori a basso carico viene applicatonormalmente un HRT tra 30 e 90 d, mentre ilcarico organico è compreso tra 0.5 e 1.5kgTVSalim/(m3·d).

• Per digestori ad alto carico i tempi diritenzione sono compresi tra 12 e 20 d,applicando un carico organico pari a circa 1.5-4.5 kgTVSalim/(m3·d). Maggiore è il caricoorganico, maggiore è la difficoltà dimiscelazione.


Dimensionamento sulla base dellapopolazione servita

Parametro u.m. Digestore acarico

standard

Digestore ad altocarico

Volume

fango primario m3/AE 0.057-0.085 0.037-0.057fango primario m3/AE 0.057-0.085 0.037-0.057

fango primario + fango attivo m3/AE 0.0113-0.170

0.074-0.113

carico volumetrico kgVSS/m3d 0.64-1.6 1.6-3.2

SRT d 30-60 15-20


Progetto dei digestori




LA MISCELAZIONE



tipo di miscelatore vantaggi svantaggi

Tutti i sistemi Aumento del grado distabilizzazione del fango

corrosione delle tubazioni e delle parti in ferro.Sistemi che si rovinano con la presenza di

sabbia. La presenza di materiale non sminuzzatoprovoca occlusioni

Iniezione di gas

Non confinato

Lance sullacopertura

Minore manutenzione e menoostacoli per la pulizia rispettoai diffusori monatti sul fondo.Efficaci contro la formazione

di schiume.

corrosione delle tubazioni e delleapparecchiature. Elevata manutenzione per i

compressori. Potenziali problemi per sigillare ilgas. Problemi ai compressori se avviene

l’ingresso di schiume. Deposizione dei solidi.Occlusione delle lance interne

Minore manutenzione e menoostacoli per la pulizia rispettoai diffusori monatti sul fondo.Efficaci contro la formazione

di schiume.

corrosione delle tubazioni e delleapparecchiature. Elevata manutenzione per i

compressori. Potenziali problemi per sigillare ilgas. Problemi ai compressori se avviene

l’ingresso di schiume. Deposizione dei solidi.Occlusione delle lance interne

Diffusori sulfondo

Migliore movimentazione deidepositi sul fondo rispetto al

sistema con lance

Corrosione delle tubazioni e delleapparecchiature. Elevata manutenzione per i

compressori. Potenziali problemi per contenereil gas. Problemi di schiume. Contenuto noncompletamente miscelato. Formazione di

schiume. Intasamento dei diffusori. I depositi sulfondo possono alterare il tipo di

miscelazione.rottura delle tubazioni di gasistallate sul fondo. Richiesta di asciugatura del

digestore per manutenzione.


Confinati

Gas lifter Migliore miscelazione,produzione di gas e miglioremovimentazione dei depositisul fondo che nei sistemi alance. Minore richiesta di

energia.

Corrosione delle tubazioni e delleapparecchiature. Elevata manutenzione per

compressori. Potenziali problemi per ilcontenimento del gas. Corrosione del gas lifter.Interferenza del sistema di sollevamento (lifter)

con i dispositivi di pulizia. Formazione dischiume. Non buona miscelazione della parte

superiore. Velocità delle pompe variabile.Richiesta di asciugatura del digestore per

manutenzione se istallato sul fondo.

Pistoni a gas Buona efficienza dimiscelazione

Corrosione delle tubazioni e delleapparecchiature. Elevata manutenzione per

compressori. Potenziali problemi per ilcontenimento del gas. Apparecchiatura montataall’interno. Rottura della tubazione del gas sul

fondo. Intasamento dei pistoni e della tubazione.Richiesta di asciugatura del digestore per

manutenzione. I pistoni interferiscono con leoperazioni di pulizia del digestore.


Miscelazionemeccanica

Turbine abassa velocità

Buona efficienza dimiscelazione

logoramento delle lance e delle pompe.Rottura dei cuscinetti. Interferenza dellepompe con materiale non sminuzzato.

Richiesta di sovradimensionamento delletrasmissioni. Perdita di gas nel sigillare le

lance.

Miscelatori abassa velocità

Rottura degli strati dischiume

non progettato per miscelare l’interocontenuto del reattore. Rottura dei

cuscinetti e delle trasmissioni. Usura dellepompe. Interferenza delle pompe con

materiale non sminuzzato


Sollevamentomeccanico

Diffusori interni Buona miscelazione dal fondoalla cima. Formazione minimadi schiume

sensibile al livello del liquido. Corrosione eusura delle pompe. Rottura cuscinetti e

trasmissioni. Necessità di sovradimensionare letrasmissioni. Intasamento dei diffusoriprovocato da materiale non sminuzzato

Diffusori esterni Buona miscelazione dal fondoalla cima. Formazione minima

di schiume





Pompe Buona miscelazione. Strato dischiume ricircolato. I depositi

di fango possono esserericircolati. La manutenzionedelle pompe è semplificata

rispetto ai compressori

la manutenzione degli ugelli necessita di togliereacqua. Usura delle pompe. Intasamento delle

pompe con materiale non sminuzzato. Rotturadei cuscinetti.


Parametri tipici di progetto persistemi di miscelazione

parametro definizione valore tipico

energia elettrica unitaria energia per il motore delsistema di miscelazione in kW

diviso il volume del digestore inm3, kW/m3

sistemi meccanici:0.005-0.008 kW/m3 per fanghi

primari o misti0,025-0,050 kW/m3 per fanghi

preispessito al 5%TS, o percodigestione di fanghi con

diversi substrati

portata unitaria di gas quantità di gas iniettata daisistemi di iniezione in m3/min

diviso il volume di gascontenuto nel digestore in m3,

m3/m3 min

sistemi non confinati:0.0045-0.005 m3/m3 min

sistemi confinati:0.005-0.007 m3/m3 min

portata unitaria di gas quantità di gas iniettata daisistemi di iniezione in m3/min

diviso il volume di gascontenuto nel digestore in m3,

m3/m3 min

sistemi non confinati:0.0045-0.005 m3/m3 min

sistemi confinati:0.005-0.007 m3/m3 min

gradiente di velocità la radice quadrata del rapportodell’energia utilizzata per unità

di volume diviso il valoreassoluto della viscosità del

fango, G, s-1

tutti i sistemi:50-80 s-1

tempo di ricambio il volume del digestore diviso laportata di fango, min

sistemi di miscelazione chiusi esistemi meccanici:

20-30 min

96

Biogas prodotto• La quantità di metano prodotta può essere calcolata usando l'equazione

seguente:

• V = volume di metano prodotto in condizioni standard (m3/d)• 0.35= coefficiente di conversione teorica da kgBODL a m3 di CH4 e CO2,

m3CH4/kgBOD5• Q= portata (m3/d)• S0= BODL influente (mg/l)• S= BODL effluente (mg/l)• Px= cellule prodotte (quantitativo netto) kg/d

La riduzione in solidi volatili ottenibile dalla digestione anaerobica di miscele difanghi (primari e secondari) varia dal 45 al 60%. Per un digestore ad alto caricocompletamente miscelato senza ricircolo la biomassa sintetizzatagiornalmente, Px può essere stimata dalla seguente equazione:

]42.1))[(35.0( 04 xCH PQSSV

• La quantità di metano prodotta può essere calcolata usando l'equazioneseguente:

• V = volume di metano prodotto in condizioni standard (m3/d)• 0.35= coefficiente di conversione teorica da kgBODL a m3 di CH4 e CO2,

m3CH4/kgBOD5• Q= portata (m3/d)• S0= BODL influente (mg/l)• S= BODL effluente (mg/l)• Px= cellule prodotte (quantitativo netto) kg/d

La riduzione in solidi volatili ottenibile dalla digestione anaerobica di miscele difanghi (primari e secondari) varia dal 45 al 60%. Per un digestore ad alto caricocompletamente miscelato senza ricircolo la biomassa sintetizzatagiornalmente, Px può essere stimata dalla seguente equazione:

QSSYSRTkQSSYP obs

dx

)(1

])[(0

0

97

Produzione, raccolta ed uso del gas

Il biogas prodotto contiene, a seconda dellecondizioni operative, una percentuale:

• in metano pari a circa il 55-70%• in CO2 pari a circa il 30-45%• piccole quantità di N2, H2 e H2S• Ha un peso specifico di 0.86 rispetto all'aria

Il biogas prodotto contiene, a seconda dellecondizioni operative, una percentuale:

• in metano pari a circa il 55-70%• in CO2 pari a circa il 30-45%• piccole quantità di N2, H2 e H2S• Ha un peso specifico di 0.86 rispetto all'aria

98

Produzione di gas

Valori tipici di SGP sono:

• 0.2 - 0.5 m3/kgTVSalim per fanghi primari• 0.2 m3/kgTVSalim per fanghi biologici di supero• 0.7-0.8 m3/kgTVSalim per la digestione della

FORSU (frazione organica di RSU) o altri refluidell’agro-industria

Valori tipici di SGP sono:

• 0.2 - 0.5 m3/kgTVSalim per fanghi primari• 0.2 m3/kgTVSalim per fanghi biologici di supero• 0.7-0.8 m3/kgTVSalim per la digestione della

FORSU (frazione organica di RSU) o altri refluidell’agro-industria

99

Produttività substrati m3 biogas /t substrato

Trattamento fanghi DA - 10 100

• La SGP o la GPR possono essere verificate durante la gestione tecnicadel digestore secondo le due espressioni che seguono:

• SGP = (Qbio/LTVS)• GPR = (Qbio/V)

Dove

• Qbio è la portata di biogas in m3• LTVS è il carico di massa di solidi volatili entrante al digestore• V volume del digestore

• La produzione di gas può essere stimata in 15-22 m3/(1000abitanti·d) inimpianti di semplice trattamento primario, mentre dove viene applicatoil trattamento secondario la produzione di gas arriva a 28m3/(1000abitanti·d).

• La SGP o la GPR possono essere verificate durante la gestione tecnicadel digestore secondo le due espressioni che seguono:

• SGP = (Qbio/LTVS)• GPR = (Qbio/V)

Dove

• Qbio è la portata di biogas in m3• LTVS è il carico di massa di solidi volatili entrante al digestore• V volume del digestore

• La produzione di gas può essere stimata in 15-22 m3/(1000abitanti·d) inimpianti di semplice trattamento primario, mentre dove viene applicatoil trattamento secondario la produzione di gas arriva a 28m3/(1000abitanti·d).

101

Raccolta del gas

102

BiogasBILANCIO TERMICO

Dispersionitermiche

103

Caldaia Alimentazione

Ricircolo

UTILIZZO DEL BIOGAS

• Il metano puro a pressione e temperatura standard, haun potere calorico pari a 35.800 kJ/m3.

• Il biogas, data la percentuale di metano ha un poterecalorico che si assume pari a 22.400 kJ/m3 (5500kcal/m3). Nei grandi impianti viene utilizzato comecombustibile per boilers o motori a combustione interna(previa eliminazione di H2S, vapore e piccole particelleattraverso scrubbers a secco o a umido). Viene utilizzatoper il riscaldamento del fango in ingresso e del ricircolo.

• Il metano puro a pressione e temperatura standard, haun potere calorico pari a 35.800 kJ/m3.

• Il biogas, data la percentuale di metano ha un poterecalorico che si assume pari a 22.400 kJ/m3 (5500kcal/m3). Nei grandi impianti viene utilizzato comecombustibile per boilers o motori a combustione interna(previa eliminazione di H2S, vapore e piccole particelleattraverso scrubbers a secco o a umido). Viene utilizzatoper il riscaldamento del fango in ingresso e del ricircolo.

104

Analisi delle richieste di energia termica• Nel calcolo dell'energia richiesta per il riscaldamento del

fango in ingresso al digestore, si assume che il calorespecifico dei fanghi e/o biomasse è essenzialmente lostesso di quello dell'acqua reflua. E' stato verificatosperimentalmente che questa assunzione èsufficientemente accettabile dal punto di vista dei calcoliingegneristici. Pertanto, il calore da fornire per ilriscaldamento dei fanghi sarà:

q = Cs x Q x (Tdig-Ting)

• Nel calcolo dell'energia richiesta per il riscaldamento delfango in ingresso al digestore, si assume che il calorespecifico dei fanghi e/o biomasse è essenzialmente lostesso di quello dell'acqua reflua. E' stato verificatosperimentalmente che questa assunzione èsufficientemente accettabile dal punto di vista dei calcoliingegneristici. Pertanto, il calore da fornire per ilriscaldamento dei fanghi sarà:

q = Cs x Q x (Tdig-Ting)

105

Dove,q, calore disperso, kcal/dieCs, coefficiente di scambio termico, kcal/m3

Q, portata, m3/dieT, delta termico tra interno ed esterno, °C

Analisi delle richieste di energia termica

• Il secondo termine da considerare sono leperdite, calcolabili da:

q= U x S x (Tdig-Test)

• Il secondo termine da considerare sono leperdite, calcolabili da:

q= U x S x (Tdig-Test)

106

Dove,q, calore disperso, kcal/dieU, coefficiente di scambio termico, kcal/m2°CdieT, delta termico tra interno ed esterno, °C

Coefficienti di scambio termico

1 Cemento armato Spessore 0,5 mCoeff. Cond. Termica 1,3 kcal/mh°C

2 Isoblock Spessore 0,2 mCoeff. Cond. Termica 0,58 kcal/mh°C

3 Poliuretano Spessore 0,08 m

Coeff. Cond. Termica 0,028 kcal/mh°C

4 Lamiera Spessore 0,004 mCoeff. Cond. Termica 0,025 kcal/mh°C

107

Calore prodotto(in caldaia)

qprodotto = Biogas (m3/d) x 5.500 kcal/m3 x 0,85

108

Calcolo della disponibilità termica

• Solo caldaia• Cogenerazione• In ogni caso, 5500 kcal/m3 disponibili• Resa gruppo co-generaizone: 35% elettrica,

50% termica (10-15% dispersioni)

• Solo caldaia• Cogenerazione• In ogni caso, 5500 kcal/m3 disponibili• Resa gruppo co-generaizone: 35% elettrica,

50% termica (10-15% dispersioni)

109

Esempio:

esempio superfici204m2

copertura

236m2pareti esterne

171m2pareti interrate

201m2pavimento

esempio superfici204m2

copertura

236m2pareti esterne

171m2pareti interrate

201m2pavimento

110

STABILIZZAZIONEAEROBICA FANGHISTABILIZZAZIONE

AEROBICA FANGHI

111

Impiegata per:

• fanghi di supero misti;• delle miscele fanghi di supero o fanghi di filtri

percolatori con fanghi primari;• fanghi di supero di grandi impianti ad

aerazione prolungata;• fanghi di impianti a fanghi attivi progettati

senza sedimentazione primaria.

• fanghi di supero misti;• delle miscele fanghi di supero o fanghi di filtri

percolatori con fanghi primari;• fanghi di supero di grandi impianti ad

aerazione prolungata;• fanghi di impianti a fanghi attivi progettati

senza sedimentazione primaria.

112

La stabilizzazione aerobica è stata inizialmente adottata in impianti conportate in ingresso inferiori a 0.2 m3/s; attualmente viene applicata anchein grandi impianti.

I vantaggi della stabilizzazione aerobica rispetto alla digestione anaerobica sono:• rimozione in solidi volatili paragonabile alla digestione anaerobica;• inferiore concentrazione in COD/BOD del liquido surnatante;• produzione di un fango finale privo di odore, simile all'humus e

biologicamente stabile;• recupero del valore fertilizzante del fango;• gestione operativa semplice;• minori costi di capitale (investimenti ridotti).

Gli svantaggi legati alla stabilizzazione aerobica sono:• notevoli costi energetici associati alla richiesta di ossigeno;• il fango prodotto ha scarse caratteristiche di didratabilità meccanica;• il processo è notevolmente condizionato dalla temperatura, dal luogo e tipo

di materiale della vasca;• non esiste produzione di metano per un eventuale recupero energetico.

La stabilizzazione aerobica è stata inizialmente adottata in impianti conportate in ingresso inferiori a 0.2 m3/s; attualmente viene applicata anchein grandi impianti.

I vantaggi della stabilizzazione aerobica rispetto alla digestione anaerobica sono:• rimozione in solidi volatili paragonabile alla digestione anaerobica;• inferiore concentrazione in COD/BOD del liquido surnatante;• produzione di un fango finale privo di odore, simile all'humus e

biologicamente stabile;• recupero del valore fertilizzante del fango;• gestione operativa semplice;• minori costi di capitale (investimenti ridotti).

Gli svantaggi legati alla stabilizzazione aerobica sono:• notevoli costi energetici associati alla richiesta di ossigeno;• il fango prodotto ha scarse caratteristiche di didratabilità meccanica;• il processo è notevolmente condizionato dalla temperatura, dal luogo e tipo

di materiale della vasca;• non esiste produzione di metano per un eventuale recupero energetico.

113

• Il processo di stabilizzazione aerobica è molto simile al processo diaerazione visto per il processo a fanghi attivi. Quando scompare ladisponibilità di nutrimento per i microorganismi, essi iniziano aconsumare le sostanze nutritive presenti all'interno del loroprotoplasma per ottenere l'energia necessaria per le reazioni dimantenimento.

• Questo fenomeno viene chiamato "respirazione endogena". In realtà,solo il 75-80% del tessuto cellulare può essere ossidato; la rimanenza ècomposta da sostanze inerti e non biodegradabili. In effetti si riesce adottenere una rimozione dei solidi volatili non superiore al 50%.

La reazione globale è la seguente:

C5H7NO2 + 7O2 ---> 5CO2 + NO3- + 3H2O + H+

• Il processo di stabilizzazione aerobica è molto simile al processo diaerazione visto per il processo a fanghi attivi. Quando scompare ladisponibilità di nutrimento per i microorganismi, essi iniziano aconsumare le sostanze nutritive presenti all'interno del loroprotoplasma per ottenere l'energia necessaria per le reazioni dimantenimento.

• Questo fenomeno viene chiamato "respirazione endogena". In realtà,solo il 75-80% del tessuto cellulare può essere ossidato; la rimanenza ècomposta da sostanze inerti e non biodegradabili. In effetti si riesce adottenere una rimozione dei solidi volatili non superiore al 50%.

La reazione globale è la seguente:

C5H7NO2 + 7O2 ---> 5CO2 + NO3- + 3H2O + H+

114

• Come si osserva, ha luogo un abbassamento del pH quandol'ammoniaca è ossidata a nitrato se l'alcalinità del sistema non è ingrado di tamponare la soluzione. Teoricamente, 7.1 grammi dialcalinità espressa come CaCO3 viene consumata per grammo diammoniaca ossidata. Qualora l'alcalinità del sistema non sia sufficientea mantenere le desiderate condizioni, è necessario prevederel'installazione di sistemi di alimentazione esterna di chemicals.

• Nella stabilizzazione aerobica di miscele di fanghi di supero e fanghiprimari avviene sia l'ossidazione delle sostanze organiche dei fanghiprimari che la respirazione endogena delle biomasse del superobiologico.

• I digestori aerobici possono essere progettati come reattore batch o incontinuo convenzionali o con ossigeno puro.

• Come si osserva, ha luogo un abbassamento del pH quandol'ammoniaca è ossidata a nitrato se l'alcalinità del sistema non è ingrado di tamponare la soluzione. Teoricamente, 7.1 grammi dialcalinità espressa come CaCO3 viene consumata per grammo diammoniaca ossidata. Qualora l'alcalinità del sistema non sia sufficientea mantenere le desiderate condizioni, è necessario prevederel'installazione di sistemi di alimentazione esterna di chemicals.

• Nella stabilizzazione aerobica di miscele di fanghi di supero e fanghiprimari avviene sia l'ossidazione delle sostanze organiche dei fanghiprimari che la respirazione endogena delle biomasse del superobiologico.

• I digestori aerobici possono essere progettati come reattore batch o incontinuo convenzionali o con ossigeno puro.

115

116

Stabilizzazione aerobica convenzionale

I fattori che è necessario considerare sono:

• la temperatura• la riduzione dei solidi volatili• il volume della vasca (e quindi l’HRT)• la richiesta di ossigeno• l'energia di miscelazione• le operazioni di processo.

I fattori che è necessario considerare sono:

• la temperatura• la riduzione dei solidi volatili• il volume della vasca (e quindi l’HRT)• la richiesta di ossigeno• l'energia di miscelazione• le operazioni di processo.

117

Parametri di progetto per idigestori aerobici

parametro unità di misura valore

HRT a circa 20°C,

solo fango attivo di supero d 10-15

fango attivo senza sedimentazione d 12-18

fango attivo ( o di filtri percolatori) e fango primario d 15-20

carico in solidi kgm3/d 1.6-4.8carico in solidi kgm3/d 1.6-4.8

richiesta di ossigeno

Fanghi secondari kO2/kg solidi rimossi 2.3

Fanghi primari kO2/kg BOD5 1.6-1.9

energia richiesta per la miscelazione

aeratori meccanici kW/103m3 20-40

a diffusione di aria m3/m3min 0.02-0.04

ossigeno disciolto residuo nel liquido mg/l 1-2

riduzione dei solidi sospesi volatili % 40-50118

La temperatura

• Poiché la maggior parte dei digestori aerobicisono vasche poste all'aperto, la temperaturadi esercizio e quindi la velocità del processobiologico dipende dalle condizioniatmosferiche. E' necessario assicurarecomunque l'isolamento delle pareti dellevasche; nei casi di climi particolarmente rigidisi deve considerare la possibilità delriscaldamento del fango o dell'aria, lacopertura della vasca o entrambe le cose.

• Poiché la maggior parte dei digestori aerobicisono vasche poste all'aperto, la temperaturadi esercizio e quindi la velocità del processobiologico dipende dalle condizioniatmosferiche. E' necessario assicurarecomunque l'isolamento delle pareti dellevasche; nei casi di climi particolarmente rigidisi deve considerare la possibilità delriscaldamento del fango o dell'aria, lacopertura della vasca o entrambe le cose.

119

La riduzione dei solidi

• L'andamento della rimozione dei solidi volatilipuò essere rappresentata dalla seguenteespressione cinetica del primo ordine:

MKdt

dMd MK

dtdM

d

dove:dM/dt = solidi volatili biodegradabili trasformati nell’unità di tempo,

(variazione di massa/tempo)Kd = costante cinetica, (tempo-1)M = concentrazione dei solidi volatili biodegradabili rimasti nel digestore

aerobico al tempo t, (massa/volume)

120

• Il tempo t rappresenta l'età del fango o il tempo di residenza dei solidi(SRT) nello stabilizzatore aerobico. In funzione di come viene condotto ilprocesso, il tempo t può essere uguale o considerevolmente più alto deltempo di ritenzione idraulica teorico (ricircolo dei solidi).

• Il termine Kd, è una funzione del tipo di fango, della temperatura e dellaconcentrazione dei solidi. I valori tipici sono 0.05 d-1 a 15 °C fino a 0.14 d-1

a 25 °C per fanghi di supero. Studi in scala pilota devono essere condottiper una maggiore precisione di questo parametro.

• La rimozione dei solidi è funzione diretta sia della temperatura delliquido nella vasca, sia dell'età del fango,

60

50

40

30

20

10

00 200 400 600 800 1000 1200 1300 1400 1500 1600 1800 2000

Rim

ozio

nede

isol

idiv

olat

ili, %

Temperatura in °C x età del fango, giorni

60

50

40

30

20

10

00 200 400 600 800 1000 1200 1300 1400 1500 1600 1800 2000

Rim

ozio

nede

isol

idiv

olat

ili, %

Temperatura in °C x età del fango, giorni121

Calcolo del volume della vasca (metodo I)

SRT/1PKX

YSXQV

vd

iii

V= volume del reattore aerobicoQi= portata media in ingresso al digestore, m3/dXi= solidi sospesi influenti, mg/lY= frazione del BOD5 influente in fango primario (espresso come decimale)Si= BOD5 influenteX= solidi sospesi nel digestore, mg/lKd= costante di velocità di reazione, d-1Pv= frazione di solidi sospesi volatili nel reattore (espresso come decimale)SRT=tempo di ritenzione dei solidi, d

V= volume del reattore aerobicoQi= portata media in ingresso al digestore, m3/dXi= solidi sospesi influenti, mg/lY= frazione del BOD5 influente in fango primario (espresso come decimale)Si= BOD5 influenteX= solidi sospesi nel digestore, mg/lKd= costante di velocità di reazione, d-1Pv= frazione di solidi sospesi volatili nel reattore (espresso come decimale)SRT=tempo di ritenzione dei solidi, d

Il termine YSi può essere trascurato se nell'alimentazione del reattore non viene incluso fangoprimario. La sopraindicata equazione non dovrebbe essere utilizzata per il calcolo del volume neisistemi dove ha luogo nitrificazione in maniera significativa.

122

Calcolo del volume della vasca (metodo II)• Il volume della vasca può essere calcolato attraverso dati di carichi di

massa.• Le tabelle sotto riportate indicano il carico organico volumetrico e il

tempo di ritenzione idraulico consigliato per diverse tipologie di fangoalle varie temperature.

temperatura (°C)

tipo di fango 5 10 20 30

carico organico volumetrico (kgVS/m3 giorno)

fango attivo 0.2 0.5 1.6 2

fango attivo senzasedimentazione

0.2 0.5 1.6 2

fango misto primario ebiologico

0.4 0.83 2 2

123

temperatura (°C)

tipo di fango 5 10 20 30

tempo di ritenzione idraulica

fango attivo 35 20 12 9

Calcolo del volume della vasca (metodo II)

fango attivo 35 20 12 9

fango attivo senzasedimentazione

45 22 16 12

fango misto primario ebiologico

55 26 18 14

124

Richiesta di ossigeno

• La richiesta di ossigeno deve essere tale da soddisfare l'ossidazione del tessutocellulare e del BOD5, qualora vengano miscelati anche fanghi primari. Larichiesta di ossigeno per il tessuto cellulare è pari a 7 mol/mol, circa 2.3 gO2/gdi cella. La richiesta di ossigeno per la completa ossidazione del BOD5contenuto nei fanghi primari è circa 1.6-1.9 g/g. La concentrazione residua diO2 deve essere mantenuta a circa 1 mg/l.

• Un modo alternativo per il calcolo della richiesta di ossigeno teorico èrappresentato dalla equazione seguente:

in cuiO2= ossigeno teorico richiesto, kg/dQ= portata influente, m3/dSV= concentrazione solidi volatili, kgSV/m3E= percentuale di rimozione solidi volatili, (valore decimale=E%/100)

• La richiesta di ossigeno deve essere tale da soddisfare l'ossidazione del tessutocellulare e del BOD5, qualora vengano miscelati anche fanghi primari. Larichiesta di ossigeno per il tessuto cellulare è pari a 7 mol/mol, circa 2.3 gO2/gdi cella. La richiesta di ossigeno per la completa ossidazione del BOD5contenuto nei fanghi primari è circa 1.6-1.9 g/g. La concentrazione residua diO2 deve essere mantenuta a circa 1 mg/l.

• Un modo alternativo per il calcolo della richiesta di ossigeno teorico èrappresentato dalla equazione seguente:

in cuiO2= ossigeno teorico richiesto, kg/dQ= portata influente, m3/dSV= concentrazione solidi volatili, kgSV/m3E= percentuale di rimozione solidi volatili, (valore decimale=E%/100)

2)42.1( OESVQ

125

Disidratazione fanghi

126

DISIDRATAZIONE (DEWATERING)

E' un'operazione unitaria fisica applicata per ridurre il contenuto diumidità del fango per le seguenti ragioni:

• diminuzione dei costi di trasporto del fango;• maggiore facilità di movimentazione del fango essiccato rispetto

a quello diluito;• incremento del contenuto energetico per il processo di

incenerimento;• minor uso di bulking-agent nel processo di compostaggio;• il fango disidratato è meno soggetto a putrescibilità ed

emanazione di odori;• riduzione della produzione di percolato quando il fango viene

smaltito in discarica.

E' un'operazione unitaria fisica applicata per ridurre il contenuto diumidità del fango per le seguenti ragioni:

• diminuzione dei costi di trasporto del fango;• maggiore facilità di movimentazione del fango essiccato rispetto

a quello diluito;• incremento del contenuto energetico per il processo di

incenerimento;• minor uso di bulking-agent nel processo di compostaggio;• il fango disidratato è meno soggetto a putrescibilità ed

emanazione di odori;• riduzione della produzione di percolato quando il fango viene

smaltito in discarica.

La disidratazione consiste quindi essenzialmente in un processo diseparazione solido-liquido. La separazione fisica può essere effettuataattraverso:

• - sedimentazione• - filtrazione• - compressione

A sua volta il processo di sedimentazione può essere realizzatosfruttando:

• la forza di gravità, come negli ispessitori,• la forza centrifuga, la flottazione e la forza magnetica.

La filtrazione può realizzarsi su vagli, filtri (sfruttando la gravità, lapressione, il sottovuoto, la forza centrifuga) o attraverso cross flow(membrane o filtri rotanti).

La compressione può avvenire con presse batch o in continuo (presse anastro, a vite)

La disidratazione consiste quindi essenzialmente in un processo diseparazione solido-liquido. La separazione fisica può essere effettuataattraverso:

• - sedimentazione• - filtrazione• - compressione

A sua volta il processo di sedimentazione può essere realizzatosfruttando:

• la forza di gravità, come negli ispessitori,• la forza centrifuga, la flottazione e la forza magnetica.

La filtrazione può realizzarsi su vagli, filtri (sfruttando la gravità, lapressione, il sottovuoto, la forza centrifuga) o attraverso cross flow(membrane o filtri rotanti).

La compressione può avvenire con presse batch o in continuo (presse anastro, a vite)

Operazioni unitarie già viste nel modulo di impiantistica enologicaOperazioni unitarie già viste nel modulo di impiantistica enologica

I fanghi digeriti aerobicamente o anaerobicamente sono poi disidratatifino a tenori in sostanza secca del 20-25-30% (a partire dal 5% circa)

Ciò dopo condizionamento con polielettrolita cationico (in formagranulare o in emulsione paraffinica) e successiva disidratazione permezzo di :

- nastro-pressa (tipica resa, 20-22% ss)- centrifuga (tipica resa, 25-30% ss)- filtro-pressa (tipica resa, 25-35% ss)

129

Ciò dopo condizionamento con polielettrolita cationico (in formagranulare o in emulsione paraffinica) e successiva disidratazione permezzo di :

- nastro-pressa (tipica resa, 20-22% ss)- centrifuga (tipica resa, 25-30% ss)- filtro-pressa (tipica resa, 25-35% ss)

CENTRIFUGAZIONE• Il processo di centrifugazione viene largamente adottato in industria, per la

separazione di liquidi a differente densità, per ispessire fanghi o rimuovere solidi.• I tipi di centrifuga più comunemente usati sono quelli a tamburo rotante (noti

anche come estrattori centrifughi) e l’"imperforate basket".• Nella centrifuga a tamburo il fango è immesso a portata costante all’interno del

tamburo rotante e avviene la separazione della parte densa, chiamata torta econtenente i solidi, e una parte liquida denominata “centrate”o surnatante. Ilsurnatante contiene solidi fini a bassa densità e viene raccolto e rinviato altrattamento acque. La torta ottenuta, contenente circa il 70-80% di umidità, èscaricata in un convettore. Il fango, a seconda della provenienza, può raggiungerepercentuali di secco variabili tra il 20 e il 30%. Queste centrifughe non necessitanoobbligatoriamente del pre condizionamento chimico del fango. In realtà solooperando con una aggiunta di polimero si ottengono maggiori percentuali disecco.

• In genere per raggiungere le percentuali in secco sopra riportate si aggiungepolielettrolita cationico in quantità variabile dal 4 al 12‰ del secco disidratato.

• Il processo di centrifugazione viene largamente adottato in industria, per laseparazione di liquidi a differente densità, per ispessire fanghi o rimuovere solidi.

• I tipi di centrifuga più comunemente usati sono quelli a tamburo rotante (notianche come estrattori centrifughi) e l’"imperforate basket".

• Nella centrifuga a tamburo il fango è immesso a portata costante all’interno deltamburo rotante e avviene la separazione della parte densa, chiamata torta econtenente i solidi, e una parte liquida denominata “centrate”o surnatante. Ilsurnatante contiene solidi fini a bassa densità e viene raccolto e rinviato altrattamento acque. La torta ottenuta, contenente circa il 70-80% di umidità, èscaricata in un convettore. Il fango, a seconda della provenienza, può raggiungerepercentuali di secco variabili tra il 20 e il 30%. Queste centrifughe non necessitanoobbligatoriamente del pre condizionamento chimico del fango. In realtà solooperando con una aggiunta di polimero si ottengono maggiori percentuali disecco.

• In genere per raggiungere le percentuali in secco sopra riportate si aggiungepolielettrolita cationico in quantità variabile dal 4 al 12‰ del secco disidratato.

Centrifuga ad asse orizzontale

Le centrifughe del tipo “imperforate basket” , ad asse verticale, sono adatte perimpianti di piccole dimensioni. Funzionano senza condizionamento chimico del fangoe possono arrivare a percentuali di cattura dei solidi intorno al 90%.

prestazioni ottenute con le due centrifughe a seconda deltipo di fango

imperforate basket estrattore centrifugo

cattura dei solidi, % cattura dei solidi, %

tipo di fango % TS no reagenti con reagenti % TS no reagenti con reagenti

primario 25-35 75-90 90+ 25-30 90-95 95

supero da filtriperc.

10-20 60-80 90+ 9-12 90+ 95+

supero processo afanghi attivi (aria)

5-15 60-80 90+ 8-14 85-90 90+supero processo afanghi attivi (aria)

5-15 60-80 90+ 8-14 85-90 90+

supero processo afanghi attivi (O2)

10-20 60-80 90+ 18-23 90+

fango primariodigerito aner.

25-35 65-80 85+ 25-30 95+

fango di superodigerito aner.

8-10 60-75 90+ 18-25 90+

fango mistocondiz. Termico

30-40 75-85 90+ 25-33 95+

risultati ottenibili con centrifughe a tamburo

Tipo di fango % seccoin

ingresso

% seccoin uscita

polielettrolita,

kg/ tondi secco

% dicattura

primario grezzo 5 - 8 25-36 0.5 -2.5 90-9528-36 0 70-90

primario dig. Anaerob. 2 - 5 28-35 3 - 5 989 - 12 30-35 0 65-80

25-30 0.5 – 1.5 82-92attivo di supero 0,5 -3 8 - 12 5 – 7.5 85-90attivo di supero dig.aerob. 1-3 8-10 1.5-3 90-95condizionato termicamente 9-14 35-40 0 75-85

- primario+att.di supero 13-15 29-35 0.5-2 90-95- primario+letti percolatori 7-10 35-40 0 60-70

con dosaggio di calce 30-35 1-2 9810-12 30-50 0 90-95

primario grezzo+attivo di supero 4-5 18-25 1.5-3.5 90-95primario grezzo+attivo di supero dig.anaerob. 2-4 15-18 3.5-5 90-95

4-7 17-21 2-4 90-95primario grezzo+attivo di supero+ letti perc dig.anaerob 1.5-2.5 18-23 1-2.5 85-90

14-16 6-7.5 85-90

Tipo di fango % seccoin

ingresso

% seccoin uscita

polielettrolita,

kg/ tondi secco

% dicattura

primario grezzo 5 - 8 25-36 0.5 -2.5 90-9528-36 0 70-90

primario dig. Anaerob. 2 - 5 28-35 3 - 5 989 - 12 30-35 0 65-80

25-30 0.5 – 1.5 82-92attivo di supero 0,5 -3 8 - 12 5 – 7.5 85-90attivo di supero dig.aerob. 1-3 8-10 1.5-3 90-95condizionato termicamente 9-14 35-40 0 75-85

- primario+att.di supero 13-15 29-35 0.5-2 90-95- primario+letti percolatori 7-10 35-40 0 60-70

con dosaggio di calce 30-35 1-2 9810-12 30-50 0 90-95

primario grezzo+attivo di supero 4-5 18-25 1.5-3.5 90-95primario grezzo+attivo di supero dig.anaerob. 2-4 15-18 3.5-5 90-95

4-7 17-21 2-4 90-95primario grezzo+attivo di supero+ letti perc dig.anaerob 1.5-2.5 18-23 1-2.5 85-90

14-16 6-7.5 85-90

NASTROPRESSE

Le nastropresse, sono sistemi di ispessimento fanghi con alimentazione in continuo chefunzionano attraverso vari meccanismi quali:

• il drenaggio a gravità,• sistema meccanico di pressione applicata al fango da disidratare e a cui normalmente

viene associato un sistema di dosaggio di polielettrolita per migliorarne le prestazioni.• Introdotta negli anni 70, sono a tutt’oggi uno dei sistemi maggiormente utilizzati, in

quanto molto idonei alla disidratazione dei fanghi di impianti di trattamento acquereflue civili.

• Nella maggior parte delle presse, il fango condizionato è inizialmente introdotto in unasezione di drenaggio in cui per gravità è sottoposto ad ispessimento. In questa sezione èrimossa la maggior parte dell’acqua libera contenuta. Successivamente il fango èstrizzato tra due teli sottoposti a forti pressioni. Il fango è inoltre sottoposto a sforzi ditaglio quando i teli passano attraverso una serie di rulli. La compressione e le forze ditaglio provocano la fuoriuscita di ulteriore quantità di acqua.

Le nastropresse, sono sistemi di ispessimento fanghi con alimentazione in continuo chefunzionano attraverso vari meccanismi quali:

• il drenaggio a gravità,• sistema meccanico di pressione applicata al fango da disidratare e a cui normalmente

viene associato un sistema di dosaggio di polielettrolita per migliorarne le prestazioni.• Introdotta negli anni 70, sono a tutt’oggi uno dei sistemi maggiormente utilizzati, in

quanto molto idonei alla disidratazione dei fanghi di impianti di trattamento acquereflue civili.

• Nella maggior parte delle presse, il fango condizionato è inizialmente introdotto in unasezione di drenaggio in cui per gravità è sottoposto ad ispessimento. In questa sezione èrimossa la maggior parte dell’acqua libera contenuta. Successivamente il fango èstrizzato tra due teli sottoposti a forti pressioni. Il fango è inoltre sottoposto a sforzi ditaglio quando i teli passano attraverso una serie di rulli. La compressione e le forze ditaglio provocano la fuoriuscita di ulteriore quantità di acqua.

Molti parametri influiscono sul rendimento di questemacchine :

• le caratteristiche del fango,• il tipo di pre-condizionamento chimico,• la pressione sviluppata,• la porosità, la velocità e la larghezza dei teli,.• Nell’istallazione di questi macchinari è bene quindi

prevedere una sezione in cui si misceli il fango dadisidratare. Esperienze di campo hanno inoltre provatoche la disidratazione della torta aumenta se maggiore èla concentrazione di solido nel fango influente.

Molti parametri influiscono sul rendimento di questemacchine :

• le caratteristiche del fango,• il tipo di pre-condizionamento chimico,• la pressione sviluppata,• la porosità, la velocità e la larghezza dei teli,.• Nell’istallazione di questi macchinari è bene quindi

prevedere una sezione in cui si misceli il fango dadisidratare. Esperienze di campo hanno inoltre provatoche la disidratazione della torta aumenta se maggiore èla concentrazione di solido nel fango influente.

esempi di nastropresse

prestazioni ottenute con le nastropresse

tipo di fango solidi nell’alimentazione,%

solidi nellatorta,

%primario 3-7 28-34

fanghi di supero 1-4 12-20fanghi di supero 1-4 12-20

fango primario digeritoaner.

3-7 25-35

Fango misto digerito aner. 3-6 20-25

fango d supero digeritoaner.

3-4 12-20

Fango misto digerito aer. 1-3 12-20

fango misto condiz.termico

4-8 25-50

considerazioni di progetto

• Le nastropresse sono disponibili in commercioin dimensioni che vanno da 0.5 a 3.5 m inlarghezza (2 m è la più comune). Il carico difango varia da 90 a 680 Kg TS/m h, in funzionedella concentrazione iniziale e dal tipo difango. La produttività idraulica basata sullalarghezza della pressa è compresa tra 1.6 e 6.3l/m s.

• Le nastropresse sono disponibili in commercioin dimensioni che vanno da 0.5 a 3.5 m inlarghezza (2 m è la più comune). Il carico difango varia da 90 a 680 Kg TS/m h, in funzionedella concentrazione iniziale e dal tipo difango. La produttività idraulica basata sullalarghezza della pressa è compresa tra 1.6 e 6.3l/m s.

FILTROPRESSE

Le filtropresse operano la disidratazione attraverso l’imposizione di una elevatapressione che obbliga l’acqua a defluire. Questo sistema offre i seguentivantaggi:

• - alta concentrazione di solidi nel fango essiccato;• - chiarificazione del filtrato;• - elevata cattura di solidi.

Gli svantaggi sono:• complessità meccanica;• elevati costi associati all'aggiunta di chemicals;• elevati costi di lavoro;• limitata vita del filtro in tessuto.• Discontinuità del processo• In commercio esistono due tipi di filtropresse: a volume fisso e piatti arretrati

e a volume variabile e piatti arretrati.

Le filtropresse operano la disidratazione attraverso l’imposizione di una elevatapressione che obbliga l’acqua a defluire. Questo sistema offre i seguentivantaggi:

• - alta concentrazione di solidi nel fango essiccato;• - chiarificazione del filtrato;• - elevata cattura di solidi.

Gli svantaggi sono:• complessità meccanica;• elevati costi associati all'aggiunta di chemicals;• elevati costi di lavoro;• limitata vita del filtro in tessuto.• Discontinuità del processo• In commercio esistono due tipi di filtropresse: a volume fisso e piatti arretrati

e a volume variabile e piatti arretrati.

FILTROPRESSE A VOLUME FISSO

• Il fango condizionato chimicamente viene pompato nello spazio tra ipiatti applicando una pressione pari a 690-1550 kN/m2, mantenuta percirca 1-3 ore. I piatti vengono poi separati ed il fango rimosso. Il filtratoviene generalmente ricircolato in testa all'impianto di depurazione,mentre il fango ispessito che ha uno spessore di circa 25-38 mm ha uncontenuto in umidità pari a circa 48-70%. Il ciclo della filtrazione è dicirca 2-5 ore, sommando i tempi di alimentazione, mantenimento dellapressione, apertura della pressa, lavaggio, scarico e chiusura dellapressa.

• Il fango condizionato chimicamente viene pompato nello spazio tra ipiatti applicando una pressione pari a 690-1550 kN/m2, mantenuta percirca 1-3 ore. I piatti vengono poi separati ed il fango rimosso. Il filtratoviene generalmente ricircolato in testa all'impianto di depurazione,mentre il fango ispessito che ha uno spessore di circa 25-38 mm ha uncontenuto in umidità pari a circa 48-70%. Il ciclo della filtrazione è dicirca 2-5 ore, sommando i tempi di alimentazione, mantenimento dellapressione, apertura della pressa, lavaggio, scarico e chiusura dellapressa.

FILTROPRESSE A VOLUME VARIABILE

• Viene anche definita pressa a diaframma; Il diaframma ingomma si espande fino al raggiungimento della pressionedi spremitura, riducendo quindi il volume del fango infase di compressione. Sono richiesti 10-20 min. peralimentare la pressa ed altri 15-30 min. di mantenimentodi pressione costante. Generalmente questo tipo dipressa è progettato per pressioni pari a 690-860 kN/m2al primo stadio di ispessimento e 1380-2070 kN/m2 perla compressione finale.

• Viene anche definita pressa a diaframma; Il diaframma ingomma si espande fino al raggiungimento della pressionedi spremitura, riducendo quindi il volume del fango infase di compressione. Sono richiesti 10-20 min. peralimentare la pressa ed altri 15-30 min. di mantenimentodi pressione costante. Generalmente questo tipo dipressa è progettato per pressioni pari a 690-860 kN/m2al primo stadio di ispessimento e 1380-2070 kN/m2 perla compressione finale.

La tariffa dismaltimento reflui

144

La tariffa dismaltimento reflui

Calcolo della tariffa di fognatura e depurazione

Dove,T = totale annuo, €/annoF2 = tariffa fissa per allacciamento, €/annof2 = costo del servizio di collettamento, €/m3 (o f x L con f €/kmm3 L km di rete)dv = coefficiente di costo dei trattamenti preliminari e primari, €/m3

K2 = coefficiente specifico per il tipo di refluo dipendente da COD/BODOi = COD medio annuale dello scarico dopo 1 h sedimentazione e pH 7, mg/LOf = COD medio annuale influente al biologico dell’impianto di trattamento, mg/Ldb = coefficiente di costo del trattamento secondario (biologico), €/m3

Si = SST medi annuali dello scarico industriale, mg/LSf = SST medi annuali del refluo in ingresso all’impianto, mg/Ldf = coefficiente di costo del trattamento e smaltimento fanghi primari, €/m3

(da)1 = oneri di depurazione determinati da altri inquinanti, €/m3

(da)2 = oneri di depurazione determinati dalla defosfatazione, €/m3

(da)N = oneri di depurazione determinati dalla denitrificazione, €/m3

V = volume di refluo generato in media annualmente, m3/anno

145

T = totale annuo, €/annoF2 = tariffa fissa per allacciamento, €/annof2 = costo del servizio di collettamento, €/m3 (o f x L con f €/kmm3 L km di rete)dv = coefficiente di costo dei trattamenti preliminari e primari, €/m3

K2 = coefficiente specifico per il tipo di refluo dipendente da COD/BODOi = COD medio annuale dello scarico dopo 1 h sedimentazione e pH 7, mg/LOf = COD medio annuale influente al biologico dell’impianto di trattamento, mg/Ldb = coefficiente di costo del trattamento secondario (biologico), €/m3

Si = SST medi annuali dello scarico industriale, mg/LSf = SST medi annuali del refluo in ingresso all’impianto, mg/Ldf = coefficiente di costo del trattamento e smaltimento fanghi primari, €/m3

(da)1 = oneri di depurazione determinati da altri inquinanti, €/m3

(da)2 = oneri di depurazione determinati dalla defosfatazione, €/m3

(da)N = oneri di depurazione determinati dalla denitrificazione, €/m3

V = volume di refluo generato in media annualmente, m3/anno

A titolo di esempio

146

Il termine più pesante per i reflui di cantina è ovviamente legato al termine Oi/Of,che può anche superare valori di 10-15 e fino a 20 ….Meno pesante rispetto ad altre realtà industriali è il termine K2 essendo il refluoaltamente biodegradabile.

147

Trattamento e smaltimentorifiuti

148

CONCETTO di “SOTTOPRODOTTO”DIRETTIVA 2008/98/CE

149

Definizione di rifiuto

La gestione dei rifiuti è disciplinata nel nostro paese dal D. Lgs.152/2006 (o Testo Unico Ambientale, TUA).Esso, riprendendo le Direttive dell’Unione Europea, perseguel’obiettivo di ridurre il più possibile la quantità di rifiuti da destinarealle discariche favorendo prioritariamente il riutilizzo, riciclaggio erecupero del materiale di rifiuto.

Il provvedimento definisce un rifiuto“qualsiasi sostanza od oggetto (….) di cui il detentore si disfi oabbia deciso o abbia l’obbligo di disfarsi”.

150

Definizione di rifiuto

La gestione dei rifiuti è disciplinata nel nostro paese dal D. Lgs.152/2006 (o Testo Unico Ambientale, TUA).Esso, riprendendo le Direttive dell’Unione Europea, perseguel’obiettivo di ridurre il più possibile la quantità di rifiuti da destinarealle discariche favorendo prioritariamente il riutilizzo, riciclaggio erecupero del materiale di rifiuto.

Il provvedimento definisce un rifiuto“qualsiasi sostanza od oggetto (….) di cui il detentore si disfi oabbia deciso o abbia l’obbligo di disfarsi”.

Il D.Lgs. 152/2006 classifica i rifiuti secondo l’origine in

a) Rifiuti Urbani- Rifiuti domestici- Rifiuti non pericolosi provenienti da luoghi diversi dalle civili abitazioni ma

assimilabili ai rifiuti urbani per quantità e/o caratteristiche- Rifiuti provenienti dallo spazzamento delle strade- Rifiuti giacenti sulle strade- Rifiuti provenienti da aree verdi (sfalci, potature ….)- Rifiuti provenienti da esumazioni ed estumulazioni

b) Rifiuti Speciali- Rifiuti da attività agricole ed agro-industriali- Rifiuti derivanti da demolizioni, costruzioni, scavo …- Rifiuti delle lavorazioni industriali- Rifiuti delle lavorazioni artigianali- Rifiuti delle attività commerciali- Rifiuti da attività di servizio- Rifiuti derivanti dalle attività di recupero e smaltimento di rifiuti- Rifiuti delle attività sanitarie- I macchinari ed apparecchiature obsoleti- Il combustibile derivato da rifiuti (CDR)

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a) Rifiuti Urbani- Rifiuti domestici- Rifiuti non pericolosi provenienti da luoghi diversi dalle civili abitazioni ma

assimilabili ai rifiuti urbani per quantità e/o caratteristiche- Rifiuti provenienti dallo spazzamento delle strade- Rifiuti giacenti sulle strade- Rifiuti provenienti da aree verdi (sfalci, potature ….)- Rifiuti provenienti da esumazioni ed estumulazioni

b) Rifiuti Speciali- Rifiuti da attività agricole ed agro-industriali- Rifiuti derivanti da demolizioni, costruzioni, scavo …- Rifiuti delle lavorazioni industriali- Rifiuti delle lavorazioni artigianali- Rifiuti delle attività commerciali- Rifiuti da attività di servizio- Rifiuti derivanti dalle attività di recupero e smaltimento di rifiuti- Rifiuti delle attività sanitarie- I macchinari ed apparecchiature obsoleti- Il combustibile derivato da rifiuti (CDR)

I Rifiuti Speciali possono essere

PERICOLOSI o NON PERICOLOSI

Quelli PERICOLOSI sono individuati da un asterisco negli elenchi di cuiall’allegato D del Decreto.

Con riferimento al settore agricolo avremo:

Rifiuti Speciali Non Pericolosi-Materiale plastico (pacciamatura, copertura delle serre….)- Imballaggi- Scarti vegetali- Pneumatici

Rifiuti Speciali Pericolosi-Veicoli e macchine da rottamare- Fitofarmaci e loro contenitori- Olio esausto

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I Rifiuti Speciali possono essere

PERICOLOSI o NON PERICOLOSI

Quelli PERICOLOSI sono individuati da un asterisco negli elenchi di cuiall’allegato D del Decreto.

Con riferimento al settore agricolo avremo:

Rifiuti Speciali Non Pericolosi-Materiale plastico (pacciamatura, copertura delle serre….)- Imballaggi- Scarti vegetali- Pneumatici

Rifiuti Speciali Pericolosi-Veicoli e macchine da rottamare- Fitofarmaci e loro contenitori- Olio esausto

La catalogazione dei Rifiuti

I rifiuti sono individuati da un codice CER, cioè un codice numerico a 6 cifre deltipo xx.yy.zzQuesto è riportato nel Catalogo Europeo dei Rifiuti, un elenco armonizzato didesignazione e codificazione dei rifiuti e soggetto a continue revisioni.

Qui la prima coppia di numeri (xx) individua la categoria o attività che genera ilrifiuto, la seconda coppia di numeri (yy) individua il processo produttivo chegenera quel rifiuto e la terza coppia di numeri (zz) identifica lo specifico rifiuto.I rifiuti prodotti in ambito agricolo avranno necessariamente come codiceiniziale 02 che corrisponde a “Rifiuti prodotti in agricoltura, orticoltura,acquacoltura, selvicoltura, caccia e pesca, trattamento e preparazione dialimenti”.

Ad es. I fanghi di depurazione di cantine sono indicati con CER 02.07.05“Rifiuti prodotti in agricoltura …. (02) derivanti dal trattamento sul posto deglieffluenti (05) dalla produzione di bevande alcoliche (07)”

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I rifiuti sono individuati da un codice CER, cioè un codice numerico a 6 cifre deltipo xx.yy.zzQuesto è riportato nel Catalogo Europeo dei Rifiuti, un elenco armonizzato didesignazione e codificazione dei rifiuti e soggetto a continue revisioni.

Qui la prima coppia di numeri (xx) individua la categoria o attività che genera ilrifiuto, la seconda coppia di numeri (yy) individua il processo produttivo chegenera quel rifiuto e la terza coppia di numeri (zz) identifica lo specifico rifiuto.I rifiuti prodotti in ambito agricolo avranno necessariamente come codiceiniziale 02 che corrisponde a “Rifiuti prodotti in agricoltura, orticoltura,acquacoltura, selvicoltura, caccia e pesca, trattamento e preparazione dialimenti”.

Ad es. I fanghi di depurazione di cantine sono indicati con CER 02.07.05“Rifiuti prodotti in agricoltura …. (02) derivanti dal trattamento sul posto deglieffluenti (05) dalla produzione di bevande alcoliche (07)”

Rifiuti prodotti dall’attività agricola

a) Sottoprodotti e/o rifiuti derivanti da attività di produzione vegetale

- Vegetali: sottoprodotti delle colture (paglie, potature, altri residuicolturali ….)

- Metallo: reti di contenimento, fili di sostegno degli impianti arborei,- Plastica: materiali utilizzati per la pacciamatura,- Rifiuti fitosanitari: sostanze attive e preparati contenenti una o più

sostanze attive utilizzate per proteggere i vegetali, conservare iprodotti, eliminare piante indesiderate….….

b) Rifiuti derivanti dalle attività di lavorazione

Residui della lavorazione di prodotti vegetali (nel campo enologico:vinacce, fecce ….)

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a) Sottoprodotti e/o rifiuti derivanti da attività di produzione vegetale

- Vegetali: sottoprodotti delle colture (paglie, potature, altri residuicolturali ….)

- Metallo: reti di contenimento, fili di sostegno degli impianti arborei,- Plastica: materiali utilizzati per la pacciamatura,- Rifiuti fitosanitari: sostanze attive e preparati contenenti una o più

sostanze attive utilizzate per proteggere i vegetali, conservare iprodotti, eliminare piante indesiderate….….

b) Rifiuti derivanti dalle attività di lavorazione

Residui della lavorazione di prodotti vegetali (nel campo enologico:vinacce, fecce ….)

In ambito viti-vinicolo si individuano i seguenti principali tipi di rifiuti

Potature: non possono essere trinciate e interrate sia per limitare rischifito-sanitari sia per ridurre i livelli di metalli pesanti nel terreno. Queste nonpossono nemmeno essere bruciateProdotti fito-sanitari: sono rifiuti speciali pericolosi e vanno smaltiti insicurezzaRaspi: vanno preferibilmente bruciati (l’opzione del recupero viacompostaggio è da scartare a causa delle concentrazioni di Cu e Zn)Vinacce e fecce di fermentazione (+ farina fossile): utilizzabili per ilrecupero di alcol per distillazione vanno poi smaltite Reflui: vanno trattati e smaltiti o raccolti e portati a trattamento

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In ambito viti-vinicolo si individuano i seguenti principali tipi di rifiuti

Potature: non possono essere trinciate e interrate sia per limitare rischifito-sanitari sia per ridurre i livelli di metalli pesanti nel terreno. Queste nonpossono nemmeno essere bruciateProdotti fito-sanitari: sono rifiuti speciali pericolosi e vanno smaltiti insicurezzaRaspi: vanno preferibilmente bruciati (l’opzione del recupero viacompostaggio è da scartare a causa delle concentrazioni di Cu e Zn)Vinacce e fecce di fermentazione (+ farina fossile): utilizzabili per ilrecupero di alcol per distillazione vanno poi smaltite Reflui: vanno trattati e smaltiti o raccolti e portati a trattamento

Le figure coinvolte nella gestione del ciclo dei rifiuti

ProduttoreDi fatto è (art. 183, comma 1, lettera b del D.Lgs. 152/2006) “la persona la cuiattività ha prodotto rifiuti cioè il produttore iniziale e la persona che ha effettuatooperazioni di pretrattamento di miscuglio e altre operazioni che hanno mutato lanatura o la composizione del rifiuto …..”

Il PRODUTTORE ha l’onere di affidare il rifiuto ad un raccoglitore o a ad unimpianto autorizzato alla gestione.

Nell’affidare i rifiuti al trasportatore dovrà REDIGERE e SOTTOSCRIVERE ilFORMULARIO di IDENTIFICAZIONE del RIFIUTO assumendosi leresponsabilità circa la veridicità dei dati in esso contenuti.

Al termine del trasporto il vettore ha il dovere di consegnare al produttore lacopia del formulario controfirmata dal destinatario (IMPIANTO DITRATTAMENTO) a riprova dell’avvenuto corretto conferimento.

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ProduttoreDi fatto è (art. 183, comma 1, lettera b del D.Lgs. 152/2006) “la persona la cuiattività ha prodotto rifiuti cioè il produttore iniziale e la persona che ha effettuatooperazioni di pretrattamento di miscuglio e altre operazioni che hanno mutato lanatura o la composizione del rifiuto …..”

Il PRODUTTORE ha l’onere di affidare il rifiuto ad un raccoglitore o a ad unimpianto autorizzato alla gestione.

Nell’affidare i rifiuti al trasportatore dovrà REDIGERE e SOTTOSCRIVERE ilFORMULARIO di IDENTIFICAZIONE del RIFIUTO assumendosi leresponsabilità circa la veridicità dei dati in esso contenuti.

Al termine del trasporto il vettore ha il dovere di consegnare al produttore lacopia del formulario controfirmata dal destinatario (IMPIANTO DITRATTAMENTO) a riprova dell’avvenuto corretto conferimento.

TrasportatoreE’ il soggetto che si assume l’onere di trasportare i rifiuti dal luogo diproduzione o di detenzione al luogo di destinazione.

L’Azienda di trasporto è iscritta all’ALBO NAZIONALE delle IMPRESE cheEFFETTUANO la GESTIONE dei RIFIUTI.Esso è strutturato in sezioni Regionali che hanno sede presso le cameredi commercio dei capoluoghi regionali.

Tra i vari compiti:-Compilare il formulario di accompagnamento dei rifiuti (se non vi hadirettamente provveduto il produttore del rifiuto- restituire al produttore entro 3 mesi la quarta copia del formulario datatae controfirmata dal destinatario- tenere il registro di carico scarico dei rifiuti ove sono pure annotati iformulari. I registri vanno conservati per 5 anni- compilare e presentare il Modello Unico di Dichiarazione Ambientale(MUD) presso le camere di commercio

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TrasportatoreE’ il soggetto che si assume l’onere di trasportare i rifiuti dal luogo diproduzione o di detenzione al luogo di destinazione.

L’Azienda di trasporto è iscritta all’ALBO NAZIONALE delle IMPRESE cheEFFETTUANO la GESTIONE dei RIFIUTI.Esso è strutturato in sezioni Regionali che hanno sede presso le cameredi commercio dei capoluoghi regionali.

Tra i vari compiti:-Compilare il formulario di accompagnamento dei rifiuti (se non vi hadirettamente provveduto il produttore del rifiuto- restituire al produttore entro 3 mesi la quarta copia del formulario datatae controfirmata dal destinatario- tenere il registro di carico scarico dei rifiuti ove sono pure annotati iformulari. I registri vanno conservati per 5 anni- compilare e presentare il Modello Unico di Dichiarazione Ambientale(MUD) presso le camere di commercio

Gestore dell’impianto di recupero e di smaltimento

E’ di fatto colui il quale gestisce l’impianto di recupero o di smaltimento potràessere un ‘impresa o una società).Tali impianti devono essere autorizzati dalla Regione territorialmentecompetente.

Tra i vari compiti:- datare e controfirmare il formulario di accompagnamento dei rifiuti- tenere il registro di carico scarico dei rifiuti ove sono pure annotati iformulari. I registri vanno conservati per 5 anni- compilare e presentare il Modello Unico di Dichiarazione Ambientale(MUD) presso le camere di commercio

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Tra i vari compiti:- datare e controfirmare il formulario di accompagnamento dei rifiuti- tenere il registro di carico scarico dei rifiuti ove sono pure annotati iformulari. I registri vanno conservati per 5 anni- compilare e presentare il Modello Unico di Dichiarazione Ambientale(MUD) presso le camere di commercio

Intermediario

E’ un soggetto che nel corso della propria attività non ha mai la detenzionee disponibilità del rifiuto: di fatto mette in contatto i vari soggetti attivi(produttori, trasportatori, smaltitori).Ai sensi del TUA deve iscriversi all’albo Nazionale delle Imprese cheeffettuano la gestione dei rifiuti.Inoltre deve essere iscritto al “ruolo dei mediatori”.L’intermediario deve tenere il registro di carico e scarico su cui annoterà iformulari emessi da produttori e trasportatori.Da tali registrazioni si elabora poi il MUD.

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Intermediario

E’ un soggetto che nel corso della propria attività non ha mai la detenzionee disponibilità del rifiuto: di fatto mette in contatto i vari soggetti attivi(produttori, trasportatori, smaltitori).Ai sensi del TUA deve iscriversi all’albo Nazionale delle Imprese cheeffettuano la gestione dei rifiuti.Inoltre deve essere iscritto al “ruolo dei mediatori”.L’intermediario deve tenere il registro di carico e scarico su cui annoterà iformulari emessi da produttori e trasportatori.Da tali registrazioni si elabora poi il MUD.

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Docente Francesco Fatone Anno Accademico - dbt.univr.it · viscoso la presenza di ferro o alluminio idrati lo rende gelatinoso. Se ... ma il colore può cambiare a seconda dei“bulking