Inquinamento da parte di idrocarburi Prof. Salvetore Andini anno acc. 2009/2010.

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1 Inquinamento da parte di idrocarburi Prof. Salvetore Andini anno acc. 2009/2010

2 IDROCARBURI Composti organici, che contengono soltanto atomi di carbonio e di idrogeno. Gli atomi di carbonio (C) sono legati tra loro a formare lo scheletro della molecola, mentre gli idrogeni (H) sporgono da questo scheletro. Ad oggi sono stati classificati oltre 132.874 tipi di idrocarburi

3 Distinzione tra i vari idrocarburi in base al loro stato fisico Idrocarburi solidi o semisolidi: costituenti dell'asfalto, del bitume, ecc Idrocarburi liquidi: costituenti del petrolio (grezzo), benzene, esano, ottano, ecc Idrocarburi gassosi: metano, etano, propano, butano, ecc

4 Distinzione degli idrocarburi si riferisce alle loro proprietà chimiche idrocarburi aromatici: dotati di "aromaticità", una proprietà chimica impartita da un anello benzenico, che li rende particolarmente stabili idrocarburi alifatici: non dotati di aromaticità

5 IDROCARBURI Possono essere raggruppati in 5 categorie: 1.Alcani 2.Idrocarburi insaturi non aromatici 3.Idrocarburi aromatici 4.Idrocarburi aromatici policiclici

6 Alcani Chiamati anche paraffine o idrocarburi alifatici, costituiti da atomi di C legati da legamo covalenti singoli. Possono essere lineari o ramificati con formula C n H 2n+2 o avere strutture cicliche con formula C n H 2n

7 Idrocarburi insaturi non aromatici Hanno legami multipli che coinvolgono più di 2 elettroni ciascuno tra gli atomi di C. Tali composti sono gli alcheni ed hanno legami doppi che consistono di 4 elettroni condivisi. Ci sono altri composti che hanno tripli legami con 6 elettroni condivisi

8 Idrocarburi Aromatici Sono molecole molto stabili con un basso rapporto carbonio:idrogeno, legami C-C abbastanza forti e con una lunghezza intermedia tra quella dei legami negli alcani e negli alcheni.

9 Idrocarburi Aromatici Una reazione dei composti aromatici che ha notevole significato dal punto di vista ambientale e tossicologico è la clorurazione del bifenile. Questo composto in presenza di cloruro di Fe(II) reagisce con il cloro per formare molecole di bifenili policlorurati (PCB) che sono inquinanti ambientali persistenti

10 INQUINAMENTO ATOMOSFERICO

11 FONTI DI EMISSIONE DI IDROCARBURI NELL’ARIA Processi di evaporazione dai punti di lavorazione e dalla combustione incompleta del carbone, dei combustibili liquidi Combustione dei rifiuti e dalla lavorazione del petrolio Impianti di combustione, le industrie petrolchimiche i depositi ed i distributori di carburante

12 FONTI DI EMISSIONE DI IDROCARBURI NELL’ARIA Emissioni di solventi ad uso industriale o di altri prodotti riconducibili a cicli produttivi (come gli alchilbenzeni, utilizzati come oleanti di filatura ed immessi in atmosfera nei processi di asciugatura dei tessuti ) Processi fermentativi da specie vegetali o da fenomeni di putrefazione (processi che hanno originato del resto tutti i combustibili fossili) ed avere quindi origine naturale.

13 Lo studio APHEA2 (Air Pollution and Health) Ha studiato l’andamento del particolato in 29 città europee (incluse Milano, Torino e Roma) tra il 1990 e il 1997 e ha rilevato un aumento dello 0,6% della mortalità per ogni incremento di PM10 di 10mcg/m3

14 Lo studio APHEA2 (Air Pollution and Health) Per lo stesso incremento, sono aumentati i ricoveri non programmati per asma: dell’1,2%, nella fascia di età tra 0 e 14 anni e dell’1,1% nella fascia tra 15 e 65. Si verificava un ulteriore crescita dei casi quando aumentava anche NO2

15 Grado di tossicità degli idrocarburi Il grado di tossicità dei singoli idrocarburi dipende dalla struttura chimica e, in generale, tende a diminuire con l’aumentare del peso molecolare. Gli idrocarburi aromatici sono i più tossici e gli IPA sono gli idrocarburi del petrolio più pericolosi per la vita, a causa della loro azione cancerogena

16 EFFETTI SULL'UOMO E SULL'AMBIENTE : VEGETALI la diminuzione dello strato di ozono ad opera di CFC (Clorofluorocarburi), comporta un aumento delle radiazioni UV che danneggiano il rendimento di alcune culture, come quella del mais.

17 EFFETTI SULL'UOMO E SULL'AMBIENTE : UOMO idrocarburi alifatici alogenati (es. tricloroetilene, cloruro di metile, cloroformio, tetracloruro di carbonio), idrocarburi aromatici (es. benzene, toluene, xilene, stirene), alcooli (es. etanolo, metanolo, isopropanolo), glicoli (es. glicole etilenico, glicole dietilenico) eteri derivati Sono sostanze liposolubili e il rischio è reso maggiore dalla loro volatilità e dal conseguente assorbimento polmonare.

18 EFFETTI SULL'UOMO E SULL'AMBIENTE : UOMO Idrocarburi con funzioni carboniliche presenti nell'aria provocano: irritazione agli occhi, ai rivestimenti cutanei ed alle prime vie respiratorie Idrocarburi clorurati leggeri, in concentrazioni elevate possono essere tossici il benzene penetra nell'organismo soprattutto per inalazione ed è assorbito nel sangue in percentuale tra il 28 e 50% della quantità inalata; aumento di incidenza di leucemia

19 EFFETTI SULL'UOMO E SULL'AMBIENTE : UOMO Clorofluorocarburi danno effetti collaterali quali tumori alla pelle IPA hanno un’ azione cancerogena sugli alveoli polmonari, eventualmente potenziata dalla presenza di piombo che abbatte le difese organiche. IPA sono responsabili dello sviluppo del cancro del polmone

20 EFFETTI SULL'UOMO E SULL'AMBIENTE Clorofluorocarburi sono dannosi all'ambiente in quanto si accumulano nella stratosfera, dannegiando la fascia di ozono Derivati ossigenati degli idrocarburi, i quali, oltre ad avere tossicità spesso più elevata dei prodotti di partenza, possono determinare effetti dannosi sulle piante e sui materiali Idrocarburi sono dannosi in presenza di NOx e O 3 in quanto responsabili dello smog fotochimico, sono aggressivi per i manufatti organici, contribuiscono a sporcare le superfici dei materiali favorendone la degradazione

21 Inquinamento marino

22 Biodegradabilità del petrolio Parte dei composti del petrolio sono biodegradabili ad opera di batteri, funghi e lieviti. Un’altra parte invece finirà nei sedimenti qui c’è la possibilità che entri nella rete trofica oppure entri all’interno del sedimento. Cosa succede…il petrolio è idrofobico quindi comporta una mancanza di passaggio di acqua che serve alla fauna, inoltre la pellicola formatasi non fa passare l’ossigeno. Un’altra parte può andare, sottoforma di catrame, verso la costa

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24 Cause di inquinamento da idrocarburi: in mare 12% dovuto agli incidenti nel trasporto marittimo 42% per operazioni sulle navi relative a carico e scarico, bunkeraggio, lavaggio, scarichi di acque di sentina o perdite sistematiche 37% scarichi urbani e industriali, sistematici o accidentali, e perdite da raffinerie, oleodotti, depositi. 9% idrocarburi evaporati o parzialmente incombusti sorgenti sottomarine rilasciano per trasudamento naturale un apporto del 7% e le attività di perforazione e produzione di petrolio dal fondo marino contribuiscono per il 2%.

25 Vulnerabilità fisica dell’ ambiente costiero La costa rocciosa: l’olio non aderisce facilmente e viene eliminato in pochi giorni o al max in poche settimane. Le spiagge: prevalentemente sabbiose e quindi con granulometria fine se la sabbia è abbastanza compatta l’olio aderisce e non s’infiltra.

26 Inquinamento da idrocarburi: in mare L’effetto sul fitoplancton, lo strato molto sottile d’idrocarburi ricopre un’area della superficie del mare facendo così abbassare il tasso di fotosintesi della produzione primaria.Questo perché lo strato è sottile fa passare comunque meno luce in quanto il petrolio è nero ma viene a mancare anche l’ossigeno

27 Effetti sul plancton sono: Fitoplancton → effetti negativi sulla crescita, respirazione e fotosintesi Zooplancton → effetti negativi sullo sviluppo delle larve

28 Inquinamento da idrocarburi: in mare Un aspetto particolarmente grave dell’inquinamento di questo tipo è la presenza, nei prodotti oleosi scaricati a mare, di idrocarburi cancerogeni come il Benzo-3-4- Pirene trovato in un gran numero di organismi marini: nella Baia di Napoli sono stati rilevati 60 microgrammi di Benzopirene in 100 grammi di Zooplancton

29 Inquinamento da idrocarburi: in mare La soluzione adottata di eliminare gli idrocarburi dalla superficie marina usando opportuni emulgatori che li precipitano sul fondale risultano devastanti per la vita Bentonica La flora e la fauna vanno scomparendo fatta eccezione per le forme più resistenti come l’Ulva tra le alghe, i Mitili ed alcuni Policheti del fondale (Nereis caudata).

30 Le tecniche usate per ridurre le conseguenze degli inquinanti petroliferi sono: Disperdenti Incendio Rimozione

31 Le tecniche usate per ridurre le conseguenze degli inquinanti petroliferi sono: Disperdenti, vengono versati da aerei o navi sulla macchia di petrolio. Servono ad emulsione ancora di più il prodotto, cioè ridurlo in gocce molto piccole. Il problema è che i disperdenti sono ancora più tossici del petrolio stesso, quindi né è stato vietato l’utilizzo e creando dei disperdenti con minore tossicità. L’area di applicazione deve essere mare aperto

32 Sistema di spruzzatura di disperdente per inquinamento da idrocarburi Barriera anti-inquinamento (gonfiabile) Barriera galleggiante anti-inquinamento (assorbente) Mavi Deniz

33 Effetto sull’ avifauna Gli effetti che può avere sugli uccelli sono ancora più disastrosi perché nel caso viene ricoperto il piumaggio ciò gli fa perdere la permeabilità e di conseguenza l’isolamento termico e morte per ipotermia, oppure comporta l’incapacità di volare.

34 Effetti sull’ avifauna Se invece si ha un’ingestione degli idrocarburi provoca danni gravi agli organi interni e ostacola lo sviluppo delle uova in particolar modo riduce lo spessore del guscio calcareo e quindi quando vanno a covare le uova le rompono.

35 Disastro nel Golfo del Messico

36 Cause di inquinamento da idrocarburi: suolo L’inquinamento del suolo può essere: DIRETTO E INDIRETTO DIRETTO: dovuto a perdite nei serbatoi delle stazioni di rifornimento di carburante, dalle raffinerei, dagli oleodotti e altri mezzi di trasporto, dalle diverse autoofficine e da discariche di rifiuti solidi e liquidi; INDIRETTO: dalle precipitazioni e dalle acque reflue;

37 Bonifica di un suolo da idrocarburi Impostazione del piano d’indagini Documentazione storica: attività attuali e passate. Tipologia e cicli di attività. Sostanze chimiche utilizzate. Ubicazione degli impianti. Eventuali eventi accidentali di sversamento e perdite. Localizzazioni di possibili sorgenti di contaminazione.

38 Bonifica di un suolo da idrocarburi Caratterizzazione idrogeologica Meccanismi di ricarica degli acquiferi. Rapporto tra falde superficiali e profonde. Caratteristiche delle falde individuate e fenomeni di passaggio tra falde. Punti di prelievo a scopo idropotabile. Acquiferi maggiormente vulnerabili. Capacità dell’acquifero di in termini di portata di estrazione e di ricambio dell’acqua immagazzinata.

39 Bonifica di un suolo da idrocarburi Caratterizzazione chimica del suolo Caratterizzazione qualitativa e quantitativa sulle fasi del suolo(aeriforme, liquida e solida) e sui rifiuti presenti in superficie e nel sottosuolo. L’approfondimento sarà proporzionato alla tossicità e pericolosità delle sostanze utilizzate o prodotte, alla vulnerabilità della falda e a eventuali siti recettori umani e ambientali a rischio.

40 Bonifica di un suolo da idrocarburi Impostazione della bonifica Caratterizzato il suolo, si possono confrontare le sue caratteristiche con matrici esistenti in letteratura che diano indicazione sull’esistenza di tecniche di bonifica appropriate a quelle caratteristiche del suolo e degli inquinanti presenti, il tipo di sostanze che la tecnica produce, l’efficacia e i tempi necessari della bonifica.

41 Bonifica di un suolo da idrocarburi Sistemi di bonifica AIR SPARGING: del mezzo saturo che consiste nell’immissione di aria in pressione nell’acquifero al duplice scopo di volatilizzare gli idrocarburi presenti e di biodegradarli ad opera dei batteri presenti. E’ applicabile a idrocarburi semplici, benzina, cherosene, combustibili per aviogetti e oli minerali leggeri.

42 Bonifica di un suolo da idrocarburi Sistemi di bonifica BIOVENTING del mezzo non saturo che consiste nel pompare aria (ossigeno) nel sottosuolo per favorire la crescita di batteri capaci di metabolizzare gli idrocarburi presenti, in suoli molto permeabili all’aria e per idrocarburi soggetti a degradazione batterica.

43 Bonifica di un suolo da idrocarburi Sistemi di bonifica SOIL VAPOR EXTRACTION (SVE) del mezzo non saturo: è applicabile a composti che hanno una pressione di vapore maggiore di 0.5 mmHg. Consiste nella ventilazione del sottosuolo e nello strippaggio dei COV presenti negli interstizi del suolo e nell’incremento della volatilità di quelli adsorbiti.

44 BENZENE E’ una sostanza chimica liquida e incolore dal caratteristico odore aromatico pungente. A temperatura ambiente volatilizza assai facilmente. La maggior parte del benzene presente nell'aria è un sottoprodotto delle attività umane. In passato è stato ampiamente utilizzato come solvente in molteplici attività industriali e artigianali.

45 BENZENE La maggior parte di quello prodotto oggi (85%) trova impiego come materia prima per numerosi composti secondari, a loro volta utilizzati per produrre plastiche, resine, detergenti, pesticidi, intermedi per l'industria farmaceutica, vernici, collanti, inchiostri, adesivi e prodotti per la pulizia

46 BENZENE Il benzene poi è contenuto nelle benzine in cui viene aggiunto, insieme ad altri composti aromatici, per conferire le proprietà antidetonanti e in sostituzione del piombo (benzina verde)

47 TOSSICITA’ del BENZENE addetti ai processi di produzione, trasporto e utilizzazione del benzene nell'industria petrolifera e pure in alcune situazioni che richiedono degli interventi manuali di manutenzione e pulizia degli impianti produttivi

48 TOSSICITA’ del BENZENE addetti alle operazioni di carico e scarico del benzene da camion o vagoni cisterna e da navi trasporto possono dipendenti delle industrie di profumeria che utilizzano il benzene come solvente di estrazione personale dei laboratori che prevedono l'impiego del benzene nelle attività di ricerca

49 Gli effetti sulla salute: BENZENE tumori del sangue dovuta all'esposizione ripetuta a concentrazioni di benzene di qualche ppm (parte per milione) per più decine di anni leucemia mieloide o altra forme di cancro, malattie che insorgono più frequentemente in seguito a esposizioni basse e continuate piuttosto che elevate e intermittenti

50 Gli effetti sulla salute: BENZENE Il benzene può essere associato con assoluta certezza alla leucemia linfocitica non acuta. basta vivere vicino a un distributore di benzina o a un garage pubblico per quadruplicare il rischio di leucemia acuta nei bambini

51 IPA Idrocarburi Policiclici Aromatici sono costituiti da due o più anelli benzenici uniti fra loro, in un’unica struttura piana, attraverso coppie di atomi di carbonio condivisi fra anelli adiacenti La loro formazione per cause antropiche avviene invece nel corso di combustioni incomplete di combustibili fossili, legname, grassi, tabacco, incenso e prodotti organici in generale, quali i rifiuti urbani.

52 IPA Idrocarburi Policiclici Aromatici Si presentano tutti allo stato solido. I composti a peso molecolare basso generalmente sublimano a temperatura ambiente. Gli IPA sono poco solubili o del tutti insolubili in acqua; la solubilità diminuisce all’aumentare del loro peso molecolare. Sono altamente lipofili e questa loro caratteristica ne influenza fortemente il bioaccumulo.

53 IPA Idrocarburi Policiclici Aromatici Esistono più di cento diversi IPA, quelli più imputati nel causare danni alla salute degli esseri viventi sono: l'acenaftene, l'acenaftilene, l'antracene, il benzo(a)antracene, il dibenzo(a,h)antracene, il crisene, il pirene, il benzo(a)pirene, l’indeno(1,2,3-c,d)pirene, il fenantrene, il fluorantene, il benzo(b)fluorantene, il benzo(k)fluorantene, il benzo(g,h,i)perilene e il fluorene

54 IPA Idrocarburi Policiclici Aromatici Vari IPA sono stati classificati dalla IARC (1987) come "probabili" o "possibili cancerogeni per l'uomo", mentre il benzo(a)pirene è stato recentemente (2008) riclassificato in categoria 1 come cancerogeno per l'uomo

55 IPA Idrocarburi Policiclici Aromatici L’esposizione alle miscele IPA comporta un aumento dell’insorgenza del cancro dei polmoni, soprattutto in presenza di benzo(a)pirene (presente anche nel fumo di sigaretta). La concentrazione di benzo(a) pirene viene utilizzata come indicatore nella valutazione del rischio sanitario della miscela IPA.

56 FINE GRAZIE PER L’ATTENZIONE

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