Verifica di fattibilità sulla possibile stima di NH3 e H2S in discarica dai dati di biogas mediante post-processore

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Simone Pippi
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1 Verifica di fattibilità sulla possibile stima di NH3 e H2S in discarica dai dati di biogas mediante post-processore Marco Moretti ARPA Lombardia Settore Monitoraggi Ambientali Modellistica qualità dell'aria e inventari inemar@arpalombardia.it

2 Il biogas prodotto dalle discariche di rifiuti e la sua caratterizzazione Le emissioni da discariche di rifiuti solidi urbani contengono principalmente CH4 e CO2, prodotti dai processi di fermentazione anaerobica della frazione organica dei rifiuti. I gas delle discariche contengono anche tracce di diversi composti organici, di H2S e di NH3. Anche se presenti in piccole quantità, questi composti formano una mistura complessa che costituisce il principale contributo alla formazione di odori. Composti Composizione u.m. CH % vol. CO % vol. H2O 0,1-3,3 % vol. N2 < 10 O2 < 3 H2S ppm NH3 < 5 composti alogenati 0-7 mg/m3 benzene < 36 mg/m3 toluene < 287 mg/m3 Fonte: Kajolinna et al.,

3 Algoritmo del modulo discariche: emissioni di inquinanti inorganici L algoritmo del modulo discariche usato da INEMAR permette la stima della produzione di inquinanti inorganici nel biogas, per cui il peso di carbonio è eguale azero(pck=0).laformulautilizzataèlaseguente: dove: PAk: peso atomico del k-esimo inquinante inorganico PRODk: produzione totale del k-esimo inquinante inorganico[t/anno] PCVk: percentuale in volume dell inquinante k nel biogas PAj: peso atomico del j-esimo inquinante organico PRODj: produzione del j-esimo inquinante organico[t/anno] La sommatoria è calcolata su tutti gli inquintanti organici che compongono il biogas. 3

4 Algoritmo del modulo discariche: dati di input sulla composizione del biogas netto INEMAR richiede come input la composizione del biogas netto, con solo tre componenti, CH4, CO2 e H2O, normalizzato per una percentuale di H2O dell 1,5%. La formula per la stima delle emissioni di inquinanti inorganici fornisce come unico output le emissioni di vapor acqueo. Per poter utilizzare la formula per la stima delle emissioni di H2S e di NH3, sarebbe necessario aggiungere tali inquinanti alle tre componenti del biogas netto e aggiornare le normalizzazioni. Per fare questo sono richiesti dati relativi a H2S e NH3 per ogni discarica. Il problema è che nei dati a disposizione per l inventario della Lombardia, soltanto per pochi impianti è presente la percentuale in volume di H2S nel biogas captato. Per quanto riguarda l NH3, sono forniti addirittura dati di concentrazione. Si rende necessario un diverso metodo di stima. A questo scopo è stata effettuata una ricerca bibliografica. 4

5 Fonte: Emissioni atmosferiche da discariche di rifiuti in Lombardia: stato attuale e scenari tecnologici di riduzione (Acaia, Bruzzi, Caserini, Cernuschi, Gandolla, Negri 2004) 5

6 Riepilogo della produzione di biogas nelle discariche del campione (Fonte: Acaia et al. 2004) Biogas prodotto (stime modello Inemar) e captato (al netto dell aria di diluizione, in condizioni medie di alimentazione; T = 20 C e U = 1,5%) nelle discariche lombarde nel Produzione specifica di biogas (m3 t-1) attesa per le discariche lombarde durante l intero periodo di attività biologica. Il campione comprende sia discariche attive all epoca dello studio che discariche cessate. 6

7 Emissioni associate al biogas non captato nelle discariche campione (Fonte: Acaia et al. 2004) 7

8 Quadro riassuntivo produzione di biogas ed emissioni da discariche non attive nel 2000 (Fonte: Acaia et al. 2004) 8

9 Quadro riassuntivo produzione di biogas ed emissioni da discariche attive nel 2000 (Fonte: Acaia et al. 2004) 9

10 Discariche non attive, emissioni di CH4 e H2S da biogas non captato nel 2000 (Fonte: Acaia et al. 2004) Nel campione considerato dallo studio, che consiste in 19 discariche non attive in Lombardia, si rilevano valori della percentuale di H2S/CH4 compresi tra 0,0069% e 0,008%, in ogni caso inferiori allo 0,01%. La percentuale media calcolata sul campione in questione è pari a0,0074%. Discarica CH4 H2S H2S/CH4 t/anno kg/anno % ,0073% ,0074% ,0073% ,0072% ,0072% ,0073% ,0075% ,0069% ,0073% ,0074% ,0076% ,0080% ,0071% ,0074% ,0073% ,0077% ,0072% ,0074% ,0073% MEDIA 0,0074% 10

11 Discariche attive, emissioni di CH4 e H2S da biogas non captato nel 2000 (Fonte: Acaia et al. 2004) Nel campione considerato dallo studio, che consiste in 13 discariche attive nell anno 2000 in Lombardia, si rilevano valori della percentuale di H2S/CH4 compresi tra 0,0073% e 0,0080%, in ogni caso sempre inferiori a 0,01%. La percentuale media calcolata sul campione in questione è 0,0076%, lievemente maggiore rispetto a quella relativa alle discariche non attive. Discarica CH4 H2S H2S/CH4 t/anno kg/anno % ,0074% ,0073% ,0076% ,0074% ,0078% ,0076% ,0073% ,0080% ,0077% ,0076% ,0079% ,0078% ,0079% MEDIA 0,0076% 11

12 Discariche attive e non attive, emissioni da combustione in torce e motori del biogas captato (Fonte: Acaia et al. 2004) Non sono stimate emissioni di H2S da captazione e combustione di biogas da discarica in torce(at e BT) e in gruppi elettrogeni(motori). 12

13 Emissioni di H2S: valutazione della fattibilità della stima Tramite il modulo speciazione è possibile stimare le emissioni non captate di H2S sia da discariche attive che da discariche non attive, applicando un semplice coefficiente di speciazione che agisce sulle emissioni di CH4 scritte nella TAB_OUTPUT dall algoritmo discariche. Il coefficiente da applicare varia, seppur lievemente, a seconda che la discarica sia attiva o non attiva. Fattibilità: immediata. Non c'è alcun bisogno di modificare l'algoritmo del modulo discariche. N.B. Siccome l inquinante di riferimento ha come u.m. delle emissioni t/anno, mentre le emissioni di H2S sono in kg/anno, si rende necessario moltiplicare per 1000 le percentuali di H2S/CH4 ottenute dai dati riportati in Acaia et al Finora non si erano dati casi di inquinanti calcolati col modulo speciazione con u.m. delle emissione diversa da quella dell inquinante di riferimento. 13

14 Compilazione della tabella T_SPECIAZIONE per ottenere le stime delle emissioni di H2S da discariche (output in kg/anno) Discariche attive: ID_INQ_RIFERIMENTO: 4 ID_INQUINANTE: ID_ATTIVITA: 419 ID_COMBUSTIBILE: PRIORITA: 1 PERC_SPECIAZ: 7,6 Discariche non attive: ID_INQ_RIFERIMENTO: 4 ID_INQUINANTE: ID_ATTIVITA: ID_COMBUSTIBILE: PRIORITA: 1 PERC_SPECIAZ: 7,4 14

15 Fonte: Estimating Ammonia Emissions from Anthropogenic Nonagrucultural Sources (EIIP, 2004) 15

16 Emissioni di NH3: valutazione della fattibilità della stima Tramite il modulo speciazione è possibile stimare le emissioni non captate di NH3 sia da discariche attive che da discariche non attive, applicando un semplice coefficiente di speciazione che agisce sulle emissioni di CH4 scritte nella TAB_OUTPUT dall algoritmo discariche. Il coefficiente da applicareèlostessoperlediscaricheattiveeperquellenonattive. Fattibilità: immediata. Non c'è alcun bisogno di modificare l'algoritmo del modulo discariche. 16

17 Compilazione della tabella T_SPECIAZIONE per ottenere le stime delle emissioni di NH3 da discariche (output in t/anno) Discariche attive: ID_INQ_RIFERIMENTO: 4 ID_INQUINANTE: 8 ID_ATTIVITA: 419 ID_COMBUSTIBILE: PRIORITA: 1 PERC_SPECIAZ: 0,0073 Discariche non attive: ID_INQ_RIFERIMENTO: 4 ID_INQUINANTE: 8 ID_ATTIVITA: ID_COMBUSTIBILE: PRIORITA: 1 PERC_SPECIAZ: 0,

18 Conclusioni H2S: Per disporre di coefficienti di speciazione calcolati a partire da un campione più esteso e aggiornato rispetto a quello sopra considerato, è necessario avere opportuni dati di input(misure, analisi, etc.). NH3: Per disporre di coefficienti di speciazione più accurati di quello esposto in questa sede, è necessario andare oltre lo studio di Munday (1990), su cui si fondano le stime ad oggi reperibili, e recuperare opportuni dati di input (misure, analisi,etc.). 18

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