Realizzazione di un modello di vaglio a tamburo per pretrattamento dei rifiuti

Waste treatment and disposal are some of the biggest problems to face in modern society. Nowadays national and european policies aim at preventing the creation of waste, recycling it and reducing the environmental impact that wrong disposal can cause to the natural ecosystem. Mechanical and biological treatment (MBT) plants were developed according to these goals and represent a widespread solution for treating municipal solid waste (MSW) with the aim on the one hand of stabilizing the organic fraction of waste before landfilling, in order to reduce greenhouse gas emissions, and on the other hand of increasing the lower heating value when thermal treatment is the final destination of waste. This dissertation models the mechanical operation of screening, which is a fundamental phase to separate the raw municipal solid waste (MSW) into two fractions: a wet one and a dry one, which will be then addressed to different treatments and uses. The model of the rotary drum screen (trommel) used in this thesis is based on the work published in 1992 by the American professors R.I. Stessel and S.C. Kranc, who introduced a new screening theory, different from other previous works in the literature. This model was slightly modified and then implemented in Matlab according to two different phases: first a kinematic analysis for every single particle of material moving inside the trommel and then the screening theory was implemented. The model obtained was then applied to different types of real rotary screen fed by different waste compositions. The simulation led to a deep study of the functioning and performing of the analyzed trommels, through a parametric analysis of the main operating parameters. The results were finally compared with three different groups of experimental data, two of them found in the literature and the last one taken from a real plant, with the aim of validating the results obtained with the model.

Il problema del trattamento e smaltimento dei rifiuti è uno dei grandi problemi che affliggono la società moderna. Le politiche nazionali e comunitarie sono oggigiorno volte alla prevenzione della formazione di materiale di scarto, al suo riutilizzo ed alla riduzione dell’impatto ambientale che un non corretto smaltimento dei rifiuti potrebbe causare al nostro ecosistema. Gli impianti di trattamento meccanico biologico (TMB) sono stati sviluppati proprio in quest’ottica e rappresentano oggi una soluzione molto diffusa, adottata con gli obiettivi principali di stabilizzare il rifiuto organico da conferire in discarica, con conseguente riduzione di emissioni indesiderate di gas come metano o anidride carbonica, e di incrementare il potere calorifico del rifiuto destinato al recupero energetico. Il lavoro di tesi analizza in particolare il trattamento meccanico di vagliatura, fase fondamentale per separare la due componenti principali, umida e secca, del rifiuto indifferenziato in ingresso, da avviare poi a successivi differenti trattamenti volti a differenti utilizzi. La realizzazione del modello di vaglio a tamburo si basa sul lavoro pubblicato dagli studiosi americani R.I. Stessel e S.C. Kranc nel 1992, i quali hanno introdotto un nuovo modello di screening differente dai precedenti lavori recensiti in letteratura sullo stesso argomento. Questo modello, leggermente modificato, è stato quindi implementato con il software MatLab in due fasi: prima è stata effettuata un’analisi cinematica relativa alle singole particelle di materiale contenute all’interno del vaglio e successivamente è stata implementata l’analisi dello screening vero e proprio. Il modello ottenuto è stato quindi applicato a differenti tipologie di vagli reali, alimentati con diverse tipologie di rifiuto in ingresso. Le simulazioni condotte hanno portato ad uno studio approfondito del comportamento e delle prestazioni dei vagli a tamburo al variare dei principali parametri operativi. I risultati ottenuti sono stati poi confrontati con tre differenti gruppi di dati sperimentali, due presenti in letteratura ed uno relativo ad un vaglio a tamburo attualmente in esercizio, nel tentativo di validare il modello realizzato.