ITPD20100011A1 - Procedimento di pretrattamento dei rifiuti - Google Patents

Description

TITOLO

PROCEDIMENTO DI PRETRATTAMENTO DEI RIFIUTI

DESCRIZIONE

Il presente brevetto è attinente alle tecniche di pretrattamento dei rifiuti, ed in particolare concerne un nuovo procedimento di trattamento dei rifiuti prima del loro smaltimento in discarica.

La discarica sostenibile costituisce il più moderno stadio d’evoluzione delle modalità di gestione del deposito dei rifiuti nel terreno. L’obiettivo è la realizzazione di siti di smaltimento i cui impatti si riducano, nel tempo di una generazione, ad un livello tale da non modificare in modo sostanziale la qualità delle matrici circostanti. Tale condizione in letteratura viene indicata con il termine “Final Storage Quality” (Cossu et al., 2007).

La progettazione di una discarica sostenibile si basa sul concetto di sistema multibarriera: esso prevede l’adozione di più barriere con effetto sinergico per ridurre la diffusione incontrollata di percolato e biogas nell’ambiente. In questo senso possono essere considerati barriera la riduzione della quantità dei rifiuti da depositare in discarica e il controllo della loro qualità, tramite raccolta differenziata, il sistema di drenaggio ed impermeabilizzazione del fondo e delle pareti della discarica, il controllo dei processi di degradazione biologica dei rifiuti depositati, tramite trattamenti in situ quali aerazione forzata, discarica semiaerobica, flushing, ecc, la copertura finale della discarica e la sua capacità di regolare l’afflusso idrico di dilavamento dei rifiuti (Cossu, 1995).

Inoltre, è considerato barriera anche il pretrattamento dei rifiuti prima del loro conferimento in discarica.

Attualmente, sono note alcune tecniche di pretrattamento dei rifiuti prima del loro conferimento in discarica, quali trattamenti meccanico-biologici, volti a ridurre la pezzatura dei rifiuti e il loro carico organico, trattamenti termici, volti a stabilizzare la frazione organica dei rifiuti, eccetera.

Le diverse tecnologie di pretrattamento e di trattamento in situ devono essere dunque concepite in un’ottica integrata allo scopo di ottenere una riduzione complessiva dell’impatto inquinante della discarica, nel breve, nel medio e soprattutto nel lungo periodo.

E’ noto che il principale fattore di impatto delle discariche è rappresentato dalle emissioni di percolato derivanti dalla lisciviazione dei rifiuti da parte delle acque meteoriche.

Infatti, il potenziale inquinante di lungo termine di una discarica è determinato dalle concentrazioni residue delle sostanze inquinanti nel percolato.

E’ dimostrato che gli impatti ambientali di una discarica che si prolungano più a lungo sono dovuti alla presenza di azoto ammoniacale nel percolato. Alcuni studi hanno anche dimostrato che, nel lungo periodo, i metalli raggiungono concentrazioni nel percolato ambientalmente sostenibili.

Le note tecniche di trattamento attuate nell’ambito della gestione gerarchizzata dei rifiuti solidi urbani producono residui tipici, come ad esempio i residui prodotti durante la separazione degli imballaggi in plastica riciclabile dal restante materiale ottenuto dalla raccolta differenziata della plastica e i residui da pretrattamenti meccanico-biologici.

Tali rifiuti sono, tra altri, qualificati come non pericolosi assimilati ai rifiuti urbani, ai sensi del D.M. 3 agosto 2005, il cui smaltimento in discarica è consentito anche senza alcuna caratterizzazione analitica preliminare, con evidenti gravi conseguenze di impatto ambientale.

Esistono inoltre particolari tipologie di rifiuti il cui conferimento in discarica risulta particolarmente problematico, come ad esempio i residui della frantumazione dei veicoli a motore, che hanno un elevato tenore di DOC (Dissolved Organic Carbon) e di TKN e il cui trattamento termico è inapplicabile a causa della sua matrice complessa e del rischio di contaminazione atmosferica.

Per ovviare a i suddetti inconvenienti si è studiato e realizzato un nuovo procedimento di pretrattamento dei rifiuti prima del loro smaltimento in discarica.

Compito principale del presente procedimento di pretrattamento consiste nel ridurre il rilascio di sostanze inquinanti dai rifiuti nel percolato, riducendo la componente lisciviabile dei rifiuti prima del loro smaltimento in discarica. In sostanza il nuovo procedimento di pretrattamento ha lo scopo di ridurre le concentrazioni delle sostanze inquinanti presenti nel lisciviato dei rifiuti prima del loro conferimento in discarica, per ridurre così la loro presenza nel percolato.

In particolare, i parametri di interesse sono i valori di DOC, TKN, metalli, che sono tra i fattori di impatto ambientale a lungo termine più importanti e consistenti.

Altro importante scopo del presente procedimento consiste nel fatto di raggiungere la sostenibilità ambientale della discarica in tempi significativamente più brevi rispetto a quanto avviene con il conferimento di rifiuti non sottoposti a detto nuovo procedimento di pretrattamento.

Altro scopo del presente procedimento è quello di essere applicabile a varie tipologie di rifiuti, particolarmente a quelle il cui smaltimento risulta problematico con qualunque altra tecnologia nota di pretrattamento.

Ad esempio, il presente procedimento trova efficace applicazione per il pretrattamento di residui dalla frantumazione dei veicoli (ASR-Automotive shredder residues), noto anche con il termine “car fluff”.

Altro scopo del presente trovato è quello di essere efficacemente applicabile anche a tipologie di rifiuti qualificati come non pericolosi assimilati ai rifiuti urbani, ai sensi del D.M. 3 agosto 2005, il cui smaltimento in discarica sarebbe consentito anche senza alcuna caratterizzazione analitica preliminare.

Ad esempio, il presente procedimento trova efficace applicazione per il pretrattamento di rifiuti di sottovaglio da selezione di plastiche, residui di fine nastro da selezione di plastiche, residui da trattamento meccanico biologico (MBT-Mechanical biological treatment), indicato spesso anche con il termine “biostabilizzato”.

Questi ed altri scopi, diretti e complementari, sono raggiunti dal nuovo procedimento di pretrattamento dei rifiuti prima del loro smaltimento in discarica.

Il nuovo procedimento di pretrattamento comprende la fase di lisciviazione o lavaggio controllato dei rifiuti, e dove detta fase di lavaggio sui rifiuti avviene prima del loro deposito in discarica.

Detta fase di lavaggio o lisciviazione avviene per ammollo dei rifiuti in vasca o contenitore in genere, e dove durante detta fase è prevista la miscelazione/agitazione dei rifiuti.

Detta fase di lavaggio o lisciviazione dei rifiuti prima del loro conferimento in discarica ha lo scopo di ridurre la componente lisciviabile dei rifiuti prima del loro conferimento, per ridurre il rilascio di sostanze nel percolato.

L’efficacia del presente procedimento di pretrattamento è dimostrata tramite test di lavaggio in scala di laboratorio e pilota, almeno per quattro tipologie di residui:

a) sottovaglio da selezione plastiche;

b) residuo fine nastro da selezione plastiche;

c) residuo da trattamento meccanico biologico o MBT o “biostabilizzato”; d) residuo della frantumazione dei veicoli o ASR o “car fluff”,

dove i residui (a) e (b) provengono da impianti di selezione di plastiche ottenute dalla raccolta differenziata.

Il residuo (a) è rappresentativo del materiale fine separato dai rifiuti in ingresso mediante vaglio balistico, mentre il residuo (b) è costituito dal materiale residuo ottenuto dopo le operazioni meccaniche e manuali di selezione.

Il residuo (c) deriva dalla selezione meccanica e dei trattamenti biologici, tipicamente 4 settimane di aerazione forzata e 6 settimane di maturazione in cumuli, effettuati presso impianti di trattamento del rifiuto urbano secco indifferenziato.

Il residuo (d) proviene da impianti di frantumazione degli autoveicoli dismessi, è rappresentativo del materiale separato dalla frazione metallica avviata al recupero in fonderia.

Per dimostrare l’efficacia del pretrattamento sono stati condotti test di lavaggio o lisciviazione in scala di laboratorio e pilota, condotti sulle suddette tipologie di residui provenienti dalla gestione integrata dei rifiuti solidi.

Tali test di lavaggio sono stati condotti utilizzando semplice acqua distillata, variando la durata del trattamento e i rapporti liquido solido.

Prima dell’esecuzione dei test di lavaggio, i campioni di ciascuno di detti residui sono stati caratterizzati mediante analisi della composizione solida e degli eluati da test di cessione in batch ed in colonna, dove sono stati valutati i parametri caratteristici.

Tali parametri caratteristici sono ad esempio, per la frazione solida:

• Solidi totali (TS);

• Solidi volatili (VS);

• Indice respirometrico a 7 giorni (IR7);

• Azoto Kjeldahl, organico e ammoniacale (TKN);

• Carbonio Organico Totale (TOC);

• metalli (As, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Se, Zn),

I parametri caratteristici per gli eluati da test di cessione in batch sono ad esempio: DOC, metalli (As, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, NI, Pb, Se, Zn), cloruri, fluoruri, solfati, concentrazioni di COD e TKN.

In particolare detti parametri di COD e TKN sono fondamentali per la caratterizzazione del liquido prodotto dalla lisciviazione di un rifiuto smaltito in discarica.

I parametri caratteristici per gli eluati da test di cessione in colonna sono ad esempio pH, TKN, COD, DOC, metalli (As, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Se, Zn), cloruri, fluoruri, solfati.

L’efficienza di rimozione della componente lisciviabile del rifiuto ottenuta applicando il lavaggio ottimale, è stata determinata caratterizzando, mediante test di cessione in batch ed in colonna, il residuo sottoposto al lavaggio e confrontando i risultati ottenuti con quelli determinati per i campioni di rifiuto tal quale.

Per quanto riguarda la caratterizzazione chimico-fisica del rifiuto solido, ad esempio, con particolare riferimento alle tipologie di residui a), b), c), e d), sopra elencate, si è riscontrato che il valore più elevato di Carbonio Organico Totale (TOC), pari al 63% in peso di sostanza secca, si riscontra nel residuo b) di fine nastro da selezione plastiche.

I residui a) di sottovaglio, d) ASR e c) residuo MBT presentano un valore di TOC variabile tra il 33% e il 40% in peso di sostanza secca.

I valori riscontrati per l’indice respirometrico a sette giorni (IR7) indicano che l’attività biologica è bassa per tutte le quattro tipologie di residuo.

La presenza di azoto nei rifiuti è sostanzialmente associata alle plastiche poliuretaniche largamente impiegate nella produzione industriale (schiume isolanti, imbottiture, imballaggi, ecc.), al materiale proteico e alle sostanze umiche: il valore di TKN più elevato si riscontra nel residuo d) di ASR ed è pari a circa l’1,3% in peso di sostanza secca mentre il valore più basso si osserva nel residuo b)di fine nastro (0,3% in peso di sostanza secca).

I metalli presenti in maggior quantità sono il rame e lo zinco.

Le concentrazioni misurate nel residuo d) di ASR sono rispettivamente pari a circa 7440 mg/kgTS e 3820 mg/kgTS, vale a dire circa lo 0,7% e lo 0,4% della sostanza secca: ciò è dovuto al fatto che il rame è contenuto nei cavi elettrici mentre lo zinco viene usato come additivo in alcuni tipi di gomma e come pigmento all’interno di vernici.

Concentrazioni di rame e zinco superiori a 500 mg/kgTS si trovano anche nel residuo a) di sottovaglio da selezione plastiche e nel residuo c) MBT. In quest’ultimo residuo c) la presenza di tali metalli può essere dovuta ai rifiuti provenienti dallo spezzamento delle strade, caratterizzati da un significativo contenuto di metalli pesanti (Charlesworth et al., 2003; Wei e Yang, 2009). Con riferimento alla caratterizzazione dell’eluato da test di cessione in batch effettuati sulle suddette quattro tipologie di residuo, le concentrazioni di DOC misurate negli eluati di tutti i residui eccedono il limite stabilito per l’accettabilità in discariche di rifiuti pericolosi. Tuttavia il problema di non ammissibilità si presenterebbe solo per il residuo ASR, in quanto gli altri rifiuti in esame sono, ai sensi del D.M.3 agosto 2005, rifiuti non pericolosi assimilati per qualità e quantità ai rifiuti urbani: il loro smaltimento in discarica è dunque consentito senza caratterizzazione analitica preliminare. Il valore di COD più elevato (pari a circa 2590 mgO2/l) si riscontra nell’eluato del residuo a) di sottovaglio, mentre la concentrazione più bassa caratterizza il residuo d) ASR ed è pari a circa 240 mgO2/l.

Per quanto riguarda il TKN, le analisi indicano che la concentrazione più elevata si trova nell’eluato del residuo c) MBT (87 mgN/l), mentre quella più bassa è stata misurata nell’eluato del residuo d) ASR (8 mgN/l).

Confrontando questi risultati con quelli relativi alla composizione solida, si osserva che l’azoto contenuto nel residuo d) ASR è quasi totalmente non lisciviabile in quanto prevalentemente presente come costituente delle plastiche poliuretaniche.

L’azoto contenuto negli altri residui è soggetto, invece, ad una maggior lisciviazione perchè presente sotto forma di proteine e sostanze umiche generalmente solubili in acqua.

Per quanto riguarda i metalli, le concentrazioni più elevate si registrano per il rame, 0,3 mg/l nell’eluato del residuo a) sottovaglio e 1,2 mg/l in quello del residuo c) MBT, e lo zinco, 3,4 mg/l nell’eluato del residuo a) sottovaglio e 1,2 mg/l in quello del residuo c) MBT.

Negli eluati relativi al residuo a) sottovaglio da selezione plastiche e al residuo c) MBT si riscontra, inoltre, una concentrazione di nichel rispettivamente pari a 0,31 e 0,33 mg/l.

Le concentrazioni dei metalli misurate nell’eluato del residuo d) ASR, invece, sono in genere basse e rispettano i limiti stabiliti per l’accettabilità in discarica di rifiuti inerti.

Le più elevate concentrazioni di cloruri e solfati, rispettivamente pari a 535 e 559 mg/l, sono state misurate nell’eluato relativo al residuo c) MBT.

I risultati dei test di cessione in colonna sono confrontabili con i risultati ottenuti nei test di cessione in batch.

Il lavaggio o lisciviazione dei rifiuti avviene utilizzando un rapporto liquido/solido L/S ottimale, e dove detto rapporto L/S ottimale, avuto riguardo ad una possibile applicazione del trattamento di lavaggio dei rifiuti in scala reale, è stato determinato confrontando i valori asintotici di DOC calcolati previsti dal modello di deadsorbimento dinamico considerato. In vista di una possibile applicazione alla scala reale, i notevoli consumi di acqua che comporterebbe un elevato rapporto L/S, portano comunque a considerare come ottimale il rapporto L/S pari a 5 l/kg di sostanza secca (TS).

La durata di lavaggio ottimale è stata determinata sulla base degli andamenti nel tempo ottenuti applicando il modello di deadsorbimento ai test di lavaggio condotti con L/S pari a 5 l/kgTS.

Un trattamento di lavaggio della durata di 6 ore permette di rimuovere, per ogni campione di residuo considerato, un valore superiore all’85% della concentrazione asintotica di DOC, ossia la massima rimuovibile, calcolata dal modello. Nel caso del sottovaglio da selezione plastiche tale valore è superiore al 95%. Alla luce di tali risultati si individua come ottimale la durata di lavaggio di 6 h.

Valutando le concentrazioni dei diversi parametri analizzati negli eluati ottenuti dai test di lavaggio, condotti con rapporto L/S pari a 5 l/kgTS per una durata di 6 ore, sono state evidenziate le concentrazioni misurate che superano i limiti di emissione per lo scarico in fognatura stabiliti dal D.Lgs 152/06: i risultati indicano che, nel caso di un’applicazione in scala reale, gli eluati ottenuti dal processo di lavaggio dei rifiuti devono essere sottoposti a trattamento prima di poter essere immessi nella rete fognaria. Solo l’eluato ottenuto dal lavaggio del residuo d) dell’ASR potrebbe essere scaricato direttamente in fognatura.

Le efficienze di rimozione, ottenute applicando il trattamento di lavaggio in condizioni ottimali (t=6 ore, L/S=5 l/kgTS) ai rifiuti oggetto d’indagine, sono state calcolate confrontando le concentrazioni rilevate negli eluati dei test di cessione in batch condotti sul rifiuto tal quale e trattato.

Le efficienze di rimozione relative al parametro TKN sono significative: nel caso del residuo a) sottovaglio da selezione plastiche, la concentrazione di tale parametro misurata nell’eluato del test di cessione in batch si è ridotta del 76% dopo il trattamento, passando da un valore di 85 mgN/l a un valore di 20 mgN/l.

Le efficienze di rimozione di DOC variano tra il 22%, per il residuo c) MBT, e l’85%, per il residuo a) sottovaglio da selezione plastiche.

La rimozione del DOC osservata per il residuo d) ASR è stata del 53%, con una riduzione delle concentrazioni nell’eluato dei test di cessione in batch dai 102 mg/l iniziali ai 48 mg/l dopo il lavaggio. Tale riduzione renderebbe l’ASR ammissibile in discariche per rifiuti inerti.

Le percentuali di rimozione relative al parametro COD sono confrontabili con quelli ottenuti per il parametro DOC.

Considerando i risultati relativi ai metalli, si osserva che le concentrazioni di rame e zinco misurate negli eluati dei test in batch condotti sui rifiuti dopo il lavaggio sono risultate, per tutti i residui considerati, significativamente inferiori (circa 90% più basse). Le percentuali di rimozione degli altri metalli analizzati variano a seconda del residuo considerato: ad esempio, l’efficienza di rimozione relativa al nichel varia tra il 32%, residuo b) fine nastro, e il 73%, residuo c) MBT.

Le efficienze di rimozione calcolate confrontando i risultati dei test di cessione in colonna sono confrontabili con quelle determinate per i test in batch.

Gli effetti del trattamento di lavaggio dei rifiuti sugli impatti di lungo termine possono essere valutati confrontando gli andamenti nel tempo delle concentrazioni di COD e TKN che si avrebbero nel percolato smaltendo in discarica rispettivamente rifiuti tal quali e rifiuti pretrattati.

Al fine di verificare l’efficacia del trattamento di lavaggio per il raggiungimento della sostenibilità ambientale di una discarica, sono state considerate le concentrazioni di COD e TKN previste dal modello in corrispondenza dell’inizio della fase di post-gestione passiva del sito d’interesse. Si è considerato di far iniziare la fase di post-gestione passiva dopo il periodo di trent’anni previsto dalla normativa italiana (D.Lgs 36/2003) per l’accantonamento finanziario postesercizio.

Per ciascun campione di rifiuto oggetto d’indagine, l’andamento nel tempo della concentrazione di COD nel percolato ottenuto dall’applicazione del modello risulta inferiore per il rifiuto pretrattato mediante lavaggio.

Per quanto riguarda il sottovaglio da selezione plastiche, si osserva che il percolato relativo al rifiuto pretrattato presenta, dopo 30 anni dalla chiusura della discarica, una concentrazione di COD che si raggiungerebbe solo 90 anni più tardi nel caso i rifiuti non venissero pretrattati.

Analoga osservazione si può fare considerando le simulazioni ottenute per gli altri campioni oggetto d’indagine: in corrispondenza dell’inizio della fase di post-gestione passiva, il percolato ottenuto dalla lisciviazione dell’ASR lavato presenta concentrazioni pari a quelle che per il rifiuto non trattato si raggiungerebbero solo dopo 80 anni dalla chiusura della discarica. Per quanto riguarda il residuo ASR, le concentrazioni di TKN negli eluati dei test di cessione in colonna sono risultate inferiori al limite di rilevabilità (< 5mg/l).

Analogamente a quanto determinato per il parametro COD, gli andamenti nel tempo della concentrazione di TKN nel percolato simulati dal modello risultano inferiori dopo l’applicazione del lavaggio in condizioni ottimali. Per quanto riguarda il sottovaglio da selezione plastiche, si osserva che il percolato relativo al rifiuto pretrattato presenta, dopo 30 anni dalla chiusura del sito, una concentrazione di TKN che si raggiungerebbe solo dopo quasi 100 anni nel caso in cui i rifiuti non venissero lavati prima del deposito. Analoga osservazione si può fare per il residuo MBT.

Risultati significativi sono stati determinati anche per il fine nastro da selezione plastiche: in corrispondenza dell’inizio della fase di post-gestione passiva, il percolato ottenuto dalla lisciviazione del rifiuto lavato presenta concentrazioni pari a quelle che, per il rifiuto non trattato, si raggiungerebbero solo dopo circa 90 anni dalla chiusura della discarica. I risultati ottenuti dalla presente sperimentazione indicano che:

• per tutti i rifiuti oggetto d’indagine le condizioni ottimali di lavaggio, avuto riguardo ad una possibile applicazione in scala reale, coincidono con l’utilizzo di un rapporto L/S pari a 5 l/kgTS ed una durata del trattamento pari a 6 ore;

• dopo il lavaggio ottimale, le concentarzioni di DOC (Dissolved Organic Carbon) misurate negli eluati del test di cessione in batch si riducono di una percentuale variabile tra il 22% (residuo MBT) e l’85% (sottovaglio da selezione plastiche). In particolare la riduzione ottenuta per il rifiuto ASR (da 102 a 48 mg/l) sarebbe tale da consentire il suo deposito in discariche per rifiuti inerti;

• l’azoto contenuto nel campione di ASR è quasi totalmente non lisciviabile perché prevalentemente presente come costituente di plastiche poliuretaniche; per gli altri rifiuti considerati, le efficienze di rimozione relative al TKN (Total Kjeldhal Nitrogen), ottenute dal confronto dei risultati dei test di cessione in batch, variano tra il 50% (fine nastro da selezione plastiche) e il 75% (sottovaglio da selezione plastiche): tali risultati sono particolarmente interessanti se si considera che gli impatti ambientali di una discarica che si prolungano più a lungo sono dovuti alla presenza di azoto ammoniacale nel percolato;

• le efficienze di rimozione dei metalil, ottenute dal confronto dei risultati dei test di cessione in batch, sono significative: le concentrazioni di rame e zinco rilasciate negli eluati dei test di cessione in batch si riducono, dopo il lavaggio dei rifiuti, di una percentuale pari a circa 90%;

• le concentrazioni di TKN e COD nel percolato di una discarica di rifiuti pre-lavati sono paragonabili a quelle che si raggiungerebbero solo circa 90 anni più tardi nel caso i rifiuti non venissero pretrattati.

Alla luce di tali considerazioni si può affermare che il lavaggio costituisce un efficace trattamento per la riduzione della componente lisciviabile dei rifiuti prima del loro smaltimento in discarica: questo si traduce in un minor rilascio di sostanze dai rifiuti nel percolato e, di conseguenza, nel raggiungimento della sostenibilità ambientale della discarica in tempi significativamente più brevi.

Queste sono le modalità schematiche sufficienti alla persona esperta per realizzare il trovato, di conseguenza, in concreta applicazione potranno esservi delle varianti senza pregiudizio alla sostanza del concetto innovativo.

Pertanto con riferimento alla descrizione che precede si esprimono le seguenti rivendicazioni.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento di trattamento dei rifiuti da conferire in discarica caratterizzato dal fatto di comprendere la fase di lavaggio o lisciviazione dei rifiuti, e dove detta fase di lavaggio o lisciviazione avviene prima del deposito in discarica dei rifiuti stessi.
2. 2. Procedimento di trattamento dei rifiuti, come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di lavaggio o lisciviazione avviene per ammollo dei rifiuti in vasca o contenitore in genere.
3. 3. Procedimento di trattamento dei rifiuti, come da rivendicazioni 1, 2, caratterizzato dal fatto che detta fase di lavaggio o lisciviazione avviene con miscelazione/agitazione dei rifiuti in acqua.
4. 4. Procedimento di trattamento dei rifiuti, come da rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti rifiuti sono rifiuti solidi provenienti dalla gestione integrata dei rifiuti solidi urbani e/o speciali.
5. 5. Procedimento di trattamento dei rifiuti, come da rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti rifiuti comprendono anche i residui della frantumazione dei veicoli o ASR o “car fluff”.
6. 6. Procedimento di trattamento dei rifiuti, come da rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti rifiuti comprendono anche i residui da selezione plastica e/o residui da trattamento biologico o MBT o biostabilizzato.