controllo degli impatti delle discariche per rsu

RIFIUTI E RICICLAGGIO
SPECIALE DISCARICA
CONTROLLO DEGLI IMPATTI
DELLE DISCARICHE PER RSU
Per ottenere obiettivi di qualità della discarica sostenibile si possono applicare
tecnologie e modalità operative che possono influire sui diversi termini
del bilancio di massa della discarica n R. Cossu°, R. Raga°, R. Repetti°°, G. Testolin°°
G
li impatti ambientali causati dalle discariche per rifiuti solidi urbani sono per la gran parte legati alla
presenza di sostanza organica putrescibile, dalla
quale è ormai noto non si riesce a prescindere completamente nonostante le raccolte differenziate. Le normative vigenti si indirizzano in particolare verso una riduzione della
quantità complessiva di sostanza organica biodegradabile
da conferire in discarica, fissando obiettivi di riduzione da
raggiungere gradualmente nel tempo.
Tuttavia, nella maggior parte dei casi, la qualità della sostanza
organica biodegradabile conferita in discarica è ancora tale
da creare le condizioni per generare impatti di lungo termine,
principalmente associati al percolato.
Gli impatti ambientali che possono originarsi nella gestione
delle discariche sono riassunti nel grafico di Figura 1, sud- Figura 1 - Impatti ambientali delle discariche controllate e loro rilevanza spaziale
divisi per comparto ambientale interessato (aria, acqua,
che chilometro. Sono questi ultimi quelli
suolo) e per andamento dell’intensità in funzione della distanza dalla fonte.
che creano problemi di accettazione da
Accanto ad impatti di vasta scala, legati al fatto che le discariche sono tra i più imparte delle popolazioni circostanti, sono
portanti produttori di gas ad effetto serra (metano ed anidride carbonica) e che nelle
questi ultimi che pesano ancora sulla sodiscariche vengono ancora emessi (dai manufatti di scarto che li contengono) i CFC
stenibilità della discarica per le popolamessi al bando nella produzione industriale a causa del problema del buco dell’ozono,
zioni locali.
si hanno numerosi impatti di piccola scala, i cui effetti si risentono nell’intorno di qualEsaminando i singoli impatti è facile osservare come la grande maggioranza di
Figura 2 - Pozzi di raccolta inidonei (a) ed idonei (b) a consentire un regolare allontanamento del
questi (colorata in rosso) è associata alla
percolato; intasamento dei mezzi granulari drenanti determinato da crescita di pellicola biologica (c)
presenza di sostanza organica biodegradabile contenuta nei rifiuti depositati.
Se poi agli impatti descritti si associano i
problemi ingegneristici legati ad inadeguati sistemi di raccolta del percolato (Figura 2a) e agli ineluttabili intasamenti dei
materiali drenanti (Figura 2c) si possono
registrare (come di fatto si registrano nella
gran parte delle moderne discariche in Italia) ulteriori inconvenienti che enfatizzano
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gli effetti negativi derivanti dalle discariche.
Tra questi ulteriori inconvenienti i principali sono descritti graficamente in Figura
3 e sono così riassumibili:
• aumento della velocità di infiltrazione in
falda. Un battente di 10 m, in accordo alla
legge di Darcy, equivale ad aumentare di
10 volte la permeabilità dello strato minerale di argilla disposto sul fondo della
discarica;
• gli elevati battenti di percolato impediscono una regolare distribuzione della depressione attraverso i pozzi del biogas,
con formazione di zone di sovrapressione
ed emissione incontrollata di gas e di
odori;
• aumento delle pressioni neutre all’interno dell’ammasso dei rifiuti con incremento del rischio di instabilità meccanica
e conseguenti frane;
• fuoriuscite incontrollate di percolato.
Gli ultimi due inconvenienti si manifestano
soprattutto nel caso di discarica in rilevato o in pendio.
Per le discariche controllate, contrariamente agli altri sistemi di smaltimento,
l’impatto ambientale, che può essere considerato massimo durante l’esercizio, non
si esaurisce alla chiusura della gestione,
con la cessazione della gestione degli impianti, ma prosegue per un tempo significativamente lungo.
Ad esempio in un impianto di incenerimento, l’emissione di effluenti gassosi
cessa immediatamente se l’inceneritore
viene chiuso, così un impianto di compostaggio non produce più odori quando
smette di trattare i rifiuti. L’impatto residuo di questi impianti è legato sostanzialmente allo smantellamento delle strutture e dal recupero territoriale e funzionale delle aree dismesse.
Per la discarica invece le emissioni possono configurare concentrazioni residue
di alcuni parametri, quali l’ammoniaca,
che rimangono elevate (al di sopra ad
esempio dei limiti previsti per lo scarico
in corpi superficiali) per tempi che vengono calcolati in diversi secoli (i.a. Belevi
e Baccini, 1989; Kruempelbeck e Ehrig,
1999).
Per una effettiva riduzione degli impatti
attesi da una discarica è necessaria l’adozione di un sistema multibarriera
(Cossu, 1995) all’interno di un più generale approccio basato sulla sostenibilità
ambientale. Il sistema multibarriera è basato sul concetto di barriera come mezzo
per la riduzione della diffusione incontrollata di percolato e biogas verso l’ambiente
sensibile, vicino (scala locale) e lontano
(macroscala), e sulla adozione di più barriere con effetto sinergico (Figura 4).
In questo senso è barriera la riduzione
della quantità e la modifica (pretratta-
Figura 3 - Rappresentazione grafica dei principali inconvenienti connessi alla formazione di alti
battenti di percolato in seno alla massa dei rifiuti in una discarica
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Figura 4 - Rappresentazione schematica
del sistema multibarriera:
1 = quantità e qualità dei rifiuti (pretrattamento)
2 = regolazione dell’afflusso idrico
3 = controllo e velocizzazione della degradazione
biologica dei rifiuti e dei processi di dilavamento
4 = controllo tubazioni di drenaggio
5 = efficienza del letto drenante
6 = impermeabilizzazione costruita
7 = barriera geologica
mento) della qualità dei rifiuti da depositare in discarica, è barriera la copertura finale della discarica e la sua capacità di regolare (non di impedire) l’afflusso idrico
ed il dilavamento dei rifiuti, è barriera il governo (i.e. controllo, accelerazione) dei
processi di degradazione biologica dei rifiuti depositati mediante opportuni interventi (i.e. aerazione in situ), è barriera il
sistema di drenaggio - che se è efficiente
non causa gli inconvenienti illustrati dalla
Figura 3 - è barriera l’impermeabilizzazione
costruita (strati minerali con geomembrane), è evidentemente barriera anche la
formazione geologica naturale.
Poiché per garantire la sostenibilità ambientale una discarica deve raggiungere
l’equilibrio ambientale nel tempo di una
generazione le barriere devono mantenere
inalterata la loro funzione nel tempo, almeno per il periodo necessario al raggiungimento dell’impatto accettabile. Dato che
è da tempo ben noto che le barriere costruite (geomembrane, strati minerali, drenaggi) hanno una durata di vita dell’ordine
dei 10 - 30 anni, periodo oltre il quale è
attesa una inevitabile perdita di efficienza
(Farquhar, 1989; Rollìn et al., 1991), è evidente che è opportuno prevedere adeguate azioni per l’abbattimento delle emissioni in tempi più brevi di quelli previsti per
le discariche tradizionali anaerobiche.
Come mettere in pratica il principio della
sostenibilità ambientale rappresenta uno
dei principali obiettivi della attività scientifica sulla discarica controllata.
Molti aspetti, insieme tecnici e legali, devono essere affrontati. Queste le domande che attendono risposta:
• Quali tecnologie od accorgimenti adottare per raggiungere la sostenibilità ambientale?
• Come definire gli obiettivi di qualità finale della discarica sostenibili per l’ambiente?
• Quali modifiche/integrazioni sono necessarie per rendere l’attuale normativa
funzionale al criterio della sostenibilità
ambientale?
• Quale responsabilità economica e legale rimane a carico del gestore di una
discarica?
Sistemi per il controllo
del bilancio di massa
in una discarica
Al fine di raggiungere gli obiettivi di qualità della discarica sostenibile si possono
applicare tecnologie e modalità operative
che possono influire sui diversi termini
del bilancio di massa in discarica. Le principali opzioni considerate sono la minimizzazione dei rifiuti e il loro pretrattamento (riduzione della massa in ingresso),
e interventi in situ quali il ripristino di condizioni aerobiche in discarica, che permette di incentivare il trasferimento di
carbonio e azoto dal percolato (ove sono
presenti in forme tali da configurare inquinamento se e quando il percolato dovesse superare le barriere costruite e naturali) al gas estratto nel corso dell’aerazione, principalmente sotto forma di CO2
e Azoto gassoso N2.
Per ridurre le potenziali emissioni e la durata degli impatti di lungo termine è quindi
necessario considerare un sistema multibarriera che, accanto ad una riduzione
della quantità di rifiuti avviati a discarica,
preveda il loro pretrattamento e soprattutto il controllo della loro degradazione
una volta depositati. Le diverse opzioni
Figura 5 - Rappresentazione schematica dell’aerazione in situ delle discariche con tecnologia Airflow®
applicabili per la riduzione degli impatti di
lungo termine dovrebbero essere considerate in modo combinato e valutate sulla
base del raggiungimento di una qualità finale della discarica che sia accettabile
per l’ambiente, come mostrato in Cossu
e Raga, 2007.
Oggi la discussione tecnica sulla tipologia ed intensità del pretrattamento dei rifiuti prima del loro deposito in discarica è
ancora aperta e riguarda i processi meccanici, biologici, termici e chimico-fisici
Vista di una parte
della rete di tubazioni
dell’impianto
di aerazione in situ
Particolare dei
soffiatori installati
per l’aerazione in situ
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Figura 6 - Concentrazione di ossigeno nei pozzi di monitoraggio in discarica, nel corso dell’intervento
di aerazione in situ con tecnologia Airflow®
(inertizzazione). Analogamente aperta è
di conseguenza la discussione sulle modalità di controllo della qualità dei rifiuti in
ingresso alla discarica al fine di verificare
l’efficienza del pretrattamento.
Per quanto riguarda i trattamenti di stabilizzazione dopo il deposito in discarica,
la tecnica dell’aerazione in situ è ormai
consolidata a livello internazionale e sono
disponibili in letteratura i risultati di numerose applicazioni (i.a. Ritzkowski e Stegmann, 2005). In questo ambito rientra il
sistema Airflow®, sviluppato da Spinoff
(Società promossa e partecipata dall’Università di Padova) per il risanamento o
la bonifica delle vecchie discariche mediante aerazione in situ del corpo rifiuti,
come ripostato schematicamente in Figura 5. Lo sviluppo di processi aerobici
di degradazione biologica della sostanza
organica permette l’accelerazione dei pro-
cessi di stabilizzazione dei rifiuti riducendo
quindi drasticamente la produzione di metano e di sostanze maleodoranti e migliorando la qualità del percolato.
L’insufflazione dell’aria in discarica è effettuata a bassa pressione attraverso una
rete di pozzi realizzati ad hoc all’interno
del corpo rifiuti. Il gas di processo estratto
è avviato ad un sistema di trattamento
prima di essere rilasciato in atmosfera.
L’impianto è dotato di sistema di controllo
automatico che comprende un sofisticato
apparato di sicurezza appositamente ideato da Spinoff per prevenire la formazione
di miscele esplosive dovute alla contemporanea presenza di metano e ossigeno
in discarica.
L’Airflow® può essere utilizzato anche
nell’ambito degli interventi preliminari alla
bonifica della discarica mediante rimozione dei rifiuti (landfill mining). In questo
Figura 7 - Concentrazione di metano nei pozzi di monitoraggio in discarica, nel corso dell’intervento
di aerazione in situ con tecnologia Airflow®
30 recycling luglio 2011
caso l’aerazione in situ è necessaria per
abbattere le potenziali emissioni dei rifiuti e consentire lo svolgimento delle
operazioni di scavo in condizioni di sicurezza grazie anche all’estrazione di percolato che è sempre prevista dai pozzi
di aerazione.
La progettazione di un impianto di aerazione in situ mediante l’Airflow® prevede
la determinazione dei parametri caratteristici della discarica attraverso indagini
specialistiche, da eseguire su un campo
prove realizzato ad hoc. L’elaborazione
dati è effettuata mediante modelli matematici appositamente sviluppati.
Applicazione della
tecnologia Airflow®
in discarica
Sono riportati alcuni dati di un impianto
in scala reale di aerazione in situ con tecnologia Airflow® presso una discarica in
Italia settentrionale.
Le analisi di composizione e di pressione
del gas in corrispondenza di tutti i pozzi
di monitoraggio presenti in discarica
hanno mostrato la diffusione dell’ossigeno in buone concentrazioni, variabili
da un punto all’altro e crescenti nel corso
dell’intervento (Figura 6). Allo stesso
tempo, la presenza di metano nei pozzi
di monitoraggio è risultata in diminuzione
nel corso dell’intervento (Figura 7).
Al fine di valutare gli effetti dell’aerazione
in situ sulla stabilizzazione dei rifiuti, durante l’intervento sono stati eseguiti alcuni carotaggi e analisi di campioni di rifiuto prelevati a diverse profondità in discarica. Tra i parametri considerati, l’indice respirometrico (IR4, mgO2.gST-1) e
la produzione di biogas in test di fermentazione (GB21, Nl.kgST-1) sono considerati a livello internazionale un riferimento
per la valutazione della stabilità biologica
dei rifiuti (Heerenklage e Stegmann, 2005;
Cossu e Raga, 2008). L’indice respirometrico esprime il consumo di ossigeno
in quattro giorni causato dai processi di
degradazione biologica della sostanza organica biodegradabile presente nel campione; l’indice di produzione di biogas in
Giorni dall’inizio
IR4
GB21
dell’intervento (mgO2.gST-1) (Nl.kgST-1)
0
7,5
20,9
192
4,4
3,0
14,7
16,7
374
2,8
7,1
90
304
5,5
20,7
Tabella 1 - Valori dell’indice respirometrico e
della produzione di biogas in test di fermentazione, misurati sui campioni di rifiuti solidi
prelevati mediante carotaggio in discarica nel
corso dell’intervento di aerazione in situ
test di fermentazione fornisce la misura
della produzione di biogas in tre settimane
in condizioni anaerobiche. I test per la determinazione dell’IR4 e del GB21 sono indicati nella normativa di Austria e Germania per l’analisi della stabilità biologica dei
rifiuti.
In Tabella 1 sono riportati i valori dell’indice respirometrico IR4 e della produzione
di biogas in test di fermentazione GB21
misurati sui campioni di rifiuti solidi prelevati all’inizio e nel corso dell’intervento.
Prima dell’inizio dell’aerazione in discarica il valore medio dell’IR4 misurato su
15 campioni di rifiuto era pari a 7,5 mgO2.
gST-1; l’applicazione dell’aerazione ha permesso una sua progressiva diminuzione
fino ad un valore medio di 2,8 mgO2.gST-1
dopo 12 mesi dall’inizio dell’intervento,
con una riduzione rispetto al valore iniziale di circa il 63%.
La variazione del GB21 nei campioni di rifiuto analizzati nel corso dell’intervento è
risultata ben correlata con l’andamento
dell’IR4: si è passati da un valore medio
prima dell’inizio dell’intervento pari a 20,9
Nl.kgST-1, fino a raggiungere dopo circa
un anno un valore medio pari a 7,1 Nl.
kgST-1, con una diminuzione di circa il
66%.
I dati di qualità del percolato estratto nel
corso dell’intervento testimoniano l’accelerazione dei processi di degradazione
dei rifiuti, con un primo incremento della
formazione e della mobilizzazione dei prodotti di degradazione seguito da un abbassamento delle concentrazioni a causa
della rapida stabilizzazione in condizioni
aerobiche.
Conclusioni
Bibliografia
Attualmente non sono ancora disponibili
conoscenze sufficienti per poter prevedere la durata delle emissioni di lungo termine e degli impatti ambientali che saranno prodotti dalle discariche dopo la
naturale perdita di efficienza delle barriere
costruite.
Al fine di prevenire costosissimi interventi
di bonifica di acquiferi contaminati, è opportuno agire per accelerare e completare in tempi sostenibili i processi di stabilizzazione dei rifiuti depositati e garantire emissioni residue di qualità accettabile.
In questo ambito, l’aerazione in situ è una
tecnica orami consolidata a livello internazionale che consente di abbattere le
emissioni potenziali residue in tempi molto
più brevi di quanto avvenga nelle discariche tradizionali anaerobiche.
L’aerazione favorisce l’allontanamento del
carbonio organico biodegradabile dalla
discarica per conversione in CO2 e limita
di conseguenza il trasferimento del carbonio in fase liquida con una diminuzione
attesa del carico organico del percolato
di nuova formazione, dei costi di trattamento e dei rischi di inquinamento degli
acquiferi.
L’aerazione in situ è applicabile sia per interventi di risanamento di vecchie discariche, sia per la minimizzazione degli impatti sull’ambiente nell’ambito del periodo
di gestione post-operativa delle nuove discariche. In questo caso l’applicazione
dell’aerazione in situ potrebbe avvenire
anche a seguito di una fase di utilizzazione del biogas, nel momento in cui le
quantità estraibili non siano più sufficienti
per un efficace recupero energetico.
I dati presentati si riferiscono al primo
anno di funzionamento di un impianto in
scala reale realizzato con tecnologia Airflow® e hanno permesso di ottenere risultati incoraggianti, in linea con quanto
ottenuto da altri autori a livello internazionale.
Belevi H., Baccini P. (1997). Long-Term Leachate Emission from Municipal Solid Waste
Landfills. In: Landfilling of Waste: Leachate. Edited by T.H. Christensen, R. Cossu, R. Stegmann, published by E & FN Spon, 1997, pp. 431439.
Cossu R. (1995) The multi-barrier landfill and related engineering problems. Atti del Sardinia 95.
Quinto Simposio Internazionale sulla gestione
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vol.II, 3- 26.
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11, Luglio 2007. Edizioni PEI, Parma.
Cossu R., Raga R. (2008). Test methods for assessing the biological stability of biodegradable
waste. Waste Management. vol. 28, pp. 381388. Elsevier Ltd.
Farquhar G.J. (1989) Overview of landfill liners
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dei rifiuti e lo scarico controllato. CISA, Cagliari,
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Heerenklage J., Stegmann R., 2005. Analytical
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Kruempelbeck I.& Ehrig H.-J (1999). Long term
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Germany. Atti del Sardinia 99, Settimo Simposio Internazionale sulla gestione dei rifiuti e lo
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Cossu, R. Stegmann, CISA Publisher, Italy, vol.
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°Dipartimento IMAGE, Univ. di Padova
°°Spinoff srl, Padova
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