CLOROFILI

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IL RAPPORTO FINALE DELLO STUDIO ASME

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Vi proponiamo per intero il rapporto riassuntivo e le conclusioni dello studio ASME su immissione di cloro ed emissioni di diossina da diversi tipi - quasi tutti su scala reale - di inceneritori. Queste sono le prove scientifiche più recenti a livello mondiale sulla connessione tra cloro e formazione di diossina negli inceneritori.


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CRTD-Vol. 36

A cura di

H. Gregor Rigo
Rigo & Rigo Associates, Inc.

A. John Chandler
A. J. Chandler & Associates, Ltd.

W. Steven Lanier
Energy & Environmental Research Corp.

Con la supervisione della Sottocommissione sul

Rapporto tra cloro presente nei flussi di rifiuti e emissioni di diossina dagli inceneritori del Comitato di Ricerca ASME sui rifiuti industriali e urbani

Visto e approvato dal Comitato di Ricerca ASME sui rifiuti industriali e urbani

ASME - American Society of Mechanical Engineers - Centro Unificato di Ingegneria
345 East 4th Street / New York, NY 10017

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SOMMARIO

Il presente studio si occupa dell'impatto che il cloro contenuto nei rifiuti immessi negli inceneritori e nei componenti il materiale di alimentazione, compresi i materiali plastici in PVC e i sali, ha sulle concentrazioni di PCDD/F (Polychlorinated p-dibenzodioxins and -furans, p-dibenzodiossine e -furani policlorurati) nei prodotti gassosi della combustione presso gli impianti di incenerimento dei rifiuti. Lo scopo della ricerca non è quello di determinare i fattori delle emissioni, né di valutare le prestazioni dei sistemi di controllo e nemmeno quello di individuare la percentuale di PCDD/F negli effluenti o nei residui solidi. I dati sono stati ottenuti principalmente in base a test condotti su scala reale. Sono stati utilizzati degli studi di laboratorio preliminari per identificare la forma che potrebbero assumere tali correlazioni e per individuare i maggiori fattori di interferenza di cui bisogna tenere conto.

Sono stati analizzati oltre 1.900 risultati di test condotti presso Inceneritori di Rifiuti Solidi Urbani [IRSU], Inceneritori di Rifiuti Pericolosi [IRP], Inceneritori di Rifiuti Ospedalieri [IRO], Bruciatori alimentati da scorie [BSC], Forni da Cemento [FC], Camere di combustione di Biomassa [BMC], e camere di combustione su scala pilota, sperimentale e di laboratorio [LBP], per un totale di 169 strutture, molte dotate di unità multiple, al fine di determinare se esiste o meno un rapporto tra le concentrazioni di PCDD/F nei gas in uscita e l'immissione di cloro o, in alternativa, la presenza di concentrazioni di cloro allo stato gassoso a monte del sistema di controllo. Le concentrazioni di cloro all'immissione vanno da meno dello 0,1 percento nel caso di molte BMC all' 80 percento per alcuni IRP. Per la maggior parte delle altre fonti le concentrazioni di cloro immesso si attestavano tra questi due estremi, generalmente secondo un rapporto 8:1 in ogni categoria.

I dati sono stati controllati attentamente al fine di individuare eventuali errori e casi isolati dal punto di vista statistico, ricondotti a parametri di riferimento standard e analizzati per determinare l'esistenza di variazioni o nell' "impronta" (composizione) o nella quantità delle concentrazioni di PCDD/F. Le variazioni di entità superiore rispetto al grado di imprecisione del metodo di rilevazione sono state esaminate per determinare se erano collegate a delle differenze nel flusso dei rifiuti o nel contenuto di cloro dei gas della combustione.

L'analisi dettagliata delle impronte è stata effettuata attraverso analisi a grappolo (Cluster Analysis). Le impronte relative ai dati raccolti presso lo stesso punto di rilevamento nell'ambito dello stesso tipo di inceneritori (ad es.: IRSU, IRP, ecc.) si sono rivelate uniformi, tranne i casi in cui il ciclo di prova ha prodotto un numero considerevole di valori al di sotto del limite di rilevazione. In alcune strutture si sono riscontrate delle differenze di impronta tra i diversi punti di rilevamento superiori al grado di imprecisione del metodo di misurazione dei PCDD/F. Non si sono avute variazioni rilevabili nella curva dei PCDD/F riconducibili a differenze nel contenuto di cloro.

Una revisione generale dei dati, effettuata combinando un'analisi di correlazione canonica (Canonical Correlation Analysis) e di regressione lineare semplice (Linear Regression) ,non ha fatto rilevare nessun rapporto statisticamente significativo tra immissione di cloro e concentrazioni di PCDD/F nei gas d'uscita per la maggior parte (80 percento) delle 90 strutture che disponevano di dati simultanei sufficienti per individuare una tendenza statisticamente significativa. Nell'undici percento dei casi si è riscontrato un aumento; il 9 percento delle strutture ha fatto rilevare una diminuzione delle concentrazioni di PCDD/F a fronte di un aumento del contenuto di cloro.

Sono stati anche usati dei modelli ingegneristici di combustione in combinazione con analisi di varianza [ANOVA], impiegando i metodi di regressione lineare multivariata e autoregressiva (Multivariant Linear e Autoregressive Regression) per l'esame di tre importanti esperimenti controllati presso Inceneritori di Rifiuti Solidi Urbani, durante i quali sono stati inseriti nel materiale di alimentazione PVC, materiali plastici misti o sale. In due degli esperimenti non è stato rilevato nessun rapporto statisticamente significativo tra le concentrazioni di PCDD/F e il cloro. Nel terzo si è potuta stabilire una connessione solo quando il PVC impiegato era sufficiente ad aumentare il contenuto di cloro di circa 10 volte rispetto a quello normalmente presente negli IRSU. Questo insieme di dati mostra un'elevata autocorrelazione (effetti di memoria da ciclo a ciclo), e quindi l'effetto osservato potrebbe essere dovuto a fattori non ricollegabili all'aggiunta di elementi.

Delle tecniche analoghe sono state impiegate per analizzare i risultati dei maggiori studi parametrici sugli IRSU, condotti sotto l'egida dei seguenti organismi: Environment Canada, Environmental Protection Agency, Energy Research and Development Authority dello stato di New York e Great Lakes Regional Council of Governors. In base ai dati ricavati da questi ultimi studi non si è rilevata nessuna connessione statisticamente significativa tra le concentrazioni di PCDD/F nei prodotti della combustione e l'immissione di cloro.

Si ha lo stesso quadro variabile nel caso degli IRO, in cui con una maggiore immissione di cloro si ha un aumento delle concentrazioni di PCDD/F nei gas di uscita nel 15 percento dei casi e una diminuzione nel 7 percento dei casi.

Per quanto riguarda gli IRP non si riscontra nel complesso nessuna connessione osservabile tra PCDD/F e concentrazioni di cloro nei rifiuti che vengono inceneriti. L'esame di singole strutture rivela che alcune di esse sono state analizzate in base a un rapporto 10:1 di contenuto di cloro, fino a valori pari a quasi l'80 percento di cloro, e comunque non si è riscontrata nessuna connessione di entità individuabile. Nel diciotto percento degli impianti IRP, tuttavia, con una maggiore immissione di cloro si è rilevato un aumento, mentre per un altro 18 percento si è avuta una diminuzione.

Nel caso dei forni da cemento non si sono avuti aumenti rilevabili delle concentrazioni di PCDD/F nei gas di uscita, aumentando il tasso di cloro nel materiale di alimentazione. Ciò non deve sorprendere, dal momento che il cloro viene spesso aggiunto per eliminare gli alcali naturali e produrre cemento Portland (o idraulico) conforme alle norme federali e dei singoli stati per i materiali da costruzione.

I bruciatori alimentati da scorie hanno fatto rilevare concentrazioni minori di PCDD/F con un aumento del contenuto di cloro, ma le caratteristiche tecniche del bruciatore e le differenze tra diversi combustibili aggiuntivi costituiscono fattori di disturbo nella rilevazione.

Le camere di combustione di biomassa producono PCDD/F, ma non ci sono dati paralleli su PCDD/F e cloro sufficienti per determinare l'esistenza di una tendenza generale. Un test in particolare che sostituiva del legno carico di sale con fanghi a contenuto di cloro più elevato ha fatto riscontrare una diminuzione delle concentrazioni di PCDD/F nei gas di uscita.

Sebbene in alcuni esperimenti di laboratorio si sia osservata una connessione funzionale tra immissione di cloro e concentrazione di PCDD/F nei prodotti gassosi della combustione in determinate condizioni, tale effetto è di portata notevolmente minore rispetto all'effetto di altri fattori di interferenza quali caratteristiche tecniche della camera di combustione, diversi tipi di gestione e funzionamento e la normale variabilità che si riscontra nella rilevazione delle emissioni effettuata presso impianti su scala commerciale.

Qualunque sia l'effetto del cloro sulle concentrazioni di PCDD/F nei gas in uscita dagli inceneritori di rifiuti, esso viene mascherato da queste altre variabili. È altamente improbabile che si possano ottenere cambiamenti visibili e miglioramenti concreti per quanto riguarda le concentrazioni di PCDD/F nei gas di uscita degli inceneritori riducendo il contenuto di cloro dei rifiuti immessi.

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RAPPORTO ESECUTIVO

CONCLUSIONE PRINCIPALE

L'ipotesi secondo la quale vi è una correlazione tra il contenuto di cloro del materiale di alimentazione e le concentrazioni di PCDD/F nei prodotti gassosi della combustione non è stata confermata dai dati analizzati nel presente studio.

Degli oltre 1900 risultati sperimentali sui PCDD/F provenienti da 169 strutture e raccolti nel database, si dispone di dati paralleli su PCDD/F e cloro per 107 unità presso 90 strutture. Per settantadue strutture (80%) non è stata riscontrata nessuna connessione statisticamente rilevante tra immissione di cloro e PCDD/F presenti nei flussi gassosi. Per quanto riguarda l'insieme di dati che mostrano una correlazione tra i due elementi, con una maggiore immissione di cloro in dieci casi si è avuto un aumento delle concentrazioni di PCDD/F, mentre in otto casi si è avuta una diminuzione.

Il fatto che non si siano riscontrati aumenti paralleli nella maggior parte dei casi e che invece siano state individuate alcune relazioni di tipo inverso, indica che qualunque sia l'effetto che il cloro presente nei rifiuti ha sulle concentrazioni di PCDD/F nei prodotti gassosi della combustione, esso è di portata minore rispetto all'azione esercitata da altri fattori. Qualsiasi effetto abbia il cloro sulle concentrazioni di PCDD/F in strutture su scala commerciale, esso viene offuscato da effetti dovuti alla temperatura dei sistemi di controllo dell'inquinamento atmosferico [APCS- Air Pollution Control System], alle reazioni chimiche delle ceneri, alle modalità di combustione, all'imprecisione dei sistemi di rilevazione e alla stratificazione localizzata dei flussi.

L'ipotesi secondo cui la quantità o il tipo di cloro presente nei rifiuti immessi nelle unità di combustione presenta una correlazione diretta con le concentrazioni di PCDD/F allo stato gassoso rilevate all'uscita dell'inceneritore, o all'interno dei sistemi di controllo dell'inquinamento atmosferico o alla ciminiera, non è supportata dalla maggior parte dei dati esaminati in questo studio.

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Premesse

I sistemi di combustione che bruciano generalmente combustibili fossili a basso contenuto di cloro tendono ad avere normalmente concentrazioni di PCDD/F basse. Per contro, i sistemi di incenerimento che bruciano rifiuti pericolosi o rifiuti solidi urbani, i quali possono avere un contenuto di cloro molto più alto, spesso presentano una maggiore concentrazione di PCDD/F. Queste osservazioni hanno portato a ipotizzare che le concentrazioni di PCDD/F siano determinate dal contenuto di cloro del materiale di alimentazione. Alcuni organismi legislativi, gruppi di interesse pubblico e singole personalità hanno anche avanzato la proposta di imporre delle restrizioni sull'immissione di composti chimici contenenti cloro negli inceneritori.

Prima comunque di elaborare una normativa in proposito, è consigliabile esaminare i dati disponibili per determinare se il rapporto ipotizzato può essere confermato da esperimenti condotti sul campo.

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Finalità

Lo scopo di questo studio è quello di utilizzare i dati sperimentali e le informazioni disponibili per studiare l'effetto che il contenuto di cloro nei rifiuti immessi nelle unità di combustione --in particolare componenti quali PVC, materiali plastici misti e sale--ha sulle concentrazioni di PCDD/F presenti nei prodotti gassosi della combustione.

Lo scopo della ricerca non è quello di:

Lo studio si è concentrato appositamente sulle informazioni relative ad impianti su scala reale. Sono stati raccolti ed analizzati i dati disponibili provenienti da inceneritori alimentati con rifiuti solidi urbani, ospedalieri, pericolosi e di "biomassa" (rifiuti agricoli, verde e residui legnosi). Non rientrava nella ricerca ottenere nuovi dati da nuovi esperimenti.

Sono stati comunque passati in rassegna anche i dati provenienti da test su scala sperimentale, di laboratorio e pilota per verificare se potessero essere d'ausilio per la comprensione dell'andamento rilevato presso le strutture su scala reale. Non si è cercato di contemplare tutti i risultati dei test su scala sperimentale, di laboratorio e pilota pubblicati e tutti gli studi teorici in materia. Si è fatto invece ricorso ai lavori originali, riferendosi ai testi più frequentemente citati. Sono stati presi in considerazione dal presente studio solo quei fenomeni che potevano essere esaminati utilizzando i dati disponibili. La ricerca presenta perciò gli stessi limiti degli studi esistenti (mancanza di dati sulla chimica dei catalizzatori delle ceneri (rame e ferro), assenza di bilanci di massa, dati incompleti, ecc.).

In Appendice C viene fornito l'elenco completo dei dati standardizzati. Si incoraggia l'uso di questi dati da parte di altri ricercatori perché vengano condotte ulteriori analisi.

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Impostazione

I dati sono stati raccolti attingendo a fonti interne, rapporti originali sui test e a compendi apparsi in letteratura. I valori relativi a PCDD/F e cloro e tutte le informazioni necessarie sui processi adottati sono stati inseriti in un database che comprende: Inceneritori di Rifiuti Solidi Urbani [IRSU], Inceneritori di Rifiuti Ospedalieri [IRO], Inceneritori di Rifiuti Pericolosi [IRP], Bruciatori alimentati da scorie [BSC], Forni da Cemento [FC], Camere di combustione di Biomassa [BMC] e camere di combustione su scala di laboratorio, sperimentale e pilota [LBP].

Si è controllata la corretta trascrizione di tutte le informazioni inserite nel database e sono stati segnalati tutti gli errori relativi a dati insufficienti e a casi statisticamente isolati. I dati sono stati standardizzati secondo le modalità di riferimento USEPA (ovvero 20 °C, 1 atm, 7% 02, asciutto) ed espressi in unità comuni (ppmdv, mg/dsm3, ng/dsm3, ecc.). Ai fini dell'analisi statistica, le concentrazioni di PCDD/F sono state espresse in mole anziché in nanogrammi (massa), come richiesto per l'equilibrio chimico e la cinetica. Per le stesse ragioni, sono stati utilizzati per i calcoli i logaritimi dei valori delle emissioni e delle concentrazioni di cloro, per ridurre al minimo gli effetti statistici sfavorevoli di non-normalità dei dati.

Sono state esaminate due ipotesi oggettive per affrontare la questione centrale dello studio (ossia qual è il rapporto tra cloro e concentrazioni di PCDD/F allo stato gassoso in uscita dagli inceneritori ?). Esse sono:

La distribuzione di congeneri e omologhi (impronta) dei PCDD/F varia nell'ambito di un tipo di fonte col variare della quantità di cloro presente ?

e

La quantità di PCDD/F nei prodotti gassosi varia col variare del contenuto di cloro del materiale di alimentazione?

Se la risposta a queste due domande entrambe verificabili è no, allora non si può parlare di nessun rapporto dimostrabile tra le concentrazioni di PCDD/F nei gas in uscita e il contenuto di cloro del flusso di alimentazione.

Le analisi statistiche necessarie a rispondere in modo obiettivo alle domande precedenti sono state effettuate in primo luogo a livello di singoli impianti e in seguito per gruppi di strutture simili. In tutte le analisi si è cercato quanto più possibile di controllare le eventuali variabili di disturbo (ad esempio punto di rilevamento, temperatura del prodotto gassoso, variazioni sperimentali intenzionali, aggiunta di sale piuttosto che di organocloruro, diverse caratteristiche tecniche, ecc.).

Per esaminare le impronte dei PDD/F sono state adottate analisi a grappolo (Cluster Analysis). Le impronte si sono ritenute diverse se il coefficiente del gruppo era maggiore rispetto a quello spiegabile con gli errori e il grado di incertezza propri del metodo di rilevamento e analisi dei PCDD/F con un intervallo di fiducia del 95%.

Si è dato inizio al calcolo delle variazioni quantitative facendo un diagramma dei dati per individuare eventuali tendenze presenti. Si sono in seguito adottati diversi metodi. Per individuare rapporti significativi dal punto di vista statistico si è fatto ricorso a correlazione canonica, minimi quadrati ordinari e autocorrelazione "lag-one", regressione lineare e analisi delle componenti principali [Principal Components Analysis PCA]. Per quanto riguarda quei parametri che potrebbero contribuire alle variazioni di concentrazione osservate, come il cloro e la temperatura, essi sono stati valutati impiegando il metodo dell'analisi di varianza [Analysis Of Variance - ANOVA]. Per tenere conto delle variazioni incrementali nei parametri delle operazioni e delle configurazioni in ANOVA sono state usate variabili di esclusione che indicano la presenza o l'assenza di un effetto (ad esempio aggiunta di plastica PVC o meno). Per considerare i parametri continui, quali temperatura e contenuto di ossigeno dei prodotti gassosi, sono state impiegate delle variabili continue. La rilevanza statistica di ogni coefficiente è stato il criterio usato per determinare se la variabile ad esso connessa produceva un effetto quantificabile.


Conclusioni

I dati raccolti per questo studio provengono dai tipi principali di inceneritori di rifiuti. Le concentrazioni di cloro in entrata vanno dallo 0,1 % a oltre il 76% (Figura 1), con concentrazioni di HCl allo stato gassoso rilevate prima dell'APCS da 20 a quasi 8.000 ppmdv @ 7% 02 (Figura 2). Questa estrema variabilità di concentrazioni di cloro e la natura diversa delle distribuzioni dei congeneri PCDD/F rendono preferibile non analizzare questi dati come un insieme completo. I dati sono stati invece analizzati per tipo di inceneritore.


Inceneritori di Rifiuti Solidi Urbani [IRSU]

Per questa parte dello studio sono stati utilizzati i dati contenuti nel database relativi a 63 strutture IRSU. Molti degli impianti sono stati sottoposti a delle prove parametriche sulla formazione di PCDD/F. In alcuni test si sono aggiunti materiali plastici misti, PVC e sale al normale flusso di alimentazione per determinare direttamente il rapporto tra le concentrazioni di PCDD/F e cloro. Molte prove, infine, prevedevano delle rilevazioni sul tasso di cloro nel materiale immesso.

Per quanto riguarda le prove con aggiunta di sostanze e senza rilevazione delle concentrazioni di HCl non trattate (ossia i dati sull'HCl prima del passaggio nei sistemi di controllo dei gas acidi), per poter segnalare questi interventi intenzionali nell'analisi sono state usate delle variabili che rappresentano variazioni progressive nella composizione del materiale di alimentazione.

Un confronto tra le diverse impronte ottenute da ogni singola struttura ha fatto riscontrare che alcuni cicli di prova sembrano differire dalla maggioranza degli altri cicli in maniera più marcata rispetto a quanto spiegabile con l'imprecisione nominale del metodo.

Tali differenze sono di solito causate da diversi valori dei risultati al di sotto del limite rilevabile [below detection limit - BDL]. Le altre differenze di impronte sono invece dovute a test effettuati in diversi punti (ad esempio uscita del bruciatore, ciminiera, ecc.). Una volta tenuto conto di queste differenze, non vi sono elementi che facciano pensare che i normali livelli in condizioni di funzionamento ordinarie o anche notevoli variazioni nel materiale di alimentazione, tra cui anche cicli con contenuto di cloro aumentato o diminuito, siano in grado di provocare cambiamenti osservabili nelle impronte dei PCDD/F. Le differenze esistenti tra le impronte di diverse strutture non sono inoltre di grossa entità.

Si può concludere perciò che gli impianti IRSU presentano delle impronte simili e che le variazioni del contenuto di cloro non influenzano in modo quantificabile la composizione dei PCDD/F presenti nei prodotti gassosi della combustione di tali impianti.

Per quanto riguarda la quantità di PCDD/F prodotti negli impianti IRSU, le analisi parametriche e sperimentali sono particolarmente utili al fine di esaminare gli effetti della variazione del tasso di cloro nel materiale di alimentazione. Sono state condotte delle accurate indagini statistiche su ognuno dei gruppi di dati relativi a 18 impianti. Si è concluso che non vi è nessun rapporto osservabile tra le concentrazioni di PCDD/F rilevate in un determinato punto e le variazioni del contenuto di cloro che si verificano normalmente presso gli IRSU o che sono provocate dalla plastica aggiunta, dal PVC o dal sale. Nell'esperimento di Hörsholm, in cui sono stati aumentati PVC, sale e calce, i dati sono fortemente autocorrelati (ovvero, il ciclo che precede spiega gran parte del comportamento del ciclo che si sta svolgendo) e contengono degli elementi statistici isolati inspiegabili, che non corrispondono ai risultati dei cicli di prova ripetuti. Da questo esperimento a carattere statistico non si possono quindi trarre veramente delle conclusioni sul rapporto tra aggiunta di PVC o sale e concentrazioni di PCDD/F nei gas d'uscita . Un altro studio su scala reale, a Würzburg, non ha fatto rilevare nessuna differenza tra le concentrazioni di PCDD/F che si osservano normalmente nei gas di uscita in questo impianto a tecnologia avanzata quando si inceneriscono RSU e quelle rilevate nel momento in cui l'impianto incenerisce RSU con un incremento di materiali plastici misti del 7,5 e del 15%. Un esempio inverso del rapporto globale tra PVC e concentrazioni di PCDD/F nei gas in uscita è fornito dall'esperimento di Pittsfield. La combustione di materiale non contenente PVC ha generato lo stesso tipo e quantità di PCDD/F nei prodotti della combustione rilevati in punti specifici, rispetto alla combustione di rifiuti normali e di rifiuti con incremento del contenuto di PVC, avendo già controllato l'eventuale presenza di altre differenze operative intenzionali. Un'analisi generale dell'insieme del database sugli IRSU, una volta eliminati i fattori di disturbo, ha anch'essa confermato che non è possibile trovare una connessione statisticamente rilevante tra immissione di cloro e PCDD/F nei gas della combustione.

In ultima analisi, da quanto si può osservare, le concentrazioni di PCDD/F dei prodotti gassosi degli impianti IRSU non vengono influenzate né da variazioni del contenuto di cloro che si verificano normalmente, né da aumenti e diminuzioni del contenuto di cloro del materiale di alimentazione indotti attraverso la correzione del contenuto di materiali plastici misti nei RSU o l'aggiunta di PVC e sale.

Dal momento che si è rilevato un numero ridottissimo di variazioni nei PCDD/F dei gas in uscita o nella loro composizione o quantità, si può concludere che non vi è nessun rapporto osservabile e costante tra il cloro presente nel materiale di alimentazione e le concentrazioni di PCDD/F nei prodotti gassosi degli impianti IRSU.


Inceneritori di Rifiuti Ospedalieri [IRO]

Le impronte usate per mettere a confronto le composizioni sono state quasi sempre le stesse nei singoli punti di rilevamento nell'ambito di ognuno dei 31 impianti IRO compresi nel database. Le impronte a monte e a valle delle apparecchiature di controllo dell'inquinamento atmosferico si sono rilevate a volte diverse ma tuttavia tali variazioni non sono riconducibili al contenuto di cloro.

Non si è rilevata nessuna connessione osservabile tra contenuto di cloro nel materiale di alimentazione e le concentrazioni di PCDD/F nei prodotti gassosi degli inceneritori IRO. Combinando i vari dati relativi a tutti gli IRO compresi nel database, vi è un rapporto negativo statisticamente significativo tra contenuto di cloro rilevabile in base ai livelli di HCl e il logaritmo delle concentrazioni di PCDD/F in mole; ovvero, se tale relazione è vera, un aumento del cloro nel materiale di alimentazione degli IRO farebbe diminuire le concentrazioni di PCDD/F. Questo rapporto negativo è dovuto probabilmente a un effetto artificiale dei dati e non a elementi reali, poiché le teorie attuali sulla formazione di PCDD/F non forniscono una spiegazione scientificamente sostenibile a tale fenomeno.

Sulla base delle analisi citate, non si rileva nessuna connessione statisticamente rilevante tra la composizione o quantità delle concentrazioni di PCDD/F nei gas emessi dagli IRO e la quantità di cloro presente nei rifiuti in entrata.


Inceneritori di Rifiuti Pericolosi [IRP]

Le impronte complete della diossina sono sostanzialmente le stesse per tutti gli inceneritori di rifiuti pericolosi [IRP], indipendentemente dalle loro caratteristiche tecniche, dal sistema di controllo dell'inquinamento atmosferico impiegato, o dalla concentrazione di cloro nel materiale di alimentazione. Alcune impronte si sono tuttavia rilevate diverse. Le differenze di impronte osservate sono in gran parte attribuibili a diversi numeri di congeneri con valori al di sotto del limite di rilevazione. Dall'analisi a grappolo non è emerso nessun rapporto tra cloro e disposizione delle impronte.

Per mostrare il rapporto tra le concentrazioni totali di PCDD/F in mole nei gas in uscita e la percentuale di cloro nel materiale di alimentazione sono stati usati dei diagrammi a nube di punti. È stato riscontrato un rapporto variabile; su 28 unità con informazioni caratterizzate da dati simultanei su PCCD/F e cloro, 18 non hanno fatto rilevare nessuna correlazione statisticamente significativa. In cinque casi si è avuto un aumento delle concentrazioni di PCDD/F a fronte di un aumento del cloro nel materiale di alimentazione, mentre in altri cinque impianti si è assistito invece a una diminuzione.

Le impronte relative ai bruciatori alimentati con scorie [BSC] per le cinque unità presenti nel database sono state considerate impianto per impianto. Siccome questi bruciatori vanno da caldaie autonome modificate e pronte per l'uso alimentate solo da scorie a bruciatori a carbone polverizzato alimentati al 10% da scorie liquide come combustibile aggiuntivo, la differenza è probabilmente dovuta alle caratteristiche tecniche dell'impianto di combustione. Un diagramma a nube di punti del logaritmo delle concentrazioni di PCDD/F in mole a fronte della percentuale di cloro nel materiale di alimentazione mostra una diminuzione statisticamente rilevante nelle concentrazioni di PCDD/F dei gas in uscita, con un aumento del contenuto di cloro. Tenendo presenti le diverse caratteristiche tecniche dei bruciatori, si tratta presumibilmente di un effetto artificiale dei dati perché non esiste attualmente nessuna teoria sulla formazione dei PCDD/F in grado di spiegare questo tipo di comportamento.

Per quanto riguarda i forni da cemento [FC] non si è riscontrato nessun tipo di connessione tra la quantità di cloro immesso per tonnellata di scoria (clinker) prodotta e concentrazioni di PCDD/F. Le impronte relative ai diversi processi di produzione del cemento sono separate da un coefficiente di distanza superiore a quello spiegabile con l'imprecisione del metodo. Vi sono perciò differenze anche tra i vari tipi di forno (es.: lungo con umidità, lungo a secco, preriscaldatore, preriscaldatore/precalcinatore). Le concentrazioni di PCDD/F allo stato gassoso non hanno in genere mostrato nessuna connessione significativa con il cloro presente nei rifiuti immessi. L'unico impianto presso cui si è registrato un effetto statisticamente rilevante presentava una riduzione delle concentrazioni di PCDD/F a fronte di un aumento del cloro immesso. Si tratta molto probabilmente di un effetto artificiale dei dati e non di un fenomeno reale.

Gli IRP non hanno generalmente mostrato nessuna relazione tra concentrazioni di PCDD/F nei gas in uscita e cloro , ma in determinati impianti si è assistito a un aumento o a una diminuzione a fronte di una maggiore quantità di cloro nel materiale di alimentazione. I BCS mostrano una diminuzione delle concentrazioni di PCDD/F nei gas in uscita con un aumento del cloro immesso, e ciò potrebbe essere dovuto a diverse caratteristiche tecniche dei bruciatori piuttosto che a un fenomeno reale. Per quanto riguarda i FC o non si è rilevata nessuna connessione oppure si è avuta una diminuzione delle concentrazioni di PCDD/F nei gas in uscita a fronte di un maggiore contenuto di cloro nei rifiuti immessi.


Camere di combustione di Biomassa [BMC]

I dati relativi alle camere di combustione di biomassa raccolti nel database mostrano che né la composizione, né la concentrazione dei PCDD/F sono in qualche modo collegate al contenuto di cloro del materiale di alimentazione, in base a quanto rilevato in ognuna delle sette unità situate presso cinque impianti che dispongono di informazioni simultanee sulle caratteristiche dei PCDD/F e del cloro. Anche nei casi in cui si è aggiunto deliberatamente Pentaclorofenolo [PCP], come a Northwood, nei B.C. si sono generati solo due omologhi dei PCDD/F a livelli osservabili e solo con le quantità massime di sostanza aggiunta. A Elk Falls, è stato incrementato il contenuto di cloro di scorie di legno cariche di sale, aggiungendovi fanghi di pasta di carta con un tasso di cloro ancora più alto: si è rilevata tuttavia una riduzione delle concentrazioni di PCDD/F. I dati relativi alle altre tre BMC incluse nel database mostrano concentrazioni di PCDD/F allo stato gassoso analoghe, ma tuttavia il contenuto di cloro del materiale di biomassa immesso non è stato calcolato e non sono disponibili i valori concomitanti di HCl e perciò da questo insieme di test non si possono trarre delle conclusioni sul potenziale rapporto tra concentrazioni di PCDD/F e cloro.

Le prove effettuate presso impianti BMC con aggiunta di cloro indicano che un maggiore contenuto della sostanza nel materiale di alimentazione non influenza in alcun modo le concentrazioni di PCDD/F nei gas di uscita delle singole unità; in un caso si è avuta tuttavia una diminuzione quando si sono immessi al posto di trucioli di legno carico di sale dei fanghi di pasta di carta a più alto contenuto di cloro.


Camere di combustione su scala pilota, sperimentale e di laboratorio [LBP]

Le unità su scala pilota, sperimentale e di laboratorio hanno fatto rilevare delle tendenze osservabili tra concentrazioni collaterali di PCDD/F allo stato gassoso e tasso di cloro nel materiale di alimentazione. In test condotti in laboratorio sulla combustione si è scoperto che la formazione di PCDD/F non è a quanto pare collegata alla concentrazione di HCl, ma che la concentrazione di Cl2 ne provoca un aumento una volta superata una soglia che è circa cinque volte superiore rispetto ai valori di Cl2 normalmente rilevati presso gli impianti IRSU. Risultati di test su scala sperimentale sulla combustione con strato inferiore fluidificato indicano anche che potrebbe esistere una soglia necessaria perché la concentrazione di cloro cominci a produrre degli effetti. Sono stati rilevati inoltre degli elementi a conferma del fatto che la formazione di PCDD/F viene influenzata dalla temperatura. In un test su scala pilota presso un impianto IRSU ha evidenziato che gli effetti del cloro probabilmente non sono osservabili fino a quando le concentrazioni di cloro non sono notevolmente al di sopra dei livelli normalmente presenti nei rifiuti solidi urbani.

I test LBP sono utili per studi meccanicistici ma non riflettono necessariamente quanto avviene nelle strutture su scala reale. Le unità LBP non sono in grado di riprodurre contemporaneamente i fattori che agiscono negli impianti su scala reale: dinamica dei fluidi, time-histories della temperatura e caratteristiche fisiche del materiale di alimentazione (ad esempio, il materiale deve essere dimensionato e spesso ridotto in pellet per essere usato in queste camere di combustione). I risultati da LBP devono essere impiegati con cautela come guida all'interpretazione dei risultati dei test su impianti in scala reale. Sono necessarie delle prove di conferma in strutture su scala reale per verificare che qualsiasi fenomeno osservato non sia un effetto illusorio delle apparecchiature LBP.

Sebbene questa ricerca si sia occupata della valutazione del rapporto tra concentrazioni di PCDD/F nei flussi gassosi e concentrazione di cloro nel materiale di alimentazione, non ha affrontato la questione dell'eventuale rapporto tra cloro e concentrazioni di PCDD/F negli effluenti liquidi (ad esempio acque di spegnimento residue, scarichi delle torri di lavaggio, ecc.) o nei residui solidi che escono dagli impianti, a causa della scarsa disponibilità di dati corretti.

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INDICAZIONI

L'Appendice C e il corpo principale di questo studio contengono una notevole mole di informazioni che possono essere usate per trattare altri argomenti riguardanti la formazione di PCDD/F e le prestazioni dei sistemi di controllo APCS. Si incoraggiano vivamente altri ricercatori ad usare questo lavoro come punto di partenza per affrontare tali questioni.

Se si effettueranno in futuro altre prove sperimentali, esse dovrebbero essere concepite con un tempo di stabilizzazione sufficiente tra le condizioni dei diversi test per ridurre al minimo gli effetti di memoria tra un ciclo e l'altro, osservati da molti ricercatori. Dovrebbe almeno passare sempre lo stesso periodo di tempo tra la variazione delle condizioni e l'inizio dei cicli sperimentali, per facilitare un trattamento statistico di questo problema perlomeno rudimentale. Nei rapporti finali sui test si dovrebbe sempre includere una descrizione completa delle condizioni di funzionamento reali, in modo che i risultati conservino la loro utilità anche una volta che si sono sviluppate nuove conoscenze e che si siano sperimentate nuove teorie. Una definizione simultanea di tutti i flussi solidi, liquidi e gassosi in uscita, infine, può rendere possibili dei bilanci di massa che permettono di quantificare gli errori sperimentali e di distinguere tra eliminazione dei PCDD/F (inibizione della formazione) e passaggio da un mezzo all'altro.


American Society of Mechanical Engineers, dicembre 1995

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Questa pagina è stata creata il 2 novembre 1996.
Ultima revisione: 24 aprile 1998.

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