1 Impianti di combustione a scarti di legno: controllo tecnico-analitico delle emissioni prodotte e raffronto con il quadro normativo di settore ESAME

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Impianti di combustione a scarti di legno:controllo tecnico-analitico delle emissioni

prodotte e raffronto con il quadronormativo di settore

ESAME DEI RISULTATI

Piero SilvestriA.R.P.A.V. Dipartimento Provinciale di Treviso

Servizio Territoriale – U.O. Vigilanza Ambientale

Treviso, 9 marzo 2012

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Lavoro eseguito nell’arco di 3 stagioni termiche tra il 2009 e il 2011 (salvo 1 impianto controllato nel 2007)

Da U.O. Vigilanza Ambientale del DAP Treviso per il campionamento e l’elaborazione dei dati - S.L. Prov. ARPAV di Padova e S.L. Prov. ARPAV di Venezia - U.O. Microinquinanti e Diossine per le determinazioni analitiche (salvo analisi del 2007 di S.L. Prov. ARPAV di Treviso e un’analisi IPA e PCDD/F eseguita da Co.INCA)

12 impianti a legno trattato - 5 a legno vergine

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Caratteristiche degli impianti

Impianti A – L: unità termiche alimentate a sfridi di legno trattatoImpianti M – Q: unità termiche alimentate a sfridi di legno vergineAltri impianti riportati a scopo di confronto in relazione ai gas di combustione

• Temperatura: 90÷160°C

• Velocità fumi: 3÷10 m/s

• Portata anidra: quasi mai superiore a 10.000 Nm3/h

• Umidità: 4÷8% (20% per il cippato di legno)

• O2 riferimento: 11%

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Presentazione dei risultati analitici

Raffronto con i limiti di legge alle emissioni in atmosfera per tipologia di combustibile

Illustrazione delle criticità riscontrate per singolo parametro

Esame delle criticità riscontrate per tipologia di combustibile

1. Gas di combustione (CO, NOX, SO2)

2. Polveri, PM10, Metalli

3. Composti del cloro e del fluoro (HCl, HF)

4. Microinquinanti organici (IPA – PCDD/PCDF)

Considerazioni conclusive

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La quasi totalità degli impianti regola in modo automatico le condizioni di combustione in funzione della richiesta termica delle utenze collegate mediante sistemi di regolazione automatica, basati sulla misurazione in continuo di temperatura e ossigeno in camera di combustione e sulla temperatura di ritorno del fluido riscaldante

L’emissione derivante dagli impianti termici esaminati, per la maggior parte, non presenta un andamento costante nel tempo in corrispondenza di periodi di maggiore o minore carico dell’impianto

Il confronto dei dati medi ottenuti con i limiti di legge è stato visualizzato nei grafici in termini percentuali attraverso il seguente calcolo:

Vi,x % = [(Ci,x – Clim)/Clim]*100Vi,x % è la variazione rispetto al limite del parametro i per l’impianto x,Ci,x è il valore medio misurato per il parametro i presso l’impianto xClim è il valore limite di emissione in funzione del combustibile utilizzato


Nel calcolo dei valori medi per singolo parametro, secondo quanto riportato dal Reference Document on the General Principles of Monitoring (luglio 2003), redatto dall’European I.P.P.C. Bureau (scaricabile dal sito http://eippcb.jrc.es/reference/), è stato applicato il criterio secondo il quale ai valori inferiori al limite di rilevabilità (LR) si assegna nei calcoli, un valore pari a zero. Laddove nella sommatoria tutti i valori siano inferiori al rispettivo limite, si è considerata la somma stessa inferiore al limite di rilevabilità più elevato; come riportato anche nel documento citato, tale criterio tende a sottostimare il vero valore dell’emissione.

Premessa

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?

Parte I, punto 1 dell’Allegato I alla Parte V del D.Lgs. 152/06 e s.m.i.: “… Per le sostanze per cui non sono stabiliti valori di emissione nella parte III si applicano, anche per tali impianti, i valori di emissione stabiliti nella parte II.”

Premessa

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0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T

CO

[m

g/N

m3 ]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

CO

2, O

2 [%

v/v

]

monossido di carbonio (CO) anidride carbonica (CO2) Ossigeno (O2)

8

Monossido di carbonio (CO)

Valori percentuali di emissione in relazione al rispettivo limite per il parametro CO

I valori medi di emissione da impianti a sfridi di legno trattato risultano in genere molto più bassi rispetto a quelli registrati da impianti alimentati a legno vergine; trattandosi di un inquinante per il quale non è comunque previsto uno specifico sistema di abbattimento, tale evidenza sembra attribuibile non tanto al tipo di materiale alimentato, quanto al fatto che negli impianti a legno vergine non viene imposto dalla normativa vigente, per impianti fino a 6 MW, il controllo in continuo del CO nei fumi di combustione.


Riferimenti normativi:

Impianti a legno trattato

All. 2 – Sub. 2, DM 05/02/1998 100 mg/Nm3 come valori semiorari

impianti a legno vergine

Parte III dell’Allegato I alla Parte V del D.Lgs. 152/2006 e s.m.i.350 mg/Nm3

Tutti gli impianti a legno vergine oggetto di controllo hanno evidenziato il superamento del limite. Relativamente agli impianti a sfridi di legno trattato, pur con un limite semiorario decisamente inferiore pari a 100 mg/Nm3 (All. 2 – Sub. 2 al DM 05/02/1998), il superamento del limite è stato accertato“solamente” per 5 impianti sui 12 complessivamente controllati.

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0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1.000


NO

X, S

O2

[mg/

Nm

3 ]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

O2

[% v

/v]

ossidi di azoto (NOx) ossidi di zolfo (SO2) Ossigeno (O2)

10

Ossidi di azoto (NOX)

Valori percentuali di emissione in relazione al rispettivo limite per il parametro NOX

I valori mediamente riscontrati in emissione per le due tipologie di combustibile concordano con quanto era lecito attendersi tenuto conto dei meccanismi di formazione di tale inquinante e del contenuto in azoto dei materiali bruciati. Pertanto appare in larga misura “fisiologico” il superamento del limite di 400 mg/Nm3 per gli impianti a legno trattato, dal momento che risultano assenti specifici sistemi di abbattimento.




All. 2 – Sub. 1, punto 6 del DM 05/02/1998: 400 mg/Nm3 come valori orari


Parte III dell’Allegato I alla Parte V del D.Lgs. 152/2006 e s.m.i.:500 mg/Nm3

Un solo impianto a legno vergine ha evidenziato il superamento del limite. Al contrario per gli impianti a sfridi di legno trattato il superamento del limite è stato accertato in modo quasi sistematico (10 impianti oltre il limite, 1 al limite, 1 entro il limite).

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Biossido di Zolfo (SO2)




All. 2 – Sub. 2 del DM 05/02/1998: 200 mg/Nm3 come valori semiorari


Parte III dell’Allegato I alla Parte V del D.Lgs. 152/2006 e s.m.i.:200 mg/Nm3

Diversamente dagli altri gas di combustione, il biossido di zolfo non ha in nessun caso evidenziato problematiche dal punto di vista del rispetto del limite di legge.Trattandosi di un inquinante che si origina in relazione allo zolfo presente nel combustibile, i dati dimostrano il modesto contenuto di zolfo nei materiali legnosi bruciati, pur notandosi mediamente una maggiore concentrazione in emissione negli impianti alimentati a scarti legnosi derivanti da lavorazioni di pannelli aggregati.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1.000


NO

X,

SO

2 [

mg/

Nm

3]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

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20

O2 [

% v

/v]

ossidi di azoto (NOx) ossidi di zolfo (SO2) Ossigeno (O2)

12


1

10

100

1.000

10.000

polveri tot 4,7 40,7 6,4 33 130 63 135 13 29,8 43,5 9,5 92 9,8 1968 110 649 17,3

Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V+Sn 220 710 98 480 110010301040 400 730 490 1470 57 8400 212

A B C D E F G H I J K L M N O P Q

Valori determinati sui diversi impianti per i parametri polveri totali e Σmetalli


impianti a legno trattato

All. 2 – Sub. 2 del DM 05/02/1998 30 mg/Nm3 per polveri come valori semiorari0,05 mg/Nm3 per Cd+Tl0,05 mg/Nm3 per Hg0,5 mg/Nm3 per Σmetalli (Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V+Sn)

Impianti a legno vergine

Parte III dell’Allegato I alla Parte V del D.Lgs. 152/2006 e s.m.i.100 mg/Nm3 per polveriPer i metalli valgono i limiti per classe riportati nella Parte II dell’Allegato I (Tabella A1 e Tabella B), ma nei grafici, per semplicità, è stato calcolato lo scostamento rispetto al limite valido per gli impianti a legno trattato


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I dati analitici raccolti evidenziano che il superamento del limite di legge per il parametro Σmetalli (Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V+Sn) nella quasi totalità dei casi è stato accertato parallelamente al superamento dei limiti per le polveri.

discreta costanza del rapporto tra il quantitativo complessivamente emesso di metalli pesanti e il rispettivo valore di polveri totali

-100

0

100

200

300

400

500

600

700


polveri totali Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V+Sn

Valori percentuali di emissione in relazione al rispettivo limite per i parametri polveri totali e Σmetalli



senza filtro a maniche finale

Anche in presenza di una sottostazione filtrante a maniche, i limiti alle emissioni per le polveri sono stati più volte superati; in generale si nota che il valore di 30 mg/Nm3 viene rispettato solamente da 7 impianti sui 17 alimentati a residui legnosi.

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0

1

10

100

1.000

10.000

polveri tot 4,7 40,7 6,4 33 130 63 135 13 29,8 43,5 9,5 92 9,8 1968 110 649 17,3

Cd+Tl 0,9 5,4 0,5 0,9 6,2 6 3,5 7,1 6 2,5 20 61 0,6

Hg 0,6 0,44 1,5 1,4 0,6 1,6


Valori determinati sui diversi impianti per i parametri polveri totali e Cd+Tl e Hg

Non vi è stata evidenza di criticità legate all’emissione di Cadmio, Tallio e Mercurio.



Rapporto percentuale tra concentrazione di metalli (Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V+Sn) e polveri totali

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Concentrazioni dei singoli metalli espresse in mg/Nm3 sui diversi impianti

Analisi QUANTITATIVASi osserva una netta prevalenza di Piombo e Manganese, affiancata da discreti quantitativi di Rame, Cromo e, in misura più variabile, Stagno.

In presenza di elevati valori di polveri totali, talora il valore di concentrazione dei singoli metalli supera il valore ammesso per la sommatoria

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Distribuzione percentuale dei singoli metalli sui diversi impianti


Analisi QUALITATIVAEscludendo alcuni casi anomali costituiti in particolare dalle lettere I e P, sembra evidenziarsi una certa differenza nelle distribuzioni percentuali con una tendenziale maggiore presenza di Piombo negli impianti a legno trattato rispetto a quanto registrato negli impianti a legno vergine (M e Q), dove invece prevale il Manganese.

Necessari ulteriori dati di conferma

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0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

A B C D E F G H J K M P Q

polveri tot [mg/Nm3] PM10 [mg/Nm3] PM10/TOT [%]


Escludendo gli impianti A e H, dove è evidente una non confrontabilità dei dati in parte presumibilmente accentuata dai bassi valori assoluti di polveri emesse, nella media degli impianti la percentuale di polveri costituita dalla frazione PM10 è dell’ordine del 65% senza particolare differenziazione tra legno trattato e legno vergine.


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3. Composti del cloro e del fluoro (HCl, HF)

Valori percentuali di emissione in relazione al rispettivo limite per il parametro HCl

Per i composti del cloro il limite imposto è sempre stato rispettato. In soli due casi sono stati registrati valori superiori al limite di rilevabilità per i composti del fluoro che, pertanto, nelle unità termiche controllate non rappresenta fonte di criticità.


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

[mg

/Nm

3 ]

HCl 14,2 18,9 18,4 16 4,6 13,4 35,9 0 28,4 44,2 3,4 1,1 0 9,2

HF 0 0,5 0 0,6

A B C E F G H I J K L M P Q

Su quasi tutti gli impianti si riscontrano valori apprezzabili di HCl con un valore medio che ben si differenzia tra impianti alimentati a legno trattato e a legno vergine, a riscontro della maggiore presenza di contaminazioni associabili a impurezze contenenti composti clorurati nel combustibile derivante da legno trattato.



All. 2 – Sub. 2 del DM 05/02/1998: 60 mg/Nm3 per HCl come valori semiorari


Parte II dell’Allegato I (Tabella C, classe III):30 mg/Nm3 per HCl (f.m. 300 g/h)

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0,001

0,01

0,1

1

10

100

I.P.A. [microg/Nm3] 10,0 1,0 0,040 0,008 4,0 0,280 0,019 0,005 49,1

PCDD/F [ng/Nm3] 7,64 0,018 1,01 0,11 0,011 4,26 3,41 0,0024 2,25 0,0073

A B E F G J K M P Q


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impianti termici alimentati a legno trattato

All. 2 – Sub. 1, Punto 6 del DM 05/02/1998 0,1 ng/Nm3 per i PCDD/F come conc. tossica equiv.0,01 mg/Nm3 per gli IPA come valori medi rilevati su un periodo di campionamento di 8 ore

impianti termici alimentati a legno vergine

La Parte III dell’Allegato I alla Parte V del D.Lgs. 152/2006 e s.m.i. non prevede alcun limite specifico;

per PCDD/F e IPA è pertanto necessario fare riferimento alle indicazioni per classi di composti di cui alla Parte II dell’Allegato I ovvero

0,01 mg/Nm3 per PCDD/F con soglia di rilevanza di 0,02 g/h (Tabella A2, classe I)0,1 mg/Nm3 per IPA con soglia di rilevanza di 0,5 g/h (Tabella A1, classe I)

PCDD/F: per le due categorie di impianti ci sono limiti di emissione differenti per diversi ordini di grandezza

Utilizzato quale riferimento il valore di 0,1 ng/Nm3 come concentrazione tossica equivalente per tutti gli impianti considerati

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-200

300

800

1.300

1.800

2.300

A B E F G J K M P Q

PCDD/PCDF IPA

Notevole variabilità dei valori di concentrazione. Prendendo a riferimento la soglia di 0,1 ng/Nm3 sono ben 6 gli impianti che superano o raggiungono all’emissione tale valore (5 a legno trattato, 1 a legno vergine) facendo osservare con una certa frequenza concentrazioni decine di volte superiori

Valori percentuali di emissione in relazione al rispettivo limite per i parametri PCDD/PCDF e IPA

IPAIn una sola unità a legno trattato (A) viene raggiunto il limite. Il valore di concentrazione di 0,01 mg/Nm3 appare difficilmente raggiungibile anche in impianti in cui altri parametri attestano condizioni di combustioni non ottimali

PCDD/F


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C’è correlazione tra microinquinanti organici, particolato e composti del cloro?

0

10

20

30

40

50

60

70

HCl [mg/Nm3] 14,2 18,9 16 4,6 13,4 28,4 44,2 1,1 9,2

polveri [mg/Nm3] 4,7 40,7 130 63 135 43,5 9,5 9,8 649 17,3

I.P.A. [microg/Nm3] 10,0 1,0 0,040 0,008 4,0 0,280 0,019 0,005 49,1

PCDD/F [ng/Nm3] 7,64 0,018 1,01 0,11 0,011 4,26 3,41 0,0024 2,25 0,0073

A B E F G J K M P Q

Correlazione PCDD/PCDF e HCl

Correlazione PCDD/PCDF e polveri totali

Correlazione IPA e polveri totali

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

PCDD/PCDF [ng/Nm3]

Cu

[m

g/N

m3]

Correlazione PCDD/PCDF e Cu


Nessuna correlazione significativa nei valori registrati a camino

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Stima dei flussi di massa relativi a diossine e furani(concentrazioni non riferite all’11%)


Le unità termiche analizzate sono caratterizzate da portate modeste e da un funzionamento limitato alla sola stagione invernale.

Elevate concentrazioni ma in termini di flusso di massa?

Ipotesi - funzionamento medio impianti pari a: 12 ore/giorno 100 gg/anno

Laddove è stato riscontrato il superamento del limite, gli impianti termici analizzati risultano potenzialmente emettere nell’ambiente quantitativi annui di diossine e furani non trascurabili

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Impianti termici a legno vergine

i riscontri analitici rendono evidente che l’installazione del solo sistema di alimentazione in automatico del combustibile non consente di assicurare il rispetto del limite imposto per il monossido di carbonio

evidenziato che solo una unità termica era superiore ai 3 MW, sembrerebbe auspicabile che anche al di sotto di tale soglia gli impianti siano dotati di sistemi di controllo e ottimizzazione della combustione attraverso la misura in continuo quantomeno di temperatura e ossigeno e regolazione automatica del rapporto aria combustibile

è stato dimostrato che l’adozione di sistemi di abbattimento delle polveri basati esclusivamente sull’utilizzo di cicloni e/o multicicloni non garantisce il rispetto dei limiti imposti dalla normativa (100 mg/Nm3)

Esame delle criticità riscontrate

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Esame delle criticità riscontrate

Impianti termici a legno trattato

in relazione agli ossidi di azoto, i riscontri analitici evidenziano che i valori alle emissioni sono allineati a quanto atteso sulla base del contenuto in azoto dei materiali bruciati; pertanto appare in larga misura “fisiologico” il superamento del limite di 400 mg/Nm3 dal momento che gli impianti risultano normalmente privi di specifici sistemi di abbattimento

sembra opportuno che, anche al di sotto della soglia di 6 MW, si valuti l’eventuale l’integrazione dei sistemi di trattamento fumi con una specifica sezione di abbattimento e l’adozione di sistemi di misura in continuo degli ossidi di azoto

in relazione ai metalli, premesso che sono stati registrati alcuni casi anomali, sembra evidenziarsi una tendenziale maggiore presenza di Piombo negli impianti a legno trattato rispetto a quanto registrato negli impianti a legno vergine dove invece prevale il Manganese

5 su 7 impianti complessivamente controllati hanno fatto registrare il superamento o il raggiungimento del limite imposto per il parametro PCDD/F (0,1 ng/Nm3 come I-TE)

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Appare fonte di particolare criticità la discontinuità di utilizzo degli impianti termici che rende difficoltosa l’ottimizzazione delle condizioni di combustione in relazione agli inquinanti emessi in tutte le diverse fasi di utilizzo. Necessaria una corretta fase progettuale evitando sovradimensionamenti che costringono gli impianti a lunghi periodi di “mantenimento”.

Gli elevati valori in emissione di PCDD/PCDF rilevati ed i rispettivi flussi di massa costituiscono una evidente fonte di preoccupazione. Non c’è riscontro di alcuna correlazione significativa tra i valori dei microinquinanti organici e la concentrazione a camino di altri inquinanti presenti nei fumi emessi. Sono presumibilmente le condizioni di combustione in termini di temperature, modalità di adduzione del comburente, tempi di residenza, ecc., a influire in modo decisivo sulle concentrazioni a camino.

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Le verifiche tecniche documentali hanno evidenziato in generale la necessità di rendere più sistematiche le attività manutentive sia del corpo caldaia, che del sistema di abbattimento e di misurazione in continuo dei fumi. L’impianto termico deve essere considerato parte integrante del processo produttivo e correttamente gestito. In alternativa appare ragionevole pensare di spostare l’operazione di recupero energetico da sfridi di legno su impianti di maggior taglia che presentino una operatività più continua e sistemi di monitoraggio, controllo e contenimento degli inquinanti in grado di fornire maggiori garanzie in termini di tutela ambientale.

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Riferimenti: www.arpa.veneto.it http://ecologia.provincia.treviso.it

A.R.P.A.V. Dipartimento Prov. di Treviso – Servizio TerritorialeVia Santa Barbara 5/a – 31100 TrevisoTel. 0422.558502 – Fax 0422.558501 Resp. Dr. Giuseppe Daniel [email protected]

U.O. Vigilanza Ambientale Resp. Dr. Tiziano Vendrame [email protected]

Gruppo emissioni in atmosfera Piero Silvestri [email protected] Ivano Furlan [email protected] Paolo Ronchin [email protected] Stefano Simionato [email protected]

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GRAZIE DELL’ATTENZIONE

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