Classificazione di inquinanti nell atmosfera urbana

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1 Classificazione di inquinanti nell atmosfera urbana Gli inquinanti immessi nell'atmosfera possono essere distinti sulla base delle caratteristiche fisiche in: aerosol (polveri, nuclei di condensazioni, fumi, nebbie, smog), gas e vapori oppure sulla base delle caratteristiche chimiche in: sostanze inorganiche (minerali: silice, asbesto, metalli; non minerali: CO, CO 2, NOx, SOx, O 3 ) organiche (composti organometallici: metilmercurio; composti organoclorurati: idrocarburi alifatici, aromatici, composti carbonilici, idrocarburi policiclici aromatici o IPA, idrocarburi clorurati). La caratterizzazione di questi inquinanti ne consente la classificazione in: i.u. primari (particolato, SO 2 e SO 3, NO, NO 2, CO, CO 2, IPA, idrocarburi alifatici, metalli) i. u. secondari (smog fotochimico:ozono, PAN, ecc.).

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3 Parametri ed Inquinanti misurati alle emissioni PORTATA aria combustione TEMPERATURA OSSIGENO ANIDRIDE CARBONICA Ossido di Carbonio Ossidi di Azoto Ossidi di zolfo Polveri totali Composti organici volatili (COV) Particolato PM10 METALLI Cadmio Tallio Mercurio Antimonio Arsenico Cobalto Cromo Manganese Nichel Piombo Rame Stagno Vanadio COMPOSTI ORGANICI Benzene Toluene Etilbenzene Xileni Acetone n-pentano n-esano Altri composti organici (n-esano) Idrocarburi Policiclici aromatici IPA Policlorobifenili (PCB) Dibenzodiossine e dibenzofurani (PCDD/PCDF)

4 -Ossido di Carbonio [CO, gas inodore, incolore e insapore che si produce nelle combustioni incomplete di materiali contenenti carbone e nei veicoli a motore. E' un tracciante di inquinamento automobilistico e delle aree urbane essendo l'inquinante più emesso dagli autoveicoli. Esercita una alta tossicità per via del legame che contrae se inalato con l'emoglobina (formando COHb, carbossiemoglobina), con cui ha una alta affinità (240 volte > dell'o 2 ); i valori di CO ambiente (in mg/mc, determinazioni su 8 ore) consueti nelle atmosfere urbane sono inferiori a 20 mg/mc ma a volte raggiungono picchi > di 60 mg/mc, i limiti massimi accettabili di legge sono le concentrazioni medie di 10 mg/mc (x 8 h) e di 40 mg/mc (x 1 h); il limite tossicologico è 1,145 mg/mc (1 ppm). Effetti fisiopatologici: alterazioni psicomotorie come diminuzione della vigilanza, dell'acuità visiva, della capacità di apprendimento, di esecuzione di test manuali, alterazioni cardiovascolari e polmonari, deficit respiratori, coma e morte] -

5 - Ossidi di Azoto (NOx) [il monossido (NO) e il biossido di azoto (NO2) sono gas presenti come fondo naturale anche in aree disabitate, tuttavia l'apporto maggiore viene dato dalle combustioni (da motoveicoli, da sorgenti fisse: centrali termiche, riscaldamento domestico); i rapporti di NO e NO2 negli effluenti di combustioni sono di circa 9:1. Nell'atmosfera l'no viene prontamente trasformato in NO2 per la presenza di sostanze ossidanti come l'o3; gli ossidi di azoto partecipano con gli idrocarburi alla formazione, in presenza di radiazioni solari, del cosiddetto "smog fotochimico" miscela particolarmente irritante. Le concentrazioni urbane come medie annuali si aggirano per NO2 intorno ai 20-90mg/mc, con valori medi giornalieri che arrivano a 400 mg/mc e medie orarie che possono raggiungere 850 mg/mc. Il limite di legge è di 200 mg/mc (medie di 1 h durante l'anno); il limite tossicologico è di 1,88 mg/mc (1 ppm). Gli ossidi di azoto determinano aumento delle infezioni respiratorie e risultano particolarmente irritanti sugli asmatici.

6 Ossidi di Zolfo (SO 2, SO 3 ) Gas prodotti dalla combustione di fossili contenenti solfuri (carbone, petrolio grezzo). Le fonti di maggior emissione sono le raffinerie di petrolio, gli impianti di energia elettrica, le industrie della carta, le fonderie e il riscaldamento per uso domestico (cherosene). L'SO 2 è un tracciante dell'inquinamento da impianti fissi di combustione: gran parte dello zolfo dei combustibili si ritrova nei fumi come SO 2. Fra i derivati più tossici dell' SO 2 è l'acido solforico (H 2 SO 4 ) che rappresenta la maggior componente acida dell'inquinamento atmosferico. L'acido solforico in atmosfera si presenta sotto forma di aerosol, spesso associato ad altri inquinanti in gocce o particelle solide; i livelli di H 2 SO 4 dipendono in gran parte dal grado di ossidazione dell' SO 2. Insieme ad altri prodotti non solforati, l'so 2 e i suoi derivati formano lo smog pesante delle aree urbane industrializzate in inverno caratterizzato da azione riducente o acida. Negli ultimi anni a seguito delle nuove discipline sui combustibili e per l'utilizzazione di nuovi combustibili i livelli di SO 2 nell'aria urbana sono scesi sotto i 100 mg/mc.

7 - Benzene [Solvente organico ampiamente utilizzato nell'industria chimica. E' un costituente del petrolio grezzo e delle benzine (che ne contengono il 2-5%); nelle atmosfere urbane se ne dosano da 3 a oltre 150 mg/mc. I limiti per aria esterna sono in Italia di 15 mg/mc, mentre negli USA sono di 10 mg/mc. Esposizioni acute ad alte concentrazioni di benzene può determinare la morte per depressione del SNC con perdita di coscienza o per comparsa di aritmie cardiache fatali. E' un cancerogeno accertato, nell'uomo può determinare in popolazioni professionalmente esposte un aumento di casi leucemia mieloide acuta e di anemia aplastica; esercita una marcata azione immunosoppressiva] - Idrocarburi policiclici aromatici (IPA, PAH) [Composti che sono il prodotto di processi pirolitici e specialmente di combustioni incomplete. Il componente maggiore per quantità ed effetto tossicologico è il benzo[a]pirene. Negli ultimi due decenni le concentrazioni di IPA nelle atmosfere urbane delle città europee sono passate da 100 ng/mc o più a meno di 10 ng/mc. Sono molecole dal marcato profilo oncogeno, dimostrato per esposizione inalatoria in animali di laboratorio; i tumori polmonari si riscontrano con maggiore frequenza in soggetti esposti professionalmente ad elevate concentrazioni di IPA]

8 Idrocarburi Policiclici aromatici pirene Crisene Acenaftilene Fluorantene

9 IPA inclusi nelle sostanze cancerogene 1 benzo(a)pirene 2 dibenzo(a,h)antracene 3 benzo(a)antracene 4 benzo(b)fluorantene 5 benzo(j)fluorantene 6 benzo(k)fluorantene 7 dibenzo(a)pirene

10 Diossine. Il termine "diossine" si riferisce ad un gruppo di 210 composti chimici aromatici policlorurati divisi in due famiglie e simili per struttura formati da carbonio, idrogeno, ossigeno e cloro detti congeneri. 75 congeneri hanno struttura chimica simile a quella della policlorobibenzo-diossina (PCDD) e 135 hanno struttura simile al policlorodibenzo-furano (PCDF);17 di questi congeneri, sono considerati tossicologicamente rilevanti. Sono sostanze inodori, termostabili, insolubili in acqua e fortemente liposolubili cioè solubili nei grassi. Le diossine sono tossiche per l'organismo umano. Proprio per la loro tendenza ad accumularsi nei tessuti viventi, anche un'esposizione prolungata a livelli minimi può recare danni. Le diossine causano una forma persistente di acne, nota come cloracne; sugli animali hanno effetti cancerogeni ed interferiscono con il normale sviluppo fisico. L'effetto sugli esseri umani è ancora controverso, ma per molti governi sono ormai agenti cancerogeni riconosciuti.

11 Diossine Policloro dibenzo-para-diossine (PCDDs) Policloro dibenzofurani (PCDFs) Policlorobifenili (co-pcb). 419 tipi di diossine identificate solo 29 di queste sono considerate tossiche, 2,3,7,8-TCDD (tetraclorodibenzo-para-diossina) la più tossica.

12 Particolato sospeso [Le particelle atmosferiche rappresentano una complessa miscellanea di sostanze organiche e inorganiche, solide e liquide derivate da fonti naturali (es. vulcani, polvere del terreno) o da attività antropiche (es. centrali termiche, processi industriali, traffico veicolare, riscaldamento domestico a carbone, inceneritori industriali). Chimicamente il particolato risulta composto da carbonio elementare ed inorganico, metalli di varia natura, nitriti e solfati (responsabili della componente acida del particolato). Le misure delle particelle sospese vengono abitualmente fatte in termini di "fumo nero" e tradotte convenzionalmente in peso, oppure come particolato totale raccolto in filtri da grossi volumi di aria e determinato gravimetricamente. Le frazioni di particolato più pericolose sono quelle respirabili di diametro inferiore a 10 µm (PM 10 ). Il limite massimo accettabile in aria esterna e limite tossicologico è 150 mg/mc (media per 24h).

13 Funzione di distribuzione dimensionale dell aerosol atmosferico

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15 Effetto della concentrazione di particolato sulla visibilità PM: 40 µg/m3 PM: 8 µg/m3

16 PM2,5 PM1,0 PM0,1 Ripartizione del particolato in frazioni organiche e inorganiche

17 Particolato organico: definizioni

18 Linee guida per il contenimento delle emissioni inquinanti degli impianti industriali e la fissazione dei valori minimi di emissione. a) le linee guida per il contenimento delle emissioni degli impianti esistenti come definiti dal combinato disposto dall'art. 2, comma 10, del decreto del Presidente della Repubblica n. 203/88 e dal punto 9 del decreto del Presidente del Consiglio dei Ministri 21 luglio 1989 in attuazione ed interpretazione del decreto stesso; b) i valori di emissioni minimi e massimi per gli impianti esistenti; c) i metodi generali di campionamento, analisi e valutazione delle emissioni; d) i criteri per l'utilizzazione di tecnologie disponibili per il controllo delle emissioni; e) i criteri temporali per l'adeguamento progressivo degli impianti esistenti.

19 Inquinante Tossicità Relativa Monossido di carbonio 1.00 Idrocarburi Incombusti 2.07 Ossidi di zolfo Ossidi di Azoto Particolato sospeso

20 Valori annuali limite di concentrazione di inquinanti nell atmosfera Valori limite di concentrazione in termini di massa dell inquinante per volume di effluente gassoso (mg/m 3 ) Polveri Totali Monossido Carbonio di µ g/m 3 10 mg/m 3 Polveri Totali Monossido Carbonio di mg/m mg/m 3 PM10 50 µg/m 3 benzene 10 µg/m 3 IPA 1 ng/m 3 SO2 125 µg/m 3 NO2 56 µg/m 3 SOV NOx SO2 IPA benzene mg/m mg/m mg/m mg/m 3 5 mg/m 3

21 Controllo delle emissioni inquinanti Controllo a monte qualità del combustibile (rapporto CH, zolfo, cloro, ecc.) qualità del processo di combustione Controllo a valle Trattamento fumi

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23 Composti Organici Volatili (COV, VOC) BENZENE TOLUENE ETILBENZENE XILENI STIRENE METANOLO ETANOLO N -PROPANOLO ISOPROPANOLO N-BUTANOLO SEC-BUTANOLO ISOBUTANOLO 1 METOSSI 2 PROPANOLO 2-ETOSSI ETANOLO 2-BUTOSSI ETANOLO DIACETON ALCOOL ETIL ACETATO PROPIL ACETATO ISOPROPIL ACETATO N-BUTIL ACETATO ISOBUTIL ACETATO 2-METOSSI ETIL ACETATO 2-ETOSSI ETIL ACETATO METIL ETIL CHETONE METIL ISOBUTIL CHETONE METIL ISOPROPIL CHETONE ACETONE ACETONITRILE TETRAIDROFURANO CICLOESANO N-ESANO N-PENTANO ISOTTANO ETERE ETILICO N,N-DMF CICLOESANONE 2-METOSSI ETANOLO ALTRI COMPOSTI ORG. (come n-esano)