IMPIANTO PILOTA A MICROONDE ASSISTITO SU SCALA PER IL TRATTAMENTO DI DISCARICA PER RIFIUTI PERICOLOSI
Un nuovo progetto di vita europeo per la prevenzione e il monitoraggio dell'amianto
(testo tradotto da pagina in lingua inglese)

L. Zamengo ** S. Polizzi ** F. Paglietti **G. Fasciani **

*Università Ca' Foscari di Venezia, Dipartimento di Chimica Fisica – Via Torino 155/b, Mestre(VE) *ISPESL - Istituto Superiore per la Prevenzione e la Sicurezza sul Lavoro - DIPIA - Via Urbana 167, Roma *Barricalla SpA, Collegno - Torino
*IDERE STOCCAGGIO - Modena

ESTRAZIONE

Il riconoscimento della direttiva 1999/31/CE della Comunità europea hanno portato all' allestimento delle aree di discarica speciale dedicato esclusivamente ad amianto, portando ad un grande aumento della concentrazione di queste fibre cancerogene in depositi liquidi (percolati). La dispersione di tali percolati nell'ambiente durante alcuni dei trattamenti delle fasi di processo (aria) o dopo lo smaltimento (acqua e / o nel suolo) pone un serio problema ambientale e dei rischi sanitari.
La normativa europea, attualmente, non prevede adeguati sistemi di eliminazione delle fibre di amianto da tali percolati.
Il progetto si svolge all'interno dell' iniziativa europea da parte dei ricercatori del ISPESL-DIPIA e dell' Università di Venezia e, per i rifiuti, pericolosi discarica Barricalla. Gli obiettivi sono:
1) impostare i metodi di analisi per la determinazione quantitativa di fibre di amianto percolati (non ancora standardizzato);
2) determinare il livello di pericolo di tali percolati;
3) realizzare un prototipo in grado di conservare il 99% delle fibre di amianto con dimensioni considerate pericolose. Questo impianto pilota sarà realizzato da Bi.Elle srl.

PAROLE CHIAVE
Amianto, percolati, digestione a microonde, filtrazione.

INTRODUZIONE

Il trattamento e la gestione dei percolati di discarica per rifiuti pericolosi non è mai stato un semplice compito a causa della grande variabilità nella composizione e bassa stabilità nel tempo di tali liquidi.
Uno studio condotto nel 2002 dall'Università di Venezia e da Barricalla (Torino, Italia), ha sottolineato la presenza di notevoli quantità di fibre di amianto, di certo relativi alla concentrazione massiccia di materiali contenenti amianto (ACM) smaltiti in questa discarica (vedi Fig.1).da cellule diverse tanti sono stati sottoposti a campionamento e analizzati segnalando una concentrazione media di fibre di amianto tra 0,8-1 MFL (milioni di fibre per litro) (1).
I test preliminari (1) effettuati presso la discarica di Barricalla hanno indicato che un ìm 220/25/1 sequenza di filtri di polipropilene è necessaria al fine di ottenere una ritenuta del 99% di fibre di amianto nel percolato prodotto dalle cellule strettamente dedicato ad ACM, che hanno in genere un basso contenuto di sostanza organica.
Al contrario, per i percolati prodotti da parte di un non-dedicato alle cellule pre-trattamento prolungato per ridurre gli inquinanti organici è necessario al fine di un successo per il filtro fibre di amianto.
Sebbene il regolamento 99/31/CE raccomandi un ACM-dedicato alle cellule, la maggior parte dei percolati attualmente trattati e la maggior parte di quelli che saranno trattati, almeno nei prossimi dieci anni, avrà bisogno di un pre-trattamento.

Fig. 1. Smaltimento di rifiuti contenenti amianto presso la cella dedicato della discarica Barricalla.

Come dimostrato in Fig.1, in amianto-cell dedicato dei rifiuti pericolosi della discarica Barricalla,
ogni strato di borse è coperta con materiale inerte per prevenire l'inquinamento aereo durante la fase di smaltimento.
Mentre queste precauzioni dovrebbero essere sufficienti ad assicurare la sicurezza dei lavoratori, le sollecitazioni meccaniche indotte da camion e compattatori in movimento sul suolo per la pratica di smaltimento di routine potrebbe indurre il degrado a fenomeni di rottura provocando il rilascio di particelle più libere nel suolo.
Prodotti da cellule di supporto dedicato mostrano una grande quantità di fibre di amianto disperse e particelle (1), soprattutto durante il periodo di smaltimento dei rifiuti.
Per evitare un rischio crescente per la gestione di amianto interessato a percolati convenzionali ci sono impianti di trattamento delle acque reflue e per impedire lo smaltimento di fanghi o residui pericolosi, proponiamo un metodo per il monitoraggio e il filtraggio di fibre contenenti organico percolato mediante l'adozione di un forno a microonde-assistita e un pre-trattamento del sito. A 32 mesi dall'inizio del progetto UE (Life-Ambiente), chiamato FALL (filtro di Asbestos fibers from Leachate of hazardous waste Landfills, ENV/IT/00323) è stato approvato e hanno iniziato a ottobre 2003.

IL METODO ANALITICO

Per quanto riguarda il metodo analitico, un problema si era verificato durante l'analisi SEM delle membrane in policarbonato a causa della presenza di materia organica nel percolato. Come mostrato nella figura 2. il deposito di 50 ml di percolato grezzo su una membrana filtrante di 0,45 genera uno spesso strato di composti organici che incorporano tutte le particelle micrometriche e di fibre ad evitare il riconoscimento e il conteggio.
Quindi, un pre-trattamento di ossidazione per la riduzione organica è necessario.
Il forno a microonde assistita chiuso a digestione acida è preferibile ad altri standard con ossidazioni tecniche a causa di due importanti vantaggi:
1) le operazioni sono effettuate direttamente sul campione di liquido;
2) il tempo di reazione è estremamente ridotto

Fig. 2. Micrografia SEM di 0,45: membrana di policarbonato prima (a sinistra) e dopo (a destra) la digestione pre-trattamento. Dal momento che la sostanza organica è stata digerita le fibre di amianto possono essere identificate con EDS e contati.

Tuttavia, la quantità di contenuti organici nel percolati dipende da un gran numero di variabili, come la quantità e la frequenza delle precipitazioni meteorologiche, l'età della cellula discarica, il tipo e il grado di stabilizzazione dei rifiuti smaltiti. E' quindi impossibile determinare uno standard di pre-trattamento, che è applicabile a qualsiasi situazione. Per percolato con i valori di COD nell'intervallo 1000-2000 mg / L, abbiamo stabilito metodo di digestione che utilizza la workstation a microonde CEM Mars5. Per i più elevati valori di COD uno passo di diluizione è necessaria. I parametri operativi utilizzati con questo metodo sono sintetizzati nella tabella 1.

Prime percolato / nave (ml) 25
H2 SO4 98% nave (ml) 0,5
H2 O2 35% / nave (ml) .4
Nave Max / run (N°) 14
Percolato / run (ml max) 350
Svincolo per temp fase I (C °/ 10 min) 90
Svincolo per temp fase II (C °/ 10 min) 160
Pressione max fase I (PSI) 80
Passo Pressione max II (psi) 250
I step di potenza (W) 300
Passo Power II (W) 600
Tempo di tenuta a 90° (min) 1
Tempo di mantenimento a 160° (min) 1
Tempo totale (min) 22
Raffreddare (min) 15

Tab.1 parametri del metodo per il pre-trattamento di digestione primi campioni di percolato.

La postazione di lavoro a microonde è fornito con 14 navi PFA (100 ml ciascuno).
Ciascun peschereccio è dotato di una valvola di sicurezza per il passaggio del gas, se l'ambiente raggiunge il massimo consentito (pressione 250 psi).Una delle navi (la nave monitor) è dotata di rilevatori di temperatura e pressione interfacciato con un personal computer.
Uno dei parametri di reazione durante la digestione è presentato in Fig.3.
Un programma controlla la quantità di radiazione a microonde emessa (max 1200W) che forniscono riscaldamento costante.
Se il processo di digestione è stato verificato completamente, il percolato trattato deve essere chiaro e quasi incolore.
Sperimentalmente, abbiamo osservato che anche una leggera colorazione di percolato trattato produce membrane che non sono sufficientemente chiare per indagine SEM.
In questo caso è necessario aumentare le emissioni di CO2 conversione dalla diminuzione del volume del percolato grezzo per nave o utilizzando più reagenti ossidanti.
In quest'ultimo caso, c'è bisogno di fare attenzione per non pressurizzare eccessivamente le navi.

Dopo un pre-trattamento di digestione, i campioni sono filtrati su membrane 0,45 SEM o indagini TEM.
Il volume da filtrare è legato al diametro membrana e al carico di fibre minerali e le particelle di percolati.
L'obiettivo è produrre un filtro in cui le particelle sono ben distinte e uniformemente distribuite, riducendo al minimo la loro sovrapposizione.
La sensibilità analitica è strettamente dipendente dal volume filtrato, come illustrato nella Tab.2.
Non è possibile assicurare una omogenea deposizione di volumi usando un diametro di membrana inferiore a 50 ml per 47 mm di diametro e di membrana e 10 ml per 25 mm di diametro della membrana.
In questo caso, una diluizione con acqua distillata è raccomandata, se un volume maggiore del campione non è disponibile.

Tab.2 sensibilità analitica in funzione dei volumi filtrati e diametri membrana. Le concentrazioni sono calcolate nel caso in cui una fibra si osservi su una superficie di 1 millimetro
* supponendo che l'area efficace di deposizione con il sistema di filtraggio adottato è 199 mm ² per 25 millimetri di diametro e 1134 mm ² per 47 membrane di diametro.

Per l'obiettivo di questo progetto, le analisi di routine sono svolte per digerire 300 ml di materie prime di percolato e di filtraggio il volume risultante su una membrana filtrante di 0,45 ìm policarbonato. SEM osservazione morfologica consente il riconoscimento delle fibre di amianto e della loro classificazione minerale con l'analisi dello spettro EDS.
Le dimensioni delle fibre sono misurate e segnalati come "standard" se sono conformi con il regolamento italiano (2) (lunghezza> 5 micron, Diameter <3 µm and L/D =3:1). Diametro <3 micron e L / D = 3,1).
Per quanto riguarda l'osservazione TEM, la figura di diffrazione è anche utile per determinare la struttura minerali e la classificazione delle fibre. I regolamenti EPA 100.1 e 100.2 descrivono la tecnica e prescrivere di contare tutte le fibre di amianto con una lunghezza> 0,5 micron e un rapporto di aspetto L / D = 5:1 (3).

LIVELLO DI PERICOLO

Il potenziale rischio di percolati di discarica è più o meno prevedibile, dato che questi liquidi riflettono la composizione della matrice dei rifiuti da cui essi derivano.
I regolamenti Europei stanno andando verso una politica più rigorosa di gestione dei rifiuti risultanti dalle preoccupazioni in tutte le fasi dello smaltimento:
lo smaltimento del percolato di discarica, come post-chiusura obbligatoria (attività 30 anni) e le cellule dedicati per rifiuti speciali sono chiare manifestazione di questo fine.
Per queste ragioni il livello di pericolo dei rifiuti pericolosi da percolato di discarica è sotto inchiesta come obiettivo principale della caduta progetto.
Il pericolo è strettamente dipendente dalla composizione e sulla destinazione di tali percolati.
Se nessun trattamento o smaltimento è effettuato, il percolato di discarica per rifiuti pericolosi potrebbe essere molto tossico per l'ambiente e l'uomo per la sua capacità di rilasciare sostanze inquinanti nell' aria, a livello di falda o nel suolo, con conseguenze evidenti su tutta la catena alimentare.
Allo stesso tempo, lo smaltimento del percolato e il trattamento delle acque reflue è insufficiente, l' impianto non è corretto per i rischi che possono generare durante le fasi di trattamento.
Le emissioni in atmosfera durante il trattamento biologico o disidratazione e smaltimento dei fanghi sono possibili operazioni pericolose.
Nanoparticelle, fibre o sostanze organiche volatili possono entrare ed essere inalati dai lavoratori sino ad avvolgere il vicinato.
Micrografie TEM della deposizione di membrana di percolato di discarica dei rifiuti sono presentati come un esempio in fig. 3.

Fig. 3 micrografie TEM di fibra di amianto amosite (a sinistra) e nanoparticelle di stagno (a destra)

Una fibra di amianto amosite, con un diametro di 0,8 ìm è mostrato a sinistra.
Fibre di tali dimensioni sono facilmente passate inosservate quando si utilizza l'analisi SEM.
Tuttavia, la dimensione di queste fibre è ancora più grande di quella accettata come standard US.
La determinazione di amianto EPA in acqua, come detto sopra, dovrebbe essere accertata perché contenente prorpietà cancerogene.
Molte macchie nere sono anche riconoscibili nella microfotografia stessa vicino alla fibra e sul lato sinistro.
Questi sono ingranditi e mostrati nella foto a destra.
Un gran numero di queste particelle sono state trovate in tutta la rete e sono state individuate dalla EDS come nanoparticelle di stagno metallico.
Dimensioni, bio-persistenza, profilo aerodinamico e reattività di superficie delle particelle sono le caratteristiche più importanti per la determinazione della pericolosità per l'organismo dovute anche alla possibilità di essere direttamente assimilabili e non filtrate dalla difesa naturale del sistema e da generazione di specie reattive dell'ossigeno (ROS) causando danni al DNA.
Così, come biossido di titanio, amianto, nano-particellemetalliche e nano-fibre di carbonio sono in corso di monitoraggio e riportati nell'analisi che ci condurrà nel corso dei due anni di campionamento.

IL PROTOTIPO

Come per il prototipo, uno schema di pianta in scala pilota per il filtraggio delle fibre di amianto sullle discariche è presentato in Fig.4.ed è composto da un pre 220 ìm-dispositivo di filtro, che opera a (2x8 l'ingresso come schermo per i seguenti 100 lt serbatoio chiuso a microonde reattore batch (2x8 kW magnetrons at 2,45 GHz),che è seguita da uno a due fasi 25/1-0.5 filtrazione in sequenza.
Il reattore è AISI-316 acciaio inox e progettato per il funzionamento fino t a 12 atm e 140 ° C.

Fig.4: impianto pilota su scala per il sito di pre-trattamento del percolato di discarica contenenti amianto

Temperatura e pressione possono essere monitorate in tempo reale da un elettro-valvola di sicurezza è in costante sfiato.
Un' unità a carbone attivo è stato ideato per il fuori-gas, nonché un scambiatore di riscaldamento prima che il liquido entri in fase di filtrazione.
L'ossidazione è fornita da un adeguato acido / H2O2 rapporto di miscela aggiunto a percolato prime e portando la soluzione a ca.120 ° C con la radiazione a microonde estremamente efficiente.
Ci aspettiamo di digerire una tassa di 50 lt. in circa 15 min. In Fig. 6 l'anteprima dell' ingegneria reattore a microonde è presentato.
La prova sarà condotta ai fini della determinazione del volume per migliorare il liquido da utilizzare per ogni ciclo di trattamento.
Se un volume per essere digerito è inferiore a 60 lt/run sarà selezionato , il magnetron sulla parte superiore del reattore sarà spostata verso il lato entry al fine di avere una migliore irradiazione a microonde.
Un insieme di tre lame saranno utilizzati per l'agitazione continua della miscela .
L'agente ossidante / rapporto di miscela sarà il più importante parametro , che cambierà in relazione alla "forza" del percolato trattato.
Un Fenton's catalizzato a reazione sarà testato per i volumi più forti.

Fig.5: Pilot-microonde scala assistita reattore progettato per il percolato sul sito fase biologica di digestione.
Un ultra / nano filtrazione o di una unità ad osmosi inversa potrebbe anche essere integrata sul posto finale trattamento per il pre-trattamento di liquidi da smaltire in modo sicuro, senza la necessità di ulteriori trattamenti off-site.

CONCLUSIONI

Nel gennaio 2004 il prelievo di campioni settimanale del percolato proveniente dalle celle selezionate e lotti è stato avviato.
Un metodo analitico è stato sviluppato per il pre-campioni trattamento di laboratorio.
Preparazione dei filtri per l'analisi con microscopi ottici ed elettronici (Università di Venezia e ISPESL) sono attualmente in corso
Le analisi saranno effettuate progressivamente nel corso di campionature e in parallelo tra i due partners per un adeguato confronto.
Se la presenza di grandi quantità di fibre di amianto nel percolato di discarica sarà confermato, la possibilità di sperimentare una vera e propria opera per il processo di trattamento di siti contenenti percolato di amianto sarà preso in considerazione.
Questo permette la chiusura del ciclo dell' amianto alla discarica evitando il trasferimento alla struttura delle acque reflue, con i rischi connessi.
Il processo in loco potrebbe essere utilizzato per il trattamento del percolato in caso di un efficiente piano di smaltimento per la gestione della discarica.