All’interno di attività di Ricerca sulle elettrotecnologie efficienti per i processi industriali, il CESI ha identificato la Compressione Meccanica del Vapore (CMV) come una tecnologia adatta e vantaggiosa per concentrare ed essiccare con un basso consumo energetico, vari prodotti liquidi, e lo ha applicato con successo a prodotti alimentari (pomodoro), ottenendo consumi di energia primaria, in impianti pilota, dell’ordine di 1/3 dei consumi di un evaporatore tradizionale a triplo effetto (1/10 rispetto ad un singolo effetto) utilizzante vapore vivo come fonte di calore [1], [2] . Il ridotto impatto ambientale di tale tecnologia ne rende interessante l’utilizzo anche in impianti di trattamento rifiuti per la concentrazione di reflui e fanghi, prima dell’eventuale smaltimento in discarica o incenerimento del residuo, esigenza in continuo aumento data la sempre maggiore difficoltà a cosmaltire il percolato coi reflui civili senza pretrattamenti. In Italia la produzione di percolato nelle discariche controllate di rifiuti solidi urbani viene indicata da più fonti ammontare ad alcuni milioni di t/anno, ma si stima il valore effettivo essere pari a circa 7 milioni di t/anno e rappresenta uno dei più importanti problemi ambientali. Il percolato, infatti, è uno dei reflui più difficili da trattare, non soltanto per la sua composizione e aggressività chimica (elevata presenza di cloruri), ma anche per la variabilità delle sue caratteristiche. La problematica di trattamento è complessa e coinvolge aspetti tecnici, economici e normativi, tra loro interconnessi ed in continua evoluzione: vi sono, quindi, varie soluzioni di trattamento [3] . Allo stato attuale in Italia è vietato smaltire i reflui per diluizione diretta con acqua, tuttavia la legislazione vigente, che pone dei limiti solo sulle concentrazioni e non sui valori assoluti di inquinanti scaricati, consente di smaltire la maggior parte dei percolati di discarica in impianti biologici assieme alle acque urbane nel rapporto di circa 1:1000. In realtà l’impianto di depurazione biologica ha scarsa efficacia sul trattamento del percolato, in particolare per la riduzione dei metalli presenti, degli AOX 1 o di altri composti organici biorefrattari: anzi, il percolato crea dei problemi alla durata della flora batterica, cosa di cui si tiene conto facendo pagare un prezzo più elevato per il trattamento dei percolati rispetto alle acque urbane. Questo modo di fare consente di rispettare prettamente le soglie di legge sulle concentrazioni, ma di fatto consiste in una diluizione degli inquinanti di partenza, senza agire sulla loro attenuazione o eliminazione. 1 AOX = alogeni organici assorbibili dal carbonio attivo. Si tratta di un metodo per la misurazione delle sostanze organiche contenenti cloro, bromo, iodio e/o fluoro presenti nell’acqua. A tale scopo le acque di scarico o dei corsi d’acqua vengono fatte passare attraverso il carbone attivo. Il carbone attivo assorbe le sostanze organiche e viene quindi incenerito. Si misura così la quantità di cloro, bromo, iodio e/o fluoro contenuta. Gli AOX permettono di rilevare semplicemente le quantità e non la tossicità.

Solo pochi percento di percolati di discarica vengono attualmente smaltiti coi reflui di tipo industriale ricorrendo ai più costosi stadi di depurazione chimico-fisico che rendono possibile l’abbattimento a valori di legge dei contenuti di inquinanti. Dato l’aumento delle resistenze alla possibilità di cosmaltire il percolato con le acque urbane e la crescita dei costi di smaltimento i processi di evaporazione acquistano maggiore interesse. Questi si propongono di separare la frazione acquosa del percolato, originando un distillato depurato dal concentrato nel quale si addensa la maggior parte delle sostanze inquinanti. Data la bassa concentrazione del percolato tal quale (inferiore all’1%), il quantitativo d’acqua da sottrarre risulta molto elevato. Il concentrato con massa ridotta di varie volte rispetto al percolato tal quale, può essere conferito a costi contenuti in discarica, mentre il distillato a sua volta necessita di un trattamento (ad esempio di strippaggio) per l’eliminazione dell’ammoniaca. La scelta del processo viene fatta sulla base delle caratteristiche del percolato ed in genere si sviluppano trattamenti in più fasi. Lo smaltimento in discarica del percolato come tal quale avviene a prezzi (2001) dell’ordine di 3÷3.6 cEuro/kg, mentre, per esempio, un percolato concentrato al 15% (residuo secco) a prezzi dell’ordine di 7.2 cEuro/kg (discarica nei pressi di Bolzano). Il costo energetico per concentrare a CMV è dell’ordine di 0.5 cEuro/kg sul concentrato finale, 4÷5 volte meno rispetto ad un singolo effetto termico, circa la metà rispetto ad un triplo effetto utilizzante vapore vivo come fonte di calore, con un risparmio consistente di energia primaria. Ai prezzi attuali utilizzare il processo evaporativo per concentrare il percolato e scaricarlo in discarica non è, in genere, conveniente coi multieffetto termici utilizzanti vapore vivo, mentre la CMV consentirebbe un certo risparmio di costo nello smaltimento in discarica del concentrato. I costi e le problematiche precedentemente esposte hanno limitato la diffusione di impianti di trattamento o di concentrazione del percolato. Nel mondo pochi impianti di concentrazione di reflui adottano la CMV: quindi la progettazione di un impianto evaporativo a CMV di percolati o fanghi richiede una precedente ricerca e sperimentazione che passa anche attraverso una caratterizzazione preliminare del percolato stesso, non avendo il materiale natura fisica assimilabile ai prodotti alimentari normalmente concentrati con la CMV. Sono state, quindi, eseguite delle prove di laboratorio [4] effettuate su un percolato proveniente dall’impianto di trattamento di Cremona presso il quale è stato installato e sperimentato da parte del CESI un impianto a membrana utilizzante l’ultrafiltrazione e l’osmosi inversa per il pretrattamento del percolato di discarica. Sulla base di tali prove che hanno evidenziato la necessità di un pretrattamento del percolato prima dell’immissione nel concentratore a CMV (riduzione consistente dell’ammoniaca presente e degasaggio) e l’esperienza maturata precedentemente con la costruzione ed utilizzo di un impianto a CMV per la concentrazione del succo di pomodoro (ed altri succhi alimentari) si è proceduto a redigere delle specifiche

per una gara d’appalto [5] e alla successiva costruzione di un impianto evaporativo a CMV per la concentrazione di percolati di discarica, costruzione affidata alla società Resimont. Durante la costruzione si è proceduto ad alcune modifiche della versione originale (per esempio per migliorare la separazione liquido/vapore) che, comunque, è stata sostanzialmente rispettata. L’impianto pilota risultante ha, quindi, caratteristiche di compattezza (2.5 x 3 x 7.5 m) ed è trasportabile su camion: ne è stata circa raddoppiata la potenzialità evaporativa (legata alle caratteristiche del compressore a lobi utilizzato). Il precollaudo funzionale dell’impianto è stato eseguito nel novembre 2002 presso il costruttore, mentre il collaudo definitivo si è svolto a marzo 2003 presso i laboratori del CESI, evidenziandone la potenzialità maggiorata rispetto alle specifiche di progetto ed il buon funzionamento complessivo, tranne problemi marginali con un paio di misuratori. Successivamente si è proceduto ad una serie di verifiche di funzionamento con un liquido simulante (soluzione di solfato di sodio), che è stato concentrato dal 5 al 20 % circa: tali prove hanno dato esito positivo. Il programma di lavoro iniziale, a questo punto, prevedeva delle prove in campo in un sito da definire presentante la caratteristica di un pretrattamento con osmosi inversa del percolato ed uno strippaggio dell’ammoniaca. Problemi con l’individuazione del sito di prova hanno reso necessario rivedere il progetto originale e ci si è indirizzati verso una realizzazione delle prove di concentrazione presso il CESI. Ci si è, così, procurato del percolato preconcentrato dall’impianto di trattamento di Bolzano (2 m 3 ) avente caratteristiche adatte per l’evaporatore a CMV che necessita di un percolato pretrattato. Del resto l’utilizzo di percolato tal quale, oltre a creare seri problemi al funzionamento dell’impianto, rappresenta una situazione non realistica dal punto di vista di un’applicazione industriale. Poiché il percolato acquisito presentava ancora una concentrazione di ammoniaca troppo elevata (440 ppm) per il buon funzionamento dell’evaporatore, si è proceduto, quindi, presso il CESI, ad una operazione di strippaggio dell’ammoniaca, immettendo soda nel percolato ed insufflando aria ottenendo un dimezzamento di tale concentrazione. Dopo la riduzione della concentrazione di ammoniaca si è aggiunto dell’acido cloridrico al percolato trattato in modo da riportare il pH ai valori iniziali (∼8.7). Il percolato così ottenuto è stato concentrato nell’impianto da ∼10 % a quasi 35 % (in peso) in due serie di prove, effettuate rispettivamente il 4-6 giugno (il 1° m 3 ) e l’11-12 giugno (il 2° m 3 ). Tali prove hanno dato esito positivo, con un calo contenuto delle prestazioni dell’impianto al crescere della concentrazione (consumi inferiori a 30 kWh/t con portate di acqua evaporata di circa 75 kg/h e più per concentrazioni fino a 18÷20 %, consumi superiori ai 40 kWh/t per concentrazioni superiori a 30 %, con portate d’acqua evaporata di 65÷70 kg/h). Le prove hanno evidenziato inoltre l’importanza della riduzione del contenuto d’ammoniaca iniziale sulle prestazioni d’impianto: infatti nella 2° serie di prove il percolato aveva una concentrazione di ammoniaca iniziale del 50 % superiore (circa 300 ppm contro 200 ppm) e si sono ottenute prestazioni leggermente inferiori, con un distillato più ricco in ammoniaca in proporzioni analoghe.

In questo documento si riporta la descrizione del collaudo dell’impianto a CMV e delle prove di verifica con una soluzione di solfato di sodio, del pretrattamento effettuato sul percolato proveniente da Bolzano e dell’esecuzione di due serie di prove di concentrazione di detto percolato trattato.