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Non esiste un metodo universale “migliore” per il trattamento dei COV industriali. Il sistema giusto dipende dall’effettivo flusso di scarico: flusso d’aria, concentrazione di COV e carico di massa, composizione chimica, temperatura, umidità, contenuto di particolato o nebbia acida, programma operativo, vincoli di sicurezza e limite di emissione nel permesso dell’impianto. Gli ossidanti termici e catalitici distruggono i COV; i sistemi a carbone attivo e zeolite li catturano; i condensatori recuperano composti idonei; gli scrubber a umido assorbono i gas solubili; e i sistemi al plasma o biologici possono adattarsi ad applicazioni selezionate a bassa concentrazione o basate sugli odori. Gli scarichi complessi normalmente necessitano di un treno di trattamento anziché di un dispositivo.
Cosa sono i COV industriali?
“COV” è una categoria normativa e ingegneristica, non il nome di una sostanza chimica. Secondo la definizione del Clean Air Act degli Stati Uniti, i composti organici volatili sono composti di carbonio che partecipano alle reazioni fotochimiche atmosferiche, soggetti alle esclusioni elencate per i composti con reattività trascurabile. Giurisdizioni diverse possono definire e misurare i COV in modo diverso, quindi un progetto dovrebbe utilizzare la definizione scritta nella norma applicabile o nel permesso operativo. Vedi ilDefinizione di COV da parte dell'EPA statunitense.
Le emissioni di COV industriali possono provenire da solventi, rivestimenti, inchiostri, adesivi, resine, detergenti, manipolazione di carburante, reazioni chimiche e riscaldamento di plastica, oli o altri materiali organici. Nell’atmosfera, i COV possono reagire con gli ossidi di azoto esposti alla luce solare per formare ozono a livello del suolo. ILPanoramica sull’ozono a livello del suolo dell’EPAindividua tra i contributori impianti industriali, impianti chimici, raffinerie e fonti di combustione.
La decisione sul trattamento deve essere basata sui singoli composti e sulla concentrazione totale di COV. Un flusso dominato da vapori di solventi recuperabili si comporta diversamente da uno contenente alogeni, composti di zolfo, silicone, aerosol appiccicosi o miscele fluttuanti. Tali differenze influiscono sui materiali di costruzione, sul pretrattamento, sulla protezione antincendio, sull'idoneità del catalizzatore, sulla durata dell'adsorbente e sulla scelta del metodo di monitoraggio.
Inizia con il flusso di scarico, non con il catalogo dell'attrezzatura
Una proposta utile inizia con i dati di processo misurati. Il solo flusso d'aria non è sufficiente e una singola lettura della concentrazione effettuata durante un periodo di produzione tranquilla può portare a un sistema sottodimensionato. Stati operativi rappresentativi del campione: avvio, produzione normale, cambio di prodotto, pulizia, picco di utilizzo di solventi e arresto, ove pertinente.
| Ingresso | Perché è importante | Modulo utile |
|---|---|---|
| Flusso d'aria | Imposta le dimensioni di condotti, ventole e apparecchiature e influisce fortemente sul consumo di energia. | Normale, minima e massima m³/h o scfm |
| Concentrazione di COV | Aiuta a determinare le operazioni di carico, distruzione o recupero di massa e la domanda di carburante. | Profilo di ingresso in mg/m³, ppmv o g/Nm³ |
| Composizione chimica | Determina l'adsorbibilità, la condensabilità, la compatibilità del catalizzatore, la corrosione e i sottoprodotti. | Elenco dei composti, dati SDS e analisi di laboratorio |
| Temperatura e umidità | Influisce sull'adsorbimento, sulla condensa, sulla corrosione, sulla stabilità del plasma e sul pretrattamento. | Intervallo normale e condizioni di picco |
| Co-inquinanti | Polvere, nebbia d'olio, nebbia acida, alcali, umidità e aerosol possono danneggiare lo stadio principale dei COV. | Concentrazione, dimensione delle particelle e caratteristiche delle gocce |
| Programma operativo | Le fonti continue e intermittenti hanno esigenze diverse di calore, rigenerazione e standby. | Ore/giorno, giorni/anno e ciclo batch |
| Presa richiesta | Definisce l'effettivo impegno di rimozione e il piano di monitoraggio. | Limite di autorizzazione, metodo di prova e periodo di media |
| Vincoli del sito | Lo spazio, i servizi, il clima, il rumore e l’accesso possono eliminare opzioni altrimenti idonee. | Disposizione, capacità dei servizi e spazio per la manutenzione |
Un sistema VOC affidabile è solitamente un treno di trattamento
Gli scarichi industriali raramente arrivano come una miscela pulita di aria e un solvente. Il gas può trasportare spruzzi eccessivi, goccioline d'olio, catrame condensabile, polvere, nebbia acida o vapore acqueo. L'invio di tale miscela direttamente al dispositivo VOC principale può intasare uno scambiatore di calore, avvelenare un catalizzatore, saturare il carbonio, corrodere gli elettrodi o creare depositi non sicuri.
- Ridurre e contenere le emissioni alla fonte.Esaminare le materie prime, i coperchi, le guarnizioni, le pratiche di pulizia e l'involucro prima di aumentare le dimensioni del sistema a valle.
- Cattura lo scarico.Utilizzare un involucro o una cappa che contenga il pennacchio senza aspirare aria ambiente non necessaria nel condotto.
- Condizionare il gas.Rimuovere polvere, nebbia d'olio, goccioline o aerosol acidi e regolare la temperatura o l'umidità quando il dispositivo principale lo richiede.
- Recuperare o distruggere i COV.Applicare il metodo selezionato dai dati del flusso misurati.
- Polacco quando necessario.Uno stadio secondario può gestire odori residui, nebbie fini o brevi picchi di concentrazione.
- Monitorare il processo.Tieni traccia dei parametri che mostrano se la raccolta e il trattamento funzionano tra i test dello stack formali.
Metodi di trattamento dei COV industriali
1. Ossidazione termica rigenerativa (RTO)
Un ossidatore termico aumenta lo scarico a una temperatura alla quale i composti organici si ossidano in anidride carbonica e acqua. La temperatura, il tempo di permanenza e la miscelazione sono i fattori fondamentali di progettazione. Un RTO alterna gas caldo e freddo attraverso mezzi ceramici per recuperare calore, riducendo il combustibile ausiliario richiesto rispetto a un ossidatore termico non rigenerativo. ILGuida all'ossidante termico EPAdescrive il recupero di calore sia rigenerativo che recuperativo.
L'RTO è comunemente considerato per carichi di massa di COV continui, medio-alti e flussi organici misti in cui il recupero non è pratico. Diventa meno attraente quando lo scarico è estremamente diluito, altamente intermittente o contaminato da composti che possono creare prodotti o depositi di combustione corrosivi. Il pretrattamento, la selezione dei materiali e una revisione della sicurezza del processo sono essenziali.
Vedi DeFaapparecchiature di ossidazione termica rigenerativaper una panoramica a livello di prodotto. Le prestazioni del progetto devono essere confermate rispetto all'analisi del gas effettiva e alle condizioni di progettazione scritte.
2. Ossidazione catalitica
Gli ossidatori catalitici utilizzano un catalizzatore per accelerare l'ossidazione, consentendo il funzionamento a una temperatura inferiore rispetto all'ossidazione termica convenzionale. Ciò può ridurre la richiesta di carburante quando lo scarico è compatibile con il catalizzatore. Il compromesso è la sensibilità: le prestazioni del catalizzatore dipendono dalle specie di COV, dalla temperatura operativa e dalla presenza di agenti mascheranti o avvelenanti. ILGuida all'ossidante catalitico EPAconsiglia di monitorare la concentrazione di COV in uscita, la temperatura di ingresso del letto catalitico e l'attività del catalizzatore.
L'ossidazione catalitica viene valutata al meglio quando la composizione del gas è prevedibile e il pretrattamento può tenere lontano dal letto polvere, olio, metalli pesanti, zolfo, alogeni o altro materiale che disattiva il catalizzatore. Una revisione della compatibilità del catalizzatore è più affidabile che selezionare il sistema da un intervallo di concentrazione di COV generico.
3. Adsorbimento di carbone attivo
L'adsorbimento trasferisce le molecole di COV dal gas a una superficie solida. Il carbone attivo è l'adsorbente più comune, sebbene possano essere utilizzati zeoliti e altri mezzi. I sistemi al carbonio sono spesso pratici per carichi di massa inferiori, processi intermittenti, lucidatura degli odori o applicazioni in cui l'attrezzatura termica è difficile da giustificare.
Ogni adsorbente ha capacità finita. Quando il letto si avvicina allo sfondamento, i media devono essere sostituiti o rigenerati. Elevata umidità, temperatura elevata, composti incompatibili, polvere e picchi di concentrazione possono ridurre l'intervallo di manutenzione. L'EPA identifica la concentrazione di COV in uscita, la temperatura del letto, il flusso di gas, la concentrazione in ingresso, l'umidità e il differenziale di pressione come indicatori rilevanti per unadsorbente a carbone attivo.
Di DeFaattrezzatura per scatole di carbone attivopuò essere considerato come un dispositivo autonomo a basso carico o come una fase di lucidatura in un sistema a più stadi. Per i composti target è necessario specificare il tipo di terreno, la profondità del letto, il tempo di permanenza e il piano di sostituzione.
4. Concentrazione di zeolite
Un rotore o concentratore di zeolite trasferisce i COV da un flusso di scarico ampio e diluito in un flusso di desorbimento più piccolo e più concentrato. Il flusso concentrato viene quindi inviato ad un ossidatore o ad un altro dispositivo di recupero. Questa disposizione può rendere più economico il trattamento degli scarichi ad alto flusso d'aria e a bassa concentrazione perché il dispositivo di distruzione finale gestisce un volume totale di gas inferiore.
La concentrazione di zeolite non è un front-end universale. Composti altobollenti, aerosol appiccicosi, polvere e sostanze chimiche incompatibili possono contaminare o danneggiare il rotore. La temperatura di desorbimento, il rapporto di concentrazione, il target di rimozione e l'ossidante a valle devono essere progettati come un unico sistema.
5. Condensazione e recupero solventi
La condensa raffredda o comprime un flusso di gas in modo che i vapori adatti diventino liquidi. È particolarmente interessante per flussi relativamente concentrati contenenti composti recuperabili con caratteristiche di condensazione favorevoli. Il recupero può ridurre la perdita di materia prima, ma il liquido recuperato necessita comunque di stoccaggio sicuro, valutazione della qualità e pianificazione del riutilizzo o dello smaltimento.
Un condensatore è spesso seguito da un processo di adsorbimento o ossidazione poiché potrebbe non raggiungere da solo una bassa concentrazione in uscita. Nella progettazione devono essere inclusi la composizione variabile, il vapore acqueo e i rischi di congelamento o incrostazione.
6. Lavaggio a umido e precipitazione elettrostatica a umido
Uno scrubber a umido porta lo scarico a contatto con un liquido. È particolarmente adatto per gas solubili, contaminanti acidi o alcalini e per alcune attività combinate di gas e particelle. Non è automaticamente un metodo di distruzione efficace per i composti organici scarsamente solubili. La chimica dei liquidi di lavaggio, il contatto gas-liquido, la caduta di pressione, il pH, lo spurgo e il trattamento delle acque reflue sono tutti fattori importanti. EPAguida dello scrubber a umidoidentifica il flusso del liquido, il differenziale di pressione e la condizione del liquido come indicatori operativi chiave.
La precipitazione elettrostatica umida può rimuovere goccioline fini, nebbia d'olio e aerosol acido che altrimenti contaminerebbero un adsorbitore, un catalizzatore o uno stadio termico. Per gli scarichi misti di acidi e COV, uno stadio di lavaggio e controllo della nebbia può costituire un pretrattamento anziché la soluzione finale di COV. Di DeFasistema di trattamento dei gas di scarico triacidiillustra questo tipo di approccio in più fasi.
7. Plasma a bassa temperatura
I sistemi al plasma utilizzano una scarica elettrica per generare elettroni energetici e specie reattive. Possono essere presi in considerazione per flussi selezionati a bassa concentrazione, guidati da odori o variabili dove è utile un dispositivo compatto e a risposta rapida. I risultati dipendono fortemente dalla chimica del gas, dall'umidità, dal tempo di residenza, dalla densità di energia, dalle condizioni degli elettrodi e dal controllo del sottoprodotto a valle.
È consigliabile effettuare test di trattabilità prima di utilizzare il plasma come metodo di controllo primario per una miscela complessa di COV. Il pretrattamento è particolarmente importante quando il flusso contiene nebbia d'olio, umidità o particolato che possono intasare la sezione di scarico. Vedi la DeFamodulo di deodorizzazione al plasmaper il concetto di attrezzatura disponibile.
8. Trattamento biologico
I biofiltri e i sistemi di biotrickling utilizzano microrganismi per degradare gli inquinanti biodegradabili. Possono fornire una bassa energia operativa per odori costanti e a bassa concentrazione o carichi organici, ma la biologia ha bisogno di un ambiente stabile. La temperatura, l'umidità, il pH, i nutrienti, il tempo di contatto a letto vuoto e i carichi shock tossici devono essere controllati.
Il trattamento biologico viene comunemente valutato per le acque reflue, la lavorazione degli alimenti, i rifiuti organici e altre fonti di odori. È meno adatto per carichi elevati improvvisi o composti scarsamente biodegradabili o tossici per la biomassa. DeFa fornisce aTorre di deodorizzazione biologica e condotto d'aria in PPper applicazioni di controllo degli odori resistenti alla corrosione.
Metodi di trattamento dei COV a confronto
| Metodo | Spesso considerato per | Vantaggio principale | Vincolo importante | Verifiche operative principali |
|---|---|---|---|---|
| RTO | Flussi continui di COV misti con carico di massa significativo | Distrugge un'ampia gamma di sostanze organiche compatibili e recupera il calore | Carburante, sicurezza, sottoprodotti corrosivi, depositi e flusso d'aria elevato | Temperatura della camera, COV in uscita, flusso, pressione del carburante, CO e O₂ |
| Ossidante catalitico | Flussi di COV prevedibili e puliti | Temperatura di ossidazione più bassa | Avvelenamento, mascheramento e sostituzione del catalizzatore | Temperatura di ingresso/uscita del letto, attività, caduta di pressione e COV in uscita |
| Carbone attivo | Carichi di massa inferiori, sorgenti intermittenti e lucidatura | Cattura semplice senza camera di combustione | Sfondamento, umidità, rischio di incendio e movimentazione di materiali esauriti | VOC in uscita, temperatura del letto, umidità e caduta di pressione |
| Concentratore di zeolite | Ampio flusso d'aria con COV compatibili diluiti | Riduce il volume di gas inviato al dispositivo finale | Incrostazione del rotore e compatibilità dei composti | Temperatura di adsorbimento/desorbimento, pressione e prestazioni di rimozione |
| Condensazione | Vapore di solvente concentrato e recuperabile | Potenziale recupero del prodotto | Potrebbe necessitare di una fase di lucidatura; acqua e solventi misti complicano il recupero | Temperatura di ingresso/uscita, pressione, tasso di condensa e COV in uscita |
| Scrubber ad umido | Gas solubili, componenti acidi/alcalini e pretrattamenti selezionati | Gestisce i contaminanti solubili corrosivi e può raffreddare il gas | Acque reflue, incrostazioni e debole cattura di COV scarsamente solubili | Flusso del liquido, caduta di pressione, pH, makeup e spurgo |
| Plasma | Flussi selezionati a bassa concentrazione o guidati dagli odori | Compatto e reattivo | Prestazioni specifiche della chimica e possibili sottoprodotti | Controlli su alimentazione, condizioni degli elettrodi, umidità, COV in uscita e sottoprodotti |
| Biologico | Odore biodegradabile costante e carichi di COV | Bassa energia quando la biologia è stabile | Impronta, clima, carichi d’urto e gestione della biomassa | Umidità, pH, temperatura, caduta di pressione e concentrazione in uscita |
Come stimare il carico di massa di COV e la rimozione necessaria
La concentrazione e il flusso d'aria devono essere valutati insieme. Un flusso diluito può comunque trasportare una grande massa di COV quando il flusso d'aria è elevato.
Carico di massa di COV (kg/h) = flusso d'aria (m³/h) × concentrazione (mg/m³) ÷ 1.000.000
Esempio: un flusso di scarico di 20.000 m³/h a 300 mg/m³ trasporta un carico di COV stimato di 6 kg/h. Se l'uscita consentita è 30 mg/m³ e le condizioni di ingresso e uscita utilizzano le stesse basi, la rimozione minima basata sulla concentrazione è del 90%. Questo semplice esempio non sostituisce un calcolo progettuale: la normalizzazione del gas, la correzione dell'ossigeno, l'efficienza di cattura, i picchi di concentrazione, l'incertezza di misura, la speciazione e la disponibilità delle apparecchiature possono modificare il servizio richiesto.
Rimozione basata sulla concentrazione (%) = (concentrazione in ingresso − concentrazione in uscita) ÷ concentrazione in ingresso × 100
Il dispositivo di controllo non può rimuovere le emissioni che non cattura mai. Un progetto necessita quindi sia di efficienza di acquisizione che di efficienza del dispositivo. È inoltre necessaria una revisione della sicurezza del processo che comprenda l'infiammabilità, le fonti di accensione, il controllo statico, gli interblocchi, la filosofia del bypass di emergenza e le condizioni di produzione anomale. Non applicare un ossidante generico o un progetto di adsorbimento a una miscela combustibile senza un'ingegneria di sicurezza qualificata.
Cosa determina il costo del trattamento dei COV industriali?
I dati pubblicati sul “prezzo per portata d’aria” sono generalmente fuorvianti perché due sistemi con lo stesso m³/h possono avere materiali, dispositivi di sicurezza, carico termico e carico di massa inquinante molto diversi. L'EPA statunitense mantiene unManuale sui costi di controllo dell'inquinamento atmosfericoche copre gli adsorbitori di carbonio, gli ossidatori, gli scrubber e le relative apparecchiature. Un preventivo del fornitore necessita ancora di dati specifici del progetto.
Fattori di costo del capitale
- Massimo flusso d'aria e intervallo di turndown
- Carico di massa di COV e concentrazione di uscita richiesta
- Numero di fasi di pretrattamento e lucidatura
- Acciaio inossidabile, PP, FRP o altra struttura resistente alla corrosione
- Recupero del calore, recupero dei solventi e requisiti di ridondanza
- Protezione contro le esplosioni, rilevamento incendi, isolamento e interblocchi di sicurezza
- Condutture, camino, fondazioni, lavori elettrici e accesso all'installazione
- Strumentazione, registrazione dati e monitoraggio delle emissioni
Determinanti dei costi operativi
- Gas naturale, elettricità, vapore, acqua di raffreddamento o aria compressa
- Carbone attivo, catalizzatore, prodotti chimici, filtri e mezzi biologici
- Gestione di acque reflue, adsorbenti esausti, condensa e rifiuti pericolosi
- Perdita di carico del ventilatore e ore di funzionamento annuali
- Pulizia, calibrazione, ispezioni e fermi macchina non pianificati
- Valore recuperato dal solvente o dal calore di scarto utilizzabile
Confronta le alternative in base al costo totale di proprietà, non solo al prezzo di acquisto. Un sistema a basso capitale di carbonio può diventare costoso quando il carico di massa causa frequenti sostituzioni. Un ossidante con un costo di capitale più elevato può anche essere antieconomico se un flusso diluito necessita di combustibile ausiliario continuo. L'opzione affidabile più economica è quella adatta al processo misurato e al programma di produzione.
Il monitoraggio e la conformità fanno parte della progettazione
Un limite alle emissioni è solo una parte della conformità. L'impianto potrebbe inoltre necessitare di metodi di prova, intervalli operativi, ispezioni, tenuta dei registri e reporting specifici. Negli Stati Uniti, i requisiti possono derivare da norme federali, statali o locali e dal permesso della struttura. L'EPA rileva che il monitoraggio della sorgente stazionaria viene utilizzato sia per dimostrare la conformità sia per identificare i problemi dei dispositivi di controllo in modo che gli operatori possano intraprendere azioni correttive. Vedi ilDomande frequenti sul monitoraggio delle emissioni EPA.
Non dare per scontato che la percentuale di rimozione nominale del produttore garantisca la conformità in ogni sito. Prima dell'acquisto concordare la base di ingresso, il limite di uscita, il metodo di prova, il periodo medio, il campo operativo, i composti esclusi, l'obiettivo di disponibilità e le conseguenze di condizioni anomale. Laddove siano richiesti test dello stack di terze parti, includere porte di campionamento, piattaforme di accesso e accesso sicuro per i test nella progettazione meccanica.
| Dispositivo | Indicatori comuni di prestazione |
|---|---|
| Ossidatore termico | Temperatura della camera di combustione, COV in uscita, flusso di gas, pressione del carburante ausiliario, CO e O₂ |
| Ossidante catalitico | Temperatura di ingresso/uscita del catalizzatore, attività, differenziale di pressione e VOC in uscita |
| Assorbitore di carbonio | VOC in uscita, temperatura del letto, umidità in ingresso, flusso di gas, differenziale di pressione e stato di rigenerazione/sostituzione |
| Scrubber ad umido | Flusso del liquido, differenziale di pressione, pH o concentrazione del liquido, makeup e spurgo |
Tipici treni di trattamento dei COV per settore
Gli esempi seguenti sono punti di partenza. Il treno finale dovrebbe essere confermato da un campione rappresentativo e dal permesso del sito.
Rivestimento, verniciatura e stampa
L'overspray o l'aerosol di inchiostro devono essere rimossi prima di un letto di carbone, di un rotore di zeolite o di un ossidante. Flussi diluiti ad alto flusso d'aria possono giustificare la concentrazione prima dell'ossidazione, mentre fonti intermittenti più piccole possono essere adatte all'adsorbimento. Le modifiche ai solventi e i cicli di pulizia dovrebbero essere inclusi nel profilo di carico di punta.
Produzione fotovoltaica
I processi di riscaldamento e laminazione possono produrre vapori organici misti con carichi variabili. A seconda della composizione e del flusso d'aria, il treno può combinare raccolta, filtrazione o raffreddamento, concentrazione e ossidazione. Consulta la guida di DeFa atrattamento fotovoltaico dei gas di scarico organicie l'abbinamentoapparecchiature fotovoltaiche per il trattamento dei COV.
Trattamento termico e tempra
Lo scarico di raffreddamento può contenere nebbia d'olio, fumo, particolato, sostanze organiche condensabili e odori. La rimozione di olio e particelle normalmente avviene prima della fase principale dei COV. Vedi il dettaglioprocesso di trattamento dei gas di scaricoe DeFaapparecchiature per il trattamento dei gas di scarico.
Processi chimici, farmaceutici e misti acidi
I cambi di lotto, i gas corrosivi e i veleni dei catalizzatori rendono la speciazione particolarmente importante. La condensa può recuperare solventi idonei; gli scrubber possono rimuovere gas acidi o alcalini compatibili; l'eliminazione della nebbia protegge le apparecchiature a valle; e l'adsorbimento o l'ossidazione possono affrontare il carico organico rimanente. Leggi la guida all'applicazione per asistema di trattamento dei gas di scarico triacidi.
Lavorazione e riciclaggio della plastica
La composizione dello scarico cambia con il polimero, gli additivi, la contaminazione e la temperatura. Fumo e condensabili appiccicosi possono rapidamente contaminare gli adsorbenti o i catalizzatori, pertanto sono preziose analisi rappresentative e prove di pretrattamento. Evitare di progettare solo in base al “COV totale” quando la materia prima varia.
Lista di controllo RFQ per il trattamento dei COV industriali
Fornire le seguenti informazioni quando si richiede una proposta tecnica:
- Descrizione del processo e origine dello scarico
- Flusso d'aria normale, minimo e massimo
- Elenco dei composti COV e profilo di concentrazione
- Condizioni di temperatura, umidità, ossigeno e pressione
- Polvere, nebbia d'olio, nebbia acida, gocce d'acqua o altri co-inquinanti
- Ore di funzionamento, ciclo batch ed espansione produttiva prevista
- Concentrazione in uscita richiesta, target di rimozione e metodo di prova
- Combustibile disponibile, elettricità, vapore, acqua e aria compressa
- Layout del sito, ambiente di installazione e accesso per la manutenzione
- Requisiti locali di sicurezza, autorizzazione, monitoraggio e ridondanza
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Forniture DeFa Environmental Equipmentapparecchiature per il trattamento dei gas di scarico industriali, sistemi RTO, apparecchiature di adsorbimento, moduli al plasma, scrubber e controlli intelligenti. Invia il flusso d'aria, la composizione del gas, la concentrazione, la temperatura e il limite di uscita richiesto per una revisione tecnica.
