La gestione dei rifiuti viene effettuata principalmente attraverso lo smaltimento in discarica, l’incenerimento con e senza recupero energetico, il compostaggio nonchè il riciclo e il recupero di materia (trattamenti di tipo meccanico-biologico, termo-fisico ecc.).
Purtroppo non esistono dati attendibili sul numero di discariche in Italia e sulla loro dislocazione territoriale. Le fonti disponibili per localizzarle e individuarne i gestori sono frazionate e incomplete. In italia sono comunque censite circa 650 discariche operative e 600 impianti di incenerimento con recupero di energia. Rientrano in quest’ultimo gruppo inceneritori (102), motori endotermici (140), caldaie (300), cementifici (16).
Definizione discarica – D.Lgs 36/2003, art. 2: “area adibita a smaltimento dei rifiuti mediante operazioni di deposito sul suolo o nel suolo, compresa la zona interna al luogo di produzione dei rifiuti adibita allo smaltimento dei medesimi da parte del produttore degli stessi, nonché qualsiasi area ove i rifiuti sono sottoposti a deposito temporaneo per più di un anno”
Classificazione – D.lgs 36/2003, art. 4:
- discarica per rifiuti inerti
- discarica per rifiuti non pericolosi
- discarica per rifiuti pericolosi
Il processo produttivo in discarica
La posa del rifiuto in discarica comporta lo svilupparsi di diversi e simultanei fenomeni:
- biologici (degradazione ANAEROBICA con produzione di biogas e percolato)
- fisici e chimici (compattazione, evaporazione umidità, penetrazione delle precipitazioni)
Degradazione Biologica della frazione organica
All’interno del corpo della discarica il contenuto di O2 , dopo una prima fase iniziale in cui si ha una degradazione aerobica (O2 intrappolato nel materiale), è praticamente nullo. La degradazione biochimica si divide in due fasi:
- Fase I: trasformazione degli acidi da parte specifici batteri capaci di trasformare il materiale biodegradabile in acidi volatili (il pH dei rifiuti si abbassa).
- Fase II: trasformazione degli acidi volatili in metano da parte dei batteri metanigeni (il pH si innalza fino a valori basici di 7,5-8,2)
Il completamento di entrambe le fasi porta ad una distruzione completa dei solidi volatili e quindi all’inertizzazione del materiale.
Produzione di biogas
Il biogas di discarica è il prodotto gassoso finale della degradazione anaerobica della sostanza organica dei rifiuti. E’ composto prevalentemente da metano (CH4) e anidride carbonica (CO2), e da numerosi altri composti presenti in piccole quantità.
CO2 e CH4 sono i principali gas responsabili dell’incremento dell’effetto serra (GHGs: Greenhouse Gases): hanno infatti un potenziale molto alto di assorbimento della radiazione infrarossa proveniente dal sole e sono capaci di intrappolare il calore fra la superficie terrestre e gli alti strati dell’atmosfera. L’aumento della concentrazione atmosferica di tali gas può causare un incremento della temperatura media dell’atmosfera. Se la degradazione fosse completamente aerobica, verrebbe prodotta solo CO2. Questo contribuirebbe comunque all’effetto serra, ma col vantaggio di avere un gas – la CO2 – con un GWP (Global Warming Potential: la capacità di un composto di intrappolare calore e produrre effetto serra) molto minore rispetto al metano (CO2 GWP: 1 contro CH4 GWP: 21).
Tuttavia va segnalato che la CO2 può arrecare danno sanitario se presente in concentrazioni superiori a 1,5% in volume.
Il processo di degradazione anaerobica del materiale organico che porta alla formazione del gas di discarica dura per un periodo fra i 10 e i 50 anni. La maggior parte di CO2 e CH4 viene generate entro 20 anni dalla tuttavia le emissioni possono durare oltre 100 anni. Le discariche sono la principale fonte di CH4 (38% della produzione totale) di origine antropica.
Il biogas contiene gas infiammabili – CH4 e H2 – che possono formare miscele esplosive in aria. Infatti, entro un certo intervallo di concentrazione -limite di infiammabilità o esplosività – la miscela risultante può incendiarsi producendo un’esplosione. Gli intervalli di infiammabilità di metano e idrogeno sono rispettivamente 5-15% and 4-74% in volume. Quando la concentrazione di ossigeno scende al di sotto del 13% in volume, in condizioni normali, il metano non può infiammarsi. Se tali miscele si accumulano e prendono fuoco in uno spazio ristretto – una costruzione, una cavità sotterranea – si può verificare un’esplosione.
Decomposizione della componente biodegradabile Avviene attraverso due meccanismi:
– decomposizione aerobica: predomina durante la posa dei rifiuti e prosegue fino a quando c’è presenza di O2 nel cumulo. In questa fase vengono prodotti quasi esclusivamente CO2 e H2O.
In discariche non profonde e non coperte, la decomposizione aerobica può continuare fino alla disgregazione completa dei rifiuti. In altri casi, il fenomeno dura circa un paio di settimane per poi trasformarsi in decomposizione anaerobica.
– decomposizione anaerobica: avviene in diversi stadi prima di un’eventuale stabilizzazione.
Inizialmente il rifiuto viene idrolizzato e fermentato da microrganismi che rompono le grosse molecole con produzione di H2 e CO2. Successivamente i batteri metanogeni metabolizzano gli acidi grassi e gli alcoli per la produzione finale di CH4 e CO2, oppure utilizzano idrogeno CO2 per formare metano e acqua.
NOTA:
Temperatura dei rifiuti: Il livello ottimo per massimizzare la produzione di metano, è 35 e 45 °C (comune all’interno corpo della discarica). Una significativa generazione di gas si ha al di sotto dei 10-15°C. In discariche non molto profonde, la produzione biogas può essere influenzata, fra l’altro, dal cambiamento stagionale di temperatura.
L’ingresso di ossigeno nel cumulo di rifiuti in decomposizione può avvenire a causa dell’eccessivo pompaggio del biogas, o attraverso perforazioni dei cumuli per ragioni operative. Qualunque ingresso di questo tipo blocca la fase anaerobica porta ad un aumento della temperatura a causa del reinstaurarsi della reazione esotermica aerobica. Se il processo procede può verificarsi il rischio di un incendio sotterraneo. Tuttavia, quando l’ingresso di aria viene interrotto, le condizioni anaerobiche si reinstaurano piuttosto velocemente.
Il compostaggio
Nei RSU (rifiuti solidi urbani) la cosiddetta frazione umida è formata da materiale di costituito da sostanze organiche, cioè da materiale di origine vegetale e/o animale (residui di alimenti, rifiuti da manutenzione di giardini o piante, …). Durante il processo di compostaggio si verifica esclusivamente una decomposizione aerobica dalla quale si ottengono anidride carbonica, acqua ed ammoniaca e produzione di molta energia sottoforma di calore. Una buona riuscita del compostaggio presuppone quindi una efficace aerazione della massa RSU per favorire il processo aerobico.
Trattamento del biogas In funzione della qualità del biogas prodotto, i possibili trattamenti finali sono:combustione senza recupero di energia (torcie), combustione con recupero di energia.
Per le piccole discariche e dove la produzione di biogas non è di buona qualità è necessario l’uso della torcia. Generalmente, le torce vengono utilizzate anche nelle grandi discariche durante i periodi di inizio operatività.
Il recupero di energia può invece essere effettuato quando la qualità (potere calorifico inferiore) del biogas è sufficiente per ottenere un buon rendimento. Con PCI bassi (alti valori di CO2 ) oppure per il teleriscaldamento vengono usate caldaie. La cogenerazione o la generazione di energia elettrica con motori endotermici è sicuramente la più usata.
Alcune problematiche applicative:
– Problemi connessi alla presenza di SO2 e SO3 (se lo zolfo non è stato precedentemente rimosso) per il potenziale corrosivo. Per evitare la loro condensazione la temperatura degli esausti deve essere mantenuta di sopra di 180-200 °C.
– I motori a combustione interna sono sensibili alle sostanze corrosive e alla deposizione di sedimenti. Per questo motivo il biogas deve essere pretrattato/filtrato. La manutenzione del motore è molto frequente.
Quali misure vengono eseguite:
Il biogas viene analizzato periodicamente con sistemi di per controllarne la qualità (CH4, O2, CO2, Sox, HCl, HF, PCI, …). In molti casi un analizzatore in continuo CH4 e O2 è installato.
L’autorizzazione integrata ambientale dello specifico impianto riporta la frequenza e le tipologie di analisi da eseguire (impatto ambientale).
L’eventuale caldaia o motore a combustione interna sono soggetti alle normative relative e pertanto l’analisi di combustione periodica e durante la manutenzione risulta necessaria (O2, CO, NO, NO2).
I laboratori ambientali del gestore della discarica verificano periodicamente lo stato di attività del cumulo facendo dei prelievi direttamente nei pozzi di raccolta del biogas. Tipicamente si misura l’Ossigeno per controllare se la decomposizione del cumulo procede correttamente secondo le curve stimate oppure stà diventando aerobica a causa di ingresso di aria non desiderato (es. problemi di pompaggio del gas). Misure accessorie e di controllo incrociato possono essere richieste (es. CO2, SO2, H2S e temperatura).
Gli strumenti proposti:
T340 – per il controllo dei bruciatori/motori.
Il t340 può montare fino a 4 sensori e consente di misurare anche SO2 o NO2 (oltre a O2, NO, CO).
T350 – necessario quando sono richieste misure aggiuntive.
Il t350 consente di effettuare misure di lunga durata oltre che di verificare CO2, NO2, SO2, H2S, CxHy.
In questo caso è indispensabile includere nello strumento le seguenti opzioni:
opzione cella di Peltier integrata con drenaggio automatico della condensa,
opzione aria pulita per misure di lungo periodo
un puntale sufficientemente lungo. Per profondità di immersione fino a 2 metri, considerare l’impiego della sonda industriale componibile. E’ stata realizzata una sonda speciale per la misura nei pozzi di ispezione del cumulo.
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