The sludge centre of Castelfranco Veneto as eco-innovative territorial strategy

Pierpaolo Florian (Alto Trevigiano Servizi), Francesco Fatone (Marche Polytechnic University), Roberto Durigon (Alto Trevigiano Servizi), Alberto Piasentin (Alto Trevigiano Servizi), Filippo Guerra (Alto Trevigiano Servizi), Contenuti

• ATS ed i fanghi di depurazione: una lunga storia di innovazione dalla co-digestione a SMART-Plant allo sludge centre…ed oltre • L’approccio: – Analisi critica di qualità e quantità dei fanghi in riferimento a soluzioni territoriali di valorizzazione e smaltimento – Innovazioni validate in oltre sue anni e poi scalate fino alla soluzione territoriale – Calcolo rigoroso di impronta energetica e di carbonio • Focus su scelte tecnologiche • Conclusioni e barriere Alto Trevigiano Servizi profile

ALTO TREVIGIANO SERVIZI Water utility company Municipalities 52 Area [km2] 1’375 Citizens [inh.] 500’000 Utilities 213’000 Turnover [€] 60’000’000 Treated WW [m3/y] 30’000’000 WWTPs 64 Employees 276 Timeline and optimization of wastewater department of ALTO TREVIGIANO SERVIZI

2013-2019

2010-2015 Optimization R&D 2008-2013 Management and upgrade of 2007 Acquisition of WWTPs WWTPs Constitution of ATS EFFICIENTAMENTO AFFIDABILITA’ E DEI PROCESSI QUALITA’ DEL SERVIZIO

ATTENZIONE ALL’AMBIENTE Manutenzione straordinaria e ordinaria ai principali comparti presso gli impianti di depurazione

AFFIDABILITA’ E Sostituzione delle apparecchiature vetuste con nuove tecnologie QUALITA’ DEL piu’ funzionali ed affidabili SERVIZIO Estensione della rete di monitoraggio degli impianti tramite sonde on line e telecontrollo garantendo un controllo h 24 dei processi

Ampliamento degli impianti ed estensione della rete di collettamento fognario per garantire un progressivo incremento della copertura territoriale del servizio di trattamento dei reflui fognari.

Incremento della potenzialita’ di allacciamento Riduzione delle anomalie in rete fognaria legate ad esempio agli afflussi di acque parassite Affidabilita’ dei processi di trattamento e qualita’ delle acque restituite all’ambiente Applicazione di tecnologie mirate all’ottimizzazione dei processi (logiche a cicli alternati, sistemi di controllo della fase di disidratazione dei fanghi, controller di dosaggio dei chemicals) Modernizzazione dei trattamenti esistenti adottando tecnologie che superano limiti EFFICIENTAMENTO funzionali, come il processo di codigestione dei fanghi e forsu per la produzione di DEI PROCESSI biogas e quindi di energia elettrica e calore.

Applicazione di logiche di recupero dell’energia elettrica da riutilizzare interamente presso gli impianti e termica utilizzata sia per il riscaldamento delle digestioni anaerobiche che per i locali di servizio (depuratori di Treviso e Carbonera)

Centralizzazione del servizio convogliando gli impianti minori presso pochi impianti centralizzati per raggiungere economie di scala

Miglioramento delle performance energetiche e di qualita’ dell’effluente trattato.

Migliori economie di gestione degli impianti con riduzione dei rifiuti prodotti e dei dosaggi di chemicals. Applicazione di sistemi di gestione di qualita’ e gestione ambientale che codifica procedure di azione precise e target minimi definiti.

Valutazioni quali LCA ed ETV (European Technology Valutation) per i processi innovativi applicati presso i depuratori al fine di certificare l’effettiva efficacia ed impatto ambientale della tecnologia Progetto «carbon footprint» per la valutazione dell’impatto in termini di gas clima alteranti relativi all’attivita’ di depurazione, secondo la norma UNI di riferimento e in collaborazione con l’Universita’ Politecnica delle Marche che ha portato avanti uno studio di confronto tra il dato di emissione calcolato e rilevato presso le vasche di trattamento.

Applicazione di logiche eco-friendly per il risparmio energetico, il recupero di energia da fonti non fossili e di risorse dai processi di trattamento.

Riduzione degli impatti ambientali legati all’attivita’ depurativa ATTENZIONE ALL’AMBIENTE Miglioramento delle performance ambientali di emissione Monitoraggio in tempo reale dell’impatto di ghg sia a livello di potenzialita’ trattata che a livello territoriale per rilevare l’effettivo impatto emissivo del contesto gestito Instabilità del mercato con prezzi di smaltimento dei fanghi in continuo e sensibile aumento.

Difficolta’ a garantire continuita’ del servizio di smaltimento. Smaltimento in discarica soluzione poco attuabile e disincentivata dalla normativa e PROBLEMA regolazione tariffaria nazionale. FANGHI DA DEPURAZIONE Necessita’ di applicare una strategia aziendale e territoriale per affrontare questa difficolta’.

L’ingresso di ARERA nel sistema di regolazione della tariffa del SII ha rappresentato una rivoluzione per tutto il contesto con effetti quali standardizzazione dei target di qualità del servizio, del sistema di calcolo della tariffa e incentivo di azioni di innovazione. In ambito depurativo ha rappresentato anche una notevole spinta sotto il profilo di qualita’ tecnica del servizio con incentivazione delle forme di recupero dei fanghi da depurazione.

Standard uniformi a livello nazionale per quanto riguarda le qualita’ dello scarico ARERA E con relativi target e piani di miglioramento. REGOLAZIONE Il recente MTI-3 incentiva e promuove azioni di recupero di risorse quali fosforo, TARIFFA energia, biopolimeri, cellulosa dagli impianti di depurazione. La stessa normativa in aggiornamento e discussione presso il Ministero dell’ambiente per lo smaltimento dei fanghi da depurazione incentiva azioni di:

Recupero di risorse dai fanghi quali i fanghi stessi ad uso agronomico ed energia. AGGIORNAMENTO NORMATIVA Disincentiva lo smaltimento in discarica relegandolo ad ultima soluzione. Pone particolare attenzione ed incentivazione a pratiche che prevedano il recupero del fosforo dai fanghi di depurazione.

Sempre un maggior numero di dati e informazioni sono richieste dagli Enti di controllo, da Arera e dalle stesse procedure interne di gestione quale unica soluzione per poter ottenere e verificare qualita’ nel servizio erogato.

Poter disporre di una grande quantita’ di informazioni ordinate, coerenti e affidabili e’ fondamentale anche in fase di gestione degli mipianti in modo da avere un monitoraggio in tempo reale di tutti i parametri funzionali, economici, ambientali CENTRALITA’ E degli impianti, COERENZA DEL DATO E Analogamente possono essere gestite le infrastrutture, le apparecchiature e le DELL’INFORMAZIONE performance ambientali, incrociando i dati digitalizzati per produrre KPI’s che possano fornire immediate indicazioni relative ad ogni aspetto del servizio. LA STRATEGIA ATS:

COLLABORAZIONI CON UNIVERSITA’ ED ENTI DI RICERCA PER CONTINUARE A METTERE IN PRATICA ED APPLICARE SOLUZIONI INNOVATIVE CONIUGANDO LE PROPRIE STRUTTURE CON LE CONOSCENZE E CAPACITA’ TIPICHE DI CHI FA RICERCA COME ATTIVITA’ PRINCIPALE Realizzazione di un nuovo Polo Universitario presso il depuratore di Treviso per il supporto a gruppi di studio che sviluppino soluzioni innovative da applicare direttamente presso gli impianti ATS, con un ritorno immediato direttamente dalla ricerca al territorio. Partecipazione a progetti Europei nell’ambito del programma Horizon 2020 (Smart Plant ma non solo…), permettendo di reperire finanziamenti da parte dell’Europa da investire in progetti innovativi direttamente presso gli impianti, consentendo lo sviluppo e il supporto di tecnologie innovative di nell’ambito del risparmio energetico e recupero di risorse dalla scala pilota all’applicazione in scala reale.

REALIZZAZIONE DI UN SOFTWARE GESTIONALE PER LA GESTIONE DEI DATI REALTIVI ALL’ATTIVITA’ DI DEPURAZIONE E DI SII GENERALE Un software che coordini tutti i dati relativi al SII, permettendo una semplificazione delle attività di gestione, maggiori informazioni e minori risorse impegnate per ottenerle. LA STRATEGIA ATS:

REALIZZAZIONE DELLO «SLUDGE CENTER» UN POLO CENTRALIZZATO DI TRATTAMENTO DI TUTTI I FANGHI PRODOTTI DAL BACINO DI ALTO TREVIGIANO SERVIZI

Una potenzialità di progetto di 120.000 AE per la linea acque del depuratore e 450.000AE per la linea fanghi, che permetta di trattare tutta la produzione di fanghi del territorio di ATS, garantendo maggiore flessibilità di gestione e ottimizzazione delle economie; Innovazione come evoluzione di quanto già sperimentato presso altri impianti ATS come i depuratori di Treviso e Carbonera;

Applicazione del concetto di centralizzazione dei trattamenti in grandi poli di trattamento, come già fatto per il trattamento Rifiuti Extra Fognari di Paese;

Condivisione delle strategie aziendali con il territorio al fine di rendere accettabili anche socialmente le scelte strategiche dell’azienda;

Sviluppo del concetto di Sludge Center con il supporto dell’Università Politecnica delle Marche per una valutazione scentifica dei bilanci di massa e delle scelte strategiche ; LA STRATEGIA ATS: Centralizzazoine del trattamento TREVISO VIA PAVESE PAESE VIA BRONDI Codigestion OFMSW-Sludge Piattaforma di trattamento rifiuti Cogeneration Struvite demonstrative area

CASTELFRANCO SALVATRONDA CARBONERA VIA BIANCHINI Sludge center Innovation site Smart-Plant SCENA PROCESS Resource recovery Cogeneration A Treviso circa 20 anni fa… Horizon2020 SMART-Plant SMART-Plant approach and SMARTechs

Conventional Primary Conventional Activated Sludge Conventional Secondary Sedimentation replaced by replaced by Secondary Mainstream Effluent refined by Tertiary Primary Upstream SMARTech1 SMARTechs 2a and/or 2b Mainstream SMARTech3

Effluent Influent

Conventional or Enhanced Anaerobic Digestion integrated by Sidestream SMARTechs 4a,4b or 5 Biogas

Dehydrated sludge Water line Sludge line SMARTechs integrated in existing WWTPs (revamped/upgraded to WRRFs)

SMARTech2b and Downstream SMARTech2a – SMARTech1 - Geestmerambacht WWTP (NL) SMARTech B - Manresa WWTP (Spain) Karmiel WWTP (IL)

SMARTech3 – WWTP at Cranfield University (UK) SMARTech 4a and SMARTech 5 Carbonera WWTP (Italy) SMARTech 4b - Psyttalia WWTP (Greece) Innovative WWPTs in European scale Carbonera WWTP Success Story: Oggi…in ITALIA Legislazione

Regolazione Padiglione B5 Stand 059 SMARTech 1

Around 400 kg of cellulose per day;

20% less of aeration in the aerobic basins

10-15% less sludge production SMARTech 4a-b

- 5,4 kWh/kgN removed - 15-20 kg of P-rich sludge per day - 60-65 gP/kgTS in the WAS SMARTech 5

- 1,0-1,2 kgPHA per day; - Around 300 g struvite per day I fanghi di ATS: analisi critica nel 2017 I criteri a base progetto:

massima sicurezza, minimo impatto e transizione verso innovazione ed economia circolare

• Analisi statistica dati di portata e concentrazione reali degli ultimi due anni di esercizio del depuratore – Dimensionamento ai carichi massimi reali

• Predisposizione dell’impianto al migliore recupero e valorizzazione di energia e materia, utilizzando giusta integrazione di soluzione consolidate e flessibilità per ottimizzazione nelle successive fasi di progettazione

• Migliore impatto sul territorio della provincia di Treviso

• Sostenibilità tecnica, economica ed ambientale Layout Rigoroso audit di processi e tecnologie ESSICCAMENTO TECH 1 TECH 2 Capacità evaporativa kgH2O /h 1039 880 Consumo specifico kWht/kgH 0 0,93 0,85 essiccatore 2 Fango in uscita tal quale t/d 11 10,6 TS% out % TS 90 90

INGRESSO THP TECH 1 TECH 2 TECH 3 DIGESTIONE ANAEROBICA TECH 1 TECH 2 TECH 3 Q acqua diluizione m3/d 0 21 60 HRT digestione g 20 20,4 24 Fanghi in ingresso VSR % % 45,8 49,9 55 t/d 91,4 106,9 164 TH Biogas prodotto Nm3/d 6400 5182 4551 –5431

TS % ingresso TH % TS 20 16,5 10,7 Contenuto di CH4 % 62 48,61 63 VS/TS % 73 80 71,42 Nm3 SGP 0,605 0,368 0,36 –0,43 kgCOD biogas/kgVS COD/VS - 1,03 - /kgVS

IDROLISI TERMICA TECH 1 TECH 2 TECH 3 DISIDRATAZIONE TECH 1 TECH 2 TECH 3 Vapore acqueo m3/d 15,1 15,9 14,1 Consumo polielettrolita kg poli/tTS 9,09 16,04 15 T idrolisi °C 165 165 140 Q out t/d 36,2 29,8 35,65 HRT idrolisi min 20 –30 20 –30 n.d. TS% out % TS 28 32 30 Q surnatante m3/d 216 244 130,2 Carico NH3 nel surnatante kgN-NH3/d 312 370 408 USCITA THP TECH 1 TECH 2 TECH 3 Acqua diluizione m3/d 96 73 0,62 t/d out THP diluito t/d 210 196 166 TS % out THP % TS 8,7 9 11 diluito Energy Audit  ELENCO DELLE UNITÀ ELETTROMECCANICHE ELECTRICAL CONSUMPTIONS WATER LINE = 10698 kWh/d = 47 %  TEMPI DI FUNZIONAMENTO PLANT ELECTRICAL CONSUMPTIONS  POTENZE ASSORBITE = 22905 kWh/d SOLLEVAMENTO MIXER INIZIALE BIOLOGICO ELECTRICAL CONSUMPTIONS SLUDGE LINE = 12207 kWh/d = 53 % 5% 4% STAZIONE CALCOLO CONSUMI ENERGETICI SOFFIANTI NUOVE LINEE IMPIANTO RANGE CONSUMI SPECIFICI 11% CASTELFRANCO LETTERATURA 3  INDIVIDUAZIONE OPERAZIONI PIÙ ESSICCATORE Consumo Elettrico LA kWh/m trattati 0,35 0,55 - 0,77 SOLL. Consumo Elettrico ENERGIVORE 21% kWh/kg COD DISIDRATAZ. FANGHI Trattamenti Secondari 0,34 0,82 2% rimossi  CONFRONTO CON BENCHMARKS MECCANICA LA 6% Consumo Elettrico FILTRAZ. UV kWh/kg N-NH4 CENTRALE STAZIONE Trattamenti Secondari 3,75 6,62 3% rimossi PRIORITÀ INTERVENTI VAPORE THP SOFFIANTI LA 3% ESISTENTE Consumo Elettrico THP 14% 3% Trattamenti Secondari kWh/kg P rimossi 20,81 12,12 PRE- LA DISIDRATAZ. SILO FANGHI Consumo Elettrico LF kWh/kg TS trattati 0,67 0,25 - 2,074 DEODORIZZ. ARIA 4% FANGHI 4% 3 THERMAL CONSUMPTIONS SLUDGE LINE = 39045 kWh/d 4% Consumo Elettrico LF kWh/m trattati 0,40 0,06 - 0,13 Consumo Elettrico LF kWh/kg VS rimossi 1,48 - Consumo Elettrico FERMENTATORE ACQUA DI kWh/m3 trattati 0,76 0,62 – 2,08 6% DILUIZIONE TOTALE Consumo Elettrico 1% kWh/AEy 69,67 23,89 –262 TOTALE Consumo Elettrico kWh/kg TKN 19,17 14,84 THERMAL RECOVERY IN SLUDGE LINE= 32182 kWh/d TOTALE rimossi kWh/kg N rimossi Consumo Elettrico kWh/kg COD CALDAIA 1,75 0,68 – 6,56 THP COMPARTO SCENARI DI RECUPERO TOTALE rimossi ESSICCATORE 32% SCENARI Inverno 5°C Media 15°C Estate 20°C 57% kWht/d kWht/d kWht/d STECH 2atore di calore su vapore THP 384 384 384 Produzione di biogas 25104 25104 25104 DIGESTORI STECH 2atore calore a monte 5973,6 6693,6 7053,6 ANAEROBICI digestore 4% TOTALE RECUPERI TERMICI 31461,6 32181,6 32541,6 Energy Audit Individuazione della configurazione di processo ottimale per i consumi energetici

INTEGRAZIONE SCHEMA DI PROCESSO CON IMPIANTO DI COGENERAZIONE

VALORIZZAZIONE BIOGAS CON PRODUZIONE ENERGIA ELETTRICA + RECUPERO TERMICO

SCENARIO 1: SCENARIO 2: BIOGAS 67 % A COGENERAZIONE E 33 % A CALDAIA THP BIOGAS 100 % A COGENERAZIONE

CON COGENERAZIONE CON COGENERAZIONE BILANCIO DI ENERGIA SENZA COGENERAZIONE PARZIALE COMPLETA Inverno Media Estate Media Media CONSUMO ENERGIA ELETTRICA LINEA ACQUE kWh/d 10698 10698 10698 10698 10698 CONSUMO ENERGIA ELETTRICA LINEA FANGHI kWh/d 12207 12207 12207 12207 12207 PRODUZIONE ENERGIA ELETTRICA LINEA FANGHI kWh/d - - - 6360 9432 RICHIESTA TOTALE DI ENERGIA ELETTRICA kWh/d 22905 22905 22905 16545 13473 COSTO GIORNALIERO ACQUISTO ENERGIA ELETTRICA €/d 3618,94 3618,94 3618,94 2614,06 2128,69 CONSUMO ENERGIA TERMICA LINEA FANGHI kWh/d 41818 39045 37444 55982 64149 PRODUZIONE ENERGIA TERMICA kWh/d 31461,6 32181,6 32541,6 39162 42524 RICHIESTA TOTALE DI ENERGIA TERMICA kWh/d 10356 6864 4903 16820 21626 COSTO GIORNALIERO ACQUISTO METANO €/d 247,40 163,96 117,12 401,82 516,61 COSTO GIORNALIERO ENERGIA €/d 3866,34 3782,91 3736,06 3015,88 2645,3

41 % DEI CONSUMI ELETTRICI DELL’IMPIANTO

RISPARMIO 30 % Carbon footprint sludge center

Ai fini del calcolo dell’impronta di Carbonio, in accordo ai principi della ISO 14064-1 si può procedere secondo i seguenti punti:

Individuazione dei confini organizzativi ed operativi rispetto ai quali verranno contabilizzate le emissioni relative al servizio di depurazione nelle diverse configurazioni;

APPROCCIO TERRITORIALE Carbon footprint sludge center

Caratterizzazione e rendicontazione fonti di emissione UNI EN ISO 14064-1 di APRILE 2019: 2.Emissioni Indirette 1.Emissioni e Rimozioni Dirette •Emissioni indirette da energia importata; •Emissioni dirette da combustione fissa (in-situ); •Emissioni indirette da trasporto (smaltimento •Emissioni dirette correlate ai processi; rifiuti); •Emissioni dirette fuggitive; •Emissioni indirette da prodotti usati •Rimozioni di CO2 dall’organizzazione (uso di chemicals); •Emissioni indirette associate con l’uso di prodotti usati dall’organizzazione (trasporto chemicals); •Emissioni indirette da altre fonti (rifiuti generati e emissioni su corpo idrico recettore). Carbon footprint sludge center

Scelte di calcolo dell’impronta di carbonio per il caso Salvatronda: STATO DI FATTO: servizio depurazione ATS + AE non collettati STATO DI PROGETTO: servizio depurazione ATS + sludge center dopo upgrading dell’impianto di Salvatronda (linea acque e fanghi) Ipotesi: TRATTAMENTO BIOLOGICO: funzionamento Denitro Nitro / BNR DESTINO DEI FANGHI: Cementificio / compostaggio Risultati: Il dato specifico per Abitante Equivalente si riduce a seguito STATO DI FATTO STATO DI PROGETTO degli interventi di upgrading sull’Impianto di Salvatronda,

IMPRONTA ATS attuale IMPRONTA ATS FUTURA da 0.066 tonCO2/AE/y ad un intervallo tra 0.057 e 0.064 U M + con Up- tonCO2/AE/y. AE NON COLLETTATI Grading di Salvatronda - MINIMO MASSIMO Miglioramento sull’Impatto dell’emissioni di Gas Climalteranti

tonCO2/y 21573 18.591 21.091 dal 2% al 13%, pertanto, la scelta progettuale garantisce chiari vantaggi tecnici ed ambientali. tonCO2/AE/y 0,066 0,057 0,064 GRAZIE PER L’ATTENZIONE