IX
Introduzione
L’utilizzo di biomasse e scarti industriali rappresenta una promettente alternativa per la produzione di energia, in quanto consente da un lato di ridurre l’impiego delle fonti di natura fossile, dall’altro di valorizzare materiali classificati come rifiuti.
Nell’ambito del presente lavoro di ricerca è stata posta l’attenzione sui fanghi provenienti da impianti di trattamento di acque reflue civili, che costituiscono sia una matrice di natura biologica sia un rifiuto da smaltire.
Recentemente, i metodi convenzionali di smaltimento dei fanghi da depurazione quali la posa in discarica, l’incenerimento e l’utilizzo in agricoltura sono divenuti sempre meno accessibili nell’Unione Europea (UE). Con la direttiva 99/31/EEC sono state introdotte restrizioni per la posa in discarica di rifiuti organici biodegradabili. In alcuni paesi dell’UE, l’utilizzo in discarica di fanghi da depurazione non trattati è persino proibita. A testimonianza che anche la posa dei fanghi su terreni agricoli è regolamentata da leggi sempre più restrittive, la Direttiva Europea 86/278/EEC impedisce lo spargimento di fanghi da depurazione non trattati su in agricoltura, a meno che non siano incorporati adeguatamente nel suolo. I limiti imposti dall’UE per la concentrazione di metalli pesanti nel suolo, così da evitare la loro assimilazione da parte di piante, animali e uomo, potrebbero impedire di fatto l’utilizzo di fanghi su terreno agricolo. Alcuni paesi europei stanno quindi abbandonando, o hanno già abbandonato l’opzione di smaltimento dei fanghi da depurazione in agricoltura.
Appare pertanto necessario sviluppare processi alternativi per gestire in modo sostenibile la significativa quantità di tale rifiuto che verrà prodotta nei prossimi anni. In alcuni paesi UE, i processi termochimici come l’incenerimento e la gassificazione stanno emergendo come le alternative più promettenti. La gassificazione rappresenta una valida alternativa all’incenerimento, per il trattamento termico di fanghi da depurazione. In particolare la gassificazione presenta vantaggi analoghi all’incenerimento, tra cui la completa sterilizzazione del fango e la riduzione significativa del volume del materiale con produzione di un residuo solido (ceneri).
Inoltre con la gassificazione è possibile evitare alcune problematiche relative all’incenerimento quali le emissioni di ossidi di zolfo e di azoto, metalli pesanti, ceneri
Introduzione
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volanti e la potenziale produzione di diossine e furani, come conseguenza dell’atmosfera riducente a cui viene condotto il processo, al contrario delle condizioni ossidanti dell’incenerimento.
L’attività di ricerca, condotta nell’ambito di una collaborazione tra Cispel Toscana e Dipartimento di Ingegneria chimica, Chimica industriale e Scienza dei materiali dell’Università di Pisa, è stata finanziata dalla Regione Toscana.
Nel presente studio è stata analizzata sperimentalmente la gassificazione di fanghi da depurazione miscelati con pellet di legno, condotta in un impianto a letto fisso updraft;
nel nord Europa sono attivi degli impianti industriali di gassificazione cippato di legno ma non sono disponibili informazioni sulla gassificazione di fanghi miscelati con biomassa legnosa tradizionale.
Per poter essere economicamente competitivo, un impianto di gassificazione dovrebbe essere in grado di operare con differenti alimentazioni, a seconda delle esigenze del luogo in cui si trova.
E’ stata quindi condotta una sperimentazione su un impianto pilota a letto fisso updraft in modo da investigare gli effetti della gassificazione di fanghi da depurazione con 20 wt% di umidità. Le prove sperimentali sono state effettuate a valori differenti di rapporto equivalente (0.15, 0.2 e 0.25) e a diversi tenori di fango in alimentazione, 0, 30, 70 e 100 % (w/w), miscelandoli opportunamente con pellet di legno, in modo da analizzare sia il comportamento in gassificazione dei fanghi da depurazione sia gli effetti di una loro aggiunta sulle prestazioni del processo con biomassa tradizionale.
Inoltre è stato misurato il contenuto di metalli pesanti nel residuo solido, così come è stato valutato il loro rilascio in acqua, in vista di eventuali scenari di smaltimento di tale rifiuto.
Successivamente alla fase sperimentale, è stato sviluppato un modello matematico di simulazione del processo di gassificazione dei fanghi. Tale modello è stato implementato al fine di effettuare un’analisi più approfondita del processo allo stazionario, fittando i dati sperimentali a disposizione, e di predire il comportamento dell’impianto in transitorio a seguito di modifiche dei parametri d’ingresso.
