Valorizzazione dei fanghi conciari
L’industria italiana della pelle comprende circa 1200 aziende, nel 2022 ha prodotto 110 milioni di metri quadri di pelli finite e 9 mila tonnellate di cuoio da suola1. Nelle aziende italiane si è stimato che per un metro quadro di pelle finita vengono prodotti 1.38 kilogrammi di rifiuto il cui 25% è rappresentato dai fanghi2. In generale i distretti italiani della concia convogliano le acque reflue e gli eventuali fanghi di prima sedimentazione prodotti durante le attività ad impianti centralizzati di trattamento delle acque reflue industriali. I fanghi conciari sono quei fanghi derivanti dai trattamenti fisico-chimici (es. sedimentazione primaria) e i fanghi attivi di rifiuto provenienti dalle unità di trattamento biologico. I fanghi di conceria sono un rifiuto solido che necessita di essere gestito con attenzione e il loro smaltimento rappresenta tutt’ora uno dei maggiori problemi dell’industria conciaria. La gestione dei fanghi conciari ha importanti impatti sia economica per la gestione come rifiuti, che ambientali e sociali, questi non possono essere ignorati per lo sviluppo di un’industria più sostenibile. Ad oggi il principale destino di questi fanghi è la discarica a causa di una presenza importante di inquinanti nocivi, compreso il cromo. Una gestione più sostenibile dei fanghi conciari è diventata oggi giorno una sfida sempre più emergente3.
Recentemente, la valorizzazione del contenuto organico ed energetico dei fanghi di conceria sta coinvolgendo numerosi studiosi seguendo i principi dell’economia circolare. Le tecnologie per la valorizzazione dei rifiuti sono orami diventate essenziali per allinearsi agli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile e mitigare il problema impatti negativi4.
Questo intervento intende contribuire alla presentazione di una panoramica delle attuali tecnologie di valorizzazione dei fanghi conciari, rilevando benefici, svantaggi e possibili prospettive.
Il processo a fanghi attivi è un metodo ampiamente utilizzato per trattamento delle acque reflue conciarie a livello globale, tuttavia, questo processo produce una grande quantità di fanghi spesso ricchi di metalli pesanti che rende difficile la valorizzazione 5. I risultati indicano che la maggior parte degli studi si concentrano sul recupero del cromo, pirolisi, co-digestione anaerobica e solidificazione, al contrario la gassificazione per la produzione di biodiesel o biocarburante rimane ancora una strada in gran parte inesplorata. Inoltre, aspetti come l’ottimizzazione dei processi, la valutazione del ciclo di vita dei fanghi, tecniche alternative di valorizzazione, analisi ambientale, economica, energetica, sono ancora carenti in letteratura. Dunque, gli studi futuri devono concentrarsi sull’ottimizzazione dei processi, sull’energia e sulla analisi energetica e valutazione tecnico-economica per comprendere la fattibilità e i vantaggi ambientali delle varie tecnologie di valorizzazione e svilupparle su scala industriale per la gestione sostenibile dei fanghi. Inoltre, molte di queste tecniche di valorizzazione dei fanghi conciari hanno spesso dimostrato di essere economicamente non fattibili e talvolta non socialmente accettabili, per questi motivi lo smaltimento in discarica rimane il metodo più comunemente praticato. Tuttavia, per attenersi alle normative ambientali dell’UE e con l’emergenza della sempre minore disponibilità di luoghi idonei per le discariche, è fondamentale indagare criticamente i processi esistenti per proporre tecniche fattibili di valorizzare dei fanghi conciari, in modo da supportare un business della pelle sostenibile a livello globale. In linea con le sezioni seguenti, esamineremo le principali tecniche di valorizzazione esistenti.
- Tecniche termo chimiche:
La conversione termochimica è ampiamente applicabile per il recupero di energia e materiali, i componenti dei fanghi vengono trattati ad alte temperature in assenza, presenza o eccesso di ossigeno. Nella letteratura esistente, si distinguono principalmente le tecniche di incenerimento, combustione, pirolisi e gassificazione. L’incenerimento convenzionale non è accettabile in quanto crea un grave inquinamento ambientale rilascio di metalli pesanti nell’ambiente. Il recupero energetico invece è diventato un tema cruciale. Nelle immagini successive (Figura 1, 2, 3) si riassumono i vantaggi e svantaggi economici e socio-ambientali non che le prospettive future delle tecnologie di recupero energetico da fanghi.
- Tecniche Biochimiche
La letteratura esistente ha evidenziato che l’uso della conversione biochimica per il trattamento dei fanghi può garantire uno smaltimento sicuro di questi rifiuti. Inoltre, in questo processo attraverso l’utilizzo di specifici microrganismi è possibile il recupero di risorse o energia dalla matrice fango. Il processo di conversione biochimica, rispetto alla conversione termo-chimica, è meno produttivo e richiede un costo di investimento relativamente più elevato. Inoltre, l’elevata concentrazione di sostanze pericolose nei fanghi da conceria, come il cromo, possono rappresentare talune volte un ostacolo per la loro tossicità nei confronti dei microorganismi. Di seguito vengono riassunte le principali tecniche biochimiche utilizzate nella gestione di fanghi conciari.
- Compostaggio
Il compostaggio è una tecnica aerobica utilizzata per scomporre la matrice fango e utilizzarne i nutrienti per biofertilizzanti. Il processo di compostaggio degli è stato ampiamente studiato e molti di questi studi hanno riportato che il processo è difficilmente realizzabile per i fanghi conciari a causa della migrazione del Cr(III) nel suolo che può portare ad un’ulteriore contaminazione della catena alimentare, innescando gravi reazioni rischi per la salute e inquinamento ambientale.
- Trattamenti anaerobici
La digestione anaerobica è un metodo di trattamento biologico popolare che utilizza microrganismi anaerobici per produrre biogas dalla matrice fango. Questo la tecnologia ha raccolto una notevole attenzione da parte dei ricercatori in quanto offre una soluzione praticabile per la gestione dei fanghi rispondendo al tempo stesso alla domanda per le energie rinnovabili nel mezzo di una crisi energetica. Sono stati condotti numerosi studi su scala di laboratorio per valutare l’efficacia e la fattibilità anche su fanghi da conceria. L’efficacia del biogas le tecnologie di produzione dipendono in gran parte da vari parametri come la matrice di partenza, la temperatura di processo, il carico organico, il rapporto carbonio/azoto, il pH, il tempo di ritenzione idraulica, l’umidità, contenuto di calore, ecc. I processi biologici che avvengono durante un tipico trattamento anaerobico sono schematizzati in Figura 4.
- 2.3 Conversione biologica di biodiesel
La conversione biologica avviene per reazione catalitica o fotocatalitica con produzione di biocarburanti e idrogeno. Nonostante la tecnologia ha dimostrato di essere un’opzione energetica promettente con fattibilità tecnico-economica, non è molto trattata in letteratura.
- Stabilizzazione dei fanghi per uso civile
La valorizzazione dei fanghi conciari attraverso processi di solidificazione e stabilizzazione ha ricevuto la molta attenzione nella letteratura passata, perché rappresenta un processo che può aiutare a gestire i fanghi in modo sostenibile, utilizzandoli come materie prime alternative e gratuite per la lavorazione di materiali da costruzione come mattoni e calcestruzzo. I prodotti ceramici prodotti da fanghi di conceria hanno mostrato risultati promettenti, come un’adeguata resistenza meccanica, specialmente quando vengono mescolati con argilla o altri materiali anche di origine vegetale in determinate proporzione. L’efficacia del processo rimane alquanto poco chiaro e richiede ulteriori indagini soprattutto per quanto riguarda soprattutto la fattibilità tecnico-economica e la valutazione degli impatti ambientali.
- Altri usi
Ricerche alternative per esplorare un utilizzo sostenibile dei fanghi da conceria sono: la preparazione di membrane impermeabilizzanti, membrane microfiltrati, membrane ignifughe, l’uso per pigmenti verde cromo e pigmenti neri ceramici, e fabbricazione di vetri di silice.
- Recupero del Cromo
Un’area molto esplorata per la valorizzazione dei fanghi conciari è il recupero del cromo attraverso processi di natura chimica o biologica. Il processo chimico prevede l’uso di sostanze inorganiche o acidi organici per l’estrazione dei metalli pesanti. Il processo biologico si concentra sui microrganismi capaci di estrarre i metalli mediante ossidazione. Il processo biologico richiede più tempo rispetto ai processi chimici, ma l’estrazione chimica comporta la produzione di rifiuti secondari che costituisce un onere per l’ambiente.
Riguardo gli studi sul recupero del cromo si possono trarre diverse riflessioni. La fattibilità del processo di recupero del cromo ha molte variabili che riguardano la materia prima, i parametri di processo, e la tecnologia usata per il recupero. Il processo di biolisciviazione richiede più tempo, ha efficienza inferiore, mentre i processi chimici offrono una migliore efficienza a tempi più brevi. Infine, l’integrazione del recupero del cromo durante generazione di energia da fanghi conciari offre notevoli vantaggi: evitare la reazione di ossidazione durante il trattamento termico e la generazione di carburante o energia termica, aggiungendo valore al ciclo di vita dei fanghi conciari.
RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI
- UNIC Concerie Italiane. Risultati Economici Industria Conciaria Italiana (2022). https://www.unic.it/conceria-italiana/industria-conciaria-italiana (2023).
- UNIC Italian Tanneries. Sustainability Report UNIC Italian Tanneries Y2022. (2023).
- Chiampo, F., Shanthakumar, S., Ricky, R. & Ganapathy, G. P. Tannery: Environmental impacts and sustainable technologies. Mater Today Proc (2023).
- Transforming Our World: The 2030 Agenda for Sustainable Development. United Nations: New York, NY, USA Preprint at https://doi.org/10.1163/157180910X12665776638740 (2015).
- Alibardi, L. & Cossu, R. Pre-treatment of tannery sludge for sustainable landfilling. Waste Management 52, 202–211 (2016).
A cura di
Ing. PhD. Bianca Maria Bresolin,
Tecnologo di Ricerca SSIP
Pubblicato il: 29. 11. 2023 alle 12:24