Serre solari per essiccamento fanghi

Per ottenere un‘essiccazione ottimale in contesti in cui occorra elasticità d’utilizzo, l’impianto opera in modalità Batch.

Questo procedimento può essere adattato ottimamente all’umidità del fango. I fanghi umidi, dopo essere stati accumulati in apposita sezione, vengono caricati su pala gommata per riempire le serre, immediatamente dopo lo svuotamento degli impianti al termine del processo di essiccamento del precedente carico. E’ il gestore a scegliere il momento in cui effettuare le operazioni, in funzione del grado di secco voluto e/o in funzione dell’esigenza di provvedere al trattamento di nuovo materiale.

Si possono trattare fanghi con un contenuto di massa secca dal 2% al 40%.

Il processo in modalità Batch è sostenuto dal c.d. “maialino elettrico” (electric mole: brevetto esclusivo THERMO SYSTEM) che si muove autonomamente, si orienta sull’area di asciugatura utilizzando sensori a ultrasuoni e rivolta incessantemente il materiale.

Per un’efficace, uniforme essiccazione, è fondamentale che il fango nella camera di essiccazione sia uniformemente distribuito e periodicamente rovesciato, miscelato e ventilato. Al rivoltamento del materiale provvede il “maialino elettrico”, un brevetto Thermo-System che rappresenta una soluzione non solo intelligente, ma anche estremamente pratica ed economica.

Il robot è realizzato in acciaio inossidabile e ha dato prova di funzionare efficacemente e durevolmente, indipendentemente dal tipo di fango trattato.

Il robot trova il suo percorso nella camera di essiccazione con l’aiuto di sensori a ultrasuoni, e lavora in tutta l’area in modo completamente automatico – giorno dopo giorno, settimana dopo settimana, anno dopo anno …

 

Il “maialino” è robusto e può essere facilmente estratto dalla camera di essiccazione: ciò significa massima facilità di manutenzione e possibilità di temporanea sostituzione in ogni momento.

Il maialino elettrico viene avviato in modo completamente automatico tramite i comandi dell’impianto di essiccazione da 1 a 30 volte al giorno, a seconda della configurazione dell’impianto e delle condizioni di essiccamento, per 20-60 minuti alla volta.

Attraverso la miscelazione e l’aerazione ottimali dei fanghi in essiccamento, la velocità di essiccazione è massimizzata e l’insorgere di odori dai potenziali processi di degradazione anaerobica è ridotto al minimo.

Per garantire un’asciugatura uniforme e costante del fango e il distacco degli strati umidi al contorno dalla superficie del fango, la velocità del flusso d’aria, alternata ciclicamente e la direzione dello stesso sono generati e controllati da un sofisticato sistema di automazione. A tale scopo, i ventilatori  di ricircolo a velocità controllata sono montati su unità girevoli sincronizzate (MoviVents). Il sistema MoviVent, brevettato e completamente automatico, assicura che il flusso d’aria venga uniformemente soffiato con una elevata  velocità di flusso sulla superficie del fango in essiccazione.   Tutti i ventilatori utilizzati nell’impianto di essiccazione solare sono ventilatori di tipo assiale a velocità controllata, altamente efficienti e silenziosi. I motori, l’alloggiamento, i cuscinetti e i connettori sono protetti contro l’umidità e la corrosione. Con ciò, è possibile garantire un funzionamento per molti anni senza guasti, anche  se essi operano in un’atmosfera particolarmente umida e corrosiva.

L’intero impianto di essiccazione solare nonché l’alimentazione di tutte le utenze elettriche vengono governati  da un’unità di controllo centrale. I quadri elettrici vengono installati in un locale adiacente alla serra.

Per prevenire incidenti, l’impianto è monitorato da uno specifico sistema di sicurezza . Esso comprende:

 

• Arresto di sicurezza collegato al terminale del sistema di miscelazione mobile che impedisce il funzionamento della macchina durante l’accesso all’impianto (sensore di sicurezza senza contatto)
• Il riavvio dell’operazione di miscelazione non è possibile finché tutte le aperture di accesso non sono chiuse e il riavvio è confermato manualmente

Il consumo di energia elettrica, legato principalmente alla automazione del sistema di essiccamento e ai presidi ambientali, è compreso tra 20 e 30 kWh per tonnellata di acqua evaporata, valore che è inferiore  di  tre volte al consumo medio degli essiccatori termici  presenti sul mercato.

Ciò riduce l’emissione di anidride carbonica in condizioni di clima moderato, come quello riscontrabile nel contesto della Regione Toscana, a meno di 24 kg di CO₂ per tonnellata metrica di acqua evaporata. Questo valore inoltre è inferiore al 15% della complessiva CO₂ generalmente emessa per tonnellata di acqua evaporata da essiccatori termici convenzionali.

Scopo del sistema di essiccamento solare è quello di produrre un ambiente ottimale (serra) per trasferire al prodotto da essiccare (fango) più calore di quello che sarebbe disponibile nelle condizioni ambientali naturali. In questo modo viene incrementata la velocità di evaporazione dell’acqua dal fango, diminuendo al contempo l’umidità relativa dell’aria di processo (con aumento della capacità di trasporto dell’acqua con l’aria). Nell’essiccamento solare, l’umidità presente nel fango viene quindi evaporata grazie all’aria calda riscaldata dall’ energia proveniente dal sole; in questo modo, rispetto ad altri sistemi di essiccamento, l’utilizzo di energie non rinnovabili è ridotto al minimo e cioè principalmente alla gestione dei presidi ambientali del sistema serra.

Nelle tradizionali tecnologie di essiccamento, la quota più importante nei costi vivi di gestione è legata al costo di produzione dell’energia termica. Nell’essiccamento solare puro, l’energia termica è fornita dal sole, e quindi gratuita. I limiti di applicazione sono essenzialmente legati alla superficie disponibile.

L’essiccamento solare dei fanghi previsto nella presente proposta avviene in modo molto efficace in quanto la tecnologia di essiccamento solare THERMO-SYSTEM soddisfa i seguenti principali criteri che sono alla base di un corretto ed efficiente sistema:

1. produce la massima velocità di evaporazione ottimizzando la conversione dell’energia solare in energia termica, con conseguente riscaldamento del fango e dell’aria sovrastante
2. gestisce l’umidità relativa dell’aria interna alla serra provvedendo, quando necessario, al ricambio dell’aria mediante il controllo della ventilazione
3. movimenta in modo ottimale il letto di fango all’interno della serra per aumentare il più possibile la zona di contatto tra il fango stesso e l’aria di processo. Se la movimentazione è eseguita in modo corretto, non solo si ottiene il massimo essiccamento, ma si previene la formazione di zone anaerobiche all’interno del letto di fango e quindi non si producono odori molesti.
4. ottiene un fango essiccato particolarmente adatto al suo successivo impiego in impianti di compostaggio. Tale risultato è principalmente legato alla totale stabilizzazione del rifiuto, di tipo irreversibile, nonché alla sua completa pastorizzazione.

La modalità di funzionamento “in continuo”, relativamente più costosa, può essere prevista nei casi in cui l’impianto di essiccamento solare è alimentato da un solo impianto di produzione di fanghi che funzioni parimenti “in continuo”.

Il cuore tecnologico del sistema “in continuo” è lo SludgeManager, un robot che effettuata il rivoltamento della biomassa operando con modalità completamente automatizzate. Realizzato in acciaio inossidabile e plastica rinforzata con fibre di vetro, il robot ha il compito di effettuare la miscelazione, il livellamento e l’aerazione del fango. In tal modo, viene garantita una prestazione di asciugatura ottimale con il minor consumo di energia. L’attivazione è regolata dal sistema di controllo centralizzato dell’impianto di essiccazione che opera in base alle condizioni climatiche, alla disponibilità di calore e al tenore di umidità del prodotto di essiccazione.

Negli impianti con funzionamento “in continuo”, lo scarico della serra è completamente automatico.
Il fango essiccato viene spinto dal sistema di miscelazione in una tramoggia dotata di coclea che a sua volta alimenta dei cassoni scarrabili che verranno impiegati per il conferimento dei fanghi essiccati all’impianto di recupero.

La modalità di funzionamento “in continuo”, per i costi relativamente più alti e per i limiti di utilizzo, si adatta difficilmente alle specifiche realtà.

Il compost è il risultato della decomposizione e dell’umificazione di materie organiche di varia origine (rifiuti alimentari, stralci di potatura, letame, liquame o rifiuti del giardinaggio come foglie ed erba) da parte di macro e microorganismi (batteri e funghi) naturalmente presenti nell’ambiente in condizioni particolari: presenza di ossigeno ed equilibrio tra gli elementi chimici della materia coinvolta nella trasformazione. Si tratta quindi di una degradazione in ambiente aerobico. Per compostaggio s’intende il processo biologico aerobico controllato e accelerato dall’uomo che porta alla produzione di una miscela di sostanze umificate (il compost). Consiste sostanzialmente in due fasi: bio-ossidazione e maturazione. Il compost può essere utilizzato come fertilizzante naturale su prati o campi agricoli ed è adottato nella permacoltura, nell’agricoltura naturale, biologica e biodinamica. Apporta sostanza organica migliorando la struttura del suolo (modo in cui le particelle primarie di sabbia, limo e argilla si uniscono tra loro in aggregati) e aumentando la biodisponibilità di elementi nutritivi, tra cui principalmente l’azoto, andando così a favorire l’attività biologica e la crescita di radici e piante. Di conseguenza, aiuta anche ad aumentare la biodiversità della microflora nel suolo.

Nella prospettiva del riuso in compostaggio, l’essiccamento in serra dei fanghi di depurazione, determina una serie di conseguenze positive: riduzione della putrescibilità e conseguente incremento della stabilità e riduzione degli odori, semplificazione delle operazioni di stoccaggio, trasporto e distribuzione, igienizzazione del prodotto.

L’obiettivo di un tipico impianto di produzione di ammendante compostato con fanghi è quello  di produrre un  compost di qualità partendo da matrici selezionate; tale compost è considerato un fertilizzante organico commerciabile come “Ammendante Compostato con fanghi ”ai sensi dell’allegato 2 – D.lgs.  75/2010 e s.m.i..

 

Utilizzando un fango essiccato in serra come matrice in miscela con organico da raccolta differenziata e verde, si hanno molti vantaggi rispetto all’utilizzo di fanghi con elevato tenore di umidità.

Uno dei primi vantaggi deriva sicuramente dal fatto che lo stoccaggio e la movimentazione di tale tipologia di fanghi essiccati avviene con più facilità rispetto a fanghi umidi che a causa della loro inconsistenza sono di difficile gestione.

I fanghi essiccati inoltre non emanano cattivi odori come i fanghi umidi poiché hanno già subito una buona stabilizzazione.

Come da normativa, i fanghi possono essere miscelati nella miscela iniziale in misura del 35% (p/p sostanza secca) e pertanto miscelare un fango già essicato consente un ottimizzazione nella preparazione della miscela del cumulo con organico fresco e verde strutturante

Altro vantaggio è che essendo già stabilizzati il processo di biostabilizzazione accelerata (fase ACT) necessita di un minore quantitativo di ossigeno

Sostanzialmente un fango essiccato consente di ottimizzare la miscela poiché permette un miglioramento della porosità del substrato e una corretta gestione dell’umidità del cumulo

A tal proposito ricordiamo che:

• porosità del substrato: la massa dei rifiuti organici in trasformazione si presenta come un sistema a tre fasi (solido-liquido-gassoso) con una percentuale di spazi liberi in funzione della granulometria delle particelle organiche e dalla quantità di acqua presente ; deve essere assicurato un f.a.s. minimo (free air space) del 30%. nei cumuli della fase biossidativa , tale valore è assicurato da una percentuale di verde strutturale pari a ~32 % in peso.
• umidità: il tenore di acqua dei rifiuti organici in trasformazione ha un valore compreso nel range 45-65% in peso; valori più bassi rallentano il processo di compostaggio, mentre valori più alti comportano difficoltà di trasferimento di ossigeno. al procedere del processo di compostaggio, l’umidità dei rifiuti diminuisce progressivamente per effetto dell’innalzamento della temperatura e dell’azione disidratante dell’aerazione; a tal fine occorre correggere e a volte reintegrare, specialmente nel periodo estivo, l’acqua evaporata.

L’ammendante realizzato utilizzando il fango non essiccato (con grado di secco intorno al 20%) viceversa  è di difficile gestione, non solo per il forte impatto odorigeno che si genera in impianto, ma soprattutto poiché possiede circa l’80% di umidità e quindi deve essere miscelato con molto più verde strutturante e non è affatto un materiale poroso

Pur rappresentando una percentuale molto bassa (2-4% in peso del suolo) la sostanza organica di un terreno agrario costituisce l’elemento fondamentale della fertilità agronomica, intendendo questa come la migliore condizione per ospitare la vita vegetale.

La sostanza organica, se ben umificata, contribuisce al miglioramento delle proprietà biologiche, fisiche e chimiche di un terreno ; in particolare :

• La sostanza organica è la sede e il nutrimento dei microrganismi responsabili, nel ruolo di decompositori, dei cicli degli elementi nutritivi essenziali alla vita vegetale;
• Le particelle di sostanza organica, facendo da “collante”, contribuiscono in modo determinante alla formazione di una buona struttura, intesa come aggregazione delle particelle di suolo in modo da avere i rapporti tra terreno, aria e acqua più favorevoli alla vita animale e vegetale nel suolo. L’aggiunta di sostanza organica ad un terreno argilloso diminuisce infatti la resistenza alle lavorazioni e aumenta la porosità al passaggio dell’aria; in un terreno sabbioso, aumenta la capacità di trattenere l’acqua e gli elementi nutritivi in essa disciolti, contribuisce alla aggregazione delle particelle grossolane e alla formazione di una struttura equilibrata.
• La sostanza organica è in grado di trattenere gli elementi nutritivi apportati per altra via al terreno (tipicamente azoto, fosforo e potassio); tali elementi, una volta “immagazzinati” nella sostanza organica, vengono liberati gradualmente e così resi disponibili per l’assorbimento radicale. Le concimazioni chimiche azotate, determinano invece una disponibilità massiccia e contemporanea di elementi nutritivi, che non potendo essere utilizzati dalla pianta tutti in una volta vengono spesso dispersi in atmosfera o in falda (pericolo di trasporto di nitrati nelle falde acquifere con perdita della potabilità). Per quanto concerne il potassio e soprattutto il fosforo, la sostanza organica li mantiene allo stato assimilabile dalla pianta; in terreni scarsamente dotati in humus questi elementi vengono assorbiti, spesso in forma irreversibile, dalle componenti minerali del terreno.

Per ottimizzare le sue qualità, la sostanza organica deve essere presente in forma “stabile”, non più soggetta a trasformazioni consistenti;

Il vantaggio dell’utilizzo di fanghi  in miscela di partenza che siano già parzialmente stabilizzati è garanzia del processo, rispetto a fanghi che invece sono biologicamente molto attivi poiché appena usciti da processi di centrifugazione o da nastro pressa.

La matrice compostata deve comunque  aver subito una decomposizione e una umificazione in grado di modificare le proprietà fisiche (struttura, capacità di trattenere l’acqua, porosità all’aria, ecc.) e meccaniche (plasticità, compattezza, ecc.) esaltando l’attività biologica del terreno e la sua lavorabilità.

Tali azioni vengono svolte dagli ammendanti grazie al loro contenuto in sostanza organica umificata.

La soluzione proposta rappresenta una soluzione economicamente efficiente, ambientalmente sostenibile e universalmente apprezzata.

I vantaggi energetici ed ambientali derivanti dalla riduzione del contenuto di acqua, sono facilmente riscontrabili:

• Riduzione ponderale della quantità di fanghi in un range compreso tra 3 e 4 volte; conseguente riduzione degli impatti derivanti dal traporto dei fanghi
• Possibilità di stoccaggio dei fanghi prima dello smaltimento finale
• Utilizzo di energie rinnovabili, l’irraggiamento solare
• Processo a ridotta impronta di carbonio
• Sistema strutturale facilmente integrabile nell’ambiente circostante in relazione alla sua configurazione a serra
• Controllo efficace degli odori
• Igienizzazione e stabilizzazione del fango: il processo di sanificazione, effettuato a temperatura elevata garantita dall’irraggiamento solare , garantisce la distruzione degli agenti patogeni e la forte riduzione del tenore di umidità, escludendo la potenziale successiva insorgenza di fenomeni putrefattivi.
• Il fango sanificato potrà avere diversi impieghi tra cui il riutilizzo ai fini della produzione di un compost di qualità; infatti il prodotto ha un elevato potere concimante poiché, non avendo subito un processo di combustione, mantiene inalterato il contenuto di carbonio organico.

La soluzione risponde agli obiettivi di ottimizzazione  standardizzazione e certificazione del processo di produzione con elevato grado di qualità e stabilizzazione, finalizzata a rispondere ai criteri di qualità per agevolare il riuso nella produzione di ammendante compostato misto con fango, e la possibilità di diversificare le destinazioni con l’avvio in impianti di produzione di energia.

La soluzione risponde inoltre all’ulteriore obiettivo della riduzione della produzione della biomassa.