Il focus sulle attuali modalità di smaltimento dei rifiuti in Italia ha evidenziato carenze nel rispetto della gerarchia dei trattamenti da applicare ai rifiuti. Al fine di ottenere un sistema di gestione dei rifiuti più sostenibile, appare necessario ridurre lo smaltimento in discarica e, per contro, potenziare ed implementare riutilizzo, riciclaggio e recupero energetico dei rifiuti urbani.
Una strategia adottabile al fine di raggiungere questi obiettivi è l’utilizzo di impianti di Trattamento Meccanico e Biologico. Le modalità di utilizzo di questi impianti sono molteplici e ciò permette di adattarne la configurazione al particolare obiettivo finale perseguito.
8.1 Conclusioni
Il modello sviluppato si presenta come uno strumento utile per il progetto della configurazione di impianti MBT in modo, che risultino correttamente integrati nel sistema di gestione dei rifiuti. Lo strumento si è rivelato efficace, flessibile e facilmente adattabile a varie configurazioni di impianti: è infatti basato su una struttura modulare. Le prestazioni dell’impianto modellizzato sono calcolate a partire dalla classificazione merceologica del rifiuto in ingresso, rendendo possibile l’applicazione a contesti diversi. Ogni categoria merceologica è stata caratterizzata mediante una distribuzione dimensionale e opportune proprietà combustive. L’analisi delle distribuzioni dimensionali è stata ispirata al lavoro svolto da Ruff nel 1974 [4] e aggiornata con informazioni più recenti (Ranzini- Daneco Impianti [5]). Le proprietà combustive sono state tratte dalla letteratura (Consonni-Viganò [6]) a valle di un’analisi critica.
I singoli componenti presenti negli impianti di TMB sono stati rappresentati mediante modelli tratti dalla letteratura scientifica di settore, calibrati su una configurazione TMB di riferimento (Ranzini-Daneco Impianti [5]). Altre configurazioni sono state quindi analizzate combinando variamente i modelli sviluppati. Tutte le configurazioni TMB analizzate sono finalizzate alla produzione di CSS. In particolare sono state considerate tre configurazioni: - Impianto di riferimento: è un impianto a flusso separato in cui la fase di
separazione iniziale è effettuata mediante un vaglio a tamburo. Solo il sottovaglio subisce il trattamento biologico di maturazione, al termine del quale un vaglio stellare recupera un frazione di rifiuto. Questa unita al sovvallo del vaglio primario forma il CSS.
- Impianto tradizionale: è un impianto a flusso separato il cui tutto il sottovaglio prodotto dalla separazione iniziale viene inviato a discarica dopo aver subito il processo biologico di maturazione. Il sovvallo viene, invece,
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triturato e ulteriormente selezionato all’interno di un vaglio stellare. Il sovvallo in uscita costituisce il CSS.
- Impianto biostabilizzazione: è un impianto a flusso unico in cui tutto il rifiuto in ingresso passa attraverso il processo di biostabilizzazione. Successivamente i rifiuti vengono triturati e un vaglio a tamburo separa la parte fine. Il sovvallo in uscita costituisce il CSS.
Per ognuna di queste configurazioni, le prestazioni sono state determinate al variare delle proprietà del RUR in ingresso. In particolare, sono stati considerati tre RUR, differenziati prevalentemente sulla base del contenuto d’organico e, conseguentemente, del risultante PCI. Sono, infatti, state designate come: RURmin, RURmed, RURmax, con PCI rispettivamente pari a 6,7 MJ/kg, 9,2 MJ/kg,
11,6 MJ/kg.
Le prestazioni delle diverse configurazioni d’impianto al variare dei principali parametri progettuali e delle caratteristiche del RUR in ingresso sono state espresse mediante tre indici:
- Rendimento di materia (ηm):
- Incremento di PCI relativo (ΔPCI%):
- Rendimento termico (ηt):
Tali tre indici non sono fra loro indipendenti, in quanto la resa termica può essere espressa in funzione della resa in massa e dell’aumento relativo di PCI. Il grafico nella seguente Figura 8.1 riassume i principali risultati. Per tutte e tre le configurazioni ad un aumento di ΔPCI% corrisponde una diminuzione di ηm e
il trattamento di rifiuti a più alto contenuto di frazione organica (RURmin) è
caratterizzato da valori di ΔPCI% maggiori e ηm minori. L’impianto di
biostabilizzazione consente di raggiungere ΔPCI% superiori rispetto alle altre
configurazioni poiché tutto il rifiuto che costituisce il CSS ha subito un trattamento biologico. La differenza nelle prestazioni tra impianto tradizionale ed impianto di riferimento sta nella capacità di quest’ultimo di fornire rendimenti di massa superiori a pari ΔPCI% dovuta al recupero di materia
Conclusioni
113 Figura 8.1-Correlazione tra ΔPCI% e ηm per le tre tipologie d’impianto valutate per
RURmin e RURmax - considerando per gli impianti di riferimento e tradizionale, le configurazioni con diametro dei fori del vaglio secondario (d) imposto pari alla metà delle
dimensioni dei fori del vaglio primario(D) (d=D/2)
A valle dell’analisi delle prestazioni degli impianti TMB per produzione di CSS, si è affrontata la questione dell’impiego efficiente di tale prodotto nel sistema industriale italiano. In particolare, si è analizzato l’impiego del CSS nella produzione di cemento. L’analisi dei dati raccolti ha mostrato che negli ultimi anni l’industria del cemento ha fatto sempre maggiore ricorso a combustibili alternativi anche durante gli ultimi anni di crisi economica.
Nel 2013 il tasso di sostituzione termica dei combustibili convenzionali impiegati nei cementifici ha raggiunto il valore di 11,2%. Di questo, è stato stimato il contributo fornito dal CSS, che risulta pari al 54%, cioè 180.267 tonnellate l’anno di CSS. Questa valutazione è cruciale nella determinazione della massima capacità di ricezione di CSS da parte dell’industria cementiera. Sulla base dell’elenco dei componenti che costituiscono un impianto TMB, reperendo dati da produttori di strutture e apparecchiature, è stata condotta un’analisi preliminare dei costi d’investimento associati alla tecnologia TMB. È emerso che il costo complessivo imputabile ai singoli componenti e alle principali infrastrutture appare molto inferiore ai valori normalmente indicati dagli EPC. Una spiegazione a tali discrepanze è stata ricercata nei fattori di costo quali: i costi d’installazione, i costi di trasporto, assicurazione ed ingegneria, le tasse e i costi di strutture ausiliarie.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Δ PCI [% ] ηm riferimento min riferimento max tradizionale min tradizionale max biostabilizzazione min biostabilizzazione max
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8.2 Sviluppi futuri
Nel modello presentato sono state utilizzate alcune ipotesi semplificative al fine di rendere la modellizzazione di facile impiego. Questa caratteristica risulta infatti necessaria se si vuol rendere il modello utilizzabile per delle valutazioni preliminari. È quindi possibile, abbandonando le esigenze che hanno contraddistinto questa fase del lavoro, immaginare di rendere il presente elaborato più aderente alla realtà.
Uno sviluppo d’interesse potrebbe essere perseguito, ad esempio, facendo in modo che le prestazioni dell’impianto e del singolo macchinario varino al variare della portata in ingresso. Questo permetterebbe di valutare le prestazioni degli impianti già realizzati al variare delle condizioni operative.
In relazione ai singoli componenti, sono inoltre configurabili i seguenti progressi:
- Vaglio: in questo lavoro è stata ipotizzata l’idealità del macchinario. Riuscire a rimuovere questa assunzione significa considerare la frazione di particelle fini che non attraversa i fori e resta nel sovvallo.
- Trituratore: uno sviluppo possibile è quello di cercare di migliorare i parametri bij e si in modo da ridurre gli errori.
Seguendo le linee guida presentate in questo lavoro possono inoltre essere schematizzati ulteriori trattamenti, come ad esempio la separazione dei materiali per mezzo di separatori balistici e sensori ottici NIR. Assegnare dei valori di prestazione (P e RFTF) anche per questi macchinari consentirebbe poi l’implementazione del modello anche su impianti MRF finalizzati al recupero di materia da avviare a riciclaggio.
Risulterebbe, inoltre, interessante modellizzare ulteriori configurazioni d’impianto sulla base delle tipologie di RUR utilizzate, in modo da ottenere dei grafici guida da affiancare a quelli delle configurazioni già studiate.
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Bibliografia
[1] Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale ISPRA Rapporto 202-2014, Rapporto Rifiuti Urbani Edizione 2014 – Dati di sintesi
[2] CEN/TS 15359, Solid recovered fuel – Specification and classes
[3] Cimpan, C., Wenzel, H. (2013). Energy implications of mechanical and mechanical-biological treatment compared to direct waste-to-energy. Waste Management, 33
[4] Ruff, J.A. (1974). Particle size spectrum and compressibility of raw and shredded Municipal Solid Waste. PhD Dissertation University of Florida 1974
[5] Ranzini, D. (2013). Analisi tecnico-economica di un sistema integrato di gestione dei rifiuti (MBT+WtE). Tesi di Laurea, Politecnico di Milano, 2013
[6] Consonni S., & Viganò, F. (2011). Material and energy recovery in integrated waste management system: the potential for energy recovery. Waste Management (New York, N.Y.), 31(9-10)
[7] Obeng, D.M., & Trezek, G.J., (1975). Simulation of the comminution of a heterogeneous mixture of brittle and non brittle materials in a swing hammer mill. Ind. Eng. Chem., Process Des. Dev., Vol 14, No. 2
[8] P. Aarne Vesilind, Eric I. Pas, Barbara Simpson (1986). Evaluation of π breakage theory for refuse components. Journal of Environmental Engeneering, Vol. 112, No 6, December, 1986
[9] Viganò, F., Consonni, S., Ragazzi, M., Rada, E.C. (2011). A model for mass and energy balancesof bio-drying. Proceedings of the 19thAnnual
North American Waste-to-Energy Conference,NAWTEC19, May 16-18, 2011, Lancaster, Pennsylvania, USA
[10] NE-Nonisma Energia Srl (2011). Potenzialità e benefici dall’impiego dei Combustibili Solidi Secondari (CSS) nell’industria.
[11] Associazione Italiana Tecnico Economica Cemento AITEC (2014). Rapporto di sostenibilità AITEC 2013