Littérature scientifique sur le sujet « Meccanica dei solidi »

Quali caratteristiche hanno le imprese che brevettano? L'articolo affronta questo interrogativo a partire da una ricerca condotta su oltre 400 imprese italiane della meccanica e dell'alta tecnologia che hanno ottenuto brevetti europei nel decennio 1995-2004. Dall'indagine emerge un profilo chiaramente definito: sono imprese solide e innovative, che fronteggiano mercati altamente competitivi ottenendo delle buone performance economiche. Inoltre, le partnership innovative e l'attitudine a mescolare collaborazioni locali ed extralocali rappresentano dei tratti fortemente distintivi di queste aziende. Nel complesso, lo studio conferma la rilevanza del radicamento sociale e territoriale dell'innovazione, ma anche l'importanza delle scelte strategiche e organizzative compiute dalle imprese. Cruciale, per il loro successo, è la capacitŕ di bilanciareeprovenienti dall'esterno e dall'interno dell'organizzazione. Se da un lato le risorse esterne accrescono laper l'innovazione, dall'altro quelle interne ne potenziano la.

Di solito trovato allo stato solido, il manganese (Mn) è una sostanza metallica, è uno degli elementi più abbondanti della crosta terrestre, essendo associato ad altri elementi, formando vari tipi di minerali, ma ce ne sono pochi che compongono i minerali del minerale di manganese. L’estrazione, o estrazione mineraria, di minerale di manganese può essere effettuata con il metodo a cielo aperto con l’uso di escavatori meccanici, increspature, dragline o altre attrezzature, senza l’uso di esplosivi. Le riserve discusse nell’articolo si riferiscono alle riserve lavabili ufficialmente approvate dal Dipartimento Nazionale della Produzione Mineraria, trascurando quelle sotto la licenza, l’estrazione e l’autorizzazione dell’estrazione mineraria. La ricerca è stata condotta in sintesi minerali pubblicate dal Dipartimento Nazionale della Produzione Minerale – DNPM, i dati sono stati presi dai riassunti e compilati nel programma Excel del pacchetto Office di Microsoft Corporatoion, per ulteriori analisi. Sono stati utilizzati articoli scientifici dei database Di Google Scholar, Scielo e Periodicos Capes. È stato osservato che la produzione di manganese è strettamente correlata al mercato dei consumi, diminuendo o aumentando in base alle sue esigenze. Ciò che può influenzare il mantenimento del Brasile in una posizione privilegiata tra i principali produttori di manganese al mondo sono le sue riserve. Poiché si tratta di riserve grandi e ad alto contenuto in Brasile, lo sfruttamento del minerale di manganese diventa economicamente redditizio, aumentando la produzione, data la domanda del mercato interno ed estero dei consumatori. Gli stati che detengono la maggior parte della produzione sono Pará (70%), Minas Gerais (15%) e Mato Grosso do Sul (14,6%). Alla base dei risultati presentati, si comprende che il Brasile ha un potenziale sufficiente per essere in una posizione più vantaggiosa tra i principali produttori di manganese al mondo, a causa delle riserve di cui dispone. Nonostante abbia notevoli quantità, il Brasile deve ancora investire in ricerche che indica nuove riserve da età, in modo che la produzione brasiliana soddisfi la crescente domanda del mercato dei consumatori, soprattutto quando si riferisce all’esportazione dei suoi prodotti, poiché il suo aumento offre vantaggi al paese.

One of the strategic aspects of the development of large urban agglomerations is undoubtedly the management of solid wastes. To cope with the need for waste disposal, two strategies can be followed: the incineration and the storage in landfill, with or without pre-treatment. The latter solution, widely practiced in Italy, requires many careful considerations about the environmental, sanitary and geotechnical aspects, in order to ensure the usability of this service in safety conditions during the time of landfill management, which ordinarily exceeds decades. The topic of the research is the theoretical modeling of the secondary bio-mechanical compressibility of Municipal Solid Wastes (MSW), through laboratory tests and verifications with large-scale facilities. The research, developed during the period 2010-2012, has a practical interest because the incorrect assessment of the waste settlements may lead to imprecise evaluations of the storage capacity of the plant, as well as difficulties in the operation of the accessory works, due to both the total and differential settlements. These settlements are a consequential overlapping of the immediate, primary and secondary components, which differ among their for intensity and evolution. The immediate settlement occurs whenever a load is applied over a waste layer, during the storage phase; the primary settlement is related to the compressibility, delayed in time, of the solid skeleton, due to the start of fluid motions, either liquid or gaseous, within the voids of the porous medium. The secondary settlement, or long-term settlement, is produced by compression of the solid skeleton under effective constant stress. The well-known creep phenomenon is coupled, in the MSW, with phenomena of biological degradation resulting from the transformation of organic matter in leachate and biogas. The aim of the research was to calibrate a one-dimensional bio-mechanical decoupled model for the evaluation of settlement strains and their evolution over time, starting from the biological and mechanical parameters of the municipal solid waste. The analysis of the bio-mechanical waste parameters, which represents the preliminary phase of the research, is based on data coming from the literature, as well as on the results of some experiments carried out by means of biological reactors, at the laboratories of the University of Padua and Grenoble, using an original waste (in Padua) or a pretreated waste (in Grenoble). Once the bio-mechanical parameters of the model were calibrated, it was possible to quantify the changes in volume due to both the creep and biological components, that are simultaneously present but activated at different times, because of the effects of the organic component and the conditions of biological degradation (anaerobic and/or aerobic). Therefore, the study of the model was completed by verifications from monitoring data of large-scale landfills, coming from both the literature and in situ investigations of existing plants. Survey methods 1. Introductive activities In the initial phase of this research, a review of the municipal solid waste (MSW) management is presented at the global, European and national level. These strategies concern: incineration, selection and recycling of the waste, reduction of organic material by aerobic and/or anaerobic degradation and storage in landfills. A particular emphasis is given to the methods of mechanical and biological pretreatment, which are able to limit the emissions of pollutants and reduce the incoming volumes, through the preventive stabilization of the organic matter (bioreactor landfill, landfill mining, in situ aeration). 2. State of the knowledge on the mechanics of MSW In the second part of this research, the framework of knowledge about the chemical, physical, hydraulic and mechanical properties of this heterogeneous porous medium, which is the municipal solid waste, was defined. 3. Development of a bio-mechanical model for the secondary compressibility of MSW In the third phase of this study, an assessment about the main characteristics of the MSW and the possible transformations that it can experience over time, was made. In particular, the following aspects were examined: composition, particle size, density, water content, degree of compaction and statistical representativeness. Referring to the chemical parameters, the characteristics of biodegradation were analyzed, in relation to the incidence of the organic matter and the type of process (aerobic and anaerobic). In this context, the biogas and leachate production, the temperature, the gravimetric water content and the involved stress level, were examined. Therefore, the characterization of the mechanical parameters affecting the development of the secondary settlements, was made. Settlement prediction models, currently present in the literature, can be classified according to different criteria, depending on the assumptions on which they are based: there are models derived from the soil mechanics laws (Sowers, 1973; Bjarngard and Edgers, 1990), rheological models (Gibson and Lo, 1961), experimental models (Yen and Scanlon, 1975; Edil et al., 1990, Ling et al., 1998), models incorporating the biodegradation (Marques et al., 2003; Hettiarachchi et al ., 2009) and constitutive models (Machado et al., 2008; Sivakumar Babu et al., 2010). The model, developed in this research work, considers two distinct (creep and biological) components, present simultaneously but activated at different times, because of the effects of the organic component and the conditions of biological degradation (anaerobic and/or aerobic). The model parameters were calibrated from the results of an experimental investigation, carried out in laboratory medium scale reactors, and from in situ observations, related to large scale facilities. 4. Laboratory analysis and experimental research In order to obtain a complete range of representative data, experimental investigations on the behaviour of two types of waste, subjected to compression, were carried out, using in parallel two laboratory reactors. These experiments, which represent the fourth phase of the research work, were implemented at the laboratory of Environmental Engineering of the University of Padua (ICEA Department) and at the LTHE laboratory (Laboratoire d'étude des Transferts en Hydrologie et Environnement) of the University of Grenoble (France). Tests at the University of Grenoble were carried out under the supervision of the Professor Jean-Pierre Gourc, during a stage lasted five months (May-October 2012). The employed material is a municipal solid waste (MSW) coming from the Legnago landfill (VR, Italy), obtained from both an original unaltered waste and a bio-mechanical pretreated waste. The original MSW was subjected to compression tests on a reactor present at the University of Padua, for a period of 180 days, receiving weekly a predetermined amount of incoming leachate, in order to improve the degradability conditions. In parallel, the bio-mechanically pretreated MSW was subjected to compression tests on a reactor present at the University of Grenoble, for a period of 77 days, without any liquid injection. Thus, these tests have allowed to highlight the dependence of bio-mechanical parameters with the initial state of the waste. 5. Extension of the model to the large scale landfills In the last phase of the research, starting from the experimental data obtained from small and medium scale laboratory reactors, a prediction of the secondary settlements for large scale landfills was made. The behaviour of the single elementary cell was integrated to a series of vertical cells, in order to simulate the behaviour of a waste column in landfill. For this purpose, the prediction of the proposed bio-mechanical model was compared with monitoring data coming from the Chatuzange landfill (France), the Yolo County landfill (USA) and the S-landfill (USA), obtaining very encouraging results. The main results of the research can be summarized in the following aspects: * The need of calibration of this bio-mechanical proposed model for the evaluation of the secondary settlement strains, considering the two distinct (creep and biological) components, is highlighted. The model was calibrated considering data from the literature, as well as laboratory tests carried out at the University of Padua and Grenoble. Further validations were given by the study of the settlements of three landfill. The advantage of a correct calibration is observed over very wide time periods, as shown by comparisons with large scale landfills. * The models that include the component of biological degradation are efficient, only if they are able to consider and quantify the settlement component due to the biogas production in anaerobic processes. This circumstance is crucial in large scale MSW landfills. * A modest aerobic pretreatment, bringing forward the times of biodegradation of the organic matter, can limit the settlements and reduce the periods of storage in landfills
Uno degli aspetti strategici dello sviluppo dei grandi agglomerati urbani è senza dubbio la gestione dei rifiuti solidi. Per far fronte alle necessità di smaltimento si possono seguire due strategie: quella dell’incenerimento e quella dello stoccaggio in discarica, con o senza pre-trattamento. Quest’ultima soluzione, molto praticata in Italia, richiede delle attente valutazioni di carattere ambientale, sanitario e geotecnico, al fine di garantire la fruibilità del servizio in sicurezza, durante il tempo di gestione che ordinariamente supera i decenni. L’attività di ricerca s’inserisce nell’ambito della modellazione teorica della compressibilità secondaria bio-meccanica dei Rifiuti Solidi Urbani (RSU), attraverso test di laboratorio e riscontri con opere in vera grandezza. La ricerca, sviluppata nel corso del triennio 2010-2012, riveste un certo interesse pratico ove si consideri che l’inesatta valutazione dei cedimenti dei rifiuti possa comportare un’imprecisa stima della capacità di accumulo dell’impianto, nonché difficoltà di funzionamento delle opere accessorie a causa dei cedimenti totali e differenziali. Quest’ultimi derivano dalla sovrapposizione delle componenti: immediata, primaria e secondaria, differenti per intensità e decorso. Il cedimento immediato si produce ogni qualvolta si applichi un carico al di sopra di uno strato di rifiuto, durante lo stoccaggio; il cedimento primario è legato alla compressibilità differita nel tempo dello scheletro solido, a causa dell’instaurarsi di moti di fluido, sia liquido che gassoso, all’interno dei vuoti. Il cedimento secondario, o di lungo termine, oggetto della presente Tesi di Dottorato, è prodotto dalla compressione dello scheletro solido sotto tensioni effettive costanti. Il ben noto fenomeno di creep si accoppia, negli RSU, a fenomeni di degradazione biologica, derivanti dalla trasformazione della sostanza organica in percolato e biogas. Scopo della ricerca è stato quello di calibrare un modello bio-meccanico disaccoppiato di tipo monodimensionale per la valutazione delle deformazioni da cedimento e del loro decorso nel tempo, partendo dai parametri biologici e meccanici del rifiuto urbano. L’analisi dei parametri bio-meccanici del rifiuto, costituente la parte preliminare della ricerca, si fonda, oltre che su dati provenienti dalla letteratura specialistica, sui risultati di esperienze con reattori biologici presso i laboratori delle Università di Padova e di Grenoble, utilizzando materiale tal quale (a Padova) o pretrattato (a Grenoble). Una volta calibrati i parametri del modello bio-meccanico è stato possibile quantificare le variazioni di volume riconducibili alle due distinte componenti, di creep e biologica, presenti simultaneamente ma attivatesi con tempi diversi, in ragione dell’incidenza della componente organica e delle condizioni di degradazione biologica (anaerobica e/o aerobica). Completa lo studio il riscontro con i dati provenienti da opere in vera grandezza, ricavati sia dalla letteratura specialistica che da indagini in situ su discariche esistenti. Modalità di indagine 1. Attività introduttive Nella fase iniziale del lavoro viene presentata una rassegna sulla gestione dei rifiuti solidi urbani (RSU) a livello mondiale, europeo e nazionale. Queste strategie riguardano l’incenerimento, l’attività di selezione(raccolta differenziata) e riciclo del materiale, la riduzione dell’attività biologica del materiale tramite degradazione aerobica e/o anaerobica, e lo stoccaggio in discarica. Particolare evidenza è data ai metodi di pretrattamento meccanico e biologico, in grado di limitarne le emissioni inquinanti e di ridurre i volumi conferiti attraverso la preventiva stabilizzazione della sostanza organica (discarica bioreattore, landfill mining, aerazione in situ). 2. Stato delle conoscenze sulla meccanica degli RSU Nella seconda parte della ricerca si è tracciato il quadro delle conoscenze riguardo alle proprietà chimiche, fisiche, idrauliche e meccaniche del mezzo poroso eterogeneo, qual è il rifiuto solido urbano. 3. Elaborazione di un modello bio-meccanico per la compressibilità secondaria degli RSU Nella terza fase dello studio si è resa necessaria una valutazione delle principali caratteristiche del rifiuto e delle possibili trasformazioni che esso può sperimentare nel tempo. In particolare, sono stati esaminati i seguenti aspetti: composizione merceologica, granulometria, densità, contenuto d’acqua, grado di compattazione e rappresentatività statistica. Con riferimento ai parametri chimici, sono state prese in esame le caratteristiche di biodegradazione in relazione all’incidenza della sostanza organica ed al tipo di processo, aerobico e anaerobico. In tale ambito sono state esaminate le produzioni di percolato e di biogas, la temperatura, il contenuto d’acqua gravimetrico ed il livello di tensione coinvolto. Si è proceduto, quindi, alla caratterizzazione dei parametri meccanici che incidono sullo sviluppo dei cedimenti secondari. I modelli di previsione dei cedimenti, attualmente presenti nella letteratura tecnica, possono essere classificati secondo differenti criteri, in relazione alle ipotesi su cui si fondano: modelli derivanti dalle leggi della meccanica delle terre (Sowers, 1973; Bjarngard ed Edgers, 1990), modelli di tipo reologico (Gibson e Lo, 1961), modelli empirici (Yen e Scanlon, 1975; Edil et al., 1990; Ling et al., 1998), modelli incorporanti la biodegradazione (Marques et al., 2003; Hettiarachchi et al., 2009) e modelli di tipo costitutivo (Machado et al., 2008; Sivakumar Babu et al., 2010). Il modello sviluppato nella ricerca considera le due distinte componenti, di creep e biologica, presenti simultaneamente ma attivatesi con tempi diversi, in ragione dell’incidenza della componente organica e delle condizioni di degradazione biologica (anaerobica e/o aerobica). I parametri del modello sono stati calibrati sulla base dei risultati di un’indagine sperimentale condotta in laboratorio con reattori di medie dimensioni ed osservazioni in sito relative ad opere in vera grandezza. 4. Analisi di laboratorio e ricerca sperimentale Per ottenere una gamma completa di dati rappresentativi, sono state condotte delle ricerche sperimentali sul comportamento di due tipi di rifiuto soggetti a compressione, utilizzando, in parallelo, due serie di indagini di laboratorio. La sperimentazione, che costituisce la quarta fase della ricerca, è stata condotta presso il laboratorio di Ingegneria Sanitaria Ambientale dell’Università di Padova (Dipartimento ICEA) e presso il laboratorio LTHE (Laboratoire d’étude des Transferts en Hydrologie et Environnement) dell’Università di Grenoble (Francia). Le prove all’Università francese sono state condotte sotto la guida del Professor Jean-Pierre Gourc, durante un periodo di stage di cinque mesi (maggio–ottobre 2012). Il materiale utilizzato è un rifiuto solido urbano proveniente dall’impianto di Legnago (VR), ottenuto sia da rifiuti tal quali, sia da un pretrattamento bio-meccanico. L’RSU originario (tal quale), è stato sottoposto a prove di compressione su un reattore presente all’Università di Padova, per un periodo di 180 giorni, ricevendo, settimanalmente, una determinata quantità entrante di percolato, al fine di migliorarne le condizioni di degradabilità. Parallelamente, l’RSU pretrattato bio-meccanicamente è stato sottoposto a prove di compressione su un reattore presente all’Università di Grenoble, per un periodo di 77 giorni, senza alcuna iniezione di liquido. Tale sperimentazione ha consentito di mettere in luce la dipendenza dei parametri bio-meccanici in funzione dello stato iniziale del rifiuto. 5. Estensione del modello alle opere in vera grandezza Nell’ultima fase della ricerca, sono stati esaminati i riscontri provenienti dal monitoraggio di opere in vera grandezza. Partendo dai dati sperimentali, su piccola e media scala, ottenuti dai reattori di laboratorio, si è proceduto al calcolo delle deformazioni da cedimento di opere in vera grandezza. Il comportamento della singola cella elementare è stato generalizzato ad una serie di celle verticali, in grado di simulare il comportamento di una colonna di rifiuti all’interno della discarica. A tal fine si sono confrontati i risultati con i dati di monitoraggio provenienti dalle discariche di Chatuzange in Francia e di Yolo County e S-Landfill negli USA, ottenendo risultati molto incoraggianti. Il principale prodotto della ricerca si può sintetizzare nei seguenti aspetti: * Si evidenzia la necessità della taratura del modello bio-meccanico proposto per la valutazione delle deformazioni secondarie da cedimento, considerando le due distinte componenti, di creep e biologica. Il modello è stato tarato sulla base dei dati provenienti dalla letteratura specialistica, nonché attraverso prove di laboratorio presso le Università di Padova e Grenoble. Ulteriori conferme sono state desunte dallo studio dei cedimenti di tre impianti di stoccaggio degli RSU. Il beneficio di una corretta taratura si osserva su intervalli di tempo molto ampi, come dimostrato dai riscontri con opere in vera grandezza. * I modelli che includono la componente di degradazione biologica si rivelano efficienti solo se in grado di considerare e di quantificare la componente di cedimento dovuta alla produzione di biogas nei processi anaerobici, circostanza questa molto influente nei grandi cumuli urbani di RSU. * Un modesto pretrattamento aerobico, anticipando i tempi di biodegradazione della sostanza organica, consente di limitare i cedimenti e di abbreviare i tempi di stoccaggio in discarica

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.

Le colate in terra sono particolari frane in terreni argillosi caratterizzate dall'alternanza di brevi accelerazioni e lunghi periodi di quiescenza. Nonostante la loro diffusione, in letteratura, risulta ancora dibattuto il comportamento meccanico che sta alla base di tali accelerazioni. Alcuni autori sostengono che il movimento avvenga con una serie di scorrimenti rigidi, altri ritengono che il materiale in frana subisca una transizione solido-fluido. Studi recenti, come quello relativo alla colata di Montevecchio, hanno evidenziato che il materiale in frana, subito dopo la fase di accelerazione, è caratterizzato da elevati valori di contenuto in acqua e da bassi valori di rigidezza e coesione non drenata. Nei mesi successivi, parallelamente a un progressivo rallentamento, il terreno, consolidando, tende a riacquisire le proprie caratteristiche originarie, suggerendo che il materiale possa subire una transizione solido-fluido durante la fase di movimento rapido. Data la difficoltà di acquisire dati di campo durante le fasi di accelerazione, risulta difficile documentare questo processo dettagliatamente. Nella presente attività di tesi sono state condotte diverse analisi in laboratorio per cercare di definire un collegamento tra i dati di campo esistenti e quelli ottenibili in condizioni controllate. Attraverso queste analisi, studiando la relazione tra il contenuto in acqua e la coesione non drenata di diversi campioni di terreno prelevati da corpi di frana, tali terreni, sono stati caratterizzati e descritti sia dal punto di vista della meccanica delle terre, sia da quello della meccanica dei fluidi. L’applicazione di diversi modelli reologici allo stato stazionario, volta al confronto con dati di campo, ha evidenziato come i materiali studiati siano meglio descritti da modelli viscoplastici piuttosto che da modelli puramente viscosi, e ha sottolineato l’esigenza, per una migliore comprensione del fenomeno, di considerare anche modellazioni allo stato transitorio.

Il lavoro svolto ha come scopo l’implementazione e la validazione di un modello di cambiamento di fase mediante l’utilizzo del codice commerciale Comsol Multiphysics, che permette la modellazione e la risoluzione di equazioni matematiche che governano ambienti multifisici. La validazione dei modelli sviluppati è stata effettuata mediante confronto sia con soluzioni analitiche di riferimento, sia con soluzioni numeriche ottenute utilizzando il codice commerciale ProCAST, sviluppato appositamente per simulazioni di processi fusori I problemi analizzati hanno riguardato lo scambio termico sia in regime di sola conduzione, sia in presenza di convezione naturale all’interno di un materiale in cambiamento di fase solido-liquido. È stato considerato sia il caso di sostanze pure, quindi con un’unica temperatura di cambiamento di fase, sia il caso di leghe metalliche, la cui transizione di fase avviene in un intervallo di temperatura.

In questa tesi si sono analizzate le principali fonti di recupero termico della cartiera di Mantova del gruppo Pro-Gest e si sono analizzati i possibili punti di immissione di energia termica. Si sono studiate due alternative di integrazione: la prima con una pompa di calore ad alta temperatura (HTHP) e la seconda con dei pannelli solari termici. Entrambe le soluzioni sono state usate per potenziare il calore di scarto in uscita dalla cartiera. Si sono analizzati i processi della cartiera per comprendere le fasi che compongono il ciclo di produzione della carta riciclata: la preparazione degli impasti, la fabbricazione del foglio ed i trattamenti superficiali con l’allestimento. Si è posta l'attenzione anche sulle attività ausiliarie che si svolgono in una cartiera come la produzione dell’energia elettrica e termica e la depurazione delle acque di scarico. Successivamente si sono selezionate le principali fonti di recupero termico, esse riguardano l’acqua di scarico, le fumane di vapore, ed i circuiti di raffreddamento delle turbine. Per quanto riguarda le utenze termiche invece, si sono analizzate la Cassa Vapore, lo scambiatore degli impasti, gli aerotermi di riscaldamento dello stabilimento e l’essiccatore dei fanghi. Si è scelto di proseguire con lo studio dell’integrazione della pompa di calore o dei pannelli solari termici per alimentare l’essiccatore dei fanghi. Si è approfondito quindi lo stato dell’arte delle tecnologie di produzione dell’energia termica con la pompa di calore e con i collettori solari termici e si è proseguito lo studio svolgendo un’analisi economica calcolando il Valore Attuale Netto (VAN) ed il Periodo di Ritorno dell’Investimento (PbP) per entrambe le alternative. Infine, si è sviluppata un’Analisi di Sensitività variando parametri come il rapporto tra i costi dell’elettricità e del metano, il coefficiente di performance (COP) della pompa di calore, le ore di funzionamento dell’impianto ed il costo dell’investimento.

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.