La gestione dei rifiuti, nell'ingegneria ambientale, riguarda l'insieme delle politiche, procedure o metodologie volte a gestire l'intero processo dei rifiuti, dalla loro produzione fino alla loro destinazione finale coinvolgendo quindi la fase di raccolta, trasporto, trattamento (smaltimento o riciclaggio) fino al riutilizzo dei materiali di scarto, solitamente prodotti dall'attività umana, nel tentativo di ridurre i loro effetti sulla salute umana e l'impatto sull'ambiente naturale.
Un interesse particolare negli ultimi decenni riguarda la riduzione degli effetti dei rifiuti sulla natura e sull'ambiente grazie alla possibilità di risparmiare e recuperare risorse naturali da essi e ridurre la produzione di rifiuti stessi attraverso l'ottimizzazione del loro ciclo di gestione.
Descrizione Trattamento dei rifiuti Il trattamento dei rifiuti consiste nell'insieme di tecniche volte ad assicurare che i rifiuti, qualunque sia la loro sorte, abbiano il minimo impatto sull'ambiente. Può riguardare sostanze solide, liquide o gassose, con metodi e campi di ricerca diversi per ciascuno.
Le pratiche di trattamento dei rifiuti sono diverse tra paesi sviluppati e paesi in via di sviluppo, tra città e campagna e a seconda che i produttori siano residenziali, industriali o commerciali. Il trattamento dei rifiuti per gli utenti residenti e istituzionali nelle aree metropolitane è solitamente responsabilità delle autorità di governo locale, mentre il suo trattamento per utenti commerciali e industriali è solitamente responsabilità di colui che ha prodotto i rifiuti.
Terminologia Per i non addetti alcuni termini potrebbero sembrare sinonimi. Di seguito le definizioni base semplificate.
Con il riutilizzo l'oggetto non diventa un rifiuto e viene impiegato di nuovo per la medesima funzione originale, senza subire trasformazioni se non un blando ricondizionamento (sanificazione o al limite ri-etichettatura).
Tramite il riciclaggio l'oggetto diventa un rifiuto e viene trattato per ottenere nuove materie prime da reinserire nel ciclo produttivo.
Il recupero è un'operazione complessiva che include il riciclaggio ma comprende anche il recupero energetico (termovalorizzazione).
Lo smaltimento è il destino di un rifiuto in assenza di riutilizzo o recupero.
Smaltimento Nell'ambito della gestione dei rifiuti particolare importanza riveste lo smaltimento, ossia la fase residuale del ciclo gestionale, che consiste in qualsiasi operazione diversa dal recupero, anche quando essa ha come conseguenza secondaria il recupero di sostanze o di energia. Questa operazione, che avviene principalmente in discarica, si esegue ogni qual volta non sia possibile recuperare o riciclare in altro modo i materiali di scarto: fra le attività di smaltimento rientrano il deposito sul o nel suolo, le iniezioni in profondità, lo scarico dei rifiuti solidi nell'ambiente idrico, il seppellimento nel sottosuolo marino, i trattamenti biologici o chimici che danno origine a evaporazione, essiccazione, incenerimento a terra o in mare e, infine, i depositi permanenti.
Lo smaltimento dovrebbe essere sempre preceduto da un'apposita verifica dell'impossibilità tecnico-economica di recuperare i rifiuti in altro modo e deve essere eseguito senza pericolo per la salute umana e per l'ambiente.
Il ciclo della raccolta differenziata
I rifiuti raccolti in maniera differenziata possono sostanzialmente essere trattati, a seconda del tipo, mediante due procedure: riciclaggio, per le frazioni secche; compostaggio, per la frazione umida.
Riciclaggio dei rifiuti
Il riciclaggio comprende tutte le strategie organizzative e tecnologiche per riutilizzare come materie prime materiali di scarto altrimenti destinati allo smaltimento in discarica o distruttivo.
Soluzioni particolarmente efficienti come la raccolta differenziata porta a porta, ove adottate, permettono di incrementare notevolmente la percentuale di rifiuti riciclati.
Numerosi sono i materiali che possono essere riciclati: metalli, carta, vetro e plastiche sono alcuni esempi; vi sono tuttavia complessità associate ai materiali cosiddetti "poliaccoppiati" (cioè costituiti da più materiali differenti) come ad esempio flaconi di succhi di frutta o latte, nonché per oggetti complessi (per esempio automobili, elettrodomestici ecc.): non sono tuttavia problemi insormontabili e possono essere risolti con tecnologie particolari.
Particolare è il caso della plastica, che come noto esiste in molte tipologie differenti e può essere costituita da molti materiali differenti (PET, PVC, polietilene, ecc.). Tali diversi materiali vanno gestiti separatamente e quindi separati fra loro: questa maggior complicazione in passato ha reso l'incenerimento economicamente più vantaggioso del riciclo. Oggi tuttavia appositi macchinari possono automaticamente e velocemente separare i diversi tipi di plastica anche se raccolti con un unico cassonetto, pertanto l'adozione di queste tecnologie avanzate permette un vantaggioso riciclo.
Purtroppo in alcuni casi la plastica (in genere quella di qualità inferiore) viene comunque avviata all'incenerimento.
Compostaggio della frazione umida
Il compostaggio è una tecnologia biologica usata per trattare la frazione organica dei rifiuti raccolta differenziatamente (anche detta umido) sfruttando un processo di bio-ossidazione, trasformandola in ammendante agricolo di qualità da utilizzare quale concime naturale: da 100 kg di frazione organica si ricava una resa in compost compresa nell'intervallo di 30–40 kg.Dati che si possono evincere dai numeri indice di questo documento, a pag. 8. Tramite digestione anaerobica viene ottenuto anche del biogas che può essere bruciato per produrre energia elettrica e calore; in tal modo è possibile diminuire il livello di emissioni inquinanti della discarica e migliorarne la gestione approfittando anche della conseguente diminuzione dei volumi legata al riciclo dell'umido.
Il compostaggio si differenzia dal TMB per il fatto di trattare esclusivamente l'umido e non il rifiuto indifferenziato, anche se il TMB può comprendere un processo simile al compostaggio (si veda sotto).
Il ciclo della raccolta indifferenziata I rifiuti raccolti indifferenziatamente sono naturalmente molto più difficili da trattare di quelli raccolti in modo differenziato. Possono essere seguite tre strade principali:
trattamenti a freddo, ovvero separazione e parziale recupero di materiali, biostabilizzazione e conferimento in discarica; trattamenti a caldo, ovvero incenerimento tal quale o a valle di separazione e produzione di CDR e conferimento in discarica; conferimento diretto in discarica (oggi molto usato, ma certamente da evitarsi).
In ogni caso, è evidente che gli inevitabili residui di tali processi finiranno giocoforza in discarica.
Trattamento a freddo dei rifiuti
Scopo dei processi di trattamento a freddo dei rifiuti indifferenziati o residui - ossia i rifiuti che rimangono dopo la raccolta differenziata - è recuperare un'ulteriore parte di materiali riciclabili, ridurre il volume del materiale in vista dello smaltimento finale e stabilizzare i rifiuti in modo tale che venga minimizzata la formazione dei gas di decomposizione e il percolato. Da questi processi, fra i quali annoveriamo anche il compostaggio, si ricavano in genere sia materiali riciclabili sia biogas, cioè, in altre parole, metano.
Il principale tipo di trattamento a freddo è il trattamento meccanico-biologico (TMB). Esso separa la frazione organica e i materiali riciclabili: permette quindi un'ulteriore riduzione dell'uso delle discariche e degli inceneritori, il tutto con emissioni inquinanti nettamente inferiori rispetto a tali impianti. In Germania, ad esempio, impianti TMB sono diffusi da circa una decina d'anni.
Il TMB può essere utilizzato anche per produrre CDR (combustibile derivato dai rifiuti). In questo caso dovrebbe essere rimosso solamente l'umido e i materiali non combustibili (vetro e metalli), mentre carta e plastica sarebbero confezionati in "ecoballe" da incenerire: in questo modo il trattamento a freddo si può intrecciare con quello termico.
Trattamento termico dei rifiuti Fra i processi di trattamento a caldo (o termico) dei rifiuti, si distinguono tre processi di base: Combustione (incenerimento) Pirolisi Gassificazione
Tutte queste tecnologie producono residui, a volte speciali, che richiedono smaltimento, generalmente in discarica.
Incenerimento e termovalorizzazione
L'incenerimento è una tecnologia consolidata che permette di ottenere energia elettrica e fare del teleriscaldamento sfruttando i rifiuti indifferenziati o il CDR. Questi vengono bruciati in forni inceneritori e l'energia termica dei fumi viene usata per produrre vapore acqueo che, tramite una turbina, genera energia elettrica. La quantità di energia elettrica recuperata è piuttosto bassa (19-25%), mentre quella termica è molto maggiore. Tale energia recuperata è da confrontarsi con quella necessaria al riciclaggio, che a sua volta si compone di vari fattori: la separazione, il trasporto alle rispettive fonderie o industrie di base, la fusione o trattamento fino alla produzione del materiale base, uguale a quello vergine.
Gli inceneritori con recupero di energia sono chiamati termovalorizzatori. I rifiuti, prima di essere inviati all'inceneritore, devono subire alcuni trattamenti per eliminare i materiali non combustibili e la parte umida. Il Combustibile Derivato dai Rifiuti (CDR) è un combustibile solido triturato secco ottenuto dal trattamento dei rifiuti solidi urbani (RSU) raccolto generalmente in blocchi cilindrici denominati ecoballe.
Il funzionamento di un termovalorizzatore può essere schematizzato: le ecoballe che arrivano dagli impianti di selezione sono conservate in un'area esterna dell'impianto. Per mezzo di un carroponte, i materiali sono inseriti nel forno attraverso la tramoggia. I forni più diffusi sono dotati di griglie mobili che consentono di muovere i rifiuti durante la combustione. Il calore prodotto dalla combustione serve a far vaporizzare l'acqua di una caldaia per produrre vapore riscaldato. Il vapore mette in rotazione una turbina accoppiata a un alternatore: si trasforma così l'energia termica in energia elettrica. L'acqua calda può anche essere utilizzata per il teleriscaldamento. Le ceneri vengono raccolte e smaltite in speciali discariche. I fumi sono filtrati allo scopo di eliminare gli agenti inquinanti, quindi vengono rilasciati nell'atmosfera attraverso il camino.riferimento bibliografico: G. Paci e R. Paci, Progettare e fare Tecnologia, Zanichelli
Pirolisi e gassificazione
La pirolisi e la gassificazione sono dei trattamenti termici dei rifiuti che implicano la trasformazione della materia organica tramite riscaldamento a temperature variabili (a seconda del processo da 400 a 1200 °C), rispettivamente in condizioni di assenza di ossigeno o in presenza di una limitata quantità di questo elemento. Gli impianti che sfruttano tali tecnologie, piuttosto che fondarsi sulla combustione, attuano la dissociazione molecolare ottenendo in tal modo molecole in forma gassosa più piccole rispetto alle originarie (syngas) e scorie solide o liquide.