Depurazione delle emissioni gassose provenienti da combustori di scarti legnosi
Il processo di adsorbimento della diossina su letto fisso può avere applicazione anche nella depurazione degli effluenti gassosi provenienti da combustori operanti con materiali legnosi o da inceneritori di biomasse di piccola potenzialità. Generalmente i generatori di vapore, alimentati di scarti legnosi, sono già provvisti di un sistema primario di rimozione del particolato operanti a due stadi, di cui il primo generalmente a ciclone, il secondo con filtro a maniche in Teflon, a scarico automatico del pannello, idoneo ad operare a temperatura fino a 200 C. Nella combustione di biomasse e materiali legnosi in particolare si produce potenzialmente diossina per la presenza dei componenti aromatici della lignina e del cloro naturale contenuto nelle ceneri. Nei gas di combustione vi è inoltre presenza, seppur limitata, di gas acidi. Contrariamente a quanto avviene nei termovalorizzatori, la presenza di SO2 è sensibilmente superiore a quella di HCl.
Gli effluenti gassosi originati dalla combustione di materiali legnosi, dopo la rimozione del particolato, hanno caratteristiche che rientrano di frequente nei parametri indicati in tabella.
Tabella 1 Caratteristiche effluenti gassosi da combustori di materiali legnosi dopo filtrazione
La concentrazione dei gas acidi nelle correnti gassose provenienti da processi termici varia in un largo intervallo, in funzione principalmente del contenuto di zolfo e di cloro nei materiali di partenza. Nel gas di combustione da scarti legnosi la presenza dei gas acidi è piuttosto contenuta così da non costituire generalmente un limite per le emissioni al camino; contrariamente a quanto avviene nei termovalorizzatori, la presenza di SO2 è sensibilmente superiore a quella di HCl; in particolare la concentrazione media degli SOx, misurati come SO2, è circa 50 mg/Nm3 per il legno trattato e 20 mg/Nm3 per il legno non trattato; la concentrazione media di HCl è circa 20 mg/Nm3 per il legno trattato e 5 mg/Nm3 per il legno non trattato.
In genere il tenore degli NOx e degli SOx degli effluenti rientrano nei limiti ammessi per lo scarico in ambiente, considerando che i combustori spesso operano per meno di 24 ore/giorno. É quindi possibile in questi casi proporre soluzioni a basso costo di investimento ed esercizio, mirate alla sola rimozione dei PCDD/DF.
Per la depurazione dei gas di combustione dai microinquinanti organici quali i PCCD/F in particolare dai gas acidi presenti, la tecnologica più applicata prevede l’iniezione dell’adsorbente carbonioso e del reattivo alcalino, formulati in polvere, nella corrente gassosa; dopo un tempo di permanenza in linea od in un reattore di circa 2 secondi la corrente gassosa è filtrata in filtro a tessuto del tipo autopulente. Nel caso particolare, in considerazione del tenore trascurabile dei gas acidi, il dosaggio del reattivo alcalino potrebbe essere omesso; preferibilmente nel caso particolare l’adsorbente carbonioso ed il reattivo alcalino sono iniettati già mescolati in un adeguato rapporto sulla base della concentrazione media degli inquinanti nella corrente gassosa.
In alternativa è proponibile un processo di depurazione a letto fisso che prevede un primo stadio di filtrazione in filtro a tessuto ed un secondo stadio di reazione ed adsorbimento in un letto fisso o letto mobile, caricato con reattivo alcalino ed adsorbente carbonioso, formulati in particelle porose di dimensioni 2÷4 mm. Nel caso di concentrazione trascurabile di gas acidi nell’effluente gassoso è possibile prevedere un letto fisso di solo adsorbente.
Nella selezione tra le due soluzioni prospettate è opportuno considerare che il reattivo alcalino e l’adsorbente carbonioso, sia formulati in polvere con granuli di dimensioni 20÷40 µm, che in particelle di dimensioni 2÷4 mm, presentano caratteristiche morfologiche interne sostanzialmente diverse che ne influenzano l’efficienza di impiego. Il reattivo alcalino, pur con una porosità interna circa il 20÷30 % non ha struttura microporosa e presenta una superficie specifica interna limitata, compresa tra 20÷40 m2/g; quale conseguenza il trasporto delle molecole di gas acido all’interno delle particelle avviene con il solo meccanismo di diffusività molecolare, che è efficiente solo per le particelle di polvere con dimensioni ridotte. L’adsorbente carbonioso ha invece struttura microporosa con superficie specifica interna tra 300÷900 m2/g; il trasporto delle molecole di gas acido all’interno delle particelle, coadiuvato dalla diffusività superficiale, risulta efficiente anche particelle di dimensioni più elevate.
É inoltre notevolmente diverso il contenuto dei due tipi di inquinanti presenti nelle correnti gassose, gas acidi e microinquinanti, ed è conseguentemente diverso l’impiego del reattivo alcalino e dell’adsorbente che ne consegue. La neutralizzazione dei gas acidi, che in totale possono essere presenti nel gas inquinato a concentrazione 100÷120 mg/Nm3, richiede una quantità di reagente alcalino con eccesso fino a 150÷250 %, rispetto il valore stechiometrico e richiedono una quantità elevata di carica in letto fisso; la concentrazione dei microinquinanti è di ordine di grandezza inferiore; la concentrazione dei PCDD/F nocivi che sono catturati nel materiale adsorbente si misura in termini di 100÷150 ng/Nm3, con gli adsorbenti carboniosi che hanno una capacità adsorbente a livello 10÷20 mg/Kg.
Quale conseguenza delle precedenti considerazione la concentrazione dei gas acidi nella corrente gassosa inquinata è una condizione determinante per la selezione del processo depurativo.
Se la concentrazione di SO2 supera i 100 mg/Nm3, risulta più conveniente il processo di depurazione con iniezioni del reattivo e l’adsorbente in polvere in corrente gassosa, in quanto un letto fisso del reagente alcalino risulta eccessivamente voluminoso per assicurare una autonomia di 2000 ore di esercizio. Di frequente nei reflui provenienti dalla combustione di materiali legnosi la concentrazione SO 2 non supera 50 mg/Nm3 e la concentrazione di HCl è inferiore a 20 mg/Nm3. In tal caso un letto preliminare di reattivo alcalino può operare da guardia per assicurare il rispetto del limite di emissione e ridurre drasticamente la concentrazione di gas acidi per evitare rischi di corrosioni ed interazioni con il carbone attivo. Il letto di reattivo alcalino può ridurre il tenore di SO2 a 20 mg/Nm3 ed il tenore di HCl al disotto di 10 mg/Nm3 di SO2; in riferimento ad una portata di 10000 Nm3/ora i gas acidi rimossi sono 0,40 kg/ora di SO2 e 0,10 kg/ora di HCl. Il flusso stechiometrico del reattivo a base di carbonato di calcio è di circa 0,7483 Kg/ora e quello effettivo è circa 1,50 kg/ora Per una autonomia di 2000 ora è necessario un letto fisso di 3000÷6000 Kg di reattivo di volume 2,7÷5,5 m3.
In base alla concentrazione dei gas acidi e dei flussi pervisti si può adottare la soluzione più idonea tra quelle indicate.
1) É preferenziale l’impiego di processo di depurazione con iniezioni di reattivo ed adsorbente in polvere, se la concentrazione di SO2 supera 100 mg/Nm3 ed il flusso stechiometrico del reattivo alcalino è superiore a 2,0 Kg/ora
2) É consigliabile il processo di depurazione a letto fisso con impiego di reattivo alcalino e carbone attivo formulati in particella, se la concentrazione di SO2 è inferiore a 70 mg/Nm3 ed il flusso stechiometrico del reattivo alcalino è inferiore d 1,0 Kg/ora.
3) Si può adottare il processo di depurazione a letto fisso con solo impiego di carbone attivo formulati in particella, se la concentrazione di SO2 è inferiore a 20 mg/Nm3.
4) Nei paragrafi successivi sono esposti i criteri di progettazione per il processo di depurazione con iniezione dei reattivi e filtrazione in filtro a tessuto e per il processo di neutralizzazione ed adsorbimento a letto fisso.