Solwa, percolato, discarica, landfill,

1. SOLWA (SOLAR WATER): METODO PER LA
DISIDRATAZIONE DEL PERCOLATO DI
DISCARICA ATTRAVERSO L'ENERGIA SOLARE –
LA SPERIMENTAZIONE NELLA DISCARICA DI
PONTE SAN NICOLÒ (PADOVA)
P. FRANCESCHETTI*, A. MORETTO**, A. ATZORI**
* CA’ FOSCARI, Department of Environmental Science, University of Venice - Dorsoduro 3246 - 30123 Venezia, Italy
**Ente per lo smaltimento dei rifiuti solidi urbani Bacino Padova 2, Via Niccolò Tommaseo, 60 - 35131 Padova, Italia
Andrea Atzori
http://www.novambiente.it/ 21/10/2013

2. SOMMARIO: Lo scopo di questo progetto è la sperimentazione della serra solare SOLWA per
la disidratazione del percolato di discarica, attraverso l’asportazione della parte acquosa e il
trattamento del percolato concentrato. Nell’area di discarica di Ponte San Nicolò (PD)
accanto alle serre in progetto è già presente un impianto fotovoltaico da 1 MWp su circa 2
ettari della copertura della discarica di rifiuti urbani in gestione post-operativa con interessanti
vantaggi tecnici ed economici sulla gestione del post-esercizio dell’impianto, in sinergia con il
recupero energetico da biogas. In questo articolo si illustra lo studio per un sistema più
sostenibile di gestione del percolato da discarica, attraverso metodi con bassi impatti
ambientali, gestionali e di costo, per mezzo di particolari serre solari. I primi risultati mostrano
come sia possibile separare la parte acquosa del percolato da discarica, al fine scaricarla in
corsi d’acqua superficiali ed ottenere un rifiuto concentrato di più facile gestione per il suo
trattamento con fitodepurazione.

3. 1. INTRODUZIONE
La gestione del percolato di discarica è un problema di primaria importanza a livello europeo
e globale. Ogni anno solo in Europa si registra una produzione di oltre 1 miliardo di tonnellate
di rifiuti solidi destinati alle discariche (Rocha, 2011), con conseguente produzione di
percolato sia in fase di coltivazione che di post mortem della discarica stessa.
Il percolato risulta avere un elevato potere inquinante derivante dalla sua composizione
chimica di acidi umici, fulvici, metalli pesanti, azoto ammoniacale e sali (Calace, 2001;
Christensen, 2001). Ogni discarica ha percolati con specifiche concentrazioni di inquinanti
che dipendono dal materiale in essa stoccato, dall’età della discarica stessa, dalle condizioni
climatiche e da altri fattori specifici (Christensen, 2001).
La composizione chimica del percolato necessita di metodi spinti di depurazione per il suo
trattamento e stoccaggio, in quanto i composti organici complessi non risultano facilmente
degradabili con i metodi tradizionali di trattamento.
Il metodo biologico di nitrificazione/denitrificazione è probabilmente il processo più efficiente
ed economico per eliminare azoto dal percolato, anche se necessita di un input esterno di
carbonio per bilanciare il rapporto C/N tipico del metabolismo batterico. Tuttavia, il
trattamento biologico è ostacolato dalle sostanze tossiche specifiche (come gli IPAidrocarburi policiclici aromatici, PCB-bifenili policlorurati, ecc.) e/o dalla presenza di composti
bio-organici refrattari, quali acidi umici o tensioattivi (Wiszniowski, 2006).

4. Altri metodi di trattamento chimico/fisico, quali ultrafiltrazione od osmosi inversa, risultano
essere molto più onerosi da parte del gestore e a volte non molto efficaci. Quindi al fine di
soddisfare la qualità per lo scarico diretto di percolato nelle acque superficiali, è necessario lo
sviluppo di metodi integrati di trattamento, con una combinazione di reazioni chimiche, fisiche
e biologiche.
Il principale costo gestionale del percolato è derivato dai costi di gestione, stoccaggio e
trasporto agli impianti di depurazione preposti al suo trattamento. Solo nella Regione Veneto,
Italia, il 50% dei rifiuti conferiti agli impianti di depurazione sono catalogati con codice CER
190703 (percolato di discarica), per un ammontare di circa 400.000 t/anno, dato 2010. La
Regione Veneto con il Piano Regionale di Gestione dei Rifiuti Urbani e Speciali, D.G.R. n.
264/2013, introduce nella normativa di piano, salvo eventuali impedimenti tecnici, l’obbligo di
trattamento in loco del percolato e reimmissione dello stesso nella discarica.
Da questa prescrizione deriva quindi la necessità di elaborare sistemi più efficaci di gestione
del percolato di discarica da realizzarsi direttamente in sito, che rispondano a:
·
* limitati costi di gestione/manutenzione;
* semplicità di trattamento e manutenzione;
·
* impianti autonomi da collocare presso le discariche;
·
* apparecchiature durevoli per gestione operativa e post operativa della discarica;
·
* elevata protezione ambientale;
·
* utilizzo di energie rinnovabili.

5. La discarica di Ponte San Nicolò, risulta essere di particolare interesse per sperimentare
sistemi innovativi di trattamento del percolato.
Tale sito è già una buona pratica europea (progetto M2RES) per l’installazione di un impianto
fotovoltaico da 1 MWp su circa 2 ettari della copertura della discarica in gestione postoperativa. L’impianto fotovoltaico si integra con la gestione della discarica e in particolare con
la captazione e recupero energetico del biogas prodotto dai rifiuti e con le serre SOLWA per
la disidratazione del percolato da discarica, puntando all’integrazione e alla sinergia della
gestione sostenibile del sito con il territorio.

6. 2. DESCRIZIONE DELLA TECNOLOGIA UTILIZZATA
2.1 Descrizione della discarica di Ponte San Nicolò
Il sito di Ponte San Nicolò è complessivamente costituito dai lotti A, B e C, ma lo studio si
occupa esclusivamente dei lotti B e C della discarica, di proprietà dell’Ente di Bacino Padova
2. L’esercizio della discarica è stato svolto a partire dal 1989, i lotti si sono esauriti nel 1999 e
da allora è in gestione post-operativa.
Le principali operazioni di gestione post-operativa che interessano l’area dei lotti B e C
consistono nella manutenzione degli impianti e attrezzature; manutenzione sponde e
copertura; captazione e recupero energetico del biogas; raccolta e trattamento del percolato
e monitoraggio ambientale.

7. Tabella 1. I dati storici principali della discarica .
Periodo conferimento
spessore
rifiuti
volume superficie rifiuti
3
2
rifiuti
m
PRIMA FASE
Lotto B
PRIMA FASE
Lotti C+C1
SECONDA FASE
lotti B+C
totali
m
m
ton
Giu.1989-Nov.1990
195.000
63.000
3,6
191.418
Giu.1991-Giu.1993
254.000
71.000
4
295.127
Dic.1996-Nov.1999
342.000
791.000
103.000
3,5
325.702
812.247
Nel 2012 l'energia prodotta dall'impianto di recupero biogas è risultata di 1.263.800 kWh, in calo del 20% rispetto ai 1.586.000
dell’anno 2011. Nella figura 1 si riporta l’andamento della produzione energetica da biogas degli ultimi dieci anni.
Produzione di energia da biogas
discarica di Ponte San Nicolò, lotti B e C
kWh
4.000.000
3.000.000
2.000.000
1.000.000
0
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
Figura 1. Produzione di energia da biogas, KWh prodotti 2003-2012.
2010
2011
2012

8. La raccolta del percolato avviene tramite un sistema di trincee di drenaggio collegate ad una rete di
pozzi di raccolta da cui viene estratto attraverso un sistema di aspirazione automatico e inviato a dei
serbatoi di accumulo. Successivamente il percolato viene prelevato con delle autobotti ed inviato a
depurazione. Nel corso del 2012 per i soli lotti B e C sono state estratti 2.050 m3 di percolato, in
drastico calo rispetto ai 8.778 m3 dell’anno 2011 in gran parte dovuto alle minori precipitazioni
verificatesi, andamento riportato in figura 2
PRODUZIONE DI PERCOLATO
discarica di PONTE SAN NICOLO', lotti B e C
mc
12.000
10.000
8.000
6.000
4.000
2.000
1997
1999
2001
2003
2005
anno
2007
2009
Figura 2. Produzione di percolato, m3 prodotti 1997-2012
2011

9. L’impianto fotovoltaico, posizionato direttamente a terra sulla copertura della discarica
consiste in 4160 pannelli fotovoltaici policristallini di potenza specifica 240 Wp e relativi
contenitori zavorrati in plastica riciclata. Il sistema si compone di 13 moduli per stringa e 16
stringhe per quadro di campo, 20 quadri di campo e 2 sistemi di conversione - inverter.
La produzione energetica è iniziata a maggio 2011, l’energia prodotta nel 2012 è stata di
1.163.000 kwh pari al 20% dell’energia consumata dalla linea del tram di Padova in un anno,
con i suoi 14 veicoli da 180 passeggeri l’uno.
Figura 3. Localizzazione dell’impianto FV sulla discarica e particolare della copertura discarica .
Canale
Maestro
N
Scolo
Corriva
Scolo
Roncajette
Fiume
Bacchiglione

10. 2. Le serre solari
Il principio di base di una tipica serra solare è lo sfruttamento della radiazione solare diretta al fine di forzare l’"effetto serra" e
processi termodinamici legati ai passaggi di stato. All’interno di una serra di piccole dimensioni, appositamente progettata, la
radiazione solare diretta riscalda una superficie nera, sopra la quale viene fatto scorrere il percolato da trattare.
L’acqua contenuta nel percolato surriscaldato inizia ad evaporare e successivamente condensa sulla superficie trasparente della
struttura della serra stessa. Il condensato viene asportato dal sistema, mentre sul fondo si depositano i soluti presenti nella
soluzione iniziale e non volatilizzati nel processo evaporativo.
L'efficienza delle serre solari dipende da tre fattori:
•struttura del collettore;
•conservazione del calore;
•struttura e progettazione della serra solare (Kennedy, 1976).
Uno dei parametri più importanti che determina l'efficienza nelle serre solari è la differenza di temperatura tra il solvente della
soluzione, che in questo caso è l’acqua, e la superficie trasparente, su cui si forma la condensa (Tiwari, 2009).
La tecnologia delle serre solari presenta una serie di vantaggi nel trattamento delle soluzioni contenenti acqua, tra cu
principalmente (Franceschetti et al., 2012):
•assenza di fonti esterne di alimentazione;
•manutenzione ridottissima;
•facilità di gestione, senza la necessità di personale addestrato;
•costo ridotto e limitato all'investimento iniziale.
L’innovazione di SOLWA consiste in un disegno del sistema che porta l’energia solare a fare evaporare l’acqua a temperature
più basse di quelle normalmente necessarie, ottimizzando il rendimento in termini di estrazione della frazione acquosa dalla matrice
da trattare, minimizzando i costi e la manutenzione.
Di seguito veranno esposti gli aspetti innovativi introdotti nella presente sperimentazione al fine di aumentare l’efficienza delle serre
solari, con l’applicazione della tecnologia SOLWA (Brevetto PD2011A000271).

11. 2.1.1 Flusso continuo
Normalmente le serre solari si presentano come un bacino di soluzione
stagnante e, nella maggior parte delle pubblicazioni internazionali (Kumar et
al., 2011; Kwatra, 1996; Khalifa, 2011), sono state studiate come impianti
statici, in cui si versa un certo quantitativo di soluzione da trattare e si analizza
l’andamento giornaliero di evaporazione.
La serra solare SOLWA, invece, presenta un flusso continuo d’ingresso del
percolato durante le fasi di attività del processo. Questo aspetto permette di
eliminare una serie di problematiche legate principalmente alla deposizione
dei precipitati all’interno della serra. Infatti, sfruttando dei modelli
termodinamici appositamente elaborati per questa tecnologia si è in grado di
stabilire il tempo di residenza all’interno del sistema della soluzione, prima che
si raggiunga il punto di saturazione dei soluti, con conseguente eliminazione
della precipitazione.

12. 2.1.2 Ricircolo dell’aria
La serra solare SOLWA presenta una ventola (active solar still) che permette la movimentazione dell’aria. Partendo dal principio
che l’evaporazione di una sostanza è legato alla somministrazione di un ammontare di energia in grado di coprire l’energia di
evaporazione, o calore latente di evaporazione, e alla capacità del sistema di accettare tale sostanza nell’aria. Secondo il principio
di Le Chatelier, un sistema in equilibrio chimico e fisico, che subisce un’alterazione esterna che perturba tale equilibrio, tenderà a
cercare un nuovo equilibrio, ammortizzando l’influenza esterna.
Trasferendo tale concetto al nostro scopo, cioè l’evaporazione, possiamo affermare che in un sistema in quiete formato da acqua
e aria, la soluzione tende a formare un equilibrio con un determinato quantitativo di vapore che si trasferisce dalla fase liquida
all’aeriforme. L’aria è in grado di accettare nuovo vapore d’acqua se e solo se l’aria stessa che sovrasta la componente acquosa
non è a saturazione di vapore (Khalifa, 1985).
L’agente limitante nelle tradizionali serre solari risulta quindi essere la saturazione dell’aria stessa. Questa saturazione inibisce
l’evaporazione di nuova acqua e necessita di un elevato innalzamento della temperatura per poter effettivamente avere una minima
differenza di temperatura con la lastra trasparente (Kumar et al., 1996).
La particolarità di questa serra è quella di aspirare, tramite una ventola, il vapore e farlo passare attraverso uno scambiatore di
calore al fine di avere una condensazione del vapore stesso. Così facendo si ha un insieme di vantaggi:
•non vi è più una diminuzione di trasmissività della copertura trasparente data dal suo appannamento dovuto alla condensa che
in essa avviene;
•recupero del calore latente, andando a surriscaldare il percolato prima del suo ingresso all’interno del sistema,
•creazione di un deficit di vapore all’interno della serra, forzando l’evaporazione della soluzione da trattare.
Figura 4. Foto della serra SOLWA utilizzata per l’essiccazione del percolato da discarica

13. 2.2 Applicazione della tecnologia SOLWA al percolato di discarica
Lo scopo di questo progetto consiste nel valutare la possibilità di applicare la tecnologia delle
serre solari per attuare una concentrazione del percolato di discarica, riducendo il volume e quindi
gli oneri di gestione di tale rifiuto.
Per fare ciò si realizzerà un impianto da collocare presso la discarica di Ponte San Nicolò. Tale
impianto pilota sarà costituito da 3 serre SOLWA delle dimensione di 2,5 m x 1 m ciascuna,
interconnesse per quanto riguarda il sistema di ricircolo dell’aria. Al loro interno verrà versato
automaticamente il percolato derivante dai serbatoi di stoccaggio, già presenti in loco.
Il percolato subirà un processo di evaporazione, puntando a far evaporare circa il 50% dell’acqua
in esso contenuta. Tale limite è stato stabilito dalle analisi chimiche e prestazionali, descritte
successivamente, al fine di evitare i depositi all’interno del sistema.
Il percolato concentrato verrà stoccato in un serbatoio dedicato, in attesa di un suo successivo
trattamento presso la discarica, conformemente al Piano Regionale di Gestione dei Rifiuti Urbani e
Speciali della Regione Veneto.
Il sistema di serre solari studiato adotta un ricircolo dell’aria all’interno delle serre stesse. Tali
serre sono completamente isolate con l’esterno impedendo la diffusione di odori o emissione di
qualsivoglia composto volatile. Il ricircolo dell’aria comprende una serie di scambiatori di calore a
pacco alettato che deumidificano l’aria satura di vapor acqueo, asportando quindi l’acqua dal
percolato.

14. Negli scambiatori di calore la fonte di assorbimento dell’energia termica del vapore verrà
svolta da un circuito idrico, che prende acqua da un corpo idrico superficiale sito nei pressi
della discarica. L’acqua del fiume viene pescata, fatta passare all’interno dello scambiatore di
calore e poi riversata nel fiume stesso, senza venire a contatto diretto con il percolato o
eventuali vapori, evitando qualsiasi contaminazione chimica.
Il condensato che si viene a creare verrà allontanato dal sistema SOLWA e avviato a un
post trattamento prima di essere riversato nel corpo idrico superficiale, al fine di essere
pienamente conforme ai parametri di legge del D.Lgs. 152/06 e s.m.i.
Infatti il processo di evaporazione/condensazione del sistema sperimentato, comporta la
presenza nell’acqua di condensa di eventuali composti volatili evaporati insieme all’acqua.
Nel caso in esame del percolato da discarica si trova l’ammoniaca, presente in
concentrazioni elevate nel percolato e dovuta perlopiù alla degradazione delle sostanze
organiche e proteiche.

15. RADIAZIONE
PERCOLATO
SOLARE
ACQUA
DEPURATA
PERCOLATO
CONCENTRATO
FINISSAGGIO
FITO
DEPURATA
DEPURAZIONE
Figura 5. Rendering del sistema SOLWA
utilizzato per l’essiccazione del percolato da discarica e lagunaggio del percolato post solwa con fitodepurazione.

16. Scarico in acque
superficiali
Scarico in acque
superficiali
finissaggio
condensato
concentrato
fitodepurazione
Stoccaggio
percolato/
equalizzazione
impianto SOLWA
Re-immissione nel corpo
discarica
Figura 6. Schema dell’impianto che verrà realizzato presso la discarica di Ponte San Nicolò.

17. 3. RISULTATI E DISCUSSIONE
Per la verifica dell’efficacia del sistema di trattamento del percolato con
l’applicazione delle serre solari Solwa, che si prevede di realizzare in sito nella
seconda metà del 2013, si è provveduto a svolgere una serie di analisi qualitative
preventive per verificare come tale tecnologia possa essere applicata al trattamento
del percolato di discarica.
Allo scopo si è proceduto al prelievo del percolato prodotto dalla discarica di Ponte
San Nicolò. Il percolato è stato analizzato chimicamente prima e dopo il trattamento
con un prototipo di serra solare appositamente realizzato e testato a febbraio 2013. Il
test si è svolto presso il Dipartimento di Scienze dei Materiali dell’Università Ca’
Foscari di Venezia.
Nel caso di studio si è imposto che il sistema effettuasse un’estrazione del 50% in
peso di acqua dalla soluzione di percolato iniziale. Questo valore è stato determinato
poiché per valori superiori si è osservata la formazione di precipitati all’interno della
vasca di evaporazione, con conseguente sporcamento e necessità di manutenzione
del sistema stesso

18. Come riportato in Tabella 2, l’acqua che viene estratta dal trattamento con le serre solari risulta depurata dalla quasi totalità dei
composti chimici. Solo il valore dell’azoto ammoniacale (come NH4) risulta particolarmente elevato e non conforme ai sensi del D.
Lgs 152/06 e s.m.i. (Parte terza, Allegato 5, Tabella 3). Questo comporta che l’acqua in uscita dal sistema di serre solari SOLWA
non possa essere riversata nel corpo idrico superficiale, ma necessiti di un preventivo abbattimento di tale composto. Lo
scostamento dal limite di legge, 15 mg/l, nel caso esaminato risulta pari a 838 mg/l.
In questo caso, in presenza di una soluzioni a pH leggermente basico, il sistema più efficace per la rimozione dell’azoto in forma
ammoniacale (NH3) è il suo strippaggio con aria e l’assorbimento del gas in una soluzione di acido solforico. Attraverso la
concentrazione della soluzione ottengo come sale il solfato d’ammonio. Il sale che si forma è un fertilizzante normalmente utilizzato
in agricoltura che, qualora non trovasse sbocco nel settore, può sempre essere reimmesso in discarica, come previsto dal Piano
Regionale Rifiuti adottato.
Rispetto a sistemi convenzionali di pretrattamento chimico-fisico di abbattimento dell’ammoniaca nei classici impianti di depurazione
biologica, il passaggio nel sistema SOLWA consente di:
•dimezzare il volume da trattare, concentrando l’ammoniaca nel 50% del volume iniziale di percolato;
•evitare la basificazione del percolato per spostare il pH a valori utili a volatilizzare l’ammoniaca, evitando di dover
provvedesedimentare idrossidi di metalli che tendono a precipitare a pH basico;
•allontanare il carico di inquinanti che potrebbero contaminare il sale di ammonio, garantendone la qualità per un utilizzo
agronomico.
Pur contemplando un minimo di impianto tecnologico (scrubber) e additivi chimici (acido solforico) il sistema di rimozione si presenta
come la risposta più semplice mirata a rimuovere l’unica sostanza che non rispetta i limiti allo scarico in acque superficiali.
Il condensato prodotto (circa 50% del volume iniziale), depauperato in buona parte del contenuto di azoto ammoniacale, presenta
un rapporto C/N pari a ca. 10, quindi più bilanciato rispetto ai processi biologici.
Il concentrato può essere trattato in un impianto di fitodepurazione. Le esperienze circa il trattamento del percolato tramite
fitodepurazione hanno uno storico consolidato (Robinson et al., 1991). La scelta di impianti a flusso superficiale piuttosto che sub
superficiale orizzontale o verticale dipende dalle peculiarità climatiche e dalla compatibilità territoriale del sito di trattamento.
L’efficacia del sistema utilizzato è stata confermata dall’elevata estrazione di acqua da condensa, rispetto ad altri sistemi a serre
solari. È da rilevare che tale tecnologia, a conoscenza degli autori, non è mai stata applicata prima per il trattamento del percolato di
discarica. Normalmente le serre solari sono utilizzate per la depurazione dell’acqua di mare con efficienze dell’ordine del 30-50% e
produzione di circa 1-5 l/m2 al giorno (Tiwari et al., 2009; Torchia et al., 2008). La serra solare con tecnologia SOLWA ha dimostrato
di aumentare tale efficienza fino al 56% e con produzione stimata fra 5-10 l/m 2 al giorno (Franceschetti et al., 2012).

19. 4. CONCLUSIONI
Dalle analisi chimiche preliminari svolte sia sul percolato della discarica di Ponte San Nicolò
(Padova) sia sui prodotti post trattamento con le serre, si è dimostrato come l’applicazione della
tecnologia delle serre solari sia efficacemente applicabile all’essiccazione del percolato da
discarica.
L’estrazione di acqua dalla soluzione di percolato iniziale è risultata agevole e l’acqua estratta
risulta priva di inquinanti, con l’eccezione dell’azoto in forma ammoniacale. Per l’eliminazione di
questa sostanza viene proposto un abbattimento per salificazione mediante lavaggio in scrubber,
soluzione mirata ed efficace che porta alla formazione di un sale (solfato d’ammonio) utilizzabile ai
fini agronomici.
Il sistema di disidratazione del percolato con le serre solari appare tra i trattamenti con i minori
impatti ambientali (Tiwari et al., 2011), non impiegando composti chimici o fonti di energia non
rinnovabili. Inoltre si è visto come le serre solari considerate siano in grado di aumentare le
prestazioni in termini quantitativi di concentrazione del rifiuto, con un conseguente aumento
dell’efficienza dell’intero sistema

20. Le serre SOLWA hanno dimostrato, per la prima volta, come la tecnologia delle serre solari sia
applicabile al trattamento del percolato di discarica, con i seguenti vantaggi riscontrati:
•mancata emissione di odori o altri composti volatili in atmosfera;
•buona capacità di asportazione di acqua dal percolato;
•utilizzo di fonti energetiche rinnovabili;
•possibilità di applicazione del sistema direttamente in loco (discarica);
•bassa manutenzione e specializzazione operativa;
•riduzione del costo di gestione, trasporto e smaltimento del percolato;
•progetto altamente eco-sostenibile
Indipendentemente dagli studi in corso che puntano a trattare completamente in sito questo
rifiuto, anche la sola riduzione volumetrica del percolato è molto interessante nei frequenti
casi, come quello studiato, in cui il percolato viene trasportato per tratte più o meno lunghe, a
impianti di depurazione.
Dati tali risultati e vantaggi nei prossimi mesi si procederà alla realizzazione presso la
discarica di Ponte San Nicolò di un impianto sperimentale costituito da serre solari per circa 6
m2 e da un bacino di lagunaggio fitodepurativo, con lo scopo di verificare sia gli aspetti tecnici
qui descritti che la valenza ambientale ed economica dell’intero sistema.

21. RINGRAZIAMENTI
Si ringrazia l’Ente di Bacino Padova 2 per il sostegno all’innovazione tecnologica in campo
ambientale e per aumentare la sostenibilità della gestione integrata dei rifiuti urbani.
Si ringraziano inoltre i diversi soggetti che con osservazioni e suggerimenti hanno contribuito al
presente studio, in particolare il dott. Stefano Pagnin di Nestambiente gruppo Hera AcegasAps spa
e il dott. Devis Casetta

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