“Il recupero di materia ed energia a sostegno del riuso: un esempio di piena economia

(1)

Ing Giuseppe Mancini,

responsabile Gruppo Rifiuti e Bonifiche – AIAT Sicilia

giuseppe.mancini@unict.it

“Il recupero di materia ed energia a sostegno del riuso: un esempio di piena economia

circolare”

(2)

PROBLEMA O RISORSA?

(3)

PROBLEMA O RISORSA?

(4)

OK, PIU’ RISORSA

1. Ambientalmente ma anche economicamente sostenibile

gestione industriale

efficace

3. Tenga conto di tutti i flussi e degli scarti di processo ovvero la chiusura dell’intera filiera

2. Praticabile per tempistica,

risorse, e in relazione alle

condizioni locali e di

partenza

(5)

(6)

B.A.N.A.N.A

(Build Absolutely Nothing Anywhere Near Anyone)

NON COSTRUIRE ASSOLUTAMENTE NULLA,

IN NESSUN POSTO E VICINO A CHICCHESSIA

Problema della avversione agli impianti

M’andò

vai…???

(7)

Ci hanno messo uno contro l’altro diffondendo…spazzatura

Inceneritori

mai Termovalorizzazione

o morte….la TUA rifiuti

zero cervello

zero

(8)

Ci hanno fatto credere che la gestione dei rifiuti sia una partita di calcio!

Riciclo Riciclo

(9)

O un incontro di box:

Riciclaggio VS Incenerimento

(10)

Landfill

Separazione meccanica

Rifiuto secco RSU

ACQUE REFLUE

FANGHI

CO

₂

CH

₄

INQUINAMENTO DEI CORPI IDRICI INQUINAMENTO ATMOSFERICO

Impianto

trattamento acque

Rifiuto organico

TMB

La gestione attuale (poco risorsa)

(11)

TMB con produzione di CDR (oggiCSS)

(12)

Ruolo e (scarso) risultato del trattamento

meccanico Biologico TMB

(13)

Impianti tecnologici????

http://gds.it/2018/01/29/rifiuti-in-sicilia-ok-a-due-impianti-

tecnologici-per-la-differenziata_794480/

(14)

(15)

OBIETTIVI CHIARI RICHIEDONO

RISPOSTE CHIARE (Piano Industriale)

(16)

P L A S T IC A

FRAZIONE ORGANICA

RIFIUTI INDIFFERENZIATI

LA PRIMA (ed unica) RISPOSTA

(17)

(solo) COMPOSTAGGIO E’ BELLO

(18)

RIDUZIONE E’ MEGLIO

(19)

Fatta la RD (bene) abbiamo finito?

(20)

La selezione (raffinazione)

(21)

…produce scarti…. (Linea contenitori plastici

e metallici: fine nastro)

(22)

…produce scarti…. (Linea contenitori plastici

e metallici: fine nastro)

(23)

Gli scarti dalla selezione delle plastiche

(24)

La produzione di compost

(25)

Gli scarti dalla produzione di compost

(26)

Gli scarti dalla produzione di compost

(27)

(28)

RD Quantità versus Qualità

(29)

I rischi del mercato

(30)

Raccolta porta a porta Piazza

Michelangelo

(31)

Raccolta porta a porta Piazza

Michelangelo

(32)

Raccolta porta a porta Piazza

Michelangelo

(33)

Raccolta porta a porta Piazza

Michelangelo

(34)

Raccolta porta a porta Piazza

Michelangelo

(35)

Raccolta porta a porta Piazza

Michelangelo

(36)

Raccolta porta a porta Piazza

Michelangelo

(37)

Raccolta porta a porta Piazza

Michelangelo

(38)

Raccolta porta a porta Piazza

Michelangelo

(39)

Raccolta porta a porta Piazza

Michelangelo

(40)

Raccolta porta a porta Piazza

Michelangelo

(41)

Raccolta porta a porta Piazza

Michelangelo

(42)

Raccolta porta a porta Piazza

Michelangelo

(43)

Raccolta porta a porta Piazza

Michelangelo

(44)

Raccolta porta a porta Piazza

Michelangelo

(45)

Raccolta porta a porta Piazza

Michelangelo

(46)

TENER CONTO DEL TERRITORIO

…montano

(47)

Marittimo....

(48)

...e della gente che lo abita

(49)

2017

………… (del Veneto)

La tempistica…. e le sfide

70%

100%

(50)

La tempistica….

e le sfide

………

..(della Lombardia)

(51)

Attenzione quindi alla tempistica e ai trend dei migliori

43%

57%

100%

(52)

Fatta la RD (bene) abbiamo finito?

(53)

Termovalorizzatori NO!!!!!

(54)

% Differenziata Vs recupero

effettivo di materia

(55)

Il secco non recuperabile (+ gli scarti)= 50%

Come gestirlo????

(56)

Il secco non recuperabile (+ gli scarti)= 50%

OGGI A DISCARICA

Rifiuto residuo

35%

Raccolta Differenziata

65%

rifiuto 100%

Al riciclo

Discarica 47,9%

S car ti 13%

52% nuovi

materiali

(57)

(58)

Motivazioni principale (onesta)

dell’avversione alla discarica

(59)

Una questione…..

di geometria e meteorologia

(60)

Il secco non recuperabile (+ gli scarti)= 50%

A RECUPERO ENERGETICO

Rifiuto residuo

35%

Raccolta Differenziata

65%

rifiuto 100%

Al riciclo

Discarica 47,9%

S car ti 13%

52% nuovi materiali

Rifiuto residuo

35%

Raccolta Differenziata

65%

rifiuto 100%

Al riciclo 52%

Recupero Energetico

47,9%

S car ti 13%

52% nuovi materiali

Energia

Al riciclo 14%

VERSUS

Discarica

Percolato 1%

(61)

Residui solidi - Tipi

I residui solidi derivanti dal

processo di combustione e

depurazione dei fumi sono di 4 tipi:

Scorie (ceneri pesanti) e ferrosi Da combustione

Sotto la griglia

Ceneri leggere Da combustione Sotto caldaia ed

elettrofiltro

Prodotti Sodici Residui

Da depurazione fumi Sotto filtro a

maniche I residui solidi derivanti dal processo di combustione

e depurazione dei fumi sono di 4 tipi:

(62)

Trattamento scorie

(63)

Riciclo e incenerimento si

supportano contro la discarica

(64)

In realta è un sport di squadra

(65)

La terza via? E’ questa la dis-economia circolare che vogliamo???

Rifiuto residuo

35%

Raccolta Differenziata

65%

rifiuto 100%

Al riciclo

TRASPORTO FUORI SICILIA

S car ti 13%

52%

nuovi materiali

Perdita Economica e… zero resilienza

(66)

A proposito di resilienza…non dimentichiamo….

(67)

E anche a proposito di salute..

(68)

Termovalorizzatori NO!!!!!

(69)

E se si pagaiasse in tre?

(70)

Landfill

Separazione meccanica

Rifiuto secco RSU

ACQUE REFLUE

FANGHI

CO

₂

CH

₄

INQUINAMENTO DEI CORPI IDRICI INQUINAMENTO ATMOSFERICO

Impianto

trattamento acque

Rifiuto organico

TMB

Un cambio del modello discarica-centrico

(71)

Rifiuto organico

raccolto separatamente Rifiuto residuale

ACQUE REFLUE

fanghi

Produzione di

Biometano

Calore recuperato Elettricità

Recupero dei residui

Calore recuperato

Residui agricoli Residui zootecnici

Residui da industria alim

Digestione Anaeerobica

(a sistema)

compost

Materiali recuperati Wastewater

treatment

Attraverso la simbiosi

Impianto

trattamento acque

Digestato liquido

Digestato

solido

(72)

L’analisi sull’area metropolitana di Catania

Tabella 1: produzione rifiuti solidi urbani

Popolazione 1.200.000,00 ab

Produzione rifiuti (pro capite per anno)

540 kg ab ^-1 y ^-1

Produzione rifiuti (pro capite al giorno )

1,48

kg ^-1 d ^-1

Produzione rifiuti

1775

t d ^-1

(73)

Composizione, RD e ipotesi di recupero

Table 2: MSW composizione, raccolta differenziata e efficenza di separazione

Frazioni

MSW composizione

(%)

Raccolta

differenziata(%of the gross production)

Efficenza di separazione (%)

Now Future This study Range

Organico 33,90 14,8 25,6 94 80-96

Carta 22,3 6,3 11,7 96 90-97

Vetro 9,4 4,0 8,9 90 80-92

Plastica 11,5 2,7 4,9 75 73-85

Metalli 2,7 0,4 1,3 92 90-98

Legno 4,4 0,5 3,8 86 80-90

WEEE 1,1 0,4 0,9 85 80-90

Spazzamento 2,6 0,1 2,5 90 60-95

Tessile 2,8 0,3 0,6 97 90-98

Altro 9,3 0,6 7,9 10 0-50

Differenziata (%) 30 68

indifferenziata (%) 70 32

Totale (%) 100,0

(74)

Analisi dei flussi dei rifiuti dalla produzione alle quantità effettivamente recuperate

Fractions

MSW composition

(t)

Source separate collection (t)

Recovered materials

(t) Scraps from sorting (t) Unsorted (t) Residual (t)

Scrap composition Residual Residual Residu

al Residu

al

Now Future Now Future Now Future Now Future Now Future Now Future Now Future Now Future

original Organic

219672 95904 165755 90150 155809 5754 9945 123768 53917 129522 63863 30% 12%

Organi

c 129522 63863 22%

Organi c 33,9

Paper 144504 40824 75827 39191 72794 1633 3033 103680 68677 105313 71710 9% 4% Paper 105313 71710 25% Paper 22,3

Glass 60912 25920 57387 23328 51648 2592 5739 34992 3525 37584 9264 14% 7% Glass 37584 9264 3% Glass 9,4

Plastic

74520 17496 31778 13122 23833 4374 7944 57024 42742 61398 50687 23% 10% Plastic

61398 50687 18% Plastic 11,5 Metals

17496 2592 8354 2385 7686 207 668 14904 9142 15111 9810 1% 1% Metals

15111 9810 3% Metals

2,7

Wood 28512 3240 24923 2786 21434 454 3489 25272 3589 25726 7078 2% 4% Wood 25726 7078 2% Wood 4,4

WEEE 7128 2592 6107 2203 5191 389 916 4536 1021 4925 1937 2% 1% WEEE

4925 1937 1% WEEE

1,1 Sweeping

16848 648 16249 583 14624 65 1625 16200 599 16265 2224 0,3% 2%

Sweepi

ng 16265 2224 1%

Sweepi ng 2,6 Textile

18144 1944 3704 1886 3593 58 111 16200 14440 16258 14551 0,3% 0,1% Textile

16258 14551 5% Textile 2,8

Other 60264 3888 51268 389 5127 3499 46141 56376 8996 59875 55137 18% 58% Other 59875 55137 19% Other 9,3

Total

648000 195048 441352 176023 361740 19025 79612 452952 206648 471977 286260 Separate

collection

30% 68% 100% 100% 471977 286260 100%

Recovered 27% 56%

Scraps 3% 12%

Unsorted 70% 32%

Residual 73% 44%

Total 100%

*to MBT and landfill

**to WtE

(75)

Analisi dei flussi dei rifiuti dalla produzione alle quantità effettivamente recuperate

Fractions

MSW compositio

n (t)

Source separate collection (t)

Recovered materials

(t) Scraps from sorting (t) Unsorted (t) Residual (t)

Now Future Now Future Now Future Now Future Now Future

Organic

219672 95904 165755 90150 155809 5754 9945 123768 53917 129522 63863 Paper 144504 40824 75827 39191 72794 1633 3033 103680 68677 105313 71710

Glass 60912 25920 57387 23328 51648 2592 5739 34992 3525 37584 9264

Plastic 74520 17496 31778 13122 23833 4374 7944 57024 42742 61398 50687

Metals 17496 2592 8354 2385 7686 207 668 14904 9142 15111 9810

Wood 28512 3240 24923 2786 21434 454 3489 25272 3589 25726 7078

WEEE 7128 2592 6107 2203 5191 389 916 4536 1021 4925 1937

Sweeping 16848 648 16249 583 14624 65 1625 16200 599 16265 2224

Textile 18144 1944 3704 1886 3593 58 111 16200 14440 16258 14551

Other 60264 3888 51268 389 5127 3499 46141 56376 8996 59875 55137

Total

648000 195048 441352 176023 361740 19025 79612 452952 206648 471977 286260 Separate

collection 30% 68%

Recovered 27% 56%

Scraps 3% 12%

Unsorted 70% 32%

Residual 73% 44%

Total 100%

*to MBT and landfill

**to WtE

(76)

Analisi dei flussi dei rifiuti dalla produzione alle quantità effettivamente recuperate

Fractions

Scrap composition Residual Residual Residual Residual

Now Future Now Future Now Future

Organic 30% 12% Organic 129522 63863 22% Organic

Paper 9% 4% Paper 105313 71710 25% Paper

Glass 14% 7% Glass 37584 9264 3% Glass

Plastic 23% 10% Plastic 61398 50687 18% Plastic

Metals 1% 1% Metals 15111 9810 3% Metals

Wood 2% 4% Wood 25726 7078 2% Wood

WEEE 2% 1% WEEE 4925 1937 1% WEEE

Sweeping

0,3% 2% Sweeping

16265 2224 1%

Sweepin g

Textile 0,3% 0,1% Textile 16258 14551 5% Textile

Other 18% 58% Other 59875 55137 19% Other

Total

(77)

Trattamento impianto acque reflue:

Condizioni

Produzione acque reflue Valore U.M.

Popolazione P 1,200,000 ab Consumo specifico

Di 250 **l/ab*d**

Coefficente K 0.8

Portata di refluo Q

_W

240,000 m

³

/d CONCENTRAZIONi

COD per capita 120 g/abd BOD per capita 60 g/abd SST per capita 90 g/ab*d COD concentrazione 600 mg/l SST concentrazione 450 mg/l BOD concentrazione 300 mg/l

Produzione COD

^1°

caso 2

^°

caso 3

^°

caso

Concentration COD OUTPUT(mg/l) 84 100 120

COD INPUT(kg/d) 144,000 144,000 144,001

COD OUTPUT(kg/d) 20,160 24,000 28,800

COD rimosso (kg/d) 123,840 120,000 115,201

COD coeff.rimozione (%) 86 83 80

(78)

Produzione fango

SLUDGE

PRODUCTION

Primary Sludge production per capita 49g/ab*d Total Primary sludge

producton 58,800 Kg/d

Primary Sludge Dry content 6%

Secondary Sludge production per capita 35g/ab*d Total Secondary sludge producton 42,000 Kg/d

Secondary Sludge Dry content 1.3%

Total sludge production 100,800 Kg/d

Total Sludge Dry content 4.0 %

(79)

Massa organica rimossa (COD)

Mo (COD) 123.84 ton/day

Mts = Mis + Mvs 107.1 ton/day

M

_is

=inorganic matter

Mvs = 0.75Mts 75.0 ton/day

Mis 32.1 ton/day

M

_ana

= 1.42Mvs 106.5 ton/day

Mass of organic matter in anabolism

moisture content 96.0 %

density 1002 kg/m

³

Excess sludge Q

_s

2645 m

³

/d

Produzione e gestione fango

(80)

Energia e calore richiesto per il riscaldamento del digestore

Electricity and Heat Requirements of the Anaerobic

Digestion System

digestion time 25 d

energy for stirradge 0.008 kW/m

³

E

_dig

12,698 kWh

Thermal Energy

T

₀

15 °C

T

_s

50 °C

c

_s

4.2 MJ/kg°C

) Total heat H

_t

required 239.453 MJ

(81)

Recupero energetico sistema CHP

Energy Recovery of CHP System

Specific Yield of biogas production 0.35m

³

/kgCOD

Calorific 11kWh/m3

Efficenza termica η

_H

50%

Efficenza elettrica η

_e

40%

Total Yield of biogas production 43,344 m

³

/giorno

Raccolta differenziata (%)

organico pro capite al

giorno (kg/d)

organico totale al giorno (Kg/d)

COD nella frazione organica (kgCOD/d)

biogas da rifiuto organico

m

³

/d

now 14.8 0.21904 262,848 170851 59,798

future 25.6 0.37888 454,656 295,526 103,434

P _t total energy

recovery 409999kWh

P _el 164000kWh 590398MJ

P _heat 204999kWh 737998MJ

(82)

Data on WtE treatment of residual waste

Main characteristics of the WtE process

Parameter Value u.m.

Combustion technology

moving grate furnace Lower Heating Value

10376 MJ t _RW ^-1

η _HEAT 25 %

η ELECTRICITY, NET 26 %

IBA 12 kg t _RW ^-1

Fly Ash 2,2 kg t _RW ^-1

APC residues 1,2 kg t _RW ^-1

Iron scraps 0,8 kg t _RW ^-1

Aluminium scraps 0,1 kg t _RW ^-1

CO ₂ emissions (fossil) 400 kg t _RW ^-1

19.060.076 MJ

(83)

Le azioni integrate: il recupero di Materia

C o u rt es y o f F . F a to n e

(84)

forse qualche riflessione si dovrebbe fare....

(85)

Chlorination

(WSR)

Farm

Reservois(FR) WWTP

Sketch of the wastewaters reuse system with the proposed modifications

Need to upgrade with advanced treatment

Need to upgrade with denitrification

phase

(86)

Sun Light

CO ₂

Waste Water

Microalgae

High Value Product

Clean Water

(87)

A High rate algal ponds (HRAP) is made of a closed loop recirculation channel

that is typically about 0.3-0.5 m deep. Mixing and circulation are produced by a

paddlewheel. Raceway channels are built in concrete, or compacted earth, and

may be lined with white plastic.

(88)

(89)

ab.eq Supplied water Q V S

500 160 64 256 512

1000 170 136 544 1088

5000 180 720 2880 5760

10000 190 1520 6080 12160

20000 200 3200 12800 25600

30000 210 5040 20160 40320

50000 220 8800 35200 70400

l/day ab.eq m

³

/day m

³

m

²

0.2 €/m ³

0.1 €/m ³

89

(90)

Algal pond

Filtration

Chlorination

Buffer Reservoir (BR) Wastewater Stabilization

Reservoir (WSR)

Farm

Reservois(FR) WWTP

Sketch of the wastewaters reuse system with the proposed modifications

Chlorination Filtration

To a centralized anaerobic

digestion plant or biodiesel production plant

Nutrient recovery

“No” need to upgrade with advanced treatment

“No” need to upgrade with denitrification

phase

(91)

Questi costi sono destinati a crescere nel prossimo futuro a causa dei sempre più stringenti controlli e norme e alla conseguente progressiva limitazione, se non un divieto in taluni stati o regioni in Europa, al riutilizzo in agricoltura dei fanghi derivanti dal trattamento di acque reflue urbane, per i livelli riscontrati di microinquinanti inorganici, ma soprattutto organici.

Proprio per questi motivi i costi dello smaltimento/ recupero dei fanghi è aumentato vertiginosamente negli ultimi anni collocandosi negli intervalli 70- 150 euro/t per la discarica, 60-130 euro/t per l’uso diretto in agricoltura e 95-125 euro/t per il compostaggio.

Fanghi da depurazione delle acque reflue

la necessità di ottimizzarne la gestione

(92)

E’ quindi ovvio come vi sia un forte interesse da parte dei gestori degli impianti di depurazione verso le soluzioni tecnologiche che consentano di minimizzare la produzione di fanghi di supero da avviare a smaltimento.

Tradizionalmente le tecnologie di trattamento dei fanghi hanno mirato alla riduzione operando essenzialmente sulla linea fanghi (digestione, disidratazione), tralasciando possibili interventi rivolti alla loro minimizzazione già a partire dalla linea acque.

Fanghi da depurazione delle acque reflue

la necessità di ottimizzarne la gestione

(93)

Ciò in un contesto, in cui gli impianti di depurazione, spesso di costruzione datata come nel caso della Sicilia, hanno seguito nel migliore dei casi un iter costruttivo discontinuo legato alle esigenze di disinquinamento del momento, frequentemente basato su finanziamenti limitati graduali o parziali.

Conseguentemente anche gli interventi sono stati parziali e senza una efficace programmazione come prova spesso a tutt’oggi l’assenza, in molti impianti, delle fasi di nitrificazione e denitrificazione.

Fanghi da depurazione delle acque reflue

la necessità di ottimizzarne la gestione

A ciò si aggiunge una tendenza tutta

siciliana per la quale fatta l’opera non è

necessario manutentarla, adeguarla e

gestirla in un’ottica di efficacia. Ne sono

prova le numerose linee fanghi fuori

servizio e/o obsolete

(94)

Fanghi da depurazione delle acque reflue la necessità di ottimizzarne la gestione

In questa prospettiva la gestione dei fanghi va riconsiderata in stretta

correlazione ad una diversa logica di progettazione e conduzione degli impianti

di depurazione nella stessa razionalità della Direttiva Europea sui rifiuti che vede

come prioritaria la riduzione alla fonte e porti ad una nuova considerazione

dell’impianto di depurazione come un qualunque altro impianto industriale.

(95)

95

residues

WWTP = wastewater treatment plant; AD = anaerobic digestion; WtEP = waste to energy plant; RI = recovery industry; PT =pre-treatment; D = dewatering; PC =post-composting ; BAT = bottom ash treatment; L = landfill

CITY Selection

organic

recovered materials

AD

post selection residues

WtEP

solid digestate To compost wastewater

bottom ash recovery ash disposal

sludge

liquid digestate

waste100%WastewaterXX

To reuse

unsorted

to energy recovery

Agriculture areal WWTP

RI

PT heatrecovery D

INDUSTRIAL AREA

PC

to energy recovery

recovered materials

BR biogas

L

U biometane City bus,

trash compactor

Market

glass paper

plastic

others metals wood WEEE bulky CDW sweeping textile