Impianti di combustione a scarti di legno:
controllo tecnico-analitico delle emissioni
prodotte e raffronto con il quadro
normativo di settore
ESAME DEI RISULTATI
Piero Silvestri
A.R.P.A.V. Dipartimento Provinciale di Treviso
Servizio Territoriale – U.O. Vigilanza Ambientale
Treviso, 9 marzo 2012
1
Lavoro eseguito nell’arco di 3 stagioni termiche tra il 2009
e il 2011 (salvo 1 impianto controllato nel 2007)
Da U.O. Vigilanza Ambientale del DAP Treviso per il
campionamento e l’elaborazione dei dati - S.L. Prov.
ARPAV di Padova e S.L. Prov. ARPAV di Venezia - U.O.
Microinquinanti e Diossine per le determinazioni analitiche
(salvo analisi del 2007 di S.L. Prov. ARPAV di Treviso e
un’analisi IPA e PCDD/F eseguita da Co.INCA)
12 impianti a legno trattato - 5 a legno vergine
2
Caratteristiche degli impianti
Impianti A – L: unità termiche alimentate a sfridi di legno trattato
Impianti M – Q: unità termiche alimentate a sfridi di legno vergine
Altri impianti riportati a scopo di confronto in relazione ai gas di combustione
• Temperatura: 90÷160°C
• Velocità fumi: 3÷10 m/s
• Portata anidra: quasi mai
superiore a 10.000 Nm3/h
• Umidità: 4÷8% (20% per il
cippato di legno)
• O2 riferimento: 11%
3
 Presentazione dei risultati analitici
1. Gas di combustione (CO, NOX, SO2)
2. Polveri, PM10, Metalli
3. Composti del cloro e del fluoro (HCl, HF)
4. Microinquinanti organici (IPA – PCDD/PCDF)
Raffronto con i limiti di legge alle emissioni in atmosfera per
tipologia di combustibile
Illustrazione delle criticità riscontrate per singolo parametro
 Esame delle criticità riscontrate per tipologia di combustibile
 Considerazioni conclusive
4
 Presentazione dei risultati analitici
Premessa
La quasi totalità degli impianti regola in modo automatico le condizioni di combustione in
funzione della richiesta termica delle utenze collegate mediante sistemi di regolazione
automatica, basati sulla misurazione in continuo di temperatura e ossigeno in camera di
combustione e sulla temperatura di ritorno del fluido riscaldante
L’emissione derivante dagli impianti termici esaminati, per la maggior parte, non presenta un
andamento costante nel tempo in corrispondenza di periodi di maggiore o minore carico
dell’impianto
Nel calcolo dei valori medi per singolo parametro, secondo quanto riportato dal Reference
Document on the General Principles of Monitoring (luglio 2003), redatto dall’European I.P.P.C.
Bureau (scaricabile dal sito http://eippcb.jrc.es/reference/), è stato applicato il criterio secondo
il quale ai valori inferiori al limite di rilevabilità (LR) si assegna nei calcoli, un valore pari a
zero. Laddove nella sommatoria tutti i valori siano inferiori al rispettivo limite, si è considerata
la somma stessa inferiore al limite di rilevabilità più elevato; come riportato anche nel
documento citato, tale criterio tende a sottostimare il vero valore dell’emissione.
Il confronto dei dati medi ottenuti con i limiti di legge è stato visualizzato nei grafici in termini
percentuali attraverso il seguente calcolo:
Vi,x % = [(Ci,x – Clim)/Clim]*100
Vi,x % è la variazione rispetto al limite del parametro i per l’impianto x,
Ci,x è il valore medio misurato per il parametro i presso l’impianto x
5
Clim è il valore limite di emissione in funzione del combustibile utilizzato
 Presentazione dei risultati analitici
Premessa
?
Parte I, punto 1 dell’Allegato I alla Parte V del D.Lgs. 152/06 e s.m.i.: “… Per le sostanze per cui non
sono stabiliti valori di emissione nella parte III si applicano, anche per tali impianti, i valori di
emissione stabiliti nella parte II.”
6
 Presentazione dei risultati analitici
1. Gas di combustione (CO, NOX, SO2)
monossido di carbonio (CO)
anidride carbonica (CO2)
Ossigeno (O2)
2.500
20
18
2.000
16
1.500
12
10
1.000
8
CO2, O2 [% v/v]
CO [mg/Nm3]
14
6
500
4
2
0
0
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
7
 Presentazione dei risultati analitici
Monossido di carbonio (CO)
Valori percentuali di emissione in relazione al rispettivo limite per il parametro CO
Riferimenti normativi:
Impianti a legno trattato
All. 2 – Sub. 2, DM 05/02/1998
100 mg/Nm3 come valori
semiorari
impianti a legno vergine
Parte III dell’Allegato I alla Parte V
del D.Lgs. 152/2006 e s.m.i.
350 mg/Nm3
Tutti gli impianti a legno vergine oggetto di controllo hanno evidenziato il superamento del limite.
Relativamente agli impianti a sfridi di legno trattato, pur con un limite semiorario decisamente inferiore pari a
100 mg/Nm3 (All. 2 – Sub. 2 al DM 05/02/1998), il superamento del limite è stato accertato
“solamente” per 5 impianti sui 12 complessivamente controllati.
I valori medi di emissione da impianti a sfridi di legno trattato risultano in genere molto più bassi rispetto a
quelli registrati da impianti alimentati a legno vergine; trattandosi di un inquinante per il quale non è
comunque previsto uno specifico sistema di abbattimento, tale evidenza sembra attribuibile non tanto al tipo
di materiale alimentato, quanto al fatto che negli impianti a legno vergine non viene imposto dalla normativa
8
vigente, per impianti fino a 6 MW, il controllo in continuo del CO nei fumi di combustione.
 Presentazione dei risultati analitici
1. Gas di combustione (CO, NOX, SO2)
ossidi di zolfo (SO2)
Ossigeno (O2)
1.000
20
900
18
800
16
700
14
600
12
500
10
400
8
300
6
200
4
100
2
0
0
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
O2 [% v/v]
NOX, SO2 [mg/Nm3]
ossidi di azoto (NOx)
9
 Presentazione dei risultati analitici
Ossidi di azoto (NOX)
Valori percentuali di emissione in relazione al rispettivo limite per il parametro NO X
Riferimenti normativi:
Impianti a legno trattato
All. 2 – Sub. 1, punto 6 del DM
05/02/1998:
400 mg/Nm3 come valori orari
impianti a legno vergine
Parte III dell’Allegato I alla Parte V
del D.Lgs. 152/2006 e s.m.i.:
500 mg/Nm3
Un solo impianto a legno vergine ha evidenziato il superamento del limite. Al contrario per gli impianti a sfridi
di legno trattato il superamento del limite è stato accertato in modo quasi sistematico (10 impianti oltre il
limite, 1 al limite, 1 entro il limite).
I valori mediamente riscontrati in emissione per le due tipologie di combustibile concordano con quanto era
lecito attendersi tenuto conto dei meccanismi di formazione di tale inquinante e del contenuto in azoto dei
materiali bruciati. Pertanto appare in larga misura “fisiologico” il superamento del limite di 400 mg/Nm3 per gli
impianti a legno trattato, dal momento che risultano assenti specifici sistemi di abbattimento.
10
 Presentazione dei risultati analitici
Biossido di Zolfo (SO2)
Riferimenti normativi:
Diversamente dagli altri gas di combustione, il biossido di zolfo non
ha in nessun caso evidenziato problematiche dal punto di vista del
rispetto del limite di legge.
Trattandosi di un inquinante che si origina in relazione allo zolfo
presente nel combustibile, i dati dimostrano il modesto contenuto di
zolfo nei materiali legnosi bruciati, pur notandosi mediamente una
maggiore concentrazione in emissione negli impianti alimentati a
scarti legnosi derivanti da lavorazioni di pannelli aggregati.
ossidi di zolfo (SO2)
All. 2 – Sub. 2 del DM 05/02/1998:
200 mg/Nm3 come valori
semiorari
impianti a legno vergine
Ossigeno (O2)
1.000
20
900
18
800
16
700
14
600
12
500
10
400
8
300
6
200
4
100
2
0
Parte III dell’Allegato I alla Parte V
del D.Lgs. 152/2006 e s.m.i.:
200 mg/Nm3
O2 [% v/v]
NOX, SO2 [mg/Nm3]
ossidi di azoto (NOx)
Impianti a legno trattato
0
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
11
 Presentazione dei risultati analitici
2. Polveri, PM10, Metalli
Riferimenti normativi:
impianti a legno trattato
All. 2 – Sub. 2 del DM 05/02/1998
30 mg/Nm3 per polveri come valori
semiorari
0,05 mg/Nm3 per Cd+Tl
0,05 mg/Nm3 per Hg
0,5 mg/Nm3 per Σmetalli
(Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V+Sn)
Valori determinati sui diversi impianti per i parametri polveri totali e Σmetalli
10.000
Impianti a legno vergine
1.000
100
10
1
polveri tot
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
4,7 40,7 6,4 33 130 63 135 13 29,8 43,5 9,5 92 9,8 1968 110 649 17,3
Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V+Sn 220 710 98 480 110010301040
400 730 490 1470 57
8400 212
Parte III dell’Allegato I alla Parte V
del D.Lgs. 152/2006 e s.m.i.
100 mg/Nm3 per polveri
Per i metalli valgono i limiti per
classe riportati nella Parte II
dell’Allegato I (Tabella A1 e
Tabella B), ma nei grafici, per
semplicità, è stato calcolato lo
scostamento rispetto al limite
valido per gli impianti a legno
trattato
12
 Presentazione dei risultati analitici
2. Polveri, PM10, Metalli
Valori percentuali di emissione in relazione al rispettivo limite per i parametri polveri totali e Σmetalli
polveri totali
Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V+Sn
senza filtro a maniche finale
700
600
Anche in presenza di una
sottostazione filtrante a
maniche, i limiti alle emissioni
per le polveri sono stati più
volte superati; in generale si
nota che il valore di 30 mg/Nm3
viene rispettato solamente da 7
impianti sui 17 alimentati a
residui legnosi.
500
400
300
200
100
0
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
-100
I dati analitici raccolti evidenziano che il superamento del limite di legge per il parametro Σmetalli
(Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V+Sn) nella quasi totalità dei casi è stato accertato parallelamente al
superamento dei limiti per le polveri.
 discreta costanza del rapporto tra il quantitativo complessivamente emesso di metalli pesanti e il
13
rispettivo valore di polveri totali
 Presentazione dei risultati analitici
2. Polveri, PM10, Metalli
Rapporto percentuale tra concentrazione di
metalli (Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V+Sn)
e polveri totali
Valori determinati sui diversi impianti per i parametri polveri totali e Cd+Tl e Hg
10.000
1.000
Non vi è stata evidenza di
criticità legate all’emissione di
Cadmio, Tallio e Mercurio.
100
10
1
0
A
B
C
D
E
F
G
H
polveri tot
4,7
40,7
6,4
33
130
63
135
13
Cd+Tl
0,9
5,4
0,5
0,9
6,2
6
3,5
Hg
0,6
0,44
K
L
M
P
Q
29,8 43,5
I
J
9,5
92
9,8 1968 110
N
O
649
17,3
7,1
6
2,5
20
61
0,6
1,5
1,4
0,6
1,6
14
 Presentazione dei risultati analitici
Concentrazioni dei singoli metalli espresse in mg/Nm3 sui diversi impianti
Analisi QUANTITATIVA
Si osserva una netta prevalenza
di Piombo e Manganese,
affiancata da discreti quantitativi
di Rame, Cromo e, in misura più
variabile, Stagno.
In presenza di elevati valori di
polveri totali, talora il valore di
concentrazione dei singoli metalli
supera il valore ammesso per la
sommatoria
15
 Presentazione dei risultati analitici
Distribuzione percentuale dei singoli metalli sui diversi impianti
Necessari ulteriori dati
di conferma
Analisi QUALITATIVA
Escludendo alcuni casi anomali costituiti in particolare dalle lettere I e P, sembra evidenziarsi una certa
differenza nelle distribuzioni percentuali con una tendenziale maggiore presenza di Piombo negli impianti a
legno trattato rispetto a quanto registrato negli impianti a legno vergine (M e Q), dove invece prevale il
Manganese.
16
 Presentazione dei risultati analitici
2. Polveri, PM10, Metalli
polveri tot [mg/Nm3]
PM10 [mg/Nm3]
PM10/TOT [%]
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
A
B
C
D
E
F
G
H
J
K
M
P
Q
Escludendo gli impianti A e H, dove è evidente una non confrontabilità dei dati in
parte presumibilmente accentuata dai bassi valori assoluti di polveri emesse,
nella media degli impianti la percentuale di polveri costituita dalla frazione PM10
è dell’ordine del 65% senza particolare differenziazione tra legno trattato e
legno vergine.
17
 Presentazione dei risultati analitici
3. Composti del cloro e del fluoro (HCl, HF)
50
45
40
35
3
[mg/Nm ]
30
Su quasi tutti gli impianti si riscontrano valori apprezzabili di
HCl con un valore medio che ben si differenzia tra impianti
alimentati a legno trattato e a legno vergine, a riscontro della
maggiore presenza di contaminazioni associabili a
impurezze contenenti composti clorurati nel combustibile
derivante da legno trattato.
25
20
15
10
5
0
HCl
A
B
C
E
F
G
H
I
J
K
L
M
P
Q
14,2
18,9
18,4
16
4,6
13,4
35,9
0
28,4
44,2
3,4
1,1
0
9,2
0
0,6
0
HF
Valori percentuali di emissione in relazione al rispettivo limite
per il parametro HCl
0,5
Riferimenti normativi:
Impianti a
legno trattato
All. 2 – Sub. 2 del DM 05/02/1998:
60 mg/Nm3 per HCl come valori
semiorari
impianti a
legno vergine
Parte II dell’Allegato I (Tabella C,
classe III):
30 mg/Nm3 per HCl (f.m. 300 g/h)
Per i composti del cloro il limite imposto è sempre
stato rispettato. In soli due casi sono stati registrati
valori superiori al limite di rilevabilità per i composti
del fluoro che, pertanto, nelle unità termiche 18
controllate non rappresenta fonte di criticità.
 Presentazione dei risultati analitici
4. Microinquinanti organici (IPA – PCDD/PCDF)
100
10
1
0,1
0,01
0,001
A
I.P.A. [microg/Nm3]
10,0
PCDD/F [ng/Nm3]
7,64
B
E
F
G
J
K
1,0
0,040
0,018
1,01
0,11
M
P
0,008
4,0
0,011
4,26
Q
0,280
0,019
0,005
49,1
3,41
0,0024
2,25
0,0073
19
 Presentazione dei risultati analitici
4. Microinquinanti organici (IPA – PCDD/PCDF)
Riferimenti normativi:
impianti termici alimentati a
legno trattato
All. 2 – Sub. 1, Punto 6 del DM 05/02/1998
0,1 ng/Nm3 per i PCDD/F come conc. tossica equiv.
0,01 mg/Nm3 per gli IPA
come valori medi rilevati su un periodo di
campionamento di 8 ore
La Parte III dell’Allegato I alla Parte V del D.Lgs.
152/2006 e s.m.i. non prevede alcun limite specifico;
impianti termici alimentati a
legno vergine
per PCDD/F e IPA è pertanto necessario fare
riferimento alle indicazioni per classi di composti di cui
alla Parte II dell’Allegato I ovvero
0,01 mg/Nm3 per PCDD/F con soglia di rilevanza di
0,02 g/h (Tabella A2, classe I)
0,1 mg/Nm3 per IPA con soglia di rilevanza di 0,5 g/h
(Tabella A1, classe I)
PCDD/F: per le due categorie di impianti ci sono limiti di
emissione differenti per diversi ordini di grandezza
Utilizzato quale riferimento il valore di 0,1 ng/Nm3 come
concentrazione tossica equivalente per tutti gli impianti considerati
20
 Presentazione dei risultati analitici
4. Microinquinanti organici (IPA – PCDD/PCDF)
Valori percentuali di emissione in relazione al rispettivo limite per i parametri PCDD/PCDF e IPA
2.300
PCDD/PCDF
IPA
1.800
1.300
800
300
-200
IPA
A
B
E
F
G
J
K
M
P
Q
In una sola unità a legno trattato (A) viene raggiunto il limite. Il valore di concentrazione di 0,01 mg/Nm3
appare difficilmente raggiungibile anche in impianti in cui altri parametri attestano condizioni di
combustioni non ottimali
PCDD/F
Notevole variabilità dei valori di concentrazione. Prendendo a riferimento la soglia di 0,1 ng/Nm3
sono ben 6 gli impianti che superano o raggiungono all’emissione tale valore (5 a legno trattato,
1 a legno vergine) facendo osservare con una certa frequenza concentrazioni decine di volte
21
superiori
 Presentazione dei risultati analitici
4. Microinquinanti organici (IPA – PCDD/PCDF)
C’è correlazione tra microinquinanti organici, particolato e composti del cloro?
Correlazione PCDD/PCDF e polveri totali
70
60
50
40
30
20
10
Correlazione IPA e polveri totali
0
A
B
E
F
G
J
K
M
14,2
18,9
16
4,6
13,4
28,4
44,2
1,1
polveri [mg/Nm3]
4,7
40,7
130
63
135
43,5
9,5
9,8
649
I.P.A. [microg/Nm3]
10,0
1,0
0,040
0,008
4,0
0,280
0,019
0,005
49,1
PCDD/F [ng/Nm3]
7,64
1,01
0,11
0,011
4,26
3,41
0,0024
2,25
0,0073
HCl [mg/Nm3]
0,018
Correlazione PCDD/PCDF e HCl
P
Q
9,2
17,3
Correlazione PCDD/PCDF e Cu
0,7
0,6
Cu [mg/Nm3]
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
1
2
3
4
5
PCDD/PCDF [ng/Nm3]
6
7
8
9
Nessuna correlazione
significativa nei valori
22
registrati a camino
 Presentazione dei risultati analitici
4. Microinquinanti organici (IPA – PCDD/PCDF)
Elevate concentrazioni ma in
termini di flusso di massa?
Stima dei flussi di massa relativi a diossine e furani
(concentrazioni non riferite all’11%)
Le unità termiche analizzate sono
caratterizzate da portate modeste e
da un funzionamento limitato alla
sola stagione invernale.
Ipotesi - funzionamento medio
impianti pari a:
 12 ore/giorno
 100 gg/anno
Laddove è stato riscontrato il superamento del limite, gli impianti termici analizzati
risultano potenzialmente emettere nell’ambiente quantitativi annui di diossine e furani
non trascurabili
23
 Esame delle criticità riscontrate
Impianti termici a legno vergine
 i riscontri analitici rendono evidente che l’installazione del solo sistema di
alimentazione in automatico del combustibile non consente di assicurare il
rispetto del limite imposto per il monossido di carbonio
 evidenziato che solo una unità termica era superiore ai 3 MW, sembrerebbe
auspicabile che anche al di sotto di tale soglia gli impianti siano dotati di
sistemi di controllo e ottimizzazione della combustione attraverso la misura in
continuo quantomeno di temperatura e ossigeno e regolazione automatica del
rapporto aria combustibile
 è stato dimostrato che l’adozione di sistemi di abbattimento delle polveri
basati esclusivamente sull’utilizzo di cicloni e/o multicicloni non garantisce il
rispetto dei limiti imposti dalla normativa (100 mg/Nm3)
24
 Esame delle criticità riscontrate
Impianti termici a legno trattato
 in relazione agli ossidi di azoto, i riscontri analitici evidenziano che i valori
alle emissioni sono allineati a quanto atteso sulla base del contenuto in azoto
dei materiali bruciati; pertanto appare in larga misura “fisiologico” il
superamento del limite di 400 mg/Nm3 dal momento che gli impianti risultano
normalmente privi di specifici sistemi di abbattimento
 sembra opportuno che, anche al di sotto della soglia di 6 MW, si valuti
l’eventuale l’integrazione dei sistemi di trattamento fumi con una specifica
sezione di abbattimento e l’adozione di sistemi di misura in continuo degli
ossidi di azoto
 in relazione ai metalli, premesso che sono stati registrati alcuni casi
anomali, sembra evidenziarsi una tendenziale maggiore presenza di Piombo
negli impianti a legno trattato rispetto a quanto registrato negli impianti a legno
vergine dove invece prevale il Manganese
 5 su 7 impianti complessivamente controllati hanno fatto registrare il
superamento o il raggiungimento del limite imposto per il parametro PCDD/F
25
(0,1 ng/Nm3 come I-TE)
 Considerazioni conclusive
 Appare fonte di particolare criticità la discontinuità di utilizzo degli
impianti termici che rende difficoltosa l’ottimizzazione delle condizioni di
combustione in relazione agli inquinanti emessi in tutte le diverse fasi di
utilizzo.
 Necessaria una corretta fase progettuale evitando
sovradimensionamenti che costringono gli impianti a lunghi periodi di
“mantenimento”.
 Gli elevati valori in emissione di PCDD/PCDF rilevati ed i rispettivi flussi
di massa costituiscono una evidente fonte di preoccupazione.
 Non c’è riscontro di alcuna correlazione significativa tra i valori dei
microinquinanti organici e la concentrazione a camino di altri inquinanti
presenti nei fumi emessi.
 Sono presumibilmente le condizioni di combustione in termini di
temperature, modalità di adduzione del comburente, tempi di residenza,
ecc., a influire in modo decisivo sulle concentrazioni a camino.
26
 Considerazioni conclusive
 Le verifiche tecniche documentali hanno evidenziato in generale la
necessità di rendere più sistematiche le attività manutentive sia del corpo
caldaia, che del sistema di abbattimento e di misurazione in continuo dei
fumi.
 L’impianto termico deve essere considerato parte integrante del
processo produttivo e correttamente gestito. In alternativa appare
ragionevole pensare di spostare l’operazione di recupero energetico da
sfridi di legno su impianti di maggior taglia che presentino una operatività
più continua e sistemi di monitoraggio, controllo e contenimento degli
inquinanti in grado di fornire maggiori garanzie in termini di tutela
ambientale.
27
Riferimenti:
 www.arpa.veneto.it
 http://ecologia.provincia.treviso.it
A.R.P.A.V. Dipartimento Prov. di Treviso – Servizio Territoriale
Via Santa Barbara 5/a – 31100 Treviso
Tel. 0422.558502 – Fax 0422.558501
 Resp. Dr. Giuseppe Daniel
[email protected]
U.O. Vigilanza Ambientale
 Resp. Dr. Tiziano Vendrame
[email protected]
Gruppo emissioni in atmosfera
 Piero Silvestri
 Ivano Furlan
 Paolo Ronchin
 Stefano Simionato
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
28
GRAZIE DELL’ATTENZIONE
29