75

Impianto integrato di digestioneanaerobica e compostaggio per laproduzione di energia elettrica e

biometano in area ad alta urbanizzazione

Giorgio Ghiringhelli ghiringhelli@arsambiente.it, Michele Giovini - ARS ambiente Srl,Gallarate, Varese

Paolo Pagani, Alfredo Amman - AMGA Legnano Spa, Milano

RiassuntoIn questo lavoro viene presentato l’impianto tecnologico che AMGA Legnano Spa intende realiz-zare nell’Altomilanese e che permetterà, anche in un ambito fortemente urbanizzato, di trasfor-mare la frazione organica dei rifiuti urbani (Forsu) in biogas e biometano, da impiegare per pro-durre energia elettrica ed alimentare mezzi di trasporto. Partendo dalla descrizione dei processi etecnologie scelte, vengono approfonditi i vantaggi ambientali ed economici risultanti dall’elevataintegrazione operativa delle diverse fasi di processo.

SummaryThis work is focused on the anaerobic digestion facility to be built soon by AMGA Legnano Spain the greater Milan area, a densely populated territory. It will convert food waste (FORSU)collected with a residential kerbside scheme to biogas and biomethane, to be used both in a CHPengine for electricity and heat production, and in a fuel station dedicated to CNG powered wastecollection trucks. Starting from the description of processes and chosen technologies, environmen-tal and economic benefits related to the strong integration of processes are presented.

1. IntroduzioneAMGA Legnano Spa (Gruppo AMGA), azienda a capitale pubblico operativa nell’Altomila-nese per la gestione calore, l’igiene urbana, il global service ed altri servizi pubblici [1], haprogettato e completato l’iter autorizzativo, con il supporto di ARS ambiente Srl, di un centrointegrato per la gestione rifiuti su area di proprietà in Legnano (MI), nel quale è previsto unimpianto di digestione anerobica e compostaggio per il trattamento della frazione organica deirifiuti urbani (Forsu) intercettata nel territorio di riferimento. La Forsu viene intercettata dalleutenze domestiche e assimilate attraverso raccolta “porta a porta” (ovvero domiciliare) me-diante l’impiego di sacchetti biodegradabili.Il biogas prodotto sarà principalmente composto da metano (CH4, 35-70% del volume) edanidride carbonica (CO2, 15-50% del volume) e da piccole quantità di idrogeno solforato(H2S) ed ammoniaca (NH3) [2].Si prevede lo sfruttamento del biogas mediante tre modalità:– combustione diretta in caldaia, per la sola produzione di energia termica;

76

– combustione in un cogeneratore, per la produzione combinata di energia termica ed elettri-ca. Il calore prodotto può essere ulteriormente sfruttato in sistemi ad assorbimento per laproduzione di energia frigorifera (trigenerazione);– trattamento per la produzione di biometano (autotrazione e/o immissione nella rete gas).Il termine biometano si riferisce a un biogas che ha subito un processo di raffinazione perarrivare ad una concentrazione di metano del 95-98% ed è utilizzato come biocombustibileper veicoli a motore al pari del gas naturale (o metano fossile) e/o immissione nella rete del gasnaturale (gas domestico o di città) [2].La frazione solida estratta dall’impianto di digestione anerobica (digestato) sottoposta a pro-cessi di disidratazione ed essiccazione verrà inviata alla sezione di compostaggio dove, miscela-ta a scarti verdi triturati, permetterà, in condizioni di aerobiosi, di produrre compost di qualità(ammendante compostato misto).

2. Relazione

2.1 L’impianto di digestione anerobica e compostaggio

2.1.1 Descrizione delle componenti principali dell’impiantoIl Centro Integrato per la Gestione Rifiuti progettato da AMGA Legnano SpA è un impiantopolifunzionale composto da:– Impianto di digestione anaerobica della frazione organica dei rifiuti urbani (FORSU) conrelativi pre- e post- trattamenti;– Impianto di compostaggio dedicato al trattamento del digestato essiccato, risultante dallasezione di digestione anaerobica, e della frazione verde;– Impianto di depurazione;– Impianto di cogenerazione per la produzione di energia elettrica e calore da biogas;– Impianto per la produzione di biometano;– Edificio adibito a uffici, magazzino e laboratorio.

Fig. 1 – Rendering 3D dell’impianto (AMGA Legnano Spa)

77

2.1.2 Schema di flussoL’impianto di digestione anaerobica e compostaggio si propone di trattare 40.000 t/anno diFORSU e 5.000 di scarti verdi. Si riporta in forma di schema di flusso il processo dell’impianto.

Fig. 2 – Schema di flusso semplificato dell’impianto (AMGA Legnano Spa)

2.1.3 Sezioni operative dell’impiantoDi seguito sono riportate le sezioni operative principali dell’impianto:– Ricezione e stoccaggio;– Pretrattamenti materiali entranti;– Vasche di equalizzazione e polmone stoccaggio;– Digestione anaerobica;– Stoccaggio e purificazione biogas;– Disidratazione digestato;– Fabbricato macchine e servizi;

78

– Produzione di energia elettrica;– Impianto di produzione di biometano;– Essiccamento digestato disidratato;– Compostaggio del digestato essiccato con frazione verde;– Trattamento frazione liquida del digestato;– Fabbricato uffici, pesa e servizi.

2.2 Descrizione del processo di digestione anerobicaPer l’avvio della Forsu alla digestione anerobica sono fondamentali i pretrattamenti per rimuo-vere gli eventuali elementi indesiderati e non biodegradabili (plastica, tessili, pietre, metalli,sabbia). Nell’impianto si prevedere di effettuare il primo stadio del pretrattamento con unsistema di spremitura veloce a coclee e aggiunta di acqua.Il materiale pretrattato sarà inviato tramite pompe fisse alle vasche di equalizzazione. La so-spensione organica pretrattata (con concentrazione mediamente al 10% di s.s.) é immessadirettamente dentro il reattore anaerobico, mantenuto termostatato a circa 55°C (condizionetermofila) e mescolato dal ricircolo del biogas prodotto, quindi l’elevata concentrazione dicellule batteriche a contatto col carico organico, permetteranno la sua trasformazione in ener-gia sotto forma di gas combustibile (biogas).L’essiccamento del fango originato dalla disidratazione del digestato (centrifugazione) estrattodai digestori al termine del processo, avviene in un essiccatore a turbina riscaldato a olio,alimentato da una tramoggia di carico dotata di una coclea che alimenta in continuo l’impian-to. Il progetto è studiato in modo da utilizzare il calore prodotto dai recuperatori dei fumi delcogeneratore, presente nell’impianto, così da rendere il processo di essiccamento quasi total-mente autonomo dal punto di vista energetico.

Fig. 3 – Schema semplificato dell’impiego del biogas nell’impianto (AMGA Legnano Spa)

Il biogas prodotto dalla digestione anaerobica e purificato viene alimentato alla centrale dicogenerazione. Il motore è dotato di circuito chiuso di raffreddamento che, attraverso unoscambiatore, cede calore a un secondo circuito chiuso di acqua calda servizi che viene utilizza-to per il riscaldamento dei fanghi nel digestore. Il calore dei fumi di scarico del cogeneratore è

79

recuperato e verrà utilizzato come vettore termico per la sezione di essiccamento del digestato.L’impianto impiegherà un cogeneratore con motore a combustione interna per una potenzacomplessiva istallata pari 0,9 MWel. La scelta di ridurre il dimensionamento della sezione diproduzione di energia elettrica è stata effettuata per l’opportunità di sfruttare la tariffa omni-comprensiva prevista dalle vigenti normative [3].La sovraproduzione di biogas rispetto al consumo del motore endotermico sarà impiegata perla produzione di biometano destinato ad integrare il distributore di metano per autotrazioneprevisto nel sito, o, qualora le normative lo permettano, di essere immesso in rete, sfruttando lapresenza della cabina primaria di distribuzione del metano presente. Affinché il biogas possaessere trasformato in biometano, deve essere sottoposto ad un processo di purificazione (dei-dratazione, desolforazione e rimozione di altri componenti indesiderati) e di upgrading (elimi-nazione dell’anidride carbonica, CO2) [2].

2.3 Descrizione del processo di compostaggioIl digestato essiccato viene avviato alla linea di compostaggio dove é miscelato con gli scartiverdi triturati al fine di ottenere un ammendante compostato misto in conformità con le nor-mative vigenti.Il compostaggio è una fermentazione in condizioni aerobiche delle sostanze organiche putre-scibili ad opera di batteri. Il processo di compostaggio viene suddiviso in due fasi processisti-che in relazione all’intensità dei processi microbici, alla conseguente velocità di consumo diossigeno e necessità di apporto di aria:– una prima fase in cui la biomassa si presenta come forte consumatrice di ossigeno e nellaquale si sviluppano elevate temperature: fase definita ACT, (Active Composting Time) o “faseattiva”;– una fase successiva di rallentamento dei processi metabolici, con conseguente riduzione delconsumo di ossigeno e delle necessità di controllo del processo: fase definita Curing Phase (fasedi maturazione).La tecnologia proposta per l’impianto in oggetto, è quella del compostaggio in trincee statichein aspirazione. Si tratta di trincee realizzate in calcestruzzo armato (pavimento e pareti), il cuipavimento è provvisto di un sistema integrato di aspirazione dell’aria di processo. Il processodi compostaggio avviene in un ambiente completamente chiuso, in cui il flusso aeriforme puòessere controllato. Il sistema descritto si caratterizza anche per il fatto che esso applica il pro-cesso statico, evitando cioè i rivoltamenti. Il principio su cui si basa l’adozione di sistemi staticiè quello di non disturbare lo stato dei rapporti tra biomassa, ife fungine e popolazione microbi-ca locale, evitando nel contempo lo “shock termico” temporaneo dovuto alla perdita di caloredurante le operazioni di rivoltamento. Altro possibile vantaggio è rappresentato dal minorsviluppo di odori dovuto all’assenza di rivoltamento durante l’ACT, perché consente alle mo-lecole odorose (generalmente intermedi di degradazione) di essere metabolizzate all’internodei rifiuti in trattamento [4]. Il tempo di trattamento autorizzato, nonostante il forte abbatti-mento delle frazioni putrescibili che avviene nelle fasi componenti il sistema di digestioneanaerobica, è pari a complessivi 90 giorni.

2.4 Tematiche autorizzative e ambientali in un’area ad alta urbanizzazione

2.4.1 Autorizzazioni ottenuteL’impianto presentato nella relazione ha già ottenuto tutte le autorizzazioni, nulla osta e per-messi necessari alla sua completa realizzazione ed esercizio da parte degli Enti competenti, edin particolare:– autorizzazione alla costruzione e gestione di impianti di trattamento rifiuti (art. 208 D.Lgs152/06 e s.m.i.);

80

– autorizzazione alle emissioni in atmosfera (art. 269 c2 del D.Lgs 152/06 e s.m.i.);– parere di conformità dei Vigili del Fuoco;– autorizzazione di ENEL per l’allaccio alla rete e la produzione di energia elettrica e regola-mento di esercizio;– autorizzazione alla realizzazione di un pozzo di emungimento;– autorizzazione alla realizzazione e gestione dell’isola ecologica comunale;– autorizzazione alla realizzazione della viabilità accessoria all’impianto.

2.4.2 Presidi ambientali e indagini preliminariTrattandosi di un impianto dedicato al trattamento di rifiuti organici fermentescibili, con po-tenziale impatto odorigeno, nelle attività di progettazione è stata eseguita una scelta tecnologi-ca improntata alla massima tutela ambientale e sanitaria, e posta particolare attenzione ai flussid’aria nell’impianto e ad i collegamenti di questo con l’esterno.In particolare la scelta di abbinare la digestione anaerobica al compostaggio garantisce chel’impianto migliori il controllo delle arie e degli impatti olfattivi, in quanto le fasi più potenzial-mente odorigene (fasi di degradazione) avvengono nell’impianto di digestione anaerobica, persua natura senza contatti con l’esterno.In considerazione della particolare attenzione alla presenza del nuovo polo ospedaliero di Le-gnano a poco più di un chilometro dal perimetro dell’impianto, è stato realizzato e trasmessoagli Enti interessati un dettagliato studio di modellistica diffusionale per valutare il possibileimpatto di emissioni odorigene sul territorio, tenendo presente che le uniche emissioni in talsenso sono quelle del biofiltro.

Fig. 4 – Mappa dello studio di modellistica diffusionale (ARS ambiente Srl)

Nella mappa è riportato il 98° percentile delle concentrazioni al suolo, ossia il valore che il98% delle ore di un anno non viene superato. Tale valore è fondamentale in quanto tipicamen-te la normativa internazionale, e le bozze di norme locali nazionali, impongono di confrontareil 98° percentile con un certo valore soglia. Nello studio effettuato, si è considerata la soglia di3 UO/m3 – 2% come livello di odore percettibile. Le curve di isoconcentrazione sono rappre-

81

sentate ogni ai livelli 3, 5, 8 UO/m3. Come si vede, il polo ospedaliero non è per nulla interes-sato dalla ricaduta al suolo delle emissioni, e la isocurva di concentrazione a 3 UO/m3 è situatain area agricola senza presenza di edifici residenziali [5].Tutte le fasi di ricezione, stoccaggio e lavorazione interne al capannone prevedono la raccoltaed il recupero dei percolati (reflui) eventualmente prodotti mediante una linea dedicata. Lecaratteristiche specifiche dell’impianto e in particolare la presenza dell’impianto di digestioneanaerobica rende gestibili internamente tutte le tipologie di reflui, percolati e colaticci prodottinelle diverse sezioni dell’impianto medesimo (originate sia dall’impianto di digestione anaero-bica-compostaggio che dalla stazione di trasferenza del vetro) che hanno caratteristiche idoneead essere avviate al digestore. Per quanto attiene invece alle acque di risulta del processo didigestione anaerobica, l’impianto è dotato di uno specifico impianto di depurazione biologicainterno in grado di ricevere e trattare anche le acque provenienti dal biofiltro.

3. ConclusioniL’integrazione dei processi anaerobico (digestione anaerobica) e aerobico (compostaggio), el’impiego del biogas nelle diverse modalità (produzione congiunta di energia termica, elettricae biometano) nell’impianto presentato può portare dei notevoli vantaggi, in particolare:– migliora nettamente il bilancio energetico dell’impianto, in quanto nella fase anaerobica si hala produzione di un surplus di energia rispetto al fabbisogno dell’intero impianto;– ottiene un controllo migliore e con costi minori i problemi olfattivi; le fasi maggiormenteodorigene sono gestite in reattore chiuso finalizzato a captare ogni emissione di processo cherappresentano un prodotto (biogas). Il digestato è già un materiale semi-stabilizzato e, quindi,il controllo degli impatti olfattivi durante il post-compostaggio aerobico risulta più agevole;– comporta un minor impegno di superficie a parità di rifiuto trattato, pur tenendo conto dellesuperfici necessarie per il post-compostaggio aerobico, grazie alla maggior compattezza del-l’impiantistica anaerobica;– estende la possibilità di trattare tutte le tipologie di rifiuti organici indipendentemente dallaloro umidità, a differenza del compostaggio che richiede un certo tenore di sostanza secca nellamiscela di partenza;– permette con la produzione di biometano di produrre diverse forme di energia impiegabili eambientalmente compatibili.

Bibliografia[1] www.amga.it[2] G. Ghiringhelli, M. Giavini, M. Centemero, “Dai rifiuti organici al biometano in rete”, in RS - RifiutiSolidi, Vol. XXV – n. 4 luglio-agosto 2011;[3] D.M. Ministero Sviluppo Economico del 6 luglio 2012;[4] M. Centemero, “Biogas e Compost da rifiuti organici selezionati”, CIC - Consorzio Italiano Compo-statori, 2011;[5] M. Giovini, “I metodi coromatografici per la misura degli odori nel compostaggio”, atti del convegnoCIC, Cavenago, Giugno 2001.