ITMI20111599A1 - PROCEDURE AND PLANT FOR THE TREATMENT OF THE PERCOLATE FROM WASTE STORAGE - Google Patents
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Description
Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo: Description of the patent for industrial invention entitled:
“PROCEDIMENTO E IMPIANTO PER IL TRATTAMENTO DEL PERCOLATO PROVENIENTE DA STOCCAGGI DI RIFIUTI†⠀ œPROCESSION AND PLANT FOR THE TREATMENT OF PERCOLATE FROM WASTE STORAGEâ €
Campo di applicazione Field of application
La presente invenzione si riferisce agli impianti connessi con gli stoccaggi di rifiuti e più in particolare con le discariche convenzionali e non convenzionali di rifiuti solidi urbani e di residui agricoli. The present invention refers to plants connected with waste storage and more particularly with conventional and unconventional landfills of urban solid waste and agricultural residues.
Per discariche convenzionali si intendono quelle realizzate utilizzando rifiuti solidi urbani dopo la raccolta differenziata mentre le discariche non convenzionali sono quelle ottenute dopo un processo di bioessiccazione come descritto in EP70639. Conventional landfills are those made using solid urban waste after separate collection, while non-conventional landfills are those obtained after a bio-drying process as described in EP70639.
Queste ultime sono notoriamente inerti ma dopo abbondante bagnatura possono essere attivate come descritto in EP1520634. The latter are notoriously inert but after abundant wetting they can be activated as described in EP1520634.
In queste condizioni esse producono biogas che viene di solito utilizzato in sito per produrre energia elettrica tramite motori a combustione interna o turbine a biogas accoppiate ad un generatore di corrente elettrica e producono inoltre un percolato che deve essere trattato e smaltito. In these conditions they produce biogas which is usually used on site to produce electricity through internal combustion engines or biogas turbines coupled to an electric current generator and also produce a leachate that must be treated and disposed of.
La presente invenzione riguarda un impianto e un processo per lo smaltimento del percolato in fase gassosa depurata, utilizzando per l’evaporazione il calore residuo proveniente dagli impianti che utilizzano biogas per la produzione di energia elettrica o meccanica, anche quando detto calore si trova ad un livello energetico basso, inferiore a 100°C, come nel caso di utilizzo di motori endotermici, dove la maggior parte del calore residuo si trova nell’acqua di raffreddamento dei motori. The present invention relates to a plant and a process for the disposal of leachate in the purified gaseous phase, using for evaporation the residual heat coming from plants that use biogas for the production of electrical or mechanical energy, even when said heat is at a low energy level, below 100 ° C, as in the case of using endothermic engines, where most of the residual heat is found in the engine cooling water.
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Una discarica convenzionale di rifiuti solidi urbani può produrre mediante fermentazione anaerobica fino a 150 Nm<3>/t di biogas in 20-30 anni che corrisponde alla conversione in biogas di tutta la porzione biodegradabile del rifiuto mentre una discarica non convenzionale o meglio un bioreattore realizzato con rifiuti bioessiccati produce, dopo bagnatura, la stessa quantità di biogas in 6-7 anni come descritto nel brevetto EP1520634. A conventional landfill of municipal solid waste can produce through anaerobic fermentation up to 150 Nm <3> / t of biogas in 20-30 years which corresponds to the conversion into biogas of all the biodegradable portion of the waste while an unconventional landfill or better a bioreactor made with bio-dried waste it produces, after wetting, the same quantity of biogas in 6-7 years as described in patent EP1520634.
Il biogas à ̈ trasformato in energia elettrica mediante motori a combustione interna o turbine a biogas con rendimenti termodinamici normalmente compresi tra il 30% e il 41% a seconda della tipologia dei motori o turbine e della qualità del biogas prodotto nella discarica o nel bioreattore, l’energia residua viene allontanato sotto forma di calore. The biogas is transformed into electricity by means of internal combustion engines or biogas turbines with thermodynamic efficiencies normally between 30% and 41% depending on the type of engines or turbines and the quality of the biogas produced in the landfill or in the bioreactor, the residual energy is removed in the form of heat.
In funzione della resa del motore, da un motore da 1000 kW elettrici si dissipano da 660 a 1070 kW termici con l’acqua di raffreddamento uscente a 90°C che deve essere portata a 75°C e essere ricircolata al motore stesso e si dissipano da 660 a 700 kW termici tramite i fumi di combustione che escono a 410-450°C. Pertanto non meno del 50% di questo calore si trova a un livello di temperatura basso, inferiore a 100°C. Depending on the performance of the motor, a 1000 kW electric motor dissipates from 660 to 1070 thermal kW with the cooling water leaving at 90 ° C which must be brought to 75 ° C and recirculated to the motor itself. they dissipate from 660 to 700 thermal kW through the combustion fumes that come out at 410-450 ° C. Therefore no less than 50% of this heat is at a low temperature level, below 100 ° C.
La discarica o il bioreattore genera inoltre notevoli quantità di percolato la cui concentrazione di azoto ammoniacale può arrivare sino a valori di 3-4 g/l che à ̈ nocivo sia per il processo di fermentazione anaerobica, sia per il trattamento depurativo del percolato in fase liquida. The landfill or the bioreactor also generates considerable quantities of leachate whose ammonia nitrogen concentration can reach values of 3-4 g / l which is harmful both for the anaerobic fermentation process and for the purification treatment of the leachate in phase liquid.
L’acqua à ̈ normalmente evaporata mediante ebollizione, in uno o più stadi. Questo procedimento permette di allontanare l’acqua in fase vapore a pressione atmosferica solo se si dispone di temperature del fluido utilizzato per il riscaldamento superiori a 100°C. In caso la temperatura del fluido di riscaldamento sia inferiore à ̈ necessario operare condensando il vapore a temperature tali da mantenere le temperature di ebollizione del percolato inferiore a 100°C, pertanto il percolato distillato viene obbligatoriamente condensato e raccolto in fase liquida. Dal momento che insieme al percolato distillano anche le componenti più volatili dell’acqua, tra cui l’ammonica, detto percolato deve essere depurato prima dello scarico con impianti in alcuni casi complessi e costosi. L’evaporazione del percolato in questo caso non risolve il problema dello smaltimento dello stesso, ma crea un nuovo problema di depurazione e smaltimento del distillato. Water is normally evaporated by boiling, in one or more stages. This procedure allows to remove the water in the vapor phase at atmospheric pressure only if the temperature of the fluid used for heating is higher than 100 ° C. If the temperature of the heating fluid is lower, it is necessary to operate by condensing the steam at temperatures such as to keep the boiling temperatures of the leachate below 100 ° C, therefore the distilled leachate is compulsorily condensed and collected in the liquid phase. Since together with the leachate they also distil the most volatile components of water, including ammonium, said leachate must be purified before discharging with systems that are in some cases complex and expensive. The evaporation of the leachate in this case does not solve the problem of its disposal, but creates a new problem of purification and disposal of the distillate.
Nel caso in cui le temperature del fluido riscaldante siano maggiori di 100°C, come avviene nel caso di utilizzo delle turbine a biogas, dove i gas di scarico sono notevolmente superiori a 100°C, il percolato può essere evaporato a pressione ambiente, tuttavia il problema della corretto smaltimento dello stesso comporta la comunque separazione delle componenti volatili, tra cui l’ammoniaca contenuta e il conseguente smaltimento di scarichi o rifiuti liquidi nel caso la depurazione non venga effettuata in fase gas. In the event that the temperatures of the heating fluid are greater than 100 ° C, as is the case with the use of biogas turbines, where the exhaust gases are significantly higher than 100 ° C, the leachate can be evaporated at ambient pressure, however the problem of its correct disposal involves the separation of the volatile components, including the ammonia contained and the consequent disposal of discharges or liquid waste if the purification is not carried out in the gas phase.
Nel caso in cui l’energia disponibile sia a un livello inferiore a 100°C, come avviene nel caso di utilizzo dell’acqua di raffreddamento di motori endotermici per la produzione di energia da biogas, non à ̈ possibile, da quanto sopra descritto, operare per distillazione sotto vuoto, senza creare notevoli problemi di depurazione di scarichi liquidi. In the event that the available energy is at a level below 100 ° C, as occurs in the case of using the cooling water of endothermic engines for the production of energy from biogas, it is not possible, from the above described, operate by distillation under vacuum, without creating significant problems of purification of liquid waste.
Un sistema diverso dall’ebollizione per evaporare acqua, consiste nella saturazione di aria non satura. Tale processo à ̈ comunemente impiegato nelle torri di raffreddamento a convezione naturale o forzata di aria. Il loro impiego à ̈ normalmente finalizzato a raffreddare l’aria al fine del suo utilizzo in processi di raffreddamento, come la condensazione di vapore, non ad evaporare fluidi a una temperatura inferiore a quella di ebollizione. A different system from boiling to evaporate water consists in the saturation of unsaturated air. This process is commonly used in cooling towers with natural or forced air convection. Their use is normally aimed at cooling the air in order to use it in cooling processes, such as steam condensation, not to evaporate fluids at a temperature below boiling point.
Nel caso di evaporazione in aria di fluidi caldi contenenti altri materiali volatili oltre all’acqua à ̈ necessario un processo di trattamento dell’aria per eliminare questi materiali presenti come inquinanti, che in genere presenta aspetti tecnici ed economici di difficile soluzione. In the case of evaporation in air of hot fluids containing other volatile materials in addition to water, an air treatment process is necessary to eliminate these materials present as pollutants, which generally presents technical and economic aspects that are difficult to solve.
Le attuali soluzioni adottate per evaporare il percolato in aria a pressioni inferiori di quella atmosferica, non risolvono questi problemi tecnici ed economici. The current solutions adopted to evaporate the leachate in the air at pressures lower than the atmospheric one, do not solve these technical and economic problems.
Il brevetto US0173031 propone una singolare torre di raffreddamento costituita da un recipiente evaporativo contenente un battente di acqua in cui si fa gorgogliare tramite un lungo tubo una portata di aria. La forte turbolenza che si realizza nel liquido viene controllata tramite un opportuno sistema di distribuzione del gas, dei frangiflutti, un’ampia sezione di disimpegno vuota nel serbatoio e un setto per l’abbattimento delle gocce trascinate o demister nel condotto di uscita. Questa apparecchiatura potrebbe essere impiegata per evaporare il percolato utilizzando i fumi caldi dei motori, ma presenta perdite di carico troppo elevate essendo il tubo immerso sotto battente di liquido, Inoltre l’apparecchiatura non à ̈ prevista per utilizzare il calore contenuto nell’acqua di raffreddamento dei motori, che contiene la maggior parte del calore dei motori non utilizzato per la produzione di energia meccanica. Patent US0173031 proposes a unique cooling tower consisting of an evaporative vessel containing a head of water in which a flow of air is made to bubble through a long tube. The strong turbulence that occurs in the liquid is controlled by means of an appropriate gas distribution system, breakwaters, a large empty disengagement section in the tank and a septum for the abatement of the dragged or demister drops in the outlet duct. This equipment could be used to evaporate the leachate using the hot fumes of the engines, but it has too high pressure drops as the pipe is immersed under the head of liquid. Furthermore, the equipment is not designed to use the heat contained in the water. engine cooling, which contains most of the engine heat not used for mechanical energy production.
Il brevetto FR2853308 utilizza per l’evaporazione del percolato una parte del biogas prodotto dalla discarica che viene bruciato in una caldaia e il calore dei fumi e dell’acqua di raffreddamento dei motori per preriscaldare il percolato alimentato. The patent FR2853308 uses for the evaporation of the leachate a part of the biogas produced by the landfill which is burned in a boiler and the heat of the fumes and the cooling water of the engines to preheat the fed leachate.
Il brevetto DE102007018958 miscela aria ambiente e fumi ad alta temperatura e invia il gas caldo nel cielo di una vasca provvista di un pozzetto in cui à ̈ situata una pompa che tramite una serie di ugelli spruzza nel cielo della vasca il percolato. Patent DE102007018958 mixes ambient air and fumes at high temperature and sends the hot gas into the top of a tank equipped with a well in which a pump is located which, through a series of nozzles, sprays the leachate into the top of the tank.
Sovrastante la vasca sono situati dei biofiltri che hanno il compito di degradare le sostanze presenti nei fumi e rilasciate dal percolato prima dell’immissione nell’ambiente. Above the tank there are biofilters which have the task of degrading the substances present in the fumes and released by the leachate before being released into the environment.
In tutti i casi sopra descritti non à ̈ valorizzato il calore a basso livello termico, in particolare quello contenuto nell’acqua di raffreddamento dei motori, che à ̈ oltre il 60% del totale, pertanto non à ̈ possibile allontanate il percolato in fase gassosa, dopo depurazione della stessa, utilizzando solo l’energia termica dei motori che utilizzano il biogas per la produzione di energia elettrica, ma à ̈ richiesta altra energia ad alto livello termico. Inoltre, per quanto riguarda la depurazione dell’aria satura, non sono specificate le condizioni operative dei fumi che attraversano il biofiltro, che potrebbe funzionare come un condensatore creando ancora una notevole quantità di fluido liquido da depurare e perdere di efficienza, anche in modo completo in caso la temperatura non sia quella richiesta dalla attività biologica o il contenuto di ammoniaca, composto biotossico, sia troppo elevato. In all the cases described above, the low thermal level heat is not exploited, in particular that contained in the engine cooling water, which is over 60% of the total, therefore it is not possible to remove the leachate in phase gaseous, after purification of the same, using only the thermal energy of the engines that use biogas for the production of electricity, but other energy at a high thermal level is required. Furthermore, as regards the purification of saturated air, the operating conditions of the fumes passing through the biofilter are not specified, which could function as a condenser, still creating a considerable amount of liquid fluid to be purified and lose efficiency, even in a way complete if the temperature is not that required by biological activity or the content of ammonia, a biotoxic compound, is too high.
Il brevetto WO01/12548 presenta un sistema a termocompressione e a multiplo effetto in cui l’ammoniaca à ̈ separata mediante lavaggio acido del vapore prodotto in uno scrubber. Pertanto anche in questo caso à ̈ richiesto l’impiego di altre fonti di energia e non solamente di quella contenuta nell’acqua di raffreddamento dei motori, inoltre si ottengono rifiuti liquidi. Patent WO01 / 12548 presents a thermocompression and multiple effect system in which ammonia is separated by acid washing of the steam produced in a scrubber. Therefore, also in this case the use of other sources of energy is required and not only that contained in the cooling water of the engines, furthermore liquid waste is obtained.
Tutti questi processi non sfruttano completamente per l’evaporazione del percolato il calore residuo reso disponibile dai motori a combustione interna, in particolare quello dell’acqua di raffreddamento, o hanno bisogno di energia addizionale. All these processes do not fully exploit the residual heat made available by internal combustion engines, in particular that of cooling water, for the evaporation of the leachate, or they need additional energy.
Inoltre non viene considerato l’aspetto fondamentale per l’evaporazione di fluidi in aria senza produzione di altri fluidi liquidi inquinanti, che riguarda la possibilità di depurare la fase gassosa senza produzione di altre fasi liquidi da scaricare previa depurazione o da inviare a impianti di depurazione. Furthermore, the fundamental aspect for the evaporation of fluids in air without the production of other polluting liquid fluids is not considered, which concerns the possibility of purifying the gaseous phase without the production of other liquid phases to be discharged after purification or to be sent to plants purification.
Scopo della presente invenzione à ̈ quello di proporre un nuovo procedimento che permette di realizzare tutti i seguenti obiettivi: a) utilizzare tutta l’energia basso livello termico (inferiore a 100°C, quale l’acqua di raffreddamento dei motori endotermici), ottenuta come sottoprodotto dei generatori di energia meccanica od elettrica che utilizzano biogas, per evaporare il percolato di discariche mediante la saturazione di aria, b) evitare la produzione di altri liquidi come rifiuti obbligatoriamente associati alla evaporazione, da depurare prima dello scarico o inviare alla depurazione, c) evitare, durante la depurazione del percolato in fase gassosa, la formazione di condensati da depurare o inviare alla depurazione, d) depurare in fase gas l’aria satura dai composti volatili contenuti nel percolato, in modo che gli inquinanti siano inferiori ai limiti ammessi. The purpose of the present invention is to propose a new process that allows to achieve all the following objectives: a) to use all the low thermal level energy (below 100 ° C, such as the cooling water of endothermic engines) , obtained as a by-product of mechanical or electrical energy generators that use biogas, to evaporate the leachate from landfills by saturating the air, b) avoid the production of other liquids as waste necessarily associated with evaporation, to be purified before discharge or sent to purification, c) avoiding, during the purification of leachate in the gaseous phase, the formation of condensates to be purified or sent for purification, d) purifying the saturated air in the gas phase from the volatile compounds contained in the leachate, so that the pollutants are lower than the allowed limits.
Tale scopo viene raggiunto mediante un procedimento e un impianto presentanti le caratteristiche delle annesse rivendicazioni indipendenti 1 e 7, rispettivamente. This object is achieved by means of a method and a plant having the characteristics of the annexed independent claims 1 and 7, respectively.
Realizzazioni vantaggiose dell’invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti. Advantageous embodiments of the invention appear from the dependent claims.
Descrizione dell’invenzione Description of the invention
Il procedimento, oggetto della presente invenzione, ha come obiettivo principale l’evaporazione del percolato proveniente da stoccaggi di rifiuti e in particolare da discariche di rifiuti solidi urbani sia convenzionali che non convenzionali, utilizzando calore a basso livello, a temperatura inferiore a 100°C, quale quello generato dai motori a combustione interna per la produzione di energia elettrica dal biogas prodotto dalla discarica stessa, la depurazione dello stesso e il suo allontanamento in fase vapore evitando l’inquinamento prodotto dai componenti volatili contenuti nel percolato. The process, object of the present invention, has as its main objective the evaporation of leachate from waste storage and in particular from landfills of both conventional and unconventional solid urban waste, using low-level heat, at a temperature below 100 ° C, such as that generated by internal combustion engines for the production of electricity from the biogas produced by the landfill itself, its purification and its removal in the vapor phase avoiding the pollution produced by the volatile components contained in the leachate.
Obiettivo non meno importante à ̈ quello di operare in condizioni tali da rendere possibile il trattamento dell’evaporato contenente ammoniaca e altri inquinanti mediante per biofiltrazione prima del rilascio all’ambiente, senza la produzione di effluenti liquidi. No less important objective is to operate in conditions such as to make it possible to treat the evaporated material containing ammonia and other pollutants by biofiltration before release to the environment, without the production of liquid effluents.
Il procedimento secondo l’invenzione prevede l’evaporazione del percolato in un serbatoio chiuso, a ricircolazione di percolato e dotato di scambiatore sul ricircolo, a pressione atmosferica, che utilizza i fluidi di raffreddamento degli impianti di produzione di energia meccanica od elettrica che utilizzano il biogas della discarica, quando la temperatura medi di tale fonte di energia à ̈ inferiore a 100°C. The process according to the invention provides for the evaporation of the leachate in a closed tank, with recirculation of leachate and equipped with an exchanger on the recirculation, at atmospheric pressure, which uses the cooling fluids of the mechanical or electrical energy production plants that use the biogas from the landfill, when the average temperature of this energy source is below 100 ° C.
Tale procedimento comprende sostanzialmente le seguenti fasi: This procedure basically includes the following steps:
†miscelazione eventuale dei fumi caldi di combustione con una portata elevata di aria ambiente primaria per produrre un gas caldo, ovvero ad uno scambiatore sul ricircolo del percolato; l’utilizzo di detti fumi caldi di combustione non à ̈ comunque essenziale al processo, che può funzionare solo con l’energia di cui al sottostante punto, â € possible mixing of the hot combustion fumes with a high flow rate of primary ambient air to produce a hot gas, or to an exchanger on the recirculation of the leachate; however, the use of these hot combustion fumes is not essential to the process, which can only work with the energy referred to in the point below,
†invio allo scambiatore di ricircolo per riscaldare il percolato ricircolato dei fluidi di raffreddamento, provenienti dai generatori che usano biogas, a temperatura inferiore a 100°C, che in genere contengono la quantità più prevalente di energia termica prodotta, come nel caso dell’acqua di raffreddamento di motori endotermici, â € sending to the recirculation exchanger to heat the recirculated leachate of the cooling fluids, coming from generators that use biogas, at a temperature below 100 ° C, which generally contain the most prevalent quantity of thermal energy produced, as in the case of ™ cooling water for internal combustion engines,
†immissione dell’aria, eventualmente miscelata con gas di combustione e del percolato ricircolato e riscaldato nel serbatoio tramite un tubo sospeso nel cielo del serbatoio dove subiscono un intimo contatto ad alta velocità in regime turbolento provocando l’evaporazione dell’acqua e delle componenti volatili del percolato sino a saturazione dell’aria immessa alla temperatura richiesta per la ottimale depurazione di detta aria in un biofiltro. La temperatura dell’aria satura in uscita viene regolata, a parità di fluidi utilizzati per il riscaldamento, aumentando o riducendo la quantità di aria in entrata, ⠀ introduction of the air, possibly mixed with combustion gas and of the recirculated leachate and heated in the tank through a pipe suspended in the top of the tank where they undergo an intimate contact at high speed in turbulent conditions causing evaporation of the water and of the volatile components of the leachate until saturation of the air introduced at the temperature required for the optimal purification of said air in a biofilter. The temperature of the saturated air at the outlet is regulated, according to the same fluids used for heating, by increasing or reducing the amount of incoming air,
†eventuale aggiunta di aria per abbassare la temperatura dell’aria satura all’uscita dell’evaporatore, tale operazione non à ̈ indispensabile per il funzionamento del processo, â € possible addition of air to lower the temperature of the saturated air at the evaporator outlet, this operation is not essential for the operation of the process,
†depurazione dell’aria satura in un biofiltro la cui temperatura, pari a quella dell’aria satura immessa, à ̈ tale da ottimizzare la degradazione biologica dei componenti volatili inquinanti contenuti. â € purification of the saturated air in a biofilter whose temperature, equal to that of the saturated air introduced, is such as to optimize the biological degradation of the volatile polluting components contained.
Ulteriori caratteristiche dell’invenzione appariranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita ad una sua forma puramente esemplificativa, e quindi non limitativa di realizzazione, illustrata nel disegno annesso, in cui l’unica Figura à ̈ uno schema a blocchi semplificato dell’impianto secondo l’invenzione. Further characteristics of the invention will appear clearer from the detailed description that follows, referring to a purely exemplary and therefore non-limiting form of realization, illustrated in the attached drawing, in which the single Figure is a simplified block diagram of the System according to the invention.
L’impianto comprende queste componenti essenziali: 1) un evaporatore A costituito preferibilmente da un serbatoio dotato di un lungo tubo D di immissione del gas e di miscelazione con il liquido, eventualmente raccordato con una gola centrale al fine di ridurre le perdite di carico, 2) uno scambiatore B per il riscaldamento del percolato mediante i fluidi a basso livello termico provenienti dai motori e 3) un biofiltro C. The system includes these essential components: 1) an evaporator A preferably consisting of a tank equipped with a long pipe D for the gas inlet and for mixing with the liquid, possibly connected to a central groove in order to reduce pressure drops , 2) an exchanger B for heating the leachate by means of the low thermal level fluids coming from the engines and 3) a biofilter C.
Il percolato 1 può essere alimentato direttamente all’evaporatore A o come indicato in Figura sul riciclo 11 dell’evaporatore stesso generando il flusso 6. The leachate 1 can be fed directly to evaporator A or as indicated in the Figure on the recycling 11 of the evaporator itself, generating flow 6.
Detto flusso 6 scambia calore in B con fluidi a temperatura anche inferiore a 100°C, per esempio l’acqua di raffreddamento 3 dei motori endotermici che utilizzano il biogas della discarica, che entra nella camicia dello scambiatore a 90°C e esce a circa 75°C, e si riscalda (il flusso 6) ritornando come flusso 7 all’evaporatore A. Said flow 6 exchanges heat in B with fluids at temperatures even lower than 100 ° C, for example the cooling water 3 of endothermic engines that use the biogas from the landfill, which enters the jacket of the exchanger at 90 ° C and exits at about 75 ° C, and heats up (flow 6) returning as flow 7 to evaporator A.
Sul serbatoio A o sul riciclo 11 à ̈ previsto uno spurgo 10 di percolato concentrato che viene ri-immesso in discarica onde evitare l’accumulo di depositi nel serbatoio A. Tale riciclo di percolato con una temperatura di 30-35°C in discarica favorisce/stimola ulteriormente il processo di degradazione e stabilizzazione della sostanza organica presente nel corpo della discarica. On tank A or on recycling 11 there is a purge 10 of concentrated leachate which is re-introduced to the landfill in order to avoid the accumulation of deposits in tank A. This recycling of leachate with a temperature of 30-35 ° C in landfill further favors / stimulates the degradation and stabilization process of the organic substance present in the landfill body.
II fumi caldi 2 dei motori a 390°C possono essere utilizzati, in caso disponibili, per aumentare la temperatura dell’aria ambiente 4 prima dell’alimentazione dell’aria nell’evaporatore A dove avviene la miscelazione ad alta velocità e in regime turbolento con il flusso di riciclo 7 uscente dallo scambiatore B. La miscelazione dei fumi caldi con l’aria da saturare permette di utilizzare anche questo flusso energetico, nel caso non abbia altri usi alternativi. L’utilizzo dei fumi caldi sia miscelati con aria, sia per aumentare, mediante un ulteriore scambiatore, la temperatura del percolato inviato all’evaporatore, non à ̈ una condizione essenziale per il funzionamento del processo, e può essere evitata se si hanno altri utilizzi per questi fumi a temperatura elevata. The hot fumes 2 of the 390 ° C motors can be used, if available, to increase the ambient air temperature 4 before the air is fed into evaporator A where mixing takes place at high speed and in turbulent conditions with the recycling flow 7 coming out of the exchanger B. The mixing of the hot fumes with the air to be saturated also allows this energy flow to be used, if it has no other alternative uses. The use of hot fumes both mixed with air and to increase, by means of an additional exchanger, the temperature of the leachate sent to the evaporator, is not an essential condition for the operation of the process, and can be avoided if other uses for these high temperature fumes.
Il gas viene in questo modo saturato e riscaldato alla temperatura desiderata mediante l’elevata superficie di contatto tra il gas e le gocce di liquido nel tubo ad alta turbolenza, le gocce vengono separate per gravità durante la risalita del gas nel serbatoio circostante ed il gas esce dal condotto 8, prima di detto condotto può venire inserito un eventuale demister per l’eliminazione di eventuali particelle d’acqua ancora presenti. The gas is thus saturated and heated to the desired temperature by means of the high contact surface between the gas and the liquid drops in the high turbulence tube, the drops are separated by gravity during the rising of the gas in the surrounding tank and the gas exits from duct 8, a possible demister can be inserted before said duct to eliminate any water particles still present.
Come sarà meglio chiarito negli esempi l’elevata portata volumetrica di gas rispetto al liquido, l’equivalenza delle quantità di moto (massa x velocità ) e le alte velocità dei due fluidi in regime turbolento garantiscono una efficiente miscelazione e il raggiungimento dell’equilibrio termodinamico per l’acqua, l’ammoniaca e le altre componenti volatili del percolato. As will be better clarified in the examples, the high volumetric flow rate of gas with respect to the liquid, the equivalence of the momentum (mass x velocity) and the high speeds of the two fluids in turbulent conditions guarantee efficient mixing and the achievement of Thermodynamic equilibrium for water, ammonia and the other volatile components of the leachate.
È a questo punto opportuno notare che à ̈ importante che il flusso 8 si trovi ad una temperatura attorno ai 37°C affinché il processo biologico di degradazione degli inquinanti nel biofiltro C abbia luogo nel modo più efficiente: se non fosse cosi occorrerà aumentare o diminuire la quantità di aria contenuta nel flusso 5 per diminuire o aumentare la temperatura del flusso 8. È possibile anche, in caso di temperatura troppo elevata del flusso 8, iniettare aria in detto flusso per abbassare la temperatura. At this point it should be noted that it is important that the flow 8 is at a temperature around 37 ° C so that the biological process of degradation of the pollutants in the biofilter C takes place in the most efficient way: if this were not the case, it would be necessary to increase or decrease the quantity of air contained in the flow 5 to decrease or increase the temperature of the flow 8. It is also possible, in case of too high temperature of the flow 8, to inject air into said flow to lower the temperature.
La quantità di aria utilizzata, come verrà mostrato negli esempi, à ̈ cosi elevata da ridurre la concentrazione di ammoniaca a livelli tali da poter essere tollerata e digerita dal biofiltro. The amount of air used, as will be shown in the examples, is so high as to reduce the ammonia concentration to levels that can be tolerated and digested by the biofilter.
È opportuno evidenziare come più bassa à ̈ la temperatura di evaporazione e quindi più alta la portata di aria, più elevato risulta il volume dell’evaporatore al fini di mantenere velocità basse del gas in salita per permettere la separazione delle particelle d’acqua che precipitano nella sezione vuota. Si può dimostrare come operando a 50°C, anziché 37°C, sia possibile ridurre significativamente la portata di aria immessa nell’evaporatore, garantendo comunque la temperatura di 37°C al biofiltro, mediante immissione di aria a valle dell’evaporatore nel flusso 8 prima del biofiltro, per garantire la temperatura ottimale di funzionamento dello stesso, e come la portata del flusso totale sia pressoché equivalente a quella che si avrebbe operando nell’evaporatore alla stessa temperatura del biofiltro. Anche la quantità di acqua evaporata à ̈, a parità di calore immesso, à ̈ pressoché la stessa al variare della temperatura dell’evaporatore, a parità di temperatura del biofiltro. It should be noted that the lower the evaporation temperature and therefore the higher the air flow rate, the higher the evaporator volume is in order to maintain low rising gas speeds to allow the separation of water particles. plummeting into the empty section. It can be demonstrated how by operating at 50 ° C, instead of 37 ° C, it is possible to significantly reduce the flow of air introduced into the evaporator, while still guaranteeing the temperature of 37 ° C to the biofilter, by introducing air downstream of the evaporator in flow 8 before the biofilter, to ensure the optimum operating temperature of the same, and how the total flow rate is almost equivalent to that which would occur when operating in the evaporator at the same temperature as the biofilter. Even the quantity of evaporated water is, with the same heat input, it is almost the same as the temperature of the evaporator varies, with the same temperature as the biofilter.
La portata di riciclo 11 sarà dello stesso ordine di grandezza di quella del flusso 3 dei fluidi riscaldanti provenienti dai motori, portate di riciclo più elevate comporteranno temperature nel flusso 7 più basse e dimensioni ridotte dello scambiatore B. The recycling flow rate 11 will be of the same order of magnitude as that of the flow 3 of the heating fluids coming from the engines, higher recycling flow rates will result in lower temperatures in flow 7 and reduced dimensions of the exchanger B.
Va fatto notare che la temperatura del flusso 7 à ̈ irrilevante ai fini dell’evaporazione essendo importante invece il calore introdotto nell’evaporatore con il flusso 7 che à ̈ costante. La portata del riciclo può essere quindi gestita ai fini anche della ottimizzazione del tubo di miscelazione D. It should be noted that the temperature of flow 7 is irrelevant for evaporation purposes, as the heat introduced into the evaporator is important, with flow 7 which is constant. The recycling rate can therefore be managed for the purpose of optimizing the mixing tube D.
Come già rilevato, il miscelatore D à ̈ importante per il processo perché realizza l’equilibrio fra una elevata portata di gas ad alta velocità e una portata di liquido, dove la portata del liquido e circa 1/10 in volume. As already pointed out, the mixer D is important for the process because it achieves the balance between a high flow rate of gas at high speed and a flow rate of liquid, where the flow rate of the liquid is about 1/10 by volume.
Tipiche velocità del gas e del liquido nel tubo sono attorno a 20 - 30 m/s e le perdite di carico provocate sono sostanzialmente quelle di imbocco e sbocco, non essendo il tubo immerso nel liquido di fondo del serbatoio. Per ridurre tali perdite, il tubo D può essere preferibilmente realizzato come un tubo di venturi, costituito da un tratto convergente e uno divergente con velocità nella gola fra i due tratti fino a 50 m/s con perdite di carico ridotte. Typical speeds of the gas and liquid in the pipe are around 20 - 30 m / s and the pressure drops caused are substantially those of the inlet and outlet, since the pipe is not immersed in the bottom liquid of the tank. To reduce these losses, pipe D can preferably be made as a Venturi pipe, consisting of a converging and a diverging section with speeds in the throat between the two sections of up to 50 m / s with reduced pressure drops.
L’impianto può operare in leggera pressione con i ventilatori posti sull’aria in ingresso al serbatoio (flusso 4) o in leggera depressione con i ventilatori posti all’uscita (flusso 8) non indicati in Figura. The system can operate under slight pressure with the fans placed on the air entering the tank (flow 4) or in slight depression with the fans positioned at the outlet (flow 8) not shown in the Figure.
Il processo oggetto della presente invenzione presenta una elevata efficienza, à ̈ semplice e quindi con basso costo di impianto e con basso costo di esercizio, perché utilizza cascami di calore in situ normalmente inutilizzati perché temperatura inferiore a 100°C e allontana in aria il percolato evaporato previa depurazione dagli inquinanti volatili contenuti, non creando il problema a valle della depurazione e allontanamento degli scarichi liquidi. The process object of the present invention has a high efficiency, is simple and therefore with low plant cost and low operating cost, because it uses waste heat in situ normally unused because the temperature is below 100 ° C and removes it in the air the leachate evaporated after purification of the volatile pollutants contained, not creating the problem downstream of the purification and removal of liquid discharges.
Il processo si integra perfettamente non solo in una discarica, ma in qualsiasi impianto dove siano disponibili analoghe condizioni. The process is perfectly integrated not only in a landfill, but in any plant where similar conditions are available.
Esempio 1 Example 1
In un banco motori aventi una potenza complessiva di 1 MWe Smaltisce nei fumi circa 650 kWt, corrispondenti a circa 4450 Nm<3>/ h di fumi a 390°C e nell’acqua di raffreddamento motori 1070 kWt, corrispondenti a 61,5 m3/h di acqua a 90°C da raffreddare a 75°C, prima del riciclo per il raffreddamento dei motori stessi. Pertanto l’energia a bassa temperatura smaltita nell’acqua di raffreddamento, utilizzabile in modo semplice solo mediante la presente invenzione, à ̈ di circa il 150% di quella smaltita nei fumi a temperatura elevata. In an engine bank with a total power of 1 MWe It disposes of approximately 650 kWt in the fumes, corresponding to approximately 4450 Nm <3> / h of fumes at 390 ° C and in the engine cooling water 1070 kWt, corresponding to 61.5 m3 / h of water at 90 ° C to be cooled at 75 ° C, before recycling for cooling the motors themselves. Therefore, the low temperature energy disposed of in the cooling water, usable in a simple way only by means of the present invention, is about 150% of that disposed of in the fumes at high temperature.
Con riferimento alla Figura i fumi 2 sono addizionati a un flusso pari a 60000 Nm<3>/h di aria ambiente alla temperatura di 20°C realizzando un flusso di gas a circa 50°C che à ̈ iniettato nel tubo D. Pertanto viene utilizzata sia l’energia dei fumi che quella dell’acqua di raffreddamento. With reference to Figure, the fumes 2 are added to a flow equal to 60000 Nm <3> / h of ambient air at a temperature of 20 ° C creating a flow of gas at about 50 ° C which is injected into pipe D. Therefore it is both the energy of the fumes and that of the cooling water are used.
Il percolato 1, proveniente dalla discarica, Ã ̈ immesso con una portata di 3 m<3>/h nel ricircolo 11. Il riciclo del percolato viene realizzato con una pompa di ricircolo (non indicata in Figura) avente una portata di 64 m<3>/h. The leachate 1, coming from the landfill, is introduced with a flow rate of 3 m <3> / h into recirculation 11. The recycling of the leachate is carried out with a recirculation pump (not shown in the Figure) with a flow rate of 64 m < 3> / h.
Lo scambiatore di calore B porta il flusso 7 del percolato di riciclo alla temperatura di 50°C, questo percolato caldo viene alimentato poco sopra la gola di un tubo venturi D opportunamente dimensionato. The heat exchanger B brings the flow 7 of the recycle leachate to the temperature of 50 ° C, this hot leachate is fed just above the throat of a suitably sized Venturi tube D.
Dal serbatoio A esce un flusso 10 di circa 1m3/h di percolato trattato alla temperatura di attorno a 37°C e con una concentrazione di ammoniaca attorno a 0,15 g/l e un flusso 8 pari a 68500 Nm3/h di gas saturo a 37°C. Parte del percolato in uscita dall’evaporatore viene riciclato in discarica per evitare la precipitazione, per eccessiva concentrazione, delle componenti non volatili contenute. A flow 10 of about 1m3 / h of leachate treated at a temperature of around 37 ° C and with an ammonia concentration of around 0.15 g / l and a flow 8 of 68500 Nm3 / h of saturated gas comes out of tank A 37 ° C. Part of the leachate leaving the evaporator is recycled in the landfill to avoid the precipitation, due to excessive concentration, of the non-volatile components contained.
Per normali percolati di discariche di rifiuti urbani, la concentrazione in aria di ammoniaca, inquinante che potrebbe limitare il buon funzionamento dei biofiltri, risulta in queste condizioni attorno a 70 mg/Nm3, concentrazione che può essere tollerata e digerita dai biofiltri. For normal leachate from municipal waste landfills, the concentration in the air of ammonia, a pollutant that could limit the proper functioning of biofilters, results in these conditions around 70 mg / Nm3, a concentration that can be tolerated and digested by biofilters.
La quantità di percolato evaporato à ̈ attorno a 2 m3/h. The quantity of evaporated leachate is around 2 m3 / h.
Esempio 2 Example 2
Si opera come nell’esempio precedente ma con una portata di aria di 20150 Nm3/h portando l’evaporatore a lavorare a 50°C. We operate as in the previous example but with an air flow rate of 20150 Nm3 / h by bringing the evaporator to work at 50 ° C.
Dall’evaporatore si estraggono 960 kg/h di percolato e 27600 Nm3/h di fumi umidi a 50°C; in queste condizioni sono evaporati 2040 kg/h di acqua. 960 kg / h of leachate and 27600 Nm3 / h of humid fumes at 50 ° C are extracted from the evaporator; under these conditions 2040 kg / h of water evaporated.
Al fine di raggiungere la temperatura ritenuta ottimale per il biofiltro e diluire l’ammoniaca per evitare l’eventuale tossicità per lo stesso, si miscelano i fumi umidi con 36500 Nm3/h di aria a 20°C (flusso 5) ottenendo 64700 Nm3/h di gas saturo a 37°C (flusso 12) da inviare al biofiltro e 170 kg/h di condensa. In order to reach the temperature considered optimal for the biofilter and dilute the ammonia to avoid any toxicity for the same, the humid fumes are mixed with 36500 Nm3 / h of air at 20 ° C (flow 5) obtaining 64700 Nm3 / h of saturated gas at 37 ° C (flow 12) to be sent to the biofilter and 170 kg / h of condensate.
Come si può constatare si à ̈ ridotta notevolmente la portata di gas che passa attraverso l’evaporatore, di poco l’aria totale utilizzata ed à ̈ solo apparentemente aumentato il percolato evaporato perché si rende necessario riciclare la condensa all’evaporatore (flusso 15). As can be seen, the flow of gas passing through the evaporator has been considerably reduced, the total air used has been reduced considerably and the evaporated leachate has only apparently increased because it is necessary to recycle the condensate to the evaporator (stream 15).
Naturalmente l’invenzione non à ̈ limitata alla particolare forma di realizzazione precedentemente descritta e illustrata, ma ad essa possono essere apportate numerose modifiche di dettaglio alla portata del tecnico del ramo, senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione stessa, come definito dalle rivendicazioni annesse. Of course, the invention is not limited to the particular embodiment previously described and illustrated, but numerous detailed modifications can be made to it within the reach of the person skilled in the art, without thereby departing from the scope of the invention itself. as defined by the appended claims.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT001599A ITMI20111599A1 (en) | 2011-09-06 | 2011-09-06 | PROCEDURE AND PLANT FOR THE TREATMENT OF THE PERCOLATE FROM WASTE STORAGE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT001599A ITMI20111599A1 (en) | 2011-09-06 | 2011-09-06 | PROCEDURE AND PLANT FOR THE TREATMENT OF THE PERCOLATE FROM WASTE STORAGE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ITMI20111599A1 true ITMI20111599A1 (en) | 2013-03-07 |
Family
ID=44800142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT001599A ITMI20111599A1 (en) | 2011-09-06 | 2011-09-06 | PROCEDURE AND PLANT FOR THE TREATMENT OF THE PERCOLATE FROM WASTE STORAGE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| IT (1) | ITMI20111599A1 (en) |
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