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RIFIUTI E RICICLAGGIO

CONTROLLO DEGLI IMPATTI DELLE DISCARICHE PER RSUPer ottenere obiettivi di qualità della discarica sostenibile si possono applicare tecnologie e modalità operative che possono influire sui diversi termini del bilancio di massa della discarica

Gli impatti ambientali causati dalle discariche per ri-fiuti solidi urbani sono per la gran parte legati alla presenza di sostanza organica putrescibile, dalla

quale è ormai noto non si riesce a prescindere completa-mente nonostante le raccolte differenziate. Le normative vi-genti si indirizzano in particolare verso una riduzione della quantità complessiva di sostanza organica biodegradabile da conferire in discarica, fissando obiettivi di riduzione da raggiungere gradualmente nel tempo. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, la qualità della sostanza organica biodegradabile conferita in discarica è ancora tale da creare le condizioni per generare impatti di lungo termine, principalmente associati al percolato.Gli impatti ambientali che possono originarsi nella gestione delle discariche sono riassunti nel grafico di Figura 1, sud-divisi per comparto ambientale interessato (aria, acqua, suolo) e per andamento dell’intensità in funzione della distanza dalla fonte.Accanto ad impatti di vasta scala, legati al fatto che le discariche sono tra i più im-portanti produttori di gas ad effetto serra (metano ed anidride carbonica) e che nelle discariche vengono ancora emessi (dai manufatti di scarto che li contengono) i CFC messi al bando nella produzione industriale a causa del problema del buco dell’ozono, si hanno numerosi impatti di piccola scala, i cui effetti si risentono nell’intorno di qual-

n R. Cossu°, R. Raga°, R. Repetti°°, g. testolin°°

Figura 1 - Impatti ambientali delle discariche controllate e loro rilevanza spaziale

Figura 2 - Pozzi di raccolta inidonei (a) ed idonei (b) a consentire un regolare allontanamento del percolato; intasamento dei mezzi granulari drenanti determinato da crescita di pellicola biologica (c)

che chilometro. Sono questi ultimi quelli che creano problemi di accettazione da parte delle popolazioni circostanti, sono questi ultimi che pesano ancora sulla so-stenibilità della discarica per le popola-zioni locali.Esaminando i singoli impatti è facile os-servare come la grande maggioranza di questi (colorata in rosso) è associata alla presenza di sostanza organica biodegra-dabile contenuta nei rifiuti depositati.Se poi agli impatti descritti si associano i problemi ingegneristici legati ad inade-guati sistemi di raccolta del percolato (Fi-gura 2a) e agli ineluttabili intasamenti dei materiali drenanti (Figura 2c) si possono registrare (come di fatto si registrano nella gran parte delle moderne discariche in Ita-lia) ulteriori inconvenienti che enfatizzano

SPECIALE DISCARICA

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gli effetti negativi derivanti dalle discari-che.Tra questi ulteriori inconvenienti i princi-pali sono descritti graficamente in Figura 3 e sono così riassumibili:• aumento della velocità di infiltrazione in falda. Un battente di 10 m, in accordo alla legge di Darcy, equivale ad aumentare di 10 volte la permeabilità dello strato mi-nerale di argilla disposto sul fondo della discarica;• gli elevati battenti di percolato impedi-scono una regolare distribuzione della de-pressione attraverso i pozzi del biogas, con formazione di zone di sovrapressione ed emissione incontrollata di gas e di odori;• aumento delle pressioni neutre all’in-terno dell’ammasso dei rifiuti con incre-mento del rischio di instabilità meccanica e conseguenti frane;• fuoriuscite incontrollate di percolato.Gli ultimi due inconvenienti si manifestano soprattutto nel caso di discarica in rile-vato o in pendio.Per le discariche controllate, contraria-mente agli altri sistemi di smaltimento, l’impatto ambientale, che può essere con-siderato massimo durante l’esercizio, non si esaurisce alla chiusura della gestione, con la cessazione della gestione degli im-pianti, ma prosegue per un tempo signi-ficativamente lungo.

Ad esempio in un impianto di inceneri-mento, l’emissione di effluenti gassosi cessa immediatamente se l’inceneritore viene chiuso, così un impianto di compo-staggio non produce più odori quando smette di trattare i rifiuti. L’impatto resi-duo di questi impianti è legato sostanzial-mente allo smantellamento delle strut-ture e dal recupero territoriale e funzio-nale delle aree dismesse.Per la discarica invece le emissioni pos-sono configurare concentrazioni residue di alcuni parametri, quali l’ammoniaca, che rimangono elevate (al di sopra ad esempio dei limiti previsti per lo scarico in corpi superficiali) per tempi che ven-gono calcolati in diversi secoli (i.a. Belevi e Baccini, 1989; Kruempelbeck e Ehrig, 1999).Per una effettiva riduzione degli impatti attesi da una discarica è necessaria l’a-dozione di un sistema multibarriera (Cossu, 1995) all’interno di un più gene-rale approccio basato sulla sostenibilità ambientale. Il sistema multibarriera è ba-sato sul concetto di barriera come mezzo per la riduzione della diffusione incontrol-lata di percolato e biogas verso l’ambiente sensibile, vicino (scala locale) e lontano (macroscala), e sulla adozione di più bar-riere con effetto sinergico (Figura 4).In questo senso è barriera la riduzione della quantità e la modifica (pretratta-

Figura 3 - Rappresentazione grafica dei principali inconvenienti connessi alla formazione di alti battenti di percolato in seno alla massa dei rifiuti in una discarica

mento) della qualità dei rifiuti da deposi-tare in discarica, è barriera la copertura fi-nale della discarica e la sua capacità di re-golare (non di impedire) l’afflusso idrico ed il dilavamento dei rifiuti, è barriera il go-verno (i.e. controllo, accelerazione) dei processi di degradazione biologica dei ri-fiuti depositati mediante opportuni inter-venti (i.e. aerazione in situ), è barriera il sistema di drenaggio - che se è efficiente non causa gli inconvenienti illustrati dalla Figura 3 - è barriera l’impermeabilizzazione costruita (strati minerali con geomem-brane), è evidentemente barriera anche la formazione geologica naturale. Poiché per garantire la sostenibilità am-bientale una discarica deve raggiungere l’equilibrio ambientale nel tempo di una generazione le barriere devono mantenere inalterata la loro funzione nel tempo, al-meno per il periodo necessario al raggiun-gimento dell’impatto accettabile. Dato che è da tempo ben noto che le barriere co-struite (geomembrane, strati minerali, dre-naggi) hanno una durata di vita dell’ordine dei 10 - 30 anni, periodo oltre il quale è attesa una inevitabile perdita di efficienza (Farquhar, 1989; Rollìn et al., 1991), è evi-dente che è opportuno prevedere ade-guate azioni per l’abbattimento delle emis-sioni in tempi più brevi di quelli previsti per

Figura 4 - Rappresentazione schematica del sistema multibarriera: 1 = quantità e qualità dei rifiuti (pretrattamento) 2 = regolazione dell’afflusso idrico 3 = controllo e velocizzazione della degradazione biologica dei rifiuti e dei processi di dilavamento4 = controllo tubazioni di drenaggio 5 = efficienza del letto drenante 6 = impermeabilizzazione costruita7 = barriera geologica

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le discariche tradizionali anaerobiche. Come mettere in pratica il principio della sostenibilità ambientale rappresenta uno dei principali obiettivi della attività scien-tifica sulla discarica controllata. Molti aspetti, insieme tecnici e legali, de-vono essere affrontati. Queste le do-mande che attendono risposta:• Quali tecnologie od accorgimenti adot-tare per raggiungere la sostenibilità am-bientale?• Come definire gli obiettivi di qualità fi-nale della discarica sostenibili per l’am-biente?• Quali modifiche/integrazioni sono ne-cessarie per rendere l’attuale normativa funzionale al criterio della sostenibilità ambientale?• Quale responsabilità economica e le-gale rimane a carico del gestore di una discarica?

Sistemi per il controllo del bilancio di massa in una discaricaAl fine di raggiungere gli obiettivi di qua-lità della discarica sostenibile si possono applicare tecnologie e modalità operative che possono influire sui diversi termini del bilancio di massa in discarica. Le prin-cipali opzioni considerate sono la mini-mizzazione dei rifiuti e il loro pretratta-mento (riduzione della massa in ingresso), e interventi in situ quali il ripristino di con-dizioni aerobiche in discarica, che per-mette di incentivare il trasferimento di carbonio e azoto dal percolato (ove sono presenti in forme tali da configurare in-quinamento se e quando il percolato do-vesse superare le barriere costruite e na-turali) al gas estratto nel corso dell’aera-zione, principalmente sotto forma di CO2

e Azoto gassoso N2.Per ridurre le potenziali emissioni e la du-rata degli impatti di lungo termine è quindi necessario considerare un sistema mul-tibarriera che, accanto ad una riduzione della quantità di rifiuti avviati a discarica, preveda il loro pretrattamento e soprat-tutto il controllo della loro degradazione una volta depositati. Le diverse opzioni

applicabili per la riduzione degli impatti di lungo termine dovrebbero essere consi-derate in modo combinato e valutate sulla base del raggiungimento di una qualità fi-nale della discarica che sia accettabile per l’ambiente, come mostrato in Cossu

Figura 5 - Rappresentazione schematica dell’aerazione in situ delle discariche con tecnologia Airflow®

e Raga, 2007.Oggi la discussione tecnica sulla tipolo-gia ed intensità del pretrattamento dei ri-fiuti prima del loro deposito in discarica è ancora aperta e riguarda i processi mec-canici, biologici, termici e chimico-fisici

Vista di una parte della rete di tubazioni dell’impianto di aerazione in situ

Particolare dei soffiatori installati per l’aerazione in situ

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caso l’aerazione in situ è necessaria per abbattere le potenziali emissioni dei ri-fiuti e consentire lo svolgimento delle operazioni di scavo in condizioni di sicu-rezza grazie anche all’estrazione di per-colato che è sempre prevista dai pozzi di aerazione. La progettazione di un impianto di aera-zione in situ mediante l’Airflow® prevede la determinazione dei parametri caratte-ristici della discarica attraverso indagini specialistiche, da eseguire su un campo prove realizzato ad hoc. L’elaborazione dati è effettuata mediante modelli mate-matici appositamente sviluppati.

Applicazione della tecnologia Airflow® in discarica

Sono riportati alcuni dati di un impianto in scala reale di aerazione in situ con tec-nologia Airflow® presso una discarica in Italia settentrionale. Le analisi di composizione e di pressione del gas in corrispondenza di tutti i pozzi di monitoraggio presenti in discarica hanno mostrato la diffusione dell’ossi-geno in buone concentrazioni, variabili da un punto all’altro e crescenti nel corso dell’intervento (Figura 6). Allo stesso tempo, la presenza di metano nei pozzi di monitoraggio è risultata in diminuzione nel corso dell’intervento (Figura 7).Al fine di valutare gli effetti dell’aerazione in situ sulla stabilizzazione dei rifiuti, du-rante l’intervento sono stati eseguiti al-cuni carotaggi e analisi di campioni di ri-fiuto prelevati a diverse profondità in di-scarica. Tra i parametri considerati, l’in-dice respirometrico (IR4, mgO2

.gST-1) e la produzione di biogas in test di fermen-tazione (GB21, Nl.kgST-1) sono conside-rati a livello internazionale un riferimento per la valutazione della stabilità biologica dei rifiuti (Heerenklage e Stegmann, 2005; Cossu e Raga, 2008). L’indice respiro-metrico esprime il consumo di ossigeno in quattro giorni causato dai processi di degradazione biologica della sostanza or-ganica biodegradabile presente nel cam-pione; l’indice di produzione di biogas in

cessi di stabilizzazione dei rifiuti riducendo quindi drasticamente la produzione di me-tano e di sostanze maleodoranti e miglio-rando la qualità del percolato.L’insufflazione dell’aria in discarica è ef-fettuata a bassa pressione attraverso una rete di pozzi realizzati ad hoc all’interno del corpo rifiuti. Il gas di processo estratto è avviato ad un sistema di trattamento prima di essere rilasciato in atmosfera. L’impianto è dotato di sistema di controllo automatico che comprende un sofisticato apparato di sicurezza appositamente ide-ato da Spinoff per prevenire la formazione di miscele esplosive dovute alla contem-poranea presenza di metano e ossigeno in discarica.L’Airflow® può essere utilizzato anche nell’ambito degli interventi preliminari alla bonifica della discarica mediante rimo-zione dei rifiuti (landfill mining). In questo

Figura 6 - Concentrazione di ossigeno nei pozzi di monitoraggio in discarica, nel corso dell’intervento di aerazione in situ con tecnologia Airflow®

Figura 7 - Concentrazione di metano nei pozzi di monitoraggio in discarica, nel corso dell’intervento di aerazione in situ con tecnologia Airflow®

(inertizzazione). Analogamente aperta è di conseguenza la discussione sulle mo-dalità di controllo della qualità dei rifiuti in ingresso alla discarica al fine di verificare l’efficienza del pretrattamento.Per quanto riguarda i trattamenti di sta-bilizzazione dopo il deposito in discarica, la tecnica dell’aerazione in situ è ormai consolidata a livello internazionale e sono disponibili in letteratura i risultati di nume-rose applicazioni (i.a. Ritzkowski e Steg-mann, 2005). In questo ambito rientra il sistema Airflow®, sviluppato da Spinoff (Società promossa e partecipata dall’U-niversità di Padova) per il risanamento o la bonifica delle vecchie discariche me-diante aerazione in situ del corpo rifiuti, come ripostato schematicamente in Fi-gura 5. Lo sviluppo di processi aerobici di degradazione biologica della sostanza organica permette l’accelerazione dei pro-

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test di fermentazione fornisce la misura della produzione di biogas in tre settimane in condizioni anaerobiche. I test per la de-terminazione dell’IR4 e del GB21 sono in-dicati nella normativa di Austria e Germa-nia per l’analisi della stabilità biologica dei rifiuti.In Tabella 1 sono riportati i valori dell’in-dice respirometrico IR4 e della produzione di biogas in test di fermentazione GB21 misurati sui campioni di rifiuti solidi pre-levati all’inizio e nel corso dell’intervento. Prima dell’inizio dell’aerazione in disca-rica il valore medio dell’IR4 misurato su 15 campioni di rifiuto era pari a 7,5 mgO2

.

gST-1; l’applicazione dell’aerazione ha per-messo una sua progressiva diminuzione fino ad un valore medio di 2,8 mgO2

.gST-1 dopo 12 mesi dall’inizio dell’intervento, con una riduzione rispetto al valore ini-ziale di circa il 63%. La variazione del GB21 nei campioni di ri-fiuto analizzati nel corso dell’intervento è risultata ben correlata con l’andamento dell’IR4: si è passati da un valore medio prima dell’inizio dell’intervento pari a 20,9 Nl.kgST-1, fino a raggiungere dopo circa un anno un valore medio pari a 7,1 Nl.

kgST-1, con una diminuzione di circa il 66%.I dati di qualità del percolato estratto nel corso dell’intervento testimoniano l’ac-celerazione dei processi di degradazione dei rifiuti, con un primo incremento della formazione e della mobilizzazione dei pro-dotti di degradazione seguito da un ab-bassamento delle concentrazioni a causa della rapida stabilizzazione in condizioni aerobiche.

Conclusioni

Attualmente non sono ancora disponibili conoscenze sufficienti per poter preve-dere la durata delle emissioni di lungo ter-mine e degli impatti ambientali che sa-ranno prodotti dalle discariche dopo la naturale perdita di efficienza delle barriere costruite. Al fine di prevenire costosissimi interventi di bonifica di acquiferi contaminati, è op-portuno agire per accelerare e comple-tare in tempi sostenibili i processi di sta-bilizzazione dei rifiuti depositati e garan-tire emissioni residue di qualità accetta-bile.In questo ambito, l’aerazione in situ è una tecnica orami consolidata a livello inter-nazionale che consente di abbattere le emissioni potenziali residue in tempi molto più brevi di quanto avvenga nelle discari-che tradizionali anaerobiche. L’aerazione favorisce l’allontanamento del carbonio organico biodegradabile dalla discarica per conversione in CO2 e limita di conseguenza il trasferimento del car-bonio in fase liquida con una diminuzione attesa del carico organico del percolato di nuova formazione, dei costi di tratta-mento e dei rischi di inquinamento degli acquiferi.L’aerazione in situ è applicabile sia per in-terventi di risanamento di vecchie disca-riche, sia per la minimizzazione degli im-patti sull’ambiente nell’ambito del periodo di gestione post-operativa delle nuove di-scariche. In questo caso l’applicazione dell’aerazione in situ potrebbe avvenire anche a seguito di una fase di utilizza-zione del biogas, nel momento in cui le quantità estraibili non siano più sufficienti per un efficace recupero energetico.I dati presentati si riferiscono al primo anno di funzionamento di un impianto in scala reale realizzato con tecnologia Air-flow® e hanno permesso di ottenere ri-sultati incoraggianti, in linea con quanto ottenuto da altri autori a livello internazio-nale.

Bibliografia

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Giorni dall’inizio dell’intervento

IR4(mgO2

.gST-1)GB21

(Nl.kgST-1)

0 7,5 20,990 5,5 20,7192 4,4 14,7304 3,0 16,7374 2,8 7,1

°DipaRtimento image, univ. Di paDova

°°spinoff sRl, paDova

Tabella 1 - Valori dell’indice respirometrico e della produzione di biogas in test di fermen-tazione, misurati sui campioni di rifiuti solidi prelevati mediante carotaggio in discarica nel corso dell’intervento di aerazione in situ