Le Discariche:
Le fasi costruttive di una discarica:
Gestione operativa e post-operativa di una discarica: clicca qui per un breve corso
La discarica di rifiuti è un luogo dove vengono depositati in modo non selezionato i rifiuti solidi urbani 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, in ultima ratio, 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 quattro tipologie differenti di discarica:
- Discarica per rifiuti inerti
- Discarica per rifiuti non pericolosi (tra i quali gli RSU)
- Discarica per rifiuti pericolosi (tra cui ceneri e scarti degli
inceneritori)
- Discarica "dedicata" per solo amianto.
La normativa definisce anche il piano di sorveglianza e controllo con i necessari parametri chimici, chimico-fisici, idrogeologici, meteoclimatici e topografici da determinare periodicamente con una stabilita frequenza delle misurazioni.
L'uso delle discariche per il rifiuto indifferenziato deve essere assolutamente evitato. L'Unione Europea con la direttiva sopra citata (99/31/CE) ha stabilito che in discarica devono finire solo materiali a basso contenuto di carbonio organico e materiali non riciclabili: in altre parole, dando priorità al recupero di materia, la direttiva prevede il compostaggio ed il riciclo quali strategie primarie per lo smaltimento dei rifiuti(del resto la legge prevede che la raccolta differenziata debba raggiungere il 65% entro il 2011).
Infatti, i residui di molti rifiuti, soprattutto di RSU organici, restano attivi per oltre 30 anni e, attraverso i naturali processi di decomposizione anaerobica, producono biogas e numerosi liquami (percolato) altamente contaminanti per il terreno e le falde acquifere per cui il conferimento senza preventivo trattamento di compostaggio è da evitarsi.
Il principale problema delle discariche è la produzione di percolato e l'emissione di gas spesso maleodoranti, dovuti alla decomposizione della frazione organica. Entrambi i problemi possono essere risolti rimuovendo la frazione organica mediante raccolta differenziata o pretrattando i rifiuti con il trattamento meccanico-biologico a freddo esposto in precedenza, riducendo fra l'altro anche i volumi da smaltire. La discarica può essere così usata per smaltire tutti i residui del sistema integrato di gestione dei rifiuti con un impatto ambientale minimo.
Oggi tuttavia vengono spesso avviati in discarica rifiuti indifferenziati o comunque contenenti materiali utili (vetro carta plastica ecc.) senza alcun pretrattamento; questa è certamente una soluzione semplice, comoda, economica ma ambientalmente sbagliata.
Il percolato è un liquido che trae prevalentemente origine dall'infiltrazione di acqua nella massa dei rifiutio dalla decomposizione degli stessi. Il percolato prodotto dalle discariche controllate di rifiuti solidi urbani (R.S.U.) è un refluo con un tenore più o meno elevato di inquinanti organici e inorganici, derivanti dai processi biologici e fisico-chimici all’interno delle discariche.Il percolato può contenere diversi pericolosi inquinanti, non esclusi i metalli pesanti. Le sue caratteristiche organolettiche sono principalmente queste: il colore è bruno, variabile a seconda della concentrazione; la consistenza può presentarsi più o meno viscosa mentre il suo odore, definibile come "stagnante", è comunemente sgradevole. Ne è sufficiente una minima goccia per contaminare un qualsiasi ambiente.
Per legge, il percolato deve essere captato ed opportunamente trattato nel sito stesso della discarica o trasportato in impianti ad hoc o in impianti per il trattamento di acque di scarico urbane.
Il sistema di captazione consiste in una serie di tubi fessurati immersi in uno strato di ghiaia drenante appena al di sopra dello strato di impermeabilizzazione.
I trattamenti di base per il percolato prodotto in discariche controllate si possono suddividere in trattamenti di tipo biologico e di tipo chimico-fisico. Sebbene i trattamenti di tipo biologico trovino il maggior numero di applicazioni nell’ambito dei processi di trattamento di reflui inquinanti, tuttavia la loro applicazione per il trattamento del percolato on-site trova molte limitazioni. La prima delle quali, e forse quella di maggiore rilevanza, è la scarsa capacità di adattamento del fango attivo alle variazioni qualitative del percolato nel tempo. In particolare, il decremento del rapporto BOD5/COD negli anni costituisce uno dei maggiori problemi sia per trattamenti aerobici sia per quelli anaerobici.
Con il termine biogas si intende una miscela di vari tipi di gas (per la maggior parte metano, dal 50 al 80%) prodotto dalla fermentazione batterica in anerobiosi (assenza di ossigeno) dei residui organici provenienti da rifiuti, vegetali in decomposizione, carcasse in putrescenza, liquami zootecnici o di fognatura. L'intero processo vede la decomposizione del materiale organico da parte di alcuni tipi di batteri, producendo anidride carbonica, idrogeno molecolare e metano (metanizzazione dei composti organici).
Il biogas si forma spontaneamente negli accumuli di materiale organico. Le discariche di rifiuti urbani ne sono quindi grandi produttori, visto che normalmente il 30-40% del rifiuto è appunto materiale organico; tale gas deve essere captato per evitarne la diffusione nell'ambiente. A titolo di esempio, da una discarica di circa 1.000.000 di metri cubi che cresce di 60.000 mc ogni anno, si possono estrarre quasi 5,5 milioni di metri cubi di biogas all'anno (oltre 600 mc ogni ora).
Sono state sviluppate tecnologie ed impianti specifici che, tramite l'utilizzo di batteri in appositi "fermentatori" chiusi (da non confondere con gassificatori e rigassificatori), sono in grado di estrarre grandi quantità di biogas dai rifiuti organici urbani e dal letame prodotto dagli allevamenti intensivi, o anche dai liquami di fognatura. Il gas metano prodotto in questo processo può essere quindi utilizzato per la combutione in caldaie da riscaldamento o nei motori a scoppio, producenndo calore e/o elettricità.
Esistono varie tipologie di impianti di produzione di biogas indirizzati a trattare matrici organiche differenti, liquide o solide. Caratteristiche principali di un impianto sono il sistema di miscelazione matrici all'interno del fermentatore/digestore, il caricatore di matrici solide così come il sistema di filtrazione del biogas prodotto.
La CO2 prodotta dalla combustione del metano così ricavato permette quasi di pareggiare il bilancio dell'anidride carbonica emessa in atmosfera: infatti la CO2 emessa dalla combustione del biogas è la stessa CO2 fissata dalle piante (o assunta dagli animali in maniera indiretta tramite le piante), al contrario di quanto avviene per la CO2 emessa ex-novo dalla combustione dei carburanti fossili. Ulteriore vantaggio ecologico nell'utilizzo del biogas, è quello di impedire la diffusione nella troposfera del metano emesso naturalmente durante la decomposizione di carcasse e vegetali: il metano è infatti uno dei gas serra più potenti ed è quindi auspicabile la sua degradazione in CO2 e acqua per combustione. L'emissione di 1 kg di CH4, in un orizzonte temporale di 100 anni, equivale ad emettere 21 kg di CO2.
I Dati qui trattati sulla produzione di biogas sono esratti ed elaborati dal sito:
Altre discariche:
Dal punto di vista dell'emissione in atmosfera di gas responsabili dei cambiamenti climatici, le discariche per rifiuti non pericolosi e quelle per rifiuti pericolosi risultano nocive se il rifiuto non viene preventivamente trattato e/o differenziato (come spesso capita). È infatti scientificamente provato dall'organizzazione internazionale sui cambiamenti climatici, IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) che i rifiuti in discarica causano emissioni ad alto contenuto di metano e anidride carbonica, due gas serra molto attivi; una moderna discarica deve pertanto prevedere sistemi di captazione di tali gas (in particolare il metano, che può essere usato anziché disperso in atmosfera).
Il capping
I problemi delle emissioni di gas possono tuttavia essere ridotti o eliminati con l'adozione di tecniche costruttive specifiche e con il pretrattamento dei rifiuti: in particolare la raccolta differenziata di quanto riciclabile e della frazione umida (responsabile delle citate emissioni liquide e gassose), e il cosiddetto trattamento a freddo mediante cui si accelera la decomposizione dei rifiuti prima del conferimento in discarica.
Come detto, la stessa Unione Europea vieta il conferimento di materiale organico in discarica.
Le discariche moderne devono essere costruite secondo una struttura a barriera geologica in modo da isolare i rifiuti dal terreno, rispettare gli standard igienici e la biosfera, riutilizzare i biogas prodotti come combustibile per generazione di energia.
La struttura in genere è del tipo a "deposito sotterraneo", costituita dal basso verso l'alto nel seguente modo:
- un fondo passivo di argilla e isolamento plastico (geomembrana);
- uno strato di sabbia per l'assorbimento, recupero e successivo trattamento del percolato;
- lo strato di rifiuti;
- un successivo strato superiore di terra per la copertura e la crescita di piante;
- dei camini di esalazione e recupero per il gas (nel caso di discariche RSU).
Anche in una discarica moderna, si riesce a recuperare solo il 40% circa del metano, mentre il resto viene disperso. È pertanto importante che la frazione umida dei rifiuti venga raccolta in modo differenziato o che comunque i rifiuti subiscano compostaggio e/o trattameno meccanico-biologico prima del conferimento in discarica (questi processi permettono di recuperare il 100% del metano dato che avvengono in reattori chiusi).
A titolo di esempio, da una discarica di circa 1.000.000 di metri cubi che cresce di 60.000 mc ogni anno (pari a circa 51.000 t/anno), si possono estrarre quasi 5,5 milioni di metri cubi di biogas all'anno (oltre 600 mc ogni ora).
Gestione di una discarica di rifiuti
Se la discarica è progettata e costruita correttamente, i rifiuti devono comunque rimanere sorvegliati per almeno 30 anni dopo la sua chiusura. Nel frattempo l'area è utilizzabile per altri scopi (in genere il terreno superficiale può essere usato per la crescita di piante).
Se la progettazione di una discarica è importante, non meno lo è la sua gestione. Infatti ogni discarica viene progettata per accogliere determinati rifiuti (inerti, non pericolosi o pericolosi) e quindi, salvo modifiche successive, deve accogliere solo quel tipo di rifiuti. Ogni discarica è progettata per accogliere un determinato volume di rifiuti e quindi ha una vita limitata, che può essere sí prolungata, ma non protratta indefinitamente. Anche le procedure di trattamento e di messa a dimora dei rifiuti devono essere eseguite in modo da non compromettere la sicurezza per chi vi opera e da non favorire fenomeni di inquinamento.
Sul conferimento in discarica di rifiuti non pericolosi: clicca qui
Post-esercizio di una discarica:
Esempi gestionali extra-nazionali:
The landfill liner system consists of multiple layers which include a five feet thick recompacted clay liner and a 60-mil textured High Density Polyethylene (HPDE) liner. See graph below for all the layers. The liner components are subjected to very rigorous and comprehensive quality control testing prior to being used for construction.
A proposed sports complex is to be built on the Eastview Landfill site. The City of Guelph has limited availability of groundwater for irrigation and the current method of contaminated water disposal is through the municipal wastewater plant.
Guelph Engineering students Kyle Simmons, Laurie Wills, Michael Meyers, and Sarah Watts created an onsite water filtration solution. The leachate, or contaminated water, is first collected and then stored before advancing through a series peat biofilters. These biofilters have excellent expected removal rates of problematic parameters, and have a lifespan of 20 years. The system’s expected treatment rate is sufficient to supplement precipitation and ensure the proper maintenance of the turf.
The final design’s treatment rate was sufficient enough to establish an adequate irrigation supply, and the cost and maintenance requirements are low. The team concludes that with proper efforts some of the negative impacts of the landfill operation can be reduced, and produce benefits for the community.
Schematic diagram of a secure hazardous-waste landfill with a double leachate:
Methane is a primary constituent of landfill gas (LFG) and a potent greenhouse gas when released to the atmosphere. Reducing methane emissions by capturing LFG and using it as an energy source can yield substantial energy, economic, and environmental benefits. The implementation of landfill gas energy (LFGE) projects reduces greenhouse gases and air pollutants, leading to improved local air quality and reduced possible health risks. LFG projects also improve energy independence, produce cost savings, create jobs, and help local economies. Internationally, significant opportunities exist for expanding LFGE.
Background on Global Emissions
Each day millions of tons of municipal solid waste are disposed of in sanitary landfills and dump sites around the world. LFG is created as a natural byproduct of decomposing organic matter, such as food and paper, disposed of in these landfills. LFG consists of about 50 percent methane (CH), the primary component of natural gas, about 50 percent carbon dioxide (CO), and a trace amount of non-methane organic compounds.
Globally, landfills are the third largest anthropogenic (human-induced) emission source, accounting for about 12 percent of global methane emissions or nearly 750 million metric tons of CO equivalent (MMTCOE). Figure 1 identifies some of the countries with significant methane emissions from landfills.
Landfill Diagram:
WHAT IS A LANDFILL?
A secure landfill is a carefully engineered depression in the ground (or built on top of the ground,resembling a football stadium) into which wastes are put.The aim is to avoid any hydraulic [water-related] connection between the wastes and the surrounding environment, particularly groundwater. Basically, a landfill is a bathtub in the ground; a double-lined landfill is one bathtub inside another. Bathtubs leak two ways: out the bottom or over the top.
WHAT IS THE COMPOSITION OF A LANDFILL?
There are four critical elements in a secure landfill: a bottom liner, a leachate collection system, a cover, and the natural hydrogeologic setting. The natural setting can be selected to minimize the possibility of wastes escaping to groundwater beneath a landfill. The three other elements must be engineered. Each of these elements is critical to success.
THE NATURAL HYDROGEOLOGIC SETTING:
You want the geology to do two contradictory things for you. To prevent the wastes from escaping, you want rocks as tight (waterproof) as possible. Yet if leakage occurs, you want the geology to be as simple as possible so you can easily predict where the wastes will go. Then you can put down wells and capture the escaped wastes by pumping. Fractured bedrock is highly undesirable beneath a landfill because the wastes cannot be located if they escape.Mines and quarries should be avoided because they frequently contact the groundwater.
WHAT IS A BOTTOM LINER?
State-of-the-art plastic (HDPE) landfill liners are 100 mils or 1/10 of an inch thick.
It may be one or more layers of clay or a synthetic flexible membrane (or a combination of these). The liner effectively creates a bathtub in the ground. If the bottom liner fails, wastes will migrate directly into the environment. There are three types of liners: clay, plastic, and composite.
WHAT IS WRONG WITH A CLAY LINER?
Natural clay is often fractured and cracked. A mechanism called diffusion will move organic chemicals like benzene through a three-foot thick clay landfill liner in approximately five years. Some chemicals can degrade clay.
WHAT IS WRONG WITH A PLASTIC LINER?
The very best landfill liners today are made of a tough plastic film called high density polyethylene (HDPE).* A number of household chemicals will degrade HDPE, permeating it (passing though it), making it lose its strength, softening it, or making it become brittle and crack. Not only will household chemicals, such as moth balls, degrade HDPE, but much more benign things can cause it to develop stress cracks, such as, margarine, vinegar, ethyl alcohol (booze), shoe polish, peppermint oil, to name a few.
WHAT IS WRONG WITH COMPOSITE LINERS?
A Composite liner is a single liner made of two parts, a plastic liner and compacted soil (usually clay soil). Reports show that all plastic liners (also called Flexible Membrane Liners, or FMLs) will have some leaks. It is important to realize that all materials used as liners are at least slightly permeable to liquids or gases and a certain amount of permeation through liners should be expected. Additional leakage results from defects such as cracks, holes, and faulty seams. Studies show that a 10-acre landfill will have a leak rate somewhere between 0.2 and 10 gallons per day.
WHAT IS A LEACHATE COLLECTION SYSTEM?
Leachate is water that gets badly contaminated by contacting wastes. It seeps to the bottom of a landfill and is collected by a system of pipes. The bottom of the landfill is sloped; pipes laid along the bottom capture contaminated water and other fluid (leachate) as they accumulate. The pumped leachate is treated at a wastewater treatment plant (and the solids removed from the leachate during this step are returned to the landfill, or are sent to some other landfill). If leachate collection pipes clog up and leachate remains in the landfill, fluids can build up in the bathtub. The resulting liquid pressure becomes the main force driving waste out the bottom of the landfill when the bottom liner fails.
WHAT ARE SOME OF THE PROBLEMS WITH LEACHATE COLLECTION SYSTEMS?
Leachate collection systems can clog up in less than a decade. They fail in several known ways: 1) they clog up from silt or mud; 2) they can clog up because of growth of microorganisms in the pipes; 3) they can clog up because of a chemical reaction leading to the precipitation of minerals in the pipes; or 4) the pipes become weakened by chemical attack (acids, solvents, oxidizing agents, or corrosion) and may then be crushed by the tons of garbage piled on them.
WHAT IS A COVER?
A cover or cap is an umbrella over the landfill to keep water out (to prevent leachate formation). It will generally consist of several sloped layers: clay or membrane liner (to prevent rain from intruding), overlain by a very permeable layer of sandy or gravelly soil (to promote rain runoff), overlain by topsoil in which vegetation can root (to stabilize the underlying layers of the cover). If the cover (cap) is not maintained, rain will enter the landfill resulting in buildup of leachate to the point where the bathtub overflows its sides and wastes enter the environment.
WHAT ARE THE PROBLEMS WITH COVERS?
Covers are vulnerable to attack from at least seven sources: 1) Erosion by natural weathering (rain, hail, snow, freeze-thaw cycles, and wind); 2) Vegetation, such as shrubs and trees that continually compete with grasses for available space, sending down roots that will relentlessly seek to penetrate the cover; 3) Burrowing or soil- dwelling mammals (woodchucks, mice, moles, voles), reptiles (snakes, tortoises), insects (ants, beetles), and worms will present constant threats to the integrity of the cover; 4) Sunlight (if any of these other natural agents should succeed in uncovering a portion of the umbrella) will dry out clay (permitting cracks to develop), or destroy membrane liners through the action of ultraviolet radiation; 5) Subsidence--an uneven cave-in of the cap caused by settling of wastes or organic decay of wastes, or by loss of liquids from landfilled drums--can result in cracks in clay or tears in membrane liners, or result in ponding on the surface, which can make a clay cap mushy or can subject the cap to freeze-thaw pressures; (6) Rubber tires, which "float" upward in a landfill; and (7) Human activities of many kinds.
