UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA La gestione dei rifiuti solidi

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA
Facoltà di Ingegneria
Dipartimento di Processi Chimici dell’Ingegneria
TESI DI LAUREA
La gestione dei rifiuti solidi urbani
in un paese in via di sviluppo:
da problema a risorsa
Relatore:
Ch.mo Prof. Antonio Scipioni
Correlatori:
Ch.mo Prof. Marco Ragazzi
Ing. Alberto Schiavon
Laureando: DAVIDE TOSI
ANNO ACCADEMICO 2001-2002
Ai miei genitori
II
[…]
Malgrado tutto avevo fame di un significato della vita.
E adesso so che bisogna alzare le vele
e prendere i venti del destino, dovunque spingano la barca.
Dare un senso alla vita può condurre alla follia
ma una vita senza senso è una tortura
dell’inquietudine e del vano desiderio –
è una barca che anela al mare eppure lo teme.
Edgar Lee Masters
III
INDICE
PREMESSA .....................................................................................................................3
INTRODUZIONE ...........................................................................................................5
CAPITOLO 1: SITUAZIONE ATTUALE.................................................................15
GENERALITÀ ................................................................................................................15
IL CASO DI AREQUIPA ...................................................................................................17
CAPITOLO 2: DESCRIZIONE DELLE TECNOLOGIE........................................21
DISCARICA CONTROLLATA :..........................................................................................21
COMPOSTAGGIO : ..........................................................................................................43
DIGESTIONE..................................................................................................................52
TERMODISTRUZIONE:....................................................................................................57
TERMODISTRUZIONE DI CDR .......................................................................................65
TERMODISTRUZIONE CON RACCOLTA DIFFERENZIATA ..................................................68
CAPITOLO 3: ASPETTI TECNICO-ECONOMICI ................................................71
GENERALITÀ SUGLI ASPETTI TECNICI : ..........................................................................71
ASPETTI TECNICI : IL CASO DI AREQUIPA .......................................................................73
GENERALITÀ SUGLI ASPETTI ECONOMICI ....................................................................105
ASPETTI ECONOMICI : IL CASO DI AREQUIPA ...............................................................107
CONSIDERAZIONI SUL DIPARTIMENTO DI AREQUIPA ...................................................115
CAPITOLO 4: ASPETTI AMBIENTALI ................................................................117
GENERALITÀ ..............................................................................................................117
IL CASO DI AREQUIPA .................................................................................................121
RISULTATI:.................................................................................................................127
CAPITOLO 5: CONCLUSIONI................................................................................155
GENERALITÀ ..............................................................................................................155
IL CASO DI AREQUIPA .................................................................................................158
CAPITOLO 6: APPENDICI ......................................................................................161
APPENDICE 1: QUANTITÀ E QUALITÀ DI RIFIUTO ........................................................161
APPENDICE 2: DISCARICA CONTROLLATA ..................................................................164
APPENDICE 3: COMPOSTAGGIO ..................................................................................179
APPENDICE 4: DIGESTIONE ANAEROBICA ...................................................................181
APPENDICE 5: TERMODISTRUZIONE............................................................................185
APPENDICE 6: TERMODISTRUZIONE DI CDR ..............................................................193
APPENDICE 7: TERMODISTRUZIONE DIFFERENZIATA ..................................................196
APPENDICE 8: ASPETTI ECONOMICI ............................................................................198
APPENDICE 9: EMISSIONI ............................................................................................211
BIBLIOGRAFIA .........................................................................................................223
RINGRAZIAMENTI ..................................................................................................227
2
Premessa
Questa tesi è stata scritta in modo tale che possa essere compresa da chiunque sia
interessato alla gestione dei rifiuti. Per tale motivo si è deciso di fare una prima parte in
cui si affronta il problema in modo descrittivo e dove si riportano i risultati ottenuti da
questo studio. In una seconda parte (capitolo 6) si fa una descrizione tecnica rivolta a
personale specializzato interessato anche ai metodi utilizzati.
3
4
Introduzione
Il presente lavoro nasce dalla specifica richiesta dell’Organizzazione Non Governativa
(O.N.G.) peruviana “El Taller”, organizzazione che aveva già intrattenuto positivi
rapporti di collaborazione con l’associazione “Ingegneria Senza Frontiere” di Trento, di
avere a disposizione uno studio sulla possibile attuazione di un piano di gestione rifiuti
per la città di Arequipa. La richiesta dell’O.N.G. peruviana era dovuta alla constatazione
che, attualmente, nel Perù in generale e nella città di Arequipa in particolare non esiste
una vera e propria gestione dei rifiuti; ciò determina una situazione drammatica sia dal
punto di vista sanitario che da quello ambientale. Tale situazione si è ulteriormente
aggravata negli ultimi anni per effetto dell’avvento della plastica ed il conseguente
aumento di rifiuti non biodegradabili accumulatisi un po’ dove capitava.
Scopo del presente studio è compiere un confronto tra i tipi di trattamento ipotizzabili
per la città di Arequipa al fine di individuare la tecnologia più adeguata. La
comparazione verterà su due livelli:
-
analisi
tecnico-economica:
un
dimensionamento
di
massima,
effettuato
stimando i flussi in entrata ed in uscita dall’impianto, e un’analisi dei costi
permetteranno di evidenziare la tecnologia più conveniente e quelle
decisamente da scartare;
-
analisi
ambientale:
le
tecnologie
rivelatesi
economicamente
sostenibili
verranno poi esaminate utilizzando uno studio sul ciclo di vita della gestione
dei rifiuti, al fine di permetterne un loro confronto sotto il profilo
dell’impatto ambientale.
Ambizione di questo elaborato sarebbe giungere a sensibilizzare le amministrazioni
locali, facendo loro capire che una attenta pianificazione della gestione dei rifiuti, oltre a
risolvere i problemi ambientali e sanitari, permetterebbe, addirittura, di impiegare i
rifiuti come risorsa, con un conseguente vantaggio economico. Questo è sinteticamente
rappresentato nella Figura 1, nella quale si evidenziano i flussi che possono condurre ad
uno sfruttamento economico dei rifiuti. Altri introiti, inoltre, potrebbero derivare dalla
vendita dei materiali riciclabili come metalli, vetro, plastiche.
Lo studio svolto, oltre che concentrarsi specificamente sulla città di Arequipa, si
sofferma pure sull’intera tematica della gestione rifiuti; l’obiettivo è offrire un lavoro
5
che possa essere utile strumento (inteso come metodologia applicata) anche per altri
paesi in via di sviluppo con problematiche analoghe.
Quanto alla scelta dei trattamenti da analizzare, si è deciso di escludere fin dall’inizio le
tecnologie troppo avanzate, perché troppo “delicate” e difficili da gestire (un esempio
potrebbe essere l’inceneritore al plasma). Si sono, quindi, prese in considerazione tutte
tecnologie “sicure” e tali da non richiedere conoscenze particolarmente avanzate alla
maggior parte degli operatori che le devono utilizzare.
incenerimento
discarica
CDR
combustion
e
vapore
mercato: en. termica
energia elettrica
+
energia termica
mercato: en. elettrica o termica
compost
mercato: compost
ciclo a
vapore
motore a comb. int.
digestione
biogas
compostaggio
CDR
Rifiuti Solidi Urbani
Figura 1: Valorizzazione economica dei rifiuti solidi urbani
La preferenza per tecnologie poco automatizzate, inoltre, oltre ad evitare macchinari
con troppe parti “delicate”, richiederebbe un maggior numero di operai per il loro
funzionamento, dando così lavoro alla popolazione locale. Questa scelta, oltre ad essere
“eticamente” condivisibile, è anche economicamente giustificabile, in quanto il costo
della manodopera in queste zone è decisamente basso e perché potrebbe pure agire da
stimolo dell’economia del luogo di installazione degli impianti.
Primaria preoccupazione nello svolgimento del lavoro di analisi è stata pure la costante
presa in considerazione della situazione socio-culturale in cui l’impianto verrebbe
6
ubicato; ciò al fine di evitare di giungere ad uno studio, magari raffinatissimo, che
potrebbe rivelarsi, tuttavia, di nessuna utilità perché non capito o comunque non
accettato dalla popolazione locale. La semplice importazione, in un paese in via di
sviluppo,
di
una
tecnologia
nata
e
sviluppata
per
l’occidente
industrializzato
rischierebbe di risultare, nonostante i buoni propositi, l’ennesima imposizione e
verrebbe vissuta dalla gente come un’oppressione.
Di seguito si propongono delle brevi descrizioni delle tecnologie scelte. Si è cercato di
schematizzare le operazioni principali di ogni singola tecnica, evidenziando i flussi di
materia così da avere fin da subito un’idea delle correnti in entrata ed in uscita
nell’impianto. Una descrizione più precisa sarà presentata nei capitoli successivi.
1)
DISCARICA
Si precisa subito che questa metodologia di trattamento dei rifiuti non verrà considerata
tra le possibili soluzioni, in quanto oramai non più sostenibile, né sotto il profilo
igienico, né sotto quello ambientale. Vi si è comunque accennato perché rappresenta la
situazione attuale. Secondo questo sistema i rifiuti raccolti sono depositati in un luogo
ove non dovrebbero arrecare fastidio ma senza alcuna limitazione delle emissioni
liquide o gassose, con gravi conseguenze di tipo igienico ed ambientale (Figura 2).
2)
DISCARICA CONTROLLATA
Questa tecnologia costituisce un’evoluzione della precedente; in essa però sono
drasticamente limitate le emissioni: il biogas prodotto in discarica viene per la maggior
parte captato e, poi, se conveniente in termini economici, viene impiegato per produrre
energia (sia termica, sia elettrica). Se non vi è questa convenienza economica, il biogas
viene bruciato in torcia, ossia in condizioni tali da limitare al massimo l’impatto
ambientale: la CO2 che si libera dalle torce è un gas serra, ma l’impatto è molto ridotto
rispetto al CH4 infatti secondo il modello CML [riferimento bibliografico]una mole di
CH4 ha un effetto 64 volte maggiore rispetto ad una mole di CO2 sull’effetto serra.
Anche il percolato che si forma viene in qualche modo captato e trattato in modo tale da
limitarne la pericolosità.
7
emissioni gassose
secco + umido
trasp.
discarica
biogas in atmosfera
percolato
Figura 2: Discarica non controllata
Nella Figura 3, che evidenzia i flussi principali del sistema, si può notare lo
sfruttamento economico dei rifiuti soprattutto mediante la produzione di energia
elettrica.
3)
COMPOSTAGGIO AEROBICO (con raccolta differenziata secco-umido)
Una delle “filosofie” utilizzabili nella gestione dei rifiuti è quella del trattamento
biologico: la frazione organica (quella più difficilmente gestibile perché putrescibile)
viene attaccata da batteri e, quindi, convertita in prodotti utili (compost o biogas). A dire
il vero questo processo si verifica anche nelle discariche, ma in maniera incontrollata.
L’impianto per il compostaggio aerobico, invece, è appositamente costruito per
controllare ed ottimizzare il procedimento.
perdite biogas
emissioni gassose
secco + umido
trasp.
discarica
controllata
biogas
combustione
mercato : energia
percolato
Figura 3: Discarica controllata
8
Questo primo trattamento biologico, il compostaggio, consiste nella trasformazione
della frazione organica in prodotto stabilizzato e dalle ottime proprietà organolettiche
(quindi sfruttabile in agricoltura). E’ una tecnica che richiede la raccolta differenziata
dei rifiuti: non è necessaria una differenziazione “spinta”, ma è richiesta la separazione
del secco dall’umido, dove per umido si intende quella parte dei rifiuti soggetta a
putrescibilità (tipici sono gli scarti di cucina ed i rifiuti verdi).
La Figura 4 evidenza i distinti trattamenti che subiscono i rifiuti in base alla categoria di
appartenenza. Si noti che il rifiuto secco viene lavorato per recuperarne le frazioni
riciclabili (plastica, vetro, ferro). I due flussi tratteggiati indicano situazioni che non
dovrebbero presentarsi; sono state rappresentate solo per completezza. Esse potrebbero
verificarsi (i) quando non è possibile separare nessuna frazione dal rifiuto secco (lo si
porterà, quindi, direttamente in discarica) o (ii) quando il compost prodotto non è
commercializzabile, perché la situazione economica del paese non lo permette o il
compost è di qualità scadente (il compost viene allora portato in discarica ed utilizzato
come materiale di copertura).
emissioni gassose
secco
trasp.
separazione
riciclaggio
mercato : materiale
discarica
controllata
umido
trasp.
compostaggio
mercato : compost
Figura 4: Compostaggio aerobico
4)
DIGESTIONE ANAEROBICA (con raccolta differenziata secco-umido)
Questa è la seconda modalità per porre in essere un trattamento biologico: si opera in
maniera tale da trasformare la frazione organica in biogas, che potrà poi essere utilizzato
9
per produrre energia. Il residuo dell’operazione potrà, inoltre, essere trattato per ottenere
del compost da vendere o inviare in discarica. La Figura 5 ne rappresenta le operazioni e
i flussi principali.
5)
DIGESTIONE (con selettore automatico)
La soluzione precedente è impiegabile anche partendo da un rifiuto indifferenziato. In
questo caso è sufficiente anteporre alla digestione un selezionatore che separi la frazione
secca dalla umida. Tale operazione non può essere effettuata prima del compostaggio,
altrimenti il prodotto finale risulterebbe di qualità scadentissima e di sicura non
commerciabilità. Le operazioni principali sono rappresentate nella Figura 5, alla quale
deve essere anteposta la Figura 6.
emissioni gassose
secco
trasp.
separazione
mercato: materiale
riciclaggio
discarica controllata
umido
trasp.
digestione
biogas
combustione
postcompostaggio
mercato: energia
mercato: compost
Figura 5: Digestione anaerobica con raccolta differenziata
secco+umido
trasporto
selezionatore
automatico
secco ed umido
separati
Figura 6: Digestione anaerobica senza raccolta differenziata
10
caso 4
6)
INCENERIMENTO
Un’altra
“filosofia”
di
trattamento
dei
rifiuti
solidi
urbani
è
rappresentata
dall’incenerimento. Bruciando i rifiuti si ottengono due grossi vantaggi: in primo luogo,
una grossa produzione di energia che può essere impiegata per la realizzazione di
energia termica ed elettrica; in secondo luogo, una notevole diminuzione del volume
occupato dai rifiuti.
Per contro, questa tecnologia è difficile da gestire sotto il profilo delle emissioni in
quanto dà origine ad un notevole quantitativo di fumi che, prima di essere liberati
nell’aria, devono venir depurati così da catturare tutte le sostanze nocive alla salute.
Questa operazione, inoltre, produce dei sottoprodotti che, assieme alle ceneri ed alle
scorie prodotte durante l’incenerimento, devono essere conferiti in discarica. Questi
residui, infine, seppur con il pregio di occupare poco spazio nelle discariche, sono molto
inquinanti e devono quindi essere gestiti con particolare attenzione. La Figura 7
evidenzia, in particolare, gli introiti ricavabili dalla vendita dell’energia elettrica
prodotta nell’inceneritore.
emissioni gassose
secco+umido
trasp.
mercato: energia
incenerimento
scorie e ceneri
sottoprodotti da trattamento
fumi
Figura 7: Incenerimento tal quale
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discarica controllata
7)
INCENERIMENTO CON BIOESSICAZIONE (CDR)
Con questa soluzione si cerca di migliorare il processo dell’incenerimento che, come
sottolineato al punto immediatamente precedente, ha il difetto di dar origine a troppe
emissioni inquinanti. Quest’inconveniente è dovuto al fatto che il rifiuto viene bruciato
tal quale ed i problemi lamentati derivano proprio dall’eterogeneità del materiale
combustibile utilizzato. La tecnologia del CDR (Figura 8) elimina/attenua questi
inconvenienti, operando una biostabilizzazione del materiale e ottenendo così quattro
vantaggi: è possibile (i) estrarre facilmente le frazioni di materiale riciclabile, (ii)
realizzare un’omogeneizzazione del materiale combustibile, (iii) rendere la combustione
molto più facile da gestire e, soprattutto, (iiii) permettere di avere un materiale dal
potere calorifico decisamente maggiore di quello del rifiuto tal quale. Come già detto,
questi vantaggi consentono una diminuzione delle emissioni in atmosfera per alcuni tipi
di inquinanti (ad esempio il monossido di carbonio).
emissioni gassose
secco+umido
trasp.
bioessicazione
CDR
separazione
combustione
riciclaggio
scorie e ceneri
mercato: energia
mercato: materiale
discarica controllata
prodotti da trattamento
fumi
Figura 8: Incenerimento di CDR
8)
INCENERIMENTO (con raccolta differenziata secco-umido)
Anche questo metodo è finalizzato alla stabilizzazione della combustione, la quale si
ottiene separando la frazione umida dalla massa totale di rifiuti. In questo modo il
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materiale combustibile ricavato è più omogeneo e meno umido, quindi con un potere
calorifico leggermente maggiore del rifiuto tal quale. Un altro vantaggio deriva, come si
può vedere nella Figura 9, dalla produzione ed eventuale vendita del compost prodotto.
Per contro, questa tecnologia richiede la preventiva separazione del secco dall’umido e,
quindi, presuppone la predisposizione della raccolta differenziata secco-umido.
emissioni gassose
secco
trasp.
mercato: energia
incenerimento
scorie e ceneri
discarica controllata
sottoprodotti da trattamento
fumi
umido
trasp.
compostaggio
mercato: compost
Figura 9: Incenerimento con raccolta differenziata
13
14
Capitolo 1: Situazione attuale
In questo capitolo si dà un inquadramento generale al problema della gestione dei rifiuti
in un paese in via di sviluppo e, più in particolare, al caso concreto della città di
Arequipa. L’obiettivo è quello di trovare le possibili cause, di cogliere le conseguenze e
di capire a livello normativo quali siano le risposte date al problema.
Generalità
Come è facilmente intuibile, il problema della gestione dei rifiuti in un paese in via di
sviluppo (PVS) è particolarmente grave e di difficile soluzione. Questo scenario è
causato da una serie di fattori che concorrono a rendere la situazione drammatica.
Nei paesi in cui le condizioni
socio-economiche sono gravi, normalmente la
popolazione è attratta dalle grandi città che rappresentano una strada per uscire dalla
miseria. Questa situazione porta ad avere la formazione di grossissimi agglomerati
ingestibili anche perché non sono minimamente strutturati. La conseguenza di tale
meccanismo è il formarsi delle famose baraccopoli nelle periferie delle grosse città.
In un contesto simile è difficile pensare che le amministrazioni locali dispongano di
mezzi e finanze per garantire quelle strutture che normalmente in occidente si ritengono
basilari come strade, acquedotti, impianti elettrici, impianti fognari ecc.
Un settore che risente particolarmente della situazione descritta è il settore dei rifiuti
urbani. Infatti normalmente questo è considerato un problema secondario e quindi
gestito in maniera approssimativa dalle amministrazioni comunali. Ma il continuo
aumento di abitanti porta ad avere la produzione di grosse quantità di rifiuti che
risultano di fatto completamente prive di gestione.
Questa situazione è andata ulteriormente aggravandosi negli ultimi anni con l’avvento
della plastica. Infatti, se prima i rifiuti erano biodegradabili, quindi in qualche modo
venivano “smaltiti”, ora ci si trova con cumuli di immondizia non degradabile nel
tempo. Tale situazione è frutto anche della gente che in molti casi non è educata in
merito e quindi non si pone nemmeno il problema di dove possano finire i propri rifiuti.
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Le conseguenze sono molteplici, ma sicuramente
sono due quelle più gravi: (i) un
evidente degrado ambientale con forti emissioni inquinanti, ma soprattutto (ii)
condizione igienico sanitarie gravi per la popolazione che è
contesto.
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costretta a vivere in quel
Il caso di Arequipa
Arequipa è una città di quasi 800.000 abitanti situata nel sud del Perù. Si trova sulle
Ande ad un’altitudine di circa 2.300 metri. Essendo, però, relativamente vicina
all’Equatore ha un clima accettabile: la temperatura si mantiene normalmente sotto i 30
gradi l’estate e non scende sotto lo zero d’inverno.
Nel dipartimento (equivale ad una regione italiana intesa come ente amministrativo) di
Arequipa, la popolazione è di circa un milione di persone , questo significa che più del
80% degli abitanti vivono in città. Questo effetto è aumentato enormemente: negli
ultimi 50 anni la popolazione urbana è quadruplicata, mentre quella rurale è aumentata
dello
0,2%.
Ciò
dimostra
che
Arequipa
si
trova
nella
situazione
descritta
precedentemente e questo con non pochi problemi. Il problema principale è la
disoccupazione causata da diversi fattori socio economici anche se negli ultimi anni
(dopo la destituzione del governatore dittatore Fujimori) la situazione si è stabilizzata e
la Banca Mondiale pronostica una futura crescita economica per il Perù.
La
situazione di crisi delineata ha portato ad un notevole degrado ambientale, a tal
punto che
uno studio realizzato nel 1997 ha rilevato che quasi il 40 % della
popolazione
ritiene
importante
un
miglioramento
ambientale.
In
particolare,
la
situazione di Arequipa è grave in diversi settori: si trova con poca acqua (zona
semidesertica con precipitazioni che normalmente raggiungono solamente i 30 mm
all’anno) e il fiume che la attraversa, il Chili, è fortemente inquinato. Questi fattori
hanno portato ad un deterioramento delle aree verdi e quindi ad un ulteriore
peggioramento della qualità già compromessa dell’aria. A peggiorare la situazione
concorre il fatto che la città si trova in un area sismica.
In un simile contesto di degrado generalizzato anche il sistema di gestione dei rifiuti
solidi è particolarmente deficitario. Attualmente esistono 6 discariche ufficiali e 3
abusive che raccolgono parte dei rifiuti prodotti. Queste strutture sono comunque
completamente prive di qualunque sistema di controllo delle emissioni e questo produce
nelle loro vicinanze una situazione insostenibile (odore, insetti, infezioni, emissioni
inquinanti sia liquide che gassose). Bisogna tenere in considerazione inoltre che solo il
44% del rifiuto prodotto viene raccolto e conferito in discarica, il rimanente è
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normalmente buttato in un torrente che attraversa la città e che nei periodi di piena
funge da spazzino.
Fortunatamente le amministrazioni locali hanno capito il problema e hanno cercato di
dare una soluzione al problema. In risposta a questa esigenza è stata stilata Agenda 21
con il proposito di orientare l’azione delle istituzioni in modo da migliorare lo sviluppo
locale, nazionale ed internazionale per avere uno sviluppo sostenibile. Per questo
motivo si sta puntando ad uno sviluppo integrale, in modo che tutti i settori si
impegnino nella gestione ambientale.
Successivamente (febbraio 2002) la provincia di Arequipa con l’assenso del ministero
dell’ambiente ed in collaborazione con molte altre amministrazioni comunali ha stilato
il Plan Provincial Integral de Gestion Ambientale Residuos Solidos (PIGARS). In
questo documento c’è un’interessante descrizione del problema rifiuti, nella quale si
spiega il contesto attuale e come si applica la gestione oggi. Successivamente è
spiegato come dovrebbe essere il piano per la gestione dei rifiuti, i campi di
applicazione, le opportunità e le raccomandazioni per l’applicazione. Il difetto
fondamentale di tale piano sta nel suo essere molto astratto: si tratta
solamente di
ipotesi, non c’è nulla di concreto e si lascia ai privati l’iniziativa.
Più concreta appare la legge che a livello nazionale regola questo settore. Infatti dal
punto di vista normativo, la gestione dei rifiuti solidi in Perù è regolata dalla legge n°
27314, emanata il 21 Luglio del 2000 dal Consiglio della Repubblica Peruviana ed
avente il seguente titolo: “Legge generale sui Rifiuti Solidi”.
L’obiettivo di questa legge è quello di stabilire diritti, doveri e responsabilità di tutte le
figure componenti la società civile per assicurare una gestione dei Rifiuti Solidi nel
rispetto dell’ambiente e della salute pubblica. Nel testo della legge sono citate tutte le
figure politiche coinvolte, Ministero della salute, Ministero dei trasporti, Province,
Comuni e soprattutto il CONAM ovvero il Consiglio Nazionale dell’Ambiente. Questo
organo ha il compito di emanare la legge sopra
citata, di proporne e di controllarne
l’applicazione.
Queste figure politiche sono chiamate in causa perché la legge vuole dare una linea
politica alla gestione dei rifiuti in cui vengano incentivate le politiche per la raccolta
differenziata, in cui si punti alla riduzione del volume dei rifiuti, in cui si cerchi di
valorizzare il rifiuto. La tendenza proposta è quella di fare dei piani di gestione dei
18
rifiuti e poi lasciare il lavoro a ditte private, in modo tale che lo stato svolga solo la
funzione di controllo sia a livello economico (tassazione) che ambientale (controllo
emissioni).
Dal punto di vista tecnico, la legge definisce delle disposizioni generali per la gestione
dei rifiuti. In particolare, si impone che il sistema di gestione dia delle indicazioni sulle
modalità di trasporto, sul tipo di trattamento, sulla disposizione finale, oltre che
prevedere l’individuazione della fonte e l’eventuale commercializzazione.
Questa legge fa anche una classificazione in diverse categorie, in base alla fonte da cui
arriva
il
rifiuto
(domiciliare,
commerciale,
ospedaliero
ecc),
dando
particolare
attenzione ai rifiuti ospedalieri ed a quelli da attività speciale perché possono costituire i
rifiuti pericolosi, pertanto sottoposti ad una normativa particolare.
Gli articoli rimanenti toccano altri aspetti come quello ambientale (criteri da adottare
per il controllo ambientale), giuridico (diritti e doveri dei cittadini, organi addetti alle
sanzioni …) e prevenzione della salute del personale
Infine la legge dà delle disposizioni complementari per invogliare la creazione di una
coordinazione nazionale, la stesura di un registro per i rifiuti e impone dei termini
temporali
entro cui le province devono presentare un piano di gestione in modo da
mettersi in regola.
Volendo commentare questi tre documenti (Agenda 21, PIGARS, legge 27314), si può
affermare che a livello politico il problema è sentito e ci si sta muovendo verso delle
risposte. Purtroppo, però, ci si trova ancora in uno stato di proposte che non hanno
portato, fino ad ora, a nulla di concreto. Solo recentemente è stato fatto un progetto per
la realizzazione di una discarica controllata e si spera che questo sia il primo passo
verso la realizzazione di una serie di interventi concreti.
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20
Capitolo 2: Descrizione delle tecnologie
Come già premesso nell’introduzione, scopo di questo lavoro è proporre un confronto
tra alcune modalità di smaltimento dei rifiuti solidi urbani attuabili nella città peruviana
di Arequipa. Si ricorda che non sono state prese in considerazione quelle tecnologie che
richiedono impianti tecnicamente avanzati e di difficile gestione.
Questo capitolo offrirà una breve descrizione delle soluzioni ipotizzate, al fine di
evidenziare gli aspetti generali della tecnologia impiegata ed i processi coinvolti.
Discarica controllata:
Generalità:
Questa tecnica richiede che i rifiuti solidi urbani indifferenziati vengano depositati in un
sito apposito, la discarica, ove subiranno una degradazione biologica ad opera di batteri,
sia aerobici sia anaerobici, che vanno ad intaccare la frazione organica . Saranno così
ottenuti: (i) un prodotto solido stabilizzato; (ii) un prodotto gassoso (biogas), composto
essenzialmente da CH4 e CO2 ; ed (iii) un prodotto liquido, raccolto dal fondo della
discarica, detto percolato.
Il biogas viene ottenuto attraverso tre fasi:
fase aerobica: in essa i batteri aerobici, sfruttando l’ossigeno trasportato dai rifiuti
stessi, producono un biogas formato da CO2 ed H2 O. Questa reazione è possibile negli
strati superficiali della discarica (profondità massima 3 metri) per la presenza di
ossigeno che diffonde dall’atmosfera. Oltre alla formazione del biogas si verifica pure
l’idrolisi delle molecole organiche più grosse; tipiche sono le rotture della cellulosa,
dell’amido e delle proteine.
fase acida: è caratterizzata per l’azione di batteri sia facoltativi sia anaerobici e si
suddivide, a sua volta, in due sottofasi: una prima fase acida instabile qualificata
principalmente dalla produzione di idrogeno (raggiunge concentrazioni anche del 25%
vol.). In questo momento la discarica può essere fonte di odori particolarmente molesti.
Una seconda fase di fermentazione acida stabile in cui avviene un’ulteriore idrolisi della
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frazione organica e la formazione di acidi grassi volatili (in particolare acido acetico)
che costituiranno il substrato fondamentale per l’ultima fase. La fase acida descritta può
durare da qualche mese fino a due o tre anni.
Figura 10: Andamento dei principali gruppi batterici responsabili della
degradazione anaerobica. Legenda: 1 a,b,c - idrolizzatori di cellulosa,
emicellulosa, proteine e cellulosa; 2 a,b - metanigeni acetoclasti e
idrogeno ossidanti; 3 – solfato riduttori (Sleat et al., 1987)
fase metanigena: in essa si giunge alla vera e propria formazione del biogas ad opera di
batteri anaerobi obbligati; in particolare operano due famiglie di batteri: gli acetofili,
che sfruttano l’ac. acetico secondo la reazione:
CH3 COOH ? CH4 +CO2
e gli idrogenofilici. che invece sfruttano idrogeno ed anidride carbonica secondo la
reazione:
4H2 +CO2 ? CH4 +2H2 O
E’ la fase più importante ed anche quelle che dura più a lungo, protraendosi una qualche
decina di anni.
22
In questa presentazione si è preferito, per motivi di chiarezza, affrontare distintamente le
tre fasi. Non si trascuri però che, nella realtà della discarica, esse si compiono
contemporaneamente, ma a profondità diverse: in particolare, la produzione del biogas,
richiedendo per il suo formarsi “materiale” di età più avanzata, avverrà a livelli inferiori
ai di 4 metri. Nei seguenti grafici sono rappresentate, in funzione della profondità, le
distribuzioni di alcune famiglie batteriche (Figura 10)e di alcuni prodotti di reazione
(Figura 11).
Figura 11: Distribuzione con la profondità degli acidi organici volatili,
azoto ammoniacale, ione solfato, ione cloruro e ione potassio (Sleat et al.,
1987)
L’insieme dei passaggi che conducono alla formazione di biogas in
discarica sono rappresentati in
Figura 12.
Dei molteplici fattori che influenzano il procedimento in oggetto i principali sono:
-
caratteristiche
ambientali,
con
temperatura e umidità dell’aria;
23
particolare
riferimento
a
precipitazioni,
-
caratteristiche del rifiuto, quali composizione, granulometria, densità ed
umidità;
-
modalità di conduzione dell’impianto, ossia geometria della discarica,
modalità di deposito dei rifiuti, tecniche di ottimizzazione usate ecc..
Questi fattori influenzano i batteri operanti in discarica i quali, per lavorare bene,
devono essere numerosi e trovarsi in condizioni ottimali.
La decisione di costruire una discarica controllata è finalizzata a riuscire, oltre che a
raccogliere i rifiuti, pure ad evitare emissioni pericolose e captare il biogas che si forma
in modo da poterlo sfruttare, essendo un gas combustibile mediamente composto da un
45-65% di CH4 . Mediamente, però, solo il 50% della sostanza organica (secca) è
composta da C e, di questo, solo il 50% è gassificabile (il rimanente è composto da
plastiche e gomme). Un'altra limitazione deriva dal fatto che i sistemi di captazione del
biogas riescono a captare al massimo il 60% del gas teoricamente generabile. Si può
comunque stimare una produzione di biogas pari a 150-200 m3 /t RSU, con valori
massimi dell’ordine di 15-20 m3 /t RSU/anno raggiungibili nei primi anni (valore che si
annulla dopo circa trent’anni)
Come già accennato, in discarica si forma pure un altro fluido, il percolato, il quale si
deposita nel fondo della discarica che deve, pertanto, essere impermeabilizzata per
impedire
eventuali
perdite.
La
sua
formazione
è
dovuta
principalmente
alle
precipitazioni atmosferiche le quali, infiltrandosi, provocano la lisciviazione di tutte le
sostanze solubili presenti in discarica. Di particolare pericolosità è il percolato che si
forma nella fase acida, caratterizzato da un elevata presenza di materia organica e da un
pH acido. La pericolosità si attenua nella fase metanigena dove il percolato è detto
“stabilizzato” perché presenta un basso contenuto di sostanze biodegradabili ed ha un
pH debolmente alcalino. Ad ogni modo, in entrambi i casi il liquido risulta inquinato da
sostanze come ferro, manganese, zinco, calcio e magnesio. Per questo il percolato deve
essere accuratamente estratto e poi trattato in maniera adeguata.
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Figura 12: Diagramma dei principali gruppi batterici e rispettivi substrati
(modificato da Beker, 1987 e Christensen e Kjeldsen, 1989)
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Anche nel biogas vi sono tracce di elementi quali ossigeno, zolfo e idrocarburi
(mediamente in una percentuale del 4% rispetto alla totalità del gas) i quali provocano
grossi problemi perché sono tossici e sono la causa principale di cattivi odori
(particolarmente pericolosi sono il vinilcloruro, il benzolo e il metilmercaptano). Per tali
composti, nocivi sia per l’uomo sia per la vegetazione, devono essere previsti efficaci
sistemi di abbattimento ed un sistema di monitoraggio che li tenga sotto osservazione.
Infine, si consideri pure che questi gas contribuiscono all’aumento dell’effetto serra,
aumento causato in gran parte da CH4 ma influenzato pure dal CO2 .
Analisi tecnica:
Come spiegato in precedenza, la costruzione di una discarica controllata ha lo scopo di
captare e sfruttare economicamente i gas e i liquidi che, altrimenti, uscirebbero dalla
discarica provocando danni all’ambiente.
Nella progettazione di questo tipo di impianto si deve tener presente tre possibili
collocazione: in avvallamento, in rilievo, a ridosso di pendio (Figura 13).
Figura 13: Tipi di discarica: in avvallamento (a), in rilievo (b) ed in
pendio (c) (Ragazzi, 2001)
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Per decidere quale tra queste è la soluzione migliore si devono prima fare delle indagini
sul tipo di terreno sul quale nascerà l’eventuale discarica per capirne la stabilità. Queste
indagini sono di vario tipo:
-
idrologiche e meteoclimatiche, finalizzate alla previsione della quantità e
qualità del percolato che verrà a formarsi;
-
geologiche, geofisiche e geotecniche (prove di permeabilità e studio delle
falde), per capire il comportamento del percolato. In base al tipo di terreno
ed
al
tipo
di
discarica
è
infatti
possibile
definire
il
tipo
di
impermeabilizzazione da applicare per evitare perdite di percolato. Potrà
trattarsi di barriere naturali (strato di roccia) oppure impermeabilizzazioni
vere e proprie, realizzate artificialmente sia con materiali naturali (argille) sia
con materiali sintetici (plastiche); in merito si veda la Figura 14.
Figura 14: Tipologie di impermeabilizzazione: a) singola naturale; b)
singola sintetica; c) singola composita (naturale-sintetica); d) doppia
sintetica; e) doppia semicomposita; f) doppia composita (Ragazzi, 2001)
E’ necessaria anche una impermeabilizzazione superficiale al fine di limitare le
infiltrazioni di acqua e soprattutto per limitare le fuoriuscite di gas. Di solito si tratterrà
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di un’impermeabilizzazione di tipo minerale e verrà realizzata ricoprendo l’intera
superficie interessata con uno strato di terreno stabile alto all’incirca un metro. In questa
fascia avverrà l’ossidazione sia del metano sia dell’idrogeno (Figura 15)
Figura 15: Schematizzazione dei flussi di gas che attraversano lo strato di
copertura. (Damiani e Gandolla, 1992)
Come gia detto, la discarica deve essere provvista di un sistema di captazione dei gas
prodotti e di un sistema per la raccolta del percolato.
L’impianto riguardante i gas è costituito essenzialmente da (si veda la Figura 21):
-
captazione;
-
trasporto;
-
aspirazione;
-
trattamento.
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Figura 16: Rappresentazione dei principali blocchi componenti una
discarica controllata. (Damiani e Gandolla, 1992)
Il sistema di captazione prevede dei pozzi o drenaggi che raccolgano il gas. Sono state
individuate diverse tipologie di captazione, alcune delle quali sono evidenziate nelle
figure seguenti:
Figura 17: Pozzetti verticali con sfogo per il percolato accumulato. A)
moduli sfalsati collegati tra loro con letti di ghiaia per evitare
sovraccarichi sull’impermeabilizzazione di fondo; B) collegamento del
pozzetto verticale al dreno di fondo. (Damiani e Gandolla, 1992)
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Figura 18: Captazione del biogas tramite drenaggio di fondo del
percolato. (Damiani e Gandolla, 1992)
Figura 19: Captazione centrale del biogas tramite drenaggi orizzontali e/o
misti. (Damiani e Gandolla, 1992)
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Figura 20: Captazione verticale del biogas tramite lenti di ghiaia (A) e
trincee superficiali per il controllo delle emissioni superficiali (B1 con
copertura superficiale, B2 senza copertura ed aspirazione forzata.
(Damiani e Gandolla, 1992)
Figura 21: captazione verticale del biogas con collegamento idraulico al
dreno di fondo del percolato. Legenda: A) moduli di calcestruzzo forato,
cavi all’interno; B) moduli in calcestruzzo forato con riempimento in
ghiaia; C) gabbione in rete metallica riempito di ghiaia. (Damiani e
Gandolla, 1992)
Ovviamente, sistemi diversi porteranno a volumi di influenza diversi, come prospettato
in Figura 23.
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Figura 22: Schema di una sonda per la captazione del biogas. (Damiani e
Gandolla, 1992)
Figura 23: Schematizzazione del volume di influenza per diversi tipi di
sistemi di captazione. (Damiani e Gandolla, 1992)
Si noti che il sistema di captazione è suddiviso in tre reti distinte (vedi Figura 24): una
centrale, con lo scopo di aspirare il gas prodotto nel “cuore”; una periferica, per aspirare
il gas che altrimenti uscirebbe dai lati; ed una esterna al perimetro della discarica per
rilevare ed eventualmente captare fughe di gas.
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