Cos’è un sistema di abbattimento? Cosa sono gli impianti di trattamento emissioni?

Un viaggio all’interno dei principi di funzionamento che si nascondono dietro i più usati impianti di trattamento e di abbattimento.

Ti sei mai chiesto cosa sono quelle scatole, a volte di forma cilindrica, che tipicamente sono prima del camino di emissione?

Ecco, quelle scatole che tutti considerano delle black box, sono delle macchine che servono per abbattere gli inquinanti che il tuo sistema di captazione e aspirazione ha portato fino a loro.

Quindi il loro obiettivo è quello di “abbattere” gli inquinanti presenti nell’emissione in modo da ripulirla il più possibile.

Perché “black box” della depurazione?

Proprio per indicare che molte volte quelle macchine sono considerate delle scatole con dentro qualcosa che permette di pulire quasi magicamente l’effluente dagli inquinanti dispersi. 

Molte volte anche chi deve prendersene cura non ne conosce il principio di funzionamento, o peggio, cosa ci sia dentro.

Come avviene la “pulizia” o “depurazione” dell’inquinante?

La risposta sembra semplice….

Possiamo dire che  dipende tutto dagli inquinanti presenti. 

Forse proprio partendo dalla macro tipologia di inquinanti è possibile suddividere i sistemi di abbattimento nei seguenti macro gruppi:

Tipo di inquinante	Principio di funzionamento	Classe di impianto
Polveri	Depolverazione	Depolveratori
Composti Organici ed Inorganici Volatili (COV e CIV)	Adsorbimento  Ossidazione Assorbimento Condensazione	Adsorbitori Ossidatori Assorbitori Condensatori
Nebbie oleose	Coalescenza	Filtri a coalescenza

Quindi ora non rimane che spiegare i principi di funzionamento che vengono sfruttati dagli impianti per fare il loro lavoro. Non entrerò volutamente nel dettaglio delle macchine perché voglio darti un panorama generale mentre le diverse particolarità te le racconterò in specifici articoli.

Partiamo dal primo, cos’è la depolverazione?

La depolverazione riguarda un insieme di principi fisici che vengono utilizzati, in particolari macchine di abbattimento, chiamati depolveratori, al fine di ridurre drasticamente il contenuto di polveri all’interno dell’effluente.

Perché depolveratore e non filtro? Semplicemente perché i filtri sono un gruppo specifico di depolveratori.

Quindi i depolveratori più comuni possono essere definibili, in base al principio di funzionamento, come nella seguente tabella:

Principio di funzionamento	Impianto
Depolverazione per effetto gravitazionale	Camere di calma
Depolverazione per effetto tangenziale	Cicloni e multicicloni in genere
Depolverazione a setto filtrante	Filtri statici Filtri rotativi di vario genere Filtri a maniche Filtri a cartucce
Depolverazione ad umido	Abbattitore o scrubber venturi

Cos’è l’adsorbimento?

Questa parola “impronunciabile” sta a indicare un fenomeno sia chimico che fisico  che consiste nella capacità di un materiale solido ad accumulare gas o liquidi. Neanche a dirlo, nel nostro caso prenderemo in considerazione gli inquinanti gassosi.

(Su Wikipedia puoi trovare un’ottima spiegazione di cosa sia l’adsorbimento, per cui non mi dilungo oltre.)

Per il nostro fine ci interessa sapere che l‘adsorbimento fisico in pratica avviene perché si instaurano forze deboli (Wan der Waals) tra l’inquinante ed il solido. 

Nell’adsorbimento chimico invece si instaurano dei veri e propri legami (ionici o covalenti) tra l’inquinante ed il solido. 

Ovviamente tutto questo è avvantaggiato dalla struttura del solido, tipicamente composta da migliaia di fori e cunicoli chiamati pori, che hanno dimensioni nanometriche che permettono quindi di “intrappolare” l’inquinante. Non è un caso infatti che i solidi utilizzati abbiano tutti una elevata superficie specifica (anche di 1000 m²/m³) .L’adsorbimento quindi è il principio di funzionamento su cui si basano per esempio gli adsorbitori a carbone attivo oppure ancora le zeoliti di un rotoconcentratore o anche i setacci molecolari.

Il processo di adsorbimento il più delle volte è reversibile, cioè  in condizioni particolari il solido, una volta che ha “intrappolato” l’inquinante, lo può rilasciare. Questo processo viene chiamato desorbimento e viene sfruttato in impianti di abbattimento particolari, come i recuperi solvente o i rotoconcentratori. 

Le condizioni particolari di cui ho menzionato prima, riguardano principalmente una temperatura elevata (140-200°C) unitamente ad un flusso tendenzialmente inerte. Questa situazione fa “rilassare” il substrato solido e le forze fisiche instaurate con l’inquinante, che viene quindi “rilasciato”. 

L’adsorbimento risulta quindi fortemente condizionato dalla temperatura. Questo è il motivo per cui i sistemi che utilizzano questo principio di funzionamento non vengono adoperati con effluenti a temperatura superiore ai 45-60°C, a meno di uno scambio termico preventivo.

Cosa si intende per ossidazione ?

L’ossidazione coinvolge una reazione chimica in cui l’inquinante cambia la sua formula chimica a causa di particolari condizioni fisiche (alta temperatura), presenza di catalizzatori, reagenti chimici o attivanti biologici.

Quindi, in pratica, possiamo parlare di diversi tipi di ossidazione. Vediamone alcuni in dettaglio insieme:

Ossidazione termica 

Parliamo di Ossidazione termica, quando l’effluente con gli inquinanti vengono portati a temperature molto elevate, in condizioni di sicurezza, all’interno di apposite camere di combustione.

La reazione chimica che avviene in queste condizioni è la seguente:

Più precisamente la sopra descritta reazione, riguarda un’ossidazione generalizzata di Composti Organici Volatili (COV), che in caso contengano anche alogeni, zolfo o azoto, oltre a carbonio e idrogeno , reagiscono formando:

Ossidazione catalitica

L’ Ossidazione catalitica, si ha quando gli inquinanti vengono fatti reagire tramite l’utilizzo di un catalizzatore che abbassa l’energia di attivazione in modo da renderla più agevole a condizioni più favorevoli. Un esempio tipico riguarda l’ossidazione di COV con catalizzatori a metalli semplici o preziosi che permettono di lavorare a temperatura di 300-500°C anzichè i 750-950°C. La reazione chimica che avviene è del tutto identica a quella che è stata descritta nell’ossidazione termica.

Ossidazione chimica

Si discute di Ossidazione chimica, quando l’effluente viene fatto reagire con una soluzione acquosa in cui sono disciolti dei reagenti chimici che reagiscono con l’inquinante, formando un prodotto di reazione completamente differente rispetto ai reagenti.

Non è semplice identificare una singola reazione in quanto ne esistono almeno tre tipologie:

• Abbattimento di Composto Inorganico Volatile (CIV) acido:

• Abbattimento di CIV basico:

In questo caso è possibile utilizzare un reagente acido diverso come l’acido solforico.

La scelta tra i due acidi riguarda principalmente il coefficiente di solubilità del sale prodotto, che bisogna massimizzare al fine di ridurre gli scarichi e quindi gli smaltimenti.

• Ossidoriduzione:

In questo caso come in tutte le reazione di ossidoriduzioni, un reagente cede elettroni ad un altro, in modo che uno si ossidi e l’altro si riduca.

Ossidazione biologica

Ossidazione biologica, quando l’effluente viene fatto reagire con una soluzione acquosa di microrganismi che, in condizioni favorevoli, metabolizzano l’inquinante “mangiandolo” letteralmente.

La reazione che ne scaturisce comporta la produzione di energia valida per la crescita e lo sviluppo del microrganismo. I microrganismi metabolizzano sia Composti Organici che Inorganici Volatili (COV e CIV) secondo le formule generiche:

Riassumendo: l’ossidazione coinvolge reazioni chimiche che cambiano e trasformano drasticamente gli inquinanti in prodotti praticamente innocui alla salute umana. 

Bene, spero di averti chiarito i diversi tipi di reazione di ossidazione che possono avvenire per l’abbattimento dei COV.

Cosa si intende per condensazione?

La condensazione permette di abbattere gli inquinanti tramite un cambiamento di stato.

Gli inquinanti  vengono liquefatti per mezzo di un abbassamento di temperatura. Con questa tecnica è necessario raggiungere temperature di diverse decine di gradi sotto zero per far avvenire la condensazione, il tutto in funzione dei limiti emissivi  da raggiungere e dal tipo di inquinante che si vuole abbattere. 

Prendiamo come esempio una bottiglia di una bibita fresca durante il periodo estivo ,possiamo notare la condensa che è dovuta allo scambio termico tra la bottiglia ghiacciata e l’ambiente esterno caldo e umido,che porta a condensazione l’umidità dell’aria nell’intorno della bottiglia.

Lo stesso avviene negli impianti di condensazione, dove un fluido molto freddo, per esempio azoto liquido, assorbe calore dall’effluente , abbassandone la temperatura, facendo quindi condensare l’inquinante specifico che viene poi separato dall’aria.

Cos’è la coalescenza?

La coalescenza è un fenomeno fisico che permette l’aggregazione di goccioline più piccole in gocce sempre più grandi. 

L’esempio tipico può essere considerato l’olio miscelato in acqua, che a seguito di una agitazione disperde l’olio in goccioline che poi si riaggregano a seguito in un certo periodo di calma.

Questo principio di funzionamento è alla base dell’abbattimento di nebbie oleose o comunque di liquidi aerodispersi.

Tipiche applicazioni si ritrovano negli impianti con candele a coalescenza o anche più semplicemente nei separatori di gocce a valle di uno scrubber.

Ora siamo arrivati davvero alla fine,spero sia stato interessante e di semplice comprensione . Se avrai bisogno di maggiori informazioni,contattami!