Impatto ambientale di una acciaieria: l esperienza di Genova-Cornigliano. Federico Valerio IST Chimica Ambientale Genova

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1 Impatto ambientale di una acciaieria: l esperienza di Genova-Cornigliano Federico Valerio IST Chimica Ambientale Genova

2 Identificazione delle fonti industriali e urbane di IPA e benzene Stima dell esposizione a IPA dei residenti Il progetto Benzene in Rete Identificazione e attribuzione fonti emissioni di COV Ge Multedo: un case study

3 Le acciaierie di Ge. Cornigliano

4 Le acciaierie di Genova 2003

5 Il quartiere di Cornigliano Superfice: 11 ettari Residenti: (nel 2000) veicoli al giorno lungo la via principale

6 Le acciaierie di Genova Una storia in breve: L impianto, a ciclo integrato, è realizzato a Genova Cornigliano nel 1954 Nel 1986 l IST evidenzia il quartiere come quello con la più elevata concentrazione di IPA Dal 1994, si avvia il monitoraggio continuo di IPA, PM 10 (CO, SO2, NOx, BTEX, Metalli) Nel 2002, per ordine della magistratura, è stata spenta la cokeria Nel 2005 è stato spento l altoforno e si è avviata la dismissione dei reparti a caldo

7 Le acciaierie di Genova Problemi affrontati e risolti per la VIA: 1. Presenza di numerose e diverse fonti di emissione all interno dell impianto 2. Presenza di fonti urbane di IPA e BTEX

8 Le acciaierie di Genova 35 fonti convogliate di polveri

9 Le acciaierie di Genova Le soluzioni alla VIA Localizzazione delle principali fonti, in base alle variazioni dell inquinamento con la direzione del vento Analisi delle impronte digitali chimiche Profili IPA, BTEX, Metalli

10 La rete di monitoraggio Attiva fin dal 1994

11 Monitoraggio BTX Nel sito 1 è stata attivata una centralina per il monitoraggio in continuo (misure orarie) di Benzene, Toluene, Xileni (BTX) Le concentrazioni orarie di BTX sono state associate alla direzione prevalente dei venti (v > 2,1 m/s) durante ogni singolo campionamento Stima concentrazione media BTX, con venti provenienti da 16 settori (22,5 gradi)

12 La concentrazione massima di benzene (35 μg/m 3 ) si registra quando il sito 1 è sottovento alla cokeria Sito 1 cokeria

13 Rapporto toluene/benzene Le emissioni di una cokeria sono caratterizzate da una elevata concentrazione di benzene Le emissioni autoveicolari sono caratterizzate da una elevata concentrazione di toluene Il rapporto toluene/benzene permette di stimare il ruolo di ciascuna di queste due fonti

14 toluene/benzene vs direzione vento (sito 1) Un esempio di localizzazione della fonte

15 Profili IPA Le concentrazioni di IPA riscontrate in ogni campione si normalizzano dividendo la concentrazione di ciascun IPA con la concentrazione del benzo(e)pirene (BeP).

16 Profili IPA e fonti

17 Profili IPA a confronto Profilo sito 2 con venti da NNE Profilo nel sito 2 con venti prevalenti da SSE

18 Profili IPA a confronto Profilo traffico Profilo sito 2 con venti da NNE Profilo cokeria Profilo nel sito 2 con venti prevalenti da SSE

19 Quali fonti IPA impattano sul sito 3?

20 Il sito 3

21 Andamento CO e IPA a Genova ( ) Sito 3 Sito 3 CO IPA

22 Profili IPA nel sito 3 Diagramma ad albero per cluster di similitudine Similarity Dendrogram groups 1

23 Profili IPA nel sito 3

24 Box-plots of daily temperature (a), ozone concentration (c) in similar PAH profile. C 30 Temperature (a) µg/m Ozone (c) PROFILE PROFILE 4 5 I profili IPA dipendono dalla fonte che li ha emessi ma anche dalle trasformazioni chimico fisiche che avvegono in atmosfera dopo l emissione

25 Box-plots of PAH ratios in similar PAH profiles. BF/BPE (b) CPP/CHR (a) Il profilo 3 attribuito ad un significativo contributo della cokeria, il profilo 4 ad emissioni invernali di traffico non catalizzato.

26 I metalli nelle PM10 come traccianti per identificare le fonti emittenti

27 Concentrazione di metalli e direzione prevalente del vento 1986 Pb Mn

28 Metalli a Ge-Cornigliano ( ) A Genova Cornigliano le concentrazioni di Mn, Cr, V, erano statisticamente più elevate rispetto ad altri tre siti urbani Pb e Mn sono di sicura fonte acciaieria Agglomerato, acciaieria OBM La concentrazione media di Mn: 255 ng/m 3 50 ng/m 3 valore di riferimento EPA

29 Andamento della concentrazione di Bap sottovento e a distanza crescente dalla cokeria Medie annuali

30 Andamento della concentrazione di Bap sottovento e a distanza crescente dalla cokeria Medie annuali

31 Simulazione immissioni di BaP da cokeria (media annuale) BaP (ng/m 3 )

32 Chiusura della cokeria 1000 sito chiusura gen-97 gen-98 gen-99 gen-00 gen-01 gen-02 gen-03 gen-04 gen-05 ng/m 3 BaP Andamento giornaliero ( 97-03) della concentrazione di BaP nel sito 1

33 Chiusura della cokeria 1000 sito chiusura gen-97 gen-98 gen-99 gen-00 gen-01 gen-02 gen-03 gen-04 gen-05 ng/m 3 BaP Andamento giornaliero ( 97-03) della concentrazione di BaP nel sito 2

34 Medie mobili annuali del BaP nei siti 1 e 2 ( ) ng/m 3 BaP Medie Mobili Obiettivo qualità aria sito 1 (Tetto AMT) sito 2 (tetto via Gessi) gen-97 gen-98 gen-99 gen-00 gen-01 gen-02 gen-03 gen-04 gen-05 Chiusura cokeria

35 BaP (ng/m 3 ) prima e dopo la chiusura della cokeria (sito 1) Accesa Spenta Media Media geometrica Min Max 7,5 2,3 0,07 50 Medie biennali 0,2 0,15 0,03 2,8

36 Un costante monitoraggio dei parametri chimici e meteorologici si è dimostrato essenziale: per acquisire tutte le informazioni utili per decidere l intervento di chiusura per avere una serie storica di dati sulle possibili esposizioni a sostanze cancerogene della popolazione residente

37 Un acciaieria, collocata nell immediate vicinanze dell abitato, espone la popolazione a numerosi composti tossici e cancerogeni Oltre ad IPA e BTEX, particolare attenzione meritano metalli quali piombo (agglomerazione) e manganese (acciaieria) Ma anche diossine e furani (dalla agglomerazione)

38 A Genova, esistono le condizioni per stimare con accuratezza eventuali effetti sulla salute dei residenti, indotti dalle emissioni di una acciaieria La controprova sarà la verifica della riduzione dell incidenza di patologie, dopo la chiusura totale delle attività a caldo

39 Il Progetto BENZENEINRETE

40 Gli attori del progetto I ricercatori dell IST Gli alunni delle scuole genovesi I loro insegnanti Le loro famiglie Gli amministratori della città

41 Gli obiettivi Mappare con regolarità la concentrazione di COV nell aria di Genova, in corrispondenza delle abitazioni della popolazione più giovane Fare informazione partecipata Fornire ai decisori politici informazioni utili per le loro scelte: andamento dell inquinamento, fonti prevalenti, possibili effetti sulla salute

42 Materiali e metodi Materiali Campionatore passivo Desorbitore termico Gascromatografo

43 La concentrazione di benzene si può misurare con campionatori passivi

44 Come è fatto un campionatore passivo 1 1

45 Come funziona un campionatore passivo

46 Il campionatore passivo nella versione per esterni.

47 Il Progetto BENZENE IN RETE I nodi della rete di monitoraggio Le abitazioni degli studenti

48 Materiali e metodi Metodi Esporre per 7-15 giorni il campionatore all esterno delle abitazioni scelte Stimare la concentrazione media dei seguenti composti aromatici Benzene Toluene Etil benzene Xileni COV totali

49 Quanto benzene respiravano gli abitanti di Genova -Cornigliano

50 Identificazione e attribuzione fonti emissioni di COV Ge Multedo: un case study

51 DOMANDE Quale è la concentrazione di Composti Organici Volatili (COV) a Multedo? Quali sono le fonti che li producono? Quale è la loro localizzazione?

52 Identificazione delle fonti emissione composti organici a Multedo Primi risultati dello studio condotto da IST Chimica Ambientale e Provincia di Genova aprile 2005

53 Il Ponente genovese Cornigliano, Sestri, Multedo

54 Mappa Siti di campionamento 28 punti di campionamento contemporanei aprile 2005

55 Mappa concentrazione COV totali

56 Requisiti per i modelli a recettori Ipotesi di lavoro Il profilo GLC dell emissione di ogni fonte è costante. Fonti di diverso tipo hanno profili GLC diversi. Profili GLC diversi, da campioni raccolti contemporaneamente, segnalano l impatto di fonti diverse.

57 Similitudini e Diversità tra profili GLC Dettaglio della mappa di concentrazione VOC totali e cromatogrammi di tre siti vicini VOC totali Cromatogrammi di altri siti, tra loro vicini, e mappa VOC Profili GLC in campioni contemporanei (Busalla, luglio 2002), in due zone di massima concentrazione di COV totali.

58 Principio dei modelli a recettori I profili attribuibili a ciascuna fonte di emissione sono stimati tramite le correlazioni tra le concentrazioni delle componenti presenti in ogni campione.

59 Calcolo dell impatto sui siti Metodo 1.componenti principali assolute (APCA) con rotazione Varimax (Factor Analysis), o meglio 2.sw US-EPA PMF (Positive Matrix Factorization) e/o Unmix, perchè impongono alle soluzioni il vincolo di essere positive.

60 Calcolo dell impatto sui siti Materiali: le concentrazioni delle singole sostanze informazioni utili per l interpretazione: localizzazione geografica delle possibili fonti variabili temporali

61 Metodo per determinare i profili delle fonti con impatto sui siti Risultati: il numero di fonti diverse, la quantità totale di COV attribuibile a ciascuna fonte, il profilo COV di ciascuna fonte, la quantità di COV attribuibile a ciascuna fonte per ogni sito di campionamento (source apportionment)

62 Metodo per determinare i profili delle fonti con impatto sui siti Selezione dei composti : più affidabili dal punto di vista analitico, più informativi (elevato coefficiente di variazione nel set di misure), non colineari con altri composti già scelti (R 2 <0.95), per aumentare i gradi di libertà del sistema.

63 Le impronte digitali delle principali fonti di emissione di COV a Multedo 40% Source 1 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Source 2 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0%. Source 4 peak # Name 1 Acetone 2 2-propanol 6 Benzene 7 Toluene 8 para-xylene 10 orto-xylene Source

64 Contributi ai COV totali da 4 fonti indipendenti µg/m3 Tol Eq. MULTEDO FONTE 1 FONTE 2 FONTE 3 FONTE 4

65 Stima contributo di ogni singola fonte nei siti campionamento MULTEDO µg/m3 Tol Eq. Σ78 peaks Measured conc. Source #4 Source #3 Source #2 Source #

66 Utilizzo delle ulteriori informazioni Anche le variabili geografiche (ubicazione siti di misura) aiutano l interpretazione : dalle correlazioni spaziali (kriging) si costruiscono mappe di isoconcentrazione relative alle singole tipologie di fonti

67 Mappa diffusione COV da Fonte 4 FONTE D

68 Mappa diffusione COV da Fonte 3

69 Mappa diffusione COV da Fonte 1

70 Mappa diffusione COV da Fonte 2

71 Identificazione fonti COV Fonte 1: porto petroli Fonte 2: Superba Fonte 3: Carmagnani Fonte 4 : traffico

72 Profili IPA A B C D E