Composizione media rifiuti RSU. geochimica applicata ambientale

Transcript

1 RIFIUTI Il D.Lgs. 152/06 definisce per rifiuto qualsiasi sostanza od oggetto che rientra nelle categorie riportate nell'allegato A alla parte quarta del decreto e di cui il detentore si disfi o abbia deciso o abbia l'obbligo di disfarsi. 16 Rifuti prodotti in Tonn. x Nord Centro Sud Rifiuti prodotti in Italia, periodo Fonte: APAT. Link: Composizione media rifiuti RSU

2 Determinazione della tipologia dei rifiuti I rifiuti, classificati per classe merceologica, sono identificati dal Catalogo Europeo dei Rifiuti (CER). Il Catalogo Europeo dei Rifiuti è un elenco armonizzato, non esaustivo, di rifiuti, oggetto di periodica revisione. Il CER contiene tutte le tipologie di rifiuti, urbani, speciali pericolosi e speciali non pericolosi. Ogni rifiuto compreso nell elenco è classificato con un codice numerico a 6 cifre (codice C.E.R.): Le prime due cifre individuano le categorie industriali o i tipi di attività che hanno generato i rifiuti. Le seconde due cifre individuano i singoli processi all interno delle categorie industriali o attività che hanno generato il rifiuto. Le ultime due cifre individuano la singola tipologia del rifiuto generato. Nel Catalogo europeo dei rifiuti entrato in vigore il 1 gennaio 2002, i rifiuti pericolosi sono individuati da un asterisco*. Esempio di tipologie di rifiuti non pericolosi

3 DISCARICHE La discarica di rifiuti (Dlgs. 152/06) è un luogo dove vengono depositati in modo non selezionato i rifiuti solidi urbani (RSU) e tutti i rifiuti provenienti dalle attività umane (detriti di costruzioni, scarti industriali, eccetera) che non si è voluto o potuto riciclare, inviare al trattamento meccanico-biologico (TMB) eventualmente per produrre energia tramite bioossidazione a freddo, gassificare o, bruciare ed utilizzare come combustibile negli inceneritori (inceneritori con recupero energetico o termovalorizzatori). La normativa italiana col Dlgs. 36/2003 recepisce la direttiva europea 99/31/CE che prevede tre tipologie differenti di discarica: 1. discarica per rifiuti inerti 2. discarica per rifiuti non pericolosi (tra i quali gli RSU, Rifiuti Solidi Urbani) 3. discarica per rifiuti pericolosi (tra cui ceneri e scarti degli inceneritori).

4 STRUTTURA E TIPOLOGIA DI UNA DISCARICA Le discariche devono essere costruite secondo una struttura a barriera geologica per isolare i rifiuti dal terreno, in modo da rispettare gli standard igienici e la biosfera, captare i biogas prodotti. La struttura in genere è del tipo a "deposito sotterraneo", costituita dal basso verso l'alto nel seguente modo: un terreno di fondazione e sottofondo della discarica; una barriera di impermeabilizzazione sul fondo e sui fianchi costituita da geomembrane per impedire la fuoriuscita del percolato; un sistema di drenaggio del percolato; l'ammasso dei rifiuti in strati compattati, suddivisi in celle; le coperture tra i vari strati; un sistema per la captazione del biogas; la copertura finale provvista di piante. Tipologie di discarica

5 PERCOLATO in DISCARICA Il percolato da discarica si forma a causa dell'infiltrazione dell'acqua meteorica all'interno dello strato di rifiuti e dalla combinazione di processi fisici, chimici e biologici che trasferiscono inquinanti dal rifiuto all'acqua di percolazione [Christensen e Kjeldsen, 1989]. La formazione del percolato è legata alla solubilizzazione e alla lisciviazione di prodotti derivanti dalle reazioni chimiche e biologiche che avvengono in seno all ammasso di rifiuti, congiuntamente al rilascio di composti organici ed inorganici dal rifiuto stesso nelle acque di infiltrazione meteorica.

6 CARATTERISTICHE QUALITATIVE DEL PERCOLATO Il percolato subisce variazioni composizionali con il tempo in funzione dei processi e reazioni chimiche che avvengono nel corpo della discarica. Le concentrazioni degli elementi e composti nel percolato sono principalmente funzione del tempo, della tipologia di rifiuti stoccati in discarica della tipologia di discarica e del clima. In una discarica sono attivi contemporaneamente diversi processi di trasformazione dei rifiuti: 1. Idrolisi della sostanza organica 2. Degradazione biologica 3. Solubilizzazione dei sali contenuti nei rifiuti 4. Altri processi (adsorbimento, complessazione, filtrazione del particolato, ecc.) I processi di trasformazione in discarica di RSU sono fortemente influenzati e guidati da microrganismi, principalmente batteri che operano principalmente sulla frazione organica dei rifiuti costituita da carboidrati (monosaccaridi, disaccaridi, polisaccaridi), grassi, proteine. In funzione dell età e struttura della discarica si avrà in generale prima decomposizione Aerobica (i batteri utilizzano l ossigeno intrappolato tra e nei rifiuti detta anche degradazione con metabolismo aerobico) seguita da decomposizione Anaerobica (i batteri si sviluppano in ambiente privo di ossigeno, detta anche degradazione con metabolismo anaerobico). Sequenza delle fasi di degradazione Sequenza teorica ma con buona approssimazione vicina a quella osservabile sperimentalmente per una massa sufficientemente omogenea di rifiuti Fase I degradazione aerobica Fase II - non metanigena (o anche acidogenica e acetogenica) Fase III - metanigena instabile Fase IV - metanigena stabile Fase V aerobica finale degradazione anaerobica

7 Fase I DEGRADAZIOINE AEROBICA (durata pochi giorni) L ossigeno intrappolato nei rifiuti viene consumato completamente Produzione di CO 2 Sostanza organica viene solubilizzata (aumento del COD) e produzione di azoto ammoniacale, Zn e Fe solubilizzati e formazione di solfati Cloruri disciolti e progressivamente allontanati dai flussi idrici Le reazioni aerobiche sono esotermiche, si raggiungono temperature elevate (60-70 C) Durante la fase aerobica non c è produzione netta di gas: (reazione di degradazione del glucosio)

8 DEGRADAZIONE ANAEROBICA Fase II - non metanigena (o Fase acidogenica e acetogenica) La sostanza organica complessa (carboidrati, grassi, proteine), in forma sia disciolta sia particolata, viene idrolizzata a composti disciolti più semplici in grado di poter permeare le membrane cellulari dei batteri della fermentazione, ad acidi grassi, volatili, alcoli, idrogeno e anidride carbonica Produzione netta di gas (CO 2 e H 2 ) Durante questa fase si ha rapida formazione di anidride carbonica, idrogeno, acidi grassi volatili e altra sostanza organica disciolta per idrolisi enzimatica e attività dei batteri fermentativi e acetogenici. Azoto organico ulteriormente idrolizzato ad azoto ammoniacale Solfati ridotti a solfuri non appena si abbassa il potenziale redox Fe e Zn dilavati o precipitati dai solfuri Azoto elementare nel gas ulteriormente allontanato dalla formazione di anidride carbonica e idrogeno

9 Fase III - metanigena instabile I gruppi batterici acetogenici convertono ad acido acetico, idrogeno e anidride carbonica i prodotti del precedente stadio di degradazione: Successivamente i batteri producono quindi metano Conseguente diminuzione di CO 2 e degli acidi volatili; idrogeno tutto utilizzato Diminuzione dei solfati per ulteriore riduzione a solfuri Azoto ammoniacale allontanato per dilavamento (impossibilità di trasformazione in ambiente anaerobico) Durata di qualche mese a 1-2 anni a seconda delle condizioni ambientali

10 Fase IV - metanigena stabile Continua la produzione di metano ed anidride carbonica da parte dei batteri metanigeni, utilizzano come substrato sia l acido acetico (batteri acetofili) sia l idrogeno e l anidride carbonica (batteri idrogenofili) Una volta degradata tutta la sostanza organica biodegradabile, la produzione di metano cessa e rimangono sostanze organiche biorefrattarie (acidi umici, acidi fulvici, ecc.) che forniscono un COD residuo. Nella fase metanogenica stabile si ha produzione stabile di gas la cui composizione è per il % vol in CH 4 e CO 2 ~ componente complementare al 100 %vol. ph in campo debolmente alcalino Progressiva diminuzione di acidi volatili e COD Durata di circa anni Fase V aerobica finale Una volta degradata tutta la sostanza organica biodegradabile, la produzione di metano va a zero insieme alla concentrazione di acidi volatili COD residuo dell ordine di 100 mg/l (acidi umici, fulvici, ecc.) Presenza di azoto e ossigeno nel gas a seguito di diffusione di aria dall atmosfera Ulteriore dilavamento delle sostanze inorganiche

11 Sequenza ideale delle varie fasi di degradazione dei rifiuti in una discarica controllata e variazione nel tempo della composizione del gas. Fase I degradazione aerobica Fase II - non metanigena Fase III - metanigena instabile Fase IV - metanigena stabile Fase V aerobica finale Impianto di recupero biogas da discarica

12 Il percolato di discarica è una soluzione acquosa in cui sono presenti quattro gruppi fondamenta li di inquinanti: 1. Materia organica disciolta, espressa come domanda chimica di ossigeno (COD) o come Carbonio organico totale (TOC), incluso metano (CH 4 ), acidi grassi volatili e altri composti refrattari come acidi fulvici e umici. 2. Macrocomponenti inorganici, quali Ca 2+, Mg 2+, Na +, K +, NH 4+, Fe, Mn, Cl -, SO 4 2-, HCO Metalli pesanti, quali Cd, Cr, Cu, Pb, Ni e Zn. 4. Composti organici xenobiotici (XOC: Si definisce con il termine xenobiotico una molecola di qualsiasi tipo, di origine naturale o sintetica, estranea ad un organismo. Esso può esplicare sia la funzione di farmaco sia di veleno tossico. Ad esempio gli antibiotici sono xenobiotici in quanto non sono prodotti dall'organismo Concentrazioni nel percolato dei principali parametri chimici e fisici e loro variazione in relazione alla decomposizione della sostanza organica (Ehrig, 1989). ph BOD 5 mg/l COD mg/l BOD 5 /COD SO 4 mg/l Ca mg/l Mg mg/l Fe mg/l Mn mg/l Zn mg/l Valore medio 6, , Fase II acetica Intervallo 4,5-7, Fase III- IV metanogenica Valore medio Intervallo

13 Sequenza ideale delle varie fasi di degradazione dei rifiuti in una discarica controllata e variazione nel tempo della composizione del percolato. Fase I degradazione aerobica Fase II - non metanigena (o anche acidogenica e acetogenica) Fase III - metanigena instabile Fase IV - metanigena stabile Fase V aerobica finale

14 PERDITA DI PERCOLATO in DISCARICA La perdita di percolato dal fondo della discarica produce un area contaminata di forma di un pennacchio (plume) più o meno allungato in direzione dei deflussi prevalenti di falda. Le caratteristiche del plume sono funzione delle caratteristiche idrogeologiche quali: tipo di acquifero, spessore e permeabilità dei depositi, coefficiente di immagazzinamento e porosità efficace dei materiali saturi, gradienti idraulici, etc. Esempio di distribuzione di una contaminazione, su piano verticale, attraverso livelli a differente permeabilità. Le frecce indicano direzioni e valori relativi della velocità dell'inquinante

15 Quando la contaminazione, con il suo carico di inquinanti organici, raggiunge la tavola d acqua della falda superficiale, che normalmente si trova in condizioni aerobiche, determina l innesco di fenomeni quali reazioni di ossido-riduzione, sia abiotiche che mediate enzimaticamente, dissoluzione/precipitazione di minerali reattivi, scambio ionico ed adsorbimento. VOCs riducente ossidante Zonazione redox in acquifero contaminato da materia organica (Chapelle, 2001) I - Matanogena II SO 4- riducente III Fe (III) riducente IV NO 3- e Mn (IV) riducente ossidante Available online at