Download - Il processo di ossidazione dei fanghi in acqua ... · (fanghi SST > 4.000 tdry/y e/o equivalenti carichi organici) Il punto critico dell’acqua Il punto critico dell’ H 2 O:

RISPARMIO & RECUPERO ENERGETICO NELLA DEPURAZIONE DELLE ACQUE DI SCARICO”

Roma, 29-30/11/2012

www.siad.com ing. Riccardo Calvi

Il processo di ossidazione dei fanghi in acqua supercritica (S.C.W.O.)

Società del Gruppo SIAD e settori di attività

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Il Gruppo SIAD nel mondo

Presenza con società e siti produttiviPresenza con società, agenzie commerciali e centri di assistenza del settore Engineering

Agricoltura Discarica

Attuali metodi di smaltimento fanghi e rifiuti

Digestione Pirogassificazione

Incenerimento

Super critical water oxidation: storia del processo

Inizio e sviluppo negli anni 1980

1994 primo impianto realizzato per Huntsman Chemicals Texas

2004 Johnson Matthey (UK) realizza il maggior impianto al mondo

2007 SCFI -Super critical fluid international- (Irlanda) acquista da Chematur

Engineering (Svezia) la tecnologia Aqua Critox®

Il processo Aqua Critox® viene così ulteriormente sviluppato.

Oggi sono disponibili 4 unità d’impianto: 600 l/h – 20.000 l/h

2008 alleanza strategica con il gruppo SIAD (Italia)

2010 alleanza strategica con Parsons (USA)

2010 alleanza strategica con ProsCon - Rockwell Automation

Nel mondo si contano circa 12 impianti industriali e “militari” in attività

Dal processo W .O. SIAD Galpro …a S.C.W.O. Aqua Critox®

Fin dai primi anni ’80, SIAD si è impegnata a ricercare nuovi processi di trattamento reflui e fanghi mediante sistemi ad ossigeno puro, ozono e tecnologie di ossidazione avanzata (AOP).

Abbiamo realizzato molti impianti pilota, alcuniprototipi semi industriali di Wet Oxidation subrevetto Galpro, per trattare “reflui difficili” in condizioni subcritiche: T ≈ 320° C; P ≈ 12-15 MPa.

Vista dell’impianto di Wet Oxidation ad ossigeno di SIAD (brevetto Galpro®)

S.C.W.O. : il processo

H2O supercritica (T=374° C; P=22,1 MPa) solvente capace di solubilizzare i

composti organici:

non c’è distinzione di fase liquido/vapore;

H2O supercritica è perfettamente miscibile con O2;

H2O supercritica + composti organici (fanghi) + O2 t < 60s per la loro completa

ossidazione > 99,99%;

reazione monofase;

non formazione di sottoprodotti nocivi (diossina, furani, NOx, SOx).

La tecnologia S.C.W.O. (Aqua Critox®) si “autosostiene” termicamente in caso le

concentrazioni dei composti organici (fanghi) siano SSV ≥ 4%;

la concentrazione dei fanghi alimentati è tipicamente nel range 12-18%

l’impianto consente di recuperare energia termica e di produrre energia elettrica

(fanghi SST > 4.000 tdry/y e/o equivalenti carichi organici)

Il punto critico dell’acqua

Il punto critico dell’ H2O: P = 22,1 MPa, T= 374° C

22.1 MPa

374° C

Critical point

Triplepoint

Pres

sion

e

H2O in condizioni critiche (S.C.W.) : alta densità (simile ad un liquido)

alta diffusività (simile ad un gas)

bassa viscosità (simile ad un gas)

coincidenza tra le fasi liquido e vapore

composti organici sono solubili

composti inorganici sono insolubili

Solubilità di sostanze organiche ed inorganiche in acqua

Il ruolo della temperatura

Aspetti chimici di reazione

CmHnOr + pO2 mCO2 + (n/2)H2O

qCH3COOH + qO2

CmNoHnOr + pO2 yN2 + mCO2 + xH2O

qCH3COOH + qO2

sNH3 + tO2

L’ammoniaca viene trasformata in azoto elementare

S.C.W.O. Aqua Critox®: l’ossidazione efficace

S.C.W.O. è un processo fortemente ossidativo, molto efficiente.AquaCritox® (AC) è un brevetto in ambito S.C.W.O. Il processo non necessita di essiccare il prodotto (l’alimento è uno slurry)La reattoristica AC è di tipo “plug flow” : efficacia, continuità, sicurezza.Le sostanze organiche vengono mineralizzate senza formazione di sottoprodotti nocivi

In uscita si ritrovano i seguenti elementi e by products:

- energia termica (reazione autosostentante con il 3-4% di SS)

- anidride carbonica (CO2 > 75% dei gas in uscita)- azoto (NO2

- , NO3-)

- ossigeno (O2 ~ 5%)- residui inerti ricchi in fosfati, sali, ed ossidi metallici ( a recupero/discarica)- acque trattate ricche di sali disciolti, solfati, cloruri, COD mediamente < 25 mg/l!- non emissioni pericolose nei gas di uscita (comunque monitorati in continuo)- non post trattamenti dei reflui (correzione pH e separazione solidi inerti)

S.C.W.O. AquaCritox®: le prestazioni

Reazioni immediate: 5 - 60 secondi.Condizioni di reazione : P = 24 - 28 MPa; T = 400 - 600o C.Complete conversioni (99% - 99,99% - 99,9999%) dei composti organici ai seguenti composti:

- CO2 ad elevata concentrazione, possibile il recupero

- N2; non NOx, possibili tracce di N2O- H2O;- HCl (H-X)

- H2SO4;

- H3PO4

- non si formano diossine e furani

i solidi volatili sono completamente distrutti;

i metalli pesanti sono ossidati al loro massimo stato di ossidazionei residui solidi sono separati dall’acqua come “ceneri” inerti

S.C.W.O. AquaCritox® : limiti di fattibilità

I campi di applicazione sono determinati dai paramentri in ingresso:

Portata: 0,5 – 35 m3/h (t/h)

Concentrazione solidi: SST< 22%

Carico organico (energia immessa): 3% < SSV < 15%; 60 g/l < COD < 5-600g/l

S.C.W.O. : il trattamento di rifiuti umidi

N2 2%

Inerti 3%

Rifiuti umidi

(12% sostanza secca)

H2O ~ 69%COD < 25 mg/l

CO2 26%

AquaCritox®: l’impianto pilota di Cork (Ireland)

Pompa volumetrica di alimentazione:250 l/h a 27,5 MPa

Vista reattore tubolarelunghezza > 500m

Vista circuiti ossigeno H2O raffreddamento

AquaCritox® : il P&ID

AquaCritox®: reattore tubolare a sviluppo orizzontale

Viste del reattore di tipo “plug flow” tubolare tubo in tubo;

economizzatore refluo/refluo;

Coibentazione etermostatazione;

materiali di costruzione in funzione del rischio di attacco chimico (cloruri/sali):acciaio inox di alta qualitàleghe hastelloy/inconel;

AquaCritox®: un processo totalmente automatico

Il processo si svolge in automatico ed il software regola i seguenti parametri:

l’alimento (portata)

l’immissione di ossigeno (dosaggio)

i cicli di raffreddamento (temperatura, T)

l’analisi del “vent gas” (O2, CO, etc.)

Le operazioni di lavaggio e scambio delle bancate di preriscaldo (P, P)

videate del software di comando e controlo dell’unità pilota di Cork (Irlanda)

AquaCritox® : aspetti gestionali e utilities

Sistema è completamente automatico

Pochi organi meccanici in movimento (pompe e valvole); modesta manutenzione;

Apparecchiature “standard”;

Impianto interamente “saldato” con pochi collegamenti a flange e giunti;

Conduttore coinvolto in azioni di routine: il CIP e i sistemi di lavaggio;

Utilities: Principale reagente è l’ossigeno liquido

(pressione 28 MPa): O2 ~110% del CODin

Energia elettrica: ~ 37 kWh/m3 trattato;

N2 per inertizzare gli stoccaggi (start-up)

Gas/combustibile (preriscaldo start-up)

H2O di raffeddamento e per start-up

Aria compressa strumentaleTank LOX in elevazione e pompa criogenica :tipico schema “filling station”

Un possibile schema d’impianto “fanghi”

I fanghi prima e dopo il trattamento AquaCritox®

AquaCritox determina il 99,99% di distruzione degli organici

mentre simultaneamente genera energia

Test di S.C.W.O. su reflui sintetici (NH4+ e CH3OH)

temperature nel range 440 a 520°C

Risultati dei test di S.C.W.O. ad alta temperatura

Grande efficienza termica con rifiuti/fanghi umidi

Un netto vantaggio termodonamico rispetto a gassificazione/incenerimento

L’acqua ha un grande calore di evaporazione (970 BTU/lb)L’incenerimento richiede l’evaporazione di 3.0 t di H2O per ogni t di fanghi secchi

(a partire da fanghi al 25% di sostanza secca)AquaCritox ® supera questa inefficienza: l’energia è disponibile per un suo

recupero tanto che circa il 90% dell’energia termica è fruibile. (1 BTU = 0,252 kCal)

Notes : (1) Energy lost to in incineration is based on a fluidized bed sludge destruction plant data from Severn Trent Water, UK. 63% of energy was lost to latent

heat; 35% to hot flue gases and 2% to ash and others. Reported data has been converted from metric units to US units.(2) Processing energy for SCWO includes pumping energy + energy to cryogenically produce liquid oxygen (38% of total).(3) Incineration requires higher levels of solids content (25% - 30%) needing centrifuges and driers. Energy for further dewatering from 15% (SCWO) to

25% (Incineration) has not been factored in the numbers. This energy represents additional carbon foot print penalty.

S.C.W.O. AquaCritox® : simulazioni di processo

Simulazione impianto: parametri operativitotale fanghi disidratati t/y 1000percentuale di secco % 25VSS/TSS % 75potere calorifico dei VSS kJ/kg 22000Portata oraria kg/h 133

Consumo O2 (LOX) kgO2/h 37Energia termica prodotta kWh 145Perdite di calore % 5energia elettrica ( = 25% ) kWh 34consumi elettrici interni kWh 6energia elettrica esportabile kWh 28vapore a 6 MPa kg/h 180





S.C.W.O. AquaCritox® : campi di applicazione

Scarichi farmaceutici (mix reflui e fanghi non biodegradabili)

Solventi (aromatici, clorurati)

Acque di lavaggio (elevate concentrazioni solidi e COD)

Fanghi di depurazione (tipica concentrazione 10-15% SST)

Proteine e prioni (distruzione composti pericolosi)

Brodi di fermentazione (elevato carico organico)

Acque ammoniacali

Tensioattivi (non porblemi di schiuma)

Acque di lavaggio contaminate (ormoni)

Emulsioni oleose (lavorazioni meccaniche)

Slurry per recupero metalli preziosi (catalizzatori esausti)

S.C.W.O. AquaCritox® : campi di applicazione

AquaCritox®: recupero metalli preziosi da catalizzatori

Costi di gestione comparati

AquaCritox®: una soluzione sostenibile

Contenimento dei costi operativi (comparabile con lo spandimento in agricoltura)

Minori trasporti di fanghi (viabilità)

Risparmio di spazio (area dedicata)

Migliorata carbon footprint (possibile recupero CO2)

Non emissioni pericolose (diossina, furani, odori, residui tossici)

Distruzione quantitativa della sostanza organica (comparabile a incenerimento)

Reflui trattati pressochè conformi ai requisiti per lo scarico a corpo ricettore

Completa conversione dell’azoto organico in N2

Il rispetto per l’ambiente

L’impianto di ossidazione in acqua supercritica riduce l’impatto ambientale perchè:

elimina l’incenerimento, i conferimenti in discarica ed in agricoltura;

rimuove il carico di nutrienti dai terreni (non necessita di processi nitro/denitro);

consente l’eventuale recupero del fosforo;

genera energia rinnovabile (si autosostiene con il 3% di SSV);

non genera odori molesti;

non genera sottoprodotti pericolosi o nocivi;

consente il recupero della CO2;

non genera NOx e diossine;

non necessita di un ulteriore trattamento dei reflui in uscita;

rappresenta un’alternativa all’incenerimento

Gli spazi necessari per l’impianto

Un vantaggio rispetto alle tecniche classiche è sicuramente il contenimento degli spazi, sia in pianta che in altezza: S = 200* – 600 m2 variabile a seconda delle diverse unità.

*) per impianti fino a ~ 3 m3/h di portata

Impianto modulare, progettato secondo necessità.

Installazioni a sviluppo verticale sono possibili nei casi di mancanza di spazi o di aree soggette a restrizioni d’uso.

Il reattore tubolare è allocato in una “hot room “

La sezione di preparazione dei rifiuti/fanghi può essere “lontana” dall’area reattore

l’area di stoccaggio/pressurizzazione dell’O2 può essere “lontana” dall’area reattore

La tecnologia S.C.W.O. Aqua Critox è matura?

La tecnologia è stata lungamente testata a livello di laboratorio e con unità pilota;

Esistono alcuni impianti funzionanti in piena efficienza (Huntsman, Organo, etc);

Ad oggi tutte le proposte commerciali sono state sviluppate “ad hoc”;

SCFI è la prima Società capace di offrire soluzioni standardizzate;

SCFI è in partenariato Parsons e Proscon-Rockwell per assicurare la fornitura ai clienti di

progettazioni di alto livello nel panorama mondiale;

SCFI e SIAD sono attive nei mercati Italia ed Est Europa per commercializzare la

tecnologia AquaCritox ® ed assistere la clientela;

SCFI e SIAD Contatti

Per maggiori informazioni circa il processo Aqua Critox® www.scfi.eu, contattare :

SCFI Group Limited. - Rubicon Centre, CIT Campus Bishopstown Cork IrlandaE-mail: [email protected]; Tel: +353-21-4928900 Mr. John O’Regan

SIAD SpA Via S. Bernardino, 92 24126- Bergamo, ItaliaE-mail: [email protected]; Tel: + 39-035-328377; +39-335-568383

Grazie per l’attenzione !

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