LE EMISSIONI ATMOSFERICHE E L IMPATTO AMBIENTALE DELLA TERMOVALORIZZAZIONE. Stefano CERNUSCHI DICA Sezione Ambientale POLITECNICO DI MILANO

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1 LE EMISSIONI ATMOSFERICHE E L IMPATTO AMBIENTALE DELLA TERMOVALORIZZAZIONE Stefano CERNUSCHI DICA Sezione Ambientale POLITECNICO DI MILANO

2 EMISSIONI Intervallo atteso gas grezzi - limiti emissione 2

3 PRINCIPI DEL CONTROLLO Forze motrici MTD (Migliori tecnologie disponibili) IPPC - Integrated pollution prevention and control Minimizzazione rischi per la salute da esposizione a tossici Criteri tecnologici di realizzazione interventi preventivi CO, VOC, organici clorurati in traccia, NO x trattamenti di depurazione tutto il resto ottimizzazione combustione inibizione sintesi de-novo in zone fredde conversione NO x rimozione tossici in traccia (metalli, PCDD/F) conversione organici e non trasferimento configurazione integrata linee (trattamento + rec. energetico) 3

4 CONFIGURAZIONE SISTEMI Approccio integrato nella configurazione delle linee di depurazione Depolverazione con elettrofiltri (pre) e/o filtri a tessuto Sistemi a secco/semisecco per il controllo dei gas acidi/tossici in traccia Sistemi ad umido potenziati per il controllo dell effetto memoria di PCDD/F Sistemi catalitici per la conversione simultanea ad alta efficienza di NO x /organici in traccia (PCCD/F) 4

5 INTERVENTI PREVENTIVI Ottimizzazione combustione progettazione + controllo del processo T, ossigeno, tempo di permanenza gas, turbolenza miscelazione aria/combustibile (rapporti primaria/secondaria, criteri progettazione griglia/forno) configurazione innovative (aria arricchita, staging aria primaria) Controllo riformazione PCDD/F inibizione attività catalitica ceneri volanti con additivi (urea, ammoniaca, ammine,...) ricircolo gas combusti progettazione e gestione caldaia (cicli pulizia) per minimizzare deposito ceneri evitare interventi rimozione particolato e gas acidi a livelli di T superiori a 180 C C 5

6 DEPURAZIONE GAS - 1 Sistemi a secco e semisecco reattivi alcalini a base di calcio additivati con sorbenti (carbone attivo) per rimozione tossici in traccia filtri a tessuto per rimozione polveri e residui neutralizzazione dosaggi a monte depolveratore Sistema semisecco Reattore con sistema rotante di atomizzazione Reattore fluidizzato 6

7 DEPURAZIONE GAS - 2 Sistemi a secco e semisecco Reagenti in Dry polvere reagent (neutralizzazione, adsorbimento) Gas Flue da trattare gas Sistema a secco Filtro Fabric a tessuto filter 7

8 DEPURAZIONE GAS - 3 Sistemi a secco avanzati con calce controllo processo (umidità relativa) + umidificazione reagenti solidi per incrementare efficienze rimozione e limitare eccessi reagente (ALSTOM Flash Dry, CNIM Secolab ) rigenerazione termica residui con vapore bp (CNIM Vapolab ) pre-additivazione diretta calce attivata in combustione (smorzamento punte) 8

9 DEPURAZIONE GAS - 4 Sistemi a secco con bicarbonato (SOLVAY Bicar ) bicarbonato di sodio (NaHCO 3 ) per incrementare rimozione HCl ed SO 2 con dosaggi ridotti (minori produzioni residui) possibilità recupero sali sodici (trattamento in doppio stadio) ELETTROFILTRO REATTORE NH 3 FILTRO A MANICHE ESTRAZIONE CONDENSATO CENERI SCORIE VOLANTI SCR ATORE OLO MI BICARBONATO CARBONE ATTIVO CENERI DA FILTRO A MANICHE VENTILATORE PRINCIPALE RESIDUI ASSORBIMENTO 9

10 PARTICOLATO FINE/ULTRAFINE 99 Filtri a tessuto Efficienza (%) 99,2 99,4 99,6 99,8 100 PU, NP (µm) PF E tot = 99,94 % E min (0,1-1 µm) = 99,4-99,6 % Efficienza di rimozione in numero (%) Efficienza totale PU+NP (< 100 nm) = 96,8% fini (100 nm - 1 µm) = 98,9% - >99,9% Diametro (µm) LEAP, 2012 Yi et al.,

11 DEPURAZIONE GAS - 5 Sistemi ad umido assorbimento a due stadi (acqua + NaOH) in colonne a piatti/riempimento massime efficienze rimozione per HCl ed SO 2 residui liquidi + pennacchi freddi/umidi (visibilità, postriscaldamento) 11

12 DEPURAZIONE GAS - 6 Sistemi ad umido effetto memoria PCDD/F adsorbimento CA (additivazione diretta, fase separata finissaggio), riempimenti compositi con CA Lavaggio ad umido in torre a piatti Additivazione AC + FF 12

13 DEPURAZIONE GAS - 7 Sistemi ad umido avanzati scrubber a condensazione multistadio con riempimento composito in CA recupero termico condensato per teleriscaldamento (diretto, pompe di calore) recupero spurghi liquidi Lindgren,

14 DEPURAZIONE GAS - 8 Controllo NO x SNCR efficienze più contenute, complessità inferiore attento posizionamento ugelli iniezione in zone a T ottimale (livelli multipli) fughe NH 3 per elevate conversioni NO x (emissioni residue, qualità residui solidi) produzione N 2 O (da verificare) : <10-30 mg m -3, urea > NH 3 riduzione PCDD/F (inibizione sintesi de-novo ) SCR efficienze più elevate, maggiori complessità (posizione tail end ) manutenzione supporti catalitici possibilità di operare a livelli ridotti di T ( C) disattivazione catalizzatore per deposizione sali ammonici (rigenerazione) possibilità di conversione simultanea organici in traccia (PCCD/F) 14

15 DEPURAZIONE GAS Prestazioni sistemi DeNO x rilevate su impianti italiani % SNCR SCR 15

16 DEPURAZIONE GAS - 10 Sistema catalitico (SCR) Low dust - high SO x a monte deacidificazione; no preriscaldamento gas T = 260 C C Tail end a valle deacidificazione; preriscaldamento gas T = 230 C (300) C Bassa temperatura a valle deacidificazione; no preriscaldamento gas T = C (sino a 320 C durante rigenerazione termica) 16

17 DEPURAZIONE GAS - 11 Filtro a tessuto Reattore a secco Filtro a tessuto SCR finale (180 C) Camino SCR a bassa T Dosaggio CA + NaHCO 3 Rigenerazione termica Cat. convenzionali: necessità promotori incremento attività riduttiva NO x a T limitate controllo attività ossidativa: minimizzare SO 2 SO 3 (formazione sali) incremento W sino al 5-10% (costi) Punto di rugiada (NH 4 ) 2 SO 4 17

18 DEPURAZIONE GAS - 12 Sistemi catalitici integrati (DeNO x Gore) Piccinin,

19 DEPURAZIONE GAS - 13 Sistemi catalitici integrati (DeNO x Gore) NO x monte ( mg/m 3 ) NO x camino (30-80 mg/m 3 ) NH 3 camino (< 5 mg/m 3 ) T = C Piccinin,

20 DEPURAZIONE GAS - 14 Sistemi controllo NO x - rilasci totali PCDD/F 21 Bottom ash 32 No AC Boiler ash (L1+2) 5 SCR Quencher ash ESP ash FF ash 6 (L3) 6 Present µg I-TEQ t MSW Sludge Treated wastewater Stack gas DIIAR, Politecnico di Milano (2009) 20

21 SIGNIFICATO AMBIENTALE - 1 Criteri Normativo limiti di emissione e di qualità dell'aria Relativo emissioni da altre sorgenti contributi alla qualità dell'aria con fondo aree caratterizzate Assoluto stima del rischio Compensazione bilancio emissioni da recupero energetico 21

22 SIGNIFICATO AMBIENTALE Livelli emissivi attesi con MTD commerciali Livelli emissivi (% limite) CO TOC PM HCl SO2 NOx (SNCR) NOX (SCR) Hg Cd+Tl Altri metalli PCDD/F 22

23 SIGNIFICATO AMBIENTALE Livelli emissivi PCCD/F attesi con MTD commerciali Dati DIIAR relativi a impianti adeguati Osservazioni Distribuzione lognormale Fascia fiduciaria al 95% Fascia fiduciaria al 99% Probabilità (%) Probabilità (%) Dati DIIAR relativi a impianti non adeguati Osservazioni Distribuzione lognormale Fascia fiduciaria al 95% Fascia fiduciaria al 99% Concentrazione al camino di PCDD/F (ng I-TEQ /Nm 3 ) Concentrazione al camino di PCDD/F (ng I-TEQ /Nm 3 ) Impianti moderni - MTD M g = 0,005 ng I-TEQ m n -3 Impianti non adeguati M g = 1,95 ng I-TEQ m n -3 23

24 SIGNIFICATO AMBIENTALE - 4 Fattori di emissione ISPRA (2013) - Inventario nazionale emissioni atmosferiche 24

25 SIGNIFICATO AMBIENTALE - 5 Fattori di emissione PCDD/F - confronto altre fonti Attività Fattore di emissione (μg TEQ/t ) Aria Ceneri volanti Scorie Suolo Residui Note Incenerimento RU 0,05-0,6 15 1,5 - - UNEP-BAT Incendi di foreste e residui agricoli Incendi accidentali di rifiuti, case, veicoli, legna, macerie ecc. Combustione biomasse uso domestico UNEP UNEP ,03-3 UNEP Produzione di Pb 0, UNEP Produzione di Zn 0, UNEP Produzione di Cu 0, UNEP Produzione di Al 0, UNEP Prod. di Fe e acciaio 0, UNEP 25

26 SIGNIFICATO AMBIENTALE - 6 Inventari emissioni diossine EU (EEA, 2013) Municipal WtE 0,02% 26

27 SIGNIFICATO AMBIENTALE - 7 g I-TEQ 104 Inventari emissioni diossine Ita (ISPRA 2013) 8 1A1 Produzione energia 1A2 Prod. energia settore industrie e costruzioni 1A3 Trasporti 1A4 Prod. energia settore civile/commerciale 2 Processi industriali 6C Incenerimento rifiuti (urbani e ass., industriali, ospedalieri, cremazione, all aperto) 27

28 SIGNIFICATO AMBIENTALE - 8 Inventari emissioni Ita (ISPRA 2013-Inventario nazionale emissioni atmosferiche) Contributo complessivo combustione rifiuti (urbani, industriali, ospedalieri, cremazione, all aperto) Macroinquinanti: 1.5% PM 10 e PM 2.5 2% CO 2.3% NH 3 1.2% NMVOC Inquinanti in traccia 7.8% IPA (combustione all aperto scarti agricoli) 3.4% PCDD/F 1.5% Cd 1.2% Hg 1.1% Pb contributi da termovalorizzazione urbani/assimilabili largamente minoritario 28

29 SIGNIFICATO AMBIENTALE - 9 Fattori di emissione - polveri ultrafini LEAP ( ) 29

30 SIGNIFICATO AMBIENTALE - 10 Inventario EU emissioni polveri ultrafini IIASA (2013) - Aerosol particle number emissions and size distributions: implementation in the GAINS model and initial results. 30

31 SIGNIFICATO AMBIENTALE - 11 PCDD/F - contributo presenze di fondo 0,6 0,5 Atmosfera 0,5 0,48 PCDD/F (pg m -3 ) 0,4 0,3 0,2 0,12 Contributi stimati con modelli -potenzialità = t d -1 ; -emissione = 0,1 ng m -3 di diossine; -camino = m; -climatologia: Valle Padana, Nord Est) 0,1 0 Remote 0,01 Rurali 0,05 0,02 Urbane/industriali 0,1 Urbano/rurale Val Padana 0,05 Mi inverno 0,0002-0,005 Inc. max. Inc. media 0, , pg = 10-3 ng = 1/ g 31

32 SIGNIFICATO AMBIENTALE PCDD/F - contributo presenze di fondo 1 pg 100= g = 1/ g Deposito al suolo PCDD/F (pg m -2 d -1 ) Contributi stimati con modelli -potenzialità = t d -1 ; -emissione = 0,1 ng m -3 di diossine; -camino = m; -climatologia: Valle Padana, Nord Est) Urbano/rurale 0,3 0, ,03 0,01 Inc. max. Inc. media 32

33 SIGNIFICATO AMBIENTALE - 13 PCDD/F - contributo presenze di fondo PTS SETTIMO PTS RHO PTS PERO PM10 PERO Episodio dovuto ad incendio accidentale di un deposito di materiali vari fg m /01-27/01 27/01-03/02 24/02-02/03 02/03-09/03 23/03-30/03 30/03-06/04 20/04-27/04 27/04-04/05 18/05-24/05 24/05-01/06 25/06-02/07 02/07-09/07 03/09-10/09 10/09-17/09 01/10-08/10 08/10-15/10 02/11-09/11 09/11-16/11 09/12-15/12 16/12-21/12 33

34 SIGNIFICATO AMBIENTALE - 14 Rischio individuale cancerogeni (Cd + PCDD/F) 1E-5 1E-6 9,0E-8 9,0E-7 Medio Massimo 3,0E-7 7,6E-8 2,5E-7 4,4E-7 Rischio individuale 1E-7 1E-8 1E-9 8,0E-11 2,0E-9 7,0E-9 5,7E-9 1E-10 1E

35 SIGNIFICATO AMBIENTALE - 15 Rischio individuale cancerogeni (Cd + PCDD/F) Massima probabilità aggiuntiva individuale di sviluppare la malattia nel corso della vita media: casi attesi dall esposizione alle emissioni dall impianto nel corso della sua vita media (20 anni): 0,01-0,0001 casi su abitanti esposti 1 caso su 10 milioni - 1 miliardo di abitanti esposti 35

36 SIGNIFICATO AMBIENTALE - 16 Rischio individuale cancerogeni (Cd + PCDD/F) Confronto tra rischio individuale atteso da presenze misurate nell area di insediamento rischio individuale attribuibile alle emissioni dall impianto valutati con la stessa metodologia di calcolo 36

37 INSERIMENTO AMBIENTALE Poulsen (2011) - ISWA WtE Beacon Conference 37

38 CONCLUSIONI Contesto emissivo significative riduzioni nel contributo della sorgente alla qualità dell aria con tecnologie di controllo attualmente disponibili (MTD) contributo minoritario quando non trascurabile al complesso emissivo Significato ambientale presenze: generalmente insignificanti per atmosfera e deposito al suolo per inquinanti di maggior impatto rischi sanitari componenti tossiche in traccia (cancerogene e non) di norma trascurabili (< de minimis ) emissioni effettive rischi attesi ulteriormente ridotti bilancio ambientale del recupero energetico favorevole, soprattutto per produzioni combinate elettricità/calore 38