Ferrara, 16/03/2012
Gli impatti ambientali connessi agli
impianti a biogas da FORSU: analisi
su base normativa e caso di studio
Francesco Fatone
Dipartimento di Biotecnologie - Università di Verona
Master Interateneo “Ingegneria Chimica della Depurazione
delle Acque e delle Risorse Rinnovabili” – Treviso
Contenuti
• Premessa: l’attuale attenzione del mondo
scientifico e le indicazioni comunitarie
• Inquadramento normativo-autorizzativo nei
due scenari principali
• La digestione anaerobica della FORSU e
l’impatto sulle matrici ambientali
• Il caso Treviso
• Considerazioni conclusive
Gerarchia di gestione dei rifiuti
Sostenibilità massima
Minimizzazione
Minimizzare la produzione
Riuso
Riciclo e
compostaggio
Recupero materiale e/o
energia
Smaltimento
Sostenibilità minima
Massimizzare il recupero
di materia
Massimizzare il recupero
di energia
Minimizzare il
ricorso in
discarica
Anaerobic treatment…è un must, attualmente si studiano
sistemi decisionali per ottimizzare i casi sito-specifici
Gli obiettivi comunitari per la gestione del
RSU e il destino della FORSU
• L’obiettivo di raccolta differenziata è fissato dal D.Lgs. 152/2006 al 65%
a livello di ambito entro il 31/12/2012, mentre l’ obiettivo di recupero
di materia è fissato dalla direttiva comunitaria al 50% entro il 2020.
• Tali obiettivi possono essere raggiunti solo se viene garantito un
adeguato livello di raccolta differenziata della componente organica
dei rifiuti. Inoltre, l’intercettazione della componente organica del
rifiuto urbano prima dello smaltimento, è necessaria anche in relazione
al fatto che la direttiva 1999/31/CE relativa alle discariche di rifiuti,
recepita nell’ordinamento italiano dal D.Lgs. 36/2003, fissa limiti precisi
in Kg/anno per abitante allo smaltimento in discarica di rifiuti urbani
biodegradabili (RUB). I quantitativi di RUB collocati a discarica sono
fissati in quantitativi inferiori a 115 kg/anno per abitante nel 2011 e a
81 Kg/anno per abitante nel 2018.
Il biorifiuto
• La normativa italiana ha recepito la definizione
europea di “biorifiuto” (bio-waste - Dir.
2008/98/CE) all’interno del D.Lgs. 152/06 in cui si
legge:
- «rifiuto organico»: rifiuti biodegradabili di giardini e
parchi, rifiuti alimentari e di cucina prodotti da
nuclei domestici, ristoranti, servizi di ristorazione e
punti vendita al dettaglio e rifiuti simili prodotti
dall’industria alimentare raccolti in modo
differenziato. (art. 183 definizioni, comma 1, let. d).
Come gestire il biorifiuto: indicazioni
comunitarie
• La gestione del biorifiuto è indicata come
contributo alla lotta ai cambiamenti climatici,
aiuto al miglioramento della qualità dei suoli
(compostaggio) e al raggiungimento degli
obiettivi per l’utilizzo di fonti energetiche
rinnovabili (biogas) (COM(2010)577)
Infatti…
• In Europa sono presenti 293 impianti che trattano FORSU o
frazione organica da selezione meccanica (FO), sia come unico
substrato che in codigestione con altre matrici. Il 41% di questi
impianti sono situati in Germania, seguono Austria, Svizzera,
Danimarca, Spagna, Svizzera e Italia.
• In Italia sono attualmente presenti 18 impianti, concentrati
principalmente nelle regioni del nord Italia, con due esempi in
Emilia Romagna e uno in Sardegna. Del totale si hanno 4
impianti che trattano FORSU in combinazione con fanghi,
mentre quasi il 50% tratta esclusivamente frazione organica
(Fonti: ONR 2011; Progetto C-Step)
Il quadro autorizzativo: recupero (R) o
smaltimento (D)?
2 scenari principali
• Digestione anaerobica di FORSU
• Trattamento di rifiuti in impianti di
depurazione (co-digestione fanghiFORSU)
Operazioni di recupero
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
R1 Utilizzazione principale come combustibile o come altro mezzo per produrre energia
R2 Rigenerazione/recupero di solventi
R3 Riciclo/recupero delle sostanze organiche non utilizzate come solventi (comprese le
operazioni di compostaggio e altre trasformazioni biologiche)
R4 Riciclo/recupero dei metalli e dei composti metallici
R5 Riciclo/recupero di altre sostanze inorganiche
R6 Rigenerazione degli acidi o delle basi
R7 Recupero dei prodotti che servono a captare gli inquinanti
R8 Recupero dei prodotti provenienti dai catalizzatori
R9 Rigenerazione o altri reimpieghi degli oli
R10 Spandimento sul suolo a beneficio dell'agricoltura o dell'ecologia
R11 Utilizzazione di rifiuti ottenuti da una delle operazioni indicate da R1 a R10
R12 Scambio di rifiuti per sottoporli a una delle operazioni indicate da R1 a R11
R13 Messa in riserva di rifiuti per sottoporli a una delle operazioni indicate nei punti da R1 a
R12 (escluso il deposito temporaneo, prima della raccolta, nel luogo in cui sono prodotti)
R14 Deposito temporaneo, prima della raccolta, nel luogo in cui sono prodotti i rifiuti
qualora non vengano rispettate le condizioni stabilite dalla normativa vigente)
Digestione anaerobica (e post-compostaggio) di
sola FORSU - Procedure ordinarie e semplificate
• I PROCEDIMENTI AUTORIZZATIVI ORDINARI SONO
QUELLI DISCIPLINATI DAGLI ARTT. DAL 208 AL 211
DEL D.LGS 152/2006 (EX ARTT. 27-28 DLGS
22/97);
• I PROCEDIMENTI COMUNICATIVI, IN “REGIME
AGEVOLATO O SEMPLIFICATO” SONO QUELLI
DISCIPLINATI DAGLI ARTT. 214 AL 216 DEL D.LGS
152/2006 E DAI D.M.5/02/1998 E S.M. (PER
RIFIUTI NON PERICOLOSI) E D.M. 161/2002 (PER
RIFIUTI PERICOLOSI) (EX ARTT. 31-33 DLGS 22/97)
Co-digestione anaerobica fanghiFORSU in depuratori pubblici
La sezione di digestione anaerobica è inserita in impianti
attualmente non autorizzati ai sensi della Parte IV del
D.Lgs. 152/2006 (disciplina dei rifiuti), in quanto si tratta
di impianti realizzati per il trattamento delle acque reflue
civili.
L’inserimento di rifiuti, cioè di materiali soggetti alla
disciplina della Parte IV del D.Lgs. 152/2006, nel ciclo di
depurazione dei fanghi comporta una nuova valutazione
del regime di autorizzazione dell’impianto di depurazione
in quanto ai sensi dell’art. 110, comma 2 dello stesso
decreto è vietato l'utilizzo degli impianti di trattamento di
acque reflue urbane per lo smaltimento di rifiuti.
Quadro autorizzativo:
quantitativi FORSU vs fanghi di depurazione
Relativamente alla dimensione dell’impianto rispetto ai
quantitativi trattati, si tiene conto soltanto dei
quantitativi di FORSU introdotti nel sistema e non dei
fanghi di depurazione che comunque continuano ad
essere conferiti e trattati. I fanghi infatti completano il
proprio processo di stabilizzazione presso l’impianto di
digestione connesso al depuratore, come previsto all’art.
127 e pertanto non sono ancora da inquadrare come rifiuti
come confermato da recente Sentenza Cass. Pen. Sez. III n.
36096 del 05/10/2011
Recupero o Smaltimento?
Un’interpretazione ragionevole
L’operazione di co-digestione della FORSU con i fanghi da
depurazione, è inquadrabile come un’operazione di recupero ed
in particolare, ai sensi del D.Lgs. 152/2006, come operazione R3,
cioè il recupero delle sostanze organiche.
Nei casi in cui il digestato è post-compostato e reso ammendante
compostato misto, il recupero R3 è sia di materia che di energia
La classificazione dell’operazione R3 è indipendente dalla successiva
destinazione del digestato. Non si tratta infatti in questo caso di
recupero di materia, ma di energia, che si conclude con il
recupero energetico del biogas prodotto. Il digestato è quindi
considerato come un rifiuto dell’operazione di recupero, e potrà
essere avviato a successive operazioni di recupero di materia
(compostaggio) o a ulteriore recupero di energia
(termovalorizzazione) previa essiccazione.
Le emissioni e le interazioni con
l’ambiente
Biogas
Emissioni
Impianto di
digestione
anaerobica
Digestato
(solido)
Surnatanti
(liquido)
Potenziali impatti
In un impianto di Digestione Anaerobica, i potenziali
impatti ambientali sono originati principalmente
nei reparti di ricezione, stoccaggio delle matrici
organiche, trattamento e stoccaggio del
digestato e conversione energetica del biogas:
• Emissioni in atmosfera
• Emissioni in ambiente idrico
• Rumore
• Traffico
• Utilizzazione energetica del biogas
Potenziali impatti: emissioni in
atmosfera
Principali emissioni (diffuse e convogliate):
• sostanze volatili e materiale particolato
• Ammoniaca e sostanze odorigene
• Gas serra
Principali fonti:
• Stoccaggio e movimentazione delle matrici organiche
• Sezione di metanizzazione
• Trattamento e stoccaggio del digestato e del surnatante
BILANCIO COMPLESSIVO DELLE EMISSIONI
DI CO2 IN IMPIANTI DI COMPOSTAGGIO E
DIGESTIONE ANAEROBICA DELLA
FRAZIONE ORGANICA DEI RIFIUTI
Regione Veneto/ dati ARPAV – Osservatorio regionale per il Compostaggio Compost una fonte di nuova fertilità (2009)
VALUTAZIONE AMBIENTALE PER IPOTESI ALTERNATIVE DI
UTILIZZO DEL BIOGAS E SMALTIMENTO DEL DIGESTATO
- Ipotesi 1: biogas inviato ad un motore cogenerativo e digestato
essiccato a mezzo di essiccatore termico e poi avviato a
smaltimento finale nel vicino termovalorizzatore.
- Ipotesi 2: biogas interamente utilizzato nella caldaia per il
riscaldamento dei digestori e per l’essiccatore ; il digestato
essiccato è smaltito a mezzo del termovalorizzatore
-Ipotesi 3: biogas utilizzato in un motore cogenerativo, digestato
inviato al compostaggio.
- Ipotesi 4: biogas utilizzato per il riscaldamento dei digestori
(caldaia) e per l’essiccamento dei fanghi (essiccatore termico); il
biogas residuo è inviato in cogenerazione.
Fonte: Progetto C-Step 2011
Sostanze odorigene: “digestione anaerobica + postcompostaggio” vs “compostaggio aerobico diretto”
Post-compostaggio dopo
Compostaggio aerobico
digestione anaerobica
Alcoli
g/tonFORSU
283,6
0,033
Chetoni
g/tonFORSU
150,4
0,466
Terpeni
g/tonFORSU
82,4
2,2
Esteri
g/tonFORSU
52,7
0,003
Organosolfuri
g/tonFORSU
9,3
0,202
Aldeidi
g/tonFORSU
7,5
0,086
Eteri
g/tonFORSU
2,6
0,027
VOCtot
g/tonFORSU
588,5
3,017
NH3
g/tonFORSU
158,9
97,6
747
101
Dati di riferimento: Mata-Alvarez et al., 2004
Totale (VOC + NH3) g/tonFORSU
Misure di prevenzione e
contenimento
Ing. Palumbo, Regione Emilia-Romagna, Ecomondo 2011
Atmosfera: misure di mitigazione
Stoccaggi non superiori a 24-48 ore
Inserimento di tutte le operazioni di pre-trattamento
della FORSU in ambienti chiusi e in depressione
Trattamento delle emissioni per l’abbattimento
dell’ammoniaca e delle sostanze odorigene
Monitoraggio: localmente possono esistere dei valori
guida a cui fare riferimento (i.e. valori di unità odorigene
misurate con metodi di olfattometria dinamica; misure
della concentrazione di composti ridotti dell’azoto)
Emissioni da cogenerazione
Per l’autorizzazione all’emissione, le concentrazioni di:
• carbonio organico totale (COT)
• monossido di carbonio (CO)
• ossidi di azoto (espressi come NO2)
• Composti inorganici del cloro sotto forma di gas o
vapori (come HCI)
sono almeno inferiori ai limiti del D.Lgs. 128/10
(modifica al D.Lgs 152/06)
Potenziali impatti: rumore, traffico e
utilizzazione energetica del biogas
Rumore derivante dalle apparecchiature utilizzate nelle varie sezioni
• Relazione di previsione di impatto acustico in funzione dei punti
sensibili
• Accorgimenti per l’attenuazione dei livelli sonori
Traffico veicolare in relazione ai flussi di materiale IN e OUT
• Piano del traffico (adeguatezza della viabilità locale e misure volte a
mitigare eventuali criticità riscontrate)
• Produzione di FORSU media 0.15-0.2 kg/ab*giorno. (1 automezzo
da 5.7 tonnellate (Daimler-Translift) al giorno copre una
popolazione superiore a 25000 abitanti)
Combustione del biogas
• Dispositivi di sicurezza per la combustione del biogas quando non è
avviato ai consumi finali
Quanta strada percorre la FORSU?
Ad oggi alcune zone di produzione distano anche più di 100 chilometri
dall’impianto di compostaggio. Necessità di un approccio territoriale
diffuso…opportunità di sfruttamento dei digestori esistenti!
Inquinante
Cd
CH4
CO
Cr
Cu
N2O
NH3
Ni
NMVOC
NOx
PM10
Se
SOx
Zn
Inquinante
CO2
Inquinante
Diossina
Fattore di emissione (g/km*1000 veicoli)
0,00291
120,12
3932,35
0,00728
0,01748
30
3
0,00874
2146
11267,99
797,48
0,00291
291,36
0,00874
Fattore di emissione (kg/km*1000 veicoli)
915,77
Fattore di emissione pgTEQ/Km
10,9
Effluente solido: il digestato
• Il digestato è il risultato della stabilizzazione, con buone
capacità fertilizzanti, per l’elevato contenuto di azoto e
fosforo e ammendanti soprattutto per la capacità di
ritenzione di umidità e di contenuto organico (sostanze
umiche per il terreno).
• Si tratta di una miscela con un contenuto in secco
generalmente variabile tra il 15 e il 30%.
• Un’opzione interessante e da perseguire è quella di avviarlo a
recupero di materia in impianti di compostaggio per formare
un ammendante con buone proprietà nutritive previsto dal
nostro ordinamento normativo sui fertilizzanti (ammendante
compostato misto).
Qualità minime ammendante
compostato misto ex D.Lgs 75/2010
(Allegato 2)
Fanghi massimi miscela
Tenore materiali plastici e
inerti > 2mm
Tenore materiali plastici e
inerti > 5mm
Umidità massima
pH
Corganico sul secco minimo
C umico e fulvico
Azoto organico
C:N massimo
p/p
35% Piombo totale
mg/kgSS
140
p/p 0,50% Cadmio totale
mg/kgSS
1,5
p/p
%
mg/kgSS
mg/kgSS
mg/kgSS
mg/kgSS
100
500
230
1,5
mg/kgSS
0,5
5%
50
6-8,5
20%
7%
80%
25
Nichel totale
Zinco totale
Rame totale
Mercurio totale
Cromo
esavalente totale
Inoltre in Italia, come in altri paesi europei, è attivo un programma di
certificazione volontaria del compost di qualità di cui è promotore il
Consorzio Italiano Compostatori.
Trasformazioni ed eventuali vie di rimozione
dell’azoto in digestione anaerobica:
l’ammonificazione
Strippaggio ed emissione
di NH3 con il biogas
Azoto IN = 100
25/40 sospeso
60/75 liquido
40/60 ammoniaca
Precipitazione
come STRUVITE:
MgNH4PO4·6H2O
dipendente da pH e
dal contenuto di P e
Mg
dipendente da pH e
temperatura di lavoro
Idrolisi proteine
e conversione ad
ammoniaca
Azoto OUT ~ 100
10/15 sospeso
85/90 liquido
> 80 ammoniaca
Effluente liquido: il surnatante
• Il surnatante rappresenta la frazione liquida in uscita dal processo.
Si tratta di un flusso concentrato con elevato contenuto di azoto
ammoniacale e fosforo.
• A causa dell’elevato carico in termini di COD e azoto, il surnatante
viene generalmente ricircolato in testa alla linea acque
dell’impianto di depurazione. Il contributo di tale flusso deve
essere pertanto valutato al fine di garantire l’efficienza depurativa
dell’impianto, in quanto aggrava la richiesta di nitrificazione e di
denitrificazione con conseguenza richiesta di carbonio organico.
• Nel caso di codigestione con altre matrici, si può prevedere una
maggiore concentrazione dei nutrienti nel surnatante. Per tale
ragione, in letteratura sono riportati numerosi studi tesi a
sviluppare processi adeguati
Valorizzazione o trattamento del surnatante:
tecnologie efficaci e consolidate
• In particolare, per quanto concerne i possibili pre-trattamenti di tipo
biologico, l’attenzione è posta in processi di tipo autotrofo, ovvero che non
richiedono la presenza di carbonio organico ma inorganico, e in condizioni
anaerobiche che consentono di trasformare l’azoto ammoniacale in azoto
gassoso (processo ANAMMOX, Strous et al., 1999), con evidenti risparmi dal
punto di vista energetico.
• Esperienze interessanti su reflui concentrati, tra cui in particolare il
surnatante hanno dimostrato la possibilità di recuperare le sostanze
fertilizzanti (azoto e fosforo) a mezzo della precipitazione di sali, in
particolare la struvite, un fosfato di magnesio ed ammonio che si ottiene
aggiungendo magnesio al surnatante (Battistoni et al., 2002). La struvite ha
dimostrato di possedere delle buone capacità fertilizzanti, tuttavia l’attuale
norma italiana in materia (D.Lgs. 75/2010) non prevede l’utilizzo di
fertilizzanti derivati da rifiuti, come è considerato il surnatante, se escluso
dal ciclo del trattamento di depurazione.
Impianti di depurazione: lo schema di processo
ottimale per recuopero di energia e materia
To aerobic postcomposting
Salute e igiene pubblica
Il caso di studio: l’impianto di
trattamento integrato di Treviso
Impianto all’interno del parco
regionale del fiume Sile
Il processo AF-BNR-SCP di Treviso
Civil
Wastewater
BNR
Liquid phase
Controlled
fermentation
Sewage sludge
codigestion
Clean
water
Co
generat
ion
OFMSW
sludge
biogas
FBR
crystallisation
struvite
Schema di processo area FORSU
Refuses fraction to headline
Iron removal
Iron to recovery
Sewage sludge from WWTP
Plastic
refuses
Inox removal
Iron to recovery
Plastic fraction to clean
Refuses clean-up
Wastewater
to headline
Inert fraction to clean
Waste to landfill
Shredding
pump
Sludge/
OFMSW to
digester
Il destino della FORSU di Treviso negli anni 20072008
Anno 2007, delle 5 850 tonnellate di FORSU raccolte:
•circa il 50% è stato inviato all’impianto di compostaggio di Trevignano, di proprietà
del Consorzio TV3;
•circa il 26% all’impianto di Treviso;
•il restante 23%, non conferibile negli impianti di Trevignano e Treviso per limitazioni
di accesso e/o autorizzative, è stato inviato alla stazione di travaso di Contarina Spa di
Lovadina.
Nel 2008, dopo la fusione tra la società Contarina e il Consorzio TV3, non è stato più
possibile conferire il rifiuto umido all’impianto di Trevignano. Pertanto la FORSU del
Comune di Treviso viene conferita all’impianto Sant’Antonino nelle quantità
consentite (attualmente 1 300 ton/anno), mentre la restante parte viene inviata alla
stazione di travaso della società Contarina SpA che li trasporta agli impianti di:
•Consorzio Azienda Intercomunale Bacino TV3
•Sesa SpA di Este
•Etra di Bassano del Grappa
Fonte: Trevisoservizi
Domanda/offerta: trattamento FORSU
Offerta Treviso
tFORSU/ora
Offerta Treviso
tFORSU/giorno
Offerta Treviso
tFORSU/anno
Domada-Offerta
Bacino: Comune Treviso
(tFORSU/anno)
Scenario 00
Nota 0
Nota 0
1300
6146
Scenario 1a
2
20
6260
1186
Scenario 2b
2
48
17520
-10074*
0
Stato di funzionamento attuale, come da autorizzazione vigente
a Impianto funzionante per 10 ore al giorno e 6 giorni a settimana
b Impianto funzionante a ciclo continuo, 24 ore al giorno e 365 giorni all’anno
* Alla potenzialità di collaudo funzionale dell’impianto si ottiene una plus-offerta rispetto
alla domanda del territorio comunale trevigiano
Sovraccarico di N e P da surnatanti alla linea acque
per il trattamento di FORSU di 6000 ton/anno
Parametro
Unità
Valore
assunto
Flusso di massa alla disidratazione
Kg TSS/d
960-1200
1080
Contenuto in secco del fango da disidratare
%TS
4
Percentuale di cattura sul secco
%
95
Portata di surnatanti generata
m3/d
Flusso di N ricircolato in testa impianto con i surnatanti
KgN/d
da 10,8 a 14,4
14,4
AE 1200
Flusso di P ricircolato in testa impianto con i surnatanti
KgP/d
3,24
3,24
AE 3271
22,9
Da quanto riportato sopra si evince che le volumetrie di reattore disponibili presso l’impianto
Sant’Antonino, sia in linea acque che in linea fanghi, lasciano ampio spazio al trattamento sia
dei rifiuti liquidi di origine urbana che della FORSU, il cui carico influente potrebbe anche
essere portato quindi al massimo quantitativo trattabile dalla linea di selezione, pari a 2
ton/ora
Il trattamento delle emissioni gassose
Venturi-scrubber a
doppia fase (acidobase)
Biofiltro
E il contenimento delle emissioni sonore
Il trattamento dei surnatanti anaerobici
e il potenziale recupero di fertilizzanti
Struvite
(MAP – Magnesio
Ammonio Fosfato)
Impianto di cristallizzaziome della
struvite
Considerazioni conclusive
• Recupero energetico
• Recupero di materia come compost di qualità
• Emissioni odorigene poco significative e
tecnologie consolidate per il loro
contenimento
• Valida soluzione territoriale
• Impatti globali sull’ambiente
significativamente positivi
E il futuro?
Il
biometano…in
ricerca
e
sviluppo
Sono ormai numerose le esperienze, in particolare nei paesi nord europei,
di impianti di DA che associano la produzione di biometano e
l’alimentazione di flotte di mezzi dedicati a sevizi pubblici locali o al
rifornimento di automezzi privati (Svizzera, Svezia, Austria, Francia,
Spagna).
Un recente studio italiano (Veneto Agricoltura) individua in almeno 500
m3/h la produzione di biogas grezzo di interesse per la trasformazione,
mentre ritiene non siano interessanti produzioni inferiori ai 250 m3/h.
La trasformazione opera l’abbattimento delle sostanze indesiderate
(umidità, componenti acide corrosive, particolato) e l’eliminazione della
CO2 in eccesso (25-45% a seconda della qualità del biogas). I primi due
processi sono quelli maggiormente diffusi sul mercato sono
l’adsorbimento a pressione oscillante (PSA) e il lavaggio ad acqua ad alta
pressione (PWS).
Il contenuto finale in biometano risulta intorno al 98% in
entrambi i processi.
Ferrara, 16/03/2012
Grazie per l’attenzione
Francesco Fatone
Dipartimento di Biotecnologie - Università di Verona
Master Interateneo “Ingegneria Chimica della Depurazione
delle Acque e delle Risorse Rinnovabili” – Treviso