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

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MARE

VULCANI

DESERTI

ESSERI VIVENTI

NATURALI

TRAFFICO

RISCALDAMENTO

INDUSTRIA

ANTROPOGENICHE

SORGENTI

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C. Perrino CNR-IIA

LOCALI

REMOTE

SORGENTI

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STAGIONALI

COSTANTI

OCCASIONALI

SORGENTI

ALTRI FATTORI:

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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

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C. Perrino CNR-IIA

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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

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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

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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

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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

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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

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Centrale termoelettrica a biomasse

Termovalorizzatore Nave carboniera

Cementificio

4 CASI - STUDIO

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Centrale termoelettrica a biomasse

Levoglucosano

INFLUENZA DELLA COMBUSTIONE DI BIOMASSE AD USO RESIDENZIALE

2 siti di misura (impianto e residenziale)

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Cementificio

INFLUENZA DELLE CAVE DI TRAVERTINO

sito urbano 2 periodi di misura

FERMO IMPIANTO COTTURA CLINKER IMPIANTO IN FUNZIONE

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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)

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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)

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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

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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…

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SORGENTE DIFFUSA: concentrazioni di fondo,

non direttamente imputabili al polo industriale

SORGENTE LOCALE OCCASIONALE

(zona industriale)

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SORGENTE LOCALE COSTANTE

incremento della concentrazione (ca. 10%)

al sito più vicino all’impianto

SORGENTE DIFFUSA DISCONTINUA

non direttamente imputabili al polo industriale

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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.

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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 ...

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