Sistemi di trattamento delle emissioni di polveri e Composti Organici

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Seminario sulle emissioni in atmosfera
nella provincia di Pordenone
16 Ottobre 2012
Sistemi di trattamento delle
emissioni di polveri e Composti
Organici Volatili.
Aspetti tecnici ed impiantistici
Eleonora Aneggi
Dipartimento di Chimica, Fisica e Ambiente
Università di Udine
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IMPATTO AMBIENTALE SETTORE LEGNO
Gli aspetti ambientali maggiormente significativi per il comparto della
lavorazione del legno sono:
rifiuti
rumore
emissione in atmosfera di sostanze impattanti a livello ambientale e
pericolose per la salute dei lavoratori:
polveri di legno
composti organici volatili
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LE POLVERI DI LEGNO
LE POLVERI
La polvere è una sospensione di fini particelle solide nei gas.
Le polveri, secondo la loro composizione chimica, dimensione e
forma, e in particolare secondo la loro concentrazione e la durata
dell’esposizione, hanno effetti diversi sull’uomo. Per valutare se la
polvere inalata con l’aria o depositata sulla pelle rappresenta un
pericolo per la salute occorre tenere in considerazione i seguenti
fattori:
Qual è il livello di concentrazione della polvere?
Qual è la dimensione e la forma delle particelle?
Qual è la composizione della polvere?
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EFFETTI DELLA POLVERE
EFFETTI
POSSIBILI RISCHI DI
MALATTIE
• Polveri fibrogene
• Malattie polmonari collegate alle
polveri
• Polveri tossiche
• Intossicazione
• Polveri irritanti
• Irritazione e infiammazione della
pelle e delle mucose, danno
cellulare, bronchiti
• Polveri allergeniche
• Allergie, asma
• Polveri cancerogene
• Cancro
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DIMENSIONI DELLE POLVERI
Frazione inalabile - la frazione in massa delle particelle aerodisperse totali
che viene inalata attraverso naso e bocca. Ci si riferisce a particelle con
diametro aerodinamico compreso nel range 0 - 100 µm.
Frazione toracica - coincide con la frazione in massa delle particelle
inalate che penetra oltre la laringe, è anche detta tracheo-bronchiale e non
raggiunge la zona alveolare; la frazione toracica si riferisce a particelle con
diametro aerodinamico tra i 10 ed i 30 µm; con valore mediano fissato a
11,64 µm.
Frazione respirabile - la frazione in massa delle particelle inalate che
penetra nelle vie respiratorie non ciliate (zona alveolare), costituita da
particelle con diametro aerodinamico inferiore a 5 µm con valore di mediana
fissato a 4,25 µm.
La frazione toracica e quella respirabile sono contenute nella frazione
inalabile.
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ESPOSIZIONE A POLVERI DI LEGNO
Le polveri di legno si generano durante le lavorazioni meccaniche del
legno (taglio, asportazione trucioli, piallatura, levigatura, ecc.).
La composizione della complessa mistura di polveri che si genera in tali
processi dipende da:
diverse tipologie di legnami utilizzati;
utensile usato.
A seconda del trattamento subito dal legno prima della lavorazione, la
polvere può contenere:
additivi,
conservanti,
collanti.
Le polveri, permanendo nell’ambiente di lavoro, inquinano l’aria dei
locali e rappresentano un rischio professionale per i lavoratori che le
respirano.
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QUANTITA’ E DIMENSIONE PARTICELLE
La quantità e la dimensione delle particelle variano
considerevolmente a seconda di:
tipo di lavorazione,
differenze nei processi di trattamento del legno (metodo di
taglio, velocità degli strumenti rotanti, larghezza e affilatura delle
lame, sabbiatura),
tipo di legno (verde o stagionato, pannelli, estratti),
ventilazione,
sistemi aspiranti.
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EFFETTI SULLA SALUTE
Disturbi della pelle legati ad irritazione o a sensibilizzazione delle parti esposte,
soprattutto delle mani
Effetti irritativi a livello dell’apparato respiratorio (naso, faringe, laringe e bronchi)
Asma bronchiale
Bronchite cronica ostruttiva o enfisematosa
Alveoliti allergiche estrinseche (da contaminazione di muffe del legname)
ODTS (sindrome Tossica da Polveri Organiche)
Carcinoma del naso e della cavità nasale
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LEGNI TENERI E DURI
I legni teneri appartengono al gruppo delle conifere.
I legni duri appartengono al gruppo delle latifoglie.
Solamente le polveri derivanti da legni ″duri ″ sono considerate cancerogene
Legni duri
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Acero
Ontano
Betulla
Carpino
Castagno
Faggio
Frassino
Noce
Platano
Pioppo
Ciliegio
Quercia
Salice
Tiglio
Olmo
Legni duri tropicali
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Palissandro
Ebano
Mogano
Balsa
Tek
Legni teneri
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Abete
Cedro
Cipresso
Larice
Abete rosso
Pino
Sequoia
Tuia
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LE POLVERI DI LEGNO DURO
Già dall’anno 1987 la IARC (International Agency for Research on
Cancer) ha classificato alcune lavorazioni di legno come cancerogene
per l’uomo o possibili cancerogene.
Il D.lgs. 81/2008 fissa un valore limite per le esposizioni a polveri di
legno duro di 5 mg/m3 (frazione inalabile) misurato o calcolato per un
periodo di riferimento di 8 ore.
I legni duri sono considerati più pericolosi per la salute rispetto ai legni
dolci perché, durante la lavorazione, generano particelle più fini di
polvere, aventi un diametro inferiore ai 30 µm e spesso inferiore ai 10
µm.
Particelle di tali dimensioni possono penetrare nell’albero respiratorio e
depositarsi nella zona alveolare.
Le polveri prodotte da legni teneri sono costituite da particelle più
grossolane che hanno maggiore difficoltà a penetrare in profondità.
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COME INTERVENIRE
La principale misura di prevenzione nel caso di attività lavorative in cui
vengono impiegate sostanze cancerogene è la loro sostituzione con
altre sostanze che non lo siano o l’adozione di cicli chiusi.
Nel caso della lavorazione del legno, non essendo possibile l’adozione
di queste misure, la produzione di polveri dovrà essere mantenuta al
livello più basso possibile (limite di legge di 5mg/m3).
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DOVE SI TROVANO LE POLVERI
Le polveri non si trovano solo nelle lavorazioni, ma anche e soprattutto
nelle operazioni non direttamente produttive:
Pulizie dei locali e delle macchine
Pulizia dei depuratori e la sostituzione dei filtri
Svuotamento dei contenitori o dei depositi della polvere
Spolvero dei pezzi in lavorazione
Spolvero degli indumenti da lavoro
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MISURE DI PREVENZIONE
Limitazione del numero degli esposti (separazione delle lavorazioni).
Aspirazione alla fonte senza ricircolo (tutte le macchine e le
attrezzature che possono produrre polvere e trucioli di legno,
comprese quelle per lavorazioni manuali, devono essere collegate
all’impianto di aspirazione localizzata).
Il sistema di aspirazione localizzata deve avere una adeguata
capacità di captazione
Regolare e sistematica pulizia dei locali, delle attrezzature e degli
impianti.
Le lavorazioni che producono più polveri dovrebbero essere poste:
lontane dalle vie di transito;
in aree facilmente raggiungibili dalle attrezzature di pulizia,
lontano da correnti d’aria.
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SEPARAZIONE DELLE LAVORAZIONI
Separare in locali diversi le operazioni che emettono polveri di legno
da quelle che non ne emettono, allo scopo di limitare il numero delle
persone esposte
AUMENTO QUANTITA’ DI POLVERE PRODOTTA
Verniciatura
Assemblaggio
Magazzinaggio
Montaggio
Taglio
Piallatura
Fresatura
Foratura
Tornitura
Sgrossatura
Levigatura
Carteggiatura
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IMPIANTI DI ASPIRAZIONE
E’ importante catturare le polveri al momento dell’emissione per mezzo
di impianti di aspirazione localizzata
L’impianto di aspirazione è costituito dai seguenti elementi:
dispositivi di captazione (cappe)
condotte di trasporto delle particelle (tubazioni)
ventilatore
sistema di depurazione dell’aria (separatore)
espulsione dell’aria
dispositivi di introduzione dell’aria di compensazione
Nelle fasi di progettazione, di realizzazione e di gestione è necessario
tenere presenti i requisiti di efficienza/efficacia di ciascun elemento.
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ESEMPIO DI IMPIANTO
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DISPOSITIVI DI CAPTAZIONE
L’aspirazione per captazione localizzata consiste nel catturare le polveri
vicino alla sorgente di emissione, prima che esse possano diffondersi
nell’aria ed essere respirate.
I macchinari devono essere provvisti di idonei dispositivi di captazione,
collocati in prossimità dei punti di emissione delle polveri e dei trucioli e
collegati all’impianto generale di aspirazione.
Toupie con dispositivi di aspirazione localizzata
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CARATTERISTICHE
I dispositivi di captazione dovranno rispondere ai seguenti requisiti:
avvolgere al massimo la zona di produzione delle particelle
avvicinare il più possibile la sezione aspirante della cappa alla sorgente inquinante.
Dovranno inoltre rispondere ai seguenti criteri:
sfruttare la traiettoria di proiezione delle particelle generate dagli utensili;
evitare che la zona respiratoria del lavoratore si trovi sulla traiettoria dell’aria inquinata.
indurre una velocità dell’aria sufficiente in tutti i punti della zona d’emissione
SVANTAGGI
realizzazione complessa
ingombro e rigidità nel lay-out
manutenzione periodica degli impianti di abbattimento
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ESEMPI DI DISPOSITIVI DI CAPTAZIONE
Tavolo aspirante
Cabina con aspirazione
Levigatrice a nastro
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BANCHI ASPIRATI
Per alcune lavorazioni si sono osservate nette riduzioni delle
concentrazioni attraverso l’uso di banchi aspirati, che presentano buone
caratteristiche di praticità e semplicità, sia di installazione che di
gestione.
L’utilizzo del banco aspirato può portare a concentrazioni di polvere di
legno inferiori fino a 10 volte.
L’efficacia del banco aspirato è tuttavia da valutare con attenzione in
considerazione della tipologia dei manufatti, che possono più o meno
ostacolare i flussi di aria e conseguentemente l’efficienza
dell’abbattimento.
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RETE DI TRASPORTO
La velocità dell’aria nelle condotte deve evitare il deposito delle particelle nella rete
di trasporto (velocità consigliate: 20 m/s per materiale essiccato e 28 m/s per il
materiale umido).
I gomiti e i raccordi devono essere opportunamente dimensionati.
Evitare l’utilizzo di tubature corrugate per possibili depositi e perdite di carico
Le tubazioni devono essere in materiale elettroconduttore e collegate a terra per
evitare l’accumulo di cariche elettrostatiche
Ventilatori collocati a valle del depuratore in modo da funzionare con aria depurata
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SEPARATORI
Separatori per forza centrifuga (cicloni)
Separatori filtranti (filtri a manica o a cartucce filtranti)
Separatori combinati
I separatori devono essere facilmente accessibili e
ispezionabili per consentire pulizia e manutenzione
Gli impianti di filtrazione devono essere collocati
all’esterno (per prevenire incendi e mantenere la
salubrità dell’aria).
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CICLONI
I cicloni sono separati che
agiscono per forza centrifuga.
La corrente è depurata dal
materiale più grossolano, ma
rimane
contaminata
dal
particolato di dimensioni minori
che non riesce a sfuggire alla
forza di trascinamento dell’aria.
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FILTRAZIONE TESSILE
E’ un processo di abbattimento del particolato solido che si realizza
facendo passare il flusso d’aria contaminato attraverso dei filtri
costituiti da fibre tessili di varia natura.
Filtri a manica o a cartuccia
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FILTRI A MANICA
I filtri a manica sono caratterizzati da
alta efficienza
azione di depurazione indipendente dalla composizione chimica del
particolato.
Limitazioni al loro impiego:
formazione di incrostazioni che vanno ad ostruire il passaggio dell’aria
e quindi la filtrazione.
Dispositivi di abbattimento (metodi utilizzati per rimuovere il deposito di
polveri sugli elementi filtranti):
i filtri con pulizia a scuotimento
i filtri con pulizia ad inversione di flusso
i filtri con pulizia a getto d’aria compressa.
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FUNZIONAMENTO
l’aria contaminata viene convogliata nella parte
inferiore dell’impianto
il particolato di maggiori dimensioni viene rimosso
tramite un deflettore che fa depositare per inerzia il
materiale più grossolano nella tramoggia
l’aria risale passando attraverso una piastra forata
dalla quale si dipartono verticalmente delle sacche
tubolari filtranti e fuoriesce lateralmente attraverso
le pareti del filtro
l’aria viene fatta fuoriuscire dall’impianto tramite un
apposito condotto
il particolato viene raccolto sulla superficie interna
delle maniche dove si deposita.
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EFFICIENZA
Efficienza molto alta (è variabile nel tempo a causa della stessa
natura del filtro).
Alto rendimento perché nell’abbattimento entrano in gioco vari fattori:
azione di setaccio data dalla presenza delle fibre,
effetto di sbarramento,
interazione di natura elettrostatica,
effetto di inerzia dovuto alla deviazione ed al rallentamento del flusso
d’aria.
La deposizione delle polveri sul materiale filtrante favorisce l’ulteriore
cattura di altro particolato aerodisperso perché aumenta l’azione del
vaglio (più il filtro è sporco, più aumenta l’efficienza di abbattimento).
Pulizia periodica per limitare le cadute di pressione
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FILTRI A CARTUCCIA
Al posto dei filtri a maniche, nel caso in cui non vi sia la necessaria disponibilità
di spazio, possono essere installati i filtri a cartucce.
Il dispositivo filtrante è costituito da un cilindro di tessuto pieghettato che a parità
di volume occupato permette di realizzare una superficie filtrante 10 volte
maggiore di un normale filtro a maniche. Analogamente alle maniche anche le
cartucce possono essere pulite mediante aria compressa.
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VENTILATORI
Dispositivo che crea la depressione necessaria all’interno
dell’impianto consentendo il movimento dell’aria all’interno delle
tubazioni.
E’ opportuno che i ventilatori siano posti a valle del depuratore in
modo da funzionare con aria depurata.
Vanno posti all’esterno per evitare rumore e vibrazioni
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ESPULSIONE E RICIRCOLO
Il ricircolo non è più consentito in quanto si tratta di inquinanti
cancerogeni.
E’ necessario provvedere all’espulsione attraverso camini che
escludano la possibilità che l’emissione possa rientrare nell’ambiente di
lavoro (altezza del camino circa 30% in più dell’altezza dell’edificio).
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ARIA DI COMPENSAZIONE
E’ necessario compensare le estrazioni d’aria con l’introduzione di
un’equivalente quantità d’aria di compensazione per:
assicurare l’efficacia dell’aspirazione localizzata
eliminare le correnti d’aria perturbatrici dovute alle aperture esistenti
l’aria di compensazione deve essere presa in una zona dove non c’è
rischio di interferenza con espulsioni di aria inquinata
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STOCCAGGIO E SMALTIMENTO
Lo stoccaggio va realizzato in silos, cassoni o sacchi posti
esternamente all’ambiente di lavoro.
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PROGETTAZIONE IMPIANTO ASPIRAZIONE
Per calcolare le portate necessarie ad un corretto funzionamento
dell’impianto è necessario considerare:
numero e geometria dei punti da aspirare,
velocità di trasporto necessaria,
velocità di captazione (parametro fondamentale per evitare che le particelle
possano disperdersi nell’ambiente).
Prevedere la presenza di serrande di parzializzazione (serrande
pneumatiche o manuali) per interrompere l’aspirazione sulle macchine
non in funzione.
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GESTIONE IMPIANTO ASPIRAZIONE
Monitorare costantemente l’efficienza dell’impianto mediante opportuni
misuratori di pressione statica.
Verifica periodica della pulizia dei condotti e delle tubazioni flessibili (per
evitare depositi di particolato nelle condotte di aspirazione)
Verifica dell’integrità dei condotti flessibili usualmente utilizzati per le
macchine in movimento in quanto soggetti a taglio per usura.
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ALTRE MISURE DI PREVENZIONE
Asportare in modo sistematico la polvere sfuggita ai sistemi
d’aspirazione in modo tale che non venga risollevata.
Evitare il ricorso a sistemi ad aria compressa per la pulizia dei pezzi.
Utilizzare sistemi di pulizia per aspirazione degli indumenti e delle
calzature.
Lavare gli indumenti da lavoro in azienda o presso lavanderie
industriali
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DPI
I DPI specifici per la protezione del rischio di inalazione delle polveri
sono:
copricapo
tuta, possibilmente in cotone a trama fitta
apparecchi di protezione delle vie respiratorie
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COMPOSTI ORGANICI
VOLATILI (COV)
EMISSIONI DI COMPOSTI ORGANICI VOLATILI
L’attenzione verso le emissioni di composti organici volatili è notevolmente
cresciuta negli anni.
Ne sono derivati precisi vincoli costruttivi e gestionali volti al contenimento
delle emissioni.
limitare la
produzione
di COV
captazione
abbattimento
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EFFETTI DEI COV
EFFETTO DEI COV
Effetti acuti
Irritazione
occhi/naso/gola
Mal di testa
Nausea
Vertigini Asma
Effetti cronici
Danni ai reni
Danni al fegato
Danni al sistema
nervoso
Cancro
SULL’UOMO
SULL’AMBIENTE
Distruzione ozono
atmosferico
Formazione ozono
troposferico
Smog fotochimico
Effetto serra
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DEFINIZIONE COV
Con la denominazione di Composti Organici Volatili (COV) si indica
una classe molta ampia di sostanze organiche caratterizzate da
un’alta tensione di vapore.
Viene definito COV qualsiasi composto organico che abbia a
293,15K una tensione di vapore di 0,01 kPa o superiore, oppure
che abbia una volatilità corrispondente in condizioni particolari
d’uso.
I rischi per la salute dell'uomo, causati dal contatto con queste
sostanze, spaziano dal sorgere di irritazioni, fino alla formazione del
cancro.
Benzene, diclorometano, etilbenzene, formaldeide, n-esano,
stirene, tetracloroetilene, toluene, tricloroetilene.
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COV NEL SETTORE LEGNO
Le principali operazioni che producono emissioni di COV sono:
Verniciatura (leganti, pigmenti, additivi, solventi e diluenti).
Incollaggio (formaldeide e altri COV)
Metodi di intervento:
A MONTE
• Cambiare le formulazioni
di solventi e adesivi
• Cambiare sistema di
applicazione vernici
A VALLE
• Sistemi di abbattimento
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ESEMPIO EMISSIONE
Collante con contenuto di solventi volatili pari a 5%.
Consumo collante: 400g/m2 di superficie trattata.
Rilascio: 20 g di COV ogni m2 trattato
Vernice a solvente.
1Kg di vernice rilascia in atmosfera circa 600-700 g di solvente
(parte volatile)
Vernice all’acqua
1Kg di vernice rilascia in atmosfera circa 60-70 g
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End of the pipe
LE TECNOLOGIE DI ABBATTIMENTO
Metodi fisici
adsorbimento
Metodi chimici
combustione
assorbimento
Metodi biologici
biofiltrazione
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ADSORBIMENTO
Processo nel quale un composto gassoso viene trattenuto sulla superficie di un
solido (adsorbente)
Si fa fluire l’aria da trattare
attraverso un materiale
poroso
Interazione tra il materiale
adsorbente e l’inquinante:
adsorbimento chimico e quello
fisico.
il materiale, detto adsorbente, è
in grado di trattenere gli
inquinanti sulla sua superficie
il flusso viene ripulito dai
contaminanti volatili
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CARATTERISTICHE
I processi di adsorbimento su carboni attivi, zeoliti sintetiche, gel di silice e
allumina attivata sono caratterizzati da elevato rendimento (> 95%).
Il refluo gassoso attraversa uno strato di granuli di sostanze porose ad alta area
superficiale che trattengono i composti.
Fenomeno di superficie
Trattamento di sostanze ad
alto peso molecolare (>40)
e con punto di ebollizione
minore di 150 °C.
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FUNZIONAMENTO
t1: letto nuovo
t3: letto saturo
Il carbone attivo si satura a monte della zona di adsorbimento (AZ) mentre a valle è
quasi completamente libero da adsorbati.
AZ piccolo implica un’elevata capacità di adsorbimento.
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RIGENERAZIONE
Limitata capacità di adsorbimento: è necessario smaltire o rigenerare i
materiali adsorbenti.
La rigenerazione consiste nel desorbimento degli inquinanti che può
avvenire in modi diversi:
facendo passare attraverso il letto di adsorbente un gas inerte caldo,
scaldando il letto,
utilizzando un flusso di vapor d’acqua che vada a sostituire le
sostanze adsorbite,
sfruttando una diminuzione della pressione dell’aria
Metodo utilizzato per basse portate e basse concentrazioni (altrimenti
richiederebbe
una quantità notevole di
adsorbente o
recupero/rigenerazione frequenti).
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VARIABILI DI PROCESSO
Capacità di adsorbimento: ammontare di materiale che può essere adsorbito
dall’adsorbente (in genere nelle applicazioni operative per ogni 100 Kg di
carbone attivo possono essere adsorbiti da 10 a 30 Kg di contaminante).
Capacità di adsorbimento influenzata da:
INQUINANTE
• tipo e concentrazione di inquinante
• peso molecolare degli inquinanti
ADSORBENTE
• area totale di materiale adsorbente impiegato
• dimensione e forma dei pori
• eventuale attività chimica
CONDIZIONI
DI PROCESSO
•
•
•
•
•
temperatura
pressione
umidità
presenza di particolato
tempo di contatto
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COMBUSTIONE
Il processo di combustione è un processo di abbattimento distruttivo,
che consiste nell’ossidazione delle sostanze organiche aerodisperse.
L’effluente inquinato viene riscaldato e inviato alla camera di
combustione.
Prodotti della combustione:
CO2 e H2O se i composti inquinanti sono costituiti solamente da C e
H (se contengono Cl, F, S si possono formare vapori di HCl, HF,
SO2 e vari altri inquinanti)
NOx
particolato inorganico rappresentato per lo più dalle ceneri del
combustibile eventualmente utilizzato per alimentare la fiamma.
Dopo ossidazione l’effluente può essere scaricato tal quale in atmosfera
oppure necessitare di un ulteriore trattamento di abbattimento.
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CARATTERISTICHE
La combustione, termica o catalitica, è un metodo estremamente
efficace per l’abbattimento di composti organici volatili (VOC).
Combustione termica
(750-1000 °C)
Combustione catalitica
(200-400 °C)
Grandi volumi gassosi a bassa concentrazione di COV
Complessità di gestione ed elevati costi di investimento (nonostante
apparati recuperativi e rigenerativi).
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TIPOLOGIE DI IMPIANTI
TERMICI
RECUPERATIVI
IMPIANTI
RIGENERATIVI
CATALITICI
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COMBUSTORI TERMICI DI TIPO RECUPERATIVO
Utilizzano uno scambiatore di calore ad aria con cui recuperano
parte del calore prodotto durante la combustione (consumo di
combustibile supplementare).
Efficienza di recupero energetico: 30-80%
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COMBUSTORI TERMICI DI TIPO RIGENERATIVO
utilizzano come scambiatori di calore dei letti di ceramica.
i letti sono disposti in due zone,
una all’entrata del flusso prima della camera di combustione;
una all’uscita.
Il letto in uscita recupera il calore del flusso già trattato, mentre l’altro lo rilascia al
flusso in entrata.
Ad intervalli regolari si invertire la direzione del flusso da trattare facendolo passare
attraverso il letto che si è precedentemente riscaldato.
Efficienza di recupero: 85-97% (consumo di combustibile supplementare molto
basso).
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COMBUSTORI CATALITICI
il flusso d’aria contaminato viene fatto passare attraverso un letto di
materiale refrattario su cui è depositato il catalizzatore
scambiatori termici per il recupero del calore impiegato per l’ossidazione
dei contaminanti
non adatto in presenza di composti solforati o alogenati: riducono
l’attività del catalizzatore riducendo il numero di siti attivi disponibili per la
catalisi dei composti organici (fenomeno di mascheramento).
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ROTOCONCENTRATORI
Portate elevate e
basse concentrazioni
adosrbimento
inquinanti su zeoliti
miscela condotta in un
sistema di abbattimento a
combustione
rigenerazione mediante il flussaggio
di aria calda o di un gas inerte.
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ABSORBIMENTO
Metodo per rimuovere selettivamente da una miscela gassosa uno dei
componenti sfruttando la sua maggiore solubilità in un particolare
solvente (in genere acqua).
È una tecnologia molto usata per la rimozione di gas contaminanti (VOC)
dall’aria.
Diffusione del gas dalla fase
gassosa a quella liquida
Trasferimento del gas attraverso
l’interfaccia gas-liquido
Diffusione del gas all’interno del
liquido
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SISTEMI DI ABBATTIMENTO A UMIDO (SCRUBBER)
I contaminanti vengono assorbiti nella sostanza liquida.
Fisico: i contaminanti si disciolgono nel mezzo liquido che funge da
solvente;
Chimico: gli inquinanti reagiscono chimicamente con il liquido o con
opportuni reagenti presenti all’interno di esso (reazioni reversibili o
irreversibili a seconda delle sostanze in gioco).
R. reversibile: il liquido può essere recuperato dopo rigenerazione;
R. irreversibile: il liquido deve essere smaltito e rimpiazzato.
E’ utilizzato per inquinanti gassosi presenti ad alte percentuali in volume,
o gas diluiti molto solubili.
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VARIABILI DA OTTIMIZZARE
Contatto tra fase liquida e flusso
d’aria inquinata
Turbolenza (miscelazione tra gas e
liquido)
Tempo di contatto
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TIPOLOGIE DI SCRUBBER A UMIDO
Torri a nebulizzazione
Torri a piatti
Torri a corpo di riempimento
Sistema venturi
60
Click
to edit
Master title style
TORRI
A NEBULIZZAZIONE
utilizzati per depurare le emissioni dai gas
altamente solubili (per gas poco solubili è
necessario aggiungere reattivi chimici).
Dispositivi verticali e di grandi dimensioni (torri o
colonne spray, dato che il liquido di lavaggio
viene diffuso sotto forma di spray).
Flusso d’aria da trattare fluisce all’interno della
torre dalla parte inferiore, poi risale verso l’alto
incontra in controcorrente lo spray emesso dagli
ugelli.
corrente coincidente: entrambi i flussi scendono
verso il basso;
corrente incrociata: il flusso d’aria fluisce
orizzontalmente ed il liquido dall’alto verso il
basso.
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TORRI A PIATTI
liquido di lavaggio
immesso dall’alto scende
a cascata da un piatto
all’altro
La velocità del flusso d’aria fa sì che il liquido
di lavaggio non scenda attraverso le aperture
dei piatti (si comportano come dei veri e propri
gorgogliatori)
il flusso d’aria da
depurare entra dalla
parte inferiore del
dispositivo
piatti più elaborati:
strutture per prolungare
il tempo di contatto
fluisce verso l’alto attraverso
dei fori o delle valvole
presenti sui piatti
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Click
edit Master
title style
TORRI
A to
CORPI
DI RIEMPIMENTO
contengono all’interno una gran quantità di oggetti di
piccole dimensioni e di forma di solito elaborata
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CARATTERISTICHE
I corpi di riempimento hanno un elevato rapporto superficie/volume e
presentano allo stesso tempo delle aperture che consentono il passaggio
del flusso d’aria trattato.
il liquido scendendo si distribuisce su di un sottile velo che va a bagnare
la vasta superficie del materiale utilizzato.
si forma un’estesa area di contatto fra l’aria ed il liquido di lavaggio e
l’abbattimento dei contaminanti risulta estremamente facilitato.
il sistema si presta molto bene all’absorbimento di vapori e gas
(soprattutto inorganici) e all’abbattimento del particolato fine purchè a
bassa concentrazione.
flusso
controcorrente
flusso
incrociato
flusso
coincidente
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Click to edit
MasterVENTURI
title style
SISTEMI
Utilizzati per inquinanti con elevata solubilità nel liquido di lavaggio.
flusso d’aria accelerato con
aumento velocità e turbolenza
il liquido di lavaggio si
nebulizza, aumento superficie
di contatto, facilitando
l’abbattimento degli inquinanti
la sezione si allarga ed il flusso
rallenta e perde la turbolenza,
facilitando così la coesione delle
goccioline e la loro precipitazione
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UTILIZZO REATTIVI CHIMICI
La resa di abbattimento può essere aumentata con l’utilizzo di reattivi chimici:
Soluzioni ossidanti
(H2O2, O3)
• ossidazione di prodotti
solforati
Soluzioni acide
(H2SO4, HCl)
• rimozione di composti
azotati
Soluzioni basiche
(NaOH, Na2CO3)
• rimozione di acidi organici
e composti solforati
Soluzioni basiche ossidanti
(NaOCl, KMnO4)
• rimozione di composti
solforati ed aldeidi
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DRY SCRUBBER
Camera di reazione
riempita con pellets
porose impregnate con
uno o più reagenti chimici
il flusso d’aria da depurare
passa attraverso il mezzo
poroso
Allumina attivata, carboni attivati, zeoliti
impregnati con KMnO4, KOH, H3PO4
Processo irreversibile:
chemiadsorbimento
I contaminanti gassosi sono
adsorbiti e reagiscono
chimicamente con i reattivi
impregnati e formano prodotti
di reazione solidi
Usati generalmente per composti a basso peso molecolare: H2S, NH3, SO2.
67
CARBONI ATTIVATI IMPREGNATI
Possibilità di riporre l’adsorbente a strati
Non si rigenera- utilizzo 6-12 mesi
68
Click to editBIOFILTRAZIONE
Master title style
Processo che sfrutta l’ossidazione biologica:
l’aria contaminata viene fatta passare
attraverso un mezzo nel quale sono presenti
dei microrganismi in grado di decomporre gli
inquinanti utilizzandoli come fonte di
nutrimento.
applicazioni economicamente più convenienti
dei sistemi a combustione sia nella
costruzione che nella manutenzione
necessaria una buona progettazione per
ottenere un utilizzo ottimale.
gestione complessa per le molte variabili
implicate
69
UTILIZZO
Concentrazioni trattate: BASSE (5-500 ppm).
Efficienza abbattimento composti organici volatili: > 95%
I letti di filtrazione sono generalmente alti 0,5-1,5m per evitare che il
percorso del gas attraverso il biofiltro sia troppo breve, ma anche che
aumenti troppo la caduta di pressione.
La degradazione generalmente si compie nei primi 25 cm.
Un tipico tempo di residenza è 0.3-12min (volume/portata). Tempi
maggiori sono richiesti per composti particolarmente refrattari alla
biodegradazione.
Variabili da ottimizzare: temperatura, umidità, pH, nutrimento
Gli impianti di abbattimento a biofiltrazione prevedono:
un sistema per il trattamento del percolato,
uno che garantisce il lavaggio del corpo filtrante
uno che permette la somministrazione del nutrimento ai microrganismi
nei periodi non operativi.
70
TEMPERATURA
• funghi, lieviti, muffe e soprattutto batteri (i più usati sono i batteri
mesofilici)
Microrgani
è necessario condizionare le
smi
emissioni da trattare; se
sono ad alta T si utilizza il
raffreddamento evaporativo
• biofiltro attivo,
T tra i 20 e • tempo di trattamento più breve
o forzato. Se si è in ambienti
i 40°C
freddi flusso scaldato con
vapore.
sopra i
40°C
• diminuzione efficienza di abbattimento per morte dei microrganismi.
• Si riduce la velocità metabolica delle reazioni
Sotto i 20 • volumi filtranti maggiori
°C
71
Click to edit MasterUMIDITA’
title style
l’umidità viene rimossa
velocemente, il numero dei
batteri presenti crolla e
l’efficienza di rimozione degli
inquinanti diminuisce
ECCESSO UMIDITÀ
ARIA SECCA
Efficienza abbattimento legata al numero di microrganismi presenti (dipende dal
grado di umidità del mezzo filtrante).
formazione condizione di
anaerobiosi. La mancanza di
O2 innesca una serie di
reazioni di fermentazione e
imputridimento che liberano
nell’aria composti volatili
puzzolenti.
Il biofiltro diventa fonte di
inquinamento.
Progettazione ideale: flusso d’aria in entrata quasi a saturazione.
L’umidità relativa può variare al mutare delle condizioni ambientali, per cui deve
essere rilevata in stagioni diverse, a diverse ore del giorno e in occasione di
72
cambiamenti nei processi produttivi
NUTRIMENTO
i biofiltri utilizzano degli organismi
viventi quindi bisogna provvedere
periodicamente al loro nutrimento.
biofiltro utilizzato in modo
pressochè continuativo, cercando
cioè di evitare che i microrganismi
muoiano per mancanza dell’apporto
degli inquinanti.
è necessario fornire un adeguato
nutrimento che garantisca gli
elementi fondamentali nel giusto
rapporto quantitativo
73
CONFRONTO TECNOLOGIE
Trattamento
Adsorbimento
Combustione
Assorbimento
Biofiltrazione
Portate
Concentraz.
Efficienza
Basse
Basse
> 95%
Alte
Ampio range
95-99%
Alte
Medie
90%
Ampio range
Basse
Fino a 99%
Bassi
Elevati
Medi
Bassi
Bassa
Poca
Alta
Elevata
Media
Elevata
Bassa
Bassa
Consumo
acqua
0
0
Elevato
Elevato
Rifiuti
generati
Carboni
saturi
Composti
gassosi
Fanghi e
reagenti
esausti
Sostituzione
letto /
percolato
Costi
installazione
Energia
Manutenz.
74
FONTI IMMAGINI
Less dust brochure da http://www.clr-news.org
Opuscolo informativo per RLS Regione Veneto
http://www.nonsoloaria.com
http://www.aerofiltri.it
http://www.energie-environnement.ch
http://www.studioica.it/carboni_attivi.htm
http://www.edie.net
Cooper C. D., Alley F.C. “Air Pollution Control: A Design Approach”. 3rd Ed.
Propsect Heights (IL): Waveland Press Inc, 2002.
http://students.chem.tue.nl
http://www.labiotest.com
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Sistemi di trattamento delle emissioni di polveri e Composti Organici

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