ITRM20080500A1 - Procedimento per ridurre la produzione e le emissioni di metano da discariche e siti di recupero rifiuti. - Google Patents

Description

Descrizione

PROCEDIMENTO PER RIDURRE LA PRODUZIONE E LE EMISSIONI DI METANO DA DISCARICHE E SITI DI RECUPERO RIFIUTI,

CAMPO DELL’INVENZIONE

Il presente trovato riguarda il settore della sicurezza e della bonifica ambientale e più precisamente un procedimento per ridurre le emissioni nell’atmosfera di metano derivante dalla decomposizione di sostanze organiche depositate in discariche, in siti per recupero di materia, come ripristini ambientali, o anche di rifiuti, da soli o in cumulo, in attesa di smaltimento e venutisi a trovare in condizioni anaerobiche.

Il procedimento permette di prevenire e di ridurre di conseguenza anche le condizioni di pericolosità indotte dalla presenza non controllata del metano stesso.

BACKGROUND DELL’INVENZIONE

Il metano à ̈ un gas ad effetto serra come definito dalla Direttiva 2003/87/CE. È inoltre classificato come gas asfissiante, tossico ed esplosivo con LEL pari al 5 % e UEL del 14% vol.

Il metano à ̈ considerato il secondo “gas serra†per ordine di importanza, preceduto soltanto dal biossido di carbonio. La valutazione quantitativa dell'impatto delle emissioni di metano sul riscaldamento globale fa riferimento al GWP (Global Warming Potential). È questo un indicatore che permette di confrontare la capacità di ogni gas di assorbire il calore rispetto al biossido di carbonio, usato come riferimento. Il GWP del metano à ̈ pari a 21 considerando un orizzonte temporale di 100 anni. Esso ha inoltre una vita media atmosferica di circa 12 anni.

Il contributo del metano al riscaldamento del pianeta à ̈ determinato dal quantitativo presente in atmosfera, dal tempo di permanenza medio del gas in atmosfera e dalla sua capacità di assorbire energia.

Si à ̈ stimato che il metano contribuisca alle emissioni di gas serra per un 9% e approssimativamente per il 20% al riscaldamento globale della pianeta.

Si stima inoltre che le concentrazioni di metano in atmosfera stiano aumentando con un tasso di crescita di circa 0,6% all’anno. A conferma di ciò negli ultimi decenni à ̈ stato riscontrato un notevole incremento del metano in atmosfera la cui concentrazione à ̈ passata dai circa 800 ppb nel 1860 (periodo preindustriale) sino ad un valore di 1750 ppb nel 2000

Tale forte incremento à ̈ imputabile alle attività antropiche in particolare all'agricoltura, allo smaltimento dei rifiuti e alla produzione di energia da combustibili fossili.

Tra le principali fonti di emissione di metano si annoverano le estrazioni di combustibili fossili (10%), dighe/bacini (20%), digestione del bestiame (18%), risaie (17%), discariche (10%) e deiezioni animali (7%)

Il metano emesso nelle discariche à ̈ prodotto dalla decomposizione microbiologica dei composti organici in condizioni anaerobiche, con il carbonio spartito pressoché equamente tra metano e anidride carbonica.

Si à ̈ stimato che la produzione di metano dovuta alle discariche nell'anno 2025 sarà del 60% maggiore rispetto alla produzione del 1995 di circa 40 Mt (IPCC 1995).

In risposta a tali problematiche, l'approvazione del protocollo di Kyoto da parte della Comunità e dei suoi Stati membri nel 2002 impegna questi ultimi a ridurre le emissioni dei gas ad effetto serra, nel periodo 2008-2012, dell'8% rispetto ai livelli del 1990. Inoltre, al fine di ridurre in modo economicamente efficiente le emissioni dei gas a effetto serra, l'Unione Europea à ̈ intervenuta istituendo un sistema per lo scambio dei diritti di emissione.

Costituisce un obiettivo del presente trovato quello di aiutare la Comunità e gli Stati membri a rispettare gli impegni di riduzione delle emissioni di gas ad effetto serra assunti dalla Comunità in base alla convezione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici(UNFCCC) e nell'ambito del protocollo di Kyoto5.

Ci sono normative a livello europeo che vanno verso la riduzione delle emissioni di metano dalle discariche. La strategia à ̈ quella di diminuire l’avvio in discarica di materiale organico, proprio per ridurre la fermentescibilità del rifiuto conferito in discarica e contenere la produzione sia di metano che di percolato La normativa italiana attuale prevede che alcune categorie di rifiuti organici non pericolosi possono essere utilizzati in attività di recupero di materia (riciclo/recupero di sostanze organiche non utilizzate come solventi-R3) o di recupero ambientale (rimodellamento morfologico-R10) oppure possono essere messi in riserva prima dell’avvio a recupero (R13) e, alla luce del nuovo testo unico ambientale, à ̈ previsto anche il loro deposito temporaneo, prima della raccolta, nel luogo in cui vengono prodotti (R14).

E’ un fatto però che, durante lo svolgimento delle operazioni sopra citate, il materiale organico può diventare, in particolari condizioni, una fonte di emissione di metano.

Si riportano di seguito alcuni esempi, citati in letteratura, in cui à ̈ attestata la produzione di metano da decomposizione di scarti organici, includendo anche le discariche.

RIFIUTI DI LEGNO- L’evoluzione della produzione di metano nel tempo da rifiuti di legno (tipo segatura) stoccati in cumuli (piles) à ̈ stata studiata negli Stati Uniti circa un decennio fa (Pier e Kelly, 1997). La composizione di tali rifiuti (31% lignina e 69% cellulosa, emicellulosa ed altri composti organici) corrisponde ad un elevato contenuto di carbonio organico e quindi, in condizioni anaerobiche ed anossiche, si può avere una notevole potenziale produzione di metano. Infatti, mentre il carbonio contenuto nella lignina viene considerato “sequestrato†in quanto recalcitrante alla degradazione anaerobica, per la cellulosa e l’emicellulosa si assume una decomposizione dell’80% che, secondo alcuni, può arrivare fino al 100% considerando che la quantità di carbonio inizialmente assimilata dai microrganismi rimane disponibile sottoforma di carbonio decomposto e può essere dissimulata. Si stima che la quantità di carbonio organico degradabile dei rifiuti del legno sia del 30% contro il (14-31)% del materiale da discarica, percentuale destinata a diminuire alla luce della direttiva †discariche†(Dir.

1999/31/CE) ed s.m.i.

Lo studio dei cumuli ha mostrato un rateo di emissione media di metano dell’ordine di 1,68 mg/(m2h), paragonabile a quello delle discariche (0,125-125 mg/(m2h)), con la seguente composizione del biogas: 20% metano (CH4) - 80% diossido di carbonio (CO2).

Deve inoltre essere considerata l’influenza di un eventuale copertura dei cumuli: in particolare, à ̈ stata studiata la copertura con uno strato di terra (cappellaccio), che, introdotta in ottemperanza alla normativa relativa al recupero di materia, rende di fatto il sito di stoccaggio una discarica. In questo caso si ha un raddoppio del rateo di emissione ed una composizione del biogas pari a: 50% metano (CH4) - 50% diossido di carbonio (CO2).

2) FANGHI DI CARTIERA - Studi sul comportamento dei fanghi di cartiera utilizzati in recuperi ambientali ai sensi del DM sopra citato sono stati condotti in Italia (Marroni et al., Dall’Ara et al.) Tali fanghi, composti anch’essi prevalentemente da cellulosa ed emicellulosa, nelle operazioni di tombamento possono venire a trovarsi in condizioni anossiche ed anaerobiche che ne determinano la decomposizione in biogas. Poiché le operazioni di rimodellamento morfologico possono avvenire anche in prossimità di bersagli sensibili, alle problematiche ambientali si affiancano quelle relative al pericolo di esplosioni, legate alla migrazione del biogas verso tali bersagli ed al determinarsi di condizioni di pericolo.

3) DISCARICHE NON RECENTI- Vecchie discariche, non progettate secondo gli standard attuali, possono diventare fonti di emissioni di metano e causa di esplosioni per il raggiungimento di concentrazioni pericolose anche nei pressi di bersagli sensibili (ad es. intercapedini di abitazioni limitrofe) (ATSDR, 1998).

Sono numerose le tipologie di intervento per la messa in sicurezza dei siti adibiti a discarica, usualmente attraverso il convogliamento del biogas verso vie di fuga controllate, con la realizzazione di un sistema di piping ed aspiratori, e la successiva combustione del metano (WO03103864)

4) DIFETTI DI DISCARICA- Nelle nuove discariche, pur essendo presente un impianto di convogliamento del biogas, si può avere una non totale intercettazione del metano. Per questo si sono studiati interventi atti a ridurre le emissioni di metano in atmosfera. Tra questi à ̈ previsto anche l’uso di sistemi passivi come la copertura delle discariche con materiali biofiltranti, tra cui ad esempio il compost.

Ad oggi, le ricerche sono concentrate sulla durata del potere biofiltrante e sulle condizioni operative della biofiltrazione indotta dall’uso di tali materiali.

Una strada alternativa proposta per la riduzione della concentrazione di metano in un sito contaminato o in un cumulo prevede invece un intervento fisico-meccanico di aspirazione, attraverso dei pozzi di aspirazione del biogas, i cosidetti SVE (Soil Vapor Extraction – SVE), da praticare nei sedimenti insaturi in prossimità ed a difesa degli edifici circostanti.

Tali interventi sono diversi dalle bonifiche “convenzionali†sia perché il metano non à ̈ incluso tra i contaminanti, sia perché non si può esprimere l’efficacia del trattamento semplicemente come percentuale di riduzione rispetto alle condizioni iniziali. Infatti, col procedere del tempo, il metano si forma per via della degradazione anaerobica e la concentrazione presente à ̈ il risultato della differenza tra il metano prodotto sino a quello istante e quello allontanato istante per istante.

Tuttavia i pozzi di aspirazione hanno un grosso limite: richiedono infatti il consumo di energia elettrica e costi di gestione che spesso si prolungano per anni.

SCOPO DELL’INVENZIONE

Compito del presente trovato à ̈ quello di ovviare a tutti gli inconvenienti ed ai limiti delle tecnologie sinora impiegate per ridurre le emissioni di metano da discariche e siti di recupero rifiuti, fornendo un procedimento che, attraverso un intervento una tantum, che non richiede l’uso né di energia elettrica né di acqua durante le operazioni di bonifica, consenta:

la riduzione della concentrazione di metano in un sito “contaminato†o in un cumulo,

la prevenzione di fenomeni di accumulo e di formazione di sovrappressioni, e

la riduzione della formazione di metano.

Più in particolare il procedimento oggetto del presente trovato prevede di ridurre in situ la produzione di biogas a partire dalla degradazione della fase solida, e di convogliare e regimare l’emissione di quello presente previa biofiltrazione e bioconversione, eliminando quindi la pericolosità residua dell’area sino a raggiungere il recupero dell’area stessa anche a fini agricoli, qualora sia richiesto.

BREVE RIASSUNTO DELL’INVENZIONE

I sopracitati scopi sono stati raggiunti attraverso l’uso di materiali che favoriscono ed accelerano la biostabilizzazione aerobica della sostanza organica e la creazione nella zona interessata di aree di microaerofilia che possono aiutare e indurre degradazioni che non passano attraverso la fase metanigena, la quale à ̈ strettamente anaerobica.

Pertanto il procedimento secondo la presente invenzione si attua attraverso un intervento che si configura contemporaneamente come:

i) fisico-meccanico, con fasi di escavazione, rimozione e reinserimento del materiale scavato e creazione di discontinuità (in particolare nella porosità e nella densità del materiale di copertura e delle sezioni orizzontale e verticale del tombamento),

ii) biologico, in quanto si prevede esclusivamente l’uso di un compost “ su misura†cioà ̈ progettato e prodotto per il trattamento di contaminanti specifici in siti specifici, assieme a miscele enzimatiche di origine vegetale.

In breve il procedimento che si descrive si articola nelle seguenti fasi:

1) La prima fase consiste nel fornire una preparazione enzimatica innovativa utilizzabile nei processi di maturazione e biostabilizzazione di diversi tipi di biomasse allo scopo di velocizzare la biostabilizzazione. Tale preparazione enzimatica può essere preparata a partire dalla semplice miscelazione di materie prime naturali disponibili a basso costo come più avanti specificato;

2) Una seconda fase consiste nel preparare mediante un processo di biostabilizzazione e maturazione, un compost “su misura†, a partire da materiali selezionati (rifiuti organici selezionati alla fonte), mediante l’aggiunta della miscela enzimatica sopraddetta, che consente lo sviluppo e l’arricchimento in microorganismi che degradano il metano e che degradano i composti cellulosici (cellulolitici) e potenzialmente gli idrocarburi a catena corta;

3) Una terza fase consiste in un processo di remediazione del sito (o cumulo) anche di grandi dimensioni di deposito delle biomasse e rifiuti che utilizza le miscele enzimatiche sopraddette ed il compost “su misura†sopraddetto.

L’invenzione prevede che tali materiali siano utilizzati creando una maglia regolare di discontinuità nel volume di bonifica mediante una pluralità di pozzetti o scavi al suo interno che possibilmente arrivano da 3 metri sino alla profondità del sito.

4) Una ulteriore fase consiste nel fornire un mezzo tecnico per ottenere un contenimento passivo dei gas (metano) internamente ad una area.

Ciò à ̈ ottenuto tramite la realizzazione di una serie di biofiltri (denominata collana) lungo il perimetro dell’area di discarica. Questi biofiltri vengono realizzati riempiendo i pozzetti con il solo compost “su misura†per favorire il contenimento passivo dei gas nella zona interna.

DESCRIZIONE DEI DISEGNI ALLEGATI

La descrizione del procedimento sarà meglio seguita dalla descrizione particolareggiata che segue, facendo riferimento alle allegate tavole di figure che ne rappresentano a solo titolo di esempio non limitativo una preferita forma di attuazione. Nei disegni:

la fig. 1 Ã ̈ uno schema delle diverse fasi in cui si articola il procedimento;

la fig.2 Ã ̈ una vista in sezione di un pozzetto con compost su misura ed enzima;

la fig.3 Ã ̈ una vista in sezione di un pozzetto riempito con compost su misura, col materiale da trattare rimosso dalla stessa e con enzima;

la fig.4 mostra in pianta un intervento di bonifica in una discarica con la realizzazione di pozzetti biofiltro e di una collana perimetrale di biofiltri per il confinamento passivo del metano;

la fig.5 à ̈ un grafico che mostra l’andamento delle concentrazioni di metano, diossido di carbonio ed ossigeno in uno dei pozzi interni all’area del “Fondo Colombarotto†nei primi 18 mesi dell’intervento pilota;

la fig.6 à ̈ un istogramma che riporta l’andamento nel tempo delle concentrazioni medie rilevate in 16 pozzi presenti all’interno del sito di misura per metano, diossido di carbonio ed ossigeno.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

Con riferimento alla figura 1, descriveremo nel dettaglio, nella loro successione, le quattro fasi del procedimento.

I FASE

La prima fase del procedimento secondo il trovato consiste nella preparazione di una innovativa composizione enzimatica da usare sul sito, sui rifiuti o/e sul compost da utilizzare, per accelerare la degradazione e la biossidazione.

Tale composizione à ̈ caratterizzata dal fatto che contiene componenti vegetali ricchi nelle vitamine A, E e C, appartenenti alle famiglie delle Asteraceae, Rutacee, Graminacee, Malvaceae e Rosaceae mescolate con latte non trattato in proporzione 1:1.

Esempi di piante utilizzate sono: il tarassaco, il topinambur, il girasole, il frumento, il sorgo, la rosa canina, la malva.e la ruta.

Le componenti vegetali sono raccolte nel loro periodo balsamico (pieno sviluppo vegetativo o nella fase di semi e frutti maturi).

La preparazione della composizione enzimatica avviene nel seguente modo:

- si selezionano le componenti vegetali ricche in vitamine e le componenti vegetali che sviluppano fragranze e profumi nel periodo balsamico (pieno sviluppo vegetativo o nella fase di semi e frutti maturi);

- si tolgono le parti danneggiate o rotte,

- si sminuzzano fino a dimensioni inferiori a un chicco di riso, e si dispongono in cumuli;

- si aggiunge latte pastorizzato in proporzioni 1:1 sul peso finale di ciascun cumulo, si mescola e si mantiene a temperature inferiori a 60°C.

Si prevedono due modalità di utilizzo:

i) direttamente sul sito, o

ii) per preparare un compost su misura.

Le dosi di impiego sono le seguenti: La composizione enzimatica à ̈ aggiunta sul compost all’interno del sito da bonificare o della discarica o mescolata coi rifiuti in proporzione 0,1-1 kg per m<3>di compost.

II FASE:

- La seconda fase del procedimento consiste nel fornire, attraverso un processo di maturazione che fa uso delle miscele enzimatiche sopraddette, un compost su misura, progettato cioà ̈ per il trattamento di contaminanti specifici in siti specifici, avente le caratteristiche di essere stabile e di essere in grado di affiancare alle proprietà di un qualsiasi compost di qualità ad elevato grado di maturazione - con una biomassa attiva dotata di elevata attività metabolica di tipo degradativo - delle caratteristiche specifiche per la risoluzione del problema in esame.

In sostanza le funzioni esercitate da detto compost si possono ricondurre alle seguenti:

- Una funzione degradativa della cellulosa (composti cellulolitici) e del metano (quantità)

- l’apporto di popolazioni selezionate di metanotrofi … non presenti normalmente nei compost;

- L’apporto di nutrienti al sito da bonificare;

- L’apporto di sostanza organica per recupero a fini agricoli.

L’adozione del compost “ su misura †determina anche un effetto positivo sulle condizioni generali di formazione del suolo, contribuendo, in particolare, al ripristino in tempi relativamente brevi di una qualità di terreno vegetale paragonabile a quello originale preesistente: si tratta infatti di un materiale stabile ad elevato contenuto di sostanza organica, con la qualifica di ammendante e substrato.

Il compost su misura viene preparato attraverso un processo di biostabilizzazione e maturazione a partire da un cumulo di materiali selezionati (rifiuti organici selezionati alla fonte) mediante l’aggiunta della miscela enzimatica preparata secondo quando detto in fase 1. La miscela enzimatica viene aggiunta all’inizio del processo, durante la stessa formazione del cumulo. Viene poi effettuata una operazione di omogeneizzazione per velocizzare il processo di biossidazione e per ridurre il numero di rivoltamenti.

Il processo à ̈ accelerato mantenendolo in condizioni di costante termofilia ed a temperature comprese tra 55 e 75°C per almeno sette giorni. Il mantenimento di tali temperature à ̈ particolarmente significativo perché riduce il contributo dei microorganismi mineralizzatori, responsabili del maggiore consumo di ossigeno che, come à ̈ noto, verso i 55-60°C, riducono drasticamente la loro attività. Il permanere di tali elevate temperature assicura inoltre una efficace igienizzazione.

Gli esempi che seguono, mostrano i risultati di analisi microbiologiche su diversi campioni di compost e la verifica della capacità degradativa di un campione di compost attraverso una prova di degradazione di metano (utilizzando metanolo per motivi pratici) e di altri idrocarburi a catena corta.

Come si evince dall’Esempio 1, detto compost à ̈ ricco di microrganismi che degradano il metano (metanotrofi), e che degradano i composti cellulosici (cellulosolitici) e potenzialmente di idrocarburi a catena corta .

ESEMPIO 1:

Analisi Microbiologiche su compost

Scopo dell’indagine à ̈ la caratterizzazione microbiologica di campioni di compost, con particolare riferimento a batteri eterotrofi totali, lignocellulosolitici, ligninolitici e metanotrofi/ metilotrofi, su diversi campioni di compost, prodotti dallo stesso impianto.

Descrizione dei campioni

Campioni 1 e 2, prodotti presso l’impianto di compostaggio (Carpi) e maturati per 120 e 240 gg, rispettivamente, dopo vagliatura,

Campioni 3 e 4; prodotti presso l’impianto di compostaggio (Carpi), trattati secondo il procedimento oggetto della domanda di brevetto EP02425717.2 e maturati per 300 e 600 gg, rispettivamente dopo vagliatura, Campioni 5 e 6 prodotti presso l’impianto di compostaggio (Carpi) e trattati secondo il procedimento oggetto della presente invenzione e prelevati su trincea biofiltro (denominata BIO2) a due diverse profondità.

Risultati delle analisi

Metodi di misura: Metodi Ufficiali n. III.9. Gruppi fisiologici del ciclo del carbonio. S.O. alla G.U. n. 179 del 1 agosto 2002.

Acronimi

UFC: Unità Formanti Colonia

MPN Most Probable Number

CB: Carica batterica totale

CB22: Carica batterica totale a 22°C

CMC Carbossimetilcellulosa

TABELLA 1

Conta su %

Nome campione<CB22>

(UFC/g secco)CMC Cellulosolitici Non trattato

1202,5 x 108 0 0,0 Non trattato

2401,4 x 108 0 0,0 Trattato 300 8,3 x 106 2,8 x 104 0,3 Trattato 600 2,6 x 108 0 0,0

BIO2 25 cm 1,8 x 108 3,0 x 107 16,3

BIO2 50 cm 1,4 x 108 6,4 x 106 4,5

Nei campioni BIO2, la % dei batteri cellulosicitici aerobi arriva fino al 16% sulla carica batterica a 22°C. In questi campioni la flora cellulositica si à ̈ selezionata.

Determinazione dei batteri ligninolitici

Metodo: perdita di peso di materiali lignocellulosici, assumendo che la degradazione assuma una cinetica del 1 ordine. Il risultato finale à ̈ espresso come tempo di dimezzamento in giorni.

TABELLA II

Velocità di

decomposizione Tempo di

Nome

materiale dimezzamento

campione

lignocellulosico (giorni)

(g/giorni)

Bianco 0,0010 1083

1 Non trattato

1200,0045 154

2 Non trattato

2400,0054 128

3 Trattato 300 -0,0018 -385

4 Trattato 600 -0,0026 -267

5 BIO225 cm 0,0102 68

6 BIO250 cm 0,0199 35

Attività lignolitica. I valori negativi dimostrano l’assenza di attività lignolitica.

Tutti i campioni, ad eccezione di 3 e 4 (preparati secondo il procedimento della domanda di brevetto EP02425717.2 ) presentano attività lignolitica, soprattutto i campioni BIO2.

Globalmente:

- in tutti i campioni analizzati sono state rilevate concentrazioni di microrganismi che dimostrano una notevole attività;

- tutti i campioni, ma soprattutto i campioni BIO2, mostrano una notevole attività cellulositica;

- tutti i campioni, ma soprattutto i campioni BIO2, mostrano una marcata attività nei confronti di materiali lignocellulosici.

Determinazione dei batteri metanotrofi

Sono stati scelti 4 ceppi batterici al fine dell’identificazione biomolecolare, per dimostrare la presenza di metanotrofi/metilotrofi.

ESEMPIO 2:

Prove di degradazione di metano (METANOLO) e altri idrocarburi (gasolio)

Scopo dell’indagine à ̈ verificare se il campione di compost in esame à ̈ in grado di esprimere una attività degradativi nei confronti di Metano (utilizzando Metanolo per motivi pratici).

Risultati delle analisi - Prova di trattabilità

Il test di trattabilità consiste:

nella realizzazione di una serie di reattori contenenti un campione di compost inquinato con Metanolo (2 l/l) (Metanolo)

e nella misura settimanale, per 4 settimane, del metanolo presente e della carica batterica totale.

Metodi di misura

Il metanolo à ̈ stato misurato secondo UNICHIM 1210 ISO 16730:2004.

La carica batterica totale a 22°C Ã ̈ stata misurata secondo M.U. 956:01.

Acronimi

UFC: Unità Formanti Colonia

CB22: Carica batterica totale a 22°C

TABELLA III

Parametro t = 0 T= 7 gg T = 14 gg T= 21 gg t= 28 gg Metanolo (mg/l) 312 146 132 105 <0,1 CB22 (UFC/ml) 7,1 x 104 7,7 x 107 9,1 x 106<4,9 x>5,6 x105105

Come si vede dalla tabella III, la flora batterica del campione aumenta nella prima settimana di trattamento, diminuisce fino alla terza settimana e poi si mantiene costante. Contemporaneamente si ha un progressivo calo del contaminante, che si mantiene circa costante tra 7 e 21 giorni, per poi arrivare a completa degradazione nell’ultima settimana di trattamento. Inoltre per tutta la durata del trattamento à ̈ presente una ampia varietà di colonie microbiche.

In conclusione, per quanto riguarda il metano (metanolo per motivi pratici), il compost ha mostrato una notevole attività degradativa nei confronti dell’inquinante, che viene completamente eliminato in 28 giorni. Il fatto che non ci sia una marcata specializzazione qualitativa delle colonie microbiche fa pensare che il campione di compost sia già capace di degradare questo tipo di inquinante.

III FASE

La terza fase consiste in un processo di remediazione del sito (o cumulo) anche di grandi dimensioni di deposito delle biomasse e rifiuti che utilizza le miscele enzimatiche sopraddette ed il compost “su misura†sopra descritto.

Come illustrato nelle figg.2,3 e 4, l’intervento prevede che tali materiali siano utilizzati creando nel volume di bonifica una pluralità di scavi o pozzetti, preferibilmente disposti secondo una maglia regolare che copre l’intera area del sito, che danno luogo ad altrettante discontinuità nello stesso volume di bonifica (con variazioni di densità, permeabilità, ecc).

Preferibilmente detti pozzetti, come illustrato nelle figg.2 e 3, hanno la forma di tronchi di piramide rovesciati che raggiungono la profondità di deposito dei rifiuti.

Secondo una caratteristica peculiare del presente trovato, i pozzetti vengono successivamente riempiti secondo due modalità che ne differenziano le caratteristiche:

o con la sola miscela compost “su misura†ed enzimi (ottenendo i pozzetti denominati BIOFILTRI, illustrati in fig.2)

o con gli stessi enzimi assieme ai materiali da trattare che erano contenuti preliminarmente all’interno di ciascun pozzetto e che erano stati poi rimossi, rimescolati grossolanamente con del compost “su misura†prima del nuovo riempimento, (ottenendo i pozzetti denominati BIOPILE, illustrati in fig. 3),

I pozzetti BIOFILTRI fungono da camino convettore per la fuoriuscita del gas ed al tempo stesso consentono la trasformazione biochimica del metano in biossido di carbonio, favorita e catalizzata dai materiali utilizzati. Si deve notare che à ̈ già noto utilizzare come biofiltro in compost, maturo e stabile. Nel nostro caso però con l’uso di un compost “su misura†, arricchito con le suddette miscele enzimatiche e l’apporto di popolazioni selezionate di metanotrofi non presenti normalmente nei compost, la trasformazione biochimica del metano in biossido di carbonio viene sensibilmente accelerata.

In pratica nello scavo viene introdotto fino al piano campagna del compost addizionato con le miscele enzimatiche ottenute secondo la fase I. Dato il minor peso specifico del compost rispetto ai materiali costituenti il cappellaccio,(cioà ̈ lo strato di materiale che costituisce la copertura dello scavo), si determina, attraverso la sostituzione del materiale tombato e dello strato superficiale con esso, una minore pressione litostatica e quindi si favorisce il degasamento impedendo la formazione di sacche di gas.

Nel secondo caso (il pozzetto BIOPILE di fig.4) il sedimento estratto viene miscelato con il compost “su misura†in una proporzione opportunamente definita sulla base delle caratteristiche chimiche del materiale tombato, additivato con miscele enzimatiche e sottoposto ad un processo di compostaggio in cumulo non rivoltato.

Il cappellaccio anche in questo caso à ̈ stato completamente o parzialmente sostituito con il compost arricchito con miscele enzimatiche, in modo da diminuire la pressione litostatica agente sul materiale tombato e favorire quindi il degasamento, ma anche, data la maggiore porosità del compost rispetto al cappellaccio di copertura, l’instaurarsi di condizioni di microaerofilia, vantaggiose per il processo di biostabilizzazione aerobica.

Al termine del processo di biostabilizzazione e maturazione, il materiale così ottenuto à ̈ atto ad essere utilizzato in situ per utilizzo agronomico.

IV FASE

Una ulteriore fase consiste nel fornire uno strumento tecnico per ottenere un contenimento passivo dei gas (metano) internamente ad una area. Ciò à ̈ ottenuto tramite la realizzazione di una serie di biofiltri (denominata collana) lungo il perimetro con compost su misura lungo il perimetro dell’area, per favorire il contenimento passivo dei gas nella zona interna.

ESEMPIO 3

Riduzione della formazione di metano: riduzione della potenzialità di produzione

Si riportano sinteticamente i risultati dell’attività svolta presso il sito “Fondo Colombarotto†situato in località Piratello del Comune di Imola, dove un’errata conduzione dell’attività di rimodellamento morfologico con l’uso di rifiuti non pericolosi ha determinato la produzione di una ingente quantità di biogas.

Tale sito era stato oggetto negli anni 80 di attività estrattiva di materiale argilloso e negli anni 2003-2004 (precisamente dal 13.062003 al 13.12.2004), di recupero ambientale per una superficie di 49.000 m<2>utilizzando rifiuti non pericolosi quali fanghi provenienti da industria cartaria per un totale di circa 60.000 tonnellate.

Nel dicembre 2005 si sono verificate a distanza di una settimana due deflagrazioni all’interno di una casa di campagna distante circa 400 m dall’area dell’ex-cava. Dopo gli opportuni accertamenti à ̈ stata esclusa l’ipotesi che le deflagrazioni fossero state causate da perdite della rete di gas metano. ARPA ha ipotizzato e poi confermato che l’origine delle deflagrazioni era nella produzione e migrazione di biogas dal vicino Fondo Colombarotto. Sono state misurate elevate concentrazioni di gas metano non solo all’interno dell’area ma anche a circa 100 metri di distanza verso diversi bersagli sensibili (abitazioni). L’erronea modalità del tombamento dei fanghi ha indotto un accelerato processo di degradazione anaerobica della sostanza organica contenuta (prevalentemente cellulosa) determinando la produzione di una ingente quantità di biogas caratterizzato da elevate concentrazioni di metano.

L’intervento di risanamento à ̈ stato messo in atto con la realizzazione su un’area di circa 49.000 mq di 52 trincee biofiltro e 56 trincee biopile ,poste a distanza regolare tra di loro, venendo così a determinare sulla superficie una specie di reticolo come illustrato in fig.4.

La riduzione della potenzialità della produzione di metano dal fango, à ̈ stata valutata conducendo analisi chimico-fisiche e test respirometrici su campioni prelevati all’interno della trincea Biopile nel tempo.

Come valori di riferimento sono stati assunti i valori iniziali dei parametri relativi allo stato iniziale precedente all’attività di biorisanamento (t_0) del fango di cartiera tombato.

Per valutare l’efficacia e la tipologia della biostabilizzazione sulla fase solida, si sono utilizzati l’Indice Respirometrico Dinamico (IRD) e il Potenziale Biochimico di Metanazione (BMP).

L'indice respirometrico (IRD) à ̈ un parametro analitico fondamentale per la valutazione del processo di trattamento biologico aerobico di biostabilizzazione delle biomasse. Tale Indice viene definito Potenziale (IRDP) quando à ̈ determinato in condizioni di umidità standardizzata per tutti i campioni testati.

Il monitoraggio temporale della stabilità biologica del fango di cartiera sottoposto a trattamento, misura il grado di decomposizione della sostanza organica fermentescibile in prodotti biologicamente stabili. Le prove per la determinazione dell’indice di respirazione dinamico (IRD) vengono effettuate con test respirometrici condotti in accordo al metodo dinamico DiProVe e mediante l’adozione del respirometro adiabatico dinamico (Respirometer 3022 Costech Instrument) (UNI/TS 11184(2006) - ICS : 13.030.01 75.160.10 Waste and refuse derived fuels - Determination of biological stability by dynamic respirometric index (DRI) (2006-10-26))

Il test tende a riprodurre in laboratorio le condizioni che si verificano nella realtà del trattamento condotto sulle matrici organiche, permettendo quindi di gestire nel tempo la tipologia di intervento applicata in situ. E’ riportato un esempio di grafico (Fig. 3) con varie tipologie di andamenti che si ottengono con prove per la misura dello IRD (mg O2 * kg SV-1 * h-1†).

Il potenziale (BMP) misura la massima produzione di gas metano (espressa come N m3 CH4/S.V.) della sostanza organica contenuta nella fase solida monitorata. La determinazione viene eseguita conducendo test respirometrici anaerobici a scala di laboratorio, in accordo con i metodi riportati in letteratura (Environment Agency England and Wales (2005), Guidance on monitoring MBT and other pretreatment processes for the landfill allowances schemes e Binner E. (2003), Assessment of MBP waste-misinterpretations of respiraction activity Proceedings Sardinia 2003, 9 Int. Waste Management and Landfill Symposium S. Margherita di Pula, Cagliari, Italy Le due tecniche respirometriche di monitoraggio, aerobica ed anaerobica, sono applicate in parallelo sia sul fango di cartiera rimosso e sia sul materiale campionato a distanza temporale definita, nelle tre diverse tipologie di intervento.

I risultati devono fornire la caratterizzazione della trasformazione biochimica del “materiale tombato†durante i trattamenti fisici e biologici adottati. L’efficienza degli interventi si evince da una riduzione della produzione specifica di gas metano in correlazione all’aumento della stabilità biologica (diminuzione dei valori di IRD registrati).

La tabella IV che segue mostra i valori dell’IRDP e BMP per campioni prelevati internamente alle trincee Biolpile in condizioni di umidità standardizzata per tutti i campioni testati

TABELLA IV

<3>Campione) IRDP (mgO2/kgSVh BMP m/tSV

t=0 345,2 183

t= 8gg 254,6 91,2

t= 106 - 75

t= 300 - 58,2

Come mostrato dalla Tabella IV, nella zona di trattamento si evidenzia la continua riduzione del “potenziale di produzione di metano (BMP) e della reattività in generale (riduzione anche dell’IRDP).

A t=106 e t=300 gg non sono stati eseguiti campioni per la determinazione dell’IRDP in quanto le quantità da prelevare sarebbero state tali da alterare in maniera sostanziale la configurazione dell’intervento.

I valori di IRDP sono così bassi (inferiori a 500 N m<3>CH4/SV, considerata una soglia di stabilità) da designare una matrice stabile che tale rimane; mentre la riduzione della potenziale produzione di metano per unità di sostanza organica si riduce di quasi il 70% in un anno.

ESEMPIO 4:

Riduzione della concentrazione di metano, con allontanamento del gas già formato.

Si riporta in Fig. 5 l’andamento delle concentrazioni di metano, diossido di carbonio ed ossigeno in uno dei pozzi interni all’area del “Fondo Colombarotto†dell’esempio 3 nei primi 18 mesi di intervento pilota, precisamente dall’Agosto 2006 (t=0, realizzazione dell’intervento) al Febbraio 2008.

Per dare un’idea dell’andamento complessivo dell’area, si riporta, in fig. 6, anche l’andamento nel tempo delle concentrazioni medie rilevate nei 18 pozzi di misura per metano, diossido di carbonio ed ossigeno; dalla figura 6 si evince una riduzione della concentrazione media di metano e di diossido di carbonio (circa il 50%) ed un progressivo incremento della concentrazione di ossigeno.

ESEMPIO 5:

Efficacia dei biofiltri: Effetto di convogliamento e verifica della bioconversione

I dati riportati nella tabella V che segue sono sempre relativi al “Fondo Colombarotto†precedentemente descitto.

Per la valutazione dell’efficacia dell’azione biofiltrante dei biofiltri à ̈ stato approntato un sistema di monitoraggio interno e superficiale degli stessi. In particolare, durante la realizzazione delle trincee sono stati inseriti all’interno degli scavi dei piezometri del diametro di 3 pollici e della lunghezza di 3 metri opportunamente fessurati, il cui monitoraggio consenta di conoscere la composizione del biogas all’interno del biofiltro, mentre sulla superficie sono state posizionate delle “padelle†da cui ottenere indicazioni sui valori superficiali.

Dal confronto dei valori monitorati, si ritiene valutabile l’azione bio-filtrante dello strato di materiale introdotto. A titolo di esempio, si riposta la composizione del biogas ottenuta dal monitoraggio di uno dei sistemi sopradescritto.

TABELLA V

%CH4%CO2%O2

M10 30,8 40,8 2,5

PM10 0,4 13,5 9,6

Tali dati danno indicazione del convogliamento del biogas verso gli stessi, poiché al loro interno ci sono notevoli concentrazioni di biogas, in particolare di metano mentre sulla superficie degli stessi biofiltri la concentrazione del metano à ̈ notevolmente ridotta e soprattutto à ̈ modificato, in favore della CO2, il rapporto tra metano ed diossido di carbonio. La conmposizione %% del biogas all’interno del sito à ̈ circa equidistribuito tra metano ed anidride carbonica (50:50%); soprattutto alla superficie dei biofiltri la percentuale à ̈ abbondantemente a favore dell’anidride carbonica (97%), indicazione dell’effetto della bioconversione da metano ad anidride carbonica.

Da quanto fin qui descritto, si può osservare quanto segue: tutto il processo si sviluppa mediante l’attivazione dei microrganismi microaerofili indigeni, quindi la tecnologia, basata sul principio dell’attenuazione naturale, à ̈ intermedia tra la bioremediation e la biostimulation.

Infatti, nella biostimulation, vengono introdotti nel suolo nutrienti sotto forma di fertilizzanti organici (compost) che aumentano la popolazione microbica indigena, mentre nel caso in esame vengono usate anche delle sostanze attivanti (PAV), come nella bioremediation, per coadiuvare ed accelerare la degradazione dei contaminati ambientali ad uno stato d’inerzia, svolta comunque dai microrganismi già presenti nel suolo.

L’inserimento nel filone del trattamento biologico avviene anche per la particolare tipologia di compost utilizzato: si tratta infatti di un compost “su misura†, vale a dire progettato e prodotto per il trattamento di contaminanti specifici in siti specifici, in modo da affiancare alle proprietà di un qualsiasi compost di qualità ad elevato grado di maturazione (che presenta una biomassa attiva dotata di elevata attività metabolica di tipo degradativo) delle caratteristiche specifiche per la risoluzione del problema in esame. La “Compost Bioremediation†à ̈ una procedura già validata dall’EPA (Agenzia per la Protezione dell’Ambiente Americana) in diversi contesti quali siti contaminati da idrocarburi, solventi, pesticidi, metalli pesanti, prodotti petrolifici ed esplosivi .

Numerosi sono i vantaggi conseguiti con il procedimento che si descrive.

Un primo vantaggio consiste nel fatto che non à ̈ necessario portare via nulla dal sito. Infatti con la formazione di Biopile sul posto, il fango/rifiuto estratto dalla trincea viene miscelato, come si à ̈ visto, con compost “su misura†, in una proporzione opportunamente definita sulla base delle caratteristiche chimiche del materiale, addittivato degli enzimi e sottoposto ad un processo di compostaggio, in cumulo non rivoltato. Al termine del processo di biostabilizzazione e maturazione, il materiale così ottenuto à ̈ utilizzabile in situ, per il recupero agricolo dell’area.

Un secondo vantaggio sta nel fatto che tutte le fasi del procedimento sono compatibili con altre tipologie di interventi quali contenimenti alla migrazione tramite trincee con geotessili, interventi fisici-meccanici quali SoilVapour Extraction (SVE) ed interventi di fitoremediation.

Un terzo vantaggio sta nel fatto che il procedimento può essere utilizzato sia per una messa in sicurezza di emergenza che permanente e funziona anche in presenza di falde di acqua sospese.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI: 1) Procedimento per ridurre le emissioni nell' atmosfera di metano derivante dalla decomposizione di sostanze organiche depositate in discariche, in siti per recupero di materia, come ripristini ambientali, o anche di rifiuti, da soli o in cumulo, in attesa di smaltimento e che si trovano in condizioni anaerobiche, caratterizzato dal fatto che prevede la remediazione del sito (o cumulo) di deposito delle biomasse e/o rifiuti, attraverso l'uso di materiali che favoriscono ed accelerano la biostabilizzazione aerobica della sostanza organica e la creazione nella zona interessata di aree di microaerof ilia atte ad aiutare e/o ad indurre degradazioni che non passano attraverso la fase metanigena, che à ̈ anaerobica; in cui detti materiali per la biostabilizzazione aerobica sono costituiti da: una composizione enzimatica per la riduzione della produzione e delle emissioni di metano, la quale contiene delle componenti vegetali ricche nelle vitamine A, E e C, appartenenti alle famiglie delle Asteraceae, Graminacee, Malvaceae, Rosaceae e Rutacee, mescolate con latte non trattato in proporzione 1:1 in peso; e un compost prodotto su misura per il trattamento del sito specifico e ricco di microorganismi che degradano il metano ed i composti cellulosici nonché di batteri metanotrofì/metilotrofi .
2. 2) Procedimento come alla rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto che come componenti vegetali di detta composizione enzimatica sono utilizzati il tarassaco, il topinambur, il girasole, il frumento, il sorgo, la rosa canina, la malva e la ruta; dette componenti vegetali essendo raccolte nel loro periodo balsamico cioà ̈ nel pieno sviluppo vegetativo o nella fase di semi e frutti maturi.
3. 3) Procedimento come alla rivendicazione 1 o 2 caratterizzato dal fatto che : - le componenti vegetali, dopo aver tolto le parti danneggiate o rotte, vengono sminuzzate fino a dimensioni inferiori a un chicco di riso, e si dispongono in cumuli; - si aggiunge latte pastorizzato in proporzioni 1:1 sul peso finale di ciascun cumulo, si mescola e si mantiene a temperature inferiori a 60°C.
4. 4) Procedimento come alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto compost à ̈ preparato mediante un processo di biostabilizzazione e maturazione, a partire da materiali selezionati (rifiuti organici selezionati alla fonte), mediante l'aggiunta della miscela enzimatica di cui alla rivendicazione precedente, sin dalla formazione del cumulo di detti materiali e durante la fase di omogeneizzazione allo scopo di velocizzare il processo di biossidazione e ridurre il numero di rivoltamenti; detto processo essendo accelerato mantenendolo in condizioni di costante termofilia ed a temperature comprese tra 55 e 75°C per almeno una settimana.
5. 5) Procedimento per ridurre l'emissione nell'atmosfera di metano derivante dalla decomposizione di sostanze organiche, come alla rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che oltre all'aggiunta della composizione enzimatica il compost prevede l'apporto di popolazioni selezionate di batteri, in modo tale da risultare ricco di microorganismi che degradano il metano e che degradano i composti cellulosici (cellulolitici) e potenzialmente gli idrocarburi a catena corta.
6. 6) Procedimento per ridurre l'emissione nell'atmosfera di metano derivante dalla decomposizione di sostanze organiche come alle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che l'uso dei materiali che favoriscono ed accelerano la biostabilizzazione aerobica della sostanza organica viene preceduto da un intervento fisico-meccanico, che prevede fasi di escavazione di una pluralità di pozzetti all'interno del volume di bonifica, la rimozione del materiale scavato, ed il successivo riempimento degli stessi pozzetti con due modalità diverse allo scopo di differenziarne le funzioni e cioà ̈: a) riempiendo dei pozzetti con una miscela formata dalla composizione enzimatica secondo la rivendicazione 1 e da compost prodotto su misura secondo la rivendicazione 4, allo scopo di determinare, attraverso la sostituzione del materiale tombato e dello strato superficiale del pozzetto stesso, una minore pressione litostatica e quindi favorire il degasamento impedendo la formazione di sacche di gas; e b) riempiendo i rimanenti pozzetti con la stessa composizione enzimatica, assieme ai materiali estratti da ciascun pozzetto dopo che sono stati miscelati con del compost "su misura" e sottoposti a compostaggio su cumuli non rivoltati prima del nuovo riempimento.
7. 7) Procedimento per ridurre l'emissione nell'atmosfera di metano derivante dalla decomposizione di sostanze organiche come alla rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto che nel caso a) i pozzetti fungono da camino convettore per la fuoriuscita del gas ed al tempo stesso consentono la trasformazione biochimica del metano in biossido di carbonio, favorita e catalizzata dai materiali utilizzati (biofiltri).
8. 8) Procedimento per ridurre l'emissione nell'atmosfera di metano come alla rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che nel caso b) i pozzetti, data la maggiore porosità del compost rispetto al cappellaccio di copertura, favoriscono l'instaurarsi di condizioni di microaerofilia, vantaggiose per il processo di biostabilizzazione aerobica (biopile).
9. 9) Procedimento per ridurre l'emissione nell'atmosfera di metano come alla rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che i pozzetti realizzati nelle fasi di escavazione all'interno del volume di bonifica sono distribuiti secondo i nodi di una maglia regolare.
10. 10) Procedimento per ridurre l'emissione nell'atmosfera di metano, come ad una qualunque delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che una ulteriore fase prevede di ottenere un contenimento passivo dei gas (metano) internamente ad una area da bonificare tramite la realizzazione di una serie di biofiltri (denominata collana) distribuiti lungo il perimetro della stessa area di discarica; detti biofiltri essendo realizzati riempiendo i pozzetti con il solo compost "su misura" per favorire il contenimento passivo dei gas nella zona interna.
11. 11) Procedimento per ridurre l'emissione nell'atmosfera di metano, come ad una qualunque delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che i pozzetti hanno la forma di tronchi di piramide rovesciata.
12. 12) Procedimento per ridurre l'emissione nell'atmosfera di metano, come alla rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto che detti pozzetti raggiungono la profondità di deposito dei rifiuti.