Impatto Ambientale dei Processi di Incenerimento di Rifiuti

di Marco Caldiroli
(parte III)

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2. Evoluzione normativa e tecnologia dei processi di incenerimento dei rifiuti

Per quanto concerne l’evoluzione normativa mi limito a cenni relativi ai limiti delle emissioni degli impianti di incenerimento sulla base delle direttive europee che si sono succedute negli ultimi 12 anni ( da ultimo la DIRETTIVA 2000/76/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO E DEL CONSIGLIO del 4 dicembre 2000 sull'incenerimento dei rifiuti) e ai relativi recepimenti nella normativa nazionale. Nella tabella 11 che segue si riassume tale evoluzione verso limiti più restrittivi.

Nelle tabelle successive (12 e 13) si torna ancora più indietro nel tempo, dagli inceneritori degli anni ’60 a quelli della normativa nazionale (tedesca) contenente dei limiti sostanzialmente identici a quelli poi definiti dalla normativa europea.

Inoltre, nella tabella 14 più avanti, si riportano le stime relative ai fattori di emissione (quantità della emissione di una sostanza per tonnellata di rifiuto incenerito, tenendo conto della quantità di fumi emessi sempre per tonn di rifiuto incenerito), ovvero quello che viene ritenuto il trend futuro di tali emissioni andando oltre al rispetto dei limiti normativi, con verso l’applicazione della migliore tecnologia disponibile (senza "eccessivi costi").

Tabella 11. Evoluzione normativa dei limiti alle emissioni degli impianti di incenerimento rifiuti

Contaminante

Limiti DPR 203/88 (Linee Guida DM 12.07.1990)

Limiti CRIAL 1992

Limiti DM 19.11.97

(nuovi inceneritori)

giornaliero

Limiti DM 19.11.97

(nuovi inceneritori)

orario

Direttiva UE 2000/76 del 4.12.2000

giornaliero

Direttiva UE 2000/76 del 4.12.2000

su mezz’ora

Polveri mg/mc

30

25

10

30

10

30

Cadmio mg/mc

0,2

0,1

0,05 (un'ora)

0,05 (mezz’ora)

0,1 (8 ore)

Mercurio mg/mc

0,2

0,1

0,05 (un'ora)

0,05 (mezz’ora)

0,1 (8 ore)

Piombo mg/mc

5

3

Metalli totali mg/mc

5

5

0,5 (un'ora) (*)

0,5 (mezz’ora) (*)

0,1 (mezz’ora) (*)

Fluoro (HF) mg/mc

2

n.p.

1

4

1

4

HF + HBr mg/mc

v.sopra

3

Cloro (HCl) mg/mc

50

30

20

40

10

60

Cianuri mg/mc

1

0,5

Fosforo mg/mc

n.p.

5

SO2 mg/mc

300

300

100

200

50

200

NOx mg/mc

500

n.p.

200

400

200

400

PCDD+PCDF g/mc

4

10

0,0001 (otto ore **)

0,0001 (otto ore **)

TCDD+TCDF nanog/mc

n.p.

50

PCB+PCT+PCTg/mc

500

100

IPA mg/mc

0,05

0,05

0,01 (otto ore)

Ossido di carbonio mg/mc

100

n.p.

50

100

50

100

COT mg/mc

20

10

10

20

10

20

(*) Somma di Piombo, Antimonio, Arsenico, Cromo, Cobalto, Rame, Manganese, Nichel, Vanadio, Stagno.

(**) Espresso in TCDD equivalenti

 

Tabella 12. Andamenti delle emissioni in inceneritori di RSU

Tabella 13. Evoluzione delle emissioni da inceneritori di RSU

Fonte: Otto Hutzinger, Heidelore Fiedler, "20 anni di incenerimento di rifiuti : problemi e soluzioni" in L’incenerimento dei rifiuti ", Atti del Convegno nazionale, Bologna 16-17 marzo 1995, Maggioli Editore, 1996, pp. 17-32.

Tabella 14. Stima dei fattori di emissione da impianti di incenerimento

Contaminante

Fattori di emissione (grammi per tonnellata di rifiuto)

Emissioni risultanti dalla applicazione dei limiti esistenti per nuovi impianti

Emissioni raggiungibili con l’applicazione della B.A.T.

Polveri

60

30

Acido cloridrico

120

60

Ossidi di azoto

1.200

420

Ossidi di zolfo

600

300

Monossido di carbonio

300

200

Carbonio organico totale

60

40

Metalli

3

1,5

Mercurio

0,30

0,30

Idrocarburi policiclici aromati

0,060

0,030

Tcddeq

600 nanog

600 nanog

Fonte : Conferenza Nazionale Energia e Ambiente, Roma, 25-28 novembre 1998; "Compatibilità ambientale, controlli e caratterizzazioni nella valorizzazione energetica dei rifiuti urbani" .

Nel proporre i dati della tabella 14, gli estensori, hanno ritenuto "dimostrato" pur evidenziando che "un esame esaustivo e di validità generale rispetto alle correlazioni tra emissioni ed immissioni, e quindi alle ricadute ed ai potenziali carichi nell’area di interesse, risulta estremamente arduo e forse anche poco pertinente a causa delle specificità, tra cui quelle metereologiche, dei singoli siti". In ogni caso gli estensori si avventurano, nonostante tali premesse a definire "indicativamente" che

Gli autori, pur con tutte le premesse sopra ricordate, concludono a favore dell’utilizzo energetico dei rifiuti.

Senza voler presentare una valutazione complessiva di quanto sopra riportato, si rimanda :

Tabella 15. Confronto tra emissioni annue di un inceneritore per CDR e "automobili equivalenti annue" (per i parametri confrontabili)

Contaminante

Stima emissione annua inceneritore da 400 t/g (8.000 ore di funzionamento)

kg/anno

Fattori di emissione di una automobile con le caratteristiche indicate

per km percorso in ciclo urbano

g/km

Numero equivalente di automobili "annue" ovvero numero di auto circolanti con percorrenza uguale a 10.000 km/anno in ciclo urbano

Ossido di carbonio

53.333

14,8200

359,9

Polveri

10.667

0,0511 (*)

20.874,8

Acido cloridrico

21.334

Non pertinente

//

Acido fluoridrico

1.067

Non pertinente

//

Anidride Solforosa

106.666

Non disponibile

//

Ossidi di azoto

213.333

0,5540

38.507,9

Sostanze organiche volatili (COT)

10.667

2,3659 (**)

450,9

Metalli pesanti

533

Non confrontabile (***)

//

Cadmio+Tallio

53

Non pertinente

//

Mercurio

53

Non pertinente

//

Idrocarburi policiclici aromatici

11

Non confrontabile

//

TCDD equivalenti (I-TEQ)

107 mg (****)

1,5 pg/km

71.333.333

Note alla Tabella

Non pertinente = parametro caratteristico dell’incenerimento di rifiuti ma non presente nelle emissioni di gas di scarico.

Non confrontabile = parametri con diverso significato tra emissioni dell’inceneritore e delle automobili.

(*) Tale valore è riferito alle PM10 emesse da auto diesel immatricolate dopo il 1997 (ecodiesel 94/12/EEC).

(**)Il dato per le auto è riferito a Carbonio Organico Volatile Non Metanico (COVNM) per cui è solo parzialmente confrontabile con il Carbonio Organico Totale, parametro di emissione per gli inceneritori.

(***) Nel caso delle auto catalizzate le emissioni di metalli sono connesse ai metalli utilizzati nei catalizzatori (in particolare palladio) per i quali non vi sono ancora degli affidabili fattori di emissione, in ogni caso è arduo confrontare la tossicità di questo metallo con quella dei numerosi metalli emessi da un inceneritore.

(****) ovvero 107.000.000.000 picogrammi/anno. Il fattore EPA utilizzato è quello più elevato riferito alle auto catalizzate. Vi sono stime precedenti (riferite ad auto non catalizzate) in cui il fattore di emissione di PCDD+PCDF espresse come I-TEQ arriva fino a 20 picog/km percorso, quindi con di due ordini di grandezza superiori a quello utilizzato nella presente tabella.

In estrema sintesi il "dente batte" particolarmente sui microinquinanti di maggiore tossicità quale emissione caratteristica – ed elevata nonostante l’abbassamento dei limiti normativi – degli impianti di incenerimento.

Questa osservazione risulta – per esempio - in due passaggi tra i "considerando" della recente direttiva sull’incenerimento dei rifiuti :

"Pertanto,ai fini di un elevato livello di protezione ambientale e della salute umana,è necessario predisporre e mantenere condizioni di funzionamento,requisiti tecnici e valori limite di emissione rigorosi per gli impianti di incenerimento e i coincenerimento dei rifiuti nella Comunità. I valori limite stabiliti dovrebbero prevenire o a limitare per quanto praticabile gli effetti dannosi per l'ambiente e i relativi rischi per la salute umana..."

e, più avanti

" Il rispetto dei valori limite di emissione previsti dalla presente direttiva dovrebbe essere considerato come una condizione necessaria ma non sufficiente a garantire il rispetto dei requisiti della direttiva 96/61/CE. Per assicurare tale rispetto può essere necessario revedere valori limite di emissione più severi per le sostanze inquinanti contemplate dalla presente direttiva, valori di emissione relativi ad altre sostanze e altre componenti ambientali,e altre condizioni opportune."

(la direttiva 96/61 è quella relativa alla prevenzione integrata dell’inquinamento, recepita solo parzialmente in Italia nel 1999).

Per quanto concerne l’evoluzione tecnologica degli impianti di incenerimento (delle caldaie e dei sistemi di abbattimento fumi), metto all’attenzione le note che seguono.

  1. I "vecchi" inceneritori – le caldaie

    La tecnologia delle caldaie per l’incenerimento dei rifiuti deriva da quelle delle centrali termoelettriche a carbone (primo inceneritore per rifiuti : 1890 circa, Londra) e, precisamente, dalle caldaie a griglia fissa.

    Nella immagine viene presentato lo schema di una tipica caldaia a griglia : il rifiuto entra dallo spintore (da sinistra) e finisce sulla griglia, l’accensione del combustibile avviene con il combustibile ausiliario e il mantenimento della combustione avviene con l’invio di aria di combustione dal di sotto del "letto" di rifiuti, i rifiuti bruciano nel percorso lungo la griglia fino a che, in fondo a destra, vengono estratti gli incombusti (scorie pesanti).

    Nella figura i fumi vengono inviati in una camera di postcombustione ove, ad opera della fiamma prodotta dalla immissione di combustibile ausiliario (metano, gasolio, olio o altro) avviene una ulteriore ossidazione dei composti trascinati dai fumi. Evidenzio che gli inceneritori degli anni ‘60-70 (e fino agli obblighi indicati da un provvedimento italiano del 1984) non avevano la camera di postcombustione (come sicuramente l’inceneritore di Pisa che è entrato in funzione nel 1980). Di conseguenza la figura mostra già un inceneritore "moderno".

    Figura 2. Schema di caldaia di un inceneritore a griglia

    L’obbligo di installazione della camera di postcombustione è conseguito dalla "scoperta" delle emissioni di PCDD e PCDF dagli inceneritori di rifiuti urbani, nel 1977. Si è ritenuto che tale dispositivo riducesse la formazione delle stesse e di altri composti tossici – le norme più recenti non obbligano più l’installazione di tale dispositivo.

  1. I sistemi di abbattimento fumi – inceneritori di "prima" generazione

    Nella figura viene mostrato una tipica configurazione di un sistema di abbattimento fumi di "prima" generazione (anni ’60 – ’70).

    E’ costituito da un "reattore" in cui i fumi venivano messi a contatto con una soluzione - o polveri -basica (es. calce, di recente viene utilizzata la soda solvay – bicarbonato di sodio), con l’effetto di ridurre, per reazione di neutralizzazione, la presenza di sostanze acide (composti dello zolfo e acido cloridrico), dopo questo trattamento i fumi vengono fatti passare in un elettrofiltro o in un filtro a maniche per l’abbattimento delle polveri (nel caso dell’elettrofiltro per effetto del campo elettrico che viene creato che fa "scaricare" le polveri caricate lungo la parete del dispositivo per essere poi raccolte e smaltite; nel caso dei filtri a manica l’abbattimento è di tipo fisico ovvero connesso con la grandezza delle particelle di polvere rispetto alle dimensioni dei fori del filtro stesso, il filtro viene "scosso" meccanicamente per scaricare le polveri fermate dai filtri). Questi sistemi non permettono un abbattimento fino ai limiti attuali soprattutto dei microinquinanti (ad esempio le PCDD e i PCDF, ma anche i metalli più volatili – come il mercurio - non sono sostanzialmente trattenuti da tali sistemi).

    Figura 3. Schema di un sistema di abbattimento fumi per inceneritori di "prima generazione"

  2. Le caldaie di nuova generazione

    Limitandomi alla evoluzione impiantistica delle caldaie a griglia (sono recenti le applicazioni di nuove tipologie di impianti come i letti fluidi, i "pirolizzatori", i "gassificatori", le "torce al plasma" e proposte simili che rappresentano l’applicazione di tecnologie applicate ad altre modalità di combustione anch’esse derivate dalla combustione del carbone o di altri combustibili fossili) nella figura seguente si mostra un impianto "moderno" di questo genere.


    Figura 4. Schema di un impianto a griglia "moderno"

    In questo caso un impianto a griglia del tipo mobile (parte di sinistra) è stato abbinato a un forno rotante (in mezzo) : il rifiuto che entra nella bocca in alto viene traslato sulle griglie mobili e contestualmente combusto con l’immissione di aria dal basso, verso il basso vengono raccolte le ceneri leggere, le scorie rimaste al termine del passaggio sulla griglia mobile finiscono nel forno rotante dove avviene sia una postcombustione dei fumi che una riduzione degli incombusti nelle scorie stesse – riducendone la tossicità (le più recenti normative impongono dei limiti nella frazione incombusta delle scorie pesanti) – i fumi escono dal forno rotante e in parte vengono ricircolati (vedi canale posto sopra il forno rotante) cioè rientrano nella camera di combustione primaria mischiandosi all’aria comburente proveniente dall’esterno. Questo ricircolo (di norma intorno al 20% dei fumi uscenti – in questo caso – dal forno rotante, mentre il rimanente 80 % dei fumi viene inviato ai sistemi di abbattimento) ha l’effetto di ridurre sia i consumi energetici necessari al mantenimento delle temperature necessarie per una combustione "ottimale" sia la quantità complessiva dei volumi di fumi da trattare.

  3. Evoluzione dei sistemi di abbattimento fumi

Nella figura sottostante viene mostrata una delle molteplici configurazioni "pluristadio" di abbattimento fumi, in questo caso prevede anche un recupero parziale dei reagenti chimici utilizzati per l’abbattimento dei fumi :

i fumi provenienti dalla caldaia vengono prima trattati in un elettrofiltro (abbattimento polveri di maggiori dimensioni) quindi vengono inviati in un reattore "semisecco" a contatto con una sostanza basica (gesso recuperato, vedi più avanti) per una prima riduzione delle sostanze acide presenti, i fumi passano quindi in un filtro a maniche per l’abbattimento delle polveri più fini, quindi in un "venturi" per la saturazione e dei gas e la solubilizzazione dell’anidride solforosa (che viene poi fatta reagire con la calce nella torre a spruzzo, producendo del gesso – solfato - che viene poi utilizzato per il primo abbattimento sopra indicato), infine i fumi passano in una unità di conversione catalitica che riduce le emissioni di ossidi di azoto e diossine.

Figura 5a. Schema di un recente impianto di abbattimento fumi a stadi multipli

Un’altra configurazione possibile è quella che segue.

Figura 5b. Schema di un recente impianto di abbattimento fumi a stadi multipli


In questa configurazione vi è un sistema di denitrificazione (per la riduzione degli ossidi di azoto ridotto ad azoto molecolare) non catalitica mediante l’iniezione di ammoniaca (o urea) direttamente in caldaia, i fumi vengono poi fatti passare in un elettrofiltro (riduzione polveri di maggiori dimensioni), una riduzione della temperatura in tempi accelerati (per limitare le condizioni favorevoli alla formazione di microinquinanti organici), al lavaggio (con o senza reattivi basici) per la riduzione delle sostanze acide, alla iniezione di carbone per la riduzione dei microinquinanti (in particolare diossine e metalli pesanti) che vengono poi intercettate (parzialmente) sul filtro a maniche finale (anche per le polveri di dimensioni minori).

Come evidenziato, ci si è limitati a indicare, relativamente alla "evoluzione" delle caldaie ai sistemi a griglia (che sono quelli utilizzati da più tempo, più di un secolo) senza parlare dei nuovi impianti di tipo "alternativo" alle caldaie a griglia, mentre per quanto concerne la parte relativa all’abbattimento dei fumi le indicazioni qui contenute valgono per ogni tipo di caldaia.

Si accenna, da ultimo, al fatto che "a latere" di tali modifiche impiantistiche si sono sviluppati sistemi di selezione dei rifiuti in entrata agli impianti, per ridurre i rifiuti contenenti elementi potenzialmente pericolosi, e di trattamento delle scorie e delle ceneri (dal loro inglobamento in matrici cementizie a sistemi di sinterizzazione e/o vetrificazione) con l’obiettivo di ridurne la tossicità e rendere meno problematiche le successive fasi di smaltimento dei residui solidi.

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