ITTO20090264A1 - Procedimento per il trattamento di rifiuti. - Google Patents

Description

“Procedimento per il trattamento di rifiutiâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un nuovo e vantaggioso procedimento per il trattamento dei rifiuti, in particolare rifiuti comprendenti un fase liquida, definita “percolato da rifiuti†.

Il percolato à ̈ un liquido che si forma o per l’infiltrazione di acqua all’interno della massa solida dei rifiuti, o per la decomposizione dei rifiuti stessi, oppure per la progressiva compattazione dei rifiuti. La formazione di percolato all’interno di una discarica rappresenta un notevole problema sia tecnico sia economico. Il percolato, infatti, à ̈ un refluo caratterizzato da un tenore più o meno elevato di sostanze inquinanti che vanno eliminate.

La procedura comunemente utilizzata per il trattamento del percolato nelle attuali discariche prevede quattro fasi: 1) raccolta del percolato; 2) stoccaggio in vasche; 3) pompaggio in autobotti e trasporto agli impianti di depurazione; 4) filtraggio e scarico a mare o nei fiumi del materiale trattato.

Tale procedura comporta notevoli problemi, per lo più connessi ai rischi nella gestione di un prodotto altamente nocivo ed i costi associati al processo. In particolare, la fase di stoccaggio del materiale presenta problemi di sicurezza per gli operatori e per i centri abitati limitrofi alle sedi di stoccaggio, a causa dei rischi di inalazione del percolato o comunque di esposizione prolungata ai fumi tossici e maleodoranti generati da tale prodotto, dell’elevata infiammabilità del liquido, nonché dei rischi di contaminazione del terreno e delle falde a seguito di infiltrazioni e perdite di prodotto durante lo stoccaggio, il trasferimento ed il trasporto.

La fase di trasporto presenta inoltre costi molto elevati connessi al trasporto di liquidi tossici.

La fase di depurazione presenta in più problemi di elevato impatto ambientale, connessi al controllo della stabilità nel tempo dei filtri, all’efficienza del processo di depurazione e allo sversamento in mare o nei corsi d’acqua di residui tossici.

Uno scopo della presente invenzione à ̈ quindi quello di mettere a disposizione un nuovo procedimento per il trattamento di rifiuti comprendenti una fase liquida, altresì detta “percolato da rifiuti†, che non richieda la preventiva separazione del percolato dalla massa solida dei rifiuti e che consenta pertanto di superare gli inconvenienti tecnici e gli svantaggi economici dei procedimenti convenzionali illustrati in precedenza.

Tale scopo à ̈ raggiunto tramite un procedimento secondo il preambolo della rivendicazione 1, comprendente il passaggio di aggiungere ai suddetti rifiuti un polimero del tipo idrogel macromolecolare polielettrolita superassorbente allo stato secco idoneo ad assorbire e trattenere il percolato da rifiuti, conseguendo per mezzo di ciò la gelificazione del percolato.

Le rivendicazioni dipendenti illustrano ulteriori dettagli realizzativi del procedimento dell’invenzione e formano parte integrante della presente descrizione.

Nella presente descrizione, con il termine “idrogel†si intende un polimero reticolato atto ad assumere uno stato rigonfio quando messo a contatto con un mezzo liquido acquoso che rappresenta il solvente, tale polimero reticolato essendo in grado di assorbire il solvente e ritenerlo all’interno delle maglie molecolari. Pertanto, l’idrogel può essere considerato come un tipo particolare di soluzione polimerica, che possiede le proprietà coesive di un solido e le proprietà di trasporto diffusivo di un liquido.

Il processo di formazione di un gel a partire da una soluzione più diluita viene generalmente definito trasformazione “sol-gel†. Alcuni esempi di questa trasformazione sono la formazione di gel agarosici, metilcellulosa e nitrocellulosa a partire da soluzioni acquose. Se un sistema polimerico reticolato viene posto in contatto con un solvente, si registra un considerevole rigonfiamento della struttura. Le interazioni che si verificano fra il solvente ed i segmenti polimerici sono quelle tipiche del processo di solvatazione. La completa solubilizzazione, tuttavia, viene impedita dalla presenza di nodi molecolari che garantiscono l’integrità strutturale del sistema. La fase gelatinosa che ne deriva à ̈ assimilabile ad una soluzione polimerica allo stato solido. Il materiale secco di partenza viene generalmente definito “xerogel†ed il processo corrispondente viene definito “trasformazione xerogel-gel†.

I gel sono caratterizzati da fattori sia cinetici sia di equilibrio. I fattori che maggiormente influenzano la qualità dello stato gel sono temperatura, pressione osmotica, composizione del solvente e grado di rigonfiamento (“swelling†). I gel sono altresì caratterizzati dalla densità e dal tipo di legami di reticolazione (“crosslinking†) e quindi dalla loro forza. Esistono infatti sia gel chimici, in cui i legami tra i segmenti di catena polimerica sono di tipo covalente, sia gel fisici, in cui la reticolazione avviene con legami secondari, quali interazioni di van der Waals, interazioni idrofobe o interazioni ioniche.

Gli idrogel rappresentano una particolare sottoclasse dei gel in cui la fase fluida dispersa à ̈ costituita da acqua.

I gel polielettroliti possono essere a carattere anionico o cationico, a seconda che possiedano dei gruppi carbossilici o dei gruppi amminici terziari sulla struttura polimerica. I gel polielettroliti sono particolarmente adatti per applicazioni in cui à ̈ richiesto un comportamento sensibile alle condizioni esterne, quali la temperatura, il pH, la composizione e la forza ionica della soluzione con la quale il gel si trova in equilibrio chimico. Non à ̈ possibile di fatto operare una netta distinzione fra idrogel e gel polielettroliti, in quanto questi ultimi conservano la capacità, per di più esaltata dalla presenza delle cariche fisse, di assorbire notevoli quantità del solvente acqua. Infatti sovente si fa riferimento ad idrogel contenti gruppi ionizzabili.

Tale fenomenologia, che si presenta come una transizione di volume, à ̈ stata studiata da numerosi autori i quali hanno messo in evidenza come essa possa essere indotta anche dagli altri fattori, diversi dal pH, che generalmente influenzano l'entità dello swelling di un gel polielettrolita.

Nella presente descrizione con il termine “gel polielettrolita†o “idrogel polielettrolita†ci si riferisce a un gel o idrogel “chimico†, nel quale la stabilizzazione del network polimerico à ̈ ottenuta grazie alla presenza di legami covalenti.

Tale stabilizzazione à ̈ ottenuta per reticolazione di catene polimeriche, come nel caso dei gel a base di derivati della cellulosa, o per polimerizzazione di monomeri, come avviene spesso nel caso dei poliacrilati.

I polimeri superassorbenti sono una classe di polimeri caratterizzati dalla elevata capacità di assorbimento nei confronti di acqua o di soluzioni acquose. A titolo di esempio non limitativo, 1 grammo di polimero superassorbente à ̈ in grado di assorbire oltre 1 litro d’acqua, senza rilasciarla sotto alta compressione.

Polimeri con queste caratteristiche sono impiegati in prodotti già presenti in commercio. Si cita a titolo di esempio l’absorbent core dei pannolini e dei prodotti assorbenti per l’igiene personale. Si tratta di prodotti prevalentemente a base acrilica, in cui l’acrilammide viene prima polimerizzata e poi reticolata in modo da ottenere legami covalenti stabili tra le catene polimeriche, che ne impediscano la dissoluzione completa in acqua o soluzioni acquose. Oltre ai polimeri superassorbenti a base acrilica sono noti e commercializzati dei polimeri superassorbenti a base di polimeri naturali biodegradabili.

I polimeri superassorbenti di maggiore interesse commerciale sono polimeri reticolati a partire dall’acido acrilico parzialmente neutralizzato. Formalmente, si tratta di terpolimeri di acido acrilico, acrilato di sodio ed un reticolante. In alcuni casi, si tratta di terpolimeri graftati all’amido o al polivinilalcool, che fungono da substrato. Le capacità di rigonfiamento e l’elasticità di tali polimeri dipendono dalle caratteristiche strutturali del network polimerico e, principalmente, dalla densità di reticolazione. Le tecniche di sintesi dei poliacrilati sono tutte finalizzate ad un opportuno bilanciamento delle proprietà del superassorbente, attraverso un controllo della struttura del network polimerico.

In riferimento alle tecniche più diffuse, tali superassorbenti sono preparati per polimerizzazione, iniziata da radicali liberi, dell’acido acrilico e dei suoi sali, con un reticolante, in soluzione acquosa (secondo la tecnica definita “polimerizzazione in soluzione bulk†) o in sospensione di gocce di soluzione acquosa in idrocarburi (secondo la tecnica definita “polimerizzazione in sospensione†). Queste due tecniche possiedono alcuni aspetti comuni. Infatti, le concentrazioni di monomero e reticolante, il tipo di iniziatore e la sua concentrazione, le relative reattività dei monomeri, le cinetiche di polimerizzazione e le temperature di reazione sono fattori chiave in entrambi i processi.

La concentrazione di monomero nella soluzione di reazione influenza le proprietà del polimero risultante, la cinetica della reazione e l’economia del processo. Alte concentrazioni di monomero provocano un aumento della rigidezza del gel polimerico al progredire della polimerizzazione.

Le reazioni di polimerizzazione sono iniziate da radicali liberi in fase acquosa, utilizzando iniziatori termicamente decomponibili, iniziatori redox o loro combinazioni. Le combinazioni di tali iniziatori sono utilizzate quando la reazione ha luogo in un ampio campo di temperatura. In tal caso si vuole mantenere costante la velocità di reazione nonostante le variazioni di temperatura.

Agenti di trasferimento di catena possono essere utilizzati per controllare le proprietà del network, attraverso il controllo della massa molecolare della struttura polimerica. In genere, l’utilizzo degli agenti di trasferimento di catena aumenta la capacità di rigonfiamento del polimero. Inoltre, tali sostanze possono essere utilizzate per minimizzare il “branching†e le reazioni di auto-reticolazione, che si ottengono durante la polimerizzazione condotta con alte concentrazioni di monomero.

Quantità relativamente piccole di reticolante giocano un ruolo fondamentale nel modificare le proprietà dei superassorbenti. I reticolanti tipicamente utilizzati in questo tipo di materiali sono esteri del di- e tri-acrilato. Oltre a modificare le proprietà meccaniche e di rigonfiamento, i reticolanti influenzano la quantità di polimero solubile che si forma durante la polimerizzazione. La tendenza del reticolante ad essere consumato più presto durante la polimerizzazione si riflette sulla sua reattività con l’acido acrilico o l’acrilato di sodio, ed il prematuro consumarsi del reticolante causa un aumento della frazione solubile nel prodotto finale.

L’efficienza del reticolante dipende anche dall’ingombro sterico e dalla mobilità ridotta dal lato del doppio legame pendente, dalla tendenza di un dato reticolante a favorire l’addizione intermolecolare (ciclopolimerizzazione) e dalla stabilità del reticolante stesso. A seguito di tale combinazione di fattori, differenti reticolanti inducono proprietà completamente diverse nel prodotto finale.

Esistono inoltre diverse tecniche specifiche di preparazione dei superassorbenti. Nella copolimerizzazione “Graft†, polimeri idrosolubili come l’amido o il polivinil-alcool vengono agganciati (“graftati†) al superassorbente al fine di modificarne le proprietà. Alcuni processi traggono beneficio dall’aumento della viscosità della soluzione monomerica, ed i substrati idrosolubili graftati servono proprio a tale scopo. Storicamente, i primi superassorbenti, detti “superslurper†, erano formati da acrilonitrile graftato ad amido. Speciali iniziatori possono essere utili per aumentare l’efficienza di ancoraggio di tali sostanze a polimeri contenenti siti idrossili.

Nel processo di polimerizzazione in sospensione, piccole gocce di soluzione acquamonomero vengono disperse in un’altra fase, in genere idrocarburi aromatici o alifatici, prima della polimerizzazione. In genere, il grado di neutralizzazione à ̈ più elevato in tale tipo di processo a causa della solubilità dell’acido acrilico nella fase idrocarburica, il che rende la reazione e la manipolazione più difficile.

Un controllo della dimensione delle particelle di idrogel si può effettuare utilizzando, in quantità adatte, agenti disperdenti, quali sospensioni di sorbitan monostearato o sorbitan monolaurato, esteri di acidi grassi, etilcellulosa, etc. La forma delle particelle prodotte nel processo in sospensione può essere influenzata dalla viscosità della fase monomerica. Si possono ottenere particelle di superassorbente allungate, con una stretta distribuzione delle dimensioni, mantenendo la viscosità della fase acquosa a circa 5000 cP e con l’aggiunta di “thickeners†solubili in acqua.

Un passaggio essenziale di ogni processo di preparazione dei superassorbenti à ̈ la fase di essiccazione del gel. Di frequente si utilizzano essiccatori ad aria calda in continuo, quali essiccatori a trasporto di calore per conduzione, per radiazione o ad aria calda. La popolarità di questo metodo di essiccazione à ̈ dovuta soprattutto alla velocità del processo. A volte, tuttavia, tale processo non risolve il problema della eliminazione dei monomeri residui non reagiti, nonostante l’acqua contenuta nel polimero sia rimossa con efficienza. Altri metodi di essiccazione sono quelli che utilizzano i “drum dryers†e, più di recente, i “continous screw dryers†.

I materiali ed i processi di produzione sopra descritti sono riferiti a polimeri a base essenzialmente acrilica non biodegradabili. Data l’accresciuta sensibilità delle istituzioni e dell’opinione pubblica verso tematiche di tutela ambientale, in anni recenti i ricercatori hanno rivolto la propria attenzione allo studio di superassorbenti a base di polimeri biodegradabili. Uno dei problemi fondamentali à ̈ il loro costo più elevato, dovuto in parte al processo di produzione, che spesso à ̈ più laborioso, ed in parte all’alto costo di alcune delle materie prime da utilizzare.

Per sistemi estremamente idrofili, quali possono essere i gel polielettroliti derivati da polimeri naturali (amido, cellulosa e polisaccaridi in genere), esiste un'ampia letteratura che riporta, per tali strutture superassorbenti, ordini di grandezza di capacità di assorbimento di acqua, espressa in g di H2O / g di polimero secco, pari a 1000. Uno dei primi studi effettuati su strutture superassorbenti basate su derivati della cellulosa à ̈ quello di Lepoutre e collaboratori che hanno sintetizzato un copolimero cellulosa-acrilonitrile utilizzando come materia prima polpa di legno. Il copolimero poliacrilonitrile-cellulosa viene poi successivamente idrolizzato in ambiente alcalino per creare una struttura polielettrolita, gruppo poliacrilico neutralizzato con sodio, che rappresenta il gruppo ionico appartenente al polimero. La capacità assorbente manifestata da tale materiale à ̈ dell'ordine di 50g di acqua per grammo di polimero secco.

Un risultato analogo in termini di capacità assorbente à ̈ stato ottenuto da Vitta e collaboratori, che hanno copolimerizzato per grafting su cellulosa, ricavata da polpa di legno, direttamente gruppi acrilici e metacrilici, facendo poi seguire un'idrolisi per creare i sali - e quindi i gruppi ionici - degli acidi. La percentuale di gruppi ionici graftati sulla struttura polisaccaride, così come il grado di idrolisi dei gruppi acidi, influenza notevolmente la capacità assorbente del materiale.

In anni recenti Sannino e collaboratori hanno sviluppato un’ampia classe di superassorbenti biodegradabili a base di derivati della cellulosa descritti nelle domande di brevetto internazionali WO2006/070337 e WO2009/022358, qui incorporati come citazione.

Le proprietà chiave dei polimeri superassorbenti sono la capacità di rigonfiamento ed il modulo elastico del gel rigonfio reticolato. Tali proprietà sono entrambe collegate alla densità di reticolazione del network: in generale, il modulo aumenta e la capacità di rigonfiamento diminuisce all’aumentare della densità di reticolazione. La densità di reticolazione in un superassorbente à ̈ bassa: basti pensare che nei materiali utilizzati per prodotti assorbenti per l’igiene personale si aggira intorno alle 0.03 moli di reticolante per litro di polimero secco.

Una misura molto comune per la determinazione della capacità assorbente utilizzata nell’industria dei polimeri superassorbenti à ̈ la capacità in centrifuga, che consiste nella determinazione della capacità di ritenzione di acqua o soluzione assorbita da un campione di gel posto in centrifuga all’interno di sacchetti porosi idrorepellenti. Le specifiche della prova sono standard ed abbastanza simili tra le varie industrie del settore, che à ̈ principalmente quello dei prodotti assorbenti per l’igiene personale.

Alcuni test di assorbimento vengono condotti in condizioni che simulano quelle di reale utilizzo del materiale, e le più comuni sono ancora quelle relative ai prodotti assorbenti per l’igiene personale. Tale informazione à ̈ correlata poi alla compressibilità osmotica del network, che à ̈ una grandezza a sua volta correlata alla variazione della pressione di rigonfiamento rispetto alla variazione di concentrazione di polimero nel gel. In altri termini, la compressibilità osmotica può essere ritenuta una misura di quanto facilmente un dato gel può desorbire a seguito di una pressione esercitata dall’esterno.

Un parametro a cui si presta sempre più attenzione negli ultimi anni à ̈ la cinetica di assorbimento del materiale, connessa anche al problema della distribuzione del fluido. I gel più porosi mostrano, in genere, velocità di rigonfiamento più elevate.

La capacità di assorbimento di un superassorbente deve essere sempre valutata in diverse condizioni, che spesso ne limitano il campo di applicabilità. Ad esempio, i superassorbenti a base acrilica non possono essere utilizzati in quelle applicazioni in cui il materiale à ̈ esposto ad acqua di mare, perché la loro capacità di assorbimento diminuisce notevolmente a causa della bassa stabilità dell’acido acrilico in presenza di cationi polivalenti. Infatti, un gel idrolizzato può variare il suo volume al variare della composizione del solvente nel quale à ̈ immerso. I gruppi carichi ancorati alla struttura polimerica giocano un ruolo essenziale in questo fenomeno. Infatti, a seguito del "effetto Donnan", il contributo all'assorbimento d'acqua nella matrice polimerica dipende dall'ammontare di cariche ancorate alla struttura e dalla concentrazione di ioni disciolti nella soluzione a contatto con il gel. In particolare, se aumenta il numero di cariche fisse sul polimero, aumenta anche la tendenza dell'acqua a penetrare nella matrice per effetto osmotico. Per la stessa ragione, se aumenta la concentrazione di ioni disciolti in soluzione, diminuisce la quantità d'acqua che penetra nel gel.

Inoltre, un polimero reticolato con gruppi carichi ancorati alla struttura assorbe una quantità di liquido variabile in funzione del pH della soluzione con cui à ̈ posto in contatto. Riguardo all'ampiezza dell'intervallo di pH nel quale si registra la transizione da bassi ad alti valori delle capacità di assorbimento del gel, osserviamo che vi sono diversi modi in cui tale transizione può avvenire. Come confermato in letteratura, l'intervallo aumenta in ampiezza all'aumentare della lunghezza delle catene laterali del polimero e si sposta progressivamente a valori del pH più bassi per metil-, etil- e propilesteri.

Alla luce della precedente descrizione, esempi di polimeri del tipo idrogel macromolecolari polielettroli superassorbenti idonei all’impiego nel procedimento dell’invenzione sono: superassorbenti a base di poliacrilammide, acido acrilico, polietilenglicole, polivinilalcool, poliacrilato di sodio; derivati della cellulosa quali carbossimetilcellulosa, idrossietilcellulosa, idrossipropilcellulosa; amido.

Tra di essi sono preferiti quelli a base di poliacrilammide, acido acrilico, poliacrilato di sodio, derivati della cellulosa.

In una forma di realizzazione del procedimento dell’invenzione, il polimero del tipo idrogel macromolecolare polielettrolitico superassorbente allo stato secco à ̈ utilizzato in miscela con un secondo componente, idoneo ad assorbire la fase gassosa prodotta dal rifiuto abbattendo i cattivi odori e le esalazioni nocive. Sostanze idonee a tale scopo sono le α-,β- e γ-ciclodestrine, le zeoliti, i carboni attivi, i derivati della cellulosa, i ceramici porosi. Tali sostanze sono impiegate in combinazione con il polimero superassorbente, singolarmente o in miscele di due o più sostanze, a seconda dell’abbattimento che si desidera ottenere.

La percentuale di ciclodestrine, carboni attivi e/o zeoliti impiegate variano generalmente in un intervallo di 0-20% in peso rispetto al peso di polimero superassorbente, in funzione del tipo di abbattimento che si desidera ottenere. Un intervallo preferito à ̈ compreso fra lo 0,01 e il 5%. Le percentuali di derivati della cellulosa e/o ceramici porosi impiegati variano generalmente in un intervallo di 0-60% in peso rispetto al peso del polimero superassorbente, in cui un intervallo preferito à ̈ fra lo 0,1 ed il 30% in peso.

L’assorbimento del percolato si verifica già semplicemente aggiungendo al liquido il polimero superassorbente, eventualmente in miscela con una o più di una delle suddette sostanze; tuttavia, una migliore cinetica ed efficienza di gelificazione del liquido si ottiene aggiungendo lentamente il polimero, o la combinazione sopra descritta, alla massa liquida che viene tenuta in lenta miscelazione.

Una volta gelificato il percolato riduce l’emissione di sostanze volatili e cattivi odori per oltre il 90% rispetto allo stesso percolato in fase liquida, come evidenziato nella parte sperimentale che segue.

Inoltre, in tale stato il gel risulta non infiammabile, come di seguito evidenziato.

Ciò consente di ridurre di oltre il 90% i problemi di sicurezza relativi allo stoccaggio ed al trasporto del percolato.

Una volta gelificato, il percolato, invece di essere trasportato in fase liquida agli impianti di depurazione, viene ad esempio trasferito, in forma di rifiuto solido, nella discarica stessa o presso impianti limitrofi, ad un bruciatore, dove può essere eliminato insieme ai rifiuti solidi. E’ inoltre preconizzabile che la stessa discarica possa dotarsi di un proprio bruciatore dedicato, collegato ad una turbina, che raccolga i fumi derivanti dalla combustione del gel per la conversione del rifiuto in energia, necessaria alla discarica stessa o ceduta alla rete.

In entrambi i casi, sono vantaggiosamente eliminate le operazioni di trasporto del liquido tossico, di depurazione e di sversamento in corsi d’acqua o in mare.

In alternativa all’applicazione per il trattamento del percolato nelle discariche, il procedimento dell’invenzione trova inoltre impiego per la riqualificazione del Combustibile Derivato dai Rifiuti (CDR) altresì definito “ecoballe†, mediante iniezioni di materiale trattante onde evitare lo sversamento in falda; per la formazione delle nuove ecoballe; nel trattamento del sottosuolo delle discariche, onde impedire o ridurre il percolamento ed evitare l’inquinamento delle falde e del sottosuolo; in sistemi di essiccazione del rifiuto appena raccolto in automezzi compattatori ed in sistemi di raccolta in cassonetti urbani, onde evitare il percolamento durante il trasporto; nella raccolta dei fanghi da conceria con abbattimento dei cattivi odori; nella raccolta e nel blocco delle esalazioni da inquinamento ambientale.

Le attuali ecoballe, ovvero le masse di rifiuti compattate e stoccate in siti specifici, costituiscono un significativo problema di elevato impatto ambientale, sia per l’esalazione di sostanze volatili maleodoranti e dannose per la salute umana sia per il continuo sversamento di percolato generato durante lo stoccaggio prolungato e rilasciato nell’ambiente con i conseguenti problemi di inquinamento.

Il procedimento dell’invenzione si presta al sia al trattamento delle ecoballe già formate sia alla produzione di nuove ecoballe.

a) Trattamento delle ecoballe già formate: il polimero del tipo idrogel macromolecolare polielettrolitico superassorbente, eventualmente in combinazione con ciclodestrine, carboni attivi, zeoliti, derivati della cellulosa e/o ceramici porosi, nelle forme e quantità descritte precedentemente (di seguito indicato come “il prodotto†), viene iniettato in diversi punti dell’ecoballa, praticando perforazioni in diversi punti lontani tra loro in modo da garantire una uniformità di distribuzione. L’iniezione può essere effettuata con il prodotto in polvere secca trasportato mediante aria compressa. La quantità di prodotto da aggiungere varia in un intervallo compreso tra 0,2 e 100g di prodotto per Kg di rifiuto compresso sotto forma di ecoballa, con una efficienza ottimale compresa in un intervallo di 2 – 30g di prodotto per Kg di ecoballa. Le percentuali possono variare in funzione del tipo di rifiuto stoccato, della percentuale di umido e della modalità di stoccaggio. Ad esempio, in ambienti umidi o esposti a piogge frequenti le percentuali di prodotto necessarie possono essere più elevate. Le modalità di assorbimento del percolato da parte del prodotto, e la capacità di abbattere l’emissione di gas maleodoranti e/o nocivi, unita alla capacità di trasformare il percolato liquido che si genera in un solido gelatinoso che non viene sversato nell’ambiente, sono analoghe a quelle descritte per il caso precedente relativo al trattamento del percolato liquido.

b) Trattamento delle nuove ecoballe: questo trattamento fornisce lo stesso risultato descritto in relazione alle ecoballe già formate, ma differisce per la modalità di aggiunta del prodotto, che in questo caso può essere miscelato ai rifiuti durante la formazione dell’ecoballa.

Il trattamento delle ecoballe riduce di oltre il 90% lo sversamento di percolato nell’ambiente per tutto l’arco di vita dell’ecoballa stessa. Riqualificazioni annuali possono esser previste per cicli di stoccaggio che superino i 10 anni.

c) Trattamento del sottosuolo delle discariche: uno dei principali problemi delle attuali discariche consiste nella protezione del sottosuolo dallo sversamento del percolato durante lo stoccaggio dello stesso o dei rifiuti. Il procedimento dell’invenzione consente di affrontare tale problema. A tale scopo, viene impiegata una membrana porosa, o più comunemente un tessuto impermeabile poroso, con pori di dimensioni inferiori alla granulometria delle polveri di prodotto. All’interno della membrana viene inserito un fluff di cellulosa, con all’interno il prodotto descritto in precedenza. La percentuale di prodotto rispetto al fluff di cellulosa à ̈ compresa tra il 5 ed il 100% in peso, con una soluzione ottimale in un intervallo compreso tra il 45 ed il 75%. Il fluff di cellulosa ha la duplice funzione di garantire un rapido assorbimento ed una distribuzione delle eventuali infiltrazioni di liquido all’interno dell’intera struttura assorbente. Il sistema descritto, posizionato sotto la base della discarica mediante tecniche che variano a seconda della struttura, dell’ubicazione e della disponibilità, ha la funzione di trattenere, senza rilasciarlo, il percolato eventualmente filtrato attraverso i sistemi di contenimento della discarica, garantendo così la totale assenza di sversamento in falda di prodotti tossici o nocivi.

d) Essiccazione del rifiuto appena raccolto: il sistema di essiccazione del rifiuto in fase di trasporto può essere gestito dotando i mezzi di raccolta rifiuti di opportuni sistemi di distribuzione del prodotto. In particolare, durante la raccolta e la prima macinazione dei rifiuti nell’automezzo, potrà essere distribuita una quantità di prodotto, in forma di polvere, sopra la massa di rifiuti posta in rotazione. La distribuzione potrà essere effettuata, ad esempio ma senza limitazione, mediante una valvola di apertura/chiusura che si attiva ogni qual volta il sistema di macinazione viene attivato/disattivato, ed un dosatore che distribuisca le quantità di prodotto secondo le percentuali già citate. Tale sistema ha due vantaggi: il primo à ̈ di evitare il fenomeno di scorrimento del percolato durante la fase di trasporto dei rifiuti, che causa inquinamento delle vie urbane e generazione di cattivi odori, il secondo à ̈ la possibilità di ottenere a monte un prodotto con una maggiore percentuale di fase secca, che ha maggiore potere calorifico, e che non sversa percolato durante le fasi di stoccaggio immediatamente successive alla raccolta.

Relativamente alla messa a norma dei cassonetti di raccolta urbani dei rifiuti, si utilizzerà lo stesso sistema di raccolta della fase liquida descritto sopra, di dimensioni e geometria adeguata alla forma del cassonetto stesso, al fine di evitare lo scorrimento di fase liquida nelle immediate adiacenze alla zona di raccolta e limitare i cattivi odori durante lo stoccaggio. e) Raccolta dei fanghi da conceria: i fanghi da conceria contengono generalmente sia una fase acquosa che una fase oleosa liquide, oltre alle fasi solide presenti generalmente in forma di sospensione. Il procedimento di trattamento della presente invenzione potrà essere impiegato per la raccolta della fase liquida acquosa, con conseguente riduzione delle esalazioni maleodoranti e nocive. Tale raccolta verrà effettuata mediante miscelazione del prodotto all’intera massa da trattare, in quantità tali da consentire l’assorbimento dell’intera massa liquida acquosa, stimata in base a valutazioni fatte di volta in volta con i responsabili delle concerie di riferimento.

Essendo la fase acquosa quella a minore viscosità, la gelificazione di tale fase utilizzando il prodotto consentirà un duplice beneficio: da una parte aumenterà notevolmente la viscosità del prodotto, facilitandone la raccolta e lo smaltimento in fase solida; dall’altra sarà abbattuta notevolmente l’emissione di cattivi odori e sostanze volatili nocive in atmosfera, per lo più presenti nella fase liquida.

f) Raccolta e blocco delle esalazioni da inquinamento ambientale: in tutti i casi di inquinamento ambientale di suolo e sottosuolo in cui sia necessario bloccare le esalazioni provenienti da fasi liquidi parzialmente o totalmente acquose, sarà possibile utilizzare il prodotto, nelle composizioni e percentuali dei componenti simili a quelle descritte per i casi precedenti ed adattate di volta in volta al caso specifico. Ciò consentirà di limitare l’immissione di esalazioni maleodoranti e/o tossiche in atmosfere fino alla fase di bonifica definitiva dell’area inquinata.

La parte sperimentale che segue à ̈ fornita a puro titolo illustrativo e non limitativo della portata dell’invenzione come definita nelle annesse rivendicazioni.

PARTE SPERIMENTALE

1. Prove di assorbimento

I test di assorbimento sono stati effettuati miscelando il prodotto, in diverse composizioni di idrogelo superassorbente e ciclodestrine, a percolato liquido di diversa provenienza (cioà ̈ discariche). Le prove sono state condotte utilizzando becker graduati, una bilancia di precisione alla seconda cifra decimale, una cappa ed un dosatore.

In particolare, nel becker, sotto cappa, veniva versata una quantità di prodotto nota per peso e composizione. Al becker veniva aggiunto, lentamente, il percolato, in quantità minima da consentirne il totale assorbimento in circa 1 minuto (ossia, il becker con il percolato gelificato veniva capovolto ed il prodotto non scorreva). Altro percolato veniva aggiunto, in quantità crescenti fino a quando non si osservava il primo fenomeno di scorrimento del gel lungo le pareti del becker. A tal punto si assumeva di essere in presenza della prima goccia di percolato rimasto in fase liquida e si interrompeva il test. Il peso di percolato aggiunto fino questa fase veniva stimato come la quantità massima assorbibile dal prodotto relativamente alla composizione adottata. I risultati ottenuti sono illustrati in Tabella 1. Il rapporto di swelling, indicato con SR (Swelling Ratio), à ̈ il parametro adottato per misurare la capacità di assorbimento del prodotto, e definito come segue:

SR = peso percolato/peso prodotto secco

I termini P1 e P2 in tabella sono riferiti a due diversi tipi di percolato, prelevati da due diverse discariche. Il gel superassorbente utilizzato per questo test à ̈ un idrogelo commerciale a base di poliacrilammide. Con A, B e C sono indicate, rispettivamente, le ciclodestrine α, β, γ. I valori riportati per il rapporto di swelling (SR) sono la media di 5 misurazioni indipendenti.

Tabella 1. Risultati prove di assorbimento

Composizione del prodotto SR in P1 SR in P2 1. 0,3 gr. di gel 100 180 2. 0,3 gr. di gel 0,1 gr. di A 82 151 3. 0,3 gr. di gel 0,2 gr. di A 64 104 4. 0,3 gr. di gel 0,3 gr. di A 53 98

5. 0,3 gr. di gel 0,1 gr. di B 102 186 6. 0,3 gr. di gel 0,2 gr. di B 86 154 7. 0,3 gr. di gel 0,3 gr. di B 67 109 8. 0,3 gr. di gel 0,l gr. di C 98 147 9. 0,3 gr. di gel 0,2 gr. di C 79 146 10. 0,3 gr. di gel 0,3 gr. di C 50 102 Si osserva come all’aumentare del quantitativo di ciclo destrina diminuisca la capacità di assorbimento del prodotto, essendo quest’ultima strettamente correlata all’effetto esplicato dal gel superassorbente. La differenza di capacità di assorbimento tra i due tipi di percolato à ̈ stata attribuita ad una diversa concentrazione di ioni presenti in soluzione. Infatti, essendo l’idrogelo superassorbente in questione un polielettrolita, all’aumentare della forza ionica della soluzione esterna diminuisce la sua capacità di assorbimento, a causa della diminuzione della pressione osmotica, correlata all’effetto Donnan, che favorisce l’ingresso della fase liquida nel gel rigonfio.

E’ opportuno precisare che entrambi i campioni di percolato presi in esame rappresentano situazioni standard presenti nelle attuali discariche, a diversi stadi di maturazione.

2. Prove di abbattimento delle sostanze volatili I test di abbattimento dei cattivi odori e delle sostanze potenzialmente tossiche emesse in atmosfera sono stati effettuati utilizzando come tracciante il metil-mercaptano, per essere questa sostanza, caratterizzata da:

- una presenza significativa nei percolati di discarica;

- un odore molto sgradevole;

- una bassissima solubilità in acqua;

- un peso specifico inferiore a quello dell'acqua (0,869 gr/mI);

- una tensione di vapore a 26,1°C, equivalente a 2 Kg/cm<2>;

- una tensione superficiale a 33°C, equivalente a 22,42 dim/cm<2>;

- un coefficiente di ripartizione superiore a 0,5.

I test sono stati effettuati misurando la concentrazione della sostanza in fase vapore nell’immediata prossimità del percolato. L’analisi à ̈ stata condotta confrontando i risultati ottenuti sul percolato liquido tal quale e quelli ottenuti sul percolato assorbito dal prodotto, in diverse percentuali come riportato in Tabella 2. Anche in questo caso, A, B e C sono riferiti, rispettivamente, alle ciclodestrine α, β, γ. Il percolato utilizzato in questo studio à ̈ lo stesso tipo del percolato P1 utilizzato per i test di assorbimento. L’idrogel à ̈ lo stesso utilizzato per i test di assorbimento.

Tabella 2: Composizione dei campioni nei vials Percolato tal quale

Percolato 0,3 gr. di gel

Percolato 0,3 gr. di gel 0,1 gr. di A

Percolato 0,3 gr. di gel 0,2 gr. di A

Percolato 0,3 gr. di gel 0,3 gr. di A

Percolato 0,3 gr. di gel 0,1 gr. di B

Percolato 0,3 gr. di gel 0,2 gr. di B

Percolato 0,3 gr. di gel 0,3 gr. di B

Percolato 0,3 gr. di gel O,l gr. di C

Percolato 0,3 gr. di gel 0,2 gr. di C

Percolato 0,3 gr. di gel 0,3 gr. di C

Per effettuare il test, sia il percolato liquido che il percolato con l’aggiunta del prodotto sono stati confinati in vials, nei quali à ̈ stata inserita una sonda per l’analisi della fase gassosa. Le misurazioni sono state effettuate al tempo t=0, ovvero nel momento in cui il percolato à ̈ stato aggiunto al vial, e dopo 120 minuti dall’inserimento del percolato. I risultati sono riportati in Tabella 3.

Tabella 3. Risultati test di abbattimento della fase gassosa

• Analisi chimica

Determinazioni Concentrazione (mg/l)

Metil-mercaptano 18,9

Analisi Vials

Concentrazione Metil-mercaptano Campione Tempo (min)

Substrato Spazio di testa

0 19,3 (mg/l) /

1

120 6,2 (mg/Kgl) 11,9 (mg/l)

0 18,7 (mg/l) /

2

120 18,0 (mg/Kgl) 0,2 (mg/l) 20,8 (mg/l) /

19,9 (mg/Kgl) 0,2 (mg/l)

19,4 (mg/l) /

19,0 (mg/Kgl) 0,3 (mg/l)

21,2 (mg/l) / 20,6 (mg/Kgl) 0,5 (mg/l)

19,7 (mg/l) / 16,4 (mg/Kgl) 2,8 (mg/l)

20,0 (mg/l) / 19,5 (mg/Kgl) 0,2 (mg/l)

18,6 (mg/l) / 13,8 (mg/Kgl) 4,6 (mg/l)

19,2 (mg/l) / 8,9 (mg/Kgl) 0,4 (mg/l)

21,4 (mg/l) / 21,0 (mg/Kgl) 0,3 (mg/l)

19,5 (mg/l) / 15,8 (mg/Kgl) 3,8 (mg/l) Si osserva come, rispetto al percolato tal quale, una volta aggiunto il prodotto si ottiene un quasi totale abbattimento del metilmercaptano, in quantità che variano in funzione della composizione del prodotto. Rispetto a questo tipo di sostanza volatile, il gel tal quale ed il gel con piccole aggiunte di ciclo destrina α e β forniscono i risultati migliori. Ovviamente, la distribuzione delle ciclodestrine nel prodotto dovranno essere, di volta in volta, modulate in funzione del tipo e della concentrazione di sostanze volatili emesse dal liquido.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il trattamento di rifiuti comprendenti percolato da rifiuti, il procedimento comprendendo il passaggio di aggiungere ai suddetti rifiuti un polimero del tipo idrogel macromolecolare polielettrolita superassorbente allo stato secco idoneo ad assorbire e trattenere il percolato da rifiuti, conseguendo per mezzo di ciò la gelificazione del percolato.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il polimero del tipo idrogel macromolecolare polielettrolita superassorbente à ̈ in combinazione con una sostanza scelta dal gruppo che consiste di α-ciclodestrine, β-ciclodestrine, γ-ciclodestrine, zeoliti, carboni attivi, derivati di cellulosa, ceramici porosi e qualsiasi loro combinazione.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, in cui l’ammontare di α-ciclodestrine, βciclodestrine, γ-ciclodestrine, zeoliti e/o carboni attivi à ̈ variabile fra lo 0 e il 20% in peso rispetto al peso del polimero del tipo idrogel macromolecolare polielettrolita superassorbente e l’ammontare di derivati di cellulosa e/o ceramici porosi à ̈ variabile fra lo 0 e il 60% in peso rispetto al peso del polimero del tipo idrogel macromolecolare polielettrolita superassorbente.
4. 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, in cui il polimero del tipo idrogel macromolecolare polielettrolita superassorbente à ̈ scelto dal gruppo che consiste di superassorbenti a base di poliacrilammide, acido acrilico, polietilenglicole, polivinilalcool, poliacrilato di sodio; derivati della cellulosa; amido.
5. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, in cui il polimero del tipo idrogel macromolecolare polielettrolita superassorbente à ̈ un superassorbente a base di poliacrilammide reticolata con metilene-bis-acrilammide.
6. 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5, in cui il trattamento à ̈ realizzato su rifiuti solidi urbani in discarica.
7. 7. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5, in cui il trattamento à ̈ realizzato su Combustibile Derivato dai Rifiuti sotto forma di ecoballa, mediante iniezione ad aria compressa del polimero del tipo idrogel macromolecolare polielettrolita superassorbente allo stato secco opzionalmente in combinazione con una sostanza scelta dal gruppo che consiste di αciclodestrine, β-ciclodestrine, γ-ciclodestrine, zeoliti, carboni attivi, derivati di cellulosa, ceramici porosi e qualsiasi loro combinazione, all’interno del Combustibile Derivato dai Rifiuti.
8. 8. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5, in cui il trattamento à ̈ impiegato per la produzione di Combustibile Derivato dai Rifiuti sotto forma di ecoballa comprendente percolato allo stato gelificato.
9. 9. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5, in cui il polimero del tipo idrogel macromolecolare polielettrolita superassorbente à ̈ posto al di sotto dello strato di rifiuti di una discarica, così da assorbire in situ il percolato della discarica.
10. 10. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5, in cui il trattamento à ̈ realizzato su rifiuti solidi urbani.
11. 11. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5, in cui il trattamento à ̈ realizzato su fanghi da conceria.
12. 12. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, comprendente ulteriormente il passaggio di bruciare il percolato gelificato per la produzione di gas di sintesi per la produzione di energia.