Applicazione dell Analisi dei Flussi di Materia ad un Impianto di Selezione di Materiali Riciclabili

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1 Applicazione dell Analisi dei Flussi di Materia ad un Impianto di Selezione di Materiali Riciclabili Dott. Raffaele Cremiato Dr. Lucio Zaccariello Prof. Ing. Maria Laura Mastellone SECONDA UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI Dipartimento di Scienze e Tecnologie Ambientali Biologiche e Farmaceutiche via Vivaldi, Caserta -Italy

2 Introduzione L analisi dei flussi di materia consiste nell applicazione di bilanci di massa ad un sistema composto da diversi sottoprocessi per ognuno dei quali viene impostato un bilancio totale (sul rifiuto), i bilanci parziali (componenti del rifiuto) e i bilanci elementari(elementi/sostanze). Tale strumento è stato utilizzato per valutare le prestazioni di un impianto industriale sia in fase di progettazione (modello di simulazione) che di verifica di funzionamento grazie alla misura indiretta dei parametri di efficienza. Esso è lo strumento basilare per compilare il Life Cycle Inventory.

3 Inquadramento e scopo La raccolta differenziata dei rifiuti solidi urbani è impostata in modo da separare a monte alcune categorie di rifiuti la cui selezione meccanica potrebbe non essere efficiente o la cui presenza porterebbe ad una irreversibile perdita del valore di alcuni materiali. Il multimateriale è una miscela di rifiuti secchi ovvero privi di materiale organico putrescibile formato da plastiche miste, alluminio, materiali ferrosi e alcuni poliaccoppiati. La selezione dei polimeri contenuti nel multimateriale è un processo complesso che coinvolge tecniche differente basate su proprietà geometriche (separazione per forma e dimensione), proprietà magnetiche e paramagnetiche, proprietà ottiche. L efficienza richiesta a tali impianti di selezione, noti anche come Material Recovery Facilities, è molto elevata.

4 Purezza e valore economico dei materiali Le prestazioni della MRF devono essere tali da soddisfare i limiti imposti da protocolli di qualità, nel caso si agisca all interno di una filiera CONAI, oppure imposti dal riciclatore, in casi più generali di libero mercato. Workshop: Rifiuti e Life Cycle Thinking

5 Il lay-out dell impianto Workshop: Rifiuti e Life Cycle Thinking

6 Il modello matematico F 1 = F 2 + F 3 + F 4 F 2 = F 1 y f η f F 3 = F 1 y m η m + F 1 y f ( 1 η f ) F 3 = F 1 y m ( 1 η m ) + F 1 y f ( 1 y m ) Parametri: η f :frazione di materiale fine intercettata dal vaglio η m :frazione di materiale intermedia intercettata dal vaglio Dati di input: y f : frazione di materiale fine nella corrente di ingresso y m : frazione di materiale intermedia nella corrente di ingresso

7 Il modello matematico F 3 = F 5 + F 6 + F 7 F 5 = F 3 y 3D η 3D + F 3 y 2D F 6 = F 3 y 2D η 2 D + F 3 y 3D F 7 = F 1 y f ( 1 η f ) ( ) 1 η 2D ( ) 1 η 3D Parametri: η 3D frazione di materiale rotolante separata dal balistico η 2D frazione di materiale rotolante separato dal balistico Dati di input: y 3D : frazione di materiale rotolante nella corrente di ingresso al balistico y 2D : frazione di materiale piatta nella corrente di ingresso al balistico

8 Il modello matematico F 10 =F 9 y PET,9 R NIR 1 +F 9 y cont,9 1 P ( NIR 1 ) F 11 =F 9 y PET,9 ( 1 R NIR 1 )+F 9 y cont,9 P NIR 1 Parametri: R NIR-1 : frazione di materiale selezionato in positivo dal selettore (resa) P NIR-1 : frazione di materiale contaminante selezionato in negativo dal selettore (purezza) Dati di input: y PET,9 : frazione di PET nella corrente di ingresso al selettore y cont,9 : frazione di contaminante nella corrente di ingresso al selettore

9 Valori sperimentali: il multimateriale in ingresso Workshop: Rifiuti e Life Cycle Thinking

10 Valori sperimentali: composizione dei prodotti in uscita COMPOSIZIONE Fil/S COMPOSIZIONE Plasmix Materiale Campionato % Materiale Campionato % Alluminio 0,73% Alluminio 0,85% Altro 9,14% Altro 0,00% Cassette 0,00% Cassette 0,00% Film < A3 (FIL/S) 84,86% Film < A3 (FIL/S) 8,98% Film > A3 4,75% FILM > A3 1,89% Fine 0,00% Fine 7,49% HDPE 0,15% HDPE 2,02% Ingombranti 0,00% Ingombranti 0,00% IPP 0,00% IPP 11,78% Materiali Ferrosi 0,00% Materiali Ferrosi 6,97% Organico 0,00% Organico 0,46% PET Azzurrato 0,15% PET Azzurrato 4,10% PET Chiaro 0,15% PET Chiaro 3,19% PET Colorato 0,00% PET Colorato 2,67% PET Opaco 0,07% PET Opaco 0,00% Plasmix 0,00% PLASMIX 48,57% Tetrapack 0,00% Tetrapack 1,04% Totale 100,00% Totale 100,00% COMPOSIZIONE ingombranti Materiale Campionato % Alluminio 0,32% Altro 34,86% Cassette 3,88% Film < A3 (FIL/S) 4,85% FILM > A3 50,22% Fine 0,00% HDPE 0,81% Ingombranti 0,00% IPP 0,08% Materiali Ferrosi 2,87% Organico 0,00% PET Azzurrato 0,89% PET Chiaro 0,32% PET Colorato 0,73% PET Opaco 0,16% PLASMIX 0,00% Tetrapack 0,00% Totale 100,00% COMPOSIZIONE PET light Materiale Campionato % Alluminio 0,15% Altro 0,00% Cassette 0,00% Film < A3 (FIL/S) 1,90% FILM > A3 0,00% Fine 0,00% HDPE 0,44% Ingombranti 0,00% IPP 4,23% Materiali Ferrosi 0,00% Organico 0,00% PET Azzurrato 3,36% PET Chiaro 81,90% PET Colorato 2,63% PET Opaco 5,40% PLASMIX 0,00% Tetrapack 0,00% Totale 100,00%

11 Valori sperimentali: composizione dei prodotti in uscita COMPOSIZIONE PETlightblue Materiale Campionato % Alluminio 0,00% Altro 0,91% Cassette 0,00% Film < A3 (FIL/S) 1,82% FILM > A3 0,00% Fine 0,00% HDPE 0,71% Ingombranti 0,00% IPP 4,44% Materiali Ferrosi 0,00% Organico 0,00% PET Azzurrato 80,91% PET Chiaro 6,06% PET Colorato 4,65% PET Opaco 0,51% PLASMIX 0,00% Tetrapack 0,00% Totale 100,00% COMPOSIZIONE PET colorato Materiale Campionato % Alluminio 0,00% Altro 0,00% Cassette 0,00% Film < A3 (FIL/S) 2,61% FILM > A3 0,00% Fine 0,00% HDPE 0,21% Ingombranti 0,00% IPP 1,36% Materiali Ferrosi 0,00% Organico 0,00% PET Azzurrato 2,71% PET Chiaro 2,82% PET Colorato 88,43% PET Opaco 1,88% PLASMIX 0,00% Tetrapack 0,00% Totale 100,00% COMPOSIZIONE PET opaco Materiale Campionato % Alluminio 0,00% Altro 4,19% Cassette 0,00% Film < A3 (FIL/S) 1,51% FILM > A3 0,00% Fine 0,00% HDPE 0,34% Ingombranti 0,00% IPP 0,67% Materiali Ferrosi 0,00% Organico 0,00% PET Azzurrato 2,18% PET Chiaro 6,54% PET Colorato 3,19% PET Opaco 81,38% PLASMIX 0,00% Tetrapack 0,00% Totale 100,00% COMPOSIZIONE HDPE Materiale Campionato % Alluminio 0,38% Altro 2,37% Cassette 0,00% Film < A3 (FIL/S) 10,81% FILM > A3 0,00% Fine 0,00% HDPE 82,56% Ingombranti 0,00% IPP 1,23% Materiali Ferrosi 0,00% Organico 0,00% PET Azzurrato 0,47% PET Chiaro 0,47% PET Colorato 0,47% PET Opaco 0,28% PLASMIX 0,00% Tetrapack 0,95% Totale 100,00%

12 Valutazione delle prestazioni Assumendo la definizione di resa come da formula seguente si ha che la resa per i prodotti di maggior pregio è quella riportata in tabella. La bassa resa per il PET colorato è dovuta alla presenza di etichette coprenti che non possono essere attraversate dal sensore ottico. Il materiale perso e non selezionato è principalmente materiale piatto non separato al balistico, sporco visto come corpo nero agli ottici oppure attaccato ad altri rifiuti a causa della eccessiva pressatura. HDPE 90,55% PUREZZA RESA = HDPE QUANTITA' HDPE FRAZIONE HDPE INGRESSO QUANTITA' INGRESSO PET light-blue 65,91% PET light 72,98% PET colorato 45,93% FIL-S 67,82%

13 Conclusioni Questo lavoro è il primo stadio di un processo di analisi che vuole misurare le prestazioni ambientali della gestione dei rifiuti urbani e delle frazioni riciclabili e recuperabili in particolare. La selezione dei materiali riciclabili (plastiche e metalli) è ottenibile con impianti complessi e costosi la cui efficienza è fortemente correlata alla composizione del rifiuto. Le caratteristiche del rifiuto che occorre conoscere sono geometriche, fisiche e merceologiche. Il modello previsionale è stato sviluppato ed applicato ad un impianto reale, tra i più grandi e tecnologicamente avanzati operativi in Europa. Le prestazioni dell impianto sono buone ma fortemente influenzate dalla forma e dalla pulizia del materiale.