Nell’immagine sottostante si osserva che in una discarica le temperature si spingono a valori superiori rispetto al caso di un terreno qualsiasi non soggetto alle alte temperature generate dai rifiuti. Uno dei più significativi studi sulla distribuzione e monitoraggio della temperatura a lungo termine nel sistema discarica è quello presentato da Hanson e Yesiller (2003).
Figura 4.1 andamento della temperatura per un suolo (a sinistra) e per una discarica (a destra) (Hanson e Yesiller (2010)).
Il sito di indagine degli studi di Hanson e Yesiller è collocato in una zona con clima continentale umido (temperature medie tra i 15.1°C e i 5.5°C) nel Michigan (USA). La temperatura minima, pari a -3.3°C, viene raggiunta tra i mesi di dicembre e di gennaio, mentre la temperatura massima corrispondente a 23.5°C si verifica nel periodo compreso tra luglio-agosto. La discarica del Michigan è una discarica per rifiuti solidi urbani, come la discarica sito studio di Torretta di Legnago, attiva dal 1983. La discarica è divisa in undici lotti (A-K), qui indicati con il termine “celle”. Hanson e Yesiller disposero 17 array orizzontali e verticali sia all’interno del corpo rifiuti che nelle barriere di superficie e di fondo. Le serie di sensori erano dotati di ben 200 sensori di misura, costituiti da termocoppie di tipo K composte da leghe di nichel (Ni-Cr / Ni-Mn-Al) resistenti agli ambienti chimicamente aggressivi, poste dentro un condotto in PVC flessibile di cloruro di polivinile. Come è possibile
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osservare nella figura sottostante, gli array erano disposti al di sotto della barriera di fondo (Type 1), all’interno della barriera di fondo nello strato di sabbia (Type 2), all’interno dei vecchi (Type 3) e nuovi (Type 4) rifiuti, all’interno del sistema di copertura temporaneo (Type 5) e finale (Type 6), e per finire in posizione esterna rispetto al corpo della discarica (Type 7).
La cella A è stata costruita nel 1994 e riempita con i rifiuti dal 1994 al 1996. L’array di sensori (Type 6) è stato installato nel 2002. La cella B è stata costruita nel 1994 e i rifiuti sono stati scaricati dal 1994 al 1999. I due array di sensori (Type 4) sono stati installati nel 1999 e nel 2001. Nella cella D, costruita nel 2001, i rifiuti risalgono al 2002. I sensori (Type 1 e 2) sono stati disposti nell’anno 2001, mentre l’array Type 3 è stato installato nel 2003. La cella I risale al 1999, riempita con rifiuti dal 2000 al 2002. L’array di sensori Type 2 è stato installato nel 1999, mentre il Type 3 nell’anno 2000. La cella J è stata realizzata nel 1998 e riempita con i rifiuti dal 1999 al 2001. L’array Type 2 risale al 1999, così come il Type 7. L’array Type 5 è stato installato nel 2001, il Type 4 e 6 nell’anno 2002. La cella L è stata riempita con i rifiuti dal 1984 al 1987 e dal 1993 al 1994. L’array di sensori Type 4 è stato installato nel 1999. I dati di temperatura venivano acquisiti in continuo e registrati dal monitoring box (Figura 4.2). Inoltre veniva registrata in continuo anche la temperatura dell’aria.
Figura 4.2: schema semplificativo della collocazione degli array nel corpo della discarica del Michigan (Yesiller & Hanson (2003)).
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Le serie di sensori disposte all’interno della massa dei rifiuti (Type 3, Type 4) e quelle situate nello strato di copertura (Type 5) hanno permesso di analizzare più nel dettaglio l’andamento delle temperature rapportandole alle temperature dell’aria. Con riferimento alla Tabella 4.1 e alla Figura 4.3, una serie orizzontale di sensori è disposta all’interno della massa dei rifiuti. Osservando i valori in Figura 4.3, si osserva che le temperature prossime al bordo della cella hanno un andamento molto simile a quello stagionale dell’aria, mentre man mano che si avanza verso l’interno della massa dei rifiuti e quindi aumenta lo spessore dei rifiuti sovrastanti i sensori, le temperature diventano più elevate raggiungendo anche i 40°C.
Tabella 4.1 dettagli degli array appartenenti alle sei celle A, B, D, I, J e L. In arancio evidenziate le caratteristiche dell’array Type 3, cella I (Yesiller & Hanson (2003)).
Figura 4.3 temperatura della massa di rifiuti (cella I). Sulla destra sono indicate le lunghezze dell’array orizzontale (Yesiller & Hanson (2003)).
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Nelle celle B, I e J (Tabella 4.2) sono state disposte le serie di tipo verticale, allo scopo di conoscere l’andamento della temperatura in funzione della profondità all’interno del corpo rifiuti. Come è facilmente deducibile, i rifiuti posti in prossimità della superficie risentono molto della variazioni stagionali dell’aria rispetto agli strati più profondi, caratterizzati da una temperatura pressoché costante ed elevata fino a raggiungere quasi i 70°C. L’insieme delle serie verticali e quelle orizzontali permette la determinazione dei gradienti termici i, intesi come il rapporto tra la differenza di temperatura tra due sensori all’interno della stessa serie e la distanza tra i sensori stessi, usando misure di temperatura di un unico evento di monitoraggio.
In dettaglio, le temperature dei rifiuti conferiti nella discarica 9 anni prima rispetto all’inizio delle misurazioni (marzo 2000), variano dai 35° ai 50°C (cella L, Figura 4.4), con un gradiente termico medio tra i 3 e i 20 m pari a 1.5°C/m. Dal confronto dei valori di temperatura riportati in Figura 4.5 (cella B) e in Figura 4.6 (cella J) si può affermare che rifiuti conferiti in sito 2-3 anni prima rispetto all’inizio delle misure, hanno temperature più elevate rispetto ai rifiuti conferiti 6-7 anni prima dell’inizio delle misurazioni. I primi hanno temperature che variano dai 33° ai 60°C con un gradiente termico medio pari a 0.4°C/m tra i 12 e i 28 m di profondità, mentre i secondi hanno temperature comprese tra i 35° e i 56°C, con un gradiente termico medio tra gli 8 e i 17 m di profondità corrispondente a 2.9°C/m. Il gradiente termico medio più alto corrisponde alla cella B, nella quale sono presenti i rifiuti di età media (6-7 anni) rispetto ai rifiuti presenti nelle altre due celle, a testimonianza di un’attività biologica nei rifiuti significativa.
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Tabella 4.2 dettagli degli array appartenenti alle sei celle A, B, D, I, J e L. In blu evidenziate le caratteristiche degli array Type 4, celle B e L (rifiuti vecchi) e cella J (rifiuti nuovi) (Yesiller & Hanson (2003)).
Figura 4.4 variazione delle temperature dei rifiuti con la profondità indicata nella colonna di destra (array Type 4, cella L, rifiuti vecchi 9 anni) (Yesiller & Hanson (2003)).
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Figura 4.5 variazione delle temperature dei rifiuti con la profondità (array Type 4, cella B, rifiuti vecchi di 6-7 anni). Sulla destra sono indicate le varie profondità raggiunte dalla serie di sensori (Yesiller & Hanson (2003)).
Figura 4.6 variazione delle temperature dei rifiuti con la profondità (array Type 4, cella J, rifiuti nuovi di 2-3 anni). Sulla destra sono indicate le varie profondità raggiunte dalla serie di sensori (Yesiller & Hanson (2003)).
Hanson e Yesiller (2010) rappresentarono, mediante un pattern di colori a scala di grigi (dal più chiaro per T<10°C; al più scuro per T>55°C), le zone a diversa temperatura del corpo rifiuti della discarica per RSU del Michigan. Le immagini rappresentano le temperature di diversi anni (dal 2004 al 2007), proprio per
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evidenziare le escursioni termiche avvenute nel tempo, in funzione all’età dei rifiuti. Nelle immagini della distribuzione della temperatura si osserva una grande variazione delle temperature con il passare degli anni, in particolare nella zona centrale della discarica (Figura 4.7). Questo elevato trend è legato ad effetti combinati tra condizioni climatiche e operative tra cui elevate precipitazioni/condizioni di umidità e alta densità dei rifiuti.
Figura 4.7 mappe rappresentanti le diverse zone di temperatura media dall’anno 2004 all’anno 2007 presenti nella massa rifiuti della discarica del Michigan. Le misure sono state effettuate mediante sensori di misura posizionati in una singola cella (Hanson & Yesiller (2010)).
Lo studio condotto da Hanson e Yesiller (2010) è molto utile per conoscere le temperature effettivamente presenti nella massa di rifiuti di una discarica per RSU come quella di Torretta di Legnago. I valori della temperatura dei rifiuti dipendono dall’anno del loro conferimento in discarica (rifiuti più recenti hanno temperature più elevate rispetto a rifiuti conferiti in discarica molti anni prima rispetto alle misurazioni). Inoltre i rifiuti posti in prossimità della superficie risentono molto della variazioni stagionali dell’aria rispetto ai rifiuti depositati negli strati più
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profondi, caratterizzati da una temperatura pressoché costante ed elevata fino a raggiungere quasi i 70°C. Notevole importanza rivestono le temperature raggiunte dai rifiuti nei primi 1-2 anni dopo il loro ricoprimento mediante la copertura provvisoria. Nelle simulazioni che verranno condotte tramite il codice di calcolo Feflow, infatti, verrà valuta la distribuzione della temperatura all’interno della copertura provvisoria soggetta alle fluttuazioni della temperatura dell’aria e del calore endogeno prodotto dalla biodegradazione dei rifiuti conferiti in discarica appena prima della sua creazione. Facendo riferimento alla Figura 4.7 si è quindi deciso di imporre ai rifiuti una temperatura di 30°C e una temperatura di 70°C (temperatura considerata come il caso estremo limite, raggiunta dal corpo rifiuti durante la fase di degradazione aerobica).