Valutazione dell impatto sull atmosfera ed ottimizzazione delle attività di controllo di inceneritori con l ausilio di modelli numerici WORKSHOP I controlli di Arpa agli impianti di incenerimento dei rifiuti in Emilia Romagna-Stato attuale e prospettive RIMINI, 31 maggio 2005 Marco Deserti, Michele Stortini, Enrico Minguzzi, Giovanni Bonafè SIM area Meteorologia Ambientale
Emissioni di un inceneritore nel contesto delle emissioni regionali. Simulazione modellistica dell impatto locale di un singolo impianto di un impianto nel contesto urbano-industriale approccio avanzato alla simulazione modellistica dell impatto di inquinanti primari da sorgente singola (modelli a puff o lagrangiani) Simulazione modellistica dell impatto a larga scala: ozono e PM esempio di analisi a scala regionale 5 km ris. esempio di analisi a scala di bacino 10 km ris. Come utilizzare le simulazioni modellistiche Attività di ARPA Possibili sviluppi Conclusioni Contenuti
Le emissioni di un singolo impianto (il fattore di pressione specifico) Il quadro complessivo delle emissioni (l insieme dei fattori di pressione) Inventario regionale fonte ARPA-IA Inventario nazionale fonte CTN-ACE 2000 Emissioni
Inquinanti primari con impatto locale il principale inquinante emesso è NOX, seguito monossido di carbonio (CO), polveri (PM) e varie sostanze organiche, metalli pesanti, PCDD, IPA, in concentrazione variabile. Inquinanti precursori di inquinamento secondario con impatto sulla qualità dell aria a scala regionale: il principale inquinante emesso è rappresentato da ossidi di azoto (NOx) e sostanze organiche, precursori dell inquinamento da ozono e, assieme ad SOX, dell inquinamento da polveri sottili di origine secondaria Emissioni: singolo impianto
Emissioni di precursori di inquinamento secondario in Emilia Romagna per macrosettore Fonte inventario regionale ARPA-IA Nox VOC SOX natura agricoltura rifiuti (incenerimento e discariche) altre sorg. Mobili trasporto su strada solventi estrazione comb. Fossili processi produttivi combustione ind. combustione non ind. combustione energia 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 Emissioni: inventario Emilia Romagna
Emissioni nazionali di NMVOC in Italia, 1999 Totale 1.839.097 Ton Emissioni nazionali di NOx in Italia, 1999 Totale 1.485.599 Ton Fonte: APAT Emissioni: inventario nazionale
Si tratta dunque di un contributo trascurabile all inquinamento dell aria? Il contributo locale degli inquinanti primari deve essere valutato accuratamente in condizioni orografiche e meteorologiche complesse. Nelle zone dove sono presenti molte sorgenti emissive (aree urbane, zone industriali) occorre valutare l effetto complessivo sulla qualità dell aria Il sistema atmosfera è al di sopra della sua capacità di carico in gran parte della regione (vedi superamenti di PM10 e O3): l impatto di nuove sorgenti di precursori (NOx, SOx, VOC) deve essere valutato (dipendenza non lineare tra emissioni e concentrazioni) Impatto sulla qualità dell aria
scenario "Produzione di energia" h camino temperatura fumi NOX m C Ton Anno singolo impianto turbogas 60-100 100 700 totale ER settore energia (Corinair 1999) 11300 Incremento considerato (+ 5 impianti turbogas) 5500 sce nario "Rifiuti" h camino temperatura fumi NOX m C Ton Anno singolo impianto inceneritore 80 100 100-300 totale ER settore rifiuti (ARPA-IA 2000) 800 Incremento considerato (+ 20 impianti ineneritori equivalenti) 5500 Scenari emissivi
Il modello gaussiano stazionario terreno piatto vento costante e non nullo inq. non reattivi Il modello a puff non stazionario terreno complesso vento variabile e calme inq. non reattivi Il modello a particelle non stazionario terreno complesso vento variabile e calme meteorologia complessa 3D inq. non reattivi Simulazione a scala locale. Modelli di base e modelli avanzati.
Simulazione impatto locale (c.a. 10 km), modello semplice Gaussiano, stazionario, meteo puntuale, sorgente singola o insieme di sorgenti Inquinanti primari Risultati molto dipendenti da qualità meteo/dati sorgente Simulazione annuale con dati orari (risultati sono la somma di tutti gli istanti ) Simulazioni a scala locale. Modelli gaussiani
Un ipotetico scenario locale
Esempio: simulazione concentrazioni di NOx Emissioni annuali NOx t/y Civili 112 Industrie (areali) 298 Traffico 557 Total 955 Turbogas 536 Dominio di Imola:10Km x 7Km
NOx ore 14 del 08/10/2002, solo sorgente puntuale
NOx ore 14 del 08/10/2002, Scenario attuale (tutte le sorgenti)
NOx ore 14 del 08/10/2002, Scenario con sorgente puntuale
Modello Lagrangiano (orografia complessa, meteo disomogenea per brezze ecc., distanze >10km, camini molto alti) Simulazione a scala locale. Modello lagrangiano
Fonte: CTN-ACE (http://www.smr.arpa.emr.it/ctn/ ) Simulazione a scala locale. Modello lagrangiano
il vento a 10m mostra differenti strutture a differenti risoluzioni spaziali: con 1.1 km di risoluzione si evidenziano i flussi lungo le valli 7km Bologna 1.1km Valle del Reno Valle del Santerno Meteorologia ad alta risoluzione: Vento e orografia
Il modello Euleriano Modello a punti di griglia Soluzione numerica delle equazioni di diffusione Inquinanti reattivi (circa 50 specie e 200 reazioni) Due esempi: Calgrid 5*5 km, estate 2003 NINFA 10*10 km, episodio invernale 2004 Simulazioni a scala regionale. Modello Euleriano
Stima del contributo alla concentrazione di NO2 µg/m3 dovuto alla introduzione di nuove centrali (Calgrid 5*5km, estate 2003) Introduzione delle centrali attualmente autorizzate
Stima del contributo alla concentrazione di O3 µg/m3 dovuto alla introduzione di nuove centrali (Calgrid 5*5km, estate 2003) Introduzione delle centrali attualmente autorizzate
Stima del contributo alla concentrazione di O3 µg/m3 dovuto alla introduzione di nuove centrali (Calgrid 5*5km, estate 2003) Introduzione delle centrali attualmente autorizzate
Stima del contributo alla concentrazione di PM10 µg/m3 dovuto alla produzione di energia elettrica (NINFA 10*10km, episodio inverno 2004) Emissioni NOx (Ton/y) 1- >5000 2-1000<5000 3-100<1000 Introduzione di sorgenti produzione di energia elettrica (CTN-ACE 2000)
Analisi di scenario: Valutazione dell impatto locale di una sorgente (istruttoria tecnica della VIA presentata dal proponente, a volte inadeguata) Monitoraggio-controllo post operam (scelta dei punti di campionamento, ottimizzazione dei controlli) Valutazione del contributo della sorgente alla qualità dell aria locale e regionale; Piani di miglioramento della qualità dell aria, gestione dell impianto Previsioni: Rilasci accidentali Gestione dell impianto in inquinamento atmosferico periodi di elevato Utilizzo delle simulazioni
Le sezioni provinciali ARPA dispongono di modelli e di personale formato per eseguire la valutazione dell impatto locale con modelli semplici (inquinanti primari, orografia piana) La meteorologia viene fornita da ARPA-SIM (CALMET- SIM, LAMI) La valutazione a scala locale con modelli complessi (es. lagrangiani) può essere sviluppata da SIM. La qualità dei risultati dipende in modo critico dai dati di ingresso (emissioni e meteorologia) La valutazione a scala regionale viene realizzata mediante l applicazione di un modello CTM (es. NINFA) da parte di SIM L inventario delle emissioni viene aggiornato da IA nell ambito di un progetto regionale. Attività di ARPA
scala regionale area urbana SIM NINFA (euleriano 3D) terreno piano sorgenti isolate terreno complesso e/o brezze ADMS- Urban sezioni prov. ISC, ADMS... sezioni prov. Lagrangiano 3D SIM da sviluppare SIM Input meteo Inventario emissioni regionale ARPA-IA
Acquisire sistematicamente i dati derivanti dai controlli eseguiti sul più ampio numero possibile di impianti per calcolare fattori di emissione specifici da utilizzare per gli inventari di emissione; Acquisire da parte di ARPA e rendere disponibili al proprio interno i dati di misure in continuo per consentire l utilizzo del dato nei modelli operativi di QA; Meteorologia ad alta risoluzione (da 5-7 km a 2.8 km) Implementazione di NINFA ad alta risoluzione (5-2.5km) Suggerimenti e sviluppi futuri i
Le analisi di scenario vanno eseguite sia su scala locale (decine di km) che regionale (centinaia di km) La modellistica a scala locale viene utilizzata per valutare la ricaduta degli inquinanti primari (PCDD, metalli pesanti, IPA, ecc.) e gli effetti sulla qualità dell aria nelle vicinanze dell impianto (CO, NO2, PM) La modellistica a scala regionale tiene conto delle trasformazioni chimico-fisiche e viene utilizzata per valutare gli effetti sulla qualità dell aria a larga scala, soprattutto per gli inquinanti più critici in Emilia Romagna (O3, NO2 e PM) È possibile anche un utilizzo della modellistica per eseguire previsioni di qualità dell aria e la gestione di rilasci accidentali. Conclusioni