L INQUINAMENTO DA BENZENE NELL AREA URBANA DI MODENA

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1 L INQUINAMENTO DA BENZENE NELL AREA URBANA DI MODENA Epidemiologia Ambientale - ARPA Emilia Romagna Sezione Provinciale di Modena - ARPA Emilia Romagna

2 L inquinamento da benzene nell area urbana di Modena A cura di: Stefano Zauli Sajani, Stefano Forti Hanno collaborato: Magda Bigi, Gino Goldoni, Luisa Guerra, Alessandra Neri, Marco Pisa, Fabiana Scotto, Mauro Tonelli

3 SOMMARIO SOMMARIO...3 INTRODUZIONE...4 CARATTERISTICHE CHIMICO-FISICHE ED EFFETTI SANITARI...6 SORGENTI DI EMISSIONE E DISTRIBUZIONE SPAZIALE...8 I DATI SPERIMENTALI DI BENZENE NEL COMUNE DI MODENA...11 INTEGRAZIONE TRA CENTRALINE FISSE E CAMPIONATORI PASSIVI E STIMA DELLE MEDIE ANNUE...7 SIMULAZIONI MODELLISTICHE E CONFRONTO CON I DATI SPERIMENTALI...33 PROVE DI SENSIBILITÀ DEL MODELLO...38 ESPOSIZIONE DELLA POPOLAZIONE...45 CONCLUSIONI E LINEE DI SVILUPPO...51 BIBLIOGRAFIA

4 INTRODUZIONE Viene qui presentata una sintetica relazione sulle attività effettuate fino ad oggi per la valutazione dei livelli di benzene nell area urbana di Modena. Tali attività hanno visto affiancarsi al tradizionale monitoraggio tramite centraline fisse, misure con campionatori passivi e simulazioni modellistiche e hanno comportato un importante investimento in termini di risorse umane e finanziarie da parte sia del Comune di Modena sia di ARPA Emilia Romagna. Degni di citazione a tal proposito sono lo studio realizzato negli anni 1- e quello analogo, ma più limitato, effettuato negli anni - 1. Tali studi si inquadrano nel contesto di iniziative previste dal D.M. 1 Aprile 1999 che fa obbligo ai comuni con potenziali problematiche ambientali di redigere un rapporto annuale sulla qualità dell aria e di predisporre eventuali provvedimenti preventivi a salvaguardia della salute della popolazione. I provvedimenti sono indirizzati prioritariamente a varie forme di limitazione del traffico autoveicolare, del quale viene in tal modo sancita la centralità nella generazione dell inquinamento urbano, e vengono vincolati ad una preventiva analisi della situazione esistente, da effettuare tramite attività sia di tipo sperimentale che modellistico. Le attività di tipo sperimentale sono costituite da misurazioni tramite centraline fisse operanti in continuo e da campagne di breve estensione temporale condotte con mezzi mobili o campionatori passivi. Le centraline rappresentano ad oggi la principale fonte di informazione sullo stato della qualità dell aria. Esse hanno il vantaggio della continuità temporale e possono quindi fornire lunghe serie storiche di dati che si rivelano molto utili sia da un punto di vista dell analisi dei trend che da un punto di vista previsionale. Gli svantaggi sono legati al loro limitato numero, alla loro specifica collocazione e quindi, in definitiva, alla loro rappresentatività. La concentrazione degli inquinanti primari da traffico, e del benzene in particolare è, infatti, estremamente variabile sia in senso temporale che spaziale e le centraline fisse difficilmente permettono di ricavare in modo rigoroso, neppure dove sono in numero maggiore, sia i livelli di inquinamento medi (in senso spaziale) nelle diverse città, sia la distribuzione dei diversi inquinanti all interno delle città stesse. Ciò è dovuto al fatto che la città (soprattutto la tipologia urbana italiana) è un ambito nel quale il raggio di rappresentatività del dato sperimentale è molto ristretto: mentre in ambiti rurali un eventuale dato ambientale può essere rappresentativo di aree vaste (anche chilometri), in ambito urbano valori misurati all interno di un canyon stradale e a poca distanza dietro gli edifici possono differire anche di alcuni fattori (fino a 5-6 volte). Proprio il canyon stradale è probabilmente la scala spaziale tipica dell inquinamento atmosferico in ambito urbano. Occorre quindi analizzare in modo critico i dati delle centraline fisse e suggerire strategie di integrazione con i dati di campionatori passivi e mezzi mobili. In particolare, è stata individuata una procedura per stimare medie annue da campionamenti 4

5 a finestra temporale. Tale procedura permette di ovviare al problema legato al fatto che le indagini ad alta risoluzione spaziale, a causa della loro dispendiosità, vengono condotte in limitati periodi di tempo, risultando in tal modo esposte al rischio di fenomeni anomali e transitori che possono perturbare la generalità del dato ottenuto. A questo processo di integrazione di dati sperimentali differenti si sono affiancate attività di tipo modellistico per completare il processo di valutazione integrata dei livelli di inquinamento da benzene. Esse, oltre a fornire dati caratterizzati da un dettaglio spaziale molto superiore anche alle campagne sperimentali più accurate, forniscono valori meno legati alla particolarità del periodo di misura, oltre a permettere l analisi di singole variabili e di scenari, compito fondamentale in un ottica di programmazione del territorio. Occorre tuttavia ricordare che un modello rappresenta solo una semplificazione più o meno grossolana della realtà e questo ne costituisce una debolezza intrinseca. Si rivela quindi ineludibile una attenta attività di calibrazione e validazione per verificarne l efficacia nel riprodurre la realtà o, più propriamente, ciò che della realtà si è interessati a conoscere. L utilità dell uso sinergico delle attività sperimentali e modellistiche viene recepito anche da un punto di vista legislativo dal già citato DM 1 Aprile 1999, soprattutto nell ambito della importante riaffermazione della logica dell analisi integrata e della programmazione rispetto alla logica dei provvedimenti di emergenza. L approccio metodologico utilizzato nello studio del benzene a Modena ha mirato fino dagli inizi proprio all integrazione tra le diverse metodologie di indagine e di misura anche perché tale approccio è l unico che possa permettere di accedere ad un quadro ad alta risoluzione spaziale dell inquinamento da benzene in area urbana. Il dettaglio spaziale risulta molto importante non solo per i numerosi riscontri epidemiologici disponibili in letteratura sull effetto sulla salute dell esposizione residenziale agli inquinanti da traffico in prossimità di archi stradali, ma anche per poter stimare in modo appropriato una esposizione media della popolazione rispetto a quegli inquinanti che hanno una grande variabilità spaziale. Proprio la stima dell esposizione media della popolazione al benzene e degli effetti sanitari ad essa legati hanno rappresentato l obiettivo finale di tutte le attività intraprese. Il parametro legislativo di riferimento per il benzene è l obiettivo di qualità, fissato dal DM del 5/11/1994 in 1 µg/m 3 come media annua (valore adottato dal 1/1/1999). Si ricorda inoltre che la direttiva 1999/3 dell Unione Europea stabilisce invece un vero e proprio limite di concentrazione ( valore limite per la protezione della salute umana ) per il benzene fissandone il valore a 5 µg/m 3. Di tale limite è prevista l applicazione dalla data di recepimento della direttiva europea, con una tolleranza iniziale del 1% destinata a ridursi allo % nel 1. 5

6 CARATTERISTICHE CHIMICO-FISICHE ED EFFETTI SANITARI Il Benzene è un idrocarburo incolore, di odore pungente, infiammabile e molto stabile. Appartiene alla famiglia degli idrocarburi cosiddetti "aromatici" e ha una struttura molecolare costituita da sei atomi di carbonio disposti ad anello. Questa struttura conferisce una grande stabilità termodinamica che rende poco favorite le reazioni di ossidazione come, ad esempio, la combustione. A temperatura ambiente e alla pressione atmosferica è allo stato liquido. Tuttavia, essendo caratterizzato da una elevata pressione di vapore, evapora rapidamente e lo si trova quindi in aria soprattutto allo stato di vapore. Vaporizzato risulta.7 volte più pesante dell aria. E debolmente solubile in acqua ma miscibile con parecchi altri solventi organici. Viene spesso associato nelle campagne sperimentali a toluene e xylene (misure BTX) da cui si differenzia per gli effetti cancerogeni. Il toluene (C 7 H 8 ) e lo xylene (C 8 H 1 ) sono derivati dal benzene rispettivamente per sostituzione di uno o due idrogeni con uno o due gruppi metilici (CH 3 ). La facilità con cui il benzene libera un idrogeno per sostituirlo con un gruppo metilico o etilico, rende frequente la coesistenza di queste tre specie chimiche. Nella benzina commerciale esse sono infatti presenti in misura significativa. Il tempo di residenza in aria varia da alcune ore ad alcuni giorni, a seconda dell ambiente, del clima e delle concentrazioni delle altre sostanze con cui reagisce (radicale ossidrile, ossidi di azoto e di zolfo). Tabella 1: Caratteristiche fisico-chimiche del benzene Formula molecolare: C 6 H 6 Stato fisico a 5 C: liquido incolore Temperatura di fusione: 6 C Peso molecolare: 78.1 Densità relativa (acqua=1):.9 Punto di ebollizione: 8 C Tensione di vapore a C: 1 kpa Densità relativa dei vapori (aria=1):.7 Solubilità in acqua:.18 (a 5 C) Fattori di conversione: 1 ppm = 3. mg/m 3 ; Soglia olfattiva: ppm 1 mg/m 3 =.31 ppm I danni che il benzene induce sulla salute umana sono prevalentemente a carico del sistema emolinfopoietico e si distinguono in: a) danni di tipo tossicologico: anemia, linfopenia, trombocitopenia, pancitopenia; b) danni di tipo cancerogeno: leucemie; c) danni di tipo genetico a carico dei cromosomi. 6

7 Gli effetti più importanti alle concentrazioni ambientali sono quelli cancerogeni. Il Benzene è considerato un cancerogeno certo per l uomo (IARC, Snyder et al., 1993; Ward et al., 199), ma gli effetti cancerogeni e in particolare la capacità di provocare leucemie, sono stati osservati in adulti esposti, per ragioni professionali, a concentrazioni almeno di due-tre ordini di grandezza più elevate rispetto a quelle misurabili nell aria di molte città ad alta intensità di traffico o in ambienti chiusi contaminati da fumo di sigaretta (Wallace, 1996). Tutte le stime relative a concentrazioni tipiche dell esposizione della popolazione sono quindi estrapolazioni senza livello di soglia (non esiste nessun valore di concentrazione che sia da ritenersi esente da rischi) dei risultati di studi su lavoratori esposti ad alte concentrazioni. Il livello preciso di rischio è quindi fortemente influenzato dal metodo matematico di tale estrapolazione. Generalmente, la curva dose risposta a basse concentrazioni viene derivata con un modello lineare anche se altre stime sono state fatte con modelli di tipo esponenziale. La preferenza del modello lineare deriva anche dal fatto che esso fornisce una stima più protettiva e comunque forma della funzione dose-risposta non può essere determinata con precisione senza una migliore comprensione dei meccanismi biologici con cui il benzene induce la leucemia. La comprensione dei meccanismi con cui l esposizione al benzene e ai suoi metabolici esercita i suoi effetti tossici e cancerogeni, rimane incerta (US: EPA, 1998). Il livello di rischio espresso come incremento di casi di leucemia mieloide nella popolazione non esposta professionalmente a benzene, è comunque stato stimato in un intervallo tra. e 7.8 casi ogni milione di persone esposte durante la vita ad 1 µg/m 3 (EPA, IRIS; Rinsky et al., 1981; Bond et al., 1986; WHO, 1996) anche se la più recente stima di rischio unitario oncogeno nella vita effettuata dall'epa risulta pari a 8.3 x 1-6 sempre per lo stesso tipo di esposizione. La concentrazione a cui si fa riferimento a quella associata all esposizione e non quella derivante da misure di concentrazione outdoor. E' stato stimato che in Italia, come conseguenza dell'esposizione a benzene in aria derivante dal traffico veicolare si verificano annualmente un numero medio di leucemie variabile tra 17 e 46. In altre parole: ogni 1 leucemie che si verificano nella popolazione sarebbero da attribuire al benzene da un minimo di 3 a un massimo di 5. 7

8 SORGENTI DI EMISSIONE E DISTRIBUZIONE SPAZIALE Il traffico autoveicolare è la principale sorgente di inquinamento da benzene. Nei paesi industrializzati, esso è responsabile di una percentuale compresa tra il 71% e l 87% delle emissioni totali su scala nazionale (in Italia, la percentuale varia, a seconda delle stime, tra il 75% e l 85%). In ambito urbano questa proporzione risulta ancora maggiore, fino a valori di circa il 98%. Dai dati complessivi il contributo maggiore viene dalle autovetture a benzina non catalizzate (. tonnellate/anno), seguite dai ciclomotori (cilindrata <5cc) (7. tonnellate/anno) e dalle vetture catalizzate (.9 tonn/anno). Da una valutazione dei fattori di emissione invece, la predominanza è dei ciclomotori (9 mg/veic x km), seguiti dai veicoli commerciali leggeri a benzina non catalizzati (1 mg/veic x km), dalle autovetture non catalizzate (15 mg/veic x km) e infine dai motocicli (cilindrata>5 cc) (8 mg/veic x km). (Fonte ANPA). I valori relativi a veicoli a ruote con motore a due tempi risultano un ordine di grandezza superiore rispetto a quelli con motore a 4 tempi, al regime di minimo, e 3-4 volte superiori al regime di 45 Km/h. Le auto catalizzate presentano valori di concentrazione più bassi dei veicoli a ruote con motore a 4 tempi, anche se dotato di post-combustore, sia all uscita del catalizzatore che a monte dello stesso. Per contenere le emissioni di benzene possono essere adottate misure preventive sia durante i processi industriali di raffinazione dei combustibili liquidi che nelle tecnologie di contenimento delle stesse allo scarico dei veicoli automobilistici. Già con l'utilizzo della marmitta catalitica si ha un abbattimento di circa l 8-9% delle emissioni di benzene. Anche la manutenzione periodica dell autoveicolo incide sulla riduzione delle emissioni per circa un -3%. Le auto più recenti mostrano valori di benzene molto più contenuti anche a monte del catalizzatore. Il catalizzatore si mantiene in genere abbastanza efficiente a meno di shock termici o meccanici: l efficienza di abbattimento si riduce di un 1-% ogni 1 Km. (Grechi, ). Nelle benzine, il benzene si trova come componente naturale in miscela con altri idrocarburi "aromatici", aventi struttura molecolare che comprende, oltre all'anello benzenico, catene aperte di gruppi idrocarburici. La frazione di idrocarburi "aromatici" costituisce circa il 35-4% della benzina e la restante parte e costituita da idrocarburi "alifatici", aventi struttura a catene aperte. Il contenuto di idrocarburi aromatici, e quindi anche di benzene, nelle benzine è stato aumentato fin dagli anni 8 in parallelo con la progressiva eliminazione del piombo, con l obiettivo di recuperare potere antidetonante (numero di ottano). Il benzene è presente sia nella benzina super che in quella verde. Le concentrazioni in queste due tipologie di benzine sono pressochè uguali. La frazione di idrocarburi "aromatici" costituisce in Italia circa il 35-4% in volume della benzina e le emissioni di benzene sono correlate principalmente proprio alla percentuale di composti aromatici presenti nelle 8

9 benzine. Il Concawe ha esaminato a lungo il problema, analizzando tutti gli studi esistenti in materia e determinando, infine, una formula di correlazione che stabilisce un rapporto di 16 a 1 (composti aromatici/benzene), nel senso che la riduzione di 16 punti percentuali degli aromatici nelle benzine contribuisce alla riduzione di benzene allo scarico in misura analoga all'abbattimento di un punto percentuale di benzene nei carburanti. Tale correlazione è stata adottata dalla Commissione U.E. nell'ambito del programma Auto-Oil. Nel caso del benzene, oltre alla quota di incombusto, il gas di scarico ne contiene una certa quantità dovuta alle reazioni di formazione che si realizzano nella camera di scoppio tra frazioni di molecole idrocarburiche, proprio a causa della maggiore stabilita termodinamica. La frazione di benzene che si forma nel processo di combustione (dealchilazione degli idrocarburi aromatici) risulta da 1 a 15 volte inferiore a quella che "sopravvive" al processo di combustione nel motore. Tale fenomeno comporta che i gas di scarico contengono residui di idrocarburi e composti di parziale combustione, proporzionalmente (ma non in assoluto in termini di massa) più ricchi di benzene rispetto alla miscela carburante iniziale, in quanto, come detto, si realizzano reazioni di formazione di tale specie chimica. Questo effetto si manifesta in ogni processo di combustione. Di conseguenza, anche nella depurazione dei gas di scarico per mezzo di una combustione più spinta favorita da un catalizzatore, la massa totale di HC e di benzene viene ovviamente ridotta ma la frazione di incombusti e di intermedi ancora presente risulta ulteriormente arricchita di benzene (proporzionalmente rispetto al totale). Un'altra sorgente di benzene direttamente connessa al settore veicolare è la frazione dovuta alle cosiddette "perdite evaporative". Si tratta della quota di benzene che vaporizza, assieme a tutti gli altri componenti della benzina, e viene dispersa in atmosfera dal vano motore (carburatore, trafilamenti vari) o dal serbatoio, per esempio in occasione del rifornimento. Queste perdite, negli autoveicoli più recenti, sono fortemente limitate per l'adozione del sistema di iniezione elettronica al posto dei carburatori, per aver reso ermetica la chiusura del serbatoio e per aver adottato il recupero delle esalazioni alla pompa del distributore. Al fine di ridurre nel complesso l'emissione di benzene, la benzina ora distribuita è soggetta al limite di 1% del tasso di benzene massimo rispetto a valori dell'ordine -3 % usuali in precedenza e in altri paesi europei. Nonostante la presenza di benzene sia riscontrabile, a causa delle reazioni di formazione, anche nei gas di scarico dei veicoli alimentati a gas e a gasolio, carburanti che non contengono benzene all'origine, certamente le quote più significative e rilevanti si riscontrano nei gas di scarico dei veicoli a benzina. Si ricorda che l'emissione di benzene non è soggetta a limiti né in fase di omologazione né in occasione dei controlli periodici e la metodica di campionamento e analisi non è ufficialmente fissata, pertanto si usa citare il benzene fra gli inquinanti "non regolamentati". 9

10 Altre fonti di emissione sono i processi industriali, ove il benzene è stato però gradualmente sostituito da altri composti e le sorgenti naturali come la combustione del legno e della materia organica. Per quanto riguarda le concentrazioni tipiche, essendo emesso in ambito urbano quasi esclusivamente dal traffico, ed essendo più pesante rispetto all aria, tende a stazionare in prossimità degli archi stradali, ed in particolare nei canyon urbani, soprattutto in condizioni di stabilità atmosferica. Nelle aree urbane italiane si riscontrano livelli di benzene anche di 7 µg/m 3, anche se le concentrazioni di fondo urbana sono dell ordine di 5-15 µg/m 3 (media annua). Durante le procedure di rifornimento, negli impianti senza recupero vapori (ormai obbligatori) sono stati misurati livelli di benzene anche di 1 mg/m 3. La rimozione del benzene avviene per deposizione al suolo o in acqua grazie alla pioggia, processi che possono causare la contaminazione delle acque superficiali e profonde. Una volta diluito in acqua può poi essere rimosso o per semplice deposizione sui sedimenti o per azione di batteri. Dal suolo e dall acqua, in piccole quantità, esso viene reimmesso in atmosfera attraverso processi naturali. 1

11 I DATI SPERIMENTALI DI BENZENE NEL COMUNE DI MODENA Le informazioni sperimentali sulle concentrazioni di benzene derivano sia dall attività di monitoraggio in continuo tramite stazioni fisse, sia da attività di misura straordinarie tramite campionatori passivi e mezzi mobili. Nel seguito del paragrafo vengono brevemente passati in rassegna i dati sperimentali relativi al benzene raccolti all interno dell aera urbana di Modena a partire dal I dati sono stati raccolti e validati dalla Sezione di Modena dell ARPA Emilia Romagna. Centraline fisse Due sono le stazioni fisse collocate all interno dell area urbana di Modena e allestite per il monitoraggio del benzene: la stazione Nonantolana, attiva dal 1998 e collocata nella prima periferia (Via Nonantolana - zona centro commerciale Torrenova) in prossimità di una strada a traffico medio-alto, e la stazione XX Settembre, operativa dal settembre del 1999 e ubicata nel centro storico in una zona a traffico limitato. I dati delle due stazioni sono quindi ricavati da situazioni con caratteristiche molto diverse e tale differenza si riflette nelle concentrazioni medie: la stazione Nonantolana è caratterizzata da valori medi di concentrazione circa doppi rispetto a XX Settembre. L analisi dei trend storici è vincolata al monitoraggio relativamente recente di tale inquinante. Le figure 1 e mostrano gli andamenti per le due stazioni delle concentrazioni medie annue e della numerosità dei giorni di campionamento valido. Essi paiono suggerire una crescita delle concentrazioni medie dal 1998 al e un decremento nel 1. Tali dati vanno però interpretati alla luce del fatto che la numerosità di dati validi è abbastanza bassa e superiore al 75% (criterio usualmente adottato per la validità delle medie) solo negli ultimi due anni di rilevamenti della stazione Nonantolana e nell ultimo anno della stazione XX Settembre. Il rilevamento del benzene tramite analizzatori automatici è, del resto, di recente introduzione nelle reti di monitoraggio dell inquinamento atmosferico e le metodologie di misura, conseguentemente, meno consolidate. La tipologia di strumento richiede inoltre un attività di manutenzione senz altro maggiore, rispetto alla strumentazione già presente nelle cabine, sia in termini quantitativi che qualitativi e ciò comporta un perdita attesa di efficienza superiore a quella degli altri analizzatori. Inoltre, alcuni degli strumenti installati, hanno presentato diverse anomalie funzionali che hanno ridotto ulteriormente e notevolmente la percentuale di dati validi. 11

12 Trend storici concentrazioni medie annue - stazioni di monitoraggio 8 7 Nonantolana XX Settembre 6 5 µg/m Figura 1 Concentrazioni medie annue centraline fisse Trend storici efficienza di campionamento - stazioni di monitoraggio 4 35 Nonantolana XX Settembre 3 Numero dati validi Figura Efficienza di campionamento centraline fisse La correlazione tra le centraline fisse calcolata sui dati giornalieri sull intero periodo di funzionamento delle due centraline fornisce un valore molto basso (.44). Occorre tuttavia considerare ai già citati problemi riscontrati in passato per la misura di tale inquinante. La correlazione tra i due siti nell ultimo periodo è infatti notevolmente aumentata (.8). La centralina 1

13 più problematica pare essere stata quella di XX Settembre, come confermato dalla analisi della correlazione tra CO e benzene. Se infatti per la stazione di Nonantolana tale correlazione, che la letteratura stima a livelli intorno a.8-.9, si attesta nell ultimo anno a.93, per la stazione XX Settembre essa risulta pari a.6. Sono stati calcolati anche gli andamenti tipici del benzene in entrambe le stazioni rispetto al giorno tipico, alla settimana tipica e all anno tipico (Figure 4-7). Gli andamenti tipici necessiterebbero, per essere calcolati con sufficiente affidabilità, di almeno 4 anni di dati. La variabilità meteorologica interannuale rende infatti non appropriato condurre indagini su serie di durata inferiore soprattutto nell ottica dell individuazione degli andamenti tipici annuali (cioè con i dati tipici mensili). Ciò premesso, solo la stazione Nonantolana soddisfa il requisito della durata della serie storica (anche se con numerosi dati mancanti, soprattutto negli anni 1998 e 1999) mentre la stazione XX Settembre dispone di soli anni di dati con frequenti periodi di malfunzionamento. L'analisi degli andamenti medi giornalieri evidenzia la stretta dipendenza tra i flussi di traffico e la concentrazione di benzene. Le figure sopra riportate mostrano infatti due picchi di inquinamento nelle fascie orarie 8-9 e -1. Si segnala che tutti i valori riportati nei grafici degli andamenti tipici sia relativi al benzene che ai flussi di traffico vanno interpretati non come valori istantanei ma come medie dell ora precedente a quella a cui sono riferiti. In altre parole, il dato delle 9 è relativo alla media dei valori dalle 8 alle 9. E utile notare come i picchi di concentrazione di benzene del mattino siano in fase rispetto ai picchi di traffico mentre quelli della sera risultano sfasati di circa due ore. Va inoltre evidenziato come al marcato minimo di concentrazione degli inquinanti primari nelle ore centrali della giornata non corrisponda un altrettanto marcato minimo nei flussi di traffico. Ciò è dovuto principalmente alle migliori capacità dispersive dell atmosfera nelle ore centrali del giorno. A questo proposito, occorre dire che gli andamenti riportati sono valori medi annuali. Se si analizzano gli andamenti medi giornalieri differenziati per stagione, si evidenzia un altro aspetto importante dovuto alle differenti proprietà dispersive dell atmosfera nelle differenti condizioni meteorologiche e nelle diverse ore della giornata. Nei mesi autunnali ed invernali, quando il sole tramonta presto, il picco serale di inquinamento risulta sensibilmente più alto del picco mattutino. L opposto succede nei mesi estivi e primaverili quando le giornate sono più lunghe e lo strato limite planetario conserva le proprietà dispersive proprie dei vortici convettivi fino alle ore serali. Il ruolo dell accumulo giornaliero degli inquinanti sembra giocare un ruolo secondario anche se comunque evidenziabile nel valore più alto del picco serale di inquinamento nei mesi autunnali ed 13

14 invernali: essendo infatti comparabili sia le intensità dei flussi di traffico che le proprietà dispersive dell atmosfera, è lecito da questo dedurre che la differenza tra i picchi di inquinamento del mattino e della sera siano da imputare all accumulo degli inquinanti primari nelle aree di emissione. Gli andamenti settimanali confermano la stretta dipendenza tra traffico ed inquinamento. (La scala settimanale è tra l altro l unica scala temporale dove il fattore meteorologia non ha influenza sugli andamenti). E infatti evidente un sensibile decremento dell inquinamento medio nel fine settimana dove i flussi di traffico sono inferiori. L analisi degli andamenti annuali evidenzia concentrazioni medie dei principali inquinanti più elevate nei periodi autunnali ed invernali. Il rapporto tra massimo invernale e minimo estivo è circa uguale a 3 per la stazione di Nonantolana e a per XX Settembre. La variazione delle emissioni rispetto ai mesi dell anno si suppone essere ragionevolmente piccola e comunque limitata soprattutto ai mesi estivi, quando l influenza dei cambiamenti delle abitudini sociali e del numero di veicoli circolanti assume una qualche rilevanza. La variabilità delle concentrazioni nei diversi periodi dell anno pare dunque da imputare in modo preponderante alla variazione delle condizioni meteorologiche. 14

15 Andamento giornaliero traffico autoveicolare lunedì martedì mercoledì giovedì venerdì sabato domenica Ora Figura 3 Andamento giornaliero flussi di traffico ricavato su un insieme rappresentativo di strade dell area urbana (Strada Contrada, Viale Corassori, Via Salvo D Acquisto, Via Emilia Est, Via Emilia Ovest, Strada Formigina, Via Giardini, Via Menotti, Tangenziale Mistral, Viale Monte Kosica, Via Piave, Viale Tassoni, Viale Italia) Andamento settimanale flussi traffico domenica lunedì martedì mercoledì giovedì venerdì sabato Figura 4 Andamento settimanale flussi di traffico 15

16 1 1 Andamento tipico giornaliero - Nonantolana 14 1 µg/m BENZENE NCASI Andamento tipico settimanale - Nonantolana 5 4 µg/m BENZENE NCASI lun mar mer gio ven sab dom Andamento tipico annuale - Nonantolana µg/m BENZENE NCASI gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic 5 Figura 5 Andamenti tipici giornalieri, settimanali e annuali per la stazione Nonantolana. NCASI rappresenta il numero di dati su cui è calcolato il valore medio. 16

17 6 5 4 Andamento orario - XX settembre µg/m BENZENE NCASI Andamento settimanale XX settembre 3 5 µg/m BENZENE NCASI lun mar mer gio ven sab dom Andamento annuale - XX settembre 15 µg/m BENZENE NCASI gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic 5 Figura 6 Andamenti tipici giornalieri, settimanali e annuali per la stazione XX Settembre. NCASI rappresenta il numero di dati su cui è calcolato il valore medio. 17

18 Andamento giornaliero per le quattro stagioni - Nonantolana primavera estate autunno inverno µg/m Andamenti giornalieri per le quattro stagioni - XX settembre inverno primavera estate autunno µg/m ore Figura 7 Andamenti giornalieri delle stazioni fisse differenziati per stagione 18

19 Campionatori passivi Il benzene è l inquinante per il quale si è fatto l uso più intensivo di campionamenti non in continuo. I campionatori utilizzati sono campionatori passivi a simmetria radiale, detti radielli. Questo strumento si basa sulla diffusione spontanea attraverso una barriera diffusiva delle molecole gassose guidate dal gradiente di concentrazione. Tale metodologia di misura si è rivelata molto utile per analisi di grande dettaglio spaziale tanto da fare passare il benzene dal ruolo di inquinante meno monitorato a quello dell inquinante monitorato con il miglior dettaglio spaziale. I campionatori passivi sono stati utilizzati a Modena essenzialmente in tre modi: campagne periodiche condotte dal 1996 a cadenza mensile e della durata di una settimana cadauna, in 5 postazioni in area urbana, campagne di misura ad elevato dettaglio spaziale e diversi campionamenti legati alla verifica dell efficacia di provvedimenti ed iniziative legati alla lotta contro l inquinamento. Per quanto riguarda le campagne periodiche condotte dal 1996 al 1999, la tabella illustra le caratteristiche dei 5 siti di misura. Alcuni dei siti sono stati scelti in corrispondenza delle centraline di misura in automatico di altri inquinanti per poterne studiare eventuali correlazioni. Essi si suppone possano rappresentare le diverse tipologie di siti presenti in area urbana anche se rimangono comunque inadeguati nell ottica della individuazione delle aree cittadine più a rischio di superamento dei limiti di legge. Tabella Caratteristiche dei siti di campionamento periodico di benzene Nome della stazione Caratteristiche del sito Via Nonantolana Prima periferia: strada a medio traffico L.go Garibaldi Area ad alta densità di traffico V. Scudari Centro storico: zona a traffico limitato P.co Amendola Area verde residenziale Via Fontanelli Area a medio traffico La tabella 3 mostra le medie annue calcolate dai dati di campionamento periodico. Esse risultano sempre sotto al limite di legge di 1 µg/m 3 anche se la periodicità dei campionamenti non è stata costante nei quattro anni e questo, unito alla approssimazione intrinseca nell usare dati non rilevati in continuo, limita l affidabilità di tali medie annue. 19

20 Tabella 3 Numero giorni di campionamento e medie annue dei 5 siti di campionamento periodico ( ) L.go Garibaldi V. Scudari Parco V. V. Fontanelli Amendola Nonantolana 1996 Medie annue Num Medie annue Num Medie annue Num Medie annue Num Si è poi proceduto alla verifica dell ipotesi di esistenza di coefficienti costanti che leghino le concentrazioni di benzene nelle varie zone della città analizzando i dati dei campionamenti periodici. L analisi, condotta tramite lo studio dei coefficienti di correlazione lineare di Pearson, ha evidenziato una generalmente buona correlazione anche se, come già accennato, non è rimasta costante nei quattro anni di campionamento. Le tabella 4 e 5 mostrano i risultati di questa indagine di correlazione, condotta utilizzando l intero periodo e solo gli ultimi due anni. La discrepanza tra i risultati è notevole e legata al fatto che dal 1998 in poi le analisi post prelievo sono state condotte utilizzando una apparecchiatura automatica che limita in modo macroscopico gli errori sperimentali. Tabella 4 Correlazioni di Pearson tra i 5 siti di campionamento periodo Anni L.go Garibaldi V. Scudari P.co V. V. Fontanelli Amendola Nonantolana L.go Garibaldi Corr N V. Scudari Corr N P.co Amendola Corr N V. Fontanelli Corr N V. Nonantolana Corr N

21 Tabella 5 Correlazioni di Pearson tra i 5 siti di campionamento periodo Anni L.go Garibaldi V. Scudari P.co Amendola V. Fontanelli V. Nonantolana L.go Garibaldi Corr N V. Scudari Corr N P.co Amendola Corr N V. Fontanelli Corr N V. Nonantolana Corr N I valori misurati nei cinque siti sono quindi altamente correlati a livelli di significatività sempre inferiori a.1. Tabella 6 Concentrazioni di benzene ottenute nei 5 siti della campagna di misure di Novembre nov.- 5nov. 5nov.- 6nov. 6nov.- 7nov. 7nov.- 9nov. 9nov.- 3nov. 3nov.- 1dic. media P.zza Roma V. Canalchiaro Corso Vittorio Emanuele Via Giardini Viale Muratori Via Peru' Via Ciro Menotti Viale Medaglie D'oro Via Sassi Viale Amendola Ang. Rosselli Via Puccini Ang. Crespellani Viale Gramsci Via Vignolese Ang. Campi Viale Storchi Via Nazionale Per Carpi Via Morane Via Jacopo Barozzi Via Zamenhof Ang. Gandini Viale Della Resistenza Viale Moreali Ang. Valdrighi Viale Fontanelli L.go GARIBALDI Via Nonantolana Via Scudari Parco Amendola Le campagne ad elevata risoluzione spaziale sono state due: la prima condotta nel solo mese di novembre 1999 in 5 punti della città, la seconda negli anni 1- in 73 punti della città. 1

22 I siti di campionamento della campagna di novembre 99 sono stati individuati in modo da fornire un quadro delle diverse tipologie di siti urbani. I campionamenti sono stati di 4 o 48 ore. La tabella 6 riporta i siti di campionamento e i dati ottenuti nella campagna di misure dal 4 al 3 Novembre 1999 con evidenziati in rosso i valori superiori al limite di legge annuo di 1 µg/m 3. La campagna ha evidenziato livelli molto alti di concentrazione, in gran parte dei casi superiori al riferimento legislativo medio annuo. Occorre però ricordare che la campagna è stata condotta in un periodo caratterizzato da condizioni di forte stabilità atmosferica e con una forte accumulo degli inquinanti al suolo. Si ricordi a questo proposito il marcato andamento stagionale del benzene evidenziato in precedenza. Alla campagna del novembre 1999 ha fatto seguito la pianificazione di un più sistematico e dettagliato campionamento da effettuarsi da settembre 1 a giugno. Si sono programmati 5 campionamenti di una settimana ciascuno in 73 punti della città. I campionamenti sono relativi a 48 o 7 ore (in corrispondenza del fine settimana). Tale scelta è stata dettata sia per esigenze di praticità (i siti di misura sono in numero talmente elevato che la sostituzione dei campionatori ogni giorno avrebbe comportato il coinvolgimento di un numero troppo elevato di persone), sia perché l interesse rispetto al benzene si rivolge verso stime di lungo periodo e quindi non risulta di grande interesse il dettaglio temporale. Pur aumentando il tempo di ogni singolo campionamento rimane il problema della non perfetta comparabilità dei dati ottenuti. I campionatori venivano infatti prelevati e sostituiti da due gruppi di tecnici che eseguivano percorsi prefissati con inizio alle ore 9: e fine verso le ore 13:. Pur essendo questo un punto da tenere presente rispetto alla analisi delle relazioni tra i diversi siti di campionamento, si ritiene che l effetto prodotto da questo non perfetto allineamento dei tempi di prelievo sia generalmente piccolo (anche se non quantificabile). Si è deciso anche di inserire tra i siti di campionamento anche i 5 della campagna di Novembre Si è inoltre deciso, considerata la quantità di punti di misura, di caratterizzare i siti di campionamento con maggiore sistematicità rispetto alla campagna precedente. La tabella 7 riporta l elenco dei siti di campionamento, la relativa classificazione, i risultati dei singoli campionamenti e la correlazione tra i diversi siti e il sito di campionamento di Via Nonantolana dove è posta la prima stazione fissa di campionamento del benzene della città. La figura 8 (e l allegato 1) mostra la distribuzione spaziale dei campionatori all interno dell area urbana.

23 Tabella 7 Concentrazioni di benzene rilevate nei 73 siti di campionamento e correlazione rispetto al sito di Nonantolana Anni 1- Denominazione Tipologia sito Progressivo tipologia 6-8/9 8/9-1/1 1/1-3/1 19- /1-4/1 4-6/1 3-6/11 6-8/11 8-3/11 4-6/ 6-8/ 8-11/ 1-1/6 1-14/ /6 Media anno Correlazione C.so Vittorio Emanuele CENTRO STORICO C.so Canalchiaro CENTRO STORICO P.zza Roma CENTRO STORICO Via Emilia centro (Uff. postale) CENTRO STORICO P.zza Matteotti CENTRO STORICO Piazzale Risorgimento INCROCI Via Vignolese ang. Via Tacchini INCROCI Via Vignolese ang. Via Cucchiari INCROCI Via Morane ang. Via Gobetti INCROCI V.le Gramsci ang. Via Canaletto INCROCI Piazzale Natale Bruni INCROCI V.le Fontanelli ang. V.le Monte Kosika INCROCI V.le Storchi ang. Via Emilia INCROCI Via Rosselli ang. V.le Amendola INCROCI Via Nonantolana ang. Via Albareto INCROCI V.le Monte Kosika (stazione FFSS) INCROCI Via Bonacini ang. Via Puccini INCROCI V.le Menotti ang. Via Divisione Acqui INCROCI Via Giardini ang. V.le Corassori INCROCI Via Luosi INCROCI Parco Amendola PARCHI PUBBLICI Giardini Pubblici (Parco Ducale) PARCHI PUBBLICI Parco V.le Rimembranze/V.le Martiri PARCHI PUBBLICI Parco della Repubblica PARCHI PUBBLICI Parco Enzo Ferrari PARCHI PUBBLICI Parco Novi Sad PARCHI PUBBLICI Parco XXII Aprile PARCHI PUBBLICI Parco Divisione Acqui PARCHI PUBBLICI Parco della Resistenza PARCHI PUBBLICI Polo Scolastico Leonardo da Vinci POLI SCOLASTICI Polo Scolastico V.le Corassori POLI SCOLASTICI Via Giardini (Centralina di monitoraggio) STRADE Via Menotti (Banca Popolare) STRADE Via Vignolese ang. Via Campi STRADE V.le Moreali STRADE Via J.Barozzi STRADE Via Morane STRADE V.le Gramsci ang. Via Donati STRADE V.le Montecuccoli STRADE V.le Storchi STRADE Via Nazionale per Carpi ang. Via Latini STRADE Via Buon Pastore STRADE V.le Fratelli Rosselli (centro commerciale) STRADE Via Pace ang. Via Mattarelli STRADE V.le Medaglie d'oro STRADE V.le Muratori STRADE Via Puccini ang. Via Crespellani STRADE Via Cimone (quartiere Torrenova) STRADE Via Nonantolana ang. Via Crocetta STRADE L.go Garibaldi (centralina monitoraggio) STRADE V.le Reiter (Liceo Tassoni) STRADE V.le Caduti sul Lavoro ang. Via Wagner STRADE Via Emilia Est (ferrovia Modena/Sassuolo) STRADE Via Emilia Ovest (cinema Nuovo Scala) STRADE V.le Autodromo (caserma VVFF) STRADE Via P.Ruffini ZONE RESIDENZIALI Via Zamenhoff ang. Via Gandini ZONE RESIDENZIALI Via S.Giovanni Bosco (chiesa San Pio X) ZONE RESIDENZIALI Via del Gambero (asilo nido) ZONE RESIDENZIALI Via Benedetto Marcello (scuola Palestrina) ZONE RESIDENZIALI V.le della Resistenza ZONE RESIDENZIALI Via Masaccio ZONE RESIDENZIALI Via Zoboli ang. Via Cimabue ZONE RESIDENZIALI Via Pelloni ZONE RESIDENZIALI Via Nievo ang. Via Allegri ZONE RESIDENZIALI Via Stoppani ang. Via Newton ZONE RESIDENZIALI Via Cavalcanti ang. Via Parini ZONE RESIDENZIALI Via Benedetto Croce ang. Via Petrarca ZONE RESIDENZIALI Via Bixio ang. Via Toti ZONE RESIDENZIALI Via Perù ZONE RESIDENZIALI Via Mar Mediterraneo ang. Mar Tirreno ZONE RESIDENZIALI Via dello Zodiaco ang. Via del Sagittario ZONE RESIDENZIALI Via Vigevano ZONE RESIDENZIALI

24 AGENZIA REGIONALE PREVENZIONE ED AMBIENTE DELL EMILIA ROMAGNA 13 MONITORAGGIO BENZENE AD ELEVATA RISOLUZIONE SPAZIALE PUNTI DI MISURA Via Giardini (Centralina di monitoraggio) 1 Via Vignolese ang. Via Campi Via Menotti (Banca Popolare) Via Vignolese ang. Via Cucchiari 3 Via Vignolese ang. Via Tacchini 3 Via Morane ang. Via Gobetti 4 V.le Moreali 4 V.le Gramsci ang. Via Canaletto 5 Via J.Barozzi 5 Piazzale Natale Bruni 6 Via Morane 6 V.le Fontanelli ang. V.le Monte Kosika 7 V.le Gramsci ang. Via Donati 7 V.le Storchi ang. Via Monte Kosika 8 V.le Montecuccoli 8 Via Rosselli ang. V.le Amendola 9 V.le Storchi 9 Via Nonantolana ang. Via Albareto 1 Via Nazionale per Carpi ang. Via Latini 1 V.le Monte Kosika (stazione FFSS) 11 Via Buon Pastore 11 Via Bonacini ang. Via Puccini 1 V.le Fratelli Rosselli (centro commerciale) 1 V.le Menotti ang. Via Divisione Acqui 13 Via Pace ang. Via Mattarelli 13 Via Giardini ang. V.le Corassori 14 V.le Medaglie d'oro 14 Via Luosi ang. Via Gaddi 15 V.le Muratori 15 Via Puccini ang. Via Crespellani 16 Via Cimone (quartiere Torrenova) 17 Via Nonantolana ang. Via Crocetta 18 L.go Garibaldi (centralina monitoraggio) 19 V.le Reiter (Liceo Tassoni) V.le Caduti sul Lavoro ang. Via Wagner 1 Via Emilia Est (ferrovia Modena/Sassuolo) Via Emilia Ovest (cinema Nuovo Scala) 3 V.le Autodromo (caserma VVFF) 4 1 Giardini Pubblici (Parco Ducale) Parco V.le Rimembranze/V.le Martiri 3 Parco della Repubblica 4 Parco Enzo Ferrari 5 Parco Novi Sad 6 Parco XXII Aprile 7 Parco Divisione Acqui 8 Parco della Resistenza 9 POLI SCOLASTICI Polo Scolastico Leonardo da Vinci 1 Polo Scolastico V.le Corassori CENTRO STORICO Piazzale Risorgimento Parco Amendola Via Zamenhoff ang. Via Gandini Via S.Giovanni Bosco (chiesa San Pio X) 3 Via del Gambero (asilo nido) 4 Via Benedetto Marcello (scuola Palestrina) 5 V.le della Resistenza 6 Via Masaccio 7 Via Zoboli ang. Via Cimabue 8 Via Pelloni 9 Via Nievo ang. Via Allegri 1 Via Stoppani ang. Via Newton 11 Via Cavalcanti ang. Via Parini 1 Via Benedetto Croce ang. Via Petrarca 13 C.so Vittorio Emanuele 1 Via Bixio ang. Via Toti 14 C.so Canalchiaro Via Perù 15 P.zza Roma 3 Via Mar Mediterraneo ang. Mar Tirreno 16 Via Emilia centro (Uff. postale) 4 Via dello Zodiaco ang. Via del Sagittario 17 P.zza Matteotti 5 Via Vigevano ZONE RESIDENZIALI Via P.Ruffini LEGENDA PARCHI 17 STRADE AREA URBANA DI MODENA INCROCI Figura 8 Distribuzione dei siti di misura nell area urbana per la campagna 1-4

25 Errori di misura Sono state condotte indagini per la stima dell errore sperimentale associato alla misura del benzene. Per quanto riguarda i campionatori passivi tipo radiello, gli autori hanno testato questo strumento sia in camere di atmosfera standard, sia in postazioni reali di monitoraggio. Essi hanno riscontrato valore massimi di bias del 4.45% e un coefficiente di variazione del.5 -.% per 1 campionatori esposti per 4.5 giorni a concentrazioni di benzene comprese tra 1.5 to 47 µg/m 3. E stato inoltre condotto, ad opera della Sezione Provinciale di Modena dell ARPA, un interconfronto. E stato condotto, ad opera della Sezione Provinciale di Modena dell ARPA, un interconfronto tra 1 campionatori passivi collocati nel medesimo ambiente. Le differenze tra le rilevazioni dei diversi strumenti sono state del 3-4%. La misura del benzene tramite radiello è quindi una metodologia stabile e affidabile soprattutto, se l analisi post prelievo viene quanto più possibile automatizzata. Si è operato anche un confronto tra i rilevamenti dei campionatori passivi e la centralina fissa di Via Nonantolana. Sia infatti nei rilevamenti periodici effettuati dal 1996 al 1999, sia nelle campagne intensive degli ultimi anni, si è sempre collocato un campionatore passivo in prossimità della centralina automatica per effettuare un confronto. Il confronto è avvenuto utilizzando tutti i dati a disposizione nonostante siano relativi a periodi di misura diversi (1, o 3 giorni). Questo deve essere tenuto in considerazione nell interpretazione dei risultati ed è certo un confondente dell analisi ma ha permesso di avere una numerosità di dati sufficienti per effettuare un confronto. I risultati del confronto evidenziano una buona concordanza tra i due metodi di misura. Occorre però rilevare come le funzioni di regressione cambino leggermente considerando i dati dei campionamenti periodici e quelli delle campagne intensive (Figura 9). Non sono disponibili stime dell errore di misura delle centralina fisse. In conclusione, i campionatori passivi si sono dimostrati strumenti di misura affidabili. Le misure effettuate con la centralina e quelle effettuate con i campionatori passivi mostrano in generale una buona concordanza ma sarebbe utile indagare la funzione di regressione precisa che lega le misure effettuate con i due diversi metodi. 5