Dossier: metodi di trattamento dei rifiuti (in corso di preparazione – aggiornamento al 24/03/2014) I n questo dossier saranno passat i al vaglio i var i metodi di t rat tamento dei r if iut i, suddivisi nelle categorie indicate nello schema presentato nello slideshow / art icolo “ I l ciclo r if iut i: schema esplicat ivo” (vedere a fine di questo documento) . La scelta di questa suddivisione è puramente tecnica, difat t i ment re molt i sit i o art icoli suddividono per ‘rendimento’, o per ‘eff icienza’, o per alt r i cr iter i in larga parte sogget t iv i, una categorizzazione tecnica in base al t ipo di procedimento si dimost ra più adeguata e neut rale, lasciando al let tore poi il compito di t rarre le dovute conclusioni in merito a rendiment i etc. Bisogna specificare che sot to il term ine TRATTAMENTO in questo dossier sono stat i inglobat i i metodi di così det to PRE- TRATTAMENTO per due mot iv i pr incipali: - perchè quest i non fanno comunque parte della precedente fase di stoccaggio né di quella successiva di smalt imento, - Perchè in alcune ( t roppe) realtà quest i processi di pre- t rat tamento sono gli unici ut ilizzat i e sost ituiscono all' at to prat ico il vero e proprio t rat tamento. Sost ituiscono indebitamente e impropriamente, c' é da dir lo. Dopo una panoram ica sulle metodiche, vengono proposte alcune soluzioni integrate di ut ilizzo dei var i metodi. Ridursi infat t i ad ut ilizzare solo un metodo di t rat tamento è il modo peggiore per danneggiare l’ intero ciclo, ed è l’ errore commesso fino ad oggi in gran parte dei comuni e in gran parte dei piani ambientali messi a punto, generalmente, da am atori dell’ am biente anzi che da professioni st i e tecnici. Proponiamo dunque 3 t ipi di soluzione integrata. Metodi di t rat tam ento: - METODI DI TRATTAMENTO MECCANI CO - METODI DI TRATTAMENTO CHIMI CO, FI SI CO E BI OLOGI CO - METODI DI TRATTAMENTO TERMI CO Soluzioni integrate: - TRITOVAGLI ATURA + I NCENERI MENTO - TRITOVAGLI ATURA + TORCI A AL PLASMA - I NCENERIMENTO + TORCI A AL PLASMA

Trattamenti meccanici di rifiuti Tritovagliatura I l term ine Tritovagliatura racchiude in realtà due processi: la t r iturazione e la vagliatura, cioè la separazione delle var ie component i in base a pr incipi scelt i a seconda del processo che seguirà. Di solito la scelta é fat ta t ra mater iali pesant i ( ferro, plast ica dura, vet ro, etc) e materiali legger i ( carta e cartone, plast iche leggere, scaglie di legno etc) . La vagliatura viene di solito pr im a della t r iturazione, specialmente in quegli impiant i di t rat tamento meccanico che dedicano diversi st rument i alle diverse frazioni. La vagliatura può essere sia automat izzata sia

manuale: uno dei metodi automat izzat i più ut ilizzat i é quello gravimetr ico, in base al quale le var ie frazioni sono separate in base alla loro capacità di penet razione / galleggiamento in un mezzo fluido. Con questo metodo per esempio avremo una prima scrematura t ra carta, cartone, chips di polist irolo, PET, scaglie di legno e alt r i materiali (anche metallici, quali l' allum inio) che non affondando in acqua da una parte, e plast iche pesant i, vet ro, metalli ferrosi, e m inerali che affondano in acqua dall' alt ra. Seguirà ulter iore separazione per esempio per elim inare allum inio e plast ica dalla componente galleggiante. La t r iturazione avviene (o meglio, può avvenire) sia pr ima che dopo il t rat tamento vero e proprio; la t r itovagliatura in effet t i é un pre- t rat tamento, cioè una operazione at ta a preparare il carico r if iut i alle vere e proprie metodiche di t rat tamento. La t r itovagliatura può essere applicata a tut te le frazioni, da quelle morbide a quelle più dure, semplicemente ut ilizzando lame e grate di t r iturazione di diverso materiale o forma. Con la t r itovagliatura si ha una r iduzione in ordine di volume del car ico r if iut i , ma se ut ilizzata da sola essa non permet te una riduzione in ordine di peso. L' immagine qui sot to most ra la sezione di un t r ituratore del t ipo Pyromex:

Estrusione I l processo di est rusione si applica alle plast iche, ad alcuni metalli, e a volte anche al vet ro o più propr iam ente alla pasta di vet ro. L' est rusione é un processo che agisce sulla forma, non implica una r iduzione né in ordine di volume totale (salvo nel caso di est rusione a freddo di vet ro, t rat tamento che però consiste più in una frantumazione) né di peso, ma perm et te di ot tenere barre o chips di mater iale da dest inare a nuova produzione o lavorazione. L' est rusione avviene in macchine chiamate est rusori compost i da un imbuto di car ico convogliante, una coclea o vite di est rusione, e una filiera, che in sostanza é una parat ia contenente un ugello sagomato (a seconda delle forme che si vogliono dare alle barre) . Gli est rusori devono essere alimentat i con una notevole quant ità di energia per t rat tare materiali dur i specialmente metallici; l' est rusione delle plast iche può avvenire sia a freddo che a caldo, mentre quella del vet ro avviene quasi esclusivamente a caldo successivamente alla produzione della 'pasta di vet ro' t ram ite fonderia. I l t rat tamento di est rusione a freddo del vet ro produce sabbia vet rosa anzi che barre, un processo quasi sempre evitato per l' alto potere penet rante delle sabbie di vet ro nell' apparato respiratorio. L' est rusione a freddo delle plast iche si può applicare solo su gom me morbide, le quali vengono int rodot te in chips nella coclea ed é il calore sviluppato dall' at t r ito a scaldarle e renderle più at te al passaggio nella filiera. Qui sot to la sezione di un est rusore a caldo per materie plast iche:

Com pat tam ento Come la t r itovagliatura, anche il compat tamento é meramente un pre- t rat tamento, che serve a r idurre il volume dei r if iut i. Avviene in machine chiamate pellet izzat r ici o imballat r ici a seconda che debbano produrre pellets (chips o cilindret t i di materiale) o balle. Si t rat ta in sostanza di processi di pressatura ove occasionalmente (presse pellet izzat r ici) interviene un processo di est rusione. I l compat tamento é un' ot t im o metodo per aumentare anche di molto i tempi di stoccaggio quando questo si renda necessario (pensiam o per esempio ai casi in cui gli impiant i di vero e proprio t rat tamento sia in shut -down di emergenza o manutenzione, e i r if iut i cont inuano ad accumularsi. .. una buona compat tazione permet te di avere giorni e giorni di autonomia pr ima di arr ivare a un punto cr it ico) Qui sot to una pressa imballat r ice in azione:

Om ogeneizzazione, str ippaggio ed essicam ento (per r if iut i liquidi o ad alto contenuto di um idità) Per il t rat tamento dei liquam i (acquosi ed oleosi che siano) i t rat tament i meccanici si lim itano a una omogeneizzazione (o al cont rar io f ilt razione quando le due fasi non possono essere t rat tate contemporaneamente) e a successivo st r ippaggio ed essicamento. L' omogeneizzazione avviene in vasconi a larga sezione or izzontale e generalmente di altezza lim itata; nei vasconi sono present i una o più vit i bracciate a pale o gr iglie che si muovono lentamente ma cont inuamente in modo da creare mot i uniform i alle var ie altezze mescolando così ed omogeneizzando i contenut i acquosi. Questa operazione é essenziale quando dovrà seguire un processo chim ico (quale per esempio la chiaro- flocculazione) il cui r isultato deve essere garant ito su tut to il liquame evitando zone di inefficienza. Qui sot to una vasca di omogeneizzazione:

Lo st r ippaggio é un processo che serve ad elim inare gas disciolt i nella fase liquida. Pensiamo alle acque fr izzant i, o a r if iut i liquidi nei quali r im anga disciolto del gas di fermentazione. I l processo può avvenire per differenza di pressione (colonne di Vacuum fisico) , per r iscaldamento, o con l' ut ilizzo di ent ram bi i metodi (es: nello st r ippaggio del greggio, chiamato Topping, seguito da una fase di Vacuum, cioè di 'messa a vuoto' della colonna, che aspira verso l' alto i gas separandoli dal liquido. Qui di seguito lo schema di processo di un sistema di st r ippaggio di acque acide:

L’ essicamento, o essicazione, è facilmente intuibile: se si deve t rat tare un liquame questo viene raccolto in vasche o in am pi contenitori di altezza lim itata, ed esposto al calore, t ram ite var i metodi. I l più economico è quello di esposizione al sole t ram ite concent ratori di solito cost ituit i da lent i curvate ( lent i di Fresnel) ma esistono anche alt r i metodi per far evaporare l’ acqua. Molt i impiant i usano serpent ine o griglie ad immersione che vengono scaldate. L’ essicazione deve avvenire in ambiente aperto per cui part icolare at tenzione bisogna prestare all’ evaporazione di liquam i che possano contenere residui zootecnici o sostanze biologiche o fisiologiche (es, ur ine, o sangue) . Quando l’ essicazione invece coinvolge solidi, specialmente fanghiglia o materiali porosi che t rat tengono l acqua, il processo avviene in apposit i macchinar i chiamat i Dryers, generalmente a sezione circolare, ove viene fat to passare un get to di ar ia calda. L’ eff icienza di quest i metodi dipende dai tempi e dalla superficie di contat to t ra aria e m ateriale um ido, per cui l’ ideale è ut ilizzare dryers in cui l’ ar ia compia più passaggi o percorsi non linear i. Qui sot to lo schema di un sistema di essicazione di fanghi t ram ite dryer, dalla car ica fino al disposal o t rasferimento a vendita di pellets:

Trattamenti fisico-chimici e biologici Scolor im ento chim ico Lo scolorimento chim ico è un processo applicato ai residui di vet ro t ram ite l’ applicazione di Diossido di Manganese (MnO2) , un composto scuro e granuloso insolubile in acqua con un punto di fusione di olt re 500°C, o di compost i a base di Cobalto e di Selenio. Lo scolorimento del vet ro si rende necessario qualora la frazione vet rosa contenga pezzi di colore diverso. Questa situazione era molto comune negli anni ’80 e ’90, ment re at tualmente anche in seguito a diret t ive specifiche sul tema, gran parte dei contenitori in vet ro sono priv i di colorant i. Rimangono colorat i in genere quei contenitor i vet rosi quali bot t iglie di birra o di v ino per i quali una mancata

opacizzazione o colorazione scura causerebbe degradamento del prodot to contenuto. I l meccanismo con cui lo scolor imento avviene è il seguente: i vet r i colorat i di verde devono questa colorazione alla presenta di Ferro I I ; il Diossido di manganese agisce sul Ferro ossidandolo a Ferro I I I che per sua natura ha una colorazione più lieve, e nel frat tempo si r iduce da Manganese I V a Manganese I I I che assume una colorazione rossast ra. Essendo il rosso un colore complementare al verde, la tonalità r isultante sarà ‘decolorata’. Denit r ificazione, desolforazione ed ossidazione ( per r ifiut i liquidi) Denit r if icazione e ossidazione sono due processi generalmente legat i o accoppiat i nel t rat tamento dei reflui liquidi o ad alta um idità. L’ ossidazione, olt re ad agire su tut to l’ organico presente preparandolo per essere eventualmente ut ilizzato come ‘cibo’ per m icro organism i, agisce anche sui nit r it i e sull’ azoto amm oniacale present i nel liquame o nell’ um ido. Avremo così un residuo con una maggiore quant ità di nit rat i, che vengono successivamente r idot t i ad azoto ( t ram ite alt r i m icro organism i) pronto per essere immesso in atmosfera. La desolforazione è un processo più complesso, per il quale si ut ilizzano ( raramente) m icro organism i drogat i o più comunemente degli impiant i adibit i allo scopo. Pur se non part icolarmente complesso, il processo di desolforazione è abbastanza costoso e lo si prevede solo se st ret tamente necessario, per esempio se si st ima che i gas prodot t i contengano una grossa quant ità di solfur i, t io-compost i organici, o solfat i che ne rendano impossibile l’ im missione in atmosfera o l’ ut ilizzo sicuro e non inquinante per produzione di energia. Precipitazione chim ica di sostanze specifiche ( chiaro- flocculazione) Comunemente si crede che la chiaro- flocculazione sia m irata al rendere pulita e t rasparente l' acqua torbida, ma in realtà questo é l' effet to, non lo scopo. Lo scopo é quello di far precipitare le sostanze colloidali potenzialmente dannose. Con questo processo non si elim inano solo i colloidi e gel, ma anche le part icelle m inuscole di olii e grassi, il fosforo, e le sostanze organiche non sedimentabili o scarsamente sedimentabili, cioè quelle il cui peso é talmente basso che la loro velocità di sedimentazione r isulta lent issima e non gest ibile con mezzi f isici (es, cent r ifugazione) . I l processo avviene t ram ite aggiunta alla soluzione di sostanze chim iche quali il cloruro di allum inio, il t r isolfato di ferro, il t r isolfato di allum inio, ma anche la comune calce, sostanze dall' alto potere coagulante; olt re a queste (contemporaneamente o successivamente) si aggiungono sostanze come la bentonite, l' argilla, o anche carboni at t iv i per innescare il fenomeno di f locculazione. Riduzione chim ica La r iduzione chim ica é un processo inverso all' ossidazione vista nel caso della denit r if icazione. I n presenza di elevate quant ità di nit rat i, t ram ite part icolar i m icro organism i o sostanze r iducent i si r iduce l' azoto nit r ico ad azoto molecolare in form a gassosa, in modo che questo si liber i automat icamente in modo naturale dal liquido in cui era disciolto.

Digest ione ed elim inazione sostanze per icolose con bat ter i drogat i I l processo di depurazione dei reflui prevede l' avvalersi di speciali m icrorganism i capaci di diger ire specifici inquinant i. Questa digest ione può essere aerobica ( in presenza d' ar ia) o anaerobica ( in ambiente privo d' ar ia) ed avviene generalmente su part icolar i f ilm bio-plast ici impregnat i del materiale di coltura di quest i m icrorganism i digestor i. Quest i m icrorganism i possono essere di vari t ipi, e la loro capacità di dist ruggere una o più sostanze inquinant i può essere naturale o indot ta. I n questo secondo caso si parla di 'drogaggio' dei m icrorganism i, i quali vengono allevat i in un ambiente tale che li renda resistent i all' at tacco di uno o più element i / compost i chim ici e li renda capaci di elim inar li.

Trattamenti termici I t rat tament i di t ipo term ico sono quelli più efficient i in term ini di r iduzione di volume e di peso, e gli unici che permet tono un discreto recupero di energia e, in alcuni casi, addir it tura uno sviluppo di energia tale da r ipagare, alla lunga, l’ invest imento iniziale. Dist inguiamo in base al processo quest i 3 metodi:

• I ncenerim ento

• Piro-gassificazione

• Atom izzazione t ram ite plasm a Quando queste tecnologie vengono ut ilizzate non solo per smalt ire materia ma anche per produrre energia che non sia di solo recupero vengono chiamate in ambito internazionale WTE, ossia Waste To Energy. Esaminiamole dist intamente. I ncenerim ento L’ incenerimento, at tualmente chiamato in genere termovalorizzazione in quanto la normat iva italiana ormai autor izza l’ incenerimento solo per recupero energet ico, è la più vecchia tecnologia di t rat tamento term ico dei r if iut i. Stor icamente l’ incenerimento si è basato su diversi processi, alcuni molto semplici seppur molto efficient i relat ivamente al compito che dovevano svolgere, i quali però sono sempre stat i osteggiat i dalla popolazione e, in modo part icolare, dai ‘r innovabilist i’, cioè tut t i quegli ambientalist i dell’ ondata post -decreto Ronchi (1996) i quali spesso in malafede denigravano la tecnologia dell’ incenerim ento a causa di lim itat i casi in cui alcuni impiant i si son dimost rat i fortemente inquinant i. Le modalità pr incipali di incenerimento si basano in sostanza su t re processi o tecniche:

• Griglia mobile

• Tamburo rotante

• Let to fluido La tecnica a griglia mobile ut ilizza una camera a combust ione nella quale una griglia supporta i r if iut i car icat i t ram ite un braccio meccanico o carro-ponte / gru. Questa griglia si muove in percorsi regolar i (nel senso di automat izzat i) o irregolar i (nel senso

di hand-pilot , diret t i da sala cont rollo da un quadr ista) in modo da uniformare l’ effet to dell’ incenerimento ed avere una maggiore e m igliore esposizione del solido alle fiamme. Nella maggioranza dei casi il percorso è fisso e realizzato su almeno 3 livelli, realizzando così una sorta di percorso a ‘scala’.

La tecnica a tamburo rotante ut ilizza un vessel cilindr ico generalmente disposto in posizione obliqua angolata t ra 1 5 e i 15° e ‘disas sata’ r ispet to alla diagonale del flusso in modo che al suo interno i r if iut i vengano fat t i ‘rotolare’ e vengano smossi cont inuamente mentre espost i al calore. Questo può essere diret to (sistemando degli ugelli di f iam ma nel cilindro) o indiret to (esponendo le paret i del cilindro alla f iamma) anche se la grande maggioranza dei casi reali ut ilizza il fuoco diret to. La temperatura di processo si aggira generalmente t ra i 1000 e i 1200°C. Alla base del cilindro si accumulano i solidi incombust i e le ceneri della combust ione, mentre dall’ alto vengono est rat t i i fum i che vengono diret t i in una seconda camera di combust ione. L’ alta temperatura raggiunta causa normalmente una elevata produzione di impur ità a base di zolfo, azoto, e m icro polver i, rendendo obbligator io un sistema di f ilt razione e t rat tamento dei fum i.

Nella tecnica del let to fluido si ut ilizza una fornace vert icale r iempita sul fondo da sabbia alla quale possono essere m ischiat i addit iv i o sostanze capaci di cat turare part icolar i inquinant i (es: la dolom ite e il carbonato di calcio per cat turare lo zolfo) . Sot to questa sabbia viene insufflata ar ia calda in pressione, la quale fa innalzare il let to di sabbia e lo t iene in cont inuo movimento; in questo sistema, t ram ite dei condot t i laterali a caduta, vengono int rodot t i sia i r if iut i che il combust ibile, i quali vengono a m ischiarsi con il let to di sabbia e aria calda. I l sistema così realizzato svolge var ie funzioni contemporaneamente: le sabbie erodono alcune part i dei r if iut i, gli addit iv i cat turano le component i chim iche quali lo zolfo e ne r iducono il tenore nei fum i, il sistema diventa sem i- fluido e ne viene r idot ta sensibilmente la densità. Una delle carat terist iche principali di questo t ipo di camera a combust ione è che permet te temperature più basse r ispet to agli alt r i metodi, generalmente sot to i 900°C, m inim izzando quindi la formazione di part icelle azotate (NOx) . I nolt re la tecnica a let to f luido si r ivela più efficiente nella r iduzione a ceneri dei r if iut i, f ino a 4 volte r ispet to alla classica griglia mobile.

I l grado di eff icienza r iscont rabile in queste tecniche decresce nel seguente ordine: let to f luido > tamburo rotante > gr iglia mobile Le tecnologie di incenerimento hanno una buona resa sia in term ini di r iduzione di peso che di volume, arr ivando nei casi più spint i a generare un residuo t ra il 5% e il 15% in peso del totale caricato e con una r iduzione di volume che varia t ra il 15: 1 e il 20: 1.

Piro- gassificazione La piro-gassificazione è un processo molto complesso nel quale si possono indiv iduare 3 fasi: una essicazione (o evaporazione) , una pirolisi term ica ( rot tura term ica dei legam i) e una gassificazione (una combust ione in carenza d’ ar ia) . Questa tecnologia può essere ut ilizzata per ogni genere di r if iuto solido a base organica, anche ad alt issima um idità (35-50% , m inore è l’ um idità maggiore è il rendimento) , ma t rova la sua principale applicazione nello smalt im ento delle biomasse um ide. I l r isultato del processo di piro-gassificazione è t r iplice: da un lato ot teniamo un gas pulito composto principalmente di idrogeno e di monossido di carbonio (chiam ato syngas, ut ilissim o per produrre energia) , dall’ alt ro il residuo solido (m inimo) è una sorta di carbone cat ramoso (chiamato Char) anch’ esso r iut ilizzabile e il residuo liquido (chiamato Tar o ‘olio di pirolisi’) è molto ut ile in ambito energet ico o come biocombust ibile. La tecnologia di piro-gassificazione (o piroscissione) si avvale di speciali caldaie che lavorano intorno ai 700-800°C, anche se part icolar i processi specifici ( com e il Therm o-fuel) permet tono di abbassare la temperatura fino anche a 400°C. La gassificazione che avviene dopo la piroscissione non può essere inquadrata propriamente in una combust ione, in quanto avviene in rapporto sub-stechiometrico ossigeno/ combust ibile, producendo reazioni non completam ente ossigenate. L’ ambiente di gassificazione è generalmente inert izzato con azoto.

Atom izzazione al Plasm a La tecnologia basata sul plasma sfrut ta due t ipi di iniezione: l’ arco elet t r ico o la fiamma. I l t ipo di iniezione è scelto in genere in base al t ipo di car ica da alimentare (uno st ream volum inoso e di forma/ superficie irregolare è meglio gest ibile con una iniezione a fiamma) e al sistema di cont rollo della ‘camera’ che si vuole implementare (un arco elet t r ico ci libera dall’ obbligo di cont rollare il sistema di iniezione in quanto non abbiamo problem i di r itorno di f iamma, deposit i di combust ione etc.) . I l pr incipio

di funzionamento comunque è lo stesso: si produce una iniezione energet ica in uno spazio confinato in cui v iene fat to passare un mezzo fluido il quale viene portato a temperatura alt issim a ( t ra 6000 e 9000°C) ot tenendo così un ‘plasma’ di calore che viene t rasportato poi sulla superficie da ‘atom izzare’ t ram ite una corrente di gas. Alternat ivamente si può diret tamente coinvolgere il solido da dist ruggere nello st ream di f luido ignito. Al cent ro della f iam ma e nelle sue im mediate vicinanze, la temperatura causa un’ atom izzazione presso chè istantanea di ciò con cui v iene a t rovarsi in contat to; al crescere della distanza dalla f iamma la temperatura dim inuisce, fino a generare un ambiente medio intorno ai 3500-4000°C (nei processi ad alt issima temperatura) o ai 2000-3300°C (nei casi di processi ad alta temperatura) . A queste temperature di ambiente i mater iali non bruciano, né gassificano: vengono atom izzat i, cioè dist rut t i nelle loro component i fondamentali. Con questo metodo non si può più parlare di ‘compost i’ ma di element i, dunque va da se che non esistono più compost i nociv i quali NOx, SOx, PCB, diossine, furani etc. Esistono solo azoto, zolfo, idrogeno, ossigeno, carbonio etc. Tut te le component i organiche della car ica subiscono questo processo di atom izzazione, vengono cat turate, e portate via dall’ ambiente per generare gas energet ico; le component i non organiche e pr incipalmente tut ta la parte vet rosa, m inerale e metallica, vengono fuse in una pasta inerte e non nociva, ad alt issima densità e resistent issima (grado di durezza scala di Mohs: 5-6; resistenza a pressioni di 1100kg/ mm2, r iut ilizzabile in tant issim i am bit i (edilizia, fonderia etc.) . L’ efficienza della tecnologia al plasma è ir raggiungibile da alt re tecnologie: ha una r iduzione di volume fino a 52: 1 ( la media si at testa intorno ai 45: 1) e di massa fino a 30: 1 ( la media si at testa intorno al 23: 1) e ha punte di conversione energet ica dell’ 85-88% . I nolt re un impianto medio-piccolo necessita circa di un 22-25% dell' energia prodot ta per alimentarsi, a fronte di un 30% circa per un impianto di taglia grossa. L' energia r icavabile da un impianto al plasm a, allo stato at tuale, può arr ivare anche a valor i di densità di 100-120 MW/ m3.

Per approfondire il tema del metodo basato sul plasma consultare i seguent i art icoli: - la dist ruzione dei r ifiut i - t rat tam ento dell' am ianto - scorie radiat t ive? C' é il plasm a

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Tecnologie Am bientali Aggiornamento: 24/ 03/ 2014