Processi di recupero e smaltimento dei rifiuti solidi urbani
Sistema integrato di raccolta e smaltimento Produzione RU Frazione organica Raccolta differenziata Raccolta indifferenziata Pretrattamenti meccanici di selezione Carta, vetro, plastica, alluminio, ingombranti Organico Metalli Frazione combustibile Compostaggio Recupero di materia, riutilizzo Trattamenti biologici di stabilizzazione Inerti Produzione CDR Smaltimento finale Trattamento termico Recupero di energia
Pretrattamenti meccanici di selezione Fasi principali di un sistema di pre-trattamento meccanico: Riduzione dimensionale, operata mediante trituratori; Separazione delle componenti secondo diverse caratteristiche: Dimensioni (vagli); Proprietà gravimetriche (classificatori e separatori balistici); Proprietà magnetiche (separatori magnetici ed elettrostatici). Compattazione.
Riduzione dimensionale L operazione di riduzione dimensionale ha lo scopo di diminuire ed uniformare la pezzatura iniziale dei materiali costituenti il rifiuto in ingresso ad un processo di trattamento, contenendola entro definiti intervalli. L operazione di riduzione dimensionale, pur garantendo il contenimento delle dimensioni all interno di un intervallo prefissato, modifica anche la distribuzione dimensionale all interno di tale intervallo, in funzione delle caratteristiche del materiale, del tipo di macchinario utilizzato e della durata del trattamento. Se tale operazione viene eseguita al fine di agevolare le successive fasi del trattamento, occorre considerare che, dando luogo alla modifica dei caratteri dimensionali tipici delle diverse frazioni, influenza in modo determinante la scelta ed i criteri di dimensionamento delle successive unità di processo.
Riduzione dimensionale In luogo del termine riduzione dimensionale vengono spesso utilizzati indistintamente quali sinonimi quelli di triturazione, macinazione o frantumazione, pur avendo gli stessi significato diverso; infatti, l effetto di diminuzione della pezzatura iniziale di un materiale è da correlare alle caratteristiche di questo ed a quelle degli utensili propri dei macchinari utilizzati, nonché alle modalità di applicazione delle azioni meccaniche. La riduzione dimensionale di un rifiuto viene ottenuta quasi esclusivamente per via meccanica con l ausilio di apparecchiature specifiche denominate comunemente trituratori; questi macchinari sono dotati di appositi utensili in grado di trasferire sui materiali costituenti il rifiuto azioni meccaniche di diversa entità e natura (taglio, impatto, ecc.), ed in grado di dar luogo alla comminuzione di questi. Dette apparecchiature si differenziano prevalentemente in relazione al diverso tipo di utensili di cui sono dotate, al diverso numero di questi e alla rispettiva velocità di movimentazione. I più comuni trituratori sono dotati di martelli, cesoie o coltelli
Riduzione dimensionale 100 Trattenuto percentuale cumulato [%] 90 80 70 60 50 40 30 20 Rifiuti solidi dopo triturazione RU tal quali Rifiuti solidi tal quali da attività commerciali 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Dimensione [cm]
Mulini a martelli I mulini a martelli sono dispositivi in grado di esercitare una efficace azione di triturazione del rifiuto, ad opera di masse fissate su di un albero rotante dette appunto martelli. In tal modo, i martelli colpiscono ripetutamente i materiali costituenti il rifiuto determinandone la progressiva riduzione dimensionale. I mulini possono essere di tipo verticale od orizzontale, a seconda della direzione dell asse su cui sono montati gli utensili.
Mulini a martelli La velocità di rotazione dell asse su cui sono montati i martelli varia tra 1000 e 1500 giri/min Mulino ad asse orizzontale Mulino ad asse verticale
Trituratore a coltelli Nel trituratore a coltelli, la riduzione dimensionale viene ottenuta a mezzo di una serie di lame montate su uno o più (fino a tre) alberi orizzontali rotanti, che si muovono ad una velocità angolare relativamente bassa (circa 50 200 giri/min) ed in verso contrario. Il materiale, introdotto nella tramoggia di carico, viene in contatto con tali lame subendo un azione di lacerazione e triturazione. La pezzatura del materiale in uscita dalla macchina dipende dalla distanza tra gli alberi rotanti e tra i singoli utensili, e generalmente varia tra 30 e 300 mm.
Trituratore a coltelli Per l azione di taglio esercitata e l elevata forza rotante, i trituratori a coltelli sono impiegati preferibilmente per ridurre dimensionalmente i materiali difficili da triturare, come ad esempio i pneumatici. La loro efficienza risulta inferiore quando vengono alimentati con materiali che tendono ad avvolgersi attorno ai coltelli. Questi vengono, peraltro, impiegati anche come rompisacchi
Separazione A seguito della riduzione dimensionale, i materiali presenti nel rifiuto vengono tra loro separati sfruttando le diverse proprietà fisiche da essi possedute, quali: dimensioni densità, resistenza aerodinamica, inerzia magnetismo, conduttività elettrica proprietà ottiche. Sottoponendo il rifiuto a successive selezioni tra loro in cascata, si tende ad isolare i suoi componenti al fine di ottenere singoli prodotti con accettabili gradi di purezza.
Separazione dimensionale L operazione di separazione dimensionale viene comunemente definita vagliatura e si basa sulle differenti dimensioni che caratterizzano i materiali contenuti nel rifiuto trattato. I vagli separano i materiali per pezzatura, attraverso il passaggio attraverso uno o più corpi dotati di fori appositi (si hanno quindi vagli mono- o pluri-stadio). Le apparecchiature di vagliatura più diffuse sono i vagli a tamburo, i vibrovagli ed i vagli a dischi. Il flusso entrante in un separatore dimensionale (vaglio), viene suddiviso in due flussi distinti chiamati: sottovaglio: è il materiale raccolto nelle tramogge sottostanti il separatore sopravaglio: è la parte di materiale che rimane sopra le maglie di separazione e giunge dall estremità della macchina.
Separazione dimensionale Nel trattamento dei rifiuti indifferenziati, risultano particolarmente efficienti i vagli a tamburo rotante e quelli a dischi. Tra questi, l ultima tipologia mostra un elevata efficienza di separazione nel trattamento dei rifiuti misti ed anche di miscele diverse, contenenti materiali di forma sottile (ad es. di carta) o aggregati (ad es. frammenti di vetro). Per i rifiuti da raccolta differenziata, invece, si impiegano preferibilmente i vagli vibranti a letto piano e quelli a tamburo.
Vibrovaglio I vagli vibranti o vibrovagli sono costituiti da una intelaiatura fissa di sostegno e da una cassa oscillante dotata di una griglia forata posta alla base. Al di sotto di questa sono presenti una o più piastre forate ulteriori, disposte sullo stesso piano oppure su piani sfalsati, con relative tramogge di raccolta del materiale, e dotate di fori con diametro crescente da monte verso valle, rispetto alla direzione data dall inclinazione del piano di vagliatura. La distribuzione dimensionale del prodotto separato dipende dall ampiezza e dalla frequenza delle oscillazioni, dall inclinazione del piano di vagliatura e dalla dimensione dei suoi fori (solitamente variabile da 20 a 100 mm).
Vaglio rotativo (trommel) La superficie vagliante è costituita da una griglia o da una piastra di forma cilindrica forata (tamburo). Il tamburo risulta inclinato rispetto all orizzontale e ruota attorno al suo asse longitudinale. Il materiale da separare viene introdotto nell estremità frontale a quota superiore e, a seguito del moto rotatorio, avanza venendo periodicamente in contatto con la superficie vagliante mentre procede verso l estremità opposta del tamburo.
Vaglio rotativo (trommel) Le particelle più piccole (di dimensione solitamente variabile tra 20 e 100 mm, a seconda del diametro dei fori delle maglie) passano attraverso le aperture del vaglio e finiscono in una tramoggia inferiore di raccolta, venendo a costituire il sottovaglio. Le particelle aventi dimensioni superiori vengono trattenute all interno del tamburo e raggiungono quindi l altra estremità dello stesso (sopravaglio). Il cilindro dei vagli a tamburo può essere composto di sezioni contigue ciascuna con maglie di apertura di diverse dimensioni, così da consentire al contempo la separazione di frazioni di materiale a diversa granulometria.
Vagli a dischi I vagli a dischi consistono di più assi rotanti, orizzontali e fra loro paralleli, muniti di dischi eccentrici opportunamente sagomati (ovali, esagonali, ecc.) che si compenetrano. Lo spazio tra i dischi funge da dimensione discriminante nella vagliatura dei materiali: quelli di maggiori dimensioni vengono sospinti dalla rotazione dei dischi lungo il piano di vagliatura verso l uscita della macchina, mentre i materiali più fini e pesanti passano attraverso il setaccio cadendo in un apposito vano di raccolta.
Separazione gravimetrica A valle della separazione dimensionale può essere presente un trattamento di separazione su base gravimetrica: tale operazione viene effettuata su un materiale sminuzzato e già distinto nelle sue frazioni principali. La separazione gravimetrica si basa sulla diversa densità e resistenza aerodinamica dei materiali costituenti il rifiuto solido. permette un ulteriore separazione, ottenuta sfruttando le differenti caratteristiche del rifiuto, in termini di densità, resistenza aerodinamica, inerzia. I principali sistemi di separazione gravimetrica sono costituiti da: classificatori ad aria e separatori balistici.
Classificatori ad aria La classificazione ad aria è un operazione unitaria utilizzata per separare a mezzo di una corrente gassosa i materiali leggeri (ad es. carta e plastica) da quelli pesanti (ad es. vetro), in base alle differenti caratteristiche aerodinamiche dipendenti principalmente dalla dimensione, geometria e densità delle particelle. Per tale motivo, questi dispositivi vengono anche chiamati classificatori aeraulici. La frazione che rimane in sospensione viene generalmente indicata, con riferimento all effetto prodotto dalla classificazione ad aria, come frazione leggera, mentre quella più pesante che sedimenta è considerata frazione pesante.
Classificatori ad aria
Separatori balistici I separatore balistici effettuano la separazione del rifiuto nelle sue diverse componenti sfruttando le differenze di densità e di elasticità di queste. Il rifiuto da trattare viene caricato in una tramoggia, da cui viene poi prelevato con continuità da un dispositivo rotante. Questo imprime una forte accelerazione alle componenti del rifiuto, e le proietta al di sopra di alcune tramogge poste alla base di una camera chiusa. Gli elementi dotati di maggiore densità e di forma compatta, seguiranno una traiettoria cui corrisponderà una maggiore gittata, rispetto agli elementi leggeri, caratterizzati da una minore densità e, generalmente, da forme che offrono maggiore resistenza al moto.
Separatori balistici Ulteriori configurazioni si basano sul movimento ciclico di elementi posti su un piano inclinato che risultano dotati di artigli, i quali imprimono un movimento di avanzamento verso l alto, per successivi moti balistici della componente leggera; al contempo, le frazioni pesanti tendono a rotolare verso il basso, sul piano inclinato. rifiuti triturati a nastro trasportatore particelle elastiche pesanti particelle anelastiche leggere
Separatori balistici Altre configurazioni sfruttano le proprietà elastiche delle diverse componenti del rifiuto. Un nastro trasportatore, movendosi ad alta velocità tra alcune pulegge, lancia il rifiuto contro una parete elastica costituita da un disco ricoperto di gomma e ruotante in un piano ortogonale alla direzione di lancio: a seguito dell urto contro la superficie del disco, le componenti del rifiuto rimbalzano seguendo traiettorie differenti a seconda dell elasticità propria, potendo così venire separate e raccolte in diversi vani posti alla base di tale struttura. a rimbalzo rifiuti triturati piastra per rimbalzo cilindro particelle elastiche pesanti particelle anelastiche leggere
Separazione magnetica La frazione di materiale ferroso presente in un insieme di diversi materiali (rifiuti tal quali o pretrattati, residui di incenerimento, prodotti provenienti da raccolta differenziata ) può essere separata per mezzo di magneti permanenti o elettromagneti. La tecnica è impiegata ampiamente, e permette efficienze di separazione superiori al 95%. Le apparecchiature più note in tal senso possono essere principalmente del tipo a tamburo oppure a nastro. Oltre alla separazione dei metalli ferrosi dal rifiuto, è possibile recuperare i metalli non ferrosi, quali l alluminio, il rame, l acciaio inox puro, l ottone, ecc... tramite un separatore detto a correnti indotte o ECS (Eddy Current System).
Separazione magnetica Nel separatore magnetico a tamburo, il magnete è posto all interno di una delle due pulegge tra cui scorre un nastro dentato. A causa della presenza del magnete, la componente ferrosa presente all interno del rifiuto trattato rimane adiacente al tamburo per un tratto superiore rispetto alla rimanente parte di rifiuto che quindi, lasciata libera di cadere, seguirà una diversa traiettoria. Il materiale ferroso così estratto solitamente risulta non essere perfettamente pulito (specie se ci si riferisce alla deferizzazione del rifiuto solido indifferenziato), per cui può risultare necessario procedere ad un ulteriore fase di separazione dei metalli ferrosi, al fine di eliminare le componenti indesiderate presenti (carta, sacchetti di plastica, ecc.).
Separatori magnetici Nel caso del separatore magnetico a nastro, il magnete è inserito tra le due pulegge di un nastro trasportatore palettato. Tale dispositivo viene collocato al di sopra del nastro su cui scorre il rifiuto, perpendicolarmente all asse di questo. Le frazioni dotate di proprietà magnetiche presenti all interno del rifiuto vengono attratte e quindi trasferite lontano dal nastro trasportatore. Al contrario, quelle non magnetiche cadono in una direzione differente sotto l effetto del peso proprio.
Separatori magnetici Separatori a correnti indotte o Eddy Current System Un qualsiasi corpo metallico che attraversa un campo magnetico variabile è soggetto ad una forza che tende a respingerlo dalla fonte del campo medesimo; perciò, convogliando del materiale composto da un insieme di metalli non ferrosi e corpi non metallici attraverso un campo magnetico variabile, le due frazioni che compongono il flusso tenderanno a venire separate l una dall altra. In un separatore ECS è presente un rotore magnetico con linee di campo a polarità alternata (nord sud) attorno alla propria circonferenza; questo è posto in rotazione ad alta velocità all interno di un tamburo attorno a cui scorre un nastro trasportatore, generando così un campo magnetico alternato rotante ed a elevata frequenza (350-1000Hz). Quando il materiale posto sul nastro raggiunge l estremità in cui è sito il rotore, le componenti metalliche non ferrose in esso presenti, risentendo della forza di repulsione indotta dal campo magnetico che stanno attraversando, vengono allontanate dal rimanente materiale.
Separatori a correnti indotte o Eddy Current System
Compattazione Alcuni dei differenti materiali ottenuti dai rifiuti sono sottoposti a operazioni di compattazione, al fine di agevolare operazioni di trasporto, immagazzinamento o riutilizzo. I sistemi più comuni prevedono la riduzione dei materiali in balle, bricchette (blocchetti) o pellets (cilindretti). La compattazione in balle è particolarmente utile negli impianti di trattamento di materiali selezionati (cartoni, giornali, contenitori di plastica, lattine di alluminio, cassette di legno, ecc...); infatti, le balle possono essere facilmente movimentate con semplici carrelli, e permettono di facilitare le operazioni di stoccaggio in magazzini e mezzi di trasporto (camion, treno..) Essa viene utilizzata anche per compattare i rifiuti secchi non riciclabili da conferire in discarica: vengono razionalizzati così la movimentazione, il trasporto e il conferimento.
Compattazione La compattazione dei rifiuti in forma di bricchette o pellets si esegue in particolare per materiale combustibile, da utilizzarsi ad esempio negli impianti di termovalorizzazione. La riduzione in blocchetti viene maggiormente sfruttata per produrre CDR compatto, da impiegarsi in seguito come combustibile presso impianti di termovalorizzazione sia tradizionali, sia di gassificazione e pirolisi. In base alle pressioni di esercizio delle tecnologie impiegate, la percentuale di riduzione del volume del materiale può superare l 80%. La densità ottenibile può essere nell ordine di 1 t/m3.
Compattazione
Stabilizzazione biologica I processi di trattamento biologico dei rifiuti consistono nella degradazione biologica della frazione organica del rifiuto da parte di microrganismi. Lo scopo del processo è la mineralizzazione delle componenti organiche maggiormente degradabili e l igienizzazione.
Definizioni (art. 183 D.Lgs 152/06) Rifiuto organico: Rifiuti biodegradabili di giardini e parchi, rifiuti alimentari e di cucina prodotti da nuclei domestici, ristoranti, servizi di ristorazione e punti vendita al dettaglio e rifiuti simili prodotti dall industria alimentare raccolti in modo differenziato. Autocompostaggio: compostaggio degli scarti organici dei propri rifiuti urbani, effettuato da utenze domestiche, ai fini dell utilizzo in sito del materiale prodotto. Rifiuto biostabilizzato: rifiuto ottenuto dal trattamento biologico aerobico o anaerobico di rifiuti indifferenziati, nel rispetto di apposite norme tecniche, da adottarsi a cura dello Stato, finalizzate a definirne contenuti e usi compatibili con la tutela ambientale e sanitaria e, in particolare, a definirne i gradi di qualità. Compost di qualità: prodotto, ottenuto dal compostaggio di rifiuti organici raccolti separatamente, che rispetti i requisiti e le caratteristiche stabilite dall allegato 2 del D.Lgs 29 Aprile 2010, e successive modificazioni. Digestato di qualità: prodotto ottenuto dalla digestione anaerobica di rifiuti organici raccolti separatamente, che rispetti i requisiti contenuti in norme tecniche da emanarsi con decreto del Ministero dell ambiente e della tutela del territorio e del mare, di concerto con il Ministero delle politiche agricole alimentari e forestali.
Degradazione aerobica Si parla di COMPOSTAGGIO quando la matrice organica sottoposta al trattamento biologico è costituita da frazioni organiche selezionate alla fonte (raccolta differenziata); in tal caso il processo permette l ottenimento finale di un prodotto il compost che può essere utilizzato in agricoltura come ammendante del terreno.
Degradazione aerobica Nel caso in cui si sottoponga al processo di biodegradazione aerobica una frazione organica derivante da selezione meccanica del rifiuto ottenuto dalla raccolta indifferenziata, non è possibile ottenere un prodotto adatto all uso agricolo. In questo caso lo scopo del processo è la stabilizzazione della frazione organica (riduzione della fermentescibilità) insieme alla riduzione dei patogeni (igienizzazione) e dell umidità del prodotto. Non si parla più di compostaggio, ma di Stabilizzazione Biologica Aerobica (SBA). Il prodotto finale che si ottiene in questo caso viene chiamato Frazione Organica Stabilizzata (FOS) ed ha il vantaggio di essere più facilmente gestibile rispetto al rifiuto organico di partenza.
Degradazione aerobica RUI RD organico SELEZIONE COMPOSTAGGIO FORSU Compost BIOSTABILIZZAZIONE Mercato FOS Capping discarica Ripristini ambientali
CDR: Definizioni (Abrogato) Il D.Lgs. 152/06 definisce il Combustibile da Rifiuti (CDR) come: Il combustibile classificabile, sulla base delle norme tecniche Uni 9903-1 e successive modifiche ed integrazioni, come Rdf di qualità normale, che è recuperato dai rifiuti urbani e speciali non pericolosi mediante trattamenti finalizzati a garantire un potere calorifico adeguato al suo utilizzo, nonché a ridurre e controllare: 1) il rischio ambientale e sanitario; 2) la presenza di materiale metallico, vetri, inerti, materiale putrescibile e il contenuto di umidità; 3) la presenza di sostanze pericolose, in particolare ai fini della combustione. E invece definito Combustibile da rifiuti di qualità elevata (Cdr-Q): il combustibile classificabile, sulla base delle norme tecniche Uni 9903-1 e successive modifiche ed integrazioni, come Rdf di qualità elevata, cui si applica l articolo 229.
CDR caratteristiche (Abrogato) La distinzione fra Cdr e Cdr-Q si basa sulle caratteristiche chimico/fisiche dei materiali; in particolare esso viene classificato in base al contenuto in materiali inerti ed inquinanti:
CSS: Combustibile Solido Secondario Tra le modifiche apportate al D.Lgs 152/10 dal D.Lgs 205/10, vi è l eliminazione della definizione del combustibile da rifiuti (CDR) e il relativo art. 229 e l introduzione della definizione di un nuovo combustibile da rifiuti - il combustibile solido secondario (CSS) - le cui specifiche non si rifanno più alla norma UNI 9903 ma alla UNI CEN/TS 15359. La nuova norma europea apporta sostanziali novità rispetto alla precedente norma UNI 9903-1 in quanto prevede, per la classificazione del combustibile, unicamente una griglia di tre parametri (cloro, mercurio e potere calorifico) per cinque classi. A questi si aggiungono ulteriori parametri (obbligatori e non) che rappresentano le specifiche tecniche da definirsi tra il produttore e l utilizzatore.
CSS: Definizione (Art. 183) Combustibile Solido Secondario (CSS): «il combustibile solido prodotto da rifiuti che rispetta le caratteristiche di classificazione e di specificazione individuate dalle norme tecniche UNI CEN/TS 15359 e successive modifiche ed integrazioni; fatta salva L applicazione dell art. 184-ter, il combustibile solido secondario è classificato come rifiuto speciale.»
CSS: Caratteristiche di qualità (UNI CEN/TS 15359)
Produzione di CDR Il CDR viene prodotto da impianti di valorizzazione energetica del rifiuto secco. Tali impianti possono trattare sia il materiale di sopravaglio delle linee di selezione del rifiuto indifferenziato che il secco eterogeneo da raccolta differenziata. Il materiale da trattare è costituito principalmente da carta, cartoni, plastiche, stracci, gomme, poliaccoppiati ma anche da residui metallici e inerti, considerati come impurezza del CDR.
Produzione di CDR A seconda del tipo di forno a cui è destinato il Cdr può essere prodotto come Fluff (materiale costituito da particelle sfuse e sottili di pezzatura dell ordine di 2-3 cm, destinato a forni a griglia o a letto fluido circolante), pressato in bricchette (CDR tipo fluff a cui si fa seguire un trattamento di addensamento per migliorare stoccaggio e trasporto), oppure essere addensato in balle.