cinzia perrino composizione chimica del particolato ... · del particolato atmosferico in aree...
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CONSIGLIO NAZIONALE delle RICERCHE
ISTITUTO sull’INQUINAMENTO ATMOSFERICO
Area della Ricerca RM1 – Montelibretti (Roma)
Composizione chimica
del particolato atmosferico
in aree industriali
Monitoraggio e controllo polveri industriali – Roma, 11 Novembre 2015
Cinzia Perrino
Il particolato atmosferico è un materiale eterogeneo:
• Composizione chimica molto variabile nel tempo e nello spazio
• Dimensioni variabili da pochi nm a qualche µm
• Somma di molti e diversi contributi di sorgente
C. Perrino CNR-IIA
MARE
VULCANI
DESERTI
ESSERI VIVENTI
NATURALI
TRAFFICO
RISCALDAMENTO
INDUSTRIA
ANTROPOGENICHE
SORGENTI
C. Perrino CNR-IIA
C. Perrino CNR-IIA
LOCALI
REMOTE
SORGENTI
C. Perrino CNR-IIA
STAGIONALI
COSTANTI
OCCASIONALI
SORGENTI
ALTRI FATTORI:
C. Perrino CNR-IIA
Influenza di venti, pioggia, variazioni delle capacità di diluizione dell’atmosfera
Deposizioni secche e umide (con diversa efficacia in funzione delle dimensioni e della composizione chimica)
Formazione di specie secondarie da precursori gassosi
C. Perrino CNR-IIA
C. Perrino CNR-IIA
C. Perrino CNR-IIA
Solo poche specie chimiche inorganiche
costituiscono più dell’ 1% della massa del PM:
alcuni metalli: Al, Si, Fe
i principali anioni: Cl-, NO3-, SO4
=, CO3-
i principali cationi: Na, NH4+, K+, Mg++, Ca++
il carbonio elementare
il 20-60% del PM è costituito invece da materiale organico
(classe formata da migliaia di specie diverse,
nessuna delle quali rappresenta individualmente oltre l’1% della massa di PM)
per le specie organiche il monitoraggio si concentra quindi
sulle specie tossiche e nocive
e sui traccianti di sorgenti specifiche
DETERMINAZIONE DEI MACRO-COMPONENTI DEL PM
C. Perrino CNR-IIA
A PARTIRE DAI MACRO-COMPONENTI DEL PM
SI PUO’ ARRIVARE A STIMARE LA FORZA DELLE SORGENTI PRINCIPALI
traffico = EC + 1.1 EC [OM]
biosfera e biomassa = OM – 1.1 EC
atmosfera (specie secondarie) = NH4
+ + nss SO4= + NO3
-
mare = (Na+ + Cl-) * 1.176 [SO4= Mg Ca K]
terra = 1.89 Al + 2.14 Si + 1.42 Fe + 1.35 NaI + 1.4 CaI + 1.67 MgI + 1.2 KI + CO3 + MgS + CaS
C. Perrino CNR-IIA
PM10 - Stazione fondo urbano di Roma
0
10
20
30
40
50
60
70
80
19 21 23 25 27 29 31 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 2 4 6 8 10 12 14 16
OTTOBRE - DICEMBRE 2007
CO
NC
EN
TR
AZ
ION
E (m
g/m
3)
TERRA MARE
ATMOSFERA BIOSFERA
COMBUSTIONE
BILANCIO DI MASSA - Stazione fondo urbano di Roma
0
10
20
30
40
50
60
70
80
19 21 23 25 27 29 31 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 2 4 6 8 10 12 14 16
OTTOBRE - DICEMBRE 2007
CO
NC
EN
TR
AZ
ION
E (m
g/m
3)
DETERMINAZIONE GRAVIMETRICA
ANALISI CHIMICA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80
determinazione gravimetrica (mg/m3)
an
ali
si
ch
imic
a ( m
g/m
3)
R2 = 0.935
COMPOSIZIONE MEDIA DEL PM10
STAZIONE MONTELIBRETTI - ANNO 2007
TERRA
24%
MARE
4%
ATMOSFERA
19%
BIOSFERA
45%
COMBUSTIONE
8%
ROMA
FONDO URBANO
C. Perrino CNR-IIA
SOIL19%
SEA 6%
ATMOSPHERE23%
BIOSPHERE36%
ROAD TRAFFIC16%
ROME URBAN BACKGROUND- PM10
SOIL34%
SEA 13%
ATMOSPHERE24%
BIOSPHERE 20%
ROAD TRAFFIC9%
TEL AVIV - PM10
SOIL
19%
SEA
6%
ATMOSPHERE
23%BIOSPHERE
36%
ROAD TRAFFIC
16%
TUNIS - PM10
SOIL5%
SEA2%
ATMOSPERE8%
BIOSPHERE 70%
ROAD TRAFFIC15%
CHAMONIX - PM10
SOIL20%
SEA 2%
ATMOSPHERE8%
BIOSPHERE47%
ROAD TRAFFIC23%
PODGORICA - PM10
C. Perrino CNR-IIA
Per la valutazione del contributo delle sorgenti industriali è necessario utilizzare specifici traccianti di sorgente
- Frazione solubile e residua degli elementi
- Distribuzione dimensionale del PM e dei traccianti - Informazioni meteorologiche
L’identificazione di traccianti quanto più possibile selettivi permette di:
• Aumentare l’affidabilità dei risultati di attribuzione delle macro-sorgenti
• Identificare sorgenti specifiche
• Identificare eventi di trasporto da zone remote
• Identificare sorgenti occasionali
C. Perrino CNR-IIA
Centrale termoelettrica a biomasse
Termovalorizzatore Nave carboniera
Cementificio
4 CASI - STUDIO
C. Perrino CNR-IIA
Centrale termoelettrica a biomasse
Levoglucosano
INFLUENZA DELLA COMBUSTIONE DI BIOMASSE AD USO RESIDENZIALE
2 siti di misura (impianto e residenziale)
C. Perrino CNR-IIA
Cementificio
INFLUENZA DELLE CAVE DI TRAVERTINO
sito urbano 2 periodi di misura
FERMO IMPIANTO COTTURA CLINKER IMPIANTO IN FUNZIONE
C. Perrino CNR-IIA
Nave carboniera
Differenza di concentrazione del PM tra il sito residenziale e la banchina.
L'area ombreggiata è relativa al periodo di scarico della nave carboniera. Le concentrazioni sono risultate più alte al sito residenziale durante tutti i giorni feriali,
indipendentemente dalla presenza della nave
3 siti di misura (banchina, residenziale, fondo)
C. Perrino CNR-IIA
Particelle grossolane (PM10-2.5): origine abrasivo-meccanica
(erosione suoli, abrasione parti meccaniche,
risollevamento da passaggio veicoli)
Particelle fini (PM2.5): origine combustiva o secondaria
(emissioni industriali, riscaldamento, scarichi veicoli)
C. Perrino CNR-IIA
prevalenza delle particelle grossolane (origine abrasivo-meccanica) rispetto alle particelle fini (origine combustiva o secondaria)
la composizione chimica delle polveri è risultata molto simile ai tre siti
non è stato possibile identificare l'apporto delle polveri di carbone disperse durante lo scarico della nave carboniera:
le concentrazioni di tutti i possibili traccianti di questa matrice (EC, OC, U, Be, Cs, Ce, Li, Co, Sr)
sono elevate anche nel contributo non combustivo da traffico (road dust: abrasione di parti meccaniche dei veicoli, asfalto, copertoni,
risollevamento delle polveri depositate al suolo)
Nave carboniera
e navi porta-container
C. Perrino CNR-IIA
Termovalorizzatore
3 siti (A impianto, B fondo, C residenziale,) 2 frazioni dimensionali (PM10 e PM2.5) 2 frazioni elementari (solubile e residua) AREA URBANA
TERMOVALORIZZATORE
C. Perrino CNR-IIA
COMPOSIZIONE GIORNALIERA - PM10 - SITO A
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
GENNAIO - FEBBRAIO 2011
CO
NC
EN
TR
AZ
ION
E (mg
/m3 )
ANTROPOGENICI PRIMARI
ORGANICI
INORGANICI SECONDARI
AEROSOL MARINO
CRUSTALI
COMPOSIZIONE MEDIA - PM10 - SITO A13 GENNAIO - 11 FEBBRAIO 2011
CRUSTALI
12%
AEROSOL MARINO
2%
INORGANICI
SECONDARI
40%ORGANICI
41%
ANTROPOGENICI
PRIMARI
5%
COMPOSIZIONE MEDIA - PM2.5 - SITO A13 GENNAIO - 11 FEBBRAIO 2011
ANTROPOGENICI
PRIMARI
6%
ORGANICI
48%INORGANICI
SECONDARI
40%
AEROSOL MARINO
1%
CRUSTALI
5%
Siamo nella Pianura padana…
C. Perrino CNR-IIA
SORGENTE DIFFUSA: concentrazioni di fondo,
non direttamente imputabili al polo industriale
SORGENTE LOCALE OCCASIONALE
(zona industriale)
C. Perrino CNR-IIA
SORGENTE LOCALE COSTANTE
incremento della concentrazione (ca. 10%)
al sito più vicino all’impianto
SORGENTE DIFFUSA DISCONTINUA
non direttamente imputabili al polo industriale
C. Perrino CNR-IIA
CONTRIBUTO DEL TERMOVALORIZZATORE: si osserva un modesto aumento della concentrazione
di Se, Zn, Tl, V, Sn, Sb, Ni, Cd e As (frazione fine estratta) al sito A quando le condizioni meteorologiche favoriscono la ricaduta a terra
delle emissioni: stabilità atmosferica e venti nella direttrice.
C. Perrino CNR-IIA
Per discriminare il contributo di una sorgente industriale al PM:
- Concentrazione in massa - Composizione chimica (macro-componenti) - Composizione chimica (traccianti) - Distribuzione dimensionale - Frazionamento chimico - Provenienza delle masse d’aria - Rimescolamento atmosferico…
- … e un po’ di fortuna!
STUDI AMBIENTALI REALIZZATI IN COLLABORAZIONE
CON IL DIP. DI CHIMICA DELLA ‘SAPIENZA ‘ UNIVERSITA’ DI ROMA
PROF. SILVIA CANEPARI E COLLABORATORI
M. Catrambone
S. Dalla Torre
S. Pareti
E. Rantica
T. Sargolini
IL GRUPPO ‘POLVERI’ C.N.R.- I.I.A.:
Grazie per l’attenzione ...
C. Perrino CNR-IIA