Stima della produzione

㻌

9.2.4.2.3.1 BILANCIO IDROLOGICO DI UNA DISCARICA

Come già sopra anticipato, la formazione del percolato è regolata da vari fattori legati alla meteorologia ed idrologia della zona, nonché da caratteristiche costruttive e gestionale dell’impianto. Per stimare la produzione di percolato è ormai accettato che il miglior metodo sia quello di impostare il bilancio idrologico. Questo esprime il concetto secondo cui i volumi idrici affluiti nel bacino in un dato intervallo di tempo devono uguagliare la somma dei volumi da esso defluiti ed accumulatisi nello stesso periodo di tempo. Assimilando un bacino ad una discarica già colmata, la portata di percolato prodotto è legato al bilancio di massa relativo ai flussi di acqua in ingresso ed in uscita dal settore, nonché gli accumuli e produzioni interne; tali flussi sono:

- le precipitazioni meteoriche (P);

- il ruscellamento superficiale dalla discarica (R); - l’evaporazione (E) e la traspirazione (T);

- le infiltrazioni di acque superficiali (S) e sotterranee (G); - il ruscellamento dalla aree circostanti (R*);

- la variazione del contenuto di acqua del materiale di copertura (∆US);

- la variazione del contenuto di acqua presente nei rifiuti depositati (∆UW);

- la produzione/consumo di acqua associabile alle reazioni biochimiche di degradazione

aerobica ed anaerobica della sostanza organica dei rifiuti (b);

- il percolato che si infiltra nel terreno sottostante (Li);

- il percolato raccolto (Lr);

- la quantità di percolato globalmente prodotta (L);

- la pioggia che si infiltra nello strato vegetale di copertura e penetra nell’ammasso rifiuti (Pi);

㻝㻢㻞㻌 L’immagine seguente riporta lo schema generale, di bilancio idrologico di un impianto di scarico di rifiuti controllato, nel quale sono rappresentati tutti i flussi sopra elencati.

Fig. 9.17 - Schema generale di bilancio idrologico di un impianto discarica

A regime, il bilancio idrologico di una discarica è espresso dalla seguente equazione

L = P

i

+ S + G + (∆U

s

+ ∆U

w

) + b

in cui Pi, che, come già definito sopra in elenco, rappresenta la quantità di pioggia che penetra per

infiltrazione attraverso lo strato di copertura, è calcolabile con l’espressione Pi = P + R* - R - E – T.

Pe è l’acqua percolante negli strati di rifiuto, e quindi interessata dai fenomeni di trasporto solido-

liquido, che ne causano la contaminazione per effetto delle sostanze organiche ed inorganiche presenti nei rifiuti. Pe è calcolabile, a partire da Pi, applicando la seguente equazione matematica:

Pe = Pi + f(S + G) - ∆Us in cui f(S + G) rappresenta la frazione di acqua di infiltrazione che

by-passa la massa dei rifiuti non entrando in contatto con essi. Questa porzione di acqua costituisce un’acqua di diluizione che, come è facile immaginare, influirà sulle caratteristiche qualitative del percolato.

Infine, il percolato effettivamente raccolto può essere ricavato dalla differenza tra quello complessivamente prodotto e quello che si infiltra nel sottosuolo.

Per il fatto che nella fase iniziale della percolazione dovuta agli eventi piovosi, sia il materiale di copertura che i rifiuti non si trovano generalmente in condizione di saturazione e sono quindi in grado di assorbire anche notevoli quantità di acqua (∆US, ∆UW), la comparsa

di percolato sul fondo può risultare ritardata. L’acqua assorbita infatti può essere rilasciata successivamente per evapotraspirazione e negli strati più bassi per effetto della compressione.

Degli elementi che compongono il bilancio idrologico non hanno tutti la medesima importanza quantitativa: si può infatti affermare che risultano trascurabili il consumo biochimico d’acqua, gli afflussi da acque superficiali e sotterranee, in quanto la normativa vigente in materia impone una distanza minima tra fondo della discarica e falda idrica, le fughe di percolato in quanto si presume che il cumulo dei rifiuti sia scaricato su uno strato di fondo altamente impermeabile tale da

㻝㻢㻟㻌 scongiurare qualsiasi fenomeno di lisciviazione nel sottosuolo. Infine, anche R* è trascurabile in quanto normalmente, in fase di progettazione della discarica, si prevede un canale di gronda che allontani le acque di ruscellamento provenienti da aree esterne confinanti con la discarica. La formula per il calcolo del bilancio idrologico assume pertanto la seguente forma:

L

r

= L = P- R – E – T + ∆U

s

+ ∆U

w

Di seguito si riporta una rappresentazione schematica del bilancio idrico che interessa il corpo della discarica.

Fig. 9.18 - Schema semplificato di bilancio idrogeologico di un impianto discarica

9.2.4.2.3.2 FATTORI CHE INFLUENZANO LA PRODUZIONE DEL PERCOLATO

Ciascuno dei termini del bilancio idrologico influenza, anche se in diversa misura, il bilancio stesso. Ai fini di una corretta gestione della discarica e così della minimizzazione della produzione di percolato, tali termini posso essere classificati in tre categorie che saranno di seguito trattate in maniera approfondita:

- fattori incontrollabili (precipitazioni);

- fattori eliminabili (ruscellamento superficiale dalle aree circostante, infiltrazioni da corpi

idrici superficiali e da falde sotterranee);

- fattori controllabili (ruscellamento sulla superficie dello scarico, infiltrazioni,

evapotraspirazione, umidità dei rifiuti). Precipitazioni

Il contributo meteorico fornisce il maggior contributo al bilancio. Il ruolo più importante è svolto dalle piogge meno intense e di lunga durata, mentre gli eventi temporaleschi, intensi e di breve

㻝㻢㻠㻌 durata, saturano rapidamente del terreno di copertura, causando ruscellamenti più intensi ed infiltrazioni più modeste. I dati di precipitazione devono essere ricavati sul sito; soltanto in mancanza di tali registrazioni si farà riferimento alla stazione pluviometrica, idrologicamente più simile.

Ruscellamento superficiale

I più importanti fattori che influenzano il ruscellamento sono rappresentati:

- dalla topografia e morfologia del terreno; - dal tipo di materiale di copertura;

- dalla permeabilità del suolo; - dal grado di umidità;

- dai sistemi di drenaggio adottati;

- dal tipo di vegetazione utilizzata come ricoprimento esterno superficiale.

La stima del ruscellamento, espresso in mm/d, può essere valutata sulla base del prodotto tra le precipitazioni ed un coefficiente empirico adimensionale; quest’ultimo è a sua volta calcolato applicando la seguente espressione:

c = a∙bi

in cui:

- a è il coefficiente di ruscellamento che tiene conto della presenza o meno di copertura

vegetale, della presenza e della natura del terreno di copertura, oltre che di tutti gli altri elementi invarianti o poco variabile nel tempo;

- bi ha la funzione di correggere il dato di ruscellamento al variare delle condizioni di umidità

del terreno e del ciclo vegetativo nei diversi mesi dell’anno.

Tabella 9.3 - Coefficienti di ruscellamento “a” per discarica colmata e dotata di copertura superficiale per discarica in esercizio, ossia ancora in fase di riempimento.

Tabella 9.4 - Coefficienti moltiplicativi (bi) del valore medio annuale per il calcolo dei

㻝㻢㻡㻌 Evaporazione ed evapotraspirazione

Ai fini di una corretta valutazione del fenomeno, occorre distinguere fra due condizioni della discarica:

- discarica in fase di riempimento, ossia la cui superficie è costituita da terreno nudo

(ricoprimento giornaliero);

- discarica chiusa, ossia dotata di superficie di ricoprimento definitivo, inerbita e piantumata.

Tale distinzione risulta necessaria, in quanto nel primo caso si terra conto della sola evaporazione (E), mentre nel secondo anche della traspirazione delle piante (evapotraspirazione ET).

L’evapotraspirazione dipende da un gran numero di fattori; per cui per tentare di semplificarne il calcolo, si introduce il concetto di evapotraspirazione potenziale, che definisce la quantità di acqua evapotraspirata allorquando la vegetazione abbia a disposizione un rifornimento idrico tale da consentirne lo sviluppo fisiologico.

Si è sperimentalmente verificato che il valore di tale evapotraspirazione potenziale non dipende dal tipo di vegetazione ne dalle caratteristiche del terreno, essendo cioè correlata esclusivamente alle caratteristiche climatiche della zona.

Una formula empirica di semplice impiego per il calcolo dell’evapotraspirazione potenziale è quella di Thorntwaite:

PE

i

= 16∙∙[(10T

i

)/I

T

]

a

_{∙ C}

i

in cui si identificano i seguenti fattori:

- PEi = evapotraspirazione potenziale del mese i-esimo (mm/mese);

- Ti = temperatura media mensile (°C);

- IT = indice termico annuale calcolabile come Σ(i=1_Æ12) (Ti/5)1,514;

- a = a(IT) = 6,75∙10-7∙ IT3 – 7,71∙10-5∙ IT2 + 1,79∙10-2∙ IT + 0,49239;

- Ci = coefficiente di insolazione relativo al mese i-esimo in funzione della latitudine, come

mostra la tabella seguente.

㻝㻢㻢㻌 Nella stagione umida, durante la quale sia ha P – R > PE, si ha: ET = PE. Nella stagione secca, invece, in cui P – R < PE, le condizioni di umidità del terreno non consentono di avere evapotraspirazione pari al valore potenziale, perciò ET < PE e l’evapotraspirazione effettiva avviene in parte a spese della precipitazione ed in parte a spese dell’umidità del terreno, risultando di difficile stima.

Nel caso di terreno nudo, come ad esempio per una discarica in esercizio, si dovrà fare riferimento alla sola evaporazione; anche in questo caso possono utilizzarsi formule empiriche, come quella di Turc:

in cui:

- E = evaporazione in 10 giorni (mm); - P = precipitazione in 10 giorni (mm);

- a = volume di acqua che può evaporare dal suolo in 10 giorni in assenza di precipitazioni;

questo può essere calcolato con la formula a = 10 – 0,01∙t0,5, essendo t il tempo trascorso dall’ultima precipitazione, espresso in secondi;

- L è il fattore elio termico, calcolabile con la formula seguente:

in cui:

- T è la temperatura media (°C);

- Ig è l radiazione globale solare data da [I0∙(0,18+0,62∙n/N)] essendo I0 la radiazione

solare massima teorica (cal/cm2/d), N le ore massime teoriche di insolazione giornaliera, n le ore di insolazione giornaliere effettive.

㻝㻢㻣㻌 Tabella 9.7 - Ore massime teoriche di insolazione giornaliera a differenti latitudini dall’emisfero Nord

Infiltrazione

a) Attraverso il terreno di copertura

L’acqua di infiltrazione può percolare attraverso la massa dei rifiuti soltanto quando è esaurita la capacità di campo del terreno di copertura.

La capacità di campo è la quantità di acqua che può essere trattenuta da uno strato di terreno o di rifiuti e si definisce come il peso percentuale di acqua che può essere immagazzinato da un peso di rifiuti contenuto nell’unità di volume.

Se è presente una barriera naturale a bassa permeabilità, costituita ad esempio da uno strato di argilla, il flusso idrico in condizioni di saturazione obbedirebbe alla nota legge di filtrazione attraverso un mezzo poroso (legge di Darcy):

Portata del flusso = Q = K ∙ S ∙ i

dove:

- K è la permeabilità del mezzo (m/s); - S è la sezione di passaggio (m2);

- i è il gradiente idraulico (m/m).

Uno strato drenante tra terreno di copertura e barriera a bassa permeabilità minimizza il flusso drenante.

b) Attraverso l’ammasso dei rifiuti

Essendo, in linea di principio non corretto il supporre che il moto dell’acqua, nella massa dei rifiuti, possa essere simulato con leggi di filtrazioni applicate ad un mezzo saturo, si rende necessario ricorrere ad una modellizzazione del flusso idrico che adotti leggi di moto in mezzi insaturi porosi. La differenza fra capacità di campo e contenuto iniziale d’acqua dei rifiuti (umidità dei rifiuti) è definita capacità idraulica dei rifiuti: soltanto quando l’infiltrazione satura la capacità idraulica si ha

㻝㻢㻤㻌 la comparsa del percolato.

Nella realtà, tale comparsa avviene prima a causa di cortocircuiti idraulici derivanti dalla presenza di canali preferenziali. In effetti, di norma, si valuta che la prima comparsa di percolato avvenga per un contenuto di acqua che è dell’ordine del 50% della capacità di campo.

La compattazione dei rifiuti, aumentandone la densità, incrementa la loro capacità di campo e ne diminuisce la permeabilità; si passa per esempio da valori di 10-2 cm/s per rifiuti con grado di compattazione pari a 0,3 t/m3, ossia non compattati, a valori di 10-4 cm/s per rifiuti compattati (0,8 t/m3). In ogni caso, note le capacità di campo, l’umidità iniziale dei rifiuti e l’entità delle infiltrazioni, è possibile stimare il tempo di prima comparsa del percolato.

Una formula empirica per il calcolo della capacità di campo di RSU è la seguente:

in cui

- FC = percentuale di acqua nel rifiuto sul peso secco dello stesso (capacità di campo); - W = peso dei rifiuti, calcolato sull’altezza media dello strato considerato in kg.

In maniera semplificata, si consideri che un RSU, alla densità di 0,65 t/m3, ossia mediamente compattato, possiede in media, in termini di percentuale ponderale su base secca, un’umidità del 35% ed una capacità di campo intorno al 60%.

Nel documento Valutazione della sostenibilità ambientale di una discarica per RSU e assimilabili tramite applicazione della metodologia LCA (Life Cycle Assessment) (pagine 161-168)