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2022-12-02 03:54

Come Recuperare Materia ed Energia dai Fanghi di Depurazione

ECONOMIA CIRCOLARE

di: 
Donato Berardi, Francesca Casarico, Samir Traini, Nicolò Valle, Barbara Zecchin*

I fanghi della depurazione degli scarichi civili sono una risorsa preziosa da cui recuperare materia ed energia. Le strategie di gestione europee e italiane spingono per una loro valorizzazione, ma la loro piena implementazione si scontra con una disciplina di settore datata e incompleta, resa ancora più complessa in Italia da interventi regionali non coordinati. Urge disporre di normative aggiornate. Pubblichiamo un ampio stralcio del recente Position Paper del Laboratorio Ref ricerche.

Foto di copertina: Università di Pavia


I FANGHI NELL’ECONOMIA CIRCOLARE

Le caratteristiche dei fanghi da depurazione

I fanghi derivanti dalla depurazione delle acque reflue, misurati su sostanza secca, sono composti di norma da carbonio (25-35%), azoto (4-5%), fosforo (2-3%) e ossigeno (20-25%), a cui si aggiungono percentuali minori di altri elementi utili, adatti a diversi usi [8].

Le caratteristiche dei fanghi possono comunque variare in funzione della qualità delle acque reflue che sono trattate negli impianti di depurazione da cui originano, dell’incidenza della componente di refluo di matrice industriale e della tipologia di trattamento più o meno spinta effettuata negli impianti stessi. Per la loro ricchezza di sostanze nutrienti e materia organica, i fanghi da depurazione rappresentano una materia prima seconda che può sostenere la transizione verso l’economia circolare.

 

Spandimento sui terreni agricoli

Storicamente, l’uso più comune è stato quello di spandimento nei terreni agricoli. È scientificamente dimostrato che l’uso dei fanghi sui terreni in sostituzione di fertilizzanti chimici comporta una serie di benefici sulle proprietà fisiche e agronomiche del suolo [9], grazie all’apporto di nutrienti [10]. Le sostanze organiche introdotte contribuiscono a migliorare le caratteristiche dei terreni, incrementando l’attività microbica ed enzimatica e la crescita della biomassa; aiutano inoltre a migliorare le proprietà fisiche quali la porosità, la capacità di ritenzione idrica e di infiltrazione, che consentono di aumentare la resilienza nei confronti di situazioni climatiche estreme come quelle che si verificano sempre più spesso [11].

Circa il 45% dei suoli europei risultano carenti di sostanze organiche, specie nell’Europa del Sud [12]; la diminuzione di sostanza organica nei suoli desta particolari preoccupazioni soprattutto nelle zone mediterranee, compromettendo fortemente tutti gli aspetti legati alla fertilità (chimica e fisica) e alla biodiversità del suolo. Il contenuto di sostanza organica gioca inoltre un importante ruolo nelle strategie di mitigazione delle emissioni di CO2, in particolare, in quanto rappresenta il più importante carbon sink del pianeta. Aumentare la sostanza organica nel suolo, oltre che garantire il mantenimento della fertilità e combattere la desertificazione, rappresenta quindi uno strumento di lotta ai cambiamenti climatici.

Per il riutilizzo delle sostanze fertilizzanti la forma più semplice ed immediata è lo spandimento diretto [13] su suolo. Una pratica che negli ultimi anni è andata diminuendo in molti Stati membri per l’adozione di norme sempre più stringenti in termini di contaminanti e in molti casi anche di divieti dovuti al timore di rischi legati all’utilizzo di fanghi non adeguatamente trattati. Per tale motivo viene dato sempre più spazio ad usi alternativi, che consentano di evitare lo smaltimento in discarica e permettano almeno una qualche forma di recupero, con differenti destini anche a seconda della qualità dei fanghi.

 

Il trattamento in impianti di compostaggio

Molto diffuso è il trattamento in impianti di compostaggio o con l’aggiunta di ossido di calcio e quindi successivo uso in agricoltura del prodotto risultante.  

 

Il recupero del fosforo

Altri tipi di trattamenti sono finalizzati al recupero di specifici nutrienti e, in questo senso, il fosforo è l’elemento per il quale si sta lavorando maggiormente negli ultimi anni, dal momento che rappresenta un nutriente essenziale, insostituibile in agricoltura, e la stessa Commissione Europea ha identificato le rocce fosfatiche e il fosforo tra le venti materie prime critiche per l’UE. Inoltre, diversi Paesi europei dipendono interamente dalle importazioni per il suo approvvigionamento. Tutti elementi che lo rendono una risorsa strategica che giustifica il sostegno di politiche volte al suo recupero [14].

Tra le misure previste dal Green Deal europeo volte a incentivare il recupero dei nutrienti e a favorire lo sviluppo di un mercato rispetto a quello delle materie prime vergini, rientra il recupero del fosforo dai fanghi, anche dalle ceneri generate dalla termovalorizzazione, per quei Paesi dove la termovalorizzazione comporta la perdita di questo nutriente, contribuendo alla strategia Farm to Fork e limitare la perdita di nutrienti in agricoltura riducendola di almeno il 50%.

In Italia, il MiTE ha promosso la “piattaforma nazionale del fosforo”, allo scopo di raggiungere l’autosufficienza del ciclo del fosforo su base nazionale e attivare forme di coordinamento con le politiche europee. Per affrancarsi dalla dipendenza dall’estero, sono stati individuati i settori dove il recupero di fosforo risulta più promettente, e tra questi vi sono proprio la gestione dei fanghi di depurazione e le ceneri prodotte dalla loro termovalorizzazione, ma anche il trattamento della frazione organica del rifiuto solido urbano (FORSU), dei reflui zootecnici e digestati agroindustriali e degli scarti di macello.

 

Il recupero di azoto

In alcuni impianti si sta lavorando anche sul recupero di azoto per dare origine a prodotti che possono essere usati come fertilizzanti. A tal fine vengono utilizzate procedure di strippaggio e lavaggio dell’ammoniaca (cattura del gas con una soluzione concentrata di acido nitrico) che produce un flusso laterale di nitrato di ammonio riutilizzabile industrialmente o produzione di acqua ammoniacale per evaporazione e stripping del vapore dall’acqua di scarto.

 

La necessità di incentivi per i nutrienti recuperati

Tuttavia, accanto ad un reale incremento delle possibilità di recupero di tali sostanze sono necessarie normative e misure che incentivino l’uso dei nutrienti che ne derivano, al fine di creare reali condizioni di competitività rispetto ai nutrienti di origine minerale, che attualmente hanno ancora un vantaggio di prezzo.

 

Il trattamento in impianti di digestione anaerobica

Un percorso alternativo prevede il trattamento in impianti di digestione anaerobica. Una tecnologia matura e diffusa nei depuratori di medie e grandi dimensioni, che nel 2018 ha portato in Europa alla produzione di 1,5 milioni di tonnellate equivalenti di petrolio (TEP) di biogas da fanghi di depurazione, il 9,3% della produzione totale di biogas da materia prima. Di queste, 51,7 migliaia di TEP sono di produzione italiana, ma vi sono Paesi come la Germania, l’Inghilterra e la Polonia che arrivano ad una produzione di oltre 1 milione di TEP [15].

 

Il biogas e biometano

La produzione di biogas prodotto costituisce un’opportunità in termini di decarbonizzazione e percorso verso l’autosufficienza energetica del servizio idrico integrato. Esso può essere utilizzato per sostituire il gas fossile per il riscaldamento dei digestori o per la cogenerazione di energia elettrica e calore, potendo arrivare a fornire, secondo dati raccolti da EurEau [16], tra il 30% e il 50% della domanda elettrica e tra l’80 e il 100% della domanda termica degli impianti di depurazione.

In crescita è inoltre la conversione del biogas in biometano per l’utilizzo come carburante per i veicoli o l’immissione nella rete gas [17]. La combinazione di requisiti e incentivi nazionali può sostenerne la produzione e l’uso, e diversi gestori del servizio idrico integrato stanno investendo per realizzare impianti di upgrading a biometano del biogas prodotto, ne sono un esempio ACEA ATO 2, ETRA, GORI, Gruppo CAP, IREN e SMAT. Il biogas può essere anche immagazzinato in reti intelligenti per essere utilizzato durante picchi di domanda o cali di fonti rinnovabili discontinue. Inoltre, il digestato risultante dal processo di digestione anerobica può diventare materiale costituente per la produzione di fertilizzanti [18]; o, dove la legislazione nazionale lo consenta, prodotto ammendante da utilizzare sul suolo a determinate condizioni [19]. Generalmente il digestato che si presta a tali usi è quello derivante da fanghi di ottima qualità perché provenienti da impianti di depurazione che servono agglomerati urbani con scarso apporto di acque reflue industriali.

 

La termovalorizzazione

Il recupero con la termovalorizzazione è una soluzione spesso usata quando viene meno la possibilità di valorizzare i fanghi come nutrienti per mancanza di requisiti di qualità o per vincoli normativi ed è attualmente in crescita anche a causa dell’aumento dei prezzi dei combustibili fossili con cui ancora si produce energia elettrica nell’UE. Attualmente in Italia gli impianti di termovalorizzazione in esercizio sono circa una quarantina e nella maggioranza dei casi sono situati nel nord Italia. Il mono-incenerimento, oltre ad offrire il recupero di calore, consente l’ulteriore recupero del fosforo dalle ceneri: fino all’80% del fosforo può essere recuperato. Si tratta, quindi, di un destino che rappresenta la migliore soluzione dal punto di vista ambientale per fanghi di scarsa qualità, prodotti in impianti di depurazione a servizio di aree urbane industrializzate, dove i carichi inquinanti non sono sempre compatibili con l’uso in agricoltura o il recupero di materia, consentendo di valorizzare tali fanghi. Occorre altresì considerare che le tecnologie per estrarre il fosforo dalle ceneri sono sensibili alle concentrazioni di prodotto e che l’evaporazione necessaria consuma molta energia.

 

Diverse tecnologie in fase di sviluppo

In Europa sono inoltre in fase di sviluppo diverse tecnologie finalizzate a rendere più efficiente la disidratazione dei fanghi, il recupero di energia e di altri tipi di nutrienti, oltre che la produzione di nuovi materiali dal trattamento dei fanghi, quali ad esempio bioplastiche innovative, produzione di laterizi, materiali vetrosi, carbone attivo, biocarbone e bio-fertilizzanti ad alto tenore di fosforo e potassio; anche laddove le tecnologie sono già esistenti la loro possibile diffusione risulta tuttavia legata alla sostenibilità ambientale nonché economica dei processi. Sono obiettivi che in fase di avvio sono difficili da raggiungere e potrebbero beneficiare di test e progetti su scala più ampia sostenuti da una regolazione per esperimenti, anche alla luce del Nuovo Fondo per l’Innovazione istituito da ARERA con l’aggiornamento del MTI-3.

 

La stima dei nutrienti presenti nei fanghi dell’UE

Una stima dei quantitativi di nutrienti che potenzialmente posso essere contenuti nei fanghi di depurazione prodotti dagli impianti di trattamento delle acque reflue urbane nei Paesi dell’UE indica tra 6.900 e 63.000 tonnellate di fosforo e tra 12.400 e 87.500 tonnellate di azoto, corrispondenti ad un intervallo tra 0,6% e 6% dei fertilizzanti a base di fosforo e tra 0,1% e 1% di quelli a base di azoto usati complessivamente nell’UE nel 2018, [20].

 

 

La stima dell’energia ricavabile dai fanghi dell’UE

Se oltre ai nutrienti si considera anche l’energia che può essere ricavata da un opportuno trattamento dei fanghi da depurazione attraverso digestione anaerobica per la produzione di biogas o attraverso incenerimento o pirolisi, le stime sul totale dei Paesi UE indicano un potenziale tra 1800 GWh e 3200 GWh attraverso digestione anaerobica dei fanghi attualmente prodotti e 250 GWh di produzione elettrica netta da combustione conteggiando i soli fanghi che attualmente vengono inviati ancora a discarica [21] .

 

LE SFIDE PER UNA GESTIONE PIÙ “EFFICIENTE”

 

Gli obiettivi per la scelta di destino dei fanghi

Le principali scelte sul destino dei fanghi da depurazione dipendono dalla necessità di raggiungere due obiettivi principali: la protezione dell’ambiente e della salute umana e il recupero di risorse. Si tratta di due finalità che devono andare nella stessa direzione evitando che una vada a scapito dell’altra: la sfida è proprio trovare il giusto equilibrio perché ciò si realizzi. Se da un lato i fanghi possono contribuire a migliorare la qualità di suoli agricoli impoveriti dall’altro è fondamentale monitorarne le caratteristiche per evitare eventuali problemi all’ambiente dovuti a possibili contaminanti [22], valutare la quantità di nutrienti utile sulla base delle caratteristiche dei suoli e della tipologia di coltivazione ed evitarne una applicazione in quantità eccessiva sui terreni per possibile rischio di dilavamento nelle acque.

 

Il controllo della composizione delle acque reflue

Un punto chiave per la produzione di fanghi di qualità evitando rischi di contaminazione è il controllo della composizione delle acque reflue da cui sono generati, con particolare attenzione alle acque reflue di origine industriale [23] e al tipo di trattamento effettuato presso i depuratori.

 

Gli studi sulla possibile contaminazione ambientale

Studi condotti su contaminanti organici accumulati nei terreni hanno indagato il loro eventuale passaggio alle piante o al bestiame senza essere tuttavia giunti attualmente a conclusioni certe sulla dannosità di questi composti per via della difficoltà di valutare gli effetti in termini di risposta fisiologica [24].

Gli studi concentrati invece sui patogeni che possono arrivare al suolo e contaminare le colture per alimentazione umana o del bestiame hanno finora rilevato rischi bassi, probabilmente anche grazie alle restrizioni generalmente imposte dai Paesi membri in aggiunta a quelle già previste dalla Direttiva europea 86/278/EEC che hanno portato a trattamenti più spinti che ne riducono significativamente la carica contaminante. Si tratta di studi ancora limitati solo ad alcune tipologie di patogeni con necessità di dati più completi per poter trarre delle conclusioni certe, ma che confermano l’importanza di sottoporre i fanghi a trattamento prima dell’uso su suolo, con chiare indicazioni a livello europeo [25].

Del resto, c’è ormai evidenza che dagli anni ’80 ad oggi, a seguito dell’entrata in vigore di sistemi regolatori sull’uso nei terreni e il miglioramento dei processi industriali, c’è stata una sensibile diminuzione delle concentrazioni di metalli pesanti e altri contaminanti nei suoli dei Paesi dell’UE, segno che è comunque indispensabile prevedere dei limiti e delle misure chiare da rispettare per lo spandimento e che queste misure, se applicate, funzionano [26]. A maggior garanzia della salubrità e qualità del compost avviato in agricoltura, molti Paesi europei hanno anche adottato sistemi di certificazione volontaria che vanno ad affiancarsi alla normativa cogente.

Oltre a considerare le criticità legate a potenziali situazioni di contaminazione, le scelte relative ai possibili destini dei fanghi devono tenere conto degli impatti ambientali generati dalle attività stesse di trattamento, perché soluzioni che possono apparire più sicure dal punto di vista sanitario richiedono infrastrutture e processi che possono generare un impatto complessivo tutt’altro che trascurabile, richiedendo un’attenta valutazione costi-benefici delle alternative praticabili e di tutti gli aspetti connessi ad ogni scelta e soluzioni a geometria variabile per i diversi territori e contesti.

 

Occorre una valutazione economica del recupero dei fanghi

Dal punto di vista economico, inoltre, vanno valutati con attenzione gli investimenti necessari e il loro sostegno tramite lo sviluppo di un mercato di vendita delle materie recuperate e/o dell’energia prodotta ed eventualmente di una incentivazione specifica [27].

 

La diffidenza dell’opinione pubblica

A livello sociale, l’atteggiamento di diffidenza dell’opinione pubblica è un’altra delle sfide da affrontare per arrivare a considerare i rifiuti in generale e, in particolare, i fanghi da depurazione come risorsa e non una minaccia. La costruzione di percorsi partecipativi e informativi con i territori è in tal senso un valido sostegno per il superamento della sindrome NIMBY [28]. È importante che il processo comunicativo sia trasparente, affrontando tramite dati scientifici i pro assieme ai contro, mostrando le esperienze positive oltre che quelle negative, per consentire anche ai non addetti ai lavori di avere un quadro più completo della situazione e costruire un’opinione su basi più chiare e realistiche permettendo soluzioni di maggiore accettabilità di alcune attività di recupero e valorizzazione dei fanghi.

 

La necessità di procedure amministrative più snelle

Affinché il recupero di materia ed energia dai fanghi di depurazione possa svilupparsi è inoltre necessario che gli operatori del settore possano disporre di procedure amministrative chiare e snelle per i nuovi prodotti e una maggiore flessibilità autorizzativa che possa prendere agevolmente in considerazione le nuove tecnologie e i nuovi prodotti. Anche il trasporto delle materie prime secondarie necessita di misure che possano favorirne la circolazione attraverso l’UE consentendo un vantaggio competitivo rispetto alle materie di sintesi [29].

 

*Laboratorio Ref. ricerche

 

NOTE
_____________

[8] Waste water treatment – sludge management – Brefing note EurEau – Maggio 2021.

[9] Environmental, economic and social impacts of the use of sewage sludge on land: Part I – JRC, 2008.

[10] Quali azoto, fosforo, ma anche potassio, zolfo, rame e zinco.

[11] Present restrictions of sewage sludge application in agriculture within the European Union.” Hudcová, Hana, Jan Vymazal, and Miloš Rozkošný. Soil and Water Research 14.2 (2019): 104-120.

[12] Waste water treatment – sludge management – Brefing note EurEau – Maggio 2021.

[13] La normativa europea prevede che anche in caso di uso diretto su suolo i fanghi siano sottoposti ad un trattamento minimo preventivo.

[14] “Relazione illustrativa decreto fanghi”, Ministero della Transizione Ecologica, 5 febbraio 2020.

[15] BIOGAS BAROMETER, 2020.

[16] Waste water treatment – sludge management –Brefing note EurEau – Maggio 2021

[17] Secondo dati di Assogasmetano in Europa a fine 2021 si contavano più di 1.000 impianti di produzione di biometano con un incremento di circa 300 rispetto all’anno precedente, 27 di questi localizzati in Italia; nel conteggio sono però compresi non solo gli impianti che producono biogas da rifiuti urbani (a cui arrivano generalmente anche i fanghi da depurazione) ma anche da sottoprodotti agricoli e agroalimentari. In Italia, secondo dati del Consorzio Italiano Compostatori, il primo impianto di produzione di biogas da rifiuti organici da raccolta differenziata con produzione di biometano è stato inaugurato nel 2017 e a fine 2020 se ne contavano 12.

[18] Nella normativa europea sui fertilizzanti il digestato da fanghi, a differenza del digestato proveniente dalla frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU), non può essere utilizzato per la preparazione di fertilizzanti a marcatura CE. La norma nazionale invece, che classifica il digestato da fanghi come rifiuto, ne consente l’uso come materiale costituente per la preparazione di fertilizzanti.

[19] È attualmente in esame presso la Commissione Europea uno schema di decreto interministeriale recante le caratteristiche e le modalità di applicazione per l’utilizzazione agronomica del digestato equiparato ai fertilizzanti di origine chimica finalizzato a riconoscere il valore di fertilizzante del digestato come prodotto; tale decreto non riguarda però il prodotto derivante da digestione anaerobica di fanghi, ma esclusivamente quello derivante dal trattamento di rifiuti da attività agrozootecniche.

[20] Beyond water quality —Sewage treatment in a circular economy – EEA Report n. 5/2022.

[21] Ibidem

[22] Si tratta di un’ampia varietà di sostanze potenzialmente dannose come metalli pesanti, idrocarburi policiclici aromatici, PCDD, PCB, residui di detergenti, farmaci tra cui antibiotici, ormoni, steroidi, agenti patogeni; tuttavia, il rilascio di queste sostanze nei suoli è influenzato da vari fattori come, ad esempio, il pH e il contenuto in sostanza organica del terreno o la forma chimica dei contaminanti.

[23] Present restrictions of sewage sludge application in agriculture within the European Union, in Soil and Water Research, 14, 2019 (2): 104–120.

[24] Environmental, economic and social impacts of the use of sewage sludge on land: Part III – JRC, 2008.

[25] Beyond water quality —Sewage treatment in a circular economy – EEA Report n. 5/2022.

[26] Environmental, economic and social impacts of the use of sewage sludge on land: Part I – JRC, 2008.

[27] Waste water treatment – sludge management –Brefing note EurEau – Maggio 2021.

[28] Per un approfondimento si veda il Position Paper n. 145 “Costruire Prossimità: il ruolo delle istituzioni locali nella prevenzione dei NIMBY”, Laboratorio REF Ricerche, marzo 2020.

[29] Waste water treatment – sludge management –Brefing note EurEau – Maggio 2021

utilizzo fanghi di depurazione

Ho letto il vostro articolo riguardo all'utilizzo dei fanghi di depurazione, ho lavorato per una decina di anni nei depuratori, anche con trattamento fanghi, fine anni 90 primi del 2000, particolarmente manutenzione e riparazione, grandi e piccoli. Sicuramente il recupero dei fanghi ha molte possibilità, non sto ad elencarle perchè le coniscete benissimo. Per gli usi in agricoltura avrei qualche dubbio, fanghi di depurazione civile e industriale da usare nei vivai di prodotti non edibili, fiori alberi o per coperture di discariche; da biodigestori anaerobici di RSU, prati giardini, nel compost si trovano spesso residui di plastiche e altri materiali non idonei, biodigestori da agricoltura, reflui di stalla, scarti di vegetali o da industrie alimentari... sono quelli più idonei, secondo me, per essere usati nei campi di produzione La cosa più dificile rimane il consenso dei cittadini, nelle condizioni in cui ci troviamo con i rifuti, non abbiamo molte scelte da fare. O si costruiscono degli impianti per ridurli o ci finiremo sotterrati. Da quello che ho potuto vedere in questi ultimi anni, dai dati e dalle immagini di paesi e continenti diversi, i rifiuti sono al collasso, è una emergenza globale. E sono in continuo aumento Grazie per l'attenzione giusca 50 Savona