Il trattamento delle emissioni in atmosfera prodotte dai termovalorizzatori

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1 Università degli Studi di Palermo Il trattamento delle emissioni in atmosfera prodotte dai termovalorizzatori Prof. Ing. Giorgio Micale, Dott. Ing. Onofrio Scialdone Dipartimento di Ingegneria Chimica dei Processi e dei Materiali Facoltà di Ingegneria Facoltà di Ingegneria Palermo 11 dicembre 2008

2 Emissioni aeriformi generate da impianti di incenerimento Il processo di incenerimento di rifiuti urbani dà luogo generalmente alla formazione di m 3 di gas (al 11% in ossigeno) per tonnellata di rifiuto trattata. Tale corrente gassosa contiene numerose sostanze inquinanti tra cui: particolato gas acidi ossidi di azoto composti organici volatili metalli composti aromatici e policlorurati

3 Emissioni aeriformi generate da impianti di incenerimento Il processo di incenerimento di rifiuti urbani dà luogo generalmente alla formazione di m 3 di gas (al 11% in ossigeno) per tonnellata di rifiuto trattata. Tale corrente gassosa contiene numerose sostanze inquinanti tra cui: particolato gas acidi ossidi di azoto composti organici volatili metalli composti aromatici e policlorurati - Carbonio incombusto - Metalli, ossidi metallici - Silicati, alluminati -Sali Dimensioni generalmente comprese tra 1 e 50 micrometri

4 Emissioni aeriformi generate da impianti di incenerimento Il processo di incenerimento di rifiuti urbani dà luogo generalmente alla formazione di m 3 di gas (al 11% in ossigeno) per tonnellata di rifiuto trattata. Tale corrente gassosa contiene numerose sostanze inquinanti tra cui: particolato gas acidi ossidi di azoto composti organici volatili metalli composti aromatici e policlorurati - Acido cloridrico (HCl) - Acido Fluoridrico (HF) - Biossido di zolfo (SO 2 )

5 Emissioni aeriformi generate da impianti di incenerimento Il processo di incenerimento di rifiuti urbani dà luogo generalmente alla formazione di m 3 di gas (al 11% in ossigeno) per tonnellata di rifiuto trattata. Tale corrente gassosa contiene numerose sostanze inquinanti tra cui: particolato gas acidi ossidi di azoto composti organici volatili metalli composti aromatici e policlorurati - Monossido di azoto (NO) - Biossido di azoto (NO 2 )

6 Emissioni aeriformi generate da impianti di incenerimento Il processo di incenerimento di rifiuti urbani dà luogo generalmente alla formazione di m 3 di gas (al 11% in ossigeno) per tonnellata di rifiuto trattata. Tale corrente gassosa contiene numerose sostanze inquinanti tra cui: particolato gas acidi ossidi di azoto composti organici volatili metalli composti aromatici e policlorurati - Mercurio (Hg) - Cadmio, tallio, piombo e altri metalli pesanti

7 Emissioni aeriformi generate da impianti di incenerimento Il processo di incenerimento di rifiuti urbani dà luogo generalmente alla formazione di m 3 di gas (al 11% in ossigeno) per tonnellata di rifiuto trattata. Tale corrente gassosa contiene numerose sostanze inquinanti tra cui: particolato gas acidi ossidi di azoto composti organici volatili metalli composti aromatici e policlorurati - Idrocarburi policiclici e aromatici (IPA) - diossine e furani (PCDD, PCDF)

8 Concentrazione degli inquinanti nei fumi

9 Limiti di emissione (Decreto Legislativo del 11 maggio 2005 n.133 Attuazione della Direttiva Europea 2000/76/EC) Specie Valore medio giornaliero Valore medio semiorario Valori limite di emissione medi ottenuti con periodo di campionamento di 1 ora Valori limite di emissione medi ottenuti con periodo di campionamento di 8 ore Monossido di carbonio - CO 50 mg/nm mg/nm 3 Polveri totali 10 mg/nm 3 30 mg/nm 3 Composti organici totali - TOC 10 mg/nm 3 20 mg/nm 3 Acido cloridrico (HCl) 10 mg/nm 3 60 mg/nm 3 Acido fluoridrico (HF) 1 mg/nm 3 4 mg/nm 3 Biossido di zolfo (SO2) 50 mg/nm mg/nm 3 Biossido di azoto (NO2) 200 mg/nm mg/nm 3 Cadmio e Tallio 0,05 mg/m 3 Mercurio (Hg) 0,05 mg/m 3 Altri metalli (Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V 0,5 mg/m 3 Diossine e furani (PCDD + PCDF) 0,1 ng/m 3 Idrocarburi policiclici aromatici (IPA) 0,01 mg/m 3

10 Limiti di emissione (Direttiva IPPC) La linea di trattamento dei fumi e i relativi limiti di emissione devono comunque consentire di rispettare anche la Direttiva 96/61/EC IPPC, recepita integralmente in Italia con il D. Legislativo n. 59 del 18 febbraio 2005 In accordo con questa Direttiva, l impianto di incenerimento e la relativa linea di trattamento dei fumi devono rispettare le linee guida per l'individuazione e l'utilizzo delle migliori tecniche disponibili. La direttiva IPPC veniva recepita integralmente in Italia con il decreto Legislativo n. 59 del 18 febbraio 2005 Attuazione integrale della direttiva 96/61/CE relativa alla prevenzione e riduzione integrate dell'inquinamento", ove in particolare si rileva che l'autorizzazione integrata ambientale è rilasciata.. (omissis).. nel rispetto delle linee guida per l'individuazione e l'utilizzo delle migliori tecniche disponibili.

11 Limiti di emissione (Direttiva IPPC) In sede di progettazione dell impianto e di gestione del medesimo e di autorizzazione ambientale integrata è opportuno riferirsi alle indicazioni del documento Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document on the Best Available Techniques for Waste Incineration del 08/2006 recepito in Italia dal documento Linee guida recanti i criteri per l individuazione e l utilizzazione delle migliori tecniche disponibili ex art. 3, comma 2 del decreto legislativo 372/99- Linee guida relative ad impianti esistenti per le attività rientranti nelle categorie IPPC: 5 Gestione dei rifiuti (Impianti di incenerimento) del 2006 Con la direttiva 96/61/CE (direttiva IPPC) la Comunità Europea prospettava la necessità di considerare per alcune categorie di attività industriali tra cui gli impianti di incenerimento dei rifiuti urbani tutte le componenti ambientali interessate in modo globale considerando i limiti normativi come una condizione necessaria, ma non di per se sufficiente, per conseguire un livello elevato di protezione dell'ambiente nel suo complesso. In questo approccio diventa cruciale il principio generale dato nell articolo 3, che stabilisce che gli operatori devono adottare tutte le misure preventive appropriate contro l inquinamento attraverso l applicazione delle migliori tecnologie disponibili.

12 Limiti di emissione (Direttiva IPPC) Le migliori tecniche disponibili sono definite come la più efficiente e avanzata fase di sviluppo di attività e relativi metodi di esercizio indicanti l'idoneità pratica di determinate tecniche a costituire, in linea di massima, la base dei valori limite di emissione intesi ad evitare oppure, ove ciò si riveli impossibile, a ridurre in modo generale le emissioni e l'impatto sull'ambiente nel suo complesso. La direttiva 2000/76/EC del 4/12/2000 afferma che il rispetto dei limiti sulle emissioni fissati da questa direttiva deve essere considerato come condizione necessaria ma non sufficiente per il rispetto della direttiva 96/61/EC. Il rispetto di quest ultima, potrebbe, infatti dare luogo a valori limiti più stringenti per le emissioni. In particolare, così come ricordato nella prefazione del Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document on the Best Available Techniques for Waste Incineration del 08/2006, se per un permesso particolare l autorità competente o l applicazione di criteri generali necessari per attenersi alla direttiva IPPC dà luogo a condizioni più stringenti di quelle riportate nella direttiva 2000/76/EC del 4/12/2000, queste condizioni più stringenti devono essere applicate.

13 Limiti di emissione Indicazioni del Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document on the Best Available Techniques for Waste Incineration

14 Limiti di emissione Indicazioni del Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document on the Best Available Techniques for Waste Incineration

15 Processi di trattamento delle emissioni aeriformi 1) Processi di abbattimento del particolato 2) Processi di abbattimento dei gas acidi (HCl, HF e SOx) 3) Processi di abbattimento degli ossidi di azoto (NOx) 4) Processi di abbattimento di diossine e furani 5) Processi di abbattimento del mercurio

16 Processi di trattamento delle emissioni aeriformi 1) Processi di abbattimento del particolato 1) Precipitatori elettrostatici 2) Filtri a maniche 3) Cicloni 4) Depolveratori ad umido Sono gli unici processi che consentono di garantire le elevate efficienze di abbattimento necessarie Sono utilizzati solo come processi di pre/posttrattamento I processi di filtrazione presentano le efficienze di rimozione del particolato più elevate anche per particelle di piccole dimensioni (fini e ultrafini) L utilizzazione di due dispositivi di depolverazione in serie può consentire alte efficienze e garantire l abbattimento del particolato anche in presenza di condizioni operative non ottimali. L utilizzazione di due processi di filtrazione in serie è la soluzione che garantisce le maggiori efficienze di rimozione con concentrazione residue del particolato minori di 1 mg/m3 praticamente in tutte le condizioni di funzionamento (soluzione implementata numerose volte in Germania, Francia ed altri paesi in specie in impianti di grandi dimensioni ove si volevano garantire basse concentrazioni di particolato in uscita dal camino).

17 Processi di trattamento delle emissioni aeriformi 2) Processi di abbattimento dei gas acidi (HCl, HF e SOx) 1) Processi a secco 2) Processi a semi-secco 3) Processi ad umido Vantaggi dei sistemi a secco: minori costi di investimento minore visibilità dei fumi emessi dal camino assenza di effluenti liquidi minore consumo di energia e di acqua Vantaggi dei sistemi a umido: maggiori efficienze di rimozione più indicati in presenza di correnti gassose con concentrazioni dei gas acidi variabili minori costi per i reagenti e minore generazione di polveri E interessante osservare come i processi a semi-umido presentino generalmente caratteristiche intermedie tra i processi a secco e quelli ad umido.

18 Processi di trattamento delle emissioni aeriformi 2) Processi di abbattimento dei gas acidi (HCl, HF e SOx)

19 Processi di trattamento delle emissioni aeriformi 3) Processi di abbattimento degli NOx Processi termici (SNCR): minori costi energetici e di investimento efficienze di rimozione generalmente pari a circa il 60% Processi catalitici (SCR): maggiori efficienze di rimozione (>90%) idonei per la rimozione catalitica di idrocarburi più indicati in presenza di correnti gassose con concentrazioni dei gas acidi variabili minori costi per i reagenti e minore generazione di polveri I processi SCR, che garantiscono maggiori efficienze di abbattimento, vengono generalmente installati in impianti di medie-grandi dimensioni a causa dei costi in gioco. Per grandi impianti, le maggiori economie di scala permettono di poter affrontare i maggiori costi dati dall utilizzazione di un SCR poiché questi si ripartiscono su una quantità più elevata di rifiuti

20 Processi di trattamento delle emissioni aeriformi 4) Processi secondari per l abbattimento di diossine e furani. Metodologie che consentono di norma di ottenere emissioni di PCDD/F minori del valore di 0.1 ng/nm³. Processi catalitici quali SCR e filtri catalitici. L utilizzazione di un processo di ossidazione catalitica SCR multistrato sufficientemente spinto dà luogo ad abbattimenti delle PCDD/F dal 98 al 99.9 % che possono dare luogo a emissioni di PCDD/F di sovente nell intervallo ng/nm³ TEQ. Addizione di carboni attivati nel flusso gassoso a monte di un processo di filtrazione. In questo processo le diossine e i furani non sono distrutti ma vengono adsorbiti sui carboni attivati con alte efficienze di adsorbimento e vengono trasferiti nei residui solidi dei processi di filtrazione. Processi di adsorbimento in letti fissi.

21 Processi di trattamento delle emissioni aeriformi 5) Processi per l abbattimento di mercurio. Processi ad umido per la rimozione dei gas acidi. In questi processi si ha una rimozione maggiore del 85% del mercurio presente sotto forma ionica ma generalmente minore del 10% per il mercurio metallico. Questa tecnica se utilizzata da sola può non consentire il rispetto dei valori limiti fissati dalle BAT in presenza di rifiuti con tenori elevati o fluttuanti dei mercurio Adsorbimento con carboni attivati o addizione di carboni attivati nel flusso gassoso a monte di un processo di filtrazione. Questi processi possono consentire di adsorbire il mercurio metallico ( con circa il 95% di efficienza). Il mercurio ionico può essere rimosso per chemi-adsorbimento in presenza di emissioni contenenti SO 2 o di carboni attivati impregnati con zolfo.

22 La Combustione di RSU Tipologie di forni

23 La Combustione di RSU Tipologie di forni

24 Esempi Termovalorizzatore di SPITTELAU - Vienna Capacità di tonnellate/anno E ubicato all interno della città di Vienna. Il vapore prodotto alimenta la rete di teleriscaldamento di Vienna. I valori delle emissioni possono essere consultati online via Internet, e sono sempre esposti in uno schermo pubblico posto nel centro della città.

25 Esempi Termovalorizzatore di SPITTELAU - Vienna 12 Natronlauge Kalkmilch Frischwasser Erdgas Ammoniak G Kalkmilch Fällungschem. 26 Kalkmilch Fällungschem. Kalkmilch Fällungschem

26 Esempi Termovalorizzatore di SPITTELAU - Vienna Articolazione linea fumi: filtro elettrostatico per la rimozione delle ceneri volanti scrubber a doppio stadio, con primo stadio di assorbimento acido per la rimozione di HCl, HF, polveri e metalli pesanti, secondo stadio neutro per la rimozione di SO2 depolveratore Venturi per la rimozione del particolato fine residuale convertitore catalitico a doppio stadio DeNOx/DeDiox per la rimozione di NOx e diossine emissione fumi attraverso ciminiera ricoperta di pannelli a specchio, alta 126 m

27 Esempi Termovalorizzatore di SPITTELAU - Vienna Livelli di emissione

28 Esempi Termovalorizzatore del Frullo - Bologna Capacità di tonnellate/anno E ubicato nel comune di Granarolo (BO). L'energia elettrica prodotta viene immessa sulla rete nazionale, il calore prodotto alimenta una rete di teleriscaldamento ad acqua surriscaldata a servizio di utenze civili ed industriali I valori delle emissioni possono essere consultati online sul sito Internet liberamente da tutti.

29 Esempi Termovalorizzatore del Frullo - Bologna Primo stadio di abbattimento costituito da un sistema di iniezione reattivi a secco e di un successivo filtro a maniche per il completamento della reazione e per l'abbattimento del particolato solido (polveri). Secondo stadio realizzato attraverso una torre di lavaggio ad umido a doppio stadio, con primo stadio di assorbimento acido per la rimozione di HCl, HF, polveri e metalli pesanti, secondo stadio neutro per la rimozione di SO2 Terzo stadio di trattamento finale, realizzato con sistema catalitico a doppio stadio Denox/Dediox per l abbattimento delle diossine e degli ossidi di azoto.

30 Termovalorizzatore del Frullo - Bologna

31 Progetto di Termovalorizzatore a Gerbido, Torino

32 Progetto di Termovalorizzatore a Gerbido, Torino

33 Progetto di Termovalorizzatore a Bellolampo, Palermo Capacità di tonnellate/anno su tre linee Sarà ubicato nella città di Palermo Energia elettrica prodotta secondo progetto circa 63MWe Articolazione linea fumi: stadio SNCR per la riduzione degli NOx direttamente in forno tramite iniezione di urea; stadio unico a secco per la rimozione dei gas acidi e l adsorbimento di microinquinanti tramite iniezione di una sospensione aeriforme di bicarbonato di sodio addizionato a carboni attivi; stadio unico di depolverazione tramite filtro a maniche

34 Progetto di Termovalorizzatore a Bellolampo, Palermo Livelli delle emissioni da progetto Inquinante Polveri NOx SO x CO HCl HF PCDD+PCDF COV Valore da progetto 10 mg/nm mg/nm3 50 mg/nm 3 50 mg/nm 3 10 mg/nm 3 1 mg/nm 3 1 ng/nm 3 10 mg/nm 3

35 Considerazioni (I) I limiti delle concentrazioni degli inquinanti aeriformi presentati nel progetto come valori di garanzia risultano pari ai valori massimi fissati dal Decreto Legislativo dell 11 maggio 2005 n. 133 e, quindi, maggiori di quelli previsti dalle BAT e di quelli effettivamente ottenuti in diversi importanti impianti di incenerimento di rifiuti urbani. Ciò a fronte di un impianto di grandi dimensioni, ubicato nel territorio di una città di quasi un milione di abitanti, progettato per trattare una mole importante di rifiuti e generare, quindi, elevate portate di fumi. Si ritiene, di conseguenza, auspicabile la definizione di valori limiti di concentrazione degli inquinanti presenti nei fumi sensibilmente inferiori a quelli previsti attualmente dal progetto.

36 Considerazioni (II) La linea fumi del Termovalorizzatore di Bellolampo prevede tecnologie efficaci e ampiamente utilizzate che presentano alcuni vantaggi quali: - i bassi costi di investimento e di gestione e l elevata affidabilità di funzionamento - la minimizzazione di effluenti liquidi e della visibilità del pennacchio al camino ma anche significativi svantaggi quali: - efficienze di abbattimento degli inquinanti più basse rispetto ad altre soluzioni tecnologiche ampiamente utilizzate in grandi impianti; - l utilizzazione di dispositivi meno idonei, rispetto ad altre soluzioni tecnologiche, a fronteggiare le fluttuazioni delle concentrazioni di inquinanti quali le diossine, il mercurio, gli NOx e i gas acidi; - la mancanza di doppi stadi di trattamento per le diverse tipologie di inquinanti e in particolar modo l assenza di un doppio sistema di depolverazione e di sistemi catalitici Si ritiene, quindi, auspicabile un ripensamento della linea fumi che possa garantire maggiori efficienze di rimozione degli inquinanti e maggiore capacità di fronteggiare eventuali fluttuazioni della concentrazione degli inquinanti.