Industria e Ambiente: caratterizzazione chimica del particolato atmosferico nella Conca Ternana.

Transcript

1 Industria e Ambiente: caratterizzazione chimica del particolato atmosferico nella Conca Ternana. Mara Galletti*, Caterina Austeri, Giancarlo Caiello, Rita Guerrini, Annarita Petrini, Andrea Pileri, Fiorella Sebastiani ARPA UMBRIA

2 La Conca Ternana La Conca Ternana rappresenta una delle realtà industriali più importanti del Centro Italia. Gli insediamenti produttivi ivi presenti sono inseriti in un contesto territoriale piuttosto critico dal punto di vista della qualità dell aria. Infatti le caratteristiche orografiche, unitamente alle condizioni meteo-climatiche tipiche di questa zona, danno luogo a frequenti episodi di ristagno degli inquinanti atmosferici al suolo con conseguente aumento delle concentrazioni degli stessi in aria ambiente. 2

3 Caratteristiche Conca Ternana NW (315,0 ) NNW (337,5 ) 6.0% 5.0% N (0,0 ) NNE (22,5 ) NE (45 ) 4.0% WNW (292,5 ) 3.0% 2.0% ENE (67,5 ) W (270,0 ) 1.0% 0.0% E (90 ) WSW (247,5 ) ESE (112,5 ) SW (225,5 ) SSW (202,5 ) SSE (157,5 ) SE (135 ) S (180 ) <0.5 m/s m/s m/s m/s m/s >= 3.0 m/s Le direzioni prevalenti dei venti sono costanti durante tutto l anno e le velocità generalmente basse 3

4 Caratteristiche Conca Ternana Lo studio dei profili verticali di particolato ha mostrato che nei giorni di stabilità atmosferica l altezza dello strato di rimescolamento è inferiore a 300 m, mentre nei giorni di instabilità atmosferica l altezza dello strato di rimescolamento raggiunge quote molto maggiori (Moroni et al.;atmospheric Environment 50(2012) ) carbonates silicates carbonaceous sulphates metal particles Ca-phosphates Percent number of particle classes Percent number of particle classes H e ig h t ( m ) Particle number concentration (cm -3 ) Particle number concentration (cm -3 ) Jan 17, 2009 Jan 23,

5 Principali sorgenti inquinanti Polo siderurgico: produzione e lavorazione acciai speciali di seconda fusione Polo chimico: produzione e lavorazione polipropilene e polimeri biodegradabili Polo rifiuti: termovalorizzatori di RSU e rifiuti speciali 5

6 Scelta dei punti di campionamento 6

7 Attività di studio e monitoraggio nella Conca Ternana Il monitoraggio è stato realizzato principalmente su campioni di PM10, monitorando: gli inquinanti previsti dal DLgs 155/2010 (As, Cd, Ni, Pb e IPA); altri inquinanti scelti in base alle peculiarità delle principali sorgenti di emissione (Cr e PCDD/F); il Levoglucosano come marker chimico della combustione delle biomasse. Alle tecniche tradizionali di monitoraggio chimico sono stati affiancati: monitoraggio passivo con deposimetri; biomonitoraggio con specie appartenenti alla vegetazione arborea spontanea. 7

8 Analisi Chimica Metalli nel PM10: Mineralizzazione in microonde con miscela di HNO 3,H 2 O 2 e analisi mediante GF-AAS (UNI EN 14902) IPA nel PM10: estrazione soxhlet con miscela esano-acetone, purificazione con colonna Gel di silice, analisi in GC-MS (UNI EN 15549) PCDD/F nel PM10: estrazione soxhlet con miscela esanoacetone, purificazione con multistrato e allumina basica, analisi mediante GC-MS TQ Levoglucosano nel PM10: estrazione miscela diclorometanometanolo, derivatizzazione con MSTFA e successiva analisi in GC-MS Metalli, IPAs e PCDD/F nelle DEPOSIZIONI sono stati determinati in modo analogo al PM10(Rapporto ISTISAN 06/38) Metalli (BIOMONITORAGGIO) su campioni di vegetali tal quali e lavati sono stati determinati in modo analogo al PM10 8

9 PM10 9

10 Linee guida e indicazioni normative Decreto Legislativo 155/2010 Inquinante Valore obiettivo Arsenico 6 ng/m 3 Cadmio 5 ng/m 3 Nichel 20 ng/m 3 Benzo(a)Pirene 1 ng/m 3 Inquinante Valore limite Piombo 0.5 µg/m 3 Valori riferiti alla frazione di PM10 e calcolati come media annua 10

11 Linee guida e indicazioni normative Limiti massimi ammissibili per miscele di PCDD/F in aria (parere della Commissione Consultiva Tossicologica Nazionale) Ambiente esterno 40 fg I-TEQ/m 3 Ambiente di lavoro 120 fg I-TEQ/m 3 11

12 Linee guida e indicazioni normative Per il Cromo non esiste un valore limite per la matrice aria e parlando in termini di tossicità bisognerebbe fare una distinzione tra Cr(III) e Cr(VI). In questo studio è stato determinato il Cromo totale con l unico obiettivo di poterlo correlare alla sorgente siderurgica di cui sembra essere un buon tracciante. 12

13 Monitoraggio PM10 nel sito "Le Grazie" Piovosità (mm) 734 Concentrazioni min max media min max media min max media Valore limite o obiettivo PM10 µg/m Arsenico ng/m Cadmio ng/m Cromo ng/m Nichel ng/m Piombo µg/m Benzo(a)Pirene ng/m PCDD/F fg/m

14 Andamento delle concentrazioni di IPA e PCDD/F nel PM10 di Terni "Le Grazie" nel triennio , ,8 60 ng/m 3 0, fg/m 3 0,4 30 0, Benzo(a)Pirene ng/m3 1,13 0,58 0,87 PCDD/F fg I-TEQ/m

15 Andamento delle concentrazioni di metalli 1,8 nel PM10 di Terni "Le Grazie" nel triennio ,0 1,6 70,0 1,4 60,0 1,2 50,0 ng/m 3 1,0 0,8 0,6 40,0 30,0 ng/m 3 0,4 20,0 0,2 10,0 0, ,0 Arsenico - ng/m3 0,3 0,2 1,6 Cadmio - ng/m3 0,3 0,1 0,2 Cromo - ng/m3 47,7 35,6 74,4 Nichel - ng/m3 13,2 8,8 17,0 Piombo - ng/m3 11,4 7,1 13,7 15

16 16

17 17

18 Andamento stagionale delle concentrazioni di levoglucosano nel PM10 raccolto a Terni e confronto con altre città Terni "Le Grazie" Foligno Sondrio Milano Mantova estate inverno Piazzalunga A., La determinazione di composti organici nel particolato atmosferico in cromatografia ionica 18

19 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Confronto tra le concentrazioni dei 17 congeneri PCDD/F nel PM10 di Terni in due differenti stagioni 2,3,7,8-TCDD 1,2,3,7,8-PeCDF 2,3,4,7,8-PeCDF 1,2,3,7,8-PeCDD 1,2,3,4,7,8-HxCDF 1,2,3,6,7,8-HxCDF 2,3,4,6,7,8-HxCDF 1,2,3,4,7,8 -HxCDD 1,2,3,6,7,8- HxCDD 1,2,3,7,8,9- HxCDD 1,2,3,7,8,9HxCDF 1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 1,2,3,4,6,7,8- HPCDD 1,2,3,4,7,8,9-HpCDF OCDD OCDF estate inverno 19 2,3,7,8-TCDF ng/ml

20 ng/m Andamento stagionale dei metalli nel PM10 di Terni "Le Grazie" ( ) Arsenico - Cadmio Cromo Nichel Piombo media estate 0,5 0,2 31,6 8,7 6,9 media inverno 1,0 0,3 79,2 18,5 15,6

21 300,0 Concentrazioni di alcuni microinquinanti nel PM10 campionati in tre siti della Conca Ternana 250,0 200,0 (ng/m 3 ) 150,0 100,0 50,0 0,0 Prisciano Maratta Le Grazie Piombo 38,1 9,9 13,0 Nichel 88,5 45,5 10,7 Cromo 252,9 40,7 48,6 21

22 1,8 Concentrazioni di alcuni microinquinanti nel PM10 campionati in tre siti della Conca Ternana 1,6 1,4 1,2 (ng/m 3 ) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Prisciano Maratta Le Grazie Cadmio 0,5 0,3 0,2 Arsenico 1,7 0,5 0,6 Benzo(a)pirene 1,52 1,15 0,78 22

23 0,30 0,25 Confronto tra i profili delle concentrazioni di PCDD/F nel PM10 campionato nei siti industriali di Prisciano e Maratta ng/ml 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 ng/ml Media Prisciano ng/ml Media Maratta

24 24

25 25

26 Confronto tra la composizione chimica del PM10 del sito di Terni e altre realtà europee Terni Taranto Area Rurale Media Area Urbana Area Industriale Arsenico ng/m < Cadmio ng/m < Cromo ng/m Nichel ng/m < Piombo µg/m < Benzo(a)Pirene ng/m Fino a 30 PCDD/F fg/m Pdf Air Quality Guidelines for Europe (Seconda Edizione, 2000) Pdf Relazione ARPA Puglia (Dati ambientali dell area di Taranto) 26

27 Deposizioni 27

28 Linee guida e indicazioni normative Per le Deposizioni non sono stati ancora stabiliti dei valori limite o obiettivo ma viene comunque raccomandato il monitoraggio in siti di fondo per verificare le deposizioni totali di As, Cd, Ni e IPA (DLgs 155/2010). A questi parametri abbiamo ritenuto opportuno aggiungere Cr, Pb e PCDD/F. In particolare, per questi ultimi, la loro dispersione in atmosfera e successiva deposizione rappresenta un importante via di ingresso nella catena alimentare. 28

29 Linee guida e indicazioni normative Valori guida adottati da alcuni paesi per valutare i flussi di deposizioni atmosferiche totali. Tali valori sono espressi come massa dell analita per unità di superficie di deposizione per giorno e sono valutati su un periodo di mediazione annuale. Inquinante PCDD/F Cd Pb Valore obiettivo 15 pg I-TEQ/m 2 d 2 µg/m 2 d 250 µg/m 2 d 29

30 Concentrazione dei metalli nelle deposizioni in tre diversi punti della Conca Ternana ug/m 2 d Cd Cr Ni Pb As Terni Via Verga 0, ,30 Prisciano 0, ,82 Terni Borgo Rivo 0, ,37 30

31 Confronto tra gli andamenti delle concentrazioni di PCDD/F in campioni nelle deposizioni campionate nei siti industriali di 0,16 0,14 0,12 Prisciano e Maratta ng/ml 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 Prisciano Maratta

32 Concentrazione dei metalli nelle deposizioni di Terni e di altri siti umbri ug/m 2 d Cd Cr Ni Pb As Media Terni Via Verga 0, ,30 Media Prisciano 0, ,82 Media Terni Borgo Rivo 0, ,37 Media Gubbio (Colacem) 0,16 6,6 13,3 9,1 0,35 Media PG(Parco cortonese) 0,05 5,8 3,8 3,2 0,15 32

33 Confronto tra le concentrazioni di IPA nelle deposizioni di Terni, Gubbio e Perugia (2011) PG Parco Cortonese Gubbio (Colacem) Terni 33 Pirene benzo(a) antracene crisene Benzo(b+j+k)fluorantene Benzo (a) pirene Indeno (123- cd) pirene Dibenzo (a,h)antracene Benzo(ghi) perilene Fluorantene ng/m 2 d

34 Confronto tra la composizione chimica delle deposizioni atmosferiche di Terni con altre realtà europee Terni Taranto Area Rurale Area Urbana Area Industriale Arsenico µg/m 2 d Cadmio µg/m 2 d Cromo µg/m 2 d 285 Nichel µg/m 2 d Benzo(a)Pirene ng/m 2 d PCDD/F pg/m 2 d Pdf Air Quality Guidelines for Europe (Seconda Edizione, 2000) Rapporti ISTISAN 06/43 Pdf Relazione ARPA Puglia (Dati ambientali dell area di Taranto) 34

35 Biomonitoraggio 35

36 Caratteristiche: Sempreverde; Areale di distribuzione che comprende il bacino del Mediterraneo; Numerosi studi effettuati nell ambito del biomonitoraggio; Grosse capacità adattative. Specie di Quercus Ilex (leccio) OBIETTIVI: Confrontare i dati di biomonitoraggio con quelli di monitoraggio chimico Valutare, attraverso modelli matematici, il ruolo della vegetazione spontanea nell attenuazione degli inquinanti atmosferici. 36

37 37

38 38

39 Conclusioni Nel triennio abbiamo assistito, per tutti gli inquinanti monitorati, ad un decremento tra il 2009 e il 2010 e ad un successivo incremento nel Ciò potrebbe essere imputato almeno in parte all andamento delle attività produttive ed in parte alle condizioni meteo. In linea generale le concentrazioni di microinquinanti nella stagione invernale presentano valori maggiori rispetto al periodo estivo. Ciò può essere attribuito alle diverse condizioni meteorologiche e al maggior uso di combustibili. Dal confronto dei dati rilevati all interno della Conca Ternana e in altri siti urbani e industriali del territorio regionale emerge una notevole peculiarità del sito oggetto di studio soprattutto per quanto riguarda i metalli e ciò è sicuramente imputabile al Polo Siderurgico ivi presente. Il confronto tra i profili delle concentrazioni di PCDD/F nelle polveri sedimentabili e nel PM10 campionati in aree adiacenti ai Poli industriali di Maratta e Prisciano non rilevano differenze significative. Diversa è la situazione per ciò che riguarda il contenuto di metalli nel PM10, nelle deposizioni e nelle foglie di leccio. In questo caso i livelli riscontrati nel sito di Prisciano sono ben più elevati e ciò è sicuramente dovuto alla presenza del Polo Siderurgico che attraverso le operazioni di movimentazione di scorie e polveri di abbattimento dei fumi crea situazioni locali di elevata polverosità. Il confronto con gli Standard di qualità dell aria imposti dalla normativa vigente, che, per i parametri considerati, fa riferimento alle medie annuali, non rileva, nel triennio considerato, elementi di criticità. Un analisi sui singoli dati rileva situazioni di superamento, specie nel periodo invernale, soprattutto a carico del Ni e del Benzo(a)Pirene. Il confronto con un contesto più ampio quale quello Europeo colloca la Conca Ternana in una situazione tipica di una realtà urbana a forte vocazione industriale. Tutto ciò, se da un lato risulta confortante, non deve distogliere l attenzione di chi controlla e di chi pianifica azioni di risanamento, in quanto seppure mediamente vengono rispettati gli standard di qualità, si possono verificare situazioni locali critiche di potenziale rischio per la salute del cittadino. Il biomonitoraggio, eseguito con specie di leccio, ha fornito, almeno da un punto di vista qualitativo, dei risultati del tutto confrontabili a quelli del monitoraggio chimico su PM10 e deposimetri. Questo sistema di biomonitoraggio, oltre a fornire informazioni sullo stato di qualità dell aria, può avere applicazioni anche in ambito territoriale. Infatti, l effetto di mitigazione operato dalle piante, stimato con modelli matematici, potrebbe essere utilizzato per migliorare la qualità dell aria in aree particolarmente critiche perché sottoposte a forti pressioni antropiche. 39