1. Introduzione 2. Relazione

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1 Problematiche inerenti l applicazione del campionamento in continuo di PCDD/F e PCB dioxin-like alle emissioni industriali. Proposta metodologica presentata dal gruppo di lavoro UNI nell ambito dei lavori del gruppo tecnico WG1 CEN/TC 264 per l elaborazione della norma tecnica pren Marinella Vicaretti Mauro Rotatori, Ettore Guerriero, Ivano Battaglia, Rita Bravi, Gilles Campagnola, Maria Cristina Cristofori, Alfredo Gorni, Paolo Lopinto Stefano Maggi, Maurizio Migliore, Werner Tirler UNI (Ente Italiano Nazionale di Unificazione), Gruppo di lavoro 4 Qualità dell aria Riassunto In assenza di una norma tecnica di riferimento e di specifici obblighi legislativi, il campionamento in continuo delle emissioni in atmosfera di diossine e furani (PCDD/F) e policlorobifenili - dioxin like (PCB-dl), pur rappresentando un importante strumento di monitoraggio ambientale, è oggi utilizzato, in ambito comunitario e nazionale, in maniera eccessivamente flessibile e senza un protocollo di riferimento condiviso. Ciò genera difficoltà nell interpretazione e nella gestione dei dati di misura, da parte sia dei gestori sia delle autorità competenti e di controllo ambientale. Molti studi ed esperienze pratiche dimostrano, inoltre, che durante i periodi transitori di un impianto di incenerimento le emissioni di PCDD/F e PCB dl possono essere molto diverse rispetto a quelle generate durante il normale funzionamento, in termini sia di concentrazione che di flusso di massa. Nell ambito dei lavori del gruppo tecnico WG1 CEN/TC 264 per l elaborazione della parte quinta della norma EN 1948, i rappresentanti italiani del gruppo di lavoro 4 Qualità dell aria dell UNI, partendo dalla convinzione che il campionamento in continuo non possa essere utilizzato in sostituzione al metodo ufficiale manuale per la verifica del rispetto dei limiti emissivi fissati dalla vigente legislazione, hanno proposto un nuovo approccio metodologico all impiego di tale strumento. Il campionamento in continuo potrebbe essere utilizzato, infatti, per ottenere informazioni complementari sulle quantità complessive di inquinante emesse dall impianto in tutte le sue fasi operative. Il presente lavoro descrive la suddetta proposta italiana, illustrando le motivazioni tecniche e normative poste a supporto della stessa, nonché gli effetti che essa avrebbe sullo sviluppo della norma tecnica europea. Summary In the absence of specific obligations and legislative conditions, continuous PCDD/F and PCBdl sampling from industrial emissions is exercised in flexible ways and without a common procedure, both in Italy and in Europe. This can make some difficulties in interpreting measuring data, by operators and environmental authorities. Many studies and measuring experiences demonstrated that, during non-normal operative phases of the plant, dioxin emissions can be very different from the typical emissions obtained under normal operative conditions, both as concentration and mass flow rate. Within the working activities of WG1 CEN/TC 264 aimed to elaborate the part 5 of EN 1948 standard, Italian members of the working group Qualità dell aria of UNI, in assuming that continuous sampling cannot be used as alternative to the official manual sampling aimed to verify the compliance with emission limit values, proposed an innovative methodological approach to use this instrument. In fact, continuous sampling can be used to obtain additional environmental information, as total amount of pollutant emitted from the plant during all its operative phases. This article explains the Italian proposal, showing the relative technical and normative motivations and its potential effects in development of the future European standard.

2 1. Introduzione In base alla vigente normativa comunitaria e nazionale, il metodo ufficiale per la determinazione e la verifica di conformità ai limiti di legge di diossine e furani (PCDD/F) e policlorobifenili dioxin like (PCB-dl) nelle emissioni industriali in atmosfera è rappresentato dal campionamento manuale discontinuo e dalla successiva determinazione ed analisi in base alla norma tecnica EN 1948 [1] (parti prima, seconda e terza per i PCDD/F, parte quarta per i PCB-dl). Gli attuali orientamenti legislativi comunitari e nazionali hanno portato ad effettuare controlli sempre più severi sulle emissioni di tali inquinanti; i conseguenti obblighi autorizzativi hanno previsto, in Europa e in Italia, l utilizzo del campionamento a lungo termine detto anche in continuo (eseguito con strumenti automatici ormai diffusi ed affidabili), come strumento di monitoraggio, in particolare per gli impianti di incenerimento. In attesa dell elaborazione della specifica norma tecnica pren , attualmente in preparazione da parte del gruppo WG 1 CEN/TC 264, le modalità di conduzione dei campionamenti a lungo termine sono concordate tra i gestori degli impianti, le autorità competenti e le autorità di controllo, sulla base di protocolli condivisi. Tuttavia, in assenza di specifici obblighi legislativi, che individuino i limiti emissivi di PCDD/F e PCB-dl associati a lunghi periodi di campionamento e le condizioni di conformità delle misure ai suddetti limiti, nonché le modalità di controllo e di gestione dei superamenti, le difformità di utilizzo di questo tipo di campionamento possono generare difficoltà nell interpretazione e nella valutazione dei dati di misura ottenuti. Attualmente, il campionamento in continuo dovrebbe costituire per lo più uno strumento di valutazione dell andamento delle emissioni di un impianto ed essere integrato in procedure di controllo che includano sia il metodo manuale sia quello automatico. In alcuni casi, però, esso è contestualmente utilizzato per la verifica di conformità dei limiti di legge. In occasione del quindicesimo meeting del WG1, tenutosi a Stoccolma i giorni 22 e 23 giugno 2010, i rappresentanti del gruppo UNI hanno elaborato una posizione italiana che ha evidenziato come il campionamento in continuo non possa essere utilizzato per la verifica del rispetto dei limiti emissivi fissati dalla vigente legislazione. La proposta prevede che, nello sviluppo della norma, siano definiti i criteri per l utilizzo del metodo non in alternativa al metodo discontinuo, ma come strumento di controllo complementare per ottenere informazioni aggiuntive sul comportamento dell impianto. Un lungo periodo di esercizio, infatti, può comprendere periodi transitori (avvii, arresti, combustione instabile, manutenzione e malfunzionamenti), diversi dal normale funzionamento in cui generalmente sono effettuati i campionamenti discontinui. 2. Relazione A livello europeo, l esperienza più rappresentativa di utilizzo del campionamento in continuo di PCDD/F e PCB-dl è quella del Belgio, in cui questo tipo di controllo è stato imposto per gli inceneritori, nell ambito di piani di sorveglianza ambientale, ormai da dieci anni, sia nelle Fiandre sia in Vallonia. La durata dei prelievi è di 14 giorni e i risultati ottenuti vengono confrontati con il valore limite di emissione fissato dalla vigente normativa Europea (0,1 ng I-TEQ/Nm 3 ), considerato in questo caso come un valore soglia. Sono comunque obbligatorie periodiche misurazioni manuali secondo la norma EN Le autorità di controllo mettono inoltre a disposizione i dati di

3 misura tramite i rispettivi siti web ufficiali [2], [3], senza tuttavia illustrare le procedure gestionali adottate, come per esempio l eventuale interruzione del campionamento durante le fasi transitorie dell impianto. In Italia sono ormai molte le autorizzazioni integrate ambientali (AIA) che hanno prescritto l istallazione e la messa a regime di campionatori automatici di PCDD/F e PCB-dl, soprattutto nel caso di impianti di incenerimento (per i quali alcune leggi regionali hanno disciplinato e chiarito l impiego di tale strumento), ma anche per altri impianti come acciaierie, cementifici e centrali termoelettriche. In alcuni casi, nelle AIA tale misura di controllo è prescritta per la verifica del rispetto dei limiti di emissione; generalmente in questi casi sono indicati i periodi di campionamento e le frequenze delle analisi (quindicinali o mensili), ma non sempre sono previste precise modalità per la verifica del rispetto dei limiti, né specifiche indicazioni tecniche e procedure gestionali. La crescente tendenza delle autorità competenti e degli di controllo a prevedere l utilizzo di tale strumento per la verifica del rispetto dei limiti rende, pertanto, sempre più necessarie una norma tecnica universale e una specifica regolamentazione legislativa. Si richiama l attenzione sul fatto che la direttiva sulle emissioni industriali (IED Directive) [4], approvata dal Parlamento europeo il 7 luglio 2010, e in attesa dell adozione formale da parte del Consiglio, conferma quanto già fissato nella vigente direttiva sull incenerimento di rifiuti [5], in merito al controllo delle emissioni in atmosfera. Essa prevede ancora che il limite di emissione in atmosfera di diossine e furani sia riferito ad un periodo di campionamento pari a 6-8 ore e che le modalità di monitoraggio siano condotte in linea con le pertinenti norme standard CEN o altri standard internazionali nel caso queste ultime non siano disponibili (capitolo IV, Special provisions for waste incineration plants and waste co-incineration plants, che modifica e integra la Direttiva 2000/76/CE). Nel testo si legge inoltre che non appena siano disponibili nell'unione tecniche di misurazione appropriate, dovrà essere stabilita la data a decorrere dalla quale dovranno essere effettuate le misurazioni in continuo relative alle emissioni nell'atmosfera di diossine, metalli pesanti e furani. Essa tuttavia non stabilisce appropriate regolamentazioni su questa tipologia di misure, né i relativi requisiti per la verifica di conformità ai limiti. Al riguardo si evidenzia che è proprio in considerazione dell evoluzione della direttiva sull incenerimento che è nata l esigenza di elaborare la nuova norma EN , come riportato nel documento CEN/TC 264 N 1182 del 3 marzo 2008, con cui il TC 264 ha deliberato l avvio dei lavori di definizione della norma Interpretazione dei dati di misura ottenuti con il campionamento in continuo Un primo problema legato all impiego del campionamento in continuo è rappresentato dalla necessità di stabilire in maniera chiara le modalità di utilizzo del campionatore in relazione alle condizioni di esercizio dell impianto. Il significato delle misure può essere infatti molto diverso a seconda che il campionamento venga effettuato con o senza interruzioni (stand-by) durante alcune fasi operative dell impianto come i transitori o in generale i periodi di combustione instabile. Alcune AIA prescrivono, ad esempio, il campionamento in continuo di PCDD/F e PCBdl per la verifica del rispetto del valore limite, stabilendo che le misure debbano essere determinate come valori mediati sulle effettive ore di combustione. Ciò presuppone

4 che, nei periodi transitori dell impianto, lo strumento interrompa il campionamento e sia posto in condizioni di stand-by. In questo caso le misure ottenute danno informazioni sul corretto funzionamento dell impianto in condizioni stazionarie, sulle prestazioni ambientali e sull efficienza dei relativi dispositivi di abbattimento. Ciò analogamente al metodo manuale, pur essendo le informazioni ottenute con il metodo automatico riferite ad un periodo di campionamento più lungo e quindi più rappresentativo. Se lasciato costantemente in funzione, il sistema automatico potrebbe invece consentire di intercettare tutte le emissioni di inquinante; il dato di misura ottenuto indicherebbe la reale quantità di inquinante emessa nell intero periodo di campionamento (informazione rappresentativa dell impatto generato nell ambiente circostante), nonché l andamento e la gestione delle emissioni in tutte le fasi di esercizio. In entrambi i casi sopra descritti, le condizioni e i requisiti tecnici che garantiscono la qualità e la validità delle misure nelle diverse situazioni dell impianto, così come le condizioni in cui lo strumento debba essere posto in condizioni stand-by, dovrebbero essere individuati e specificati nella rispettiva norma tecnica e tali scelte sono legate al tipo di utilizzo dello strumento e quindi alle finalità della norma stessa. Le emissioni generate durante le suddette fasi transitorie assumono inoltre una particolare importanza, in quanto possono essere assai diverse rispetto a quelle caratteristiche del normale funzionamento di un impianto. Durante tali fasi (avvii, arresti, anomalie e malfunzionamenti) possono infatti verificarsi aumenti di produzione di diossine causati dalle condizioni instabili di combustione che si instaurano nel forno e dal fatto che le unità di abbattimento non operano in condizioni di regime. La formazione di diossine in questi periodi dipende anche dalla geometria e dall età degli impianti: gli inceneritori più moderni riescono meglio ad evitare condizioni sfavorevoli, assicurando per esempio adeguate temperature e tempi di residenza, un raffreddamento rapido dei fumi di combustione ed efficienti sistemi di pulizia delle superfici per evitare eventuali effetti memoria. In tale contesto sono stati condotti, a livello internazionale, diversi studi e campagne di misura. Alcune indagini dimostrano che un alta percentuale delle emissioni annuali di PCDD/F e PCB-dl è da attribuire a tali fasi transitorie e/o di combustione instabile; altri studi dimostrano invece che, nonostante tali emissioni transitorie siano maggiori rispetto a quelle caratteristiche del normale funzionamento in termini sia di concentrazione che di flusso di massa, esse rappresentano comunque un basso contributo alle emissioni totali annue, quando l impianto è ben gestito e i suddetti periodi transitori sono poco frequenti e di breve durata. In ogni caso, tutti gli studi partono dal presupposto che le emissioni durante tali fasi non siano confrontabili con quelle generate durante i periodi di normale funzionamento ma possono subire notevoli variazioni. 2.2 La posizione italiana proposta ai lavori del WG 1 CEN/TC 264 Le suddette fasi transitorie non sono generalmente monitorate durante i campionamenti manuali spot condotti sulle 6-8 ore per la verifica del rispetto dei valori limite, mentre è possibile e frequente che esse si verifichino e siano quindi osservabili su periodi di campionamento di giorni. Le motivazioni sopra esposte sono alla base della proposta del gruppo di lavoro dell UNI. Il gruppo ha infatti espresso il convincimento che tale strumento può essere utilizzato per rilevare la quantità totale di inquinante emessa da un impianto, proprio al fine di assicurare il monitoraggio delle emissioni durante tutte le sue fasi operative,

5 soprattutto in quelle che a tutt oggi sfuggono al controllo perché non regolamentate dalla legislazione né da un punto di vista tecnico né gestionale. La posizione italiana propone, inoltre, di individuare come periodo di campionamento più appropriato quello di 15 giorni. In questo modo, effettuando 24 analisi annuali sarebbe possibile avere sotto controllo il 100% delle emissioni di un impianto. Infine, la posizione italiana propone di evidenziare alla Commissione Europea come il campionamento in continuo di PCDD/F e PCB-dl assuma, in termini di prestazione e capacità di gestione dell impianto, un significato diverso rispetto al campionamento manuale sulle 6-8 ore, rappresentando al contempo la necessità di prevedere specifiche regolamentazioni di questa tipologia di campionamento (es. durata dei periodi di campionamento, prelievo nelle fasi transitorie dell impianto, ecc.) nonché i requisiti per la verifica di conformità dei dati ottenuti con i limiti legislativi. 2.4 Effetti della proposta italiana sullo sviluppo della norma pren La prima importante conseguenza che la proposta italiana avrebbe sullo sviluppo della norma sarebbe pertanto la definizione delle condizioni di stand-by. Durante le fasi transitorie, infatti, il flusso dei fumi al camino può subire variazioni più o meno veloci e può essere caratterizzato da basse portate e velocità e/o da regimi non stazionari. Tali situazioni potrebbero impedire il campionamento isocinetico, e portare il sistema in condizioni di stand-by. In base alla proposta italiana lo strumento non dovrebbe mai essere posto in condizioni di stand-by, neanche quando non sono rispettate le condizioni isocinetiche; esso dovrebbe tuttavia garantire, come di fatto già avviene per i campionatori attualmente sul mercato, la registrazione delle deviazioni dalle medesime condizioni isocinetiche ai fini delle successive valutazioni. Inoltre, la definizione di un periodo di campionamento (15 giorni) consentirebbe di definire le grandezze e le procedure di analisi più appropriate, riferite alla quantità attesa di inquinante raccolto dal campionatore, e di individuare idonee quantità di standard marcati di campionamento e di estrazione. Garantirebbe inoltre una maggiore ripetibilità e riproducibilità del metodo e consentirebbe corrette comparazioni tra differenti misure in uno stesso impianto o tra impianti differenti. La discussione sulla proposta italiana sopra descritta è programmata nell agenda del sedicesimo meeting del WG1, che si terrà a Milano nei giorni 28 e 29 ottobre I primi commenti pervenuti, pur mostrando di condividere la non opportunità di utilizzare il campionamento in continuo per la verifica del rispetto dei limiti di legge, puntano l accento sul fatto che la norma non debba limitarsi ad un solo utilizzo del metodo e che non sia compito del gruppo tecnico CEN sottoporre all attenzione della Commissione Europea la necessità di un allineamento tra la legislazione e la norma tecnica stessa. Conclusioni Le misure ottenute con i campionatori automatici in continuo di emissioni industriali di PCDD/F e PCB-dl, ormai largamente diffusi a livello nazionale e comunitario come strumenti di monitoraggio ambientale, possono avere significati diversi in funzione del tipo di impiego degli strumenti stessi nelle diverse condizioni di esercizio dell impianto. In mancanza di una norma tecnica ad hoc e di specifici obblighi legislativi associati a tali misure in lunghi periodi di campionamento, le interpretazioni sull uso di tale strumento possono essere diverse.

6 Le emissioni di inquinante generate durante le fasi transitorie di un impianto dovrebbero essere campionate con tale strumento. L emissione complessiva dell impianto così misurata sarebbe infatti un informazione aggiuntiva rispetto a quella fornita dal campionamento manuale discontinuo, il quale rappresenta, invece, l unico metodo ufficiale per la verifica del rispetto dei limiti legislativi. Su tali presupposti si basa la posizione presentata dai rappresentanti del gruppo UNI nell ambito dei lavori di elaborazione della parte quinta della norma tecnica pren 1948 del WG 1 CEN/TC 264. I rappresentanti italiani hanno infatti ritenuto utile sottoporre al gruppo, proprio in questa fase iniziale dei lavori, l opportunità di prevedere nella norma criteri per un utile utilizzo di questo tipo di campionamento, che eviterebbe difformità di utilizzo e nel contempo fornirebbe un nuovo strumento di valutazione ambientale. Bibliografia [1] UNI EN 1948, Luglio Emissioni da sorgente fissa-determinazione della concentrazione in massa di PCDD/PCDF e PCB diossina simili; [2] Flemish Government chapter2.htm; [3] [4] European Parliament - Text adopted at the sitting of Wednesday 7 July 2010 of the directive of the European Parliament and of the Council Industrial emissions (integrated pollution prevention and control) (recast) ***II - [5] Direttiva 2000/76/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 4 dicembre 2000 sull incenerimento dei rifiuti; [6] Decreto legislativo 11 maggio 2005, n Attuazione della direttiva 2000/76/CE, in materia di incenerimento dei rifiuti; [7] Investigation of waste incinerator dioxins during start-up and shutdown operating phases, AEA report to the Environment Agency, ED AEAT/ENV/R/2563 Issue 1, 4 November 2008; [8] Gaetano Settimo, Giuseppe Viviano - Sistemi di prelievo di lungo periodo di diossine, furani e PCB diossina simili alle emissioni: le problematiche di utilizzo e valutazione dei dati ottenuti. Rifiuti Solidi RS n. 05 settembre-ottobre 2009; [9] The European Dioxin Emission Inventory Stage II. Final Report. ec.europa.eu/environment/dioxin/pdf/stage2/volume_2.pdf [10] Unione Europea. Comunicazione della commissione al consiglio, al parlamento europeo e al comitato economico sociale: strategia comunitaria sulle diossine, i furani e i bifenili policlorurati COM(2001) 593. Gazzetta Ufficiale dell Unione europea C 322/02 del ec.europa.eu/environment/waste/pcbs/pdf/it.pdf. [11] De Fre et. al., Code of Good Practice for the testing of continuous dioxin monitoring systems (code van Goede Praktijk voor de keuring van toestellen voor continue dioxinebemonstering), 2002; [12] ENEA Federambiente, Rapporto sul recupero energetico da Rifiuti urbani in Italia, 2 a edizione - febbraio [13] Tejima et al., 2007, Characteristics of dioxin emissions at start up and shutdown of MSW incinerators, - Chemosphere 66 (2007) ; [14] Zimmermann et al., 2007, Changes in PCDD/PCDF formation processes during

7 instationary phases of combustor operation Exemplified by the use of Cl4DD isomer patterns, Chemosphere 67 (2007) S205 S216; [15] Lin-Chi Wang et al., 2007, Influence of start-up on PCDD/F emission of incinerators, Chemosphere 67 (2007) [16] Che-Kuan Chen et al., 2008, Polychlorinated dibenzo-p-dioxins/dibenzofuran mass distribution in both start-up and normal condition in the whole municipal solid waste incinerator, - Journal of Hazardous Materials 160 (2008) 37 44

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