ITVR20110230A1 - PROCEDURE FOR PROCESSING DIGESTATO - Google Patents
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Description
PROCEDIMENTO DI TRATTAMENTO DI DIGESTATO PROCEDURE FOR PROCESSING DIGESTATE
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Il presente trovato riguarda un procedimento di trattamento di digestato. The present invention relates to a digestate treatment process.
Più particolarmente, il presente trovato riguarda un procedimento di trattamento di digestato proveniente dalla digestione anaerobica della frazione organica da raccolta differenziata (FORSU) e presentante una percentuale ponderale di sostanza secca pari a circa il 16% e da alte concentrazioni in termini di COD e ammoniaca (NH3). More particularly, the present invention relates to a digestate treatment process deriving from the anaerobic digestion of the organic fraction from separate collection (OFMSW) and having a weight percentage of dry matter equal to about 16% and high concentrations in terms of COD and ammonia (NH3).
Allo stato attuale della tecnica, sono noti vari procedimenti di trattamento per la depurazione della frazione liquida del digestato da raccolta differenziata o FORSU, nei quali vengono solitamente associati in serie vari sistemi di trattamento biologici e fisico-chimici. In the current state of the art, various treatment processes are known for the purification of the liquid fraction of the digestate from separate collection or OFMSW, in which various biological and physico-chemical treatment systems are usually associated in series.
La configurazione tipica di un impianto di trattamento del digestato liquido prevede l’accoppiamento di trattamenti biologici con una filtrazione a membrana, per la finitura e lo scarico dell’acqua depurata o per il riutilizzo industriale della stessa. The typical configuration of a liquid digestate treatment plant involves the coupling of biological treatments with membrane filtration, for the finishing and discharge of purified water or for its industrial reuse.
In particolare, i trattamenti biologici si distinguono in sistemi a biomassa sospesa e sistemi a biomassa adesa. In particular, biological treatments are divided into suspended biomass systems and adherent biomass systems.
A loro volta i sistemi a biomassa sospesa si distinguono in sistemi classici NITRO/DENITRO, che comprendono: sistemi a fanghi attivi convenzionali o del tipo SBR (Sequencing batch Reactor); sistemi a tecnologie combinate (fisico-biologiche), tra i quali si possono citare i sistemi MBR (Membrane Bioreactor) e MBBR (Moving Bed Biofilm Reactors); e sistemi innovativi, quali ad esempio quelli noti come SHARON/ANAMMOX/CANON. In turn, suspended biomass systems are divided into classic NITRO / DENITRO systems, which include: conventional or SBR (Sequencing batch Reactor) activated sludge systems; systems with combined technologies (physical-biological), among which we can mention the MBR (Membrane Bioreactor) and MBBR (Moving Bed Biofilm Reactors) systems; and innovative systems, such as those known as SHARON / ANAMMOX / CANON.
I suddetti trattamenti possono avere funzionamento in continuo (fanghi attivi convenzionali) o in discontinuo (SBR Sequencing batch reactor, MBR Membrane bioreactor, MBBR Moving Bed Biofilm Reactor). The aforementioned treatments can operate continuously (conventional activated sludge) or discontinuous (SBR Sequencing batch reactor, MBR Membrane bioreactor, MBBR Moving Bed Biofilm Reactor).
Stante la grande variabilità delle caratteristiche chimico-fisiche del digestato, relativamente ai trattamenti biologici, si stanno affermando in modo preponderante i trattamenti in discontinuo, in quanto consentono una migliore adattabilità alla variabilità del digestato, necessitano di minori superfici areali e comportano minori produzioni di fango di scarto da smaltire e/o recuperare. Given the great variability of the chemical-physical characteristics of the digestate, with regard to biological treatments, discontinuous treatments are becoming predominantly established, as they allow a better adaptability to the variability of the digestate, require less areal surfaces and involve less production of sludge. of waste to be disposed of and / or recovered.
In particolare, i sistemi SBR (Sequencing batch reactor) consistono in un trattamento biologico a flusso discontinuo, costituito da uno o più bacini per processi di ossidazione biologica, sedimentazione, estrazione dell’effluente depurato e dei fanghi di supero, e si concretizzano in un processo a fanghi attivi, nel quale le diverse fasi di processo si susseguono in sequenza temporale piuttosto che spaziale. In particular, the SBR (Sequencing batch reactor) systems consist of a discontinuous flow biological treatment, consisting of one or more basins for biological oxidation processes, sedimentation, extraction of purified effluent and excess sludge, and take the form of an activated sludge process, in which the different process phases follow each other in a temporal rather than a spatial sequence.
I sistemi SBR hanno il vantaggio di consentire la possibilità di variare la durata dei tempi, a seconda delle reali esigenze di trattamento del refluo, ed, inoltre, consentono di regolare l’andamento del processo in funzione delle caratteristiche quantitative e qualitative del refluo influente, per cui possono considerarsi come impianti che funzionano in “stato non stazionario controllato†, permettendo così di variare la durata di ogni ciclo e la durata di ogni fase del ciclo e di modificare la velocità di crescita dei microrganismi. The SBR systems have the advantage of allowing the possibility of varying the duration of the times, according to the real needs of wastewater treatment, and, moreover, they allow to regulate the progress of the process according to the quantitative and qualitative characteristics of the influent wastewater. , so they can be considered as plants that operate in a â € œcontrolled non-stationary stateâ €, thus allowing to vary the duration of each cycle and the duration of each phase of the cycle and to modify the growth rate of microorganisms.
Tuttavia i sistemi SBR presentano alcuni limiti di efficienza, tra i quali una riduzione del 80-90% del COD e una riduzione del 50-90% dell’azoto. However, SBR systems have some efficiency limits, including an 80-90% reduction in COD and a 50-90% reduction in nitrogen.
Infatti, una riduzione maggiore del 60% dell’azoto può comportare incrementi dei costi per la necessità di aggiungere COD (metanolo o melasso) come substrato per l’attività dei batteri e/o la crescita dei consumi energetici (insufflazione aria). In fact, a reduction of more than 60% of nitrogen can lead to cost increases due to the need to add COD (methanol or molasses) as a substrate for the activity of bacteria and / or the growth of energy consumption (air insufflation).
Altri aspetti svantaggiosi dei sistemi SBR sono di carattere biologico e riguardano la produzione di fango (poco sedimentabile, filamentoso) e la crescita dei microorganismi (eccessiva selezione, tempo di ambientamento). Other disadvantageous aspects of SBR systems are of a biological nature and concern the production of sludge (not very sedimentable, filamentous) and the growth of microorganisms (excessive selection, acclimatization time).
I citati sistemi MBR sono, invece, sistemi che combinano due tecnologie di trattamento: biologica, per il trattamento depurativo, e fisica, con la filtrazione su membrane per la riduzione della produzione dei fanghi. The aforementioned MBR systems, on the other hand, are systems that combine two treatment technologies: biological, for purification treatment, and physical, with membrane filtration to reduce sludge production.
Per il digestato solitamente i sistemi MBR prevedono una vasca per il trattamento aerobico a fanghi attivi per l’ossidazione biologica del digestato e il successivo trattamento del flusso mediante membrane di ultrafiltrazione a fibra cava esterne alla vasca di ossidazione, con regime di filtrazione di tipo tangenziale e con ricircolo della biomassa. For the digestate, MBR systems usually provide a tank for the aerobic treatment with activated sludge for the biological oxidation of the digestate and the subsequent treatment of the flow by means of hollow fiber ultrafiltration membranes external to the oxidation tank, with type filtration regime tangential and with biomass recirculation.
I sistemi MBR offrono alcuni vantaggi, tra i quali va annoverato il fatto di richiedere spazi ridotti, di poter essere usati in sezioni modulari, di consentire una bassa produzione di fango e l'eliminazione delle problematiche di sedimentazione dello stesso nonchà ̈ il rapido avviamento del trattamento. MBR systems offer some advantages, among which the fact of requiring reduced spaces, of being able to be used in modular sections, of allowing a low production of sludge and the elimination of sedimentation problems as well as the rapid start-up of the sludge treatment.
E' da notare che il liquido depurato a valle dei sistemi MBR, per essere riutilizzato come acqua industriale, necessita di ulteriore affinamento mediante depurazione a membrana di osmosi inversa. Tra gli svantaggi, i sistemi MBR denotano elevati costi ed evidenziano frequentemente problemi di intasamento (fouling) delle membrane. It should be noted that the purified liquid downstream of the MBR systems, to be reused as industrial water, requires further refinement by reverse osmosis membrane purification. Among the disadvantages, MBR systems denote high costs and frequently show problems of clogging (fouling) of the membranes.
La tecnologia denominata MBBR (moving bed biofilm reactor) consiste in un sistema ibrido che accoppia biomassa sospesa e biomassa adesa. La sua caratteristica peculiare à ̈ costituita dalla previsione di elementi plastici ad alta superficie specifica, immersi nel reattore, che permettono lo sviluppo di un biofilm sulla loro superficie, incrementando così la concentrazione di biomassa batterica nella vasca aerata. The technology called MBBR (moving bed biofilm reactor) consists of a hybrid system that couples suspended biomass and attached biomass. Its peculiar characteristic is constituted by the provision of plastic elements with a high specific surface, immersed in the reactor, which allow the development of a biofilm on their surface, thus increasing the concentration of bacterial biomass in the aerated tank.
I sistemi MBBR consentono, rispetto ai sistemi biologici descritti in precedenza, un aumento dell’efficienza, per l’effetto sinergico delle due biomasse, la riduzione dei volumi, la flessibilità di ampliamento con aumento del tasso di riempimento, senza alcuna modifica né dal punto di vista strutturale né rispetto alle apparecchiature esistenti. The MBBR systems allow, compared to the biological systems described above, an increase in efficiency, due to the synergistic effect of the two biomasses, the reduction of volumes, the flexibility of expansion with an increase in the filling rate, without any modification or © from a structural point of view nor with respect to existing equipment.
Inoltre, la biomassa adesa agli elementi plastici conferisce ai sistemi MBBR una maggiore resistenza ad eventuali variazioni di carico, caratteristiche di separabilità biomassa/liquido più favorevoli, età del fango più elevate a parità di volumi, e quindi fango di supero più stabilizzato e facilmente disidratabile. Furthermore, the biomass adhered to the plastic elements gives MBBR systems greater resistance to any load variations, more favorable biomass / liquid separability characteristics, higher sludge ages for equal volumes, and therefore more stabilized and easily dehydratable excess sludge. .
Anche nel caso dei sistemi MBBR, il refluo depurato necessita comunque di ulteriori trattamenti di affinamento a membrana. Pertanto anche il sistema MBBR, come gli altri sistemi biologici descritti, non possono essere utilizzati da soli qualora si miri a produrre acqua adatta al riuso industriale o allo scarico su corpo idrico superficiale. Even in the case of MBBR systems, the purified wastewater still requires further membrane refinement treatments. Therefore, even the MBBR system, like the other biological systems described, cannot be used alone if the aim is to produce water suitable for industrial reuse or discharge onto a surface water body.
Il sistema SHARON/ANAMMOX (SHARON: Single reactor High rate Ammonia Removal Over Nitrite; ANAMMOX: ANaerobic AMMonia Oxidation) à ̈ un sistema biologico innovativo, utile per il trattamento reflui ricchi di ammoniaca, che si sviluppa nelle due fasi seguenti: la fase SHARON, che consiste nella ossidazione parziale NH4<+>in NO2 in un sistema SBR, in cui il 50% dell’ammonio deve essere convertito a nitrito ed in cui lo stadio ossidativo NO2 - NO3 viene inibito con temperature elevate (sviluppo di Nitrosomonas e inibizione di Nitrobacter); e la fase ANAMMOX, che consiste nell'isolamento di batteri specializzati che ossidano ammonio in condizioni anossiche, usando nitrito come accettore di elettroni, ed in cui NH4<+>e NO2 vengono convertiti in N2, risultando, quindi, un processo di ossidazione anaerobica obbligata sostenuto da batteri specializzati e a bassa velocità di crescita cellulare, che svolgono il suddetto processo strettamente autotrofo anaerobico. The SHARON / ANAMMOX system (SHARON: Single reactor High rate Ammonia Removal Over Nitrite; ANAMMOX: ANaerobic AMMonia Oxidation) is an innovative biological system, useful for the treatment of ammonia-rich wastewater, which develops in the following two phases: the SHARON phase , which consists in the partial oxidation NH4 <+> into NO2 in an SBR system, in which 50% of the ammonium must be converted to nitrite and in which the oxidative stage NO2 - NO3 is inhibited with high temperatures (development of Nitrosomonas and inhibition of Nitrobacter); and the ANAMMOX phase, which consists in the isolation of specialized bacteria that oxidize ammonium under anoxic conditions, using nitrite as an electron acceptor, and in which NH4 <+> and NO2 are converted into N2, thus resulting in an anaerobic oxidation process obligata supported by specialized bacteria and at low cellular growth rates, which carry out the aforementioned strictly autotrophic anaerobic process.
Il processo CANON, che consiste nell’accoppiamento di SHARON e ANAMMOX, consente ridotti costi gestionali, bassi consumi energetici, ridotta produzione di fanghi e ridotta occupazione di superfici, ma allo stesso tempo necessita tempi lunghi per l’avviamento (6 mesi), sfrutta microorganismi instabili, sensibili alle variazioni dallo stazionario e a crescita lenta, per cui si adatta difficilmente al digestato da FORSU, oltre a necessitare di ulteriori trattamenti di affinamento per il refluo prodotto. I trattamenti fisici più diffusi nell’ambito della depurazione del digestato sono i trattamenti di filtrazione a membrana, che vengono applicati solitamente come finitura a valle dei trattamenti biologici. The CANON process, which consists of the coupling of SHARON and ANAMMOX, allows reduced management costs, low energy consumption, reduced production of sludge and reduced occupation of surfaces, but at the same time requires long start-up times (6 months) , exploits unstable microorganisms, sensitive to variations from stationary and slow-growing, so it is difficult to adapt to the OFMSW digestate, as well as requiring further refinement treatments for the product waste. The most common physical treatments in the area of digestate purification are membrane filtration treatments, which are usually applied as a finish downstream of biological treatments.
I trattamenti a membrana, a seconda dell’efficienza di depurazione, si distinguono in microfiltrazione, ultrafiltrazione (membrane usate nei sistemi MBR), nanofiltrazione ed osmosi inversa (più diffusa per l’affinamento finale del refluo). Membrane treatments, depending on the purification efficiency, are divided into microfiltration, ultrafiltration (membranes used in MBR systems), nanofiltration and reverse osmosis (more widespread for the final refinement of the wastewater).
In particolare l’osmosi inversa fornisce la garanzia di abbattimento della sostanza organica e dei solidi sospesi residui presenti nei reflui, di abbattimento dei nutrienti (fosforo e altro) e di tutti gli altri inquinanti di natura inorganica. In particular, reverse osmosis provides the guarantee of abatement of the organic substance and residual suspended solids present in the wastewater, of the abatement of nutrients (phosphorus and more) and of all other inorganic pollutants.
Solitamente nell’applicazione al digestato le membrane operano con flusso tangenziale per limitare fenomeni di fouling e formazione di precipitati salini. Usually in the application to the digestate the membranes operate with tangential flow to limit fouling phenomena and the formation of saline precipitates.
I trattamenti di filtrazione a membrana consentono un forte contenimento delle superfici di trattamento, contenuti consumi di prodotti chimici per il lavaggio delle membrane ed un elevato rapporto costi/benefici, a fronte però di consumi energetici elevati e della necessità di prevedere comunque un’ulteriore sistema di gestione del concentrato, che solitamente rappresenta il 30% circa dei volumi trattati. Membrane filtration treatments allow a strong containment of the treatment surfaces, low consumption of chemical products for washing the membranes and a high cost / benefit ratio, however, in the face of high energy consumption and the need to provide in any case a further concentrate management system, which usually represents about 30% of the treated volumes.
Altre tipologie di trattamento note, come per esempio l’evaporazione/concentrazione, sono ancora poco diffuse e comunque prevedono ulteriori trattamenti di affinamento finale, come per esempio strippaggio dell’ammoniaca, o trattamenti di adsorbimento su resine scambiatrici. Other known types of treatment, such as evaporation / concentration, are still not very widespread and in any case provide for further final refinement treatments, such as ammonia stripping, or adsorption treatments on exchange resins.
Compito precipuo del presente trovato à ̈ quello di risolvere gli inconvenienti della tecnica nota, realizzando un procedimento di trattamento di digestato che consenta di limitare la depurazione del digestato ad un unico trattamento chimicofisico. The aim of the present invention is to solve the drawbacks of the known art, by providing a digestate treatment process which allows to limit the digestate purification to a single chemical-physical treatment.
All'interno di questo compito, uno scopo del trovato à ̈ quello di fornire un procedimento di trattamento di digestato che permetta di ottenere, al termine della sua esecuzione, un composto utilizzabile come fertilizzante ed un liquido riutilizzabile come acqua industriale. Within this aim, an object of the invention is to provide a digestate treatment process which allows to obtain, at the end of its execution, a compound that can be used as a fertilizer and a liquid that can be reused as industrial water.
Altro scopo del presente trovato, à ̈ quello di realizzare un procedimento di trattamento di digestato che possa essere realizzato senza difficoltà utilizzando un impianto di compostaggio e digestione anaerobica di tipo tradizionale. Another object of the present invention is to provide a digestate treatment process which can be carried out without difficulty using a traditional composting and anaerobic digestion plant.
Non ultimo scopo del presente trovato à ̈ quello di mettere a punto un un procedimento di trattamento di digestato che possa essere attuato a costi estremamente contenuti. Not least object of the present invention is to provide a digestate treatment process which can be carried out at extremely low costs.
Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti dal procedimento di trattamento di digestato, secondo il trovato, come definito nella rivendicazione 1. This aim, as well as these and other objects which will become clearer hereinafter, are achieved by the digestate treatment process according to the invention, as defined in claim 1.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione che segue di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, del procedimento di trattamento di digestato, secondo il trovato. Further characteristics and advantages of the invention will become clearer from the following description of a preferred but not exclusive embodiment of the digestate treatment process according to the invention.
Il procedimento di trattamento di digestato, secondo il trovato, si basa, in linea di principio, sul realizzare la depurazione di un digestato, proveniente dalla digestione anaerobica della frazione organica da raccolta differenziata (FORSU), tramite un unico trattamento, che consiste, essenzialmente, nell'eseguire una concentrazione a pH acido del digestato, con l'obiettivo di trattenere l'ammoniaca (NH3), sotto forma di ione ammonio (NH4<+>), all'interno del digestato stesso da sottoporre in seguito a compostaggio aerobico, ai fini del suo recupero come ammendante compostato, ed ottenendo al contempo, come meglio verrà spiegato in seguito, un distillato liquido utilizzabile per il soddisfacimento di esigenze idriche industriali. E' da notare che questo tipo di digestato da trattare presenta normalmente una percentuale ponderale di sostanza secca pari a circa il 16% e da alte concentrazioni in termini di COD (Chemical Oxygen Demand, fino anche a 50000 mgO2/l) e ammoniaca (NH3, fino anche a 4000 mg/l). The digestate treatment process, according to the invention, is based, in principle, on carrying out the purification of a digestate, coming from the anaerobic digestion of the organic fraction from separate collection (OFMSW), by means of a single treatment, which essentially consists , in carrying out a concentration of the digestate at acidic pH, with the aim of retaining ammonia (NH3), in the form of ammonium ion (NH4 <+>), inside the digestate itself to be subjected to aerobic composting , for the purpose of its recovery as a composted soil conditioner, and at the same time obtaining, as will be better explained below, a liquid distillate that can be used to satisfy industrial water requirements. It should be noted that this type of digestate to be treated normally has a weight percentage of dry matter equal to about 16% and high concentrations in terms of COD (Chemical Oxygen Demand, up to 50,000 mgO2 / l) and ammonia (NH3). , up to 4000 mg / l).
Entrando più nei particolari, il procedimento secondo il trovato prevede una prima fase che consiste nell'acidificare il digestato, preferibilmente mediante aggiunta di acido solforico e, più preferibilmente, di acido solforico puro sostanzialmente al 90%. Going into more detail, the process according to the invention provides a first step which consists in acidifying the digestate, preferably by adding sulfuric acid and, more preferably, substantially 90% pure sulfuric acid.
La quantità in peso di acido solforico puro al 90% aggiunta al digestato potrà , ad esempio, essere sostanzialmente compresa tra 0,5 e 0,6% del peso totale del digestato. The quantity by weight of 90% pure sulfuric acid added to the digestate may, for example, be substantially comprised between 0.5 and 0.6% of the total weight of the digestate.
Vantaggiosamente, l'acidificazione del digestato può essere eseguita prevedendo il dosaggio dell'acido solforico all'interno di un flusso di digestato, il quale viene, opportunamente, omogeneizzato mediante miscelazione meccanica, così da ottenere la salificazione dell'ammoniaca presente nel digestato sotto forma di solfato di ammonio. Advantageously, the acidification of the digestate can be carried out by providing the dosage of the sulfuric acid inside a digestate stream, which is suitably homogenized by mechanical mixing, so as to obtain the salification of the ammonia present in the digestate below. form of ammonium sulfate.
Opportunamente, la fase di acidificazione à ̈ condotta con una regolazione in continuo del dosaggio di acido solforico in funzione del valore di pH raggiunto dal digestato e misurato direttamente tramite pHmetro. Il valore del pH viene regolato in funzione della concentrazione di ammoniaca e di acidi grassi volatili misurata nel digestato da sottoporre a trattamento, al fine di ottenere nel distillato liquido, ricavato in seguito, il minimo trasferimento dei suddetti composti chimici. Conveniently, the acidification phase is carried out with a continuous adjustment of the sulfuric acid dosage as a function of the pH value reached by the digestate and measured directly by means of a pH meter. The pH value is adjusted according to the concentration of ammonia and volatile fatty acids measured in the digestate to be treated, in order to obtain the minimum transfer of the aforementioned chemical compounds in the liquid distillate, subsequently obtained.
Successivamente, il digestato acidificato viene concentrato, preferibilmente fino al 35% di sostanza secca, per mezzo di un evaporatore, preferibilmente a triplo effetto. Subsequently, the acidified digestate is concentrated, preferably up to 35% of dry matter, by means of an evaporator, preferably with a triple effect.
Opportunamente, à ̈ possibile impiegare un evaporatore a triplo effetto del tipo in commercio nell'ambito dell'industria alimentare, e, più in particolare, un evaporatore a triplo effetto adatto alla concentrazione di flussi caratterizzati da un'alta concentrazione di sostanza secca ed idoneo ad operare in ambiente acido (con pH anche inferiore a 2), pertanto costruiti con acciaio resistente alla corrosione (tipo AISI 316). Conveniently, it is possible to use a triple effect evaporator of the type on the market in the food industry, and, more particularly, a triple effect evaporator suitable for the concentration of flows characterized by a high concentration of dry matter and suitable to operate in an acidic environment (with pH even lower than 2), therefore built with corrosion resistant steel (type AISI 316).
Il principio di funzionamento dell’evaporatore suddetto prevede tre moduli evaporativi, altrimenti denominati “effetti†, posti in serie tra loro e mantenuti sottovuoto, i quali, alimentati in ingresso con una soluzione da trattare, sono in grado di produrre in uscita un distillato liquido, derivante dalla condensazione di vapori ottenuti per riscaldamento della soluzione da trattare, ed una soluzione concentrata. The principle of operation of the aforementioned evaporator provides for three evaporative modules, otherwise called â € œeffectsâ €, placed in series with each other and kept under vacuum, which, fed at the inlet with a solution to be treated, are able to produce a liquid distillate, resulting from the condensation of vapors obtained by heating the solution to be treated, and a concentrated solution.
Al fine di ridurre al minimo l’energia necessaria per produrre il distillato liquido, l’evaporatore lavora a temperature e pressioni diverse nei tre effetti. In particolare i tre effetti in serie funzionano a temperature e pressioni decrescenti, in modo da poter sfruttare, negli effetti successivi al primo, il calore latente di condensazione del vapore prodotto nell’effetto precedente. A titolo puramente esemplificativo, il calore prodotto da una fonte di calore esterna viene ceduto ad una soluzione da trattare attraversante il primo effetto ottenendone l'ebollizione; l'evaporato così ottenuto viene condensato ed il suo calore latente di condensazione viene sfruttato nel secondo effetto, in cui à ̈ presente un grado di vuoto maggiore, così da favorire l’evaporazione della soluzione da trattare a temperatura inferiore, rispetto al primo effetto. Analogamente, il calore latente di condensazione del vapore sviluppato nel secondo effetto viene ceduto alla soluzione da trattare nel terzo effetto. In order to minimize the energy required to produce the liquid distillate, the evaporator works at different temperatures and pressures in the three effects. In particular, the three effects in series operate at decreasing temperatures and pressures, so as to be able to exploit, in the effects subsequent to the first, the latent heat of condensation of the steam produced in the previous effect. Purely by way of example, the heat produced by an external heat source is transferred to a solution to be treated through the first effect obtaining its boiling; the evaporate thus obtained is condensed and its latent heat of condensation is exploited in the second effect, in which there is a greater degree of vacuum, so as to favor the evaporation of the solution to be treated at a lower temperature, compared to first effect. Similarly, the latent heat of condensation of the vapor developed in the second effect is transferred to the solution to be treated in the third effect.
In pratica, nell'evaporatore si esegue il riscaldamento del digestato acidificato, in modo che una sua parte evapori sotto forma di vapori, che vengono successivamente condensati, in modo da ottenere un liquido, mentre la sua parte restante rimane come digestato concentrato. In practice, the acidified digestate is heated in the evaporator, so that a part of it evaporates in the form of vapors, which are subsequently condensed, in order to obtain a liquid, while its remaining part remains as concentrated digestate.
Va precisato che con distillato liquido viene indicato nella presente descrizione il liquido derivante dalla condensazione dei vapori ottenuti nell'evaporatore. It should be pointed out that liquid distillate indicates in the present description the liquid deriving from the condensation of the vapors obtained in the evaporator.
Una terza fase del procedimento secondo il trovato consiste nel correggere il pH del distillato liquido separato dall'evaporatore, al fine del successivo uso di tale distillato condensato per soddisfare le esigenze idriche di un impianto integrato di digestione anaerobica e compostaggio, mentre il digestato concentrato in uscita dall'evaporatore può essere, vantaggiosamente, sottoposto, in miscela con altre sostanze organiche e lignocellulosiche, ad un processo controllato biologico di degradazione ossidativa ad opera di batteri e funghi mediante compostaggio aerobico che porti al completo recupero del digestato concentrato sotto forma di ammendante compostato misto, definito ai sensi del D.Lgs. A third step of the process according to the invention consists in correcting the pH of the liquid distillate separated from the evaporator, in order to subsequently use this condensed distillate to satisfy the water requirements of an integrated anaerobic digestion and composting plant, while the digestate concentrated in when exiting the evaporator, it can advantageously be subjected, in mixture with other organic and lignocellulosic substances, to a controlled biological process of oxidative degradation by bacteria and fungi by aerobic composting that leads to the complete recovery of the concentrated digestate in the form of composted soil conditioner mixed, defined pursuant to Legislative Decree
75/2010. 75/2010.
In particolare, la correzione del pH del distillato liquido prevede di riportare il distillato liquido in condizioni di neutralità mediante dosaggio di un reagente basico forte, quale, ad esempio, NaOH. In particular, the correction of the pH of the liquid distillate involves bringing the liquid distillate back to neutrality conditions by dosing a strong basic reagent, such as, for example, NaOH.
Il procedimento di trattamento secondo il trovato verrà più dettagliatamente spiegato qui di seguito con riferimento ad un possibile esempio di esecuzione. The treatment method according to the invention will be explained in more detail hereinafter with reference to a possible example of embodiment.
Si ipotizzi che il digestato abbia un valore di alcalinità pari a 5000 mg CaCO3/l, che, come si può desumere da dati di letteratura, à ̈ un valore limite superiore da non superare per il corretto andamento della digestione anaerobica. It is assumed that the digestate has an alkalinity value equal to 5000 mg CaCO3 / l, which, as can be inferred from literature data, is an upper limit value not to be exceeded for the correct trend of anaerobic digestion.
Si à ̈ scelto, come correttore del pH, acido solforico (H2SO4) puro al 90% (peso specifico circa 1,8 Kg/l). 90% pure sulfuric acid (H2SO4) was chosen as pH corrector (specific weight about 1.8 Kg / l).
La reazione di riferimento durante la fase di acididicazione del digestato à ̈ la seguente: The reference reaction during the digestate acidification phase is the following:
CaCO3 H2SO4 = CaSO4 H2CO3 In questo caso, 0,05 moli di CaCO3 vengono neutralizzati con 0,05 moli di H2SO4, per cui: CaCO3 H2SO4 = CaSO4 H2CO3 In this case, 0.05 moles of CaCO3 are neutralized with 0.05 moles of H2SO4, therefore:
0,05 moli x 98 g/mole H2SO4 = 4,90 g di H2SO4 Utilizzando acido solforico commerciale al 90% (p.s. ca. 1,8 kg/l), si aggiungono 5,44 g di acido solforico commerciale per ogni Kg di digestato. 0.05 mol x 98 g / mol H2SO4 = 4.90 g of H2SO4 Using commercial 90% sulfuric acid (m.p. approx. 1.8 kg / l), add 5.44 g of commercial sulfuric acid for each kg of digestate.
Abbattuta l’alcalinità presente nel digestato, per portare successivamente il digestato ad un pH di 2,5, à ̈ necessaria una concentrazione di H<+>pari a 3·10<-3>moli/l, per cui: Once the alkalinity present in the digestate has been reduced, to subsequently bring the digestate to a pH of 2.5, a concentration of H <+> equal to 3 · 10 <-3> moles / l is required, therefore:
3·10<-3>moli x 98 g/mole H2SO4 = 0,294 g di H2SO4, corrispondenti a 0,33 g di H2SO4 commerciale al 90% per ogni Kg di digestato. 3 10 <-3> moles x 98 g / mol H2SO4 = 0.294 g of H2SO4, corresponding to 0.33 g of commercial H2SO4 at 90% for each kg of digestate.
Complessivamente per l’acidificazione preliminare al trattamento di concentrazione, sono richiesti circa 6 Kg di H2SO4 commerciale/tonnellata di digestato. Overall, for the preliminary acidification to the concentration treatment, about 6 Kg of commercial H2SO4 / ton of digestate are required.
Da valutazioni chimiche risulta che già a pH 6 si ha un rapporto: Chemical evaluations show that already at pH 6 there is a ratio:
NH3/NH4<+>= 5,8·10<-10>/1·10<-6>= 5,8·10<-4>NH3 / NH4 <+> = 5.8 · 10 <-10> / 1 · 10 <-6> = 5.8 · 10 <-4>
Ciò significa che solo il 5,8·10<-2>% dell’ammonio totale presente nel digestato da concentrare si trova nello stato di ammoniaca libera ed à ̈, quindi, in grado di evaporare e condensarsi successivamente nel distillato. This means that only 5.8 · 10 <-2>% of the total ammonium present in the digestate to be concentrated is in the state of free ammonia and is therefore able to evaporate and subsequently condense in the distillate.
L’ammoniaca presente nel digestato si ritrova pertanto ionizzata nel concentrato sotto forma di solfato di ammonio nella forma dissociata, sale le cui proprietà fertilizzanti sono note e che viene così recuperato nell’ammendante prodotto dalla successiva fermentazione aerobica del concentrato in uscita dall’evaporatore a triplo effetto. The ammonia present in the digestate is therefore found ionized in the concentrate in the form of ammonium sulphate in the dissociated form, a salt whose fertilizing properties are known and which is thus recovered in the soil conditioner produced by the subsequent aerobic fermentation of the concentrate leaving the € ™ triple effect evaporator.
La concentrazione di acido acetico libero nel digestato da concentrare à ̈ regolata dalla seguente equazione: The concentration of free acetic acid in the digestate to be concentrated is regulated by the following equation:
CH3COOH = CH3COO<->+ H<+>CH3COOH = CH3COO <-> + H <+>
Ka = 1,8·10<-5>Ka = 1.8 10 <-5>
CH3COO-/CH3COOH = 1,8·10<-5>/H+ CH3COO- / CH3COOH = 1.8 10 <-5> / H +
Secondo l’equazione enunciata, a pH = 6 si ha un rapporto CH3COOH/CH3COO<->pari a 1·10<-6>/1,8·10<-5>= 0,0556, il che significa che il 5,56 % dell’acido acetico totale si trova nello stato di acido acetico libero. According to the stated equation, at pH = 6 there is a CH3COOH / CH3COO <-> ratio equal to 1 · 10 <-6> / 1.8 · 10 <-5> = 0.0556, which means that the 5.56% of the total acetic acid is in the state of free acetic acid.
Si evidenzia, quindi, che la fase di acidificazione del digestato viene svolta in funzione delle concentrazioni di ammoniaca e di acidi grassi volatili presenti nel digestato da concentrare, come soluzione di equilibrio al fine di produrre un distillato con caratteristiche qualitative tali da poter essere riutilizzato per esigenze idriche industriali e contestualmente recuperare il maggior quantitativo possibile di ammoniaca sotto forma di solfato di ammonio nel concentrato e conseguentemente nell’ammendante di correlata produzione. It should therefore be noted that the acidification phase of the digestate is carried out according to the concentrations of ammonia and volatile fatty acids present in the digestate to be concentrated, as an equilibrium solution in order to produce a distillate with such qualitative characteristics that it can be reused for industrial water requirements and at the same time recovering the greatest possible quantity of ammonia in the form of ammonium sulphate in the concentrate and consequently in the soil conditioner of related production.
Relativamente al flusso di distillato liquido, il trattamento si completa con la regolazione del pH del condensato a valle dell’evaporatore, al fine di riportare l’acqua in condizioni di neutralità (pH = 7), mediante dosaggio di reagente basico forte, per esempio NaOH, monitorato con apposito pHmetro. With regard to the flow of liquid distillate, the treatment is completed with the adjustment of the pH of the condensate downstream of the evaporator, in order to bring the water back to neutral conditions (pH = 7), by dosing a strong basic reagent, for example NaOH, monitored with a special pH meter.
Il distillato così prodotto non presenta residui di sostanza secca ed à ̈ caratterizzato da basse concentrazioni di COD, derivante solo dalla frazione di acidi grassi volatili presenti nel digestato trattato ed eventualmente trascinate nel distillato per evaporazione in condizioni acide. Si à ̈ riscontrato che la presenza di COD residuo à ̈ comunque limitata dalla bassa temperatura a cui viene effettuata l’evaporazione e dal fatto che, essendo tale evaporatore un sistema che opera a bassa pressione, l’aria estratta dalla pompa che riproduce le condizioni di bassa pressione all’interno dell’evaporatore, convoglia una parte degli acidi grassi volatili presenti nel flusso di digestato, che evaporano rapidamente alle temperature e alla pressione tipica di tali impianti di evaporazione. The distillate thus produced has no dry matter residues and is characterized by low concentrations of COD, deriving only from the fraction of volatile fatty acids present in the treated digestate and possibly dragged into the distillate by evaporation under acid conditions. It has been found that the presence of residual COD is in any case limited by the low temperature at which evaporation is carried out and by the fact that, being this evaporator a system that operates at low pressure, the air extracted by the pump which reproduces the low pressure conditions inside the evaporator convey a part of the volatile fatty acids present in the digestate stream, which evaporate rapidly at the temperatures and pressure typical of such evaporation plants.
Il flusso di distillato prodotto potrà essere reimpiegato a copertura delle esigenze idriche dell’impianto di compostaggio e digestione anaerobica, all’interno del quale viene attuato il procedimento secondo il trovato. The flow of distillate produced can be reused to cover the water requirements of the composting and anaerobic digestion plant, inside which the process according to the invention is carried out.
Si à ̈ in pratica constatato come il trovato sia in grado di assolvere pienamente al compito e agli scopi prefissati. In practice it has been found that the invention is able to fully accomplish the intended aim and objects.
In particolare, si evidenzia il fatto che il procedimento di trattamento di digestato, secondo il trovato, consente mediante un unico trattamento chimico-fisico di trattenere l’ammoniaca, presente nel digestato, sotto forma di solfato di ammonio, in una matrice concentrata di natura organica, da avviare a recupero per produzione di ammendante compostato arricchito del composto solfato di ammonio, al fine di incrementarne le caratteristiche fertilizzanti, e contestualmente di produrre un distillato, che viene successivamente condensato, con caratteristiche tali da poter essere riutilizzato come acqua industriale per le soddisfare le idroesigenze industriali dell’impianto utilizzato. In particular, it should be noted that the digestate treatment process according to the invention allows, by means of a single chemical-physical treatment, to retain the ammonia, present in the digestate, in the form of ammonium sulphate, in a concentrated matrix of organic nature, to be sent for recovery for the production of composted soil improver enriched with the ammonium sulphate compound, in order to increase its fertilizing characteristics, and at the same time to produce a distillate, which is subsequently condensed, with characteristics that can be reused as industrial water for satisfy the industrial water needs of the plant used.
Tutte le caratteristiche del trovato, su indicate come vantaggiose, opportune o simili, possono anche mancare o essere sostituite da equivalenti. Le singole caratteristiche esposte in riferimento ad insegnamenti generali o a forme di realizzazione particolari, possono essere tutte presenti in altre forme di realizzazione o sostituire caratteristiche in queste forme di realizzazione. All the characteristics of the invention, indicated above as advantageous, convenient or the like, can also be missing or be replaced by equivalents. The individual characteristics set forth with reference to general teachings or particular embodiments can all be present in other embodiments or substitute features in these embodiments.
Il trovato così concepito à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo. The invention thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept.
Inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti. Furthermore, all the details can be replaced by other technically equivalent elements.
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