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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.)

Societ del Gruppo SIAD e settori di attivit

Arroweld Italia Tecnoservizi Ambientali Italia

Gas industriali

Engineering

Healthcare

Beni industriali e servizi

SIAD Italia ISTRABENZ PLINIPLINARNA MARIBORDISUPLIN PORTO REISTRABENZ PLINI ISTRABENZ PLINI ISTRABENZ PLINI

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Il Gruppo SIAD nel mondo

Presenza con societ e siti produttiviPresenza con societ, 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 cos ulteriormente sviluppato.

Oggi sono disponibili 4 unit dimpianto: 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 attivit

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

Fin dai primi anni 80, SIAD si 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 dellimpianto 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 distinzione di fase liquido/vapore;

H2O supercritica 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 tipicamente nel range 12-18%

limpianto consente di recuperare energia termica e di produrre energia elettrica

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

Il punto critico dellacqua

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 densit (simile ad un liquido)

alta diffusivit (simile ad un gas)

bassa viscosit (simile ad un gas)

coincidenza tra le fasi liquido e vapore

composti organici sono solubili

composti inorganici sono insolubili

Solubilit 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

Lammoniaca viene trasformata in azoto elementare

S.C.W.O. Aqua Critox: lossidazione efficace

S.C.W.O. un processo fortemente ossidativo, molto efficiente.AquaCritox (AC) un brevetto in ambito S.C.W.O. Il processo non necessita di essiccare il prodotto (lalimento uno slurry)La reattoristica AC di tipo plug flow : efficacia, continuit, 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 dallacqua come ceneri inerti

S.C.W.O. AquaCritox : limiti di fattibilit

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: limpianto 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 qualitleghe hastelloy/inconel;

AquaCritox: un processo totalmente automatico

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

lalimento (portata)

limmissione di ossigeno (dosaggio)

i cicli di raffreddamento (temperatura, T)

lanalisi 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 dellunit pilota di Cork (Irlanda)

AquaCritox : aspetti gestionali e utilities

Sistema 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 lossigeno 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 dimpianto 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 520C

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

Lacqua ha un grande calore di evaporazione (970 BTU/lb)Lincenerimento richiede levaporazione 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: lenergia disponibile per un suo

recupero tanto che circa il 90% dellenergia termica 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)

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