Laboratorio Rilevamento Ambientale B

Laboratorio Rilevamento Ambientale B
PM10

Il particolato atmosferico
Il materiale particolato presente nell'aria, detto anche aerosol atmosferico, è costituito da una miscela di particelle solide e liquide, che hanno dimensioni comprese tra 0,005 µm e µm (1 µm= mm), e una composizione costituita da una miscela di elementi quali: - carbonio elementare; - materiale organico, per lo più idrocarburi e COV; - metalli, (Fe, Zn, Pb, Al, Ca, Pt, Ni…); - nitrati; - solfati; - ammonio; polvere minerale, frammenti di suolo, polline, Spore, frammenti vegetali ed animali, ecc. PTS polveri totali sospese PM10 PM2.5 genericam. chiamate polveri fini PM1 genericam. chiamate polveri ultrafini

Metodo di misura Sia il Particolato totale che la frazione PM10 vengono misurati mediante raccolta su filtro in condizioni standardizzate e successiva determinazione gravimetrica (vale a dire per pesata) delle polveri filtrate. Lo strumento per la misura delle polveri preleva 24h su 24 una quantità di aria pari alla capacità polmonare media di una persona (7-8 litri/min) Nel caso della frazione PM10 la testa della apparecchiatura di prelievo ha una particolare geometria definita in modo tale che sul filtro arrivino, e siano trattenute con una certa efficienza, solo le particelle con diametro aerodinamico inferiore a 10 µm;

MONITORAGGIO DELLA QUALITA' DELL'ARIA

DECRETO LEGISLATIVO 13 agosto 2010 nr. 155
Attuazione della direttiva 2008/50/CE relativa alla qualità dell’aria ambiente e per un’aria più pulita in Europa. Art. 2: Definizioni lett. ii) PM10 – il materiale particolato che penetra attraverso un ingresso dimensionale selettivo conforme al metodo di riferimento per il campionamento e la misurazione del PM10 (NORMA UNI EN 12341), con un’efficienza di penetrazione del 50% per materiale particolato di diametro aerodinamico di 10 µm. lett. ll) PM2,5 – il materiale particolato che penetra attraverso un ingresso dimensionale selettivo conforme al metodo di riferimento per il campionamento e la misurazione del PM2,5 (NORMA UNI EN 14907), con un’efficienza di penetrazione del 50% per materiale particolato di diametro aerodinamico di 2,5 µm.

Il PM10 viene indicato dagli epidemiologi come il miglior indicatore delle relazioni tra inquinamento atmosferico e salute. Le particelle di diametro inferiore a 10 µm, costituiscono infatti la cosiddetta frazione inalabile, in grado di raggiungere l’area broncotracheale, mentre le particelle di diametro inferiore a 2.5 µm, che costituiscono la frazione respirabile, sono in grado di raggiunge gli alveoli polmonari veicolando nell’organismo le sostanze delle quali sono composte. Il PM10 può essere ulteriormente suddiviso in una frazione fine, con particelle di diametro inferiore a 2.5 µm (PM2.5) e in una frazione grossa, con particelle di diametro superiore a 2.5 µm. Il PM10 è in parte di tipo primario, immesso direttamente in atmosfera ed in parte di tipo secondario, prodotto cioè da trasformazioni chimico-fisiche che coinvolgono diverse sostanze quali SOx, NOx, COVs, NH3 e che ne determinano la produzione e/o rimozione. Il particolato terziario rappresenta invece le particelle presenti per effetto del risollevamento della parte depositata al suolo, per effetto del vento e dei mezzi di trasporto. Uomo

Il particolato atmosferico può diffondere la luce del sole assorbendola e riemettendola in tutte le direzioni; il risultato è che una quantità minore di luce raggiunge la superficie della Terra. Questo fenomeno può determinare effetti locali (temporanea diminuzione della visibilità) e globali (possibili influenze sul clima). Inoltre la presenza di particolato favorisce la formazione delle nebbie, perché le particelle forniscono alle microscopiche goccioline che formano la nebbia nuclei intorno cui condensarsi. Il particolato provoca danni ai materiali, come: la corrosione dei metalli, danneggiamento ai circuiti elettrici ed elettronici, sia per azione chimica che meccanica, insudiciamento di edifici e opere d'arte, ridotta durata dei tessuti. La polvere (per esempio quella dei cementifici) può provocare sulle piante delle incrostazioni che interferiscono con il processo di fotosintesi, in quanto intercettano la radiazione solare.

PM10 - Normativa italiana di riferimento
Decreto Ministeriale 25 novembre 1994 (pubblicato G.U. 13 dicembre 1994 n. 290) Aggiornamento delle norme tecniche in materia di limiti di concentrazione e di livelli di attenzione e di allarme per gli inquinanti atmosferici nelle aree urbane e disposizioni per la misura di alcuni inquinanti di cui al D.M. 15 aprile 1994 Decreto Ministeriale 1° ottobre 2002, n Regolamento recante le direttive tecniche per la valutazione preliminare della qualità dell'aria ambiente, i criteri per l'elaborazione del piano e dei programmi di cui agli articoli 8 e 9 del decreto legislativo 4 agosto 1999, n. 351 • Decreto Ministeriale 2 aprile 2002, n. 60 Recepimento della direttiva 1999/30/CE del Consiglio del 22 aprile 1999 concernente i valori limite di qualità dell'aria ambiente per il biossido di zolfo, il biossido di azoto, gli ossidi di azoto, le particelle e il piombo e della direttiva 2000/69/CE relativa ai valori limite di qualità dell'aria ambiente per il benzene ed il monossido di carbonio. (Suppl. n. 77 alla G.U. n. 87 del 13 aprile 2002) • Decreto Ministeriale 20 settembre Modalità per la garanzia della qualità del sistema delle misure di inquinamento atmosferico, ai sensi del Decreto Legislativo n. 351/1999 • Decreto Legislativo 26 giugno 2008 , n Modifiche e integrazioni al decreto legislativo 3 agosto 2007, n. 152, di attuazione della direttiva 2004/107/CE relativa all'arsenico, il cadmio, il mercurio, il nichel e gli idrocarburi policiclici aromatici nell'aria ambiente • Decreto Legislativo 3 agosto 2007, n Attuazione della direttiva 2004/107/CE concernente l'arsenico, il cadmio, il mercurio, il nichel e gli idrocarburi policiclici aromatici nell'aria ambiente. (Suppl. n. 194 alla G.U. n. 213 del 13 settembre 2007) • Decreto Legislativo del 13 agosto 2010, n Attuazione della direttiva 2008/50/CE relativa alla qualità dell'aria ambiente e per un'aria più pulita in Europa. (GU n. 216 del Suppl. Ordinario n.217)

Il PM10 (analogamente a quanto accade per l’ozono nel periodo estivo) è presente nelle aree ad intensa attività umana e può essere considerato un tracciante dell’inquinamento atmosferico.

Il particolato si origina generalmente sia da fonti antropiche che da fonti naturali. Sia quelle antropiche che quelle naturali possono dar luogo a particolato primario (emesso direttamente nell'atmosfera) o secondario (formatasi in atmosfera attraverso reazioni chimiche) come viene riassunto nelle tabelle che seguono. Le fonti antropiche sono riconducibili principalmente ai processi di combustione quali: emissioni da traffico veicolare, utilizzo di combustibili (carbone, oli, legno, rifiuti, rifiuti agricoli), emissioni industriali (cementifici, fonderie, miniere). Le fonti naturali invece sono sostanzialmente: aerosol marino, suolo risollevato e trasportato dal vento, aerosol biogenico, incendi boschivi, emissioni vulcaniche, ecc.

Sorgenti di Particolato Fine Sorgenti di Particolato Grossolano

Le cause principali delle alte concentrazioni di polveri in ambito cittadino sono dovute in gran parte alla crescente intensità di traffico veicolare, e in particolare alle emissioni dei motori diesel e dei ciclomotori. In inverno si aggiunge il contributo (principale) degli impianti di riscaldamento domestico. Una percentuale minore è legata all'usura dei pneumatici e dei corpi frenanti delle auto. Un ulteriore elemento che contribuisce alle alte concentrazioni di polveri è connesso anche al risollevamento delle frazioni depositate, per cause naturali o legate allo stesso traffico (possibile rimedio: lavaggio strade).

La distribuzione del volume in funzione del diametro delle particelle indica un minimo attorno a 1-3 micron. Questo numero rappresenta la discriminante tra polveri fini (fine particles) e polveri grossolane (coarse particles). Si può dire che la frazione PM2.5 costituisce circa il 60% in peso del PM10. Nell'ambito delle particelle fini si individuano inoltre due tipologie diverse che rappresentano stadi diversi (nuclei e aggregati). La prima "gobba" rappresenta una frazione definita particelle ultrafini con diametro inferiore a 0,1 micrometri e che possono crescere, aggregandosi per coagulazione o per condensazione, nell'altra modalità (aggregati o accumuli). Quest'ultime però raramente crescono a formare particelle grossolane.

La dimensione della particella regola il tempo di sedimentazione ovvero la tendenza di cadere al suolo. Il tempo di deposizione delle particelle grossolane è nell'ordine delle ore e la distanza percorsa è di solito breve. Tuttavia, se quest'ultime, vengono mescolate negli strati più alti dell'atmosfera allora possono percorrere distanze notevoli. Le particelle più fini si aggregano tra loro a formare particelle più grandi ma non crescono oltre al micron di diametro e come tali vengono mantenute sospese anche dai più modesti movimenti dell'aria. Possono rimanere sospese per molti giorni e venire trasportate per migliaia di chilometri. Il processo di rimozione principale per le particelle fini è legato alla formazione delle nuvole ed alle precipitazioni: le particelle che tendono ad assorbire acqua, crescono con l'aumentare dell'umidità relativa e fungono da nucleo di condensazione per la formazione delle goccioline che formano le nuvole. Le precipitazioni inoltre possono agire trascinando con sè, per impatto, le particelle grossolane. Solo le particelle ultrafini vengono in parte rimosse grazie alle loro dimensioni che ne permette la diffusione nella goccia che sta precipitando. Il lavaggio delle strade, sperimentato a Milano nel 2002 e successivamente in molte altre città, non influenza la concentrazione dei PM10: le dimensioni di tali particelle sono così piccole che solo in minima parte riescono a cadere al suolo da dove potrebbero essere rimosse con il lavaggio.

Il particolato atmosferico Materiale particolato di origine urbana
Nei tre grafici seguenti viene evidenziata la composizione percentuale del particolato di origine urbana, naturale e rurale. Materiale particolato di origine urbana

Il particolato atmosferico Materiale particolato di origine naturale
Materiale particolato di origine rurale

Unione Europea direttiva 96/62/CE PM10 : "direttiva figlia“, 99/30/CE Italia D.M. N. 60, 2/4/2002 Valore limite giornaliero per la protezione della salute umana Valore limite annuale per la protezione della salute umana Numero massimo di giorni di superamento 1° fase 1/1/2005 50 µg/m3 (24 ore) 40 µg/m3 (anno) 35 giorni/anno 2° fase 1/1/2010 20 µg/m3 (anno) 7 giorni/anno 2 “fasi” di attuazione:

CONDIZIONI METEOROLOGICHE SFAVOREVOLI Le condizioni meteorologiche favorevoli all’inquinamento si manifestano soprattutto nella stagione invernale in condizione di: - alta pressione - alta stabilità atmosferica - perdurante inversione termica assenza di precipitazioni vento debole

Stabilità

Il particolato atmosferico in Europa

Il particolato atmosferico nel mondo
Suddivisione attività di vigilanza e produzione Strutturazione attività dipartimentali

Metodi di misura del particolato atmosferico Il DM 25 novembre 1994 indica come metodo ufficiale per la misura del PM10 il metodo gravimetrico. Tale metodo prevede un’operazione di pesata per ottenere il valore di concentrazione, quindi è molto importante sia la fase preliminare di condizionamento del filtro, sia la fase di campionamento, nella quale occorre limitare le perdite delle particelle volatili raccolte. In sostituzione di tale metodo manuale possono essere utilizzati dei metodi automatici. Il DM 25 Novembre 1994 indica che tali metodi automatici di campionamento devono essere dotati di certificazione di equivalenza fornita dal CNR. Il sistema di campionamento del PM10 è costituito da una testa di prelievo, dal sistema di accumulo e dal sistema di misura. La testa di prelievo è responsabile del taglio delle particelle a 10 mm ed è quindi di assoluta importanza per selezionare tale frazione dal particolato totale; le teste di campionamento più usate e quindi certificate, sono di tipo EPA (americane) e CEN (europee). Usare delle teste di prelievo non omologate significa rischiare di campionare particelle con diametro aerodinamico maggiore di 10 mm e quindi di produrre risultati non confrontabili con quelli ottenuti mediante sistemi standard.

La concentrazione finale del materiale particolato viene ottenuta o attraverso metodi gravimetrici o automatici. Il metodo gravimetrico La misura gravimetrica è il metodo più usato per la determinazione della quantità in massa del materiale particolato. L’aria viene aspirata e il particolato si deposita su un filtro poroso. Il filtro viene pesato prima e dopo il campionamento. Viene effettuata mediante una bilancia analitica in grado di misurare il peso di una sostanza da 10 mg a 40 g. I filtri più usati si possono differenziare in base alla loro sensibilità all’umidità relativa. Tra quelli molto sensibili all’umidità relativa i più usati sono quelli a base di: ESTERE DI CELLULOSA (Millipore) FIBRA DI QUARZO FIBRA DI VETRO (Gelman tipo A/E) Tra quelli poco influenzati dall’umidità relativa invece si usano quelli a base di: TEFLON (Millipore o Selas Flotronics FM-37): POLICARBONATO PVC I filtri vengono inizialmente condizionati portandoli a valori di 20 °C e 50% di umidità relativa per 24 ore prima del campionamento e di nuovo immediatamente prima delle operazioni di pesata. Altri artefatti possono essere generati dall’accumulo di cariche statiche sui filtri, specialmente per quelli in policarbonato e PVC.

Per meglio comprendere gli effetti delle attività antropiche sui valori di PM10 e stabilire quale sia invece il contributo naturale, le A.R.P.A. regionali effettuano rilievi gravimetrici di confronto in aree rurali individuate come rappresentative del “fondo naturale” (in provincia di Alessandria (foto) ve n’è una nel tortonese, a Dernice, in Val Curone) Per aumentare le conoscenze sull’origine del PM10 l'interesse della comunità scientifica, su impulso delle amministrazioni pubbliche, si è orientato alla caratterizzazione del particolato.

Metodi automatici Sono basati su principi inerziali, ottici o di attenuazione beta. Microbilancia inerziale oscillante misura direttamente la massa raccolta su un filtro misurando i corrispondenti cambi di frequenza di un elemento affusolato su cui è appoggiato il filtro. Questo elemento vibra ad una frequenza dipendente dalle sue proprietà geometriche e meccaniche e dalla massa del filtro. Man mano che le particelle sono raccolte dal filtro la frequenza di oscillazione naturale dell'elemento diminuisce. Lavorano a temperature di 50° per eliminare il contributo dell’umidità atmosferica. Beta I campionamenti a beta-nastro calcolano la concentrazione misurando in continuo l’assorbimento di raggi beta da parte delle particelle presenti nell’aria. Misura l'attenuazione di particelle ß prodotte da una sorgente radioattiva da parte del campione su cui è depositato il particolato. La misura è relativa, vale a dire che viene valutata la differenza tra l'attenuazione del fascio ß attraverso il filtro bianco e successivamente quella determinata dal particolato atmosferico raccolto sul filtro campionato.

Nefelometro Questo strumento, generalmente usato per la misura della visibilità, si basa sulla determinazione dell’intensità della luce diffusa dagli aerosol la quale dipende dal diametro delle particelle e da numerosi altri parametri tra i quali la lunghezza dell’onda incidente e l’indice di rifrazione delle particelle. La misura dipende sia dalla natura del particolato, sia dalla sua granulometria. Gli studi effettuati sui nefelometri mostrano una notevole variabilità della concentrazione sulle particelle fini con un’incertezza a volte fino a mg/m3. Queste differenze di risposte sono imputabili all’umidità presente sul particolato la quale contribuisce fortemente alla diffusione della luce (5-20 %) e quindi per attenuare questo effetto vi è, su alcuni strumenti, il preriscaldamento dell’aria in ingresso. Tale operazione comporta però l’evaporazione dei composti volatili e causa quindi una sottostima del valore finale di concentrazione.

La stazione di fondo regionale (rurale secondo la terminologia usata dalla normativa italiana) misura un livello di inquinamento inferiore a 20 μg/m3. Man mano che si entra in città tale livello di fondo aumenta fino a superare i 30 μg/m3, rilevato dalle centraline di fondo urbano. Su questo livello di fondo si vanno a sovrapporre poi picchi di concentrazioni di PM10 molto localizzati dovuti al traffico locale e misurati dalle centraline rappresentative di zone di traffico urbano.

Rete di monitoraggio provinciale

Rete di monitoraggio provinciale Nome Stazione Sensore Modello Alessandria – Nuova Orti PM10 - Basso Volume Tecora Charlie 16,71/m Alessandria – Piazza Libertà PM10 - Beta BAM 102S 16,7 1/m Casale Monferrato – Piazza Castello PM10 - Nefelometro Casale Monferrato – Via Negri Novi Ligure Serravalle Scrivia Tortona Skypost 16,7 1/m

Validazione dei dati Valore Stato grezzo come acquisito dal sistema informatico in tempo reale validato validato il giorno dopo quello di acquisizione (non in grado di rilevare anomalie meno evidenti, rilevabili solo con valutazioni dei dati di più giorni consecutivi) confermato validato su base mensile (generalmente entro i 15 gg. del mese successivo). Ulteriori e particolari anomalie possono essere evidenziate solamente dall’osservazione contemporanea di più stazioni per lunghi periodi (trimestri) storicizzato validato definitivamente (generalmente entro 3 mesi dalla fine dell’anno civile)

Monitoraggio del particolato in Provincia di Alessandria
L’evoluzione temporale media del fenomeno delle polveri sottili ha una durata media di circa una settimana con un aumento che dura quattro giorni e una rapida decrescita dopo il raggiungimento del massimo. L’andamento è stato ricavato dalla statistica fatta sui giorni che precedono e seguono i picchi nei periodi invernali dal 2003 al Gli interventi effettuati dopo alcuni giorni il persistere dei valori di PM10 superiori alla soglia rischiano quindi di non essere efficaci.

Dipendenza dal numero di abitanti Città Numero abitanti PM10 – media annuale (μg/m3) Alessandria 90473 49 Casale Monferrato 38156 40 Novi Ligure 29788 43 Tortona 27273 47 Serravalle Scrivia 6243 29

Blocchi del traffico Per valutare l’efficacia dei blocchi del traffico, si sono considerati gli andamenti dei 4 giorni precedenti e seguenti ai blocchi attuati nella città di Alessandria negli anni : I blocchi sono sicuramente più efficaci se attuati nei primi giorni della settimana

Il gruppo di Ricerca di Mineralogia Ambientale ha messo a punto una metodologia per effettuare la caratterizzazione morfologica, chimica e mineralogica della componente inorganica del PM10, a partire dai campioni prelevati routinariamente attraverso il “Sistema di Rilevamento della Qualità dell’Aria”, gestito dalle varie ARPA regionali, senza dover effettuare campionamenti ad hoc.

LE POLVERI DEL VULCANO EYJAFJALLAJOKULL
Un Caso di Studio: ALESSANDRIA – 20 e 21 aprile 2010 LE POLVERI DEL VULCANO EYJAFJALLAJOKULL anfibolo Da NIMBUS: Il vulcano Eyjafjallajokull: guardiamo dentro alla nube C. Rinaudo, A. Maffiotti, P. Trivero, M. Musa, A. Croce, M. Allegrina

ALESSANDRIA – 20 e 21 aprile 2010 LE POLVERI DEL VULCANO EYJAFJALLAJOKULL microcristallo di ossido di ferro

ALESSANDRIA – 20 e 21 aprile 2010 LE POLVERI DEL VULCANO EYJAFJALLAJOKULL nesosilicato di zirconio

*Direttiva 2008/50/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio
Direttiva del Parlamento Europeo e del Consiglio relativa alla qualità dell’aria ambiente e per un’aria più pulita in Europa. Il Parlamento Europeo, ravvisata la necessità di seguire un’impostazione comune nella valutazione della qualità dell’aria ambiente, nel 2008*, riteneva opportuno procedere a misurazioni degli inquinanti transfrontalieri (ozono in primis) e dei contributi naturali all’inquinamento (polveri sottili naturali). La stessa Direttiva sottolinea che i contributi da fonti naturali possono essere valutati, ma non possono essere controllati. Pertanto, qualora i contributi naturali a inquinanti nell’aria ambiente possono essere determinati con sufficiente certezza e qualora i superamenti siano dovuti in tutto o in parte a tali contributi naturali, questi possono essere detratti, alle condizioni previste dalla stessa direttiva, al momento della valutazione del rispetto dei valori limite della qualità dell’aria. I contributi ai superamenti dei valori limite per il materiale particolato PM10 dovuti alla sabbiatura o salatura invernali delle strade possono anch’essi essere detratti all’atto della valutazione della conformità ai valori limite per la qualità dell’aria, sempreché siano state adottate misure ragionevoli per diminuire le concentrazioni

STAZIONI DI MISURA Comunemente chiamate cabine sono il punto focale del sistema di rilevamento Sono locali climatizzati (~25°C) simili a container da cantiere o attrezzati su furgoni Il campionamento avviene in continuo o a brevi intervalli ed un sistema informatico elabora i dati rilevati

ANNO 2008

La situazione dell’area alessandrina
Biossido di zolfo i valori previsti dalla normativa sono rispettati Monossido di carbonio Biossido di azoto il limite orario e quello annuale sono rispettati, fatta eccezione per alcuni episodi Particelle PM-10 il limite orario e quello annuale sono superati Benzene Ozono I valori sono rispettati, ma a partire dal 2010 sarà previsto un valore bersaglio, che attualmente è ampiamente superato

CARATTERIZZAZIONE DEL PARTICOLATO ATMOSFERICO
Attraverso l’utilizzo integrato di tecniche analitiche tra loro complementari, la Diffrattometria a Raggi X, la Spettrofotometria µ-Raman ed il Microscopio Elettronico a Scansione dotato di Sonda a Dispersione di Energia, può essere effettuata la caratterizzazione chimico-fisica, mineralogica e morfologica dei campioni analizzati e/o delle particelle/fibre minerali presenti nel PM10 campionato attraverso il Sistema Regionale di Monitoraggio della Qualità dell’Aria, gestito dall’A.R.P.A. Piemonte. 49

Diffrattometria RX La Diffrattometria a Raggi X, è un’affermata tecnica che permette di identificare le fasi mineralogiche presenti nel campione: ogni sostanza microcristallina fornisce uno spettro caratteristico e questo rende possibile l’identificazione delle fasi presenti, con una sensibilità tale da averla fatta annoverare dalla normativa vigente, tra le tecniche di indagine ufficiali per la ricerca dell’asbesto. 50

Spettroscopia µ-RAMAN
Il µ-Raman è un innovativo strumento di indagine analitica non distruttiva che, senza una preventiva preparazione del campione, permette una rapida identificazione delle fasi mineralogiche presenti nel campione, aventi anche una composizione chimica e una struttura cristallina poco differenti. L’abbinamento ad un microscopio ottico permette di indirizzare il fascio laser su singole particelle aventi dimensioni micrometriche. 52

Filtro PM10 tal_quale_50x (500 ingrandimenti)
53

calcite SPETTRI RAMAN 55

VP-SEM/EDS Il microscopio elettronico a scansione, indicato con la sigla SEM, permette di individuare la morfologia del campione ad altissimo ingrandimento (fino a x): lo strumento, di ultima generazione, è in grado di lavorare a pressioni variabili, permettendo così anche l’osservazione di materiali nano/micrometrici poco conduttivi, come nel caso specifico del particolato atmosferico. L’abbinamento ad un EDS, sonda particolare per le microanalisi, permette inoltre di eseguire indagini analitiche puntuali od areali dei campioni, ottenendo così importanti informazioni quali/quantitative sulla composizione chimica di quanto esaminato. 56

Laboratorio Rilevamento Ambientale B

Presentazioni simili

Presentazione sul tema: "Laboratorio Rilevamento Ambientale B"— Transcript della presentazione:

Presentazioni simili

Sul progetto

Feed-back

Entrare

Autorizzarsi attraverso i social network:

Laboratorio Rilevamento Ambientale B

Presentazioni simili

Presentazione sul tema: "Laboratorio Rilevamento Ambientale B"— Transcript della presentazione:

Presentazioni simili

Sul progetto

Feed-back