Caratterizzazione delle emissioni in atmosfera e simulazioni modellistiche della qualità dell aria

Caratterizzazione delle emissioni in atmosfera e simulazioni modellistiche della qualità dell aria Vanes Poluzzi, Responsabile CTR Aree Urbane Arpa Emilia-Romagna Bologna, 14 settembre 2010

Linea progettuale 1 Responsabile: Valeria Biancolini, Arpa sez RE Caratterizzazione delle emissioni degli inceneritori in esercizio nelle aree di indagine Lo studio ha riguardato 1 inceneritore di Rifiuti Urbani (via del Frullo - Granarolo dell Emilia - Bologna) I RISULTATI ATTESI: Informazioni quali-quantitative sulla DISTRIBUZIONE DIMENSIONALE delle particelle emesse Caratterizzazione CHIMICA, FISICA E MORFOLOGICA dell aerosol emesso Raccolta di dati utili all aggiornamento e implementazione del CATASTO DELLE EMISSIONI per fini modellistici

Linee guida per la sorveglianza degli impianti di incenerimento www.moniter.it - Campionamento alle emissioni in atmosfera - Caratterizzazione chimica, fisica, morfologica - Aerosol size distribution, bilancio di massa Speciazione dei seguenti analiti su particolato e condensa: PTS, PM10, PM2.5; metalli totali; metalli solubili; componente organica solubile; diossine e furani; IPA; PCB; carbonio organico totale; anioni e cationi. Ulteriori indagini Distribuzione dimensionale e concentrazione numerica dell aerosol emesso; Aspetti morfologici; Confronto organico/inorganico; Analisi elementale; Bilancio di massa degli inquinanti in tracce (PCDD/F, PCB, metalli pesanti).

Alcuni risultati ottenuti alle emissioni in atmosfera Dati gravimetrici: (Arpa) Linea 2 mg/nmc PM>10 mg/nmc PM2,5-10 mg/nmc PM<2,5 min 0,0003 0,0003 0,042 max 0,015 0,007 0,132 media 0,005 0,004 0,062 mediana 0,004 0,004 0,047 LINE 1: PM distribution mg/nmc PM>10 mg/nmc PM2,5-10 mg/nmc PM<2,5 min 0,001 0,002 0,035 max 0,004 0,005 0,042 media 0,003 0,003 0,037 mediana 0,003 0,003 0,036 LINE 2: PM distribution 7% 6% 7% 7% 87% mg/ Nmc PM >10 mg/ Nmc PM 2,5-10 mg/ Nmc PM <2,5 86% mg / Nmc PM >10 mg / Nmc PM 2,5-10 mg / Nmc PM <2,5

Alcuni risultati ottenuti alle emissioni in atmosfera Metalli: (Arpa) Metalli (µg/nm3) Sb + As + Pb + Cr + Co + Cu + Mn + Ni + V Cd + Tl Hg valori osservati 27,6-107,4 0,115-1,57 0, 75-8,82 limite di legge 500 50 50

Alcuni risultati ottenuti alle emissioni in atmosfera Metalli: confronto totali con gli idrosolubili (Arpa, UniFe) idrosolubili totali analita ng/nmc Ni 4,25 4,17 Cu 12,08 27,33 Mn 6,01 60570,35 Cr 2,47 51,25 Cd 0,67 0,39 Pb 8,62 665,35 Al 13,64 10603,50 Fe 75,71 11166,10 Sb 5,17 36,90 V 1,41 <ldr As <ldr <ldr Sr 22,33 18,99 Zn 754,43 14393,95 Composti polari organici (Arpa, UniFe) Ac. Malonico Ac. Succinico Ac. Glutarico Ac. Adipico Ac. Pimelico Ac. Suberico Ac. Azelaico Ac. Furoico Ac. Nicotinico Ac. Malico Ac. Maleico Ac. Ftalico Ac. 2 Idrossibenzoico Ac. 3 Idrossibenzoico Ac. 4 Idrossibenzoico Nessuno trovato

Alcuni risultati ottenuti alle emissioni in atmosfera Policlorodibenzodiossine, policlorodibenzofurani (PCDD - PCDF) (Arpa) Diossine e furani (pgi-te/nm3) valori osservati 0,318 0,278 0,348 0,268 limite di legge 100 Percentuale di recupero: 30% valore di concentrazione corretto: 1 pgi-te/nmc Ripartizione PCDD/PCDF nelle tre fasi: dato medio 8% 4% 88% filtri xad cond

Alcuni risultati ottenuti alle emissioni in atmosfera Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA) (Arpa) Idrocarburi Policiclici Aromatici (ng/nm3) valori osservati 10,530 7,94 2,02 1,72 limite di legge 10.000 Ripartizione IPA nelle tre fasi: dato medio 11% 31% 58% filtri xad condensa

Alcuni risultati ottenuti alle emissioni in atmosfera Policlorobifenili (PCB) (Arpa) PCB Policlorobifenili (ng/nm3) dioxine like 0,065 0,094 0,058 0,032 altri PCB 0,2 0,348 0,172 0,096 PCB totali 0,265 0,442 0,23 0,128 limiti di legge // Ripartizione PCB (WHO + altri) nelle tre fasi: dato medio 40% 27% 33% filtri xad condensa

VALORI MEDI ug/nmc analita filtro 1 filtro 2 filtro 3 condensa C 0,68 0,62 3,45 509,97 Valore limite giornaliero (puramente indicativo viste le metodiche diverse) sostanza organica (gas e vapori): 10 mg /Nm 3 VALORI MEDI ug/nmc analita filtro 1 filtro 2 filtro 3 condensa F - 1,85 Ac - 3,58 Pr - Fo - 1,25 Ms - 0,05 Cl - 0,54 0,60 2,21 317,27 NO2-41,85 Br - 0,03 19,34 NO3-35,00 Su 2-13,34 SO4 2-0,86 0,76 14,60 3138,41 Os 2-27,35 PO4 3-58,10 Anioni e cationi Le specie ioniche trovate maggiormente presenti sono risultate essere: NH 4 + Ca 2+ Cl - SO 4 2- Componente Carboniosa (Arpa, UniBo Dip. Chimica Fisica e Inorganica) (Arpa, UniBo Dip. Chimica) Per i primi due cationi è possibile ipotizzare un origine nei reagenti utilizzati nell impianto di abbattimento Na + 4,17 22,02 NH4 + 0,14 0,12 0,32 1637,31 K + 0,28 18,09 Mg 2+ 0,47 12,46 Ca 2+ 1,73 690,94 Per gli altri due anioni l origine è nella composizione e combustione del rifiuto stesso

Alcuni risultati ottenuti alle emissioni in atmosfera Analisi elementale (Arpa, PoliMI, UniVE) 35,0 Element distribution 30,0 25,0 % 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 S Na Ca P K Al Si Cu Fe Mg Cl Zn Sb Cr F element POLIMI ARPA morphological aspect and nature of particles (0.4-2.5 um) Aspetti morfologici % 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 elongated spherical with angles group of p a rtic le s morph. aspect arp a org p olim i org arpa inorg p olim i inorg

Alcuni risultati ottenuti alle emissioni in atmosfera Concentrazione numerica e spettro dimensionale dell aerosol (Arpa, PoliMi) 160000 Numero particelle/cc del 16 luglio 2008 140000 120000 100000 80000 N/cc 60000 40000 20000 0 13.15.00 13.21.50 13.28.40 13.35.30 13.42.20 13.49.10 13.56.00 14.02.50 14.09.40 14.16.30 14.23.20 14.30.10 14.37.00 14.43.50 14.50.40 14.57.30 15.04.20 15.11.10 15.18.00 15.24.50 15.31.40 15.38.30 15.45.20 15.52.10 15.59.00 16.05.50 16.12.40 16.19.30 16.26.20 16.33.10 16.40.00 ora valore medio Grafico della concentrazione di particelle emesse il 16 luglio 2008

Alcuni risultati ottenuti alle emissioni in atmosfera Concentrazione numerica e spettro dimensionale dell aerosol (Arpa, PoliMi) 2000 6000 1200 1800 1600 5000 1000 Number dn/dlogdp [1/cm³] 1400 1200 1000 800 600 Number dn/dlogdp [1/cm³] 4000 3000 2000 Number dn/dlogdp [1/cm³] 800 600 400 400 1000 200 200 0 0.01 0.1 1 10 0 0.01 0.1 1 10 0 0.01 0.1 1 10 Dp [um] Dp [um] Dp [um] Distribuzione dimensionale delle particelle emesse, riscontrata il 16 luglio 2008 : - rispettivamente media, - in corrispondenza di un picco, - in corrispondenza di un avvallamento

Alcuni risultati sul bilancio di massa (Arpa, PoliMi) Il rilascio di organoclorurati (PCDD, PCDF, PCB) è di circa 34 µg per tonn. di rifiuto contro i 43.2 in entrata; Confronto tra il rilascio totale di diossine acquisito nella presente indagine con i valori disponibili per altri impianti

OBIETTIVI: Linea progettuale 2 Responsabile: Mauro Rossi, sez Arpa RN Organizzazione e realizzazione della sorveglianza ambientale nelle aree circostanti gli impianti di incenerimento Realizzazione di Linee Guida per la realizzazione della sorveglianza ambientale www.moniter.it Definizione di isolinee di concentrazione di inquinanti in atmosfera nei domini al cui interno vi sono gli inceneritori in Emilia-Romagna utilizzando il modello ADMS Urban (Arpa) Realizzazione di una fase sperimentale di ricerca e sviluppo (Fase II) le cui attività avranno i seguenti obiettivi (2 campagne di circa 40-45 gg): - valutare lo spettro dimensionale dell aerosol presente in atmosfera, - effettuare la speciazione dell aerosol fine (PM 1 e PM 2.5 ) Sviluppo di modelli: di tipo non stazionario e al recettore

Simulazioni con il modello ADMS-Urban per: Pianificazione delle campagne di monitoraggio nell intorno dell inceneritore del Frullo S.P.Capofiume = Siti di monitoraggio

Simulazioni con il modello ADMS-Urban per: Supporto all epidemiologia (LP3 e LP4) Impostazioni comuni a tutte le province: Emissioni: Dati SME per inceneritori Miglior conoscenza possibile per gli altri macrosettori Meteo: Meteo oraria rappresentativa del sito ma di un solo anno meteorologico per ogni sito Modello: Solo diffusione primaria Simulazioni (NOx e TSP = PM10): a1. della Qualità dell Aria nelle aree prossime agli inceneritori a2. delle ricadute degli inceneritori (solo impianto) presenti ad oggi in Emilia-Romagna Simulazioni (TSP=PM10) delle ricadute degli inceneritori presenti in passato in Emilia-Romagna (storia degli impianti)

Valutazione del Dominio Base di partenza: quadrato che circoscrive una circonferenza di 4 km di raggio Simulazioni vecchi impianti Viene effettuata la ricostruzione della storia di ogni impianto, seguendo nel tempo le variazioni strutturali e di processo come ad esempio: variazioni di altezza e diametro di linea emissiva variazioni di parametri di combustione uso di differenti additivi variazioni di filtri e abbattitori

BO: sinistra: solo inceneritore destra: tutte le sorgenti di emissione Inc. Frullo Inc. Frullo

Inceneritori e ambiente (ex Linee 2 e 1) Esempi di mappe di ricaduta, con evoluzione nel tempo Qui metterei qualche mappa di quelle prodotte da Rossi, che sta sistemando quelle relative a Bologna, Frullo PM10 Stima ricaduta emissioni 1987-1990

Frullo PM10 Stima ricaduta emissioni 1991-2001

Frullo PM10 Stima ricaduta emissioni 2002

Frullo PM10 Stima ricaduta emissioni 2003

Frullo PM10 Stima ricaduta emissioni 2004

Frullo PM10 Stima ricaduta emissioni 2005

Frullo PM10 Stima ricaduta emissioni 2006

Ringraziamenti: LP 1: Valeria Biancolini e collaboratori interni ad Arpa e di istituti esterni LP 2: Mauro Rossi e collaboratori interni ad Arpa e di istituti esterni per un totale di circa 100-120 persone