Trattamento dei percolati di discarica

Situazione attuale

Nonostante la promozione della regola delle tre R (3R) – ridurre, riutilizzare e riciclare –, la realtà è che il volume dei rifiuti generati nei 34 paesi che compongono l’OECD, Organisation for Economic Co-operation and Development, (www.oecd.org) – la maggior parte dei paesi europei, Cile, Messico, USA, Canada, Giappone e Australia tra gli altri – aumenta ogni anno.

Di conseguenza, con l’aumento della quantità di rifiuti generati, diventa necessaria l’installazione di nuove discariche, con le conseguenti implicazioni ambientali negative che ciò comporta:

• Produzione e rilascio di gas da discarica che può provocare forti odori
• Inquinamento ambientale e atmosfere esplosive
• Comparsa di problemi di carattere sanitario, principalmente insetti e roditori
• Scarico incontrollato dei lixiviati che può causare l’inquinamento dei suoli e delle acque, sia superficiali che sotterranee

Una discarica di RSU genera due tipi di rifiuti che devono essere trattati secondo la legislazione vigente in ciascun paese:

a) LIXIVIATI: effluenti che contengono la materia che la pioggia trascina filtrandosi tra i rifiuti solidi.
b) BIOGAS: risultato delle reazioni chimiche che si producono tra i diversi rifiuti solidi interrati nella discarica.

La normativa dei diversi paesi stabilisce che i lixiviati devono essere raccolti, controllati e trattati nel modo più adeguato, in funzione delle loro caratteristiche fisiche e della loro composizione chimica.

Tuttavia, a seconda del paese varia l’esigenza nel trattamento dei lixiviati prima che questi, già trattati, possano essere scaricati nell’ambiente naturale. Per esempio, la normativa di scarico in corso d’acqua naturale è più restrittiva in Spagna che nella maggior parte dei paesi latinoamericani.

Composizione dei Lixiviati

La composizione dei lixiviati può variare a seconda di diversi fattori come la composizione dei rifiuti compattati o le condizioni climatiche.

I principali fattori che influenzano la loro composizione sono descritti di seguito:

• Tipo di discarica
• Quantità di acque piovane: Quando la quantità di acque piovane che si infiltrano nella discarica è elevata, il carico inquinante dei lixiviati – incluse le sali – è più basso, anche se la portata totale da trattare è superiore.
• Periodo di esercizio della discarica: Nei lixiviati di discariche giovani (1-2 anni) il pH è basso (4,5-7,5) e le concentrazioni di COD, BOD5, nutrienti e metalli pesanti sono elevate. In discariche mature (oltre 3 anni), si osserva che i lixiviati hanno un pH nel range (6,5-7,5) e i valori di COD, BOD5 e nutrienti si sono ridotti sostanzialmente. Un’altra costante è l’elevata presenza di azoto ammoniacale e di sali disciolti (solfati, cloruri, bicarbonati, ecc.) e talvolta una significativa concentrazione di metalli pesanti.

Trattamento dei Lixiviati

In linea generale i processi più utilizzati impiegano diverse combinazioni di trattamenti biologici e fisico-chimici.

La selezione del processo più adeguato per la gestione dei lixiviati di discarica si effettua considerando diversi fattori:

A) In base alla MATURITÀ del lixiviato

1. Processi Fisico-chimici: I lixiviati maturi (oltre 3 anni) devono essere trattati mediante processi fisico-chimici, poiché la biodegradabilità (rapporto tra BOD5 e COD) diminuisce con l’età del lixiviato.
2. Processi Biologici: Sono adatti per il trattamento di lixiviati giovani (1-2 anni), grazie alla loro alta biodegradabilità.

B) In base alla PORTATA da trattare, CARICO INQUINANTE, LIMITI NORMATIVI DI SCARICO

Questi parametri determineranno se un processo biologico convenzionale può essere sufficiente, oppure sarà necessario ricorrere a tecniche più complete, come un processo di filtrazione mediante membrane di osmosi inversa successivo al processo biologico.

In questo caso, esistono tecniche sostenibili per ridurre efficacemente il volume di residuo generato nel processo di trattamento, come può essere il caso di una fase di evaporazione-concentrazione al vuoto.

Tecniche di trattamento

Secondo la normativa, le tecniche più adeguate sono:

Maggiore esigenza della Normativa di Scarico in corso pubblico

La tendenza è utilizzare tecnologie avanzate per il trattamento dei lixiviati generati nella discarica. Queste tecnologie, che comportano un costo più elevato sia in investimento che in gestione rispetto a processi più convenzionali, favoriscono che le discariche dispongano di meccanismi per minimizzare l’infiltrazione dell’acqua piovana.

Le tecniche utilizzate sono quelle esposte di seguito, in accordo con le 2 alternative di trattamento descritte. La (1) è l’alternativa più comunemente impiegata nei RSU. Al fine di ottimizzare i risultati nel trattamento dei lixiviati si può integrare nel processo l’alternativa (2):

Sistema 1: (colore rosso)

• SISTEMA BIOLOGICO (Sistemi Sequenziali (SBR) o Reattori a membrane (MBR))
• OSMOSI INVERSA: Tramite questo sistema si produce un effluente di elevata qualità. Il rifiuto del processo a membrane, che viene gestito esternamente, spesso genera costi aggiuntivi piuttosto elevati.

Sistema 2: (colore blu)

• EVAPORAZIONE AL VUOTO
• STRIPPING: Questa opzione consente di ridurre considerevolmente questi costi. Tramite questo sistema si può ottenere un residuo praticamente secco che in alcuni casi può essere depositato nella cella di “rifiuti impropri” della discarica. A sua volta l’evaporazione al vuoto permette di ottenere una percentuale di distillato molto maggiore e più pulita rispetto ad altre tecnologie, come il trattamento biologico o l’osmosi inversa. La combinazione di (1) e (2) consente di recuperare una quantità molto maggiore di acqua pulita, che può essere scaricata rispettando le normative. Inoltre, si ottiene un concentrato di residuo molto più piccolo, il che si traduce in risparmi molto importanti nella gestione di tale residuo. L’investimento necessario per l’installazione (2) si ammortizza in soli 1 anno e 2 mesi, permettendo di ottenere grandi risparmi economici da quel momento in poi.

Minore esigenza della Normativa di Scarico in corso pubblico

I trattamenti convenzionali tradizionalmente utilizzati nella depurazione delle acque reflue possono essere impiegati nel trattamento dei lixiviati di discarica.

Processi Biologici (BIORREATTORI A MEMBRANA)

Possono essere progettati espressamente in funzione delle caratteristiche dei lixiviati da trattare e permettono di trattare elevate portate in sistemi relativamente compatti. Essendo i costi di gestione ragionevoli, queste tecniche sono ideali per quei casi in cui la quantità di acque piovane che si mescolano con i lixiviati è elevata.

Processi Biologici (FITO-REMEDIAZIONE)

Quando la portata di lixiviati da trattare è piccola e si dispone di spazio sufficiente, un’alternativa molto sostenibile consiste nella depurazione mediante una coltivazione di piante.

Questa tecnica sfrutta le funzioni vitali delle piante coltivate, generalmente la canna comune (reed beds), per biodegradare e stabilizzare il residuo. Le piante consumano i nutrienti dei lixiviati, agendo contemporaneamente come filtro naturale, e il residuo finisce per mineralizzarsi nel tempo.

In questi sistemi il parametro chiave è la velocità di irrigazione che, sebbene il valore ottimale dipenda da molti fattori, la media si aggira intorno a 50 m3•ha-1•giorno-1. I solidi sospesi, la materia organica, l’azoto ammoniacale e alcuni metalli come il ferro si riducono in una percentuale elevata e mediante una tecnica semplice e a basso costo.

Altre Tecniche (OSSIDAZIONE CHIMICA, ELETTROCOAGULAZIONE-ELETTROOSSIDAZIONE)

Per la depurazione dei lixiviati di discarica si utilizzano da tempo diverse tecniche, alcune delle quali piuttosto esotiche, anche se possono presentare vari inconvenienti di gestione, nonché scarsa capacità di adattarsi ai cambiamenti stagionali della composizione chimica (secca-umida) dovuti all’apporto di acqua piovana o all’invecchiamento della discarica.

Infine, va sottolineato che esistono lavori di R&S volti a ottenere da questo residuo liquido (lixiviato) diversi sottoprodotti valorizzabili come fertilizzanti che, mediante la loro vendita, permetterebbero una gestione ottimale del processo dal punto di vista economico e ambientale.

Biogas

Il biogas ha principalmente due destinazioni quando viene trasformato in energia:

• Generazione di energia elettrica e termica: Questo processo può essere realizzato mediante motogeneratori o con turbine a biogas.
• Utilizzo diretto come combustibile, dopo essere stato depurato, valido come:
  • Combustibile in caldaie a biogas.
  • Immissione nella rete del gas naturale.
  • Combustibile per autotrazione.

Il problema che incontrano la maggior parte delle discariche di RSU è che l’installazione della macchina necessaria per la trasformazione del biogas in energia o combustibile comporta un costo eccessivamente elevato e, soprattutto, poco redditizio. Ciò è dovuto al fatto che la quantità di biogas generata nella maggior parte delle discariche non è sufficiente per ottenere un volume di energia o combustibile realmente significativo da cui trarre beneficio, in modo da compensare l’investimento iniziale.

D’altra parte, è anche frequente che, pur producendo una grande quantità di energia elettrica, le discariche non abbiano nelle vicinanze torri elettriche a cui collegare l’energia generata.

Le alternative più comunemente impiegate nel trattamento e nella gestione del biogas sono:

• a) Non trasformare il biogas e bruciarlo con torce per non emetterlo nell’atmosfera, ma non è l’opzione più ottimale poiché alla fine si spreca una fonte di energia.
• b) Un’altra soluzione molto più intelligente per quelle discariche che non generano un grande volume di biogas è sfruttarlo come fonte di energia per alimentare i processi della stessa discarica.

Il Biogas come fonte di energia per la depurazione dei lixiviati

Il trattamento dei lixiviati in una discarica di RSU può essere effettuato mediante diverse tecnologie, ma oggi l’evaporazione al vuoto, combinata o meno con osmosi inversa preventiva o successiva, si è rivelata uno dei metodi più efficienti per la minimizzazione del lixiviato e l’ottenimento di un’acqua depurata e adatta allo scarico.

L’evaporatore al vuoto avrà bisogno di energia per il suo funzionamento e questa può provenire dal biogas della stessa discarica.

Mediante un sistema semplice ed economico come una caldaia con bruciatore a biogas si può ottenere energia sufficiente a garantire il corretto funzionamento dell’evaporatore.

In questo modo si ottiene un triplice beneficio:

1. Riutilizzare una fonte di energia.
2. L’energia necessaria per il funzionamento dell’evaporatore al vuoto destinato a trattare i lixiviati si ottiene a costo zero.
3. Si ottiene una formula molto più redditizia per sfruttare il biogas in quelle discariche che non generano una quantità sufficiente di biogas per giustificare il grande investimento che comporta la trasformazione di questo in energia elettrica, energia termica o combustibile.