ITRE20090013A1 - Trasformazione della frazione umida organica dei rifiuti solidi urbani - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“TRASFORMAZIONE DELLA FRAZIONE UMIDA ORGANICA

DEI RIFIUTI SOLIDI URBANI“

Il presente trovato riguarda la trasformazione della frazione umida organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU), ove con questo termine si intende quella parte di rifiuto composta principalmente da materiale organico putrescibile ad alto tenore di umidità (mediamente intorno a 60-90%).

In particolare detta frazione umida organica è quella che deriva dalla raccolta differenziata così come definito dall'art. 183, comma 1, punto F del decreto legislativo 152/2006.

Tecnica nota più simile all’invenzione

Una delle tecniche attualmente note per lo smaltimento della frazione umida organica dei rifiuti solidi urbani, prevede sostanzialmente le seguenti fasi:

− rottura dei sacchi di contenimento e triturazione grossolana del materiale;

− prima vagliatura con separazione delle impurezze grossolane, non utilizzabili in un trattamento di compostaggio/digestione anaerobica;

− rimescolamento e macerazione in idropulper del materiale con aggiunta di considerevoli quantità di acqua;

− ulteriore separazione meccanica di impurezze;

− trattamento della miscela acqua-secco mediante digestione anaerobica, con produzione di biogas (metano);

− depurazione biologica dell'acqua surnatante il processo anaerobico

− smaltimento del fango digerito in discarica o se possibile trasformazione in compost.

Vantaggi e svantaggi della tecnica nota

Un importante vantaggio di questa tecnica è che, oltre a permettere uno smaltimento dei rifiuti solidi urbani senza produzione di prodotti di combustione inquinanti l’atmosfera, si ottengono discrete quantità di biogas, riutilizzabile a fini energetici, e di sostanze quale compost utile come fertilizzante ed ammendante dei terreni.

Uno svantaggio di questa tecnica è che, un loro utilizzo economicamente razionale, richiede impianti di grosse dimensioni e complessi, con conseguente necessità di venire alimentato da volumi elevati di materiale; di conseguenza i costi di impianto e di esercizio ne sconsigliano l’uso per bacini di utenze inferiori a 200.000 abitanti.

La necessità di impianti di digestione di volume relativamente elevato è dovuta, ad esempio, al fatto che pressochè tutto il materiele di rifiuto raccolto, insieme con una rilevante massa di acqua viene trattato nel digestore.

Inoltre, poiché occorre macerare pressoché tutto il materiale di rifiuto raccolto, il quale comprende anche parti più o meno solide, occorrono impianti di macerazione relativamente grossi e costosi ed operazioni di macerazione relativamente lunghe.

Inoltre, dalla macerazione rimangono parti comunque solide che occupano spazio utile pur non contribuendo alla produzione di biogas, con conseguenti rendimenti, in termini di biogas prodotto, più bassi; le quali parti producono inoltre masse di materiale digestato anaerobicamente che risulta difficilmente trattabile in una fase successiva di compostaggio aerobico.

Il materiale fangoso inviato al compostaggio possiede una capacità di attività enzimatica pressochè esaurita a causa del trattamento nel digestore con conseguente minore capacità fertilizzante del compost che si ottiene.

Scopi dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è un processo di trasformazione della frazione umida organica dei rifiuti solidi urbani ed una relativa macchina in grado di superare gli inconvenienti sopra menzionati connessi con la tecnica nota.

Detto ed altri scopi sono raggiunti dal trovato in oggetto così come si caratterizza nelle rivendicazioni.

Esposizione dell’invenzione

Il processo secondo l'invenzione comprende:

− triturazione del materiale da trattare;

− spremitura del materiale triturato mediante azione di compressione contro una parete traforata atta a permettere il passaggio della fase liquida e trattenere la fase solida,

− separazione della fase liquida dalla fase solida, contestuale con la spremitura.

Preferibilmente, la fase liquida derivante dalla spremitura del materiale triturato viene sottoposta a trattamento di digestione anaerobica.

In particolare, il trattamento della frazione liquida mediante digestione anaerobica è del tipo per trasformare sostanze organiche in biogas.

Preferibilmente, la fase solida derivante dalla spremitura del materiale triturato viene sottoposta a trattamento di compostaggio.

In particolare, il trattamento della fase solida mediante compostaggio è del tipo per trasformare il materiale in compost.

Ottimi risultati si sono ottenuti effettuando, nella spremitura, il movimento del materiale triturato, mentre è soggetto a compressione contro la parete traforata, in direzione parallela alla superficie di contatto della parete stessa, con azione di sfregamen to del materiale stesso. In particolare, la spremitura viene attuata con avanzamento del materiale triturato da parte di un mezzo a coclea rotante entro una camera assiale traforata delimitata lateralmente dalla parete traforata.

Preferibilmente, la frazione umida organica dei rifiuti solidi urbani comprende in prevalenza rifiuti organici putrescibili ad alto tenore di umidità, aventi valori medi di sostanza secca totale tra 10 e 40 %.

La macchina per attuare la descritta spremitura, secondo l'invenzione, viene esposta in dettaglio nel seguito con l'aiuto delle allegate figure che ne illustrano una forma, a titolo di esempio e non esclusiva, di attuazione.

La FIG. 1 è una sezione schematica della macchina

La FIG. 2 è un particolare ingrandito della Fig. 1.

Secondo l'invenzione, la macchina, indicata globalmente con 10, comprende una camera assiale di spremitura 11 delimitata, almeno in parte, da una parete traforata 12, detta parete essendo atta a permettere il passaggio della fase liquida e trattenere la fase solida. Preferibilmente, la parete traforata 12 circonda esternamente e completamente la camera assiale di spremitura 11,

la macchina 1o comprende inoltre un corpo centrale 20, assiale, di compressione, in posizione coassiale entro la camera di spremitura 11. esternamente e lateralmente Il corpo centrale 20 è azionato a ruotare, attorno al proprio asse, rispetto alla parete traforata 12. a tale fine può essere previsto un motore 25, ad esempio agente sulla estremità posteriore del corpo centrale 20.

Il corpo centrale 20 è in grado di comprimere il materiale introdotto nella camera, in combinazione con la parete traforata 12, a seguito della rotazione, al punto da realizzare la separazione della frazione liquida ed il suo passaggio attraverso la parete traforata.

In particolare, il corpo centrale 20 comprende, fissati sulla propria superficie laterale, elementi 30 in risalto atti a muovere il materiale assialmente, da una posizione di monte ad una posizione di valle lungo la camera di spremitura.

Preferibilmente, la superficie interna della parete traforata 12 è una superficie di rotazione e la sua distanza radiale rispetto alla superficie laterale del corpo centrale 20 decresce nel senso dell’avanzamento del materiale all’interno della camera 11, così che la sezione trasversale della camera di spremitura 11 diminuisce da monte verso valle. In particolare, la parete traforata 12 ha forma tubolare con sezione costante e la sua superficie interna è una superficie cilindrica; inoltre, la porzione 21 del corpo centrale 20 posta nella camera 11, ha forma troncoconica con diametro crescente da monte verso valle. Pertanto la distanza tra la parete 12 e la superficie della porzione 31 diminuisce da monte verso valle.

In alternativa la parete traforata 12 ha forma tubolare con sezione decrescente verso valle e la porzione 21 del corpo centrale 20 ha sezione costante.

Secondo la forma di attuazione illustrata nelle figure, a monte della camera di spremitura 11 è posta una camera di introduzione 13 aperta completamente sul lato di congiunzione con la camera 11. Il corpo centrale 20, in corrispondenza della camera 13 assume la forma di un albero 23, la cui estremità posteriore esce dal lato posteriore della camera 13 e si accoppia con il motore 25.

Preferibilmente, gli elementi in risalto 30 sulla superficie laterale del corpo centrale 10 sono costituiti da un’elica, ad uno o più principi, atta a far avanzare assialmente il materiale lungo la camera di spremitura. L’elica 30 si estende anche sull’albero 23 nella camera di introduzione 13.

Preferibilmente, le spire dell’elica 30 hanno, nella camera 11, passo decrescente nel senso di avanzamento del materiale.

Al di sopra della camera di introduzione 13 è posta una tramoggia di introduzione 15 che convoglia il materiale alla camera 13. In posizione intermedia tra la tramoggia 15 e la camera di introduzione 13 è posta una camera di triturazione 16, in cui operano usuali mezzi di triturazione 17, ad esempio dischi trituratori motorizzati controrotanti. L’estremità di valle del corpo centrale 20 ha forma di albero 24 supportato da una parete di supporto 18.

Attorno alla estremità di valle della porzione troncoconica 21 sono previste aperture assiali 22, che permettono la fuoriuscita del materiale trattato dalla camera 11 verso una camera di valle 14.

Preferibilmente, la parete traforata 12 è attraversata da aperture 19 che formano uno spigolo vivo sulla superficie interna. In particolare si tratta di fori svasati, il cui diametro minimo è posto sulla superficie interna e misura preferibilmente 1-2 mm. Grazie alla loro forma geometrica, sulla superficie interna della parete 12, risultano definite in corrispondenza dei fori 19, altrettante zone con angolo A vivo ed in particolare un angolo acuto.

Nel funzionamento, il materiale da trattare M (frazione umida organica dei rifiuti solidi urbani) viene introdotto nella macchina 10 attraverso la camera 16 ove subisce una azione di triturazione a seguito della rotazione dei mezzi 17 con la quale viene sminuzzato in parti relativamente piccole, ad esempio con dimensioni inferiori a 2 cm x 10 cm.

Il materiale triturato passa quindi nella camera di introduzione 13, ove viene preso dalle spire dell’elica rotante 30 e spinto nella camera di spremitura 11. Quivi, il materiale sminuzzato viene spinto in direzione assiale o comunque avente una componente assiale, per l’azione dell’elica 30, e poiché la sezione della camera 11 và restringendosi verso valle, il materiale stesso viene anche compresso contro la parete traforata 12.

Allo stesso tempo il materiale viene fatto anche avanzare in direzione assiale (o comunque con componente assiale) mentre è compresso radialmente contro la parete traforata 12. Ne deriva che, avanzando verso valle nella camera di spremitura 11, il materiale viene premuto radialmente, con pressione relativamente elevata, contro la parete traforata 12 ed allo stesso tempo subisce una azione di sfregatura contro la superficie interna della parete 12 stessa.

Il risultato è una efficace azione di separazione della fase liquida L, che esce dalla camera 11 attraversi i fori della parete 12, dalla fase solida S, che permane nella camera 11 ed esce infine da questa, dopo aver percorso l’intera lunghezza assiale della camera, attraverso le aperture 22.

La parte liquida L viene quindi convogliata preferibilmente ad un trattamento di digestione anaerobica, per la produzione di biogas, mentre la parte solida S viene convogliata preferibilmente ad un trattamento di compostaggio.

Secondo una forma alternativa di attuazione (non illustrata nelle figure), la camera assiale di spremitura 11 è delimitata sul lato interno dalla parete traforata 12, mentre è delimitata esternamente dalla parete laterale del corpo assiale centrale 20, che, in questo caso, forma una superficie concava interna, alla quale sono fissati gli elementi 30 in risalto atti a muovere il materiale assialmente.

Effetti e vantaggi dell’invenzione

L’azione di spremitura del materiale risulta particolarmente efficace soprattutto per la compressione sostanzialmente uniforme che riceve l’intera massa del materiale, e per il fatto che la spremitura avviene attraverso una azione di compressione unita al movimento assiale, che comporta lo sfregamento del materiale sulla intera superficie della parete 12.

Grazie a tale sfregamento si raggiungono diversi importanti risultati, oltre alla separazione della parte liquida L dalla solida S:

− il materiale strisciando sotto pressione radiale contro la superficie traforata viene assoggettato ad una efficace azione di sfibramento che, come constatato con osservazioni sperimentali, separa efficacemente, insieme alla parte liquida le particelle più ricche di carbonio volatile dalla parti più secche;

− inoltre l’azione di sfregatura sfibra anche le parti più secche predisponendole ad un miglior trattamento di compostaggio;

− infine l’azione di sfregamento porta il materiale che segue a trascinare via particelle che dovessero fermarsi in corrispondenza dei fori; si realizza quindi una azione di pulitura della superficie della parete 12, mantenendo liberi ed operativi i fori 19. Si è sorprendentemente trovato che la parte liquida L separata dalla macchina presenta caratteristiche favorevoli per un efficiente trattamento di digestione anaerobica capace di rendimenti elevati.

Una spiegazione è innanzitutto che, come già sopra osservato, la spremitura del materiale effettuata secondo l'invenzione, oltre a separare efficacemente le parti solide, dà luogo ad un fluido ricco di carbonio volatile con conseguenti ottimi risultati nella digestione anaerobica.

Inoltre grazie all’invenzione, solamente la parte liquida spremuta (che rappresenta grossomodo il 50-60%) della intera massa di rifiuto solido urbano che viene trattato, viene inviata al digestore, inoltre senza che sia necessaria aggiunta di acqua; con la conseguenza che l’impianto di digestione richiede di conseguenza dimensioni minori rispetto alla tecnica nota in cui pressochè tutto il materiale viene trattato nel digestore dopo aver subito un trattamento di macerazione con aggiunta di acqua.

Inoltre, nel caso presente, non è necessaria alcuna macerazione e la stessa operazione di digestione si è rivelata essere più veloce e con rendimenti maggiori.

Riguardo alla parte solida separata dalla macchina, si è sorprendentemente trovato che essa presenta caratteristiche favorevoli per un efficiente trattamento di compostaggio. Una spiegazione è che le parti solide vengono sia sfibrate, sia deprivate del carbonio volatile dalla azione di sfregatura contro la superficie traforata, con conseguenti ottimi risultati nel trattamento di compostaggio.

Inoltre l’azione di sfregatura serve a ridurre il materiale in parti con minima pezzatura, ed anche questo aspetto favorisce l’azione di compostaggio.

Inoltre, la separazione della parte liquida essendo efficace, lascia un contenuto di umidità nella parte solida di valore ottimale per il compostaggio.

Inoltre, il volume del materiale da inviare al compostaggio è relativamente bassa (20-30%) con conseguente possibilità di utilizzare impianti più piccoli.

Infine, grazie all’invenzione, è possibile realizzare impianti relativamente semplici e piccoli, in grado di trattare, a condizioni economiche vantaggiose, i rifiuti solidi urbani umidi di una utenza di 100.000 persone.

Le caratteristiche iù salienti delle due frazioni sono così sintetizzabili:

I dati che caratterizzano la produzione di biogas dalla fase liquida estratta sono i seuenti:

Ovviamente all’invenzione in oggetto potranno venire apportate numerose modifiche di natura pratico-applicativa, senza con ciò uscire dall'ambito dell'idea inventiva come sotto rivendicata.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Processo di trasformazione della frazione umida organica dei rifiuti solidi urbani, caratterizzato dal fatto che comprende: − triturazione del materiale da trattare; − spremitura del materiale triturato mediante azione di compressione contro una parete traforata atta a permettere il passaggio della fase liquida e trattenere la fase solida, − separazione della fase liquida dalla fase solida, contestuale con la spremitura.
2. 2. Processo secondo la rivendicazione 1, in cui la fase liquida derivante dalla spremitura del materiale triturato viene sottoposta a trattamento di digestione anaerobica.
3. 3. Processo secondo la rivendicazione 1, in cui la fase solida derivante dalla spremitura del materiale triturato viene sottoposta a trattamento di compostaggio.
4. 4. Processo secondo la rivendicazione 1, in cui la spremitura comprende il movimento del materiale triturato, mentre è soggetto a compressione contro la parete traforata, in direzione parallela, o con componente parallela, alla superficie di contatto della parete stessa, tale da produrre azione di sfregamento e sfibramento del materiale stesso contro la superficie traforata.
5. 5. Processo secondo la rivendicazione 4, in cui la spremitura viene attuata con avanzamento del materiale triturato da parte di una coclea rotante entro una camera assiale traforata delimitata lateralmente dalla parete traforata, avente sezione decrescente nel senso di avanzamento.
6. 6. Processo secondo la rivendicazione 1, in cui la frazione umida organica dei rifiuti solidi urbani comprende in prevalenza rifiuti organici putrescibili ad alto tenore di umidità, aventi valori medi di sostanza secca totale tra 10 e 40 %.
7. 7. Macchina per attuare la spremitura del materiale nella trasformazione della frazione umida organica dei rifiuti solidi urbani, caratterizzata dal fatto che comprende: una camera assiale di spremitura (11) delimitata, almeno in parte, da una parete traforata (12), detta parete traforata (12) essendo atta a permettere il passaggio della fase liquida e trattenere la fase solida, un corpo centrale (20), assiale, di compressione, in posizione coassiale nella camera di spremitura (11), mezzi a motore atti a realizzare la rotazione del corpo centrale rispetto alla parete traforata, il corpo centrale (20) essendo atto a comprimere il materiale introdotto nella camera (11) in combinazione con la parete traforata (12), a seguito della rotazione, al punto da realizzare la separazione della frazione liquida ed il suo passaggio attraverso la parete traforata (12).
8. 8. Macchina secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che il corpo centrale (20) comprende, sulla propria superficie laterale, elementi in risalto (30) atti a muovere il materiale assialmente, da una posizione di monte ad una posizione di valle lungo la camera di spremitura (11).
9. 9. Macchina secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che la superficie della parete traforata (12) è una superficie di rotazione e la sua distanza radiale rispetto alla superficie laterale del corpo centrale (20) decresce nel senso dell’avanzamento del materiale.
10. 10. Macchina secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che gli elementi in risalto (30) sulla superficie laterale del corpo centrale (10) sono costituiti da un’elica, ad uno o più principi, atta a far avanzare assialmente il materiale lungo la camera di spremitura (11).
11. 11. Macchina secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che le spire di detta elica hanno passo decrescente nel senso di avanzamento del materiale.
12. 12. Macchina secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detta parete traforata (12) è attraversata da aperture che formano uno spigolo vivo sulla superficie interna.