Gestione dei rifiuti urbani - nell'ambito territoriale ottimale ATO Toscana Sud - Zero Spreco Arezzo
←
→
Trascrizione del contenuto della pagina
Se il tuo browser non visualizza correttamente la pagina, ti preghiamo di leggere il contenuto della pagina quaggiù
Giornata di studio
Gestione dei rifiuti urbani
nell’ambito territoriale ottimale ATO Toscana Sud
Giovedì 17 Novembre 2016 – ore 10.00-17.00
Sala Polivalente – Impianto AISA Impianti – Loc. Dei Mori San Zeno (AR)
I residui derivanti dalla combustione
dei rifiuti non pericolosi
Lidia Lombardi
Università Niccolò Cusano - Roma
1
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016
Incenerimento di rifiuti in Europa
62 milioni di tonnellate di rifiuti urbani (RU) avviati ad incenerimento nel 2013 in EU28
20
15
6 Mton
(Mton)
10
5
0
Croazia
Danimarca
Grecia
Lituania
Ungheria
Malta
Romania
Slovacchia
Finlandia
Svezia
R. Ceca
Germania
Irlanda
Spagna
Francia
Italia
Lettonia
Lussemburgo
Austria
Belgio
Portogallo
Slovenia
Bulgaria
Estonia
Cipro
Paesi Bassi
Polonia
Regno Unito
2011 2012 2013 (ISPRA, 2015)
I dati evidenziano una situazione molto eterogenea tra gli Stati membri: circa il
50% del totale sono inceneriti nelle sole Germania e Francia, mentre altri stati (es.
Grecia e Cipro) non ricorrono affatto a questa opzione di trattamento.
2
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016
Incenerimento di rifiuti in Italia
In Italia la situazione è molto diversificata sia per quanto riguarda il quantitativo
di rifiuti inceneriti (il Nord rappresenta i 2/3 del totale), sia per la tipologia di
rifiuti trattati
7
Toscana 2014:
6
274.740 t
5 a incenerimento
4
20%: 55.000 t
(Mton)
3 25%: 68700 t
2
1
0
Italia Nord Centro Sud
RU: Rifiuti Urbani RU FS CSS
(ISPRA, 2015)
FS: Frazione secca
CSS: Combustibile Solido Secondario (include CDR combustibile da Rifiuto)
3
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016
Incenerimento di rifiuti – residui solidi
Carboni attivi
Reagenti
Rifiuti
Fumi
Waste-to-Energy FGT
Bottom Fly CA Eccesso
Ash esausti reagenti
Ash
Prodotti
15-25% in peso reazione
EC, 2016 APC residues
- 10-12 kg/t wet FGT
(stoichiometric)
- Calce semi-wet o dry >>
- Bicarbonato dry <
AISA: gen-giu 2016
APC 39 kg/t 4% D9
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016
BA 286 kg/t 29% D1 4
Incenerimento di rifiuti – residui solidi
Estrazione a umido
Il sistema di scarico delle scorie e di raffreddamento
delle stesse ha funzione di rendere le temperature
delle scorie tali da essere manipolabili.
Il sistema di spegnimento delle scorie in acqua con
canale di scarico immerso ha funzione di guardia
idraulica che permette di mantenere l’intero forno di
combustione in leggera depressione per evitare
fuoriuscite di fumi inquinati all’interno dell’area di lavoro.
In Italia il 100% degli impianti a
griglia adotta questa tecnologia
Estrazione a secco
Lo spegnimento delle scorie avviene con
raffreddamento ad aria.
6 impianti in Giappone
in Svizzera sono stati convertiti a secco gli
impianti del Cantone di Zurigo
5
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016
Incenerimento di rifiuti – residui solidi
Estrazione a umido Estrazione a secco
Combustione prolungata che permette la
Tecnologia consolidata completa ossidazione del materiale
organico
Evita rischio derivanti da fiamme Nessuna reazione chimica irreversibile
improvvise
Rimozione di sali e cloruri Nessun fenomeno di addensamento
No diffusione delle polveri Miglior separazione della frazione fine
(elevato contenuto di metalli pesanti)
Reazioni chimiche irreversibili Incremento del recupero di metalli ferrosi
(idrolisi, corrosione) (fino a +45%)
Le ceneri tendono ad agglomerarsi Incremento del recupero di metalli non
ferrosi (fino a +50%)
Difficoltà operative e gestionali dovute al Diffusione delle polveri
contenuto di acqua
6
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016
Produzione di BA in Europa e Italia
L’incenerimento di RU dà origine a diversi flussi di residui solidi, tra cui le scorie di
fondo o Bottom Ash (BA), che rappresentano il quantitativo più abbondante, ovvero
circa il 15-25% in peso dei rifiuti trattati.
18 Mton di BA da incenerimento rifiuti prodotte in Europa nel 2014 (CEWEP, 2016)
Paese Produzione di scorie (Mt/a)
AUSTRIA 0.23
BELGIO 0.51
REPUBBLICA CECA 1.2 Mton 0.16
DANIMARCA 0.63
FINLANDIA 0.05
FRANCIA 2.7
GERMANIA 5.0
ITALIA 1.3
PAESI BASSI 1.6
SPAGNA 0.42
SVEZIA 0.74
SVIZZERA 0.64
(Report CEWEP, 2010 e 2012)
600.000 t/a da incenerimento di RU
450.000 t/a da incenerimento di FS
250.000 t/a da incenerimento di CSS/CDR
7
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016
Caratteristiche principali delle BA
Materiale granulare che contiene una miscela eterogena di materiali inerti quali
vetro, sabbia, porcellana, metalli, minerali e frazione organica incombusta
Costituite principalmente da silicoalluminati di calcio, magnesio e ferro, presentano
una matrice simile a quella delle rocce come i basalti e i graniti ma sono
caratterizzati da concentrazioni decisamente superiori di metalli
In particolare (CEWEP, 2016):
o Frazione minerale: 80-85%
o Metalli: 10-12% (ferro e metalli non ferrosi)
o Metalli non ferrosi: 2-5% (2/3 di cui Al)
8
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016
BA: recupero/smaltimento in EU
Mater, Ecomondo, 2016
9
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016
BA: recupero/smaltimento in IT
Smaltimento Recupero
Nord 105.600 615.200
Centro 30.600 68.600
Sud 44.900 129.600
Totale 181.100 813.400
(994.500 t) Dati 2013, Fonte: ISPRA
10
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016Gestione di BA in Italia
Negli ultimi anni in linea con altri Paesi Europei negli impianti di
incenerimento stessi o in impianti dedicati viene effettuato un trattamento di
recupero di metalli come ferro e alluminio (ad es. valori riportati per impianti
Danesi 4-10% in peso di Fe e 0.2-0.5% di Al)
Per quanto concerne la frazione minerale, la strategia di gestione ancora più
adottata in Italia è il conferimento in discariche per rifiuti non pericolosi.
L'unica opzione di riutilizzo prevista per BA da incenerimento rifiuti dal D.M
186/2006 che disciplina il recupero in procedura semplificata è come materiale
secondario per la produzione di cemento. Metallo DM 186/2006. Unità
Per utilizzo come aggregato in Lead 50 μg/l
Barium 1 mg/l
costruzione (sottofondi stradali) in Zinc 3 mg/l
base alle autorizzazioni ordinarie, Nickel 10 μg/l
sono utilizzati come riferimento i Vanadium 250 μg/l
Molybdenum - mg/l
limiti relativi alla lisciviazione a pH Chromium 50 μg/l
naturale per un valore del L/S = 10 l/kg Copper 0.05 mg/l
(test EN 12457-2) stabiliti dal DM Antimony - mg/l
Beryllium 10 μg/l
186/2006.
Cobalt 250 μg/l
Arsenic 50 μg/l
Cadmium 5 μg/l
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016 Selenium 10 μg/lGestione di BA in Italia - Recupero
Ageing/carbonatazione accelerata
75%
7,8%
1,3%
8,7%
CiAl, 2010
12
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016Gestione di BA in Italia
Benefici ambientali del recupero
29,6 kg CO2 eq./tRU 0,67 kg CO2 eq./tRU
13
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016BA per upgrading del biogas
Innovative process:
Alkaline
Biogas/ bottom ash
CO2 removal from biogas based on chemical
adsorption on BA: from the direct CO2-rich landfill gas from MSWI
biogas/solid BA contact the calcium carbonate in the
bottom ash is formed
Separation and capture of CO2 (no release to
atmosphere)
Accelerated carbonation of BA from MSWI
BA carbonation
Carbonation technique of CO2 sequestration process:
one stage process, BA solid phase, fixed bed, Gas with high Stabilized pH-
atmospheric pressure CH4 content, neutral
without H2S bottom ash
14
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016BA per upgrading del biogas
BA requirement is proportional to the entering biogas flow rate
Assumed specific flow rate 4 Nm3/(h·tBA). BA duration 6 hours.
BA ≈ 20% w/w of entering waste to incineration, the production
from 2-3 plants in the typical size range of Italian ones (Waste:
70.000-140.000 t/year BA: 14.000-28.000 t/year)
Biogas Nm3/h 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 1.000
BA t/day 60 120 180 244 304 364 424 484 544 608 1212
15
BA dei
Gestione t/year 19.800
rifiuti urbani 39.600
. AISA 59.400
Impianti. 80.520 100.320 120.120 139.920 159.720 179.520 200.640 399.960
17/11/2016BA per upgrading del biogas
COMPRESSOR
BIOMETHANE
CARBONATED BOTTOM ASH
GAS DRYER
REACTOR 2 BIOMETHANE STORAGE TANK
REACTOR 1 BOTTOM ASH
COMPRESSOR NITROGEN
BOTTOM ASH STORAGE AREA
LIQUID NITROGEN STORAGE
TANK
BIOGAS
COMPRESSOR
RAW BIOGAS STORAGE TANK
16
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016Residui APC
Rifiuti pericolosi in tutte le legislazioni
Discariche per rifiuti pericolosi / Miniere di sale (Germania)
Potenziale rilascio di contaminanti nell’ambiente
leaching (in discarica o nella destinazione finale):
- Sali facilmente solubilizzabili: Cl e Na. Alterazione ecosistemi/risorse
idriche
- Metalli pesanti: Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, e Zn. Potenzialmente presenti in
concentrazioni tossiche per l’uomo e l’ecosistema
- Diossine: anche se non sono facilmente lisciviabili.
17
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016Residui APC
2013
Nord
Centro
Sud
Totale
103 t
ISPRA- Federambiente, 2014
18
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016Residui APC
Per minimizzare gli impatti sull’ambiente è necessario minimizzare il
potenziale rilascio: legati nella matrice residua o rimossi.
- riduzione della cessione
- distruzione nel caso delle diossine
• Estrazione e separazione:Processes involving extraction and removal of specific components in
the residues.
• Stabilizzazione chimica: Processes involving binding and immobilization of contaminants by
chemical reactions
• Solidificazione: Processes involving physical binding and encapsulation of residues, and in some cases
also chemical stabilization.
• Trattamento termico: Processes involving heating of the residues, and changes of the physical and
chemical characteristics.
• Utilizzazione come aggregato
• Recupero di materiali
• Discarica
19
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016Residui APC
Processo di recupero Solval
20
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016AwR - Layout
Based on the results of lab-
scale regeneration
experiments
LIQUID/SOLID SEPARATION (FILTRATION)
Baciocchi et al. (2012), Chemical Engineering Journal 179; 63– 71
21
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016AwR - Pilot plants
SOL-IN=60 l/h
NaOH < 13-14%
Vacuum filtration
pump
Washing and
regeneration reactor
(V= 42 l)
Liquid collection tank
(V= 50 l)
GAS-IN=20 Filtering system
Nm3/h (φ =14 µm)
22
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016Residui APC
Processi di stabilizzazione e solidificazione (Inertizzazione)
Hanno lo scopo di ridurre sensibilmente il rilascio delle sostanze inquinanti presenti nel
residuo solido migliorandone anche le caratteristiche fisiche e la manipolabilità
Sono suddivisi principalmente in processi a base di reagenti inorganici (cemento,
calce, argilla), a base di reagenti organici (sostanze termoplastiche, polimeri organici,
composti macroincapsulanti) e processi di vetrificazione.
23
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016Residui APC
Processi a base di cemento: sfruttano il normale fenomeno di presa e indurimento del
legante idraulico per intrappolare il rifiuto nella matrice cementizia.
Vantaggi:
Compatibilità nei confronti dei materiali umidi
Mantenimento delle capacità leganti anche in presenza di quantità elevate di aggregati
minerali
Reazione alcalina in seguito al contatto con acqua con conseguente immediata riduzione
della solubilità di molte specie chimiche inorganiche e rallentamento della velocità di reazione
delle specie organiche
Formazione di Sali insolubili con molti cationi e anioni potenzialmente tossici grazie alla
disponibilità di Ca, Al, Si nei leganti cementizi
Continua evoluzione nel tempo della struttura interna con potenziale incremento delle
capacità di immobilizzo
Controllo delle proprietà meccaniche
Possibilità di applicazioni pratiche in alcuni casi
Basso costo e ampia disponibilità di materie prime
24
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016Residui APC
I trattamenti a base di cemento consistono nel miscelare i residui con cemento, acqua e altri
additivi sfruttando le complesse reazioni che avvengono tra i vari componenti dell’impasto. I
meccanismi di fissazione dei metalli sono sia di tipo chimico che fisico e si possono
classificare in:
Precipitazione – precipitazione chimica sotto forma di specie a bassa solubilità. I metalli
sono principalmente precipitati come idrossidi, silicati o solfuri e meno frequentemente come
carbonati, fosfati o vari complessi. I prodotti che si ottengono sono per lo più complessi
inorganici poco solubili.
Adsorbimento – sfrutta il fenomeno dell’incremento della superficie specifica prodotto
dall’idratazione dei leganti cementizi. Questo permette la fissazione di certe molecole
organiche e rende possibile il verificarsi di reazioni di adsobimento che portano alla
formazione di composti a bassa solubilità
Scambio ionico – coinvolge tutti i meccanismi di fissazione dei metalli. Nella maggior parte
dei casi è un processo reversibile e il metallo può essere di nuovo liberato. Un meccanismo di
questo tipo è quello che lega i metalli pesanti alla matrice silicea della struttura cementizia
Incapsulamento – meccanismo di tipo fisico perché non modifica la struttura chimica del
rifiuto realizzando ugualmente una forma meno mobile. Il grado di protezione ambientale
dipende dalla matrice e dalla sua capacità di isolare il rifiuto, funzione soprattutto della
permeabilità della matrice stessa
25
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016Residui APC
Processi a base di reagenti organici:
A base di sostanze termoplastiche. Sostanze capaci di indurire o rammollire reversibilmente
con la variazione della temperatura. I materiali più utilizzati sono asfalto e bitume. Il trattamento
avviene mescolando ad alta temperatura (130-230°C) le scorie preventivamente essiccate con
gli additivi termoplastici. La miscela viene poi lasciata raffreddare . Questa tecnica è molto
resistente all’attacco da parte di soluzioni acquose liscivianti e alla degradazione microbica.
Svantaggi:
-Non applicabile in presenza di sostanze chimiche organiche, che fungono da solventi nei
confronti dei leganti, e di forti ossidanti, che reagiscono con la matrice organica causando
deterioramenti e possibili reazioni di combustione o esplosione in presenza di solfuri o
idrocarburi solidi alle elevate temperature
-Compatibilità solo con contaminanti che non volatilizzano a basse temperature
-Necessità di essiccare le scorie
26
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016Residui APC
A base di polimeri organici. Questi processi consistono nel miscelare alle scorie un
monomero (urea formaldeide, poliestere, resine fenoliche…) che, in presenza di un
catalizzatore, polimerizza incapsulando nella struttura le sostanze contenute. Si ottiene un
prodotto non infiammabile, necessita di una piccola quantità di additivi riducendo il volume
del materiale prodotto rispetto ai trattamenti a base di cemento. Può essere applicato per un
vasto range di PH.
Svantaggi:
-Viscosità del materiale che rende difficile la miscelazione
-Generazione di fumi potenzialmente tossici
-Facilmente biodegradabile se esposto all’ambiente
-Possibile formazione di percolato qualora non tutta l’acqua venga intrappolata
A base di composti macroincapsulanti. Formazione di un prodotto finale costituito da una
struttura composita di resine organiche. Le particelle inquinanti vengono agglomerate da
resine termoindurenti e incapsulate in resine termoplastiche. Vengono usate ad esempio
resine polibutadieniche fuse che formano con il rifiuto una miscela che dopo raffreddamento
viene ricoperta con polietilene ad alta densità fuso in modo da creare un involucro esterno di
notevole resistenza.
27
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016Residui APC
Vetrificazione: processo adatto a rifiuti altamente pericolosi, vengono miscelati con silice
e fatti fondere a temperature superiori ai 1200°C. La fusione e successiva solidificazione
della massa del materiale comportano la formazione di un materiale vetroso altamente
inocuizzato. Questa tecnologia permette inoltre la separazione dei metalli per
volatilizzazione.
Processi ad arco plasma: il processo realizza una pirolisi senza combustione a
temperature elevatissime (10000-20000°C) utilizzando come fonte di energia l’arco
elettrico. Tale processo porta alla formazione di un materiale praticamente inerte che
presenta un ottimo comportamento secondo il test di eluizione.
28
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016Conclusioni
Da un punto di vista quantitativo e delle proprietà fisiche le scorie da
incenerimento rifiuti rappresentano un materiale di interesse per il recupero
come materiale da costruzione in sostituzione di materie prime
Il contenuto e il rilascio di metalli ed altri potenziali contaminanti inorganici
rappresentano un limite al riutilizzo senza restrizioni di questo materiale.
Un singolo trattamento non è sufficiente a soddisfare i requisiti.
Combinazioni di diversi trattamenti.
Residui del trattamento fumi: rifiuti speciali pericolosi trattamento
smaltimento (raramente recupero)
Possibili utilizzi/trattamenti in combinazione con sottrazione CO2.
29
Gestione dei rifiuti urbani . AISA Impianti. 17/11/2016Puoi anche leggere
