Fanghi di depurazione, una nuova tecnologia per rendere il trattamento più efficiente

Migliorare l’efficienza del processo di disidratazione dei fanghi di depurazione, favorendo una gestione più sostenibile dell’intero processo di depurazione. È questo l’obiettivo del progetto europeo Sludgetreat nell’ambito del quale il team coordinato dal Politecnico di Milano ha realizzato il prototipo di una tecnologia basata sull’elettro-disidratazione (electro dewatering – EDW). Tra i vantaggi della soluzione una riduzione del contenuto di acqua dei fanghi fino al 50% circa e una diminuzione dei costi di trasporto e smaltimento del 35% annuo. 

Insieme a Roberto Canziani, professore di Ingegneria Sanitaria-Ambientale del Politecnico di Milano, abbiamo approfondito alcuni aspetti del progetto.

Come funziona questa tecnologia?

“Nell’ambito del progetto, siamo riusciti a mettere a punto una macchina in cui l’elettrodo è in movimento e permette la miscelazione rinnovando lo strato di fango secco a contatto con l’anodo con nuovo fango più umido. A breve sarà presentato il brevetto di questa innovazione”.

I fanghi di depurazione sono costituiti da particelle cariche elettronegativamente, che possiamo schematizzare come una sospensione colloidale stabile. Questa sospensione colloidale deve essere destabilizzata, ciò vuol dire che bisogna rendere separabili le particelle dividendo la parte solida dalla parte liquida. Questo risultato si può ottenere aggiungendo dei polimeri particolari, tuttavia, oltre un certo livello, questi polimeri non riescono più ad agire. È qui che interviene l’applicazione di un campo elettrico, una soluzione che permette di separare ulteriormente la parte solida dalla parte liquida tramite un fenomeno denominato elettrosmosi. E’ un processo che non ha nulla a che fare con le membrane di osmosi inversa. Si tratta semplicemente di un flusso di solido caricato negativamente verso l’anodo positivo. Per compensare lo spostamento del solido verso l’anodo, il liquido si sposta verso il catodo, altrimenti si creerebbe il vuoto e questo non è possibile. È un principio già applicato da decenni per deumidificare i muri, per consolidare le argille e anche per bonificare i siti contaminati. L’applicazione ai fanghi è recente. Le macchine utilizzate finora sono delle nastropresse o delle filtropresse, nelle quali il fango aderisce all’anodo in modo statico. La formazione di uno strato di fango secco all’anodo riduce la conducibilità, aumenta la resistenza elettrica e ne dissipa gran parte in calore per effetto Joule, riducendo notevolmente l’efficienza di queste macchine. Noi invece, nell’ambito del progetto, siamo riusciti a mettere a punto una macchina in cui l’elettrodo è in movimento e permette la miscelazione rinnovando lo strato di fango secco a contatto con l’anodo con nuovo fango più umido. A breve sarà presentato il brevetto di questa innovazione.

Quali sono i vantaggi legati all’adozione di questa soluzione?

La soluzione che abbiamo realizzato permette di ottenere un maggior tenore di secco rispetto alle macchine convenzionali. Se una macchina convenzionale arriva al 25-27% di secco, noi invece riusciamo ad arrivare al 35-40% e, sperabilmente, anche al 45%. Il tutto senza ricorrere all’essiccamento termico.

Inoltre i consumi energetici di questa tecnologia, se paragonati all’essiccamento termico e conteggiati in termini di energia primaria, sono circa un terzo di quelli necessari per essiccare termicamente. In pratica se un essiccatore deve essiccare i fanghi a partire da un contenuto d’acqua del 75% e arrivare al 10% richiesto per mandare, ad esempio i fanghi in cementificio, è chiaro che la possibilità di sottoporre a essiccamento fanghi con contenuto d’acqua del 55-60% consente di risparmiare molta energia. Inoltre, nel caso dell’applicazione di processi di termovalorizzazione, fanghi con il 60% di contenuto d’acque possono bruciare senza aggiunta di combustibili ausiliari, come è dimostrato, ad esempio, nel caso dell’inceneritore per fanghi di Zurigo. In quel caso, la società di ingegneria che lo ha progettato, ha stimato che la tecnica della elettro-disidratazione dei fanghi in sostituzione dell’essiccamento termico può rendere disponibile un maggiore apporto termico di 15 GWh/anno per la rete di teleriscaldamento cittadino.

Oltre alla realizzazione del macchinario c’erano altre attività di ricerca che avete portato avanti nel corso del progetto?

Sì, un altro aspetto del progetto era legato alla ricerca di un materiale adatto a evitare la rapida corrosione degli anodi. Durante il processo di funzionamento del macchinario si vengono a sviluppare acidi che ossidano il metallo. Lo strato ossidato (la ruggine) riduce notevolmente la conducibilità elettrica. Ciò si verifica anche nel caso in cui venga utilizzato un materiale molto resistente come il superduplex, un particolare tipo di acciaio inossidabile. Bisogna quindi trovare un anodo che resti conduttivo anche se esposto a un ambiente molto corrosivo. Noi abbiamo trovato un prodotto esistente sul mercato, realizzato da un’azienda di Milano, la Industrie De Nora S.p.A.,  che si chiama DSA® – Dimensionally Stable Anode ed è composto da una miscela di ossidi metallici su titanio. Questo materiale ha delle ottime caratteristiche di resistenza alla corrosione. I partner Flubetech e AIN hanno poi messo alla prova anche altri materiali, che, però, al momento non sono disponibili sul mercato. Altre soluzioni basate su applicazioni di carbonio nanostrutturato sono in fase di studio presso il Politecnico di Milano.

“Un altro aspetto del progetto era legato alla ricerca di un materiale adatto a evitare la rapida corrosione degli anodi”

Qual era l’obiettivo principale del progetto e in quale fase siete attualmente?

Lo scopo principale del progetto era quello di coinvolgere ricercatori di diverse nazioni e di farli circolare all’interno dell’Unione Europea promuovendo uno scambio di competenze sui temi oggetto della ricerca. L’altro scopo era quello di sviluppare il progetto esecutivo di questa macchina. Il prototipo industriale è attualmente in fase di ultimazione presso X2 Solutions, il produttore che si sta occupando della realizzazione. Ora l’impresa costruttrice sta completando l’ingegnerizzazione. La data di consegna è prevista per la fine di marzo.