ESPOSIZIONE APOLVERI ULTRAFINI IN DIVERSI MICROAMBIENTI GIORGIO BUONANNO DiMSAT Università di Cassino, via Di Biasio 43, 03043 Cassino (FR), e-mail: buonanno@unicas.it Roma, 13 maggio 2010 Workshop - I Nuovi Limiti per il Materiale Particellare Sospeso: Problematiche e Prospettive
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 2.5-10 10) ) 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 < 0.050 µm (50nm) 2
ESPOSIZIONE ALLE POLVERI ULTRAFINI Source Atmospheric sciences Exposure Dose Health effects Policy 3
MICROAMBIENTI ED ESPOSIZIONE 4
LAMI AMBIENTE: MISURE DI UFP 1 Scanning mobility particle sizer (SMPS) TSI 3936 (DMA 3081, CPC 3775) 1 Aerodynamic Particle Sizer Spectrometer (APS) TSI 3321 2 CPC TSI 3775 (buthanol) 1 CPC TSI 3781 (water) 1 DustTrak 1 Fast Mobility Particle sizer (FMPS) TSI 3091 1 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
CASI DI STUDIO (UFP ESPOSIZIONE 2009-2010) 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. 1130-1141. 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. 1100-1105. 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: 1309-1042 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: 0956-053X 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. 749-755 755. 6
CASI DI STUDIO (UFP ESPOSIZIONE 2009-2010) INDOOR (ATTIVITÀ DI CUCINA) Buonanno G., Morawska L, Stabile L (2009). Particle emission factors during cooking activities. Atmospheric Environment, vol. 43; p. 3235-3242. 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
AUTOSTRADA A1 150 m 100 m 20 m 30 m Autostrada del Sole 8 8
AUTOSTRADA A1 Morphological characterisation Aggregates Fractal dimension < 2 Mean diameter primary particles 30 nm diameter 30 nm 9 9
AUTOSTRADA A1 A1 Highway v (m/s) N Sampling sites N 6 40% 5 NW 4 NE NW 30% 3 2 1 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
AUTOSTRADA A1 a) Daily traffic, 53 ± 15 veh/min, 23% heavy trucks; b) Weekly traffic, 95 ± 12 veh/min, 12% heavy trucks. 11 11
AUTOSTRADA A1 3 12
PROSSIMITÀ INCENERITORI: EMISSIONE 13
PROSSIMITÀ INCENERITORI 14
PROSSIMITÀ INCENERITORI DISTRIBUZIONI MEDIE STAGIONALI IN NUMERO E MASSA (PM 10 ) Concentrazione totale media annuale in: o Numero - 8.6 10 3 ± 3.7 10 2 part. cm -3 o Massa - 31.1 ± 9.0 µg m -3 15
PROSSIMITÀ INCENERITORI TREND MEDIO GIORNALIERO DELLA CONCENTRAZIONE TOTALE IN NUMERO E PM 10 Inverno Estate - Comportamento ciclico: influenza dell autostrada 16 16
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
RISULTATI EVOLUZIONE GIORNALIERA DELLA DISTRIBUZIONE IN NUMERO Inverno Estate 18 18
PROSSIMITÀ INCENERITORI Concentration map: weekday 19 19
PROSSIMITÀ INCENERITORI Concentration map: weekend 20 20
PROSSIMITÀ INCENERITORI 21
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
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
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
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. 25 25
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
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
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) 50 70 µm 2 cm -3 Los Angeles (close to highway) 150 µm 2 cm -3 Women s exposure Cooking activity (in India): mean 135 343 µm 2 cm -3 ;peak2 10 3 µm 2 cm -3 28
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
ESPOSIZIONE IN PIZZERIE 30
ESPOSIZIONE IN PIZZERIE 31
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=180.000 part. cm3) Sa 0.5 N Sald. aut. punti con aspirazione eff. 0.4 PM1 03 0.3 0.2 01 0.1 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Tempo (s) 32
ESPOSIZIONE A SALDATURE 33
ESPOSIZIONE A SALDATURE 34
CONFRONTO TRA LE ESPOSIZIONI Caso di studio Nmin (part. cm -3 ) Nmax (part. cm -3 ) Nmed (part. cm -3 ) Autostrada A1 0.8 x 10 5 2 x 10 5 1.6 x 10 5 Prossimità ità inceneritori it i 0.0101 x 10 5 04 0.4 x 10 5 01 0.1 x 10 4 (400 m A1) Indoor (cucina 80 m 2 ) 0.8 x 10 5 3 x 10 5 1.4 x 10 5 Indoor (pizzeria) 0.2 x 10 5 4 x 10 5 1.7 x 10 5 Lastratura 0.3 x 10 5 3 x 10 5 0.7 x 10 5 35
Grazie per l attenzione! Giorgio Buonanno, Ph.D. Associate Professor of Applied Thermodynamics Di.M.S.A.T. University of Cassino via Di Biasio 43 03043 Cassino (FR) Italy ph. +39 0776 2993669 fax +39 0776 2994002 fax +39 0775 0199245 mob. +39 329 8325557 e mail buonanno@unicas.it URL www.unicas.it 36