Analysis of the municipal solid waste management and treatment in Khartoum state and design of a mixed waste processing facility

The poor management of municipal solid waste (MSW) is associated to adverse environmental impacts. In contrast, the treatment of the organic waste fraction, in particular, can substantially reduce the Greenhouse Gas (GHG) emissions should it been landfilled. Waste treatment or recycling also helps with resource recovery by partly substituting the use of some raw materials. This thesis intends to provide a comprehensive investigation of the current situation of the management and treatment of the MSW in Khartoum State with a particular emphasis on recycling activities of the major waste streams namely organic (49.5%) and plastic waste (12.7%) fractions, as they are the two streams with proven treatment trials. The investigation was carried out through site visits, interviews with concerned parties, a survey of plastic recycling facilities, review of available documents as well as personal observation. Provided the current municipal solid waste (MSW) composition, disposal practices, and collection method, this study suggested the design of a semi-manual mixed-waste treatment facility coupled with an organic treatment facility (windrow biostabilization) as a treatment scenario with a collective capacity of 219,000 tons of waste per year, of which around 111,690 is compostable and is sent to the biostabilization facility. Moreover, the recyclables recovered (including paper, cardboard, plastic, ferrous and nonferrous metals) are expected to amount to 58,896 tons annually. Lastly, the emissions of both current and proposed scenarios were obtained using version 2.0 of the Solid Waste Emission Estimation Tool (SWEET) developed in 2018. It was concluded from the data that the design of a proper waste management system in the state requires a special focus on waste collection activities. Scaling up the collection rate will not only improve the sanitary situation but will eliminate open waste burning activities since it was found to be a major contributor (1,590,027 CO2eq) to the current emission scenario at 1,590,027 tons CO2eq. Notwithstanding, the efforts made by the Japanese International Cooperation Agency (JICA) to scale up the waste collection rates to 80% in 2020, it was reported that the collection rate is believed to be even lower now than the 65% reported by JICA in 2014, which highlights more complex issues with waste collection systems. Waste collection and transportation services need further planning and better management including MSW data, which needs to be managed timely and accurately at each point of the process. Providing accurate and updated quantity measurements will aid in making more informed decisions in the future and support better planning, operating, and monitoring, and consequently providing improved services. Currently, the Khartoum state government does not own nor operate any MSW treatment facility. Waste treatment activities are dominated by the private sector. This thesis investigated the plastic recycling sector through a structured survey for eight (21%) of the private recycling plants. Survey findings indicated that High-density Polyethylene (HDPE) and Polypropylene (PP) are recycled into products locally, while Polyethylene Terephthalate (PET) is only primarily-treated and exported. The average amount of plastic recycled was found to be 6,205 tons annually. This thesis presents a preliminary design of a combined waste sorting and organic treatment facility that is intended to be constructed and operated by the government of Khartoum state. This design is expected to cut down significantly on the secondary waste transportation costs. Moreover, the revenues from the recyclables sales are to guarantee the sustainability of the operation of the entire process and the organic waste treatment particularly. However, in order to implement a more successful organic waste treatment plan, source separation and separate collection of at least the organic fraction must be introduced.

La cattiva gestione dei rifiuti solidi urbani (RSU) è associata a impatti ambientali negativi. Al contrario, il trattamento della frazione di rifiuti organici, in particolare, può ridurre in modo sostanziale le emissioni di gas serra (GHG) in caso di discarica. Il trattamento o il riciclaggio dei rifiuti aiuta anche con il recupero delle risorse sostituendo parzialmente l'uso di alcune materie prime. Questa tesi intendeva fornire un'indagine completa della situazione attuale della gestione e del trattamento dei rifiuti solidi urbani nello Stato di Khartoum con un'enfasi particolare sulle attività di riciclaggio dei principali flussi di rifiuti, vale a dire le frazioni di rifiuti organici (49,5%) e di plastica (12,7%), in quanto sono i due flussi con provata possibilità di trattamento. L'indagine è stata condotta attraverso visite in loco, interviste alle parti interessate, sondaggio per gli impianti di riciclaggio della plastica, revisione dei documenti disponibili e osservazioni personali. Considerando l'attuale composizione, pratiche di smaltimento e metodo di raccolta dei rifiuti solidi urbani (RSU), questo studio ha suggerito la progettazione di un impianto di trattamento dei rifiuti misti semi-manuale accoppiato con un impianto di stabilizzazione della frazione organico (compostaggio di andane) come scenario di trattamento, con una capacità complessiva di 219.000 tonnellate di rifiuti all'anno, di cui circa 111.690 compostabili e avviate alla sezione di biostabilizzazione. Si prevede inoltre che i materiali riciclabili recuperati (inclusi carta, cartone, plastica, metalli ferrosi e non ferrosi) ammonteranno a 58.896 tonnellate annue. Infine, le emissioni degli scenari attuali e proposti sono state ottenute utilizzando la versione 2.0 del Solid Waste Emission Estimation Tool (SWEET) sviluppato nel 2018. Dai dati si è concluso che la progettazione di un adeguato sistema di gestione dei rifiuti nello Stato richiede un'attenzione particolare alle attività di raccolta dei rifiuti. L'aumento del tasso di raccolta non solo migliorerà la situazione sanitaria, ma eliminerà le attività di combustione dei rifiuti aperti, poiché si è scoperto che è un importante contributo (1.590.027 CO2eq) all'attuale scenario di emissioni a 1.590.027 tonnellate CO2eq. Nonostante gli sforzi compiuti dalla Cooperazione internazionale giapponese (JICA) per aumentare i tassi di raccolta dei rifiuti all'80% nel 2020, è stato riferito che il tasso di raccolta è ritenuto addirittura inferiore al 65% riportato da JICA nel 2014, cosa che evidenzia una problematica più complessa con il sistema di raccolta dei rifiuti. I servizi di raccolta e trasporto dei rifiuti richiedono un'ulteriore pianificazione e una migliore gestione, inclusi i dati sui RSU, che devono essere gestiti in modo tempestivo e accurato in ogni punto del processo. Fornire misurazioni di quantità accurate e aggiornate aiuterà a prendere decisioni più informate in futuro e supporterà una migliore pianificazione, funzionamento e monitoraggio e, di conseguenza, fornendo servizi migliori. Attualmente, il governo dello stato di Khartoum non possiede né gestisce strutture per il trattamento dei rifiuti solidi urbani. Le attività di trattamento dei rifiuti sono dominate dal settore privato. Questa tesi ha analizzato il settore del riciclaggio della plastica attraverso un'indagine strutturata per otto (21%) impianti di riciclaggio privati. I risultati del sondaggio hanno confermato che il polietilene ad alta densità (HDPE) e il polipropilene (PP) vengono riciclati in prodotti localmente mentre il polietilene tereftalato (PET) viene principalmente trattato ed esportato. La quantità media di plastica riciclata è risultata essere 6.205 tonnellate riciclate ogni anno. Questa tesi presenta un progetto preliminare per un impianto combinato di selezione dei rifiuti e biostabilizzazione dell’organico che dovrebbe essere costruito e gestito dal governo dello stato di Khartoum. Si prevede che questo progetto ridurrà notevolmente i costi di trasporto dei rifiuti secondari. Inoltre, i ricavi delle vendite dei riciclabili servono a garantire la sostenibilità del funzionamento dell'intero processo e in particolare il trattamento dei rifiuti organici. Tuttavia, al fine di attuare un piano di trattamento dei rifiuti organici più efficace, è necessario introdurre la separazione alla fonte e la raccolta separata almeno della frazione organica.