PRINCIPALI INQUINANTI ATMOSFERICI · 2019. 5. 27. · La rimozione degli inquinanti gassosi – Ossidi di azoto Per il controllo della formazione degli NOx durante la combustione

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PRINCIPALI INQUINANTI ATMOSFERICI

MACROINQUINANTI (presenti in aria in concentrazioni di mg/m3)

SO2 dallo zolfo inorganico e organico presente nei combustibili

NOX prodotto indesiderato delle combustioni ad alte temperature

CO caratteristico della combustione incompleta

PM10 polveri con diametro inferiore a 10 mm – frazione inalabile

PTS polveri totali sospese

PM2,5, PM0,1 …problemi alla respirazione, pericolose per gli

inquinanti che contengono

O3 si forma in seguito a complesse reazioni fotochimiche

MICROINQUINANTI (presenti in aria in concentrazioni di ng/m3)

Metalli pesanti cancerogeni, mutageni, teratogeni (Cd, Pb, CrVI, Se) - Hg non è un metallo

‘pesante’ ma è molto tossico

Composti organoclorurati (es. diossine, PCB, …)

Composti organici volatili (es. benzene, toluene): COV

Altri composti specifici organici e inorganici (idrocarburi, composti policiclici aromatici - IPA,

HCl, Diossine)

PARTICOLATO

Costituito da particelle solide o liquide aventi dimensioni comprese in un ampio intervallo.

Particelle aventi dimensioni ³ 1 mm vengono rimosse in tempi brevi per deposizione al suolo.

Le particelle con dimensioni < 10 mm (PM10, PM2,5) costituiscono le particelle respirabili, cioè

quelle che arrivano agli alveoli polmonari rappresentando di per sé un fattore di rischio.

Possono inoltre cedere gli inquinanti adsorbiti e sono perciò particolarmente pericolose.

TECNICHE DI CONTROLLO DELLE EMISSIONI GASSOSE

Materiale particolato

• Cicloni

• Elettrofiltri

• Filtri a tessuto

• Depolveratori ad umido

Inquinanti gassosi

• Assorbimento

• Adsorbimento

• Combustione

Termica

Catalitica

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dispersoide

dispersòide In chimica, di sistema chimico-fisico (come i colloidi liofobi) in cui la fase dispersa è insolubile in quella disperdente.

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Depolveratori centrifughi

Principi di funzionamento

•separazione per azione della forza centrifuga

sviluppata all’interno dell’apparato imprimendo

un moto circolareal gas tramite ingressi

tangenziali o alette sagomate

efficienza cresce con

diametro polveri

velocità ingresso gas

diminuzione diametro ciclone multicicloni

Vantaggi

• bassi costi di impianto e di gestione (perdite di

carico modeste)

• semplicità (assenza organi in movimento)

• recupero polveri secche tal quali

• modeste richieste di spazio

Svantaggi

• basse efficienze ( < 80%) per polveri fini (< 5 ) • rischi di erosione, abrasione, intasamento (polveri

adesive)

applicazioni tipiche per

• polveri grossolane (> 20-30 )

• pretrattamento

Depolveratori elettrostatici

Principi di funzionamento

•separazione per azione di forze elettriche

sviluppate all’interno dell’apparato mantenendo

elevate differenze di potenziale (30-100 kV) tra

due elettrodi.

•Processi elementari

carica polveri ad opera di ioni prodotti dalla

ionizzazione del gas vettore in prossimità

dell’elettrodo di emissione

migrazione e deposito polveri su elettrodo di

raccolta

distacco polveri con sistemi a secco

(percussione, vibrazioni) o umido (velo d’acqua)

e raccolta in tramogge

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Vantaggi

• efficienze elevate (> 99%) anche per granulometrie fini

• perdite di carico modeste

• possibilità di trattare portate elevate

• esercizio ad alte T (sino a 1100°C) e P (sino a 40 atm)

• recupero polveri secche tal quali

Svantaggi

• alti costi di impianto

• rischi di incendi, esplosioni derivanti dall’alta tensione

• gestione e manutenzione complesse

• impegni di spazio

• sensibilità a variazioni di portata e T

applicazioni tipiche per

• ampi intervalli granulometrici

• depurazioni spinte

• ampi intervalli portate e temperature

Filtri a tessuto

Tipologie impiantistiche

• comparti in parallelo elementi filtranti a forma di

maniche o sacchi

• possibilità esclusione comparto singolo per pulizia

e/o manutenzione

Materiali filtranti

• naturali (cotone, lana)

• sintetici

elevate caratteristiche di resistenza meccanica,

chimica e termica

Vantaggi

• efficienze elevate (> 99%) per tutte le granulometrie

• prestazioni indipendenti dal carico di polveri

• possibilità di additivazione assorbenti per rimozione

gas

• impegni di spazio ridotti per pulizia in continuo

• recupero polveri secche tal quali

Svantaggi

• rischi di incendio per polveri incandescenti

• rischi di deterioramento tessuti per gas caldi e/o aggressivi

• intasamento tessuti e difficoltà pulizia per polveri igroscopiche e/o adesive

• necessità controllo rigoroso T ed umidità gas

applicazioni tipiche per

• depurazioni spinte granulometrie fini

• gas compatibile con tessuti disponibili (aggressività chimica, termica e meccanica)

• concentrazioni polveri non troppo elevate (< 20 g/m3)

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Depolveratori ad umido

Principi di funzionamento

• cattura polveri per inglobamento in fase liquida opportunamente dispersa (atomizzata - velo su

idonei supporti)

• meccanismi

intercettazione diretta

impatto inerziale

• fasi del processo

dispersione massa liquida incremento superficie di interfaccia

urto e cattura polveri

separazione gas/liquido con particelle inglobate

Tipologie impiantistiche

torri di lavaggio

sistemi Venturi

Torri di lavaggio

• a spruzzo: colonne cilindriche con rampe

di ugelli nebulizzatori, in configurazione

controcorrente o equicorrente

cattura polveri per urti con goccioline

semplici, basse perdite di carico

efficienze modeste

• a riempimento: riempite con supporti

fissi o mobili ad elevata superficie

specifica per favorire formazione velo

liquido

Vantaggi

• possibilità di rimuovere anche componenti gassosi

• possibilità di trattare gas caldi ed umidi

• adatti per polveri adesive

• costi di impianto contenuti

• ingombri modesti

• assenza di rischi di esplosioni ed incendi

Svantaggi

• gestione fasi liquide e fanghi prodotti

• polveri recuperate come fanghi

• problemi di corrosioni, incrostazioni, intasamenti

applicazioni tipiche per

• ampio intervallo portate (anche variabili)

• polveri adesive

• disponibilità impianto trattamento scarichi liquidi

• gas a rischio di incendio e/o esplosioni

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La rimozione degli inquinanti gassosi – Rimozione dei gas acidi

I principali gas acidi sono l’anidride solforosa (SO2) , l’acido cloridrico (HCl) e l’acido fluoridrico

(HF) che derivano dalla trasformazione di sostanze a base di zolfo, cloro e fluoro.

Per la rimozione dei gas acidi vengono impiegati tre

diversi processi:

assorbimento ad umido;

assorbimento a secco;

assorbimento a semisecco. I trattamenti dei gas acidi sono di norma preceduti da una

depolverazione primaria per limitare il carico di polveri

in arrivo e per separare le polveri di combustione da

quelle derivanti dai processi di abbattimento dei gas acidi,

provvedendone una diversa

destinazione.

Principi del processo (ad umido) con Soda (Na2CO3)

• assorbimento fisico (dissoluzione) o chimico del

componente gassoso in un opportuno liquido

Processi a secco/semisecco

• chemiassorbimento (assorbimento con reazione)

• aggiunta reagenti allo stato secco o in soluzioni

concentrate

• produzione di residui (prodotti di reazione, eccessi di reagente) allo stato secco (polveri)

• necessità di depolverazione a valle per rimozione residui del processo (possibilità rimozione

simultanea particolato)

Applicazioni tipiche

• rimozione gas acidi (HCl, HF, SO2) da processi di incenerimento rifiuti tramite

neutralizzazione chimica con reagenti alcalini

calce (Ca(OH)2) CaCl2, CaF2, CaSO3

bicarbonato di sodio (NaHCO3) NaCl, NaF, Na2SO3

• rimozione SO2 da processi di combustione convenzionale

Conversione termica e catalitica

Principi del processo

• trasformazione chimica inquinanti in prodotti di scarsa rilevanza ambientale

ossidazione COV in CO2 ed H2O

riduzione NOx ad N2

La rimozione degli inquinanti gassosi – Ossidi di azoto

Per il controllo della formazione degli NOx durante la combustione è di importanza rilevante

l’adozione di misure cosiddette primarie, cioè finalizzate a prevenire la formazione degli ossidi di

azoto agendo su parametri quali la distribuzione dell’aria, la fluidodinamica in

camera di post-combustione, il ricircolo di fumi depurati o l’utilizzo di aria arricchita in

ossigeno e di low-NOx burners.

Queste misure non sono sufficienti a garantire i limiti di emissione, per cui si ricorre

all’utilizzo di misure secondarie in grado di far reagire chimicamente gli ossidi di azoto.

Esistono due tecniche di riduzione secondaria:

• la riduzione di tipo catalitico (SCR, Selective Catalytic Reduction);

Torre a Torre a

piatti riempimento

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• la riduzione di tipo termico (SNCR, Selective Non Catalytic Reduction).

Come agenti riducenti vengono utilizzati l’ammoniaca in soluzione acquosa o additivi di

processo contenenti urea.

Le reazioni di riduzione su cui si basano i due processi sono:

Conversione termica NOx

Rimozione NOx tramite riduzione selettiva non catalitica (SNCR) a base di ammoniaca

4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O

oppure di urea

2NO + CO(NH2)2 + 1/2O2 2N2 + 2H2O + CO2

Caratteristiche del processo

• efficienze di conversione = 50%- 70%

• intervallo ottimale di T = 900 - 1050°C

• necessità di garantire adeguata miscelazione e tempi di contatto fumi/reagenti nell’intervallo

ottimale di T

Conversione catalitica NOx

Rimozione NOx tramite riduzione catalitica selettiva (SCR)

4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O

Caratteristiche del processo

• intervallo T = 250° - 350°C

• efficienze di conversione >

80%

Configurazioni di impianto

“High dust” a monte

depolveratori

Configurazioni di

impianto

“Tail end” a valle

depolveratori

Conversione termica e catalitica

Processi termici

Vantaggi

• rimozione di gas e particolati fini, purchè combustibili

• semplicità impiantistica, con impegni ridotti di spazio e possibilità di automazione

• possibilità di recupero termico (PCI combustibile ausiliario e/o sostanza ossidata)

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Svantaggi

• costi di gestione elevati in assenza di recuperi termici

• rischi di incendi ed esplosioni

• produzione inquinanti per disfunzione del sistema

Processi catalitici

Vantaggi

• costi di gestione contenuti (se vita catalizzatore lunga)

• rischi ridotti di incendi ed esplosioni

• ridotte necessità di coibentazione

Svantaggi

• costi di installazione elevati

• rischi di avvelenamento catalizzatore

• rigenerazione e/o smaltimento finale catalizzatore esausto

Impianto SCR: 270 – 380 °C Impianto NSCR: : 850 – 1050 °C

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Microinquinanti: tecnologie di riduzione

Le policlorodibenzodiossine (PCDD) e i policlorodibenzofurani (PCDF)

Un esempio di PCDD Un esempio di PCDF

Precipitatore elettrostatico: Principio di funzionamento

I precipitatori elettrostatici operano sottoponendo i fumi ad un campo elettrico molto intenso

(10.000 - 20.000 Volt). In queste condizioni si vengono a creare molte coppie ioni-elettroni

all'interno dei gas. Gli ioni (positivi) verranno attratti dall'elettrodo negativo (elettrodo di scarica),

mentre gli elettroni tenderanno a muoversi verso l'elettrodo positivo (elettrodo di captazione), ma

tenderanno a venire "catturati" da molecole particolarmente elettronegative, come gli ossidi di zolfo

e l'ossigeno. Si formano così degli ioni negativi, che tendono, per raggiungere maggiore stabilità, a

venire adsorbiti dalle particelle di particolato presenti nei fumi. Questo effetto è detto "effetto

corona". Il particolato infatti, che di per sè è neutro e dunque non subisce in alcun modo la presenza

di un campo elettrico, viene di fatto caricato e tende a dirigersi verso l'elettrodo di captazione dove,

una volta a contatto con esso, perde la sua carica e cade lungo le pareti del precipitatore.