Dissertations / Theses on the topic 'Impianti trattamento rifiuti'

La combustione dei rifiuti ha sempre suscitato notevoli apprensioni e, in alcuni casi, ostilità da parte della popolazione a causa della emissione di microinquinanti organici e inorganici. Negli ultimi anni l’attenzione si è rivolta verso le frazioni più fini del materiale particellare (PM10 e PM2,5 e inferiori). La definizione di un limite alle emissioni in atmosfera, per una data tipologia di impianti industriali, deriva da considerazioni legate al ciclo tecnologico (es. uso materie prime, combustibili, modalità di conduzione, ecc.), ai sistemi di abbattimento ed anche alle modalità di conduzione dell'impianto stesso. Queste considerazioni definiscono la performance del ciclo tecnologico; tali aspetti vengono trattati nei documenti di referimento per le migliori tecniche disponibili (Best available techniques REFerence document), emanati dal gruppo europeo Integrated Pollution Prevention and Control Bureau-Direttiva 96/61/EC). Nelle determinazioni di emissioni da impianti di combustione, le alte temperature condizionano lo stato fisico di alcuni inquinanti. La scelta del metodo di misura può portare quindi a risultati diversi; nel caso del parametro materiale particellare. Nella pratica il rilevamento del materiale particellare si avvale di metodi manuali (UNICHIM, UNI EN, ISO) che prevedono una sonda di prelievo e un prelievo isocinetico. Pertanto, nell’ambito della ricerca si è proceduto ad effettuare uno studio delle metodiche fin qui esistenti in altri Paesi ed un rapporto sui dati ottenuti nelle ricerche più avanzate, e ad una definizione di procedure manuali di prelievo ed analisi in diverse frazioni granulometriche di materiale particellare da emissioni di incenerimento.
Waste combustion has always aroused great apprehension and, in some cases, hostility by population, cause of emission of organic and inorganic micro pollutants. In the last years attention has been oriented toward the particular matter’s more fine fractions (PM10 and PM2,5 and smaller). The need to define a limit for emissions in atmosphere, for a given typology of industrial plants, derive from considerations linked to the technological cycle (e.g. use of raw materials, fuels, modality conduction, etc.), to flue-gas treatment and control systems and also to working modalities of the plant. These considerations define the performance of the technological cycle; these aspects are treated in the reference documents for the best available techniques (Best available techniques REFerence document), released by the European group Integrated Pollution Prevention and Control Bureau Directive 96/61/EC). While measuring combustion plants emissions, high temperatures condition the physical state of some pollutants. For this reason the choice of measure method can lead to different results, in case of particular matter. In practice survey of particular matter is made by manual methods (UNICHIM, UNI EN, ISO) that a sampling probe and an isokinetic sampling. For this reason in the research field a study has been done of methods up to date existing in other Countries and a report on data obtained in the most advanced researches and a definition of manual procedures and analyses in different granulometric fractions of particular matter from incineration emissions.

Negli ultimi anni il territorio nazionale è stato interessato da numerosi incendi che hanno colpito i siti di stoccaggio dei rifiuti, ovvero quelle attività che svolgono la funzione di deposito, anche temporaneo, di materiali di scarto, in attesa o del trattamento ai fini del riutilizzo o del definitivo trasferimento in discariche controllate. Al fine di fronteggiare l’emergenza degli incendi nei siti di stoccaggio dei rifiuti, è necessario che i gestori degli impianti di stoccaggio e trattamento dei rifiuti si adeguino alle recenti novità normative introdotte dal Ministero dell’Ambiente mediante la Circolare n. 1121 del 21 gennaio 2019, che regolamenta la gestione del rischio di tali siti, e dal Governo, attraverso la Legge del 1° dicembre 2018, n 132, che obbliga sia la predisposizione di un “piano di emergenza interna”, sia la comunicazione al Prefetto delle informazioni necessarie a redigere il “piano di emergenza esterno”. Numerosi studi sperimentali sono stati condotti per determinare i fattori di emissione relativi alle specie di inquinanti emessi dagli incendi; tali fattori permettono di determinare, mediante un approccio analitico, la composizione dei fumi. Altri modelli matematici consentono di caratterizzare il termine sorgente, ovvero di determinare la portata, la temperatura e la velocità dei fumi. Il presente lavoro di tesi è stato sviluppato durante un tirocinio svolto presso lo Studio Associato C.L.E.A Ingegneria di Bologna. Lo scopo del presente elaborato è quello di descrivere un metodo per la valutazione delle portate di inquinanti emessi da un incendio di rifiuti, e per la caratterizzazione dei fumi di combustione, ovvero per la stima della portata complessiva dei fumi, della loro velocità e della loro temperatura.

Il lavoro presentato in questa tesi è basato principalmente sullo sfruttamento dei processi termochimici in presenza di acqua supercritica per lo smaltimento dei rifiuti. Dipendentemente dalla tipologia di questi ultimi è possibile utilizzare processi diversi per scopi diversi. Nell’ottica di una completa distruzione delle componenti inquinanti presenti nel refluo è stato preso in considerazione un trattamento di ossidazione in acqua supercritica (SCWO); se invece l’obiettivo è quello di valorizzare uno scarto è possibile sfruttare il processo di gassificazione in acqua supercritica (SCWG). Dopo una breve introduzione per inquadrare il problema dei rifiuti con gli attuali metodi di trattamento e classificare i vari processi termochimici per il loro smaltimento, verranno analizzati in dettaglio i due processi sfruttati nei sistemi utilizzati per le prove sperimentali e quelli progettati nell’ottica di uno scale-up industriale. Su scala di laboratorio sono stati utilizzati dei reattori con volumi ridotti all’interno di configurazioni create appositamente per risultare compatibili fra loro e modificabili in funzione delle necessità e del miglioramento delle prestazioni. Le prove sperimentali sono state effettuate su percolato di discarica con l’obiettivo di sviluppare un impianto pilota per il suo trattamento direttamente nel centro di raccolta in cui viene prodotto. L’esperienza maturata ha permesso di scegliere le configurazioni ottimali per un trattamento ossidativo efficiente e sostenibile mediante l’utilizzo di acqua supercritica. Lo studio di progettazione è affiancato da una preliminare analisi del ciclo di vita, relativa ad un impianto pilota sperimentale, al fine di porre le basi per una più completa valutazione da redigere in caso di futuri sviluppi. La possibilità di valorizzare i rifiuti è stata anche studiata utilizzando un innovativo reattore combinato brevettato da Archimede s.r.l. in collaborazione con il gruppo di ricerca di Impianti Chimici e Biochimici dell’Università degli studi di Palermo. In esso vengono integrati sinergicamente i processi di ossidazione e gassificazione in acqua supercritica. È stato quindi progettato e costruito un sistema per effettuare delle prove sperimentali su scala di laboratorio. Nel capitolo finale verrà esposto un uso alternativo dei processi ossidativi approfondito durante il periodo di studio presso il Politecnico Federale di Zurigo. La generazione di calore è sfruttabile nei sistemi di perforazione del suolo mediante il fenomeno di spallazione termica associato alla convenzionale metodologia meccanica. Si sono quindi analizzate le condizioni necessarie e correlate all’utilizzo di combustibile e comburente liquidi per agevolarne il trasporto all’interno dei sistemi di perforazione. Sono state quindi selezionate le due migliori proposte ed effettuati dei test sperimentali.

L’obiettivo di questo lavoro di dottorato è quello di valutare le maggiori opportunità di recupero energetico rappresentate dall’introduzione, nella legislazione italiana in materia di rifiuti, dei combustibili solidi secondari (CSS, definiti nella normativa comunitaria SRF, Solid Recovered Fuel) derivanti dai flussi di rifiuti in uscita da impianti di trattamento meccanico biologico. In particolare sono stati valutati tre flussi di rifiuti in uscita da due impianti di trattamento meccanico biologico operativi nella città di Roma, in termini di campionamento, classificazione e specificazione dei combustibili solidi secondari (CSS) previste dalle rispettive norme UNI. Il primo di questi flussi attualmente viene definito come combustibile derivato da rifiuti (CDR, definito nella normativa comunitaria RDF, Refuse Derived Fuel) sulla base delle norme UNI 9903 (2004); gli altri due, costituenti flussi di scarto, sono definiti scarti pesanti e scarti di raffinazione i quali entrambi, allo stato attuale, vengono conferiti in discarica. Tali considerazioni derivano dal fatto che la nuova norma sui combustibili solidi secondari ammette 125 possibili classi di CSS contro le sole 2 previste dalla precedente norma sul CDR, quindi l’obiettivo è stato di valutare se tali flussi possano essere sottratti al conferimento in discarica per poter essere valorizzati in impianti termici di incenerimento rifiuti (noti anche in letteratura come impianti Waste to Energy, WtE). In un primo momento è stata effettuata una prima classificazione del flusso da CDR in termini di CSS sulla base dei dati storici disponibili per i due impianti rappresentati dalle analisi fatte per il CDR, come ammette la stessa norma UNI relativa ai combustibili solidi secondari. È stata successivamente predisposta una metodica di campionamento propria rispondente alla norma UNI e calibrata sugli impianti oggetto di studio. Dall’applicazione della metodica di campionamento presso tali impianti, è stata effettuata una prima classificazione dei flussi in termini di combustibili solidi secondari; è stata inoltre valutata la rispondenza, in termini di parametri di classificazione e specificazione di tali flussi di rifiuti in uscita, alla norma relativa alla cessazione di qualifica di rifiuto (concetto noto in letteratura come End of Waste, EoW) definita dal Decreto Ministeriale n. 22 del 14/2/2013 relativo al combustibile solido secondario definito come CSS-combustibile. I risultati ottenuti mostrano che il potere calorifico inferiore (PCI) del flusso da frazione leggera (ex flusso CDR), calcolato sui campioni analizzati risulta sempre inferiore a quello ottenuto dalle elaborazioni relative ai dati storici. Per spiegare tali differenze, è stato quindi investigato il possibile ruolo delle diverse frazioni granulometriche (frazione più fine ϕ ≤ 2 mm e più grossolana ϕ > 2 mm) nelle fasi di classificazione e specificazione. È stato inoltre ipotizzato un accorpamento dei flussi in uscita ed effettuata una classificazione e specificazione degli stessi quali combustibili solidi secondari CSS. È stata quindi valutata la possibile gestione e valorizzazione dei flussi in uscita dagli impianti di trattamento meccanico biologico dei rifiuti urbani residuali da raccolta differenziata.

Il processo di digestione anaerobica dei rifiuti solidi urbani, è una tecnologia che si basa sul duplice concetto di riduzione dei rifiuti e recupero energetico. La ricerca di nuovi vettori energetici ha portato recentemente allo sviluppo di nuove tecnologie che si basano sulla produzione biologica di idrogeno utilizzando substrati organici, mediante processi di tipo fotosintetici o fermentativi. Questo lavoro di dottorato ha come obiettivo l’ottimizzazione del processo di digestione anaerobica termofila a fasi separate finalizzato alla produzione di bio-idrogeno, ottenuto nella prima fase del processo (fermentazione), e biogas ottenuto nella seconda fase di trattamento dell’effluente idrolizzato. Punto chiave del lavoro è l’applicabilità in piena scala dell’intero processo, infatti si è scelto di agire su parametri facilmente modificabili e che non comportino ulteriori spese di esercizio. Oltre a questo aspetto, nel lavoro di tesi è stata considerata anche la qualità dell’effluente da digestione anaerobica di rifiuti organici, testata mediante prove di Indice Respirometrico Dinamico e mediante la misura del potenziale di biometanizzazione.
The anaerobic digestion process is a well-known technology for organic waste treatment, and it met the necessity to treat wastes and recover energy from renewable sources. Recently, the urgent necessity of new energy vectors drove the scientific research to biological hydrogen production technology, through photosynthetic and fermentative processes. This PhD thesis deals with the optimization of a two-phase thermophilic anaerobic digestion process treating organic waste for hydrogen and methane production. Nor physical neither chemical pretreatment were used to treat the inoculum or the substrates in order to optimize the process for a sustainable scale-up. It was further verified the biologic stability of the digested material by means of aerobic tests, based on the dynamic respirometric index (DRI), where the oxygen uptake rate by the substrate was continuously monitored, and anaerobic tests that were based on the biochemical methane potential (BMP), where the biogas produced by digestate in long-term batch tests, was measured. These values can be used to define the stability of the reactors effluent to verify the possibility to reduce the treatment time

Il presente lavoro di tesi è stato sviluppato durante un tirocinio svolto presso lo Studio di Ingegneria “Zoppellari & Associati S.r.l” di Bologna. Lo scopo di questo elaborato è quello di delineare una procedura per la modellazione dello sviluppo e della dispersione dei fumi in atmosfera a seguito di incendi all’aperto. Dopo il Capitolo 1, avente carattere introduttivo, il Capitolo 2 fornisce il quadro normativo relativo alla classificazione dei rifiuti. Successivamente, nel Capitolo 3 si riporta una descrizione del metodo dei fattori di emissione per la stima della composizione dei fumi; sono mostrati i fattori di emissione per i rifiuti solidi urbani, per gli pneumatici, per i teli plastici agricoli, per i materiali plastici, per la carta, per i rifiuti di apparecchiature elettriche ed elettroniche (RAEE) e per i liquidi idrocarburici. Il Capitolo 4 è dedicato alla caratterizzazione del termine sorgente di un incendio all’aperto. Il calcolo della potenza termica rilasciata viene effettuato tramite il modello basato sulla “burning rate” e tramite il modello basato sull’andamento temporale della potenza termica; la portata massica e la temperatura dei fumi sono stimabili tramite il modello del pennacchio ideale ed il modello matematico implementato nel software FDS (Fire Dynamics Simulator), entrambi applicabili ad incendi che coinvolgono sia combustibili liquidi che solidi, e tramite 3 modelli sperimentali: il modello di Heskestad, di McCaffrey e di Thomas, utilizzabili solo nel caso di combustibili liquidi. Nel Capitolo 5 viene fornita una descrizione del software ALOFT-FT 3.10 che modella la dispersione dei fumi derivanti da un incendio all’aperto. Il Capitolo 6 è dedicato al caso di studio al quale si sono applicati alcuni dei modelli presentati nei capitoli 3, 4 e 5. Il Capitolo 7, infine, riassume le diverse fasi della procedura che consente di modellare lo sviluppo e la dispersione dei fumi e contiene le considerazioni conclusive.

La frequenza di incendi negli impianti di trattamento dei rifiuti e i numerosi interventi dei Vigili del Fuoco, hanno richiamato l’attenzione sulla sicurezza. L'incendio di rifiuti causa una notevole quantità di fumi che si disperdono in atmosfera. Il pennacchio può interessare ampie aree esterne agli impianti, evidenziando l’esigenza di modellare la dispersione dei fumi, al fine di pianificare opportunamente l’emergenza delle suddette aree. Di recente è stata introdotta una linea guida per la valutazione del rischio generato da incendi, al fine della predisposizione del piano di emergenza esterno per gli impianti di trattamento rifiuti. Tale norma consente di “standardizzare” le valutazioni delle aree di impatto, precedentemente determinate con modellazione matematica. L'elaborato di tesi è stato sviluppato presso lo Studio di Ingegneria “Zoppellari & Gollini Associati S.r.l.”. Scopo dell'elaborato è l’analisi di 2 software per la simulazione degli incendi e della dispersione dei fumi in atmosfera, e l’applicazione della linea guida. Il Capitolo 1 è l'introduzione. Il Capitolo 2 presenta il quadro normativo relativo al piano di emergenza esterno e alla valutazione del rischio negli impianti, e descrive il metodo ad indici suggerito dalla norma. Il Capitolo 3 descrive due software per la modellazione degli indici e della dispersione dei fumi: ALOFT-FT e EFFECTS. Il Capitolo 4 descrive l’azienda assunta come caso di studio, i 2 possibili scenari di incendio e le caratteristiche dell’impianto. Il Capitolo 5 è dedicato all’applicazione del metodo ad indici al caso di studio. Il Capitolo 6 è dedicato all’applicazione dei software per la dispersione dei fumi, all’analisi comparativa dei risultati ed al confronto tra i dati disponibili nella letteratura tecnica e i risultati dal software EFFECTS. Il Capitolo 7 è dedicato all’analisi comparativa dei risultati ottenuti mediante il programma EFFECTS e il metodo ad indici. Il Capitolo 8 contiene le conclusioni.

Lo scopo di questo studio è quello di valutare come sono variati gli impatti dell’impianto di compostaggio Romagna Compost a seguito dell’intervento di ampliamento e adeguamento, che ha portato ad un’evoluzione impiantistica notevole: dal processo di compostaggio tradizionale ad un sistema integrato anaerobico-aerobico. Per fare ciò si è scelto di utilizzare la metodologia di valutazione del ciclo di vita Life Cycle Assessment (LCA). Il vantaggio di questa analisi, è quello di riuscire a considerare tutti gli aspetti del ciclo di vita dei diversi sotto-processi considerati, dal compostaggio vero e proprio, all’utilizzo di reagenti, combustibili e materiali ausiliari, dal trasporto e smaltimento dei flussi di rifiuti finali al recupero energetico. A tal proposito si è rivelata utile una ricerca bibliografica per individuare studi LCA applicati al campo d’interesse.Inoltre, è stato effettuato un riesame delle tecnologie utilizzate negli impianti di recupero dei rifiuti organici e del concetto di Best Available Techniques (BAT). Mediante l’analisi di inventario, è stato studiato in maniera approfondita l’impianto e le attività svolte al suo interno. Per quanto riguarda la valutazione degli impatti, eseguita con il metodo Recipe 2014, è stato preso in esame il periodo temporale dal 2007 al 2013, esaminando tutti gli anni di funzionamento. Nello specifico, ci si è posto l’obiettivo di valutare se e quanto l’introduzione del sistema di recupero energetico abbia portato ad un reale miglioramento del processo con una diminuzione complessiva degli impatti. Nella seconda fase dello studio, sono stati estesi i confini del sistema per valutare gli impatti associati al trasporto del rifiuto dal luogo di raccolta all’impianto Romagna Compost e alla diversa gestione dei rifiuti nell’ambito nazionale. La modellazione è stata effettuata con il programma di calcolo SimaPro e il database Ecoinvent, Infine, per convalidare i dati ottenuti è stato effettuata un’analisi di incertezza mediante il metodo Monte Carlo.

In questa tesi è analizzato il progetto di un nuovo impianto per la gestione di rifiuti provenienti da attività industriali, focalizzando l’attenzione sul sistema centralizzato di trattamento aria poiché ne rappresenta la principale sorgente di emissioni atmosferiche. Tale sistema tratta le correnti aspirate dalle diverse unità della piattaforma, contenenti polveri e COV, tramite scrubber e/o biofiltri. Sulla base dei dati di progetto relativi ai livelli di contaminazione delle correnti in ingresso al sistema e alle prestazioni garantite per le apparecchiature installate, vengono calcolate le emissioni dai due camini S1 ed S2, variabili nell’arco della giornata. In seguito, sono applicati i software MMS Calpuff e MMS RunAnalyzer per modellare i fenomeni di trasporto e dispersione degli inquinanti in atmosfera e stimare le concentrazioni medie nel nuovo scenario. Lo scopo è verificare la conformità dell’impianto alla normativa ambientale vigente, nonché individuare quali fattori possono determinare un aumento delle concentrazioni di contaminanti in aria, con conseguente pericolo per la salute umana.

Lo studio del processo produttivo del riciclo di materiali provenienti da attività di C&D in un impianto di nuova realizzazione, presentato in questa tesi di laurea,è così articolato: nel primo capitolo si analizza la complicata evoluzione della normativa in materia di rifiuti (non solo da C&D) su scala europea e nazionale accennando i provvedimenti legislativi su scala regionale, con particolare riferimento alla Regione Veneto. Si esamineranno, pertanto, le direttive e le decisioni della Comunità Europea che hanno ispirato, a partire dal 1975, i provvedimenti legislativi nazionali, tra cui vale la pena di ricordare il “Decreto Ronchi”, emanato nel febbraio del 1997, l’attuale D.Lgs. 3/4/2006 n.152, e i Decreti Ministeriali di riferimento per la materia di studio, ovvero il D.M. 5/2/1998, riguardante l’individuazione dei rifiuti per cui è possibile procedere al loro trattamento in regime semplificato e l’ancora poco attuato D.M.8/5/2003 n.203, riferito all’utilizzo di materiale riciclato nelle Pubbliche Amministrazioni. Il secondo capitolo definisce, invece, le caratteristiche principali dei rifiuti da C&D, appartenenti alla categoria dei rifiuti inerti, e delinea le odierne problematiche inerenti a tali materiali. A conferma di queste, nella seconda parte del capitolo, sono presentati alcuni dati che fotografano oggettivamente gli scenari attuali in Europa e in Italia in riferimento alla produzione, al recupero e allo smaltimento di questa categoria di rifiuti. In seguito, il terzo capitolo inizia a definire gli aspetti relativi alla realizzazione di un impianto di studio per il riciclo di rifiuti da C&D. In esso si evidenziano le procedure amministrative, gli adempimenti burocratici e in generale tutti gli aspetti inerenti alla gestione dei rifiuti da C&D per l’esecuzione delle attività di recupero e smaltimento previste dal D.Lgs. n.152/2006, così come modificato dal recentissimo D.Lgs. n.4/2008. Il quarto capitolo definisce i termini per poter considerare i rifiuti da C&D trattati in impianto come MPS. L’attenzione è riposta sulla Direttiva 89/106/CEE, che impone obbligatoriamente, dal 01/06/2004, la marcatura CE per tutti i prodotti da costruzione e, quindi, anche per gli aggregati riciclati. Pertanto, in questo capitolo, vengono definite le prove richieste obbligatoriamente dal D.M 11/4/2007 in accordo con la norma europea UNI EN 13242 recante “Aggregati per materiali non legati e legati con leganti idraulici per l'impiego in opere di ingegneria civile e nella costruzione di strade" ed, in conclusione, viene studiata la Circolare n.5205/2005 che dovrebbe dare attuazione nel settore edile, stradale e ambientale al D.M. n.203/2003. Successivamente, il quinto capitolo delinea le caratteristiche principali degli impianti di trattamento per il recupero dei rifiuti da C&D, delineando le principali differenze tra gli impianti fissi e i mobili ed esaminando le diverse fasi del ciclo produttivo, anche in relazione ad un impianto di studio situato nella provincia di Verona. Infine, il sesto capitolo riassume i risultati delle prove di marcatura CE per gli aggregati riciclati prodotti nell’impianto descritto. Tali prove sono state eseguite presso il Laboratorio di Strade della Facoltà di Ingegneria dell’Università degli Studi di Bologna.

La produzione mondiale di rifiuti rappresenta un tema molto discusso e una sfida per la comunità globale. In questo frangente le direttive europee promuovono una politica di riduzione, riuso e riciclo del rifiuto; tuttavia gli impianti di discarica sono ancora una questione aperta. Di conseguenza, l’analisi ambientale pedologica e geochimica, in tali siti è di estrema importanza per verificare la capacità dell’ambiente, di supportare tale attività senza essere contaminato. Nel presente studio abbiamo considerato un impianto di trattamento per rifiuti non pericolosi, situato nel bacino idrografico del rio Rondinella, appartenente al bacino del fiume Santerno, in Emilia-Romagna, Italia. Lo scopo dello studio era di: a) definire lo stato di qualità ambientale generale dell’area rispetto alle normative di riferimento; b) verificare eventuali modificazioni nelle caratteristiche delle matrici ambientali, derivanti dall’attività di discarica. Grande attenzione è stata posta al piano di campionamento, che ha interessato l’intero bacino del rio Rondinella e una parte di due bacini attigui, quello del rio Sanguinario e quello del rio Naretta. La caratterizzazione dei suoli e dei sedimenti è stata effettuata con rilievi pedologici e tecniche di analisi geochimica come la fluorescenza a raggi X (XRF), la spettrometria in assorbimento atomico a fiamma (FAAS) e la spettrometria in assorbimento atomico a fornetto di grafite (GFAAS). Sono stati applicati metodi di analisi statistica, con lo scopo di effettuare un confronto tra i nostri risultati e quelli ottenuti in altri studi. Nei suoli non sono state misurate concentrazioni superiori ai limiti fissati dal D.lgs. 152/2006. Per i sedimenti, le variazioni osservate nei valori di concentrazione sono per lo più imputabili a differenze litologiche e granulometriche, fra i siti. In riguardo alle acque, il loro lo stato ecologico rispetta gli obiettivi riportati nel D.lgs. 152/2006.

La metodologia Life Cycle Assessment (LCA) è un metodo oggettivo di valutazione e quantificazione dei carichi energetici ed ambientali e degli impatti potenziali associati ad un processo o attività produttiva lungo l’intero ciclo di vita. Il lavoro presentato in questa tesi ha avuto come obiettivo l’analisi del ciclo di vita dell’impianto di trattamento della FORSU (la frazione organica di rifiuti solidi urbani) di Voltana di Lugo, in provincia di Ravenna. L’impianto attuale si basa sull'utilizzo accoppiato di digestione anaerobica a secco (sistema DRY) e compostaggio. Si è voluto inoltre effettuare il confronto fra questo scenario con quello antecedente al 2012, in cui era presente solamente il processo di compostaggio classico e con uno scenario di riferimento in cui si è ipotizzato che tutto il rifiuto trattato potesse essere smaltito in discarica. L’unità funzionale considerata è stata “le tonnellate di rifiuto trattate in un mese“, pari a 2750 t. L’analisi di tutti i carichi energetici ed ambientali dell’impianto di Voltana di Lugo è stata effettuata con l’ausilio di “GaBi 5”, un software di supporto specifico per gli studi di LCA. Dal confronto fra lo scenario attuale e quello precedente è emerso che la configurazione attuale dell’impianto ha delle performance ambientali migliori rispetto alla vecchia configurazione, attiva fino a Dicembre 2012, e tutte e due sono risultate nettamente migliori rispetto allo smaltimento in discarica. I processi che hanno influenzato maggiormente gli impatti sono stati: lo smaltimento del sovvallo in discarica e la cogenerazione, con produzione di energia elettrica da biogas. Il guadagno maggiore, per quanto riguarda lo scenario attuale rispetto a quello precedente, si è avuto proprio dal surplus di energia elettrica prodotta dal cogeneratore, altrimenti prelevata dal mix elettrico nazionale.

Questo studio è mirato ad analizzare ed ottimizzare il consumo dei reagenti solidi impiegati da uno stabilimento di termovalorizzazione di rifiuti solidi urbani e speciali (Silea S.p.A, presso Valmadrera (LC)), per abbattere le correnti acide trattate nelle due linee fumi multistadio. Dopo aver scelto quale delle due linee prendere come riferimento, per poi riportare i risultati ottenuti anche sull’altra con opportune correzioni, il lavoro è stato condotto in diverse fasi, e affiancato da un costante confronto diretto con gli ingegneri e i tecnici dello stabilimento. Una volta preso atto delle normali condizioni di funzionamento dell’impianto, si è proceduto all’esecuzione di test, mirati a quantificare l’efficienza di rimozione dell’acido cloridrico, da parte del bicarbonato di sodio e dell’innovativo sorbente dolomitico, brevettato sotto il nome: Depurcal® MG. I test sono stati suddivisi in giornate differenti in base al tipo di reattivo da analizzare (e quindi lo stadio) e programmati in modo che permettessero di correlare la conversione dell’HCl alla portata di reagente solido introdotto. Una volta raccolti i dati, essi sono stati elaborati e filtrati in base a criteri oggettivi, per poi essere analizzati con senso critico, fornendo un quadro completo sulla reale potenzialità dell’impianto. Attraverso l’utilizzo di un opportuno modello è stato possibile caratterizzarlo e individuare la migliore condizione economico-operativa per ognuno dei possibili scenari individuati.

Alla base di questo studio vi è l’analisi della filiera della plastica, in particolare nella regione Emilia-Romagna, con l’obiettivo di valutare gli impatti ambientali ad essa connessi. La prima parte dello studio di Tesi è rivolta alla descrizione del quadro normativo, così da mettere in luce le norme vigenti a livello europeo, nazionale e regionale. Particolare attenzione è data alle novità introdotte dalle direttive sull’economia circolare della Commissione Europea, evidenziando gli obiettivi che l’Unione Europea vuole raggiungere in ambito di prevenzione, recupero e smaltimento della plastica. Successivamente, al fine di inquadrare la filiera della plastica dal punto di vista regionale, nazionale e internazionale, è stata svolta un’analisi a partire dai principali impianti di gestione e trattamento dei rifiuti presenti in Emilia-Romagna. Ciò ha permesso di avere un’idea di quali siano le quantità di materiale plastico trattato preliminarmente in regione e in seguito inviato ad altri impianti per un successivo trattamento, questi ultimi situati in Emilia-Romagna o in altre regioni d’Italia o all’Estero. L’ultima parte della Tesi è l’applicazione di uno studio LCA all’attività dell’azienda Balboni Omero S.r.l., che si occupa di recupero, trattamento e riciclaggio di materiale plastico e rifiuti industriali, con produzione finale di materia prima seconda (MPS). L’analisi LCA è stata svolta avvalendosi del software SimaPro 8. A partire dai dati forniti, è stata sviluppata una valutazione del ciclo produttivo, considerando come confini del sistema l’impianto stesso. I risultati emersi sono stati opportunamente descritti, interpretati e valutati.

Despite significant efforts have been directed toward reducing waste generation and encouraging alternative waste management strategies, landfills still remain the main option for Municipal Solid Waste (MSW) disposal in many countries. Hence, landfills and related impacts on the surroundings are still current issues throughout the world. Actually, the major concerns are related to the potential emissions of leachate and landfill gas into the environment, that pose a threat to public health, surface and groundwater pollution, soil contamination and global warming effects. To ensure environmental protection and enhance landfill sustainability, modern sanitary landfills are equipped with several engineered systems with different functions. For instance, the installation of containment systems, such as bottom liner and multi-layers capping systems, is aimed at reducing leachate seepage and water infiltration into the landfill body as well as gas migration, while eventually mitigating methane emissions through the placement of active oxidation layers (biocovers). Leachate collection and removal systems are designed to minimize water head forming on the bottom section of the landfill and consequent seepages through the liner system. Finally, gas extraction and utilization systems, allow to recover energy from landfill gas while reducing explosion and fire risks associated with methane accumulation, even though much depends on gas collection efficiency achieved in the field (range: 60-90% Spokas et al., 2006; Huitric and Kong, 2006). Hence, impacts on the surrounding environment caused by the polluting substances released from the deposited waste through liquid and gas emissions can be potentially mitigated by a proper design of technical barriers and collection/extraction systems at the landfill site. Nevertheless, the long-term performance of containment systems to limit the landfill emissions is highly uncertain and is strongly dependent on site-specific conditions such as climate, vegetative covers, containment systems, leachate quality and applied stress. Furthermore, the design and operation of leachate collection and treatment systems, of landfill gas extraction and utilization projects, as well as the assessment of appropriate methane reduction strategies (biocovers), require reliable emission forecasts for the assessment of system feasibility and to ensure environmental compliance. To this end, landfill simulation models can represent an useful supporting tool for a better design of leachate/gas collection and treatment systems and can provide valuable information for the evaluation of best options for containment systems depending on their performances under the site-specific conditions. The capability in predicting future emissions levels at a landfill site can also be improved by combining simulation models with field observations at full-scale landfills and/or with experimental studies resembling landfill conditions. Indeed, this kind of data may allow to identify the main parameters and processes governing leachate and gas generation and can provide useful information for model refinement. In view of such need, the present research study was initially addressed to develop a new landfill screening model that, based on simplified mathematical and empirical equations, provides quantitative estimation of leachate and gas production over time, taking into account for site-specific conditions, waste properties and main landfill characteristics and processes. In order to evaluate the applicability of the developed model and the accuracy of emissions forecast, several simulations on four full-scale landfills, currently in operative management stage, were carried out. The results of these case studies showed a good correspondence of leachate estimations with monthly trend observed in the field and revealed that the reliability of model predictions is strongly influenced by the quality of input data. In particular, the initial waste moisture content and the waste compression index, which are usually data not available from a standard characterisation, were identified as the key unknown parameters affecting leachate production. Furthermore, the applicability of the model to closed landfills was evaluated by simulating different alternative capping systems and by comparing the results with those returned by the Hydrological Evaluation of Landfill Performance (HELP), which is the most worldwide used model for comparative analysis of composite liner systems. Despite the simplified approach of the developed model, simulated values of infiltration and leakage rates through the analysed cover systems were in line with those of HELP. However, it should be highlighted that the developed model provides an assessment of leachate and biogas production only from a quantitative point of view. The leachate and biogas composition was indeed not included in the forecast model, as strongly linked to the type of waste that makes the prediction in a screening phase poorly representative of what could be expected in the field. Hence, for a qualitative analysis of leachate and gas emissions over time, a laboratory methodology including different type of lab-scale tests was applied to a particular waste material. Specifically, the research was focused on mechanically biologically treated (MBT) wastes which, after the introduction of the European Landfill Directive 1999/31/EC (European Commission, 1999) that imposes member states to dispose of in landfills only wastes that have been preliminary subjected to treatment, are becoming the main flow waste landfilled in new Italian facilities. However, due to the relatively recent introduction of the MBT plants within the waste management system, very few data on leachate and gas emissions from MBT waste in landfills are available and, hence, the current knowledge mainly results from laboratory studies. Nevertheless, the assessment of the leaching characteristics of MBT materials and the evaluation of how the environmental conditions may affect the heavy metals mobility are still poorly investigated in literature. To gain deeper insight on the fundamental mechanisms governing the constituents release from MBT wastes, several leaching experiments were performed on MBT samples collected from an Italian MBT plant and the experimental results were modelled to obtain information on the long-term leachate emissions. Namely, a combination of experimental leaching tests were performed on fully-characterized MBT waste samples and the effect of different parameters, mainly pH and liquid to solid ratio (L/S,) on the compounds release was investigated by combining pH static-batch test, pH dependent tests and dynamic up-flow column percolation experiments. The obtained results showed that, even though MBT wastes were characterized by relatively high heavy metals content, only a limited amount was actually soluble and thus bioavailable. Furthermore, the information provided by the different tests highlighted the existence of a strong linear correlation between the release pattern of dissolved organic carbon (DOC) and several metals (Co, Cr, Cu, Ni, V, Zn), suggesting that complexation to DOC is the leaching controlling mechanism of these elements. Thus, combining the results of batch and up-flow column percolation tests, partition coefficients between DOC and metals concentration were derived. These data, coupled with a simplified screening model for DOC release, allowed to get a very good prediction of metal release during the experiments and may provide useful indications for the evaluation of long-term emissions from this type of waste in a landfill disposal scenario. In order to complete the study on the MBT waste environmental behaviour, gas emissions from MBT waste were examined by performing different anaerobic tests. The main purpose of this study was to evaluate the potential gas generation capacity of wastes and to assess possible implications on gas generation resulting from the different environmental conditions expected in the field. To this end, anaerobic batch tests were performed at a wide range of water contents (26-43 %w/w up to 75 %w/w on wet weight) and temperatures (from 20-25 °C up to 55 °C) in order to simulate different landfill management options (dry tomb or bioreactor landfills). In nearly all test conditions, a quite long lag-phase was observed (several months) due to the inhibition effects resulting from high concentrations of volatile fatty acids (VFAs) and ammonia that highlighted a poor stability degree of the analysed material. Furthermore, experimental results showed that the initial waste water content is the key factor limiting the anaerobic biological process. Indeed, when the waste moisture was lower than 32 %w/w the methanogenic microbial activity was completely inhibited. Overall, the obtained results indicated that the operative conditions drastically affect the gas generation from MBT waste, in terms of both gas yield and generation rate. This suggests that particular caution should be paid when using the results of lab-scale tests for the evaluation of long-term behaviour expected in the field, where the boundary conditions change continuously and vary significantly depending on the climate, the landfill operative management strategies in place (e.g. leachate recirculation, waste disposal methods), the hydraulic characteristics of buried waste, the presence and type of temporary and final cover systems.

Landfilling is still the most widely used form of disposal of MSW in Europe. Eurostat (2015) reports that in 2013, with reference to the 28 member states, about the 31% of MSW produced were disposed of in landfills. The same data is estimated at national level; in Italy, with reference to 2013, the MSW disposed in landfill amounted to the 31% of the produced waste (ISPRA, 2015). One of the main environmental challenges associated with landfills is the generation of LFG produced by the anaerobic decomposition of the organic waste fraction. LFG is mainly composed by methane (CH4) and carbon dioxide (CO2), and its production lasts until the majority of the organic material in the waste is degraded, which can take several decades. As is common knowledge, suboptimal cover design and improper landfills management can lead to undesired LFG emissions. For this reason, landfills are considered significant anthropogenic sources of odours and greenhouse gases. This thesis deals with impact of emission produced from the disposal of MSW in landfill and innovative mitigation technologies. The role of landfill in modern waste management system as well as the related environmental problems are discussed in Chapter 1. Furthermore, the basic principles of the microbial methane oxidation process as a mitigation strategy for landfill methane emissions are described. Chapter 2 addresses investigations with monitoring field campaigns to study the emissions from a waste management site. The different sources present in the study case are compared in order to identify the main environmental issues. In particular, the diffusive emissions from the landfill covers, the emissions from the mechanical biological treatment plant and the emissions from the landfill gas recovery plant are compared both in terms of magnitude and in terms of emitted compound. In Chapter 3 the results derived from a project performed in collaboration with a landfill manager and the environmental protection agency of Tuscany are presented. The main objective of the study is to assess if the undesired odour emissions during waste disposal is due to sensory characteristics of waste or to degradation processes that may occur already in the early phase of disposal. The study was conducted on samples on MSW compost from mechanical biological facilities and sludge from wastewater treatment plants. The study was performed through different phases: monitoring on the daily cover to assess the emission rates during disposal; characterization of waste, particularly determination of biological stability parameters; study of the possible reactivation of aerobic or anaerobic degradation processes in waste samples with specific lab tests (controlled batch reactors); chemical analysis of compounds emitted during the tests. Chapter 4 provides insight into the microbial methane oxidation of landfill gas as innovative technology to reduce landfill impact. The chapter presents results of both field and laboratory investigations. In particular it reports the results derived from the monitoring of a pilot bio-covers system implemented in a Tuscan landfill to assess the capacity of methane oxidation in different substrates, particularly compost from source-selected organic fraction, MSW compost from mechanical biological facility and mixed compost. The substrates were characterized by several biological and chemical-physical parameters. The oxidation efficiency of the biocovers was determined by gas and temperature profiles, calculated methane oxidation rates using a mass balance as well as landfill gas flux measurements. Furthermore, some laboratory column tests were carried out in order to assess the performance of the materials used in the field test with a known inlet biogas flow.