UNIVERSITA DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II Scuola Politecnica e delle Scienze di base Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale Corso di laurea Magistrale in Ingegneria per l Ambiente e il Territorio Protezione e Risanamento Ambientale Tesi di Laurea Algoritmi matematici finalizzati all ottimizzazione della Gestione dei Rifiuti Solidi Urbani del Comune di Levski (BG) Relatore: Candidato: Prof. Ing. Massimiliano Fabbricino Daniele Criscuolo Prof.ssa Mariana Koleva Matr.: M67/349 Anno Accademico 2017/2018

2 Le problematiche connesse alla gestione dei rifiuti solidi urbani Cause

3 Le problematiche connesse alla gestione dei rifiuti solidi urbani Effetti

4 Titolo Valutazione della domanda di smaltimento dei rifiuti solidi nella regione urbana attraverso la modellazione delle dinamiche urbane in un ambiente GIS Caso studio Porto Alegre City, Brasile (2001) Algoritmo Utilizzato Multi-Criterio e Multi-Obiettivo Fase del ciclo ottimizzata Smaltimento in discarica controllata Alternative SI Descrizione Metodo per quantificare la relazione tra la domanda e la fornitura di terreni adeguati per lo smaltimento dei rifiuti utilizzando un sistema GIS. Un modello matematico per la simulazione della produzione di percolato di processo in una discarica controllata Montegrosso, Italia (2004) MATLAB Smaltimento in discarica controllata NO Modello matematico sviluppato in ambiente MATLAB in grado di fornire simulazioni quantitative del processo di produzione del percolato in discarica. Combinare la simulazione con gli algoritmi evolutivi per una pianificazione ottimale sotto incertezza: un'applicazione per la pianificazione dei rifiuti solidi urbani Ontario, Canada (2003) GAS algoritmo Raccolta, assegnazione e lo smaltimento dei rifiuti solidi urbani SI Modello matematico denominata GAS, che combina un algoritmo genetico (GA) con la simulazione (S) per determinare le "migliori" soluzioni al problema della pianificazione dell'allocazione dei flussi di rifiuti urbani in condizioni di incertezza Ottimizzazione dell'utilizzo del gas di discarica nelle discariche municipali di rifiuti solidi in Lettonia Lettonia (2015) Funzioni di Smaltimento in massimo e minimo discarica controllata NO Modello matematico sviluppato e applicato per stimare una capacità installata ottimale di una centrale elettrica che utilizza gas di discarica come combustibile. Ottimizzazione dei percorsi di raccolta dei rifiuti solidi tramite tecniche GIS nella città di Ipoh, in Malesia Ipoh City, Malesia (2014) Funzioni di massimo e minimo Raccolta dei rifiuti solidi urbani SI Il modello ottimizza i percorsi di raccolta dei rifiuti solidi utilizzando il sistema (GISArcView). Le rotte attuali sono state ottimizzate per ridurre la lunghezza dei percorsi e di conseguenza il tempo necessario per completare la raccolta. Strategie ottimali per il trattamento dei rifiuti solidi urbani - valutazione dei criteri ambientali e socioeconomici Life cycle assessment-analisi comparativa basata sull'impatto ambientale del compostaggio e generazione di elettricità dai rifiuti solidi Riga, Lettonia (2017) Malesia (2014) Multi-Criterio Life Cycle Assessment Trattamento e gestione dei RSU Compostaggio e waste to energy SI SI Il modello presenta le opzioni di analisi per lo sviluppo del sistema di gestione dei rifiuti, il confronto degli scenari si è basato sul metodo di analisi multicriterio. I rifiuti sono stati convertiti in elettricità e compost per l'uso su terreni agricoli e l'effetto ambientale di entrambi i processi è stato determinato dal Life Cycle Assessment (LCA).Il risultato sarebbe un profilo delle emissioni ridotto nel ciclo rispetto ai rifiuti come compost. Impatti ambientali e costi dei rifiuti solidi: un confronto tra discariche e incenerimento Parigi, Francia (2008) Costo esterno Discarica controllata ed inceneritore NO Vengono confrontati i costi dei danni derivanti dalla discarica e dall'incenerimento dei RSU, tenendo conto del recupero di energia e materiali, nonché delle eventuali differenze nella distanza di trasporto. Un modello di ottimizzazione sulla costruzione e la quantificazione dei rifiuti di demolizione da costruzione Calcutta, India (2016) Analisi Costi- Benefici Smaltimento dei rifiuti solidi urbani NO Questo documento mostra come attraverso l'analisi costi-benefici i ricavi che possono essere generati da un'adeguata ottimizzazione e riutilizzo dei rifiuti di costruzione e demolizione

5 Caso studio città di Levski (BG) Input data Abitanti Rifiuti prodotti 7000 tonn. Rifiuti cartacei prodotti 23 % Rifiuti plastici prodotti 14 % Rifiuti inerti/vetrosi prodotti 8 % Rifiuti metallici prodotti 2 % Rifiuti biodegradabili prodotti 28 % Rifiuti indifferenziati 25%

6 Sistema raccolta Rifiuti Solidi Urbani Rivestimento fondo Sistema per la raccolta e lo smaltimento delle acque superficiali e percolato Recinzione del sito e portale d'ingresso integrato Strutture per catturare e controllo del biogas Personale addetto alla sicurezza in loco Controllo in entrata e la pesatura dei rifiuti in ingresso (tipo e quantità) Sistema di monitoraggio Fenomeni di accensione spontanea dei rifiuti a causa di mancanza di imballaggio dei rifiuti Odore forti nell area della discarica e nei suoi dintorni Caratteristiche discarica No No No No No No No Si Si

7 Rischi ambientali e tipi di emissioni

8 Obiettivo della tesi

9 Obiettivo della tesi Waste to energy Riutilizzo e riciclo dei rifiuti

10 Obiettivo della tesi MEDIA ITALIA Waste to Energy 21% Smaltimento in Discarica 28% Riciclaggio 51% MEDIA EUROPA Waste to Energy 28% Smaltimento in discarica 25% Riciclaggio 47% MEDIA BULGARIA Waste to Energy 4% Smaltimento in Discarica 64% Riciclaggio 32%

11 Applicazione Modello Matematico

12 Applicazione Modello Matematico SCALA EFFETTO Globale Regionale Locale effetto serra, impoverimento dell ozono stratosferico, diminuzione delle risorse non rinnovabili acidificazione del suolo, eutrofizzazione, formazione di smog fotochimico, tossicità cronica (ambientale e umana) tossicità acuta (ambientale e umana), degradazione dell area, disturbi di tipo fisico (traffico, rumori)

13 Applicazione Modello Matematico Scenario di riferimento Emissioni CO2/NOx di materia Produzione Rifiuti Conferimento/Raccolta Trasporto Discarica (conferimento incontrollato) Energetico Biogas Percolato

14 Applicazione Modello Matematico Waste to energy Produzione Rifiuti Raccolta Rifiuto Organico Conferimento Emissioni CO2/NOx Trasporto Energetico Emissioni CO2/NOx di materia Pretrattamento di materia di materia Refluo Liquido FOS, compost Digestore Anaerobico Energetico Inerti Emissioni Polveri Produzione Biogas Discarica Rifiuti tossici ceneri Raccolta Rifiuto residuale Trasporto Energetico Pretrattamento di materia Inceneritore Energetico Produzione di vapore utilizzato per scopie energetici

15 Applicazione Modello Matematico Riutilizzo e riciclo dei rifiuti Emissioni CO2/NOx di materia di materia Energetico Raccolta Rifiuto Organico Trasporto Pretrattamento Digestore Anaerobico Produzione Biogas Produzione Rifiuti Conferimento Raccolta Rifiuto residuale Energetico Emissioni CO2/NOx Trasporto Energetico Pretrattamento di materia Refluo Liquido FOS Compost Inerti Impianto di trattamento di materia Materiale di scarto Energetico Discarica Materiale riciclato e rivitalizzato

16 Rifiuti prodotti Sistema di trasporto Produzione percolato INPUT DATA t 62 t*km 0,72 m 3 s Analisi LCA Scenario di riferimento Impatti su scala globale Impatti su scala regionale OUTPUT Riduzione strato di ozono Riduzione combustili fossili Cambiamento climatico GWP Acidificazione potenziale 0,016 Kg CFC 11eq MJ kg CO 2 eq kg SO 2 eq. Impatti su scala locale Tossicità umana Kg 1,4 diclorobenz. eq.

17 INPUT DATA Rifiuti prodotti t Waste inceneritor MSW Waste inceneritor (vetro/inerti) Energia Elettrica prodotta (η=38%) Sistema di trasporto Produzione percolato t 2.263,77 t Kwh 62 km 0,72 m 3 Analisi LCA Scenario waste to energy s Impatti su scala globale Impatti su scala regionale Impatti su scala locale Riduzione strato di ozono Riduzione combustili fossili Cambiamento climatico GWP Acidificazione potenziale OUTPUT -0,02 Kg CFC 11eq MJ kg CO 2 eq kg SO 2 eq. Tossicità umana Kg 1,4 diclorobenz. eq.

18 Analisi LCA Scenario Riutilizzo e riciclo dei rifiuti INPUT DATA Rifiuti prodotti 75% 5222,49 t Rifiuto organico 27,7% 1928,85 t Rifiuto metallico 2,5% 174,08 t Rifiuto plastico 14% 974,86 t Rifiuto vetro 8% 557,06 t Rifiuto carta 23,29% 1621,76 t Rifiuti edili 24,51% 1706,71 t Rifiuto carta 23,29% 1621,76 t Servizio di trasporto Produzione percolato 62 km 0,72 m 3 s Impatti su scala globale Impatti su scala regionale Impatti su scala locale Riduzione strato di ozono Riduzione combustili fossili Cambiamento climatico GWP Acidificazione potenziale OUTPUT 0,157 Kg CFC 11eq MJ kg CO 2 eq kg SO 2 eq. Tossicità umana Kg 1,4 diclorobenz. eq.

19 Risultato analisi

20 Esempi Termovalorizzatori Shenzhen waste to energy plant Roskilde waste to energy plant

21 Conclusioni Punti di debolezza messi in evidenza dal modello LCA del sistema dei RSU. LCA da indicazioni sullo scenario migliore per una gestione ottimizzata dei RSU. LCA è ottimo strumento nel processo decisionale per superare le barriere sociali. Scenario Waste to energy scelto come alternative progettuale. Maggiori possibilità di raggiungere gli standard europei sulla gestione dei RSU.