Analisi del rischio nel sistema integrato di gestione rifiuti Caso studio

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1 1 Analisi del rischio nel sistema integrato di gestione rifiuti L. Morselli, L. Piccari, F. Passarini Università di Bologna Polo di Rimini CONVEGNO LA TERMOVALORIZZAZIONE NEL CICLO DI GESTIONE DEI RIFIUTI Stato attuale e prospettive per la prevenzione e la riduzione dell inquinamento proveniente dalle attività di incenerimento rifiuti RIMINI 30 Giugno 2006

2 2 DEFINIZIONE Si definisce RISK ASSESSMENT la caratterizzazione dei potenziali effetti negativi per l ambiente e la salute umana a seguito dell esposizione ai pericoli ambientali [NAS, 1983]. = X Risk Exposure o Probabilità (frequenza attesa di presentazione di un evento indesiderato) Toxicity (magnitudo dell evento provocato)

3 3 METODOLOGIA DI VALUTAZIONE HUMAN HEALTH RISK ASSESSMENT Hazard Identification (Identificazione del pericolo) Exposure Assessment (Valutazione dell esposizione) Dose-Response Assessment (Valutazione della relazione dose-risposta) Risk Characterization (Caratterizzazione del rischio) US EPA (Environment Protection Agency), 2005, Human Health Risk Assessment Protocol for Hazardous Waste Combustion Facilities

4 4 OBIETTIVI DIMENSIONE SOCIALE (povertà, equità intergenerazionale, cultura) A (100%) DIMENSIONE AMBIENTALE (biodiversità, resilienza, inquinamento risorse naturali) Visione integrata DIMENSIONE ECONOMICA (efficienza, crescita, stabilità) B (100%) C (100%) Utilizzare l Analisi di Rischio per la salute dell uomo come: 1. Metodologia di PREVISIONE da attuare a monte delle scelte di pianificazione e gestione degli impianti 2. Metodologia di LOCALIZZAZIONE ottimale degli impianti di trattamento dei rifiuti 3. Metodologia di CONTROLLO degli impatti sulla salute umana da applicare sull intero percorso di gestione dei rifiuti 4. Strumento di COMUNICAZIONE dei rischi verso la popolazione

5 5 METODOLOGIA: PREMESSA Sviluppo del modello concettuale (Site Conceptual Model) Livelli di analisi (Standard ASTM PS 104)

6 METODOLOGIA: 1. Caratterizzazione della sorgente Identificazione degli inquinanti Analisi territoriale HAZARD IDENTIFICATION Storia e generalità dell impianto (per es.: usi passati del suolo, attività industriali precedenti, successivi adeguamenti tecnologici dell impianto, ecc.) Caratteristiche costruttive degli impianti e dei sistemi tecnologici (per es.: localizzazione, diametro e altezza sorgente, velocità e temperatura dei gas in uscita, ecc.) Tipologia e caratteristiche dei rifiuti conferiti Caratteristiche quali-quantitative delle emissioni (concentrazioni registrate)

7 7 METODOLOGIA: 1. Caratterizzazione della sorgente Identificazione degli inquinanti Analisi territoriale HAZARD IDENTIFICATION Identificazione e descrizione proprietà chimico, fisiche e tossicologiche dei COCs (Chemical of Concerns) Sostanze tossiche Ciascun individuo può ben tollerare l esposizione in un intervallo che va da 0 ad un valore finito di SOGLIA della dose assorbita senza subire danni alla salute Sostanze cancerogene Si ipotizza, per cautela, l assenza di una SOGLIA minima di non effetto, in quanto qualsiasi esposizione, per quanto piccola, contribuisce all incremento della frequenza di comparsa di malattie tumorali che già esistono e che colpiscono la popolazione con una loro frequenza naturale.

8 METODOLOGIA: 1. HAZARD IDENTIFICATION Caratterizzazione della sorgente Identificazione degli inquinanti Analisi territoriale Data base EPER (European Pollutant Emission Register) dell UE IRIS (Integrated Risk Information System) dell US EPA HEAST (Health Effects Assessment Summary Tables) dell US EPA Toxicity Criteria Database dell OEHHA (Office of Environmental Health Hazard Assessment) The Air Toxics Hot Spots Program Guidance Manual for Preparation of Health Risk Assessment dell OEHHA Inventario Nazionale delle Sostanze Chimiche dell ISS

9 METODOLOGIA: 1. Caratterizzazione della sorgente Identificazione degli inquinanti Analisi territoriale HAZARD IDENTIFICATION EPER - UE

10 METODOLOGIA: 1. Caratterizzazione della sorgente Identificazione degli inquinanti Analisi territoriale HAZARD IDENTIFICATION IRIS - EPA

11 METODOLOGIA: 1. HAZARD IDENTIFICATION Caratterizzazione della sorgente Identificazione degli inquinanti Analisi territoriale INQUINANTI CONSIDERATI NELLO STUDIO Effetti tossici e cancerogeni Cd, Cr, Ni, Pb, IPA (benzo(a)pirene), PCDD/F (2,3,7,8 TCDD) Effetti tossici Hg, Mn, Zn FLUSSI DI MASSA (FdM) IN INPUT AL MODELLO FdM i [g/sec] = V i C i F i dove: FdM i : flusso di massa delle linea i-esima V i : portata volumetrica della i-esima linea C i : concentrazione del metallo rilevata nella linea i-esima F i : ore di funzionamento della linea i-esima

12 METODOLOGIA: 1. HAZARD IDENTIFICATION Caratterizzazione della sorgente Identificazione degli inquinanti Analisi territoriale 1. Individuazione e raccolta della cartografia ed importazione in un GIS CTR DEM USO SUOLO POPOLAZIONE

13 METODOLOGIA: 1. HAZARD IDENTIFICATION Caratterizzazione della sorgente Identificazione degli inquinanti Analisi territoriale GIS (Geographic Information System) Geovisualizzazione: un GIS consente di costruire rappresentazioni geografiche complete e complesse (mappe) in cui vengono visualizzati gli elementi (features) e le loro relazioni spaziali sulla superficie terrestre Geoprocessing: un GIS è un insieme di strumenti operativi per l analisi geografica e l elaborazione dell informazione Geodatabase: un GIS è un database spaziale

14 METODOLOGIA: 1. HAZARD IDENTIFICATION Caratterizzazione della sorgente Identificazione degli inquinanti Analisi territoriale 2. Definizione dell area di studio e creazione di una griglia georeferenziata Impianto Passo della griglia 315 m Numero di punti generati 1190 (35*34)

15 METODOLOGIA: 1. HAZARD IDENTIFICATION Caratterizzazione della sorgente Identificazione degli inquinanti Analisi territoriale Dati relativi alla matrice ambientale interessata MATRICE ARIA Dati meteorologici

16 METODOLOGIA: 1. HAZARD IDENTIFICATION Caratterizzazione della sorgente Identificazione degli inquinanti Analisi territoriale Dati di dettaglio in funzione degli obiettivi dell analisi Per esempio: Caratterizzazione dell area circostante all impianto per la determinazione del Building Downwash

17 1 METODOLOGIA: 2. Identificazione dei percorsi di esposizione EXPOSURE ASSESSMENT Identificazione e caratterizzazione dei potenziali recettori Studio del destino e trasporto delle sostanze rilasciate Quantificazione dell esposizione Sorgente Matrice di esposizione Percorsi di esposizione Via di esposizione DIRETTA Inalazione ARIA Ingestione di suolo Deposito al suolo INDIRETTA Catena alimentare Contatto dermico

18 1 METODOLOGIA: 2. Identificazione dei percorsi di esposizione Sorgente Matrice di esposizione EXPOSURE ASSESSMENT Identificazione e caratterizzazione dei potenziali recettori Studio del destino e trasporto delle sostanze rilasciate Quantificazione dell esposizione Percorsi di esposizione Via di esposizione Recettore DIRETTA Inalazione Residenziale Ricreativo Lavorativo ARIA Deposito al suolo INDIRETTA Ingestione di suolo Catena alimentare Adulti Bambini Contatto dermico

19 1 METODOLOGIA: 2. EXPOSURE ASSESSMENT Identificazione e caratterizzazione dei potenziali recettori Identificazione dei percorsi di esposizione Studio del destino e trasporto delle sostanze rilasciate Quantificazione dell esposizione Utilizzo Modelli Fate & Transport per calcolare le concentrazioni nei differenti media ambientali Cos è un modello? Un modello ambientale è costituito da un set di equazioni matematiche che descrivono, sotto alcune ipotesi semplificative, i processi fisici, chimici o biologici che avvengono nell ambiente. Obiettivo: Lo studio del destino e trasporto (Fate & Transport) delle sostanze inquinanti rilasciate in aria, acqua, suolo e sottosuolo, in termini di distribuzione spaziale e temporale dei valori di concentrazioni nei comparti ambientali. Utilizzo: a. migliore conoscenza dei meccanismi di trasporto e destino ambientale dei composti chimici; b. determinare concentrazioni di esposizione (Chemical Exposure Concentration) per gli organismi esposti nelle condizioni passate, presenti e future; c. stimare le condizioni future al variare degli scenari di ingresso dell inquinante o delle alternative di gestione della contaminazione.

20 2 METODOLOGIA: 2. EXPOSURE ASSESSMENT Identificazione e caratterizzazione dei potenziali recettori Identificazione dei percorsi di esposizione Studio del destino e trasporto delle sostanze rilasciate Quantificazione dell esposizione Utilizzo Modelli Fate & Transport per calcolare le concentrazioni nei differenti media ambientali Recepimento in Italia: Un forte incentivo all utilizzo dei modelli di dispersione fu dato in Italia dall introduzione della Valutazione di Impatto Ambientale (VIA). Quando si ricorre alla modellistica: Ad oggi, questi modelli sono diventati una pratica abbastanza comune: nella valutazione di impatto ambientale; nella pianificazione del territorio; nella ricerca dei rischi da inquinamento e nelle proposte per evitarli; per risolvere o affrontare controversie, tra un azienda o un impianto inquinante o potenzialmente tale e l ente controllore o coloro che temono l inquinamento prodotto.

21 2 METODOLOGIA: 2. EXPOSURE ASSESSMENT Identificazione e caratterizzazione dei potenziali recettori Identificazione dei percorsi di esposizione Studio del destino e trasporto delle sostanze rilasciate Quantificazione dell esposizione APPLICAZIONE DEL MODELLO DIFFUSIONALE ISC3 (U.S. EPA) c( x, y, z) Q 2 y exp 2 2σ y exp 2 ( z h) ( z + h) = 2 u2πσ yσ z σ z σ z DATI DI INPUT + exp Territoriali Impiantistici - Meteorologici 2 Concentrazione in aria Deposizione al suolo Lisciviazione ed erosione Accumulo nei vegetali Accumulo nel suolo Meccanismi di perdita dell inquinante Concentrazione nel suolo Degradazione e volatilizzazione Concentrazione nei vegetali

22 2 METODOLOGIA: 2. EXPOSURE ASSESSMENT Identificazione e caratterizzazione dei potenziali recettori Identificazione dei percorsi di esposizione Studio del destino e trasporto delle sostanze rilasciate Quantificazione dell esposizione APPLICAZIONE DEL MODELLO DIFFUSIONALE ISC3 (U.S. EPA) CONCENTRAZIONI IN ATMOSFERA Concentrazione in aria (fase vapore) Concentrazione in aria (fase particolato) Simulazioni effettuate con un flusso di massa unitario (1 g/sec)

23 2 METODOLOGIA: 2. EXPOSURE ASSESSMENT Identificazione e caratterizzazione dei potenziali recettori Identificazione dei percorsi di esposizione Studio del destino e trasporto delle sostanze rilasciate Quantificazione dell esposizione APPLICAZIONE DEL MODELLO DIFFUSIONALE ISC3 (U.S. EPA) Deposizione umida (fase particolato) DEPOSIZIONE AL SUOLO Deposizione umida (fase vapore) Deposizione secca (fase particolato) Deposizione secca (fase vapore) Stimata a partire dalla concentrazione in aria e dalla velocità di deposizione Simulazioni effettuate con un flusso di massa unitario (1 g/sec)

24 2 METODOLOGIA: 2. EXPOSURE ASSESSMENT Identificazione e caratterizzazione dei potenziali recettori Identificazione dei percorsi di esposizione Studio del destino e trasporto delle sostanze rilasciate Quantificazione dell esposizione Concentrazione Fattore di contatto (massa di mezzo di esposizione ingerito, inalato o assorbito) INTAKE I STIMA DELLA DOSE (formula generale) = C Peso corporeo gen CR EF ED BW AT Frequenza esposizione Durata esposizione Life Time (tempo di mediazione) Concentrazione in aria Concentrazione nei vegetali Concentrazione nel suolo Esposizione attraverso la catena alimentare Esposizione attraverso assorbimento cutaneo Esposizione per ingestione di suolo ESPOSIZIONE DIRETTA ESPOSIZIONE INDIRETTA

25 2 METODOLOGIA: 2. EXPOSURE ASSESSMENT Identificazione e caratterizzazione dei potenziali recettori Identificazione dei percorsi di esposizione Studio del destino e trasporto delle sostanze rilasciate Quantificazione dell esposizione ESPOSIZIONE DIRETTA ESPOSIZIONE INDIRETTA

26 2 METODOLOGIA: 3. DOSE-RESPONSE ASSESSMENT Definizione: Stima della relazione esistente tra la dose di un agente chimico, o livello di esposizione ad una sostanza inquinante, con la probabilità di sviluppare degli effetti negati. Come la determino? Studi epidemiologici: basandosi su un campione grande di popolazione, analizzano le forme di esposizione a bassi livelli di inquinante e cercano le correlazioni statistiche tra livelli di inquinamento ed effetti sanitari indesiderati Studi tossicologici: sono costituiti da test di laboratorio condotti su gruppi di animali sui quali è possibile imporre dosi crescenti di contaminanti attraverso vie diverse e rilevare gli effetti che si determinano

27 2 METODOLOGIA: 3. DOSE-RESPONSE ASSESSMENT Sostanze tossiche RfD (Reference Dose) Sostanze cancerogene CSF (Cancer Slope Factor) Dose a cui un uomo può essere esposto giornalmente senza che intervengano effetti dannosi per la salute Incremento del rischio da cancro per effetto di una dose unitaria

28 2 METODOLOGIA: 4. RISK CHARACTERIZATION Definizione: Il comitato sulla Caratterizzazione del Rischio dell Accademia Nazionale delle Scienze (NAS) definisce la fase di caratterizzazione del rischio in questo modo: la caratterizzazione del rischio è una sintesi delle informazioni sulla situazione potenzialmente pericolosa, che interessa i legislatori e le popolazioni direttamente interessate. La caratterizzazione del rischio è preliminare alla fase di gestione del rischio e dipende dal suo processo iterativo, analitico. [NRC, 1996] ossia: Procedura di valutazione del rischio in cui si stima la probabilità di un evento avverso e la severità dell impatto, in seguito ad un pericolo identificato, facendo attenzione ad includere le incertezze.

29 2 METODOLOGIA: 4. RISK CHARACTERIZATION 1. Quantificazione del rischio per la salute umana Sostanze tossiche HQ = I RfD dove: HQ: Hazard Quotient I: Intake totale giornaliero RfD: Reference Dose Sostanze cancerogene ICR = I CSF dove: ICR: Individual Cancer Risk I: Intake totale giornaliero CSF: Cancer slope factor Total HQ = HQ i dove: Total HQ: Total Hazard Quotient i: inquinanti emessi Total ICR = ICR i dove: Total ICR: Total Cancer Risk i: inquinanti emessi

30 3 METODOLOGIA: 4. RISK CHARACTERIZATION HQ HQ inalazione 64,75% HQ 1. Quantificazione del rischio per la salute umana Contributo dei percorsi di esposizione - Quantificazione Nichel - Effetti tossici HQ (adulti) HQ vegetali 25,25% HQ suolo 9,01% HQ ass. cutaneo 0,99% HQ vegetali HQ suolo HQ ass. cutaneo HQ inalazione HQ inalazione 64,64% TCDD 2,3,7,8 - Effetti tossici HQ (adulti) HQ vegetali 22,63% HQ suolo 11,47% HQ ass. cutaneo 1,26% NICHEL TCDD2,3,7,8 ICR ICR inalazione 53,08% ICR Nichel - Effetti cancerogeni ICR (adulti) ICR vegetali 34,12% ICR suolo ICR ass. cutaneo 11,53% 1,26% ICR vegetali ICR suolo ICR ass. cutaneo ICR inalazione TCDD 2,3,7,8 - Effetti cancerogeni ICR (adulti) ICR inalazione 67,97% ICR vegetali 20,85% ICR suolo 10,08% ICR ass. cutaneo 1,11% HQ vegetali HQ suolo HQ ass. cutaneo HQ inalazione ICR vegetali ICR suolo ICR ass. cutaneo ICR inalazione HQ Piombo - Effetti non cancerogeni HQ (adulti) HQ inalazione 98,95% HQ vegetali 0,81% HQ suolo 0,21% HQ ass. cutaneo 0,02% PIOMBO ICR ICR inalazione 88,32% Piombo - Effetti cancerogeni ICR (adulti) ICR vegetali 9,12% ICR suolo 2,31% ICR ass. cutaneo 0,25% HQ vegetali HQ suolo HQ ass. cutaneo HQ inalazione ICR vegetali ICR suolo ICR ass. cutaneo ICR inalazione

31 3 METODOLOGIA: 4. RISK CHARACTERIZATION CADMIO 1. Quantificazione del rischio per la salute umana Contributo dei percorsi di esposizione - Quantificazione HAZARD QUOTIENT PIOMBO BENZO(A)PIRENE INDIVIDUAL CANCER RISK TCDD2,3,7,8

32 3 METODOLOGIA: 4. RISK CHARACTERIZATION 1. Quantificazione del rischio per la salute umana 2. Studio e discussione delle incertezze e della variabilità dei risultati Accettabilità del rischio: confronto con altri rischi pubblici e con i rischi associati alla vita quotidiana; confronto del rischio con livelli di rischio di riferimento; confronto con le alternative tecnologiche. I livelli di riferimento : Sostanze tossiche Sostanze cancerogene HQ < 1 non sussiste pericolo; HQ > 1 esiste un pericolo cancer risk <1*10-6 : rischio trascurabile 1*10-6 <cancer risk<1*10-4 : non trascurabile cancer risk < 1*10-4 : rischio elevato

33 3 METODOLOGIA: 4. RISK CHARACTERIZATION 2. Studio e discussione delle incertezze e della variabilità dei risultati HAZARD QUOTIENT HQ>1: esiste pericolo HQ<1: non esiste pericolo

34 3 METODOLOGIA: 4. RISK CHARACTERIZATION 2. Studio e discussione delle incertezze e della variabilità dei risultati INDIVIDUAL CANCER RISK ICR<1*10-6: rischio trascurabile 1*10-6<ICR<1*10-4: rischio non trascurabile ICR>1*10-4: rischio elevato

35 3 QUALITA DELLA VALUTAZIONE 1. Quantificazione del rischio per la salute umana 2. Studio e discussione delle incertezze e della variabilità dei risultati Incertezze: Qualità delle informazioni disponibili circa i processi di esposizione e le caratteristiche tossicologiche delle sostanze inquinanti. Grado di perizia con cui vengono raccolte e utilizzate le informazioni. Variabilità dei parametri utilizzati. Scelta degli strumenti per l analisi e valutazione del rischio.

36 3 METODOLOGIA: 4. RISK CHARACTERIZATION 1. Quantificazione del rischio per la salute umana 2. Studio e discussione delle incertezze e della variabilità dei risultati 3. Comunicazione dei risultati E uno scambio di informazioni che coinvolge: -ilprogettista, che dovrà pianificare e progettare l impianto al fine di minimizzare gli impatti potenzialmente indotti sull ambiente e sull uomo; - il gestore dell impianto, che avrà così una chiave guida per le decisioni da prendere in merito ad una corretta e sicura gestione, al fine di contenere e ridurre i rischi (potenzialmente) individuati; -le autorità preposte alla verifica e al controllo delle prestazioni ambientali dell impianto e al rilascio delle autorizzazioni; -la popolazione.

37 3 GRAZIE PER LA VOSTRA ATTENZIONE Per ulteriori informazioni: Laura Piccari Tel. ufficio:

38 3 METODOLOGIA: 4. RISK CHARACTERIZATION