“Innovazioni tecnologiche per il recupero di risorse e la riduzione dei consumi negli impianti di depurazione SMAT”

1. Convegno 9 novembre | Ecomondo 2023
Giovedì 9 novembre 2023 | Ecomondo, Rimini
Innovazioni tecnologiche per il recupero di risorse
e la riduzione dei consumi negli impianti di depurazione SMAT
Gerardo Scibilia
Ricercatore
Centro Ricerche SMAT

2. Convegno 9 novembre | Ecomondo 2023
SMAT – SOCIETÀ METROPOLITANA ACQUE TORINO
Dati 2022
IMPIANTI DI DEPURAZIONE
Categoria (a.e.) numero a.e. serviti
< 10.000 373
3,03 milioni a.e.
10.000 ÷ 150.000 18
150.000 ÷ 2.000.000 1
> 2.000.000 1
TOTALE 393
Comuni serviti  290
Territorio servito  6.317 km2
Abitanti serviti  2,1 milioni
Utenze servite  413.350
Rete di acquedotto  12.882 km
Acqua erogata  170 milioni m3
Fonti/Pozzi/Sorgenti  1.820
Impianti di potabilizzazione  95
Rete fognaria  10.250 km
Ab. equivalenti  3,03 milioni a.e.
Acqua trattata  273 milioni m3
Fanghi  24.274 tonnellate (secco)
• SMAT è Gestore del Servizio Idrico Integrato per la quasi totalità
del territorio della Città Metropolitana di Torino
• Società per Azioni a partecipazione totalmente pubblica

3. Convegno 9 novembre | Ecomondo 2023
CENTRO RICERCHE SMAT
I numeri del Centro Ricerche SMAT
(dati 2022)
Tecnici e ricercatori Oltre 100
Ricercatori full-time 7
Progetti di ricerca in corso 24
Progetti in corso finanziati dal programma
Horizon 2020
2
Accordi di partnership per la ricerca applicata e
rapporti di collaborazione
63
Articoli scientifici pubblicati nel 2022 8

4. Convegno 9 novembre | Ecomondo 2023
IL TRATTAMENTO DELLE ACQUE REFLUE URBANE
WASTEWATER TREATMENT PLANT
WATER RESOURCE RECOVERY FACILITY
Conformità qualità delle
acque trattate
Efficienza nell’uso
delle risorse
Chemicals
Energia
Recupero
Energia Acqua di riuso
Recupero di
materia
Obiettivo: zero-energy plant
(autosufficienza energetica)
Minimizzazione
Rifiuti Emissioni

5. Convegno 9 novembre | Ecomondo 2023
L’IMPIANTO DI DEPURAZIONE SMAT DI
CASTIGLIONE TORINESE
• Abitanti equivalenti serviti 2.000.000 circa
• Abitanti serviti 1.500.000 circa
• Comuni serviti 43
• Portata trattata 25.000 m3 /h - 7 m3 /s
• Fanghi prodotti 20.000 ton s.s.
• Lavoratori impiegati 83

6. Convegno 9 novembre | Ecomondo 2023
AERAZIONE INTERMITTENTE
• Logica di controllo e regolazione dell’aerazione nelle
vasche di ossidazione biologica, basata sull’alternanza
di fasi di aerazione e di spegnimento dell’aerazione:
successione di condizioni ossidative (nitrificazione) e
anossiche (denitrificazione);
• Regolazione della durata delle due fasi per minimizzare
i consumi energetici e massimizzare la performance
depurativa.
• Ha permesso lo spegnimento del ricircolo della
miscela aerata e l’introduzione della rimozione
biologica del fosforo nelle vasche prima utilizzate per
la pre-denitrificazione.
• Risparmio di energia e di FeCl3 per rimozione fosforo
2 vasche di pre-denitrificazione (anossiche) trasformate in
anaerobiche per la rimozione biologica del fosforo
6 vasche di ossidazione con aerazione intermittente per
nitrificazione e denitrificazione
Uno dei 4 moduli della linea acque dell’impianto di depurazione di Castiglione T.se

7. Convegno 9 novembre | Ecomondo 2023
RIMOZIONE BIOLOGICA DEL FOSFORO
VFAs
rbCOD (fermentable
substrate)
PO4
Bio-P
bacteria
O2
CO2
Facultative
Bacteria
Poly-P
PHB
Poly-P
PO4
PHB
Energy
(ATP)
Energy
Energy
Cell Growth
Anaerobic
Aerobic
• Rimozione biologica del fosforo applicata presso l’impianto di Castiglione a seguito
dell’introduzione dell’aerazione intermittente e lo spegnimento del ricircolo della
miscela aerata
• I batteri PAO (batteri fosforo accumulanti) accumulano il fosforo in fase aerobica e lo
rilasciano in fase anaerobica.
• La rimozione netta di fosforo è legata alla produzione netta di fango (i PAO
contengono molto più fosforo rispetto ai batteri eterotrofi «classici»)

8. Convegno 9 novembre | Ecomondo 2023
DEAMMONIFICAZIONE
• La sezione di deammonificazione (in funzione dal 2018) è basata sul processo DEMON®;
• La biomassa Anammox rimuove in maniera molto efficace ed efficiente l’azoto dalle acque di risulta della linea fanghi dopo la digestione
anaerobica;
• Quella di Castiglione T.se è ad oggi la più grande applicazione in Europa della tecnologia Anammox nel campo delle acque reflue urbane;
• Investimento: 3.000.000 Euro circa.
Processo DEMON® vs
Nitrificazione Denitrificazione:
• 95% risparmio di sostanze organiche
• 60% risparmio di energia (-1.000 MWh/anno)
• 80% riduzione di fanghi
Processo DEMON®
• capacità di trattamento: 2.000 kg N/giorno
• NTOT rimosso: 420.480 kg NTOT /y
• efficienza rimozione NTOT: > 80%
Processo Nitrificazione Denitrificazione
circa 4 kWh/kg N rimosso
Processo DEMON® bi-stadio
circa 1,67 kWh/kg N rimosso

9. Convegno 9 novembre | Ecomondo 2023
DEAMMONIFICAZIONE

10. Convegno 9 novembre | Ecomondo 2023
RECUPERO ENERGETICO DEL BIOGAS
CATERPILLAR
η = 32%
4 MW
JENBACHER
η = 25%
4 MW
JENBACHER
η = 41%
5,6 MW
1984 1993 2009
OBIETTIVI
• Produzione di energia elettrica per l’autoconsumo
• Certificati Verdi/GRIN
• Recupero di energia termica:
• riscaldamento fanghi per digestione
• macchine ad assorbimento per deumidificazione biogas
• Riscaldamento ambienti di lavoro

11. Convegno 9 novembre | Ecomondo 2023
• Impianto di biometanazione entrato in funzione a giugno 2020
• 2 linee di upgrading parallele di uguale capacità
• Capacità di trattamento impianto: 1800 Nm3/h di biogas
• Capacità di produzione: 1340 Sm3/h di biometano
• Produzione annua: circa 5 milioni Sm3 di biometano
• Investimento: 4.400.000 Euro circa
• Autorizzazione per futura realizzazione di una terza linea e di
una sezione per il recupero della CO2
IMPIANTO DI PRODUZIONE DI BIOMETANO
Il biogas prodotto dalla digestione anaerobica dei fanghi non viene più
inviato alla cogenerazione ma viene sottoposto ad upgrading per la
produzione di biometano immesso in rete SNAM

12. IMPIANTO DI PRODUZIONE DI BIOMETANO
Ingresso biogas
grezzo
Soffianti, chiller e
deumidificazione
Filtri a carbone attivo
per rimozione H2S,
silossani e COV
Compressori
Membrane
upgrading
Cabina REMI e
immissione
biometano in rete
SNAM
Deumidificazione
Adsorbimento su
carbone attivo
Upgrading a
membrane
Compressione
Controllo qualità e
immissione in rete SNAM
Biometano
Off-gas Ossidazione termica off-gas

13. Deumidificazione
Sezione upgrading su
membrane
Cabina REMI immissione
in rete SNAM
Adsorbimento su
carbone attivo

14. Convegno 9 novembre | Ecomondo 2023
• Il fosforo è una risorsa limitata (ai regimi attuali di consumo se ne prevede l’esaurimento nei prossimi decenni) e inserita dall’EU nella
lista delle materie prime critiche
• Il fosforo è indispensabile per l’agricoltura e NON è sostituibile, occorre pertanto recuperarlo dai flussi di scarto che ne sono più ricchi
The World Bank. (2023). Commodity Markets ‘Pink Sheets' Data
EU List of Critical Raw Materials (2020)
RECUPERO DEL FOSFORO: STRUVITE

15. Convegno 9 novembre | Ecomondo 2023
Studio di fattibilità tecnico-economica dell’introduzione della tecnologia di recupero della struvite (un sale di fosforo e ammonio, utilizzabile come
ammendante per scopi agricoli) nell’impianto di depurazione di Castiglione T.se
Punti di forza:
• Economia circolare: da uno scarto recuperiamo un prodotto;
• Oltre al fosforo, si recupera anche una buona quantità di azoto. Minerale a lento rilascio di nutrienti;
• Tecnologia commerciale (AirPrex, Ostara Pearl- Crystal Green, etc.) diffusa in USA, Giappone, Cina. In EU impianti in Germania, Olanda, UK, etc;
• Migliora la disidratabilità del fango e riduce il consumo di polielettrolita
Criticità:
• Necessità di procedura per riconoscimento end-of-waste;
• Richiede alte concentrazioni di fosforo nelle acque di risulta: l’ideale è rimozione biologica fosforo in linea acque
Mg2+ + NH4
+ + PO4
-3 + 6H2O → NH4MgPO4∙6H2O
RECUPERO DEL FOSFORO: STRUVITE
Struvite recuperata da digestato
Struvite recuperata da centrato

16. Convegno 9 novembre | Ecomondo 2023
SVILUPPI FUTURI NEL RECUPERO DI MATERIA DA ACQUE REFLUE
• Nutrienti: struvite + altre forme di recupero (idrossiapatite,
vivianite, da ceneri di termovalorizzazione fanghi)
• Biopolimeri: PHA – polidrossialcanoati: produzione di bioplastiche
• Cellulosa: produzione di biocompositi per edilizia, etc…
• Acidi grassi volatili – VFA: precursori di molte sostanze chimiche
• Alginato (polisaccaride): produzione di addensanti
• …?

17. Convegno 9 novembre | Ecomondo 2023
Giovedì 9 novembre 2023 | Ecomondo, Rimini
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
Gerardo Scibilia
Ricercatore
Centro Ricerche SMAT