Prima del loro rilascio in atmosfera i fumi sono sottoposti ad un trattamento che ha l'obiettivo di ridurre in modo drastico le concentrazioni di sostanze inquinanti, al di sotto dei limiti alle emissioni consentiti dalla vigente legislazione. L'impianto di trattamento dei fumi (o sistema di depurazione, o linea fumi) è finalizzato allo svolgimento di tre funzioni distinte: l'abbattimento del particolato solido trascinato (polveri), dei macroinquinanti gassosi e dei microinquinanti.
La sezione di trattamento fumi di un moderno impianto di incenerimento risulta molto articolata e completa, in conseguenza di richieste sempre più rigorose e di un concreto sviluppo tecnologico. Questo permette di poter controllare le concentrazioni di tutte le categorie di sostanze inquinanti che possono essere presenti e di contenerle al di sotto dei limiti previsti dalla normativa nazionale e dalle direttive europee.
All'interno della sezione di trattamento sono previste più operazioni chimico-fisiche che hanno lo scopo di depurare i fumi sia dagli inquinanti solidi, sia da quelli presenti in forma di gas.
Non esiste un’unica soluzione impiantistica per il contenimento delle emissioni, ma si può dire che, in generale, la tendenza attuale (in conseguenza dei severi limiti normativi) prevede in sequenza:
È importante puntualizzare che un'adeguata gestione dei flussi di rifiuto in ingresso e delle condizioni di combustione, può di fatto costituire una spinta decisiva nel processo di riduzione delle sostanze inquinanti.
Il problema del trattamento e della depurazione dei fumi emessi da un impianto di termovalorizzazione deve essere affrontato sia in modo preventivo (ovvero controllando adeguatamente il processo in modo da minimizzare la generazione di inquinanti), sia con specifici interventi depurativi successivi alla fase di combustione dei rifiuti.
Lo scopo degli interventi preventivi è quello di ridurre le emissioni già in fase di combustione mediante una serie di accorgimenti impiantistici e di gestione. Gli interventi che si possono effettuare per minimizzare l'entità delle emissioni gassose comprendono alcuni accorgimenti tecnici, quali un'ottimale temperatura di combustione (850-900 C°), un limitato raffreddamento dei fumi nella caldaia di recupero, adeguati interventi di pulizia della caldaia, ecc.
Anche nell'ipotesi di un controllo ottimale della combustione, la depurazione delle emissioni gassose degli impianti di incenerimento di rifiuti rappresenta un passaggio obbligato, determinante per garantire la qualità del flusso in uscita dal camino.
I principali dispositivi di abbattimento del particolato (ceneri leggere o ceneri volanti) contenuto nei fumi sono classificabili nelle seguenti tre categorie:
I depolveratori a multiciclone permettono la separazione tra solido e gas per mezzo della forza centrifuga generata all'interno di particolari apparecchiature dette "cicloni", in cui il flusso ad alta velocità assume un moto vorticoso (ascendente o discendente) e deposita lungo le pareti del separatore il particolato; questi sistemi sono caratterizzati da rendimenti medio-bassi e difficilmente riescono ad assicurare la depolverazione nella misura oggi richiesta dalle normative, se utilizzati come unico stadio di depolverazione.
I filtri elettrostatici (o elettrofiltri) sono tra i dispositivi più impiegati, presentando notevoli e oggettivi vantaggi, quali altissimi rendimenti di captazione delle polveri (fino al 99.5%), basse perdite di carico (quindi una maggiore velocità del flusso da depolverare), possibilità di operare ad elevata temperatura (fino a 300°C), lunga durata con notevole elasticità di funzionamento e affidabilità. Il loro funzionamento si basa sulla capacità di caricare elettricamente il particolato presente all'interno dei fumi e catturarlo tramite una serie di elettrodi che hanno carica opposta.
L'impiego dei depolveratori a tessuto, o filtri a maniche, garantisce altissimi rendimenti di filtrazione; questi sono andati progressivamente aumentando in relazione alla disponibilità di tessuti tecnici resistenti a temperature elevate, a base di fibre di vetro, di teflon o kevlar.
L’azione di questi depolveratori si basa sulla capacità di un tessuto tecnico di filtrare e separare le particelle solide dal flusso di gas.
Si può affermare che negli impianti di nuova costruzione quest'ultimo tipo di filtro è preferito per l'alto grado di affidabilità e gli ottimi rendimenti.
Esistono inoltre sistemi di depolverazione ad umido, caratterizzati dalla presenza di un liquido che trattiene il particolato. La diffusione dei sistemi a umido è limitata poiché comporta una notevole complicazione impiantistica, legata alla necessità di trattare e depurare il refluo liquido.
È possibile, e sempre più diffusa, la realizzazione di impianti di depolverazione che prevedano anche diverse tipologie di depolveratori in serie tra loro, in modo da raggiungere un elevato rendimento (ad es. un ciclone seguito da un separatore elettrostatico, o anche un precipitatore elettrostatico seguito da un filtro a maniche).
Una volta completata l'operazione, le polveri (o ceneri leggere) vengono stoccate in appositi silos prima dei successivi trattamenti di inertizzazione e smaltimento.
L'assorbimento dei macroinquinanti gassosi presenti nei fumi può essere effettuato per via umida, oppure con metodi a secco o a semisecco.
Il metodo a umido si basa sull'assorbimento mediante soluzioni acquose alcaline dei gas acidi contenuti nei fumi e può essere realizzato in apposite colonne o torri di lavaggio in cui la soluzione viene messa a contatto con i fumi. I composti acidi presenti nei gas reagiscono con gli alcali e formano i relativi sali (cloruri e solfati).
I vantaggi del metodo riguardano l'elevata efficienza di abbattimento e il consumo contenuto di reattivi. Le principali problematiche sono legate alla produzione di un refluo liquido (originato dalla soluzione di lavaggio esaurita e che comporta l'esigenza di prevedere un impianto di trattamento), all'esigenza di un post-riscaldamento dei fumi per evitare fenomeni di condensazione sulle pareti metalliche del camino (e quindi di corrosione) e la possibile formazione in uscita di un pennacchio particolarmente penalizzato ai fini della dispersione atmosferica.
Il metodo a secco prevede di porre a contatto i fumi con sostanze alcaline allo stato solido, in modo che i gas acidi siano neutralizzati per reazione superficiale dando luogo alla formazione di sali.
La reazione di neutralizzazione si realizza in una colonna vuota, seguita da un depolveratore a ciclone per l'abbattimento del particolato e da una sezione filtrante per il completamento dell'abbattimento del particolato solido.
Nel metodo semisecco si prevede il contatto di soluzioni acquose alcaline con i fumi in una camera di evaporazione, dove viene previsto il totale essiccamento della soluzione stessa con la conseguente neutralizzazione dei gas acidi.
Il prodotto di reazione viene raccolto nel fondo dell'essiccatore (spray dryer).
Nel caso più diffuso in cui vengano adottati due distinti dispositivi per la depolverazione e per l'abbattimento dei gas acidi, la loro sequenza dipende dalla scelta della tipologia di quest'ultimo.
Quando si usa il sistema ad umido è sempre previsto un depolveratore a monte ed un riscaldamento dei fumi a valle.
Il metodo più diffuso fino a poco tempo fa era quello ad umido, ma successivamente hanno preso il sopravvento gli altri due metodi, in particolare quello a secco, che prevede maggiore facilità di gestione e minori costi di investimento.
Le emissioni di NOx vengono controllate mediante due diversi sistemi: il primo comprende accorgimenti che ne riducono la formazione durante il processo di combustione, in modo che la sua concentrazione risulti inferiore al limite di legge; il secondo sistema prevede l'abbattimento di NOx mediante una reazione chimica con ammoniaca gassosa (NH3), che lo trasforma in molecola di azoto naturalmente presente nell'aria che respiriamo.
Questo secondo metodo di controllo può essere effettuato con due modalità diverse.
Nel primo caso l'iniezione di ammoniaca si effettua a valle della caldaia di recupero, dove avviene il raffreddamento dei fumi, mentre nel secondo caso il contatto e la reazione vengono realizzati all'uscita della sezione di combustione, quindi a monte della caldaia di recupero.
L'efficienza di abbattimento ottenibile in presenza di catalizzatori è in genere attorno al 75-80%, mentre con il sistema ad alta temperatura l'efficienza è compresa fra il 50-65%.
L'imposizione di limiti molto severi per le concentrazioni di alcuni microinquinanti organici (diossine e furani) ed inorganici (mercurio), ha negli ultimi anni favorito lo sviluppo di operazioni finali di "finitura" nella sezione di trattamento dei fumi, realizzate mediante l'impiego di carboni attivi. Si tratta di una categoria di materiali adsorbenti estremamente efficaci rispetto ad una notevole varietà di composti a causa dell'elevatissima superficie specifica di contatto, dovuta alla loro porosità, che permette di trattenere i microinquinanti sulla loro superficie e separarli dal flusso dei fumi.
I carboni attivi sono comunemente usati per la purificazione di correnti gassose o liquide da inquinanti presenti in tracce.
Negli impianti di incenerimento di rifiuti urbani l'uso dei carboni attivi è stato sviluppato in alcuni paesi europei e negli Stati Uniti, sulla base di due diverse tecniche.
Una prevede la loro emissione nel reattore di abbattimento dei gas acidi, assieme al sorbente basico (ovvero quella sostanza che trasforma i gas acidi in sali e ne permette la successiva separazione nel depolveratore), nel cosiddetto metodo a secco.
L'altra prevede l'installazione di un'ulteriore apparecchiatura (colonna a letto fisso) contenente il carbone attivo, che viene attraversata dai fumi prima del loro scarico all'atmosfera.
E' documentato nella letteratura scientifica che con tali metodiche è possibile ottenere, nei periodi di funzionamento a regime, concentrazioni estremamente basse di microinquinanti, inferiori anche ai limiti più severi imposti dalle diverse normative.
La necessità di tale trattamento finale va comunque valutata di volta in volta, tenendo in considerazione il rapporto costi/benefici, che dipende, oltre che dall'investimento aggiuntivo e dal consumo, anche dai costi di smaltimento dei carboni attivi esauriti (che possono risultare elevati, dato che essi, nella nostra normativa, sono classificati come rifiuti speciali).
Si basa sull'uso di catalizzatori che in particolari condizioni operative favoriscono la disgregazione chimica delle molecole responsabili del microinquinamento.
In tale ambito possono essere fatti rientrare sistemi catalitici per il controllo degli ossidi di azoto, che permettono (oltre alla loro funzione primaria) la distruzione dei composti organici (tra cui le diossine).
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