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Paola Fermo
Dipartimento di Chimica Inorganica, Metallorganica e Analitica,
via
i V
Venezian
i 21
21, 20133
20133, Mil
Milano, [email protected]
l f
@ i i it
Milano, Acquario Civico, 14 marzo 2012
Gli inquinanti atmosferici
Gas
Particelle (particolato atmosfercio, PM
particulate matter)as
Inquinanti gassosi
Il particolato atmosferico (PM) rappresenta
uno dei principali inquinanti presenti in atmosfera
Per particolato atmosferico si intende l'insieme di
particelle atmosferiche solide e liquide con diametro
compreso fra 0,1 e 100 micron.
PTS (particolato
(
ti l t totale
t t l sospeso))
PM10 materiale particolato con diametro
aerodinamico inferiore ai 10 µm
PM2.5 materiale particolato con diametro
aerodinamico inferiore ai 2.5 µm
Il particolato atmosferico
quale aspetto …
1 micron = 1
millesimo di mm
Le sorgenti
-materiale particolato di origine naturale (materiale
ri-sospeso dalla superficie della terra, spray marino,
polveri del suolo, emissioni biogeniche)
Le sorgenti
- materiale particolato di origine antropica cioè introdotto
dall’uomo; è prevalente in atmosfera urbana ed è prodotto
principalmente da processi di combustione (traffico,
riscaldamento) ed emissioni industriali
Ma l’inquinamento atmosferico ha
origini più antiche…
Seneca scrive di avere migliorato la sua salute dopo essersi
allontanato dai fumi della città…
E' del 1250 circa (all’epoca di Enrico II) la più
,
’
.
Concentrazioni in atmosfera di particolato:
quante particelle respiriamo in un giorno?
numero
(cm
10 5 -10
5
10
10 5(part/cm
(part/cm
3 ) x 2000 cm
3 ) x 2000 cm
=4.32
=4.3210
10
-3 )
massa ( g m-3 )
7
10-1000
10 3 -10 4
10-100
10 2 -10 3
1-100
N: 10 1 -10 4
S: 10 0 -10 2
1 -10
0.1-1
3 /insp .
3 / insp
12
12
.xx15
15 insp
insp ././min
min xx1440
1440
particelle
particules
//giorno
jour
min
min / jour
/ jour
IL PROCESSO DI FORMAZIONE (primario e secondario)
Fonti primarie : emissione diretta di materiale particolato in atmosfera
FONTI NATURALI (azione del vento, emissioni di pollini, ceneri vulcaniche, fuochi forestali, sale marino..)
FONTI ANTROPICHE (traffico, riscaldamento, processi industriali, inceneritori)
Fonti secondarie: condensazione di composti gassosi.
Precursori Gassosi
Materiale Particolato
EMISSIONE
DIRETTA
CONDENSAZION
E
•
nucleazione
•
coagulazione
Dp < 0.01 µm
Gas
(molecole)
coagulazione
0.01<Dp < 0.1
µm
Aerosol
Secondario
0.1<Dp < 1
µm
1<Dp < 10 µm
Aerosol
Primario
Come si raccolgono le
particelle aerodisperse
Vengono aspirate e raccolte su
filtri che poi vengono pesati
Dati forniti da ARPA
Lombardia, Milano, 11
febbraio 2012
154
Stazioni di rilevamento
Rete Rilevamento
Sensori
PM10+PM2.5
NO
NOx
CO
O3
100
143
75
74
Rete regionale di qualità dell’aria :
Fonte: ARPA Lombardia
Rete di stazioni automatiche
(111 stazioni pubbliche + 80
stazioni private)
42 stazioni con analizzatore
automatico di PM10, 7 con
analizzatore automatico di
PM2.5
20 Laboratori mobili
40 Campionatori di
particolato fine (32 PM10,
8 PM2.5)
14 Campionatori sequenziali
d’aria
2 Contaparticelle ottico
Sono inoltre misurati, con successive analisi in
laboratorio su una parte di campioni di particolato,
gli IPA, metalli pesanti quali As, Cd, Ni, Hg, e
formaldeide
Dentro la stazione …
Veri e propri laboratori
Dentro la stazione
Campionamento in ambiente museale
Campionamento in ambiente remoto
DOVE ?
Siti da
traffico ma
anche …
Ai fini della tutela della salute umana e dell’ambiente nel
suo complesso, è particolarmente importante combattere
alla fonte l’emissione di inquinanti nonché individuare e
attuare le più efficaci misure di riduzione delle emissioni a
livello locale, nazionale e comunitario.
È opportuno
pp
pertanto evitare, p
p
prevenire o ridurre le emissioni
di inquinanti atmosferici nocivi e definire adeguati obiettivi
per la qualitàdell’aria ambiente che tengano conto delle
pertinenti norme, orientamenti e programmi dell’Organizzazione
mondiale della sanità.
PM 10 Medie Annue
PM2.5 Medie Annue
PM2.5 Medie Annue
inverno
estate
Le variabili meteorologiche
sono di fondamentale
importanza rispetto ai
livelli di inquinamento
presenti.
Regolano infatti la
velocità con cui gli
inquinanti vengono
trasportati e si disperdono
in aria (es. velocità del
vento) o portati al suolo
(rimozione da parte della
pioggia)
Andiamo ad osservarle: il mocroscopio
ottico non è sufficiente!
Immagine dal microscopio a scansione elettronica di PM10
raccolte su filtro di policarbonato in ambiente urbano
I diversi tipi di morfologie
Alcune sono sferiche ma non
tutte!
Unesempio: le
particelle emesse dai
motori diesel
Particolato naturale:
lo spray marino
DENTRO LA PARTICELLA:
LA CARATTERIZZAZIONE
CHIMICA DEL
PARTICOLATO
Il chimico le analizza
…con strumentazione
avanzata
Il particolato atmosferico è costituito prevalentemente da:
materiale carbonioso, acqua,solfati, nitrati, silicati e ossidi
di metalli.
Sostanze
Ossidi dei metalli pesanti
3,0%
EC 5,0%
inorganiche Ammonio
solfato
15,5%
OC
28,4%
PM10
Other
Ammonio
37,1%
nitrato
30%
Sostanze
organiche
Polvere del suolo
10,9%
LA MAGGIOR PARTE DI QUESTI COMPOSTI SI FORMANO IN
ATMOSFERA QUINDI LE SORGENTI NON POSSONO
ESSERE FACILMENTE INDIVIDUATE
© 2005 Clean Air Task Force
Come sono fatte
EC /OC
BC)
EC black carbon (BC
struttura: simile alla grafite (con gruppi funzionali)
sorgenti: combustione del carbone ed emissioni diesel
OC organic
i carbon
b
struttura: alcune centinaia di composti
sorgenti:processi di combustione (ambiente urbano
combustione della benzina, riscaldamento domestico);
combustione della biomassa e della legna (biomass e
wood burning), emissioni biogeniche
Il contributo della legna al PM
Sistema di combustione
Stufa tradizionale
Camino aperto
Camino chiuso
Stufa innovativa
BAT (stufa automatica
a pellets o cippato)
Combustione gas naturale
Combustione gasolio
Combustione olio
Fattore di emissione
500 g/GJ (300 – 900)
700 g/GJ
300 g/GJ
150 g/GJ (50 – 250)
50 g/GJ (30 – 100)
0.2 g/GJ (0.03 - 1)
5 g/GJ (0.5 - 50)
40 g/GJ (3 - 60)
Combustibile
PM10
benzina verde
carbone
diesel
gas di raffineria
gasolio
GPL
kerosene
legna e similari
metano
olio combust
altro
senza comb.
t/anno
652
17
6.766
125
692
1,9
21
6.303
243
362
87
7.807
Totale
23.077
Come verificare il contributo della combustione della biomassa
alle concentrazioni ambientali di PM10?
Si è usato come
tracciante
il Levoglucosano
1,6-Anhydro-<-D-glucopyranose
•marker biogenico univoco per la combustione della biomassa,
biomassa ed in
particolare della legna, in quanto:
•è emesso esclusivamente durante i processi di pirolisi della
cellulosa a T > 300 °C;
•è stabile in atmosfera.
Contributo medio stagionale della combustione di biomasse
alla concentrazione di PM10 sulla base di misure di
levoglucosano nel particolato raccolto in atmosfera
INVERNO
ESTATE
Milano
13%
0,4%
Sondrio
26%
6%
Lodi
18%
4%
ug/m3
Contributo della combustione da biomassa in
inverno (2005 - 2007) in Lombardia
100
80
60
40
20
0
Milano
Sondrio
PM totale
PM da biomass burning
Lodi
La combustione della
legna emette inoltre
sostanze nocive per
la salute
Gli effetti sulla salute
Le particelle atmosferiche inalate attraverso l’apparato
respiratorio hanno effetti sulla salute:
le particelle più grandi sono facilmente trattenute nelle
cavità nasali e nella faringe; le particelle più piccole
possono raggiungere i polmoni;
attraverso i polmoni il particolato entra nel sistema
linfatico e circolatorio; i componenti solubili possono
inoltre essere trasportati all’interno di organi lontani
dai polmoni
FRAZIONE RESPIRABILE (regione alveolare)
le particelle caratterizzate da un dae <
2.5 micron arrivano fino alla zona
alveolare, penetrando negli alveoli
stessi quando il loro dae è < 1m circa.
Gli studi riguardanti quest’ultima
tipologia di particelle, il particolato
ultrafine, ovvero quello con dae < 1
micron sono ancora allo stato iniziale ma
alcuni studi affermano che esse sono in
grado di penetrare nelle cellule
diventando le principali responsabili di
quelle che vengono definite al giorno
d’oggi nanopatologie.
Sono state individuate forti correlazioni tra l’aumento del
tasso di mortalità ed episodi acuti di inquinamento dell’aria.
Nel 1952 a Londra si verificò un
caso di emissione di smog
costituito prevalentemente da
SO2 e materiale particellare
Patologie che possono essere indotte dal
particolato atmosferico
Dagli studi epidemiologici più recenti emerge un'evidenza
medica e scientifica dovuta all'esposizione al materiale
particellare
correlazione tra l’aumento delle concentrazioni di polveri e:
il numero di ricoveri ospedalieri per patologie a carico
dell’apparato respiratorio (BPCO, broncopatie)
il numero di morti per infarto del miocardio
Gli effetti degli inquinanti possono essere di tipo acuto,
quando insorgono dopo un breve periodo di esposizione (ore
o giorni) ad elevate concentrazioni di inquinanti, o di tipo
cronico, se si manifestano dopo un lungo periodo (anni o
decenni) ad esposizioni non necessariamente elevate ma
continue.
La conoscenza dei meccanismi di azione degli inquinanti
necessita ulteriori approfondimenti poiché, se da un lato si
hanno informazioni sugli effetti acuti provocati da una
singola sostanza, dall'altro non sono ben noti gli effetti
cronici delle miscele di inquinanti a concentrazioni poco
elevate.
Infatti è necessario calcolare l'influsso di tutti i fattori
potenzialmente influenti come l'effetto combinato della
miscela di sostanze presenti in atmosfera e lo stato di salute
e sociale del paziente
Gli inquinanti, in particolare PM, non agiscono solo per
impatto con le vie aeree, ma interferiscono con meccanismi
biochimici e molecolari dell’organismo capaci di favorire la
comparsa o di aggravare l’andamento di numerose malattie.
PM2.5 aumenta l’ asma in bambini,
particolarmente nei giorni di assenza di fumo passivo.
Bertazzi 2012, Baccarelli &
Kaufman, 2011
Sono
in grado
di modificare
il DNA
EFFETTI
SULL’UOMO
DI ALCUNI
INQUINANTI GASSOSI
SO2: irritante, odore pungente,
acidificazione ambiente.
NO2: irritante, odore pungente,
effetti sugli asmatici.
O3: irritante, riduzione funzione polmonare
(tosse dispnea,
(tosse,
dispnea attacchi d’asma)
d asma).
Benzene: agente cancerogeno.
Benzopirene: componente degli IPA,
probabili cancerogeni.
Il citocromo P450 è una emoproteina
Piombo:
effetti sulla
funzionalità renale, sist.
con
azione detossificante
del nostro
organismo
immunit.
composti inorganici forse cancerogeni
STIME RIPORTATE DALL’ORGANIZZAZIONE MONDIALE
DELLA SANITA’
Mortality and burden of disease from outdoor air
pollution
Situation and trends
In the year 2008, urban outdoor air pollution was
responsible for 1.3 million annual deaths, respresenting
2.4% of the total deaths. Worldwide, urban air pollution is
estimated to cause about 9% of the lung cancer deaths,
5% of cardiopulmonary deaths and about 1% of
respiratory infection deaths.
http://www.who.int/en/
Ai fini degli effetti sulla salute potrebbe essere
importante non solo la massa ma anche il
numero !
L'aumento dell'attività respiratoria dovuta allo sforzo
fisico e la dilatazione delle prime vie respiratorie
aumenta la capacità di penetrazione nell'organismo
delle sostanze inquinanti respirate.
Un altro consiglio
g èq
quello di evitare di svolgere
g
attività
fisica nei parchi e nelle aree verdi urbane negli orari più
caldi, quando è maggiore il rischio di inquinamento da
ozono. Paradossalmente, infatti, per complesse reazioni
chimiche è proprio la mancanza di smog ad impedire
l'abbattimento dei livelli di ozono.
Gli effetti sul clima
Il particolato atmosferico può diffondere la luce del Sole
assorbendola e riemettendola in tutte le direzioni; oppure
la può diffondere impedendo che questa raggiunga la
terra
Q st f
Questo
fenomeno può
ò determinare
d t
i
effetti:
ff tti:
locali (temporanea diminuzione della visibilità)
globali (possibili influenze sul clima) (CLIMATE
CHANGE)
…sulla visibilità
…sulla visibilità
Great Smoky Mountains National Park
…e sulle opere d’arte
Il particolato provoca danni ai materiali, come la corrosione dei
metalli o delle superfici lapidee (trasformazione del carbonato di
calcio in gesso) , sia per azione chimica che meccanica, annerimento
di edifici e opere d'arte, ridotta durata dei tessuti.
INQUINAMENTO DEGLI
AMBIENTI CONFINATI
(inquinamento indoor)
Dove passiamo il tempo ?
nel caso di abitazioni, scuole, uffici, edifici pubblici, mezzi di trasporto,
ecc., l’inquinamento indoor viene frequentemente sottovalutato
per fattori di natura squisitamente culturale, psicologica o storica.
In realtà, diverse ricerche hanno dimostrato che in questi luoghi
l’esposizione ad inquinanti di varia natura può essere addirittura
superiore a quella relativa agli inquinanti in ambiente esterno o
industriale.
9%
8%
Casa
Lavoro
Trasporto
Svago
56%
27%
Danni alla salute
Concentrazione
inquinanti
Tempo di
esposizione
NUMERO DI RICAMBI D’ARIA/h
OTTIMALI IN DIVERSI AMBIENTI
1-2 > Abitazioni ed uffici privati
2-3 > Stanze degenza ospedaliera
4 5 > Aule
4-5
A l scolastiche,
l ti h luoghi
l
hi di
riunione, uffici pubblici
6-8 > Stabilimenti, ristoranti,
discoteche/sale da ballo
8-10 > Locali con produzione di odori e
vapori, bagni e cucine
TIPOLOGIE DI INQUINANTI
INTRAMURALI
FISICI
CHIMICI
BIOLOGICI
INQUINANTI INDOOR: CHIMICI
monossido di carbonio
ossidi di azoto
composti organici volatili (COV)
benzene
formaldeide
idrocarburi policiclici aromatici (IPA)
polveri sospese (cottura
(cottura dei cibi,
sigarette)
sigarette)
fibre minerali sintetiche, amianto
IDROCARBURI POLICICLICI
AROMATICI (IPA)
Fonti: processi di combustione (camini, stufe
a legna, stufe a gas, fornelli a gas, boiler e
caldaie), cottura dei cibi, fumo di tabacco
EFFETTI SULLA SALUTE
Possibili e probabili canceroegni umani (gruppo 2A
e 2B IARC) con la possibilità di formare altri composti
tossici (nitro-IPA)
Effetti irritanti
Effetti genotossici
Effetti teratogeni e sullo sviluppo embrionale
Effetti immunotossici
COMPOSTI ORGANICI VOLATILI
(COV)
Circa 300 diversi composti (per la maggior
parte idrocarburi: solventi, detergenti,
sostanze isolanti, fumo di sigaretta, fumo di
cottura degli alimenti,
alimenti ecc.)
ecc )
Le sorgenti sono:
gli impianti di combustione
il fumo di tabacco
nei nuovi edifici: materiali usati per
l’isolamento termico e acustico e per il
rivestimento delle superfici
Inquinamento Indoor da Formaldeide
La formaldeide è un composto organico volatile che a
temperatura ambiente si presenta come un gas incolore e
dall’odore pungente.
La formaldeide è da molti anni ampiamente utilizzata nella
produzione di materiali per l’edilizia, mobili, prodotti per la
pulizia colle
pulizia,
colle, vernici
vernici, disinfettanti,
disinfettanti plastiche,
plastiche coloranti,
coloranti
imballaggi, ecc.; può essere presente anche
nell’abbigliamento e nella tappezzeria.
la formaldeide è un composto cancerogeno per l’uomo: è stata
ufficialmente definita come tale dall’Agenzia Internazionale
per la Ricerca sul Cancro già nel 2004. Oltre a questo,
provoca irritazioni al naso e alla gola, arrossamenti degli occhi,
congiuntivite…..
Per ridurne la concentrazione nell’aria, bisogna innanzitutto
eliminarne le fonti: evitare di fumare in casa, utilizzare
prodotti che non la contengono,
contengono non acquistare mobili
truciolati con resine a base di formaldeide, ecc.
Dato che sia il calore che l’umidità aumentano le emissioni
delle fonti, è anche opportuno favorire i ricambi d’aria e
mantenere un’umidità fra il 40 e il 60%.
PRODOTTI DI VARIO IMPIEGO IN
AMBIENTE DOMESTICO
detersivi
disinfettanti
insetticidi,, tarmicidi,, repellenti,
p
, ecc.
spray deodoranti per ambienti
prodotti per la cura della persona
spray a secco per tessuti
vernici, solventi, colle, sigillanti, ecc.
EFFETTI SULLA SALUTE
irritazione a occhi, naso e gola
cefalea
nausea
possibili danni a fegato e reni
effetti sul sistema nervoso centrale
INQUINANTI ESTERNI
INQUINANTI
Polveri sospese
NOx
Benzene
CO
IPA
SO2 – SO3
FONTI
Traffico veicolare
Riscaldamento
domestico
Impianti industriali
Fattori ambientali (ubicazione e orientamento
dell’edificio)
Scelte costruttive (impiego di materiali non inquinanti e
non nocivi)
Scelte di arredamenti e finiture non nocivi
Attenzione a colle, adesivi, sigillanti, prodotti per la
pulizia della casa, spray vari
Adeguata
g
ed efficace
ff
ventilazione degli
g ambienti
Mantenimento di adeguati livelli di temperatura e
umidità
Pulizia e manutenzione dei filtri degli impianti di
condizionamento
Educazione comportamentale (divieto di fumo,
limitazione nell’uso dei prodotti chimici, corretto
approccio alla pulizia e manutenzione delle abitazioni)
E se avete voglia di
approfondire
l’argomento…
una lettura non
convenzionale per giovani
e adulti che abbiano voglia
di capire, conoscere ed
essere informati
correttamente su tematiche
che fanno oramai parte
della nostra vita quotidiana.
I capitoli
1. Caratteristiche chimico fisiche
2. Le sorgenti
3. Il monitoraggio
4. Effetti degli aerosol su scala globale
5. PM e Salute
6. Sistemi per il supporto al decisore
7. Aspetti normativi
E se avete voglia di approfondire
l’argomento…
Il Girone delle Polveri Sottili
Viaggio nel mondo delle Nanoparticelle tra
inquinamento, patologie e interessi finanzia
Stefano Montanari
Aria da pioggia.
pioggia Polveri sottili,
sottili effetti
atmosferici e comportamenti ecosostenibili Brossura (2010), di Marco Casazza e Anna Giulian
http://ita.arpalombardia.it
http://www.nonsoloaria.com
http://www.who.int/en/
p
[email protected]
@