Date post: | 02-May-2015 |
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Prof. Ing. Maria Laura Mastellone, docente in Impianti Chimici e Biochimici Dipartimento di Scienze e Tecnologie Ambientali, Biologiche e Farmaceutiche, SUN
L’uso delle torce al plasmanegli interventi di bonifica: aspetti tecnologici, ambientali ed economici
WORKSHOP: La Gassificazione al Plasma
Senato della Repubblica – Sala degli Atti Parlamentari Biblioteca Giovanni Spadolini
Roma, 14 novembre 2013
Il principio di conservazione della massa applicato al
pianeta
?
Accumulo=ingresso (bilancio totale)
L’immissione continua di sostanze solide, liquide o aeriformi in ambiente determina un accumulo che porta i livelli di tossicità al di sopra di quelli che la
natura può sostenere
Sostenibilità … ?
La sostenibilità ambientale dei processi si può dimostrare con metodi rigorosi, strumenti di analisi complessi e lunghi calcoli ma, al di là della correttezza procedurale del processo, si può asserire che un processo non è sostenibile se:
1. genera sostanze il cui recupero a fine vita non è previsto/possibile e i cui effetti sull’ambiente e la salute sono negativi e di difficile ripristino
2. aumenta l’indice di rischio individuale/sociale al di sopra del valore di tollerabilità
3. sposta dal presente al futuro la soluzione delle problematiche che non si sa (o non si vuole) risolvere (not after care-free process)
1. protocolli di verifica preventiva alla messa in commercio relativamente alla gestione del fine vita di un bene di consumo
2. riduzione del valore del rischio attraverso misure di prevenzione e/o mitigazione
3. gestire piuttosto che pianificare a oltranza e tornare ad una amministrazione non emergenziale
Perchè siamo costretti a parlare di bonifiche?
Gestione non sostenibile (non after-care free) dei processi di produzione/trasformazione (industriali, edili,
agro-zootecnici,…)
Gestione scorretta e/o illecita di rifiuti di varia origine e pericolosità
Bonifica: ovvero il rimedio a gestioni non sostenibili
A.caratterizzare il sito e definire quali sorgenti possono generare rischio
B.calcolare il rischio con riferimento ai percorsi di esposizione
C.definire quali tecniche di bonifica utilizzare e quale è il rischio residuo accettabile per progettare opportunamente il sistema di bonifica
D.attuazione del progetto di bonifica, consapevoli che durante il quale, spesso se di siti oggetto di sversamenti illeciti pluriennali e non riconducibili ad una specifica attività industriale, si possono incontrare rifiuti non codificati in fase di caratterizzazione
E.ripristino del sito, sua rifunzionalizzazione e monitoraggio dell’area vasta per un periodo di tempo sufficientemente lungo dal garantire dati statisticamente validi
Il termine bonifica identifica un’attività complessa che, attraverso diverse
tecniche, ha l’obiettivo di riportare i livelli di concentrazione dei
contaminanti mobili presenti nel suolo, nell’acqua superficiale e/o nelle
falde al di sotto dei valori di fondo naturale. Gli stadi sono:
L’indice di rischio
I rischi per la salute umana e l'ambiente variano considerevolmente a
seconda del contaminante specifico, delle condizioni specifiche del sito e
dell'esposizione dei recettori. Infatti, i rischi sono determinati dalle proprietà
fisico-chimiche dei contaminanti (solubilità, mobilità, volatilità, capacità di
assorbimento, persistenza), i percorsi di esposizione verso i potenziali
recettori così come la tipologia di esposizione dei recettori (ad esempio gli
esseri umani o animali).
Bonifica: obiettivi
La bonifica di un sito ha l’obiettivo di portare l’indice di rischio
residuale all’intervento al di sotto del livello di tollerabilità, ovvero:
Indice di rischio=Probabilità dell’evento × Magnitudo del danno < soglia
tollerabile
Il progetto di bonifica deve quindi essere basato su scelte gestionali
e tecnologiche giustificate da un’analisi di rischio poichè non è raro
che scelte scorrette comportino un aumento della probabilità di
insorgenza dell’evento pericoloso (P) oppure una maggiore
esposizione alla sorgente di rischio con incremento del danno (M).
Nel caso di sversamenti di sostanze pericolose la P è 1
Va valutato in base all’esposizione, la vulnerabilità
ed il valore esposto
Sorgenti di contaminazione e di rischio
Settore Tipici rifiuti pericolosi prodotti
Agricoltura e produzione di cibo Acidi e basi, fertilizzanti e pesticidi
Chimico e farmaceuticoAcidi e basi, cianuri, metalli pesanti, rifiuti infettati e di
laboratorio, residui organici, PCB, solventi
Concerie per il cuoio Sostanze inorganiche, solventi
DomesticoAcidi e basi, batterie esaurite, metalli pesanti, insetticidi,
solventi
Estrazione e lavorazione dei minerali Rifiuti in grande quantità ma poco pericolosi, fanghi
Industria petrolchimica e stazioni per il rifornimento
Benzo--pirene, idrocarburi, rifiuti petroliferi, piombo, fenoli, catalizzatori esauriti
Lavorazioni tessiliColoranti, metalli e composti pesanti, solventi alogenati,
acidi minerali, PBC
Materiali plastici e sintetici Metalli pesanti, solventi organici
Produzione di carta e stampaAcidi e basi, coloranti, metalli pesanti, inchiostri, vernici
e resine, solventi
Produzione di vernici Metalli pesanti, PCB, solventi, pigmenti tossici
Scuole ed istituti di ricerca Acidi e basi, rifiuti infiammabili, reattivi, solventi
Servizi medici e sanitari Rifiuti infettivi, radionuclidi, solventi
Trasformatori elettrici PCB
Trattamento e lavorazione dei metalli
Acidi e basi, cianuri, metalli pesanti, solventi, rifiuti infiammabili, reattivi
I processi e le tecnologie di bonifica L ’eliminazione o l’inertizzazione di una sorgente di rischio
può essere realizzata attraverso idonei processi che, in linea generale, possono essere fisici, chimici o biologici.
In caso di sorgenti di composizione nota ed omogenea è quindi possibile individuare il trattamento più idoneo e decidere se effettuarlo in situ o ex situ.
In caso di sorgenti sconosciute o eterogenee (discariche abusive, discariche antecedenti al D.Lgs 36/2003) occorre provvedere ad una caratterizzazione analitica e alla scelta di un processo che consenta un trattamento unitario, se possibile!.
I processi e le tecnologie di bonifica
Si possono individuare:
processi fisici: estrazione, solidificazione, soil washing, desorbimento, processi termochimici in situ e ex situ
processi chimici: ossidazione/riduzione chimica, estrazione chimica
processi biologici: ossidazione biologica, fitodepurazione
Questi processi si differenziano per il tipo di matrice che possono trattare, il tempo necessario a realizzare l ’intervento, il costo e la capacità di trattare rifiuti monocomponente o eterogenei.
Sostenibilità di una bonifica
Un processo di bonifica è sostenibile quando abbassa l ’indice di rischio al di sotto di quello accettabile, non trasferisce il rischio nello spazio o nel tempo, non ne genera altri. Quindi:
deve trattare rifiuti di composizione eterogenea contenenti matrici organiche e inorganiche
utilizzare tecnologie compatte, modulari, trasportabili, affidabili
minimizzare la pericolosità del rifiuto di partenza e bloccare mobilità e/o reattività
non comportare rischi aggiuntivi sull’ambiente circostante
L’applicazione del plasma per la vetrificazione in situ e ex situ Il processo di bonifica della vetrificazione ha come obiettivo
la distruzione termica dei contaminanti organici e l ’annullamento della mobilità di quelli inorganici. La vetrificazione consente di:
trattare rifiuti di composizione eterogenea contenenti matrici organiche e inorganiche
utilizzare tecnologie compatte, modulari, trasportabili, affidabili
annullare la pericolosità del rifiuto di partenza bloccandone mobilità e/o reattività
non aggiungere rischi ulteriori
L’applicazione del plasma per la vetrificazione in situ e ex situ
Biogas --> effetto serraBioaerosols --> effetti sulla salutePercolato --> inquinamentoPost-mortem --> costi e perdita di valore del territorio
Non lisciviaNon bruciaNon emetteNon reagisceSi ricicla
La vetrificazione in situ
Il processo di vetrificazione ha l’obiettivo di trasformare il materiale inorganico in una matrice inerte “minerale” incapace di promuovere effetti nocivi sulla salute umana
Il processo si esplica accrescendo la temperatura di una porzione limitata di suolo contaminato fino a 1600-2000°C provocando la distruzione di composti organici refrattari (quali diossine, furani, BTX, idrocarburi, …) e la fusione dei contaminanti inorganici.
La vetrificazione si ottiene grazie a torce al plasma utilizzate in batteria e inserite in perforazioni verticali che arrivano al di sotto della zona contaminata o dei rifiuti smaltiti.
La frazione volatile costituita da molecole derivanti dalla pirolisi della componente organica e dai metalli volatili (mercurio) vengono captati da una struttura superficiale mobile e trattati medianti processi idonei.
La vetrificazione in situ
Vantaggi: elevate rese di distruzione dei contaminanti
organici, immobilizzazione degli inorganici in matrici di
durata geologica, minimizzazione dei residui, assenza di
escavazione, trasporti, utilizzo di discariche, minimizzazione
del rischio per gli operatori.
Svantaggi: elevati consumi di energia elettrica, necessità di
suoli con contenuto di ossidi di silice, destinazione finale del
l ’area, difficoltà di applicazione in caso di falda affiorante.
La vetrificazione in situ: con elettrodi
La vetrificazione in situ: con torce al plasma
Bonifica in situ di discariche esperienze
Bonifica in situ di discariche: un piano di bonifica concettuale
Costi della vetrificazione in situ
Trattamento suolo contaminatoda sostanze prevalentemente organiche
Trattamento suolo contaminatoda sostanze prevalentemente inorganiche
Se l’energia elettrica venisse fornita a prezzo detassato o fosse ottenuta gratuitamente (tassando impianti con CIP6, certificati verdi, …) il costo delle bonifiche sarebbe economicamente sostenibile.
135€/t 810€/t
Costi della vetrificazione in situ esempio
Trattamento suolo contaminatoda rifiuti misti organici + inorganici
Trattamento suolo contaminatoda sostanze prevalentemente inorganiche
Da 210€/t 130€/t 70€/tDa EE=14c€/kWh 7c€/kWh 0c€/kWh
Da 810€/t 460€/t 111€/tDa EE=14c€/kWh 7c€/kWh 0c€/kWh
Per bonificare 20ha di suolo per una profondità di 20m occorrerebbero 6.4TWh
(si consideri che i soli impianti con CIP6 nel 2012 hanno prodotto 21TWh)ovvero:
900.000.000€ a prezzo pieno (?)550.000.000€ a prezzo detassato
100.000.000€ con energia a costo zero
La vetrificazione ex situ
La vetrificazione per via termica in impianti dedicati, eventualmente mobili, realizza contemporaneamente due processi: una gassificazione della frazione organica del rifiuto; una stabilizzazione della frazione inorganica.
I vantaggi della vetrificazione in impianti al plasma sono:
lo slag vetrificato incorpora elementi chimici anche radioattivi annullandone la mobilità
il volume del rifiuto si riduce
lo slag può essere riciclato perchè inerte
Test dell’eluato da ceneri da impianto per rifiuti ospedalieri
Impianto trasportabile
Quattro moduli:
a)Preparazione
rifiuto
b)Vetrificazion
e
c)Trattamento
emissioni
d)Controllo di
processo
La vetrificazione ex situ
Vetrificazione di rifiuti inorganici(radioattivi, amianto, suoli
contaminati…)
Vetrificazione di rifiuti organici(rifiuti urbani, speciali,
ospedalieri, …)
L’applicazione del plasma per la vetrificazione di rifiuti radioattivia) Il più grande impianto di trattamento di rifiuti nucleari è stato ultimato ad Hanford (Washington) nel 2013.
L’impianto per il trattamento dei rifiuti e di immobilizzazione ha richiesto 65 ettari con quattro impianti di
pretrattamento, vetrificazione dei rifiuti ad alta ed a bassa attività radioattività. E’ destinato a condizionare
oltre 200.000m3 di liquidi radioattivi e 64t di plutonio.
b) Il processo di trattamento dei rifiuti prevede la separazione in solidi con elevato livello radioattivo e liquidi a
bassa attività. I liquidi a bassa attività vengono miscelati con silice e altri materiali idonei a formare una
miscela vetrificabile. La miscela è poi alimentata in due reattori ad arco trasferito e fusa; essa è poi versata in
contenitori di acciaio inox di 4 metri di diametro, 7 metri di altezza e 7 tonnellate di peso e depositata in
apposite aree sotto-suolo ricoperte da terreno come previsto dalla legislazione per rifiuti condizionati (anche
in Italia).
c) Nel giugno 2013 il Governo Britannico ha emesso un bando per l’installazione di un impianto prototipo per il
trattamento dei rifiuti radioattivi; il finanziamento pari a 18M£ è stato assegnato ad un progetto di un impianto
al plasma.
L’impianto VIT ad Hanford della
Bechtel National
Conclusioni
A. La tecnologia del plasma, nelle sue diverse realizzazioni tecnologiche, è la più flessibile tra quelle di tipo termico prescindendo dalle caratteristiche dei rifiuti e dal loro contenuto energetico intrinseco.
B. Applicata alle bonifiche garantisce un ampio campo di applicazione sia in situ che ex situ.
C. E ’ after care-free poichè l’immobilizzazione ha durata dell’ordine di centinaia di anni ed annulla il rischio di mobilità e quindi di esposizione a sostanze pericolose.
D. Ha un costo economico che può essere ridotto in caso di rifiuti combustibili grazie alla produzione di gas di sintesi, idrogeno o energia.