Mancini Problematic He Connesse All'Inquinamento e Protezione Dell'Aria

8/3/2019 Mancini Problematic He Connesse All'Inquinamento e Protezione Dell'Aria

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PROBLEMATICHE

AMBIENTALI E RISCHI

DELLE TECNOLOGIE

NEGLI AMBIENTI DI

LAVORO

Giuseppe Mancini

Responsabile Gruppo Rifiuti e Bonifiche AIAT SICILIA

[email protected]

Master di II livello abilitante per le funzioni dimedico competente.

Problematiche connesse allinquinamentoProblematiche connesse allinquinamento

atmosfericoatmosferico

Struttura

Per atmosfera si intende la zona gassosa che circonda la superficie terrestre.Il miscuglio di gas, le cui propriet chimico-fisiche variano con la quota, si

estende fino a circa 1000 km, anche se il 90% della massa gassosa si ritrovanei primi 15 km. In figura 1 riportato landamento della temperatura con la

quota; tale andamento, legato a processi fluidodinamici, chimici e radioattivi,presenta dei punti con derivata nulla che sono utilizzati per dividerelatmosfera stessa in varie zone.

Troposfera: la regione pi vicina alla superficie terrestre delimitatasuperiormente dalla tropopausa ove la temperatura presenta un minimo dicirca -50 C (ad una quota fra i 6 km e i 12 km pi alta all'equatore); in tale

regione la temperatura decresce di circa 6,5 C/km; la zona pi prossima allasuperficie terrestre, dove si risentono delle escursioni di temperatura dovute

al ciclo giornaliero detta strato limite atmosferico.

Stratosfera: regione compresa tra la tropopausa e la stratopausa (ad unaquota di circa 25-30 km) dove la temperatura ha un minimo di circa 0 C; in

tale zona molto importante la formazione di ozono (O3) ottenuto medianteriduzione e successiva ossidazione dellossigeno molecolare (O2).


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Struttura

Mesosfera: regione compresa tra la stratopausa e la mesopausa (ad unaquota di circa 70-85 Km) ove si ha un secondo minimo della temperatura dicirca -80 C; il luogo ove scompaiono la maggior parte delle meteoriti.

Termosfera: la regione al di sopra della quota di 80 km ove si ha un

costante aumento della temperatura.

Sono possibili altre classificazioni della atmosfera basate su:

omogeneit di composizione: la zona al di sotto dei 100 km, ove il gas

ben mescolato detta omosfera, la zona al di sopra detta eterosfera;

presenza di ozono: la zona ove si verifica (stratosfera e mesosfera) dettaozonosfera;

presenza di fenomeni di ionizzazione: la zona ove si verificano detta

ionosfera;

lunghezza del libero cammino medio: la zona ove la lunghezza moltogrande da consentire la fuga delle particelle detta esosfera.

Struttura

Figura 1

Suddivisione e

struttura

dellatmosfera


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Scale di valutazione dei meccanismi di

dispersione di inquinanti in atmosfera

Schema di circolazione dellaria in estate

nellemisfero nord della troposfera


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Composizione dell'atmosfera

I principali componenti dell'atmosfera sono :l'azoto (N2), peso molecolare 28, presente con percentuali del 78% in volume

e del 75% in massa;

l'ossigeno (O2), peso molecolare 32, presente con percentuali del 21% involume e del 23% in massa.

Questi due elementi costituiscono il 99% in volume del totale. Il restante 1%

costituito da molti altri gas, che hanno un contenuto in massa modesto mala cui presenza importante per l'instaurarsi di fenomeni chimici e

termodinamici. Questi gas sono il frutto in genere di relazioni di tipo chimico efotochimico. Per quei gas che presentano una caratteristica di transitoriet

della loro presenza l'andamento della concentrazione nel tempo segue unalegge del tipo:

(1)dove , tempo di residenza, il tempo necessario per portare la

concentrazione ad un valore 1/e di quella iniziale.

C C e

t

=

0

Composizione dell'atmosfera

I composti atmosferici possono quindi essere caratterizzati in base al valore

di :

gas variabili: dell'ordine di giorni o settimane;

gas lentamente variabili: dell'ordine dell'anno;

gas permanenti: maggiore di qualche anno.


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Inquinamento atmosferico: definizioni

Stato dellaria atmosferica conseguente allimmissione nella stessa di

sostanze di qualsiasi natura in misura e condizioni tali da alterare lasalubrit dellaria e da costituire pregiudizio diretto o indiretto per la salutedei cittadini o danno ai beni pubblici e privati.

Inquinamento atmosferico diffuso

Inquinamento atmosferico di origine urbana (diffuso)

Inquinamento atmosferico di origine industriale (diffuso)

Inquinamento atmosferico negli ambienti di lavoro (localizzato)

Inquinamento atmosferico negli ambienti civili confinati (localizzato)

Tale distinzione rispecchia i criteri con cui vengono fissati i differentistandard di qualit dellaria.

Fonti di inquinamentoEffetti croniciEffetti acutiCampione degli esposti

Trasferimento delle sostanze inquinanti

dallaria agli altri comparti


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Meccanismo di azione degli inquinanti atmosferici

Caratteristiche fisiche e chimiche degli

inquinanti atmosferici

Caratteristiche fisiche

Gas

Vapori

Areosols (miscele di particelle in sospensione nellaria, caratterizzate

da parametri statistici)

Caratteristiche chimiche

Inquinanti primari: vengono immessi direttamente in atmosfera per

effetto di attivit antropiche o naturali.

Inquinanti secondari: si formano per trasformazione e interazione

degli inquinanti primari, spesso sotto leffetto della radiazione solare

(reazioni fotochimiche).

Molecole fotoaccettori: NO2 aldeidi, HNO2 O3

Radicali liberi O, H , OH (idrossilico) HO2(idroperossilico)

Tensione di vapore (forma in cui si possono ritrovare i composti)

Seguono la legge dei gas ideali


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Distribuzione statistica del materiale particolato

Scala lineare Scala logaritmica Distribuzione

percentile

Origine degli Areosols


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Classificazione degli inquinanti dellaria

FGAV/GM Dinamica degli inquinanti Universit di Catania file: Lucidi ENNA Inquinamento e prot aria.ppt

Reazioni di

trasformazione degli

inquinanti in

atmosfera


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Fonti di produzione: combustione

La produzione di energia (tramite combustione) lattivit antropicache pi a vasta scala ha influenzato le caratteristiche dellatmosfera a

partire dal 1800.

Combustibile (carbone, olio combustibile, gas naturale, legno),

formato da carbonio e idrogeno:

Altri prodotti della combustione:

CO (combustione incompleta)

SO2, SO3 ceneri, piombo tetraetile (impurit dei combustibili)

NOx (processi di ossidazione dellazoto a temperature elevate)

22 COOC =+

OyHxCOOyxHC yx 2222

1)

4

1( +=++

Fonti, concentrazioni e processi di rimozione dei

principali inquinanti in atmosfera


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Fonti, concentrazioni e processi di rimozione dei

principali inquinanti in atmosfera

Fonti di produzione: combustione

Monossido di carbonio

Emissione principale dopo la dopo la CO2 (motori freddi, miscele ricche) La concentrazione media in aria non inquinata di 0,1-0,2 ppm, puraggiungere 100 ppm nelle ore di punta in grandi citt e 295 ppm in gallerie

La rimozione di tipo biologico al livello del suolo mentre in atmosfera siaha la trasformazione in CO2 per attacco di radicali idrossilici e perossidrilici

Ossidi di zolfo

Derivanti dal contenuto di zolfo nei combustibili. Tipici delle aree urbaneed industriali (condizione peggiore in inverno)

La concentrazione media troposferica di 0,2 ppb pu variare nelle aree

urbane tra 0,01 e 0,1 ppm nelle aree urbane. La SO2 (stabile) spesso utilizzata come indice globale di inquinamento

atmosferico (funzione di tracciante, reti di rilevamento automatico)La SO2 pu essere assorbita al suolo o dai vegetali ma prevalentemente

viene ossidata a SO3 per via catalitica o fotolitica (pi lenta)Lidrolisi della SO3 produce H2SO4 che forma aerosols contenenti SO2,

NH3, cationi metallici, solfato di ammonio, nitrati (piogge acide)


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Dati di combustione per vari combustibili

Dati di combustione per vari combustibili


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Fonti di produzione: emissioni da fonti mobili

Passaggio dalla benzina con piombo tetraetile (antidetonante ma

avvelenatore delle marmitte catalitiche) alla benzina verde.Effetto secondario della marmitta catalitica (migliora lossidazione diCO) di ossidare SO2 a SO3 (0,03% nelle benzine) produzione diH2SO4 irritante in ambienti poco ventilati

Criteri di qualit dellaria: definizioni

Definiscono la relazione tra lesposizione a un inquinante e il rischio di

emergenza di effetti indesiderati in determinate condizioni ambientali (WHO)

Occorre concetto pi ampio che tenga conto non solo del benessere fisico ma

anche sociale e mentale (pi difficile la valutazione)

Lesposizione di un organismo a un inquinante la quantificazione dellaconcentrazione di inquinante e della durata dellinterazione organismo

inquinante

Il rischio identifica la probabilit (frequenza) di emergenza di eventiindesiderati (morte, malattia) a seguito dellesposizione dellorganismo

(popolazione) allinquinante.Dose di inquinante

Concentrazione nel caso di eventi acuti;

Prodotto di concentrazione per tempo nel caso di eventi cronici;

Organismo obiettivo, organo obiettivo; bersaglio recettore (misure)

Tempo di dimezzamento biologico della sostanza allinterno dellorganismo


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Periodi di dimezzamento biologico (PDB) e

fluttuazioni minime (FM) per alcuni inquinanti

Spettro delle risposte biologiche alla esposizione

umana di un inquinante

Per garantire la protezione della

popolazione i criteri di qualit dellariasi basano sullassunzione di valori

soglia di esposizione in terminiprobabilistici (numero massimo disoggetti esposti per fissata durata),

ovvero assumendo un livello minimodi rischio.

Si tiene in questo modo inconsiderazione leterogeneit della

popolazione in termini di rispostaallesposizione degli inquinanti


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Istogrammi e cumulata delle classi di popolazioni

esposte per 8 ore a fissata concentrazione di CO.

Popolazione di 200.000 abitanti

Solo il 65% della popolazione

esposta a concentrazioni inferiori allostandard

Numero di soggetti esposti alla

concentrazione media in ascissa

FGAV/GM Dinamica degli inquinanti Universit di Catania file: Lucidi ENNA Inquinamento e prot aria.ppt

Criteri di qualit dellaria: livelli di esposizione e

possibili effetti sulla salute

Nel processo di definizione dei criteri intervengono metodi sperimentali, clinici

ed epidemiologici i cui risultati vengono integrati costruendo uno spettro delle

risposte biologiche nelluomo ai fattori in esame.

LIVELLI DI ESPOSIZIONE

Carico corporeo (body burden)

Livello di esposizione che provoca ladattamento

Livelli che inducono modificazioni anormali, reversibili, di funzionalit

organica, metabolica o di comportamento

Livelli che inducono morbosit conclamata

Livelli che inducono mortalit indottaEFFETTI ACUTI PIU FREQUENTI

Morbosit o mortalit per bronchiti

Danni alle funzioni respiratorie

Malattie Cardiache

Malattie Polmonari


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livelli e stati di attenzione e di allarme per gli inquinanti

atmosferici nelle aree urbane

La media giornaliera la media delle medie orarie rilevate nell'arco di ventiquattro ore.

Inquinante livello di allarme(microg/m3)

livello di attenzione(microg/m3)

Biossido di zolfo (media giorn.)125 250

Particelle sospese totali

(media giorn.) 150 (2) (3)

Biossido di azoto (media oraria) 200 400


(media oraria) 15 (mg/m3) 30 (mg/m3)

Ozono (media oraria) 180 360

Inquinante livello di allarme(microg/m3)


Biossido di zolfo (media giorn.)125 250


(media giorn.) 150 (2) (3)

Biossido di azoto (media oraria) 200 400


(media oraria) 15 (mg/m3) 30 (mg/m3)

Ozono (media oraria) 180 360

InquinanteInquinante livello di allarme(microg/m3)

livello di allarme(microg/m3)



Biossido di zolfo (media giorn.)Biossido di zolfo (media giorn.)125125 250250


(media giorn.)


(media giorn.) 150150 (2) (3)(2) (3)

Biossido di azoto (media oraria)Biossido di azoto (media oraria) 200200 400400


(media oraria)


(media oraria) 15 (mg/m3)15 (mg/m3) 30 (mg/m3)30 (mg/m3)

Ozono (media oraria)Ozono (media oraria) 180180 360360

livelli e stati di attenzione e di allarme per gli inquinanti

atmosferici nelle aree urbane

Inquinante Stazioni

Biossido di zolfo50% del totale delle stazioni di tipo A,

B, C installate.

Particelle sospese totali50% del totale delle stazioni di tipo A,

B, C installate.

Biossido di azoto50% del totale delle stazioni di tipo A,

B installate.

Monossido di carbonio 50% del totale delle stazioni di tipo A,C installate.

OzonoUna qualsiasi stazione del tipo A o D.

Inquinante Stazioni

Biossido di zolfo50% del totale delle stazioni di tipo A,

B, C installate.

Particelle sospese totali50% del totale delle stazioni di tipo A,

B, C installate.

Biossido di azoto50% del totale delle stazioni di tipo A,

B installate.

Monossido di carbonio 50% del totale delle stazioni di tipo A,C installate.

OzonoUna qualsiasi stazione del tipo A o D.

InquinanteInquinante StazioniStazioni

Biossido di zolfoBiossido di zolfo50% del totale delle stazioni di tipo A,

B, C installate.

50% del totale delle stazioni di tipo A,

B, C installate.

Particelle sospese totaliParticelle sospese totali50% del totale delle stazioni di tipo A,

B, C installate.


B, C installate.

Biossido di azotoBiossido di azoto50% del totale delle stazioni di tipo A,

B installate.


B installate.

Monossido di carbonioMonossido di carbonio 50% del totale delle stazioni di tipo A,C installate.50% del totale delle stazioni di tipo A,C installate.

OzonoOzonoUna qualsiasi stazione del tipo A o D.Una qualsiasi stazione del tipo A o D.


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Standard di qualit dell'aria

Tabella 2 - Valori limite di qualit dell'aria.

Inquinante

Biossido di zolfo

Espresso come SO2

Mediana delle concentrazioni medie di 24

ore nell'arco di 1 anno o nel semestre

invernale

80 g/m3

98 percentile delle condizioni medie

rilevate nell'arco di 1 anno

250 g/m3

Mediana delle concentrazioni medie di 24

ore rilevate durante l'inverno

130 g/m3

Biossido di azoto

Espresso come NO2

98 percentile delle condizioni medie di 1

ora rilevate durante l'anno

200 g/m3

Ozono espresso come

O3

Concentrazioni medie di 1 ora da non

raggiungere pi di una volta al mese

200 g/m3


Tabella 2 - Valori limite di qualit dell'aria.

Monossido di

carbonio

Espresso come CO

Concentrazione media di 8 ore

Concentrazione media di 1 ora

10 mg/m3

40 mg/m3

Piombo Media aritmetica delle concentrazioni

medie di 24 ore rilevate in 1 anno

2 g/m3

Fluoro Concentrazione media di 24 ore

Media delle concentrazioni medie di

24 ore rilevate in 1 mese

20 g/m3

10 g/m3

Particelle sospese Media aritmetica di tutte le concentrazioni

medie di 24 ore rilevate nell'arco di 1 anno

95 percentile di tutte le concentrazioni

medie di 24 ore rilevate nell'arco di 1 anno

150 g/m3

300 g/m3


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Tabella 3 Valori per le concentrazioni massime nell'aria di precursori di

inquinanti contenuti nella tabella 2 da adottarsisubordinatamente alla concorrenza di determinate condizioni.

Precursore Valori limite

di concentrazione

Condizioni per la

validit del valore

limite

Idrocarburi totali

escluso il metano

espressi come C

Concentrazione

media di 3 ore

consecutive in

periodo del giorno

da specificarsi

secondo le zone a

cura delle autorit

regionali

competenti: 200

g/m3

Da adottarsi

soltanto nelle zone

e nei periodi

dell'anno nei quali

siano verificati

superamenti

significativi dello

standard dell'aria

per ozono indicato

in Tabella 2


I significati delle statistiche richiamate nelle tabelle sono i seguenti:

a) Mediana delle concentrazioni medie di 24 ore rilevate nell'anno o nelsemestre invernale. Si calcolano le concentrazioni medie giornaliere

(facendo la media aritmetica dei valori orari dalle ore 0 alle ore 24), i valoriottenuti vengono ordinati in ordine crescente e la mediana il valore centrale

della sequenza ordinata. Il valore della mediana conosciuto quando sihanno a disposizione almeno 330 medie giornaliere nel caso della mediana

annuale e 165 nel caso della media invernale, nel caso di un numeroinferiore di medie a disposizione si pu ottenere solo una stima.

b) 98 percentile delle concentrazioni medie di 24 ore rilevate nell'anno.

Ottenuta la sequenza ordinata (concentrazioni crescenti) delle N mediegiornaliere relative ad un anno, il 98 percentile il valore che occupa il98N/100 nella sequenza. Tale valore noto quando si hanno a disposizione

365 medie giornaliere; se il numero di medie inferiore si ottiene una stima.Se si vuole valutare in questo caso il rispetto dello standard di qualit

dell'aria si pu effettuare un test statistico.


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Media aritmetica delle concentrazioni medie di 24 ore rilevate nell'anno. Si

calcolano le medie giornaliere (dalle ore 0 alle ore 24) e quindi le mediearitmetiche annuali. Il valore della media annuale conosciuto quando sihanno a disposizione almeno 330 medie giornaliere, altrimenti si ottiene unastima della media stessa.

d) 95 percentile delle concentrazioni medie di 24 ore rilevate nell'anno.Come per il caso b) ma con il 95N/100 nella sequenza.

e) Media aritmetica delle concentrazioni medie di 24 ore rilevate in un mese.

Si calcolano le medie come nel caso c) ma relativamente ad un mese. Ilvalore della media mensile conosciuto quando si hanno a disposizione

almeno 20 medie giornaliere.

f) Concentrazione media di 24 ore. Si calcolano le medie su di un periodo di24 ore (dalle 0 alle 24).

g) Concentrazione media di 1 ora. Come per f) ma per un tempo dimediazione di 1 ora.

h) Concentrazione media di 8 ore. Come per g) ma per periodi di 8 ore (dalle0 alle 8; dalle 8 alle 16; dalle 16 alle 24).

Stabilit e instabilit atmosferica

Concetto di equilibrio stabile, instabile, indifferente.

Instabilit atmosferica

Linstabilit favorisce i moti e la dispersione degli inquinanti

La stabilit ostacola i moti e la dispersione degli inquinanti

Gradiente di temperatura

Gradiente termico delladiabatica secca (-0,98 C/100m), indipendentedalla quota

Gradiente termico delladiabatica umida, non costante perch dipendentedal calore latente di condensazione (ovvero della temperatura e quindi

della quota)

Il confronto tra il gradiente termico delladiabatica secca e il gradientetermico effettivo (misurato) consente di stabilire la tendenza al moto

verticale delle particelle daria (gravit, spinta di Archimede)

dZ

dT=


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Andamento del gradiente adiabatico secco ed umido

A = instabilit assolutaB = stabilit o instabilit relativaC = stabilit assoluta

Stabilit locale

Se il gradiente superadiabatico, a seguito di uno spostamento adiabatico

verso lalto di una particella, questa si trova ad una temperatura superiore a

quella del fluido circostante; quindi, poich il fluido raggiunge

immediatamente l'equilibrio con la pressione, la sua densit sar minore per

cui ricever un'ulteriore spinta verso l'alto, allontanandosi ancora di pi dalla

condizione iniziale. Lo stesso ragionamento pu essere fatto nel caso in cui

lo spostamento iniziale rivolto verso il basso.

Se il gradiente subadiabatico, a seguito di uno spostamento verso l'alto la

particella si trova con temperatura inferiore a quella che competeall'ambiente circostante, quindi a densit maggiore, per cui riceve una spinta

verso il basso e tende quindi a ritornare nella sua posizione originaria.

Pertanto l'equilibrio risulta stabile, neutro o instabile a secondo che il

gradiente di temperatura verticale sia rispettivamente subadiabatico,

adiabatico o superadiabatico.


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Comportamento sub e super adiabatico di una

particella in atmosfera

>dZ

dT

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