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55. Controllo dell'inquinamento ambientale

Redattori di capitoli: Jerry Spiegel e Lucien Y. Maystre


 

Sommario

Tabelle e figure

Controllo e prevenzione dell'inquinamento ambientale
Jerry Spiegel e Lucien Y. Maystre

Gestione dell'inquinamento atmosferico
Dietrich Schwela e Berenice Goelzer

Inquinamento atmosferico: modellazione della dispersione degli inquinanti atmosferici
Marion Wichmann-Fiebig

Monitoraggio della qualità dell'aria
Hans-Ulrich Pfeffer e Peter Bruckmann

Controllo dell'inquinamento atmosferico
Giovanni Elia

Controllo dell'inquinamento idrico
Herbert C. Preul

Progetto di bonifica delle acque reflue della regione di Dan: un caso di studio
Alessandro Donagi

Principi di gestione dei rifiuti
Lucien Y. Maystre

Gestione e riciclaggio dei rifiuti solidi
Niels Jorn Hahn e Poul S. Lauridsen

Caso di studio: controllo e prevenzione dell'inquinamento multimediale canadese sui Grandi Laghi
Thomas Tseng, Victor Shantora e Ian R. Smith

Tecnologie di produzione più pulite
David Bennett

tavoli

Fare clic su un collegamento sottostante per visualizzare la tabella nel contesto dell'articolo.

1. Inquinanti atmosferici comuni e loro fonti
2. Parametri di pianificazione della misurazione
3. Procedure di misura manuali per gas inorganici
4. Procedure di misura automatizzate per gas inorganici
5. Procedure di misura del particolato in sospensione
6. Procedure di misura a lunga distanza
7. Procedure cromatografiche di misurazione della qualità dell'aria
8. Monitoraggio sistematico della qualità dell'aria in Germania
9. Passaggi nella selezione dei controlli dell'inquinamento
10 Standard di qualità dell'aria per l'anidride solforosa
11 Standard di qualità dell'aria per il benzene
12 Esempi della migliore tecnologia di controllo disponibile
13 Gas industriali: metodi di pulizia
14 Tassi di emissione campione per processi industriali
15  Operazioni e processi di trattamento delle acque reflue
16 Elenco dei parametri indagati
17 Parametri indagati ai pozzi di recupero
18 Fonti di rifiuti
19 Criteri per la selezione delle sostanze
20 Riduzione delle emissioni di diossina e furano in Canada

Cifre

Punta su una miniatura per vedere la didascalia della figura, fai clic per vedere la figura nel contesto dell'articolo.

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Nel corso del ventesimo secolo, il crescente riconoscimento degli impatti sull'ambiente e sulla salute pubblica associati alle attività antropiche (discusso nel capitolo Rischi ambientali per la salute) ha indotto lo sviluppo e l'applicazione di metodi e tecnologie per ridurre gli effetti dell'inquinamento. In questo contesto, i governi hanno adottato misure normative e altre misure politiche (discusse nel capitolo Politica ambientale) per ridurre al minimo gli effetti negativi e garantire il rispetto degli standard di qualità ambientale.

L'obiettivo di questo capitolo è quello di fornire un orientamento ai metodi che vengono applicati per controllare e prevenire l'inquinamento ambientale. Verranno introdotti i principi base seguiti per eliminare gli impatti negativi sulla qualità dell'acqua, dell'aria o del suolo; si prenderà in considerazione lo spostamento dell'accento dal controllo alla prevenzione; e verranno esaminati i limiti delle soluzioni costruttive per i singoli mezzi ambientali. Non è sufficiente, ad esempio, proteggere l'aria rimuovendo i metalli in traccia da un gas di combustione solo per trasferire questi contaminanti nel terreno attraverso pratiche di gestione improprie dei rifiuti solidi. Sono necessarie soluzioni multimediali integrate.

L'approccio al controllo dell'inquinamento

Le conseguenze ambientali della rapida industrializzazione hanno provocato innumerevoli casi di contaminazione di siti di risorse terrestri, aeree e idriche con materiali tossici e altri inquinanti, minacciando gli esseri umani e gli ecosistemi con gravi rischi per la salute. L'uso più esteso e intensivo di materiali ed energia ha creato pressioni cumulative sulla qualità degli ecosistemi locali, regionali e globali.

Prima che ci fosse uno sforzo concertato per limitare l'impatto dell'inquinamento, la gestione ambientale andava poco oltre la tolleranza del laissez-faire, mitigata dallo smaltimento dei rifiuti per evitare disagi locali dirompenti concepiti in una prospettiva a breve termine. La necessità di riparazione è stata riconosciuta, eccezionalmente, nei casi in cui il danno è stato ritenuto inaccettabile. Man mano che il ritmo dell'attività industriale si intensificava e cresceva la comprensione degli effetti cumulativi, a controllo dell'inquinamento paradigma è diventato l'approccio dominante alla gestione ambientale.

Due concetti specifici sono serviti come base per l'approccio di controllo:

  • , il capacità assimilativa concetto, che afferma l'esistenza di un determinato livello di emissioni nell'ambiente che non comporta effetti inaccettabili sull'ambiente o sulla salute umana
  • , il principio di controllo concetto, che presuppone che il danno ambientale possa essere evitato controllando il modo, il tempo e la velocità con cui gli inquinanti entrano nell'ambiente

 

Nell'ambito dell'approccio di controllo dell'inquinamento, i tentativi di proteggere l'ambiente si sono basati in particolare sull'isolamento dei contaminanti dall'ambiente e sull'utilizzo di filtri e depuratori di fine tubo. Queste soluzioni tendevano a concentrarsi su obiettivi di qualità ambientale o limiti di emissione specifici per i mezzi e sono state principalmente dirette agli scarichi di sorgenti puntuali in mezzi ambientali specifici (aria, acqua, suolo).

Applicazione delle tecnologie di controllo dell'inquinamento

L'applicazione di metodi di controllo dell'inquinamento ha dimostrato una notevole efficacia nel controllare i problemi di inquinamento, in particolare quelli di carattere locale. L'applicazione di tecnologie appropriate si basa su un'analisi sistematica della fonte e della natura dell'emissione o dello scarico in questione, della sua interazione con l'ecosistema e del problema dell'inquinamento ambientale da affrontare e sullo sviluppo di tecnologie appropriate per mitigare e monitorare gli impatti dell'inquinamento .

Nel loro articolo sul controllo dell'inquinamento atmosferico, Dietrich Schwela e Berenice Goelzer spiegano l'importanza e le implicazioni dell'adozione di un approccio globale alla valutazione e al controllo delle fonti puntuali e non puntuali dell'inquinamento atmosferico. Evidenziano anche le sfide - e le opportunità - che vengono affrontate nei paesi che stanno subendo una rapida industrializzazione senza avere una forte componente di controllo dell'inquinamento che accompagni lo sviluppo precedente.

Marion Wichman-Fiebig spiega i metodi applicati per modellare la dispersione degli inquinanti atmosferici per determinare e caratterizzare la natura dei problemi di inquinamento. Ciò costituisce la base per comprendere i controlli da porre in essere e per valutarne l'efficacia. Man mano che la comprensione dei potenziali impatti si è approfondita, la valutazione degli effetti si è estesa dalla scala locale a quella regionale a quella globale.

Hans-Ulrich Pfeffer e Peter Bruckmann forniscono un'introduzione alle apparecchiature e ai metodi utilizzati per monitorare la qualità dell'aria in modo da poter valutare i potenziali problemi di inquinamento e valutare l'efficacia degli interventi di controllo e prevenzione.

John Elias fornisce una panoramica dei tipi di controlli dell'inquinamento atmosferico che possono essere applicati e dei problemi che devono essere affrontati nella selezione delle opzioni di gestione del controllo dell'inquinamento appropriate.

La sfida del controllo dell'inquinamento idrico è affrontata da Herbert Preul in un articolo che spiega la base per cui le acque naturali della terra possono essere inquinate da fonti puntuali, non puntuali e intermittenti; la base per regolare l'inquinamento idrico; ei diversi criteri che possono essere applicati nella determinazione dei programmi di controllo. Preul spiega il modo in cui gli scarichi vengono ricevuti nei corpi idrici e possono essere analizzati e valutati per valutare e gestire i rischi. Infine, viene fornita una panoramica delle tecniche applicate per il trattamento delle acque reflue su larga scala e il controllo dell'inquinamento idrico.

Un caso di studio fornisce un vivido esempio di come le acque reflue possono essere riutilizzate - un argomento di notevole importanza nella ricerca di modi in cui le risorse ambientali possono essere utilizzate in modo efficace, specialmente in circostanze di scarsità. Alexander Donagi fornisce una sintesi dell'approccio che è stato perseguito per il trattamento e la ricarica delle acque sotterranee delle acque reflue municipali per una popolazione di 1.5 milioni in Israele.

Gestione completa dei rifiuti

Nella prospettiva del controllo dell'inquinamento, i rifiuti sono considerati un sottoprodotto indesiderabile del processo di produzione che deve essere contenuto in modo da garantire che le risorse del suolo, dell'acqua e dell'aria non siano contaminate oltre i livelli ritenuti accettabili. Lucien Maystre fornisce una panoramica delle questioni che devono essere affrontate nella gestione dei rifiuti, fornendo un collegamento concettuale ai ruoli sempre più importanti del riciclaggio e della prevenzione dell'inquinamento.

In risposta alle ampie prove della grave contaminazione associata alla gestione illimitata dei rifiuti, i governi hanno stabilito standard per pratiche accettabili per la raccolta, la manipolazione e lo smaltimento per garantire la protezione dell'ambiente. Particolare attenzione è stata prestata ai criteri per lo smaltimento sicuro dal punto di vista ambientale mediante discariche sanitarie, incenerimento e trattamento dei rifiuti pericolosi.

Per evitare il potenziale onere ambientale ei costi associati allo smaltimento dei rifiuti e promuovere una gestione più accurata delle risorse scarse, la riduzione al minimo dei rifiuti e il riciclaggio hanno ricevuto un'attenzione crescente. Niels Hahn e Poul Lauridsen forniscono una sintesi dei problemi che vengono affrontati nel perseguire il riciclaggio come strategia di gestione dei rifiuti preferita e considerano le potenziali implicazioni di esposizione dei lavoratori di ciò.

Spostare l'accento sulla prevenzione dell'inquinamento

L'abbattimento di fine ciclo rischia di trasferire l'inquinamento da un mezzo a un altro, dove può causare problemi ambientali altrettanto gravi o addirittura costituire una fonte indiretta di inquinamento per lo stesso mezzo. Sebbene non sia costoso come la bonifica, l'abbattimento a fine ciclo può contribuire in modo significativo ai costi dei processi di produzione senza apportare alcun valore. Tipicamente è anche associato a regimi normativi che aggiungono altre serie di costi associati all'applicazione della conformità.

Sebbene l'approccio al controllo dell'inquinamento abbia ottenuto un notevole successo nel produrre miglioramenti a breve termine per i problemi di inquinamento locale, è stato meno efficace nell'affrontare i problemi cumulativi che sono sempre più riconosciuti a livello regionale (ad esempio, piogge acide) o globale (ad esempio, riduzione dell'ozono). .

L'obiettivo di un programma di controllo dell'inquinamento ambientale orientato alla salute è quello di promuovere una migliore qualità della vita riducendo l'inquinamento al livello più basso possibile. I programmi e le politiche di controllo dell'inquinamento ambientale, le cui implicazioni e priorità variano da paese a paese, coprono tutti gli aspetti dell'inquinamento (aria, acqua, terra e così via) e prevedono il coordinamento tra aree quali lo sviluppo industriale, l'urbanistica, lo sviluppo delle risorse idriche e dei trasporti politiche.

Thomas Tseng, Victor Shantora e Ian Smith forniscono un caso studio dell'impatto multimediale che l'inquinamento ha avuto su un ecosistema vulnerabile e soggetto a molti stress: i Grandi Laghi nordamericani. Viene esaminata in particolare l'efficacia limitata del modello di controllo dell'inquinamento nel trattare le tossine persistenti che si disperdono nell'ambiente. Concentrandosi sull'approccio perseguito in un paese e sulle implicazioni che questo ha per l'azione internazionale, vengono illustrate le implicazioni per le azioni che affrontano la prevenzione così come il controllo.

Poiché le tecnologie di controllo dell'inquinamento ambientale sono diventate più sofisticate e più costose, c'è stato un crescente interesse nei modi per incorporare la prevenzione nella progettazione dei processi industriali, con l'obiettivo di eliminare gli effetti ambientali dannosi promuovendo al contempo la competitività delle industrie. Tra i vantaggi degli approcci di prevenzione dell'inquinamento, delle tecnologie pulite e della riduzione dell'uso di sostanze tossiche c'è la possibilità di eliminare l'esposizione dei lavoratori ai rischi per la salute.

David Bennett fornisce una panoramica del motivo per cui la prevenzione dell'inquinamento sta emergendo come una strategia preferita e come si collega ad altri metodi di gestione ambientale. Questo approccio è fondamentale per attuare il passaggio allo sviluppo sostenibile che è stato ampiamente approvato sin dal rilascio della Commissione delle Nazioni Unite per il commercio e lo sviluppo nel 1987 e ribadito alla Conferenza delle Nazioni Unite sull'ambiente e lo sviluppo (UNCED) di Rio nel 1992.

L'approccio alla prevenzione dell'inquinamento si concentra direttamente sull'uso di processi, pratiche, materiali ed energia che evitino o riducano al minimo la creazione di inquinanti e rifiuti alla fonte, e non su misure di abbattimento "aggiuntive". Mentre l'impegno aziendale gioca un ruolo fondamentale nella decisione di perseguire la prevenzione dell'inquinamento (vedi Bringer e Zoesel in politica ambientale), Bennett richiama l'attenzione sui vantaggi per la società derivanti dalla riduzione dei rischi per l'ecosistema e per la salute umana, e in particolare per la salute dei lavoratori. Identifica i principi che possono essere utilmente applicati nella valutazione delle opportunità per perseguire questo approccio.

 

Di ritorno

Mercoledì, marzo 09 2011 15: 30

Gestione dell'inquinamento atmosferico

La gestione dell'inquinamento atmosferico mira all'eliminazione, o alla riduzione a livelli accettabili, di inquinanti gassosi aerodispersi, particolato in sospensione e agenti fisici e, in una certa misura, biologici la cui presenza nell'atmosfera può causare effetti negativi sulla salute umana (es. aumento dell'incidenza o della prevalenza di malattie respiratorie, morbilità, cancro, eccesso di mortalità) o del benessere (ad esempio, effetti sensoriali, riduzione della visibilità), effetti deleteri sulla vita animale o vegetale, danni a materiali di valore economico per la società e danni all'ambiente (es. modificazioni climatiche). Anche i gravi pericoli associati agli inquinanti radioattivi, nonché le procedure speciali richieste per il loro controllo e smaltimento, meritano particolare attenzione.

L'importanza di una gestione efficiente dell'inquinamento dell'aria esterna e interna non può essere sottovalutata. Senza un adeguato controllo, la moltiplicazione delle fonti di inquinamento nel mondo moderno può portare a danni irreparabili per l'ambiente e per l'uomo.

L'obiettivo di questo articolo è fornire una panoramica generale dei possibili approcci alla gestione dell'inquinamento dell'aria ambiente da fonti automobilistiche e industriali. Tuttavia, va sottolineato fin dall'inizio che l'inquinamento dell'aria interna (in particolare, nei paesi in via di sviluppo) potrebbe svolgere un ruolo ancora più importante dell'inquinamento dell'aria esterna a causa dell'osservazione che le concentrazioni di inquinanti dell'aria interna sono spesso sostanzialmente più elevate delle concentrazioni all'aperto.

Oltre alle considerazioni sulle emissioni da fonti fisse o mobili, la gestione dell'inquinamento atmosferico implica la considerazione di fattori aggiuntivi (come la topografia e la meteorologia e la partecipazione della comunità e del governo, tra molti altri) che devono essere tutti integrati in un programma completo. Ad esempio, le condizioni meteorologiche possono influenzare notevolmente le concentrazioni al suolo derivanti dalla stessa emissione di inquinanti. Le fonti di inquinamento atmosferico possono essere sparse su una comunità o una regione ei loro effetti possono essere avvertiti o il loro controllo può coinvolgere più di un'amministrazione. Inoltre, l'inquinamento atmosferico non rispetta alcun confine e le emissioni di una regione possono produrre effetti in un'altra regione a causa del trasporto a lunga distanza.

La gestione dell'inquinamento atmosferico, quindi, richiede un approccio multidisciplinare e uno sforzo congiunto da parte di enti privati ​​e governativi.

Fonti di inquinamento atmosferico

Le fonti di inquinamento atmosferico antropico (o fonti di emissione) sono sostanzialmente di due tipi:

  • stazionario, che possono essere suddivise in fonti di area come la produzione agricola, mineraria e estrattiva, fonti industriali, puntuali e di area come la produzione di prodotti chimici, prodotti minerali non metallici, industrie metallurgiche di base, generazione di energia e fonti di comunità (ad esempio, riscaldamento di case ed edifici, inceneritori di rifiuti urbani e fanghi di depurazione, caminetti, impianti di cottura, servizi di lavanderia e impianti di pulizia)
  • mobile, comprendente qualsiasi forma di veicolo con motore a combustione (ad es. autovetture leggere a benzina, veicoli leggeri e pesanti diesel, motociclette, aeromobili, comprese le sorgenti di linea con emissioni di gas e particolato dal traffico veicolare).

 

Inoltre, esistono anche fonti naturali di inquinamento (es. aree erose, vulcani, alcune piante che rilasciano grandi quantità di polline, fonti di batteri, spore e virus). Le fonti naturali non sono discusse in questo articolo.

Tipi di inquinanti atmosferici

Gli inquinanti atmosferici sono generalmente classificati in particolato in sospensione (polveri, fumi, nebbie, fumi), inquinanti gassosi (gas e vapori) e odori. Di seguito sono presentati alcuni esempi di inquinanti usuali:

Particolato sospeso (SPM, PM-10) include gas di scarico diesel, ceneri volanti di carbone, polveri minerali (es. carbone, amianto, calcare, cemento), polveri e fumi metallici (es. zinco, rame, ferro, piombo) e nebbie acide (es. , acido solforico), fluoruri, pigmenti per vernici, nebbie di pesticidi, nerofumo e fumo d'olio. Gli inquinanti particolati in sospensione, oltre ai loro effetti di provocare malattie respiratorie, tumori, corrosione, distruzione di piante e così via, possono anche costituire disturbo (es. accumulo di sporcizia), interferire con la luce solare (es. formazione di smog e foschia per diffusione della luce) e fungono da superfici catalitiche per la reazione delle sostanze chimiche adsorbite.

Inquinanti gassosi includono composti solforati (p. es., anidride solforosa (SO2) e anidride solforosa (SO3)), monossido di carbonio, composti azotati (ad esempio, ossido nitrico (NO), biossido di azoto (NO2), ammoniaca), composti organici (es. idrocarburi (HC), composti organici volatili (VOC), idrocarburi policiclici aromatici (IPA), aldeidi), composti alogenati e derivati ​​alogenati (es. HF e HCl), idrogeno solforato, disolfuro di carbonio e mercaptani (odori).

Gli inquinanti secondari possono essere formati da reazioni termiche, chimiche o fotochimiche. Ad esempio, per azione termica l'anidride solforosa può ossidarsi ad anidride solforosa che, disciolta in acqua, dà luogo alla formazione di nebbie di acido solforico (catalizzate da manganese e ossidi di ferro). Le reazioni fotochimiche tra gli ossidi di azoto e gli idrocarburi reattivi possono produrre ozono (O3), formaldeide e nitrato di perossiacetile (PAN); le reazioni tra HCl e formaldeide possono formare bis-clorometil etere.

mentre alcuni odori sono noti per essere causati da specifici agenti chimici come l'idrogeno solforato (H2S), solfuro di carbonio (CS2) e mercaptani (R-SH o R1-S-R2) altri sono difficili da definire chimicamente.

Esempi dei principali inquinanti associati ad alcune fonti di inquinamento atmosferico industriale sono presentati nella tabella 1 (Economopoulos 1993).

Tabella 1. Inquinanti atmosferici comuni e loro fonti

Categoria

Fonte

Inquinanti emessi

Agricoltura

Aprire la masterizzazione

SPM, CO, COV

estrazione mineraria e
cave

Estrazione del carbone

petrolio greggio
e produzione di gas naturale

Estrazione di minerali non ferrosi

Estrazione di pietra

SPM, COSÌ2, NOx, COV

SO2

SPM, Pb

SPM

Produzione

Prodotti alimentari, bevande e tabacco

Industrie tessili e del cuoio

Prodotti in legno

Prodotti di carta, stampa

SPM, CO, COV, H2S

SPM, COV

SPM, COV

SPM, COSÌ2, CO, COV, H2S, R-SH

Produzione
di sostanze chimiche

Anidride ftalica

Cloro-alcali

Acido cloridrico

Acido fluoridrico

acido solforico

L'acido nitrico

Acido fosforico

Ossido di piombo e pigmenti

Ammoniaca

Carbonato di sodio

Carburo di Calcio

Acido adipico

Piombo alchilico

Anidride maleica e
acido tereftalico

Fertilizzante e
produzione di pesticidi

Nitrato di ammonio

solfato di ammonio

Resine sintetiche, plastica
materiali, fibre

Pitture, vernici, lacche

Sapone

Nerofumo e inchiostro da stampa

trinitrotoluene

SPM, COSÌ2, CO, COV

Cl2

HCl

HF, SiF4

SO2, COSÌ3

NOx

SMP, F2

SPM, Pb

SPM, COSÌ2, NOx, CO, COV, NH3

SPM, NH3

SPM

SMP, NOx, CO, COV

Pb

CO, COV

SPM, NH3

SPM, NH3, H.N.O.3

VOC

SPM, COV, H2S, CS2

SPM, COV

SPM

SPM, COSÌ2, NOx, CO, COV, H2S

SPM, COSÌ2, NOx, COSÌ3, H.N.O.3

Raffinerie di petrolio

Prodotti vari
di petrolio e carbone

SPM, COSÌ2, NOx, CO, COV

Minerale non metallico
fabbricazione di prodotti

Prodotti in vetro

Prodotti strutturali in argilla

Cemento, calce e gesso

SPM, COSÌ2, NOx, CO, COV, F

SPM, COSÌ2, NOx, CO, COV, F2

SPM, COSÌ2, NOx, CO

Industrie metallurgiche di base

Ferro e acciaio

Industrie non ferrose

SPM, COSÌ2, NOx, CO, COV, Pb

SPM, COSÌ2, FA, Pb

Produzione di energia

Elettricità, gas e vapore

SPM, COSÌ2, NOx, CO, COV, COSÌ3, Pb

Commercio all'ingrosso e
commercio al dettaglio

Stoccaggio carburante, operazioni di rifornimento

VOC

Transport

 

SPM, COSÌ2, NOx, CO, COV, Pb

Servizi alla comunità

Inceneritori comunali

SPM, COSÌ2, NOx, CO, COV, Pb

Fonte: Economopoulos 1993

Piani di attuazione dell'aria pulita

La gestione della qualità dell'aria mira alla conservazione della qualità ambientale prescrivendo il grado di inquinamento tollerato, lasciando alle autorità locali e agli inquinatori il compito di ideare e attuare azioni per garantire che tale grado di inquinamento non venga superato. Un esempio di legislazione all'interno di questo approccio è l'adozione di standard di qualità dell'aria ambiente basati, molto spesso, su linee guida sulla qualità dell'aria (WHO 1987) per diversi inquinanti; questi sono livelli massimi accettati di inquinanti (o indicatori) nell'area target (ad esempio, a livello del suolo in un punto specifico di una comunità) e possono essere standard primari o secondari. Gli standard primari (WHO 1980) sono i livelli massimi coerenti con un adeguato margine di sicurezza e con la salvaguardia della salute pubblica, e devono essere rispettati entro un termine specifico; gli standard secondari sono quelli ritenuti necessari per la protezione contro effetti avversi noti o previsti diversi dai pericoli per la salute (principalmente sulla vegetazione) e devono essere rispettati “entro un termine ragionevole”. Gli standard di qualità dell'aria sono valori a breve, medio o lungo termine validi per 24 ore al giorno, 7 giorni alla settimana e per l'esposizione mensile, stagionale o annuale di tutti i soggetti viventi (compresi i sottogruppi sensibili come bambini, anziani e malati) così come oggetti non viventi; questo è in contrasto con i livelli massimi ammissibili per l'esposizione professionale, che sono per un'esposizione settimanale parziale (ad esempio, 8 ore al giorno, 5 giorni alla settimana) di lavoratori adulti e presumibilmente sani.

Le misure tipiche nella gestione della qualità dell'aria sono misure di controllo alla fonte, ad esempio l'applicazione dell'uso di convertitori catalitici nei veicoli o di standard di emissione negli inceneritori, la pianificazione dell'uso del territorio e la chiusura di fabbriche o la riduzione del traffico in condizioni meteorologiche sfavorevoli . La migliore gestione della qualità dell'aria sottolinea che le emissioni di inquinanti atmosferici dovrebbero essere ridotte al minimo; questo è sostanzialmente definito attraverso standard di emissione per singole fonti di inquinamento atmosferico e potrebbe essere raggiunto per fonti industriali, ad esempio, attraverso sistemi chiusi e collettori ad alta efficienza. Uno standard di emissione è un limite alla quantità o alla concentrazione di un inquinante emesso da una fonte. Questo tipo di legislazione richiede una decisione, per ciascun settore, sui mezzi migliori per controllare le proprie emissioni (ossia, fissare standard di emissione).

L'obiettivo fondamentale della gestione dell'inquinamento atmosferico è derivare un piano di attuazione dell'aria pulita (o piano di abbattimento dell'inquinamento atmosferico) (Schwela e Köth-Jahr 1994) che consiste dei seguenti elementi:

  • descrizione dell'area rispetto a topografia, meteorologia e socioeconomia
  • inventario delle emissioni
  • confronto con gli standard di emissione
  • inventario delle concentrazioni di inquinanti atmosferici
  • concentrazioni simulate di inquinanti atmosferici
  • confronto con gli standard di qualità dell'aria
  • inventario degli effetti sulla salute pubblica e sull'ambiente
  • analisi causale
  • misure di controllo
  • costo delle misure di controllo
  • il costo della salute pubblica e gli effetti ambientali
  • analisi costi-benefici (costi del controllo vs. costi degli sforzi)
  • trasporti e pianificazione territoriale
  • piano di applicazione; impegno di risorse
  • proiezioni per il futuro su popolazione, traffico, industrie e consumi di carburante
  • strategie per il follow-up.

 

Alcuni di questi problemi verranno descritti di seguito.

Inventario delle emissioni; Confronto con gli standard di emissione

L'inventario delle emissioni è un elenco più completo delle fonti in una data area e delle loro singole emissioni, stimate il più accuratamente possibile da tutte le fonti di punto, linea e area (diffuse) di emissione. Quando queste emissioni vengono confrontate con gli standard di emissione fissati per una particolare fonte, vengono forniti i primi suggerimenti sulle possibili misure di controllo se gli standard di emissione non vengono rispettati. L'inventario delle emissioni serve anche a valutare un elenco di priorità di fonti importanti in base alla quantità di inquinanti emessi e indica l'influenza relativa di diverse fonti, ad esempio il traffico rispetto alle fonti industriali o residenziali. L'inventario delle emissioni consente inoltre di stimare le concentrazioni di inquinanti atmosferici per quegli inquinanti per i quali le misurazioni della concentrazione nell'ambiente sono difficili o troppo costose da eseguire.

Inventario delle concentrazioni di inquinanti atmosferici; Confronto con gli standard di qualità dell'aria

L'inventario delle concentrazioni di inquinanti atmosferici sintetizza i risultati del monitoraggio degli inquinanti atmosferici in termini di medie annuali, percentili e tendenze di tali quantità. I composti misurati per tale inventario includono quanto segue:

  • diossido di zolfo
  • ossido d'azoto
  • particolato sospeso
  • monossido di carbonio
  • ozono
  • metalli pesanti (Pb, Cd, Ni, Cu, Fe, As, Be)
  • idrocarburi policiclici aromatici: benzo(a)pirene, benzo(e)pirene, benzo(a)antracene, dibenzo(a, h)antracene, benzoghi)perilene, coronen
  • composti organici volatili: n-esano, benzene, 3-metil-esano, n-eptano, toluene, ottano, etilbenzene xilene (o-,m-,p-), n-nonano, isopropilbenzene, propilbenezene, n-2-/3-/4-etiltoluene, 1,2,4-/1,3,5-trimetilbenzene, triclorometano, 1,1,1 tricloroetano, tetraclorometano, tri-/tetracloroetene.

 

Il confronto delle concentrazioni di inquinanti atmosferici con gli standard o le linee guida sulla qualità dell'aria, se esistenti, indica aree problematiche per le quali deve essere eseguita un'analisi causale al fine di scoprire quali fonti sono responsabili della non conformità. La modellazione della dispersione deve essere utilizzata per eseguire questa analisi causale (vedere "Inquinamento atmosferico: modellazione della dispersione degli inquinanti atmosferici"). I dispositivi e le procedure utilizzate nell'odierno monitoraggio dell'inquinamento dell'aria ambiente sono descritti in “Monitoraggio della qualità dell'aria”.

Concentrazioni simulate di inquinanti atmosferici; Confronto con gli standard di qualità dell'aria

Partendo dall'inventario delle emissioni, con le sue migliaia di composti che non possono essere tutti monitorati nell'aria ambiente per motivi economici, l'uso della modellazione della dispersione può aiutare a stimare le concentrazioni di composti più “esotici”. Utilizzando parametri meteorologici appropriati in un modello di dispersione adeguato, è possibile stimare medie annuali e percentili e confrontarli con standard o linee guida sulla qualità dell'aria, se esistenti.

Inventario degli effetti sulla salute pubblica e sull'ambiente; Analisi causale

Un'altra importante fonte di informazioni è l'inventario degli effetti (Ministerium für Umwelt 1993), che consiste in risultati di studi epidemiologici nell'area data e di effetti dell'inquinamento atmosferico osservati in recettori biologici e materiali come, ad esempio, piante, animali e costruzioni metalli e pietre da costruzione. Gli effetti osservati attribuiti all'inquinamento atmosferico devono essere analizzati causalmente rispetto alla componente responsabile di un particolare effetto, ad esempio l'aumento della prevalenza di bronchite cronica in un'area inquinata. Se il composto o i composti sono stati fissati in un'analisi causale (analisi composto-causale), è necessario eseguire una seconda analisi per scoprire le fonti responsabili (analisi fonte-causale).

Misure di controllo; Costo delle misure di controllo

Le misure di controllo per gli impianti industriali comprendono dispositivi di purificazione dell'aria adeguati, ben progettati, ben installati, funzionanti e mantenuti in modo efficiente, chiamati anche separatori o collettori. Un separatore o collettore può essere definito come un "apparato per separare uno o più dei seguenti da un mezzo gassoso in cui sono sospesi o miscelati: particelle solide (filtro e separatori di polvere), particelle liquide (filtro e separatore di gocce) e gas (depuratore di gas)”. I tipi base di apparecchiature per il controllo dell'inquinamento atmosferico (discussi ulteriormente in "Controllo dell'inquinamento atmosferico") sono i seguenti:

  • per il particolato: separatori inerziali (es. cicloni); filtri in tessuto (a maniche); precipitatori elettrostatici; collettori umidi (scrubber)
  • per inquinanti gassosi: collettori umidi (scrubber); unità di adsorbimento (ad es. letti di adsorbimento); postcombustori, che possono essere a combustione diretta (incenerimento termico) o catalitici (combustione catalitica).

 

I collettori ad umido (scrubber) possono essere utilizzati per raccogliere, contemporaneamente, inquinanti gassosi e particolato. Inoltre, alcuni tipi di dispositivi di combustione possono bruciare gas e vapori combustibili nonché determinati aerosol combustibili. A seconda del tipo di effluente, è possibile utilizzare uno o una combinazione di più collettori.

Il controllo degli odori che sono identificabili chimicamente si basa sul controllo dell'agente(i) chimico(i) da cui emanano (es. per assorbimento, per incenerimento). Tuttavia, quando un odore non è definito chimicamente o l'agente produttore si trova a livelli estremamente bassi, possono essere utilizzate altre tecniche, come mascheramento (mediante un agente più forte, più gradevole e innocuo) o contrasto (mediante un additivo che contrasta o parzialmente neutralizza l'odore sgradevole).

Va tenuto presente che un funzionamento e una manutenzione adeguati sono indispensabili per garantire l'efficienza attesa da un collettore. Ciò dovrebbe essere garantito in fase di progettazione, sia dal punto di vista del know-how che dal punto di vista finanziario. Il fabbisogno energetico non deve essere trascurato. Ogni volta che si seleziona un dispositivo di pulizia dell'aria, è necessario considerare non solo il costo iniziale, ma anche i costi operativi e di manutenzione. Quando si ha a che fare con inquinanti ad alta tossicità, è necessario garantire un'elevata efficienza, nonché procedure speciali per la manutenzione e lo smaltimento dei materiali di scarto.

Le misure di controllo fondamentali negli impianti industriali sono le seguenti:

Sostituzione dei materiali. Esempi: sostituzione di solventi meno tossici con solventi altamente tossici utilizzati in alcuni processi industriali; utilizzo di combustibili a minor contenuto di zolfo (es. carbone lavato), dando origine quindi a meno composti solforati e così via.

Modifica o cambiamento del processo industriale o delle attrezzature. Esempi: nell'industria siderurgica, il passaggio dal minerale grezzo al minerale sinterizzato pellettato (per ridurre la polvere rilasciata durante la movimentazione del minerale); utilizzo di sistemi chiusi anziché aperti; sostituzione degli impianti di riscaldamento a combustibile con vapore, acqua calda o impianti elettrici; utilizzo di catalizzatori alle uscite dell'aria di scarico (processi di combustione) e così via.

Anche modifiche nei processi, oltre che nel layout degli impianti, possono facilitare e/o migliorare le condizioni di dispersione e raccolta degli inquinanti. Ad esempio, una diversa disposizione dell'impianto può facilitare l'installazione di un sistema di scarico locale; l'esecuzione di un processo a una velocità inferiore può consentire l'uso di un certo collettore (con limitazioni di volume ma comunque adeguato). Le modifiche al processo che concentrano diverse fonti di effluenti sono strettamente correlate al volume di effluenti gestiti e l'efficienza di alcune apparecchiature di depurazione dell'aria aumenta con la concentrazione di inquinanti nell'effluente. Sia la sostituzione dei materiali che la modifica dei processi possono avere limitazioni tecniche e/o economiche, e queste dovrebbero essere considerate.

Pulizia e conservazione adeguate. Esempi: rigorose misure igienico-sanitarie nella lavorazione di alimenti e prodotti animali; evitare lo stoccaggio all'aperto di prodotti chimici (ad es. cumuli di zolfo) o materiali polverosi (ad es. sabbia) o, in caso contrario, spruzzare con acqua (se possibile) i cumuli di particolato sciolto o applicare rivestimenti superficiali (ad es. agenti bagnanti, plastica) a cumuli di materiali suscettibili di rilasciare sostanze inquinanti.

Adeguato smaltimento dei rifiuti. Esempi: evitare il semplice accumulo di rifiuti chimici (come gli scarti dei reattori di polimerizzazione), nonché lo scarico di materiali inquinanti (solidi o liquidi) nei corsi d'acqua. Quest'ultima pratica non solo provoca l'inquinamento delle acque ma può anche creare una fonte secondaria di inquinamento dell'aria, come nel caso dei rifiuti liquidi delle cartiere con processo al solfito, che rilasciano inquinanti gassosi maleodoranti.

Assistenza. Esempio: i motori a combustione interna ben mantenuti e ben regolati producono meno monossido di carbonio e idrocarburi.

Pratiche di lavoro. Esempio: tenere conto delle condizioni meteorologiche, in particolare dei venti, durante l'irrorazione di pesticidi.

Per analogia con pratiche adeguate sul posto di lavoro, le buone pratiche a livello di comunità possono contribuire al controllo dell'inquinamento atmosferico - ad esempio, cambiamenti nell'uso dei veicoli a motore (più trasporti collettivi, auto di piccole dimensioni e così via) e controllo degli impianti di riscaldamento (migliore isolamento degli edifici per richiedere meno riscaldamento, migliori combustibili e così via).

Le misure di controllo delle emissioni dei veicoli sono programmi di ispezione e manutenzione obbligatori adeguati ed efficienti che vengono applicati per il parco auto esistente, programmi di imposizione dell'uso di convertitori catalitici nelle auto nuove, sostituzione aggressiva delle auto alimentate a energia solare/batteria con quelle alimentate a carburante , regolamentazione del traffico stradale e concetti di pianificazione dei trasporti e dell'uso del territorio.

Le emissioni dei veicoli a motore sono controllate controllando le emissioni per miglio del veicolo percorso (VMT) e controllando la VMT stessa (Walsh 1992). Le emissioni per VMT possono essere ridotte controllando le prestazioni del veicolo - hardware, manutenzione - sia per le auto nuove che per quelle in uso. La composizione del carburante della benzina con piombo può essere controllata riducendo il contenuto di piombo o zolfo, che ha anche un effetto benefico sulla diminuzione delle emissioni di HC dai veicoli. L'abbassamento dei livelli di zolfo nel carburante diesel come mezzo per ridurre le emissioni di particolato diesel ha l'ulteriore effetto benefico di aumentare il potenziale di controllo catalitico delle emissioni di particolato diesel e HC organici.

Un altro importante strumento di gestione per ridurre le emissioni evaporative e di rifornimento dei veicoli è il controllo della volatilità della benzina. Il controllo della volatilità del carburante può ridurre notevolmente le emissioni evaporative di HC del veicolo. L'uso di additivi ossigenati nella benzina riduce lo scarico di HC e CO fintanto che la volatilità del carburante non aumenta.

La riduzione del VMT è un mezzo aggiuntivo per controllare le emissioni dei veicoli mediante strategie di controllo come

  • utilizzo di modalità di trasporto più efficienti
  • aumentare il numero medio di passeggeri per auto
  • ripartizione dei picchi di traffico congestionato
  • riduzione della domanda di viaggio.

 

Sebbene tali approcci promuovano la conservazione del carburante, non sono ancora accettati dalla popolazione generale e i governi non hanno tentato seriamente di implementarli.

Tutte queste soluzioni tecnologiche e politiche al problema dei veicoli a motore, ad eccezione della sostituzione delle auto elettriche, sono sempre più controbilanciate dalla crescita della popolazione dei veicoli. Il problema del veicolo può essere risolto solo se il problema della crescita viene affrontato in modo appropriato.

Costo della salute pubblica ed effetti ambientali; Analisi costi benefici

La stima dei costi della salute pubblica e degli effetti ambientali è la parte più difficile di un piano di attuazione dell'aria pulita, in quanto è molto difficile stimare il valore della riduzione nel corso della vita delle malattie invalidanti, i tassi di ricovero ospedaliero e le ore di lavoro perse. Tuttavia, questa stima e un confronto con il costo delle misure di controllo è assolutamente necessario per bilanciare i costi delle misure di controllo rispetto ai costi di nessuna misura adottata, in termini di effetti sulla salute pubblica e sull'ambiente.

Trasporti e pianificazione territoriale

Il problema dell'inquinamento è intimamente connesso all'uso del suolo e ai trasporti, comprese questioni come la pianificazione comunitaria, la progettazione stradale, il controllo del traffico e il trasporto di massa; alle preoccupazioni di demografia, topografia ed economia; e alle preoccupazioni sociali (Venzia 1977). In generale, le aggregazioni urbane in rapida crescita hanno gravi problemi di inquinamento dovuti a cattive pratiche di uso del suolo e di trasporto. La pianificazione dei trasporti per il controllo dell'inquinamento atmosferico include controlli sui trasporti, politiche sui trasporti, trasporto di massa e costi di congestione autostradale. I controlli sui trasporti hanno un impatto importante sul pubblico in generale in termini di equità, repressione e disgregazione sociale ed economica - in particolare, i controlli diretti sui trasporti come i vincoli sui veicoli a motore, i limiti sulla benzina e le riduzioni delle emissioni dei veicoli a motore. Le riduzioni delle emissioni dovute ai controlli diretti possono essere attendibilmente stimate e verificate. I controlli indiretti sui trasporti come la riduzione delle miglia percorse dai veicoli grazie al miglioramento dei sistemi di trasporto di massa, i regolamenti per il miglioramento del flusso del traffico, i regolamenti sui parcheggi, le tasse stradali e sulla benzina, i permessi per l'uso dell'auto e gli incentivi per gli approcci volontari sono per lo più basati su prove passate e- esperienza di errore e includono molte incertezze quando si tenta di sviluppare un piano di trasporto praticabile.

I piani d'azione nazionali che comportano controlli indiretti sui trasporti possono influenzare la pianificazione dei trasporti e dell'uso del territorio per quanto riguarda autostrade, parcheggi e centri commerciali. La pianificazione a lungo termine del sistema di trasporto e dell'area da esso influenzata impedirà un significativo deterioramento della qualità dell'aria e garantirà il rispetto degli standard di qualità dell'aria. Il trasporto di massa è costantemente considerato come una potenziale soluzione per i problemi di inquinamento atmosferico urbano. La selezione di un sistema di trasporto di massa per servire un'area e le diverse ripartizioni modali tra l'uso dell'autostrada e il servizio di autobus o ferroviario modificheranno in ultima analisi i modelli di utilizzo del territorio. C'è una divisione ottimale che ridurrà al minimo l'inquinamento atmosferico; tuttavia, ciò potrebbe non essere accettabile se si considerano fattori non ambientali.

L'automobile è stata definita il più grande generatore di esternalità economiche mai conosciuto. Alcuni di questi, come il lavoro e la mobilità, sono positivi, ma quelli negativi, come l'inquinamento atmosferico, gli incidenti con conseguenti morti e feriti, i danni alla proprietà, il rumore, la perdita di tempo e l'aggravamento, portano a concludere che il trasporto non è un'industria a costi decrescenti nelle aree urbanizzate. I costi della congestione autostradale sono un'altra esternalità; il tempo perso ei costi di congestione, tuttavia, sono difficili da determinare. Una vera valutazione delle modalità di trasporto concorrenti, come il trasporto di massa, non può essere ottenuta se i costi di viaggio per i viaggi di lavoro non includono i costi di congestione.

La pianificazione dell'uso del suolo per il controllo dell'inquinamento atmosferico include codici di zonizzazione e standard di prestazione, controlli sull'uso del suolo, sviluppo di alloggi e territorio e politiche di pianificazione dell'uso del suolo. La zonizzazione dell'uso del suolo è stato il tentativo iniziale di realizzare la protezione delle persone, delle loro proprietà e delle loro opportunità economiche. Tuttavia, la natura onnipresente degli inquinanti atmosferici richiedeva più della semplice separazione fisica delle industrie e delle aree residenziali per proteggere l'individuo. Per questo motivo, in alcuni regolamenti urbanistici sono stati introdotti standard prestazionali basati inizialmente su scelte estetiche o qualitative, nel tentativo di quantificare criteri per l'individuazione di potenziali problemi.

I limiti della capacità di assimilazione dell'ambiente devono essere identificati per la pianificazione territoriale a lungo termine. Quindi, è possibile sviluppare controlli sull'uso del suolo che ripartiranno equamente la capacità tra le attività locali desiderate. I controlli sull'uso del suolo includono sistemi di autorizzazione per la revisione di nuove fonti stazionarie, regolamentazione della zonizzazione tra aree industriali e residenziali, restrizione mediante servitù o acquisto di terreni, controllo dell'ubicazione dei recettori, zonizzazione della densità di emissione e regolamenti sull'assegnazione delle emissioni.

Le politiche abitative volte a rendere la proprietà della casa disponibile a molti che altrimenti non potrebbero permettersela (come gli incentivi fiscali e le politiche sui mutui) stimolano l'espansione urbana incontrollata e indirettamente scoraggiano lo sviluppo residenziale ad alta densità. Queste politiche si sono ora rivelate disastrose dal punto di vista ambientale, poiché non è stata data alcuna considerazione allo sviluppo simultaneo di sistemi di trasporto efficienti per soddisfare le esigenze della moltitudine di nuove comunità in via di sviluppo. La lezione appresa da questo sviluppo è che i programmi che hanno un impatto sull'ambiente dovrebbero essere coordinati e una pianificazione globale intrapresa al livello in cui si verifica il problema e su una scala sufficientemente ampia da includere l'intero sistema.

La pianificazione territoriale deve essere esaminata a livello nazionale, provinciale o statale, regionale e locale per garantire adeguatamente la protezione dell'ambiente a lungo termine. I programmi governativi di solito iniziano con l'ubicazione delle centrali elettriche, i siti di estrazione mineraria, la suddivisione in zone costiere e il deserto, la montagna o altri sviluppi ricreativi. Poiché la molteplicità dei governi locali in una data regione non può affrontare adeguatamente i problemi ambientali regionali, i governi o le agenzie regionali dovrebbero coordinare lo sviluppo del territorio e i modelli di densità supervisionando la disposizione spaziale e l'ubicazione di nuove costruzioni e usi e strutture di trasporto. La pianificazione dell'uso del territorio e dei trasporti deve essere correlata con l'applicazione delle normative per mantenere la qualità dell'aria desiderata. Idealmente, il controllo dell'inquinamento atmosferico dovrebbe essere pianificato dalla stessa agenzia regionale che si occupa della pianificazione territoriale a causa delle esternalità sovrapposte associate a entrambe le questioni.

Piano di esecuzione, impegno delle risorse

Il piano di attuazione dell'aria pulita dovrebbe sempre contenere un piano di applicazione che indichi come possono essere applicate le misure di controllo. Ciò implica anche un impegno di risorse che, secondo un principio chi inquina paga, indicherà ciò che l'inquinatore deve attuare e come il governo aiuterà l'inquinatore a rispettare l'impegno.

Proiezioni per il futuro

Nel senso di un piano precauzionale, il piano di attuazione dell'aria pulita dovrebbe includere anche stime delle tendenze della popolazione, del traffico, delle industrie e del consumo di carburante al fine di valutare le risposte ai problemi futuri. Ciò eviterà stress futuri applicando misure con largo anticipo rispetto ai problemi immaginati.

Strategie per il follow-up

Una strategia per il follow-up della gestione della qualità dell'aria consiste in piani e politiche su come implementare i futuri piani di implementazione dell'aria pulita.

Ruolo della Valutazione di Impatto Ambientale

La valutazione dell'impatto ambientale (VIA) è il processo che fornisce una dichiarazione dettagliata da parte dell'agenzia responsabile sull'impatto ambientale di un'azione proposta che influisce in modo significativo sulla qualità dell'ambiente umano (Lee 1993). La VIA è uno strumento di prevenzione volto a prendere in considerazione l'ambiente umano in una fase iniziale dello sviluppo di un programma o di un progetto.

La VIA è particolarmente importante per i paesi che sviluppano progetti nel quadro del riorientamento e della ristrutturazione economica. La VIA è diventata legislazione in molti paesi sviluppati ed è ora sempre più applicata nei paesi in via di sviluppo e nelle economie in transizione.

La VIA è integrativa nel senso di pianificazione e gestione ambientale globale che considera le interazioni tra i diversi mezzi ambientali. D'altra parte, la VIA integra la stima delle conseguenze ambientali nel processo di pianificazione e diventa così uno strumento di sviluppo sostenibile. La VIA combina anche proprietà tecniche e partecipative poiché raccoglie, analizza e applica dati scientifici e tecnici tenendo conto del controllo e della garanzia della qualità e sottolinea l'importanza delle consultazioni prima delle procedure di autorizzazione tra le agenzie ambientali e il pubblico che potrebbe essere interessato da particolari progetti . Un piano di attuazione dell'aria pulita può essere considerato come parte della procedura VIA con riferimento all'aria.

 

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Lo scopo della modellazione dell'inquinamento atmosferico è la stima delle concentrazioni di inquinanti esterni causate, ad esempio, da processi di produzione industriale, emissioni accidentali o traffico. La modellazione dell'inquinamento atmosferico viene utilizzata per accertare la concentrazione totale di un inquinante, nonché per trovare la causa di livelli straordinariamente elevati. Per i progetti in fase di progettazione, è possibile stimare in anticipo il contributo aggiuntivo all'onere esistente e ottimizzare le condizioni di emissione.

Figura 1. Sistema di monitoraggio ambientale globale/Gestione dell'inquinamento atmosferico

EPC020F1

A seconda degli standard di qualità dell'aria definiti per l'inquinante in questione, sono interessanti i valori medi annui oi picchi di concentrazione di breve durata. Di solito le concentrazioni devono essere determinate dove le persone sono attive, cioè vicino alla superficie ad un'altezza di circa due metri dal suolo.

Parametri che influenzano la dispersione degli inquinanti

Due tipi di parametri influenzano la dispersione degli inquinanti: i parametri sorgente ei parametri meteorologici. Per i parametri sorgente, le concentrazioni sono proporzionali alla quantità di inquinante emessa. Se si tratta di polvere, è necessario conoscere il diametro delle particelle per determinare la sedimentazione e la deposizione del materiale (VDI 1992). Poiché le concentrazioni superficiali sono inferiori con una maggiore altezza della pila, anche questo parametro deve essere noto. Inoltre, le concentrazioni dipendono dalla quantità totale di gas di scarico, nonché dalla sua temperatura e velocità. Se la temperatura del gas di scarico supera la temperatura dell'aria circostante, il gas sarà soggetto a galleggiamento termico. La sua velocità di scarico, che può essere calcolata dal diametro interno del camino e dal volume dei gas di scarico, causerà un impulso dinamico di galleggiamento. Si possono usare formule empiriche per descrivere queste caratteristiche (VDI 1985; Venkatram e Wyngaard 1988). Va sottolineato che non è la massa dell'inquinante in questione ma quella del gas totale a essere responsabile della spinta termica e del momento dinamico.

I parametri meteorologici che influenzano la dispersione degli inquinanti sono la velocità e la direzione del vento, nonché la stratificazione termica verticale. La concentrazione dell'inquinante è proporzionale al reciproco della velocità del vento. Ciò è dovuto principalmente al trasporto accelerato. Inoltre, la miscelazione turbolenta aumenta con l'aumentare della velocità del vento. Poiché le cosiddette inversioni (cioè situazioni in cui la temperatura aumenta con l'altezza) ostacolano la miscelazione turbolenta, le massime concentrazioni superficiali si osservano durante la stratificazione altamente stabile. Al contrario, le situazioni convettive intensificano il rimescolamento verticale e mostrano quindi i valori di concentrazione più bassi.

Gli standard di qualità dell'aria, ad esempio valori medi annuali o 98 percentili, sono generalmente basati su statistiche. Pertanto, sono necessari dati di serie temporali per i parametri meteorologici rilevanti. Idealmente, le statistiche dovrebbero essere basate su dieci anni di osservazione. Se sono disponibili solo serie temporali più brevi, occorre accertarsi che siano rappresentative per un periodo più lungo. Ciò può essere fatto, ad esempio, mediante l'analisi di serie temporali più lunghe da altri siti di osservazione.

Anche la serie temporale meteorologica utilizzata deve essere rappresentativa del sito considerato, cioè deve riflettere le caratteristiche locali. Ciò è particolarmente importante per quanto riguarda gli standard di qualità dell'aria basati su frazioni di picco della distribuzione, come 98 percentili. Se non sono disponibili tali serie temporali, è possibile utilizzare un modello di flusso meteorologico per calcolarne uno da altri dati, come verrà descritto di seguito.

 


 

Programmi di monitoraggio internazionali

Agenzie internazionali come l'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), l'Organizzazione Meteorologica Mondiale (WMO) e il Programma delle Nazioni Unite per l'Ambiente (UNEP) hanno avviato progetti di monitoraggio e ricerca per chiarire le problematiche legate all'inquinamento atmosferico e per promuovere misure di prevenzione ulteriore deterioramento della salute pubblica e delle condizioni ambientali e climatiche.

Il Global Environmental Monitoring System GEMS/Air (WHO/UNEP 1993) è organizzato e sponsorizzato da WHO e UNEP e ha sviluppato un programma completo per fornire gli strumenti per una gestione razionale dell'inquinamento atmosferico (vedi figura 55.1.[EPC01FE] Il nocciolo di questo programma è un database globale delle concentrazioni di inquinanti atmosferici urbani di anidride solforosa, particolato in sospensione, piombo, ossidi di azoto, monossido di carbonio e ozono. Altrettanto importante di questo database, tuttavia, è la fornitura di strumenti di gestione come guide per inventari rapidi delle emissioni, programmi per la modellazione della dispersione, le stime dell'esposizione della popolazione, le misure di controllo e l'analisi costi-benefici A questo proposito, GEMS/Air fornisce manuali di revisione della metodologia (WHO/UNEP 1994, 1995), conduce valutazioni globali della qualità dell'aria, facilita la revisione e la convalida delle valutazioni , funge da mediatore di dati/informazioni, produce documenti tecnici a supporto di tutti gli aspetti della gestione della qualità dell'aria, facilita la costituzione ente di monitoraggio, conduce e distribuisce ampiamente le revisioni annuali e istituisce o individua centri di collaborazione regionali e/o esperti per coordinare e supportare le attività in base alle esigenze delle regioni. (OMS/UNEP 1992, 1993, 1995)

Il programma Global Atmospheric Watch (GAW) (Miller e Soudine 1994) fornisce dati e altre informazioni sulla composizione chimica e le relative caratteristiche fisiche dell'atmosfera, e le loro tendenze, con l'obiettivo di comprendere la relazione tra il cambiamento della composizione atmosferica e i cambiamenti dell'atmosfera globale e il clima regionale, il trasporto atmosferico a lungo raggio e la deposizione di sostanze potenzialmente nocive sugli ecosistemi terrestri, d'acqua dolce e marini e il ciclo naturale degli elementi chimici nel sistema globale atmosfera/oceano/biosfera e gli impatti antropogenici su di esso. Il programma GAW si compone di quattro aree di attività: il sistema globale di osservazione dell'ozono (GO3OS), monitoraggio globale della composizione atmosferica di fondo, inclusa la rete di monitoraggio dell'inquinamento atmosferico di fondo (BAPMoN); dispersione, trasporto, trasformazione chimica e deposizione di inquinanti atmosferici su terra e mare su diverse scale temporali e spaziali; scambio di inquinanti tra atmosfera e altri comparti ambientali; e monitoraggio integrato. Uno degli aspetti più importanti del GAW è l'istituzione di centri di attività scientifica per l'assicurazione della qualità per supervisionare la qualità dei dati prodotti nell'ambito del GAW.


 

 

Concetti di modellazione dell'inquinamento atmosferico

Come accennato in precedenza, la dispersione degli inquinanti dipende dalle condizioni di emissione, dal trasporto e dalla miscelazione turbolenta. L'uso dell'equazione completa che descrive queste caratteristiche è chiamato modellazione della dispersione euleriana (Pielke 1984). Con questo approccio, i guadagni e le perdite dell'inquinante in questione devono essere determinati in ogni punto su una griglia spaziale immaginaria e in fasi temporali distinte. Poiché questo metodo è molto complesso e richiede molto tempo per il computer, di solito non può essere gestito di routine. Tuttavia, per molte applicazioni, può essere semplificato utilizzando i seguenti presupposti:

  • nessun cambiamento delle condizioni di emissione nel tempo
  • nessun cambiamento delle condizioni meteorologiche durante il trasporto
  • velocità del vento superiori a 1 m/s.

 

In questo caso, l'equazione di cui sopra può essere risolta analiticamente. La formula risultante descrive un pennacchio con distribuzione di concentrazione gaussiana, il cosiddetto modello di pennacchio gaussiano (VDI 1992). I parametri di distribuzione dipendono dalle condizioni meteorologiche e dalla distanza sottovento nonché dall'altezza del camino. Devono essere determinati empiricamente (Venkatram e Wyngaard 1988). Situazioni in cui le emissioni e/oi parametri meteorologici variano di molto nel tempo e/o nello spazio possono essere descritte dal modello Gaussian puff (VDI 1994). In base a questo approccio, vengono emessi sbuffi distinti in intervalli di tempo fissi, ciascuno seguendo il proprio percorso in base alle condizioni meteorologiche correnti. Nel suo percorso, ogni sbuffo cresce a seconda della miscelazione turbolenta. I parametri che descrivono questa crescita, ancora una volta, devono essere determinati da dati empirici (Venkatram e Wyngaard 1988). Va sottolineato, tuttavia, che per raggiungere questo obiettivo, i parametri di input devono essere disponibili con la necessaria risoluzione nel tempo e/o nello spazio.

Per quanto riguarda rilasci accidentali o singoli casi di studio, un modello lagrangiano o particellare (Linea guida VDI 3945, Parte 3) è consigliato. Il concetto è quindi quello di calcolare i percorsi di molte particelle, ciascuna delle quali rappresenta una quantità fissa dell'inquinante in questione. I singoli percorsi sono composti da trasporto del vento medio e da perturbazioni stocastiche. A causa della parte stocastica, i percorsi non concordano completamente, ma rappresentano la miscela per turbolenza. In linea di principio, i modelli lagrangiani sono in grado di considerare condizioni meteorologiche complesse - in particolare vento e turbolenza; i campi calcolati dai modelli di flusso descritti di seguito possono essere utilizzati per la modellazione della dispersione lagrangiana.

Modellazione della dispersione in terreni complessi

Se le concentrazioni di inquinanti devono essere determinate in un terreno strutturato, potrebbe essere necessario includere gli effetti topografici sulla dispersione degli inquinanti nella modellazione. Tali effetti sono, ad esempio, il trasporto che segue la struttura topografica, o sistemi di vento termico come brezze marine o venti di montagna, che cambiano la direzione del vento nel corso della giornata.

Se tali effetti si verificano su una scala molto più ampia dell'area del modello, l'influenza può essere considerata utilizzando dati meteorologici che riflettono le caratteristiche locali. Se tali dati non sono disponibili, la struttura tridimensionale impressa al flusso dalla topografia può essere ottenuta utilizzando un corrispondente modello di flusso. Sulla base di questi dati, la modellazione della dispersione stessa può essere eseguita assumendo l'omogeneità orizzontale come descritto sopra nel caso del modello del pennacchio gaussiano. Tuttavia, in situazioni in cui le condizioni del vento cambiano significativamente all'interno dell'area del modello, la modellazione della dispersione stessa deve considerare il flusso tridimensionale influenzato dalla struttura topografica. Come accennato in precedenza, questo può essere fatto utilizzando un soffio gaussiano o un modello lagrangiano. Un altro modo è eseguire la modellazione euleriana più complessa.

Per determinare la direzione del vento in accordo con il terreno strutturato topograficamente, si può usare la modellizzazione del flusso consistente in massa o diagnostica (Pielke 1984). Usando questo approccio, il flusso viene adattato alla topografia variando i valori iniziali il meno possibile e mantenendo costante la sua massa. Poiché si tratta di un approccio che porta a risultati rapidi, può anche essere utilizzato per calcolare le statistiche del vento per un determinato sito se non sono disponibili osservazioni. Per fare ciò, vengono utilizzate le statistiche del vento geostrofico (ovvero i dati in quota provenienti da rawinsondes).

Se, tuttavia, i sistemi eolici termici devono essere considerati in modo più dettagliato, devono essere utilizzati i cosiddetti modelli prognostici. A seconda della scala e della pendenza dell'area del modello, è adatto un approccio idrostatico o l'ancora più complesso non idrostatico (VDI 1981). Modelli di questo tipo richiedono molta potenza del computer, oltre a molta esperienza nell'applicazione. La determinazione delle concentrazioni basata su medie annuali, in generale, non è possibile con questi modelli. Invece, gli studi dei casi peggiori possono essere eseguiti considerando solo una direzione del vento e quei parametri di velocità e stratificazione del vento che determinano i valori di concentrazione superficiale più elevati. Se questi valori del caso peggiore non superano gli standard di qualità dell'aria, non sono necessari studi più dettagliati.

Figura 2. Struttura topografica di una regione modello

EPC30F1A

La figura 2, la figura 3 e la figura 4 mostrano come il trasporto e l'erogazione di inquinanti possono essere presentati in relazione all'influenza delle climatologie del terreno e del vento derivate dalla considerazione delle frequenze del vento superficiale e geostrofico.

Figura 3. Distribuzioni di frequenza di superficie determinate dalla distribuzione di frequenza geostrofica

EPC30F1B

Figura 4. Concentrazioni medie annue di inquinanti per un'ipotetica regione calcolate dalla distribuzione della frequenza geostrofica per campi eolici eterogenei

EPC30F1C

Modellazione della dispersione in caso di sorgenti basse

Considerando l'inquinamento atmosferico causato da fonti basse (ad es. altezze dei camini dell'ordine dell'altezza dell'edificio o emissioni del traffico stradale) deve essere considerata l'influenza degli edifici circostanti. Le emissioni del traffico stradale saranno intrappolate in una certa quantità nei canyon stradali. Sono state trovate formulazioni empiriche per descriverlo (Yamartino e Wiegand 1986).

Gli inquinanti emessi da un basso camino situato su un edificio saranno catturati nella circolazione sul lato sottovento dell'edificio. L'entità di questa circolazione sottovento dipende dall'altezza e dalla larghezza dell'edificio, nonché dalla velocità del vento. Pertanto, gli approcci semplificati per descrivere la dispersione degli inquinanti in un caso del genere, basati esclusivamente sull'altezza di un edificio, non sono generalmente validi. L'estensione verticale e orizzontale della circolazione sottovento è stata ottenuta da studi in galleria del vento (Hosker 1985) e può essere implementata in modelli diagnostici mass consistent. Non appena il campo di flusso è stato determinato, può essere utilizzato per calcolare il trasporto e la miscelazione turbolenta dell'inquinante emesso. Questo può essere fatto mediante modelli di dispersione lagrangiana o euleriana.

Studi più dettagliati - riguardanti ad esempio i rilasci accidentali - possono essere eseguiti solo utilizzando modelli di flusso e dispersione non idrostatici invece di un approccio diagnostico. Poiché questo, in generale, richiede un'elevata potenza del computer, si raccomanda un approccio al caso peggiore come descritto sopra prima di una modellazione statistica completa.

 

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Mercoledì, marzo 09 2011 15: 40

Monitoraggio della qualità dell'aria

Per monitoraggio della qualità dell'aria si intende la misurazione sistematica degli inquinanti dell'aria ambiente al fine di poter valutare l'esposizione dei recettori vulnerabili (ad es. persone, animali, piante e opere d'arte) sulla base di norme e linee guida derivate dagli effetti osservati e/o stabilire la fonte dell'inquinamento atmosferico (analisi causale).

Le concentrazioni di inquinanti nell'aria ambiente sono influenzate dalla variazione spaziale o temporale delle emissioni di sostanze pericolose e dalla dinamica della loro dispersione nell'aria. Di conseguenza, si verificano marcate variazioni giornaliere e annuali delle concentrazioni. È praticamente impossibile determinare in modo unificato tutte queste diverse variazioni della qualità dell'aria (nel linguaggio statistico, la popolazione degli stati di qualità dell'aria). Pertanto, le misurazioni delle concentrazioni di inquinanti nell'aria ambiente hanno sempre il carattere di campioni spaziali o temporali casuali.

Pianificazione della misurazione

Il primo passo nella pianificazione della misurazione è formulare lo scopo della misurazione nel modo più preciso possibile. Domande importanti e campi operativi per il monitoraggio della qualità dell'aria includono:

Misura dell'area:

  • determinazione rappresentativa dell'esposizione in un'area (monitoraggio generale dell'aria)
  • misurazione rappresentativa dell'inquinamento preesistente nell'area di un impianto pianificato (permesso, TA Luft (Istruzione tecnica, aria))
  • allarme smog (smog invernale, alte concentrazioni di ozono)
  • misurazioni nei punti caldi dell'inquinamento atmosferico per stimare l'esposizione massima dei recettori (EU-NO2 linea guida, misurazioni in canyon stradali, in conformità con la legge federale tedesca sul controllo delle immissioni)
  • verificare i risultati degli interventi di abbattimento dell'inquinamento e l'andamento nel tempo
  • misure di schermatura
  • indagini scientifiche - ad esempio, il trasporto dell'inquinamento atmosferico, le conversioni chimiche, la calibrazione dei calcoli di dispersione.

 

Misura della struttura:

  • misurazioni in risposta a reclami
  • accertamento delle fonti di emissione, analisi causale
  • misure in caso di incendi e rilasci accidentali
  • verificare il successo delle misure di riduzione
  • monitoraggio delle emissioni fuggitive di fabbrica.

 

L'obiettivo della pianificazione della misurazione è utilizzare adeguate procedure di misurazione e valutazione per rispondere a domande specifiche con sufficiente certezza e con la minima spesa possibile.

Un esempio dei parametri che dovrebbero essere utilizzati per la pianificazione della misurazione è presentato nella tabella 1, in relazione a una valutazione dell'inquinamento atmosferico nell'area di un impianto industriale pianificato. Riconoscendo che i requisiti formali variano a seconda della giurisdizione, va notato che qui si fa specifico riferimento alle procedure di licenza tedesche per gli impianti industriali.

Tabella 1. Parametri per la pianificazione della misurazione nella misurazione delle concentrazioni di inquinamento dell'aria ambiente (con esempio di applicazione)

Parametro

Esempio di applicazione: procedura di licenza per
impianti industriali in Germania

Dichiarazione della domanda

Misurazione dell'inquinamento precedente nella procedura di licenza; misurazione della sonda casuale rappresentativa

Zona di misura

Circolare intorno alla posizione con un raggio pari a 30 volte l'altezza effettiva del camino (semplificato)

Standard di valutazione (dipendenti dal luogo e dal tempo): valori caratteristici da essere
ottenuti dai dati di misurazione

Limiti di soglia IW1 (media aritmetica) e IW2 (98° percentile) di TA Luft (Istruzione tecnica, aria); calcolo di I1 (media aritmetica) e I2 (98° percentile) da misure effettuate per 1 km2 (superficie di valutazione) da confrontare con IW1 e IW2

Ordinamento, scelta e densità
dei siti di misura

Scansione regolare di 1 km2, con conseguente scelta "casuale" dei siti di misurazione

Periodo di misurazione

1 anno, almeno 6 mesi

Altezza di misura

Da 1.5 a 4 metri dal suolo

Frequenza di misurazione

52 (104) misurazioni per area di valutazione per gli inquinanti gassosi, a seconda dell'altezza dell'inquinamento

Durata di ogni misurazione

1/2 ora per inquinanti gassosi, 24 ore per polveri in sospensione, 1 mese per precipitazione polveri

Tempo di misura

Scelta casuale

Oggetto misurato

Inquinamento atmosferico emesso dall'impianto previsto

Procedura di misurazione

Procedura di misurazione standard nazionale (linee guida VDI)

Necessaria certezza dei risultati della misurazione

Alta

Requisiti di qualità, controllo di qualità, calibrazione, manutenzione

Linee guida VDI

Registrazione dei dati di misura, validazione, archiviazione, valutazione

Calcolo della quantità di dati I1V e I2V per ogni area di valutazione

Costi

Dipende dall'area di misurazione e dagli obiettivi

 

L'esempio nella tabella 1 mostra il caso di una rete di misurazione che dovrebbe monitorare la qualità dell'aria in un'area specifica nel modo più rappresentativo possibile, da confrontare con i limiti di qualità dell'aria designati. L'idea alla base di questo approccio è che venga effettuata una scelta casuale dei siti di misurazione per coprire equamente luoghi in un'area con qualità dell'aria variabile (ad es. zone abitate, strade, zone industriali, parchi, centri urbani, periferie). Questo approccio può essere molto costoso in grandi aree a causa del numero di siti di misurazione necessari.

Un'altra concezione di una rete di misurazione inizia quindi con siti di misurazione selezionati in modo rappresentativo. Se si effettuano misurazioni della diversa qualità dell'aria nei luoghi più importanti e si conosce il periodo di tempo in cui gli oggetti protetti rimangono in questi "microambienti", è possibile determinare l'esposizione. Questo approccio può essere esteso ad altri microambienti (es. stanze interne, automobili) per stimare l'esposizione totale. La modellazione della diffusione o le misurazioni di screening possono aiutare nella scelta dei siti di misurazione giusti.

Un terzo approccio consiste nel misurare nei punti di presunta massima esposizione (ad esempio, per NO2 e benzene nei canyon stradali). Se gli standard di valutazione sono soddisfatti in questo sito, vi è una probabilità sufficiente che ciò avvenga anche per tutti gli altri siti. Questo approccio, focalizzato sui punti critici, richiede relativamente pochi siti di misura, ma questi devono essere scelti con particolare cura. Questo particolare metodo rischia di sovrastimare l'esposizione reale.

I parametri di tempo di misura, valutazione dei dati di misura e frequenza di misura sono essenzialmente dati nella definizione degli standard di valutazione (limiti) e del livello di certezza desiderato dei risultati. I limiti di soglia e le condizioni periferiche da considerare nella pianificazione della misurazione sono correlati. Utilizzando procedure di misurazione continue, è possibile ottenere una risoluzione che è temporalmente pressoché continua. Ma questo è necessario solo nel monitoraggio dei valori di picco e/o per gli avvisi di smog; per il monitoraggio dei valori medi annuali, ad esempio, sono adeguate misurazioni discontinue.

La sezione seguente è dedicata alla descrizione delle capacità delle procedure di misura e del controllo di qualità come ulteriore parametro importante per la pianificazione delle misure.

Certificazione di qualità

Le misurazioni delle concentrazioni di inquinanti nell'aria ambiente possono essere costose da condurre ei risultati possono influenzare decisioni significative con gravi implicazioni economiche o ecologiche. Pertanto, le misure di garanzia della qualità sono parte integrante del processo di misurazione. Occorre qui distinguere due aree.

Misure orientate alla procedura

Ogni procedura di misurazione completa consiste in diverse fasi: campionamento, preparazione del campione e pulizia; separazione, rilevamento (fase analitica finale); e raccolta e valutazione dei dati. In alcuni casi, in particolare con la misurazione continua di gas inorganici, è possibile tralasciare alcune fasi della procedura (ad es. la separazione). Nell'effettuare le misurazioni si dovrebbe adoperarsi per una completa aderenza alle procedure. Dovrebbero essere seguite procedure standardizzate e quindi ampiamente documentate, sotto forma di norme DIN/ISO, norme CEN o linee guida VDI.

Misure orientate all'utente

L'utilizzo di apparecchiature e procedure standardizzate e collaudate per la misurazione della concentrazione di inquinanti nell'aria ambiente non può da solo garantire una qualità accettabile se l'utente non utilizza metodi adeguati di controllo della qualità. Le serie di norme DIN/EN/ISO 9000 (Norme per la gestione della qualità e la garanzia della qualità), EN 45000 (che definisce i requisiti per i laboratori di prova) e la Guida ISO 25 (Requisiti generali per la competenza dei laboratori di taratura e prova) sono importanti per gli utenti misure orientate a garantire la qualità.

Aspetti importanti delle misure di controllo della qualità degli utenti includono:

  • accettazione e pratica del contenuto delle misure nel senso della buona pratica di laboratorio (BPL)
  • corretta manutenzione delle apparecchiature di misura, misure qualificate per eliminare le interruzioni e garantire le riparazioni
  • effettuare tarature e controlli periodici per garantire il corretto funzionamento
  • svolgimento di test interlaboratorio.

 

Procedure di misurazione

Procedure di misura per gas inorganici

Esiste una vasta gamma di procedure di misurazione per l'ampia gamma di gas inorganici. Distingueremo tra metodi manuali e automatici.

Procedure manuali

Nel caso di procedure di misurazione manuali per gas inorganici, la sostanza da misurare viene normalmente adsorbita durante il campionamento in una soluzione o materiale solido. Nella maggior parte dei casi viene effettuata una determinazione fotometrica dopo un'appropriata reazione cromatica. Diverse procedure di misurazione manuale hanno un significato speciale come procedure di riferimento. A causa del costo del personale relativamente elevato, queste procedure manuali vengono eseguite solo raramente per le misurazioni sul campo oggi, quando sono disponibili procedure automatiche alternative. Le procedure più importanti sono brevemente schematizzate nella tabella 2.

Tabella 2. Procedure di misurazione manuale per gas inorganici

Materiali

Procedura

Commenti

SO2

Procedura MTC

Assorbimento in soluzione di tetracloromercurato (flacone di lavaggio); reazione con formaldeide e pararosanilina ad acido solfonico rosso-violetto; determinazione fotometrica

procedura di misurazione di riferimento dell'UE;
DL = 0.2 µg SO2;
s = 0.03 mg/m3 a 0.5 mg/m3

SO2

Procedura con gel di silice

Rimozione di sostanze interferenti mediante concentrazione di H3PO4; adsorbimento su gel di silice; desorbimento termico in H2-stream e riduzione a H2S; reazione al blu di molibdeno; determinazione fotometrica

DL = 0.3 µg SO2;
s = 0.03 mg/m3 a 0.5 mg/m3

NO2

Procedura di Saltzmann

Assorbimento in soluzione di reazione durante la formazione di un colorante azoico rosso (flacone di lavaggio); determinazione fotometrica

Calibrazione con nitrito di sodio;
DL = 3 µg/m3

O3

Ioduro di potassio
procedura

Formazione di iodio dalla soluzione acquosa di ioduro di potassio (flacone di lavaggio); determinazione fotometrica

DL = 20 µg/m3;
rel. s = ± 3.5% a 390 µg/m3

F-

Procedura con perline d'argento;
variante 1

Campionamento con preseparatore polveri; arricchimento di F- su perline d'argento ricoperte di carbonato di sodio; eluizione e misurazione con catena di elettrodo di fluoruro di lantanio sensibile agli ioni

Inclusione di una porzione indeterminata di immissioni di fluoruro particolato

F-

Procedura con perline d'argento;
variante 2

Campionamento con filtro a membrana riscaldata; arricchimento di F- su perline d'argento ricoperte di carbonato di sodio; determinazione mediante procedura elettrochimica (variante 1) o fotometrica (alizarin-complexone).

Pericolo di risultati inferiori a causa del parziale assorbimento delle immissioni di fluoruro gassoso sulla membrana filtrante;
DL = 0.5 µg/m3

Cl-

Mercurio rodanide
procedura

Assorbimento in soluzione di idrossido di sodio 0.1 N (flacone di lavaggio); reazione con rodanide di mercurio e ioni Fe(III) a complesso tiocianato di ferro; determinazione fotometrica

DL = 9 µg/m3

Cl2

Procedura metil-arancio

Reazione di sbiancamento con soluzione di metil-arancio (flacone di lavaggio); determinazione fotometrica

DL = 0.015 mg/m3

NH3

Procedura dell'indofenolo

Assorbimento in H2SO4 (Impinger/flacone di lavaggio); conversione con fenolo e ipoclorito in colorante indofenolo; determinazione fotometrica

DL = 3 µg/m3 (intromettersi); parziale
inclusione di composti e ammine

NH3

Procedura di Nessler

Assorbimento in H2SO4 (Impinger/flacone di lavaggio); distillazione e reazione con il reattivo di Nessler, determinazione fotometrica

DL = 2.5 µg/m3 (intromettersi); parziale
inclusione di composti e ammine

H2S

Blu molibdeno
procedura

Assorbimento come solfuro d'argento su microsfere di vetro trattate con solfato d'argento e idrogenosolfato di potassio (tubo assorbente); rilasciato come idrogeno solforato e conversione in blu di molibdeno; determinazione fotometrica

DL = 0.4 µg/m3

H2S

Procedura blu di metilene

Assorbimento in sospensione di idrossido di cadmio durante la formazione di CdS; conversione in blu di metilene; determinazione fotometrica

DL = 0.3 µg/m3

DL = limite di rilevamento; s = deviazione standard; rel. s = relativo s.

Una speciale variante di campionamento, utilizzata principalmente in connessione con procedure di misurazione manuali, è il tubo di separazione per diffusione (denuder). La tecnica del denudatore ha lo scopo di separare le fasi gassose e particellari utilizzando le loro diverse velocità di diffusione. Pertanto, viene spesso utilizzato per problemi di separazione difficili (ad es. ammoniaca e composti di ammonio; ossidi di azoto, acido nitrico e nitrati; ossidi di zolfo, acido solforico e solfati o alogenuri/alogenuri di idrogeno). Nella tecnica classica del denuder, l'aria di prova viene aspirata attraverso un tubo di vetro con un rivestimento speciale, a seconda del materiale o dei materiali da raccogliere. La tecnica del denudatore è stata ulteriormente sviluppata in molte varianti e anche parzialmente automatizzata. Ha notevolmente ampliato le possibilità di campionamento differenziato, ma, a seconda della variante, può essere molto laborioso e un corretto utilizzo richiede molta esperienza.

Procedure automatizzate

Sul mercato sono disponibili numerosi monitor di misurazione continua per anidride solforosa, ossidi di azoto, monossido di carbonio e ozono. Per la maggior parte sono utilizzati in particolare nelle reti di misura. Le caratteristiche più importanti dei singoli metodi sono raccolte nella tabella 3.

Tabella 3. Procedure di misurazione automatizzate per gas inorganici

Materiali

Principio di misurazione

Commenti

SO2

Reazione conduttometrica di SO2 con H2O2 in H diluito2SO4; misurazione dell'aumento della conducibilità

Esclusione di interferenze con filtro selettivo (KHSO4/AgNO3)

SO2

fluorescenza UV; eccitazione di SO2 molecole con radiazione UV (190–230 nm); misurazione della radiazione di fluorescenza

Interferenze, ad esempio, da idrocarburi,
devono essere eliminati con opportuni sistemi di filtraggio

NO/NO2

Chemiluminescenza; reazione di NO con O3 a NO2; rilevamento della radiazione di chemiluminescenza con fotomoltiplicatore

NO2 misurabile solo indirettamente; utilizzo di convertitori per la riduzione di NO2 a NO; misurazione di NO e NOx
(=NO+NO2) in canali separati

CO

Assorbimento infrarosso non dispersivo;
misura dell'assorbimento IR con
rivelatore specifico contro cella di riferimento

Riferimento: (a) cella con N2; (b) aria ambiente dopo la rimozione di CO; (c) rimozione ottica dell'assorbimento di CO (correlazione del filtro del gas)

O3

Assorbimento UV; lampada Hg a bassa pressione come sorgente di radiazione (253.7 nm); registrazione dell'assorbimento UV secondo la legge di Lambert-Beer; rivelatore: fotodiodo a vuoto, valvola fotosensibile

Riferimento: aria ambiente dopo la rimozione dell'ozono (ad es. Cu/MnO2)

O3

Chemiluminescenza; reazione di O3 con etene a formaldeide; rilevamento della radiazione di chemiluminescenza con
fotomoltiplicatore

Buona selettività; etilene necessario come gas reagente

 

Va qui sottolineato che tutte le procedure di misurazione automatiche basate su principi chimico-fisici devono essere tarate utilizzando procedure di riferimento (manuali). Poiché le apparecchiature automatiche nelle reti di misura spesso funzionano per periodi di tempo prolungati (ad esempio diverse settimane) senza la diretta supervisione umana, è indispensabile che il loro corretto funzionamento sia controllato regolarmente e automaticamente. Questo generalmente viene fatto utilizzando gas zero e di prova che possono essere prodotti con diversi metodi (preparazione dell'aria ambiente; bombole di gas pressurizzate; permeazione; diffusione; diluizione statica e dinamica).

Procedure di misurazione degli inquinanti atmosferici che formano polveri e loro composizione

Tra gli inquinanti atmosferici particolati si differenziano le polveri e il particolato sospeso (SPM). La caduta di polvere è costituita da particelle più grandi, che affondano a terra a causa delle loro dimensioni e del loro spessore. SPM comprende la frazione particellare che si disperde nell'atmosfera in maniera quasi stabile e quasi omogenea e quindi rimane sospesa per un certo tempo.

Misura di particolato sospeso e composti metallici in SPM

Come nel caso delle misurazioni degli inquinanti atmosferici gassosi, è possibile differenziare le procedure di misurazione continue e discontinue per SPM. Di norma, l'SPM viene prima separato su filtri in fibra di vetro o membrana. Segue una determinazione gravimetrica o radiometrica. A seconda del campionamento, si può distinguere tra una procedura per misurare l'SPM totale senza frazionamento in base alla dimensione delle particelle e una procedura di frazionamento per misurare la polvere fine.

I vantaggi e gli svantaggi delle misurazioni delle polveri sospese frazionate sono controversi a livello internazionale. In Germania, ad esempio, tutti i limiti di soglia e gli standard di valutazione si basano sul particolato totale in sospensione. Ciò significa che, per la maggior parte, vengono eseguite solo misurazioni SPM totali. Negli Stati Uniti, invece, è molto diffusa la cosiddetta procedura PM-10 (particolato £ 10μm). In questa procedura sono incluse solo particelle con un diametro aerodinamico fino a 10 μm (porzione di inclusione del 50%), che sono inalabili e possono entrare nei polmoni. Il piano è quello di introdurre la procedura PM-10 nell'Unione Europea come procedura di riferimento. Il costo per le misure di SPM frazionato è notevolmente superiore a quello per la misura della polvere totale in sospensione, perché i dispositivi di misura devono essere dotati di teste di campionamento speciali e costose che richiedono una manutenzione costosa. La tabella 4 contiene dettagli sulle procedure di misurazione SPM più importanti.

Tabella 4. Procedure di misurazione del particolato sospeso (SPM)

Procedura

Principio di misurazione

Commenti

Piccolo dispositivo di filtraggio

Campionamento non frazionato; portata d'aria 2.7–2.8 m3/h; filtro diametro 50 mm; Analisi gravimetrica

Maneggevolezza; orologio di controllo;
dispositivo funzionante con PM-10
preseparatore

Dispositivo LIB

Campionamento non frazionato; portata d'aria 15-16 m3/h; filtro diametro 120 mm; Analisi gravimetrica

Separazione di grandi polveri
le quantità; vantaggioso per
analisi dei componenti della polvere;
orologio di controllo

Campionatore ad alto volume

Inclusione di particelle fino a ca. diametro 30 µm; portata d'aria ca. 100 m3/h; diametro filtro 257 mm; Analisi gravimetrica

Separazione di grandi polveri
quantità, vantaggioso per
analisi dei componenti della polvere;
livello di rumore relativamente elevato

FH 62 I

Misuratore continuo di polveri radiometrico; campionamento non frazionato; portata d'aria 1 o 3 m3/h; registrazione della massa di polvere separata su una banda filtrante misurando l'attenuazione della radiazione β (krypton 85) nel passaggio attraverso il filtro esposto (camera di ionizzazione)

Taratura gravimetrica mediante spolveratura dei singoli filtri; dispositivo funzionante anche con preseparatore PM-10

Misuratore di polvere BETA F 703

Misuratore continuo di polveri radiometrico; campionamento non frazionato; portata d'aria 3 mt3/h; registrazione della massa di polvere separata su una banda filtrante misurando l'attenuazione della radiazione β (carbonio 14) nel passaggio attraverso il filtro esposto (tubo contatore Geiger Müller)

Taratura gravimetrica mediante spolveratura dei singoli filtri; dispositivo funzionante anche con preseparatore PM-10

TEOM1400

Misuratore continuo di polvere; campionamento non frazionato; portata d'aria 1 m3/h; polvere raccolta su un filtro, facente parte di un sistema vibrante autorisonante, in corrente laterale (3 l/min); registrazione dell'abbassamento della frequenza dovuto all'aumento del carico di polvere sul filtro

Relazione tra frequenza
l'abbassamento e la massa di polvere devono essere
stabilito attraverso la calibrazione

 

 

 

Recentemente sono stati sviluppati anche cambiafiltri automatici che contengono un numero maggiore di filtri e li forniscono al campionatore, uno dopo l'altro, a intervalli temporizzati. I filtri esposti sono conservati in un caricatore. I limiti di rilevamento per le procedure di filtraggio sono compresi tra 5 e 10 μg/m3 di polvere, di regola.

Infine, va menzionata la procedura del fumo nero per le misurazioni SPM. Proveniente dalla Gran Bretagna, è stato incorporato nelle linee guida dell'UE per SO2 e polvere in sospensione. In questa procedura, l'annerimento del filtro rivestito viene misurato con un fotometro reflex dopo il campionamento. I valori di fumo nero così ottenuti fotometricamente vengono convertiti in unità gravimetriche (μg/m3) con l'ausilio di una curva di calibrazione. Poiché questa funzione di calibrazione dipende in larga misura dalla composizione della polvere, in particolare dal suo contenuto di fuliggine, la conversione in unità gravimetriche è problematica.

Oggi, i composti metallici vengono spesso determinati di routine in campioni di immissione di polveri sospese. In generale, la raccolta delle polveri in sospensione sui filtri è seguita da una dissoluzione chimica delle polveri separate, in quanto le fasi analitiche finali più comuni presuppongono la conversione dei composti metallici e metalloidi in soluzione acquosa. In pratica, i metodi di gran lunga più importanti sono la spettroscopia di assorbimento atomico (AAS) e la spettroscopia con eccitazione del plasma (ICP-OES). Altre procedure per la determinazione dei composti metallici nelle polveri sospese sono l'analisi della fluorescenza ai raggi X, la polarografia e l'analisi dell'attivazione dei neutroni. Sebbene i composti metallici siano stati misurati per più di un decennio come componenti di SPM nell'aria esterna in determinati siti di misurazione, rimangono importanti domande senza risposta. Pertanto il campionamento convenzionale mediante separazione delle polveri sospese sui filtri presuppone che la separazione dei composti di metalli pesanti sul filtro sia completa. Tuttavia, nella letteratura sono state trovate indicazioni precedenti che lo mettono in dubbio. I risultati sono molto eterogenei.

Un ulteriore problema risiede nel fatto che nell'analisi dei composti metallici nelle polveri sospese non è possibile distinguere forme diverse dei composti, o singoli composti dei rispettivi elementi, utilizzando le procedure di misura convenzionali. Mentre in molti casi è possibile effettuare determinazioni totali adeguate, sarebbe auspicabile una differenziazione più completa con alcuni metalli particolarmente cancerogeni (As, Cd, Cr, Ni, Co, Be). Ci sono spesso grandi differenze negli effetti cancerogeni degli elementi e dei loro singoli composti (ad esempio, i composti del cromo nei livelli di ossidazione III e VI - solo quelli nel livello VI sono cancerogeni). In tali casi sarebbe auspicabile una misurazione specifica dei singoli composti (analisi delle specie). Nonostante l'importanza di questo problema, nella tecnica di misurazione vengono fatti solo i primi tentativi di analisi delle specie.

Misura della caduta di polvere e dei composti metallici nella caduta di polvere

Per raccogliere la caduta di polvere vengono utilizzati due metodi fondamentalmente diversi:

  • campionamento in recipienti di raccolta
  • campionamento su superfici adesive.

 

Una procedura popolare per misurare la caduta di polvere (polvere depositata) è la cosiddetta procedura Bergerhoff. In questa procedura l'intera precipitazione atmosferica (deposizioni secche e umide) viene raccolta nell'arco di 30 ± 2 giorni in recipienti a circa 1.5-2.0 metri dal suolo (deposizione di massa). Quindi i recipienti di raccolta vengono portati in laboratorio e preparati (filtrati, acqua evaporata, essiccata, pesata). Il risultato è calcolato sulla base della superficie del recipiente di raccolta e del tempo di esposizione in grammi per metro quadro e giorno (g/m2d). Il limite di rilevamento relativo è di 0.035 g/m2d.

Ulteriori procedure per la raccolta della polvere caduta includono il dispositivo Liesegang-Löbner e metodi che raccolgono la polvere depositata su fogli adesivi.

Tutti i risultati delle misurazioni per la caduta di polvere sono valori relativi che dipendono dall'apparecchiatura utilizzata, poiché la separazione della polvere è influenzata dalle condizioni di flusso nel dispositivo e da altri parametri. Le differenze nei valori di misurazione ottenuti con le diverse procedure possono raggiungere il 50%.

Importante è anche la composizione della polvere depositata, come il contenuto di piombo, cadmio e altri composti metallici. Le procedure analitiche utilizzate per questo sono sostanzialmente le stesse utilizzate per le polveri in sospensione.

Misurazione di materiali speciali sotto forma di polvere

I materiali speciali sotto forma di polvere includono amianto e fuliggine. La raccolta delle fibre come inquinanti atmosferici è importante poiché l'amianto è stato classificato come materiale cancerogeno confermato. Le fibre con un diametro di D ≤ 3μm e una lunghezza di L ≥ 5μm, dove L:D ≥ 3, sono considerate cancerogene. Le procedure di misurazione dei materiali fibrosi consistono nel contare, al microscopio, le fibre che sono state separate sui filtri. Solo le procedure al microscopio elettronico possono essere prese in considerazione per le misurazioni dell'aria esterna. Le fibre vengono separate su filtri porosi rivestiti in oro. Prima della valutazione in un microscopio a scansione elettronica, il campione viene liberato dalle sostanze organiche attraverso l'incenerimento del plasma direttamente sul filtro. Le fibre vengono contate su una parte della superficie filtrante, scelte a caso e classificate per geometria e tipologia di fibra. Con l'aiuto dell'analisi a raggi X a dispersione di energia (EDXA), le fibre di amianto, le fibre di solfato di calcio e altre fibre inorganiche possono essere differenziate sulla base della composizione elementare. L'intera procedura è estremamente costosa e richiede la massima cura per ottenere risultati affidabili.

La fuliggine sotto forma di particelle emesse dai motori diesel è diventata rilevante poiché anche la fuliggine diesel è stata classificata come cancerogena. A causa della sua composizione mutevole e complessa e del fatto che vari costituenti vengono emessi anche da altre fonti, non esiste una procedura di misurazione specifica per la fuliggine diesel. Tuttavia, per dire qualcosa di concreto sulle concentrazioni nell'aria ambiente, la fuliggine è convenzionalmente definita come carbonio elementare, come parte del carbonio totale. Viene misurato dopo il campionamento e una fase di estrazione e/o desorbimento termico. La determinazione del contenuto di carbonio avviene mediante combustione in un flusso di ossigeno e titolazione coulometrica o rilevamento IR non dispersivo dell'anidride carbonica formata nel processo.

In linea di principio, per misurare la fuliggine vengono utilizzati anche il cosiddetto aethalometer e il sensore fotoelettrico di aerosol.

Misurazione delle deposizioni umide

Insieme alla deposizione secca, la deposizione umida sotto pioggia, neve, nebbia e rugiada costituisce il mezzo più importante attraverso il quale i materiali nocivi entrano nel terreno, nell'acqua o nelle superfici vegetali dall'aria.

Per distinguere chiaramente la deposizione umida in caso di pioggia e neve (nebbia e rugiada presentano problemi particolari) dalla misura della deposizione totale (deposizione in massa, vedere la sezione "Misurazione della caduta di polvere e dei composti metallici" sopra) e della deposizione secca, i rain catcher, il cui l'apertura di raccolta è coperta quando non c'è pioggia (campionatore solo umido), vengono utilizzati per il campionamento. Con i sensori pioggia, che funzionano principalmente secondo il principio delle variazioni di conducibilità, la copertura viene aperta quando inizia a piovere e richiusa quando smette di piovere.

I campioni vengono trasferiti attraverso un imbuto (area aperta circa 500 cm2 ed altro) in un contenitore di raccolta oscurato e possibilmente coibentato (di vetro o polietilene solo per i componenti inorganici).

In generale, l'analisi dell'acqua raccolta per i componenti inorganici può essere eseguita senza preparazione del campione. L'acqua deve essere centrifugata o filtrata se è visibilmente torbida. La conduttività, il valore del pH e gli anioni importanti (NO3 - , COSÌ4 2- , Cl-) e cationi (Ca2+, K+, Mg2+, N / A+, NH4 + e così via) vengono misurati regolarmente. Composti in tracce instabili e stati intermedi come H2O2 o HSO3 - vengono misurati anche a scopo di ricerca.

Per l'analisi vengono utilizzate procedure generalmente disponibili per soluzioni acquose come la conduttometria per la conducibilità, gli elettrodi per i valori di pH, la spettroscopia di adsorbimento atomico per i cationi (vedere la sezione "Misurazione di materiali speciali sotto forma di polvere", sopra) e, sempre più, la cromatografia a scambio ionico con rilevamento della conducibilità per anioni.

I composti organici vengono estratti dall'acqua piovana con, ad esempio, diclorometano, oppure espulsi con argon e adsorbiti con tubi Tenax (solo materiali altamente volatili). I materiali vengono quindi sottoposti ad un'analisi gascromatografica (vedi “Procedure di misurazione degli inquinanti atmosferici organici”, di seguito).

La deposizione secca è direttamente correlata alle concentrazioni nell'aria ambiente. Le differenze di concentrazione di materiali nocivi trasportati dall'aria nella pioggia, tuttavia, sono relativamente piccole, quindi per misurare la deposizione umida sono adeguate reti di misurazione a maglie larghe. Gli esempi includono la rete di misurazione europea EMEP, in cui l'ingresso di ioni solfato e nitrato, alcuni cationi e valori di pH delle precipitazioni sono raccolti in circa 90 stazioni. Esistono anche vaste reti di misurazione in Nord America.

Procedure di misurazione ottica a lunga distanza

Mentre le procedure descritte finora catturano l'inquinamento atmosferico in un punto, le procedure di misurazione ottica a lunga distanza misurano in modo integrato su percorsi di luce di diversi chilometri o ne determinano la distribuzione spaziale. Utilizzano le caratteristiche di assorbimento dei gas nell'atmosfera nella gamma spettrale UV, visibile o IR e si basano sulla legge di Lambert-Beer, secondo la quale il prodotto del percorso della luce e della concentrazione è proporzionale all'estinzione misurata. Se l'emettitore e il ricevitore dell'impianto di misura cambiano la lunghezza d'onda, è possibile misurare più componenti in parallelo o in sequenza con un unico dispositivo.

In pratica, i sistemi di misurazione identificati nella tabella 5 svolgono il ruolo più importante.

Tabella 5. Procedure di misurazione a lunga distanza

Procedura

Applicazioni

Vantaggi e svantaggi

Fourier
trasformare
infrarosso
spettroscopia (FTIR)

Portata IR (circa 700–3,000 cm-1), percorso luminoso di diverse centinaia di metri.
Monitora le fonti superficiali diffuse (recinzione ottica), misura i singoli composti organici

+ Sistema multicomponente
+ dl pochi ppb
- Costoso

Differenziale
ottico
assorbimento
spettrometria (DOAS)

Percorso leggero per diversi km; misure SO2, NO2, benzene, HNO3; monitora sorgenti lineari e di superficie, utilizzate nelle reti di misura

+ Facile da maneggiare 
+ Test delle prestazioni riuscito
+ Sistema multicomponente
– Alto dl in condizioni di scarsa visibilità (es. nebbia)

Lunga distanza
assorbimento laser
spettroscopia (TDLAS)

Area di ricerca, in cuvette a bassa pressione per OH-

+ Alta sensibilità (a ppt)
+ Misura composti in tracce instabili
- Costo alto
- Difficile da gestire

Differenziale
Assorbimento
LIDAR (QUADRANTE)

Monitora sorgenti di superficie, misure di immissioni di grandi superfici

+ Misure di spaziale
distribuzione
+ Misure inaccessibili
luoghi (p. es., scie di gas di fumo)
- Costoso
– Spettro di componenti limitato (SO2, O3, NO2)

LIDAR = Rilevamento e portata della luce; DIAL = assorbimento differenziale LIDAR.

 

Procedure di misurazione per gli inquinanti atmosferici organici

La misurazione dell'inquinamento atmosferico contenente componenti organici è complicata principalmente dalla gamma di materiali in questa classe di composti. Diverse centinaia di singoli componenti con caratteristiche tossicologiche, chimiche e fisiche molto diverse sono coperti dal titolo generale "inquinanti atmosferici organici" nei registri delle emissioni e nei piani di qualità dell'aria delle aree congestionate.

Soprattutto a causa delle grandi differenze nell'impatto potenziale, la raccolta dei singoli componenti rilevanti ha sempre più preso il posto delle procedure di sommatoria utilizzate in precedenza (ad es. Rivelatore a ionizzazione di fiamma, procedura del carbonio totale), i cui risultati non possono essere valutati tossicologicamente. Il metodo FID, invece, ha conservato un certo significato in relazione ad una breve colonna di separazione per separare il metano, fotochimicamente poco reattivo, e per raccogliere i composti organici volatili precursori (COV) per la formazione di fotoossidanti.

La frequente necessità di separare le complesse miscele di composti organici in singoli componenti rilevanti rende la misurazione virtualmente un esercizio di cromatografia applicata. Le procedure cromatografiche sono i metodi di scelta quando i composti organici sono sufficientemente stabili, termicamente e chimicamente. Per i materiali organici con gruppi funzionali reattivi, le procedure separate che utilizzano le caratteristiche fisiche dei gruppi funzionali o le reazioni chimiche per il rilevamento continuano a mantenere la loro posizione.

Gli esempi includono l'uso di ammine per convertire le aldeidi in idrazoni, con successiva misurazione fotometrica; derivatizzazione con 2,4-dinitrofenilidrazina e separazione del 2,4-idrazone che si forma; o formando coloranti azoici con p-nitroanilina per la rilevazione di fenoli e cresoli.

Tra le procedure cromatografiche, la gascromatografia (GC) e la cromatografia liquida ad alta pressione (HPLC) sono impiegate più frequentemente per separare le miscele spesso complesse. Per la gascromatografia, oggi vengono utilizzate quasi esclusivamente colonne di separazione con diametri molto stretti (da circa 0.2 a 0.3 mm e lunghe da circa 30 a 100 m), le cosiddette colonne capillari ad alta risoluzione (HRGC). Sono disponibili una serie di rivelatori per la ricerca dei singoli componenti dopo la colonna di separazione, come il già citato FID, l'ECD (electron capture detector, specifico per sostituti elettrofili come gli alogeni), il PID (photo-ionization detector, che è particolarmente sensibile agli idrocarburi aromatici e ad altri sistemi di elettroni p) e l'NPD (rivelatore termoionico specifico per composti di azoto e fosforo). L'HPLC utilizza speciali rivelatori a flusso continuo che, ad esempio, sono progettati come la cuvetta a flusso continuo di uno spettrometro UV.

Particolarmente efficace, ma anche particolarmente costoso, è l'uso di uno spettrometro di massa come rivelatore. L'identificazione veramente certa, soprattutto con miscele sconosciute di composti, è spesso possibile solo attraverso lo spettro di massa del composto organico. L'informazione qualitativa del cosiddetto tempo di ritenzione (tempo di permanenza del materiale nella colonna) contenuta nel cromatogramma con rivelatori convenzionali è integrata dalla rivelazione specifica dei singoli componenti mediante frammenti di massa con elevata sensibilità di rivelazione.

Il campionamento deve essere considerato prima dell'analisi vera e propria. La scelta del metodo di campionamento è determinata principalmente dalla volatilità, ma anche dall'intervallo di concentrazione previsto, dalla polarità e dalla stabilità chimica. Inoltre, con i composti non volatili, si deve scegliere tra misure di concentrazione e deposizione.

La tabella 6 fornisce una panoramica delle procedure comuni nel monitoraggio dell'aria per l'arricchimento attivo e l'analisi cromatografica dei composti organici, con esempi di applicazioni.

Tabella 6. Panoramica delle comuni procedure cromatografiche di misurazione della qualità dell'aria dei composti organici (con esempi di applicazioni)

Gruppo materiale

Concentrazione
gamma

Campionamento, preparazione

Fase analitica finale

idrocarburi c1-C9

µg/m3

Mouse del gas (campionamento rapido), siringa a tenuta di gas, intrappolamento del freddo davanti alla colonna capillare (focalizzazione), desorbimento termico

CG/FID

Idrocarburi bassobollenti, altamente
idrocarburi alogenati volatili

ng/m3–μg/m3

Cilindro in acciaio di alta qualità sottovuoto e passivato (anche per misure di aria pulita)
Invio del campionamento attraverso loop di gas, intrappolamento a freddo, desorbimento termico

GC/FID/ECD/PID

Composti organici in punto di ebollizione
gamma C6-C30 (60–350ºC)

µg/m3

Adsorbimento su carbone attivo, (a) desorbimento con CS2 (b) desorbimento con solventi (c) analisi dello spazio di testa

capillare
CG/FID

Composti organici in punto di ebollizione
intervallo 20–300 ºC

ng/m3–μg/m3

Adsorbimento su polimeri organici (es. Tenax) o setaccio di carbonio molecolare (carbopack), desorbimento termico con intrappolamento a freddo davanti alla colonna capillare (focalizzazione) o estrazione con solvente

capillare
GC/FID/ECD/MS

Modifica per bassobollente
composti (da –120 ºC)

ng/m3–μg/m3

Adsorbimento su polimeri raffreddati (es. tubo termogradiente), raffreddato a –120 ºC, uso di carbopack

capillare
GC/FID/ECD/MS

Composti organici altobollenti
parzialmente attaccato alle particelle
(specialmente PAH, PCB, PCDD/PCDF),
elevato volume di campionamento

fg/m3–ng/m3

Campionamento su filtri (ad es. piccolo dispositivo filtrante o campionatore ad alto volume) con successive cartucce in poliuretano per la parte gassosa, desorbimento con solvente del filtro e del poliuretano, varie fasi di purificazione e preparazione, per IPA anche sublimazione

capillare
GC-GCMS
(PCDD/PCDF),
capillare GC-FID o
MS (IPA), HPLC
fluorescenza
rivelatore (IPA)

Composti organici altobollenti,
soprattutto PCDD, PCDF, PBDD, PBDF,
basso volume di campionamento

fg/m3–ng/m3

Adsorbimento su polimeri organici (es. cilindro in schiuma poliuretanica) con filtri preventivi (es. fibra di vetro) o inorg. adsorbire. (p. es., gel di silice), estrazione con solventi, varie fasi di purificazione e preparazione, (compresa la cromatografia multicolonna), derivatizzazione per clorofenoli

HRGC/ECD

Composti organici altobollenti
legato a particelle, ad es. componenti
di aerosol organici, deposizione
campioni

ng/m3
ng–μg/g
aerosol
pg–ng/m2 giorno

Separazione di aerosol su filtri in fibra di vetro (ad es. campionatore ad alto o basso volume) o raccolta della polvere su superfici standardizzate, estrazione con solventi (per la deposizione anche dell'acqua filtrata residua), varie fasi di purificazione e preparazione

HRGC/MS
HPLC (per IPA)

GC = gascromatografia; GCMS = GC/spettroscopia di massa; FID = rivelatore a ionizzazione di fiamma; HRGC/ECD = GC/ECD ad alta risoluzione; ECD = rivelatore a cattura di elettroni; HPLC = cromatografia liquida ad alta prestazione. PID = rivelatore a fotoionizzazione.

 

Le misurazioni della deposizione di composti organici a bassa volatilità (ad es. dibenzodiossine e dibenzofurani (PCDD/PCDF), idrocarburi policiclici aromatici (IPA)) stanno acquisendo importanza dal punto di vista dell'impatto ambientale. Poiché il cibo è la principale fonte di assunzione da parte dell'uomo, il materiale trasportato dall'aria trasferito sulle piante alimentari è di grande importanza. Vi sono, tuttavia, prove che il trasferimento di materiale mediante deposizione di particolato è meno importante della deposizione a secco di composti quasi gassosi.

Per la misurazione della deposizione totale vengono utilizzati dispositivi standardizzati per la precipitazione delle polveri (es. procedura Bergerhoff), che sono stati leggermente modificati mediante oscuramento come protezione contro l'ingresso di luce intensa. Importanti problemi tecnici di misurazione, come la risospensione di particelle già separate, l'evaporazione o l'eventuale decomposizione fotolitica, vengono ora ricercati sistematicamente al fine di migliorare le procedure di campionamento non ottimali per i composti organici.

Indagini olfattometriche

Le indagini olfattometriche sulle immissioni vengono utilizzate nel monitoraggio per quantificare i reclami relativi agli odori e per determinare l'inquinamento di base nelle procedure di licenza. Servono principalmente a valutare se gli odori esistenti o previsti debbano essere classificati come significativi.

In linea di principio si possono distinguere tre approcci metodologici:

  • misurazione della concentrazione di emissione (numero di unità di odore) con un olfattometro e successiva modellazione della dispersione
  • misurazione dei singoli componenti (ad es. NH3) o miscele di composti (es. gascromatografia di gas provenienti da discariche), se questi caratterizzano adeguatamente l'odore
  • determinazione degli odori mediante ispezioni.

 

La prima possibilità combina la misurazione delle emissioni con la modellazione e, in senso stretto, non può essere classificata sotto il termine monitoraggio della qualità dell'aria. Nel terzo metodo, il naso umano viene utilizzato come rilevatore con una precisione significativamente ridotta rispetto ai metodi fisico-chimici.

I dettagli delle ispezioni, dei piani di misurazione e della valutazione dei risultati sono contenuti, ad esempio, nelle norme sulla protezione ambientale di alcuni stati tedeschi.

Procedure di misurazione dello screening

Talvolta vengono utilizzate procedure di misurazione semplificate per gli studi preparatori (screening). Gli esempi includono campionatori passivi, provette e procedure biologiche. Con i campionatori passivi (diffusivi), il materiale da testare viene raccolto con processi a flusso libero come diffusione, permeazione o adsorbimento in semplici forme di collettori (tubi, placche) e arricchito in filtri impregnati, reti o altri mezzi di adsorbimento. Il cosiddetto campionamento attivo (aspirazione dell'aria campione attraverso una pompa) quindi non si verifica. La quantità arricchita di materiale, determinata analiticamente in base a tempi di esposizione definiti, viene convertita in unità di concentrazione sulla base di leggi fisiche (es. di diffusione) con l'ausilio del tempo di raccolta e dei parametri geometrici del collettore. La metodologia deriva dal campo della salute sul lavoro (campionamento personale) e della misurazione dell'aria interna, ma viene sempre più utilizzata per le misurazioni della concentrazione di inquinanti nell'aria ambiente. Una panoramica può essere trovata in Brown 1993.

I tubi rivelatori sono spesso utilizzati per il campionamento e l'analisi preparatoria rapida dei gas. Un determinato volume d'aria di prova viene aspirato attraverso un tubo di vetro riempito con un reagente adsorbente che corrisponde all'obiettivo del test. Il contenuto della provetta cambia colore a seconda della concentrazione del materiale da determinare presente nell'aria di prova. Piccole provette sono spesso utilizzate nel campo del monitoraggio sul posto di lavoro o come procedura rapida in caso di incidenti, come gli incendi. Non vengono utilizzati per misurazioni di routine della concentrazione di inquinanti atmosferici a causa dei limiti di rilevamento generalmente troppo elevati e della selettività troppo limitata. Sono disponibili provette per rivelatori per numerosi materiali in vari intervalli di concentrazione.

Tra le procedure biologiche, due metodi sono stati accettati nel monitoraggio di routine. Con la procedura standardizzata di esposizione ai licheni, il tasso di mortalità del lichene viene determinato nel tempo di esposizione di 300 giorni. In un'altra procedura, l'erba del pascolo francese viene esposta per 14 ± 1 giorni. Quindi viene determinata la quantità di crescita. Entrambe le procedure servono come determinazioni sommarie degli effetti della concentrazione di inquinanti atmosferici.

Reti di monitoraggio della qualità dell'aria

In tutto il mondo vengono utilizzati i più svariati tipi di reti di qualità dell'aria. Occorre distinguere tra reti di misurazione, costituite da stazioni di misurazione automatiche controllate da computer (contenitori di misurazione) e reti di misurazione virtuali, che definiscono solo i punti di misurazione per vari tipi di misurazioni della concentrazione di inquinanti atmosferici sotto forma di una griglia preimpostata. I compiti e le concezioni delle reti di misurazione sono stati discussi sopra.

Reti di monitoraggio continuo

Le reti di misurazione a funzionamento continuo si basano su stazioni di misurazione automatiche e servono principalmente per il monitoraggio della qualità dell'aria nelle aree urbane. Vengono misurati inquinanti atmosferici come l'anidride solforosa (SO2), polvere, monossido di azoto (NO), biossido di azoto (NO2), monossido di carbonio (CO), ozono (O3), e in parte anche la somma degli idrocarburi (metano libero, CnHm) o singoli componenti organici (ad es. benzene, toluene, xileni). Inoltre, a seconda delle necessità, sono inclusi parametri meteorologici come la direzione del vento, la velocità del vento, la temperatura dell'aria, l'umidità relativa, le precipitazioni, la radiazione globale o il bilancio della radiazione.

L'apparecchiatura di misurazione utilizzata nelle stazioni di misurazione è generalmente costituita da un analizzatore, un'unità di calibrazione e un'elettronica di controllo e guida, che monitora l'intera apparecchiatura di misurazione e contiene un'interfaccia standardizzata per la raccolta dei dati. Oltre ai valori di misurazione, l'apparecchiatura di misurazione fornisce i cosiddetti segnali di stato sugli errori e sullo stato operativo. La calibrazione dei dispositivi viene controllata automaticamente dal computer a intervalli regolari.

Di norma, le stazioni di misurazione sono collegate con linee dati fisse, connessioni dial o altri sistemi di trasferimento dati a un computer (computer di processo, workstation o PC, a seconda dell'entità del sistema) in cui i risultati della misurazione vengono inseriti, elaborati e visualizzato. I computer della rete di misura e, se necessario, personale appositamente addestrato controllano continuamente se vengono superati i vari limiti di soglia. In questo modo le situazioni critiche di qualità dell'aria possono essere riconosciute in qualsiasi momento. Questo è molto importante, soprattutto per il monitoraggio delle situazioni critiche di smog in inverno e in estate (foto-ossidanti) e per l'informazione pubblica aggiornata.

Reti di misura per misure di campioni casuali

Oltre alla rete di misurazione telemetrica, vengono utilizzati in varia misura altri sistemi di misurazione per il monitoraggio della qualità dell'aria. Gli esempi includono reti di misurazione (occasionalmente parzialmente automatizzate) per determinare:

  • deposito di polvere e suoi componenti
  • polveri sospese (SPM) e suoi componenti
  • idrocarburi e idrocarburi clorurati
  • materiali organici poco volatili (diossine, furani, bifenili policlorurati).

 

Una serie di sostanze misurate in questo modo sono state classificate come cancerogene, come i composti del cadmio, gli IPA o il benzene. Il loro monitoraggio è quindi particolarmente importante.

Per fornire un esempio di un programma completo, la tabella 7 riassume il monitoraggio della qualità dell'aria condotto sistematicamente nella Renania settentrionale-Vestfalia, che con 18 milioni di abitanti è lo stato più popoloso della Germania.

Tabella 7. Monitoraggio sistematico della qualità dell'aria nella Renania settentrionale-Vestfalia (Germania)

Misurazione continua
sistema

Parzialmente automatizzato
sistema di misura

Misurazione discontinua
sistema/multicomponente
misurazioni

diossido di zolfo
Monossido di azoto
Diossido di azoto
Monossido di carbonio
Particolato sospeso
materia (SPM)
Ozono
idrocarburi
La direzione del vento
Velocità del vento
Temperatura dell'aria
Pressione atmosferica
Umidità relativa
Bilancio radiativo
Precipitazione

Composizione SPM:
Piombo
Cadmio
Nichel, Ni free
Rame
Ferro
Arsenico
Berillio
benzo[a]pirene
benzo[e]pirene
benzo[a] antracene
Dibenzo[a, h] antracene
benzo[ghi)perilene
Coronene

Benzene e altro
idrocarburi
Idrocarburi alogenati
Deposizione di polvere e
composizione del materiale
fuliggine
Bifenili policlorurati
Polialogenato
dibenzodiossine e
dibenzofurani
(PCDD/PCDF)

 

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Mercoledì, marzo 09 2011 15: 48

Controllo dell'inquinamento atmosferico

Gestione dell'inquinamento atmosferico

L'obiettivo di un gestore di un sistema di controllo dell'inquinamento atmosferico è garantire che concentrazioni eccessive di inquinanti atmosferici non raggiungano un obiettivo suscettibile. Gli obiettivi potrebbero includere persone, piante, animali e materiali. In tutti i casi dovremmo preoccuparci dei più sensibili di ciascuno di questi gruppi. Gli inquinanti atmosferici potrebbero includere gas, vapori, aerosol e, in alcuni casi, materiali a rischio biologico. Un sistema ben progettato impedirà a un bersaglio di ricevere una concentrazione dannosa di un inquinante.

La maggior parte dei sistemi di controllo dell'inquinamento atmosferico implica una combinazione di diverse tecniche di controllo, di solito una combinazione di controlli tecnologici e controlli amministrativi, e in fonti più grandi o più complesse può esserci più di un tipo di controllo tecnologico.

Idealmente, la selezione dei controlli appropriati sarà effettuata nel contesto del problema da risolvere.

  • Cosa viene emesso, in quale concentrazione?
  • Quali sono gli obiettivi? Qual è il bersaglio più suscettibile?
  • Quali sono i livelli di esposizione a breve termine accettabili?
  • Quali sono i livelli di esposizione a lungo termine accettabili?
  • Quale combinazione di controlli deve essere selezionata per garantire che i livelli di esposizione a breve ea lungo termine non vengano superati?

 

La tabella 1 descrive i passaggi di questo processo.

 


Tabella 1. Passaggi nella selezione dei controlli dell'inquinamento

 

 

Passo 1:
Define
emissioni.

La prima parte è determinare cosa verrà rilasciato dallo stack.
Tutte le emissioni potenzialmente dannose devono essere elencate. La seconda parte è a
stimare la quantità di ciascun materiale che verrà rilasciato. Senza questo
informazioni, il manager non può iniziare a progettare un programma di controllo.

Passo 2:
Define
gruppi target.

Tutti i bersagli suscettibili dovrebbero essere identificati. Ciò include persone, animali, piante e materiali. In ogni caso, deve essere identificato il membro più suscettibile di ciascun gruppo. Ad esempio, gli asmatici vicino a un impianto che emette isocianati.

Passo 3:
Determinare
accettabile
livelli di esposizione.*

Un livello accettabile di esposizione per il gruppo target più sensibile deve
essere stabilito. Se l'inquinante è un materiale che ha effetti cumulativi,
come un cancerogeno, devono essere fissati i livelli di esposizione a lungo termine (annuali). Se l'inquinante ha effetti a breve termine, come un irritante o un sensibilizzante, deve essere fissato un livello di esposizione a breve termine o forse di picco.**

Passo 4:
Seleziona
controlli.

La fase 1 identifica le emissioni e la fase 3 determina l'accettabile
livelli di esposizione. In questa fase, ogni inquinante viene controllato per assicurarne la conformità
non superi il livello accettabile. Se supera il livello accettabile,
è necessario aggiungere ulteriori controlli e controllare nuovamente i livelli di esposizione. Questo processo continua fino a quando tutte le esposizioni sono pari o inferiori al livello accettabile. La modellazione della dispersione può essere utilizzata per stimare le esposizioni per nuovi impianti o per testare soluzioni alternative per impianti esistenti.

* Quando si impostano i livelli di esposizione nella Fase 3, è necessario ricordare che queste esposizioni sono esposizioni totali, non solo quelle della pianta. Una volta stabilito il livello accettabile, i livelli di fondo ei contributi di altre piante vengono semplicemente sottratti per determinare la quantità massima che la pianta può emettere senza superare il livello di esposizione accettabile. Se ciò non viene fatto e tre impianti possono emettere alla quantità massima, i gruppi target saranno esposti a tre volte il livello accettabile.

** Alcuni materiali come gli agenti cancerogeni non hanno una soglia al di sotto della quale non si verificheranno effetti nocivi. Pertanto, fintanto che una parte del materiale può fuoriuscire nell'ambiente, ci sarà qualche rischio per le popolazioni bersaglio. In questo caso non è possibile impostare un livello senza effetto (diverso da zero). Occorre invece stabilire un livello di rischio accettabile. Di solito questo valore è compreso tra 1 esito avverso su 100,000 e 1,000,000 di persone esposte.


 

Alcune giurisdizioni hanno svolto parte del lavoro stabilendo standard basati sulla concentrazione massima di un contaminante che un bersaglio suscettibile può ricevere. Con questo tipo di standard, il gestore non deve eseguire i passaggi 2 e 3, poiché l'agenzia di regolamentazione lo ha già fatto. In base a questo sistema, il gestore deve stabilire solo gli standard di emissione incontrollata per ciascun inquinante (Fase 1), e quindi determinare quali controlli sono necessari per soddisfare lo standard (Fase 4).

Avendo standard di qualità dell'aria, le autorità di regolamentazione possono misurare le esposizioni individuali e quindi determinare se qualcuno è esposto a livelli potenzialmente dannosi. Si presume che gli standard fissati in queste condizioni siano sufficientemente bassi da proteggere il gruppo target più suscettibile. Questo non è sempre un presupposto sicuro. Come mostrato nella tabella 2, ci può essere un'ampia variazione negli standard comuni di qualità dell'aria. Gli standard di qualità dell'aria per l'anidride solforosa vanno da 30 a 140 μg/m3. Per i materiali regolamentati meno comunemente questa variazione può essere ancora maggiore (da 1.2 a 1,718 μg/m3), come mostrato nella tabella 3 per il benzene. Ciò non sorprende dato che l'economia può svolgere un ruolo importante nella definizione degli standard quanto la tossicologia. Se uno standard non è abbastanza basso da proteggere le popolazioni suscettibili, nessuno è ben servito. Le popolazioni esposte hanno una sensazione di falsa fiducia e possono inconsapevolmente essere messe a rischio. L'emettitore può inizialmente ritenere di aver beneficiato di uno standard indulgente, ma se gli effetti nella comunità richiedono all'azienda di riprogettare i propri controlli o installare nuovi controlli, i costi potrebbero essere superiori rispetto a farlo correttamente la prima volta.

Tabella 2. Gamma di standard di qualità dell'aria per un contaminante dell'aria comunemente controllato (anidride solforosa)

Paesi e territori

Biossido di zolfo a lungo termine
standard di qualità dell'aria (µg/m
3)

Australia

50

Canada

30

Finlandia

40

Germania

140

Ungheria

70

Taiwan

133

 

Tabella 3. Gamma di standard di qualità dell'aria per un contaminante dell'aria meno comunemente controllato (benzene)

Città stato

Standard di qualità dell'aria 24 ore su XNUMX per
benzene (mg/m
3)

Connecticut

53.4

Massachusetts

1.2

Michigan

2.4

Carolina del Nord

2.1

Nevada

254

New York

1,718

Philadelphia

1,327

Virginia

300

I livelli sono stati standardizzati a un tempo medio di 24 ore per assistere nei confronti.

(Adattato da Calabrese e Kenyon 1991.)

 

A volte questo approccio graduale alla selezione dei controlli dell'inquinamento atmosferico è cortocircuitato e le autorità di regolamentazione e i progettisti vanno direttamente a una "soluzione universale". Uno di questi metodi è la migliore tecnologia di controllo disponibile (BACT). Si presume che utilizzando la migliore combinazione di scrubber, filtri e buone pratiche di lavoro su una fonte di emissione, si ottenga un livello di emissioni sufficientemente basso da proteggere il gruppo target più suscettibile. Spesso, il livello di emissione risultante sarà inferiore al minimo richiesto per proteggere i bersagli più sensibili. In questo modo tutte le esposizioni non necessarie dovrebbero essere eliminate. Esempi di BACT sono mostrati nella tabella 4.

Tabella 4. Esempi selezionati della migliore tecnologia di controllo disponibile (BACT) che mostrano il metodo di controllo utilizzato e l'efficienza stimata

Processi

Inquinanti

Metodo di controllo

Efficienza stimata

Bonifica del suolo

idrocarburi

Ossidatore termico

99

Mulino per pasta di cellulosa Kraft
caldaia a recupero

particolato

elettrostatica
precipitatore

99.68

Produzione di affumicati
silice

Monossido di carbonio

Buona pratica

50

Verniciatura automobilistica

idrocarburi

Postbruciatore da forno

90

Forno ad arco elettrico

particolato

Borsa

100

Raffineria di petrolio,
cracking catalitico

Particolato respirabile

Ciclone + Venturi
lavasciuga

93

Inceneritore medico

Cloruro di idrogeno

Lavasciuga a umido + a secco
lavasciuga

97.5

Caldaia a carbone

diossido di zolfo

Essiccatore a spruzzo +
assorbitore

90

Smaltimento dei rifiuti entro
disidratazione e
incenerimento

particolato

Ciclone + condensatore
+ depuratore Venturi +
scrubber bagnato

95

Impianto di asfalto

idrocarburi

Ossidatore termico

99

 

BACT di per sé non garantisce livelli di controllo adeguati. Sebbene questo sia il miglior sistema di controllo basato su controlli di pulizia del gas e buone pratiche operative, BACT potrebbe non essere abbastanza buono se la sorgente è un impianto di grandi dimensioni o se si trova vicino a un obiettivo sensibile. La migliore tecnologia di controllo disponibile dovrebbe essere testata per assicurarsi che sia davvero sufficientemente buona. Gli standard di emissione risultanti dovrebbero essere controllati per determinare se possono ancora essere dannosi anche con i migliori controlli di pulizia del gas. Se gli standard di emissione sono ancora dannosi, potrebbero essere presi in considerazione altri controlli di base, come la selezione di processi o materiali più sicuri o il trasferimento in un'area meno sensibile.

Un'altra "soluzione universale" che aggira alcuni dei passaggi è rappresentata dagli standard di prestazione della sorgente. Molte giurisdizioni stabiliscono standard di emissione che non possono essere superati. Gli standard di emissione si basano sulle emissioni alla fonte. Di solito funziona bene, ma come BACT possono essere inaffidabili. I livelli dovrebbero essere sufficientemente bassi da mantenere le emissioni massime sufficientemente basse da proteggere le popolazioni target sensibili dalle emissioni tipiche. Tuttavia, come con la migliore tecnologia di controllo disponibile, questo potrebbe non essere abbastanza buono per proteggere tutti dove ci sono grandi fonti di emissioni o popolazioni suscettibili nelle vicinanze. Se questo è il caso, devono essere utilizzate altre procedure per garantire la sicurezza di tutti i gruppi target.

Sia il BACT che gli standard di emissione hanno un errore di base. Presumono che se nello stabilimento vengono soddisfatti determinati criteri, i gruppi target saranno automaticamente protetti. Non è detto che sia così, ma una volta che tale sistema è stato convertito in legge, gli effetti sull'obiettivo diventano secondari rispetto al rispetto della legge.

Il BACT e gli standard di emissione della sorgente oi criteri di progettazione dovrebbero essere utilizzati come criteri minimi per i controlli. Se il BACT oi criteri di emissione proteggeranno gli obiettivi suscettibili, allora possono essere utilizzati come previsto, altrimenti devono essere utilizzati altri controlli amministrativi.

Misure di controllo

I controlli possono essere suddivisi in due tipi fondamentali di controlli: tecnologico e amministrativo. I controlli tecnologici sono qui definiti come l'hardware posto su una fonte di emissione per ridurre i contaminanti nel flusso di gas a un livello accettabile per la comunità e che protegga l'obiettivo più sensibile. I controlli amministrativi sono qui definiti come altre misure di controllo.

Controlli tecnologici

I sistemi di purificazione del gas sono posizionati alla fonte, prima della ciminiera, per rimuovere i contaminanti dal flusso di gas prima di rilasciarlo nell'ambiente. La tabella 5 mostra un breve riepilogo delle diverse classi di sistema di pulizia del gas.

Tabella 5. Metodi di purificazione del gas per la rimozione di gas nocivi, vapori e particelle dalle emissioni dei processi industriali

Metodo di controllo

Esempi

Descrizione

EFFICIENZA

Gas/Vapori

     

Condensazione

Condensatori a contatto
Condensatori superficiali

Il vapore viene raffreddato e condensato in un liquido. Questo è inefficiente e viene utilizzato come precondizionatore per altri metodi

80+% quando la concentrazione >2,000 ppm

Assorbimento

Scrubber a umido (imballati
o piastre assorbitrici)

Il gas o il vapore viene raccolto in un liquido.

82–95% quando la concentrazione <100 ppm
95–99% quando la concentrazione >100 ppm

adsorbimento

Carbonio
Alumina
Gel di silice
Setaccio molecolare

Il gas o il vapore viene raccolto su un solido.

90+% quando la concentrazione <1,000 ppm
95+% quando la concentrazione >1,000 ppm

Incenerimento

Razzi
Inceneritore
Inceneritore catalitico

Un gas o vapore organico viene ossidato riscaldandolo ad alta temperatura e mantenendolo a quella temperatura per a
periodo di tempo sufficiente.

Non consigliato quando
concentrazione <2,000 ppm
80+% quando la concentrazione >2,000 ppm

particolato

     

Inerziale
separatori

Cicloni

I gas carichi di particelle sono costretti a cambiare direzione. L'inerzia della particella le fa separare dal flusso di gas. Questo è inefficiente e viene utilizzato come a
precondizionatore ad altri metodi.

70-90%

Scrubber a umido

Venturi
Filtro bagnato
Scrubber a vassoio o setaccio

Le goccioline liquide (acqua) raccolgono le particelle per impatto, intercettazione e diffusione. Le goccioline e le loro particelle vengono quindi separate dal flusso di gas.

Per particelle da 5 μm, 98.5% a 6.8 wg;
99.99+% a 50 wg
Per particelle da 1 μm, 45% a 6.8 wg; 99.95
a 50 wg

elettrostatica
precipitatori

Piastra-filo
Piatto piano
Tubolare
Bagnato

Le forze elettriche vengono utilizzate per spostare le particelle fuori dal flusso di gas sulle piastre di raccolta

95–99.5% per particelle da 0.2 μm
99.25–99.9+% per particelle da 10 μm

Filtri

Borsa

Un tessuto poroso rimuove le particelle dal flusso di gas. La torta di polvere porosa che si forma sul tessuto poi effettivamente
fa la filtrazione

99.9% per particelle da 0.2 μm
99.5% per particelle da 10 μm

 

Il depuratore di gas fa parte di un sistema complesso costituito da cappe, canalizzazioni, ventilatori, depuratori e camini. La progettazione, le prestazioni e la manutenzione di ciascuna parte influiscono sulle prestazioni di tutte le altre parti e del sistema nel suo insieme.

Va notato che l'efficienza del sistema varia ampiamente per ogni tipo di pulitore, a seconda del design, dell'energia assorbita e delle caratteristiche del flusso di gas e del contaminante. Di conseguenza, le efficienze campionarie nella tabella 5 sono solo approssimazioni. La variazione delle efficienze è dimostrata con gli scrubber a umido nella tabella 5. L'efficienza di raccolta degli scrubber a umido va dal 98.5% per particelle da 5 μm al 45% per particelle da 1 μm alla stessa caduta di pressione attraverso lo scrubber (6.8 poll. )). Per particelle della stessa dimensione, 1 μm, l'efficienza passa dal 45% di efficienza a 6.8 wg a 99.95 a 50 wg Di conseguenza, i depuratori di gas devono essere abbinati allo specifico flusso di gas in questione. Si sconsiglia l'uso di dispositivi generici.

Smaltimento dei rifiuti

Quando si selezionano e si progettano i sistemi di depurazione dei gas, è necessario prestare particolare attenzione allo smaltimento sicuro del materiale raccolto. Come mostrato nella tabella 6, alcuni processi producono grandi quantità di contaminanti. Se la maggior parte dei contaminanti viene raccolta dall'attrezzatura per la pulizia del gas, può esserci un problema di smaltimento dei rifiuti pericolosi.

Tabella 6. Tassi di emissione incontrollata campione per processi industriali selezionati

Fonte industriale

Tasso di emissione

Forno elettrico da 100 ton

257 ton/anno particolato

Turbina olio/gas da 1,500 MM BTU/ora

444 libbre/ora SO2

Inceneritore da 41.7 ton/ora

208 libbre/ora NOx

100 camion/giorno vernice trasparente

3,795 lb/settimana organici

 

In alcuni casi i rifiuti possono contenere prodotti di valore che possono essere riciclati, come metalli pesanti da una fonderia o solventi da una linea di verniciatura. I rifiuti possono essere utilizzati come materia prima per un altro processo industriale, ad esempio l'anidride solforosa raccolta come acido solforico può essere utilizzata nella produzione di fertilizzanti.

Dove i rifiuti non possono essere riciclati o riutilizzati, lo smaltimento potrebbe non essere semplice. Non solo il volume può essere un problema, ma possono essere pericolosi essi stessi. Ad esempio, se l'acido solforico catturato da una caldaia o da una fonderia non può essere riutilizzato, dovrà essere ulteriormente trattato per neutralizzarlo prima dello smaltimento.

Dispersione

La dispersione può ridurre la concentrazione di un inquinante su un bersaglio. Tuttavia, va ricordato che la dispersione non riduce la quantità totale di materiale che esce da un impianto. Una pila alta consente solo al pennacchio di espandersi e di essere diluito prima che raggiunga il livello del suolo, dove è probabile che esistano bersagli sensibili. Se l'inquinante è principalmente un fastidio, come un odore, la dispersione può essere accettabile. Tuttavia, se il materiale è persistente o cumulativo, come i metalli pesanti, la diluizione potrebbe non essere una risposta a un problema di inquinamento atmosferico.

La dispersione deve essere usata con cautela. Devono essere prese in considerazione le condizioni meteorologiche locali e della superficie del suolo. Ad esempio, nei climi più freddi, in particolare con la copertura nevosa, possono verificarsi frequenti inversioni di temperatura che possono intrappolare gli inquinanti vicino al suolo, con conseguenti esposizioni inaspettatamente elevate. Allo stesso modo, se una pianta si trova in una valle, i pennacchi possono spostarsi su e giù per la valle o essere bloccati dalle colline circostanti in modo che non si estendano e si disperdano come previsto.

Controlli amministrativi

Oltre ai sistemi tecnologici, c'è un altro gruppo di controlli che deve essere considerato nella progettazione complessiva di un sistema di controllo dell'inquinamento atmosferico. Per la maggior parte provengono dagli strumenti di base dell'igiene industriale.

Sostituzione

Uno dei metodi di igiene del lavoro preferiti per controllare i rischi ambientali sul posto di lavoro è sostituire un materiale o un processo più sicuro. Se è possibile utilizzare un processo o un materiale più sicuro ed evitare emissioni nocive, il tipo o l'efficacia dei controlli diventa accademico. È meglio evitare il problema piuttosto che cercare di correggere una prima decisione sbagliata. Esempi di sostituzione includono l'uso di combustibili più puliti, coperture per lo stoccaggio di grandi quantità e temperature ridotte negli essiccatori.

Ciò vale sia per gli acquisti minori che per i principali criteri di progettazione dell'impianto. Se vengono acquistati solo prodotti o processi sicuri per l'ambiente, non ci saranno rischi per l'ambiente, all'interno o all'esterno. Se viene effettuato l'acquisto sbagliato, il resto del programma consiste nel cercare di compensare quella prima decisione. Se viene acquistato un prodotto o un processo a basso costo ma pericoloso, potrebbe richiedere procedure e attrezzature di manipolazione speciali e metodi di smaltimento speciali. Di conseguenza, l'articolo a basso costo può avere solo un basso prezzo di acquisto, ma un prezzo elevato per il suo utilizzo e smaltimento. Forse un materiale o un processo più sicuro ma più costoso sarebbe stato meno costoso a lungo termine.

Ventilazione locale

Sono richiesti controlli per tutti i problemi identificati che non possono essere evitati sostituendo materiali o metodi più sicuri. Le emissioni iniziano dal singolo cantiere, non dal camino. Un sistema di ventilazione che catturi e controlli le emissioni alla fonte contribuirà a proteggere la comunità se adeguatamente progettato. Le cappe e i condotti del sistema di ventilazione fanno parte del sistema di controllo totale dell'inquinamento atmosferico.

È preferibile un sistema di ventilazione locale. Non diluisce i contaminanti e fornisce un flusso di gas concentrato che è più facile da pulire prima del rilascio nell'ambiente. Le attrezzature per la pulizia del gas sono più efficienti quando si pulisce l'aria con concentrazioni più elevate di contaminanti. Ad esempio, una cappa di cattura sopra il beccuccio di versamento di un forno metallico impedirà ai contaminanti di entrare nell'ambiente e convoglierà i fumi al sistema di depurazione del gas. Nella tabella 5 si può vedere che l'efficienza di pulizia per i detergenti ad assorbimento e adsorbimento aumenta con la concentrazione del contaminante e i detergenti a condensazione non sono raccomandati per bassi livelli (<2,000 ppm) di contaminanti.

Se gli inquinanti non vengono catturati alla fonte e possono fuoriuscire attraverso le finestre e le aperture di ventilazione, diventano emissioni fuggitive incontrollate. In alcuni casi, queste emissioni fuggitive incontrollate possono avere un impatto significativo sulle immediate vicinanze.

Isolamento

L'isolamento, ovvero la localizzazione dell'impianto lontano da bersagli sensibili, può essere un importante metodo di controllo quando i controlli tecnici sono di per sé inadeguati. Questo può essere l'unico mezzo per raggiungere un livello di controllo accettabile quando si deve fare affidamento sulla migliore tecnologia di controllo disponibile (BACT). Se, dopo aver applicato i migliori controlli disponibili, un gruppo target è ancora a rischio, è necessario prendere in considerazione la possibilità di trovare un sito alternativo in cui non siano presenti popolazioni sensibili.

L'isolamento, come presentato sopra, è un mezzo per separare una singola pianta da bersagli suscettibili. Un altro sistema di isolamento è dove le autorità locali usano la suddivisione in zone per separare le classi di industrie dagli obiettivi sensibili. Una volta che le industrie sono state separate dalle popolazioni target, la popolazione non dovrebbe essere autorizzata a trasferirsi vicino alla struttura. Anche se questo sembra buon senso, non viene utilizzato tutte le volte che dovrebbe essere.

Procedure di lavoro

Le procedure di lavoro devono essere sviluppate per garantire che le attrezzature siano utilizzate in modo corretto e sicuro, senza rischi per i lavoratori o per l'ambiente. I complessi sistemi di inquinamento atmosferico devono essere mantenuti e gestiti correttamente se devono svolgere il proprio lavoro come previsto. Un fattore importante in questo è la formazione del personale. Il personale deve essere addestrato su come utilizzare e mantenere l'attrezzatura per ridurre o eliminare la quantità di materiali pericolosi emessi sul posto di lavoro o nella comunità. In alcuni casi BACT si basa su buone pratiche per garantire risultati accettabili.

Monitoraggio in tempo reale

Un sistema basato sul monitoraggio in tempo reale non è popolare e non è comunemente utilizzato. In questo caso, l'emissione continua e il monitoraggio meteorologico possono essere combinati con la modellazione della dispersione per prevedere le esposizioni sottovento. Quando le esposizioni previste si avvicinano ai livelli accettabili, le informazioni vengono utilizzate per ridurre i tassi di produzione e le emissioni. Questo è un metodo inefficiente, ma può essere un metodo di controllo provvisorio accettabile per una struttura esistente.

Il contrario di questo per annunciare avvertimenti al pubblico quando le condizioni sono tali che possono esistere concentrazioni eccessive di contaminanti, in modo che il pubblico possa intraprendere azioni appropriate. Ad esempio, se viene inviato un avviso che le condizioni atmosferiche sono tali che i livelli di anidride solforosa sottovento di una fonderia sono eccessivi, le popolazioni sensibili come gli asmatici saprebbero di non uscire. Ancora una volta, questo può essere un controllo provvisorio accettabile fino a quando non vengono installati controlli permanenti.

Il monitoraggio atmosferico e meteorologico in tempo reale viene talvolta utilizzato per evitare o ridurre i principali eventi di inquinamento atmosferico in cui possono esistere più fonti. Quando diventa evidente che sono probabili livelli eccessivi di inquinamento atmosferico, l'uso personale delle automobili può essere limitato e le principali industrie che emettono emissioni possono essere chiuse.

Manutenzione/pulizie

In tutti i casi l'efficacia dei controlli dipende da una corretta manutenzione; l'apparecchiatura deve funzionare come previsto. Non solo i controlli dell'inquinamento atmosferico devono essere mantenuti e utilizzati come previsto, ma i processi che generano potenziali emissioni devono essere mantenuti e gestiti correttamente. Un esempio di processo industriale è un essiccatore per trucioli di legno con un regolatore di temperatura difettoso; se l'essiccatore viene fatto funzionare a una temperatura troppo elevata, emetterà più materiali, e forse un diverso tipo di materiale, dal legno essiccato. Un esempio di manutenzione del depuratore di gas che incide sulle emissioni sarebbe un filtro a maniche mal mantenuto con sacchetti rotti, che consentirebbero il passaggio del particolato attraverso il filtro.

Anche le pulizie svolgono un ruolo importante nel controllo delle emissioni totali. Le polveri che non vengono rapidamente rimosse all'interno dell'impianto possono essere ritrascinate e rappresentare un pericolo per il personale. Se le polveri vengono trasportate all'esterno dell'impianto, rappresentano un pericolo per la comunità. Una scarsa pulizia nel cortile dell'impianto potrebbe rappresentare un rischio significativo per la comunità. I materiali sfusi scoperti, i rifiuti vegetali o le polveri sollevate dai veicoli possono provocare il trasporto di sostanze inquinanti all'interno della comunità attraverso i venti. Mantenere pulito il piazzale, utilizzando appositi contenitori o siti di stoccaggio, è importante per ridurre le emissioni totali. Un sistema deve essere non solo progettato correttamente, ma anche utilizzato correttamente se si vuole proteggere la comunità.

Un esempio peggiore di scarsa manutenzione e pulizia sarebbe l'impianto di recupero del piombo con un trasportatore di polvere di piombo rotto. La polvere è stata lasciata fuoriuscire dal nastro trasportatore fino a quando la pila era così alta che la polvere poteva scivolare giù dalla pila e fuoriuscire da una finestra rotta. I venti locali hanno poi portato la polvere intorno al quartiere.

Attrezzatura per il campionamento delle emissioni

Il campionamento della sorgente può essere effettuato per diversi motivi:

  • Caratterizzare le emissioni. Per progettare un sistema di controllo dell'inquinamento atmosferico, è necessario sapere cosa viene emesso. Occorre conoscere non solo il volume del gas, ma anche la quantità, l'identità e, nel caso del particolato, la distribuzione granulometrica del materiale emesso. Le stesse informazioni sono necessarie per catalogare le emissioni totali in un quartiere.
  • Per testare l'efficienza delle apparecchiature. Dopo che un sistema di controllo dell'inquinamento atmosferico è stato acquistato, dovrebbe essere testato per assicurarsi che stia svolgendo il lavoro previsto.
  • Come parte di un sistema di controllo. Quando le emissioni vengono continuamente monitorate, i dati possono essere utilizzati per mettere a punto il sistema di controllo dell'inquinamento atmosferico o il funzionamento dell'impianto stesso.
  • Per determinare la conformità. Quando gli standard normativi includono limiti di emissione, il campionamento delle emissioni può essere utilizzato per determinare la conformità o la non conformità agli standard.

 

Il tipo di sistema di campionamento utilizzato dipenderà dal motivo del prelievo dei campioni, dai costi, dalla disponibilità della tecnologia e dalla formazione del personale.

Emissioni visibili

Laddove vi sia il desiderio di ridurre il potere inquinante dell'aria, migliorare la visibilità o impedire l'introduzione di aerosol nell'atmosfera, gli standard possono basarsi sulle emissioni visibili.

Le emissioni visibili sono composte da piccole particelle o gas colorati. Più un pennacchio è opaco, più materiale viene emesso. Questa caratteristica è evidente alla vista e osservatori addestrati possono essere utilizzati per valutare i livelli di emissione. Ci sono diversi vantaggi nell'usare questo metodo di valutazione degli standard di emissione:

  • Non è richiesta alcuna attrezzatura costosa.
  • Una persona può fare molte osservazioni in un giorno.
  • Gli operatori dell'impianto possono valutare rapidamente gli effetti delle modifiche al processo a basso costo.
  • I trasgressori possono essere citati senza dover testare la fonte in termini di tempo.
  • È possibile individuare le emissioni discutibili e determinare le emissioni effettive mediante il test della fonte come descritto nelle sezioni seguenti.

 

Campionamento estrattivo

Un metodo di campionamento molto più rigoroso richiede che un campione del flusso di gas venga rimosso dal camino e analizzato. Anche se sembra semplice, non si traduce in un semplice metodo di campionamento.

Il campione dovrebbe essere raccolto in modo isocinetico, soprattutto quando si raccolgono particelle. Il campionamento isocinetico è definito come campionamento aspirando il campione nella sonda di campionamento alla stessa velocità con cui il materiale si muove nel camino o nel condotto. Questo viene fatto misurando la velocità del flusso di gas con un tubo di Pitot e quindi regolando la velocità di campionamento in modo che il campione entri nella sonda alla stessa velocità. Questo è essenziale quando si campiona il particolato, poiché le particelle più grandi e più pesanti non seguiranno un cambiamento di direzione o velocità. Di conseguenza, la concentrazione di particelle più grandi nel campione non sarà rappresentativa del flusso di gas e il campione sarà impreciso.

Un treno di campioni per il biossido di zolfo è mostrato nella figura 1. Non è semplice ed è necessario un operatore addestrato per garantire che un campione venga raccolto correttamente. Se si deve campionare qualcosa di diverso dall'anidride solforosa, è possibile rimuovere i gorgogliatori e il bagno di ghiaccio e inserire l'apposito dispositivo di raccolta.

Figura 1. Schema di un treno di campionamento isocinetico per l'anidride solforosa

EPC050F2

Il campionamento estrattivo, in particolare il campionamento isocinetico, può essere molto accurato e versatile e ha diversi usi:

  • Si tratta di un metodo di campionamento riconosciuto con adeguati controlli di qualità, e quindi può essere utilizzato per determinare la conformità agli standard.
  • La potenziale accuratezza del metodo lo rende adatto per il test delle prestazioni di nuove apparecchiature di controllo.
  • Poiché i campioni possono essere raccolti e analizzati in condizioni di laboratorio controllate per molti componenti, è utile per caratterizzare il flusso di gas.

 

Un sistema di campionamento semplificato e automatizzato può essere collegato ad un analizzatore continuo di gas (sensori elettrochimici, fotometrici a ultravioletti oa ionizzazione di fiamma) o di particolato (nefelometro) per monitorare in continuo le emissioni. Questo può fornire la documentazione delle emissioni e lo stato operativo istantaneo del sistema di controllo dell'inquinamento atmosferico.

Campionamento in situ

Le emissioni possono anche essere campionate nel camino. La Figura 2 è una rappresentazione di un semplice trasmissometro utilizzato per misurare i materiali nel flusso di gas. In questo esempio, un raggio di luce viene proiettato attraverso la pila verso una fotocellula. Le particelle o il gas colorato assorbiranno o bloccheranno parte della luce. Più materiale c'è, meno luce arriverà alla fotocellula. (Vedi figura 2.)

Figura 2. Un semplice trasmissometro per misurare il particolato in un camino

EPC050F1

Utilizzando diverse sorgenti luminose e rilevatori come la luce ultravioletta (UV), è possibile rilevare gas trasparenti alla luce visibile. Questi dispositivi possono essere sintonizzati su gas specifici e quindi possono misurare la concentrazione di gas nel flusso di rifiuti.

An on-site Il sistema di monitoraggio presenta un vantaggio rispetto a un sistema estrattivo in quanto può misurare la concentrazione attraverso l'intero camino o condotto, mentre il metodo estrattivo misura le concentrazioni solo nel punto da cui è stato estratto il campione. Ciò può causare errori significativi se il flusso del gas campione non è ben miscelato. Tuttavia, il metodo estrattivo offre più metodi di analisi e quindi forse può essere utilizzato in più applicazioni.

Poiché on-site system fornisce una lettura continua, può essere utilizzato per documentare le emissioni o per mettere a punto il sistema operativo.

 

Di ritorno

Mercoledì, marzo 09 2011 16: 00

Controllo dell'inquinamento idrico

Questo articolo ha lo scopo di fornire al lettore una comprensione della tecnologia attualmente disponibile per avvicinarsi al controllo dell'inquinamento idrico, basandosi sulla discussione delle tendenze e dell'occorrenza fornita da Hespanhol e Helmer nel capitolo Rischi ambientali per la salute. Le sezioni seguenti affrontano il controllo dei problemi di inquinamento delle acque, prima sotto il titolo "Controllo dell'inquinamento delle acque superficiali" e poi sotto il titolo "Controllo dell'inquinamento delle acque sotterranee".

Controllo dell'inquinamento delle acque superficiali

Definizione di inquinamento delle acque

L'inquinamento idrico si riferisce allo stato qualitativo di impurità o impurità nelle acque idrologiche di una determinata regione, come uno spartiacque. Deriva da un evento o processo che provoca una riduzione dell'utilità delle acque della terra, soprattutto in relazione agli effetti sulla salute umana e sull'ambiente. Il processo di inquinamento sottolinea la perdita di purezza attraverso la contaminazione, che implica inoltre l'intrusione o il contatto con una fonte esterna come causa. Il termine contaminato viene applicato a livelli estremamente bassi di inquinamento dell'acqua, come nella loro iniziale corruzione e decadimento. La contaminazione è il risultato dell'inquinamento e suggerisce violazione o profanazione.

Acque idrologiche

Le acque naturali della terra possono essere viste come un sistema a circolazione continua, come mostrato nella figura 1, che fornisce un'illustrazione grafica delle acque nel ciclo idrologico, comprese le acque superficiali e sotterranee.

Figura 1. Il ciclo idrologico

EPC060F1

Come riferimento per la qualità dell'acqua, le acque distillate (H2O) rappresentano il più alto stato di purezza. Le acque nel ciclo idrologico possono essere viste come naturali, ma non sono pure. Diventano inquinati da attività sia naturali che umane. Gli effetti del degrado naturale possono derivare da una miriade di fonti - da fauna, flora, eruzioni vulcaniche, fulmini che causano incendi e così via, che a lungo termine sono considerati livelli di fondo prevalenti per scopi scientifici.

L'inquinamento prodotto dall'uomo sconvolge l'equilibrio naturale sovrapponendo materiali di scarto scaricati da varie fonti. Gli inquinanti possono essere introdotti nelle acque del ciclo idrologico in qualsiasi momento. Ad esempio: le precipitazioni atmosferiche (pioggia) possono essere contaminate da inquinanti atmosferici; le acque superficiali possono essere inquinate nel processo di deflusso dai bacini idrografici; le acque reflue possono essere scaricate in corsi d'acqua e fiumi; e le acque sotterranee possono essere inquinate attraverso l'infiltrazione e la contaminazione sotterranea.

 

 

La figura 2 mostra una distribuzione delle acque idrologiche. L'inquinamento si sovrappone quindi a queste acque e può quindi essere visto come una condizione ambientale innaturale o squilibrata. Il processo di inquinamento può verificarsi nelle acque di qualsiasi parte del ciclo idrologico ed è più evidente sulla superficie terrestre sotto forma di deflusso dai bacini idrografici nei torrenti e nei fiumi. Tuttavia, anche l'inquinamento delle acque sotterranee ha un notevole impatto ambientale ed è discusso dopo la sezione sull'inquinamento delle acque superficiali.

Figura 2. Distribuzione delle precipitazioni

EPC060F2

Fonti spartiacque di inquinamento delle acque

I bacini idrografici sono il dominio di origine dell'inquinamento delle acque superficiali. Uno spartiacque è definito come un'area della superficie terrestre su cui le acque idrologiche cadono, si accumulano, vengono utilizzate, smaltite e infine scaricate in corsi d'acqua, fiumi o altri corpi idrici. È costituito da un sistema di drenaggio con deflusso finale o raccolta in un ruscello o fiume. I grandi bacini fluviali sono generalmente indicati come bacini di drenaggio. La figura 3 è una rappresentazione del ciclo idrologico su uno spartiacque regionale. Per una regione, la disposizione delle varie acque può essere scritta come una semplice equazione, che è l'equazione base dell'idrologia scritta da Viessman, Lewis e Knapp (1989); unità tipiche sono mm/anno:

P - R - SOL - MI - TS

dove:

P = precipitazione (cioè pioggia, nevicata, grandine)

R = deflusso o deflusso superficiale spartiacque

G = acque sotterranee

E = evaporazione

T = traspirazione

S = deposito di superficie

Figura 3. Ciclo idrologico regionale

EPC060F3

Le precipitazioni sono viste come la forma iniziale nel bilancio idrologico di cui sopra. Il termine deflusso è sinonimo di flusso di corrente. Lo stoccaggio si riferisce a serbatoi o sistemi di detenzione che raccolgono acque; ad esempio, una diga artificiale (barrage) su un fiume crea un serbatoio per lo stoccaggio dell'acqua. Le acque sotterranee si raccolgono come un sistema di stoccaggio e possono fluire da un luogo all'altro; può essere influente o effluente rispetto ai corsi d'acqua superficiali. L'evaporazione è un fenomeno superficiale dell'acqua e la traspirazione è associata alla trasmissione dal biota.

 

 

 

 

 

 

 

Sebbene i bacini idrografici possano variare notevolmente in termini di dimensioni, alcuni sistemi di drenaggio per la designazione dell'inquinamento idrico sono classificati come di carattere urbano o non urbano (agricolo, rurale, non sviluppato). L'inquinamento che si verifica all'interno di questi sistemi di drenaggio proviene dalle seguenti fonti:

Fonti puntuali: i rifiuti vengono scaricati in un corpo idrico ricevente in una posizione specifica, in un punto come un tubo fognario o qualche tipo di scarico di un sistema concentrato.

Fonti non puntuali (disperse): inquinamento che entra in un corpo idrico ricevente da fonti disperse nello spartiacque; Il drenaggio dell'acqua di deflusso delle precipitazioni non raccolte in un ruscello è tipico. Le fonti non puntuali sono talvolta indicate anche come acque "diffuse"; tuttavia, il termine disperso è visto come più descrittivo.

Fonti intermittenti: da un punto o da una fonte che si scarica in determinate circostanze, ad esempio in condizioni di sovraccarico; sono tipici gli straripamenti combinati delle fognature durante i periodi di deflusso delle piogge intense.

Inquinanti dell'acqua nei corsi d'acqua e nei fiumi

Quando i materiali di scarto nocivi provenienti dalle suddette fonti vengono scaricati in corsi d'acqua o altri corpi idrici, diventano inquinanti che sono stati classificati e descritti in una sezione precedente. Inquinanti o contaminanti che entrano in un corpo idrico possono essere ulteriormente suddivisi in:

  • inquinanti degradabili (non conservativi).: impurità che alla fine si decompongono in sostanze innocue o che possono essere rimosse mediante metodi di trattamento; cioè, alcuni materiali organici e sostanze chimiche, liquami domestici, calore, sostanze nutritive per le piante, la maggior parte dei batteri e dei virus, alcuni sedimenti
  • inquinanti non degradabili (conservativi).: impurità che persistono nell'ambiente acquatico e non si riducono di concentrazione se non diluite o rimosse mediante trattamento; cioè alcuni prodotti chimici organici e inorganici, sali, sospensioni colloidali
  • pericolosi inquinanti trasportati dall'acqua: forme complesse di rifiuti nocivi tra cui tracce di metalli tossici, alcuni composti inorganici e organici
  • inquinanti radionuclidici: materiali che sono stati sottoposti a una sorgente radioattiva.

 

Norme per il controllo dell'inquinamento idrico

I regolamenti di controllo dell'inquinamento idrico ampiamente applicabili sono generalmente promulgati dalle agenzie governative nazionali, con regolamenti più dettagliati da stati, province, comuni, distretti idrici, distretti di conservazione, commissioni igienico-sanitarie e altri. A livello nazionale e statale (o provinciale), le agenzie per la protezione ambientale (EPA) ei ministeri della salute sono generalmente incaricati di questa responsabilità. Nella discussione dei regolamenti di seguito, il formato e alcune parti seguono l'esempio degli standard di qualità dell'acqua attualmente applicabili per lo Stato americano dell'Ohio.

Denominazioni d'uso della qualità dell'acqua

L'obiettivo finale nel controllo dell'inquinamento idrico sarebbe lo scarico zero di inquinanti nei corpi idrici; tuttavia, il completo raggiungimento di questo obiettivo di solito non è conveniente. L'approccio preferito è quello di fissare limiti agli scarichi per lo smaltimento dei rifiuti per la ragionevole protezione della salute umana e dell'ambiente. Sebbene questi standard possano variare ampiamente nelle diverse giurisdizioni, le designazioni d'uso per corpi idrici specifici sono comunemente la base, come brevemente indicato di seguito.

L'approvvigionamento idrico comprende:

  • acquedotto pubblico: acque che con il trattamento convenzionale saranno idonee al consumo umano
  • approvvigionamento agricolo: acque idonee all'irrigazione e all'abbeveraggio del bestiame senza trattamento
  • fornitura industriale/commerciale: acque idonee per usi industriali e commerciali con o senza trattamento.

 

Le attività ricreative includono:

  • acque di balneazione: acque che in determinate stagioni sono adatte alla balneazione in quanto approvate per la qualità dell'acqua insieme a condizioni e strutture protettive
  • contatto primario: acque che in determinate stagioni sono adatte per attività ricreative a contatto con tutto il corpo come il nuoto, la canoa e le immersioni subacquee con una minaccia minima per la salute pubblica a causa della qualità dell'acqua
  • contatto secondario: acque che durante determinate stagioni sono adatte per la ricreazione con contatto parziale del corpo come, ma non limitato a, guadare, con una minaccia minima per la salute pubblica a causa della qualità dell'acqua.

 

Le risorse idriche pubbliche sono classificate come corpi idrici che si trovano all'interno di sistemi di parchi, zone umide, aree faunistiche, fiumi selvaggi, panoramici e ricreativi e laghi di proprietà pubblica e acque di eccezionale importanza ricreativa o ecologica.

Habitat della vita acquatica

Le denominazioni tipiche variano a seconda dei climi, ma si riferiscono alle condizioni nei corpi idrici per il sostegno e il mantenimento di alcuni organismi acquatici, in particolare varie specie di pesci. Ad esempio, le designazioni di utilizzo in un clima temperato suddivise nei regolamenti per l'Agenzia per la protezione ambientale dello Stato dell'Ohio (EPA) sono elencate di seguito senza descrizioni dettagliate:

  • acqua calda
  • acqua calda limitata
  • acqua calda eccezionale
  • acqua calda modificata
  • salmonidi stagionali
  • acqua fredda
  • risorsa acqua limitata.

 

Criteri di controllo dell'inquinamento idrico

Le acque naturali e le acque reflue sono caratterizzate in termini di composizione fisica, chimica e biologica. Le principali proprietà fisiche ei costituenti chimici e biologici delle acque reflue e le loro fonti sono un lungo elenco, riportato in un libro di testo da Metcalf e Eddy (1991). I metodi analitici per queste determinazioni sono riportati in un manuale ampiamente utilizzato intitolato Metodi standard per l'esame dell'acqua e delle acque reflue dall'American Public Health Association (1995).

Ogni corpo idrico designato dovrebbe essere controllato in base a regolamenti che possono comprendere criteri numerici sia di base che più dettagliati, come discusso brevemente di seguito.

Libertà fondamentale dall'inquinamento. Per quanto pratico e possibile, tutti i corpi idrici dovrebbero soddisfare i criteri di base delle "Cinque libertà dall'inquinamento":

  1. privo di solidi sospesi o altre sostanze che entrano nelle acque a causa dell'attività umana e che si depositano formando depositi di fanghi putridi o altrimenti discutibili, o che influiranno negativamente sulla vita acquatica
  2. privo di detriti galleggianti, olio, schiuma e altri materiali galleggianti che entrano nelle acque a causa dell'attività umana in quantità sufficienti per essere antiestetici o causare degrado
  3. privo di materiali che entrano nelle acque a seguito di attività umana, producendo colore, odore o altre condizioni tali da creare disturbo
  4. privo di sostanze immesse nelle acque a seguito di attività umane, in concentrazioni tossiche o nocive per la vita umana, animale o acquatica e/o rapidamente letali nella zona di miscelazione
  5. privo di sostanze nutritive che entrano nelle acque a causa dell'attività umana, in concentrazioni che creano fastidiose crescite di erbe infestanti e alghe acquatiche.

 

I criteri di qualità dell'acqua sono limiti numerici e linee guida per il controllo dei costituenti chimici, biologici e tossici nei corpi idrici.

Con oltre 70,000 composti chimici in uso oggi non è pratico specificare il controllo di ciascuno. Tuttavia, i criteri per le sostanze chimiche possono essere stabiliti sulla base di limitazioni in quanto si riferiscono innanzitutto a tre grandi classi di consumo ed esposizione:

Sessione 1: I criteri chimici per la protezione della salute umana sono di primaria importanza e dovrebbero essere fissati secondo le raccomandazioni delle agenzie sanitarie governative, dell'OMS e delle organizzazioni di ricerca sanitaria riconosciute.

Sessione 2: I criteri chimici per il controllo dell'approvvigionamento idrico agricolo dovrebbero essere basati su studi e raccomandazioni scientifiche riconosciute che proteggano dagli effetti negativi sui raccolti e sul bestiame a seguito dell'irrigazione delle colture e dell'irrigazione del bestiame.

Sessione 3: i criteri chimici per la protezione della vita acquatica dovrebbero basarsi su studi scientifici riconosciuti riguardanti la sensibilità di queste specie a sostanze chimiche specifiche e anche in relazione al consumo umano di pesce e frutti di mare.

I criteri relativi agli effluenti delle acque reflue si riferiscono alle limitazioni sui costituenti inquinanti presenti negli effluenti delle acque reflue e rappresentano un ulteriore metodo di controllo. Possono essere impostati in relazione alle designazioni dell'uso dell'acqua dei corpi idrici e in relazione alle classi di cui sopra per i criteri chimici.

I criteri biologici si basano sulle condizioni dell'habitat del corpo idrico necessarie per sostenere la vita acquatica.

Contenuto organico delle acque reflue e delle acque naturali

Il contenuto lordo di materia organica è molto importante per caratterizzare la forza inquinante sia delle acque reflue che delle acque naturali. Tre test di laboratorio sono comunemente usati per questo scopo:

Domanda biochimica di ossigeno (BOD): il BOD a cinque giorni (BOD5) è il parametro più utilizzato; questo test misura l'ossigeno disciolto utilizzato dai microrganismi nell'ossidazione biochimica della materia organica in questo periodo.

Domanda chimica di ossigeno (COD): questo test serve a misurare la sostanza organica nei rifiuti urbani e industriali che contengono composti tossici per la vita biologica; è una misura dell'equivalente di ossigeno della materia organica che può essere ossidata.

Carbonio organico totale (TOC): questo test è particolarmente applicabile a piccole concentrazioni di materia organica nell'acqua; è una misura della materia organica che viene ossidata in anidride carbonica.

Norme di politica antidegrado

Le normative sulla politica antidegrado rappresentano un ulteriore approccio per prevenire la diffusione dell'inquinamento idrico oltre determinate condizioni prevalenti. Ad esempio, la politica antidegrado degli standard di qualità dell'acqua dell'Ohio Environmental Protection Agency consiste in tre livelli di protezione:

Tier 1: gli usi esistenti devono essere mantenuti e protetti. Non è consentito alcun ulteriore degrado della qualità dell'acqua che possa interferire con gli usi designati esistenti.

Tier 2: Successivamente, deve essere mantenuta una qualità dell'acqua migliore di quella necessaria per proteggere gli usi, a meno che non sia dimostrato che una qualità dell'acqua inferiore è necessaria per un importante sviluppo economico o sociale, come stabilito dal direttore dell'EPA.

Tier 3: Infine, la qualità delle acque della risorsa idrica deve essere mantenuta e protetta. La loro attuale qualità dell'acqua ambientale non deve essere degradata da sostanze ritenute tossiche o che interferiscono con qualsiasi uso designato. I maggiori carichi inquinanti possono essere scaricati nei corpi idrici se non comportano un abbassamento della qualità dell'acqua esistente.

Zone di miscelazione degli scarichi dell'inquinamento idrico e modellazione dell'allocazione del carico dei rifiuti

Le zone di miscelazione sono aree in un corpo idrico che consentono agli scarichi di acque reflue trattate o non trattate di raggiungere condizioni stabilizzate, come illustrato nella figura 4 per un corso d'acqua in movimento. Lo scarico è inizialmente in uno stato transitorio che viene progressivamente diluito dalla concentrazione della sorgente alle condizioni di acqua ricevente. Non è da considerarsi un'entità di trattamento e può essere delineata con restrizioni specifiche.

Figura 4. Zone di miscelazione

EPC060F4

In genere, le zone di miscelazione non devono:

  • interferire con la migrazione, la sopravvivenza, la riproduzione o la crescita delle specie acquatiche
  • includere aree di riproduzione o nursery
  • includono le prese d'acqua pubbliche
  • comprendono zone di balneazione
  • costituiscono più della metà della larghezza di un ruscello
  • costituiscono più della metà dell'area della sezione trasversale della foce di un torrente
  • si estendono a valle per una distanza superiore a cinque volte la larghezza del corso d'acqua.

 

Gli studi sull'allocazione del carico di rifiuti sono diventati importanti a causa dell'elevato costo del controllo dei nutrienti degli scarichi delle acque reflue per evitare l'eutrofizzazione interna (definita di seguito). Questi studi impiegano generalmente l'uso di modelli computerizzati per la simulazione delle condizioni di qualità dell'acqua in un corso d'acqua, in particolare per quanto riguarda i nutrienti come le forme di azoto e fosforo, che influenzano la dinamica dell'ossigeno disciolto. I tradizionali modelli di qualità dell'acqua di questo tipo sono rappresentati dal modello US EPA QUAL2E, che è stato descritto da Brown e Barnwell (1987). Un modello più recente proposto da Taylor (1995) è l'Omni Diurnal Model (ODM), che include una simulazione dell'impatto della vegetazione radicata sulla dinamica dei nutrienti e dell'ossigeno disciolto.

Disposizioni di varianza

Tutte le normative sul controllo dell'inquinamento idrico sono limitate nella perfezione e pertanto dovrebbero includere disposizioni che consentano variazioni di giudizio basate su determinate condizioni che potrebbero impedire la conformità immediata o completa.

Valutazione e gestione del rischio in relazione all'inquinamento idrico

Le suddette normative sul controllo dell'inquinamento idrico sono tipiche degli approcci governativi mondiali per ottenere la conformità agli standard di qualità dell'acqua e ai limiti di scarico degli effluenti delle acque reflue. Generalmente queste norme sono state fissate sulla base di fattori sanitari e di ricerca scientifica; dove esiste qualche incertezza sui possibili effetti, spesso vengono applicati fattori di sicurezza. L'attuazione di alcuni di questi regolamenti può essere irragionevole ed eccessivamente costosa per il pubblico in generale e per le imprese private. Pertanto vi è una crescente preoccupazione per un'allocazione più efficiente delle risorse nel raggiungimento degli obiettivi per il miglioramento della qualità dell'acqua. Come precedentemente sottolineato nella discussione delle acque idrologiche, la purezza incontaminata non esiste nemmeno nelle acque naturali.

Un crescente approccio tecnologico incoraggia la valutazione e la gestione dei rischi ecologici nell'impostazione delle normative sull'inquinamento idrico. Il concetto si basa su un'analisi dei benefici e dei costi ecologici nel rispetto degli standard o dei limiti. Parkhurst (1995) ha proposto l'applicazione della valutazione del rischio ecologico acquatico come ausilio nella definizione dei limiti di controllo dell'inquinamento idrico, in particolare per quanto applicabile per la protezione della vita acquatica. Tali metodi di valutazione del rischio possono essere applicati per stimare gli effetti ecologici delle concentrazioni chimiche per un'ampia gamma di condizioni di inquinamento delle acque superficiali, tra cui:

  • inquinamento da fonte puntiforme
  • inquinamento da fonti non puntuali
  • sedimenti contaminati esistenti nei canali dei corsi d'acqua
  • siti di rifiuti pericolosi in relazione ai corpi idrici
  • analisi dei criteri di controllo dell'inquinamento delle acque esistenti.

 

Il metodo proposto si compone di tre livelli; come mostrato nella figura 5 che illustra l'approccio.

Figura 5. Metodi per condurre la valutazione del rischio per livelli successivi di analisi. Livello 1: livello di screening; Livello 2: quantificazione dei rischi potenzialmente significativi; Livello 3: quantificazione del rischio specifico del sito

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Inquinamento idrico in laghi e bacini idrici

Laghi e bacini idrici forniscono lo stoccaggio volumetrico dell'afflusso di spartiacque e possono avere lunghi periodi di tempo di lavaggio rispetto al rapido afflusso e deflusso per un tratto in un corso d'acqua che scorre. Pertanto, destano particolare preoccupazione per quanto riguarda la ritenzione di alcuni costituenti, in particolare i nutrienti comprese le forme di azoto e fosforo che promuovono l'eutrofizzazione. L'eutrofizzazione è un processo naturale di invecchiamento in cui il contenuto d'acqua si arricchisce organicamente, portando al dominio di una crescita acquatica indesiderata, come alghe, giacinto d'acqua e così via. Il processo eutrofico tende a ridurre la vita acquatica e ha effetti dannosi sull'ossigeno disciolto. Sia le fonti naturali che quelle culturali di nutrienti possono favorire il processo, come illustrato da Preul (1974) nella figura 6, che mostra un elenco schematico di fonti e pozzi di nutrienti per il lago Sunapee, nello stato americano del New Hampshire.

Figura 6. Elenco schematico delle fonti e pozzi di nutrienti (azoto e fosforo) per il lago Sunapee, New Hampshire (USA)

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Laghi e serbatoi, ovviamente, possono essere campionati e analizzati per determinarne lo stato trofico. Gli studi analitici di solito iniziano con un bilancio nutrizionale di base come il seguente:

(nutrienti influenti nel lago) = (nutrienti effluenti nel lago) + (ritenzione di nutrienti nel lago)

Questo bilancio di base può essere ulteriormente ampliato per includere le varie fonti mostrate nella figura 6.

Il tempo di lavaggio è un'indicazione degli aspetti di ritenzione relativi di un sistema lacustre. I laghi poco profondi, come il lago Erie, hanno tempi di lavaggio relativamente brevi e sono associati a un'eutrofizzazione avanzata perché i laghi poco profondi spesso sono più favorevoli alla crescita delle piante acquatiche. I laghi profondi come il Lake Tahoe e il Lake Superior hanno periodi di lavaggio molto lunghi, che di solito sono associati a laghi con eutrofizzazione minima perché fino ad oggi non sono stati sovraccaricati e anche perché le loro profondità estreme non favoriscono un'estesa crescita di piante acquatiche tranne che nell'epilimnio (zona superiore). I laghi in questa categoria sono generalmente classificati come oligotrofici, sulla base del fatto che sono relativamente poveri di nutrienti e supportano una crescita acquatica minima come le alghe.

È interessante confrontare i tempi di lavaggio di alcuni dei principali laghi statunitensi riportati da Pecor (1973) utilizzando la seguente base di calcolo:

tempo di lavaggio del lago (LFT) = (volume di stoccaggio del lago)/(deflusso del lago)

Alcuni esempi sono: Lake Wabesa (Michigan), LFT=0.30 anni; Houghton Lake (Michigan), 1.4 anni; Lago Erie, 2.6 anni; Lago Superiore, 191 anni; Lago Tahoe, 700 anni.

Sebbene la relazione tra il processo di eutrofizzazione e il contenuto di nutrienti sia complessa, il fosforo è generalmente riconosciuto come il nutriente limitante. Sulla base di condizioni completamente miste, Sawyer (1947) ha riferito che le fioriture algali tendono a verificarsi se i valori di azoto superano 0.3 mg/l e fosforo supera 0.01 mg/l. Nei laghi e nei bacini stratificati, i bassi livelli di ossigeno disciolto nell'ipoliminio sono i primi segni di eutrofizzazione. Vollenweider (1968, 1969) ha sviluppato livelli di carico critici di fosforo totale e azoto totale per un certo numero di laghi sulla base di carichi di nutrienti, profondità medie e stati trofici. Per un confronto del lavoro su questo argomento, Dillon (1974) ha pubblicato una revisione critica del modello di bilancio dei nutrienti di Vollenweider e di altri modelli correlati. Sono disponibili anche modelli computerizzati più recenti per la simulazione dei cicli azoto/fosforo con variazioni di temperatura.

Inquinamento delle acque negli estuari

Un estuario è un passaggio intermedio d'acqua tra la foce di un fiume e la costa del mare. Questo passaggio è costituito da un canale della foce del fiume con afflusso fluviale (acqua dolce) da monte e deflusso di scarico sul lato a valle in un livello di acqua di mare in costante cambiamento (acqua salata). Gli estuari sono continuamente influenzati dalle fluttuazioni delle maree e sono tra i corpi idrici più complessi incontrati nel controllo dell'inquinamento idrico. Le caratteristiche dominanti di un estuario sono la salinità variabile, un cuneo salino o un'interfaccia tra acqua salata e dolce, e spesso vaste aree di acque poco profonde e torbide sovrastanti distese fangose ​​e paludi salmastre. I nutrienti sono in gran parte forniti a un estuario dal fiume che affluisce e si combinano con l'habitat marino per fornire una produzione prolifica di biota e vita marina. Particolarmente desiderati sono i frutti di mare raccolti dagli estuari.

Dal punto di vista dell'inquinamento idrico, gli estuari sono singolarmente complessi e generalmente richiedono indagini speciali che impiegano ampi studi sul campo e modellazione al computer. Per un'ulteriore comprensione di base, si rimanda il lettore a Reish 1979, sull'inquinamento marino ed estuario; ea Reid e Wood 1976, sull'ecologia delle acque interne e degli estuari.

Inquinamento delle acque negli ambienti marini

Gli oceani possono essere visti come l'ultimo ricettore di acqua o lavandino, poiché i rifiuti trasportati dai fiumi alla fine si scaricano in questo ambiente marino. Sebbene gli oceani siano vasti corpi di acqua salata con una capacità di assimilazione apparentemente illimitata, l'inquinamento tende a rovinare le coste e influisce ulteriormente sulla vita marina.

Le fonti di inquinanti marini includono molti di quelli riscontrati negli ambienti delle acque reflue terrestri e altri ancora correlati alle operazioni marittime. Di seguito è riportato un elenco limitato:

  • liquami e fanghi domestici, rifiuti industriali, rifiuti solidi, rifiuti di bordo
  • rifiuti della pesca, sedimenti e sostanze nutritive provenienti dai fiumi e dal deflusso terrestre
  • fuoriuscite di petrolio, esplorazione petrolifera offshore e rifiuti di produzione, operazioni di dragaggio
  • calore, scorie radioattive, rifiuti chimici, pesticidi ed erbicidi.

 

Ognuno dei precedenti richiede una gestione e metodi di controllo speciali. Lo scarico delle acque reflue domestiche e dei fanghi di depurazione attraverso gli scarichi oceanici è forse la principale fonte di inquinamento marino.

Per la tecnologia attuale su questo argomento, si rimanda il lettore al libro sull'inquinamento marino e il suo controllo di Bishop (1983).

Tecniche per la riduzione dell'inquinamento negli scarichi di acque reflue

Il trattamento delle acque reflue su larga scala viene tipicamente effettuato da comuni, distretti sanitari, industrie, imprese commerciali e varie commissioni di controllo dell'inquinamento. Lo scopo qui è quello di descrivere i metodi contemporanei di trattamento delle acque reflue urbane e quindi di fornire alcuni approfondimenti sul trattamento dei rifiuti industriali e sui metodi più avanzati.

In generale, tutti i processi di trattamento delle acque reflue possono essere raggruppati in tipi fisici, chimici o biologici, e uno o più di questi possono essere impiegati per ottenere un prodotto effluente desiderato. Questo raggruppamento di classificazione è il più appropriato per la comprensione degli approcci al trattamento delle acque reflue ed è tabulato nella tabella 1.

Tabella 1. Classificazione generale delle operazioni e dei processi di trattamento delle acque reflue

Operazioni fisiche

Processi chimici

Processi biologici

Misurazione del flusso
Grigliatura/rimozione graniglia
Miscelazione
Flocculazione
La sedimentazione
galleggiamento
Filtrazione
essiccazione
Distillazione
Centrifugazione
congelamento
Osmosi inversa

Precipitazione
Neutralizzazione
adsorbimento
Disinfezione
Ossidazione chimica
Riduzione chimica
Incenerimento
Scambio ionico
Elettrodialisi

Azione aerobica
Azione anaerobica
Combinazioni aerobico-anaerobiche

 

Metodi contemporanei di trattamento delle acque reflue

La copertura qui è limitata e intende fornire una panoramica concettuale delle attuali pratiche di trattamento delle acque reflue in tutto il mondo piuttosto che dati di progettazione dettagliati. Per quest'ultimo, si rimanda il lettore a Metcalf e Eddy 1991.

Le acque reflue urbane insieme ad alcune mescolanze di rifiuti industriali/commerciali sono trattate in sistemi che impiegano comunemente trattamento primario, secondario e terziario come segue:

Sistema di trattamento primario: Pretrattamento ® Decantazione primaria ® Disinfezione (clorazione) ® Effluente

Sistema di trattamento secondario: Pretrattamento ® Decantazione primaria ® Unità biologica ® Seconda decantazione ® Disinfezione (clorazione) ® Effluente a flusso

Sistema di trattamento terziario: Pretrattamento ® Decantazione primaria ® Unità biologica ® Seconda decantazione ® Unità terziaria ® Disinfezione (clorazione) ® Effluente a flusso

La Figura 7 mostra inoltre un diagramma schematico di un sistema di trattamento delle acque reflue convenzionale. Seguono le descrizioni generali dei processi di cui sopra.

Figura 7. Diagramma schematico del trattamento convenzionale delle acque reflue

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Trattamento primario

L'obiettivo fondamentale del trattamento primario delle acque reflue urbane, comprese le acque reflue domestiche frammiste ad alcuni rifiuti industriali/commerciali, è quello di rimuovere i solidi sospesi e chiarificare le acque reflue, per renderle idonee al trattamento biologico. Dopo alcune operazioni di pretrattamento come la vagliatura, la rimozione delle sabbie e la sminuzzatura, il processo principale della sedimentazione primaria è la sedimentazione delle acque reflue grezze in grandi vasche di decantazione per periodi fino a diverse ore. Questo processo rimuove dal 50 al 75% del totale dei solidi sospesi, che vengono aspirati come fanghi di sottoflusso raccolti per il trattamento separato. L'effluente di troppopieno dal processo viene quindi indirizzato al trattamento secondario. In alcuni casi, possono essere impiegate sostanze chimiche per migliorare il grado di trattamento primario.

Trattamento secondario

La parte del contenuto organico delle acque reflue che è finemente sospesa o disciolta e non rimossa nel processo primario, viene trattata mediante trattamento secondario. Le forme generalmente accettate di trattamento secondario di uso comune includono filtri percolatori, contattori biologici come dischi rotanti, fanghi attivi, bacini di stabilizzazione dei rifiuti, sistemi di bacini aerati e metodi di applicazione al suolo, compresi i sistemi di zone umide. Tutti questi sistemi saranno riconosciuti come impieganti processi biologici di una forma o dell'altra. I più comuni di questi processi sono brevemente discussi di seguito.

Sistemi di contattori biologici. I filtri gocciolanti sono una delle prime forme di questo metodo per il trattamento secondario e sono ancora ampiamente utilizzati con alcuni metodi di applicazione migliorati. In questo trattamento, l'effluente proveniente dai serbatoi primari viene applicato uniformemente su un letto di materiale, come roccia o plastica sintetica. La distribuzione uniforme viene ottenuta tipicamente gocciolando il liquido da tubazioni perforate fatte ruotare sul letto in modo intermittente o continuo secondo il processo desiderato. A seconda del tasso di carichi organici e idraulici, i filtri percolatori possono rimuovere fino al 95% del contenuto organico, solitamente analizzato come domanda biochimica di ossigeno (BOD). Esistono numerosi altri sistemi contattori biologici più recenti in uso che possono fornire rimozioni di trattamento nella stessa gamma; alcuni di questi metodi offrono vantaggi speciali, particolarmente applicabili in determinate condizioni limitanti come lo spazio, il clima e così via. Va notato che una successiva vasca di decantazione secondaria è considerata una parte necessaria per completare il processo. Nella decantazione secondaria, alcuni cosiddetti fanghi di humus vengono prelevati come un deflusso e il trabocco viene scaricato come effluente secondario.

Fanghi attivi. Nella forma più comune di questo processo biologico, l'effluente trattato primario confluisce in un serbatoio dell'unità a fanghi attivi contenente una sospensione biologica preesistente denominata fanghi attivi. Questa miscela è indicata come solidi sospesi di liquori misti (MLSS) e viene fornito un periodo di contatto che varia tipicamente da diverse ore fino a 24 ore o più, a seconda dei risultati desiderati. Durante questo periodo la miscela viene fortemente aerata e agitata per favorire l'attività biologica aerobica. Al termine del processo, una parte della miscela (MLSS) viene prelevata e restituita all'affluente per la continuazione del processo di attivazione biologica. La sedimentazione secondaria viene fornita dopo l'unità di fanghi attivi allo scopo di decantare la sospensione di fanghi attivi e scaricare un troppopieno chiarificato come effluente. Il processo è in grado di rimuovere fino a circa il 95% del BOD influente.

Trattamento terziario

Un terzo livello di trattamento può essere fornito laddove sia richiesto un grado più elevato di rimozione degli inquinanti. Questa forma di trattamento può tipicamente includere filtrazione a sabbia, stagni di stabilizzazione, metodi di smaltimento in terra, zone umide e altri sistemi che stabilizzano ulteriormente l'effluente secondario.

Disinfezione degli effluenti

La disinfezione è comunemente richiesta per ridurre batteri e agenti patogeni a livelli accettabili. La clorazione, il biossido di cloro, l'ozono e la luce ultravioletta sono i processi più comunemente usati.

Efficienza complessiva dell'impianto di trattamento delle acque reflue

Le acque reflue comprendono un'ampia gamma di costituenti che generalmente sono classificati come solidi sospesi e disciolti, costituenti inorganici e costituenti organici.

L'efficienza di un sistema di trattamento può essere misurata in termini di rimozione percentuale di questi costituenti. I parametri comuni di misurazione sono:

  • BOD: domanda biochimica di ossigeno, misurata in mg/l
  • MERLUZZO: domanda chimica di ossigeno, misurata in mg/l
  • TSS: solidi sospesi totali, misurati in mg/l
  • TDS: solidi totali disciolti, misurati in mg/l
  • forme di azoto: compresi nitrato e ammoniaca, misurati in mg/l (il nitrato è particolarmente preoccupante come nutriente nell'eutrofizzazione)
  • fosfati: misurato in mg/l (particolarmente preoccupante anche come nutriente nell'eutrofizzazione)
  • pH: grado di acidità, misurato come numero da 1 (più acido) a 14 (più alcalino)
  • conta dei batteri coliformi: misurato come numero più probabile per 100 ml (Escherichia e batteri coliformi fecali sono gli indicatori più comuni).

 

Trattamento delle acque reflue industriali

Tipologie di rifiuti industriali

I rifiuti industriali (non domestici) sono numerosi e variano notevolmente nella composizione; possono essere altamente acidi o alcalini e spesso richiedono un'analisi di laboratorio dettagliata. Potrebbe essere necessario un trattamento specializzato per renderli innocui prima della dimissione. La tossicità è di grande preoccupazione nello smaltimento delle acque reflue industriali.

I rifiuti industriali rappresentativi includono: cellulosa e carta, mattatoi, birrerie, concerie, industrie alimentari, industrie conserviere, chimiche, petrolifere, tessili, zuccheriere, lavanderia, carne e pollame, alimentazione di maiali, rendering e molti altri. Il primo passo nello sviluppo della progettazione del trattamento è un'indagine sui rifiuti industriali, che fornisce dati sulle variazioni del flusso e sulle caratteristiche dei rifiuti. Le caratteristiche dei rifiuti indesiderati elencate da Eckenfelder (1989) possono essere riassunte come segue:

  • sostanze organiche solubili che causano l'esaurimento dell'ossigeno disciolto
  • solidi sospesi
  • tracce organiche
  • metalli pesanti, cianuro e sostanze organiche tossiche
  • colore e torbidità
  • azoto e fosforo
  • sostanze refrattarie resistenti alla biodegradazione
  • olio e materiale galleggiante
  • materiali volatili.

 

L'EPA statunitense ha ulteriormente definito un elenco di sostanze chimiche organiche e inorganiche tossiche con limitazioni specifiche nella concessione dei permessi di scarico. L'elenco include più di 100 composti ed è troppo lungo per essere ristampato qui, ma può essere richiesto all'EPA.

Metodi di trattamento

La gestione dei rifiuti industriali è più specializzata rispetto al trattamento dei rifiuti domestici; tuttavia, ove suscettibili di riduzione biologica, vengono solitamente trattati con metodi analoghi a quelli precedentemente descritti (approcci di trattamento biologico secondario/terziario) per i sistemi municipali.

I bacini di stabilizzazione dei rifiuti sono un metodo comune di trattamento delle acque reflue organiche in cui è disponibile un'area di terra sufficiente. Gli stagni a flusso continuo sono generalmente classificati in base alla loro attività batterica come aerobica, facoltativa o anaerobica. Gli stagni aerati sono riforniti di ossigeno mediante sistemi di aerazione diffusa o meccanica.

La figura 8 e la figura 9 mostrano schizzi di bacini di stabilizzazione dei rifiuti.

Figura 8. Bacino di stabilizzazione a due celle: diagramma della sezione trasversale

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Figura 9. Tipi di laguna aerata: diagramma schematico

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Prevenzione dell'inquinamento e minimizzazione dei rifiuti

Quando le operazioni e i processi all'interno degli impianti dei rifiuti industriali vengono analizzati alla fonte, spesso possono essere controllati in modo da evitare scarichi inquinanti significativi.

Le tecniche di ricircolo sono approcci importanti nei programmi di prevenzione dell'inquinamento. Un esempio di caso di studio è un piano di riciclaggio per un effluente di una conceria di cuoio pubblicato da Preul (1981), che includeva il recupero/riutilizzo del cromo insieme al completo ricircolo di tutte le acque reflue di conceria senza effluenti in nessun flusso tranne che in caso di emergenza. Il diagramma di flusso per questo sistema è mostrato in figura 10.

Figura 10. Diagramma di flusso per il sistema di riciclaggio degli effluenti di conceria

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Per innovazioni più recenti in questa tecnologia, si rimanda il lettore a una pubblicazione sulla prevenzione dell'inquinamento e la minimizzazione dei rifiuti della Water Environment Federation (1995).

Metodi avanzati di trattamento delle acque reflue

Sono disponibili numerosi metodi avanzati per livelli più elevati di rimozione dei costituenti dell'inquinamento, se necessario. Un elenco generale include:

filtrazione (sabbia e multimedia)

precipitazione chimica

adsorbimento di carbonio

elettrodialisi

distillazione

nitrificazione

raccolta delle alghe

bonifica degli effluenti

micro-sforzo

rimozione dell'ammoniaca

osmosi inversa

scambio ionico

applicazione del terreno

denitrificazione

zone umide.

Il processo più appropriato per ogni situazione deve essere determinato sulla base della qualità e della quantità delle acque reflue grezze, del fabbisogno di acqua ricevente e, naturalmente, dei costi. Per ulteriori riferimenti, vedere Metcalf e Eddy 1991, che include un capitolo sul trattamento avanzato delle acque reflue.

Caso studio di trattamento avanzato delle acque reflue

Il caso di studio del Dan Region Sewage Reclamation Project discusso altrove in questo capitolo fornisce un eccellente esempio di metodi innovativi per il trattamento e la bonifica delle acque reflue.

Inquinamento termico

L'inquinamento termico è una forma di spreco industriale, definito come aumento o riduzione deleteri delle normali temperature dell'acqua delle acque riceventi causati dallo smaltimento del calore da impianti di origine umana. Le industrie che producono il maggior calore di scarto sono le centrali elettriche a combustibili fossili (petrolio, gas e carbone) e nucleari, le acciaierie, le raffinerie di petrolio, gli impianti chimici, le cartiere, le distillerie e le lavanderie. Di particolare interesse è l'industria della generazione di energia elettrica che fornisce energia a molti paesi (ad esempio, circa l'80% negli Stati Uniti).

Impatto del calore residuo sulle acque riceventi

Influenza sulla capacità di assimilazione dei rifiuti

  • Il calore aumenta l'ossidazione biologica.
  • Il calore diminuisce il contenuto di saturazione di ossigeno dell'acqua e diminuisce il tasso di riossigenazione naturale.
  • L'effetto netto del calore è generalmente dannoso durante i mesi caldi dell'anno.
  • L'effetto invernale può essere benefico nei climi più freddi, dove le condizioni del ghiaccio sono rotte e l'aerazione superficiale è fornita per i pesci e la vita acquatica.

 

Influenza sulla vita acquatica

Molte specie hanno limiti di tolleranza alla temperatura e necessitano di protezione, in particolare nei tratti di un corso d'acqua o di uno specchio d'acqua colpiti dal calore. Ad esempio, i corsi d'acqua fredda di solito hanno il tipo più alto di pesci sportivi come trote e salmoni, mentre le acque calde generalmente supportano popolazioni di pesci grossolani, con alcune specie come lucci e spigole in acque a temperatura intermedia.

Figura 11. Scambio di calore ai limiti di una sezione d'acqua ricevente

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Analisi termica in acque riceventi

La figura 11 illustra le varie forme di scambio termico naturale ai confini di un'acqua ricevente. Quando il calore viene scaricato in un'acqua ricevente come un fiume, è importante analizzare la capacità del fiume per le aggiunte termiche. Il profilo di temperatura di un fiume può essere calcolato risolvendo un bilancio termico simile a quello utilizzato nel calcolo delle curve di abbassamento dell'ossigeno disciolto. I fattori principali del bilancio termico sono illustrati nella figura 12 per un tratto fluviale compreso tra i punti A e B. Ogni fattore richiede un calcolo individuale dipendente da determinate variabili termiche. Come per il bilancio dell'ossigeno disciolto, il bilancio della temperatura è semplicemente una somma delle attività e passività della temperatura per una data sezione. Altri approcci analitici più sofisticati sono disponibili in letteratura su questo argomento. I risultati dei calcoli del bilancio termico possono essere utilizzati per stabilire i limiti di scarico del calore ed eventualmente alcuni vincoli di utilizzo per un corpo idrico.

Figura 12. Portata fluviale per aggiunte termiche

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Controllo dell'inquinamento termico

I principali approcci per il controllo dell'inquinamento termico sono:

  • miglioramento dell'efficienza operativa della centrale elettrica
  • Torri di raffreddamento
  • stagni di raffreddamento isolati
  • considerazione di metodi alternativi di generazione di energia come l'energia idroelettrica.

 

Dove le condizioni fisiche sono favorevoli entro certi limiti ambientali, l'energia idroelettrica dovrebbe essere considerata un'alternativa alla produzione di energia fossile o nucleare. Nella produzione di energia idroelettrica non c'è smaltimento di calore e non c'è scarico di acque reflue che causano inquinamento idrico.

Controllo dell'inquinamento delle acque sotterranee

Importanza delle acque sotterranee

Poiché le risorse idriche mondiali sono ampiamente estratte dalle falde acquifere, è molto importante che queste fonti di approvvigionamento siano protette. Si stima che oltre il 95% dell'approvvigionamento di acqua dolce disponibile sulla terra sia sotterraneo; negli Stati Uniti circa il 50% dell'acqua potabile proviene da pozzi, secondo l'US Geological Survey del 1984. Poiché l'inquinamento e il movimento delle acque sotterranee sono di natura sottile e invisibile, a volte viene prestata meno attenzione all'analisi e al controllo di questa forma di degrado idrico rispetto all'inquinamento delle acque superficiali, che è molto più evidente.

Figura 13. Ciclo idrologico e fonti di contaminazione delle acque sotterranee

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Fonti di inquinamento sotterraneo

La figura 13 mostra il ciclo idrologico con sorgenti sovrapposte di contaminazione delle acque sotterranee. Un elenco completo delle potenziali fonti di inquinamento del sottosuolo è ampio; tuttavia, per esempio, le fonti più ovvie includono:

  • scarichi di rifiuti industriali
  • corsi d'acqua inquinati a contatto con le falde acquifere
  • operazioni minerarie
  • smaltimento rifiuti solidi e pericolosi
  • serbatoi di stoccaggio sotterranei come per il petrolio
  • sistema di irrigazione
  • ricarica artificiale
  • invasione di acqua di mare
  • fuoriuscite
  • stagni inquinati con fondo permeabile
  • pozzi di smaltimento
  • campi di piastrelle di fosse settiche e pozzi di lisciviazione
  • perforazione impropria del pozzo
  • operazioni agricole
  • sali disgelanti stradali.

 

Gli inquinanti specifici nella contaminazione del sottosuolo sono ulteriormente classificati come:

  • costituenti chimici indesiderati (elenco tipico, non completo) - organici e inorganici (es. cloruro, solfato, ferro, manganese, sodio, potassio)
  • durezza totale e solidi totali disciolti
  • costituenti tossici (elenco tipico, non completo) - nitrato, arsenico, cromo, piombo, cianuro, rame, fenoli, mercurio disciolto
  • caratteristiche fisiche indesiderabili - gusto, colore e odore
  • pesticidi ed erbicidi - idrocarburi clorurati e altri
  • materiali radioattivi - varie forme di radioattività
  • biologico: batteri, virus, parassiti e così via
  • acido (basso pH) o caustico (alto pH).

 

Di quanto sopra, i nitrati destano particolare preoccupazione sia nelle acque sotterranee che in quelle superficiali. Nelle acque sotterranee, i nitrati possono causare la malattia metaemoglobinemia (cianosi infantile). Provocano inoltre dannosi effetti di eutrofizzazione nelle acque superficiali e sono presenti in un'ampia gamma di risorse idriche, come riportato da Preul (1991). Preul (1964, 1967, 1972) e Preul e Schroepfer (1968) hanno anche riferito sul movimento sotterraneo di azoto e altri inquinanti.

Viaggi di inquinamento nel dominio sotterraneo

Il movimento delle acque sotterranee è estremamente lento e sottile rispetto al viaggio delle acque superficiali nel ciclo idrologico. Per una semplice comprensione del viaggio delle normali acque sotterranee in condizioni ideali di flusso costante, la legge di Darcy è l'approccio di base per la valutazione del movimento delle acque sotterranee a bassi numeri di Reynolds (R):

V = K(dh/dl)

dove:

V = velocità delle acque sotterranee in falda, m/giorno

K = coefficiente di permeabilità dell'acquifero

(dh/dl) = gradiente idraulico che rappresenta la forza motrice del movimento.

Nel viaggio inquinante sotterraneo, acque sotterranee ordinarie (H2O) è generalmente il fluido trasportatore e si può calcolare che si muova a una velocità secondo i parametri della Legge di Darcy. Tuttavia, la velocità di viaggio o la velocità di un inquinante, come una sostanza chimica organica o inorganica, può essere diversa a causa dei processi di avvezione e dispersione idrodinamica. Alcuni ioni si muovono più lentamente o più velocemente della velocità generale del flusso delle acque sotterranee a causa delle reazioni all'interno della falda acquifera, in modo che possano essere classificati come "reattivi" o "non reattivi". Le reazioni sono generalmente delle seguenti forme:

  • reazioni fisiche tra l'inquinante e la falda e/o il liquido di trasporto
  • reazioni chimiche tra l'inquinante e la falda e/o il liquido di trasporto
  • azioni biologiche sull'inquinante.

 

I seguenti sono tipici degli inquinanti sotterranei reattivi e non reattivi:

  • sostanze inquinanti reattive - cromo, ione ammonio, calcio, sodio, ferro e così via; cationi in generale; costituenti biologici; componenti radioattivi
  • inquinanti non reagenti - cloruro, nitrato, solfato e così via; alcuni anioni; alcuni pesticidi ed erbicidi chimici.

 

All'inizio, potrebbe sembrare che gli inquinanti reattivi siano il tipo peggiore, ma questo potrebbe non essere sempre il caso perché le reazioni trattengono o ritardano le concentrazioni di viaggio degli inquinanti mentre il viaggio degli inquinanti non reattivi può essere in gran parte disinibito. Sono ora disponibili alcuni prodotti domestici e agricoli "morbidi" che si degradano biologicamente dopo un certo periodo di tempo e quindi evitano la possibilità di contaminazione delle acque sotterranee.

Bonifica delle falde acquifere

La prevenzione dell'inquinamento del sottosuolo è ovviamente l'approccio migliore; tuttavia, l'esistenza incontrollata di condizioni di acque sotterranee inquinate di solito viene resa nota dopo il suo verificarsi, ad esempio dai reclami degli utenti dei pozzi d'acqua nell'area. Sfortunatamente, nel momento in cui il problema viene riconosciuto, potrebbero essersi verificati gravi danni ed è necessario rimediare. La bonifica può richiedere approfondite indagini idrogeologiche in campo con analisi di laboratorio su campioni di acqua al fine di stabilire l'entità delle concentrazioni di inquinanti e dei pennacchi di viaggio. Spesso i pozzi esistenti possono essere utilizzati nel campionamento iniziale, ma i casi più gravi possono richiedere sondaggi estesi e campionamenti dell'acqua. Questi dati possono quindi essere analizzati per stabilire le condizioni attuali e per fare previsioni sulle condizioni future. L'analisi dei viaggi di contaminazione delle acque sotterranee è un campo specializzato che spesso richiede l'uso di modelli computerizzati per comprendere meglio le dinamiche delle acque sotterranee e fare previsioni in base a vari vincoli. A tale scopo sono disponibili in letteratura numerosi modelli computerizzati bi e tridimensionali. Per approcci analitici più dettagliati, si rimanda il lettore al libro di Freeze e Cherry (1987).

Prevenzione dell'inquinamento

L'approccio preferito per la protezione delle risorse idriche sotterranee è la prevenzione dell'inquinamento. Sebbene gli standard per l'acqua potabile si applichino generalmente all'uso delle acque sotterranee, le forniture di acqua grezza richiedono protezione dalla contaminazione. Gli enti governativi come i ministeri della salute, le agenzie per le risorse naturali e le agenzie per la protezione dell'ambiente sono generalmente responsabili di tali attività. Gli sforzi di controllo dell'inquinamento delle acque sotterranee sono in gran parte diretti alla protezione delle falde acquifere e alla prevenzione dell'inquinamento.

La prevenzione dell'inquinamento richiede controlli sull'uso del suolo sotto forma di suddivisione in zone e alcuni regolamenti. Le leggi possono applicarsi alla prevenzione di funzioni specifiche in particolare applicabili a fonti puntuali o azioni che potenzialmente possono causare inquinamento. Il controllo mediante la zonizzazione dell'uso del suolo è uno strumento di protezione delle acque sotterranee che è più efficace a livello di governo municipale o di contea. I programmi di protezione delle falde acquifere e delle teste di pozzo discussi di seguito sono esempi importanti di prevenzione dell'inquinamento.

Un programma di protezione dell'acquifero richiede di stabilire i confini dell'acquifero e delle sue aree di ricarica. Le falde acquifere possono essere di tipo non confinato o confinato e pertanto devono essere analizzate da un idrologo per effettuare questa determinazione. La maggior parte delle principali falde acquifere sono generalmente ben note nei paesi sviluppati, ma altre aree possono richiedere indagini sul campo e analisi idrogeologiche. L'elemento chiave del programma nella protezione dell'acquifero dal degrado della qualità dell'acqua è il controllo dell'uso del suolo sull'acquifero e sulle sue aree di ricarica.

La protezione della testa pozzo è un approccio più definitivo e limitato che si applica all'area di ricarica che contribuisce a un particolare pozzo. Il governo federale degli Stati Uniti, con gli emendamenti approvati nel 1986 al Safe Drinking Water Act (SDWA) (1984), richiede ora che vengano istituite specifiche aree di protezione della testa pozzo per i pozzi di approvvigionamento pubblico. L'area di protezione della testa di pozzo (WHPA) è definita nella SDWA come "l'area superficiale e sotterranea che circonda un pozzo d'acqua o un campo di pozzi, che alimenta un sistema di approvvigionamento idrico pubblico, attraverso la quale è ragionevolmente probabile che i contaminanti si spostino verso e raggiungano tale pozzo o pozzo d'acqua campo." L'obiettivo principale del programma WHPA, come delineato dall'US EPA (1987), è la delimitazione delle aree di protezione dei pozzi sulla base di criteri selezionati, funzionamento dei pozzi e considerazioni idrogeologiche.

 

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Concezione e design

Il Dan Region Reclamation Project delle acque reflue municipali è il più grande progetto del suo genere al mondo. Consiste in strutture per il trattamento e la ricarica delle acque sotterranee delle acque reflue municipali dell'area metropolitana della regione di Dan, un conglomerato di otto città incentrato su Tel Aviv, Israele, con una popolazione complessiva di circa 1.5 milioni di abitanti. Il progetto nasce per la raccolta, il trattamento e lo smaltimento delle acque reflue urbane. L'effluente bonificato, dopo un periodo relativamente lungo di detenzione nella falda acquifera sotterranea, viene pompato per uso agricolo illimitato, irrigando l'arido Negev (la parte meridionale di Israele). Uno schema generale del progetto è riportato nella figura 1. Il progetto è stato istituito negli anni '1960 ed è in continua crescita. Attualmente il sistema raccoglie e tratta circa 110 x 106 m3 per anno. Entro pochi anni, nella sua fase finale, il sistema gestirà da 150 a 170 x 106 m3 per anno.

Figura 1. Impianto di bonifica delle acque reflue della regione di Dan: layout

EPC065F1

È noto che gli impianti di trattamento delle acque reflue creano una moltitudine di problemi di salute ambientale e occupazionale. Il progetto Dan Region è un sistema unico di importanza nazionale che combina il vantaggio nazionale con un notevole risparmio di risorse idriche, un'elevata efficienza di trattamento e una produzione di acqua a basso costo, senza creare eccessivi rischi occupazionali.

Durante la progettazione, l'installazione e il funzionamento di routine del sistema, è stata prestata un'attenta considerazione ai problemi di igiene dell'acqua e di igiene del lavoro. Sono state prese tutte le precauzioni necessarie per garantire che le acque reflue recuperate siano praticamente sicure quanto la normale acqua potabile, nel caso in cui le persone le bevano o le ingeriscano accidentalmente. Analogamente, è stata prestata adeguata attenzione alla questione della riduzione al minimo di qualsiasi potenziale esposizione a incidenti o altri pericoli biologici, chimici o fisici che possono interessare i lavoratori dell'impianto di trattamento delle acque reflue vero e proprio o altri lavoratori impegnati nello smaltimento e nell'uso agricolo dell'acqua recuperata.

Nella prima fase del progetto, le acque reflue sono state trattate biologicamente da un sistema di vasche di ossidazione facoltative con ricircolo e ulteriore trattamento chimico mediante un processo di calce-magnesio, seguito dalla detenzione dell'effluente ad alto pH in "stagni di lucidatura". L'effluente parzialmente trattato è stato ricaricato nella falda freatica regionale mediante i bacini di diffusione Soreq.

Nella Seconda Fase, le acque reflue convogliate al depuratore subiscono un trattamento meccanico-biologico mediante un processo a fanghi attivi con nitrificazione-denitrificazione. L'effluente secondario viene ricaricato in falda mediante i bacini di diffusione Yavneh 1 e Yavneh 2.

Il sistema completo è costituito da una serie di elementi diversi che si completano a vicenda:

  • un impianto di depurazione delle acque reflue, costituito da un impianto a fanghi attivi (l'impianto biomeccanico), che tratta la maggior parte dei reflui, e da un sistema di vasche di ossidazione e lucidatura utilizzate per lo più per il trattamento dei flussi in eccesso dei liquami
  • un sistema di ricarica delle acque sotterranee per l'effluente trattato, che consiste in bacini di diffusione, in due diversi siti (Yavneh e Soreq), allagati in modo intermittente; l'effluente assorbito attraversa la zona insatura del suolo e attraversa una porzione della falda, creando una zona speciale dedicata al trattamento complementare degli effluenti e allo stoccaggio stagionale, denominata SAT (soil-aquifer-treatment)
  • reti di pozzi di osservazione (53 pozzi in tutto) che circondano i bacini di ricarica e consentono il monitoraggio dell'efficienza del processo di depurazione
  • reti di pozzi di recupero (complessivamente 74 pozzi attivi nel 1993) che circondano i siti di ricarica
  • una conduttura speciale e separata di convogliamento dell'acqua recuperata per l'irrigazione illimitata delle aree agricole nel Negev; questa principale è chiamata "La terza linea del Negev" e completa il sistema di approvvigionamento idrico del Negev, che comprende altre due principali linee principali di approvvigionamento di acqua dolce
  • un impianto per la clorazione dell'effluente, che consiste, attualmente, di tre siti di clorazione (altri due saranno aggiunti in futuro)
  • sei serbatoi operativi lungo il sistema di convogliamento, che regolano le quantità di acqua pompata e consumata lungo il sistema
  • un sistema di distribuzione degli effluenti, composto da 13 zone di pressione principali, lungo la conduttura degli effluenti, che forniscono l'acqua trattata alle utenze
  • un sistema di monitoraggio completo che supervisiona e controlla l'intero funzionamento del progetto.

 

Descrizione del Sistema di Bonifica

Lo schema generale del sistema di bonifica è presentato in figura 1 e il diagramma di flusso in figura 2. Il sistema è costituito dai seguenti segmenti: impianto di trattamento delle acque reflue, campi di ricarica idrica, pozzi di recupero, sistema di convogliamento e distribuzione, impianto di clorazione e un sistema di monitoraggio completo sistema.

Figura 2. Diagramma di flusso del progetto Dan Region

EPC065F2

L'impianto di trattamento delle acque reflue

L'impianto di trattamento delle acque reflue dell'area metropolitana della regione di Dan riceve i rifiuti domestici delle otto città della regione e gestisce anche parte dei loro rifiuti industriali. L'impianto è situato all'interno delle dune di sabbia di Rishon-Lezion e si basa principalmente sul trattamento secondario dei rifiuti mediante il metodo a fanghi attivi. Alcuni dei rifiuti, soprattutto durante gli scarichi di picco, vengono trattati in un altro sistema più vecchio di bacini di ossidazione che occupano un'area di 300 acri. I due sistemi insieme possono gestire, allo stato attuale, circa 110 x 106 m3 per anno.

I campi di ricarica

Gli effluenti dell'impianto di trattamento vengono pompati in tre diversi siti situati all'interno delle dune di sabbia regionali, dove vengono sparsi sulla sabbia e percolati verso il basso nella falda acquifera sotterranea per lo stoccaggio temporaneo e per un ulteriore trattamento dipendente dal tempo. Due dei bacini di spandimento sono utilizzati per la ricarica degli effluenti dell'impianto di trattamento meccanico-biologico. Questi sono Yavneh 1 (60 acri, situato a 7 km a sud dello stabilimento) e Yavneh 2 (45 acri, 10 km a sud dello stabilimento); il terzo bacino è utilizzato per la ricarica di una miscela dell'effluente dei bacini di ossidazione e di una certa frazione dell'impianto di trattamento biomeccanico necessaria per migliorare la qualità dell'effluente al livello necessario. Questo è il sito di Soreq, che ha una superficie di circa 60 acri e si trova ad est degli stagni.

La ripresa va a gonfie vele

Attorno ai siti di ricarica sono presenti reti di pozzi di osservazione attraverso i quali l'acqua ricaricata viene ripompata. Non tutti i 74 pozzi in funzione nel 1993 sono stati attivi durante l'intero progetto. Nel 1993 un totale di circa 95 milioni di metri cubi di acqua sono stati recuperati dai pozzi del sistema e pompati nella Terza Linea del Negev.

I sistemi di trasporto e distribuzione

L'acqua pompata dai vari pozzi di recupero viene raccolta nel sistema di convogliamento e distribuzione della Terza Linea. Il sistema di trasporto è composto da tre sezioni, aventi una lunghezza complessiva di 87 km e un diametro compreso tra 48 e 70 pollici. Lungo il sistema di convogliamento sono stati realizzati sei diversi serbatoi operativi, “galleggianti” sulla linea principale, al fine di regolare la portata dell'acqua del sistema. Il volume operativo di questi serbatoi varia da 10,000 m3 a 100,000 m3.

L'acqua che scorre nel sistema della Terza Linea è stata fornita ai clienti nel 1993 attraverso un sistema di 13 zone di pressione maggiori. A queste zone di pressione sono collegate numerose utenze idriche, per lo più aziende agricole.

Il sistema di clorazione

Lo scopo della clorazione che viene effettuata nella Terza Linea è la “rottura del legame umano”, il che significa l'eliminazione di ogni possibilità di esistenza di microrganismi di origine umana nell'acqua della Terza Linea. Nel corso del monitoraggio è stato riscontrato un notevole incremento di microrganismi fecali durante la permanenza delle acque recuperate negli invasi. Pertanto è stato deciso di aggiungere più punti di clorazione lungo la linea e nel 1993 tre punti di clorazione separati erano regolarmente operativi. Nel prossimo futuro verranno aggiunti al sistema altri due punti di clorazione. Il cloro residuo è compreso tra 0.4 e 1.0 mg/l di cloro libero. Questo metodo, in base al quale vengono mantenute basse concentrazioni di cloro libero in vari punti lungo il sistema piuttosto che una singola dose massiccia all'inizio della linea, assicura la rottura della connessione umana e allo stesso tempo consente ai pesci di vivere nei bacini . Inoltre, questo metodo di clorazione disinfetterà l'acqua nelle sezioni a valle del sistema di convogliamento e distribuzione, nel caso in cui gli inquinanti siano entrati nel sistema in un punto a valle del punto iniziale di clorazione.

Il sistema di monitoraggio

Il funzionamento del sistema di bonifica della Terza linea del Negev dipende dal funzionamento di routine di un sistema di monitoraggio supervisionato e controllato da un ente scientifico professionale e indipendente. Questo organismo è l'Istituto di Ricerca e Sviluppo del Technion - Israel Institute of Technology, ad Haifa, in Israele.

L'istituzione di un sistema di monitoraggio indipendente è stato un requisito obbligatorio del Ministero della Salute israeliano, l'autorità legale locale secondo l'Ordinanza sulla sanità pubblica israeliana. La necessità di stabilire questa configurazione di monitoraggio deriva dal fatto che:

  1. Questo progetto di bonifica delle acque reflue è il più grande al mondo.
  2. Comprende alcuni elementi non di routine che non sono ancora stati sperimentati.
  3. L'acqua recuperata deve essere utilizzata per l'irrigazione illimitata delle colture agricole.

 

Il ruolo principale del sistema di monitoraggio è quindi quello di garantire la qualità chimico-sanitaria dell'acqua fornita dal sistema e di emettere avvisi relativi a qualsiasi cambiamento nella qualità dell'acqua. Inoltre, l'impianto di monitoraggio sta conducendo un follow-up dell'intero progetto di bonifica della Dan Region, indagando anche alcuni aspetti, come il normale funzionamento dell'impianto e la qualità chimico-biologica delle sue acque. Ciò è necessario per determinare l'adattabilità dell'acqua di Terza Linea all'irrigazione illimitata, non solo dal punto di vista sanitario ma anche dal punto di vista agricolo.

Il layout di monitoraggio preliminare è stato progettato e preparato dalla Mekoroth Water Co., il principale fornitore di acqua israeliano e gestore del progetto della regione di Dan. Un comitato direttivo appositamente nominato ha rivisto il programma di monitoraggio su base periodica e lo ha modificato in base all'esperienza accumulata attraverso le operazioni di routine. Il programma di monitoraggio ha riguardato i vari punti di campionamento lungo il sistema di Terza Linea, i vari parametri indagati e la frequenza di campionamento. Il progetto preliminare si riferiva a vari segmenti del sistema, ovvero i pozzi di recupero, la linea di convogliamento, i serbatoi, un numero limitato di allacciamenti di utenze, nonché la presenza di pozzi di acqua potabile in prossimità dell'impianto. L'elenco dei parametri inclusi nel programma di monitoraggio della Terza Linea è riportato nella tabella 1.

Tabella 1. Elenco dei parametri indagati

Ag

Argento

ug / l

Al

Alluminio

ug / l

ALG

Alghe

N./100 ml

ALKM

Alcalinità come CaCO3

mg / l

As

Arsenico

ug / l

B

Boro

mg / l

Ba

Bario

ug / l

BOD

Domanda biochimica di ossigeno

mg / l

Br

Bromuro

mg / l

Ca

Calcio

mg / l

Cd

Cadmio

ug / l

Cl

Cloruro

mg / l

CLDE

Domanda di cloro

mg / l

CRL

Clorofilo

ug / l

CN

cianuri

ug / l

Co

Cobalto

ug / l

COL

Colore (platino cobalto)

 

MERLUZZO

Domanda chimica di ossigeno

mg / l

Cr

cromo

ug / l

Cu

Rame

ug / l

DO

Ossigeno disciolto come O2

mg / l

DOC

Carbonio organico disciolto

mg / l

DS10

Solidi disciolti a 105 ºC

mg / l

DS55

Solidi disciolti a 550 ºC

mg / l

EC

Conduttività elettrica

µmhos/cm

ENTR

Enterococcus

N./100 ml

F-

Fluoruro

mg / l

FCOL

Coliformi fecali

N./100 ml

Fe

Ferro

ug / l

DIFFICILE

Durezza come CaCO3

mg / l

HCO3 -

Bicarbonato come HCO3 -

mg / l

Hg

mercurio

ug / l

K

Potassio

mg / l

Li

Litio

ug / l

MBA

detergenti

ug / l

Mg

Magnesio

mg / l

Mn

Manganese

ug / l

Mo

Molibdeno

ug / l

Na

Sodio

mg / l

NH4 +

Ammoniaca come NH4 +

mg / l

Ni

Nichel, Ni free

ug / l

NKJT

Kjeldahl azoto totale

mg / l

NO2

Nitrito come NO2 -

mg / l

NO3

Nitrato come NO3 -

mg / l

ODORE

Numero di odore soglia olfattiva

 

OG

Olio e grasso

ug / l

Pb

Piombo

ug / l

FEN

Fenoli

ug / l

PhFD

pH misurato in campo

 

PO4

Fosfato come PO4 -2

mg / l

PTOT

Fosforo totale come P

mg / l

RSCL

Cloro libero residuo

mg / l

SAR

Rapporto di adsorbimento del sodio

 

Se

Selenio

ug / l

Si

Silice come H2SiO3

mg / l

Sn

Stagno

ug / l

SO4

Solfato

mg / l

Sr

Stronzio

ug / l

SS10

Solidi sospesi a 100 ºC

mg / l

SS55

Solidi sospesi a 550 ºC

mg / l

STR

Streptococcus

N./100 ml

T

Temperatura

° C

TCOL

Coliformi totali

N./100 ml

TOTB

Batteri totali

N./100 ml

TS10

Solidi totali a 105 ºC

mg / l

TS55

Solidi totali a 550 ºC

mg / l

TURBO

torbidità

NTU

UV

UV (assorb. a 254 nm)(/cm x 10)

 

Zn

Zinco

ug / l

 

Monitoraggio pozzi di recupero

Il programma di campionamento dei pozzi di recupero si basa su una misurazione bimestrale o trimestrale di alcuni “parametri-indicatori” (tabella 2). Quando la concentrazione di cloruri al pozzo campionato supera di oltre il 15% il livello di cloruri iniziale del pozzo, si interpreta come un aumento “significativo” della quota di effluente recuperato all'interno della falda sotterranea, e il pozzo viene trasferito in la prossima categoria di campionamento. Qui vengono determinati 23 “parametri-caratteristici”, una volta ogni tre mesi. In alcuni pozzi, una volta all'anno, viene eseguita un'indagine completa sull'acqua, inclusi 54 diversi parametri.

Tabella 2. I vari parametri indagati ai pozzi di recupero

Gruppo A

Gruppo B

Gruppo C

Parametri dell'indicatore

Parametri caratteristici

Parametri del test completo

1. Cloruri
2. Conducibilità elettrica
3. Detersivi
4. Assorbimento UV
5. Ossigeno disciolto

Gruppo A e:
6. Temperatura
7.pH
8. Torbidità
9. Solidi disciolti
10. Carbonio organico disciolto
11. Alcalinità
12. Durezza
13. Calcio
14. Magnesio
15. Sodio
16. Potassio
17. Nitrati
18. Nitriti
19. Ammoniaca
20. Azoto totale Kjeldahl
21. Fosforo totale
22. Solfato
23. Boro

Gruppi A+B e:
24. Solidi sospesi
25. Virus enterici
26. Conta batterica totale
27. Coliforme
28. Coli fecali
29. Streptococco fecale
30. Zinco
31. Alluminio
32. Arsenico
33. Ferro
34. Bario
35. Argento
36. mercurio
37. Cromo
38. Litio
39. Molibdeno
40. Manganese
41. Rame
42. Nichel
43. Selenio
44. Stronzio
45. Piombo
46. Fluoro
47. Cianuri
48. Cadmio
49. Cobalto
50. Fenoli
51. Olio minerale
52. SOMMARIO
53. Odore
54. Colore

 

Monitoraggio del sistema di trasporto

Il sistema di convogliamento, lungo 87 km, è monitorato in sette punti centrali lungo la linea delle acque reflue. In questi punti vengono campionati 16 diversi parametri una volta al mese. Questi sono: PHFD, DO, T, EC, SS10, SS55, UV, TURB, NO3 +, PTOT, ALKM, DOC, TOTB, TCOL, FCOL e ENTR. I parametri che non dovrebbero cambiare lungo il sistema vengono misurati solo in due punti di campionamento: all'inizio e alla fine della linea di trasporto. Questi sono: Cl, K, Na, Ca, Mg, HARD, B, DS, SO4 -2, NH4 +, NO2 - e MBAS. In questi due punti di campionamento, una volta all'anno, vengono campionati diversi metalli pesanti (Zn, Sr, Sn, Se, Pb, Ni, Mo, Mn, Li, Hg, Fe, Cu, Cr, Co, Cd, Ba, As, Al, Ag).

Monitoraggio dei serbatoi

L'impostazione del monitoraggio degli invasi di Terza Linea si basa principalmente sull'esame di un numero limitato di parametri che fungono da indicatori dell'evoluzione biologica negli invasi e per individuare l'ingresso di inquinanti esterni. Cinque serbatoi vengono campionati, una volta al mese, per: PHFD, T, DO, Total SS, Volatile SS, DOC, CLRL, RSCL, TCOL, FCOL, STRP e ALG. In questi cinque serbatoi viene campionato anche Si, una volta ogni due mesi. Tutti questi parametri vengono campionati anche in un altro giacimento, Zohar B, con una frequenza di sei volte l'anno.

Sommario

Il Dan Region Reclamation Project fornisce acqua recuperata di alta qualità per l'irrigazione illimitata del Negev israeliano.

La prima fase di questo progetto è in esercizio parziale dal 1970 e in piena attività dal 1977. Dal 1970 al 1993, una quantità totale di acque reflue grezze è stata convogliata ai bacini di ossidazione facoltativi di 373 milioni di metri cubi e una quantità totale di acqua di 243 MCM sono stati pompati dalla falda acquifera nel periodo 1974–1993 e forniti al sud del paese. Parte dell'acqua è andata persa, principalmente a causa dell'evaporazione e delle infiltrazioni dagli stagni. Nel 1993 queste perdite ammontavano a circa il 6.9% del liquame grezzo convogliato all'impianto Stage One (Kanarek 1994).

L'impianto di depurazione meccanico-biologico, Seconda Fase del progetto, è in funzione dal 1987. Nel periodo di esercizio 1987-1993 è stato convogliato all'impianto di depurazione meccanico-biologico un quantitativo complessivo di liquami grezzi pari a 478 Mmc. Nel 1993 circa 103 MCM di acqua (95 MCM di acqua recuperata più 8 MCM di acqua potabile) sono stati convogliati attraverso il sistema e utilizzati per l'irrigazione illimitata del Negev.

L'acqua dei pozzi di recupero rappresenta la qualità dell'acqua di falda sotterranea. La qualità dell'acqua della falda acquifera cambia continuamente a causa della percolazione degli effluenti in essa. La qualità delle acque di falda si avvicina a quella degli effluenti per quei parametri che non sono influenzati dai processi di Trattamento Suolo-Falda (SAT), mentre i parametri che risentono del passaggio attraverso gli strati del suolo (es. torbidità, solidi sospesi, ammoniaca, carbonio organico e così via) mostrano valori notevolmente inferiori. Degno di nota è il contenuto di cloruri dell'acqua di falda, aumentato nell'ultimo quadriennio dal 15 al 26%, come testimoniato dalla diversa qualità dell'acqua nei pozzi di recupero. Questo cambiamento indica la continua sostituzione dell'acqua di falda con effluenti aventi un contenuto di cloruri considerevolmente più elevato.

La qualità dell'acqua nei sei invasi del sistema di Terza Linea è influenzata dai cambiamenti biologici e chimici che avvengono all'interno degli invasi aperti. Il contenuto di ossigeno aumenta a causa della fotosintesi delle alghe e della dissoluzione dell'ossigeno atmosferico. Le concentrazioni di vari tipi di batteri sono aumentate anche a causa dell'inquinamento casuale da parte di varie specie acquatiche che risiedono vicino ai bacini.

La qualità dell'acqua fornita alle utenze lungo il sistema dipende dalla qualità dell'acqua proveniente dai pozzi di recupero e dagli invasi. La clorazione obbligatoria dell'acqua dell'impianto costituisce un'ulteriore salvaguardia contro l'errato utilizzo dell'acqua come acqua potabile. Il confronto dei dati sull'acqua di terza linea con i requisiti del Ministero della Salute israeliano in merito alla qualità delle acque reflue da utilizzare per uso agricolo illimitato mostra che la maggior parte delle volte la qualità dell'acqua soddisfa pienamente i requisiti.

In conclusione si potrebbe dire che il sistema di recupero e utilizzo delle acque reflue della Terza Linea è stato un progetto israeliano ambientale e nazionale di successo. Ha risolto il problema dello smaltimento sanitario delle acque reflue della regione del Dan e allo stesso tempo ha aumentato il bilancio idrico nazionale di circa il 5%. In un paese arido come Israele, dove l'approvvigionamento idrico, soprattutto per uso agricolo, è piuttosto limitato, questo è un vero contributo.

I costi dell'operazione di ricarica e manutenzione dell'acqua recuperata, nel 1993, erano di circa 3 centesimi di dollaro al metro3 (0.093 NIS/m3).

Il sistema è operativo dalla fine degli anni '1960 sotto la stretta sorveglianza del Ministero della Salute israeliano e del dipartimento per la sicurezza e l'igiene sul lavoro di Mekoroth. Non sono state segnalate malattie professionali derivanti dal funzionamento di questo sistema complesso e completo.

 

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Mercoledì, marzo 09 2011 17: 00

Principi di gestione dei rifiuti

La consapevolezza ambientale sta portando a una rapida trasformazione delle pratiche di gestione dei rifiuti. L'interpretazione di questa modifica è necessaria prima di esaminare più in dettaglio i metodi applicati alla gestione dei rifiuti e alla manipolazione dei residui.

I principi moderni della gestione dei rifiuti si basano sul paradigma di una connessione orientata tra la biosfera e l'antroposfera. Un modello globale (figura 1) che mette in relazione questi due ambiti si basa sul presupposto che tutti i materiali prelevati dall'ambiente finiscano come rifiuti direttamente (dal settore della produzione) o indirettamente (dal settore del riciclaggio), tenendo presente che tutti i rifiuti di consumo ritornano a questo settore del riciclaggio per essere riciclati e/o smaltiti.

Figura 1. Un modello globale dei principi della gestione dei rifiuti

EPC070F1

In questa prospettiva, il riciclo deve essere definito in senso ampio: dal riciclo di oggetti interi (returnables), al riciclo di oggetti per alcune loro parti di ricambio (es. automobili, computer), alla produzione di nuovi materiali (es. carta e cartone, barattoli di latta) o la produzione di oggetti simili (riciclaggio, downcycling e così via). A lungo termine, questo modello può essere visualizzato come un sistema stazionario in cui le merci finiscono come rifiuti dopo pochi giorni o spesso alcuni anni.

 

 

 

 

 

Detrazioni dal Modello

Da questo modello si possono trarre alcune importanti deduzioni, a condizione che i vari flussi siano chiaramente definiti. Ai fini di questo modello:

  • Po= l'apporto annuale di materiali estratti dall'ambiente (bio-, idro- o litosfere). A regime tale apporto è pari allo smaltimento finale annuo dei rifiuti.
  • P=la produzione annua di beni da Po.
  • C=il flusso annuale di merci nell'antroposfera.
  • R=il flusso annuo di rifiuti convertiti in merci attraverso il riciclo. (A regime: C=R+ P)
  • p=l'efficacia della produzione, misurata come rapporto P/Po.
  • Se r=l'efficacia del riciclo, misurata come rapporto R/C, allora la relazione è: C/Po=p(1-r).
  • Se C/Po=C*; allora C* è il rapporto tra beni e materiali estratti dalla natura.

 

In altre parole, C* è una misura dell'intreccio della connessione tra ambiente e antroposfera. È legato all'efficienza dei settori della produzione e del riciclaggio. La relazione tra C*, p e r, che è una funzione di utilità, può essere tracciata come nella figura 2, che mostra l'esplicito compromesso tra p e r, per un valore selezionato di C*.

Figura 2. Una funzione di utilità che illustra i compromessi del riciclaggio della produzione

EPC070F2

In passato, l'industria si è sviluppata lungo la linea di un aumento dell'efficienza della produzione, p. Attualmente, alla fine degli anni '1990, il prezzo dello smaltimento dei rifiuti mediante dispersione in atmosfera, nei corpi idrici o nel suolo (ribaltamento incontrollato), o l'interramento dei rifiuti in siti di deposito confinati è aumentato molto rapidamente, a seguito di misure sempre più stringenti norme di tutela dell'ambiente. In queste condizioni, è diventato economicamente interessante aumentare l'efficacia del riciclaggio (in altre parole, aumentare r). Questa tendenza persisterà nei prossimi decenni.

Una condizione importante deve essere soddisfatta per migliorare l'efficacia del riciclo: i rifiuti da riciclare (ovvero le materie prime di seconda generazione) devono essere il più possibile “puri” (ovvero privi di elementi indesiderati che potrebbero precludere il riciclaggio). Ciò sarà possibile solo attraverso l'attuazione di una politica generalizzata di “non miscelazione” alla fonte dei rifiuti domestici, commerciali e industriali. Questo è spesso definito erroneamente ordinamento alla fonte. Ordinare è separare; ma l'idea è proprio quella di non dover separare stoccando le varie categorie di rifiuti in contenitori o luoghi separati fino alla loro raccolta. Il paradigma della moderna gestione dei rifiuti è la non miscelazione dei rifiuti alla fonte in modo da consentire un aumento dell'efficienza del riciclaggio e quindi ottenere un miglior rapporto tra merce e materiale prelevato dall'ambiente.

Pratiche di gestione dei rifiuti

I rifiuti possono essere raggruppati in tre grandi categorie, a seconda della loro produzione:

  1. dal settore primario di produzione (miniere, silvicoltura, agricoltura, allevamento, pesca)
  2. dall'industria di produzione e trasformazione (alimenti, attrezzature, prodotti di ogni tipo)
  3. dal settore dei consumi (famiglie, imprese, trasporti, commercio, costruzioni, servizi, ecc.).

 

I rifiuti possono inoltre essere classificati con decreto legislativo:

  • rifiuti urbani e rifiuti indifferenziati delle imprese che possono essere aggregati come rifiuti urbani, poiché entrambi sono costituiti dalle stesse categorie di rifiuti e sono di piccole dimensioni (vegetali, carta, metalli, vetro, plastica e così via), anche se in proporzioni diverse.
  • rifiuti urbani ingombranti (mobili, attrezzature, automezzi, rifiuti da costruzione e demolizione diversi dagli inerti)
  • rifiuti soggetti a legislazione speciale (es. pericolosi, infettivi, radioattivi).

 

Gestione dei rifiuti commerciali urbani e ordinari:

Raccolti da camion, questi rifiuti possono essere trasportati (direttamente o tramite stazioni di trasferimento strada-strada, strada-ferrovia o strada-via navigabile e mezzi di trasporto a lunga distanza) a una discarica o a un impianto di trattamento del materiale recupero (smistamento meccanico, compostaggio, biometanizzazione), o per recupero energetico (griglia o forno inceneritore, pirolisi).

Gli impianti di trattamento producono quantità proporzionalmente piccole di residui che possono essere più pericolosi per l'ambiente rispetto ai rifiuti originari. Ad esempio, gli inceneritori producono ceneri volanti con un contenuto molto elevato di metalli pesanti e sostanze chimiche complesse. Questi residui sono spesso classificati dalla legislazione come rifiuti pericolosi e richiedono una gestione appropriata. Gli impianti di depurazione si differenziano dalle discariche perché sono “sistemi aperti” con immissioni e uscite, mentre le discariche sono essenzialmente “pozzi” (se si trascura la piccola quantità di percolato che merita ulteriore trattamento e la produzione di biogas, che può essere una fonte sfruttata di energia in discariche molto grandi).

Attrezzature industriali e domestiche:

La tendenza attuale, che ha anche contributi commerciali, è che i produttori dei settori dei rifiuti (ad esempio automobili, computer, macchine) siano responsabili del riciclaggio. I residui sono quindi o rifiuti pericolosi o assimilabili ai rifiuti ordinari delle imprese.

Rifiuti da costruzione e demolizione:

L'aumento dei prezzi delle discariche è un incentivo per una migliore selezione di tali rifiuti. La separazione dei rifiuti pericolosi e infiammabili dalla grande quantità di materiali inerti consente di smaltire questi ultimi in misura nettamente inferiore rispetto ai rifiuti indifferenziati.

Rifiuti speciali:

I rifiuti chimicamente pericolosi devono essere trattati mediante neutralizzazione, mineralizzazione, insolubilizzazione o inerti prima di poter essere depositati in apposite discariche. I rifiuti infettivi vengono bruciati meglio in appositi inceneritori. I rifiuti radioattivi sono soggetti a una legislazione molto severa.

Gestione dei Residui

Gli scarti di produzione e consumo che non possono essere riciclati, riciclati, riutilizzati o inceneriti per produrre energia devono essere infine smaltiti. La tossicità per l'ambiente di questi residui dovrebbe essere ridotta secondo il principio della "migliore tecnologia disponibile a un prezzo accettabile". Dopo questo trattamento, i residui dovrebbero essere depositati in siti dove non contaminino l'acqua e l'ecosistema e non si diffondano nell'atmosfera, nel mare o nei laghi e corsi d'acqua.

I depositi di rifiuti sono solitamente datati dalla combinazione di isolamento multistrato (utilizzando argilla, geotessili, fogli di plastica e così via), la deviazione di tutte le acque esogene e strati di copertura impermeabili. I depositi permanenti devono essere monitorati per decenni. Anche le restrizioni sull'uso del suolo di un sito di deposito devono essere controllate per lunghi periodi di tempo. Nella maggior parte dei casi sono necessari sistemi di drenaggio controllato per percolati o gas.

Residui del trattamento dei rifiuti più stabili dal punto di vista biochimico e chimicamente inerti richiedono condizioni meno rigorose per il loro smaltimento finale, rendendo meno difficile la loro individuazione di un sito di deposito all'interno della regione di produzione dei rifiuti. L'esportazione di rifiuti o dei loro residui, che suscita sempre reazioni NIMBY (Not In My Back Yard), potrebbe così essere evitata.

 

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Mercoledì, marzo 09 2011 17: 04

Gestione e riciclaggio dei rifiuti solidi

I rifiuti solidi sono tradizionalmente descritti come prodotti residui, che rappresentano un costo quando si deve ricorrere allo smaltimento.

La gestione dei rifiuti comprende una serie complessa di potenziali impatti sulla salute umana, sulla sicurezza e sull'ambiente. Gli impatti, sebbene la tipologia dei pericoli possa essere simile, vanno distinti per tre distinte tipologie di operazione:

  • movimentazione e stoccaggio presso il produttore di rifiuti
  • raccolta e trasporto
  • smistamento, lavorazione e smaltimento.

 

Si dovrebbe tenere presente che i rischi per la salute e la sicurezza sorgono laddove i rifiuti sono prodotti in primo luogo - in fabbrica o con il consumatore. Pertanto, lo stoccaggio dei rifiuti presso il generatore di rifiuti - e soprattutto quando i rifiuti sono separati alla fonte - può causare un impatto dannoso sull'ambiente circostante. Questo articolo si concentrerà su un quadro per comprendere le pratiche di gestione dei rifiuti solidi e situare i rischi per la salute e la sicurezza sul lavoro associati alle industrie di raccolta, trasporto, lavorazione e smaltimento dei rifiuti.

Perché la gestione dei rifiuti solidi?

La gestione dei rifiuti solidi diventa necessaria e rilevante quando la struttura della società cambia da agricola con popolazione a bassa densità e diffusa a popolazione urbana ad alta densità. Inoltre, l'industrializzazione ha introdotto un gran numero di prodotti che la natura non può, o può solo molto lentamente, decomporre o digerire. Pertanto, alcuni prodotti industriali contengono sostanze che, a causa della bassa degradabilità o addirittura delle caratteristiche tossiche, possono accumularsi in natura a livelli che rappresentano una minaccia per il futuro utilizzo delle risorse naturali da parte dell'umanità, ovvero acqua potabile, suolo agricolo, aria e così via .

L'obiettivo della gestione dei rifiuti solidi è prevenire l'inquinamento dell'ambiente naturale.

Un sistema di gestione dei rifiuti solidi dovrebbe basarsi su studi tecnici e procedure di pianificazione generali, tra cui:

  • studi e stime sulla composizione e quantità dei rifiuti
  • studi sulle tecniche di raccolta
  • studi sugli impianti di trattamento e smaltimento
  • studi sulla prevenzione dell'inquinamento dell'ambiente naturale
  • studi sulle norme di salute e sicurezza sul lavoro
  • studi di fattibilità.

 

Gli studi devono includere la protezione dell'ambiente naturale e gli aspetti di salute e sicurezza sul lavoro, tenendo conto delle possibilità di sviluppo sostenibile. Poiché raramente è possibile risolvere tutti i problemi in una volta, è importante in fase di pianificazione notare che è utile stabilire un elenco di priorità. Il primo passo per risolvere i rischi ambientali e professionali è riconoscere l'esistenza dei pericoli.

Principi di gestione dei rifiuti

La gestione dei rifiuti coinvolge una complessa e ampia gamma di relazioni in materia di salute e sicurezza sul lavoro. La gestione dei rifiuti rappresenta un processo produttivo “inverso”; il “prodotto” è la rimozione dei materiali in eccesso. Lo scopo originario era semplicemente quello di raccogliere i materiali, riutilizzare la parte pregiata dei materiali e smaltire ciò che rimaneva presso i siti più vicini non utilizzati per scopi agricoli, edifici e così via. Questo è ancora il caso in molti paesi.

Le fonti di rifiuti possono essere descritte dalle diverse funzioni in una società moderna (vedi tabella 1).

Tabella 1. Fonti di rifiuti

Attività

Descrizione dei rifiuti

Industria

Residui di prodotto
Prodotti predefiniti

Rivendere

Prodotti predefiniti

Retail

Imballaggio per il trasporto
Prodotti predefiniti
Prodotti organici (dalla lavorazione degli alimenti)
Spreco di cibo

Consumatori

Imballaggio per il trasporto
Imballaggi per la vendita al dettaglio (carta, vetro, metallo, plastica, ecc.)
Rifiuti di cucina (organici)
Rifiuti pericolosi (prodotti chimici, olio)
Rifiuti ingombranti (mobili usati) ecc.
Rifiuti da giardino

Costruzione e demolizione

Calcestruzzo, mattoni, ferro, terra, ecc.

Attività infrastrutturali

Rifiuti del parco
Rifiuti per la pulizia delle strade
Clinker, ceneri e fumi da produzione di energia
Fanghi di depurazione
Rifiuti ospedalieri

Trattamento dei rifiuti

Rifiuti dagli impianti di smistamento
Clinker, ceneri e prodotti per la pulizia dei fumi da
incenerimento

 

Ogni tipologia di rifiuto è caratterizzata dalla sua origine o dal tipo di prodotto che era prima di diventare rifiuto. Quindi, sostanzialmente i suoi rischi per la salute e la sicurezza dovrebbero essere stabiliti sulla restrizione della manipolazione del prodotto da parte del produttore di rifiuti. In ogni caso, lo stoccaggio dei rifiuti può creare nuovi e più forti elementi di pericolosità (attività chimica e/o biologica nel periodo di stoccaggio).

La gestione dei rifiuti solidi può essere distinta nelle seguenti fasi:

  • separazione alla fonte in una specifica frazione di rifiuti in funzione delle caratteristiche del materiale
  • deposito temporaneo presso il produttore di rifiuti in cassonetti, sacchi, contenitori o alla rinfusa
  • ritiro e trasporto con automezzo:
    • manuale, tiro a cavallo, motorizzato e così via
    • piattaforma aperta, cassone chiuso, compattatore e così via
  • stazione di trasferimento: compattazione e ricarico su unità di trasporto più grandi
  • impianti di riciclaggio e/o trattamento dei rifiuti
  • trattamento dei rifiuti:
    • cernita manuale o meccanica in diverse frazioni di materiale per il riciclaggio
    • trasformazione di frazioni di rifiuti preselezionati in materie prime secondarie
    • lavorazione di nuove materie prime
    • incenerimento per riduzione volumetrica e/o recupero energetico
    • digestione anaerobica di sostanze organiche per la produzione di ammendante, fertilizzante ed energia (biogas)
    • compostaggio di sostanze organiche per la produzione di ammendante e fertilizzante
  • smaltimento dei rifiuti:
    • discarica, che dovrebbe essere progettata e localizzata in modo da impedire la migrazione di acque inquinate (percolato di discarica), in particolare verso le risorse di acqua potabile (risorse sotterranee, pozzi e fiumi).

Il riciclaggio dei rifiuti può avvenire in qualsiasi fase del sistema dei rifiuti e, in ogni fase del sistema dei rifiuti, possono insorgere particolari rischi per la salute e la sicurezza sul lavoro.

Nelle società a basso reddito e nei paesi non industriali, il riciclaggio dei rifiuti solidi è un reddito di base per i raccoglitori di rifiuti. In genere, non vengono poste domande sui rischi per la salute e la sicurezza in queste aree.

Nei paesi a forte industrializzazione è evidente la tendenza a porre maggiore attenzione al riciclo delle enormi quantità di rifiuti prodotti. Motivi importanti vanno oltre il valore di mercato diretto dei rifiuti e includono la mancanza di adeguati impianti di smaltimento e la crescente consapevolezza pubblica dello squilibrio tra consumo e protezione dell'ambiente naturale. Pertanto, la raccolta e lo scavenging dei rifiuti sono stati ribattezzati riciclaggio per migliorare l'attività nella mente del pubblico, determinando una consapevolezza in forte crescita delle condizioni di lavoro nel settore dei rifiuti.

Oggi, le autorità per la salute e la sicurezza sul lavoro nei paesi industrializzati si stanno concentrando su condizioni di lavoro che, alcuni anni fa, passavano inosservate con tacita accettazione, come:

  • sollevamento improprio di carichi pesanti e quantità eccessiva di materiali movimentati per giornata lavorativa
  • esposizione inappropriata a polvere di composizione sconosciuta
  • impatto inosservato di microrganismi (batteri, funghi) ed endotossine
  • esposizione inosservata a sostanze chimiche tossiche.

 

Riciclaggio

Riciclo o recupero è la parola che racchiude sia il riuso (uso per lo stesso scopo) sia il recupero/recupero di materia o di energia.

Le ragioni per implementare il riciclaggio possono cambiare a seconda delle condizioni nazionali e locali, e le idee chiave nelle argomentazioni per il riciclaggio possono essere:

  • disintossicazione dei rifiuti pericolosi quando le autorità stabiliscono elevati standard ambientali
  • recupero delle risorse nelle aree a basso reddito
  • riduzione del volume nelle aree dove predomina lo smaltimento in discarica
  • recupero energetico in aree dove la conversione dei rifiuti in energia può sostituire il combustibile fossile (carbone, gas naturale, petrolio greggio e così via) per la produzione di energia.

 

Come accennato in precedenza, il riciclaggio può avvenire in qualsiasi fase del sistema dei rifiuti, ma il riciclaggio può essere progettato per impedire che i rifiuti “nascano”. Questo è il caso quando i prodotti sono progettati per il riciclaggio e un sistema per il riacquisto dopo l'uso finale, ad esempio versando un deposito sui contenitori per bevande (bottiglie di vetro e così via).

Pertanto, il riciclaggio può andare oltre la semplice attuazione del recupero o del recupero di materiali dal flusso dei rifiuti.

Il riciclaggio dei materiali implica, nella maggior parte dei casi, la separazione o lo smistamento dei materiali di scarto in frazioni con un grado minimo di finezza come prerequisito per l'utilizzo dei rifiuti in sostituzione di materie prime vergini o primarie.

La cernita può essere effettuata dai produttori di rifiuti (separazione alla fonte), oppure dopo la raccolta, ovvero la separazione presso un impianto centrale di cernita.

Separazione alla fonte

La separazione alla fonte, con la tecnologia odierna, si tradurrà in frazioni di rifiuti che sono "progettate" per la lavorazione. Un certo grado di separazione alla fonte è inevitabile, poiché alcune miscele di frazioni di rifiuti possono essere nuovamente separate in frazioni materiali utilizzabili solo con un grande sforzo (economico). La progettazione della separazione alla fonte deve sempre tenere in considerazione il tipo finale di riciclaggio.

L'obiettivo del sistema di raccolta differenziata alla fonte dovrebbe essere quello di evitare una miscelazione o l'inquinamento delle diverse frazioni di rifiuti, che potrebbero essere un ostacolo al facile riciclaggio.

La raccolta di frazioni di rifiuti differenziate alla fonte spesso comporta rischi per la salute e la sicurezza sul lavoro più evidenti rispetto alla raccolta alla rinfusa. Ciò è dovuto alla concentrazione di specifiche frazioni di rifiuti, ad esempio sostanze tossiche. La cernita di sostanze organiche facilmente degradabili può portare a livelli elevati di esposizione a funghi pericolosi, batteri, endotossine e così via, quando i materiali vengono maneggiati o ricaricati.

Ordinamento centrale

Lo smistamento centrale può essere effettuato con metodi meccanici o manuali.

È opinione generale che la cernita meccanica senza previa separazione alla fonte mediante la tecnologia oggi nota debba essere utilizzata solo per la produzione di combustibile derivato da rifiuti (CDR). Prerequisiti per condizioni di lavoro accettabili sono l'involucro totale dell'attrezzatura meccanica e l'uso di “tute spaziali” personali quando si devono eseguire interventi di assistenza e manutenzione.

Lo smistamento meccanico centrale con precedente separazione alla fonte, con la tecnologia odierna, non ha avuto successo a causa delle difficoltà nel raggiungere un'adeguata efficienza di smistamento. Quando le caratteristiche delle frazioni di rifiuti differenziate diventeranno più chiaramente definite, e quando queste caratteristiche diventeranno valide su base nazionale o internazionale, allora ci si può aspettare che vengano sviluppate nuove tecniche adeguate ed efficienti. Il successo di queste nuove tecniche sarà strettamente legato a una prudente considerazione per ottenere condizioni di lavoro accettabili.

Lo smistamento centrale manuale dovrebbe implicare una preventiva separazione alla fonte per evitare rischi per la salute e la sicurezza sul lavoro (polvere, batteri, sostanze tossiche e così via). La cernita manuale dovrebbe essere limitata solo a un numero limitato di “qualità” di frazioni di rifiuti per evitare prevedibili errori di cernita alla fonte e per facilitare le strutture di controllo presso l'area di ricezione dell'impianto. Man mano che le frazioni di rifiuti diventano più chiaramente definite, sarà possibile sviluppare sempre più dispositivi per procedure di selezione automatica per ridurre al minimo l'esposizione umana diretta a sostanze nocive.

Perché Riciclare?

È importante notare che il riciclaggio non è un metodo di trattamento dei rifiuti che dovrebbe essere visto indipendentemente da altre pratiche di gestione dei rifiuti. Per integrare il riciclaggio, è necessario avere accesso a una discarica adeguatamente gestita e forse a impianti di trattamento dei rifiuti più tradizionali come impianti di incenerimento e impianti di compostaggio.

Il riciclaggio dovrebbe essere valutato in relazione a

  • approvvigionamento locale di materie prime ed energia
  • ciò che viene sostituito - risorse rinnovabili (es. carta/albero) o risorse non rinnovabili (es. petrolio).

 

Finché il petrolio e il carbone saranno utilizzati come risorse energetiche, ad esempio, l'incenerimento dei rifiuti e del combustibile derivato dai rifiuti con il recupero di energia costituirà una valida opzione di gestione dei rifiuti basata sul recupero di energia. La minimizzazione delle quantità di rifiuti con questo metodo, tuttavia, deve sfociare in depositi finali soggetti a standard ambientali estremamente severi, che possono essere molto costosi.

 

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La sfida

I Grandi Laghi sono una risorsa condivisa tra Canada e Stati Uniti (vedi figura 1). I cinque grandi laghi contengono oltre il 18% delle acque superficiali del mondo. Il bacino ospita un canadese su tre (circa 8.5 milioni) e un americano su nove (27.5 milioni). Il bacino è il cuore industriale di entrambi i paesi: un quinto della base industriale statunitense e metà di quella canadese. Le attività economiche intorno al bacino dei Grandi Laghi generano circa 1 trilione di dollari di ricchezza ogni anno. Nel corso del tempo, l'aumento della popolazione e delle attività industriali ha creato una serie di stress sui laghi fino a quando a metà del secolo non è stata riconosciuta la necessità di un'azione concertata per proteggere i Grandi Laghi da parte dei due paesi.

Figura 1. Bacino idrografico dei Grandi Laghi: fiume San Lorenzo

EPC100F1

La risposta

Dagli anni '1950, entrambi i paesi hanno messo in atto programmi nazionali e bilaterali per affrontare i gravi problemi di inquinamento e anche per rispondere a preoccupazioni più sottili sulla qualità dell'acqua. Come risultato di queste azioni, le acque dei Grandi Laghi sono visibilmente più pulite di quanto non fossero a metà del secolo, i carichi di metalli pesanti e sostanze chimiche organiche sono diminuiti e i livelli di contaminanti nei pesci e negli uccelli acquatici sono diminuiti in modo significativo. I successi delle azioni Canada-Stati Uniti per ripristinare e proteggere i Grandi Laghi forniscono un modello per la cooperazione bilaterale sulla gestione delle risorse, ma le sfide rimangono.

Il caso di studio in prospettiva

Le minacce poste dalle sostanze tossiche persistenti, tuttavia, sono di natura a lungo termine e la loro gestione richiede un approccio alla fonte multimediale e completo. Per raggiungere l'obiettivo a lungo termine dell'eliminazione virtuale delle sostanze tossiche persistenti dai Grandi Laghi, le autorità ambientali, le industrie e altre parti interessate nel bacino sono state invitate a sviluppare nuovi approcci e programmi. Lo scopo di questo rapporto di caso di studio è fornire un breve riassunto dei programmi canadesi di controllo dell'inquinamento e dei progressi compiuti nel 1995 e delineare le iniziative per la gestione delle sostanze tossiche persistenti nei Grandi Laghi. Simili iniziative e programmi statunitensi non sono qui discussi. I lettori interessati possono contattare l'Ufficio del programma nazionale dei Grandi Laghi dell'Agenzia statunitense per la protezione dell'ambiente a Chicago per informazioni sui programmi federali e statali per la protezione dei Grandi Laghi.

1970-1980

Un problema significativo riconosciuto per aver colpito il lago Erie negli anni '1960 era l'arricchimento dei nutrienti o l'eutrofizzazione. La necessità identificata di azioni bilaterali ha spinto il Canada e gli Stati Uniti a firmare il primo accordo sulla qualità dell'acqua dei Grandi Laghi (GLWQA) nel 1972. L'accordo delineava obiettivi di abbattimento per ridurre i carichi di fosforo principalmente dai detersivi per bucato e dagli effluenti delle acque reflue municipali. In risposta a questo impegno, il Canada e l'Ontario hanno promulgato leggi e programmi per il controllo delle fonti puntuali. Tra il 1972 e il 1987, il Canada e l'Ontario hanno investito più di 2 miliardi di dollari nella costruzione e nell'ammodernamento di impianti di trattamento delle acque reflue nel bacino dei Grandi Laghi.

Figura 2. Progressi nell'abbattimento industriale

EPC100F2

Il GLWQA del 1972 ha anche identificato la necessità di ridurre i rilasci di sostanze chimiche tossiche nei laghi dalle industrie e da altre fonti come gli sversamenti. In Canada, la promulgazione delle normative federali sugli effluenti (fine del tubo) negli anni '1970 per gli inquinanti convenzionali dei principali settori industriali (carta e cellulosa, estrazione di metalli, raffinazione del petrolio e così via) ha fornito uno standard di riferimento nazionale, mentre l'Ontario ha stabilito linee guida simili sugli effluenti su misura per le esigenze locali, compresi i Grandi Laghi. Le azioni delle industrie e dei comuni per soddisfare questi requisiti degli effluenti federali e dell'Ontario hanno prodotto risultati impressionanti; ad esempio, i carichi di fosforo da fonti puntuali al lago Erie sono stati ridotti del 70% tra il 1975 e il 1989 e gli scarichi di inquinanti convenzionali dalle sette raffinerie di petrolio dell'Ontario sono stati ridotti del 90% dall'inizio degli anni '1970. La figura 2 mostra tendenze di riduzione del carico simili per i settori della cellulosa e della carta e del ferro e dell'acciaio.

Entro la metà degli anni '1970 le prove di elevate concentrazioni di sostanze chimiche tossiche nei pesci e nella fauna selvatica dei Grandi Laghi, le anomalie riproduttive in alcuni uccelli che si nutrono di pesce e il declino della popolazione in un certo numero di specie implicavano sostanze tossiche bioaccumulabili persistenti, che divennero il nuovo obiettivo per la protezione binazionale sforzo. Il Canada e gli Stati Uniti hanno firmato un secondo accordo sulla qualità dell'acqua dei Grandi Laghi nel 1978, in cui i due paesi si sono impegnati a "ripristinare e mantenere l'integrità chimica, fisica e biologica delle acque dell'ecosistema dei Grandi Laghi". Una sfida chiave è stata la politica "di proibire lo scarico di sostanze tossiche in quantità tossiche e di eliminare virtualmente lo scarico di una o di tutte le sostanze tossiche persistenti". La richiesta di un'eliminazione virtuale era necessaria, poiché le sostanze chimiche tossiche persistenti possono concentrarsi e accumularsi nella catena alimentare, causando danni gravi e irreversibili all'ecosistema, mentre le sostanze chimiche non persistenti devono essere mantenute al di sotto dei livelli che causano danni immediati.

Oltre a controlli più severi sulle fonti puntuali, il Canada e l'Ontario hanno sviluppato e/o rafforzato i controlli su pesticidi, prodotti chimici commerciali, rifiuti pericolosi e fonti non puntuali di inquinamento come discariche e inceneritori. Le iniziative del governo sono diventate più orientate al multimediale e il concetto di "dalla culla alla tomba" o "cura responsabile" per i prodotti chimici è diventato la nuova filosofia di gestione ambientale sia per il governo che per le industrie. Un certo numero di pesticidi tossici persistenti sono stati vietati ai sensi della legge federale sui prodotti per il controllo dei parassiti (DDT, Aldrin, Mirex, Toxaphene, Chlordane) e la legge sui contaminanti ambientali è stata utilizzata per (1) vietare gli usi commerciali, di produzione e di lavorazione di sostanze tossiche persistenti (CFC, PPB, PCB, PPT, Mirex, piombo) e (2) limitare il rilascio di sostanze chimiche da specifiche operazioni industriali (mercurio, cloruro di vinile, amianto).

All'inizio degli anni '1980, i risultati di questi programmi e misure e simili sforzi americani iniziarono a produrre prove di un rimbalzo. I livelli di contaminanti nei sedimenti, nei pesci e nella fauna selvatica dei Grandi Laghi erano in declino e i miglioramenti ambientali rilevati includevano il ritorno delle aquile calve sulla costa canadese del lago Erie, un aumento di 200 volte della popolazione di cormorani, una ripresa del falco pescatore nella Georgian Bay e il ristabilimento nell'area del porto di Toronto delle sterne comuni - tutte sono state colpite in passato da livelli di sostanze tossiche persistenti e il loro recupero illustra il successo di questo approccio fino ad oggi.

Figura 3. Mirex nelle uova di gabbiano reale

EPC100F3

La tendenza verso concentrazioni ridotte per alcune delle sostanze tossiche persistenti nei pesci, nella fauna selvatica e nei sedimenti si è stabilizzata verso la metà degli anni '1980 (vedi Mirex nelle uova di gabbiano reale nella figura 3). Gli scienziati hanno concluso che:

  1. Sebbene i programmi di controllo dell'inquinamento idrico e dei contaminanti in atto siano stati utili, non sono stati sufficienti per determinare ulteriori riduzioni delle concentrazioni di contaminanti.
  2. Sono state necessarie misure aggiuntive per fonti non puntuali di sostanze tossiche persistenti, inclusi sedimenti contaminati, immissione atmosferica a lungo raggio di sostanze inquinanti, discariche abbandonate e così via.
  3. Alcuni inquinanti possono persistere nell'ecosistema a concentrazioni minime e possono bioaccumularsi nella catena alimentare per lungo tempo.
  4. L'approccio più efficiente ed efficace per affrontare le sostanze tossiche persistenti è prevenire o eliminare la loro generazione alla fonte piuttosto che eliminare virtualmente il loro rilascio.

 

È stato generalmente concordato che il raggiungimento dell'eliminazione virtuale nell'ambiente attraverso l'applicazione della filosofia dello scarico zero alle fonti e l'approccio ecosistemico alla gestione della qualità dell'acqua dei Grandi Laghi dovevano essere ulteriormente rafforzati e promossi.

Per riaffermare il loro impegno verso l'obiettivo di eliminazione virtuale delle sostanze tossiche persistenti, il Canada e gli Stati Uniti hanno modificato l'accordo del 1978 attraverso un protocollo nel novembre 1987 (Stati Uniti e Canada 1987). Il protocollo ha designato le aree problematiche in cui gli usi benefici sono stati compromessi intorno ai Grandi Laghi e ha richiesto lo sviluppo e l'attuazione di piani d'azione correttivi (RAP) sia per le fonti puntuali che non puntuali nelle aree designate. Il protocollo prevedeva inoltre piani di gestione dell'intero lago (LAMP) da utilizzare come quadro principale per risolvere il deterioramento degli usi benefici dell'intero lago e per coordinare il controllo delle sostanze tossiche persistenti che colpiscono ciascuno dei Grandi Laghi. Inoltre, il protocollo ha incluso nuovi allegati per stabilire programmi e misure per le sorgenti aeree, i sedimenti contaminati e le discariche, gli sversamenti e il controllo delle specie esotiche.

1990 secondi

Dopo la firma del protocollo del 1987, l'obiettivo dell'eliminazione virtuale è stato fortemente promosso da gruppi di interesse ambientale su entrambe le sponde dei Grandi Laghi, poiché sono aumentate le preoccupazioni per la minaccia di sostanze tossiche persistenti. Anche la Commissione mista internazionale (IJC), l'organo consultivo binazionale creato ai sensi del Trattato sulle acque di confine del 1909, ha fortemente sostenuto l'approccio di eliminazione virtuale. Una task force binazionale dell'IJC ha raccomandato una strategia per l'eliminazione virtuale nel 1993 (vedi figura 4). Entro la metà degli anni '1990, l'IJC e le parti stanno tentando di definire un processo per l'attuazione di questa strategia, comprese le considerazioni sugli impatti socioeconomici.

Figura 4. Processo decisionale per l'eliminazione virtuale delle sostanze tossiche persistenti dai Grandi Laghi

EPC100F4

I governi del Canada e dell'Ontario hanno risposto in diversi modi per controllare o ridurre il rilascio di sostanze tossiche persistenti. Di seguito si riassumono brevemente i programmi e le iniziative importanti.

Legge canadese sulla protezione dell'ambiente (CEPA)

Nel 1989, Environment Canada ha consolidato e semplificato i suoi mandati legali in un unico statuto. La CEPA fornisce al governo federale ampi poteri (ad es. raccolta di informazioni, regolamentazione, applicazione) sull'intero ciclo di vita delle sostanze chimiche. Ai sensi della CEPA, i regolamenti sulla notifica delle nuove sostanze stabiliscono procedure di screening per le nuove sostanze chimiche in modo che le sostanze tossiche persistenti che non possono essere adeguatamente controllate siano vietate dall'importazione, dalla produzione o dall'uso in Canada. La prima fase del programma di valutazione dell'elenco delle sostanze prioritarie (PSL I) è stata completata nel 1994; 25 delle 44 sostanze valutate sono risultate tossiche ai sensi della definizione CEPA e lo sviluppo di strategie di gestione per queste sostanze chimiche tossiche è stato avviato nell'ambito di un processo di opzioni strategiche (SOP); altre 56 sostanze prioritarie saranno nominate e valutate nella fase II del programma PSL entro il 2000. Il National Pollutant Release Inventory (NPRI) è stato implementato nel 1994 per imporre alle strutture industriali e di altro tipo che soddisfano i criteri di comunicazione di riferire annualmente le loro emissioni all'aria, all'acqua e al suolo, e ai loro trasferimenti nei rifiuti, di 178 sostanze specificate. L'inventario, modellato sul Toxic Release Inventory (TRI) negli Stati Uniti, fornisce un importante database per dare priorità ai programmi di prevenzione e abbattimento dell'inquinamento.

Accordo Canada-Ontario (COA)

Nel 1994, il Canada e l'Ontario hanno definito un quadro strategico per un'azione coordinata per ripristinare, proteggere e conservare l'ecosistema dei Grandi Laghi, con un'attenzione particolare alla riduzione dell'uso, della generazione o del rilascio di 13 sostanze tossiche persistenti di livello I entro il 2000 (Canada e Ontario 1994). Il COA si rivolge anche a un elenco aggiuntivo di 26 sostanze tossiche prioritarie (Livello II) per riduzioni significative. In particolare per le sostanze di livello I, il COA: (1) confermerà lo scarico zero di cinque pesticidi vietati (Aldrin, DDT, Chlordane, Mirex, Toxaphene); (2) cercare di smantellare il 90% dei PCB ad alto livello, distruggere il 50% ora in deposito e accelerare la distruzione dei PCB a basso livello in deposito; e (3) ottenere una riduzione del 90% nel rilascio delle restanti sette sostanze di livello I (benzo(a)pirene, esaclorobenzene, piombo alchilico, ottaclorostirene, PCDD (diossine) PCDF (furani) e mercurio).

L'approccio COA è quello di cercare riduzioni quantitative ove possibile, e le fonti sono sfidate ad applicare la prevenzione dell'inquinamento e altri mezzi per raggiungere gli obiettivi COA. Quattordici progetti sono già stati avviati dal personale federale dell'Ontario per ottenere la riduzione/eliminazione delle sostanze di livello I e II.

Politica di gestione delle sostanze tossiche

Riconoscendo la necessità di un approccio preventivo e precauzionale, Environment Canada ha annunciato nel giugno 1995 una politica nazionale di gestione delle sostanze tossiche come quadro per una gestione efficiente delle sostanze tossiche in Canada (Environment Canada 1995a). La politica adotta un approccio a doppio binario (vedi figura 5) che riconosce che le azioni di gestione devono essere adattate alle caratteristiche delle sostanze chimiche; questo è:

  • eliminare virtualmente dall'ambiente sostanze a prevalente natura antropica, persistenti, bioaccumulabili e tossiche (Traccia I)
  • implementare la gestione dell'intero ciclo di vita (dalla culla alla tomba) di tutte le altre sostanze problematiche (traccia II).

 

Figura 5. Selezione degli obiettivi di gestione nell'ambito della politica di gestione delle sostanze tossiche

EPC100F5

Una serie di criteri scientificamente fondati (Environment Canada 1995b) (vedi tabella 1) verrà utilizzata per classificare le sostanze preoccupanti nelle due tracce. Se una sostanza identificata per uno dei due percorsi non è adeguatamente controllata nell'ambito dei programmi esistenti, saranno individuate ulteriori misure nell'ambito del processo di opzioni strategiche multilaterale. La politica è coerente con l'Accordo sulla qualità dell'acqua dei Grandi Laghi e dirigerà e inquadrerà una serie di programmi nazionali definendo il loro obiettivo ambientale finale, ma i mezzi e il ritmo per raggiungere l'obiettivo finale varieranno a seconda della sostanza chimica e della fonte. Inoltre, anche la posizione del Canada sulle sostanze tossiche persistenti sarà inquadrata da questa politica nelle discussioni internazionali.

Tabella 1. Criteri per la selezione delle sostanze per la politica di gestione delle sostanze tossiche di Track 1

Persistenza

 

Bioaccumulazione

Tossicità

Prevalentemente antropogenico

Medio

Metà vita

     

Aria
Acqua
sedimento
Suolo

≥2 giorni
≥182 giorni
≥365 giorni
≥182 giorni

BAF≥5,000
or
BCP≥5,000
or
registro Kow ≥ 5.0

CEPA-tossico
or
CEPA-tossico
equivalente

Concentrazione
in ambiente in gran parte
derivanti dall'attività umana

 

Piano d'azione sul cloro

Un approccio globale alla gestione delle sostanze clorurate nel contesto della politica di gestione delle sostanze tossiche è stato annunciato nell'ottobre 1994 da Environment Canada (Environment Canada 1994). L'approccio sarà quello di potare l'albero dell'uso del cloro con un piano d'azione in cinque parti che (1) mirerà all'azione su usi e prodotti critici, (2) migliorerà la comprensione scientifica del cloro e del suo impatto sulla salute e sull'ambiente, (3 ) dettagliano le implicazioni socioeconomiche, (4) migliorano l'accesso del pubblico alle informazioni e (5) promuovono azioni internazionali sulle sostanze clorurate. L'uso del cloro è già diminuito in Canada negli ultimi anni, ad esempio del 45% nel settore della pasta di legno e della carta dal 1988. L'attuazione del piano d'azione per il cloro accelererà questa tendenza alla riduzione.

Iniziativa per la prevenzione dell'inquinamento dei Grandi Laghi

Per il bacino dei Grandi Laghi è stato messo in atto un forte programma di prevenzione dell'inquinamento. Dal marzo 1991, Environment Canada e il Ministero dell'Ambiente e dell'Energia dell'Ontario collaborano con le industrie e altre parti interessate per sviluppare e attuare progetti di prevenzione dell'inquinamento, in contrasto con il trattamento dei rifiuti o la riduzione dell'inquinamento dopo la sua generazione. Nel 1995/96, più di 50 progetti riguarderanno i prodotti chimici commerciali, la gestione dei rifiuti pericolosi, le strutture federali, le industrie, i comuni e il bacino del Lago Superiore. La figura 6 fornisce una panoramica di questi progetti, che rientrano in due categorie principali: integrazione del programma o accordi volontari. La figura mostra anche i collegamenti del programma con altri programmi discussi in precedenza (NPRI, RAP, LAMP) e una serie di istituzioni che lavorano a stretto contatto con Environment Canada su tecnologie verdi e processi puliti, nonché su formazione, informazione e comunicazione. I progetti di prevenzione dell'inquinamento possono produrre risultati impressionanti, come evidenziato dai produttori automobilistici, che hanno recentemente intrapreso 15 progetti pilota, riducendo o eliminando così 2.24 milioni di chilogrammi di sostanze mirate dalla produzione di automobili negli stabilimenti dell'Ontario di Chrysler, Ford e General Motors.

Figura 6. Prevenzione dell'inquinamento dei Grandi Laghi

EPC100F6

Riduzione/eliminazione accelerata di sostanze tossiche (ARET)

ARET è un'iniziativa cooperativa multi-stakeholder lanciata nel 1994 che cerca l'eventuale eliminazione di 14 sostanze tossiche prioritarie con un obiettivo intermedio (entro il 2000) di una riduzione/eliminazione del 90% e di emissioni ridotte (50%) di 87 sostanze tossiche meno dannose (Segreteria ARET 1995). A partire dal 1995, più di 200 aziende e agenzie governative stanno partecipando a questa iniziativa volontaria. Insieme, hanno ridotto le emissioni di 10,300 tonnellate rispetto all'anno di riferimento del 1988 e si sono impegnate per un'ulteriore riduzione di 8,500 tonnellate entro il 2000.

Strategie binazionali e internazionali

Oltre alle suddette iniziative nazionali, il Canada e gli Stati Uniti stanno attualmente sviluppando una strategia binazionale per coordinare l'azione dell'agenzia e stabilire obiettivi condivisi per le sostanze tossiche persistenti nel bacino dei Grandi Laghi. Saranno adottati scopi e obiettivi simili all'accordo Canada-Ontario per le sostanze di livello I e II e un elenco statunitense simile. Saranno sviluppati e attuati progetti congiunti per facilitare lo scambio di informazioni e l'azione delle agenzie sulle sostanze chimiche prioritarie come i PCB e il mercurio. Adottando un approccio aggressivo all'eliminazione virtuale come delineato sopra, il Canada sarà in grado di assumere un ruolo di leadership nella promozione dell'azione internazionale sulle sostanze tossiche persistenti. Il Canada ha ospitato una conferenza delle Nazioni Unite nel giugno 1995 a Vancouver per focalizzare il dialogo globale sugli inquinanti organici persistenti (POP) e per esplorare approcci di prevenzione dell'inquinamento per ridurre le loro emissioni in tutto il mondo. Il Canada copresiede anche il gruppo di lavoro della Commissione economica per l'Europa delle Nazioni Unite (UNECE) per sviluppare un protocollo per gli inquinanti organici persistenti ai sensi della Convenzione sull'inquinamento atmosferico transfrontaliero a lungo raggio.

Un esempio: diossine e furani

Per più di un decennio, le policlorodibenzodiossine ei furani sono stati riconosciuti come un gruppo di sostanze tossiche persistenti che destano preoccupazione per l'ambiente canadese e per i Grandi Laghi. La tabella 2 riassume le azioni federali e le riduzioni delle emissioni ottenute fino ad oggi, illustrando il mix di programmi e iniziative che ha portato a riduzioni significative di questi tossici. Nonostante questi risultati impressionanti, diossine e furani rimarranno priorità nell'ambito della politica di gestione delle sostanze tossiche, del piano d'azione per il cloro, dell'accordo canadese dell'Ontario e della strategia binazionale delineata sopra, poiché l'eliminazione virtuale richiede ulteriori riduzioni.

Tabella 2. Riepilogo delle riduzioni delle emissioni di diossina e furano in Canada

Fonti di emissioni

riduzioni

Periodo di rendicontazione

Iniziative del governo canadese

Scarichi di cartiere kraft sbiancati

82%

1989-94

Antischiuma CEPA, trucioli di legno e
regolamenti diossina/furano

2,4,5-T: pesticida

100%

1985

Vietato dall'uso sotto PCPA

2,4-D: pesticida

100%

1987-90

Contenuto di diossina e uso pesante
limitato sotto PCPA

pentaclorofenolo
— conservazione del legno

— protettore del legno


6.7%

100%


1987-90

1987-90


Regolamenti sotto PCPA

Vietato dall'uso sotto PCPA

PCB

23%

1984-93

Piano d'azione PCB CCME

Incenerimento
- rifiuti solidi urbani
— pericoloso +
rifiuti biomedici


80%

80%


1989-93

1990-95


CCME operativo/
linee guida sulle emissioni
CCME operativo/
linee guida sulle emissioni

CCME: Consiglio canadese dei ministri dell'Ambiente; CEPA: legge canadese sulla protezione dell'ambiente; PCPA: legge sui prodotti per il controllo dei parassiti.

In breve

C'è stato un significativo miglioramento della qualità dell'acqua dei Grandi Laghi a seguito delle azioni di controllo dell'inquinamento intraprese dai governi e dalle parti interessate in Canada e negli Stati Uniti dall'inizio degli anni '1970. Questo rapporto di studio di caso fornisce una sintesi degli sforzi e dei successi canadesi nell'affrontare l'inquinamento grave e gli inquinanti convenzionali. Delinea inoltre l'evoluzione di un nuovo approccio (la politica di gestione delle sostanze tossiche, il piano d'azione per il cloro, la prevenzione dell'inquinamento, l'azione volontaria, le consultazioni delle parti interessate e così via) per affrontare i problemi molto più difficili con le sostanze tossiche persistenti nei Grandi Laghi. Vengono brevemente descritti i programmi completi (COA, NPRI, SOP, PSL e così via) che vengono messi in atto con l'obiettivo di raggiungere l'obiettivo di eliminazione virtuale. I dettagli dell'approccio canadese sono contenuti nei riferimenti elencati.

 

Di ritorno

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Contenuti

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