5. PIANO DI SORVEGLIANZA E CONTROLLO
1.4.3. Trattamento del percolato
Come visto in precedenza il problema principale di una discarica è rappresentato dal percolato e dal biogas che si viene a generare, non tanto come elementi causati dai processi chimici che avvengono all‟interno della discarica ma come elementi altamente inquinanti ed avente concentrazioni elevatissime soprattutto di ammoniaca, idrocarburi e metalli pesanti. Per ridurre al minimo la pericolosità di tale sostanze sono utilizzate procedure che permettono la depurazione di tale elemento, e molti studi si stanno conducendo per trovare altri metodi di trattamento al fine di minimizzare la pericolosità del percolato; a differenza di questo il biogas, invece, viene facilmente smaltito o per la produzione di energia elettrica o abbattendo le concentrazioni di sostanza volatili tramite dei filtri posti in corrispondenza dei camini di emissione. Siamo, quindi, nella necessità di capire quale sia il miglior modo per eliminare il percolato, ovvero una miscela eterogenea di sostanze altamente tossiche. Le procedure più utilizzate riguardano lo smaltimento tramite diluizione e trattamento presso i depuratori di acque reflue, procedura poco ortodossa vista la concentrazione elevata di metalli pesanti e di COD, pur tuttavia ormai sono presenti dei sistemi di smaltimento on site che permettono il convogliamento di tale sostanza dalle vasche di raccolta delle discariche direttamente presso i sistemi di depurazione dove si cerca di ridurre entro i limiti di legge
44 le concentrazioni delle sostanze in esso presenti. Le procedure più utilizzate per il trattamento del percolato sono principalmente due:
1. trattamento di tipo biologico 2. trattamento di tipo chimico – fisico
Il primo è caratterizzato dalle procedure comunemente utilizzate per il trattamento dei reflui inquinati, anche se i parametri di BOD5 e di COD, assumendo continue variazioni, non permettono
un corretto trattamento sia per i processi aerobici sia per quelli anaerobici. Se si fa riferimento ad un sistema di trattamento biologico dei liquami domestici si evincono diverse problematiche connesse con le caratteristiche del percolato, ovvero:
produzione di schiume;
basse temperature del percolato durante il trattamento;
bassi valori di BOD5 ed elevate concentrazioni di ammoniaca;
presenza di idrocarburi ed altre componenti tossici oltre che inibenti per la flora batterica;
in conseguenza di tali problematiche è necessario definire degli accorgimento durante i processi di smaltimento, al fine di raggiungere gli standard imposti dalla legge. In primo luogo vengono realizzati dei pre-trattamenti come l‟ossidazione chimica, anche se tale procedure sono applicabili ai percolati giovani con discreto successo ma poco efficaci per i percolati di impianti di interramento molto ricche di cloruri.
In conseguenza di tali difficoltà la procedura indispensabile per il trattamento del percolato è rappresentata dai processi chimico – fisici del percolato. Tale procedura si basa sulla separazione delle matrici inquinanti e nello smaltimento o trattamento di queste a seconda delle concentrazione e delle tipologie. Di seguito verrano brevemente esposte le procedure più utilizzate :
flocculazione/precipitazione: viene applicata al fine di ridurre il carico organico del percolato dopo il trattamento biologico;
Osmosi inversa: permette un facile processo di separazione tra sostanze di natura organica ed inorganica; tale procedura può essere molto versatile visto che è possibili adattare il numero di membrane in conseguenza del tipo e delle concentrazioni del percolato(membrane poroso, membrane microporose, membrane non porose)
Stadio di evaporazione: procedura che permette di ottenere una concentrazione di distillato non influenzato dalle caratteristiche della sostanza di partenza; inoltre permette di abbattere i volumi di prodotto concentrato ottenutosi dopo il processo di osmosi. In tale ottica le procedure di evaporazione sono molto efficaci soprattutto nei confronti dei prodotti volatili come acidi grassi, azoto organico ed ammoniaca.
45 Successivamente a tali procedure se ne realizzeranno altre tali da abbattere maggiormente altre sostanze aventi ancora concentrazioni elevate(ammoniaca). Successivamente ad un processo di trattamento di tal genere si otterrà un percolato di molto ridotto nelle concentrazioni delle sostanze che lo compongono ma non ancora nella situazione di poter essere smaltito facilmente o depurato secondo altre procedure. pertanto la prassi che generalmente si usa è quello di procedere ad altri cicli di trattamento per la riduzione progressiva delle sostanze sino ai limiti imposti da normativa. come analisi di nuova concezione si definiscono procedure per il trattamento del percolato sfruttando le caratteristiche costruttive della discarica, ovvero generando dei flussi di aria che permettono il una attività aerobica maggiore del percolato avente come risultato un percolato simile a quello proveniente da trattamenti biologici. Risulta essere quindi estremamente importante l‟analisi delle concezioni innovative di discarica, che vanno dal Landifill minino alla discarica semiaerobica ed aerobica.
La discarica semiaerobica
Tale tipologia di discarica sfrutta la differenza di temperatura tra l‟ambiente esterno (più freddo) e la massa dei rifiuti (più calda) per creare un flusso d‟aria attraverso i rifiuti stessi grazie ad un processo di convezione naturale.
Questo permette l‟instaurazione, all‟interno dei rifiuti, di reazioni aerobiche che hanno l‟effetto di aumentare la velocità di degradazione consentendo una veloce riduzione dei valori di COD (Richiesta chimica di ossigeno) e BOD (Richiesta biologica di ossigeno) nel percolato, e di diminuire i volumi prodotti di metano e H2S. I costi per il trattamento del percolato sono quindi minori rispetto a quelli di una discarica tradizionale.
La velocità di decomposizione è, per una discarica aerobica, 2 o 3 volte maggiore rispetto a quella della discarica tradizionale anaerobica. Il calore generato dall‟attività batterica, in ambiente aerobico, consente di ottenere valori di temperatura pari a 50-70 °C che facilitano l‟afflusso dell‟aria, per convezione naturale, verso l‟ammasso. La Figura seguente riporta uno schema del funzionamento.
46
Figura 2.3 : Schema di una discarica semiaerobica
L‟afflusso dell‟aria avviene grazie al sistema di collettori di raccolta del percolato e ad un sistema di tubi verticali situati alle intersezioni dei tubi orizzontali, i quali garantiscono un‟espansione maggiore della zona aerobica all‟interno della massa. I collettori fessurati posti sul fondo e i tubi verticali consentono il trasporto del percolato e dell‟aria. Se ci sono diversi gradi di differenza di temperatura tra la massa di rifiuti e l‟ambiente esterno, è possibile ottenere velocità di afflusso pari a 1 m/s e oltre all‟interno dei tubi.
Il percolato raccolto nel bacino può essere ricircolato, per mezzo di pompe, nel corpo discarica attraverso i collettori verticali. Questo comporta il vantaggio di una riduzione dell‟azoto nel percolato per mezzo dei processi di nitrificazione e denitrificazione grazie al carbonio organico presente nei rifiuti. Il trattamento del percolato risulta quindi più facile e meno costoso. E‟ possibile gestire la discarica semiaerobica in due fasi. Infatti, se c‟è necessità di sfruttare il biogas per motivi energetici, in una prima fase è possibile fermare l‟afflusso di aria nei rifiuti. Successivamente, in una seconda fase, quando la produzione di biogas è diminuita, si può decidere di riprendere l‟afflusso di aria, accelerando così i processi di stabilizzazione.
La discarica aerobica
Come per la discarica semiaerobica, anche in questo caso lo scopo è quello di ottenere una più veloce degradazione dei rifiuti grazie all‟instaurazione di condizioni aerobiche. Il metodo di applicazione è simile, solo che nella discarica aerobica l‟aria viene immessa con sistemi di iniezione (ad es. compressori) mediante dei tubi orizzontali fessurati, che vanno ad aggiungersi al sistema previsto dalla discarica semiaerobica. In questo modo si incrementa il flusso di aria all‟interno dei
47 rifiuti. Mentre in una discarica semiaerobica l‟ossigeno presente è quasi nullo, dato che quello che fluisce viene immediatamente consumato grazie all‟attività batterica, in una discarica aerobica si cerca di ottenere un eccesso di ossigeno nella massa dei rifiuti, in modo tale da consentire lo sviluppo di reazione aerobiche in tutto il corpo rifiuti. L‟immissione forzata di aria comporta ovviamente dei costi di gestione più elevati.
48 post smaltimento
Discarica Parametro Fase di smaltimento
6 mesi
dopo 1 anno dopo 2 anni dopo
anaerobica BOD (mg/l) 40000- 50000 40000- 50000 30000-40000 10000-20000 COD (mg/l) 40000- 50000 40000- 50000 30000-40000 20000-30000 N-NH4+ (mg/l) 800-1000 1000 800 600 pH ~ 6 ~ 6 ~ 6 ~ 6 semiaerobica BOD (mg/l) 40000- 50000 5000-6000 100-200 50 COD (mg/l) 40000- 50000 10000 1000-2000 1000 N-NH4+ (mg/l) 800-1000 500 100-200 100 pH ~ 6 ~ 7 ~ 7,5 7 - 8 aerobica BOD (mg/l) 40000- 50000 200-300 50 10 COD (mg/l) 40000- 50000 2000 1000 500-50 N-NH4+ (mg/l) 800-1000 50 10 1-2 pH ~ 6 ~ 8,5 7 - 8 ~ 8,5
Tabella 2. 4 : Qualità del percolato per i diversi tipi di discarica
Analisi eseguite su campioni di rifiuto prelevati dalla discarica, dopo 11 mesi di trattamento aerobico, hanno rivelato come i rifiuti avevano un aspetto simile al compost ottenuto da pretrattamenti biologici. La frazione organica, composta da resti di cibo, di vegetazione e prodotti della carta, si presentava sotto forma di materiale umico, con uno sviluppo molto ridotto di odori. In compenso, i campioni provenienti da rifiuti di zone anaerobiche, aventi la stessa età, presentavano minimi effetti di degradazione.
49 Alcune analisi compiute su campioni di rifiuto hanno indicato valori di sali, pH e metalli entro i limiti di sicurezza. Inoltre, non sono stati trovati organismi patogeni nel materiale. L‟alta temperatura, creata dal calore sviluppato dalle reazioni aerobiche, ha infatti avuto l‟effetto di distruggere gli organismi pericolosi per la salute umana. Alla fine del periodo di studio, il materiale prelevato dalle discariche presentava una frazione (oltre il 50%) simile a compost, con un contenuto di umidità del 30%; un altro 30% era costituito da plastica, metalli e vetro e il resto da materiale inerte.
L‟analisi del biogas ha indicato, all‟inizio della ricerca, un aumento del contenuto di O2 e una diminuzione della CO2. Successivamente, in relazione al consumo di ossigeno, è aumentato il contenuto di anidride carbonica. Nello stesso tempo è aumentata la temperatura. Il metano, invece, dopo 3 settimane era già diminuito dall‟80% al 5%, valore che poi ha mantenuto per tutta la durata del test.
La tecnica della discarica aerobica può essere applicata anche alle vecchie tradizionali discariche così da accelerare i processi di degradazione dei rifiuti, tale metodologia prende il nome di “Aerazione in situ”.
Grazie a questo sistema si possono ottenere diversi vantaggi:
riduzione dei costi di trattamento del percolato e di bonifica del sito; riduzione dei costi della copertura;
riduzione della fase di post- controllo;
riduzione dell‟impatto ambientale di una vecchia discarica limitando le emissioni gassose e il carico inquinante del percolato.
L‟aria viene insufflata in pressione nei pozzi verticali e si diffonde nella massa dei rifiuti grazie ai fenomeni convettivi e diffusivi. Il grado di ossigenazione raggiunto e l‟accelerazione dei processi degradativi della sostanza organica dipendono dalla frequenza e dalla durata dell‟aerazione.
Landfill Mining
Il “Landfill Mining” prevede che i rifiuti, precedentemente stoccati e trattati aerobicamente in discarica, vengano estratti e trattati. Il processo tipico implica una serie di operazioni meccaniche pianificate per permettere il recupero di:
materiale riciclabile; frazione combustibile; frazione terrosa;
50 spazio in discarica per il deposito dei nuovi rifiuti.
Generalmente lo scavo in discarica viene eseguito con i mezzi classici usati per effettuare uno scavo all‟aperto; il materiale estratto può essere trattato immediatamente o stoccato in pile per essere usato in seguito.
Eseguito lo scavo si procede alla separazione della massa estratta in diverse correnti, il numero delle quali e la loro composizione, dipende dal grado di recupero che si vuole ottenere. Il materiale, prima di tutto, viene vagliato con un setaccio a maglie larghe; il sottovaglio viene inviato a un secondo vaglio a maglie più fini, mentre il sopravaglio viene scartato. Il materiale che passa attraverso i due vagli è solitamente la frazione ferrosa.
Dopo una terza vagliatura eseguita con un vibro-vaglio, il sopravaglio viene inviato verso un magnete per recuperare la parte ferrosa; la frazione non ferrosa, invece, è sottoposta ad una classificazione ad aria.
La complessità del processo dipende ovviamente dallo scopo che ci si prefigge: maggiore è il materiale che si vuole recuperare, maggiore è la complessità dell‟impianto.
La percentuale di materiale recuperato dipende da: le proprietà chimiche e fisiche delle risorse;
l‟efficacia del tipo di estrazione effettuata in discarica; l‟efficienza con cui la tecnologia è applicata.
La fattibilità del processo dipende dalle caratteristiche dei rifiuti stoccati, dal tipo di materiali che si vuole recuperare, solitamente plastica che viene usata nelle industrie in combinazione a quella non riciclata, ferro e materiale ad alto contenuto energetico e dalla capacità o meno di produrre una quantità di materiale recuperato che soddisfi la domanda.
Le condizioni chiave che indicano la fattibilità o meno del “Landfill Mining” in un preciso sito sono:
la composizione iniziale dei rifiuti stoccati in discarica;
le procedure di trattamento dei rifiuti applicate precedentemente; il livello di degradazione dei rifiuti;
la richiesta di materiale riciclato.
Il “Landfill Mining” pone le basi di un futuro sistema guida per la gestione dei rifiuti solidi urbani cosi che il problema della salute pubblica e del rischio ambientale diventino un “problema controllabile”.
51 l‟uso della frazione terrosa recuperata come copertura giornaliera della discarica
risparmiando altri sistemi di copertura che possono essere usati per altre vicine discariche; il recupero di rifiuti ad alto contenuto energetico;
la riduzione della costruzione di nuove celle risolvendo così il problema della continua estensione delle discariche;
la riduzione dei costi di chiusura e post- chiusura;
il recupero di materiale riutilizzabile (Es. plastica, vetro, ferro).
Comunque esistono ancora notevoli difficoltà per l‟applicazione del “Landfill Mining”, la presenza di materiali tossici in discarica e la presenza di gas esplosivi (metano) fa si che il lavoro di estrazione risulti essere particolarmente delicato. I lavoratori, quindi, devono essere adeguatamente controllati e protetti. Questo fa sicuramente lievitare i costi di gestione del “Landfill Mining” e fa si che tale progetto debba ancora essere adeguatamente studiato prima di poter essere applicato su larga scala.
52