Ipotesi di razionalizzazione di alcuni impianti di depurazione per potenziarne il recupero energetico dai fanghi

The thesis work is part of a study that the Water Service Company Lario Reti Holding SpA, has started in order to evaluate the optimization of the management of some wastewater treatment plants, also considering the possibility of divesting some plants, conveying their wastewater into larger plants. In particular this work has considered three wastewater treatments plants which are equipped with anaerobic digestion, but that is currently not used or that are exploited only as sludge storage tanks. The work has examined their potential for reactivation of the anaerobic digestion units aiming at recovering energy from the biogas produced. After a detailed analysis of the present situation, the work has examined the interventions to be made, both from a structural point of view with the addition of additional tanks, and from the point of view of plant operation. These interventions include also a different operation of the mainstream wastewater treatment line, to reduce the sludge residence time, ensuring compliance with the discharge limits, but preserving the energy potential of the sludge as much as possible. The potential production of methane from anaerobic digestion was assessed through BioMethane Potential (BMP) tests, which have been carried out on sludge samples taken from the three plants concerned. The BMP values and the respective sludge residence times at the time of sampling were compared, with the aim of comparing the BMP value measured in the laboratory, with the operating conditions. This methodology allowed estimating the methane that can be produced in the different cases, with reference to winter and summer conditions, also evaluating the possible simultaneous co-digestion of biodegradable organic wastes conferred to the plant by third parties. For each case, the net energy yield was evaluated, subtracting the thermal energy necessary to maintain the process temperature in mesophilic conditions. The work confirmed the possibility, following the implementation of the appropriate interventions, to reactivate the anaerobic digestion phase for two of the three plants, highlighting the increased methane production after widening the served sewer catchment (achieved by divesting other plants) and also in the case when the anaerobic digestion process includes co-digestion with external substrates. On the other hand, a critical issue has emerged for the third plant which, especially during winter cannot produce enough methane to self-sustain the process, mainly due to the low energy content of the sludge.

Il lavoro di tesi si colloca in un più ampio studio che la società di servizi idrici Lario Reti Holding SpA ha avviato al fine di valutare l'ottimizzazione della gestione di alcuni impianti di trattamento delle acque reflue, anche considerando la possibilità di cedere alcuni impianti, trasferendo le loro acque reflue in impianti più grandi. In particolare, sono stati esaminati tre impianti che, pur dotati di digestione anaerobica, attualmente non la utilizzano o la sfruttano solo come capacità di accumulo dei fanghi prodotti, per verificarne le potenzialità di riattivazione e di recupero energetico dal biogas prodotto. Dopo una dettagliata analisi dello stato di fatto, si è proceduto alla valutazione degli interventi da apportare, sia dal punto di vista strutturale con l’aggiunta di eventuali volumi, sia dal punto di vista della gestione d’impianto. Tali interventi, si riassumono in modifiche gestionali per ridurre il tempo di residenza dei fanghi nella linea di trattamento delle acque di rifiuto, garantendo comunque il rispetto dei limiti allo scarico, ma conservando quanto più possibile il potenziale energetico. La produzione potenziale di metano dalla digestione anaerobica è stata valutata a partire da prove di BioMethane Potential (BMP) effettuate sui campioni di fango degli impianti interessati. Si sono confrontati i valori di BMP e i rispettivi tempi di residenza del fango al momento del prelievo, con l’obbiettivo di comparare il valore di BMP misurato in laboratorio, alle condizioni operative. La metodologia adottata ha consentito di stimare il metano che può essere prodotto nei diversi casi, con riferimento alle condizioni invernali ed estive, valutando anche la possibile contemporanea digestione simultanea di rifiuti organici biodegradabili conferiti all'impianto da terzi. Per ogni caso, è stata valutata la resa netta di energia, sottraendo l'energia termica necessaria per mantenere la temperatura di processo in condizioni mesofile. Il lavoro ha confermato la possibilità, a seguito dell'attuazione degli opportuni interventi, di riattivare la fase di digestione anaerobica per due dei tre impianti, evidenziando l'aumento della produzione di metano dopo l'ampliamento del bacino idrografico servito (ottenuto dismettendo altri impianti) e anche nel caso in cui il processo di digestione anaerobica includa la co-digestione di fanghi e substrati biodegradabili conferiti da terzi. D'altra parte, è emerso un problema critico per il terzo impianto che, soprattutto durante l'inverno, non può produrre abbastanza metano per autosostenere il processo, principalmente a causa del basso contenuto energetico dei fanghi.