Impianto Trattamento Percolato di Discarica – Descrizione del Processo

INTRODUZIONE

Il percolato è il liquido che si genera dall’infiltrazione dell’acqua piovana e da processi biologici nell’ammasso di rifiuti presenti in una discarica. Tale liquido è altamente inquinante a causa soprattutto dell’elevata presenza di sostanze organiche disciolte e di azoto ammoniacale, esso va smaltito in impianti idonei capaci di riportare l’effluente nei parametri stabiliti dal Dlgs 152/06. La depurazione del percolato è di difficile soluzione non solo a causa dell’elevato contenuto di sostanze organiche ma soprattutto dall’elevata concentrazione di sostanze non facilmente metabolizzabili dai microrganismi, per cui le prove di depurazione in normali processi biologici hanno esito fallimentare.

La soluzione proposta e adottata in molte discariche europee e italiane è quella di estrarre l’acqua dal percolato con processo termico e ricircolare in discarica il concentrato prodotto. L’impianto da installare è un evaporatore a lunghi tubi verticali a compressione meccanica del vapore d’acqua, che contrariamente a quelli a pompa di calore ha un’efficienza energetica superiore a 20 kg di acqua estratti per ogni kg di vapore equivalente alimentato. Il distillato prodotto ha caratteristiche tali che si possa sicuramente smaltire lo stesso in fognatura secondo la tab 3 D.Lgs 152/06. Non esistono emissioni in atmosfera secondo il DPR 203/88 tranne quelle della caldaia a gasolio.

 

DESCRIZIONE DEL PROCESSO

Grazie alla grande efficienza energetica dell’impianto e quindi ai bassi costi gestionali, il sistema proposto consta di doppia evaporazione e post trattamento del depurato in modo da rispettare i limiti imposti dalla tab 3 Dlgs 152/06. Il percolato di una discarica di almeno 4 anni ha un pH compreso tra 7,5 e 8 quindi in situazione metanigena con alta concentrazione di ammoniaca.
Il processo di depurazione si divide in 8 stadi:

  • filtrazione del percolato e aggiunta di antischiuma
  • 1° stadio di evaporazione sottovuoto
  • acidificazione del condensato a pH 4
  • 2° stadio di evaporazione sottovuoto
  • regolazione pH
  • eventuale estrazione di sostanze basso bollenti tra le evaporazioni

impianto-percolato
Processo-schema dei flussi
La successione di 2 stadi di evaporazione assicura, l’eliminazione di sostanze acide basso bollenti nel primo e di ammoniaca nel secondo. Il tipo di processo, impensabile con l’utilizzo di altri tipi di impianti reperibili in commercio, è realizzabile a causa dell’attuale alto consumo energetico e alto impatto ambientale di smaltimento convenzionale del percolato in impianti biologici e grazie all’alto rendimento dell’impianto MVR.

L’effluente prodotto dall’impianto di trattamento è scaricabile in fognatura secondo il DLgs 152/06 come si evince dalla tabella seguente

Parametro Valore Limite per lo scarico in pubblica fognatura tab 3-all 5 DLgs 152/06
pH 6 5,5-9,5
Colore Non percettibile
Odore Non causa molestie Non deve essere causa di molestie
Materiali grossolani Assenti Assenti
Solidi sospesi totali Assenti < 200 mg/l
COD 400mg/l < 500 mg/l
BOD5 100mg/l < 250 mg/l
Fosforo totale 5mg/l < 10 mg/l
Tensioattivi totali 0,02mg/l < 4 mg/l
Grassi ed olii animalie vegetali 8mg/l < 40 mg/l
Cloruri 70mg/l < 1200 mg/l
Solfati 200mg/l < 1000 mg/l
Azoto ammoniacale 30mg/l < 30 mg/l
Azoto nitrico 10mg/l < 30 mg/l

 

Bilancio di massa
Percolato trattato: 45 mc/d
Effluente depurato: 40,5 mc/d
Concentrato da ricircolare: 4,6 mc/d

STOCCAGGIO E ALIMENTAZIONE PERCOLATO

Dai serbatoi di stoccaggio, presenti in discarica, il percolato alimenta l’impianto per caduta nel barilotto di alimentazione.

FILTRAZIONE A SACCO E INIEZIONE ANTISCHIUMA

Il percolato viene fatto defluire per caduta nel barilotto di alimentazione dell’evaporatore dopo aver passato un filtro a sacco con maglie da 200 um. Prima dell’immissione nel barilotto viene dosato del liquido antischiuma con pompa dosatrice regolabile.

EVAPORAZIONE SOTTOVUOTO

Il liquido dal barilotto viene alimentato all’impianto tramite una pompa centrifuga. Esso subisce un preriscaldamento a scapito dei prodotti caldi uscenti con scambiatore a piastre o a serpentina. In particolare il percolato si preriscalda con il concentrato prodotto in un serbatoio con serpentina aumentando di circa 2 °C la sua temperatura. Nel secondo scambiatore a fascio tubiero, il liquido da depurare aumenta ulteriormente la sua temperatura a scapito del distillato prodotto fino a portarsi a temperatura vicina a quella di ebollizione alla pressione dell’impianto (circa 0,34 bar abs). Infine il percolato si surriscalda raffreddando il vapore compresso dal ventilatore prima di entrare nell’evaporatore verticale. La pressione regnante nell’evaporatore consente di far bollire il percolato a 70-72 °C; infatti il liquido scendendo e lambendo la superficie interna dei tubi caldi dell’evaporatore, evapora grazie al vapore ricompresso dal ventilatore. L’evaporatore, che permette l’ebollizione del percolato e la generazione di vapore, è del tipo a lunghi tubi verticali con flusso del percolato che forma un film bollente discendente. Il percolato bollente genera un vapore, che dopo opportuna separazione delle eventuali gocce di liquido trascinate viene aspirato dal ventilatore e ricompresso ed innalzato di circa 5-6 °C, rigenerandolo e permettendo di utilizzarlo nuovamente come fluido riscaldante. In questo modo il consumo energetico specifico del ventilatore è di 13 kWh/m 3acqua evaporata. Il ventilatore è del tipo centrifugo in acciaio inox in grado di poter innalzare la temperatura del vapore aspirato di almeno 5 °C, quindi in grado di avere un rapporto di compressione di circa 1,25.

turboventilatore

Turboventilatore centrifugo per vapore
Il rendimento nella compressione politropica è di circa 76,5%, che consente bassi consumi energetici e una portata massica di circa 5000 kg/h. Le tenute meccaniche sono del tipo flussate con acqua distillata e in PTFE resistente ad ammoniaca e acidi. Dall’evaporatore si generano quindi due flussi: il condensato costituito essenzialmente da acqua pura e il concentrato in cui sono confinate tutte le sostanze solide disciolte del percolato di partenza. Con i normali contenuti di solidi nel percolato, in media del 1%, si possono ottenere, dal trattamento di 5350 kg/h di liquido:

  • 350 kg/h di concentrato
  • 5000 kg/h distillato

Il processo di evaporazione viene ripetuto due volte in modo da ridurre al minimo il valore di COD, ammoniaca e acidi.

ACIDIFICAZIONE

Prima del secondo passaggio, il distillato della prima evaporazione viene acidificato con acido solforico, in modo da salificare l’ammoniaca secondo la reazione:
acidificazione
Quando il pH scende sotto il valore di 6,5, grazie all’aggiunta di acido solforico, tutta l’ammoniaca è stata salificata e la sua tensione di vapore si annulla; in realtà si aggiunge acido fino ad abbassare il pH a valori di circa 6. Nella seconda evaporazione il distillato acidificato viene nuovamente distillato e ulteriormente depurato. L’acidificazione avviene grazie ad una pompa a membrana dotata di misuratore di pH.

TORRE RAFFREDDAMENTO

Una piccola torre di raffreddamento è installata nelle adiacenze dell’impianto in modo da fornire la necessaria quantità di acqua fredda per condensare il vapore della caldaia. La potenzialità termica è di circa 100 kWt. La torre alimenta la serpentina della caldaia con acqua esterna non recuperata dal distillato, per evitare immissione di odori in atmosfera. L’acqua della torre è in ciclo chiuso e in continuo ricircolo, in pratica il liquido della torre non si miscela con i liquidi dell’evaporatore e quest’ultimi non vengono atomizzati in atmosfera. il reintegro dell’acqua è solo quello dovuto alla perdita per evaporazione pari al 3% della portata di ricircolo e quindi con un consumo di circa 1 mc giornaliero. L’acqua di reintegro è prelevata dalla vasca di accumulo acque industriali in dotazione alla discarica.

LAVAGGIO DELL’IMPIANTO

Il processo di depurazione del percolato tramite doppia evaporazione in ambiente basico e poi in ambiente acido, consente di eliminare il tempo perso nel lavaggio in quanto quest’ultimo è integrato nel secondo passaggio di evaporazione. Prima di effettuare il secondo stadio di evaporazione, un sistema di estrazione del liquido dal concentratore permette di pulire ed eliminare i residui del liquido evaporante precedente, in modo da minimizzare i tempi di preparazione e ridurre l’immissione di inquinanti nella evaporazione finale. A questo scopo delle pompe volumetriche azionate dalla funzione “estrazione” posizionata sul quadro comandi, aspirano il liquido contenuto nell’evaporatore e nello scambiatore del concentrato, in modo da svuotare l’impianto del liquido residuo. La frequenza di lavaggio è pari a circa 1 lavaggio della durata di 0,5-1 ora ogni 5-10 giorni a seconda del grado di sporcamento. Per il lavaggio dell’impianto si usa un prodotto liquido a carattere basico per l’eliminazione delle sostanze incrostanti sulla superficie interna dei tubi. La quantità di prodotto liquido utilizzato è di circa 30 kg per ogni produzione di nuovo lavaggio in modo da produrre una soluzione al 3-5% circa. A lavaggio concluso, tutto il liquido viene recuperato in apposito serbatoio e riutilizzato per almeno 4-5 volte. In sintesi il consumo di prodotto di lavaggio è pari a circa 30 kg al mese.

NEUTRALIZZAZIONE

L’eventuale acidità dell’effluente, viene neutralizzata grazie al dosaggio di soda caustica in soluzione con una pompa a membrana, comandata da un pHmetro.

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