1 IL PROCESSO D'INCENERIMENTO.................................................................................... 6

1.1 L'IMPIANTO D'INCENERIMENTO............................................................................................ 8 1.1.1 Lo stoccaggio ................................................................................................................. 9 1.1.2 Preparazione del materiale da incenerire.................................................................... 11

1.1.2.1 Essiccamento .................................................................................................................... 11 1.1.2.2 Frantumazione .................................................................................................................. 12

1.1.3 Alimentazione del forno................................................................................................ 13 1.1.4 Camera di combustione................................................................................................ 14 1.1.5 Griglia a gradini .......................................................................................................... 15 1.1.6 Il Forno Rotativo .......................................................................................................... 18 1.1.7 Camera di postcombustione ......................................................................................... 19 1.1.8 Recupero energetico..................................................................................................... 21 1.1.9 Sistemi di abbattimento degli inquinanti ...................................................................... 23

1.1.9.1 Cicloni .............................................................................................................................. 25 1.1.9.2 Precipitatori elettrostatici .................................................................................................. 25 1.1.9.3 Filtri a maniche................................................................................................................. 26 1.1.9.4 Depuratori a umido ........................................................................................................... 27

1.1.10 Camino di emissione................................................................................................ 29

2 QUADRO NORMATIVO........................................................................................................ 31

2.1 D.P.R. 915/82 (ATTUALMENTE SUPERATO).......................................................................... 31 2.2 D.M. 16/01/1995 NORME TECNICHE PER IL RIUTILIZZO IN UN CICLO DI COMBUSTIONE PER

LA PRODUZIONE DI ENERGIA DAI RESIDUI. ........................................................................................ 32 2.3 D.M. 05/02/98 INDIVIDUAZIONE DEI RIFIUTI NON PERICOLOSI SOTTOPOSTI ALLE

PROCEDURE SEMPLIFICATE DI RECUPERO, (TRA CUI QUELLO ENERGETICO) AI SENSI DEGLI ART. 31 E

33 DEL D.LGS. 05/02/97 N° 22......................................................................................................... 33 2.4 D.M. 503 DEL 19/11/97 – REGOLAMENTO CONCERNENTE LA PREVENZIONE

DELL’INQUINAMENTO ATMOSFERICO PROVOCATO DAGLI IMPIANTI D’INCENERIMENTO DI RSU E

RIFIUTI SPECIALI NON PERICOLOSI. ................................................................................................... 34 2.5 D.M. 124/00 – INCENERIMENTO DI RIFIUTI SPECIALI PERICOLOSI ...................................... 36 2.6 NORMA UNI 9246 – DETERMINAZIONE DELLE PRESTAZIONI ENERGETICHE DEI FORNI

D’INCENERIMENTO ........................................................................................................................... 37

3 FORMAZIONE DEI PRODOTTI DI COMBUSTIONE ..................................................... 38

3.1 OSSIDI DI ZOLFO - SOX............................................................................................. 39

3.2 OSSIDI DI AZOTO NOX ....................................................................................................... 40 3.2.1 Via termica ................................................................................................................... 40 3.2.2 Ossidazione dell'azoto organico................................................................................... 40

3.3 ACIDO CLORIDRICO HCL ................................................................................................... 42 3.4 MONOSSIDO DI CARBONIO CO ........................................................................................... 43

1

3.5 POLVERI............................................................................................................................. 44 3.6 METALLI PESANTI .............................................................................................................. 46

4 PARAMETRI OPERATIVI .................................................................................................... 47

4.1 COMPOSIZIONE E STRUTTURA DEL RIFIUTO........................................................................ 48 4.2 MODALITÀ DI ALIMENTAZIONE DEL RIFIUTO...................................................................... 49 4.3 TEMPERATURA................................................................................................................... 49 4.4 OSSIGENO RESIDUO............................................................................................................ 50 4.5 TEMPO DI TRANSITO DELLE SCORIE NEL FORNO ................................................................. 50 4.6 DOSAGGIO REAGENTI......................................................................................................... 51

4.6.1 Abbattimento a umido .................................................................................................. 51 4.6.2 Abbattimento a secco.................................................................................................... 51

4.7 RECUPERO TERMICO .......................................................................................................... 52

5 CARATTERIZZAZIONE DEI RIFIUTI URBANI .............................................................. 53

6 CARATTERISTICHE CHIMICHE E FISICHE DEI FANGHI DI DEPURAZIONE ..... 58

6.1 ANALISI SPERIMENTALE..................................................................................................... 59 6.1.1 Origine dei campioni.................................................................................................... 61 6.1.2 Metodi analitici ............................................................................................................ 62

6.1.2.1 Umidità a 105°C ............................................................................................................... 62 6.1.2.2 Ceneri a 600°C.................................................................................................................. 62 6.1.2.3 Metalli............................................................................................................................... 62 6.1.2.4 Composizione elementare dei fanghi ................................................................................ 63

6.1.3 Risultati analisi elementare.......................................................................................... 64 6.1.4 Prove sperimentali per la stima del particolato ........................................................... 68

6.1.4.1 Prove di trasporto eolico ................................................................................................... 68 6.1.4.2 Prove d'incenerimento ...................................................................................................... 70 6.1.4.3 Particolato di ricondensazione .......................................................................................... 78

6.1.5 Risultati analisi dei metalli........................................................................................... 83

7 EMISSIONI DAGLI INCENERITORI DI RSU ................................................................... 90 U

8 STRUTTURA DEL MODELLO DI SIMULAZIONE.......................................................... 91

8.1 IMPOSTAZIONE DEL MODELLO ........................................................................................... 92 8.1.1 Foglio di lavoro “Tabelle” .......................................................................................... 93 8.1.2 Foglio di lavoro “Qualiquantitativa” .......................................................................... 94 8.1.3 Foglio di lavoro “Parametri di processo”................................................................... 95 8.1.4 Foglio di lavoro “Elaborazione”................................................................................. 95 8.1.5 Foglio di lavoro “Auto merceologia”.......................................................................... 95 8.1.6 Foglio di lavoro “Auto rifiuti”..................................................................................... 95 8.1.7 Foglio di lavoro “Flow sheet” ..................................................................................... 96 8.1.8 Fogli grafici.................................................................................................................. 96

2

8.2 DATI DI IMPUT ................................................................................................................... 97 8.3 DATI DI OUTPUT................................................................................................................. 98

9 COSTRUZIONE DEL MODELLO DI SIMULAZIONE..................................................... 99

9.1 FOGLIO"TABELLE TECNICHE" ............................................................................................ 99 9.1.1 Tabella di composizione dell'aria umida...................................................................... 99 9.1.2 Tabelle di calcolo dei calori sensibili dei gas di combustione ................................... 101 9.1.3 Tabella di calcolo formazione di NOx all’equilibrio. ................................................ 102 9.1.4 Tabella di calcolo formazione di CO all’equilibrio ................................................... 103 9.1.5 Tabella dei calori specifici ......................................................................................... 104

9.2 FOGLIO "QUALIQUANTITATIVA"...................................................................................... 105 9.2.1 "Composizione qualiquantitativa degli RSU" ............................................................ 105 9.2.2 "Composizione elementare della merceologia degli RSU umidi" .............................. 106 9.2.3 Composizione elementare della merceologia degli RSU secchi" ............................... 107 9.2.4 Tabella riepilogativa .................................................................................................. 108

9.3 FOGLIO "PARAMETRI DI PROCESSO"................................................................................. 109 9.4 FOGLIO "ELABORAZIONE" ............................................................................................... 113

9.4.1 Calcolo aria in eccesso .............................................................................................. 122 9.4.2 Verifica parametri funzionali del forno...................................................................... 123 9.4.3 Calcolo del fabbisogno termico della massa alimentata al forno .............................. 124

9.5 FOGLIO "AUTOMERCEOLOGIA"........................................................................................ 125 9.6 FOGLIO "AUTORIFIUTI".................................................................................................... 127 9.7 FOGLIO "FLOWSHEET"..................................................................................................... 129 9.8 FOGLIO "TERMICI"........................................................................................................... 131 9.9 FOGLIO "POLVERI ............................................................................................................ 133 9.10 FOGLIO "NOX" ................................................................................................................ 136 9.11 FOGLIO "HCL"................................................................................................................. 139 9.12 FOGLIO "SOX" ................................................................................................................. 142 9.13 FOGLIO "METALLI".......................................................................................................... 145

10 CONCLUSIONI...................................................................................................................... 150

10.1 VERIFICA DEL MODELLO................................................................................................... 150 10.2 SIMULAZIONI SU IPOTESI DI CONFERIMENTO AMIAT ...................................................... 151 10.3 IMPATTO DEI FANGHI DI DEPURAZIONE NELL'INCENERIMENTO......................................... 155

11 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................... 156

3

Premessa

L’argomento della tesi è la caratterizzazione dei fanghi biologici, prodotti

dagli impianti di trattamento acque reflue, ai fini del coincenerimento con

rifiuti solidi urbani (RSU) ed all'impatto che questi determinano agli impianti di

depurazione dei fumi a servizio dell'impianto di termodistruzione.

Per impatto agli impianti di depurazione fumi, s'intende la variazione della

concentrazione degli inquinanti presenti nei fumi, al variare delle proporzioni

con cui i vari rifiuti vengono introdotti nel forno ed alla combustione dei fanghi

biologici.

Lo studio comincia con la strutturazione iniziale di un semplice modello di

simulazione gestionale che, partendo dalla composizione dei rifiuti in

ingresso all'impianto d'incenerimento e dalle condizioni operative, fornisce un

bilancio termico nelle varie sezioni, la portata oraria dei fumi, la loro

composizione macroscopica ed una stima di alcuni degli inquinanti presenti.

Questa attività è stata svolta in collaborazione alle società AMIAT1 SpA e

SMAT2 SpA, interessate allo sviluppo dell'argomento di questa tesi, in

quanto, una delle possibili soluzioni in studio per lo smaltimento dei fanghi

prodotti dagli impianti di depurazione gestiti dalla SMAT, è proprio il

conferimento presso il futuro termovalorizzatore in fase di progettazione

preliminare da parte dell'AMIAT.

1 Azienda Multiservizi Igiene Ambientale Torino 2 Società Metropolitana Acque Torino

4

Lo studio, nel suo espletamento, prenderà in esame:

− il processo d'incenerimento e le diverse configurazioni d'impianto;

− la normativa vigente e quella storica che regolamenta lo smaltimento e/o

recupero termico dei rifiuti;

− I processi di formazione dei prodotti di combustione;

− L’influsso dei parametri operativi sulla formazione delle specie emesse;

− la caratterizzazione degli RSU

− la caratterizzazione al fine dell'incenerimento, attraverso l'analisi chimica,

dei fanghi di depurazione;

− la caratterizzazione attraverso la ricerca bibliografica delle emissioni

derivanti dall'incenerimento di RSU;

− l'impostazione del modello base di simulazione su un foglio di calcolo;

− la raccolta e la rappresentazione grafica delle risultanze dell'elaborazione

sui possibili scenari gestionali presi in considerazione dall'Amiat ;

− le valutazioni conclusive sugli aspetti ambientali derivanti

dall'incenerimento dei fanghi biologici.

5

1 Il processo d'incenerimento

Il processo d'incenerimento1 dei rifiuti urbani, oggi chiamato preferibilmente

termovalorizzazione e/o termoutilizzazione dei rifiuti, è un processo di

combustione controllata, che deve assicurare una sufficiente degradazione

della sostanza organica presente nei rifiuti e, se possibile, di tutti i

sottoprodotti di combustione più dannosi per la salute umana.

All’interno del forno si generano tre flussi di materia, un flusso gassoso, un

flusso di particolato e di sostanze condensabili, chiamato "ceneri volanti",

pari al 2 - 3 % del RSU in ingresso e un flusso di scorie pesanti pari al 15 -

25% del RSU in ingresso.

Figura 1: Schema dei flussi principali all'interno dell'inceneritore

Nel flusso gassoso sono presenti gli inquinanti gassosi prodotti dalla

combustione che sono ossidi di zolfo, ossidi di azoto, monossido di carbonio,

6

composti inorganici del cloro e del fluoro, composti organici volatili, PCDD e

PCDF, metalli pesanti.

Le ceneri volanti, che costituiscono la componente più leggera delle scorie,

vengono trasportate eolicamente dai fumi di combustione, per cui fino alle

sezioni di abbattimento delle polveri, questo flusso è unito a quello gassoso.

Bisogna infine menzionare che alcune delle sostanze emesse, anche se non

espressamente normate, quando si diffondono in atmosfera al di là di certe

concentrazioni, risultano particolarmente sgradite in quanto possono

provocare odori molesti, accentuando l'impatto ambientale dell'insediamento.

La quantità d'inquinanti che complessivamente fuggono dagli impianti di

abbattimento sono un aspetto fondamentale dell'impatto ambientale

determinato da un termodistruttore.

Da questa considerazione nasce l'utilità, attraverso un modello di

simulazione, di ottenere anche solo in termini di stima di alcuni inquinanti, il

carico emissivo ed il trend di quest'ultimo, al variare del tipo di rifiuti

alimentati nel forno.

7

1.1 L'impianto d'incenerimento

Figura 2: Vista di un impianto d'incenerimento nel suo insieme

Gli impianti d'incenerimento si differenziano tra loro per i seguenti aspetti:

− la matrice e/o matrici combustibili;

− la tipologia del forno;

− i processi adottati nella depurazione dei fumi e con quale ordine vengono

eseguiti.

In generale possiamo descrivere un impianto d'incenerimento suddiviso nelle

seguenti sezioni.

8

1.1.1 Lo stoccaggio

Lo stoccaggio dei rifiuti avviene in enormi vasconi coperti di cemento armato,

dove il rifiuto è direttamente scaricato dai mezzi di raccolta attraverso

apposite bocche di scarico.

Figura 3: Modalità di scarico dell'RSU e bacino di stoccaggio

Per ridurre l'emanazione di odori all'esterno tutta l'area è in depressione, in

quanto le bocche di scarico, che costituiscono l'unico collegamento con

l'esterno sono proprio le prese d'aria comburente necessaria alla

combustione dei rifiuti.

Il materiale stoccato, tramite opportuni mezzi di sollevamento viene

miscelato, nel tentativo di omogeneizzare, per quanto possibile le diverse

componenti del rifiuto e successivamente inviato alla combustione attraverso

apposite tramogge.

9

Spesso alcune tipologie di rifiuto, normalmente provenienti da scarti di rifiuti

selezionati e con alto potere calorifico, vengono stoccate in aree separate

per poter incrementare il potere calorico della miscela di rifiuti in particolari

condizioni, ad esempio quando le precipitazioni atmosferiche determinano,

una raccolta di RSU molto umidi.

Figura 4: Apparecchiatura per la movimentazione del RSU

Figura 5: Movimentazione del RSU nel bacino di stoccaggio

10

1.1.2 Preparazione del materiale da incenerire

La preparazione dei materiali da incenerire comporta principalmente due

trattamenti, non sempre vincolanti, in quanto le caratteristiche di

incenerabilità di un rifiuto dipendono dalle tecnologie adottate e dal

dimensionamento del forno.

I trattamenti che possono subire i rifiuti prima dell'invio in camera di

combustione sono:

1.1.2.1 Essiccamento

L'essiccamento preliminare dei rifiuti determina, ai fini dell'incenerimento, i

seguenti vantaggi:

− un incremento del potere calorifico del rifiuto;

− una più veloce combustione;

− una minore quota di umidità nei fumi.

L'essiccamento dei rifiuti viene però raramente adottato presso l'impianto

d'incenerimento per le difficoltà tecniche/economiche che insorgono,

nonostante la disponibilità del calore di scarto dell'inceneritore, non

utilizzabile ai fini del recupero energetico.

Tra le difficoltà sopra menzionate possiamo citare, come esempio, l'impianto

aggiuntivo di trattamento delle emissioni dei vapori e gas prodotti

dall'essiccazione.

L'essiccamento trova invece impiego su alcune tipologie di rifiuti come le

biomasse, dove sono possibili processi di bioessicazione sul luogo di

11

produzione del rifiuto. In questo processo lo sviluppo di calore è intrinseco ai

materiali stessi per cui le quantità d'aria da trattare sono minime.

In assenza del trattamento preliminare di essiccamento, quest'ultimo si

svolge nella prima sezione del forno d'incenerimento, che dovrà pertanto

essere dimensionato opportunamente, per incrementare il tempo di

permanenza dei rifiuti all'interno della camera di combustione.

1.1.2.2 Frantumazione

La frantumazione viene eseguita in mulini a martelli o a lame, permette la

riduzione della pezzatura ed una migliore miscelazione del rifiuto, con

conseguente maggior omogeneità della combustione.

La riduzione della pezzatura del rifiuto comporta tempi d'incenerimento

minori dei "monoliti", per l'incrementato rapporto superficie/volume.

Inoltre la riduzione volumetrica complessiva permette una più facile gestibilità

del rifiuto durante le operazioni di carico al forno.

12

1.1.3 Alimentazione del forno

L'alimentazione dei rifiuti avviene tramite tramoggie che convogliano il rifiuto

o direttamente nella camera di combustione o in camere di carico a servizio

di spintori che introducono il rifiuto in testa al forno.

Figura 6: Camere di combustione con carica a tramoggia

Con l'uso di spintori si limita l'afflusso d'aria dalle bocche d'ingresso del

rifiuto, permettendo una più corretta distribuzione dell'aria comburente sul

rifiuto stesso.

Questa tipologia di alimentazione, comune a molti forni per RSU, presenta

altresì lo svantaggio di una alimentazione discontinua, con conseguente

oscillazione dei parametri ottimali dell'incenerimento.

13

Nei moderni forni d'incenerimento RSU si è ovviato al problema della

discontinuità di carico, aumentando il numeri di spintori in modo di rendere il

caricamento più costante (es. ASM di Brescia). Questa tecnologia migliora

notevolmente l'omogeneità delle caratteristiche dei fumi nella camera di

postcombustione, permettendo una più facile impostazione dei parametri

d'incenerimento ottimali.

1.1.4 Camera di combustione

Le camere di combustione primarie sono di diverso tipo, le più comuni sono

con griglia a gradini e a tamburo rotante: oltre il 70% degli impianti di

termodistruzione funzionanti in Italia2.

Nella prima zona del forno avviene la fase di essiccamento del rifiuto, segue

la fase di combustione e per ultimo il completamento della combustione delle

scorie.

Le camere di combustione moderne, grazie alle migliorate prestazioni, hanno

permesso di superare l'imposizione di una successiva camera, detta di

postcombustione, prevista espressamente nella passata normativa3.

L'aria comburente viene introdotta nella camera attraverso diverse modalità

che variano in base alla tipologia di forno primario adottato, alla presenza o

meno di una camera di postcombustione, al tipo di rifiuto incenerito.

14

1.1.5 Griglia a gradini

Figura 7: Schema del forno a griglia

E' il tipo più diffuso negli impianti d'incenerimento degli RSU, grazie

soprattutto alla sua elasticità gestionale.

La griglia di combustione è generalmente concepita modularmente.

Negli impianti più moderni, ogni modulo è dotato di un proprio sistema

indipendente che provvede al movimento dell'elemento stesso ed al

fabbisogno di aria comburente, grazie ad un sistema di telecamere a

infrarossi che rilevano la temperature sulla superficie nelle varie zone della

griglia ed interviene sulle regolazioni di aria comburente e velocità di

trasporto.

15

La caratteristica fondamentale della griglia consiste nell'avere una superficie

di combustione orizzontale ed un movimento controllato che favorisce il

mescolamento del materiale combustibile. Questo permette di ottenere dei

rendimenti elevati con una minore lunghezza.

Figura 8: Raffigurazione della griglia all'interno della camera di combustione

Nella prima zona della griglia avviene l'essiccamento del materiale,

successivamente si ha la zona di combustione primaria dove si raggiungono

le temperature più elevate, valori di 1100-1200 oC.

La griglia in questa zona è provvista di un sistema di raffreddamento, o con

la stessa aria comburente o con raffreddamento a liquido che una permette

temperatura di esercizio superiore.

16

Grazie ad una miglior distribuzione dell'aria comburente si ottiene una

riduzione del flusso totale limitando la formazione termica di NOx.

L'aria di combustione primaria viene insufflata a diverse velocità in zone

diverse all'interno dello strato di materiale combustibile. Il flusso di

attraversamento medio è nell'ordine dei 0.3 Nmc/s per mq4.

Questi valori sono stati successivamente presi come riferimento per le prove

di trasporto eolico effettuate sulle ceneri.

Successivamente, nel forno a griglia, l'aria di combustione secondaria è

insufflata frontalmente e posteriormente alla camera di combustione, in modo

di ottenere una forte turbolenza nei gas sovrastanti lo strato di combustione.

Nella parte terminale della griglia si ha il completamento della combustione

delle scorie, che al termine del loro percorso vengono estratte per caduta

all'interno di una guardia idraulica che, oltre a provvedere al loro rapido

raffreddamento impedisce ingressi d'aria incontrollati.

Le scorie raffreddate sono trasportate per mezzo di coclee e nastri

trasportatori nella zona di stoccaggio prevista, previo un trattamento di

deferrizzazione finale tramite separatori magnetici.

17

1.1.6 Il Forno Rotativo

E' costituito da un tamburo rotante con un asse d'inclinazione tra i 5° e 15°.

La rotazione del tamburo garantisce il continuo rimescolamento delle scorie

ed al loro avanzamento. La durata del processo è strettamente legata alla

velocità di rotazione impostata.

E' un prodotto tipicamente rivolto ai rifiuti industriali, tossico nocivi ed

ospedalieri con alto potere calorifico. E' comunque predisposto per trattare

anche contemporaneamente rifiuti solidi, liquidi ad alto e basso PCI, fanghi

palabili e pompabili.

Figura 9: Forno rotativo

L'aria comburente è inviata in testa assieme al rifiuto in ingresso e la sua

regolazione è, per questi aspetti, più semplice.

18

1.1.7 Camera di postcombustione

La camera di post combustione può essere descritta come una zona di

completamento della combustione dei fumi prodotti dalla camera di

combustione primaria.

Nella recente normativa5 la camera di postcombustione non è

espressamente imposta, ma viene spesso ancora adottata in quanto

permette di controllare con maggior garanzia il rispetto delle condizioni

imposte dalla norma.

L'impianto d'incenerimento deve infatti possedere una "zona" di combustione

in cui la massa dei fumi che giungono al suo interno siano in una condizione

di forte turbolenza, vi debbono rimanere per un tempo superiore ai due

secondi, ad una temperatura superiore di 850°c, in presenza di una quota di

ossigeno superiore al 6% v/v.

Per rispettare queste condizioni la camera di postcombustione possiede due

parametri dimensionali fondamentali, la sezione d'ingresso e la sua

geometria, non sempre individuabili con certezza in una unica camera

primaria.

La sezione d'ingresso, doveva ai sensi del DPR 915/82, determinare una

velocità d'ingresso dei fumi minima di 10 m/s, questo valore non è così

espressamente richiamato dalla recente normativa DM 503/97, anche se

nello stesso decreto viene ribadita la necessità di turbolenza nei fumi.

Nella costruzione del modello, vista la semplicità di calcolo, si è ritenuto

comunque opportuno inserire la valutazione di questo parametro.

19

Il volume della camera di postcombustione viene determinato dal tempo di

residenza dei fumi, minimo 2", e dalla portata dei fumi alla temperatura di

esercizio del forno.

Nel dimensionare la camera di postcombustione deve essere ricordato che il

tempo medio di permanenza dei fumi non è un parametro completamente

esaustivo al fine di ottenere l'efficienza del trattamento, infatti è pure

importante la distribuzione dei tempi di permanenza dei fumi attorno al

proprio valore medio.

La deviazione standard dei tempi di ritenzione medi della massa dei fumi può

essere valutata con alcune tecniche basate su parametri dimensionali della

camera6, ma essendo al di là dello scopo di questo lavoro, non si applica al

modello in oggetto.

La camera di postcombustione è inoltre dotata di bruciatori ausiliari in grado

di innalzare la temperatura al suo interno ogni qualvolta si renda necessario

e della possibilità di introdurre aria comburente, detta secondaria, qualora la

concentrazione dell'ossigeno sia inferiore ai limiti imposti.

Nel dimensionare la camera di combustione si deve anche considerare il

volume di fumi apportatati dall'uso dei bruciatori ausiliari.

20

1.1.8 Recupero energetico

Il recupero energetico è un fattore fortemente caratterizzante dei moderni

impianti di smaltimento per incenerimento.

Figura 10: Rappresentazione delle modalità di recupero dell'energia termica

Il recupero energetico avviene nei moderni impianti di incenerimento degli

RSU sia con la produzione di energia elettrica, attraverso la produzione di

vapore surriscaldato ad alta pressione e turbine, sia con l'utilizzo diretto del

calore non utilizzabile in questa via, ad esempio il teleriscaldamento.

L'accoppiamento di queste modalità di recupero dell'energia termica dei rifiuti

rende questo processo di smaltimento economicamente più favorevole

rispetto al passato, tanto che oggi di preferisce utilizzare per questa tipologia

d'impianti il termine "termovalorizzazione".

21

La sezione di recupero energetico svolge anche un importante funzione nella

depurazione dei fumi.

Infatti con il rapido raffreddamento dei fumi si riduce la possibilità di reazioni

secondarie di formazione d'inquinanti, ad esempio la formazione di diossine

"ex novo"7, inoltre l'abbassamento di temperatura determina una contrazione

delle portate dei fumi negli impianti di depurazione.

I vantaggi di un efficiente raffreddamento dei fumi a monte dei sistemi di

abbattimento sono molteplici e vanno oltre al semplice dimensionamento

degli impianti.

Ad esempio nel caso di trattamento ad umido si ottiene una notevole

riduzione della quantità di acqua evaporata dai sistemi di abbattimenti con

riduzione della percentuale di vapore nei fumi emessi e conseguente

abbassamento del punto di rugiada nei fumi.

22

1.1.9 Sistemi di abbattimento degli inquinanti

Figura 11: Schema di un impianto di depurazione fumi

La scelta degli strumenti più adatti per abbattere le emissioni di inquinanti in

atmosfera, dipende dal tipo di rifiuto bruciato e dalla tecnologia disponibile al

momento della stesura del progetto dell'impianto abbattitore.

Un impianto di abbattimento che forniva prestazioni accettabili per le

normative passate oggi non è più sufficiente8.

Lo sviluppo tecnologico dei processi d'incenerimento non si è solo

concentrato sulle tecnologie di depurazione vere e proprie, ma proprio per i

costi d'investimento e gestionali di questi ultimi, si è concentrato sullo

sviluppo delle camere di combustione.

23

Si sono prodotti forni che utilizzano quantitativi di aria comburente minori,

proprio per ridurre sia la formazione d'inquinanti come gli ossidi di azoto, sia

per ridurre i volumi dei fumi da trattare.

In conclusione si è introdotta la filosofia che la camera di combustione è il

primo sistema di abbattimento degli inquinanti.

L'emanazione di normative sempre più severe hanno comunque indirizzato i

progettisti ad utilizzare soluzioni tecnologiche relativamente nuove. Ad

esempio per ridurre l'emissioni di particolato, si sono resi necessari

l'adozione di abbattimenti a secco o semisecco seguiti da filtri a maniche.

Si può trarre la conclusione che la "tecnologia appropriata" richiamata dalla

normativa è sempre in via di evoluzione ed è stabilita dalla combinazione

delle leggi nazionali con quelle sovranazionali (nel nostro caso, europee).

Anche se da un punto di vista ambientale l'ideale è poter sempre adottare la

migliore tecnologia applicabile, considerazioni principalmente economiche,

non sempre consentono tale scelta.

Vale inoltre il principio che, al di la' dell'abbattimento degli inquinanti, tutti gli

sforzi vanno fatti "a monte", cioè' nella scelta della tecnologia del processo

primario, per tendere a diminuire il più possibile le emissioni.

Tecnologicamente gli impianti di abbattimento si possono dividere in “impianti

a umido” ed “impianti a secco".

Gli impianti a umido svolgono la loro azione di abbattimento degli inquinanti

attraverso:

24

− l’impatto tra le particelle del liquido di abbattimento ed le particelle liquide

e/o solide degli inquinanti, con conseguente cattura nella massa liquida

del particolato;

− nell’azione di assorbimento sulla superficie del liquido di abbattimento dei

gas acidi presenti, agevolata dalla alcalinità del liquido stesso, che viene

generata con aggiunta di reattivi basici.

Gli impianti a secco svolgono la loro azione attraverso un dosaggio in linea di

un reattivo basico, calce o bicarbonato9 finemente polverizzato, per assorbire

gli inquinanti acidi e di un reattivo adsorbitore quale il carbone attivo per le

sostanze organiche ed il mercurio. Le polveri vengono successivamente

estratte dal flusso gassoso utilizzando opportuni sistemi filtranti.

Nel dettaglio le apparecchiature più frequentemente usate sono:

1.1.9.1 Cicloni

Sono tra le apparecchiature più comuni e sono utilizzati per abbattere il

particolato presente nei fumi, sfruttano la forza centrifuga generata da un

percorso curvilineo obbligato del flusso gassoso.

E’ un sistema economico ed idoneo ad eliminare il particolato di pezzatura

maggiore. E’ generalmente considerato un trattamento preliminare.

1.1.9.2 Precipitatori elettrostatici

Il precipitatore elettrostatico (ESP) utilizza un campo elettrico per separare il

particolato e indirizzarlo verso la superficie di raccolta. Le particelle vengono

caricate elettricamente facendole passare attraverso una zona detta corona,

che è uno spazio interno del precipitatore elettrostatico nel quale è presente

25

un gas altamente ionizzato. La corona è normalmente costituita da ioni

negativi.

L’effetto di carica è più sentito dalle particelle più grandi poiché presentano

una maggior sezione al loro ingresso nella corona.

Le particelle così caricate vengono attirate da piastre metalliche caricate con

carica opposta, dove si scaricano e si aggregano in particelle di maggiori

dimensioni che precipitano in una tramoggia sottostante.

1.1.9.3 Filtri a maniche

Il filtraggio delle polveri è un mezzo molto efficace per la rimozione del

particolato da un gas. L’efficienza di rimozione è superiore a quella della

maggior parte degli altri sistemi per il controllo delle emissioni di particelle

microscopiche. Questa è quella frazione di particolato che ha speciale

importanza per valutazione della emissione di polveri respirabili e per alcuni

altri aerosol di composti organici cancerogeni e tossici.

Il filtraggio è essenzialmente costituito da gruppi di sacche cilindriche

piuttosto lunghe e montate su una incastellatura, i parametri che determinano

il rendimento nell'abbattimento del particolato sono:

la superficie filtrante in rapporto alla massa di fumi da trattare;

la porosità del tessuto;

la temperatura di esercizio;

la quantità di particolato e la distribuzione come pezzatura.

26

1.1.9.4 Depuratori a umido

Come già accennato, i depuratori a umido comprendono un’ampia gamma di

sistemi, aventi spesso doppia funzione, rimozione del particolato e

adsorbimento di uno o più inquinanti gassosi.

Il raffreddamento e l’umidificazione dei gas che si verificano in un depuratore

a umido possono creare effetti collaterali.

L’utilizzo di questi sistemi infatti introduce il problema degli effluenti liquidi

che necessitano di ulteriori processi di trattamento o particolari zone di

stoccaggio. Questi svantaggi spesso fanno che ci si indirizzi verso sistemi di

depurazione a secco.

I depuratori a umido usano tutti gli stessi principi base, cioè dispongono di

una superficie umida che agisce come bersaglio per le particelle, che

vengono precedentemente accelerate, creando dei gradienti di velocità.

Il particolato viene catturato mediante tre meccanismi fondamentali:

− Impatto - quando le particelle colpiscono direttamente la superficie umida;

− Intercettazione - quando le particelle vengono a trovarsi tanto vicino alla

superficie umida da venir catturate;

− Diffusione - quando le particelle, sospinte dal moto browniano,

colpiscono la superficie umida e vengono catturate.

Il rendimento di tutti e tre i meccanismi cresce all’aumento del numero delle

gocce bersaglio, alla differenza di velocità tra particelle e gocce ed alle

caratteristiche inerziali delle particelle.

I principali depuratori a umido indirizzati alla separazione di particolato sono:

27

Venturi (dall’omonima geometria)

Quello a Venturi è il meccanismo di abbattimento privilegiato nelle

applicazioni ad impianti di incenerimento.

La sua posizione dominante nasce dall’elevato rendimento raggiungibile,

dall’efficacia del contatto gas-liquido per l’adsorbimento dei gas e dalla sua

semplicità meccanica.

Inoltre, da quando è tecnicamente possibile realizzare "Venturi" a geometria

variabile, è possibile mantenere un ampio rendimento per diversi valori della

portata dei gas.

Il depuratore di tipo Venturi è diviso in tre zone:

− la zona convergente, dove il gas viene accelerato alla massima velocità

da un condotto;

− la zona di gola, dove viene introdotto il liquido utilizzando uno spruzzatore

o più semplicemente, introducendolo nel flusso dei gas;

− una zona divergente, dove il flusso viene decelerato fino alla sua velocità

iniziale.

L'ampia differenza di velocità tra il liquido e il gas nella zona della gola, fa sì

che questo venga nebulizzato.

Poiché in questa zona i gradienti di velocità sono i maggiori, è qui che si

verifica la maggior parte degli urti goccia/particella solida.

Lo scarico di un "Venturi" spesso viene sagomato ad angolo retto, in modo

che l’acqua rallenti e si depositi fungendo da riserva di fluido.

28

Torri di lavaggio

Si tratta in genere di serbatoi cilindrici in cui ci sono degli ugelli che

spruzzano in controcorrente o in equicorrente il liquido di lavaggio.

La torre può essere vuota o riempita con corpi inerti, che hanno lo scopo di

incrementare la superficie di cattura del particolato, grazie al film liquido che

li ricopre.

Assistiti meccanicamente

I sistemi più semplici contengono al loro interno dei dischi rotanti che

generano e proiettano delle goccioline sulle pareti interne della torre.

Queste goccioline, attraversando la sezione della colonna, incrociano ed

inglobano il particolato trascinato dal flusso gassoso.

La nebulizzazione del liquido è in questi impianti indipendente dal flusso dei

gas, ragione per cui sono adatti per trattare flussi gassosi particolarmente

variabili.

1.1.10 Camino di emissione.

Il camino dell'emissione deve garantire che il flusso d'inquinanti residui sia

rapidamente disperso in atmosfera.

La velocità con cui gli inquinanti si disperdono in atmosfera dipende

dall’altezza del camino e dal contenuto entalpico dei fumi.

I gas infatti si innalzano oltre il punto di emissione grazie alla quantità di moto

posseduta allo sbocco ed dall’effetto di galleggiamento che è determinato

dalla differente temperatura con l’aria circostante.

29

L’altezza a cui il pennacchio di fumi s’innalza oltre il punto di sbocco è

definita “innalzamento del pennacchio”.

Comunemente si ritiene che un’altezza del camino di circa 60 m sia

generalmente sufficiente.

Si può verificare all'immissione dei fumi in atmosfera, la formazione di un

pennacchio molto visibile, dovuto alla condensazione. Questo inconveniente,

anche se ha un aspetto puramente psicologico, può causare diversi problemi

con le popolazioni abitanti la zona in cui sorge il sito, in quanto la presenza

del fumo bianco viene collegata a fenomeni d'inquinamento.

Per eliminarlo si ricorre ad un impianto, chiamato di antipennacchio, costituito

da un ventilatore supplementare e da uno scambiatore termico. Parte

dell'energia prodotta dall'incenerimento viene utilizzata per produrre una

certa quota di aria calda. Quest'aria viene premiscelata con i fumi umidi

provenienti dall'incenerimento, in modo di abbassare la temperatura di

rugiada ed evitare fenomeni di condensazioni in prossimità dello sbocco del

camino.

30

2 Quadro normativo

L'evoluzione delle norme ed i termini legislativi ci permettono di individuare

preliminarmente i più importanti parametri di processo e le loro correlazioni

con gli inquinanti in emissione. Lo studio ha preso quindi in esame i passaggi

legislativi che hanno influito sulla costruzione dei modello di simulazione.

La legislazione e le norme considerate sono sotto elencate.

2.1 D.P.R. 915/82 (attualmente superato)

Definiva, nelle disposizioni deliberate dal Comitato Interministeriale del

27/07/1984, per la prima applicazione dell'art. 4 del D.P.R. 915/82

concernente lo smaltimento dei rifiuti, le modalità tecniche d’incenerimento.

Questa norma imponeva esplicitamente, nell'incenerimento la presenza di

una camera di postcombustione per completare l'ossidazione dei flussi

provenienti dalla camera di combustione primaria (punto 3.3). Le condizioni

operativi che l’esercizio della camera di postcombustione doveva garantire,

erano che i fumi stazionassero per almeno due secondi alla temperatura di

950°c e con un ossigeno residuo minimo del 6%v/v e con una certa

turbolenza. La turbolenza dei fumi veniva garantita dalla loro velocità

d’ingresso nella camera che doveva essere almeno di 10 m/s.

31

2.2 D.M. 16/01/1995 Norme tecniche per il riutilizzo in un

ciclo di combustione per la produzione di energia dai

residui.

In questa norma si definivano le condizioni di combustione dei rifiuti che, per

loro natura, non richiedevano condizioni particolarmente severe. Tra gli altri

rifiuti erano menzionati anche i fanghi di depurazione da acque reflue e le

relative caratteristiche chimico-fisiche che questi dovevano possedere per

poter essere utilizzati come fonte di energia (All. 1 punto 23).

Queste prescrizioni sono state riprese poi dal D.Lgs. 05/02/98 n°22 e sono

descritte nel paragrafo successivo, con l'eccezione dell’efficienza di

combustione che veniva espressa con il seguente rapporto:

COCOCO

+2

2 Equazione 1

che doveva essere mantenuto a valori superiori al 99%

Con questa espressione si poneva in relazione il parametro “efficienza della

combustione” con la garanzia di contenimento degli inquinanti in emissione

derivanti da una incompleta combustione.

La misura del CO in camera di combustione, anche se non più richiesta dalla

legge, viene comunque eseguita dai gestori degli impianti d’incenerimento

perché ritenuta utile, oltre che per il controllo del CO in emissione, anche per

monitorare indirettamente quegli inquinanti non analizzabili in continuo, come

IPA, PCB, PCDD e PCDF.

32

2.3 D.M. 05/02/98 Individuazione dei rifiuti non pericolosi

sottoposti alle procedure semplificate di recupero, (tra

cui quello energetico) ai sensi degli art. 31 e 33 del

D.Lgs. 05/02/97 n° 22.

In questa norma viene individuata la tipologia del rifiuto oggetto della tesi,

“Fanghi essiccati di depurazione acque reflue” ed i requisiti che ne

permettono il recupero termico (All.2 suball.1 punto 10):

Umidità max 20%

P.C.I. min. 8500 kj/kg (2030 kcal/kg)

Gli impianti per essere idonei al recupero termico di questi rifiuti devono

presentare i seguenti requisiti:

− potenzialità minima di 6 MW,

− T° min. in camera di combustione di 850°,

− tempo di permanenza minimo in c.c. di 2 s,

− tenore di ossigeno minimo in c.c. 6%.

I valori citati non sono vincolanti quando questo rifiuto viene incenerito in un

impianto autorizzato ai sensi del D.M. 503/97, ma sono comunque

significativi per individuare, in linea di massima, i valori riconosciuti come

sufficienti per garantire una buona combustione.

33

2.4 D.M. 503 del 19/11/97 – Regolamento concernente la

prevenzione dell’inquinamento atmosferico provocato

dagli impianti d’incenerimento di RSU e rifiuti speciali

non pericolosi.

E’ attualmente la norma di riferimento, in quanto definisce per gli impianti

d'incenerimento per RSU e rifiuti speciali non pericolosi, gli inquinanti ed i

limiti da rispettare nelle emissioni, oltre ai requisiti tecnici che devono

presentare gli impianti adibiti al processo.

Con riferimento a questa norma sono stati identificati gli inquinanti che

potevano essere oggetto di una correlazione con le quantità e la tipologia dei

rifiuti inceneriti.

I limiti espressi sono riferiti a due archi temporali differenti.

Principali Inquinanti normati

Intervallo temporale 24 h 30'

Monossido di carbonio CO 50 mg/mc 100 mg/mc

Polveri totali PT 10 mg/mc 30 mg/mc

Sostanze organiche SOV 10 mg/mc 20 mg/mc

Acido cloridrico HCl 20 mg/mc 40 mg/mc

Ossidi di zolfo SO2 100 mg/mc 200 mg/mc

Ossidi di azoto NO2 200 mg/mc 400 mg/mc

Le concentrazioni di questi inquinanti devono essere normalizzate ad un

ossigeno di riferimento dell’11%, al volume di fumo secco a 0°C e 273 °K.

34

La formula di standarizzazione è la seguente:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛×⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ °+

×⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

−×=

PmmHgC

misOConcConcSTD 760

273273

211121.2

Equazione. 2

L’impianto d’incenerimento, per il rispetto della norma, deve garantire le

seguenti condizioni di funzionamento e risultati finali:

Camera di combustione

Le caratteristiche della camera di combustione devono essere quelle

espresse per la camera di post combustione dal D.P.R. 915/82 ad eccezione

della temperatura che è stata diminuita da 950°C a 850°C ed della

turbolenza dei fumi, che viene indicata solo in termini generici.

Recupero termico

L’impianto d’incenerimento deve essere dotato di una sezione di recupero

energetico tale da garantire una resa minima stabilita nel 75% del potere

calorifico dei rifiuti in energia termica e nel caso di trasformazione in energia

elettrica la corrispondenza tra energia elettrica e termica è determinata dalla

seguente relazione:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+

516 MWprodotti Equazione 3

Residuo incombusto

La quantità residua di materiale incombusto presente nelle scorie deve

essere al massimo il 3% espresso come carbonio.

35

2.5 D.M. 124/00 – incenerimento di rifiuti speciali pericolosi

Questa norma riprende il D.M. 503/97 con alcune modifiche. La lettura delle

condizioni di conduzione del processo permette di trarre alcune

considerazioni importanti sull'influenza reciproca tra alcuni parametri, infatti:

− richiede un innalzamento della temperatura da 850° a 1100° in presenza

di sostanze organoalogenate superiori al 1%. Questa prescrizione nasce

dalle necessità di assicurare cinetiche di reazione sufficienti a garantire

una degradazione e/o non formazioni di microinquinanti quali PCDD e

PCDF.

− permette una riduzione dal 6% al 3% del tenore di ossigeno minimo in

presenza di rifiuti polverizzati, liquidi o gassosi, relazionando la velocità di

combustione alle caratteristiche fisiche in cui si presentano i rifiuti.

36

2.6 Norma UNI 9246 – Determinazione delle prestazioni

energetiche dei forni d’incenerimento

E’ una norma che fornisce le indicazioni per la determinazione delle

prestazioni energetiche nei forni d'incenerimento per RSU e/o assimilabili

con recupero di calore.

Oltre ad indicare nel dettaglio i flussi di massa e di energia che compongono

il "sistema incenerimento" nel suo complesso, riporta nell'appendice B, in

forma tabellata, le dispersioni termiche per irraggiamento e per convenzione

in funzione del ΔT° tra aria ambiente e pareti del forno.

E' stata pertanto un’utile guida alle determinazione dei flussi energetici nel

processo d’incenerimento ed una fonte di dati utili allo scopo di questo

lavoro.

37

3 Formazione dei prodotti di combustione

Per poter costruire un modello di simulazione è necessario conoscere i

processi di formazione10 degli inquinanti presi in esame, infatti questi si

generano nella fase d'incenerimento dei rifiuti con processi diversi, che

richiedono condizioni di reazione diverse e spesso in contrasto tra loro.

Gli inquinanti che sono stati presi in esame nello studio sono:

− Ossidi di azoto;

− Ossidi di zolfo;

− HCl;

− Polveri;

− Metalli pesanti.

38

3.1 Ossidi di zolfo - SOx

La formazione di SOx nei fumi gassosi deriva principalmente dalla

combustione dello zolfo presente nei rifiuti ad eccezione della quota presente

come solfato, in quanto questi sali sono generalmente molto stabili e poco

volatili.

La quantità di SO3 che si può formare dall'ossidazione della SO2 è, nelle

condizioni operative di nostro interesse, inferiore di quattro ordini di

grandezza.

Per le considerazioni sopra espresse, nel modello di simulazione in corso di

redazione, si considera che la totalità dello zolfo organico venga trasformato

in SO2.

39

3.2 Ossidi di azoto NOx

La formazione degli NOx è intrinseca al fenomeno della combustione quando

si utilizza aria come comburente, studi sulla loro formazione hanno ricondotto

il fenomeno a due processi principali.

3.2.1 Via termica

La reazione diretta tra ossigeno e azoto con formazione di NO ed in misura

minore di NO2 avviene a temperature superiori ai 1100°C. Questo è l'ordine

di grandezza dell'energia necessario per rompere i legami delle molecole di

O2 e N2. Una stima degli NOx prodotti per via termica si può ottenere dalle

costanti di equilibrio.

2298.121600exp69.3 ONNO XX

TX ××⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

×−

×= Equazione 4

dove X sono le frazioni molari

La formazione di NO2, generalmente inferiore all'1%, non è influente nel

calcolo totale degli NOx.

Applicando questa relazione alle condizioni presenti normalmente nella

camera di combustione di un inceneritore si calcolano concentrazioni di NOx

inferiori a 250 mg/Nmc.

3.2.2 Ossidazione dell'azoto organico

La produzione di NOx dall'ossidazione del azoto organico è nettamente

favorita rispetto alla produzione per via termica, in quanto la rottura del

40

legame tra N e C richiede un'energia molto inferiore. Pertanto tutto l'azoto

organico viene trasformato in un processo di combustione in NOx.

Dagli studi effettuati sulla composizione dei RSU, come risulta nei paragrafi

successivi, l'azoto organico generalmente presente è ad una concentrazione

che origina una quantità di NOx superiore a quella che si determina

dall'equazione 4. Ne consegue che in queste condizioni è possibile

considerare nella stima di produzione di questo inquinante solo quello

prodotto per questa via.

Studi sulla relazione tra la % in peso di azoto contenuto nei combustibili e

l'NOx prodotto nella loro combustione, mostra la fondatezza di quanto sopra

espresso11.

Quanto sopra è anche riconosciuto dall'EPA3 in molti suoi studi12.

Un caso in linea con questa tesi, è la quasi indipendenza degli NOx in

emissione dall'ossigeno residuo nei fumi negli inceneritori di rifiuti provenienti

dall'industria della nobilitazione della carta e del legno, costituiti da polverino

di resina melaminica, ureica e cellulosa, dove si nota la mancanza di sensibili

miglioramenti nell'emissione di NOx con l'impiego del ricircolo dei fumi

combusti, normalmente effettuato per limitare la formazione di NOx termici.

Quanto sopra si giustifica con il fatto che in queste tipologie di rifiuti la

produzione di NOx termici non è significativa in termini di emissione.

Per le considerazioni sopra espresse, nel modello di simulazione in corso di

redazione, si considera che un rifiuto determini una variazione dell'emissione

3 EPA - Environmental Protection Agency

41

degli inquinanti NOx, qualora la concentrazione di azoto organico nel rifiuto

comporta una produzione di NOx superiore all'equilibrio termico.

3.3 Acido cloridrico HCl

La formazione del HCl nei fumi gassosi deriva dalla combustione di cloro

organico presente nei rifiuti.

Questa relazione diretta e biunivoca tra cloro organico e acido cloridrico, oltre

a essere sfruttata per stimare la produzione di HCl partendo dal contenuto di

cloro nel rifiuto, può essere utilizzata anche in senso inverso.

L'analisi del contenuto di HCl nei fumi a monte degli impianti di abbattimento

permette di risalire alla concentrazione totale di cloro organico presente

complessivamente nei rifiuti e quindi valutare l'idoneità delle condizioni

d'incenerimento.

42

3.4 Monossido di carbonio CO

La formazione del CO nei processi di combustione è fenomeno comune e

molto studiato.

Il CO è il principale prodotto della combustione incompleta e può essere

utilizzato come tracciante dell'efficienza del processo e degli inquinanti

prodotti da una combustione incompleta.

La resa della combustione, pur in maniera non esaustiva, si calcola

attraverso la formula:

2

2

COCOCO+

=η Equazione 5

L'importanza della misura della concentrazione di CO nei fumi di processo,

va oltre quindi a quella di un inquinante la cui emissione è normata.

Nella formazione di CO i parametri più importanti sono la temperatura di

reazione e il tenore di ossigeno nell'ambiente di reazione.

L'equazione che regola il processo di formazione del monossido di carbonio

è principalmente la seguente

2

24

98.167000exp103

O

COCO X

XT

X ×⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

×−

××= Equazione 6

Come si nota, alti valori di temperatura e basse concentrazioni di ossigeno

spostano l'equilibrio verso la formazione del monossido di carbonio.

La presenza di altre specie reattive, come OH, H, H2O, possono invalidare le

stime ottenute applicando la relazione sopra descritta, così come l'esistenza

di zone di combustione in cui sussiste una carenza di ossigeno.

43

3.5 Polveri

Le polveri in un processo d'incenerimento si producono principalmente

attraverso due vie, la formazione di particolato all'atto della combustione che

per caratteristiche fisiche si presta ad subire un trasporto eolico e la

formazione di particolato per condensazione di sostanze prodotte o

evaporate alla temperatura della camera di combustione, come ad esempio

alcuni metalli pesanti ed i loro sali.

La prima frazione di particolato scaturisce dagli inerti presenti nelle varie

matrici combustibili, ad esempio cariche inerti nelle plastiche o nelle carte, gli

inerti presenti nel legno o in altre matrici organiche come i fanghi di

depurazione.

Le altre materie inerti, assimilabili a monoliti come vetro, ceramiche,

manufatti metallici, ecc non determinano una variazione significativa al carico

emissivo per questo parametro.

La seconda frazione di particolato deriva principalmente da quelle sostanze

che alle temperature di lavoro del forno, circa 850°C-1000°C, passano allo

stato vapore e successivamente ricondensano quando i fumi, di cui sono una

componente, vengono raffreddati a temperature inferiori, generalmente

nell’ordine dei 180°C.

Le varie pezzature di particolato risultano sostanzialmente indistinte per le

componenti principali, mentre si differenziano in modo apprezzabile per le

componenti costituite da elementi volatili, che risultano essere anche le più

tossiche.

44

Infatti per fenomeni di volatilizzazione e condensazione su particolato fine ad

elevato rapporto superficie/massa, i composti più tossici come As, Pb, Cd si

concentrano nelle ceneri volanti a più piccola granulometria.

Il particolato trattenuto con la resa inferiore dai sistemi di abbattimento è

proprio la frazione più fine che risulta arricchita in elementi tossici volatili.

L'esatta determinazione della quota di particolato che si forma durante la

combustione di un rifiuto e la sua distribuzione granulometrica, necessita di

tecniche analitiche e strumentazioni piuttosto complesse, che difficilmente si

possono reperire e/o applicare in un ambiente operativo come un impianto

d'incenerimento.

Un modello di simulazione applicabile ad un inceneritore di rifiuti deve

avvalersi di tecniche semplici ed eseguibili in tempi non eccessivamente

lunghi.

Siccome lo scopo principale di questo lavoro è di determinare delle stime o

dei trend di emissione, si cercheranno delle tecniche di misura che

permettano la correlazione delle ceneri del rifiuto al particolato.

45

3.6 Metalli pesanti

I metalli pesanti presenti in emissione possono trovarsi o allo stato gassoso

(Hg) o come particolato.

Il particolato può generarsi direttamente nella fase di combustione, per i

metalli meno volatili, o per ricondensazione dei vapori metallici sul particolato

nelle fasi di raffreddamento fumi, per i metalli più volatili.

I metalli più importanti ai fini emissivi sono, per ragioni epidemiologiche, il

mercurio, il cadmio ed il piombo.

La capacità emissiva di un rifiuto destinato all’incenerimento dipende dalla

concentrazione dei metalli nel rifiuto iniziale ed in quale specie chimica si

trovano o si possono trovare durante il processo di combustione.

Per quantificare la capacità emissiva dei fanghi di depurazione, relativamente

ai metalli, si sono effettuate analisi su aliquote di fango sottoposte a diversi

trattamenti termici, al fine di verificare la perdita sui residui e di conseguenza

la quantità di metallo emesso.

46

4 Parametri operativi

Le difficoltà maggiori che insorgono nella gestione di un impianto

d’incenerimento sono strettamente correlate alla variabilità dei rifiuti da

incenerire.

Il gestore dell’impianto controlla l’efficienza del processo attraverso una

corretta gestione dell’alimentazione del rifiuto e mantenendo alcuni parametri

fisici entro certi set ritenuti ottimali.

La corretta gestione del rifiuto è finalizzata a mantenere per quanto possibile

costante il carico termico introdotto nel forno ed il carico di inquinanti che si

possono sviluppare durante la combustione.

Questa condizione si ottiene premiscelando opportunamente i rifiuti nel

bacino di stoccaggio e mantenendo a disposizione una certa quantità di

rifiuto ad alto potere calorifico, generalmente costituito da materiale plastico,

per correggere il carico termico in ingresso al forno.

L’ottimizzazione del processo avviene in seguito attraverso il controllo di

parametri fisici e chimici quali temperature, depressioni, flussi di aria

comburente, dosaggi di reagenti, ecc.

Come si può desumere dai processi di formazione degli inquinanti, le diverse

condizioni di esercizio hanno un immediato impatto sulla qualità

dell’incenerimento e sulle emissione gassose di inquinanti.

Questi parametri vanno a determinare delle condizioni diverse e specifiche di

lavoro che possiamo definire genericamente “carico d’impianto”. La

47

definizione del massimo carico d’impianto è fondamentale in una corretta

gestione del processo.

Generalmente si correla il carico semplicemente alla quantità di rifiuti

alimentata, ma ciò è troppo semplicistico e non sufficiente. Uno degli obiettivi

del modello di simulazione è di definire in maniera più corretta le condizioni di

massimo carico dell’impianto.

Il massimo carico di un impianto ai fini emissivi è una valutazione complessa

e non univoca ed è funzione, oltre che della quantità di rifiuti alimentata,

anche delle condizioni operative (flessibilità gestionale), delle modalità di

alimentazione, della qualità del rifiuto combusto (flessibilità

nell’alimentazione) e degli analiti ricercati (scelta del controllo).

Vediamo a titolo di esempio come questi fattori vanno ad influenzare i

parametri oggetto di studio.

4.1 Composizione e struttura del rifiuto

Vediamo alcuni esempi in cui le caratteristiche del rifiuto influiscono sulla

composizione e/o quantità dei fumi in emissioni.

La presenza di cloro, azoto o di zolfo organico determina la formazione di

HCl, NOx ed SOx.

La presenza di cloro contemporaneamente a precursori ed in condizioni

ambientali favorevoli determina una maggiore formazione di PCDD e PCDF.

La presenza di inerti polverizzabili alle condizioni operative comporta un

aumento del carico di polveri.

48

Una sostanza molto combustibile richiede una maggior quantità di aria

comburente. Le conseguenze sono una possibile riduzione temporanea del

tenore d’ossigeno con riduzione della resa di combustione ed un incremento

delle portate dei fumi.

Le variazioni di portata dei fumi causate dalla diversa composizione

determina oscillazioni nei rendimenti dei sistemi di abbattimento.

4.2 Modalità di alimentazione del rifiuto

Come già accennato nella descrizione del processo d'incenerimento e più nel

dettaglio delle modalità descritte nel capitolo di "alimentazione del forno", le

diverse modalità operative hanno i seguenti effetti:

− alimentazione a pistone: rispetto ad una continua determinano maggiori

oscillazione dei parametri di conduzione, con conseguente difficoltà nella

gestione dei parametri ottimali di conduzione, quindi peggiore qualità del

processo.

− triturazione: essa influisce sul processo i quanto un corpo monolita

richiede molto più tempo per terminare il processo d’incenerimento, quindi

la distribuzione della pezzatura dei corpi inceneriti incide nella possibilità

di innalzare la quota di residuo incombusto.

4.3 Temperatura

Una elevata temperatura incrementa le velocità di combustione delle

sostanze organiche migliorando per questi parametri la qualità delle

emissioni, così come riduce il tenore d’incombusti nelle scorie.

49

Nel contempo però l’elevata temperatura facilità la formazione di altre specie

inquinanti, quali gli ossidi di azoto, il monossido di carbonio o l’incremento

della concentrazione di elementi volatili come alcuni metalli pesanti.

4.4 Ossigeno residuo

Come per la temperatura una elevata concentrazione di ossigeno nei fumi

comporta una migliore combustione delle sostanze organiche, compreso il

monossido di carbonio, ma comporta un incremento di NOx termici.

Inoltre un aumento della concentrazione dell’ossigeno residuo comporta

indirettamente un incremento della portata dei fumi con maggior fabbisogno

termico per mantenere la temperatura d’incenerimento.

Se il potere calorifico dei rifiuti non è sufficiente si ha l'abbassamento della

temperatura dei fumi od un maggiore consumo di combustibile ausiliario.

4.5 Tempo di transito delle scorie nel forno

Il tempo di transito delle scorie all'interno delle camere di combustione

dipende dalla velocità della griglia o del forno rotativo. Un incremento della

velocità di trasporto delle scorie riduce il loro tempo di permanenza nella

camera di combustione e comporta un incremento della percentuale

dell’incombusto nel residuo, nello stesso tempo una velocità ridotta migliora

la qualità delle scorie ma incrementa la quota di metalli pesanti che possono

passare nei fumi per evaporazione.

50

4.6 Dosaggio reagenti

Anche il dosaggio dei reagenti comporta una variazione del carico emissivo.

Vediamo alcuni casi in cui i dosaggi di reagenti possono causare effetti

inaspettati.

4.6.1 Abbattimento a umido

Un sistema di abbattimento ad umido, che utilizza una soluzione di lavaggio

molto alcalina e/o con alto contenuto di solidi, migliora la resa di

abbattimento sulle componenti acide dei fumi ma se consideriamo il

particolato in emissione, si può verificare, specie a contatto con fumi molto

caldi e/o con portata eccessiva, una produzione di polveri derivante

dall’evaporazione del liquido di abbattimento.

4.6.2 Abbattimento a secco

Nel sistema di abbattimento a secco un eccessivo dosaggio di reattivo, quale

bicarbonato o polvere di carbone attivo, migliora l’abbattimento di alcuni

inquinanti, però può causare un sovraccarico dei sistemi filtranti con

riduzione della loro efficienza e conseguente aumento delle emissioni di

polveri.

La stessa umidità dei fumi può in alcune condizione generare un

impaccamento dei sistemi filtranti pregiudicandone l’efficienza.

51

4.7 Recupero termico

La caldaia di recupero termico svolge un ruolo importante nella riduzione del

carico agli impianti di abbattimenti.

Un raffreddamento dei fumi ottimale comporta una cospicua riduzione delle

velocità dei flussi gassosi permettendo al particolato più pesante di separarsi

dal flusso gassoso prima dei sistemi di abbattimento.

Al contrario un recupero termico di ridotta efficienza riduce questa

deposizione preliminare delle polveri e nello stesso tempo determina un

incremento delle velocità dei fumi nei sistemi di abbattimento, con

conseguente maggior carico e minore di efficienza.

Se il processo, prevede inoltre un lavaggio ad umido, i fumi caldi causano

una maggiore evaporazione del liquido con conseguente trascinamento di

polveri provenienti dai solidi disciolti in esso.

52

5 Caratterizzazione dei rifiuti urbani

L’argomento dello studio è basato sul comportamento ed impatto dei fanghi

di depurazione nel processo d’incenerimento e sul carico emissivo di questi.

Per completare il modello e renderlo usufruibile, al fine di determinare quei

parametri significativamente impattanti, sia sul processo d’incenerimento che

sul carico inquinante emissivo, è necessario estendere lo studio ad altre

tipologie di rifiuti.

Per le componenti “tradizionali” del RSU sono stati reperiti molti dati utili alla

costruzione del modello.

La caratterizzazione del RSU si è articolata in due fasi, una bibliografica ed

una sperimentale.

La parte bibliografica consiste nella composizione merceologica dei rifiuti

combustibili e successiva caratterizzazione chimica;

L’analisi merceologica del rifiuto urbano è necessaria per poter ipotizzare in

quale contesto viene inserito il rifiuto in studio e quindi verificare quali

variazioni comporta il suo coincenerimento con i RSU.

Le informazioni acquisite sono quindi finalizzate alla definizione del

comportamento di questi rifiuti nei processi di combustione e alla natura degli

inquinanti che possono originarsi nei fumi.

Le fonti bibliografiche consultate13, pur nei limiti delle variabili in gioco, che

possono determinare variazioni anche sensibili, hanno portato ad una

53

descrizione della composizione elementare delle merceologie componenti i

RSU come illustrata in tabella 114.

Composione elementare delle merceologie del RSUElemento C H N S O Cl Ceneri Acqua % % % % % % % %Legno 41,2 5 0,2 0,1 34,6 0,1 2,8 16Carta 34,7 4,8 0,2 0,3 32,5 0,2 6.04 21Plastica 56,5 7,8 0,9 0,3 8,0 3,0 8,6 15Tessili 37,1 5.00 3.01 0.02 27,4 0.02 2.00 25Organico 17,9 2,6 1,1 0,1 12,8 0,4 5,1 60Inerti 9.08 1,5 0,3 0,1 4.08 83,5

rif. D.A. Tilman 1991

Tabella 1: la composizione elementare delle merceologie degli RSU umidi

Per comodità i dati sono stati riferiti al secco nella tabella 2

Composizione elementare delle merceologie sul seccoElemento C H N S O Cl Ceneri

% % % % % % %Legno 49,0 5,9 0,25 0,13 41,3 0,12 3,3Carta 43,9 6,0 0,25 0,38 41,1 0,28 8,1Plastica 66,4 9,2 1,05 0,35 9,4 3,5 10,1Tessili 49,5 6,6 4,1 0,3 36,5 0,3 2,7Organico 44,7 6,5 2,7 0,25 32,0 1,0 12,7

Tabella 2: la composizione elementare delle merceologie degli RSU secchi

54

Questi dati associati alla composizione merceologica ed alla quantità dei

rifiuti da incenerire determinano alcuni dei dati di imput del modello.

La composizione merceologica del rifiuto varia in base alla zona di raccolta,

alla tipologia di raccolta (indifferenziata o meno), al tipo di pretrattamenti che

il RSU subisce. Nella tabella 3 sono riportate le composizione merceologiche

dei rifiuti urbani rilevate in alcune zone dell’Italia.

Composizione merceologica del RSUZona Brescia 01 Piemonte 94Mantova 92 Milano 92Composizione % % % %Legno 5,2 5,9 11,1 8,4Carta 21,8 24,4 23,3 32,2Plastica 19 9,5 13,04 13,2Organico 30 26 25,6 31,2Inerti 24 29 23,1 11,9

Tabella 3: Esempio di variabilità della composizione di RSU per provincie

Altre informazioni che esplicano la variabilità dei rifiuti sono riportate nella

tabella 4 in cui è evidenziata la composizione dei RSU in base alla presenza

e del tipo di raccolta differenziata.

55

Variazioni nella composizione del RSU

RSU T.Q. Racc. diff.

Secco/UmidoRacc. diff.

Fraz. SeccaComposizione % % %Legno 6 8 7Carta 26 20 16Plastica 12 17 14Organico 28 21 35Inerti 13 12 10Altro 15 22 18

Tabella 4: Esempio di variabilità del RSU in base alle modalità di raccolta

Queste informazioni, anche se indicative, hanno permesso una prima

simulazione di base del modello.

In una prima fase si è proceduto arbitrariamente a scegliere come riferimento

la composizione merceologica dei rifiuti riscontrata dalla Regione Piemonte

nel 1994.

56

Per completare la descrizione riportiamo infine, in tabella 5 e 6, il range di

concentrazione di alcuni elementi e metalli normalmente presente negli RSU.

Sostanza Grammi/ton Arsenico 4 - 5 Cadmio 3 - 4 Cromo 73 - 849 Mercurio 0,2- 7 Manganese 175 -411 Nichel 16 - 80 Piombo 268 - 2500 Rame 93 - 2500 Zinco 634 - 3500

Campo di variabilità dei metalli presenti negli RSU

Sostanza %Azoto 0,5 - 2Zolfo 0,1 - 0,5Cloro 0,7 - 0,8Ceneri 15 - 20

Campo di variabilità dei metalli presenti negli RSU

Tabella 5 :Metalli nel RSU Tabella 6 :Elementi in RSU

Questi dati sono stati successivamente integrati, in quanto si è reso

necessario un termine di confronto con alcune matrici dell'RSU, quali legno,

carte, plastiche e tessuti, a seguito di alcune prove sperimentali di

caratterizzazione effettuate sui fanghi di depurazione.

I dati di queste prove sono riportati assieme ai risultati di caratterizzazione

dei fanghi biologici.

57

6 Caratteristiche chimiche e fisiche dei fanghi di depurazione

Per rendere il lavoro esaustivo, poiché si presuppone che le caratteristiche

dei fanghi finalizzate all’incenerimento, varino sia in base al tipo di processo

depurativo, sia al processo di stabilizzazione dei fanghi impiegati, si è reso

necessario uno studio preliminare su questi argomenti, che permettesse una

caratterizzazione dei fanghi in base alle modalità di produzione.

I fanghi biologici ai fini dell’incenerimento possono essere classificati in:

− Fango di depurazione stabilizzato aerobicamente o anaerobicamente

− Fango filtropressato senza additivi inorganici o con additivi inorganici.

Questa differente origine del fango ne modifica sensibilmente la

composizione elementare e quindi il comportamento da un punto di vista

termico e da un punto di vista emissivo.

Un’altra importante variabile da considerare sono le modalità di filtrazione, il

tipo di processo impiegato e gli eventuali additivi impiegati.

Nella Provincia di Torino gli impianti di depurazione consortili potenzialmente

significativi in termini di produzione di fango hanno tutti impianti di digestione

anaerobica del fango, per cui si è ritenuto opportuno concentrarsi su questa

tipologia.

Per ciascun impianto è stato predisposto un piano di campionamento su cui

si sono eseguite le analisi e le prove finalizzate alla caratterizzazione dei

fanghi di depurazione ai fini dell'incenerimento.

58

6.1 Analisi sperimentale

I parametri chimici e fisici importanti ai fini emissivi ed alla conduzione del

processo d’incenerimento, riconosciuti come prioritari nell'influenzare la

termodistruzione sono:

− Potere calorifico

− Fabbisogno d’aria comburente per la combustione stechiometrica

− Autosostentamento termico alle condizioni di esercizio

Questi dati sono stati stimati effettuando l’analisi elementare del fango di

depurazione preso in esame, intesa come C, H, O, N, Cl, S, inerti, umidità.

I dati ottenuti ci permettono di valutare le componenti acide, ossidi di zolfo e

acido cloridrico, prodotte nella combustione.

Analogo ragionamento può essere fatto per gli ossidi d’azoto, in quanto

l’azoto organico presente nei rifiuti si trasforma per oltre il 98 % in NO, ma in

alcuni casi per questa componente, come si è visto precedentemente, è

necessario tenere conto anche dell’equilibrio della reazione di formazione

degli NOx termici.

Per stimare la tendenza di un rifiuto a creare particolato si è reso necessario

sperimentare una tecnica di misura delle ceneri che permettesse di ottenere

una correlazione tra questa misura e le polveri. Per differenziare

quantitativamente le ceneri per pezzatura si è determinato “l'effetto

trascinamento” dei flussi gassosi sulle ceneri.

59

Per stimare la tendenza dei fanghi di depurazione a rilasciare metalli pesanti

si è pensato di analizzare i metalli presenti nel fango di depurazione umido e

nel fango sottoposto a vari trattamenti d'incenerimento.

Per rendere più completa questa attività si è poi proceduto a modificare la

matrice del fango con l’aggiunta di cloruri come soluzione di cloruro di sodio,

per verificare le eventuali influenze che questa componente può causare alla

volatilità dei metalli.

Le prove di trattamento termico effettuate sui fanghi per stimare l'emissione

dei metalli, possono essere utilizzate anche per stimare il particolato formato

per evaporazione e ricondensazione.

60

6.1.1 Origine dei campioni

I campioni di fanghi provenienti dai due più significativi impianti dell'area

cittadina, 111 di YYY e 222 di YYY, divenuti nel frattempo entrambi di

proprietà KKK, sono prodotti da un processo di digestione anaerobica e

subiscono due trattamenti di filtropressatura differenti. I fanghi prodotti

dall'111 sono disidratati per mezzo di filtropressa, previo condizionamento

con calce e cloruro ferrico, i fanghi del 222 sono disidrati per mezzo di

filtronastri con dosaggio di un flocculante organico, comunemente chiamato

"polielettrolita". Il flocculante ha lo scopo di aggregare le particelle che

costituiscono il fango di depurazione, agevolando il rilascio dell'acqua

presente, migliorandone in tal modo la disidratabilità.

Recentemente l'impianto del 222 si è dotato anche di un sistema di

centrifugazione che utilizza, attualmente in parallelo al precedente, un

dosaggio di policloruro di alluminio, commercialmente denominato "alpoclar".

Su queste tipologie di fango si sono inoltre reperite alcune analisi effettuate

nel corso degli ultimi anni dal Dipartimento ARPA ZZZ per conto delle

Società che gestivano gli impianti di depurazione, 1114 e 2225,.

Sui campioni, accuratamente omogeneizzati, si sono determinati:

Umidità a 105°C, ceneri a 600°C, composizione elementare elementare,

analisi dei metalli.

4 5.

61

6.1.2 Metodi analitici

6.1.2.1 Umidità a 105°C

Una aliquota del campione, previa accurata omogeneizzazione è stato posto

ad essiccazione per 24 h in stufa a 105°C.

Mediamente l'aliquota del campione è di circa 150 - 200 grammi.

6.1.2.2 Ceneri a 600°C

I campioni precedentemente essiccati sono stati macinati in mortaio e

successivamente un'aliquota di questi è stata incenerita a 600°C per 60

minuti.

Mediamente l'aliquota del campione è di circa 5 grammi.

6.1.2.3 Metalli

L'analisi dei metalli viene eseguita sul campione umido per la ricerca del

mercurio e sul secco per gli altri metalli.

L'aliquota per la determinazione del mercurio, circa 2 grammi, è stata

mineralizzata in miscela solfonitrica (5 ml di HNO3 + 5 ml H2SO4) a

bagnomaria per 2 ore.

L'aliquota per la determinazione degli altri metalli, circa 1 grammo è stata

mineralizzata in acqua regia (6 ml HCl + 3 ml di HNO3 + 1ml H2O2) con forno

a microonde.

Le soluzioni mineralizzate sono state poi analizzate con ICP ottico della

Perkin Elmer, modello Optima 4200 DV.

62

6.1.2.4 Composizione elementare dei fanghi

Le determinazioni sono state condotte mediante analisi gascromatografica

dei gas di combustione in corrente di ossigeno dei rifiuti. La strumentazione

impiegata è stata CHNS-O EA 1108 ELEMENTAL ANALYZER della Carlo

Erba.

Le aliquote dei campioni essiccati a 105°C, opportunamente macinati, sono

state analizzate in quattro repliche.

Le curve di taratura dello strumento sono state ricavate su cinque punti

utilizzando come standard BBOT. (2,5-Bis-(5-tert.-butyl-benzoxazol-2-yl)-

thiophen) avente formula bruta C26H26N2O2S e la seguente composizione

elementare: C = 72.53%; H = 6.09%; N = 6.51%; O = 7.43%; S = 7.44%.

Il cloro è stato determinato mediante la tecnica della bomba di Mahler e

successiva determinazione dei cloruri con cromatografia ionica Dionex. Su

campioni con scarsa tendenza alla combustione si è effettuata una modifica

della matrice con miscelazione di antracene.

La percentuale di ossigeno come componente della frazione combustibile, è

stata determinato per differenza tra gli altri macroelementi presenti sommati

agli inerti.

63

6.1.3 Risultati analisi elementare

Analisi umidità, ceneri, elementare dell'impianto "A"

In tabella 7 sono riassunti i risultati ottenuti sul fango disidrato con policloruro

di alluminio (alpoclar). I valori sono tutti espressi in percentuale riferiti al

campione seccato a 105°C, eccetto le prime due colonne. 105°C t.q. e 600°C

t.q. che sono riferite al campione umido.

Campione 105°C t.q. 600°C t.q. SSV C H N S O

1 17,3 5,1 70,52 39,1 6,9 4,6 1,0

Tabella 7: analisi elementare dei fanghi di depurazione (SSV=solidi sospesi

volatili)

Il valore dell'ossigeno organico è stato stimato utilizzando l'equazione 7

InertiSNHCOorg %%%%%100% −−−−−= Equazione 7

18,948,117,918,718,912,318,616,218,220,5

21,4 8,6 60,15 30,0 4,9 3,7 0,8 20,8

3,72 2,05 6,08 6,35 1,04 0,78 0,27 9,33

2 26,5 8,4 68,30 15,0 2,9 2,0 0,33 20,2 8,4 58,42 31,0 5,2 3,2 1,14 24,4 11,1 54,51 27,3 4,5 3,2 0,85 18,3 7,1 61,20 32,1 5,1 4,2 0,96 28,1 11,6 58,72 36,7 5,8 3,5 0,47 21,6 8,5 60,65 32,0 5,2 4,3 0,58 20,3 10,3 49,26 25,5 3,8 3,1 0,79 21,6 9,6 55,56 28,0 4,4 4,3 0,7

10 16,0 5,7 64,38 33,1 5,3 4,4 1,1Media

Dev.Std

Fango filtropressato con carica di inerti a base di alpoclarDati riferiti in % sul fango secco a 105°C

64

Analisi umidità, ceneri, elementare dell'impianto "B"

Con le stesse modalità di tabella 7, in tabella 8 sono riassunte le analisi sul

fango disidrato con cloruro ferrico.

Campione 105°C t.q. 600°C t.q. SSV C H N S O

1 20,1 9,3 54 27,1 4,2 4,0 0,90

Tabella 8: Analisi elementare dei fanghi di depurazione

17,524,613,28,97,17,6

10,910,410,39,6

12,912,98,98,89,99,98,2

13,89,9

11,514,416,516,513,516,29,1

36,6 23,8 36,3 18,9 2,8 2,1 0,3 12,0

7,4 7,5 11,0 8,7 0,5 1,3 0,6 3,9

2 29,2 15,0 49 18,7 3,3 2,0 0,053 30,6 19,7 36 17,4 3,2 1,8 0,054 30,8 21,5 30 16,5 3,0 1,6 0,206 52,6 38,1 28 16,3 1,9 2,2 0,107 23,2 13,2 43 26,6 3,8 5,1 0,058 38,0 25,1 34 18,4 2,9 1,7 0,059 38,3 26,7 30 15,7 2,6 1,5 0,05

10 37,1 25,8 30 15,8 2,7 1,6 0,0511 32,3 7,1 78 58,5 2,7 7,0 0,2012 35,7 22,6 37 16,8 2,9 1,8 2,3013 35,7 22,6 37 16,8 2,9 1,8 2,3014 34,0 24,4 28 15,1 2,7 1,5 0,0515 45,9 33,7 27 14,0 2,1 1,3 0,3816 45,1 32,1 29 14,6 2,4 1,4 0,5017 39,9 27,6 31 16,5 2,7 1,5 0,2019 35,6 25,3 29 16,6 2,6 1,5 0,0520 35,7 23,7 34 15,5 2,8 1,5 0,0521 47,2 34,6 27 12,7 2,7 1,3 0,0522 39,8 26,9 32 16,6 2,6 1,6 0,1023 40,5 26,3 35 16,0 2,8 1,5 0,4024 38,8 23,9 38 17,3 2,8 1,7 0,0725 25,2 13,4 47 23,0 3,8 3,0 0,5626 38,4 24,3 37 18,6 2,7 1,8 0,1427 40,9 25,9 37 16,2 2,6 1,6 0,0528 42,0 30,3 28 15,0 2,4 1,4 0,05

Media

Dev.. Std

Fango filtropressato con carica di inerti a base di FeCl3Dati riferiti in % sul fango secco a 105°C

65

A differenza dei valori della tabella 7 si nota un maggiore quantità di inerti.

Elaborando le due serie di dati riferite alle analisi elementare e più

precisamente riportando i valori dell'analisi elementare del fango del secondo

impianto (B) allo stesso valore di inerti del fango del primo impianto (A),

usando l'equazioni 8 e 9, si ottiene, come evidenziato nella tabella 9,

un'ottima corrispondenza delle composizioni elementari dei valori di C, H, O

e discreta per l'N.

La differenza sui valori dello zolfo invece è percentualmente sensibile.

Fortunatamente su questi valori le eventuali differenze non determinano

variazioni significative sulle emissioni totali.

105°C t.q. 600°C t.q. SSV C H N S O

Media "A" 21,43 8,58 60,15 29,98 4,91 3,68 0,75 20,836,64 23,81 36,25 18,93 2,84 2,10 0,34 12,0

31,4 4,7 3,5 0,6 20,0-4,6% 4,3% 5,5% 31,3% 4,3%

Media "B"

Fattore 1,66% Differenza

Elaborazione di "B" su "A" in base agli inerti

Media dei dati riferiti in % sul fango secco a 105°C dei due impianti

Tabella 9: Confronto dei risultati a parità di inerti

".".105/".".600".".105/".".600

AqtAqtBqtBqtFattore = Equazione 8

66

""%% Belaborato CFattoreC ×= Equazione 9

Data la volontà del gestore dell'impianto, qualora la scelta dell'incenerimento

dei fanghi diventi effettiva, di modificare le modalità di disidratazione dei

fanghi con un processo che non richiede aggiunta di reattivi inerti, si

considerano prioritari i valori ottenuti sui fanghi disidratati con l'impiego del

solo polielettrolita.

Il polielettrolita è un flocculante organico che ha la funzione di aggregare le

particelle di fango facilitando il rilascio dell'acqua e la disidratazione.

Questa prima campagna di analisi permette di ricavare gli imput necessari al

modello di simulazione per effettuare i calcoli termici, il calcolo e la

composizione dei fumi di combustione e la stima di alcuni inquinanti come

HCl,. NOx, SOx.

67

6.1.4 Prove sperimentali per la stima del particolato

6.1.4.1 Prove di trasporto eolico

Per stimare il particolato prodotto dalla combustione del rifiuto, si è pensato

di sottoporre le ceneri, prodotte dall’incenerimento a 950°C, a delle prove di

trasporto eolico.

Lo scopo è di verificare la quantità di particolato trascinabile dalla corrente

gassosa che la combustione di un particolare rifiuto determina.

Sperimentalmente si è provveduto ad introdurre un campione di ceneri in una

colonnina di vetro dotata di setto poroso e di insufflare dal basso verso l’alto

dell’aria compressa, misurandone la portata con un flussimetro con scala da

50 a 3300 ml/min.

Procedendo per step di portate successive e pesando la frazione di ceneri

rimaste alla fine di ogni trattamento si è misurata la quantità di ceneri

trascinate dalla corrente gassosa.

L’ordine di grandezza del flusso è stato scelto prendendo come riferimento

quello presente presso l’impianto di incenerimento con forno a griglia

dell’inceneritore JJJ di HHH, pari a circa 0.3 Nmc/s per mq, corrispondenti a

1800 ml/cm2.

Questa velocità è stata poi corretta in considerazione della diversa viscosità

e densità che il flusso gassoso ha alla temperatura di funzionamento della

camera di combustione.

Come risulta dalle tabelle reperite in letteratura15, le viscosità dei gas nel

passaggio dalla Tamb alla temperatura 1200°k aumente di circa 2 - 2.5 volte.

68

In considerazione della legge di Stokes si sono corrette le portate per meglio

avvicinarsi alle condizioni reali.

Le ceneri provenienti dall'incenerimento in muffola sono risultate friabili, per

cui si è reso necessario simulare l'azione disgregatrice determinata dal

movimento delle scorie all'interno del forno.

Si sono pertanto effettuate le prove di trasporto eolico, come sopra descritte,

sottoponendo la stessa aliquota di cenere a diversi trattamenti di

macinazione.

La macinazione è stata effettuata in mulino eccentrico con recipiente e palle

di agata, variando la velocità di rotazione e la durata del trattamento.

I dati ottenuti non hanno prodotto i risultati sperati, in quanto i valori

riscontrati erano troppo influenzati dai pretrattamenti delle ceneri e non è

stata possibile alcuna correlazione.

69

6.1.4.2 Prove d'incenerimento

Nel determinare le ceneri con la metodica tradizionale, che prevede

l'incenerimento in capsula di porcellana a 600°C, si riscontra la formazione di

fumo che si sprigiona dal materiale analizzato.

Si è supposto che parte del fumo fosse costituito anche da una frazione di

inerte che veniva parzialmente perso.

Se la supposizione è corretta, si può sfruttare questo fenomeno, causa di un

errore analitico nella determinazione delle ceneri, proprio per trarre un valore

utile alla stima della quantità di particolato prodotto da un rifiuto. Infatti

l'errore per difetto nella determinazione delle ceneri, è associabile al

particolato più leggero, in quanto prodotto in assenza di flussi esterni di aria.

Si è utilizzata una procedura analitica che permettesse le misure di ceneri in

due condizioni ambientali differenti, la cui differenza determinasse una

misura correlabile al particolato più fine.

Si è proceduto effettuando prove d'incenerimento in beute di pyrex da 50 ml

con occlusione del collo con un filtro di lana di quarzo, impiegata

normalmente nella preparazione dei cestelli di prelievo nelle emissioni ad alte

temperature.

Il filtro impiegato è stato ottenuto racchiudendo circa 150 mg di lana di

quarzo tra i due dischi filtranti MFS quartz fiber dello spessore di 1.30 mm e

con efficienza su particelle 0.3 μm del 98% DOP16. La funzione della lana di

quarzo è principalmente di supporto e separazione tra i due filtri.

70

Con questo accorgimento si permette la fuoriuscita dei gas di combustione

ma si trattiene il particolato formatosi. Quindi si dovrebbe evidenziare un

incremento delle ceneri misurate.

Le prime prove hanno fornito risultati in linea con i presupposti, per cui si è

proceduto ad affinare la tecnica analitica.

Si è verificato dapprima l'affidabilità del filtro così costruito in termini di

comportamento nell'incenerimento. Si è verificato che il sistema filtrante, nel

suo insieme perde in termini assoluti, circa 15 mg di massa, un valore che

altera sensibilmente i valori sperimentali. Si è deciso quindi di condizionare

tutto il materiale costituente il filtro, come tutta la vetreria, in muffola a 600°C

per due ore e conservandolo in essiccatore con gel di silice anidro.

Ulteriore verifica era quella di assicurarsi della completa combustione della

componente organica, per evitare di considerare un particolato organico

formatosi in parziali condizioni di pirolisi, come particolato inorganico.

L'assicurazione della completa combustione, dopo alcune verifiche, si è

raggiunta ripetendo il trattamento termico previo raffreddamento della beuta,

per introdurre nuova aria comburente all'interno della stessa.

Si sono poi ripetute le prove su aliquote di campione del fango di

depurazione. I risultati sono riportati nelle tabelle 10 e 11.

71

Determinazione delle ceneri su fanghi biologici a 600°Programmata da Tamb a 600°C in 1h e incenerimento a 600°C per 1 h.

tara tara + secco tara + ceneri 600°

Capsula 1 95,7163 97,7414 96,6122 44,24%

36,4277 0,2649 0,9352 46,38%2,14%4,62%

44,29%

36,4051 0,3316 0,5148 46,89%2,60%5,54%

41,55%

31,3456 0,2912 1,2512 43,98%2,43%5,53%

44,89%

36,3214 0,3162 1,1575 47,29%2,40%5,07%

43,20%

36,4364 0,3040 0,4012 45,73%2,53%5,52%

42,28%

31,3400 0,2912 1,2568 44,09%1,82%4,12%

tara tara + secco tara + secco + filtro tara + ceneri + filtro

Beuta 1 con filtro 36,1628 38,1790 38,4439 37,3629tara + filtro filtro ceneri % inerti

Differenza netta

% di ceneri perse

Capsula 2 95,7181 97,0120 96,2912tara tara + secco tara + secco + filtro tara + ceneri + filtro

Beuta 2 con filtro 36,0735 37,1714 37,5030 36,9199tara + filtro filtro ceneri % inerti

Differenza netta

% di ceneri perse

Capsula 3 100,5101 103,5976 101,7930tara tara + secco tara + secco + filtro tara + ceneri + filtro

Beuta 3 con filtro 31,0544 33,8992 34,1904 32,5968tara + filtro filtro ceneri % inerti

Differenza netta

% di ceneri perse

Capsula 4 95,7442 97,9528 96,7356tara tara + secco tara + secco + filtro tara + ceneri + filtro

Beuta 4 con filtro 36,0052 38,4530 38,7692 37,4789tara + filtro filtro ceneri % inerti

Differenza netta

% di ceneri perse

Capsula 5 95,9356 98,1120 96,8758tara tara + secco tara + secco + filtro tara + ceneri + filtro

Beuta 5 con filtro 36,1324 37,0098 37,3138 36,8376tara + filtro filtro ceneri % inerti

Differenza netta

% di ceneri perse

Capsula 6 100,9832 102,8845 101,7870tara tara + secco tara + secco + filtro tara + ceneri + filtro

Beuta 6 con filtro 31,0488 33,8992 34,1904 32,5968tara + filtro filtro ceneri % inerti

Differenza netta

% di ceneri perse

Tabella 10: Prove sperimentali di stima del particolato emesso dai fanghi

72

La cui elaborazione ha determinato il risultato finale di tabella 11:

Elaborazione dati delle ceneriMedia ceneri capsula 43,41%

45,73%5,07%0,59%

Media ceneri beutaMedia delle deviazioniDeviazione std

Tabella 11: Riepilogo della % di particolato emessa dalle ceneri

Il risultato finale è stato espresso come ceneri perdute in riferimento alle

ceneri, cioè applicando l'equazione 10.

iBeutaMediaCeneriCapsulaMadiaCeneriBeutaMediaCeneroParticolat

%%%% −

= Equazione 10

Dall’elaborazione di questi risultati delle ceneri dei fanghi di depurazione si

stima una perdita media delle ceneri come particolato del 5.16% con una

deviazione standard dello 0.61%.

Da questi calcoli possiamo trarre, come prima conclusione, che mediamente

il fango di depurazione esaminato rilascia circa il 5% dei propri inerti come

particolato.

Per avere un termine di confronto si sono ripetute queste prove su matrici

merceologiche comuni agli RSU quali legno, carte, plastiche e tessuti.

I risultati sono riportati nella tabelle 12, 13, 14, 15.

73

Determinazione delle ceneri su di alcune merceologie a 600°CProgrammata da Tamb a 600°C in 1h e incenerimento a 600°C per 1 h.

Carta 1 tara tara + secco tara + ceneri 600°

Capsula 100,4977 101,7862 100,6686 13,26%

36,3795 0,3653 0,1924 14,89%1,63%

10,94%

13,69%

36,4665 0,3107 0,1585 15,26%1,56%

10,26%13,48%15,07%1,60%

tara tara + secco tara + secco + filtro tara + ceneri + filtro

Beuta con filtro 36,0142 37,3061 37,6714 36,5719tara + filtro filtro ceneri % inerti

Differenza netta

% di ceneri perse

Carta 2 tara tara + secco tara + ceneri 600°

Capsula 102,5411 103,6286 102,6900tara tara + secco tara + secco + filtro tara + ceneri + filtro

Beuta con filtro 36,1558 37,1947 37,5054 36,6250tara + filtro filtro ceneri % inerti

Differenza netta

% di ceneri perse

Media ceneri capsulaMedia ceneri beutaMedia delle deviazioni

Tabella 12: Prove sperimentali di stima del particolato emesso dalla carta

Da queste prove si stima che:

La carta produce una quantità di particolato pari a circa il 10.5 % delle

proprie ceneri.

74

Determinazione delle ceneri su di alcune merceologie a 600°CProgrammata da Tamb a 600°C in 1h e incenerimento a 600°C per 1 h.

Plastica 1 tara tara + secco tara + ceneri 600°

Capsula 96,1844 97,0298 96,2000 1,85%tara tara + secco tara + secco + filtro tara + ceneri + filtro

Beuta con filtro 36,7021 37,8966 38,1964 37,0400tara + filtro filtro ceneri % inerti

Differenza netta

% di ceneri perse

Plastica 2 tara tara + secco tara + ceneri 600°

Capsula 101,8333 103,5935 101,8676tara tara + secco tara + secco + filtro

37,0019 0,2998 0,0381 3,19%1,34%42,15%

1,95%tara + ceneri + filtro

Beuta con filtro 36,4782 38,2362 38,5920 36,8930tara + filtro filtro ceneri % inerti

Differenza netta

% di ceneri perse

Media ceneri capsulaMedia ceneri beutaMedia delle deviazioni

36,8340 0,3558 0,0590 3,36%1,41%41,94%1,90%3,27%1,38%

Tabella 13: Prove sperimentali di stima del particolato emesso dalla plastica

Da queste prove si stima che:

La plastica produce una quantità di particolato pari a circa il 42% delle

proprie ceneri.

75

Determinazione delle ceneri su di alcune merceologie a 600°CProgrammata da Tamb a 600°C in 1h e incenerimento a 600°C per 1 h.

Legno 1 tara tara + secco tara + ceneri 600°

Capsula 100,5115 101,5575 100,5264 1,42%

36,4450 0,3142 0,0159 1,75%0,33%18,70%

1,84%

35,8922 0,2744 0,0208 2,29%0,44%19,43%1,63%2,02%0,39%

tara tara + secco tara + secco + filtro tara + ceneri + filtro

Beuta con filtro 36,1308 37,0383 37,3525 36,4609tara + filtro filtro ceneri % inerti

Differenza netta

% di ceneri perse

Legno 2 tara tara + secco tara + ceneri 600°

Capsula 101,0004 102,2317 101,0231tara tara + secco tara + secco + filtro tara + ceneri + filtro

Beuta con filtro 35,6178 36,5268 36,8012 35,9130tara + filtro filtro ceneri % inerti

Differenza netta

% di ceneri perse

Media ceneri capsulaMedia ceneri beutaMedia delle deviazioni

Tabella 14: Prove sperimentali di stima del particolato emesso dal legno

Da queste prove si stima che:

Il legno produce una quantità di particolato pari a 19% delle proprie ceneri.

76

Determinazione delle ceneri su di alcune merceologie a 600°CProgrammata da Tamb a 600°C in 1h e incenerimento a 600°C per 1 h.

Tessuti 1 tara tara + secco tara + ceneri 600°

Capsula 102,7525 103,8106 102,7809 2,68%

36,6767 0,2824 0,0344 3,04%0,35%11,57%

2,49%

36,3504 0,3303 0,0269 2,79%0,30%10,90%2,59%2,91%0,33%

tara tara + secco tara + secco + filtro tara + ceneri + filtro

Beuta con filtro 36,3943 37,5277 37,8101 36,7111tara + filtro filtro ceneri % inerti

Differenza netta

% di ceneri perse

Tessuti 2 tara tara + secco tara + ceneri 600°

Capsula 95,2894 96,5197 95,3200tara tara + secco tara + secco + filtro tara + ceneri + filtro

Beuta con filtro 36,0201 36,9837 37,3140 36,3773tara + filtro filtro ceneri % inerti

Differenza netta

% di ceneri perse

Media ceneri capsulaMedia ceneri beutaMedia delle deviazioni

Tabella 15: Prove sperimentali di stima del particolato emesso dai tessuti

Da queste prove si stima che:

I tessuti producono una quantità di particolato pari a 11% delle proprie

ceneri.

Questi valori sono stati utilizzati nel modello di simulazione per stimare la

tendenza delle variazioni di concentrazione di particolato a monte dei sistemi

di abbattimento.

77

6.1.4.3 Particolato di ricondensazione

Un'altra componente del particolato è quella determinata dalla

ricondensazione delle sostanze evaporate in camera di combustione.

Dall'analisi dei metalli sui residui inceneriti a diverse temperatura si sono

stimate le quantità di particolato di ricondensazione ottenibili da questi.

I fanghi sono stati inceneriti a 600°C, a 775°C e a 950°C. Su ciascuna di

queste frazioni è stata determinata la concentrazione di metalli residui e la

percentuale del residuo per permettere le successive elaborazioni consistenti

nell'esprimere la concentrazione di metalli rispetto al residuo a 105°C.

Il fango nell'incenerimento rilascia sia particolato che sostanze in fase vapore

soggette a ricondensazione, ma ragionando rispetto a delle tendenze non è

essenziale distinguere esattamente le due quote. Pertanto qui si è assunto in

termini parzialmente arbitrari, che la perdita di metallo tra i 105°C e 600°C

sia da attribuire alla formazione di particolato perso durante la combustione,

mentre la perdita di sostanza tra i 600°C e 950°C sia da attribuire solo alla

quota evaporata. L'arbitrarietà di questa scelta consiste nel fatto che nella

prima frazione, quella persa tra i 105°C e 600°C, possono sussistere

entrambi i fenomeni.

I risultati ottenuti sono riportati nelle tabelle 16 e 17, dove sono tabulate le

percentuali totali di metallo emesso da 20° a 950° e le percentuali di metallo

emesse nei due range di temperatura, da 20°C a 650°C e da 600°C a 950°C.

78

308% 100% 44,240% 42,634% 41,79%

Umido 105° 600° 775° 950°mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg

Alluminio 22756 66482 142138 149800 13332570088 66482 62882 63866 55717

4,00 3,20 2,65 2,09 2,05

284 283 286 296 241

0,92 0,80 0,58 0,55 0,50

1,54 1,40 1,42 1,45 1,04

17975 18079 16315 15494 14900

46 44 41 37 33

333 330 295 284 244

19071 18420 16174 15192 13327

14451 13512 10582 10069 8819

351 346 333 316 271

158 156 149 150 111

604 586 553 533 376

970 888 654 740 546

4093 3797 3177 2971 2675

Arsenico 1,3 3,2 6 4,9 4,9

Bario 92,3 283 647 695 576

Berillio 0,3 0,8 1,3 1,3 1,2

Cadmio 0,5 1,4 3,2 3,4 2,5

Calcio 5836 18079 36878 36342 35655

Cobalto 15 44 92 87 80

Cromo 108 330 666 667 584

Ferro 6192 18420 36561 35633 31889

Magnesio 4692 13512 23920 23617 21103

Manganese 114 346 752 742 647

Piombo 51,2 156 336 352 266

Rame 196 586 1250 1250 900

Stagno 315 888 1477 1737 1308

Zinco 1329 3797 7181 6968 6401

% dei Residui

Temperatura di trattamento

Rilascio di metalli dai fanghi di depurazione

Tabella 16: I dati in Blu sono i risultati grezzi ottenuti dall'analisi, i dati in

rosso sono i dati rielaborati riferendoli al secco 105°C.

79

% totale di metallo emessa

% totale di metallo emessa

% totale di metallo emessa

da 20°C a 950°C da 20°C a 600°C da 600°C a 950°CAlluminio 20,5% 10,3% 10,2%

14372 7207 716548,9% 33,7% 15,2%1,96 1,35 0,61

15,4% -0,7% 16,0%43,7 -1,9 45,6

45,7% 37,8% 8,0%0,42 0,35 0,07

32,2% 8,1% 24,1%0,50 0,12 0,37

17,1% 9,2% 7,9%3075 1660 1414

27,6% 11,9% 15,7%12,8 5,5 7,3

26,6% 11,4% 15,3%88,6 37,8 50,8

30,1% 15,2% 14,9%5745 2897 2848

39,0% 26,8% 12,2%5633 3869 1763

23,0% 5,3% 17,7%80,6 18,5 62,1

29,5% 5,8% 23,7%46,5 9,1 37,4

37,7% 8,4% 29,3%228 51 177

43,7% 32,6% 11,0%424 317 107

34,7% 22,4% 12,3%1419 917 502

Arsenico

Bario

Berillio

Cadmio

Calcio

Cobalto

Cromo

Ferro

Magnesio

Manganese

Piombo

Rame

Stagno

Zinco

Rilascio % di metalli dai fanghi di depurazione

Tabella 17: Percentuale di metalli emessi alle varie temperature ed in mg/kg

80

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

Al Ca Fe Mg Sn Zn

% di metallo rilasciatatotale% metallo rilasciata tra20 e 600°% metallo rilasciata tra600 e 950°

Emissione di metalli dal fango

Figura 12: Emissione di metalli contenuti nei fanghi in conc. >1000mg/kg

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

As Ba Be Cd Co Cr Mn Pb Cu

% di metallo rilasciata totale

% metallo rilasciata tra 20 e 600°

% metallo rilasciata tra 600 e 950°

Emissione di metalli dal fango

Figura 13: Emissione di metalli contenuti nei fanghi in conc. <1000mg/kg

81

Come si può osservare dalle figure 12 e 13 gli elementi Sn, Mg, Zn, As, Ba,

Be, Cd, Cu presentano una quota di emissione superiore al 30% rispetto al

contenuto iniziale di metallo nei fanghi.

L'emissione degli elementi Al, Ca, Fe, Co, Cr si ripartisce equamente tra i

due range di temperatura considerati, gli elementi Mg, Sn, Zn, As, Be,

vengono emessi principalmente nel range di temperatura più basso, mentre

gli elementi Ba, Cd, Mn, Pb e Cu vengono emessi principalmente nel range

di temperatura più alto.

82

6.1.5 Risultati analisi dei metalli

I fanghi di depurazione provenienti dai due impianti presi in esame sono stati

sottoposti ad analisi dei metalli per valutare una composizione media di

questi analiti, per poi elaborare i risultati ottenuti in base alle risultanze del

paragrafo precedente.

Anche per questi analiti sono state inoltre reperite alcune analisi sui fanghi

effettuate nel corso degli ultimi anni dall'area dal Dipartimento ARPA di

Grugliasco.

I risultati di questa prima fase sono riassunti nelle tabelle 18 e 19:

Al As Cd Cr Fe Mn Hg Ni Pb Cu Se Zn1 16185 2,3 289 8671 116 87 145 405 1,7 22542 10301 1,1 205 5342 123 0,1 164 123 227 13423 0 2,5 267 24257 198 3,5 99 248 347 19554 29348 0,0 7283 0,0 0 228 457 22835 27014 0,0 616 6161 0,0 0 0 379 23226 34426 656 11066 287 8,2 205 287 656 21727 0 538 8602 0 0,0 0 237 591 20438 19403 0,0 299 18408 249 0,0 0 249 348 16929 15663 361 7831 0,0 0 217 301 156610 21858 0,0 383 7650 4,9 0 273 437 213111 26286 429 8000 0,0 0 286 429 274312 19890 608 9392 331 0,0 387 0 497 331513 19444 648 11574 278 0,0 0 231 463 310214 0 468 16749 330 0,0 236 281 468 226615 0 5,1 440 278 0,0 0 241 278 171316 0 369 0,0 0 238 456 2719

14989 1,2 2,3 438 10785 219 1,1 74 205 421 1,73 2226

Fango filtropressato con carica di inerti a base di alpoclarDati riferiti in mg/kg sul fango secco a 105°C

Media Filtro a nastri

Tabella 18: Analisi dei metalli sui fanghi disidrati con "Alpoclar".

83

Al As Cd Fe Hg Ni Pb Cu Zn1 10811 3,0 1,4 27027 3,0 108 243 11082 12461 1,6 28037 2,2 93 280 14333 9202 30675 77 215 10124 24876 19900 189 348 9955 13699 44521 82 205 14046 6397 3,0 3,4 27719 3,4 107 256 13867 9804 9,8 49020 2,0 95 196 10788 6494 1,6 32468 68 195 11049 2,4 3,6 16393 0,9 200 273 965

10 9634 0,4 50096 2,7 50 91 308 150311 4255 2,6 3,4 36170 1,9 106 255 511 183012 6579 3,1 3,1 28509 2,0 132 307 285 182013 5703 3,6 4,9 24715 3,6 114 589 418 182514 4,7 1,3 8621 112 259 94815 7895 42105 105 139516 8403 2,0 0,8 36415 67 207 112017 13015 7,4 0,9 26030 3,9 239 130 152 54218 84 45 169 89919 12712 5,5 31780 1,1 191 74 191 139820 9747 2,3 13,1 29240 5,3 97 234 57 1501

10099 3,9 3,2 31023 2,7 127 154 244 1263

Fango filtropressato con carica di inerti a base di FeCl3Dati riferiti in mg/kg sul fango secco a 105°C

Media filtro a pressa

Tabella 19: Analisi dei metalli sui fanghi disidrati con "Cloruro ferrico"

Al As Cd Cr Fe Mn Hg Ni Pb Cu Se Zn12544 2,577 2,732 438 20904 219 1,883 100 179,5 332,4 1,73 1745

Media dei dati in mg/kg sul fango secco a 105°C dei due impianti

Tabella 20: Medie delle analisi dei metalli sui fanghi

84

I valori riassuntivi di tabella 20 sono stati presi come base di riferimento nelle

elaborazioni finali, assieme alle percentuali di emissione di ciascun metallo,

per stimare il carico di metalli ai sistemi di abbattimento e stimare la

produzione di particolato per ricondensazione dei sali metallici evaporati.

Per completare il quadro del comportamento dei fanghi, ai fini dell'emissione

di metalli, si è poi valutata l'incidenza di un coincenerimento con rifiuti

contenenti elevate concentrazioni di cloruri inorganici.

A tale scopo si è provveduto a modificare la matrice del fango di depurazione

con aggiunta di una soluzione di salamoia in modo da portare la

concentrazione di NaCl rispetto al secco a 105°C a circa il 30%.

A 100 gr di campione umido di sono addizionati 50 grammi di salamoia

contenti 12.5 grammi di NaCl.

Il fango così arricchito in NaCl è stato sottoposto alle stesse analisi dei

metalli sui diversi residui come precedentemente effettuato.

Nelle tabelle 21 e 22 sono riportati i valori dei risultati analitici e nelle figure le

elaborazione grafiche risultanti.

85

247 100 56,71 55,70 52,94

Umid 105° 600° 750° 950°mg/k mg/k mg/k mg/k mg/k

Alluminio 2093 5133 8329 8060 82835168 5133 4723 4489 4385

2,96 2,60 1,70 1,50 1,64

213,5 212,0 201,8 203,7 235,0

0,74 0,70 0,57 0,11 0,21

1,23 1,00 0,96 0,95 0,69

1221 1306 1218 1160 1182

35 34 31 30 29

246 250 216 200 183

1433 1400 1253 1158 1042

8123 1022 8715 8441 8778

259 259 239 224 239

120 111 80 56 8

469 463 416 406 375

746 731 370 385 407

3074 2988 2393 2035 1539

Arsenico 1,2 2,6 3 2,7 3,1

Bario 86,5 212 356 366 444

Berillio 0,3 0,7 1 0,2 0,4

Cadmio 0,5 1 1,7 1,7 1,3

Calcio 494 1306 2147 2084 2233

Cobalto 14 34 55 53 54

Cromo 99,6 250 381 360 346

Ferro 580 1400 2210 2080 1968

Magnesio 329 1022 1536 1515 1658

Manganese 105 259 422 402 451

Piombo 48,8 111 141 100 15

Rame 190 463 733 729 708

Stagno 302 731, 651, 691 768,

Zinco 124 298 422 365 290

Temperatura di trattamento

Rilascio di metalli dai fanghi di depurazione con Cl-

% dei Residui

Tabella 21: Emissione di metalli in presenza di cloruri; I dati in Blu sono i

risultati grezzi ottenuti dall'analisi, i dati in rosso sono i dati rielaborati

riferendoli al secco 105°C.

86

% totale di metallo emessa

% totale di metallo emessa

% totale di metallo

evaporata

da 20°C a 950°C da 20°C a 600°C da 600°C a

950°CAlluminio 15,2% 8,6% 6,5%

7833 4454 337944,6% 42,6% 2,0%1,32 1,26 0,06

71,4% 23,4% 48,0%0,53 0,17 0,36

44,3% 21,9% 22,3%0,55 0,27 0,283,2% 0,3% 2,9%394 36 359

17,3% 9,8% 7,5%6,0 3,4 2,6

25,5% 12,2% 13,3%62,7 30,0 32,8

27,3% 12,6% 14,7%3915 1804 21117,9% 7,6% 0,3%20,4 19,8 0,7

93,5% 33,7% 59,9%112,7 40,6 72,120,1% 11,4% 8,7%

94 53 4145,4% 50,4% -5,0%

339 376 -3749,9% 22,1% 27,8%1535 681 854

Arsenico

Berillio

Cadmio

Calcio

Cobalto

Cromo

Ferro

Manganese

Piombo

Rame

Stagno

Zinco

Rilascio % di metalli dai fanghi di depurazione con Cl-

Tabella 22: Emissione di metalli in presenza di cloruri, in percentuale ed in

mg/kg, nei range di temperature considerati

Le rappresentazioni grafiche delle tabelle 21 e 22 sono nelle figure 14 e 15.

87

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

Al Ca Fe Sn Zn

% metallo totale emessa t.q.

% metallo totale emessa concloruri% metallo emessa tra 20°- 600°

% metallo emessa tra 20°- 600°con cloruri% metallo emessa tra 600°- 950°

% metallo emessa tra 600°- 950°con cloruri

Emissione di metalli dal fango con Cloruri

Figura 14: Emissione di metalli presenti in conc. >1000mg/kg in presenza di

cloruri

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

As Be Cd Co Cr Mn Pb Cu

% metallo totale emessa t.q.

% metallo totale emessa con cloruri% metallo emessa tra 20°- 600°

% metallo emessa tra 20°- 600° con cloruri

% metallo emessa tra 600°- 950°% metallo emessa tra 600°- 950° con cloruri

Emissioni di metallo dal fango con cloruri

Figura 15: Emissione di metalli presenti in conc. <1000mg/kg in presenza di

cloruri

88

Dai grafici in figura 13 e 14 possiamo trarre le seguenti indicazioni:

Gli elementi Al, Ca, Fe, As, Co, Cr, Mn e Cu non sono particolarmente

influenzati dalla presenza di cloruri nella matrice incenerita, o dove lo sono,

riducono la loro volatilità.

Gli elementi Sn, Zn, Be, Cd ed in modo significativo il Pb, sono resi più

volatili dalla presenza di cloruri nella matrice incenerita.

89

7 Emissioni dagli inceneritori di RSU

Al solo fine di avere dei termini di confronto per i risultati del modello di

simulazione, si è effettuata una ricerca bibliografica17 sulle emissione

derivanti dagli impianti d’incenerimento dei RSU e di fanghi di depurazione

biologici, a monte dei sistemi di abbattimento. I risultati sono stati:

Emissioni di inquinanti da inceneritori di RSU:

Polveri: media = 2800 mg/Nmc

Dev. Std = 870 mg/Nmc

SO2: media = 132 ppm

Dev. Std = 56 ppm

HCl: media = 416 ppm

Dev. Std = 172 ppm

Nota: nei documenti originali i dati sono espressi con un ossigeno di

riferimento al 7%. I dati sopra riportati sono già stati corretti con un ossigeno

di riferimento al 11%, in accordo con la normativa europea, usando

l'equazione 11.

Emissioni di inquinanti da inceneritori di fanghi di depurazione biologici:

Polveri: media = 52 kg/Ton

SO2: media = 14 kg/Ton

NOx: media = 2.5 kg/Ton

7211121

−−

=orrezioneFattoreDiC Equazione 11

90

8 Struttura del modello di simulazione

Prima di procedere alla costruzione del foglio di calcolo si è proceduto a:

− Uno studio preliminare delle tecniche di presentazione dati, che ne

permettesse un facile impiego, flessibilità di utilizzo o di adattamento a

situazioni diverse ed inoltre facilità di implementazioni successive;

Come guida per raggiungere questo risultato, oltre al confronto con i tecnici

potenzialmente futuri utilizzatori, si è utilizzato un manuale di visualizzazioni

grafiche18 , che fornisce utili suggerimenti sulle tecniche di presentazione

grafica.

− Una ricerca bibliografica di formule fisico-matematiche in grado di

determinare per via teorica i dati di processo non ricavabili o di difficile

acquisizione necessari allo sviluppo del modello.

− Alcuni sopralluoghi presso impianti d'incenerimento di rifiuti urbani e di

rifiuti industriali, per individuare quali parametri sono normalmente

monitorati dai gestori e come vengono utilizzati e regolati, nella gestione

dei forno d'incenerimento. Gli impianti visitati sono stati: ASM Brescia,

TME Vercelli, OMA Rivalta (To), Chimica Industriale Rivalta (To),

CON.SER.VCO Mergozzo (No).

91

8.1 Impostazione del modello

La prima parte del modello oggetto si basa su semplici calcoli stechiometrici

che permette di stimare i macroparametri di un processo d’incenerimento.

Per facilità di utilizzo, diffusione e idoneità per raggiungere gli scopi prefissati

si è scelto come base informatica una semplice cartella di lavoro

dell'applicativo Excel di Microsoft.

Per migliorarne la leggibilità i dati di Imput sono in carattere Blu grassetto, i

dati elaborati intermedi sono in carattere rosso, i dati elaborati che

determinano un risultato di particolare interesse sono in carattere rosso

grassetto.

Alcune celle del foglio di lavoro sono collegate a note (triangolino rosso in

alto a destra della cella) che esplicano il significato e l’uso dei dati in esse

contenuti.

Si sono poi inserite delle celle di controllo per valutare la presenza di errori

grossolani che possono essere commessi in fase di digitazione dei dati con

messaggio in carattere porpora.

L’elaborazione ha la seguente struttura:

92

8.1.1 Foglio di lavoro “Tabelle”

E’ il foglio di lavoro in cui il programma va a ricercare i dati chimici e fisici

disponibili in letteratura, necessari allo sviluppi dei calcoli.

In questo foglio di lavoro sono trascritte le seguenti tabelle:

− Composizione dell’aria secca

− Pressione di vapore nell’aria rispetto alla temperatura ed all’umidità

relativa.

− Elaborazione per ricavare le composizione dell’aria rispetto alla

temperatura ed alla umidità relativa.

− Tabella dei calori sensibili dei gas componenti l’aria ed elaborazione

attraverso la regressione della curva per ricavare il calore sensibile

nell’intervallo di temperature d’interesse.

Sono state inserite per ultime alcune tabelle relative alla concentrazione delle

specie NOx e CO all'equilibrio. Queste elaborazioni, pur non essendo parte

del modello, forniscono alcune informazioni aggiuntive sull'andamento del

processo d'incenerimento. Per comodità sono state inserite in questo foglio

di lavoro.

93

8.1.2 Foglio di lavoro “Qualiquantitativa”

E’ uno dei due fogli di imput, e più precisamente in questo foglio di lavoro

vengono digitati i dati relativi alle quantità e qualità di rifiuti alimentati al forno.

Sono presenti quattro tabelle.

Nella prima tabella, denominata “composizione qualiquantitativa degli RSU”

vengono imputati i dati relativi alle quantità annuali di rifiuti conferiti

all’inceneritore e alla composizione merceologica percentuale di questi rifiuti.

Nella seconda tabella, denominata ”composizione elementare delle

merceologie degli RSU umidi” vengono imputati i dati relativi alla

composizione elementare delle diverse merceologie che costituiscono i rifiuti

espressi in percentuale, rispetto alla frazione umida.

Nella terza tabella denominata ”composizione elementare delle merceologie

degli RSU secchi” vengono elaborati i dati percentuali umidi esprimendo la

composizione al secco.

La quarta tabella riepiloga i quantitativi alimentati per merceologia.

I fogli di lavoro successivi acquisiscono i dati della composizione elementare

della frazione secca.

94

8.1.3 Foglio di lavoro “Parametri di processo”

In questo foglio di lavoro vengono imputati i parametri operativi ambientali e

gestionali relativi al forno.

Per comodità si è preferito introdurre nello stesso foglio alcuni parametri di

output, direttamente legati ai primi. Tra i parametri di output rammentiamo le

portate dei fumi, i bilanci termici e la stima degli inquinanti prodotti.

8.1.4 Foglio di lavoro “Elaborazione”

Attraverso la semplice stechiometria della reazione di combustione si

ricavano i volumi di gas per ogni singola merceologia, ottenendo il volume

totale dei gas di combustione e la loro composizione.

8.1.5 Foglio di lavoro “Auto merceologia”

E’ un foglio di lavoro dove vengono riepilogate le quantità di fumi e di calore

prodotte da ciascuna merceologia componente il rifiuto.

Dall’esatta composizione dei fumi e dalla tabella dei calori sensibili, si verifica

se ciascuna merceologia è in grado di autosostenere le condizioni

d’incenerimento.

8.1.6 Foglio di lavoro “Auto rifiuti”

E’ un foglio di lavoro simile al precedente.

I dati che si elaborano sono le verifiche termiche per tipologia di rifiuti e le

caratteristiche specifiche per singola merceologia come i poteri calorifici, le

megacalorie per tonnellata necessarie per l’autosostentamento.

95

8.1.7 Foglio di lavoro “Flow sheet”

Rappresenta il riepilogo grafico del funzionamento del forno inceneritore.

Consiste in una raffigurazione schematica dell’impianto in cui appaiono i dati

d input ed output più significativi del processo d’incenerimento.

8.1.8 Fogli grafici

In conclusione seguono i fogli di lavoro che riepilogano i dati elaborati e li

rappresentano in forma grafica, i fogli di calcolo sono:

− Termici

− Polveri

− NOx

− HCl

− SOx

− Metalli

96

8.2 Dati di imput

I dati di input individuati sono:

− Caratteristiche dell’aria comburente

− Quantità di combustibile ausiliario utilizzato

− Quantità di RSU conferita all'impianto d'incenerimento

− Composizione merceologica dei RSU

− Composizione delle merceologie dei RSU in termini di frazione

combustibile, inerti ed umidità.

− Composizione elementare della frazione combustibile delle diverse

merceologie

− Percentuale di scorie pesanti generate dagli inerti presenti nella singole

merceologie

− Elementi strutturali dell’impianto

− Parametri di gestione del processo

97

8.3 Dati di output

I parametri di interesse che vengono prodotti dal modello sono:

− Portata dei fumi nelle varie sezioni

− Composizione dei fumi (CO2, N2, O2, NO, Ar, H2O)

− Il potere calorifico dei rifiuti nelle varie modalità di espressione

− Peso molecolare medio dei fumi

− Tempi di permanenza in secondi

− Turbolenza dei flussi riferita alla velocità d'ingresso al postcombustore

espressa in m/s

− Determinazione del calore necessario a raggiungere le temperature

d’incenerimento in Mcal/h

− Il fabbisogno stechiometrico d’aria comburente in Nmc/h

− Calcoli termici

− Stima della produzione d'inquinanti per NOx, HCl, SOx, Particolato,

Metalli.

Questi parametri di output permettono di esprimere le condizioni di massimo

carico d’impianto, non semplicemente come quantità di rifiuti alimentati al

forno, ma con una rappresentazione più reale che correla le quantità di rifiuti

alimentati al forno, la loro composizione, i parametri di conduzione del

processo ed i singoli inquinanti osservati.

98

9 Costruzione del modello di simulazione

9.1 Foglio"Tabelle tecniche"

Le tabelle19 per avviare il modello di simulazione, che sono state prese in

esame per prime, sono:

− Tabella delle pressioni di vapore saturo alle varie temperature nel range

da 0°C a 80°C;

− Tabella della composizione dell’aria atmosferica;

Mediante queste due tabelle si è elaborata la composizione dell'aria umida

rispetto alla temperatura ed alla umidità relativa della stessa.

9.1.1 Tabella di composizione dell'aria umida

Per ottenere la composizione dell’aria comburente si è applicato un algoritmo

di selezione che inserisce automaticamente, nella tabella 23, la pressione del

vapore saturo alla temperatura ambiente digitata nel foglio di lavoro

"ParametriProcesso"

Moltiplicando la pressione di vapore saturo per l'umidità relativa dell'aria,

digitata sempre nel foglio "ParametriProcesso", si ottiene la pressione

parziale dell’umidità atmosferica.

UrsatPvapPvap %.. ×= Equazione 12

Ottenuta la pressione del vapore nell’aria si è calcolata la percentuale in

volume del vapor acqueo.

99

100760

% ×=PvapVapv

v Equazione 13

e da questa la riduzione percentuale degli altri elementi presenti in

atmosfera.

( )VapXX vv

caariaVV

ariaumidavv %100%% sec −×= Equazione 14

Ottenute le percentuali dei gas in aria umida si sono calcolati i rapporti delle

singole componenti rispetto all'ossigeno, valori che poi vengono utilizzati

nella stechiometria di reazione.

2%%om

OXetricoechiRapportoSt

vv

vv

= Equazione 15

Successivamente, sempre nella stessa sezione per comodità, si è calcolato il

PM dell'aria umida con una semplice media pesata dei singoli pesi molecolari

rispetto alle quantità percentuali presenti nell'aria.

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ×+×+×+×=

100%%%% 22222 2

OHPMArPMNPMOPMOPM OHArN Equazione 16

Composizione aria secca e umidaParametri % gas aria umida Rapporti O 2 Calcolo PM

% O2 20,95% T° aria 0° 80° 20 20,71% 1 6,63

50,0% 77,18% 3,727 21,63

17,54 0,96% 0,046 0,38

8,77 1,15% 0,056 0,21

28,84

% O2

% N2 78,08% Umid.rel. % N2

%(Ar+altri) 0,97% Px %(Ar+altri)

100,00% P vap % H2O100,00% P.M. medio

Controlli OK OK

aria secca

Tabella 23: Composizione dell'aria umida

100

9.1.2 Tabelle di calcolo dei calori sensibili dei gas di combustione

Da questa tabella 24, tratta dal "M.Giua" 20 si sono ricavate le equazioni che

esprimono la correlazione tra temperatura e calore sensibile dei vari gas di

combustione.

Calori sensibili ricavati da "Chimica industriale - M: GIUA."T

kcal/mc a 0° e 760 Errore kcal/mc a 0° e 760 Errore kcal/mc a 0° e 760 Errore100 41,0 41,0 -0,02% 31,4 31,5 0,17% 37,3 38,0 1,94%200 85,2 85,2 -0,01% 63,2 63,0 -0,34% 75 71,5 -4,65%300 132,6 132,7 0,09% 95,4 95,6 0,21% 102,8 108,6 5,67%400 182,4 182,2 -0,09% 128 128,2 0,16% 151,2 148,2 -1,99%500 233,5 233,4 -0,03% 161 160,8 -0,13% 190 188,9 -0,59%600 286,2 286,4 0,06% 194,4 193,7 -0,35% 229,8 229,7 -0,04%700 340,9 341,1 0,06% 226,2 227,4 0,52% 268,5 270,4 0,71%800 397,6 397,3 -0,08% 262,4 261,8 -0,21% 311,2 311,4 0,06%900 454,5 454,3 -0,04% 297 296,9 -0,04% 354,6 353,5 -0,31%

1000 511,0 511,5 0,10% 332 332,1 0,04% 398 397,5 -0,13%1100 568,7 568,4 -0,06% 367,4 367,4 0,00% 442,2 443,1 0,21%1200 625,2 625,3 0,01% 403,2 403,2 0,00% 488,4 488,1 -0,06%

Tabella 24: Tabella di calcolo dei calori sensibili dei gas costituenti i prodotti

di combustione

L'equazioni si sono ricavate con regressione polinominiale del 6° grado, per

ridurre l'errore della curva ad un valore inferiore allo 0.1%, come risulta nella

tabella 24.

Si sono poi impostate le formule di calcolo che permetteno di ricavare il

calore sensibile per ciascun gas, dato di base per calcolare il calore

necessario per scaldare i gas di combustione alla temperatura prevista per

l'incenerimento ed il calore ceduto dai fumi nel recuperatore di energia,

assumendo le temperature dal foglio "ParametriProcesso".

850 425,7 279,3 332,2280 123,0 89,1 101,0

kcal/mc kcal/mc kcal/mckcal/mc kcal/mc kcal/mc

H2OCO2 N2, O2, Ar

101

9.1.3 Tabella di calcolo formazione di NOx all’equilibrio.

2298.12exp1 ONNO XX

TCCX ××⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

××= Equazione 17

Dall'equazione 17, che rappresenta l'equilibrio chimico delle specie coinvolte

nella formazione di NOx termici, si è ricavata la concentrazione di equilibrio

degli NOx alle condizioni ambientali dell'inceneritore. Questo valore non è da

considerarsi come il valore effettivamente presente, in quanto non tiene

conto della cinetica di reazione, comunque assume importanza quando la

concentrazione di NOx prodotti dall'Norg presente nei rifiuti è inferiore a

questo valore.

I valori C1 e C2 sono inseriti nella tabella 25, mentre i valori X delle frazioni

molari sono ricavati dal modello di simulazione.

Formazione NOkp 3,46E-05C1 3,69C2 -21600R 1,987e 2,7183T 920

pO2 atmpN2 atm

0,090,69

pNO atm 8,6E-06O 9ppm N

Equazione diequilibrio

Tabella 25: Calcolo degli NOx

102

Nella tabella 25 viene eseguito il calcolo degli NOx all'equilibrio introducendo

i valori risultati della simulazioni delle frazioni molari dell'O2 e dell'N2 presenti

nelle celle di otuput dal foglio "ParametriProcesso".

9.1.4 Tabella di calcolo formazione di CO all’equilibrio

2

2

98.12exp1

O

COCO X

XT

CCX ×⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

××= Equazione 18

Dall'equazione 18, che rappresenta l'equilibrio chimico delle specie coinvolte

nella formazione di CO, si è ricavata la concentrazione di equilibrio degli CO,

alle condizioni ambientali dell'inceneritore. Le modalità di calcolo sono

identiche a quelle descritte per L'NOx.

I valori delle costanti ed risultati dell'elaborazione sono riportati in tabella 26.

Formazione COkp 3,63E-12C1 30000C2 -67000R 1,987e 2,7183T

Tabella 26: Calcolo del CO

920

0,090,08

9,3E-130,00

Patm 1pO 2 atmpCO 2 atmpCO atmppm CO

Equazione di equilibrio

103

9.1.5 Tabella dei calori specifici

Consiste nella tabella 27 dove sono riportati i calori specifici delle scorie di

combustione e dell'acqua, comprensivi del calore di evaporazione.

Cp inerti 0,4 kcal/kgHvap acqua 600 kcal/kgCp acqua 1 kcal/kg

Calori specifici

Tabella 27: Calori specifici ( Cp= Calore specifico; Hvap= Entalpia di

evaporazione)

104

9.2 Foglio "Qualiquantitativa"

Questo foglio di lavoro è composto da tre tabelle, in cui si digitano i dati

relativi alla quantità di rifiuti ed alla loro composizione, ed una quarta di

riepilogo.

Le prime tre tabelle sono nominate:

9.2.1 "Composizione qualiquantitativa degli RSU"

Nella tabella 28 sono inputati i quantitativi annui conferiti al forno e le

composizioni merceologiche, legno, carta, plastica, tessili, organici, fanghi,

inerti, che compongono i RSU.

Composizione qualiquantitativa degli RSUTon/annoLegno Carta Plastica Tessili Organico Fanghi Inerti

RSU t.q. 419736 5,1% 15,0% 20,3% 3,0% 24,0% 0,0% 32,6%Ingombranti 17619 60,0% 0,0% 10,0% 20,0% 0,0% 0,0% 10,0%Scarti Racc.Diff. 12050 37,5% 14,2% 18,8% 1,5% 12,0% 0,0% 16,0%Sovvalli RSA 70000 40,0% 20,0% 20,0% 10,0% 0,0% 0,0% 10,0%Sovvalli compost 8420 30,0% 10,0% 10,0% 10,0% 30,0% 0,0% 10,0%Fanghi depuraz. 26000 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 100,0% 0,0%

Tabella 28: Riepilogo qualitativo e quantitativo dei rifiuti alimentati al forno

d'incenerimento

105

9.2.2 "Composizione elementare della merceologia degli RSU umidi"

Nella tabella 29 sono digitati i dati percentuali della composizione elementare

di ciascuna merceologia del rifiuto. Gli elementi presi in considerazione sono

C, H, O, N, S, Cl, H2O, Inerti.

I dati relativi ai fanghi di depurazione e degli inerti, in questa tabella sono

ottenuti per calcolo, quindi in carattere rosso in quanto per questa tipologie si

reperiscono i dati già espressi al secco.

Composizione elementare della merceologia degli RSU umidiComposizione Umido C H N S O Cl Ceneri AcquaLegno 41,2% 5,0% 0,2% 0,12% 34,6% 0,1% 2,8% 16,0%Carta 34,7% 4,8% 0,2% 0,29% 32,5% 0,2% 6,4% 21,0%Plastica 56,5% 7,8% 0,9% 0,25% 8,0% 3,0% 8,6% 15,0%Tessili 37,1% 5,0% 3,1% 0,20% 27,4% 0,2% 2,0% 25,0%Organico 17,9% 2,6% 1,1% 0,12% 12,8% 0,4% 5,1% 60,0%Fanghi 25,5% 4,2% 3,1% 0,6% 17,1% 0,0% 34,5%

88,2% 9,8% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0%

15,0%Inerti 9,8% 1,5% 0,3% 0,10% 4,8% 0,0% 83,5% 0,0%Combustibile 2,0%Combustibile kg/h 100

Tabella 29: Riepilogo della composizione elementare delle merceologie

costituenti i rifiuti alimentati al forno

106

9.2.3 Composizione elementare della merceologia degli RSU secchi"

Nella tabella 30, si effettua la trasformazione dei dati riferiti all'umido in dati

riferiti al secco applicando l'equazione 19:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=OH

umidoco2%1

%sec% Equazione 19

Composizione elementare della merceologia degli RSU secchiComposizione Secco C H N S O Cl Ceneri ScorieLegno 49,0% 6,0% 0,3% 0,14% 41,1% 0,1% 3,3%

43,9% 6,1% 0,2% 0,4% 41,1% 0,3% 8,0%66,5% 9,2% 1,0% 0,3% 9,4% 3,5% 10,1%49,5% 6,7% 4,1% 0,3% 36,5% 0,3% 2,7%44,8% 6,5% 2,8% 0,3% 32,0% 1,0% 12,8%

9,8% 1,5% 0,3% 0,1% 4,8% 0,0% 83,5%

98

81,3%Carta 89,0%Plastica 58,0%Tessili 88,4%Organico 83,0%Fanghi 30,0% 4,9% 3,7% 0,70% 20,1% 0,0% 40,6% 94,9%Inerti 99,1%Combustibile 90,0% 10,0% 0,0% 0,00% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0%Combustibile kg/h

Tabella 30: Riepilogo della composizione dei rifiuti nelle merceologie

considerate

Anche in questa tabella fanno eccezione le due merceologie “inerti” e

“fanghi”, che appaiono come valori inputati di colore blu.

Inoltre appare anche la colonna "scorie", che indica la percentuale di inerti

non volatili, ricavati con la tecnica analitica descritta nel paragrafo 6.1.6.2.

107

9.2.4 Tabella riepilogativa

Nella tabella riepilogativa 31 sono stati calcolati e sommati i quantitativi di

ciascuna merceologia alimentata con ciascun rifiuto. Queste quantità annue

sono quelle che vengono acquisite dal foglio di lavoro "Elaborazione".

Quantitativi merceologici alimentati in ton/annoLegno Carta Plastica Tessili Organico Fanghi Inerti Totale

67023 79514 104076 24139 104709 148366 26000 553825

Tabella 31: Riepilogo delle quantità di merceologie alimentate al forno

108

9.3 Foglio "Parametri di processo"

In questo foglio di lavoro sono inputati nelle celle inserite nelle tabelle 32 e 33

i dati fisici, relativi all'aria ambiente ed ai parametri operativi del forno, che

possiamo riassumere in temperature, volumi strutturali, ore di lavoro annuo,

concentrazioni di ossigeno residua.

Queste informazione assieme a quelle del foglio "qualiquantitativo" vengono

elaborati nei fogli di calcolo successivi.

Parametri composizione aria umida

Temperatura dell'aria 20Umidità relativa 50,0%

Tabella 32. Dati relativi all'aria ambiente

Parametri operativi del fornoOre Annue di lavoro 7200 ore

% ossigeno residua 9,0 %

Temperatura camera primaria 920 c°Temperatura postcombustione 870 c°Temperatura out caldaia 280 c°Temperatura fumi a camino 120 c°

Delta T° scorie 80 c°

Volume postcombustore > 1.400 mcSezione ingresso post < 57,0 mqArea Griglia Forno 200 mq

Tabella 33: Riepilogo dei dati di input relativi alla gestione ed alla struttura del

forno d'incenerimento

109

Per comodità di uso e di visualizzazione, nello stesso foglio si sono inseriti i

dati di output più significativi, calcolati nel foglio di calcolo "Elaborazione"

descritto nel paragrafo 9.4, che permettono di individuare immediatamente

l'effetto delle variabili di processo.

Nelle tabelle 34, 35, 36, 37,38 sottostanti sono riepilogate le varie voci.

Calcoli relativi al fornoVolume fumi con O2 stechiometrico 310.826 Volume vapore con O2 stechiometrico 72.071 Volume fumi anidri con O2 stechiometrico 238.755

Volume aria stechiometrica 249.531 Volume aria in eccesso 238.927 Volume aria comburente 488.458

Volume totale fumi 549.753 Volume totale fumi anidri 474.926 Volume vapore aria in totale 74.827

% umidità 13,61%

Volume totale fumi T° forno 2.300.687 Tempo di permanenza 2,2 Velocità ingresso post 11,7

Velocità gas/rifiuto su griglia 0,7

Nmc/hNmc/hNmc/h

c°Nmc/hNmc/h

Nmc/hNmc/hNmc/h

mc/hs

m/s

m/s

Tabella 34: Portate orarie dei gas di combustione e riepilogo delle condizioni

di lavoro del forno

110

Riepilogo composizione dei fumi Calcolo PM,

H2O liquida 16084Inerti 21466

CO2 42378 7,71% 1865583SO2 102 0,02% 6521HCl 333 0,06% 11794NO 964 0,18% 28908N2 376988 68,57% 10560950O2 49478 9,00% 1583289Ar aria 4683 0,85% 187101H2O vap 74827 13,61% 1348087

Totale 549753 28,36

Kg/h % gas PM

Nmc/h

OK

OK

OK 100,0%

Tabella 35: Riepilogo della composizione dei gas prodotti dalla combustione

alle condizioni di gestione inputate in tabella 33

Calcoli termici termico in combustioneCalorie sviluppate totali 239134Calorie sviluppate dai rifiuti 238084Potere calorifico medio 3095Delta T° fumi nella combustione 850

Mcal/hMcal/hKcal/kg

°C

Tabella 36: Energia sviluppata dal combustibile ausiliario e dai rifiuti

111

Calore necessario Calore recuperato in caldaia

868553032 686921

426 18041895 303 12828168426 43332 303 30810426 141598 303 100679279 269146 190 183329279 105299044 190 71724347279 13819959 190 9413452279 1308146 190 891043332 24860925 231 17306180

173156 112478

Kcal/Mc Kcal/h Kcal/Mc540

Mcal/h Mcal/h

Tabella 37: Calore necessario per innalzare la temperatura dei gas ai valori

previsti dall'incenerimento ed il calore recuperato dalla caldaia

Carico inquinante al sistema di abbattimento

NOX 1753 2190S

ppm mg/Nmc

O2 185 529HCl 605 999Polveri

1000 1819Kg/h mg/Nmc

Tabella 38. Riepilogo degli inquinanti prodotti nel forno d'incenerimento

Nelle tabelle 34, 35, 36, 37, 38, vengono evidenziate le portate, la

composizione dei fumi, i bilanci termici e la stima degli inquinanti prodotti dal

forno di combustione primaria.

112

9.4 Foglio "Elaborazione"

Il foglio di lavoro è diviso in sezioni, una per ciascuna merceologia.

Nel rendiconto che segue si è preso come esempio il "Legno", l'elaborazioni

che seguiranno sono una semplice reiterazioni dei calcoli basati ovviamene

su dati di input diversi.

me esempio il "Legno", l'elaborazioni

che seguiranno sono una semplice reiterazioni dei calcoli basati ovviamene

su dati di input diversi.

Elaborazione dati attraverso la stechiometria della reazione di combustioneLegno 67023

9309 1489 50,74%16% 7819 6,16%3,3% 261 42,55%

49,0% 7559 0,30%6,0% 0,15%

41,1% 81,3% 0,11%0,29% 212 44130,14% 49 40810,11% 4266

394535843218

50,74% 4,22 319,36,16% 6,11 461,7

42,55% 2,66 201,00,30% 0,02 1,60,15% 0,00 0,30,11% 0,00 0,2

100,00% 4,44 335,3 75167558,67 16,53 1249,7 28011

0,21 15,5 34836294 0,25 18,7 418,7

43160 4,22 319,3 7156,95591 3,05 230,8 51721855 0,00 0,3 8150 0,00 0,2 5,30

7595 0,02 1,6 35,735565 16,53 1249,7 28011

0,21 15,5 348,033360 0,25 18,7 418,7

Ton/a

Dati rifiuto Componenti rifiuto Calcolo potere calorifero

Kg/h umido Kg/h H2O % di carbonioUmidità Kg/h secco % di idrogenoCeneri sul secco Kg/h Ceneri % di ossigeno% C Anal. Elem. s.s. Kg/h Comb.secco % di azoto% H Anal. Elem. s.s % di zolfo% O Anal. Elem. s.s. % scorie su ceneri % di ac.cloridrico% N Anal. Elem. s.s Kg/h scorie P.C.S. solo fraz. Comb.% S Anal. Elem. s.s. Kg/h polveri P.C.I. solo fraz. Comb.% Cl Anal. Elem. s.s. P.C.S. fraz. Comb. + inerti

100,00% P.C.I. fraz. Comb. + inertiP.C.S.. T.q.P.C.I.. T.q.

Calcolo volumi gas

Elem. P.A. % Comp. Elem. Reazione Pedice comp. Kmoli elem. Nmc/hfraz. Comb.

C 12,0 CH 1,0 HO 16,0 ON 14,0 NS 32,1 SCl 35,5 Cl

+P.M. OK O2

Kmoli n° N2

ArAria comburente Nmc/h H2O aria

Volume fumi Nmc/h CO2

Vol. vap. comb. Nmc/h H2O comb.Vol. vap. umid. Nmc/h SO2

Vol. vap. G.I. Nmc/h HClVol. tot. Vap. Nmc/h NOVol.fumi secchi Nmc/h N2

Ar ariaMcal/h disponibili H2O aria

Tabella 39: Visione d'insieme dell'elaborazione stechiometrica Tabella 39: Visione d'insieme dell'elaborazione stechiometrica

Per comodità di illustrazione è stato diviso in zone colorate. Per comodità di illustrazione è stato diviso in zone colorate.

113

Nella zona gialla, rappresentata dalla tabella 40, viene visualizzata la

quantità annua complessiva della merceologia in esame conferita al forno

d'incenerimento, nel caso d'esempio il legno.

Legno 67023 Ton/a

Tabella 40: Quantità totale della merceologia alimentata con i vari RSU

Questa quantità, divisa per le ore di lavoro annue, inputate nel foglio

"ParametriProcesso", fornisce l'alimentazione oraria, che ritroviamo alla voce

kg/ora umido, di tabella 41.

Dati

Kg/h umido 930916%3,3%

49,0%6,0%

41,1%0,29%0,14%0,11%

UmiditàCeneri sul secco% C Anal. Elem. s.s.% H Anal. Elem. s.s% O Anal. Elem. s.s.% N Anal. Elem. s.s% S Anal. Elem. s.s.% Cl Anal. Elem. s.s.

100,00%

Tabella 41: Composizione elementare della merceologia riferita al secco

Il resto dei dati è sempre acquisito dai fogli di input precedentemente

descritti. Con queste informazioni si effettuano le prime elaborazioni, raccolte

in tabella 42, da cui si ottiene la merceologia, suddivisa nelle sue componenti

di acqua, inerti e materia combustibile o organica.

114

Le formule applicate sono:

umiditàkgUmidoOkgH %2 ×= Equazione 20

OkgHkgUmidokgSecco 2−= Equazione 21

CenerikgSeccokgCeneri %×= Equazione 22

kgCenerikgSeccobCkgFraz −=.om. Equazione 23

ScorieKgCenerikgScorie %×= Equazione 24

( ))%1// ScoriehCenerikghPolverikg −×= Equazione 25

Componenti rifiuto

Kg/h H2O 148978192617559

81,3%21249

Kg/h seccoKg/h CeneriKg/h Comb.secco

% scorie su ceneriKg/h scorieKg/h polveri

Tabella 42: Composizione del rifiuto in termine di combustibile, acqua e inerti

Dalla composizione elementare della merceologia su base secca si è

calcolata, in tabella 43, la composizione elementare della sola frazione

combustibile.

( ))%1/..%.om.,% ceneriSeccaFrazElembCFrazElem −= Equazione 26

115

Calcolo volumi gas

Elem. P.A. % Comp. Elem.fraz. Comb.

C 12,0 50,74%6,16%

42,55%0,30%0,15%0,11%

100,00%7558,67

H 1,0O 16,0N 14,0S 32,1Cl 35,5

P.M. OKKmoli n°

Tabella 43: Composizione elementare della sola frazione combustibile

In tabella 44, dalla composizione elementare della sola frazione combustibile,

per mezzo della formula di DULONG-PETIT si calcolano i poteri calorifici

superiori (PCS) ed inferiori (PCI) del rifiuto.

SOHCkgkcalPCS %2228)8%(%33977%8130)/( 2

2 ×+−×+×= Equazione 27

Dal valore ottenuto si detrae il calore di evaporazione dell’acqua derivante

dalla reazione di combustione per ottenere il potere calorifico inferiore.

6009%...... ××−= HSCPICP Equazione 28

Successivamente si calcolano i poteri calorifici considerando anche la quota

di inerti e la quota di inerti più l'umidità.

116

Calcolo potere calorifero

% di carbonio 50,74%6,16%42,55%0,30%0,15%0,11%441340814266394535843218

Tabella 44: Poteri calorifici espressi sulla frazione combustibile, sulla frazione

combustibile più gli inerti, sul tal quale.

Successivamente si sono determinati, in tabella 45, i volumi dei gas di

combustioni in base alla stechiometria di reazione.

La reazione stechiometrica di combustione del rifiuto con formula bruta

CxHyNkSjClwOz, è la seguente:

Cx x CO2,

Hy (y-w)/2 H2O,

Nkorg k NO,

Sj j SO2,

Clw w HCl

% di idrogeno% di ossigeno% di azoto% di zolfo% di ac.cloridricoP.C.S. solo fraz. Comb.P.C.I. solo fraz. Comb.P.C.S. fraz. Comb. + inertiP.C.I. fraz. Comb. + inertiP.C.S.. T.q.P.C.I.. T.q.

Oz = si sottrae alla quota d’ossigeno proveniente dall’aria comburente.

117

Da queste reazioni si calcola la quantità di ossigeno stechiometrica alla

completa ossidazione proveniente dall'aria.

burenteOssigenostechcoefZKJWYXm Com..224

)("" =−++−

+= Equazione 29

Dal valore del coefficiente dell'ossigeno atmosferico moltiplicato per i rapporti

di composizione dell’aria atmosferica, si ottengono i coefficienti della

composizione dell'aria di azoto, argon, acqua atmosferica introdotta con

l’ossigeno comburente.

Dal valore dei kg/h della sola quota di combustibile derivante dal rifiuto fratto

il PM ottengo le Kmoli di materia combustibile introdotta nel forno.

PM

bustibileComMateriahkg

bCKmoliMat =.om. Equazione 30

Dal prodotto delle Kmoli, per i pedici di reazione della combustione, si

ottengono le kmoli di ogni elemento/sostanza presente.

PediceXbComKmoliMatKmoliX ×= .. Equazione 31

Dal prodotto delle Kmoli dell'elemento/sostanza per il volume molare si

ottiene il volume di ogni singolo gas prodotto dalla combustione.

414.22*KmoliXVolumediX = Equazione 32

118

Reazione Pedice comp. Kmoli elem. Nmc/h

C 4,22 319,36,11 461,72,66 201,00,02 1,60,00 0,30,00 0,2

4,44 335,3 751616,53 1249,7 280110,21 15,5 3480,25 18,7 418,7

4,22 319,3 7156,93,05 230,8 51720,00 0,3 80,00 0,2 5,300,02 1,6 35,7

16,53 1249,7 280110,21 15,5 348,00,25 18,7 418,7

HONSCl+O2

N2

ArH2O aria

CO2

H2O comb.SO2

HClNON2

Ar ariaH2O aria

Tabella 45: Visualizzazione della reazione stechiometrica

Infine per ottenere il volume dei fumi di combustione con ossigeno

stechiometrico non rimane che sommare la quota di vapore proveniente

dall’umidità del rifiuto e la quota di vapore prodotta dalla guardia idraulica, a

servizio del forno primario, quando le scorie cadono nella tramoggia di

raccolta.

La guardia idraulica in cui è annegata la tramoggia di scarico delle scorie

d'incenerimento garantisce il raffreddamento di quest'ultime e nel contempo

impedisce l'introduzione di aria in modo incontrollato da questa via.

119

La formula applicata per calcolare il volume di vapore prodotto è:

OHvap PM

TCphKgScorieaulicaGuardiaIdrOH2

600414.22/

2 ××Δ××

= Equazione 33

Si ottiene così, in tabella 46, il volume fumi totale prodotto da ogni singola

merceologia.

Aria comburente Nmc/h 36294

4316055911855150

759535565

33360

Volume fumi Nmc/hVol. vap. comb. Nmc/hVol. vap. umid. Nmc/h

Vol. vap. G.I. Nmc/hVol. tot. Vap. Nmc/hVol.fumi secchi Nmc/h

Mcal/h disponibili

Tabella 46: Volume dei fumi di combustione prodotti dalla merceologia in

esame

Per comodità, al termine di questa elaborazione, si è anche inserito il calcolo

dell'energia sviluppata dal rifiuto, con la formula seguente:

.om.....om.// bCFrazSCPbChFrazkghMcal ×= Equazione 34

Il calcolo sopra dettagliato viene reiterato per le tipologie dei rifiuti e

combustibili in ingresso al forno d’incenerimento, ottenendo in tal

modo, previa somma delle varie componenti, il volume globale dei fumi

prodotti dalla reazione di combustione, con ossigeno stechiometrico.

120

In accordo alle esigenze progettuali dell'AMIAT Il modello prevede le

seguenti tipologie di rifiuti, legno, carta, plastica, tessili, organico, fanghi,

inerti.

Queste tipologie opportunamente ricombinate nelle giuste percentuali

determinano le caratteristiche dei rifiuti.

Con le informazioni fin qui elaborate possiamo trarre le prime conclusioni che

sono già state anticipate nel foglio di lavoro "ParametriProcessi" nelle tabelle

di output.

Si è quindi proceduto a calcolare alcuni degli output che ci si prefiggeva nella

stesura del modello.

121

9.4.1 Calcolo aria in eccesso

Considerando che nei forni d’incenerimento si lavora sempre con un tenore

di ossigeno in eccesso rispetto al valore stechiometrico, come già trattato,

questo eccesso è normato da legge e deve essere superiore al 6% nei fumi

umidi.

Nei processi in studio questo parametro è normalmente misurato e registrato

in continuo all’interno della camera di combustione.

Il volume di aria in eccesso da introdurre è di facile determinazione, essendo

a questo punto, note tutte le variabili necessarie al calcolo:

genoFumiTenoreOssigenoAriaTenoreOssigenoFumiTenoreOssiVolumeFumiEccessoVolumeAria

−×

= Equazione 35

Sommando questa quota a quella dei fumi di combustione si ottiene il volume

degli aeriformi in tutto il loro complesso e dal momento che si conosce la

composizione sia dell'aria comburente in eccesso che la composizione dei

fumi di combustione, otteniamo anche la composizione percentuale di ogni

componente.

122

9.4.2 Verifica parametri funzionali del forno

Dalla conoscenza delle dimensioni del forno si possono quindi ricavare

importanti parametri di funzionamento del forno quali tempo di permanenza e

velocità d’ingresso alle camere di postcombustione o viceversa ricavare

importanti dati per il dimensionamento in fase di progettazione.

Nel primo caso è sufficiente calcolare la portata dei fumi alle condizioni di

lavoro dell’inceneritore e dividerle rispettivamente per il volume geometrico

della camera di postcombustione e per la sezione d’ingresso per ottenere i

due parametri sopra menzionati e normati.

raVolumeCameiAllaTPortataFumnenzaTempoPerma °

= Equazione 36

aressoCamerSezioneIngiAllaTPortataFumgressoVelocitàIn °

= Equazione 37

gliaFornoSezioneGriiAllaTPortataFumRifiutontoFumiSultraversameVelocitàAt °

= Equazione 38

Questi valori si ritrovano nelle tabelle di output inserite nel foglio

"ParametriProcesso", descritte a pag. 109 e 110.

123

9.4.3 Calcolo del fabbisogno termico della massa alimentata al forno

Questo calcolo è fondamentale per la verifica del corretto funzionamento del

forno in quanto permette di conoscere il fabbisogno termico per mantenere la

temperatura operativa ottimale.

Il fabbisogno si ottiene dalla elaborazione dei seguenti dati d’imput:

portata dei fumi, composizione dei fumi, T° in ingresso della materia, T°

operativa del forno, quota d’acqua presente nei rifiuti, quota di ceneri

ottenuta.

Partendo dai calori sensibili di ciascun componente presente nei fumi è

possibile calcolare il fabbisogno termico della miscela aeriforme di reazione

per raggiungere la temperatura operativa.

I dati dei calori sensibili alle varie temperature sono stati elaborati, attraverso

la tecnica di regressione polinominiale, per ottenere l'equazione che ne

rappresenta l'andamento in funzione della temperatura.

Per le scorie prodotte dal forno primario, essendo queste raffreddate

dall'acqua presente nella guardia idraulica, si è assunta una variazione di

temperatura pari a 80°C.

Equazione 39

∑ ×+×+×= OHOHScorieScorieXGasGasX HvhkgCsphkgSensCalhNmchMcal22

//)../(/

124

9.5 Foglio "Automerceologia"

In questo foglio di lavoro prosegue l'elaborazione dei dati già ricavati per

ottenere le informazioni acquisite in forme diverse.

Legno kg/h

Tabella 47: Composizione dei fumi e fabbisogno termico per innalzare la

temperatura dei gas a quella d'incenerimento

In questa sezione si vuole ricavare la composizione dei fumi, compresa l'aria

in eccesso, ed il fabbisogno termico all'incenerimento, per singola

merceologia.

Dal foglio "Elaborazione" si acquisisce la composizione del gas di

combustione della merceologia in esame e si rieseguono i calcoli già fatti per

i fumi totali, per ottenere l'aria comburente in eccesso.

9309

CO2 7157 7157 426 3046941 0,77H2O vap. 7595 383 7978 295 2352964 0,86SO2 8 8 426 3325 0,0008HCl 5 5 426 2255 0,0006NO 36 36 279 9986 0,0038N2 28011 25605 53616 279 14975937 5,76Ar + gas 348 318 666 279 186048 0,07O2 0 6870 6870 279 1918975 0,74Totale 43160 33176 76336

H2O liquida 5643 600 3385763Inerti 261 32 8341

Mcal/h necessarie 25882Mcal/h disponibili 33360

Fumi con O2=0%

Aria in eccesso

Fumi con O2 reale

Kcal/mc Kcal/h Nmc/Kg

Nmc/hNmc/hNmc/hNmc/hNmc/hNmc/hNmc/hNmc/hNmc/h

Kcal/kgkg/hkg/h

Mcal/hMcal/h

Riepilogo composizione fumi e fabbisogno termico

125

Dall'esatta composizione dei fumi e dalle quantità di ogni singola specie si

calcola il fabbisogno termico.

Le tabelle che seguiranno nei fogli di lavoro successivi, rappresentano i

risultati ricavati nelle varie modalità di espressione e/o più semplicemente un

raggruppamento di dati.

Da questa nuova elaborazione, è possibile, attraverso una rappresentazione

grafica valutare il contributo di ciascuna tipologia di merceologia alla

formazione della miscela dei gas di combustione.

Contributo alla composizione dei fumi

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

Legno

Carta

Plastic

a

Tessil

i

Organ

ico

Fanghi

Inerti

Combustibile

Nmc/Kg

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05CO2

H2O vap.

SO2

HCl

NO

Figura 16: Contributo di ciascuna merceologia alla composizione dei gas di

combustione espressa in Nmc/kg, (la scala di destra è riferita a CO2 e H2O,

la scala di sinistra è riferita a SO2, HCl, NO)

126

9.6 Foglio "Autorifiuti"

Le tabelle che seguono rappresentano i risultati ricavati nelle varie modalità

di espressione e/o più semplicemente un raggruppamento di dati d'interesse.

Poteri CalorificiMerceologia Legno Carta Plastica Tessili Organico Fanghi InertiP.C.S. solo fraz. Comb. 4413 4237 9044 4871 5151 5498 6696P.C.I. solo fraz. Comb. 4081 3880 8492 4501 4749 5053 6205P.C.S. fraz. Comb. + inerti 4266 3896 8129 4741 4494 3266 1105P.C.I. fraz. Comb. + inerti 3945 3568 7633 4381 4143 3001 1024P.C.S.. T.q. 3584 3078 6909 3556 1798 2776 1105P.C.I.. T.q. 3218 2693 6398 3136 1297 2461 1024

Tabella 48: Espressione dei poteri calorifici superiori ed inferiori delle

merceologie, in funzione delle frazioni prese in esame

Alimentazione del forno in kg/h per merceologiaComposizione Legno Carta Plastica Tessili Organico Fanghi Inerti

Ton/h Ton/h Ton/h Ton/h Ton/h Ton/h Ton/hRSU t.q. 2,973 8,745 11,834 1,749 13,991 0,000 19,005Ingombranti 1,468 0,000 0,245 0,489 0,000 0,000 0,245Scarti Racc.Diff. 0,628 0,238 0,315 0,025 0,201 0,000 0,268Sovvalli RSA 3,889 1,944 1,944 0,972 0,000 0,000 0,972Sovvalli compost 0,351 0,117 0,117 0,117 0,351 0,000 0,117Fanghi depuraz. 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 3,611 0,000

Tabella 49: Riepilogo della alimentazione dell'inceneritore suddivisa per

merceologia

127

Fabbisogno termico per innalzare la T° dei gas di combustione per merceologiaComposizione Legno Carta Plastica Tessili Organico Fanghi InertiMcal necessarie per Ton 2780 2532 4467 3123 1749 2263 1029

Tabella 50: Fabbisogno termico specifico per innalzare alla temperatura

d'incenerimento i gas di combustione prodotti da ciascuna merceologia,

espresso in Mcal per Ton di merceologia combusta

Fabbisogno termico per innalzare la T° dei gas di combustione per merceologiaComposizione Legno Carta Plastica Tessili Organico Fanghi Inerti

Mcal/h Mcal/h Mcal/h Mcal/h Mcal/h Mcal/h Mcal/hRSU t.q. 8267 22141 52863 5462 24472 0 19561

4082 0 1093 1528 0 0 2521745 602 1405 78 351 0 276

10813 4923 8686 3036 0 0 1001975 296 522 365 614 0 120

0 0 0 0 0 8171 025882 27962 64570 10470 25437 8171 21209

IngombrantiScarti Racc.Diff.Sovvalli RSASovvalli compostFanghi depuraz.Totale

Tabella 51: Fabbisogno termico per innalzare alla temperatura

d'incenerimento i gas di combustione prodotti da ciascuna merceologia

Riepilogo calcoli termici per tipologia di rifiutiComposizione Alimentaz. P.C.S t.q. Disponib. Fabbisogno

Ton/ora Kcal/kg Mcal/h Mcal/hRSU t.q. 58,3 2945 171706 136087

2,4 3663 8963 68261,7 3526 5901 45059,7 3897 37888 282011,2 3079 3601 29573,6 2776 10024 8171

76,9 238084 186747

IngombrantiScarti raccolta differenziataSopravaglio R.S. assimilabili agli urbaniSopravaglio compostFanghi depurazioneTotale

Tabella 52: Calore prodotto e necessario per innalzare la temperatura dei

gas di combustione prodotto da ciascuna tipologia di rifiuto

128

9.7 Foglio "FlowSheet"

E' la rappresentazione schematica di un forno d'incenerimento con la

visualizzazione dei dati di input e di output del modello, localizzatii nelle

zone di riferimento.

Nello schema rappresentato in figura 16 è riassunta la struttura di un

inceneritore.

In questo schema sono evidenziati sia i dati di input che i dati di output più

significativi.

La loro collocazione grafica è in relazione alla reale posizione del parametro

di processo.

129

FUMI

11 791261

120 549753

28,4 474926

2190 13,6%

999

529 1113602

1819 280,0

112478

590

2.300.687

173156 21466

238.084

Velocità fumiumidi m/s

mc/h fumiumidi

Temperaturafumi

Nmc/h fumiumidi

Pesomolecolare

fumi

Nmc/h fumianidri

Depurazionefumi

NOx mg/Nmc % vapore

HCl mg/Nmc 9,0 Ossigeno fumi

SOx mg/Nmc mc/h

Polveri mg/Nmc Temperatura fumi

Recuperotermico

caldaia inMcal/h

Δ Τ fumiin/out caldaia

Caldaia direcuperotermico

870Temperatura

postcomb.Camera Portata fumi

mc/h

Mcal/hnecessarie perraggiungere t°

d'incenerimento

Combustione Scorieprodotte kg/h

Mcal/hdisponibili

9309 11044 14455 3353 14543 3611 20606Legno Carta Plastica Tessili Organico Fanghi InertiKg/h Kg/h Kg/h Kg/h Kg/h Kg/h Kg/h

Figura 17: Flow Scheet dell'impianto

130

9.8 Foglio "Termici"

Con questo foglio di lavoro iniziano le rappresentazione grafiche di tutti i dati

elaborati. Questa serie di fogli di lavoro sono costituiti da una tabella

riepilogativa dei dati risultanti dalle elaborazioni già viste e dalla

rappresentazione grafica dei dati riepilogati.

Disponibili Necessarie DifferenzaMcal/h Mcal/h Mcal/h

Legno 28491 25859 263230846 29586 125987619 66545 2107410396 9755 64022933 29587 -66559252 8823 430

19537 21519 -1982180582 165815 14767

Carta PlasticaTessili OrganicoFanghiInertiTotali

Tabella riassuntiva autosostentamento alla T° di combustione per merceologia

Tabella 53: Riepilogo calcoli termici per merceologia

Bilancio termico merceologico

-20000

0

20000

40000

60000

80000

100000

Legno Carta Plastica Tessili Organico Fanghi Inerti

Mcal/hDisponibili

Necessarie

Differenza

Figura 18: Rappresentazione grafica della tabella 53

131

Disponibili Necessarie DifferenzaMcal/h Mcal/h Mcal/h

RSU t.q. 143518 132899 106198413 7571 8425901 5270 631

37888 33021 48673601 3446 1559752 9467 285

209073 191674 17399

Rifiuti IngombrantiScarti Raccolta Differenz.Sopravaglio Rifiuti Solidi AssimilabiliSopravaglio compostFanghi Totali

Tabella riassuntiva autosostentamento alla T° di combustione per rifiuti

Tabella 54: Riepilogo calcoli termici per tipologia

Bilancio termico per tipologia

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

RSU t.q. Ingombranti ScartiRacc.Diff.

Sovvalli RSA Sovvallicompost

Fanghi

Disponibili

Necessarie

Differenza

Mcal/h

Figura 19: Rappresentazione grafica della tabella 54

Questi grafici evidenziano quali delle merceologie in esame e quali tipologie

di rifiuto raggiungono, in assenza di dispersioni termiche,

l'autosostentamento all'incenerimento.

Le merceologie "organico" ed "inerti" sono le uniche due che richiedono un

apporto energetico supplementare.

132

9.9 Foglio "Polveri

In questo foglio di lavoro sono raccolti i dati rielaborati relativi alle polveri e

rappresentati graficamente. I dati sono riportati nella tabella 55 e nelle delle

figure 20, 21, 22 e 23.

Produzione polveri per merceologiaKg/h comb. Nmc/h kg/h polv. mg/mc Carico % media Δ Media Δ medie Kg/Ton

Legno 9309 76336 49 638 2018 -1380 192 5,211044 80644 77 957 1976 -1020 150 7,014455 195985 522 2664 1359 1305 -467 36,13353 27888 8 279 1909 -1630 83 2,3

14543 75712 126 1665 1852 -186 26 8,73611 24104 64 2637 1789 848 -37 17,6

20606 67123 155 2307 1759 548 -67 7,5100 1962 0,2 125 1832 -1707 6 2,5

77020 547791 1000 1826 1826

5%Carta 8%Plastica 52%Tessili 1%Organico 13%Fanghi 6%Inerti 15%Combustibile 0%Totale

Tabella 55: Raccolta dei dati delle polveri per merceologia, la colonna "carico

%" è la percentuale di inquinante prodotta dalla merceologia in esame

rispetto al totale, la colonna "Δmedie" è la differenza tra la media senza la

merceologia in esame e la media con tutte le merceologie esaminate, le

restanti colonne sono descritte nelle figure 20, 21, 22, 23.

Carico polveri all'impianto di abbattimento per merceologia

49 77

522

8126

64155

0,2

1000

0

200

400

600

800

1000

1200

Legn

oCart

a

Plasti

caTe

ssili

Organic

o

Fang

hiIne

rti

Combu

stibile

Total

e

Kg/h

Figura 20: Produzione di polveri in kg/h per ciascuna merceologia alimentata

(da tabella 55)

133

In figura 20 è evidenziato il contributo all'inquinante in esame rispetto alle

quantità di singole merceologie, alimentate al forno d'incenerimento.

Come si nota la componente che tendenzialmente produce maggiore

particolato è la plastica.

Carico polveri all'impianto di abbattimento

638957

2664

279

1665

26372307

125

1826

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Legn

oCart

a

Plasti

caTe

ssili

Organic

o

Fang

hiIne

rti

Combu

stibile

Total

e

mg/mc

Figura 21: Concentrazione di polveri determinata da ciascuna merceologia

(da tabella 55)

In figura 21 è evidenziato il contributo all'inquinante in esame, in termine di

concentrazione, ottenuta dal rapporto tra polveri e fumi prodotti dalle singole

merceologie, alimentate al forno d'incenerimento.

134

Produzione specifica di polveri per Ton di merceologia

5,2 7,0

36,1

2,3

8,7

17,6

7,5

2,5

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

Legn

oCart

a

Plastic

aTes

sili

Organic

o

Fangh

iIne

rti

Combu

stibil

e

Kg/Ton

Figura 22: Produzione specifica di polveri per tonnellata di merceologia

incenerita (da tabella 55)

-2000

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

Legn

o

Carta

Plas

tica

Tess

ili

Org

anico

Fang

hi

Iner

ti

Com

bust

ibile

Tota

le

Andamento delle medie e contributi sulle mediemg/mc

Figura 23: Concentrazioni di polveri in assenza della merceologia in esame

(azzurro) e la differenza tra concentrazione determinata dalla merceologia in

esame e la media (giallo), valori negativi delle barre gialle indicano che la

merceologia produce una quota di polveri inferiore alla media (da tabella 55)

135

9.10 Foglio "NOx"

In questo foglio di lavoro sono raccolti i dati rielaborati relativi agli ossidi di

azoto e rappresentati graficamente. I dati sono riportati nella tabella 56 e

nelle delle figure 24, 25, 26 e 27.

Produzione NOx per merceologiaKg/h comb. Nmc/h kg/h mg/mc Carico % media Δ Media Δ medie Kg/Ton

Legno 9309 76336 48 627 2615 -1989 277 5,111044 80644 38 469 2661 -2192 323 3,414455 195985 263 1343 2893 -1550 555 18,23353 27888 223 7982 2036 5946 -303 66,4

14543 75712 343 4525 1988 2538 -351 23,63611 24104 243 10091 1981 8110 -357 67,4

20606 67123 124 1841 2408 -567 69 6,0100 1962 0 0 0% 2347 -2347 8 0,0

4%Carta 3%Plastica 21%Tessili 17%Organico 27%Fanghi 19%Inerti 10%Combustibile

Tabella 56: Raccolta dei dati degli NOx per merceologia, la colonna "carico

%" è la percentuale di inquinante prodotta dalla merceologia in esame

rispetto al totale, la colonna "Δmedie" è la differenza tra la media senza la

merceologia in esame e la media con tutte le merceologie esaminate, le

restanti colonne sono descritte nelle figure 24, 25, 26, 27.

Carico NOx all'impianto di abbattimento per merceologia

48 38

263 223343

243124

0

1281

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Legn

oCart

a

Plastic

aTes

sili

Organic

o

Fangh

iIne

rti

Combu

stibil

e

Totale

Kg/h

Figura 24: Produzione di NOx in kg/h per ciascuna merceologia alimentata

(da tabella 56)

136

In figura 24 è evidenziato il contributo all'inquinante in esame rispetto alle

quantità di singole merceologie, alimentate al forno d'incenerimento.

Come si nota le componenti che tendenzialmente producono maggior

quantità di NOx sono la plastica, l'organico, i tessuti ed i fanghi.

Carico NOx all'impianto di abbattimento

627 4691343

7982

4525

10091

1841

0

2338

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Legn

oCart

a

Plastic

aTes

sili

Organic

o

Fangh

iIne

rti

Combu

stibil

e

Totale

mg/mc

Figura 25: Concentrazione di NOx determinata da ciascuna merceologia (da

tabella 56)

In figura 21 è evidenziato il contributo all'inquinante in esame, in termine di

concentrazione, ottenuta dal rapporto tra NOx e fumi prodotti dalle singole

merceologie, alimentate al forno d'incenerimento.

137

Kg/Ton

5,1 3,4

18,2

66,4

23,6

67,4

6,00,0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

Legn

oCart

a

Plastic

aTes

sili

Organic

o

Fangh

iIne

rti

Combu

stibil

e

Produzione specifica di Nox per Ton Di merceologia

Figura 26: Produzione specifica di NOx per tonnellata di merceologia

incenerita (da tabella 56)

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000

10000

Legn

oCart

a

Plastic

aTes

sili

Organic

o

Fangh

iIne

rti

Combu

stibil

e

Totale

Andamento delle medie e contributi sulle mediemg/mc

Figura 27: Concentrazioni di NOx in assenza della merceologia in esame

(azzurro) e la differenza tra concentrazione determinata dalla merceologia in

esame e la media (giallo), valori negativi delle barre gialle indicano che la

merceologia produce una quota di NOx inferiore alla media (da tabella 56)

138

9.11 Foglio "HCl"

In questo foglio di lavoro sono raccolti i dati rielaborati relativi all'acido

cloridirco e rappresentati graficamente. I dati sono riportati nella tabella 57 e

nelle delle figure 28, 29, 30 e 31.

Produzione HCl per merceologiaKg/h comb. Nmc/h kg/h mg/mc Carico % media Δ Media Δ medie Kg/Ton

Legno 9309 76336 9 115 1146 -1031 144 0,911044 80644 23 286 1126 -840 124 2,114455 195985 453 2309 274 2035 -728 31,33353 27888 7 251 1043 -792 40 2,1

14543 75712 58 762 1041 -279 39 4,03611 24104 0 0 1048 -1048 46 0,0

20606 67123 0 0 1142 -1142 140 0,0100 1962 0 0 1006 -1006 4 0,0

2%Carta 4%Plastica 82%Tessili 1%Organico 11%Fanghi 0%Inerti 0%Combustibile 0%

Tabella 57 Raccolta dei dati degli HCl per merceologia, la colonna "carico %"

è la percentuale di inquinante prodotta dalla merceologia in esame rispetto al

totale, la colonna "Δmedie" è la differenza tra la media senza la merceologia

in esame e la media con tutte le merceologie esaminate, le restanti colonne

sono descritte nelle figure 28, 29, 30, 31.

Carico HCl all'impianto di abbattimento per merceologia

9 23

453

7

58

0 0 0

549

0

100

200

300

400

500

600

Legn

oCart

a

Plastic

aTes

sili

Organic

o

Fangh

iIne

rti

Combu

stibil

e

Totale

Kg/h

Figura 28: Produzione di HCl in kg/h per ciascuna merceologia alimentata

(da tabella 57)

139

In figura 28 è evidenziato il contributo all'inquinante in esame rispetto alle

quantità di singole merceologie, alimentate al forno d'incenerimento.

Come si nota la componente che tendenzialmente produce HCl è

pricipalmente la plastica.

Carico HCl all'impianto di abbattimento

115286

2309

251

762

0 0 0

1002

0

500

1000

1500

2000

2500

Legn

oCart

a

Plastic

aTes

sili

Organic

o

Fangh

iIne

rti

Combu

stibil

e

Totale

mg/mc

Figura 29: Concentrazione di HCl determinata da ciascuna merceologia (da

tabella 57)

In figura 29 è evidenziato il contributo all'inquinante in esame, in termine di

concentrazione, ottenuta dal rapporto tra HCl e fumi prodotti dalle singole

merceologie, alimentate al forno d'incenerimento.

140

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

Legn

oCart

a

Plastic

a

Tessil

i

Organic

o

Fangh

iIne

rti

Combu

stibil

e

Kg/Ton Produzione specifica di HCl per Ton di merceologia

Figura 30: Produzione specifica di HCl per tonnellata di merceologia

incenerita (da tabella 57)

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

Legn

oCart

a

Plastic

aTes

sili

Organic

o

Fangh

iIne

rti

Combu

stibil

e

Totale

Andamento delle medie e contributi sulle mediemg/mc

Figura 31 Concentrazioni di HCl in assenza della merceologia in esame

(azzurro) e la differenza tra concentrazione determinata dalla merceologia in

esame e la media (giallo), valori negativi delle barre gialle indicano che la

merceologia produce una quota di HCl inferiore alla media (da tabella 57)

141

9.12 Foglio "SOx"

In questo foglio di lavoro sono raccolti i dati rielaborati relativi agli SOx e

rappresentati graficamente. I dati sono riportati nella tabella 58 e nelle delle

figure 32, 33, 34 e 35.

Produzione SOx per merceologiaKg/h comb. Nmc/h kg/h mg/mc Carico % media Δ Media Δ medie Kg/Ton

Legno 9309 76336 22 292 451 -159 22 2,411044 80644 64 793 366 427 -63 5,814455 195985 72 368 462 -94 34 5,0

3353 27888 8 277 437 -159 8 2,314543 75712 20 266 455 -189 26 1,4

3611 24104 25 1029 401 628 -28 6,920606 67123 24 354 439 -85 10 1,2

100 1962 0 0 430 -430 2 0,0

9%Carta 27%Plastica 31%Tessili 3%Organico 9%Fanghi 11%Inerti 10%Combustibile 0%

Tabella 58: Raccolta dei dati degli SOx per merceologia, la colonna "carico

%" è la percentuale di inquinante prodotta dalla merceologia in esame

rispetto al totale, la colonna "Δmedie" è la differenza tra la media senza la

merceologia in esame e la media con tutte le merceologie esaminate, le

restanti colonne sono descritte nelle figure 28, 29, 30, 31.

Carico SOx all'impianto di abbattimento per merceologia

22

64 72

820 25 24

0

235

0

50

100

150

200

250

Legn

oCart

a

Plastic

aTes

sili

Organic

o

Fangh

iIne

rti

Combu

stibil

e

Totale

Kg/h

Figura 32: Produzione di SOx in kg/h per ciascuna merceologia alimentata

(da tabella 58)

142

In figura 32 è evidenziato il contributo all'inquinante in esame rispetto alle

quantità di singole merceologie, alimentate al forno d'incenerimento.

Come si nota le componenti che tendenzialmente produce SOx sono la

plastica e la carta.

Carico SOx all'impianto di abbattimento

292

793

368277 266

1029

354

0

429

0

200

400

600

800

1000

1200

Legn

oCart

a

Plastic

aTes

sili

Organic

o

Fangh

iIne

rti

Combu

stibil

e

Totale

mg/mc

Figura 33: Concentrazione di SOx determinata da ciascuna merceologia (da

tabella 58)

143

2,4

5,85,0

2,31,4

6,9

1,2

0,00,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

Legn

oCart

a

Plastic

aTes

sili

Organic

o

Fangh

iIne

rti

Combu

stibil

e

Kg/Ton Produzione specifica di SOx per Ton di merceologia

Figura 34: Produzione specifica di SOx per tonnellata di merceologia

incenerita (da tabella 58)

451366

462 437 455401

439 430 429

-159

427

-94-159 -189

628

-85

-430

0

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

Legn

o

Car

ta

Plas

tica

Tess

ili

Org

anic

o

Fang

hi

Iner

ti

Com

bust

ibile

Tota

le

Andamento delle medie e contributi sulle mediemg/mc

Figura 35 Figura 36 Concentrazioni di SOx in assenza della merceologia in

esame (azzurro) e la differenza tra concentrazione determinata dalla

merceologia in esame e la media (giallo), valori negativi delle barre gialle

indicano che la merceologia produce una quota di SOx inferiore alla media

(da tabella 58)

144

9.13 Foglio "Metalli"

Dalle analisi effettuate sui fanghi e sulle stime di metalli rilasciati durante il

processo d'incenerimento è possibile ora stimare il carico quantitativo di

metalli ai depuratori, scaturiti dall'incenerimento dei fanghi di depurazione.

La quantità oraria di fango incenerito, moltiplicata per la concentrazione del

metallo presente nel fango, moltiplicata per la percentuale totale di emissione

ricavata con le prove di laboratorio, si predice l'emissione in mg/h di ciascun

metallo esaminato, come risulta dall'equazione 39.

otemissioneTMetConchkghmg kgmgFangoMetallo %..// / ××= Equazione 40

I risultati sono riepilogati in tabella 59.

Lo stesso calcolo è ripetuto sostituendo la percentuale di emissione totale

con le percentuali di emissione riscontrate nei due range di temperatura, da

20°C a 600°C, da 600°C a 950°C, come da equazioni 40 e 41.

Equazione 41

)60020(%..// / CCemissioneMetConchkghmg kgmgFangoMetallo °−°××=

Equazione 42

)950600(%..// / CCemissioneMetConchkghmg kgmgFangoMetallo °−°××=

I risultati sono riepilogati nelle tabelle 60 e 61.

145

Metalli Concentraz. iniziale

Emissione specifica

Emissione oraria

2500 90277783060 110500006300 227500005460 19716667427 1541222595 2148611

1,27 4601120 4347780,46 16610,86 312012,9 46511119 42900050,6 182722

54 195000122 440917

Conc. >1000 mg/Kg mg/kg mg/kg mg/hAlluminio 12500Calcio 18000Ferro 21000Magnesio 14000Stagno 970Zinco 1750Conc. >1000 mg/Kg mg/kg mg/kg mg/hConc. >500 mg/KgArsenico 2,6Bario 280Berillio 1Cadmio 2,70Cobalto 46Cromo 440Manganese 220Piombo 180Rame 330

Tabella 59: Riepilogo dell'emissione stimata dei metalli dal fango

Per emissione specifica s'intende la quantità di metallo emessa, espressa in

mg per kg di rifiuto incenerito.

Ad esempio, considerando il caso dell'alluminio, dalle tabelle 59, 60, 61,

possiamo affermare che l'emissione totale di metallo è pari al 20% della

quantità presente nel fango, ripartita al 10 % nel range tra 20°C e 600°C ed

al restante 10% nel range tra 600°C e 950°C.

146

Metalli Frazione di emissione tra 20°C e

600°C

Frazione di emissione tra 20°C e

600°C

Composiz. emissione tra 20°C e

600°C

Conc. >1000 mg/Kg % mg/h %Alluminio 10% 4166319 7%

5399550 9%10499125 18%12598950 21%1066911 2%1283226 2%

58%

2946 0,01%0 0,000%

1267 0,002%720 0,001%

18398 0,03%161320 0,27%36664 0,06%35997 0,06%87993 0,15%

1%

Calcio 9%Ferro 15%Magnesio 27%Stagno 33%Zinco 22%

Conc. >500 mg/KgArsenico 34%Bario 0%Berillio 38%Cadmio 8%Cobalto 12%Cromo 11%Manganese 5%Piombo 6%Rame 8%

Tabella 60: Emissione di metalli dai fanghi nel range di temperatura da 20°C

a 600°C (vedi testo)

Nella tabella 60 si è anche stimata la composizione delle polveri emesse dai

fanghi nel range di temperatura tra 20°C e 600°C; la quantità di metalli

emessa è stata rapportata alla quantità di polveri determinata con la tecnica

analitica descritta nel paragrafo 6.1.6.2. In questa stima si commette un

errore per difetto, perché le modalità di calcolo del particolato prodotto in

questo range non tiene conto di quello prodotto per ricondensazione delle

specie chimiche evaporate a temperature inferiori ai 600°C.

147

Metalli Frazione di emissione tra 600°C e

950°C

Frazione di emissione tra 600°C e

950°C

Composiz. emissione

tra 600°C e 950°C

Conc. >1000 mg/Kg % mg/h % Alluminio 10% 4166319 15%

4799600 8%10499125 18%

5599533 10%355637 1%699942 1%

51%

1300 0,002%401300 0,684%

267 0,000%2160 0,004%

24531 0,042%234647 0,400%131989 0,225%143988 0,245%

1 0,000%2%

Calcio 8%Ferro 15%Magnesio 12%Stagno 11%Zinco 12%

Conc. >500 mg/KgArsenico 15%Bario 43%Berillio 8%Cadmio 24%Cobalto 16%Cromo 16%Manganese 18%Piombo 24%Rame 29%

Tabella 61: Emissione di metalli dai fanghi nel range si temperatura da 600°C

a 950°C (vedi testo)

Nelle tabelle 61 si è anche stimata la composizione delle polveri emesse dai

fanghi nel range di temperatura tra 600°C e 950°C; la quantità di metalli

emessa è stata rapportata alla quantità di polveri di ricondensazione

calcolata come riduzione percentuale del residuo nell'incenerimento da

600°C a 950°C.

148

Nell'osservare le tabelle 60 e 61 si evidenzia l'arricchimento delle ceneri

volanti in metalli pesanti tossici. Infatti nella tabella 60, possiamo osservare

un rapporto tra i metalli tossici su non tossici è del 1,7% mentre nella tabella

61 questo rapporto sale al 3,9%.

Metalli Concentraz. della

emissione

Concentraz. della

emissione in condiz. Std.

Conc. >1000 mg/Kg mg/Nmc mg/NmcSTDAlluminio 311 362

380 443783 913678 79153 6274 86

0,2 0,215 17,40,1 0,10,1 0,12 1,915 17,26 7,37 7,815 17,7

CalcioFerroMagnesioStagnoZinco

Conc. >500 mg/KgArsenicoBarioBerillioCadmioCobaltoCromoManganesePiomboRame

Tabella 62: vedi testo

In tabella 62 è evidenziata la stima di metalli rilasciati dai fanghi di

depurazione in termini di concentrazione, nella prima colonna sono riportate

le concentrazioni riferite alla concentrazione presente in camera di

combustione, nella seconda colonna le concentrazioni standarizzate

(ossigeno al'11% e fumi anidri).

149

10 Conclusioni

Le conclusioni che si possono trarre dal lavoro sin qui compiuto sono essere

riferite a tre diversi argomenti analizzati nella tesi:

− una prima verifica delle risposte di output ottenute dal modello di

simulazione;

− l'applicazione del modello nelle ipotesi di conferimento decise dall'AMIAT;

− l'impatto dei fanghi di depurazione nell'inceneritore di RSU.

10.1 verifica del modello

Il modello è stato utilizzato nella verifica delle portate e della composizione

macroscopica dei gas di combustione, presso inceneritori di rifiuti industriali

dell'area piemontese. Gli inceneritori6 scelti presentano la caratteristica di

essere alimentati in termini quantitativi e qualitativi in modo omogeneo,

caratteristica utile per ridurre l'errore di stima determinato dall'incertezza

legata alle conoscenze dei rifiuti. La differenza di stima di questi parametri

con le misurazioni effettuate in campo sono variate tra il 5% e 15%.

Una successiva verifica è stata eseguita confrontando le stime delle

emissioni specifiche derivanti dalla matrice "fanghi di depurazione" con i

risultati sperimentali pubblicati dall'EPA17 riferiti all'incenerimento dello

stesso rifiuto. Le stime rientrano nell'intervallo dei dati pubblicati.

6 ARPA Piemonte-attività ispettiva del Dipartimento di Grugliasco delle Area di attività "Suolo

e Rifiuti" e "Polo Microinquinanti" presso gli inceneritoti, OMA SpA, Chimica Industriale SpA,

Liri Industriale SpA, Unibios SpA.

150

10.2 Simulazioni su ipotesi di conferimento AMIAT

Il modello è stato utilizzato per simulare le condizioni di funzionamento del

processo d’incenerimento nelle diverse ipotesi di gestione del ciclo dei rifiuti,

previste dall’Amiat.

Le ipotesi di alimentazioni considerate sono tre, in cui è variata le quantità e

la tipologia sui RSU (come frazioni merceologica).

La prima ipotesi consiste in:

Rifiuto solido urbano non selezionato 350829 ton/anno Ingombranti 17619 ton/anno Scarti raccolta differenziata 12050 ton/anno Sovvalli raccolta assimilabili urbani 70000 ton/anno Sovvalli compost 8420 ton/anno Fanghi depurazione 26000 ton/anno

La seconda ipotesi consiste in:

Frazione comb. RSU 185083 ton/anno Ingombranti 17619 ton/anno Scarti raccolta differenziata 12050 ton/anno Sovvalli raccolta assimilabili urbani 70000 ton/anno Sovvalli compost 8420 ton/anno Fanghi depurazione 26000 ton/anno La terza ipotesi consiste in:

Frazione comb. RSU + organico 293379 ton/anno Ingombranti 17619 ton/anno Scarti raccolta differenziata 12050 ton/anno Sovvalli raccolta assimilabili urbani 70000 ton/anno Sovvalli compost 8420 ton/anno Fanghi depurazione 26000 ton/anno

151

I dati di input sono stati completati con le composizioni merceologiche dei

vari rifiuti considerati e con i dati di processo normalmente presenti negli

inceneritori urbani.

Le stime ottenute dalle tre ipotesi sono:

Parametri1 2 3

Portate Nmc/h

Tabella 63: Stime dei parametri di funzionamento dell'inceneritore delle

diverse condizioni ipotizzate dall'AMIAT.

Come si può osservare le differenze più sostanziali si riscontrano nelle

portate dei fumi di combustione, nell'energia recuperata e nelle scorie

prodotte.

Le variazioni in termini di concentrazione degli inquinanti agli impianti di

abbattimento risultano contenute.

579955 462369 508744117285 93354 10280318575 6952 72791833 1696 1872831 926 897444 446 440

1515 1466 145711,5 9,8 10,5

Energia recuperata MCal/hScorie prodotte kg/hNOx mg/NmcHCl mg/NmcSOx mg/NmcPolveri mg/NmcUmidità %

Ipotesi

152

153

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

Nmc/h Mcal/h kg/h x 10

Portate Calorie recuperate Scorie prodotte

1

23

1 2 3

1

2 3

Figura 37; Grafico della tabella 63

0

500

1000

1500

2000

mg/Nmc mg/Nmc mg/Nmc mg/Nmc

NOx HCl SOx Polveri

1

1

1 2

2

2

2

1

3

3

3

3

Figura 38; Grafico della tabella 63

154

10.3 impatto dei fanghi di depurazione nell'incenerimento

L'impatto dei fanghi di depurazione ai fini dell'incenerimento può essere

valutato sotto due aspetti distinti, la capacità di autostenere le condizioni

termiche dell'incenerimento e l'impatto ambientale.

− Da un punto di vista termico si può affermare che con il grado di umidità

ipotizzato inferiore del 15%, i fanghi di depurazione hanno un bilancio

equilibrato ai fini dell'incenerimento e positivo rispetto al recupero

energetico.

− Dal punto di vista di impatto ambientale i fanghi di depurazione hanno

rispetto alle altre merceologie prese in esame una maggiore produzione

specifica7 di NOx e SOx, una produzione specifica di polveri intermedia

ed una produzione di HCl nulla. La generazione di questi inquinanti in

rapporto al volume di fumi di combustione derivanti dall'incenerimento dei

fanghi, non altera complessivamente in modo significativo le

concentrazioni di inquinanti nei fumi uscenti dal forno d'incenerimento.

In considerazione dei conferimenti annui previsti dalla SMAT SpA, inferiori al

5% della totalità di rifiuti smaltiti dall'inceneritore e dalle simulazioni effettuate

non emergono controindicazione ambientali per l'incenerimento dei fanghi di

depurazione

7 Produzione specifica= kg di inquinante prodotto per tonnellata di rifiuto incenerito.

155

Un vantaggio che pone a favore di questa forma di smaltimento dei fanghi di

depurazione, oltre al recupero energetico, è la riduzione dei volumi smaltiti in

discarica.

11 Bibliografia

1 Basodella P. Processi e tecnologie per la combustione dei rifiuti urbani - 5° seminario in

Ingegneria Sanitaria - Ambientale, Milano 29/5 -1/6 2000.

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M.Luciani Rapporto tecnico ENEA AMB 90/34, 1990.

3 DPR 915/82 e s.m.i.

4 Impianto d'incenerimento ASM Brescia.

5 DM 503/97

6 U. Ghezzi, M. Giugliano Ing. Ambientale vol. 14 N°3-4

7 www.ejnet.org/dioxin/

8 Cernuschi S.,Grosso M.,Pizzimenti E., - Tecnologie di controllo delle emissioni in

riferimento alla miglior tecnologia disponibile nell'incenerimento dei rifiuti solidi urbani.

Rapporto finale, Politecnico di Milano D.I.I.A.R. giugno 2000.

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riciclaggio dei prodotti sodici residui- Solvay Corso di istruzione permanente del politecnico

di Milano - Dipartimento di energetica. Milano 1/4 Luglio 1996

10 Corso di impianti di trattamento degli effluenti gassosi - Prof. Michele Giuliano, Politecnico

di Milano -www.amb.polimi.it/dispense.htm

156

11 Seinfeld, J. H. 1986. Atmospheric chemistry and physics of air pollution. John Wiley and

Sons New York

12 Office of Air Quality Planning and Standards Office of Air and Radiation - U.S. EPA

Emissione factor documentation for AP-42 section 2.2, sewage sludge incinerator -pag. 2-9

13 A) Provincia di Torino - Programma Provinciale di gestione dei rifiuti - Parte 1, 2001;

B) ANPA - 3° rapporto sui rifiuti urbani e sugli imballaggi, Febbraio 1999;

C) www.ingegneria.unige.it/Resource/home/html;

D) Handbook of Environmental Control - Volume II, Solid Waste - Richard G. Bond,

Conrad P. Straub, CRC Press 1974

14 David A. Tillman - "The combustion of solid fuels and waste" Accademic Press

Incorporated, San Diego, 1991

15 www.lib.duke.edu/chem/property.htm

16 F&J Speciality Products, Inc. Test di efficienza della filtrazione con iniezione di

DiottilFtalato, come da catalogo 2002

17 Office of Air Quality Planning and Standards Office of Air and Radiation - U.S. EPA

Emissione factor documentation for AP-42 section 2.1, refuse combustion e section 2.2,

sewage sludge incinerator, da Tab. 4.1 a Tab 4.58

18 The visual Display of Quantitative Information di Edward R. Tufte - Graphics Press -

Cheshire, Connecticut 1999.

19 Handbook of chemistry and physics- 60 edition- CRC press, Boca Raton, Florida, 1979

20 M. Giua - Chimica Industriale - USES Editore, Firenze, 1975

157