Emissioni da serbatoi atmosferici. Metodi di calcolo.

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Capitolo 1 
 
Le Emissioni Diffuse 
da Serbatoi Atmosferici 
 
 
 
 
 
 
 
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1.1 Definizione di Emissione 
Il D.P.R. 203 del 1988 (attuazione delle direttive CEE nn. 80/779, 
82/884, 84/360, e 85/203 concernenti norme in materia di qualità 
dell’aria, relativamente a specifici agenti inquinanti, e di inquinamento 
prodotto dagli impianti industriali, ai sensi dell’art. 15 della legge 16 
aprile 1987, n. 183) dà la seguente definizione di emissione (art.2, punto 
4): 
“...qualsiasi sostanza solida, liquida o gassosa introdotta nell'atmosfera, 
proveniente da un impianto, che possa produrre inquinamento 
atmosferico.” 
Le emissioni, quindi, producono inquinamento atmosferico, definito 
dallo stesso D.P.R. come (art.2, punto 1): 
“...ogni modificazione della normale composizione o stato fisico dell'aria 
atmosferica, dovuta alla presenza nella stessa di uno o più sostanze in 
quantità e con caratteristiche tali da alterare le normali condizioni 
ambientali e di salubrità dell'aria; da costituire pericolo ovvero 
pregiudizio diretto o indiretto per la salute dell'uomo; da compromettere 
le attività ricreative e gli altri usi legittimi dell'ambiente; alterare le 
risorse biologiche e gli ecosistemi ed i beni materiali pubblici e privati.” 
Quindi, al fine di proteggere la salute e l’ambiente, questo decreto detta 
le norme per la tutela della qualità dell’aria disciplinando: 
• tutti gli impianti che possono dar luogo ad emissioni 
nell’atmosfera (intendendo per impianto lo stabilimento o altro 
impianto fisso che serva per usi industriali o di pubblica utilità e 
possa provocare inquinamento, ad esclusione di quelli destinati 
alla difesa); 
• le caratteristiche merceologiche dei combustibili ed il loro 
impiego; 
• i valori limite ed i valori guida per gli inquinanti dell’aria 
nell’ambiente esterno ed i relativi metodi di campionamento, 
analisi e valutazione; 
• i limiti delle emissioni inquinanti ed i relativi metodi di 
campionamento, analisi e valutazione. 
 
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Il Decreto Ministeriale del 12 luglio 1990 delinea, invece, i tempi e le 
modalità di adeguamento degli impianti esistenti. Esso stabilisce le linee 
guida per il contenimento delle emissioni degli impianti esistenti, la 
suddivisione delle sostanze contenute in classi tossicologiche, i valori 
minimi di emissione e in alcuni casi anche i valori massimi. Si analizza 
in questo caso il problema dal punto di vista delle emissioni in atmosfera, 
facendo distinzione tra emissioni diffuse e emissioni concentrate. 
 
 
1.2 Tipologie di Emissioni Diffuse 
Le emissioni aeriformi da impianti industriali possono essere considerate, 
in funzione della loro provenienza, di due tipologie: emissioni puntuali e 
emissioni diffuse. Le puntuali sono emissioni immesse in atmosfera da 
un camino; le diffuse sono fuoriuscite di sostanze gassose in atmosfera, 
prodotte da perdite di alcuni componenti degli impianti di lavorazione 
(valvole, tenute, ecc.), dei serbatoi di stoccaggio e degli impianti di 
movimentazione dei prodotti.  
Ce ne possono, quindi, essere di differenti tipologie, a seconda delle 
cause che le hanno prodotte: 
• Emissioni dei serbatoi di stoccaggio. Queste (come vedremo anche 
in seguito) si distinguono in:  
- perdite di esercizio, cioè quelle emissioni che sono prodotte 
quando i serbatoi vengono movimentati, ad esempio durante 
il carico del serbatoio si generano delle emissioni di vapori. 
- perdite per respirazione, quando il serbatoio, specialmente 
quello fuori terra, per effetto radiante (irraggiamento solare) 
subendo un aumento della temperatura, della pressione 
interna, quindi della sovrapressione, scarica direttamente in 
atmosfera, mediante i sistemi di cui è dotato, come gli sfiati.  
• Emissioni nella manipolazione, tutte quelle emissioni rilasciate 
dalla manipolazione di fusti, autocarri, contenitori o durante le 
operazioni di riempimento, presupponendo, che tutte queste 
operazioni vengano effettuare correttamente. 
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• Emissioni per perdite da apparecchiature di processo. Tutto ciò 
che deriva dall’utilizzo di compressori, flange o connettori o altri 
elementi della rete di tubazione. Naturalmente in fase progettuale, 
è utile cercare di ridurre, dove possibile, il numero di flange, 
valvole ecc., specialmente se si lavora con solventi o sostanze che 
hanno una temperatura di infiammabilità molto bassa o tensioni di 
vapore molto elevate. 
• Emissioni accidentali, che derivano da incidenti o fuoriuscite di 
prodotti volatili in modo accidentale. 
Tra queste prendiamo in considerazione le emissioni dei serbatoi di 
stoccaggio, in particolare da serbatoi atmosferici di stoccaggio.  
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1.3 Serbatoi Atmosferici 
Per serbatoio atmosferico si intende ogni serbatoio che è stato progettato 
per lavorare ad una pressione prossima a quella atmosferica, poche 
centinaia di pascals in più o poche centinaia di pascals in meno. 
Potrebbe essere sia aperto all’atmosfera, sia chiuso. Generalmente si 
ottengono costi ridotti utilizzando un serbatoio cilindrico verticale con 
un fondo relativamente piatto al livello del terreno. Di serbatoi 
atmosferici ce ne sono differenti tipologie (come vedremo nelle sezioni 
successive): a tetto fisso, a tetto galleggiante esterno e interno o serbatoi 
orizzontali. L’API (American Petroleum Institute) ha sviluppato una 
serie di serbatoi standard con relative specifiche. Stessa cosa ha fatto 
l’AWWA (American Water Works Association) e, anche se i suoi 
serbatoi nascono per contenere l’acqua, possono essere utilizzati anche 
per i liquidi organici. Difatti i serbatoi atmosferici vengono utilizzati 
essenzialmente per lo stoccaggio o di liquidi organici o di acqua.  
Quelli utilizzati per lo stoccaggio di acqua possono costituire riserve in 
funzione della sicurezza, fungere da elemento compensatore fra 
un’alimentazione costante della sorgente e richiesta variabile o viceversa, 
oppure stabilizzare la pressione in rete al valore fissato.  
Di serbatoi atmosferici contenenti liquidi organici se ne possono trovare 
in molte industrie, come: raffinerie, industrie chimiche e petrolchimiche, 
impianti di stoccaggio e altre industrie che consumano o producono 
liquidi organici. I liquidi organici nell’industria del petrolio, di solito 
chiamati liquidi del petrolio, generalmente sono miscele di idrocarburi 
aventi differenti tensioni di vapore (per esempio benzina e greggio). I 
liquidi organici nell’industria chimica, invece, di solito chiamati liquidi 
organici volatili, sono composti da prodotti chimici puri o da miscele di 
prodotti chimici con tensioni di vapore simili (per esempio benzene o 
una miscela di isopropil- e butil-alcoli). 
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1.4 Meccanismi di Emissione  
Le emissioni provenienti da liquidi organici stoccati in serbatoio 
(generalmente COV, composti organici volatili, di cui parleremo in 
seguito) avvengono a causa dell’evaporazione di questi durante la loro 
conservazione in serbatoio. Le sorgenti di emissione cambiano a seconda 
del tipo di serbatoio. Le emissioni da serbatoi a tetto fisso consistono 
essenzialmente in perdite per respirazione (già viste precedentemente) e 
in perdite di servizio. Anche i serbatoi a tetto galleggiante hanno perdite 
per respirazione o dovute a movimentazioni del liquido. Le perdite per 
respirazione sono il risultato dell’evaporazione di liquido attraverso i 
sistemi di tenuta, le flange del tetto e/o le giunzioni del tetto.  
I meccanismi di perdita per serbatoi a tetto fisso e a tetto galleggiante 
interno ed esterno verranno descritti dettagliatamente in questa sezione.  
1.4.1 Serbatoi a tetto fisso 
Le perdite per respirazione, tra i due tipi di perdite più significativi, 
sono quelle che non portano ad una variazione del livello di liquido. 
Quelle di servizio sono perdite che avvengono durante le operazioni di 
riempimento e svuotamento del serbatoio. Durante il riempimento il 
livello del liquido aumenta e la pressione all’interno tende ad aumentare 
anch’essa, fino a raggiungere il valore per cui entrano in funzioni gli 
sfiati, i quali rilasciano, così, vapori all’esterno del serbatoio. Durante 
lo svuotamento l’operazione è inversa e viene aspirata dell’aria 
dall’esterno. Tuttavia quest’aria si satura di vapori organici e si espande, 
superando la capacità del serbatoio e sfiatando all’esterno. 
 
Queste emissioni sono una funzione della capacità del serbatoio, della 
tensione di vapore del liquido stoccato, del rapporto di utilizzazione del 
serbatoio e delle condizioni atmosferiche presenti nel sito. 
1.4.2 Serbatoi a tetto galleggiante 
Le emissioni totali da serbatoi a tetto galleggiante sono la somma di 
perdite dovute al prelievo e alla respirazione.  
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Le perdite dovute al prelievo avvengono quando il livello del liquido si 
sta abbassando. Abbassandosi il livello si abbassa anche il tetto, 
lasciando esposta la parete interna, che si trova completamente ricoperta 
da un film del liquido che se n’è appena andato. Nel caso di un serbatoio 
con tetto galleggiante interno, invece, dotato di una barra di supporto al 
tetto fisso, rimane del liquido, oltre che sulla parete interna, anche sulla 
barra. Questo film di liquido rimasto tenderà, così, ad evaporare finché il 
serbatoio non viene di nuovo riempito e queste superfici esposte non 
vengono di nuovo sommerse.  
Le perdite per respirazione includono le perdite dal sistema di tenuta, 
quelle dalle flange del tetto e, per serbatoi a tetto galleggiante interno 
senza saldature, anche le perdite dovute a giunzioni. Altri meccanismi 
potenziali di perdita per respirazione sono quelli legati ai cambiamenti 
di temperatura e pressione. 
 
Le perdite dai sistemi di tenuta possono avvenire attraverso molti e 
complessi meccanismi, ma per i serbatoi a tetto galleggiante esterno la 
maggioranza di questo tipo di perdite sono prodotte dal vento (cosa che 
non succede per tetti galleggianti interni o esterni ma coperti da duomo). 
Le perdite possono anche esser dovute alla permeazione dei vapori nel 
materiale della tenuta o attraverso una penetrazione dello stesso liquido 
(wicking effect), ma la penetrazione generalmente non accade se la 
guarnizione viene utilizzata correttamente. Test hanno comunque rilevato 
che i meccanismi legati alla permeazione e alla penetrazione del liquido 
sono trascurabili rispetto alle perdite indotte dal vento.  
 
Le perdite dalle flange del tetto galleggiante possono essere descritte 
con gli stessi meccanismi delle perdite dai sistemi di tenuta. Tuttavia, in 
questo caso, il contributo di ogni meccanismo non è conosciuto e le 
perdite possono essere il risultato dell’effetto combinato di tutti i 
meccanismi. 
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1.5 Valori Limite e di Riferimento per Emissioni Diffuse 
Il Decreto Ministeriale del 12 luglio 1990 dà linee guida per il 
contenimento delle emissioni secondo i seguenti criteri di valutazione 
(Art. 3, comma 1 e 2). 
“Le emissioni possono essere caratterizzate come segue:  
• per concentrazione, rapporto tra massa di sostanza inquinante 
emessa e volume dell'effluente gassoso (es. mg/mc);  
• per flusso di massa, massa di sostanza inquinante emessa per unità 
di tempo (es. g/h); 
• per fattore di emissione: rapporto tra massa di sostanza inquinante 
emessa e unità di misura specifica di prodotto elaborato o 
fabbricato (es. kg/t; g/m);  
• per altre grandezze indicate nell'allegato 2. 
I valori limite di emissione espressi in concentrazione e il tenore 
volumetrico di ossigeno di riferimento si riferiscono al volume di 
effluente gassoso rapportato alle condizioni fisiche normali (O°C, 
O,1013 MPa) previa detrazione, ove non indicato espressamente negli 
allegati, del tenore di vapore acqueo. Ove non indicato diversamente il 
tenore di ossigeno dell'effluente gassoso è quello derivante dal 
processo.” Per quanto riguarda le emissioni diffuse (art.3, comma 5), 
poiché “…il tenore volumetrico di ossigeno è diverso da quello indicato 
come grandezza di riferimento, le concentrazioni delle emissioni devono 
essere calcolate mediante la seguente formula: 
 
M
M
E
O
O
E
−
−
=
21
21
 
dove: 
E
M
  = concentrazione misurata 
E  = concentrazione 
O
M
  = tenore di ossigeno misurato 
O  = tenore di ossigeno di riferimento” 
 
 12
Una volta calcolate vanno poi a sommarsi alle emissioni concentrate per 
poter ricavare il valore di emissione totale, soggetto ai limiti stabiliti dal 
suddetto decreto.  
Non si hanno, quindi, specifici limiti di emissioni diffuse ma si possono 
trovare dei valori di riferimento. Il Decreto n.107 del 21 gennaio 2000, 
relativo alle norme tecniche per l'adeguamento degli impianti di deposito 
di benzina, dà il seguente valore di riferimento per quanto riguarda le 
emissioni di vapori dai serbatoi utilizzati in questo settore: 
“...0,01 m/m % (massa/massa) della quantità movimentata, per la perdita 
totale annua di benzina risultante dal caricamento e dal deposito in ogni 
impianto adibito a tale scopo nei terminali e negli impianti di 
distribuzione dei carburanti.” 
Dove l’espressione “valore di riferimento” è definita dallo steso decreto 
come:  
“...il valore orientativo fornito per la valutazione generale della 
congruità delle misure tecniche che figurano negli allegati (vedi sezione 
3.6); non e' un valore limite rispetto al quale misurare le prestazioni dei 
singoli impianti, terminali e impianti di distribuzione dei carburanti.” 
E per benzina si intende:  
“...ogni derivato del petrolio, con o senza additivi, [...] con una tensione 
di vapore Reid pari o superiore a 27,6 kilopascal, pronto all'impiego 
quale carburante per veicoli a motore, ad eccezione del gas di petrolio 
liquefatto (GPL).” 
 
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Capitolo 2 
 
I Composti Organici Volatili 
e i Loro Effetti 
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I composti organici volatili, generalmente definiti come C.O.V., (o come 
S.O.V., sostanze organiche volatili) costituiscono una classe molto 
ampia di composti caratterizzati da un’alta tensione di vapore. Viene 
definito come C.O.V. qualsiasi composto organico che abbia a 293,15 K 
una tensione di vapore di 0,01 kPa o superiore, oppure che abbia una 
volatilità corrispondente in condizioni particolari d’uso.  
I C.O.V. sono diffusamente impiegati nelle attività industriali, e 
possiedono caratteristiche chimico-fisiche tali da poter essere utilizzati 
come: 
• solventi di materie prime e materiali in genere; 
• mezzi di dispersione; 
• correttori di viscosità o di tensione superficiale; 
• plastificanti; 
• conservanti; 
• agenti di pulizia. 
Tuttavia, proprio in relazione a quelle peculiarità che li rendono 
particolarmente utili per vari impieghi industriali, sono da ritenersi come 
una possibile fonte di vincolo per la salute dell’uomo. In considerazione 
di questo aspetto, nella pratica dell’igiene industriale, i C.O.V. sono 
soggetti a condizioni di confinamento ed in seguito al loro impiego si 
cerca di non disperderli completamente nell’ambiente bensì di 
raccoglierli ed evacuarli in modo controllato mediante un camino o un 
dispositivo di abbattimento o, quando risulta possibile, recuperarli per il 
riutilizzo. 
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2.1 Fonti di Emissione dei COV 
Le emissioni di COV sono in parte relative ai processi di produzione, 
estrazione e distribuzione dei combustibili, uso di solventi, e in parte 
relative al trasporto su strada; i valori in gioco sono molto significativi. 
La stima della produzione di COV annua nella Comunità Europea, in 
riferimento alle diverse attività prevede un 29-30% ad uso di solventi ed 
un 41-42% a fonti di emissione relative al trasporto su strada, quindi 
motori a combustione interna e il restante 30% circa relativo ad altre 
sorgenti di emissioni, quali possono essere i serbatoi di stoccaggio per 
liquidi organici.