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Prof. Ing. Maria Laura Mastellone, docente in Impianti Chimici e Biochimici Dipartimento di Scienze e Tecnologie Ambientali, Biologiche e Farmaceutiche,

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Presentazione sul tema: "Prof. Ing. Maria Laura Mastellone, docente in Impianti Chimici e Biochimici Dipartimento di Scienze e Tecnologie Ambientali, Biologiche e Farmaceutiche,"— Transcript della presentazione:

1 Prof. Ing. Maria Laura Mastellone, docente in Impianti Chimici e Biochimici Dipartimento di Scienze e Tecnologie Ambientali, Biologiche e Farmaceutiche, SUN Luso delle torce al plasma negli 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

2 Il principio di conservazione della massa applicato al pianeta ? Accumulo=ingresso (bilancio totale) Limmissione 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

3 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 sullambiente e la salute sono negativi e di difficile ripristino 2.aumenta lindice 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

4 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

5 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 dellarea vasta per un periodo di tempo sufficientemente lungo dal garantire dati statisticamente validi Il termine bonifica identifica unattività complessa che, attraverso diverse tecniche, ha lobiettivo di riportare i livelli di concentrazione dei contaminanti mobili presenti nel suolo, nellacqua superficiale e/o nelle falde al di sotto dei valori di fondo naturale. Gli stadi sono:

6 Lindice 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).

7 Bonifica: obiettivi La bonifica di un sito ha lobiettivo di portare lindice di rischio residuale allintervento al di sotto del livello di tollerabilità, ovvero: Indice di rischio=Probabilità dellevento × Magnitudo del danno < soglia tollerabile Il progetto di bonifica deve quindi essere basato su scelte gestionali e tecnologiche giustificate da unanalisi di rischio poichè non è raro che scelte scorrette comportino un aumento della probabilità di insorgenza dellevento 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 allesposizione, la vulnerabilità ed il valore esposto

8 Sorgenti di contaminazione e di rischio SettoreTipici rifiuti pericolosi prodotti Agricoltura e produzione di ciboAcidi e basi, fertilizzanti e pesticidi Chimico e farmaceutico Acidi e basi, cianuri, metalli pesanti, rifiuti infettati e di laboratorio, residui organici, PCB, solventi Concerie per il cuoioSostanze inorganiche, solventi DomesticoAcidi e basi, batterie esaurite, metalli pesanti, insetticidi, solventi Estrazione e lavorazione dei mineraliRifiuti 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 sinteticiMetalli pesanti, solventi organici Produzione di carta e stampaAcidi e basi, coloranti, metalli pesanti, inchiostri, vernici e resine, solventi Produzione di verniciMetalli pesanti, PCB, solventi, pigmenti tossici Scuole ed istituti di ricercaAcidi e basi, rifiuti infiammabili, reattivi, solventi Servizi medici e sanitariRifiuti infettivi, radionuclidi, solventi Trasformatori elettriciPCB Trattamento e lavorazione dei metalliAcidi e basi, cianuri, metalli pesanti, solventi, rifiuti infiammabili, reattivi

9 I processi e le tecnologie di bonifica Leliminazione o linertizzazione 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!.

10 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 lintervento, il costo e la capacità di trattare rifiuti monocomponente o eterogenei.

11 Sostenibilità di una bonifica Un processo di bonifica è sostenibile quando abbassa lindice 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 sullambiente circostante

12 Lapplicazione 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 lannullamento 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

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14 Lapplicazione del plasma per la vetrificazione in situ e ex situ Biogas --> effetto serra Bioaerosols --> effetti sulla salute Percolato --> inquinamento Post-mortem --> costi e perdita di valore del territorio Non liscivia Non brucia Non emette Non reagisce Si ricicla

15 La vetrificazione in situ Il processo di vetrificazione ha lobiettivo 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 °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.

16 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 dellarea, difficoltà di applicazione in caso di falda affiorante.

17 La vetrificazione in situ: con elettrodi

18 La vetrificazione in situ: con torce al plasma

19 Bonifica in situ di discariche esperienze

20 Bonifica in situ di discariche: un piano di bonifica concettuale

21 Costi della vetrificazione in situ Trattamento suolo contaminato da sostanze prevalentemente organiche Trattamento suolo contaminato da sostanze prevalentemente inorganiche Se lenergia 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

22 Costi della vetrificazione in situ esempio Trattamento suolo contaminato da rifiuti misti organici + inorganici Trattamento suolo contaminato da sostanze prevalentemente inorganiche Da 210/t 130/t 70/t Da EE=14c/kWh 7c/kWh 0c/kWh Da 810/t 460/t 111/t Da 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: a prezzo pieno (?) a prezzo detassato con energia a costo zero

23 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 delleluato da ceneri da impianto per rifiuti ospedalieri

24 Impianto trasportabile Quattro moduli: a)Preparazione rifiuto b)Vetrificazione c)Trattamento emissioni d)Controllo di processo

25 La vetrificazione ex situ Vetrificazione di rifiuti inorganici (radioattivi, amianto, suoli contaminati…) Vetrificazione di rifiuti organici (rifiuti urbani, speciali, ospedalieri, …)

26 Lapplicazione del plasma per la vetrificazione di rifiuti radioattivi a)Il più grande impianto di trattamento di rifiuti nucleari è stato ultimato ad Hanford (Washington) nel Limpianto 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 m 3 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 linstallazione 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.

27 Limpianto VIT ad Hanford della Bechtel National

28 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 limmobilizzazione ha durata dellordine 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.


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