Tecnologie di monitoraggio delle Emissioni
EMISSIONI GASSOSE DA DISCARICHE
INCONTRO DI AGGIORNAMENTO
Ordine dei Chimici delle Marche
Consorzio Obbligatorio Smaltimento Rifiuti
Tolentino
LabService Analytica srl
Anzola Emilia - BO
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
Perché misurare il biogas
D Lgs 36/2003
misure in situ o ex situ
tutela ambiente
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
Perdite di metano
misure in situ
recuperare metano
D Lgs 36/2003
misure in situ o ex situ
Misure statiche ex situ
Opportuna strategia e metodi
di campionamento
tutela ambiente
Analisi in laboratori attrezzati
Analisi completa del gas quali/quantitativa
GC con apposito detector
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
Risultati mediati nel tempo e nello spazio
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
Principali strumentazioni
Strumentazione
per la sicurezza
personale
Analizzatori fissi e
portatili per le
emissioni
convogliate
SENSORI
ELETTROCHIMICI
SENSORI A
INFRAROSSI
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
Strumenti analitici
ad elevata
sensibilità per la
presenza di
emissioni fuggitive
DETECTOR
FID
Applicazioni particolari
Stazione fissa con
analizzatore
portatile inserito
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
Camera di flusso integrata
con FID per emissioni
diffuse
Strumentazione per il
monitoraggio
in continuo con
trasmissione wireless
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
In casi particolari, quando il
rischio potenziale è elevato, è
consigliabile un monitoraggio in
continuo dei parametri (%CH4,
%CO2, pressione barometrica e
relativa). Nella foto il sistema
GAS-Clam che è in grado di
registrare su scheda i parametri
raccolti con intervalli frequenti
(es. 1 ora) per alcune settimane
consentendo una analisi corretta
del rischio.
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
FID
Detector a Ionizzazione di fiamma
•
•
•
•
Molto sensibile (0-20000ppm)
Non adatto per le alte concentrazioni
Difficilmente a sicurezza intrinseca
Necessita di idrogeno
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
FID Ionizzazione di fiamma
•
La sorgente degli ioni è data dall‘idrogeno
introdotto nella fiamma.
•
La fiamma risultante dalla combustione di
idrogeno in aria pirolizza i composti organici
producendo cationi ed elettroni.
•
Due elettrodi sono disposti lungo il percorso
della fiamma, il primo, caricato positivamente,
è posto all'uscita del bruciatore l'altro, caricato
negativamente, è posizionato lungo la fiamma.
•
I cationi prodotti vengono attratti
dall'elettrodo negativo ricco di elettroni. Nel
momento dell'incontro del catione con
l'elettrodo negativo, questi gli cede gli
elettroni mancanti generando una debole
corrente tra i due elettrodi.
•
La corrente viene rilevata tramite un sensibile
amperometro e quindi visualizzata su di un
display.
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
http://www.geotechuk.com/products/landfill-and-biogas/portable-gas-analysers/ga5000.aspx
Key features
•Measures
Accurato
% CH4 CO2 and O2
and CO2 accuracy
•CH4Ampio
range+/-0.5%
di after calibration
Modular and upgradeable
sensibilità (0-100%)
On board context-sensitive help
IECEx,èMCERTS,
CSA and
UKAS calibration
•ATEX,Non
sensibile
alla
(ISO17025)
certified
presenza
degli altri
Additional Gas Analyser Manager software for data
costituenti del biogas
download available
including
ATEXincertified
•Optional
Puòaccessories
lavorare
anche
anemometer
assenza di ossigeno
Choices of borehole gas flow measurement; GPS /
•fieldLe
proporzioni variabili di
navigator
Optional
gases (H
CH4 additional
e CO2 non
inficiano
2S up to 10000ppm and
H2 l’accuratezza
compensate)
della misura
https://www.youtube.com/watch?v=pPZbjcUR_bk
(video)
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
Biogas 5000
Misurazione di:
Metano
Anidride carbonica
Ossigeno
Pressione differenziale
Acido solfidrico
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
STRUMENTAZIONE
Detector a Fotoionizzazione (P.I.D.)
Selettività: risponde alle molecole con potenziale di ionizzazione
inferiore al potenziale della lampada di fotoionizzazione (10,6 eV), non è
sensibile al metano.
 Sensibilità: rileva fino a 1 ppb
 Detector di flusso, non distruttivo.
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
STRUMENTAZIONE
Celle elettrochimiche
E’ necessario almeno un 12% di ossigeno
I sensori sono facilmente “avvelenabili” dagli altri costituenti del biogas
Selettività: risponde a molecole specifiche, CO, H2S,O2, NH3.
 Sensibilità: rileva fino ai ppm.
 Detector di flusso, non distruttivo.
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
Misure dinamiche
Perdite di metano
misure in situ
Opportuna strategia di
campionamento
recuperare metano
Analisi continua in situ on line
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
Emissioni diffuse
Misura diretta delle
emissioni diffuse su media di
zone omogenee (LFTGN07)
Utilizzo di camere di flusso con diverse forme e caratteristiche
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
Rilievo di metano in piccole concentrazioni
(almeno 10 ppm). La guida LFNG07 prescrive
specificatamente un analizzatore FID (Flame
Ionization Detector).
Misura diretta delle
emissioni diffuse su media di
zone omogenee (LFTGN07)
Un analizzatore a raggi infrarossi (IR) è adeguato solo per
concentrazioni superiori a 1.000 ppm (0,1% vol)
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
FLUX BOX come tecnica di campionamento nel
monitoraggio delle emissioni diffuse
Utilizzata
nelle
scienze
geologiche per misurare il flusso
di CO2 dal suolo e quindi il tasso
di respirazione fin dagli inizi degli
anni 70 (Witkamp, 1969; Kucera
and Kirkham, 1971; Kanemasu et
al., 1974;
Parkinson, 1981)
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
Contiene anche le istruzione per
realizzare una flux box, requisiti
dell’analizzatore e tutte le procedure per
calcolare il flusso
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
La flux box, accoppiata al detector
Fid, permette di calcolare il flusso di
esalazione del gas metano nel punto
di
monitoraggio
prescelto.
La
concentrazione aumenta nel tempo
fino a stabilizzarsi a causa della
saturazione nel volume confinato
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
MISURA DEL FLUSSO DI BIOGAS
In
F.I.D.
Aria zero
Out
PC
BIOGAS
MISURA DEL FLUSSO DI BIOGAS
In
F.I.D.
Aria zero
Out
PC
BIOGAS
dC/dt parametro
sperimentale
calcolato
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
Esempio di calcolo del flusso
Detector: Gastech (FID)
dC/dt = 0,5551 mg/m3 sec
 Sonda: HV50 (V=50l, A=1230 cm2)
R2 = 0,99649
 Intervallo di lettura: 5 sec
Q = 0,222 mg/m2 sec
 Tempo di analisi 5 min
180
160
Conc. (mg/m3)
140
120
100
80
60
40
20
0
0
60
120
180
Tempo (sec)
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
240
300
ESEMPIO DI MISURA CON FLUX BOX
dc/dt= 2,742mg.m-3s-1
dc/dt=2,784 mg.m-3s-1
dc/dt= 2,837mg.m-3s-1
Campagna
Data misura
Condizioni
meteorologiche giorni
antecedenti
Condizioni
meteorologiche
giorno misura
Temperatura
I
17/05/2011
Sereno
Nuvolo senza
precipitazioni
18°C
II
13/06/2011
Deboli precipitazioni
Sereno
23°C
III
13/07/2011
Sereno
Sereno
24°C
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
I campagna di misure
II campagna di misure
III campagna di misure
flusso
ZE (dc/dt)
(mg.m-2.s- (dc/dt)
flusso
(dc/dt)
flusso
D
( mg.m-3s-1) 1)
( mg.m-3s-1) (mg.m-2.s-1) ( mg.m-3s-1) (mg.m-2.s-1)
101
0
0
0
0
0
0
102
0
0
0
0
0
0
103
0,382
0,116
0,716
0,217
0,37
0,111
fuori scala
fuori scala
fuori scala
104
strumentazione
strumentazione
strumentazione
fuori scala
fuori scala
fuori scala
105
strumentazione
strumentazione
strumentazione
106
0
0
0
0
0
0
107
0
0
0,065
0,02
0
0
108
1,05
0,318
0,716
0,216
1,337
0,404
109
1,064
0,322
1,289
0,39
1,091
0,33
110
0
0
0
0
0
0
fuori scala
fuori scala
fuori scala
111
strumentazione
strumentazione
strumentazione
112
3,33
1,01
1,595
0,483
3,233
0,977
113
0
0
0
0
0
0
114
0
0
0
0
0
0
fuori scala
fuori scala
fuori scala
115
strumentazione
strumentazione
strumentazione
116
0
0
0
0
0
0
117
1,279
0,383
1,318
0,418
1,211
0,366
118
0
0
0
0
0
0
119
0
0
0
0
0
0
120
0
0
0
0
0
0
121
0
0
0
0
0
0
122
2,742
0,83
2,784
0,842
2,837
0,858
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
CONC(ppm)
CONC (mg/m3)
0
500
358,04
15
900
644,46
30
1000
716,08
45
1500
1074,11
60
1800
1288,93
75
2000
1432,14
90
2000
1432,14
105
3000
2148,22
120
3000
2148,22
135
4000
2864,29
135
4000
2864,29
150
4000
2864,29
165
5000
3580,36
180
5000
3580,36
195
5000
3580,36
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014
ZED 113 : rateo di variazione di
conc CH4
conc (mg/m3)
ZED 113
T (s)
y = 18.195x + 218.91
R² = 0.9685
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Series1
Linear (Series1)
0
50
100
150
t (s)
200
250
conclusioni
Strategia di campionamento
Scelta della giusta strumentazione
Controllo ambientale
Recupero di metano
Prof. Mario Berrettoni
Tolentino: 17 ottobre 2014