Comparison between two innovative hydrothermal treatments of sewage sludge

The use of wastewater sludge as a source for energy and resource recovery is a good alternative for its management considering the regulatory requirements and principles of the circular economy. Recognizing sludge as a resource, not as a waste, has led researchers to consider that the energy that can be obtained from wastewater sludge may be a sustainable solution for present and future energy requirements. In the present work, after a brief description of the main trends concerning sludge treatment, a comparison between innovative sewage sludge treatment plants is discussed. The systems presented integrate, in the same process, the dehydration-drying phases with incineration aimed at energy recovery through ORC, with external energy input provided by woody biomass. Three solutions were compared: a 'Benchmark' system based on traditional mechanical dehydration, ensured by a centrifuge, an HTD system that efficiently integrates a hydrothermal dehydration (HTD) process, and an HTC system, which in turn it integrates a hydrothermal carbonization process. After having presented and provided a description of the core thermal treatments (HTD and HTC), the models of the different solutions and the main mass and energy balances, an economic analysis was performed. A comparison was then made between the different solutions in terms of final disposal costs. Two different scenarios were analyzed. In the first scenario, the plants were designed in such a way as to require the least possible amount of additional biomass. In the second scenario, the ORC unit power has been fixed. The results show that both innovative systems, despite the considerable system complication, have better performance than the Benchmark system, allowing to considerably reduce the heat requirement of the drying phase, and also, in some cases, making less of the energy external input. This translates into substantially lower disposal costs compared to the reference system. In the second scenario, the results are similar to the first, reflecting a reduction in the benefit in terms of disposal costs mainly due to the larger size of the plants.

L'utilizzo dei fanghi delle acque reflue come fonte per il recupero di energia e risorse è una buona alternativa per la sua gestione considerando i requisiti normativi e i principi dell'economia circolare. Riconoscere i fanghi come una risorsa, non come un rifiuto, ha portato i ricercatori a considerare che l'energia che può essere ottenuta dai fanghi delle acque reflue può essere una soluzione sostenibile per soddisfare i requisiti energetici presenti e futuri. Nel presente lavoro, dopo una breve descrizione dei trend principali riguardanti in trattamento dei fanghi, con focus principalmente sui processi termici, viene discusso un confronto tra impianti di trattamento dei fanghi di depurazione innovativi. I sistemi presentati, integrano, in uno stesso processo, le fasi di disidratazione-essiccazione con incenerimento finalizzate al recupero energetico tramite ORC, con apporto energetico esterno fornito da biomasse legnose. Sono state messe a confronto tre soluzioni: un sistema 'Benchmark' che si basa sulla disidratazione meccanica tradizionale, assicurata da una centrifuga, un sistema HTD che integra in modo efficiente un processo di disidratazione idrotermale (HTD), e un sistema HTC, che a sua volta integra un processo di carbonizzazione idrotermale. Dopo aver presentato e fornito una descrizione dei trattamenti termici core (HTD e HTC), i modelli delle diverse soluzioni ed i principali bilanci di massa ed energia, è stata eseguita un'analisi economica. Si è poi fatto un confronto tra le diverse soluzioni in termini di costi di smaltimento finale. Sono stati analizzati due diversi scenari. Nel primo scenario, gli impianti sono stati progettati in modo da richiedere la minor quantità possibile di biomassa aggiuntiva. Nel secondo scenario, è stata fisata la potenza dell'unità ORC. I risultati mostrano che entrambi i sistemi innovativi, nonostante la notevole complicazione impiantistica, hanno prestazioni migliori rispetto al sistema Benchmark, consentendo di ridurre notevolmente il fabbisogno termico della fase di essiccazione, ed anche, in alcuni casi, facendo a meno dell'apporto energetico esterno. Ciò si concretizza in costi di smaltimento sostanzialmente inferiori, rispetto al sistema di riferimento. Nel secondo scenario, i risultati sono simili al primo, riflettendo una significativa riduzione del vantaggio in termini di costi di smaltimento principalmente a causa della taglia maggiore degli impianti.