geochimica applicata ambientale RIFIUTI Il D.Lgs. 152/06 ... · I processi di trasformazione in...

geochimica applicata ambientale

RIFIUTI

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Rif

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Nord 13.528 13.737 13.816 14.329 14.565 14.961

Centro 6.47 6.57 6.607 6.853 6.966 7.155

Sud 9.411 9.557 9.611 9.968 10.132 10.407

2001 2002 2003 2004 2005 2006

Rifiuti prodotti in Italia, periodo 2001-2006. Fonte: APAT. Link:

http://www.apat.gov.it/site/_files/RIFIUTI_2007_tab.pdf

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.

Composizione media rifiuti RSU

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 attivitàche 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

Determinazione della tipologia dei rifiuti

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 bio-ossidazione 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).


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

PERCOLATO in DISCARICAIl 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.


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 organica2. Degradazione biologica

3. Solubilizzazione dei sali contenuti nei rifiuti4. 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 decomposizioneAerobica (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).

Fase I – degradazione aerobica

Fase II - non metanigena (o anche acidogenica e acetogenica)Fase III - metanigena instabileFase IV - metanigena stabile

Fase V – aerobica finale

Sequenza delle fasi di degradazioneSequenza teorica ma con buona

approssimazione vicina a quella osservabile sperimentalmente per una massa

sufficientemente omogenea di rifiuti de

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Fase I DEGRADAZIOINE AEROBICA (durata

pochi giorni)• L’ossigeno intrappolato nei rifiuti viene

consumato completamente• Produzione di CO2

• 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)

DEGRADAZIONE ANAEROBICA


Fase II - non metanigena (o Fase acidogenica e acetogenica)

La sostanza organica complessa (carboidrati, grassi, proteine), in forma sia disciolta siaparticolata, 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 (CO2 e H2)

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

Fase III - metanigena instabileI 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 CO2 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

Fase IV - metanigena stabileContinua 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 50-60

% vol in CH4 e CO2 ~ componente complementare al 100 %vol.pH in campo debolmente alcalino

Progressiva diminuzione di acidi volatili e CODDurata di circa 15-20 anni



Una volta degradata tutta la sostanza organica biodegradabile, la produzione di metano va azero 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

Fase I – degradazione aerobicaFase II - non metanigena

Fase III - metanigena instabileFase IV - metanigena stabile



Sequenza ideale delle varie fasi di degradazione dei rifiuti in una discarica controllata e variazione nel tempo della composizione del gas.

Impianto di recupero biogas da discarica

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 (CH4), acidi grassi volatili e altri composti

refrattari come acidi fulvici e umici. 2. Macrocomponenti inorganici, quali Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NH4+, Fe, Mn, Cl-, SO4

2-, HCO3-.

3. 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


0.03 - 40.60.1 - 1205Zn mg/l

0.03 - 450.70.3 - 6525Mn mg/l

3 - 2801520 - 2.100780Fe mg/l

40 - 3501805 - 1.150470Mg mg/l

20 - 6006010 - 2.5001200Ca mg/l

10 - 4208070 - 1750500SO4 mg/l

0.10,6BOD5/COD

500 - 450030006.00 - 60.00022.000COD mg/l

20 - 5501804.000- 40.00013.000BOD5 mg/l

7.5 - 984,5 - 7,56,1pH

IntervalloValore medioIntervalloValore medio

Fase III- IV metanogenicaFase II acetica

Concentrazioni nel percolato dei principali parametri chimici e fisici e loro variazione

in relazione alla decomposizione della sostanza organica (Ehrig, 1989).


Fase I – degradazione aerobica

Fase II - non metanigena (o anche acidogenica e acetogenica)Fase III - metanigena instabile

Fase IV - metanigena stabileFase V – aerobica finale

Sequenza ideale delle varie fasi di degradazione dei rifiuti in una discarica controllata e

variazione nel tempo della composizione del percolato.

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.

PERDITA DI PERCOLATO in DISCARICA

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


Zonazione redox in acquifero contaminato da materia organica (Chapelle, 2001)I - Matanogena

II – SO4- riducente

III – Fe(III) riducente

IV – NO3- e Mn(IV) riducente

ossidante

riducente ossidante

Available online at http://www.xvcongresso.societaitalianaecologia.org/articles/

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

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