L’attività proposta si prefigge il monitoraggio ed il controllo a distanza di una discarica, al fine di poter ottenere in tempo reale una valutazione univoca ed oggettiva dell’impatto ambientale.

Negli anni ‘90 si producevano in Italia in media 97 milioni di tonnellate (Mt) di rifiuti solidi all’anno, dei quali 20Mt di origine urbana e oltre 77Mt di "speciali", di cui 34Mt circa di origine industriale. Ai rifiuti di origine urbana, ai sensi del loro smaltimento secondo la legge italiana, bisogna poi aggiungere 3Mt di rifiuti speciali solidi assimilabili agli urbani e 3Mt circa di fanghi provenienti dalla depurazione di acque civili.

La produzione di rifiuti solidi urbani è andata via via aumentando annualmente ad un ritmo di crescita del 2-3%; ne segue che, mentre negli anni '70 se ne producevano giornalmente circa 0,4kg pro-capite, oggi si supera 1kg/abit-d con punte anche di oltre 1,5kg/abit-d. Le discariche ricevono attualmente l'87% dei rifiuti prodotti in Italia.

Oggi in Italia la discarica rappresenta la metodologia di smaltimento RSU maggiormente diffusa: essa viene preferita dalle Pubbliche Amministrazioni rispetto agli altri metodi di trattamento rifiuti per svariati motivi che vanno dai moderati costi di investimento, alla semplice gestione e, in molti casi, alla prospettiva di facili introiti attraverso il servizio conto terzi.

Tuttavia, per quanto la discarica controllata possa apparire come il sistema più banale e meno tecnologico di smaltimento dei rifiuti, la costruzione e la gestione corretta della stessa sono oggetto di un’intensa attività di studi e di ricerche industriali.

In una discarica controllata i possibili impatti negativi sono strettamente correlati, in misura maggiore che negli altri sistemi di smaltimento, alle modalità di progettazione e gestione. Il più importante impatto potenziale è rappresentato certamente dalla produzione di PERCOLATO, cioè del liquame che si origina in seguito alle infiltrazioni di acqua nella massa di rifiuti.

Da esperienze condotte in Germania è stato calcolato che, con una piovosità media annua di 750mm, la produzione di percolato per scarichi con forte compattazione dei rifiuti (densità>0,7t/m3) rappresenta il 15-25% della precipitazione annuale, e per gli scarichi a minore compattazione (densità<0,7t/m3) il 25-50%.

Una volta formatosi, il percolato si raccoglie sul fondo della discarica: da qui esso si infiltra nel terreno sottostante o si accumula in funzione della permeabilità del terreno stesso. Un altro fattore da non sottovalutare è la presenza di BIOGAS.

Biogas è un termine ricorrente, che preoccupa molto l'opinione pubblica quando si parla di discariche. Questo gas deriva da fenomeni connessi alla trasformazione anaerobica, cioè in assenza di ossigeno, delle sostanze organiche contenute nei rifiuti sepolti in discarica. Il biogas che si genera all'interno della massa di rifiuti è costituito mediamente dal 50% di metano e dal 50% di anidride carbonica; sono inoltre presenti sostanze quali acqua e composti solforati che ne determinano l'odore caratteristico.

In seguito alla formazione di questo gas ed alla sua fuoriuscita dalla discarica, si possono avere i seguenti potenziali impatti negativi: • Rischio di incendi ed esplosioni • Emanazione di odori sgradevoli • Danneggiamento delle colture. La presenza di biogas nel terreno inoltre, costituisce un serio pericolo per insediamenti posti a distanze inferiori ai 500 metri dal bordo della discarica.

Per questi motivi, unitamente ai vantaggi conseguibili con un eventuale recupero energetico del biogas, si rende necessario realizzare tutti gli interventi atti a prevenire l’accumulo e la diffusione incontrollata del gas. E’ comunque indispensabile valutare preventivamente le caratteristiche quantitative e qualitative del biogas prodotto.

Uno degli aspetti di impatto ambientale maggiormente dibattuti negli ultimi anni riguarda il sistema di combustione del biogas. Oggetto del dibattito è essenzialmente l’individuazione dei parametri di combustione ottimale, i quali condizionano in maniera diretta la composizione dei prodotti che, in conseguenza di tale processo, vengono immessi in atmosfera.

I composti che necessitano di un attento controllo, sono soprattutto gli ossidi di azoto (NOx) e di carbonio (CO e CO2), la cui genesi come prodotti di combustione è talora contrastante al variare della temperatura e di altre condizioni. Infatti, modifiche dei parametri di combustione tendenti a diminuire gli NOx possono portare ad incrementi di CO e CO2 e viceversa.

Il sistema proposto nel presente progetto si avvale di una rete di centraline di monitoraggio, e si basa essenzialmente su tecniche biosensoristiche. All’interno di ogni cabina, infatti, saranno presenti una serie di SENSORI di nuova generazione, ognuno dei quali controllerà il “livello” di una determinata sostanza o parametro nell’unità di tempo.

Tutti i dati registrati verranno poi inviati, tramite ponti radio, ad una cabina “principale”, che li elaborerà e provvederà ad inviare un segnale di allerta alle autorità preposte, nel momento in cui dovessero verificarsi eventuali scostamenti dai valori soglia. In generale i sensori, in quanto interfaccia tra l'ambiente esterno e i sistemi di elaborazione e gestione, hanno un profondo impatto su prodotti di larga diffusione: sono ad esempio un elemento essenziale per il controllo e la diagnostica in settori come la medicina, l'automazione industriale, le telecomunicazioni, l'ambiente, l’agricoltura. Uno dei fattori che maggiormente ha accelerato lo sviluppo dei sensori è stata l’evoluzione dell'elaborazione dati.

Lo sviluppo di microprocessori e circuiti integrati specificamente dedicati per l’applicazione ha reso l’elaborazione a basso costo, accurata ed affidabile, aumentando dunque l’intelligenza del sistema. Questo nuovo scenario ha stimolato la ricerca nell’area dei sensori e dunque lo sviluppo delle relative tecnologie e di nuovi dispositivi. Nuovi prodotti sono nati da questo sforzo, caratterizzati da valore aggiunto in termini di facilità d’uso, risparmio energetico, sicurezza ed intelligenza. Il settore dei sensori ambientali avrà sicuramente uno sviluppo fortissimo nei prossimi anni, come conseguenza dell'accresciuta sensibilità alle problematiche ambientali da parte dell'opinione pubblica e, di riflesso, dal mondo industriale.

Il sistema di rivelazione che si intende realizzare, consta di una rete di centraline di monitoraggio, contenenti al loro interno una serie di sensori. Prevediamo l’utilizzo di: Sensori in grado di misurare l’impatto olfattivo della discarica sull’ambiente, utilizzando una innovativa matrice di sensori in grado di funzionare come “NASO ELETTRONICO”.

Questo tipo di monitoraggio è essenziale, sia per quanto riguarda il campionamento di biogas all’interno della discarica, sia per il controllo della diffusione degli odori, che potrebbero danneggiare le zone limitrofe. E’ previsto infatti, per limitare al massimo la maleodorazione dei rifiuti deposti, procedere rapidamente al deposito degli stessi provvedendo ad una immediata copertura con uno strato di almeno 20 cm di terreno.

Relativamente ad aree già completate, si deve provvedere inoltre ad un efficace drenaggio delle superfici per evitare il ristagno di acque che porterebbero rapidamente alla diffusione di odori.

Sia per il monitoraggio di biogas, sia per il controllo della diffusione degli odori, risulta di primaria importanza lo studio della direzione dominante dei VENTI.

Inoltre, anche l’intensità dell’odore percepito dal naso elettronico può variare con il variare del suddetto parametro ambientale. Le cabine di monitoraggio verranno per questo fornite di anemometri, che registreranno l’intensità e la direzione dei venti. La TEMPERATURA è un parametro di fondamentale importanza che dà informazioni sull'andamento del processo e sull'intensità delle reazioni. Essa va monitorata sia nell’aria (per controllare le misure sugli odori), sia nel terreno (per il controllo dei processi biologici).

E’ previsto infatti il mantenimento della temperatura nel terreno delle discariche nell'intervallo tra 55°-60°C mediante tecniche d'aerazione, per non permettere che si raggiungano temperature nell’ordine di 70°C, che porterebbero all'abbattimento della popolazione batterica. Attraverso l'innalzamento delle temperature, soprattutto durante le prime settimane, si consegue la riduzione di umidità dei materiali e anche l'eliminazione di eventuali microrganismi patogeni.

Un altro parametro fondamentale sia per l’aria che per il terreno è l’UMIDITÀ. Le masse presenti in discarica devono essere sufficientemente umide per consentire un'adeguata attività microbica senza tuttavia ostacolare il ricambio gassoso, condizione quest'ultima riscontrabile con un eccesso d'acqua. I valori di umidità migliori oscillano tra il 50 e 70% con un intervallo ottimale 50%-55%.

Il processo di compostaggio deve prevedere, attraverso l'innalzamento termico e l'aerazione, una lenta e costante disidratazione, senza però asciugare precocemente il materiale. In estate possono poi insorgere condizioni di disidratazione (per es.<40%) con possibilità d'arresto del processo, mentre in inverno può avvenire il contrario, cioè un'umidità troppo elevata nelle masse trattate.

Per contrastare questi eventi sono previsti rimedi tecnici tramite umidificatori o rivoltatori meccanici . Un altro fattore da monitorare in una discarica è il pH. I valori ottimali per il materiale di partenza oscillano tra 5,5 e 8. I batteri preferiscono un valore di pH neutro, mentre i funghi si sviluppano meglio in ambiente acido.

All'inizio, la formazione di anidride carbonica prodotta dalla respirazione dei microrganismi, causa un abbassamento del pH verso valori inferiori a 6; in seguito, per la demolizione delle proteine e grazie all'areazione, si ha un innalzamento fino a 8-9. Alla fine del processo il pH tende velocemente alla neutralità (pH = 7) oppure a valori subalcalini. Un problema molto sentito in questi ultimi anni, anche a livello di opinione pubblica è quello legato alla presenza di METALLI PESANTI. Esso si accentua naturalmente quando si parla di discariche.

La natura dei rifiuti varia con le condizioni geografiche e sociali di provenienza, e i metalli pesanti, presenti in quantità diverse in tutte le frazioni merceologiche dei rifiuti, hanno un'origine ben precisa, ma non sono distribuiti uniformemente. I metalli pesanti sono rilevanti per la definizione della qualità ambientale e, dal punto di vista ambientale, interessa anche conoscere la forma chimica con cui essi sono presenti: sali, legati alle sostanze organiche, in forma adsorbita, in forma scambiabile, ecc.

L’OSSIGENO è l'elemento più importante per i microrganismi degradatori nel compostaggio aerobico. Le maggiori richieste si hanno all'inizio del processo, nell'intervallo di temperatura 28°-55° C, cui corrisponde la più intensa attività biologica. La presenza di sostanze facilmente degradabili (zuccheri solubili, acidi organici, aminoacidi), favorisce la vita microbica ed eleva i consumi di ossigeno, la temperatura e la produzione di anidride carbonica. I

l contenuto di ossigeno nella massa deve mantenersi nell'intervallo 5%-15%; quando tale valore diminuisce, prevalgono i processi putrefattivi (quasi anaerobici) svolti da altre popolazioni microbiche, che portano alla produzione di sostanze maleodoranti (idrogeno solforato, ammoniaca, aldeide acetica, acetone, ammine).

Il RAPPORTO CARBONIO/AZOTO (C/N) è tra gli indici più utilizzati per seguire il processo di compostaggio. Il carbonio viene utilizzato dai microrganismi come fonte di energia, mentre l'azoto serve loro per la sintesi delle proteine. Sono utilizzati mediamente 30 atomi di carbonio per ogni atomo di azoto, quindi il rapporto ottimale fra C e N si aggira su valori compresi tra 25 e 35.

L'eccesso di carbonio provoca un rallentamento dell'attività microbica, determinando tempi lunghi di processo, mentre l'eccesso di azoto conduce a perdite per volatilizzazione di ammoniaca, specialmente se pH e temperatura sono elevati; tale perdita deve essere minima per non compromettere la fruibilità del prodotto a fini agricoli.

Infine un PLUVIOMETRO risulta essenziale per questo tipo di monitoraggio, in quanto la diffusione del percolato nel terreno limitrofo alla discarica dipende in grande misura dalle precipitazioni atmosferiche.