DiMSAT Università di Cassino, via Di Biasio 43, Cassino (FR),

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1 ESPOSIZIONE APOLVERI ULTRAFINI IN DIVERSI MICROAMBIENTI GIORGIO BUONANNO DiMSAT Università di Cassino, via Di Biasio 43, Cassino (FR), Roma, 13 maggio 2010 Workshop - I Nuovi Limiti per il Materiale Particellare Sospeso: Problematiche e Prospettive

2 DEFINIZIONE DI POLVERI ULTRAFINI An aerosol is a metastable suspension of solid or liquid particles in a gas (eg (e.g. air). The term aerosol denominates not only the suspended particles but the suspension of the particles in the suspending gas. PM 10 -D eq <10 µm coarse particles (PM ) ) 2.5 µm<d eq<10 µm fine particles (PM 2.5 )-D eq <2.5 µm ultrafine particles - D eq <0.1µm =100nm nanoparticles D eq < µm (50nm) 2

3 ESPOSIZIONE ALLE POLVERI ULTRAFINI Source Atmospheric sciences Exposure Dose Health effects Policy 3

4 MICROAMBIENTI ED ESPOSIZIONE 4

5 LAMI AMBIENTE: MISURE DI UFP 1 Scanning mobility particle sizer (SMPS) TSI 3936 (DMA 3081, CPC 3775) 1 Aerodynamic Particle Sizer Spectrometer (APS) TSI CPC TSI 3775 (buthanol) 1 CPC TSI 3781 (water) 1 DustTrak 1 Fast Mobility Particle sizer (FMPS) TSI Nanoparticle Aerosol Sampler 1 Nanoparticle Surface Aerosol Monitor 1 Thermodiluter for submicrometer particles 1 Diluter for APS 1 TSI 4140 Mass Flowmeter 1 TSI EMCO IAQ-CALC CO 2 conc. 5

6 CASI DI STUDIO (UFP ESPOSIZIONE ) CARATTERIZZAZIONE METROLOGICA DELLA STRUMENTAZIONE SMPS + APS Buonanno G., Dell Isola M, Stabile L, Viola A (2009). Uncertainty Budget of the SMPS- APS System in the Measurement of PM1, PM2.5, and PM10. Journal of Aerosol Science, vol. 43; p Buonanno G., Dell Isola M, Stabile L, Viola, Critical aspects of the uncertainty budget in the gravimetric PM measurements, Measurement, submitted AUTOSTRADA A1 Buonanno G., Lall A, Stabile L (2009). Temporal size distribution and concentration of particles near a major highway. Atmospheric Environment, vol. 43; p PROSSIMITÀ INCENERITORI Buonanno G., Anastasi P, Di Iorio F., Viola A (2010). Ultrafine particle apportionment and exposure assessment in respect of linear and point sources. Atmospheric Pollution Research, ISSN: Buonanno G., Stabile L, Avino P, Vanoli R (2010). Dimensional and chemical characterizationacte atio of particles at a downwind d receptor site of a waste-to-energy to e e plant. Waste Management, ISSN: X Buonanno G., Ficco G, Stabile L (2009). Size distribution and number concentration of particles at the stack of a municipal waste incinerator. Waste Management, vol. 29; p

7 CASI DI STUDIO (UFP ESPOSIZIONE ) INDOOR (ATTIVITÀ DI CUCINA) Buonanno G., Morawska L, Stabile L (2009). Particle emission factors during cooking activities. Atmospheric Environment, vol. 43; p Buonanno G., Johnson G., Morawska L., Stabile L Volatility Characterization of Cooking-generatedgenerated Aerosol Particles. Aerosol Science & Technology, submitted Buonanno G., Morawska L, Stabile L., Viola A., Exposure to particle number, surface area and PM concentrations in pizzerias, Atmospheric environment, submitted INDOOR (REPARTI DI LASTRATURA) Buonanno G., Morawska L., Stabile L., Viola A. (2010) Welding exposures in the bodyshop of an automotive plant, International Conference on Workplace Aerosols, Karlsruhe, Germany, 30 June 2 July MICROAMBIENTI Esposizione per pedoni, ciclisti, in corso. URBANI 7

8 AUTOSTRADA A1 150 m 100 m 20 m 30 m Autostrada del Sole 8 8

9 AUTOSTRADA A1 Morphological characterisation Aggregates Fractal dimension < 2 Mean diameter primary particles 30 nm diameter 30 nm 9 9

10 AUTOSTRADA A1 A1 Highway v (m/s) N Sampling sites N 6 40% 5 NW 4 NE NW 30% W 0 E W 0% E 20% 10% NE SW SE SW SE S S Wind direction and speed at the sampling site 10 10

11 AUTOSTRADA A1 a) Daily traffic, 53 ± 15 veh/min, 23% heavy trucks; b) Weekly traffic, 95 ± 12 veh/min, 12% heavy trucks

12 AUTOSTRADA A1 3 12

13 PROSSIMITÀ INCENERITORI: EMISSIONE 13

14 PROSSIMITÀ INCENERITORI 14

15 PROSSIMITÀ INCENERITORI DISTRIBUZIONI MEDIE STAGIONALI IN NUMERO E MASSA (PM 10 ) Concentrazione totale media annuale in: o Numero ± part. cm -3 o Massa ± 9.0 µg m -3 15

16 PROSSIMITÀ INCENERITORI TREND MEDIO GIORNALIERO DELLA CONCENTRAZIONE TOTALE IN NUMERO E PM 10 Inverno Estate - Comportamento ciclico: influenza dell autostrada 16 16

17 PROSSIMITÀ INCENERITORI TREND MEDIO ORARIO DELLA CONCENTRAZIONE TOTALE IN NUMERO E PM 10 Inverno Estate - Presenza di fresh particles nel primo pomeriggio: formazione di aerosol secondario 17 17

18 RISULTATI EVOLUZIONE GIORNALIERA DELLA DISTRIBUZIONE IN NUMERO Inverno Estate 18 18

19 PROSSIMITÀ INCENERITORI Concentration map: weekday 19 19

20 PROSSIMITÀ INCENERITORI Concentration map: weekend 20 20

21 PROSSIMITÀ INCENERITORI 21

22 INDOOR (ATTIVITÀ DI CUCINA): fattore di emissione La determinazione dei livelli di concentrazione presenti nell ambiente indoor è stata condotta valutando sia i contributi della sorgente emissiva che il contributo di polveri provenienti dall esterno, il rateo di deposizione sulle superfici e i ricambi d aria del locale in esame. dalla produzione instantanea di particelle al fattore di emissione medio Penetrazione outdoor-indoor unitaria Coagulazione e condensazione trascurabili Ratei di deposizione e ricambi costanti nel tempo P C C in C out Q s AER k V EF C in C in,0 t penetrazione outdoor - indoor concentrazione indoor concentrazione outdoor produzione di particelle indoor ricambi d aria rateo di deposizione volume del locale fattore di emissione concentrazione indoor di picco concentrazione iniziale tempo per raggiungere C in 22

23 INDOOR (ATTIVITÀ DI CUCINA): fattore di emissione NEF : EF in numero di particelle (part. min -1 ) SEF : EF in area superficiale delle particelle (µm 2 min -1 ) MEF : EF in massa delle particelle (PM 2.5 ) (µg min -1 ) Calcolo di AER mediante decadimento di CO 2 : -Ventilazione minima: 0.29 ± 0.05 h -1 -Ventilazione normale: 0.89 ± 0.11 h -1 Correzione per aggregati Analisi Morfologica al TEM Idealized Aggregate theory (Lall and Friedlander, 2006) Dimensione frattale < 2 aggregate primary particle diameter 30 nm Nanometer Aerosol Sampler 3089 TSI 23

24 RISULTATI: EF e parametri d influenza Influenza della temperatura: fattori di emissione nel grilling a gas di pancetta il PM 1 èl la frazione dominante dell emissione Influenza della sorgente di cottura nel caso di grilling: emissione più elevata nel caso di alimentazione a gas rispetto a quella elettrica. 24

25 RISULTATI: EF e parametri d influenza analisi sull influenza della tipologia di cibo: emissione maggiore di particelle per cottura di cibi grassi rispetto a quelli vegetali. influenza della tipologia di olio sul processo di frittura elettrica: l utilizzo di un olio specifico per la frittura comporta un fattore di emissione inferiore

26 RISULTATI: EF e parametri d influenza influenza della tipologia di olio sul processo di frittura a gas: l utilizzo di un olio specifico per la frittura comporta un fattore di emissione inferiore. 26

27 RISULTATI: analisi della volatilità Decadimento della moda al variare della temperatura di condizionamento del Thermal Conditioner per frittura e grilling fitt frittura grilling Distribuzione dimensionale delle particelle con (300 C) e senza condizionamento termico dell aerosol per frittura e grilling frittura grilling 27

28 CASI DI STUDIO: Esposizione in pizzeria Studio statistico in 15 pizzerie Concentrazioni totali in numero, area superficiale e PM x Take away Ventilazione minima Solo pizze Los Angeles (Urban site) µm 2 cm -3 Los Angeles (close to highway) 150 µm 2 cm -3 Women s exposure Cooking activity (in India): mean µm 2 cm -3 ;peak µm 2 cm -3 28

29 CASI DI STUDIO: Esposizione in pizzeria Trend orario delle concentrazioni totali in numero, area superficiale e area depositata, PM 1 Efficienza di aspirazione Crttritih Caratteristiche geometriche mtrih dll della cappa Effetto pizzaiolo 29 29

30 ESPOSIZIONE IN PIZZERIE 30

31 ESPOSIZIONE IN PIZZERIE 31

32 ESPOSIZIONE A SALDATURE 1 4 picchi sald. manuale: primi 2 solo pinza, 3 solo pistola, 4 pist. + pinza 0.9 Sald. CO2 Saldature a p punti manuali molto critiche (soprattutto N misure < 1 m) Saldature aut. con aspirazione non eff. (85 64) 0.8 Saldatura 80%C02-20%Ar molto critica (soprattutto S misure a 3 m) 0.7 Sald. aut + manuale solo pistola 0.6 Saldature a punti automatiche (Nmax= part. cm3) Sa 0.5 N Sald. aut. punti con aspirazione eff. 0.4 PM Tempo (s) 32

33 ESPOSIZIONE A SALDATURE 33

34 ESPOSIZIONE A SALDATURE 34

35 CONFRONTO TRA LE ESPOSIZIONI Caso di studio Nmin (part. cm -3 ) Nmax (part. cm -3 ) Nmed (part. cm -3 ) Autostrada A1 0.8 x x x 10 5 Prossimità ità inceneritori it i x x x 10 4 (400 m A1) Indoor (cucina 80 m 2 ) 0.8 x x x 10 5 Indoor (pizzeria) 0.2 x x x 10 5 Lastratura 0.3 x x x

36 Grazie per l attenzione! Giorgio Buonanno, Ph.D. Associate Professor of Applied Thermodynamics Di.M.S.A.T. University of Cassino via Di Biasio Cassino (FR) Italy ph fax fax mob e mail buonanno@unicas.it URL 36