Descrizione del rifiuto trattato

Nell’i pia to di essiccazione fanghi saranno trattati fanghi non pericolosi.

L’i pia to di essiccazione fanghi è costituito da due linee ciascuna, ogni linea è dimensionata per trattare un quantitativo di circa 2 Mg/h ognuno, l’i pia to fu zio e à pe o e al gio o e per 330

16 gio i l’a o, ui di u totale .8 Mg/a o pe li ea. Le due linee di essiccazione fanghi trattano un quantitativo complessivo di 4 Mg/h per un totale (24 ore al giorno e pe gio i l’a o) di 31.680 Mg/anno.

3.4.1.2. Descrizione ge e ale dell’i pia to di essiccazione fanghi

L’i pia to di t atta e to i esa e ostituito dalle segue ti sezio i i pia tisti he:

▪ Sezione di essiccazione

I fanghi non pericolosi da trattare sono stoccati in una vasca in calcestruzzo armato opportunamente i pe ea ilizzata all’i te o del capannone e provengono da conto terzi conferiti alla piattaforma.

Di seguito saranno descritte le sezioni impiantistiche.

3.4.1.2.1. Descrizione impiantistica impianto di essiccazione fanghi

Il fango umido viene stoccato in una vasca in calcestruzzo opportunamente impermeabilizzata e successivamente caricato, tramite una benna a polipo, su una tramoggia dotata di coclea che scarica direttamente nell'essiccatoio.

Il fango viene quindi scaricato sui tappeti di essiccazione, che trasportano la massa da essiccare, questi sono formati da una se ie di p ofilati fo ati e essa i pe il passaggio dell’a ia , t ai ati da ate e late ali.

La velocità dei tappeti è regolabile automaticamente tramite inverter posti nel quadro elettrico di comando.

Nel i lo auto ati o, il o t ollo dell’u idità del p odotto i us ita dall’essi atoio viene gestito tramite un di controllo umidità. Le sonde di rilievo temperature, poste nel mezzo dei due tappeti di essiccazione, trasmettono i dati rilevati al PLC di comando il quale, elaborandoli automaticamente e continuamente, effettua la variazione della velocità dei tappeti di essiccazione e dell’ali e tato e di a i o, a te e do

osta te l’u idità del p odotto i us ita dall’essi atoio.

Gli eventuali corpuscoli pesanti filtrati sotto i tappeti di essiccazione sono raccolti dai tappeti di pulizia che as hia do sul pavi e to di appoggio dell’essi atoio li convogliano in una coclea che estrae lateralmente.

Il fango essiccato vie e i fi e s a i ato t a ite due o lee all’i te o di u a vas a i al est uzzo impermeabilizzata, che funge anche da stoccaggio del materiale in ingresso da inviare al coincenerimento.

17 CICLO DELL'ARIA:

La circolazione dell'aria viene attuata mediante l'utilizzo di ventilatori assiali posti all'ingresso della camera di essiccazione e ventilatori centrifughi posti all'uscita.

L'aria viene aspirata dal capannone e dalle vasche di stoccaggio del fango in ingresso e la convoglia allo scambiatore di calore dove viene riscaldata e successivamente insufflata nella camera sottostante il tappeto inferiore di essiccazione in modo da attraversare il prodotto umido da essiccare posto sul tappeto stesso, per poi essere recuperata ed aspirata attraverso il tappeto superiore in modo da ottenere il massimo sfruttamento della temperatura.

Il se o do ve tilato e aspi a tutta l’a ia satu a di u idità he vie e i viata al sistema di trattamento fumane, dettagliatamente descritto in seguito.

18 3.5. Descrizione della LINEA 3 - Impianto di coincenerimento (Operazione R1-R11).

Nella piattaforma impiantistica, intesa come l’i sie e di tutti gli i pia ti, vengono effettuate le seguenti operazioni di e upe o di ui dall’allegato C, parte IV, del D.Lgs. 152/06:

▪ R1, Utilizzazione principalmente come combustibile o come altro mezzo per produrre energia;

▪ R11, Utilizzazione di rifiuti ottenuti da una delle operazioni indicate da R1 a R10.

L’i pia to di t atta e to chimico-fisico rifiuti solidi pericolosi e non pericolosi, è composto dalle seguenti sezioni impiantistiche:

▪ Sezione di gassificazione;

▪ Recupero energia termica e produzione energia elettrica;

che verranno di seguito descritte dettagliatamente.

Figura - Schema di processo impianto di coincenerimento

3.5.1. Descrizione del rifiuto trattato

Nell’i pia to di coincenerimento saranno trattati rifiuti i fanghi essiccati dalla linea 2 e una parte del CSS raffinato proveniente dalla linea 3, opportunamente miscelati dalla benna a polipo utilizzata anche come sistema di alimentazione.

La sezione di coincenerimento verrà dimensionata per trattare un quantitativo complessivo di circa 2,43 Mg/h, l’i pia to fu zio e à pe 24 ore al giorno e per 330 gio i l’a o, ui di u totale 19.230 Mg/anno (10.534 Mg/anno di fanghi essiccati e 8.696 Mg/anno di CSS raffinato).

19 3.5.1.1. Descrizione generale dell’i pia to di coincenerimento

L’i pia to i esa e ostituito dalle segue ti sezio i i pia tisti he:

▪ Sezione di gassificazione

▪ Post-combustore

▪ Recupero energia termica e produzione energia elettrica

▪ Raffreddatori a secco

Il rifiuti solidi, CSS e fanghi essiccati provenienti rispettivamente dalla linea 1 e dalla linea 2, utilizzati come combustibili, sono stoccati in una vasca in calcestruzzo impermeabilizzata e opportunamente miscelati dalla benna a polipo utilizzata a he o e siste a di ali e tazio e dell’i pia to di gassifi azio e.

Di seguito saranno descritte le sezioni impiantistiche.

3.5.1.1.1. Scelta tecnologica

Il cuore della piattaforma è rappresentato dalla sezione di valorizzazione energetica del fango essiccato e CSS tramite un impianto di gassificazione.

Il processo di gassificazione può essere definito come la conversione termochimica di un combustibile solido o liquido in un gas, attuata mediante la presenza di un agente gassificante (aria/ossigeno e/o acqua/vapore) conducendo ad una sua parziale combustione. Il processo di degradazione termica avviene a temperature elevate, la miscela gassosa risultante costituisce il fluido che viene definito gas di sintesi sy gas . Quest’ulti o può esse e u iato direttamente o convertito in combustibile sintetico oppure utilizzato per produrre metanolo o idrogeno. Oltre al produrre syngas si otterranno materiali di scarto sotto forma di ceneri con dei residui di processo chiamati char e tar. La composizione ed il potere calorifico del sy gas p ove ie te dalla gassifi azio e va ia a se o da dell’age te gassifi a te i piegato, della tipologia di materiale in ingresso e del tipo di tecnologia di gassificazione utilizzata.

I vantaggi della gassificazione sono diversi:

▪ Versatilità rispetto alle caratteristiche del materiale in ingresso: con la tecnologia della gassificazione è possibile recuperare energia da ogni materiale a base di carbonio;

▪ Sostenibilità energetica del processo globale: le reazioni, anche complesse, che avvengono durante il processo di gassificazione con aria, producono sufficiente calore da autoalimentare tutto il p o esso, evita do osì l’appo to di e e gia p i a ia dall’este o ad es. eta o, gasolio, ecc.).

20

▪ Ridotto impatto ambientale e di emissioni aeriformi: in questa tecnologia non è il combustibile solido ad essere bruciato, come nelle tecnologie tradizionali di incenerimento, ma con essa viene estratto un gas (syngas) che rappresenta il vero combustibile. Essendo quindi la combustione di un combustibile gassoso, si realizzano tutti i vantaggi in termini di facilità di gestione del processo, ridotti volumi complessivi e di aria necessaria, emissioni di inquinanti molto ridotte rispetto alle tecnologie tradizionali.

▪ Miglioramento del rendimento di conversione grazie alla conversione di un combustibile solido in uno gassoso.

3.5.1.1.2. Descrizione impiantistica impianto di coincenerimento

La piattaforma impiantistica di recupero energetico da fanghi essiccati e CSS è suddivisa nelle seguenti sezioni:

1. Sezione di carico e alimentazione fanghi essiccati e CSS 2. Sezione di gassificazione e ossidazione syngas

3. Sezione di post-combustione 4. Sezione di recupero energetico 5. Raffreddatori a secco

6. A ia utilizzata dall’i pia to di coincenerimento

1. Sezione di carico e alimentazione

Il sistema di carico e alimentazione del combustibile, fanghi essiccati e CSS, dovrà essere tale da assicurare un flusso costante, controllabile e continuo al gassificatore.

Questo consiste in una benna a polipo che miscela e preleva il combustibile da una vasca in calcestruzzo armato opportunatamente impermeabilizzata. Successivamente il combustibile viene scaricato in una tramoggia dotata di una coclea di alimentazione che alimenta il gassificatore.

2. Sezione di gassificazione e ossidazione syngas Processo di gassificazione

Il p o esso di gassifi azio e u o dei iglio i e più effi ie ti etodi pe e upe a e l’e e gia o te uta i u ’a pia va ietà di ate iali utilizza ili o e o usti ile. La gassifi azio e i p ati a o ve te l’e e gia chimica contenuta nel combustibile in energia termica utilizzabile per produrre energia elettrica, per il riscaldamento civile ed industriale mediante teleriscaldamento e per gli usi interni, annullando di fatto gli apporti esterni di energia primaria necessaria all’attività i dust iale.

21 I substrati utilizzabili nel processo di gassificazione possono essere tutti i materiali contenenti una matrice a base di carbonio.

La caratteristica principale di tale tecnologia è che il combustibile, ovvero il materiale che viene effettivamente bruciato per ricavarne energia, non è quello solido in ingresso, come avviene invece negli impianti tradizionali di incenerimento, ma è un gas estratto dalla stessa materia solida. Questa è la profonda differenza tra la gassificazione e i processi tradizionali di incenerimento.

Il materiale solido utilizzato subisce, infatti, una serie di reazioni complesse, in assenza di aria, alla fine delle quali si sviluppa un gas ricco di idrogeno, chiamato gas di sintesi o syngas. Sarà questo gas estratto dal

ate iale solido il ve o o usti ile da ui si e upe e à l’e e gia te i a.

Alla fine del processo di gassificazione si otterrà un residuo solido non pericoloso, da cui sarà stata estratta tutta la parte con contenuto energetico. La quantità di tale residuo rappresenta circa il 20 % del materiale in ingresso.

La gassificazione termochimica è una tecnologia di conversione in cui il materiale organico reagisce con l'ossigeno per produrre principalmente monossido di carbonio (CO) ed idrogeno (H2). Il principio di funzionamento di questa tecnologia non è molto differente dalla combustione, dove il materiale organico reagisce anche in questo caso con l'ossigeno, sebbene i prodotti principali di reazione siano anidride carbonica (CO2) ed acqua (H2O . L’avere condizione di gassificazione o di combustione dipende dal rapporto aria combustibile scelto.

Pe ese pio, se assu ia o he la io assa a ia fo ula CHαOβ, possia o app ese ta e la gassificazione e la combustione rispettivamente:

Dalle entalpie di reazione, si nota una seconda differenza fra i due processi. La combustione è basilarmente una tecnologia di conversione di energia chimica di una sostanza in calore, mentre la gassificazione converte un vettore solido di energia chimica in un vettore gassoso di energia chimica. Il gas ottenuto dalla gassificazione può essere bruciato a sua volta, producendo la liberazione dell'energia chimica del gas sotto forma di calore.

22 Come agenti di gassificazione possono essere usati sia l'aria, sia l'ossigeno, sia il vapore, nel nostro caso viene usata aria come agente gassificante.

La gassificazione ha buone prestazioni su rifiuti omogenei a matrice organica e come nel caso in esame su una miscela di fanghi essiccati e CSS.

Nei processi chimici di gassificazione si individuano tre fasi distinte di reazione:

• pirolisi (FP)

• combustione

• riduzione del carbonio (CR).

La reazione di combustione nella zona FP è molto più veloce rispetto a quella di gassificazione nella zona CR, il che implica che la velocità globale di gassificazione della biomassa sia controllata dalla cinetica in CR.

La biomassa entra nella zona FP ad alta temperatura, dove è convertita in char (si tratta di un agglomerato di natura piuttosto complessa costituito principalmente da carbonio, ceneri, composti sulfurei e idrocarburi volatili, originato dalla pirolisi delle biomasse e/o dalla loro parziale combustione) e volatili.

La gassificazione del char avviene attraverso la successione di cinque passi:

1) diffusione dei reagenti attraverso il film stagnante che circonda la particella, fino alla superficie esterna della stessa;

2) diffusione del gas attraverso i pori verso il centro della particella;

3) adsorbimento, reazioni superficiali e desorbimento sulle pareti dei pori e/o sulla superficie esterna;

4) diffusione dei prodotti fuori dai pori;

5) diffusione dei prodotti attraverso il film stagnante verso l'ambiente gassoso di reazione.

Uno sugli altri, più di uno o addirittura tutti questi passi possono risultare determinanti nel processo di gassificazione, dipendentemente dalle condizioni di temperatura, pressione, composizione del gas e grado di avanzamento delle reazioni.

La combustione ha inizio quando i composti volatili reagiscono con l'ossidante. Il processo di pirolisi-combustione nella zona FP è dominato da reazioni esotermiche, i cui prodotti sono sostanzialmente C, CO2, H2O; in questa zona parte dei volatili sono crackizzati in CH4.

I prodotti uscenti così dalla zona FP vanno nella zona CR, dove dominano le reazioni endotermiche: il calore prodotto dai processi di pirolisi-combustione è qui trasformato in energia chimica dei prodotti di gassificazione, quali H2 e CO. Per la continuità, la concentrazione dei prodotti uscenti dalla zona FP dovrà uguagliare la concentrazione iniziale dei reagenti nella zona CR.

23 Evidentemente qui all' inizio la concentrazione di H2 e di CO sarà nulla, o perlomeno è possibile assumerla tale in prima approssimazione (in realtà non è così, soprattutto riguardo al CO che in genere si forma come incombusto durante la fase di combustione).

Fisicamente ciò può essere giustificabile dal fatto che, in pirolisi, si creano le condizioni termodinamiche e cinetiche affinché possa svilupparsi in maniera non trascurabile la reazione C + 2H2 = CH4 tra parte del carbonio e dell'idrogeno presenti nella biomassa; inoltre, un po' di metano è quasi certamente prodotto anche per cracking termico degli idrocarburi pesanti contenuti inizialmente nel combustibile.

Nella zona di riduzione del carbonio (CR) vige una temperatura variabile tra i 700°C e i

900°C: a temperature inferiori ai 900°C, il trasferimento di massa e la diffusione dei reagenti attraverso i pori delle particelle di carbonio sono processi più veloci rispetto alla reazione chimica, ne consegue che è la cinetica di quest'ultima il fattore di controllo della rapidità del processo globale di formazione del gas combustibile.

Nella zona CR avvengono le seguenti reazioni:

Il gassificatore

Il processo sopra descritto avviene in una macchina, molto compatta, chiamata gassificatore. La tecnologia, basata su sistemi di movimentazione orizzontale, permette la costruzione di impianti anche di notevole dimensione in spazi relativamente piccoli e a ridotto sviluppo verticale.

I esso vie e e upe ata tutta l’e e gia o te uta el ateriale in ingresso (fanghi essiccati e CSS nel caso specifico), e convertita in energia termica, mediante una serie di reazioni complesse molto differenti dalla o ustio e di etta i e e i e to , pe h o dotte i asse za o a e za d’a ia. Il p odotto ottenuto sa à u gas sy gas i o di id oge o, da ui si e upe e à effettiva e te l’e e gia te i a utilizza ile pe diversi scopi.

Nel gassificatore Il processo nel suo complesso avviene essenzialmente attraverso tre stadi: il primo è detto di pirolisi (figura sottostante riferimento (2)), il secondo di riduzione/gassificazione (figura sottostante riferimento (3)), il terzo di ossidazione/combustione (figura sottostante riferimento (4)). Il primo stadio di gassificazione (pirolisi) è un processo di decomposizione termochimica del combustibile ottenuto mediante l’appo to di alo e, a te pe atu e o p ese t a ÷ °C, i o pleta asse za di u age te ossida te. E’

possi ile ide tifi a e uesto stadio elle p i e piast e del letto di eazio e. Il se o do stadio della

24 gassificazione, e cioè la riduzione, comprende un gran numero di reazioni, sia esotermiche che endotermiche, che hanno luogo generalmente in una zona denominata letto di riduzione in cui è presente carbonio solido che reagisce con i prodotti della pirolisi, tale stadio rappresenta la gassificazione vera e p op ia ed ide tifi a ile elle piast e i te edie del letto di gassifi azio e. Il p i o ed il se o do stadio producono, oltre al syngas, dei residui di reazione solidi (char) e liquidi (tar). Il terzo stadio del processo è un ossidazione/combustione parziale dei prodotti solidi e liquidi della piro-gassificazione, char e tar. In questa fase, infatti, una parte delle sostanze carboniose prodotte nel primo e nel secondo stadio e parte del ate iale i i g esso so o u iati i sie e o e esso d’a ia, ispetto alla o dizio e ste hio et i a, con l'unico scopo di fornire il calore necessario alle reazioni endotermiche di piro-gassificazione.

Quest’ulti o stadio si ide tifi a i p ossi ità delle ulti e piast e . Il ife i e to del pe o so he segue il ate iale f e e pie e e il sy gas f e e t atteggiate a h’esso ipo tato sulla figu a sottostante.

Al fine di innescare il processo di gassificazione, la temperatura interna del reattore deve essere portata a circa 600-700 °C, per far ciò è installato a bordo macchina un bruciatore a gas naturale (figura sottostante ife i e to . Questo usato a he o e fo te ausilia ia di alo e el aso la te pe atu a all’i te o del gassificatore scenda al di sotto i 600 °C, quindi sotto la temperatura minima di gassificazione. Raggiunta la te pe atu a deside ata, isu ata t a ite te o oppie posizio ate all’i te o dello stesso, vie e introdotto il combustibile tramite un sistema di alimentazione (figura sottostante riferimento (1)) costituito principalmente da una tramoggia e da una coclea avente la parte finale senza spira. Successivamente il o usti ile vie e sospi to dal siste a di ovi e tazio e lu go le piast e dove avve a o le eazioni precedentemente descritte. Il syngas prodotto durante le due fasi di processo fin qui descritte (pirolisi e gassifi azio e si uove ve so l’alto se o do le leggi della e a i a lassi a, o t aspo ta do, ui di, sovrabbondanza di polveri dannose che andranno altresì a costituire le ceneri in uscita dal gassificatore (figura sottostante riferimento (5)). Il materiale solido e liquido, risultante dalla gassificazione, avanza verso l’ulti a piast a dove vie e u iato – ossidato con eccesso di comburente. Infine, le ceneri prodotte in uscita (figura sottostante riferimento (5)), vengono espulse tramite una coclea con tramoggia dotata di guardia idraulica, che direttamente a contatto con il reattore assicura la tenuta dello stesso.

Come si può intuire dalla figura sottostante riferimento (5), vi sono alberi a rotazione regolabile che sospi go o il ate iale sulle piast e al di sotto delle uali si t ova o i diffuso i di dosaggio ossida te necessario al processo. Il movimento rotatorio delle pale oltre a permettere lo scorrimento del materiale sulle piast e att ave so le va ie fasi di p o esso, pe ette a he la is elazio e del ate iale t a ite

i alta e to dello stesso ga a te do l’u ifo ità della eazio e te o hi i a i atto.

Il syngas prodotto viene bruciato direttamente nel reattore stesso (figura sottostante riferimento (7)), eli i a do osì i p o le i legati alla sua depu azio e. L’i issio e di o u e te, ella sezio e di combustione del syngas, avviene tramite bocchelli posti sulla parte superiore del reattore (figura sottostante ife i e to , e t e l’i es o della is ela sy gas/ o u e te ga a tito da u a fia a

25 pilota posta nella sezione di combustione del syngas, nella parte superiore del gassificatore (figura sottostante riferimento (9)).

Il gassificatore è rivestito internamente da strati di materiale refrattario ed isolante in maniera tale da ga a ti e l’otti ale dist i uzio e dei gas p odotti e o se ti vi u a te pe atu a assi a di ese izio pa i a 1100 °C, contrapposta a quella aggiu gi ile dall’i volu o este o di i a °C.

L’effi ie za e il o etto de o so delle eazio i sa a o ga a titi da u o ti uo o t ollo dei pa a et i di processo, ed in particolare del contenuto di ossigeno, della temperatura, del grado di ossidazione e della po tata d’a ia. Così fa e do si assi u a he il p o esso p odu a eal e te gas di si tesi, otti izza do il

e upe o e e geti o e i i izza do l’i patto a ie tale dovuto alle e issio i.

Figura - Gassificatore

3. Sezione di post-combustione

La post-combustione è un processo molto importante e deve necessariamente essere condotto in modo adeguato pe assi u a e u uo e di e to dell’i pia to sia dal pu to di vista energetico ma soprattutto dal punto di vista ambientale. In tale processo si va a completare l’ossidazio e o i iata ella a e a di

26 o ustio e. È ui di e essa io he all’i te o della camera di post-combustione ci siano condizioni ideali per permettere il completamento dell’ossidazio e delle sosta ze a o a hi i a e te attive.

Le condizioni che influenzano maggiormente il processo sono:

▪ Temperatura

▪ Tempo di residenza

▪ Tenore di Ossigeno

Il flusso dei fumi derivante dalla camera di combustione è composto: dai prodotti della gassificazione del combustibile e della combustione del syngas, dall’a ia p i a ia di o ustio e e dalle ceneri leggere trascinate dal flusso gassoso. I gas rilasciati nella fase di gassificazione sono sostanze complesse che vengono ossidate a CO2 durante la post- o ustio e, l’ossidazio e di tali sosta ze necessaria per evitare l’e issio e di sosta ze o ga i he o plesse ell’ at osfe a. La te pe atu a della a e a di postcombustione deve essere per normativa maggiore di 850°C , che rappresenta la temperatura di decomposizione di inquinanti organici clorurati formatisi durante la combustione come furani e diossine.

Tali sostanze dette microinquinanti hanno dei limiti di emissione in atmosfera molto bassi a causa della loro

Tali sostanze dette microinquinanti hanno dei limiti di emissione in atmosfera molto bassi a causa della loro