Impianti di depurazione di acque reflue : bilancio energetico della sezione termica e proposta di miglioramento dell'efficienza

The search for alternative energy sources to fossil fuels is one of the major challenges of the present era. To stop the effects of ever-increasing global warming it is necessary to invest on zero-emission sources such as biomass. The European Directive 2009/28/CE defines biomass as: “biodegradable fraction of organic products, waste and residues from agriculture (including plant and animal substances), forestry and related industries, including fisheries and aquaculture, as well as the biodegradable part of industrial and urban waste”. Biomass fuels, when burned, emit in the atmosphere a quantity of CO2 equivalent to the one absorbed during photosynthesis: using biomass for energy purposes does not contribute to the greenhouse effect. The thesis presented investigates the possibility of exploiting, for thermal and electrical purposes, the biogas produced by wastewater treatment process through the anaerobic digestion of sludge. A second major problem is the high energy consumption: demand is increasing exponentially and the availability of energy resources will be crucial in the future. To manage this issue, in addition to seeking alternative sources, it is necessary to increase energy efficiency: we will have to satisfy our needs by using as little energy as possible. The outflow from the wastewater plant has a considerable flow and a constant temperature for many months of the year. There is therefore an exploitable heat source: the thesis focuses on the technical and economic feasibility of heat extraction via heat pump and on the distribution to users by a district heating network. The results of this analysis show that the exploitation of biogas produced for internal plant requirements reduces the consumption of fossil fuels and hence CO2 emissions. The recovery of heat from the drain is technically feasible and economically suitable only if supported by a solid incentive plan.

La ricerca di fonti energetiche alternative a quelle di origine fossile rappresenta una delle principali sfide dell’epoca attuale. Per arrestare gli effetti del sempre più evidente riscaldamento globale è necessario investire su fonti ad emissione zero come, per esempio, le biomasse. La Direttiva Europea 2009/28/CE definisce la biomassa come: “la frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica provenienti dall’agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali), dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, comprese la pesca e l’acquacoltura, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani”. I combustibili derivanti dalle biomasse, se bruciati, emettono in atmosfera un quantitativo di CO2 circa pari a quello che viene assorbito durante la fotosintesi clorofilliana: utilizzare biomasse a scopo energetico non contribuisce quindi all’effetto serra. Il lavoro di tesi presentato si colloca all’interno di questa logica poiché indaga la possibilità di valorizzare, a fini termici ed elettrici, il biogas prodotto a seguito della digestione anaerobica dei fanghi risultanti dal processo di trattamento delle acque reflue. Una seconda problematica di grande attualità è il forte consumo di energia: il trend è in crescita esponenziale e le criticità relative alla disponibilità delle risorse energetiche rivestiranno sempre più importanza in futuro. Per gestire questa tematica è necessario, oltre alla ricerca di fonti alternative, aumentare l’efficienza nell’uso dell’energia: dovremo quindi soddisfare i nostri bisogni impiegandone il minor quantitativo possibile. Nell’ambito della depurazione acque si verifica che l’efflusso in uscita dall’impianto possiede, oltre ad una portata considerevole, un valore di temperatura pressoché costante per molti mesi l’anno. Si è quindi a disposizione di una fonte di calore ampiamente sfruttabile: è stata perciò studiata la fattibilità tecno-economica di estrarre calore dall’acqua depurata tramite pompa di calore, per poi distribuirla ad utenze di diversa natura attraverso una rete di teleriscaldamento. Ciò che si osserva è che la valorizzazione del biogas prodotto, per soddisfare i fabbisogni interni all’impianto, consente di ridurre il consumo di fonti fossili e quindi le emissioni di CO2. Il recupero di calore dallo scarico, infine, risulta tecnicamente fattibile ed economicamente conveniente solo se supportato da un solido piano di incentivazione.