Emissioni di Polveri Fini e Ultrafini da impianti di combustione

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1 Laboratorio Energia e Ambiente Piacenza Consorzio partecipato dal Politecnico di Milano Emissioni di Polveri Fini e Ultrafini da impianti di combustione Relazione finale Fase 2 proff. Stefano Cernuschi e Michele Giugliano DIIAR del Politecnico di Milano prof. Stefano Consonni Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano con il contributo di: ingg. Senem Ozgen e Ruggero Tardivo DIIAR del Politecnico di Milano ing. Giovanni A. Sghirlanzoni Laboratorio Energia e Ambiente Piacenza Piacenza 3 marzo 29

2 INDICE 1 INTRODUZIONE MATERIALI E METODI Linea di campionamento e modalità di prelievo Impianti oggetto dell indagine RISULTATI SPERIMENTALI Impianti termici civili Impianti di termovalorizzazione di rifiuti urbani CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE...35 BIBLIOGRAFIA...38 S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 1

3 1 INTRODUZIONE Questa relazione riporta i risultati della seconda fase dello studio commissionato da Federambiente al laboratorio LEAP sul tema delle Emissioni di polveri fini e ultrafini da impianti di combustione. Dopo l analisi dello stato delle conoscenze, oggetto della prima fase dello studio, l attività sviluppata nella seconda fase è stata dedicata all indagine sperimentale per la valutazione delle emissioni di polveri fini ed ultrafini da apparati di combustione fissa. Le campagne di misura hanno interessato tre impianti di termovalorizzazione di rifiuti rappresentativi delle configurazioni più recenti presenti in Italia nonché alcune utenze termiche di riscaldamento civile, alimentate con combustibili rappresentativi della varietà di situazioni riscontrabili in tale contesto. 2 MATERIALI E METODI 2.1 Linea di campionamento e modalità di prelievo La linea di campionamento e diluizione (Figura 2.1), configurata secondo il metodo EPA CTM-39 (US EPA, 24; Chang et al., 24; Chow et al., 27), comprende una sonda di prelievo riscaldata in acciaio con anima in quarzo, in testa alla quale sono collocati due cicloni con taglio granulometrico (D 5% ) di 1 µm e 2,5 µm, rispettivamente. A valle della sonda è posizionato un misuratore di pressione differenziale Venturi alloggiato in una scatola riscaldata per la misurazione della portata di gas aspirato. Procedendo lungo la linea è collocato l apparato di diluizione (Figura 2.2) costituito da una camera di residenza in acciaio rivestita internamente in teflon ( =12 mm, L=559 mm) ed attrezzata, nella sezione terminale, con una serie di ugelli ( =95 mm) per il prelievo del gas diluito da inviare all analizzatore di polveri mediante un tubo in materiale conduttivo (Bev-A-Line XX ) e con un filtro finale in fibra di vetro ( =142 mm). La linea è dotata di due pompe, una di aspirazione del gas diluito e una di mandata dell'aria di diluizione, con rilevatori di umidità relativa e temperatura dei gas; un condizionatore ed un filtro HEPA sono adibiti al pretrattamento dell'aria di diluizione prima della sua immissione nella camera, che avviene attraverso un cono forato di miscelazione in acciaio rivestito di teflon collocato nella sezione iniziale della camera stessa. L'intero sistema è monitorato e gestito da un software, che ne regola il funzionamento attraverso un'unità di controllo. Per le misure a caldo senza diluizione è stata utilizzata sonda riscaldata (Figura 2.3) dotata di una testa di prelievo con due cicloni con taglio granulometrico (D 5% ) 1 µm e 2,5 µm. Alla sonda è associato un tubo in acciaio 316 riscaldato, che veicola il gas all analizzatore. Limitatamente ad un campionamento presso una delle utenze indagate, la misura è stata condotta utilizzando il sistema Dekati FPS-4, sviluppato per il prelievo di gas caldi senza generare fenomeni di condensazione di specie volatili e semivolatili. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 2

4 GAS IN CAMERA DI RESIDENZA CICLONI GAS DILUITO FILTRO HEPA ELPI CONDIZIONATORE Figura 2.1 Schema della linea di campionamento e diluizione. Cono di miscelazione Filtro Gas di combustione Scarico gas diluito Camera di residenza Aria di diluizione Gas diluito all ELPI Figura 2.2 Schema dell apparato di diluizione. Gas di combustione Cicloni Sonda riscaldata Gas di combustione all ELPI Figura 2.3 Schema della sonda per il prelievo a caldo dei gas. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 3

5 La linea di prelievo è integrata con un impattore elettrostatico multi stadio a bassa pressione ELPI (Electrical Low-Pressure Impactor, Dekati Ltd., Finland) (Baron et al., 25; Keskinen, 1992) per la valutazione delle presenze di materiale particolato nel flusso gassoso. L ELPI fornisce la misura in tempo reale della distribuzione dimensionale e della concentrazione in numero delle particelle aerodisperse nell intervallo compreso tra,7 µm e 1 µm. Il principio della misura si basa sulla separazione inerziale delle polveri in singoli stadi e sul conteggio delle particelle raccolte in ogni stadio tramite il segnale elettrico prodotto dal deposito delle particelle stesse sul supporto di separazione, registrato da un elettrometro e tradotto, tramite il software, in una distribuzione di correnti convertita successivamente nelle distribuzioni di interesse (numero, superficie, massa). ELPI è composto da tre unità principali (Fig. 2.4): un caricatore unipolare, un impattore a cascata, ed un elettrometro multicanale. Il caricatore è un tubo cilindrico in acciaio al cui interno è posto in posizione centrale un elettrodo ad ago in tungsteno cui è applicato un elevato potenziale elettrico (5 kv±1kv). Le particelle presenti nel flusso gassoso introdotto ortogonalmente al campo elettrico sono caricate dagli ioni positivi generati per effetto corona. L intensità del flusso di ioni è regolato dalla corrente elettrica applicata (1 µa). L impattore utilizzato per la classificazione granulometrica delle particelle è composto da 11 stadi in cascata posti in ordine decrescente di diametro di taglio (D5%) ed integrato con un filtro finale a valle dell ultimo stadio. Una portata di gas viene aspirata da un apposita pompa ad una portata di 9,79 lpm; la pressione decresce lungo la colonna fino ad un valore di 1 mbar in corrispondenza del filtro finale e le particelle sono separate per inerzia sui piatti di ciascuno stadio, opportunamente sagomato. Ogni stadio, ad eccezione del primo che ha la funzione di trattenere il materiale particolato con diametro aerodinamico superiore a 1 µm, è munito di un elettrometro per la trasmissione del segnale elettrico registrato sul piatto. Il materiale particolato raccolto su un apposito substrato posto sul piatto è disponibile per ulteriori indagini di microscopia e speciazione chimica. Durante la campagna di misura sono stati utilizzati alternativamente substrati in alluminio (Dekati CF-3, = 25 mm) trattati con un grasso speciale (Dekati DS-515) al fine di evitare fenomeni di rimbalzo delle particelle sui piatti, o substrati in policarbonato (Whatman Nuclepore, = 25 mm), con il filtro finale in fibra di vetro (PALLFLEX EMFAB TX4HI2-WW). Per l esecuzione delle prove a caldo senza diluizione è necessario riscaldare lo strumento per evitare la formazione di condense, modificandone la configurazione mediante un apposito kit. Il caricatore e l impattore vengono estratti dalla sede originaria, e avvolti in apposite coperture riscaldate in grado di mantenere la temperatura desiderata (figura 2.5). Le principali caratteristiche operative dello strumento, in termini del diametro di taglio (D5%) delle classi dimensionali per la misura a freddo ad a caldo e dell intervallo delle concentrazioni rilevabili per ogni stadio, sono sintetizzate in tabella 2.1. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 4

6 Tabella 2.1 Principali caratteristiche operative dell impattore ELPI. Stadio D 5%@21,5 C (µm) D 5%@ 15 C (µm) (a freddo) ( a caldo) Concentrazione (cm -3 ) 13 9,98 1, ,2 4,18, ,41 2,49, ,61 1,66, ,955,971, ,618,617 1, ,385, ,264, ,157, ,93, ,55, ,28, Filtro,7, Figura 2.4: Schema generale dell impattore a bassa pressione ELPI. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 5

7 (a) (b) Figura 2.5: ELPI nelle configurazione per i prelievi con diluizione (a) ed a caldo (b). Le modalità di esecuzione delle prove con diluizione prevedono il prelievo del gas a portata costante attraverso un ugello opportunamente dimensionato per mantenere il campionamento il più possibile vicino alle condizioni isocinetiche: il valore della portata di aspirazione è determinato a seconda dell esigenza di funzionamento dei due cicloni in serie e misurata dal Venturi. Al fine di evitare la formazione di condense tutta la linea viene mantenuta ad una temperatura di 5-1 C al di sopra della temperatura rilevata nel punto di prelievo del gas. Il campione raggiunge quindi la sezione di miscelazione dove l aria di diluizione, condizionata al fine di regolare temperatura ed umidità relativa (T<29 C, RH < 55%) e filtrata mediante un filtro HEPA, viene pompata attraverso il cono di miscelazione. La scelta dei rapporti di diluizione (RD) è legata alle esigenze di funzionamento del sistema ed ha portato all'utilizzo di RD nell'intervallo volte la portata di gas combusto aspirata. Il gas miscelato passa quindi nella camera di residenza, dove rimane per un tempo variabile fra circa 2 sec e,5 sec a seconda del livello di diluizione applicato: in corrispondenza della sezione di uscita della camera stessa, il gas viene successivamente prelevato con una portata di 1 l min -1 ed inviato all impattore. La restante frazione del flusso attraversa il filtro finale, che raccoglie il particolato fine (dp < 2,5 µm) primario e quello formatosi a seguito di fenomeni di condensazione, e viene aspirato in coda alla linea. Le temperature sul filtro sono variabili in relazione alla temperatura dei gas combusti ed alla temperatura dell aria di diluizione, con valori compresi fra 22 e 39 C. Per quanto riguarda invece le prove a caldo, il flusso aspirato deve essere mantenuto alla temperatura di prelievo lungo tutta la linea di campionamento. A tal fine la sonda dedicata viene riscaldata ad una temperatura di circa 5-1 C superiore a quella del gas prelevato, così come il tubo in acciaio e l impattore ELPI, utilizzando per quest ultimo le coperture di riscaldamento illustrate in precedenza. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 6

8 Il complesso delle prove è stato condotto con una risoluzione temporale di acquisizione dei dati di 1 sec, ad eccezione delle prove di lunga durata (t > 5 ore), per le quali si è adottata una risoluzione di 6 sec. 2.2 Impianti oggetto dell indagine La prima fase dello studio, sviluppata presso i laboratori della Stazione Sperimentale per i Combustibili, ha interessato la combustione di legna (pellet), gasolio e gas naturale in impianti di media taglia per la produzione di energia termica ad uso civile. Per la combustione di pellet è stata utilizzata una caldaia Kob Pyrot di tipo avanzato da 1 kw di potenza, con camera di combustione cilindrica con fiamma a rotazione per una miscelazione ottimale dei gas di combustione (Figura 2.6-a) ed equipaggiata con un depolveratore centrifugo assiale. La combustione di gasolio da riscaldamento e gas naturale di rete è stata condotta su una caldaia Ravasio TRM15 a due giri di fumo di potenzialità termica di 15 kw, che può essere ritenuta rappresentativa del parco caldaie attualmente in uso nel settore civile per la produzione di energia termica (Figura 2.6-b). Alla caldaia sono stati abbinati un bruciatore bistadio CUENOD mod. C24 H21 per la combustione di gasolio da riscaldamento ed un bruciatore bistadio F.B.R. mod. Gas X4/2 CE per la combustione di gas naturale. Per la combustione di pellet e di gasolio sono stati indagati due regimi di funzionamento (carico nominale e carico ridotto), agendo rispettivamente tramite la riduzione diretta del carico termico per il pellet e di quella della portata d aria per il gasolio, a causa dell impossibilità di modificare la portata del combustibile alimentato. La composizione e le principali caratteristiche chimico-fisiche dei combustibili utilizzati durante le prove sono riportate nelle Tabelle (a) (b) Figura 2.6 Schema della caldaia a pellet Kob-Pyrot (a) e della caldaia Ravasio (b) utilizzate nell indagine. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 7

9 Tabella 2.2 Composizione e caratteristiche chimico-fisiche del pellet utilizzato durante le prove. PELLET Umidità (%) 7,8 Ceneri (%),3 Cloro (%) <,1 Zolfo (%),3 Carbonio (% m/m) 46,4 Idrogeno (% m/m) 5,5 Azoto (% m/m),2 P.C.S. (kcal/kg) 4487 P.C.I. (kcal/kg) 416 ANALISI DELLE CENERI (Elementi come ossidi) Alluminio (%) <,1 Calcio (%) 4,91 Ferro (%),5 Potassio (%) 12,14 Magnesio (%) 5,1 Manganese (%) 3,64 Sodio (%),97 Silicio (%) 3,66 Fosforo (%) 1,56 Tabella 2.3 Composizione e caratteristiche chimico-fisiche del gasolio utilizzato durante le prove. GASOLIO DA RISCALDAMENTO Acqua e sedimenti (% vol.) <,5 Viscosità a 4 C (mm 2 /s) 255 Zolfo (% m/m),93 Nichel (mg/kg) < 5 Vanadio (% mg/kg) < 5 Carbonio (% m/m) 86,6 Idrogeno (% m/m) 13,2 Azoto (% m/m) <,2 P.C.S. (kcal/kg) 1853 P.C.I. (kcal/kg) 1186 S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 8

10 Tabella 2.4 Composizione del gas naturale utilizzato durante le prove. GAS NATURALE Elio (% molare),2 CO 2 (% molare) 1,4 Etano (% molare) 4,23 O 2 +Argon (% molare),1 Azoto (% molare) 2,36 Metano (% molare) 89,74 Propano (% molare),93 i-butano (% molare),16 n-butano (% molare),13 i-pentano (% molare),4 n-pentano (% molare),3 Esani e idrocarburi sup. (% molare),7 P.C.S. (kcal/m 3 n ) 9758 P.C.I. (kcal/ m 3 n ) 8791 Le indagini sulle attività di termovalorizzazione di rifiuti sono state eseguite con tre campagne di prova, condotte rispettivamente sugli impianti di Milano, Brescia e Bologna. L impianto Silla2 di Milano (Figura 2.7) è caratterizzato da 3 linee di combustione dotate di letto di combustione a griglia mobile. La linea 2, oggetto d indagine, è dotata di una sistema di depurazione degli effluenti gassosi che comprende un elettrofiltro, un reattore di abbattimento a secco dei gas acidi e diossine con iniezione di bicarbonato di sodio e carbone attivo, un filtro a maniche in Gore-Tex operante ad una temperatura fumi di circa C ed un reattore SCR a bassa temperatura (18 C) posizionato in coda alla linea per la riduzione degli ossidi di azoto. Le analisi dei fumi fornite dal sistema di monitoraggio in continuo delle emissioni durante i periodi di prova (Tabella 2.5) mostrano valori medi di particolato di circa,6 mg/m n 3, temperatura fra i 122 C e i 126 C, un tenore di ossigeno che si mantiene sull 8,7% ed un umidità intorno al 15-16%. I macroinquinanti mostrano valori stabili ad eccezione di alcuni episodi di concentrazione semioraria di acido cloridrico sopra i 4 mg/m n 3 rispetto ad un valor medio di 2,5 mg/m n 3. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 9

11 Iniezione reagenti Elettrofiltro SCR Filtri a maniche Figura 2.7 Configurazione impiantistica del termovalorizzatore Silla 2 di Milano. Tabella 2.5 Valori medi, minimi e massimi dei parametri e degli inquinanti rilevati durante le prove dal sistema di monitoraggio in continuo delle emissioni dell impianto Silla2. HCl mg/m n 3 CO mg/m n 3 NO X mg/m n 3 NH 3 mg/m n 3 SO X mg/m n 3 PTS mg/m n 3 O 2 % vol. Umidità % vol. T C Media 2,5 6,3 42,7 1,1,4,6 8,7 16,1 125 Max 5,1 8,1 55,6 1,2,6,7 8,8 16,6 126 Min 1,8 4,5 31,9 1,,2,4 8,5 15,3 122 L impianto di Brescia è composto da 3 linee di cui due dedicate alla combustione di rifiuti urbani ed una alla combustione di biomasse. I campionamenti sono stati condotti sulla linea 2 (Figura 2.8), alimentata con rifiuti urbani e costituita da una camera di combustione a griglia mobile ed una linea fumi così configurata: reattore catalitico SCR in posizione High-Dust ad alta temperatura, reattore a secco per l abbattimento dei gas acidi e delle diossine con iniezione di calce e carbone attivo e filtro a maniche finale in Ryton- Rastex, operante ad una temperatura di circa C. Durante l esecuzione delle prove i dati del sistema di monitoraggio delle emissioni (Tabella 2.6) mostrano valori di particolato totale tra,3 e,5 mg/m n 3, una temperatura fumi di circa 131 C ed un umidità dei fumi che si mantiene in media intorno al 14,5%. Fra i macroinquinanti si evidenziano concentrazioni di acido cloridrico tra 1.8 e 6.5 mg/m n 3, e presenze di ammoniaca comprese tra 3.7 e 11.6 mg/m n 3. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 1

12 SCR Iniezione reagenti Filtri a maniche Figura 2.8 Configurazione impiantistica del termovalorizzatore di Brescia. Tabella 2.6 Valori medi, minimi e massimi dei parametri e degli inquinanti rilevati durante le prove dal sistema di monitoraggio in continuo delle emissioni dell impianto di Brescia. HCl mg/m n 3 CO mg/m n 3 NO X mg/m n 3 NH 3 mg/m n 3 SO X mg/m n 3 PTS mg/m n 3 O 2 % vol. Umidità % vol. T C Media 4,6 14,2 62,2 6,3 1,7,3 1,5 14,5 131 Max 6,5 73,5 78,9 11,6 7,3,5 1,8 15,8 132 Min 1,8 7,1 23,8 3,7,1,3 1,1 12, 129 L impianto di Bologna è costituito da 2 linee così strutturate: camera di combustione con letto a griglia mobile, torre di raffreddamento ad acqua nebulizzata (quencher), reattore a secco con iniezione di sorbalite (una miscela di calce e carbone attivo), filtri a maniche in Ryton-Rastex operanti ad una temperatura fumi di circa 15 C, torre di lavaggio bistadio acido-neutro, e reattore catalitico SCR in coda che opera ad una temperatura fumi di circa 25 C (Figura 2.9). I dati registrati dal sistema di monitoraggio in continuo durante il periodo di esecuzione dei campionamenti (Tabella 2.7) mostrano valori costanti di particolato intorno a livelli di circa,3 mg/m n 3 ed una temperatura dei fumi intorno ai 128 C. L umidità presenta valori medi di circa 16,7%, con alcuni episodi superiori al 18%, ed appare collocarsi su livelli leggermente superiori rispetto a quelli degli altri due impianti, in linea con quanto atteso dalla presenza di unità di trattamento ad umido dei fumi. Gli ossidi di zolfo si mantengono mediamente su valori di,7 mg/m n 3, presentando talvolta dei picchi di concentrazione media semioraria fino a 2 mg/m n 3, mentre l acido cloridrico appare sistematicamente inferiore ai limiti di rilevabilità. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 11

13 Iniezione sorbalite Filtri a maniche Torre di raffreddamento SCR Torre di lavaggio Figura 2.9 Configurazione impiantistica del termovalorizzatore di Bologna. Tabella 2.7 Valori medi, minimi e massimi dei parametri e degli inquinanti rilevati durante le prove dal sistema di monitoraggio in continuo delle emissioni dell impianto di Bologna. HCl mg/m n 3 CO mg/m n 3 NO X mg/m n 3 NH 3 mg/m n 3 SO X mg/m n 3 PTS mg/m n 3 O 2 % vol. Umidità % vol. T C Media,4 11,4 69,5 2,4,7,3 1,3 16,7 128 Max,24 6,4 15,7 3,6 19,7,4 12,7 18,7 133 Min < l.ril. 4,9 27,1 1,3 < l.ril.,3 8,7 14, RISULTATI SPERIMENTALI Le principali acquisizioni del complesso delle indagini sperimentali sono illustrate nei paragrafi seguenti, disaggregate per tipologia di utenza (impianti termici civili, termovalorizzatori). Nella descrizione dei risultati ottenuti per le distribuzioni dimensionali in numero del particolato, con il termine di frazione ultrafine e nanopolveri si sono indicate, rispettivamente, le particelle di diametro aerodinamico inferiore a,1 µm (1 nm) ed a,5 µm (5 nm). 3.1 Impianti termici civili Le campagne di indagine sugli impianti civili (Tabella 3.1) comprendono 37 prove sulla caldaia a pellet, 38 prove su quella a gasolio e 2 prove dedicate al gas naturale, S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 12

14 eseguite nel periodo maggio 27 - marzo 28. Le prove sono state condotte adottando rapporti di diluizione variabili tra 15 e 5 ed operando in due diversi regimi di esercizio per le caldaie a pellet ed a gasolio. Per tutte e tre le utenze sono stati anche eseguiti i corrispondenti prelievi a caldo, ed è stata valutata anche la presenza di particolato ultrafine nell aria ambiente. Tabella 3.1 Calendario delle prove eseguite sulle caldaie civili. Caldaia Combustibile Data Tipo prova Regime caldaia Prova Kob Pyrot Pellet 28/5/27 Diluizione Carico nominale 1-7 1/6/27 Diluizione Carico nominale /7/27 Diluizione Carico nominale /7/27 Diluizione Carico nominale /7/27 Diluizione Carico nominale /7/27 Diluizione Carico nominale /7/27 Diluizione Carico nominale 31 26/7/27 Diluizione Carico ridotto /9/27 Diluizione Carico nominale 34 19/9/27 Diluizione Carico ridotto 35 12/1/27 Diluizione Carico nominale Ravasio Gasolio 14/12/27 Diluizione Carico nominale /12/27 Diluizione Carico ridotto /12/27 Diluizione Carico nominale 13 27/12/27 Diluizione Carico nominale /1/28 Diluizione Carico nominale /1/28 Diluizione Carico nominale 18 5/2/28 Diluizione Carico nominale /2/28 Diluizione Carico ridotto /2/28 Diluizione Carico nominale /2/28 Diluizione Carico ridotto /2/28 A caldo Carico nominale 37 14/2/28 A caldo Carico ridotto 38 Gas naturale 29/2/28 Diluizione Carico nominale 1 26/3/28 Diluizione Carico nominale 2 I risultati delle prove sulla combustione del pellet in regime di carico nominale (Figura 3.1) mostrano valori medi di concentrazione pari a 4,5 1 7 cm -3 a bassi rapporti di diluizione (RD=15-2), 3,8 1 7 cm -3 a medi rapporti di diluizione (RD = 25-35) e 5,2 1 7 cm -3 a rapporti di diluizione elevati (RD=4-5). La moda delle distribuzioni è localizzata in corrispondenza del diametro pari a,72 µm (Figura 3.2), con la frazione granulometrica del particolato ultrafine che costituisce circa il 95% della concentrazione totale misurata (Figura 3.3). Le misure non appaiono particolarmente influenzate dall entità della diluizione applicata, con le emissioni che presentano caratteristiche del tutto confrontabili tanto in termini di concentrazioni che delle caratteristiche dimensionali delle distribuzioni. Rispetto al regime nominale di funzionamento, i rilevamenti a carico S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 13

15 termico ridotto mostrano una leggera riduzione delle concentrazioni, collocate su un valor medio di 2,2 1 7 cm -3 (Figura 3.4), ed un corrispondente apprezzabile spostamento delle distribuzioni dimensionali verso granulometrie più elevate: la frazione di particolato ultrafine si riduce sino al 66% (Figura 3.5), con un contestuale aumento della moda sino a valori collocati intorno a,2 µm (Figura 3.2). Tale acquisizione, confermata dai risultati di analoghe indagini condotte su impianti simili (Bäfver, 28), indica che l esercizio della caldaia in queste condizioni sembra generare un minor numero di particelle ultrafini, probabilmente in virtù della presenza di particelle grossolane di origine primaria derivanti da condizioni di combustione non ottimale e in grado di comportarsi da nuclei di condensazione. Le concentrazioni misurate durante le prove a caldo, eseguite sul gas tal quale senza diluizione, sono risultate superiori al limite di rilevabilità strumentale dell impattore (2 1 7 cm -3 ). Come era ragionevole attendersi, i livelli di particolato risultano infine decisamente superiori rispetto a quelli rilevati nell aria ambiente, che presentano un valor medio pari a 2,9 1 4 cm -3 (Figura 3.4). Contrariamente al caso della combustione del pellet, i livelli di particolato misurati allo scarico della caldaia a gasolio in condizioni di carico nominale mostrano un apprezzabile dipendenza dal rapporto di diluizione utilizzato. Le concentrazioni (Figura 3.6) crescono da un valor medio di 8,6 1 6 cm -3 per i rapporti di diluizione più elevati (RD=4-5), a 2,2 1 7 cm -3 per rapporti di diluizione intermedi (RD=25-35) fino a 6,7 1 7 cm -3 per le diluizioni più ridotte (RD=15-2), mentre non si osservano analoghe variazioni nella distribuzione dimensionale del particolato, con le particelle ultrafini che incidono per oltre il 99% sul totale (Figura 3.7) e la moda localizzata in corrispondenza di un diametro di circa,2 µm (Figura 3.8) per tutte le diluizioni esplorate. Le differenze rilevate nelle concentrazioni appaiono riconducibili all effetto dell entità della diluizione nel ridurre progressivamente la pressione parziale delle componenti semivolatili, sfavorendo in tal modo la formazione per fenomeni di condensazione delle frazioni ultrafini (Easter et al., 1994; Lighty, 2; Ninga et al., 24). Le acquisizioni dei prelievi a caldo, che mostrano concentrazioni medie pari ad 1,3 1 6 cm -3, evidenziano altresì il ruolo della frazione condensabile sulle emissioni del particolato, con un incremento nelle presenze rilevate nelle prove a freddo compreso tra circa 7 volte per le diluizioni più elevate sino a 52 volte per quelle più ridotte. Le prove in condizioni di carico ridotto presentano concentrazioni sostanzialmente indipendenti dalla diluizione applicata, con valori medi pressoché costanti tra 1,1 1 7 cm -3 e 1,7 1 7 cm -3 (Figura 3.9); le distribuzioni dimensionali mostrano uno spostamento verso granulometrie più elevate, con un contributo delle frazioni ultrafini che si riduce al 92% - 95% (Figura 3.1) ed un corrispondente leggero incremento della moda sino a,7 µm (Figura 3.8). I risultati paiono così confermare le acquisizioni della caldaia a pellet nell indicare, in condizioni di combustione non ottimale, una maggior presenza di particelle primarie che fa prevalere fenomeni di condensazione eterogenea su nuclei già presenti rispetto a quelli di nucleazione omogenea di specie semivolatili. Come già illustrato per il regime a carico nominale, anche in condizioni di carico ridotto le prove a caldo evidenziano l incremento S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 14

16 delle concentrazioni associato alla componente condensabile (Figura 3.9), peraltro collocato su livelli più modesti. In linea con quanto atteso dalla tipologia della combustione, in tutte le condizioni di prova e per entrambi i regimi di esercizio della caldaia le concentrazioni rilevate sono infine largamente superiori ai valori misurati nell aria ambiente. Le acquisizioni della combustione del gas naturale risultano, ovviamente, in livelli emissivi decisamente inferiori rispetto a quelli degli altri combustibili. I risultati indicano una concentrazione media di 4,5 1 3 cm -3 per un rapporto di diluizione pari a 15 volte (Figura 3.11), un ordine di grandezza inferiore rispetto a quella presente nell aria ambiente, mentre per diluizioni superiori si registrano valori inferiori ai limiti di rilevabilità strumentale. La distribuzione dimensionale (Figura 3.12) appare fortemente caratterizzata dalla presenza di particelle ultrafini e nanopolveri, con una moda collocata in corrispondenza di,2 µm (Figura 3.13). Le modestissime presenze rilevate durante le prove con diluizione hanno suggerito di non procedere con le misurazioni a caldo sul gas tal quale. Le principali acquisizioni ricavate dal complesso delle prove eseguite sulle utenze termiche civili sono sintetizzate comparativamente in Tabella E+9 IQR media min max mediana Concentrazione numerica di particelle (cm -3 ) 1.E+8 1.E+7 4.5E+7 3.8E+7 5.2E+7 1.E Rapporto di diluizione Figura 3.1 Concentrazioni di particelle (cm -3 ) misurate dalla caldaia a pellet in condizioni di carico nominale. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 15

17 12 12 dn/dlogdp [1 6 /cm 3 ] dn/dlogdp [1 6 /cm 3 ] ,1,1 1, 1,,1,1 1, 1, Dp [µm] Dp [µm] RD=3, carico nominale RD=3, carico ridotto Figura 3.2: Distribuzione granulometrica del numero di particelle emesse dalla combustione di pellet rilevate nei due regimi di esercizio della caldaia. 1%.7<dp<.5.4<dp<.1.1<dp<1 Frazione numerica (%) 8% 6% 4% 2% % 74% 73% 68% 28% 19% 19% 6% 7% 5% Rapporto di diluizione Figura 3.3 Frazione in numero di particelle (%) misurata dalla caldaia a pellet in condizioni di carico nominale. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 16

18 IQR media min max mediana 1.E+9 Aria ambiente Carico nominale Carico ridotto Concentrazione numerica di particelle (cm -3 ) 1.E+8 1.E+7 1.E+6 1.E+5 2.9E+4 3.8E+7 2.2E+7 1.E+4 Aria ambiente 3 3 Rapporto di diluizione Figura 3.4: Concentrazioni di particelle (cm -3 ) misurate dalla caldaia a pellet in condizioni di carico nominale e carico ridotto (RD=3) e nell aria ambiente durante l esecuzione delle prove. 1%.7<dp<.4.4<dp<.12.12<dp<1 Frazione numerica (%) 8% 6% 4% 2% 2% 73% 7% \ 5% 61% 34% % Carico nominale Carico ridotto Regime di funzionamento della caldaia Figura 3.5: Frazione in numero di particelle (%) misurata dalla caldaia a pellet per i due regimi di esercizio indagati. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 17

19 IQR media min max mediana 1.E+9 Aria ambiente Fumi a caldo Fumi con diluizione Concentrazione numerica di particelle (cm -3 ) 1.E+8 1.E+7 1.E+6 1.E+5 2.9E+4 1.3E+6 6.7E+7 2.2E+7 8.6E+6 1.E+4 Aria ambiente Rapporto di diluizione Figura 3.6: Concentrazioni di particelle (cm -3 ) misurate dalla caldaia a gasolio nell esercizio a carico nominale. Frazione in numero (% 1% 8% 6% 4% 2% %,7<dp<,5,5<dp<,1,1<dp<1µm 97% 96% 89% 74% 23% 1% 3% 2% 1% 4% % 1% Rapporto di diluizione Figura 3.7: Frazione in numero di particelle (%) misurata dalla caldaia a gasolio nell esercizio a carico nominale. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 18

20 12 12 dn/dlogdp [1 6 /cm 3 ] dn/dlogdp [1 6 /cm 3 ] Dp [µm] Dp [µm] RD=3, carico nominale RD=3, carico ridotto Figura 3.8: Distribuzione dimensionale del numero di particelle emesse dalla combustione di gasolio nei due regimi di esercizio della caldaia. IQR media min max mediana 1.E+8 Aria ambiente Fumi a caldo Fumi con diluizione Concentrazione numerica di particelle (cm -3 ) 1.E+7 1.E+6 1.E+5 2.9E+4 6.E+6 1.1E+7 1.7E+7 1.6E+7 1.E+4 Aria ambiente Rapporto di diluizione Figura 3.9: Concentrazioni di particelle (cm -3 ) misurate dalla caldaia a gasolio nell esercizio a carico ridotto. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 19

21 Frazione in numero (% 1% 8% 6% 4% 2% %,7<dp<,5,5<dp<,1,1<dp<1µm 64% 56% 52% 51% 44% 4% 39% 3% 6% 9% 5% 4% Rapporto di diluizione Figura 3.1: Frazione in numero di particelle (%) misurata dalla caldaia a gasolio nell esercizio a carico ridotto. 6 IQR mediana media min max Concentrazione numerica di particelle (cm -3 ) Aria ambiente Fumi con diluizione Tipo di prova Figura 3.11: Concentrazione di particelle (cm -3 ) misurate dalla caldaia a gas naturale. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 2

22 ,7<dp<,5,5<dp<,1,1<dp<1µm 1% Frazione in numero (% 8% 6% 4% 2% 68% 21% 11% % 15 Rapporto di diluizione Figura 3.12: Frazione in numero di particelle (%) misurata dalla caldaia gas naturale. dn/dlogdp [1 /cm 3 ] Dp [µm] Figura 3.13: Distribuzione dimensionale del numero di particelle emesse dalla combustione di gas naturale. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 21

23 Utenza Tabella 3.2: Sintesi dei risultati ottenuti nelle prove sulle utenze termiche civili. Condizione di campionamento-regime di esercizio caldaia Diluizione-carico nominale Concentrazione (cm -3 ) Fraz.<,1µm(%)/ Fraz.<,5µm(%) Moda (µm) Pellet / 19-28,72 Diluizione-carico ridotto /,24 Diluzione-carico nominale > 99 / 89-97,21 Gasolio Diluizione-carico ridotto / 4-56,72 A caldo-carico nominale / 74,54 A caldo-carico ridotto 6 94 / 64,54 Gas naturale Diluizione-carico nominale / 68,21 Aria ambiente / 64, Impianti di termovalorizzazione di rifiuti urbani Le campagne di indagine hanno interessato i tre impianti di Milano, Brescia e Bologna, rappresentativi delle più moderne installazioni nell attuale contesto tecnologico ed equipaggiati con sistemi di depurazione allineati alle MTD di settore per il controllo spinto di inquinanti convenzionali (particolato, gas acidi, ossidi di azoto) e sostanze in traccia (metalli, diossine). L indagine sull impianto Silla2 di Milano è stata realizzata sulla linea 2, durante una settimana di campionamento nella quale sono state condotte 14 prove (Tabella 3.3) così suddivise: - 11 prove dedicate alle misure con la linea di prelievo e diluizione a freddo; - 1 prova per la misura a caldo senza diluizione; - 1 prova per la misura delle concentrazioni nell aria ambiente del sito di campionamento. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 22

24 Tabella 3.3: Calendario dei campionamenti eseguiti presso l impianto Silla2. Prova Data Ora Sorgente Tipo prova RD 1 31/3/ Linea 2 Diluizione /3/ Linea 2 Diluizione /3/8 16: Linea 2 Diluizione /3/ Linea 2 Diluizione /3/ Linea 2 Diluizione /4/ Aria ambiente /4/ Linea 2 Diluizione 2 8 1/4/ Linea 2 Diluizione 2 9 1/4/ Linea 2 Diluizione /4/ Linea 2 Diluizione /4/ Linea 2 Diluizione /4/ Linea 2 Diluizione /4/ Linea 2 A caldo Il complesso delle misure indica livelli di concentrazione che non appaiono particolarmente influenzati dall entità della diluizione (Figura 3.14), con valori medi pressoché costanti di circa 11 cm -3 per rapporti di diluizione medio-bassi (RD=15-35) ed un lieve incremento sino a 17 cm -3 per le diluizioni più elevate (RD=4-55). Analoghe osservazioni sono ricavabili dai risultati dei rilevamenti disaggregati per singole prove a rapporto di diluzione costante (Figura 3.15) che, pur con un leggero ampliamento dell intervallo di variabilità tra i valori medi, compresi tra circa 7 cm -3 e 2 cm -3, non presentano tendenze identificabili con la diluizione stessa. Il prelievo a caldo fornisce un valore di concentrazione pari a circa 28 cm -3 (Figura 3.14), più basso rispetto ai livelli medi rilevati nelle prove con diluizione e confermando, come già per le utenze civili, la formazione di polveri di origine condensabile ad opera della diluizione stessa: gli incrementi osservati, in termini dei rapporti tra le rispettive concentrazioni, variano tra circa 4 volte per le basse diluizioni (RD=15-2) e 6 volte per quelle più elevate (RD=4-55). Ciò nonostante, le concentrazioni medie rilevate appaiono collocate su livelli inferiori a quelli misurati nell aria ambiente, caratterizzata da presenze pari a circa 32 cm -3 (Figura 3.14): tale risultato rappresenta un acquisizione particolarmente importante, soprattutto se inquadrato comparativamente con il contesto rilevato per le caldaie civili a pellet e gasolio che mostrano, a tal proposito, risultati diametralmente opposti. Le distribuzioni dimensionali mostrano frazioni di particelle ultrafini pari al 95%- 97%, senza particolari variazioni con il rapporto di diluizione né rispetto al prelievo a caldo (Figura 3.16): le presenze di nanoparticelle appaiono relativamente consistenti, con frazioni comprese tra l 8% ed il 93% circa passando dai bassi agli alti rapporti di diluizione e dell 86% nel prelievo a caldo. Le distribuzioni sono generalmente S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 23

25 caratterizzate da una moda collocata nell intervallo delle nanoparticelle, anche se non mancano situazioni di bimodalità (Figura 3.17) con la presenza di una seconda moda più grossolana. Le variazioni appaiono riconducibili alla notevole sensibilità che presentano le caratteristiche modali delle distribuzioni rispetto ad oscillazioni anche molto modeste nelle caratteristiche dei gas emessi, tipiche del regime di esercizio degli impianti a piena scala alimentati con materiali relativamente eterogenei come i rifiuti. A titolo illustrativo dei potenziali effetti in tal senso, la Figura 3.18 riporta un esempio dell evoluzione delle concentrazioni istantanee di particolato (tempi di acquisizione di 1 sec) misurate durante l esecuzione di due prove. IQR media min max mediana 5 Aria ambiente Fumi a caldo Fumi con diluizione Concentrazione numerica di particelle (cm -3 ) Aria ambiente Rapporto di diluizione Figura 3.14: Concentrazioni di particelle (cm -3 ) rilevate alle emissioni dell impianto Silla2 per i diversi intervalli dei rapporti di diluizione e nell aria ambiente. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 24

26 IQR media min max mediana 45 4 A caldo Diluizione Concentrazione numerica di particelle (cm -3 ) (14) 15 (5) 2 (1) 2 (7) 2 (8) 2 (1) 35 (2) 35 (13) 4 (3) 45 (12) 55 (4) 55 (9) Rapporto di diluizione (cod.prova) Figura 3.15: Concentrazioni di particelle (cm -3 ) rilevate per singoli valori del rapporto di diluizione nelle prove sull impianto Silla2. Frazione in numero (% 1% 8% 6% 4% 2% % 86% 9%,7<dp<,5,5<dp<,1,1<dp<1µm 93% 84% 79% 16% 12% 5% 5% 4% 4% 3% Rapporto di diluizione Figura 3.16: Frazione in numero di particelle (%) misurata a diversi intervalli del rapporto di diluizione presso l impianto Silla2. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 25

27 dn/dlogdp [1 /cm 3 ] Dp [µm] dn/dlogdp [1 /cm 3 ] Dp [µm] Prova n.1, diluizione (RD=2, C=1916 cm -3 ) Prova n.2, diluizione (RD=3, C=1767 cm -3 ) dn/dlogdp [1 /cm 3 ] Dp [µm] dn/dlogdp [1 /cm 3 ] Dp [µm] Prova n.7, diluizione (RD=2, C=11295 cm -3 ) Prova n.13, a caldo (RD=, C=2812cm -3 ) Figura 3.17: Distribuzioni dimensionali del numero di particelle emesse dall impianto Silla2. Conc. numerica di particelle (cm -3 ) RD 2 RD Figura 3.18: Andamento delle concentrazioni istantanee di particelle (tempo di acquisizione = 1 sec) misurate sull impianto Silla2 durante due prove con diversi rapporti di diluizione. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 26

28 L indagine sull impianto di Brescia ha interessato la linea 2 ed è stata anch essa eseguita durante una settimana di campionamento, nella quale sono state condotte 11 prove (Tabella 3.4) così strutturate: - 1 prove dedicate alle misure con la linea di prelievo e diluizione a freddo; - 1 prova per la misura delle concentrazioni nell aria ambiente del sito di campionamento. La prova con prelievo a caldo, pur essendo stata eseguita, non ha fornito risultati utilizzabili per alcune problematiche tecniche nel funzionamento dell impattore ELPI che hanno reso impossibile la misura delle concentrazioni. Tabella 3.4: Calendario delle prove effettuate presso l impianto di Brescia. Prova Data Ora Sorgente Tipo prova RD 1 17/6/ Aria ambiente /6/ Linea 2 Diluizione /6/ Linea 2 Diluizione /6/ Linea 2 Diluizione /6/ Linea 2 Diluizione /6/ Linea 2 Diluizione /6/ Linea 2 Diluizione /6/ Linea 2 Diluizione /6/8-19/6/ Linea 2 Diluizione /6/ Linea 2 Diluizione /6/ Linea 2 Diluizione 4 Anche in questo caso il complesso delle misure conferma livelli di concentrazione che non mostrano significative dipendenze con l entità della diluizione applicata. I valori medi (Figura 3.19) sono compresi tra circa 4 cm -3 per rapporti di diluizione bassi e medi (RD=15-35) e 7 cm -3 per le diluizioni più elevate, mentre quelli disaggregati per singole prove a diluizione costante (Figura 3.2) si collocano in un intervallo leggermente più ampio, compreso tra 25 e 9 cm -3. Le misure in aria ambiente indicano concentrazioni medie di circa 135 cm -3 che, collocandosi su livelli superiori rispetto a quelle misurate alle emissioni dall impianto (Figura 3.19), confermano l analoga ed importante acquisizione dei rilevamenti sull impianto Silla2. Le distribuzioni dimensionali appaiono sempre fortemente caratterizzate dalla presenza delle frazioni di particolato ultrafine (Figura 3.21), che rappresentano oltre il 9% del numero complessivo, senza particolari variazioni con la diluizione: la frazione di nanoparticelle risulta ancora relativamente consistente, compresa tra il 71% per le diluizioni medie l 82% per quelle più elevate. Anche per l impianto di Brescia le distribuzioni confermano la presenza generale di una moda principale nell intervallo delle nanoparticelle, talvolta associata ad una o più mode in corrispondenza delle granulometrie più grossolane. A titolo di esempio, in Figura S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 27

29 3.22 sono illustrate una tipica distribuzione unimodale, con moda pari a,72 µm, ed una seconda distribuzione in cui è possibile evidenziare tre diametri modali pari, rispettivamente, a,21 µm,,121 µm e,49 µm. Analogamente al caso dell impianto di Milano, le variazioni rilevate sono anche in questo caso riconducibili alla sensibilità delle distribuzioni rispetto alle oscillazioni nelle caratteristiche dei gas emessi e di cui la Figura 3.23 illustra un esempio, riferito all andamento delle concentrazioni istantanee di particolato misurate in due prove. IQR media min max mediana 4 Aria ambiente Fumi con diluizione Concentrazione numerica di particelle (cm -3 ) Aria ambiente Rapporto di diluizione Figura 3.19: Concentrazioni di particelle (cm -3 ) rilevate alle emissioni dell impianto di Brescia per i diversi intervalli dei rapporti di diluizione e nell aria ambiente. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 28

30 IQR media min max mediana 4 Concentrazione numerica di particelle (cm -3 ) (6) 15 (8) 15 (9) 15 (2) 2 (1) 3 (3) 3 (7) 4 (11) 5 (4) 5 (5) Rapporto di diluizione (cod. prova) Figura 3.2: Concentrazioni di particelle (cm -3 ) rilevate per singoli valori del rapporto di diluizione nelle prove sull impianto di Brescia. Frazione in numero (% 1% 8% 6% 4% 2% %,7<dp<,5,5<dp<,1,1<dp<1µm 74% 71% 19% 2% 7% 9% 82% 13% Rapporto di diluizione Figura 3.21: Frazione in numero di particelle (%) misurate a diversi intervalli del rapporti di diluizione presso l impianto di Brescia. 5% S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 29

31 dn/dlogdp [1 /cm 3 ] Dp [µm] dn/dlogdp [1 /cm 3 ] Dp [µm] Prova n.3, diluizione (RD=3, C=479 cm -3 ) Prova n.1, diluizione (RD=2, C=3564 cm -3 ) Figura 3.22: Distribuzioni dimensionali del numero di particelle rilevate per l impianto di Brescia. Conc. numerica di particelle (cm -3 ) RD 3 RD Figura 3.23: Andamento delle concentrazioni istantanee di particelle (tempo di acquisizione = 1 sec) misurate sull impianto di Brescia durante due prove con diversi rapporti di diluizione. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 3

32 La campagna sull impianto di Bologna, eseguita sulla linea 1 nel periodo 2-5 luglio 28, ha interessato 15 prove (Tabella 3.5), così strutturate: - 1 prove con la linea di prelievo e diluizione a freddo; - 1 prova a caldo, con l utilizzo della linea dedicata FPS-4 (Dekati, Finland); - 1 prova dedicata alla misura delle concentrazioni in aria ambiente. Tabella 3.5: Calendario delle prove eseguite presso l impianto di Bologna. Prova Data Ora Sorgente Tipo prova RD 1 1/7/8-2/7/ Linea 1 Diluizione 5 2 2/7/ Aria ambiente /7/ Linea 1 Diluizione 2 4 2/7/ Linea 1 Diluizione 4 5 2/7/ Linea 1 Diluizione /7/ Linea 1 Diluizione /7/8-3/7/ Linea 1 Diluizione /7/ Linea 1 Diluizione /7/ Linea 1 Diluizione 4 1 3/7/ Linea 1 Diluizione /7/ Linea 1 A caldo /7/8-4/7/ Linea 1 Diluizione 3 Il complesso dei risultati ottenuti mostra valori medi superiori a quelli rilevati negli altri due impianti, indicando altresì una modesta tendenza all incremento per rapporti di diluizione progressivamente crescenti. Le concentrazioni medie (Figura 3.24) passano da circa 46 cm -3 per bassi rapporti di diluizione (RD=15-2) a 63 cm -3 per rapporti medi (RD=25-35) fino a 71 cm -3 per le diluizioni più elevate (RD=4-5), con i dati medi puntuali per singole prove (Figura 3.25) compresi tra circa 33 cm -3 ed 84 cm - 3. Il prelievo a caldo fornisce valori di concentrazione di circa 25 cm -3 (Figura 3.24), anch essi superiori rispetto all altro dato disponibile relativo all impianto di Milano; il confronto con i prelievi a freddo con diluizione evidenzia gli incrementi già osservati per lo stesso impianto di Milano, con rapporti tra le corrispondenti concentrazioni pari a 2 per le basse diluizioni ed a circa 3 per quelle più elevate, confermando ulteriormente la formazione di polveri di origine condensabile. Rispetto alle misure in aria ambiente, che forniscono valori medi di circa 2 cm -3, le acquisizioni indicano inoltre un incremento osservabile delle corrispondenti concentrazioni all emissione, non registrato negli altri due impianti. Pur nella complessità dei processi di formazione delle frazioni ultrafini di origine condensabile, un importante caratteristica degli impianti in grado di differenziare i risultati osservati risiede nella presenza di unità di depurazione ad umido dei fumi che, S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 31

33 determinando incrementi anche modesti nell umidità dei gas, potrebbe favorire maggiormente i fenomeni di nucleazione di speci residue presenti nel flusso depurato. Alcuni riscontri in tal senso sono reperibili da indagini sperimentali che evidenziano fenomeni di formazione di particolato nei sistemi di abbattimento ad umido, attraverso processi di nucleazione che coinvolgono le specie ossidate dello zolfo (Sinanis et al., 28; ). Per ciò che si riferisce alle distribuzioni dimensionali, anche per l impianto di Bologna le frazioni ultrafini appaiono largamente prevalenti (Figura 3.26), con frazioni superiori al 95% sia nelle prove con diluizione sia nella prova a caldo; la frazione di nanoparticelle risulta sempre relativamente consistente, crescendo dal 78% nella prova a caldo sino all 88% nelle prove a diluizione più elevata, in linea con l incremento osservato nelle presenze complessive di particolato di origine condensabile. Le distribuzioni granulometriche appaiono viceversa più uniformi, generalmente caratterizzate da un unica moda nell intervallo delle nanopolveri, localizzata intorno a,21 µm sia nelle prove con diluizione sia in quella a caldo (Figura 3.27). IQR media min max mediana 14 Aria ambiente Fumi a caldo Fumi con diluizione Concentrazione numerica di particelle (cm -3 ) Aria ambiente Rapporto di diluizione Figura 3.24: Concentrazioni di particelle (cm -3 ) rilevate alle emissioni dell impianto di Bologna per i diversi intervalli dei rapporti di diluizione e nell aria ambiente. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 32

34 1.4E+5 A caldo IQR media min max mediana Diluizione Concentrazione numerica di particelle (cm -3 ) 1.2E+5 1.E+5 8.E+4 6.E+4 4.E+4 2.E E+ (11) 15 (5) 15 (6) 15 (7) 2 (3) 2 (1) 3 (12) 4 (4) 4 (9) 5 (1) 55 (8) Rapporto di diluizione (cod. prova) Figura 3.25: Concentrazioni di particelle (cm -3 ) rilevate per singoli valori del rapporto di diluizione nelle prove sull impianto di Bologna. Frazione in numero (% 1% 8% 6% 4% 2% % 78%,7<dp<,5,5<dp<,1,1<dp<1µm 82% 84% 86% 18% 13% 1% 11% 4% 5% 6% 4% A caldo Rapporto di diluizione Figura 3.26: Frazione in numero di particelle (%) misurate a diversi intervalli del rapporti di diluizione presso l impianto di Bologna. S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 33

35 dn/dlogdp [1 /cm 3 ] Dp [µm] dn/dlogdp [1 /cm 3 ] Dp [µm] Prova n.13, diluizione (RD=2, C=53777 cm -3 ) Prova n.14, a caldo (C=24531 cm -3 ) Figura 3.27: Distribuzioni dimensionali del numero di particelle rilevate per l impianto di Bologna. Le principali acquisizioni delle prove condotte sugli impianti di termovalorizzazione sono sintetizzate in Tabella 3.6. Tabella 3.6: Sintesi comparativa dei risultati dell indagine sugli impianti di termovalorizzazione rifiuti. Impianto Milano Brescia Bologna Condizione di campionamento Diluizione A caldo Aria ambiente Diluzione Aria ambiente Diluizione A caldo Aria ambiente Concentrazione (cm -3 ) Fraz.<,1µm(%)/ Fraz.<,5µm(%) / / / / / / / / 86 Moda (µm),21 -,72,17,21,21 -,72,21,21,21,21 S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 34

36 4 CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE Le principali indicazioni che emergono dall indagine sperimentale sono così sintetizzabili: le emissioni di particolato ultrafine (PU), inteso come il materiale di dimensioni tra,7 e,l µm, appaiono in linea con la qualità del combustibile, le modalità di combustione e la presenza e configurazione delle linee di depurazione; le concentrazioni di PU rilevate all emissione dei termovalorizzatori risultano generalmente collocate sugli stessi livelli, quando non addirittura inferiori, a quelli presenti nell aria ambiente dei siti di localizzazione (Tabella 4.1). L unica eccezione è rappresentata dall impianto dotato di unità di depurazione ad umido dei fumi, nel quale il pur modesto incremento appare attribuibile al maggior contenuto di umidità del flusso gassoso. Per tutti gli impianti indagati le concentrazioni misurate risultano altresì sistematicamente inferiori di almeno due ordini di grandezza rispetto a quelle rilevate per la combustione di pellet e gasolio in caldaie civili (1 4 cm -3 contro cm -3 ) e di poco superiori a quelle prodotte dalla caldaia a gas naturale (5 1 3 cm -3 vedi Figure ); tanto nel settore delle utenze termiche civili che in quello dei termovalorizzatori, la componente condensabile presenta apprezzabili effetti nell incrementare i livelli emissivi delle PU; le distribuzioni dimensionali in numero appaiono caratterizzate dalla larga prevalenza di frazioni ultrafini e nanopolveri per tutto il complesso degli impianti indagati; Tabella 4.1: Sintesi dei risultati ottenuti nell indagine. Sorgente Concentrazione in numero (cm -3 ) A caldo Dopo diluizione e raffreddamento Termovalorizzatori Pellet n.ril. (> 2 ) Gasolio Gas naturale n.d. 45 Aria ambiente S. Cernuschi, S. Consonni e M. Giugliano pag. 35