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8/3/2019 Mancini Problematic He Connesse All'Inquinamento e Protezione Dell'Aria
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PROBLEMATICHE
AMBIENTALI E RISCHI
DELLE TECNOLOGIE
NEGLI AMBIENTI DI
LAVORO
Giuseppe Mancini
Responsabile Gruppo Rifiuti e Bonifiche AIAT SICILIA
Master di II livello abilitante per le funzioni dimedico competente.
Problematiche connesse allinquinamentoProblematiche connesse allinquinamento
atmosfericoatmosferico
Struttura
Per atmosfera si intende la zona gassosa che circonda la superficie terrestre.Il miscuglio di gas, le cui propriet chimico-fisiche variano con la quota, si
estende fino a circa 1000 km, anche se il 90% della massa gassosa si ritrovanei primi 15 km. In figura 1 riportato landamento della temperatura con la
quota; tale andamento, legato a processi fluidodinamici, chimici e radioattivi,presenta dei punti con derivata nulla che sono utilizzati per dividerelatmosfera stessa in varie zone.
Troposfera: la regione pi vicina alla superficie terrestre delimitatasuperiormente dalla tropopausa ove la temperatura presenta un minimo dicirca -50 C (ad una quota fra i 6 km e i 12 km pi alta all'equatore); in tale
regione la temperatura decresce di circa 6,5 C/km; la zona pi prossima allasuperficie terrestre, dove si risentono delle escursioni di temperatura dovute
al ciclo giornaliero detta strato limite atmosferico.
Stratosfera: regione compresa tra la tropopausa e la stratopausa (ad unaquota di circa 25-30 km) dove la temperatura ha un minimo di circa 0 C; in
tale zona molto importante la formazione di ozono (O3) ottenuto medianteriduzione e successiva ossidazione dellossigeno molecolare (O2).
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Struttura
Mesosfera: regione compresa tra la stratopausa e la mesopausa (ad unaquota di circa 70-85 Km) ove si ha un secondo minimo della temperatura dicirca -80 C; il luogo ove scompaiono la maggior parte delle meteoriti.
Termosfera: la regione al di sopra della quota di 80 km ove si ha un
costante aumento della temperatura.
Sono possibili altre classificazioni della atmosfera basate su:
omogeneit di composizione: la zona al di sotto dei 100 km, ove il gas
ben mescolato detta omosfera, la zona al di sopra detta eterosfera;
presenza di ozono: la zona ove si verifica (stratosfera e mesosfera) dettaozonosfera;
presenza di fenomeni di ionizzazione: la zona ove si verificano detta
ionosfera;
lunghezza del libero cammino medio: la zona ove la lunghezza moltogrande da consentire la fuga delle particelle detta esosfera.
Struttura
Figura 1
Suddivisione e
struttura
dellatmosfera
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Scale di valutazione dei meccanismi di
dispersione di inquinanti in atmosfera
Schema di circolazione dellaria in estate
nellemisfero nord della troposfera
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Composizione dell'atmosfera
I principali componenti dell'atmosfera sono :l'azoto (N2), peso molecolare 28, presente con percentuali del 78% in volume
e del 75% in massa;
l'ossigeno (O2), peso molecolare 32, presente con percentuali del 21% involume e del 23% in massa.
Questi due elementi costituiscono il 99% in volume del totale. Il restante 1%
costituito da molti altri gas, che hanno un contenuto in massa modesto mala cui presenza importante per l'instaurarsi di fenomeni chimici e
termodinamici. Questi gas sono il frutto in genere di relazioni di tipo chimico efotochimico. Per quei gas che presentano una caratteristica di transitoriet
della loro presenza l'andamento della concentrazione nel tempo segue unalegge del tipo:
(1)dove , tempo di residenza, il tempo necessario per portare la
concentrazione ad un valore 1/e di quella iniziale.
C C e
t
=
0
Composizione dell'atmosfera
I composti atmosferici possono quindi essere caratterizzati in base al valore
di :
gas variabili: dell'ordine di giorni o settimane;
gas lentamente variabili: dell'ordine dell'anno;
gas permanenti: maggiore di qualche anno.
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Inquinamento atmosferico: definizioni
Stato dellaria atmosferica conseguente allimmissione nella stessa di
sostanze di qualsiasi natura in misura e condizioni tali da alterare lasalubrit dellaria e da costituire pregiudizio diretto o indiretto per la salutedei cittadini o danno ai beni pubblici e privati.
Inquinamento atmosferico diffuso
Inquinamento atmosferico di origine urbana (diffuso)
Inquinamento atmosferico di origine industriale (diffuso)
Inquinamento atmosferico negli ambienti di lavoro (localizzato)
Inquinamento atmosferico negli ambienti civili confinati (localizzato)
Tale distinzione rispecchia i criteri con cui vengono fissati i differentistandard di qualit dellaria.
Fonti di inquinamentoEffetti croniciEffetti acutiCampione degli esposti
Trasferimento delle sostanze inquinanti
dallaria agli altri comparti
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Meccanismo di azione degli inquinanti atmosferici
Caratteristiche fisiche e chimiche degli
inquinanti atmosferici
Caratteristiche fisiche
Gas
Vapori
Areosols (miscele di particelle in sospensione nellaria, caratterizzate
da parametri statistici)
Caratteristiche chimiche
Inquinanti primari: vengono immessi direttamente in atmosfera per
effetto di attivit antropiche o naturali.
Inquinanti secondari: si formano per trasformazione e interazione
degli inquinanti primari, spesso sotto leffetto della radiazione solare
(reazioni fotochimiche).
Molecole fotoaccettori: NO2 aldeidi, HNO2 O3
Radicali liberi O, H , OH (idrossilico) HO2(idroperossilico)
Tensione di vapore (forma in cui si possono ritrovare i composti)
Seguono la legge dei gas ideali
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Distribuzione statistica del materiale particolato
Scala lineare Scala logaritmica Distribuzione
percentile
Origine degli Areosols
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Classificazione degli inquinanti dellaria
FGAV/GM Dinamica degli inquinanti Universit di Catania file: Lucidi ENNA Inquinamento e prot aria.ppt
Reazioni di
trasformazione degli
inquinanti in
atmosfera
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Fonti di produzione: combustione
La produzione di energia (tramite combustione) lattivit antropicache pi a vasta scala ha influenzato le caratteristiche dellatmosfera a
partire dal 1800.
Combustibile (carbone, olio combustibile, gas naturale, legno),
formato da carbonio e idrogeno:
Altri prodotti della combustione:
CO (combustione incompleta)
SO2, SO3 ceneri, piombo tetraetile (impurit dei combustibili)
NOx (processi di ossidazione dellazoto a temperature elevate)
22 COOC =+
OyHxCOOyxHC yx 2222
1)
4
1( +=++
Fonti, concentrazioni e processi di rimozione dei
principali inquinanti in atmosfera
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Fonti, concentrazioni e processi di rimozione dei
principali inquinanti in atmosfera
Fonti di produzione: combustione
Monossido di carbonio
Emissione principale dopo la dopo la CO2 (motori freddi, miscele ricche) La concentrazione media in aria non inquinata di 0,1-0,2 ppm, puraggiungere 100 ppm nelle ore di punta in grandi citt e 295 ppm in gallerie
La rimozione di tipo biologico al livello del suolo mentre in atmosfera siaha la trasformazione in CO2 per attacco di radicali idrossilici e perossidrilici
Ossidi di zolfo
Derivanti dal contenuto di zolfo nei combustibili. Tipici delle aree urbaneed industriali (condizione peggiore in inverno)
La concentrazione media troposferica di 0,2 ppb pu variare nelle aree
urbane tra 0,01 e 0,1 ppm nelle aree urbane. La SO2 (stabile) spesso utilizzata come indice globale di inquinamento
atmosferico (funzione di tracciante, reti di rilevamento automatico)La SO2 pu essere assorbita al suolo o dai vegetali ma prevalentemente
viene ossidata a SO3 per via catalitica o fotolitica (pi lenta)Lidrolisi della SO3 produce H2SO4 che forma aerosols contenenti SO2,
NH3, cationi metallici, solfato di ammonio, nitrati (piogge acide)
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Dati di combustione per vari combustibili
Dati di combustione per vari combustibili
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Fonti di produzione: emissioni da fonti mobili
Passaggio dalla benzina con piombo tetraetile (antidetonante ma
avvelenatore delle marmitte catalitiche) alla benzina verde.Effetto secondario della marmitta catalitica (migliora lossidazione diCO) di ossidare SO2 a SO3 (0,03% nelle benzine) produzione diH2SO4 irritante in ambienti poco ventilati
Criteri di qualit dellaria: definizioni
Definiscono la relazione tra lesposizione a un inquinante e il rischio di
emergenza di effetti indesiderati in determinate condizioni ambientali (WHO)
Occorre concetto pi ampio che tenga conto non solo del benessere fisico ma
anche sociale e mentale (pi difficile la valutazione)
Lesposizione di un organismo a un inquinante la quantificazione dellaconcentrazione di inquinante e della durata dellinterazione organismo
inquinante
Il rischio identifica la probabilit (frequenza) di emergenza di eventiindesiderati (morte, malattia) a seguito dellesposizione dellorganismo
(popolazione) allinquinante.Dose di inquinante
Concentrazione nel caso di eventi acuti;
Prodotto di concentrazione per tempo nel caso di eventi cronici;
Organismo obiettivo, organo obiettivo; bersaglio recettore (misure)
Tempo di dimezzamento biologico della sostanza allinterno dellorganismo
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Periodi di dimezzamento biologico (PDB) e
fluttuazioni minime (FM) per alcuni inquinanti
Spettro delle risposte biologiche alla esposizione
umana di un inquinante
Per garantire la protezione della
popolazione i criteri di qualit dellariasi basano sullassunzione di valori
soglia di esposizione in terminiprobabilistici (numero massimo disoggetti esposti per fissata durata),
ovvero assumendo un livello minimodi rischio.
Si tiene in questo modo inconsiderazione leterogeneit della
popolazione in termini di rispostaallesposizione degli inquinanti
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Istogrammi e cumulata delle classi di popolazioni
esposte per 8 ore a fissata concentrazione di CO.
Popolazione di 200.000 abitanti
Solo il 65% della popolazione
esposta a concentrazioni inferiori allostandard
Numero di soggetti esposti alla
concentrazione media in ascissa
FGAV/GM Dinamica degli inquinanti Universit di Catania file: Lucidi ENNA Inquinamento e prot aria.ppt
Criteri di qualit dellaria: livelli di esposizione e
possibili effetti sulla salute
Nel processo di definizione dei criteri intervengono metodi sperimentali, clinici
ed epidemiologici i cui risultati vengono integrati costruendo uno spettro delle
risposte biologiche nelluomo ai fattori in esame.
LIVELLI DI ESPOSIZIONE
Carico corporeo (body burden)
Livello di esposizione che provoca ladattamento
Livelli che inducono modificazioni anormali, reversibili, di funzionalit
organica, metabolica o di comportamento
Livelli che inducono morbosit conclamata
Livelli che inducono mortalit indottaEFFETTI ACUTI PIU FREQUENTI
Morbosit o mortalit per bronchiti
Danni alle funzioni respiratorie
Malattie Cardiache
Malattie Polmonari
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livelli e stati di attenzione e di allarme per gli inquinanti
atmosferici nelle aree urbane
La media giornaliera la media delle medie orarie rilevate nell'arco di ventiquattro ore.
Inquinante livello di allarme(microg/m3)
livello di attenzione(microg/m3)
Biossido di zolfo (media giorn.)125 250
Particelle sospese totali
(media giorn.) 150 (2) (3)
Biossido di azoto (media oraria) 200 400
Monossido di carbonio
(media oraria) 15 (mg/m3) 30 (mg/m3)
Ozono (media oraria) 180 360
Inquinante livello di allarme(microg/m3)
livello di attenzione(microg/m3)
Biossido di zolfo (media giorn.)125 250
Particelle sospese totali
(media giorn.) 150 (2) (3)
Biossido di azoto (media oraria) 200 400
Monossido di carbonio
(media oraria) 15 (mg/m3) 30 (mg/m3)
Ozono (media oraria) 180 360
InquinanteInquinante livello di allarme(microg/m3)
livello di allarme(microg/m3)
livello di attenzione(microg/m3)
livello di attenzione(microg/m3)
Biossido di zolfo (media giorn.)Biossido di zolfo (media giorn.)125125 250250
Particelle sospese totali
(media giorn.)
Particelle sospese totali
(media giorn.) 150150 (2) (3)(2) (3)
Biossido di azoto (media oraria)Biossido di azoto (media oraria) 200200 400400
Monossido di carbonio
(media oraria)
Monossido di carbonio
(media oraria) 15 (mg/m3)15 (mg/m3) 30 (mg/m3)30 (mg/m3)
Ozono (media oraria)Ozono (media oraria) 180180 360360
livelli e stati di attenzione e di allarme per gli inquinanti
atmosferici nelle aree urbane
Inquinante Stazioni
Biossido di zolfo50% del totale delle stazioni di tipo A,
B, C installate.
Particelle sospese totali50% del totale delle stazioni di tipo A,
B, C installate.
Biossido di azoto50% del totale delle stazioni di tipo A,
B installate.
Monossido di carbonio 50% del totale delle stazioni di tipo A,C installate.
OzonoUna qualsiasi stazione del tipo A o D.
Inquinante Stazioni
Biossido di zolfo50% del totale delle stazioni di tipo A,
B, C installate.
Particelle sospese totali50% del totale delle stazioni di tipo A,
B, C installate.
Biossido di azoto50% del totale delle stazioni di tipo A,
B installate.
Monossido di carbonio 50% del totale delle stazioni di tipo A,C installate.
OzonoUna qualsiasi stazione del tipo A o D.
InquinanteInquinante StazioniStazioni
Biossido di zolfoBiossido di zolfo50% del totale delle stazioni di tipo A,
B, C installate.
50% del totale delle stazioni di tipo A,
B, C installate.
Particelle sospese totaliParticelle sospese totali50% del totale delle stazioni di tipo A,
B, C installate.
50% del totale delle stazioni di tipo A,
B, C installate.
Biossido di azotoBiossido di azoto50% del totale delle stazioni di tipo A,
B installate.
50% del totale delle stazioni di tipo A,
B installate.
Monossido di carbonioMonossido di carbonio 50% del totale delle stazioni di tipo A,C installate.50% del totale delle stazioni di tipo A,C installate.
OzonoOzonoUna qualsiasi stazione del tipo A o D.Una qualsiasi stazione del tipo A o D.
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Standard di qualit dell'aria
Tabella 2 - Valori limite di qualit dell'aria.
Inquinante
Biossido di zolfo
Espresso come SO2
Mediana delle concentrazioni medie di 24
ore nell'arco di 1 anno o nel semestre
invernale
80 g/m3
98 percentile delle condizioni medie
rilevate nell'arco di 1 anno
250 g/m3
Mediana delle concentrazioni medie di 24
ore rilevate durante l'inverno
130 g/m3
Biossido di azoto
Espresso come NO2
98 percentile delle condizioni medie di 1
ora rilevate durante l'anno
200 g/m3
Ozono espresso come
O3
Concentrazioni medie di 1 ora da non
raggiungere pi di una volta al mese
200 g/m3
Standard di qualit dell'aria
Tabella 2 - Valori limite di qualit dell'aria.
Monossido di
carbonio
Espresso come CO
Concentrazione media di 8 ore
Concentrazione media di 1 ora
10 mg/m3
40 mg/m3
Piombo Media aritmetica delle concentrazioni
medie di 24 ore rilevate in 1 anno
2 g/m3
Fluoro Concentrazione media di 24 ore
Media delle concentrazioni medie di
24 ore rilevate in 1 mese
20 g/m3
10 g/m3
Particelle sospese Media aritmetica di tutte le concentrazioni
medie di 24 ore rilevate nell'arco di 1 anno
95 percentile di tutte le concentrazioni
medie di 24 ore rilevate nell'arco di 1 anno
150 g/m3
300 g/m3
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Standard di qualit dell'aria
Tabella 3 Valori per le concentrazioni massime nell'aria di precursori di
inquinanti contenuti nella tabella 2 da adottarsisubordinatamente alla concorrenza di determinate condizioni.
Precursore Valori limite
di concentrazione
Condizioni per la
validit del valore
limite
Idrocarburi totali
escluso il metano
espressi come C
Concentrazione
media di 3 ore
consecutive in
periodo del giorno
da specificarsi
secondo le zone a
cura delle autorit
regionali
competenti: 200
g/m3
Da adottarsi
soltanto nelle zone
e nei periodi
dell'anno nei quali
siano verificati
superamenti
significativi dello
standard dell'aria
per ozono indicato
in Tabella 2
Standard di qualit dell'aria
I significati delle statistiche richiamate nelle tabelle sono i seguenti:
a) Mediana delle concentrazioni medie di 24 ore rilevate nell'anno o nelsemestre invernale. Si calcolano le concentrazioni medie giornaliere
(facendo la media aritmetica dei valori orari dalle ore 0 alle ore 24), i valoriottenuti vengono ordinati in ordine crescente e la mediana il valore centrale
della sequenza ordinata. Il valore della mediana conosciuto quando sihanno a disposizione almeno 330 medie giornaliere nel caso della mediana
annuale e 165 nel caso della media invernale, nel caso di un numeroinferiore di medie a disposizione si pu ottenere solo una stima.
b) 98 percentile delle concentrazioni medie di 24 ore rilevate nell'anno.
Ottenuta la sequenza ordinata (concentrazioni crescenti) delle N mediegiornaliere relative ad un anno, il 98 percentile il valore che occupa il98N/100 nella sequenza. Tale valore noto quando si hanno a disposizione
365 medie giornaliere; se il numero di medie inferiore si ottiene una stima.Se si vuole valutare in questo caso il rispetto dello standard di qualit
dell'aria si pu effettuare un test statistico.
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Standard di qualit dell'aria
Media aritmetica delle concentrazioni medie di 24 ore rilevate nell'anno. Si
calcolano le medie giornaliere (dalle ore 0 alle ore 24) e quindi le mediearitmetiche annuali. Il valore della media annuale conosciuto quando sihanno a disposizione almeno 330 medie giornaliere, altrimenti si ottiene unastima della media stessa.
d) 95 percentile delle concentrazioni medie di 24 ore rilevate nell'anno.Come per il caso b) ma con il 95N/100 nella sequenza.
e) Media aritmetica delle concentrazioni medie di 24 ore rilevate in un mese.
Si calcolano le medie come nel caso c) ma relativamente ad un mese. Ilvalore della media mensile conosciuto quando si hanno a disposizione
almeno 20 medie giornaliere.
f) Concentrazione media di 24 ore. Si calcolano le medie su di un periodo di24 ore (dalle 0 alle 24).
g) Concentrazione media di 1 ora. Come per f) ma per un tempo dimediazione di 1 ora.
h) Concentrazione media di 8 ore. Come per g) ma per periodi di 8 ore (dalle0 alle 8; dalle 8 alle 16; dalle 16 alle 24).
Stabilit e instabilit atmosferica
Concetto di equilibrio stabile, instabile, indifferente.
Instabilit atmosferica
Linstabilit favorisce i moti e la dispersione degli inquinanti
La stabilit ostacola i moti e la dispersione degli inquinanti
Gradiente di temperatura
Gradiente termico delladiabatica secca (-0,98 C/100m), indipendentedalla quota
Gradiente termico delladiabatica umida, non costante perch dipendentedal calore latente di condensazione (ovvero della temperatura e quindi
della quota)
Il confronto tra il gradiente termico delladiabatica secca e il gradientetermico effettivo (misurato) consente di stabilire la tendenza al moto
verticale delle particelle daria (gravit, spinta di Archimede)
dZ
dT=
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Andamento del gradiente adiabatico secco ed umido
A = instabilit assolutaB = stabilit o instabilit relativaC = stabilit assoluta
Stabilit locale
Se il gradiente superadiabatico, a seguito di uno spostamento adiabatico
verso lalto di una particella, questa si trova ad una temperatura superiore a
quella del fluido circostante; quindi, poich il fluido raggiunge
immediatamente l'equilibrio con la pressione, la sua densit sar minore per
cui ricever un'ulteriore spinta verso l'alto, allontanandosi ancora di pi dalla
condizione iniziale. Lo stesso ragionamento pu essere fatto nel caso in cui
lo spostamento iniziale rivolto verso il basso.
Se il gradiente subadiabatico, a seguito di uno spostamento verso l'alto la
particella si trova con temperatura inferiore a quella che competeall'ambiente circostante, quindi a densit maggiore, per cui riceve una spinta
verso il basso e tende quindi a ritornare nella sua posizione originaria.
Pertanto l'equilibrio risulta stabile, neutro o instabile a secondo che il
gradiente di temperatura verticale sia rispettivamente subadiabatico,
adiabatico o superadiabatico.
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Comportamento sub e super adiabatico di una
particella in atmosfera
>dZ
dT