Essiccamento parziale
Uno dei campi di applicazione principale dell'essiccatore a dischi è l’essiccamento parziale dei fanghi di depurazione per una monocombustione a letto fluido continuo indipendente. Il contenuto energetico dei fanghi di depurazione parzialmente essiccati deve essere regolato a circa 4.000 - 4.200 kJ/kg di sostanza originale, partendo dal presupposto che l'aria di combustione venga preriscaldata. A seconda del tipo di fango e del suo grado di stabilizzazione, ciò si traduce in un essiccamento fino ad un contenuto di sostanza secca di ~ 35 - 45 %. In ogni caso, la sostanza secca dei fanghi di depurazione parzialmente essiccati deve rimanere al di sotto della sostanza secca critica, caratterizzata dalla fase collosa, contraddistinta da un intervallo di sostanza secca compreso tra il 40 e il 60 %. Il fango diventa appiccicoso, pastoso e difficile da trasportare. Con fanghi poco stabilizzati, tale fase inizia nell'intervallo compreso tra il 40 e il 45 % di sostanza secca, con fanghi ben stabilizzati la fase collosa viene raggiunta solamente con un contenuto di una sostanza secca superiore al 45 - 50%.
I fanghi parzialmente essiccati vengono poi convogliati fino all'inceneritore e triturati per mezzo di un alimentatore a ruota gettata o di lance di vapore immessi nel letto fluido dell’impianto di combustione. Negli impianti a monocombustione, in genere vengono utilizzati due essiccatori a dischi in parallelo per motivi di ridondanza. Ogni essiccatore fornisce in tal caso circa il 50% del volume totale di evaporazione dell'acqua. In casi estremi, tuttavia, un essiccatore deve essere in grado di farsi carico fino al 70% della capacità di essiccamento totale, anche quando la pressione del vapore aumenta, così da poter garantire la combustione durante il funzionamento a carico parziale. Per motivi di ridondanza, ogni essiccatore è dotato di un proprio sistema di alimentazione dei fanghi.
In seguito all’AbfallKlärV (ordinamento tedesco sullo scarico dei fanghi di depurazione), approvato alla fine del 2017, si è riscontrato un notevole incremento di progetti per l'essiccamento parziale e la monocombustione dei fanghi di depurazione. Un funzionamento dell’impianto economicamente efficiente e conforme alla rispettiva capacità di monocombustione può essere più facilmente attuato conferendo ed accettando fanghi esterni provenienti da altre regioni. Questo ha alcune conseguenze per il funzionamento dell'impianto.
Da un lato, si deve tener conto del problema legato ai materiali estranei. Le frequenti operazioni di trasbordo durante il trasporto dei fanghi di depurazione aumentano il rischio che materiali estranei come pietre, parti metalliche o di legno vengano mescolati nei fanghi e possano causare blocchi o danni all'impianto. Se necessario, nella linea di trasporto dei fanghi deve essere prevista la separazione di corpi estranei mediante un separatore a rulli a doppio albero o di un vaglio per le impurità.
D’altro lato, i fanghi disidratati conferiti presentano un residuo secco e proprietà molto diversi. Durante l'essiccamento e la combustione in grandi impianti di trattamento delle acque reflue con una percentuale di fanghi prevalentemente di provenienza propria, le proprietà dei fanghi variano solo in misura limitata tra il funzionamento estivo e quello invernale. Con un'alta percentuale di fanghi provenienti da impianti esterni, il funzionamento dell'impianto di monocombustione presenta difficoltà maggiori, poiché la portata dei fanghi disidratati deve essere regolata frequentemente all'ingresso dell'essiccatore, in funzione del contenuto di sostanza secca dei fanghi.
Ogni impianto di essiccamento è dimensionato in base alla capacità di evaporazione dell'acqua e non alla produzione di fanghi. Un minore contenuto di sostanza secca dei fanghi disidratati provoca una riduzione della portata a parità di velocità di evaporazione dell'acqua e viceversa. In questo contesto, è vantaggioso per il gestore poter contare su un sistema di misurazione della sostanza secca dei fanghi disidratati e dei fanghi parzialmente essiccati. Al fine di sgravare il personale operativo da tale compito, l'impostazione della portata sull'essiccatore a dischi deve essere completamente automatica e gestita da un sistema di controllo. Inoltre in tal modo viene migliorata l’azione combinata con la combustione a valle, che richiede un fango parzialmente essiccato con un potere calorifico il più possibile costante per un funzionamento stabile. L'incenerimento dei fanghi di depurazione parzialmente essiccati fornisce sufficiente energia termica sotto forma di vapore per l’essiccamento a dischi. A partire da una capacità termica dell'impianto di combustione di circa 3 MW, anche l’impiego di una turbina a vapore per la produzione di energia elettrica può rivelarsi economicamente vantaggioso.
Essiccamento totale
Negli anni '90, gli essiccatori a dischi per l'essiccamento totale, fino a oltre il 90% di sostanza secca, sono stati installati su impianti di trattamento delle acque reflue di grandi dimensioni, sprovvisti di combustione propria. In questo caso, tuttavia, una parte del materiale secco deve essere rimescolata con fanghi di depurazione disidratati, così da evitare la fase collosa critica all’interno dell’essiccatore. Il fango miscelato raggiunge così un residuo secco compreso tra il 60 e il 65% e può essere trasportato attraverso l'essiccatore senza causare problemi meccanici ed essere poi essiccato nel modo abituale. Tuttavia, a causa della mancanza di calore residuo, l'energia primaria sotto forma di olio o gas, spesso deve essere impiegata per generare vapore o per riscaldare l'olio diatermico. In caso di essiccamento totale, tra l'essiccatore e la fase di condensazione deve essere collegato un separatore di polveri, altrimenti si rischia il blocco del condensatore; il condensatore in ogni caso deve essere pulito più frequentemente.
Condensazione di vapore
La condensazione di vapore acqueo avviene direttamente mediante spruzzaggio o indirettamente attraverso uno scambiatore di calore a fascio tubiero. Esiste anche la possibilità di una condensazione a più stadi, in cui, ad esempio, i fanghi vengono preriscaldati nel primo stadio e utilizzati per aumentare il grado di disidratazione. Il secondo caso di scambio termico indiretto ha l’enorme vantaggio che il calore disperso ad un livello di temperatura più alto fino a 90 °C può essere utilizzato, ad esempio, per la fornitura di riscaldamento locale esterno.
Il trasferimento del calore durante la condensazione dei vapori è influenzato in modo significativo dalla quantità di aria che fuoriesce dai vapori. Quanto più basso è il flusso di massa d'aria di dispersione, tanto più efficace è la condensa. Le parti non condensabili della corrente dei vapori sono generalmente utilizzate come aria di combustione secondaria nell’essiccamento parziale con combustione a letto fluido a valle, a causa dell'elevato carico di odori.
La condensa di vapori è contaminata da ammonio e sostanze portatrici di COD come grassi, oli bianchi o acidi organici e deve essere trattata prima dell’adduzione indiretta nella canalizzazione fognaria.
Riepilogo
L'essiccatore a dischi HUBER RotaDry è un essiccatore robusto e compatto che presenta un'elevata capacità di evaporazione dell’acqua, rispetto al suo volume ed ingombro. È ideale per l’essiccamento parziale dei fanghi di depurazione e per l’azione combinata con un impianto di monocombustione a letto fluido. Completamente automatizzato, contribuisce ad alleggerire il carico di lavoro del personale operativo e all’ottimizzazione della combustione dei fanghi di depurazione.
Un'efficace essiccamento a dischi supporta la monocombustione dei fanghi di depurazione. Dalle ceneri, tramite digestione acida, può essere recuperata con relativa facilità un'alta percentuale di fosforo. Argomento questo di grande importanza per quanto riguarda il futuro obbligo di recupero del fosforo dagli impianti di trattamento delle acque reflue di medie e grandi dimensioni.