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ricerca&società |
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dossier:
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SMALTIMENTO DEI RIFIUTI
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GIUSEPPE
MININNI |
ROBERTO PASSINO Direttore dello stesso Istituto |
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Coordinatore del Progetto di Ricerca "Processi termici con recupero di energia per lo smaltimento di fanghi e di altri rifiutu speciali anche pericolosi" del CNR |
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L'ATTIVITA' DELL'IRSA NEL |
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RECUPERO DI ENERGIA |
PER LO SMALTIMENTO DI FANGHI, RIFIUTI SPECIALI E PERICOLOSI |
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PREMESSA
Il progetto di ricerca "Processi termici con recupero di energia per lo smaltimento di fanghi e rifiuti speciali anche pericolosi" è nato nell'ambito dell'attività sull'incenerimento dei fanghi che l'Istituto di Ricerca sulle Acque (IRSA) del CNR ha iniziato fin dalla metà degli anni '80.
| fig. 1: impianto dimostrativo di incenerimento dell'irsa a bari |  |
La criticità dello smaltimento dei fanghi di depurazione si era evidenziata nel nostro Paese fin dalla promulgazione della Legge 319/76 e soprattutto a seguito della progressiva attuazione degli investimenti relativi alla riserva ambientale del Fondo Investimento Occupazione (Fio) negli anni '80. I gestori degli impianti di depurazione trovavano, infatti, difficoltà ad assicurare lo smaltimento dei fanghi in maniera adeguata anche in relazione all'insufficiente livello di progettazione degli impianti che spesso non ha tenuto in debito conto (ma anche oggi si riscontrano gli stessi inconvenienti) il destino finale dei fanghi. Nel luglio del 1984 fu emanata la normativa tecnica di attuazione del DPR 915/82 che poneva prescrizioni per lo smaltimento in discarica, per il compostaggio e per l'incenerimento. Nel 1992 fu poi emanato il decreto Ministeriale sull'utilizzazione dei fanghi in agricoltura che recepiva la Direttiva Europea 86/278. Da questo quadro normativo era chiaro che, da un lato, l'utilizzazione in agricoltura era subordinata al rispetto dei limiti di concentrazione sui metalli pesanti e, dall'altro, che il ricorso all'incenerimento era vincolato alla postcombustione dei fumi per evitare la presenza nelle emissioni al camino di microinquinanti organici. L'IRSA aveva già provveduto ad approfondire le problematiche scientifiche dell'utilizzazione dei fanghi in agricoltura e del processo di compostaggio nell'ambito del Progetto Finalizzato "Ambiente" (1976-1983) e ha considerato, quindi, prioritario nel settore dei fanghi lo studio dell'incenerimento per approfondire numerosi aspetti legati essenzialmente alla verifica della compatibilità ambientale di questo processo. Per quanto riguarda in particolare il problema di diossine e furani, erano stati pubblicati numerosi studi dai quali si evidenziava che questi composti si formavano prevalentemente in un intervallo critico di temperatura (250-400 °C) in presenza di carbonio incombusto, di acido cloridrico e di rame, che agirebbe come catalizzatore. La camera di postcombustione sarebbe quindi un presidio per la distruzione dei prodotti di combustione incompleta uscenti dal forno d'incenerimento, ma avrebbe un effetto trascurabile su diossine e furani, che sono prodotti nel corso del raffreddamento dei fumi. Naturalmente questa conclusione, ricavata da studi fatti prevalentemente a livello di laboratorio, avrebbe dovuto essere confermata da un'azione dimostrativa.
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fig. 2: concentrazione di diossine e idrocarburi policiclici aromatici (ipa) in funzione della temperatura in camera di postcombustione (forno a letto fluido prova 1998) |
L'IRSA ha quindi acquisito due finanziamenti, rispettivamente dalla ex Agenzia per la promozione dello Sviluppo del Mezzogiorno e dal Ministero dell'Ambiente, per la realizzazione di un impianto dimostrativo situato a Bari ovest che fu ultimato nel 1995-'96 (fig. 1). L'impianto è costituito da un essiccatore a contatto indiretto, da un forno a letto fluidizzato circolante, da un forno a tamburo rotante, da una camera di postcombustione dei fumi, da una sezione di recupero termico ed, infine, da una sezione di depurazione dei fumi.
La sperimentazione sull'impianto dimostrativo, a livello preindustriale, è stata successivamente finanziata con i fondi strutturali europei sul Programma Operativo Ricerca Sviluppo Tecnologico ed Alta Formazione nell'ambito del Progetto di ricerca "Processi termici con recupero di energia per lo smaltimento di fanghi e rifiuti speciali anche pericolosi". A questo progetto partecipano tre Istituti del CNR - Istituto di Ricerca sulle Acque come coordinatore, Istituto di Ricerche sulla Combustione e Istituto sull'Inquinamento Atmosferico - e due Dipartimenti Universitari, il Dipartimento di Ingegneria dell'Innovazione dell'Università di Lecce ed il Dipartimento di Scienza dell'Ambiente e del Territorio dell'Università degli Studi di Milano.
RISULTATI DELL'ATTIVITA' DI RICERCA CONDOTTA DALL'IRSA
Sono stati condotti due anni di sperimentazione nel 1998 e 1999 con l'obiettivo di verificare la qualità delle emissioni gassose nel corso di numerose prove effettuate con fanghi tal quali o drogati con composti clorurati. È stata posta attenzione anche all'influenza della temperatura della camera di postcombustione sulle emissioni.
I risultati delle prove sono stati molto soddisfacenti, soprattutto considerando le condizioni critiche di alimentazione (concentrazione di cloro organico fino al 5% con presenza di idrocarburi aromatici) e di esercizio (spegnimento del bruciatore della camera di postcombustione). Le concentrazioni di polveri e di metalli pesanti (spesso al di sotto dei limiti di rilevabilità) sono risultate sempre molto basse alle emissioni. La conversione dell'azoto presente nei fanghi di alimentazione in ossidi di azoto può essere quantificata in misura inferiore al 10% sia con il forno a letto fluidizzato che con quello a tamburo rotante.
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SOPRA, fig. 3: concentrazioni di diossine e furani (pcdd+pcdf) ed ipa (idrocarburi policiclici aromatici) in funzione della temperatura della camera di postcombustione per le prove condotte sull'impianto dimostrativo nel 1999 con i forni a letto fluido e a tamburo rotante SOTTO, fig. 4: concentrazioni di diossine e furani (pcdd+pcdf) ed ipa all'emissione per le prove effettuate sull'impianto dimostrativo con forno a letto fluido nel 1999 |
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I risultati più interessanti, relativamente all'effetto della temperatura in camera di postcombustione sulle emissioni di microinquinanti organici, sono riportati nelle figg. 2 e 3, rispettivamente per le prove del 1998 e del 1999. Come si vede, tale parametro non ha presentato alcun effetto sulle emissioni. Le concentrazioni di IPA (Idrocarburi Policiclici Aromatici) sono sempre risultate notevolmente inferiori ai limiti previsti dai D.M. 503/97 e 124/00 (10 (g/m3). Le prove effettuate in scala laboratorio, con una specifica apparecchiatura messa a punto dall'Università di Dayton (USA), hanno d'altronde evidenziato che questi composti possono essere emessi in una certa abbondanza quando le condizioni di combustione non sono ottimali. Gli IPA rappresentano, quindi, un indicatore dell'efficienza di combustione sicuramente più efficace di diossine e furani, che sono originati invece da reazioni a più bassa temperatura nel corso del raffreddamento dei fumi. Il limite previsto dai due D.M. su diossine e furani (0,1 ng/m3) è stato rispettato con notevoli margini di sicurezza in tutte le prove condotte nel 1998, mentre qualche superamento si è avuto nel 1999 (fig. 4), non legato tuttavia a condizioni di funzionamento particolarmente gravose sia in termini di alimentazione che di esercizio della camera di postcombustione. La complessità analitica del rilevamento dei microinquinanti organici può essere evidenziata considerando che un'analisi completa di diossine e furani (TE) su un campione comporta un impegno di personale altamente specializzato pari a 16 h/uomo e che l'analisi aggiuntiva di IPA e PCB (Poli Cloro Bifenili) fa incrementare tale impegno fino a 24 h/uomo. Un'analisi completa dei microinquinanti può essere pertanto valutata, considerando i costi dei reattivi e degli standard, in circa 2 milioni di lire/campione.
Per quanto riguarda i metalli pesanti lo studio è stato indirizzato alla valutazione della distribuzione di questi nelle ceneri abbattute dal ciclone, a temperatura prossima a quella di esercizio dei forni, e dal filtro a maniche, a temperatura di 190-200 °C. È stato evidenziato un comportamento sensibilmente diverso per due classi di metalli: nella prima sono compresi Cr, Mn, Ni e Cu (metalli non volatili) che non hanno mostrato un arricchimento nelle ceneri abbattute dal filtro a maniche, nella seconda, Cd, Pb, Sn e Zn, che invece tendono a vaporizzare in camera di combustione ed a condensare sulle ceneri nel corso del raffreddamento dei fumi. L'arricchimento di questi metalli nelle ceneri prodotte nelle prove con forno a tamburo rotante è risultato più elevato rispetto a quanto riscontrato nelle prove con forno a letto fluido, per le quali l'arricchimento ha riguardato solo Cd e Pb. I fattori di arricchimento di Cd e Pb sono incrementati in presenza di cloro organico nei fanghi di alimentazione.
I risultati ottenuti sull'impianto dimostrativo consentono di affermare che l'incenerimento dei fanghi di depurazione, disidratati o essiccati, non rappresenta un problema da un punto di vista delle emissioni dei macroinquinanti tradizionali e dei microinquinanti (metalli pesanti, diossine, furani ed IPA). I valori limite alle emissioni sono stati rispettati anche nel corso delle marce con fanghi con presenza di cloro organico fino al 5%, ed in questi casi non è stata rilevata un'influenza sulle emissioni né dall'esercizio della camera di postcombustione né dall'ulteriore aggiunta di nitrato rameico che poteva essere sospettato di agire come catalizzatore nelle reazioni di formazione di inquinanti a bassa temperatura.
| Summary | ||
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Incineration is a valid alternative to other sludge
disposal systems (agricultural use, landfill), when they cannot be applied
due to high pollutants concentrations or other unforeseeable constraints.
However, it can cause air pollution by inorganic (heavy metals) and organic
(PAHs, PCDDs, PCDFs) pollutants, particulate, NOx, CO and acidic compounds. |
Water Research Institute
(IRSA) of Italian National Research Council (CNR) coordinated a research
project on sludge and hazardous waste incineration and realised a demonstration
plant mainly consisting of a fluidised bed furnace, a rotary kiln furnace,
a dryer, a heat recovery section and an exhaust gas treatment section. |
