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1 EMISSIONI DI INQUINANTI DA INCENERITORI: ASPETTI NORMATIVI E RICERCA LUCA STABILE, GIORGIO BUONANNO DICeM Università di Cassino e del Lazio Meridionale via G. Di Biasio, , Cassino (FR) LA FILIERA DELLA RACCOLTA DEI RIFIUTI 12 Aprile 2014 Isernia

2 SOMMARIO Introduzione: vincoli normativi Sistemi di abbattimento La ricerca: Le Polveri Ultrafini Caso di studio Risultati Conclusioni Luca Stabile 2

3 INTRODUZIONE: emissioni inceneritori Luca Stabile 3 3

4 INTRODUZIONE: emissioni inceneritori o o DIRETTIVA 2010/75/UE - DL 133/05 Devono essere misurate e registrate in continuo nell'effluente gassoso: le concentrazioni dei macroinquinanti (CO, NOx, SO2, polveri totali, TOC, HCl e HF); il tenore volumetrico di ossigeno, la temperatura, la pressione, il tenore di vapore acqueo e la portata volumetrica nell'effluente gassoso. Luca Stabile 4 4

5 INTRODUZIONE: emissioni inceneritori normalizzazione delle emissioni: temperatura 273 K, pressione kpa, gas secco, tenore di ossigeno di riferimento nell'effluente gassoso secco pari all 11% in volume. Luca Stabile 5

6 INTRODUZIONE: emissioni inceneritori I microinquinanti devono essere misurati con cadenza almeno quadrimestrale Luca Stabile 6 6

7 SISTEMI DI TRATTAMENTO FUMI Abbattimento Polveri Totali: Cicloni: rimozione delle polveri per impatto (tangenziale) contro le parteti per effetto del moto a spirale del fluido Filtri elettrostatici: le particelle vengono caricate elettricamente mediante un campo elettrico ad alta tensione per poi depositare (per attrazione elettrostatica) sull'elettrodo di raccolta Filtri a maniche: le particelle vengono intercettate per impatto inerziale e diffusione da una superficie filtrante di forma cilindrica attraverso cui passa il gas da depurare Luca Stabile 7 7

8 SISTEMI DI TRATTAMENTO FUMI Abbattimento Gas Acidi (HF, HCl, SO2): Rimozione del gas acido mediante aggiunta di un reagente basico. La reazione ha come prodotto un sale. es. HCl Processi a secco: aggiunta di calce idrata (Ca(OH)2) o bicarbonato di sodio, (NaHCO3), in polvere; prevedono la presenza di un reattore di neutralizzazione dei gas acidi nel quale avviene l'iniezione del reagente basico in fase solida, cui segue sempre un sistema di abbattimento dei sali di reazione e delle polveri trascinate (filtro a maniche). Processi a semi-secco: aggiunta di una soluzione acquosa (latte di calce, Ca(OH)2 in soluzione o sospensione); Processo a umido: aggiunta di acqua ed una soluzione acquosa con reagente basico nel flusso gassoso; la rimozione deve essere effettuata a valle del depolveratore. Luca Stabile 8 8

9 SISTEMI DI TRATTAMENTO FUMI Abbattimento NOx: Reazioni di riduzione degli NOx in N2 4 NO + 4 NH3 + O2 4 N2 + 6 H2O 2 NO2 + 4 NH3 + O2 3 N2 + 6 H2O Sistema Selettivo Catalitico (SCR): iniezione di ammoniaca nebulizzata in un apposito reattore posto nella linea di depurazione dei fumi. Temperature operative: C Sistema Selettivo Non-Catalitico (SNCR): iniezione di una soluzione acquosa di reagente (urea) all interno del generatore di vapore (temperature operative: C). Abbattimento Diossine/Furani/Metalli Pesanti: Assorbimento mediante iniezione di carboni attivi. Luca Stabile 9 9

10 SISTEMI DI TRATTAMENTO FUMI Le moderne tecnologie di trattamento fumi riescono a garantire emissioni ben inferiori ai valori limite DL133/05. Esempio di una linea di abbattimento fumi: reagente basico carboni attivi camino caldaia ESP reattore a secco filtro a maniche DeNOx SCR prodotti sodici residui (eventuale rigenerazione bicarbonato) Luca Stabile 10 10

11 LA NOSTRA RICERCA: le polveri Aerosol sospensione metastabile di particelle solide e liquide in un gas. Classificazione dimensionale Polveri Totali (PTS) frazione in massa PM10 frazione in massa con Deq < 10 µm Polveri grossolane (PM2.5-10) frazione in massa con 2.5 µm < Deq < 10 µm Polveri fini (PM2.5) frazione in massa con Deq < 2.5 µm Polveri Ultrafini (UFPs) Deq < 0.1 µm (100 nm) Nanoparticelle Deq < µm (50 nm) Diametro aerodinamico equivalente high density De q low density De q Luca Stabile 11 11

12 LA NOSTRA RICERCA: le polveri Es. Distribuzioni in numero (a), area superficiale (b) e volume (c) di un aerosol urbano (Seinfeld and Pandis, 2006). Luca Stabile 12 12

13 LA NOSTRA RICERCA: le polveri Trasformazioni termodinamiche delle particelle di aerosol dalla formazione alla deposizione Le Polveri Totali non rappresentano la metrica ottimale per valutare l emissione da combustione di un inceneritore! Luca Stabile 13

14 LA NOSTRA RICERCA: le polveri Diversi studi epidemiologici hanno dimostrato effetti negativi sulla salute umana (problemi cardiovascolari e respiratori ) dovuti ad una elevata esposizione alle polveri Quale proprietà o taglia dimensionale delle particelle è maggiormente responsabile degli effetti negativi sulla salute umana? Concentrazioni in massa: PM10 PM2.5 Concentrazioni in numero: UFP Concentrazioni in area superficiale Tasso di assunzione Nucleo carbonioso (black carbon) Composti organici volatili (VOCs) Luca Stabile 14

15 OBIETTIVO DELLA RICERCA L inceneritore come sorgente di polveri sub-micrometriche Misura della distribuzione e concentrazione totale in numero di particelle in emissione da inceneritori; Stima dell efficienza di abbattimento delle UFPs del filtro a maniche; Ricaduta nelle aree circostanti Luca Stabile 15

16 CASO DI STUDIO: gli impianti analizzati Impianto A B C D Caratteristiche del forno e tipologia di rifiuti inceneriti Forno: Griglia mobile Combustibile: CDR Forno: Griglia mobile Combustibile: CDR Forno: tamburo rotante Combustibile: rifiuto tal quale Forno: griglia mobile Combustibile: rifiuto tal quale Descrizione della sezione di abbattimento fumi processo a semisecco; riduzione selettiva non catalitica degli NOx (Selective Non-Catalytic Reduction, SNCR); spray absorber con iniezione di latte di calce e carboni attivi; filtro a maniche. processo a secco; riduzione selettiva non catalitica (SNCR) degli NOx; spray absorber con iniezione di bicarbonato di sodio e carboni attivi; filtro a maniche. processo a umido; riduzione selettiva catalitica degli NOx (Selective Catalytic Reduction, SCR); filtro a maniche. doppia filtrazione con due filtri a maniche: iniezione di latte di calce a monte del primo filtro a maniche; iniezione di bicarbonato di sodio e carboni attivi a monte del secondo filtro a maniche; riduzione selettiva catalitica (SCR) degli NOx. Impianto biomassa Forno: a letto fluido Combustibile: biomassa processo a umido: filtrazione mediante precipitatore elettrostatico. Luca Stabile 16

17 CASO DI STUDIO: metodologia Campagne sperimentali: ; misure al camino; misure a monte del filtro a maniche (impianti A e B). Parametri operativi: condizioni operative stazionarie es. parametri operativi impianto B Parametro Portata fumi normalizzata (m3 h-1) Temperatura al camino ( C) Media Deviazion e standard (%) Media Deviazion e standard (%) Media Deviazion e standard (%) % % % % % % Temperatura in camera % % % di combustione ( C) Luca Stabile 17

18 CASO DI STUDIO: apparato sperimentale CPC 3775 TSI Minimo diametro rilevabile: 4 nm o Saturatoratore; o Condensatore; o Rilevatore ottico pompa Rilevatore ottico ~ 10 µm Condensatore Aerosol campionato Saturatore Luca Stabile 18

19 CASO DI STUDIO: apparato sperimentale Scanning Mobility Particle Sizer - SMPS 3936 TSI Intervallo di misura: µm How it works L Electrostatic Classifier classifica le particelle secondo il loro diametro di mobilità elettrica inviandole poi ad un contatore (Condensation Particle Counter, CPC). Electrostatic Classifier EC 3080 TSI Condensation Particle Counter CPC 3775 TSI Luca Stabile 19

20 CASO DI STUDIO: il campionamento Rotating Disk Thermodiluter & Thermal Conditioner (Matter Engineering) Condizionamento termico degli esausti gassosi; Riduzione dei fenomeni di nucleazione, condensazione e coagulazione. La linea di campionamento e la correzione per diffusione Foto della strumentazione di misura utilizzata durante la campagna di misura gli impianti (a). Particolare della sonda di campionamento utilizzata a monte del filtro (b) e al camino (c). Luca Stabile 20

21 CASO DI STUDIO: risultati, concentrazioni Concentrazione media in numero di particelle al camino (A-D): part. cm-3 Concentrazione al camino dell impianto a biomasse (filtrazione con ESP): part. cm-3. Luca Stabile 21

22 CASO DI STUDIO: risultati, concentrazioni Concentrazione totale media in numero di particelle a monte del filtro a maniche: Impianto A: ± part. cm-3; Impianto B (2010): ± part. cm-3; Impianto B (2011): ± part. cm-3; Impianto B (2012): ± part. cm-3. Condizioni operative stazionarie schema dell Impianto A: punti di campionamento Luca Stabile 22

23 CASO DI STUDIO: risultati, distribuzioni Massime distribuzioni al camino: l impianto D non emette particelle maggiori di 100 nm: effetto della doppia filtrazione? Distribuzioni al camino e a monte del filtro: efficienza di abbattimento delle UFPs maggiore del 99.99%!!! Luca Stabile 23

24 CASO DI STUDIO: punti di ricaduta Campagna di monitoraggio triennale nell area di ricaduta dell inceneritore B: Misure stagionali in continuo delle concentrazioni totali in termini di numero, area superficiale e massa di particelle I trends mostrano una ciclicità riconducibile al traffico veicolare Concentrazione in numero Le concentrazioni in numero sono tipiche di siti rurali (< part. cm- 3) Concentrazione in area superficiale depositata Concentrazione in PM10 Luca Stabile 24

25 CASO DI STUDIO: punti di ricaduta Campagna di monitoraggio nell area di ricaduta dell inceneritore A Inceneritore (Impianto A) vs. Autostrada (A1) Luca Stabile 25

26 CONCLUSIONI I principali risultati dell attività di ricerca condotta sono: la concentrazione di UFPs in emissione da inceneritori è inferiore a part. cm-3; l efficienza di rimozione del filtro, in termini di UFPs, è maggiore del 99.99%; i siti di ricaduta presentano trend di concentrazione tipici di sorgenti ad emissione ciclica (es. strade, autostrade) le emissioni di UFPs da inceneritori sono sensibilmente inferiori ad altre sorgenti antropiche Luca Stabile 26

27 Grazie per l attenzione LUCA STABILE, GIORGIO BUONANNO DICeM Università di Cassino e del Lazio Meridionale via G. Di Biasio, , Cassino (FR)

28 Extra slides

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