Cinzia Perrino. Composizione chimica del particolato atmosferico in aree industriali

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1 Cinzia Perrino Composizione chimica del particolato atmosferico in aree industriali CONSIGLIO NAZIONALE delle RICERCHE ISTITUTO sull INQUINAMENTO ATMOSFERICO Area della Ricerca RM1 Montelibretti (Roma) Monitoraggio e controllo polveri industriali Roma, 11 Novembre 2015

2 Il particolato atmosferico è un materiale eterogeneo: Composizione chimica molto variabile nel tempo e nello spazio Dimensioni variabili da pochi nm a qualche µm Somma di molti e diversi contributi di sorgente

3 MARE NATURALI VULCANI DESERTI SORGENTI ESSERI VIVENTI TRAFFICO ANTROPOGENICHE RISCALDAMENTO INDUSTRIA

4 LOCALI SORGENTI REMOTE

5 COSTANTI STAGIONALI SORGENTI OCCASIONALI

6 ALTRI FATTORI: Formazione di specie secondarie da precursori gassosi Influenza di venti, pioggia, variazioni delle capacità di diluizione dell atmosfera Deposizioni secche e umide (con diversa efficacia in funzione delle dimensioni e della composizione chimica)

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9 Solo poche specie chimiche inorganiche costituiscono più dell 1% della massa del PM: alcuni metalli: Al, Si, Fe i principali anioni: Cl -, NO 3-, SO 4=, CO - 3 i principali cationi: Na, NH 4+, K +, Mg ++, Ca ++ il carbonio elementare DETERMINAZIONE DEI MACRO-COMPONENTI DEL PM il 20-60% del PM è costituito invece da materiale organico (classe formata da migliaia di specie diverse, nessuna delle quali rappresenta individualmente oltre l 1% della massa di PM) per le specie organiche il monitoraggio si concentra quindi sulle specie tossiche e nocive e sui traccianti di sorgenti specifiche

10 A PARTIRE DAI MACRO-COMPONENTI DEL PM SI PUO ARRIVARE A STIMARE LA FORZA DELLE SORGENTI PRINCIPALI traffico = EC EC [OM] biosfera e biomassa = OM 1.1 EC atmosfera (specie secondarie) = NH nss SO 4 = + NO 3 - mare = (Na + + Cl - ) * [SO 4 = Mg Ca K] terra = 1.89 Al Si Fe Na I Ca I Mg I K I + CO 3 + Mg S + Ca S

11 analisi chimica (mg/m 3 ) CONCENTRAZIONE (mg/m 3 ) CONCENTRAZIONE (mg/m 3 ) C. Perrino CNR-IIA PM 10 - Stazione fondo urbano di Roma TERRA ATMOSFERA COMBUSTIONE MARE BIOSFERA BILANCIO DI MASSA - Stazione fondo urbano di Roma DETERMINAZIONE GRAVIMETRICA ANALISI CHIMICA OTTOBRE - DICEMBRE 2007 R 2 = COMPOSIZIONE MEDIA DEL PM 0 10 STAZIONE MONTELIBRETTI - ANNO OTTOBRE - DICEMBRE ATMOSFERA 19% BIOSFERA 45% ROMA FONDO URBANO determinazione gravimetrica (mg/m 3 ) MARE 4% TERRA 24% COMBUSTIONE 8%

12 TEL AVIV - PM 10 TUNIS - PM 10 ATMOSPHERE 24% BIOSPHERE 20% SEA 6% ATMOSPHERE 23% BIOSPHERE 36% SEA 13% SOIL 34% ROAD TRAFFIC 9% SOIL 19% ROAD TRAFFIC 16% ROME URBAN BACKGROUND- PM 10 ATMOSPHERE 23% BIOSPHERE 36% SEA 6% SOIL 19% ROAD TRAFFIC 16% CHAMONIX - PM 10 PODGORICA - PM 10 ATMOSPERE 8% BIOSPHERE 70% ATMOSPHERE 8% SEA 2% SEA 2% BIOSPHERE 47% SOIL 5% SOIL 20% ROAD TRAFFIC 15% ROAD TRAFFIC 23%

13 Per la valutazione del contributo delle sorgenti industriali è necessario utilizzare specifici traccianti di sorgente - Frazione solubile e residua degli elementi - Distribuzione dimensionale del PM e dei traccianti - Informazioni meteorologiche L identificazione di traccianti quanto più possibile selettivi permette di: Aumentare l affidabilità dei risultati di attribuzione delle macro-sorgenti Identificare sorgenti specifiche Identificare eventi di trasporto da zone remote Identificare sorgenti occasionali

14 Centrale termoelettrica a biomasse 4 CASI - STUDIO Cementificio Nave carboniera Termovalorizzatore

15 Centrale termoelettrica a biomasse Levoglucosano 2 siti di misura (impianto e residenziale) INFLUENZA DELLA COMBUSTIONE DI BIOMASSE AD USO RESIDENZIALE

16 Cementificio sito urbano 2 periodi di misura IMPIANTO IN FUNZIONE FERMO IMPIANTO COTTURA CLINKER INFLUENZA DELLE CAVE DI TRAVERTINO

17 Nave carboniera 3 siti di misura (banchina, residenziale, fondo) Differenza di concentrazione del PM tra il sito residenziale e la banchina. L'area ombreggiata è relativa al periodo di scarico della nave carboniera. Le concentrazioni sono risultate più alte al sito residenziale durante tutti i giorni feriali, indipendentemente dalla presenza della nave

18 Particelle fini (PM2.5): origine combustiva o secondaria (emissioni industriali, riscaldamento, scarichi veicoli) Particelle grossolane (PM10-2.5): origine abrasivo-meccanica (erosione suoli, abrasione parti meccaniche, risollevamento da passaggio veicoli)

19 Nave carboniera e navi porta-container prevalenza delle particelle grossolane (origine abrasivo-meccanica) rispetto alle particelle fini (origine combustiva o secondaria) la composizione chimica delle polveri è risultata molto simile ai tre siti non è stato possibile identificare l'apporto delle polveri di carbone disperse durante lo scarico della nave carboniera: le concentrazioni di tutti i possibili traccianti di questa matrice (EC, OC, U, Be, Cs, Ce, Li, Co, Sr) sono elevate anche nel contributo non combustivo da traffico (road dust: abrasione di parti meccaniche dei veicoli, asfalto, copertoni, risollevamento delle polveri depositate al suolo)

20 Termovalorizzatore TERMOVALORIZZATORE 3 siti (A impianto, B fondo, C residenziale,) 2 frazioni dimensionali (PM10 e PM2.5) AREA URBANA 2 frazioni elementari (solubile e residua)

21 CONCENTRAZIONE (mg/m 3 ) COMPOSIZIONE GIORNALIERA - PM 10 - SITO A ANTROPOGENICI PRIMARI ORGANICI INORGANICI SECONDARI AEROSOL MARINO CRUSTALI GENNAIO - FEBBRAIO 2011 Siamo nella Pianura padana COMPOSIZIONE MEDIA - PM 10 - SITO A 13 GENNAIO - 11 FEBBRAIO 2011 COMPOSIZIONE MEDIA - PM SITO A 13 GENNAIO - 11 FEBBRAIO 2011 ANTROPOGENICI PRIMARI 5% CRUSTALI 12% AEROSOL MARINO 2% ANTROPOGENICI PRIMARI 6% CRUSTALI 5% AEROSOL MARINO 1% ORGANICI 41% INORGANICI SECONDARI 40% ORGANICI 48% INORGANICI SECONDARI 40%

22 SORGENTE DIFFUSA: concentrazioni di fondo, non direttamente imputabili al polo industriale SORGENTE LOCALE OCCASIONALE (zona industriale)

23 SORGENTE DIFFUSA DISCONTINUA non direttamente imputabili al polo industriale SORGENTE LOCALE COSTANTE incremento della concentrazione (ca. 10%) al sito più vicino all impianto

24 CONTRIBUTO DEL TERMOVALORIZZATORE: si osserva un modesto aumento della concentrazione di Se, Zn, Tl, V, Sn, Sb, Ni, Cd e As (frazione fine estratta) al sito A quando le condizioni meteorologiche favoriscono la ricaduta a terra delle emissioni: stabilità atmosferica e venti nella direttrice.

25 Per discriminare il contributo di una sorgente industriale al PM: - Concentrazione in massa - Composizione chimica (macro-componenti) - Composizione chimica (traccianti) - Distribuzione dimensionale - Frazionamento chimico - Provenienza delle masse d aria - Rimescolamento atmosferico - e un po di fortuna!

26 STUDI AMBIENTALI REALIZZATI IN COLLABORAZIONE CON IL DIP. DI CHIMICA DELLA SAPIENZA UNIVERSITA DI ROMA PROF. SILVIA CANEPARI E COLLABORATORI IL GRUPPO POLVERI C.N.R.- I.I.A.: M. Catrambone S. Dalla Torre S. Pareti E. Rantica T. Sargolini Grazie per l attenzione...

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