TRATTAMENTI PER RIFIUTI SPECIALI : Cosa è il Plasma?

La gestione dei rifiuti è regolata dal decreto 5 febbraio 1997, n. 22, che attua le direttive europee 91/156/CEE, 91/689/CEE e 94/62/CE. I rifiuti sono divisi in “urbani” e “speciali”. I rifiuti urbani sono trattati con tecnologie convenzionali . I rifiuti speciali non trattabili in modo convenzionale e spesso con elevato costo di smaltimento, possono essere trattati con Tecnologia a Plasma.

Tecnologia a plasma termico : mediante torcia al plasma rifiuti speciali liquidi e gassosi vengono distrutti in elementi atomici con generazione di inerti vetrificati e gas semplici non tossici.

Tecnologia a plasma freddo : il plasma interagendo con gli strati molecolari superficiali del rifiuto solido produce molecole, non tossiche, organiche volati ed inerti.

Tecnologia al Plasma Termico per la distruzione di rifiuti tossico-nocivi

Il problema dello smaltimento di sostanze organiche tossico-nocive è uno dei temi più attuali che riguardano l’ambiente. Le metodologie convenzionali (incenerimento e stoccaggio in discarica) anche se affidabili, spesso presentano un certo impatto sull’ambiente. L’incenerimento, oltre a formare una certa quantità di sostanze tossiche come le diossine e i furani, richiede un ulteriore stoccaggio delle ceneri prodotte. D’altra parte il diretto stoccaggio delle sostanze tossiche in discarica può provocare un possibile inquinamento delle falde freatiche per dissoluzione di sostanze come i metalli pesanti e composti tossici solubili in acqua. Ne deriva la necessità di sperimentare nuove possibili tecnologie.

Una tecnologia innovativa è basata sull’utilizzo di sorgente termica ad alta temperatura prodotta non da processi di combustione, ma da archi elettrici ad alta corrente generati in un gas a pressione atmosferica.

In tal modo gli atomi del gas vengono parzialmente ionizzati generando un plasma. La temperatura degli elettroni e ioni del plasma è dell’ordine di 1-2 eV che corrispondono ad una temperatura media della massa del gas di processo compresa fra 10.000 e 20.000 °C. Il plasma termico è generato da un sistema chiamato “Torcia al Plasma”. Applicando queste tecnologie allo smaltimento dei composti organici tossici è possibile risolvere il problema del loro trattamento in quanto le elevate temperature associate all’urto con particelle elettricamente cariche provoca due distinte fasi di reazione:

• La completa dissociazione del rifiuto organico all’interno del plasma,
• una successiva ricombinazione verso molecole con struttura semplice quali idrocarburi, monossido di carbonio, idrogeno, acqua, etc…

Utilizzo della Tecnologia al Plasma freddo nella rimozione di inquinanti organici nei fanghi e nei terreni contaminati dell’industria chimica e petrolchimica.

Le tradizionali tecnologie utilizzate per queste tipologie di rifiuti (estrazione con solventi, inertizzazione, discarica, incenerimento) sono, se non economicamente dispendiose, d’impatto traumatico sul territorio.
La tecnologia al plasma, generato con radiofrequenza in gas ossidante, a bassa pressione e temperatura prossima a quella ambiente, si è dimostrata essere una valida alternativa.
Il plasma agisce nei processi di decomposizione delle molecole organiche complesse sia come elemento di estrazione, sia come agente responsabile della frammentazione delle molecole tossiche man mano che esse affiorano sulla superficie del materiale sottoposto all’azione del plasma, sia come ambiente di sintesi di molecole a basso peso molecolare derivanti dalle reazioni di ricombinazione in ambiente ossidante.
Il processo consiste nel sottoporre il terreno contaminato ad una prima fase di estrazione mediante pompaggio in vuoto di tutte le componenti volatili e del residuo di acqua presente.
Questa fase viene realizzata in una prima camera evacuata mediante una pompa rotativa con interposto un sistema di condensazione per i vapori.
Nel caso di terreni contaminati già sottoposti a trattamento termico di essiccamento a temperature dell’ordine di 200 °C la fase di estrazione in vuoto non risulta necessaria.
E’ stato dimostrato che tipologie di terreni contaminati, trattati con termoessicazione in aria a temperature dell’ordine di 200 °C, presentano un contenuto di inquinanti organici ancora elevato tale da impedire lo stoccaggio in discarica.
La seconda fase di trattamento viene effettuata in una seconda camera in cui è mantenuta una pressione residua dell’ordine di qualche mbar in cui viene iniettato ossigeno e generato un plasma mediante energia a radiofrequenza con accoppiamento della potenza di tipo capacitivo o induttivo.
Nel plasma si generano flussi di particelle, la cui energia dipende dall’intensità del campo elettrico applicato, che bombardano la sostanza essiccata ma tuttora contenente una concentrazione elevata di composti organici persistenti. Il bombardamento della superficie del campione con particelle elettricamente cariche e ad alta energia provoca la rottura dei legami chimici delle molecole organiche e la formazione di radicali liberi che, entrando a loro volta nella zona di plasma, vengono ulteriormente frammentati e ionizzati, tendendo successivamente alla ricombinazione con gli ioni ossigeno per formare molecole semplici analoghe ai prodotti ottenibili in una completa combustione a elevata temperatura.
La potenza a radiofrequenza necessaria risulta minore di 1 W/cm² per uno spessore di sostanza sottoposta a trattamento dell’ordine di 1 cm con tempo di trattamento dell’ordine di qualche minuto.
I risultati sperimentali preliminari dimostrano che il contenuto di inquinanti residui nel campione è, per alcune tipologie, ridotto a concentrazioni non più misurabili mentre per altre è comunque ridotto a concentrazioni minori dei limiti imposti dalle varie normative per il conferimento a discarica.
Dopo la fine del trattamento in plasma, il campione viene traslato in una successiva camera, in precedenza evacuata fino ad una pressione pari a quella presente nella camera di trattamento al plasma.
Dopo la chiusura di una apposita valvola di intercettazione posta tra le due camere il campione viene riportato in aria e scaricato dall’impianto.
Una piccola percentuale di composti organici complessi, sebbene estratta dal fango, potrebbe, tuttavia, sfuggire all’azione del plasma.
Si prevede quindi una terza fase di trattamento in cui i gas di scarico vengono iniettati direttamente in un plasma termico generato da una torcia ad arco non trasferito alimentata a corrente continua.
Il getto di plasma generato dalla torcia consiste in un flusso di gas ad una pressione generalmente dell’ordine di 1,5 bar, parzialmente ionizzato, in cui le temperature medie del gas dopo il processo di termalizzazione sono dell’ordine di 10.000 ÷ 15.000 °C.
I residui organici complessi sfuggiti al trattamento di plasma freddo, eventualmente ancora presenti vengono così sottoposti alle altissime temperature presenti nella torcia concludendo in tal modo la loro frammentazione.
Dopo tale passaggio non si prevede alcuna residua presenza, negli effluenti gassosi, di molecole organiche complesse.