Analysis and modelling of leachate and gas generation at landfill sites focused on mechanically-biologically treated waste

Autor:	Pantini, S
Jazyk:	angličtina
Rok vydání:	2013
Předmět:	consente di migliorare la capacità previsionale dei livelli di emissioni in uno specifico sito discarica. Infatti le informazioni derivate dai diversi test hanno evidenziato l’esistenza di una stretta correlazione tra le concentrazioni in soluzione del carbonio organico disciolto (DOC) e di alcuni metalli (Co per l’analisi qualitativa delle emissioni di percolato nonché a limitare la migrazione di gas serra in atmosfera favorendo possono fornire informazioni utili per il miglioramento o la taratura del modello stesso. In tale contesto sono stati quindi eseguiti diversi esperimenti di lisciviazione su alcuni campioni di rifiuti prelevati da un impianto italiano di trattamento meccanico biologico che riceve rifiuti urbani indifferenziati. Nello specifico attualmente così come la valutazione di adeguate strategie di riduzione del metano (biocovers) in particolare il pH ed il rapporto liquido/solido co-smaltimento) è stata adottata un metodologia sperimentale prendendo in esame una particolare tipologia di rifiuti. Nello specifico Ni Nonostante le recenti politiche ambientali volte a ridurre la produzione di rifiuti urbani ed a promuovere strategie di gestione alternative i principali rischi derivanti dall’esistenza e dall’esercizio delle discariche sono legati alla potenziale fuoriuscita del percolato e del gas di discarica nell'ambiente esterno sulla base delle prestazioni ambientali ottenibili nelle specifiche condizioni del sito. L’utilizzo di modelli di simulazione combinato con campagne di monitoraggio presso reali impianti discariche e/o con studi sperimentali volti a riprodurre su piccola o vasta scala le condizioni in discarica metodo di abbancamento/compattazione dei rifiuti le questioni legate alle discariche ed ai loro potenziali impatti ambientali costituiscono ancora temi di forte attualità ed interesse scientifico. In effetti le evidenze di questo studio sperimentale hanno indicato che le condizioni operative influenzano drasticamente la generazione del biogas dai rifiuti TMB i sistemi artificiali di contenimento delle strategie di gestione operativa applicate (es. ricircolo del percolato richiedono previsioni affidabili delle emissioni nel tempo per analizzare la fattibilità del progetto e garantire il pieno rispetto delle prescrizioni ambientali. A tal fine è importante sottolineare che il modello presentato fornisce una valutazione della produzione di percolato e di biogas solo da un punto di vista quantitativo. In effetti Nonostante le recenti politiche ambientali volte a ridurre la produzione di rifiuti urbani ed a promuovere strategie di gestione alternative le discariche continuano a rappresentare l'opzione principale per lo smaltimento dei Rifiuti Solidi Urbani (RSU) nel contesto europeo e mondiale. Per tale ragione le questioni legate alle discariche ed ai loro potenziali impatti ambientali costituiscono ancora temi di forte attualità ed interesse scientifico. In effetti i principali rischi derivanti dall’esistenza e dall’esercizio delle discariche sono legati alla potenziale fuoriuscita del percolato e del gas di discarica nell'ambiente esterno con conseguenti effetti di inquinamento delle acque superficiali e sotterranee di riscaldamento globale di contaminazione del suolo nonché di pericolo per la salute pubblica. Al fine di garantire un elevato grado di tutela ambientale e migliorare la sostenibilità delle discariche i moderni impianti di smaltimento sono dotati di sistemi ingegneristici con specifiche funzioni atte a limitare la diffusione incontrollata delle emissioni nell’ambiente circostante. Ad esempio i sistemi artificiali di contenimento come il rivestimento impermeabile del fondo e delle sponde ed il sistema di copertura multistrato (capping) mirano a ridurre le perdite di percolato dal fondo discarica e le infiltrazioni di acqua piovana nell’ammasso di rifiuti nonché a limitare la migrazione di gas serra in atmosfera favorendo eventualmente l’ossidazione del metano mediante l'installazione di coperture biologicamente attive (biocovers). I sistemi di raccolta e rimozione del percolato sono progettati per minimizzare il battente di acqua che si instaura sulla sezione inferiore del corpo discarica e di conseguenza l’entità delle fuoriuscite di percolato attraverso la barriera di contenimento. Infine i sistemi di captazione trattamento ed utilizzo del gas da discarica consentono il recupero energetico garantendo contemporaneamente una riduzione dei rischi di esplosione e di incendio legati al possibile accumulo di metano. Dunque l'impatto ambientale derivante dalla mobilizzazione di sostanze rilasciate o prodotte dai rifiuti attraverso le emissioni liquide e gassose può essere potenzialmente mitigato attraverso una adeguata progettazione delle barriere tecniche e dei sistemi di raccolta ed estrazione. Tuttavia l’efficienza a lungo termine di tali sistemi nel limitare le emissioni da discarica risulta estremamente incerta e strettamente dipendente dalle condizioni specifiche del sito in esame quali ad esempio il regime climatico il tipo di copertura vegetale le caratteristiche del percolato prodotto (aggressività chimica) e l’entità degli sforzi agenti. Oltretutto la progettazione ed il corretto funzionamento dei sistemi di raccolta e trattamento del percolato delle reti di estrazione del gas di discarica e il dimensionamento dei sistemi di utilizzo o recupero energetico del biogas così come la valutazione di adeguate strategie di riduzione del metano (biocovers) richiedono previsioni affidabili delle emissioni nel tempo per analizzare la fattibilità del progetto e garantire il pieno rispetto delle prescrizioni ambientali. A tal fine i modelli di simulazione delle discariche possono rappresentare uno strumento utile di supporto sia alla fase di progettazione e gestione dei sistemi di raccolta/estrazione del gas e del percolato sia alla fase di valutazione preliminare delle migliori configurazioni dei sistemi di contenimento sulla base delle prestazioni ambientali ottenibili nelle specifiche condizioni del sito. L’utilizzo di modelli di simulazione combinato con campagne di monitoraggio presso reali impianti discariche e/o con studi sperimentali volti a riprodurre su piccola o vasta scala le condizioni in discarica consente di migliorare la capacità previsionale dei livelli di emissioni in uno specifico sito discarica. Infatti i dati ottenuti da tali indagini possono consentire di identificare i principali parametri e processi che governano la produzione di percolato e gas in discarica e quindi possono fornire informazioni utili per il miglioramento o la taratura del modello stesso. In tale contesto il presente studio è stato inizialmente indirizzato a sviluppare un modello di screening della discarica che sulla base di equazioni semplificate di tipo analitico ed empirico consenta di ottenere una stima quantitativa del percolato e del gas producibili nel tempo tenendo conto delle particolari condizioni sito-specifiche delle proprietà dei rifiuti delle principali caratteristiche della discarica e dei processi fondamentali che interessano l’ammasso dei rifiuti. Il modello sviluppato è stato quindi utilizzato per l’analisi di quattro impianti discarica situati in diverse zone d’Italia ed attualmente in fase di gestione operativa al fine di individuarne i parametri significativi e valutarne l’applicabilità ai diversi contesti sito-specifici. I risultati di tali simulazioni hanno mostrato una buona corrispondenza tra la produzione simulata di percolato ed il trend reale misurato in campo rivelando inoltre che l'affidabilità delle previsioni modellistiche dipende fortemente dalla qualità dei dati di input utilizzati nelle simulazioni. In particolare i casi studio analizzati hanno evidenziato che l'umidità iniziale dei rifiuti ed il coefficiente di compressione degli stessi sono parametri chiave per la valutazione dei volumi di percolato producibile. La capacità predittiva del modello nell’analisi di discariche in fase di post-gestione è stata invece valutata prendendo in considerazione diversi scenari di copertura finale e confrontando i risultati delle simulazioni con quelli restituiti dal modello idrologico HELP (Hydrological Evaluation of Landfill Performance) che rappresenta lo strumento più utilizzato nel panorama mondiale per l'analisi comparativa di sistemi di impermeabilizzazione compositi. In questo caso i risultati hanno evidenziato che nonostante il modello sviluppato adotti un approccio semplificato risulta in grado di fornire stime attendibili dei tassi di infiltrazione e percolazione in discariche chiuse mostrando previsioni in linea con il modello HELP. Tuttavia è importante sottolineare che il modello presentato fornisce una valutazione della produzione di percolato e di biogas solo da un punto di vista quantitativo. In effetti la stima della composizione qualitativa delle emissioni non è stata inclusa nella modellazione in quanto essendo fortemente dipendente dal tipo di rifiuto abbancato e dalle sue caratteristiche chimico-fisiche renderebbe la previsione in un fase di screening poco rappresentativa di quello che si potrebbe realmente verificare in campo. Quindi per l’analisi qualitativa delle emissioni di percolato è stata adottata un metodologia sperimentale comprendente diversi tipi di prove su scala di laboratorio prendendo in esame una particolare tipologia di rifiuti. Nello specifico la ricerca è stata focalizzata sui rifiuti prodotti dal trattamento meccanico biologico (TMB) in quanto in seguito all'attuazione della direttiva comunitaria in materia di discariche 1999/31/CE che impone agli stati membri di smaltire in discarica esclusivamente i rifiuti che siano stati sottoposti ad un trattamento preliminare o ad incenerimento tali materiali attualmente costituiscono il flusso principale di rifiuti in ingresso ai nuovi impianti di smaltimento in Italia. Tuttavia a causa della relativamente recente introduzione della tecnologia TMB all’interno del sistema di gestione integrata dei rifiuti urbani ad oggi pochissimi dati sono disponibili sul comportamento ambientale di questo materiale una volta smaltito in discarica e dunque la conoscenza attuale deriva essenzialmente da studi condotti su scala di laboratorio. In particolare la valutazione del comportamento a lisciviazione e dell’influenza delle condizioni ambientali sulla mobilizzazione dei contaminanti dai rifiuti TMB rappresenta un ambito ancora poco studiato in letteratura. Per avere una visione più approfondita sul meccanismo di lisciviazione e sulla modellazione del rilascio di inquinanti dai rifiuti TMB sono stati quindi eseguiti diversi esperimenti di lisciviazione su alcuni campioni di rifiuti prelevati da un impianto italiano di trattamento meccanico biologico che riceve rifiuti urbani indifferenziati. Nello specifico il rifiuto TMB è stato dapprima caratterizzato mediante analisi chimo-fisiche e successivamente sottoposto a test statici di eluizione test a pH variabile e test di percolazione in colonna al fine di valutare l’effetto di diversi parametri in particolare il pH ed il rapporto liquido/solido sul rilascio di contaminanti dalla matrice in esame. I risultati ottenuti hanno mostrato che nonostante i rifiuti TMB siano contraddistinti da un elevato contenuto di metalli pesanti solo una ridotta percentuale degli stessi appare realmente solubile e quindi biodisponibile. Inoltre le informazioni derivate dai diversi test hanno evidenziato l’esistenza di una stretta correlazione tra le concentrazioni in soluzione del carbonio organico disciolto (DOC) e di alcuni metalli (Co Cr Cu Ni V Zn) suggerendo che il loro rilascio sia essenzialmente governato da reazioni di complessazione al DOC. I risultati dei diversi test di lisciviazione sono stati quindi interpolati al fine di determinare per ciascuno metallo i valori dei coefficienti di ripartizione DOC-Me. Questi dati insieme ad un modello semplificato che descrive il rilascio del DOC hanno consentito di ottenere un buon accordo tra le concentrazioni simulate e quelle misurate durante gli esperimenti in colonna fornendo inoltre alcune informazioni utili per la valutazione delle emissioni a lungo termine da questo tipo di rifiuto in uno scenario di smaltimento in discarica. Al fine di completare lo studio relativo al comportamento ambientale dei rifiuti TMB in riferimento al processo di generazione del biogas il campione di rifiuto è stato sottoposto ad alcuni test batch anaerobici. L’obiettivo è stato quello di valutare sia la biodegradabilità dei rifiuti TMB in termini di capacità massima di gas producibile che gli effetti sul processo di metanizzazione derivanti da differenti condizioni ambientali. Nello specifico le prove sono state condotte variando il contenuto di acqua nei rifiuti e la temperatura operativa assumendo per tali parametri un range di valori rappresentativo di differenti opzioni di gestione della discarica (“dry tomb” o bioreattori). In quasi tutte le condizioni di prova è stato osservato un periodo di latenza piuttosto lungo (diversi mesi) a causa degli effetti di inibizione derivanti dalle elevate concentrazioni di acidi grassi volatili (VFA) e ammoniaca misurate nel sistema che hanno rivelato una scarsa stabilità biologica del rifiuto in esame. Inoltre i risultati sperimentali hanno dimostrato che il contenuto d’acqua nei rifiuti rappresenta il fattore chiave che può limitare lo sviluppo del processo biologico anaerobico. Infatti per valori del contenuto iniziale di acqua nei rifiuti inferiori al 32%w/w l’attività metanogenica è apparsa del tutto inibita. In generale le evidenze di questo studio sperimentale hanno indicato che le condizioni operative influenzano drasticamente la generazione del biogas dai rifiuti TMB sia in termini di produzione specifica di gas che di velocità della cinetica di formazione. Ciò suggerisce che si deve prestare particolare attenzione quando i risultati dei test condotti su scala di laboratorio vengono impiegati per le valutazioni del comportamento a lungo termine di tali rifiuti in discarica dove oltremodo le condizioni al contorno cambiano in continuazione e variano notevolmente a seconda del clima delle strategie di gestione operativa applicate (es. ricircolo del percolato metodo di abbancamento/compattazione dei rifiuti co-smaltimento) delle caratteristiche idrauliche di rifiuti abbancati della presenza e della tipologia dei sistemi di copertura temporanee e finali posti in essere ad oggi le discariche continuano a rappresentare l'opzione principale per lo smaltimento dei Rifiuti Solidi Urbani (RSU) nel contesto europeo e mondiale. Per tale ragione i dati ottenuti da tali indagini possono consentire di identificare i principali parametri e processi che governano la produzione di percolato e gas in discarica e tali materiali delle reti di estrazione del gas di discarica e il dimensionamento dei sistemi di utilizzo o recupero energetico del biogas situati in diverse zone d’Italia ed attualmente in fase di gestione operativa contemporaneamente in seguito all'attuazione della direttiva comunitaria in materia di discariche 1999/31/CE che impone agli stati membri di smaltire in discarica esclusivamente i rifiuti che siano stati sottoposti ad un trattamento preliminare o ad incenerimento essendo fortemente dipendente dal tipo di rifiuto abbancato e dalle sue caratteristiche chimico-fisiche il tipo di copertura vegetale suggerendo che il loro rilascio sia essenzialmente governato da reazioni di complessazione al DOC. I risultati dei diversi test di lisciviazione sono stati quindi interpolati al fine di determinare nonostante il modello sviluppato adotti un approccio semplificato i risultati hanno evidenziato che risulta in grado di fornire stime attendibili dei tassi di infiltrazione e percolazione in discariche chiuse per valori del contenuto iniziale di acqua nei rifiuti inferiori al 32%w/w il presente studio è stato inizialmente indirizzato a sviluppare un modello di screening della discarica che nonostante i rifiuti TMB siano contraddistinti da un elevato contenuto di metalli pesanti pochissimi dati sono disponibili sul comportamento ambientale di questo materiale una volta smaltito in discarica e consenta di ottenere una stima quantitativa del percolato e del gas producibili nel tempo renderebbe la previsione in un fase di screening poco rappresentativa di quello che si potrebbe realmente verificare in campo. Quindi che hanno rivelato una scarsa stabilità biologica del rifiuto in esame. Inoltre dove oltremodo le condizioni al contorno cambiano in continuazione e variano notevolmente a seconda del clima i moderni impianti di smaltimento sono dotati di sistemi ingegneristici con specifiche funzioni atte a limitare la diffusione incontrollata delle emissioni nell’ambiente circostante. Ad esempio sulla base di equazioni semplificate di tipo analitico ed empirico mostrando previsioni in linea con il modello HELP. Tuttavia hanno consentito di ottenere un buon accordo tra le concentrazioni simulate e quelle misurate durante gli esperimenti in colonna Settore ING-IND/09 - Sistemi per l'Energia e L'Ambiente delle caratteristiche idrauliche di rifiuti abbancati di contaminazione del suolo nonché di pericolo per la salute pubblica. Al fine di garantire un elevato grado di tutela ambientale e migliorare la sostenibilità delle discariche la conoscenza attuale deriva essenzialmente da studi condotti su scala di laboratorio. In particolare l’ossidazione del metano mediante l'installazione di coperture biologicamente attive (biocovers). I sistemi di raccolta e rimozione del percolato sono progettati per minimizzare il battente di acqua che si instaura sulla sezione inferiore del corpo discarica e l'impatto ambientale derivante dalla mobilizzazione di sostanze rilasciate o prodotte dai rifiuti attraverso le emissioni liquide e gassose può essere potenzialmente mitigato attraverso una adeguata progettazione delle barriere tecniche e dei sistemi di raccolta ed estrazione. Tuttavia le caratteristiche del percolato prodotto (aggressività chimica) e l’entità degli sforzi agenti. Oltretutto della presenza e della tipologia dei sistemi di copertura temporanee e finali posti in essere ad esempio per ciascuno metallo i risultati sperimentali hanno dimostrato che il contenuto d’acqua nei rifiuti rappresenta il fattore chiave che può limitare lo sviluppo del processo biologico anaerobico. Infatti dunque la progettazione ed il corretto funzionamento dei sistemi di raccolta e trattamento del percolato la ricerca è stata focalizzata sui rifiuti prodotti dal trattamento meccanico biologico (TMB) in quanto comprendente diversi tipi di prove su scala di laboratorio l’attività metanogenica è apparsa del tutto inibita. In generale fornendo inoltre alcune informazioni utili per la valutazione delle emissioni a lungo termine da questo tipo di rifiuto in uno scenario di smaltimento in discarica. Al fine di completare lo studio relativo al comportamento ambientale dei rifiuti TMB in riferimento al processo di generazione del biogas Cr i sistemi di captazione Cu l’efficienza a lungo termine di tali sistemi nel limitare le emissioni da discarica risulta estremamente incerta e strettamente dipendente dalle condizioni specifiche del sito in esame quali la stima della composizione qualitativa delle emissioni non è stata inclusa nella modellazione in quanto che gli effetti sul processo di metanizzazione derivanti da differenti condizioni ambientali. Nello specifico come il rivestimento impermeabile del fondo e delle sponde ed il sistema di copertura multistrato (capping) al fine di individuarne i parametri significativi e valutarne l’applicabilità ai diversi contesti sito-specifici. I risultati di tali simulazioni hanno mostrato una buona corrispondenza tra la produzione simulata di percolato ed il trend reale misurato in campo il rifiuto TMB è stato dapprima caratterizzato mediante analisi chimo-fisiche e successivamente sottoposto a test statici di eluizione rivelando inoltre che l'affidabilità delle previsioni modellistiche dipende fortemente dalla qualità dei dati di input utilizzati nelle simulazioni. In particolare sul rilascio di contaminanti dalla matrice in esame. I risultati ottenuti hanno mostrato che test a pH variabile e test di percolazione in colonna solo una ridotta percentuale degli stessi appare realmente solubile e quindi biodisponibile. Inoltre il campione di rifiuto è stato sottoposto ad alcuni test batch anaerobici. L’obiettivo è stato quello di valutare sia la biodegradabilità dei rifiuti TMB delle principali caratteristiche della discarica e dei processi fondamentali che interessano l’ammasso dei rifiuti. Il modello sviluppato è stato quindi utilizzato per l’analisi di quattro impianti discarica in termini di capacità massima di gas producibile sia in termini di produzione specifica di gas che di velocità della cinetica di formazione. Ciò suggerisce che si deve prestare particolare attenzione quando i risultati dei test condotti su scala di laboratorio vengono impiegati per le valutazioni del comportamento a lungo termine di tali rifiuti in discarica Zn) i casi studio analizzati hanno evidenziato che l'umidità iniziale dei rifiuti ed il coefficiente di compressione degli stessi sono parametri chiave per la valutazione dei volumi di percolato producibile. La capacità predittiva del modello nell’analisi di discariche in fase di post-gestione è stata invece valutata prendendo in considerazione diversi scenari di copertura finale e confrontando i risultati delle simulazioni con quelli restituiti dal modello idrologico HELP (Hydrological Evaluation of Landfill Performance) costituiscono il flusso principale di rifiuti in ingresso ai nuovi impianti di smaltimento in Italia. Tuttavia di riscaldamento globale il regime climatico al fine di valutare l’effetto di diversi parametri tenendo conto delle particolari condizioni sito-specifiche i valori dei coefficienti di ripartizione DOC-Me. Questi dati quindi una riduzione dei rischi di esplosione e di incendio legati al possibile accumulo di metano. Dunque delle proprietà dei rifiuti assumendo per tali parametri un range di valori rappresentativo di differenti opzioni di gestione della discarica (“dry tomb” o bioreattori). In quasi tutte le condizioni di prova è stato osservato un periodo di latenza piuttosto lungo (diversi mesi) a causa degli effetti di inibizione derivanti dalle elevate concentrazioni di acidi grassi volatili (VFA) e ammoniaca misurate nel sistema i modelli di simulazione delle discariche possono rappresentare uno strumento utile di supporto sia alla fase di progettazione e gestione dei sistemi di raccolta/estrazione del gas e del percolato sia alla fase di valutazione preliminare delle migliori configurazioni dei sistemi di contenimento a causa della relativamente recente introduzione della tecnologia TMB all’interno del sistema di gestione integrata dei rifiuti urbani eventualmente l’entità delle fuoriuscite di percolato attraverso la barriera di contenimento. Infine la valutazione del comportamento a lisciviazione e dell’influenza delle condizioni ambientali sulla mobilizzazione dei contaminanti dai rifiuti TMB rappresenta un ambito ancora poco studiato in letteratura. Per avere una visione più approfondita sul meccanismo di lisciviazione e sulla modellazione del rilascio di inquinanti dai rifiuti TMB insieme ad un modello semplificato che descrive il rilascio del DOC trattamento ed utilizzo del gas da discarica consentono il recupero energetico garantendo di conseguenza le prove sono state condotte variando il contenuto di acqua nei rifiuti e la temperatura operativa mirano a ridurre le perdite di percolato dal fondo discarica e le infiltrazioni di acqua piovana nell’ammasso di rifiuti con conseguenti effetti di inquinamento delle acque superficiali e sotterranee che rappresenta lo strumento più utilizzato nel panorama mondiale per l'analisi comparativa di sistemi di impermeabilizzazione compositi. In questo caso
Databáze:	OpenAIRE
Externí odkaz:	https://explore.openaire.eu/search/publication?articleId=od______3667::0958b8bc982d4f5fd584ea3dd962fec4 http://hdl.handle.net/2108/203393 Zobrazit plný text záznamu