NUOVE TECNOLOGIE - Arpae · LA NUCLEAZIONEED I FENOMENI DI ADSORBIMENTO (superficie di particelle...

Copyright©2003 - Materiale riservato e strettamente confidenzialeOberdörster et al., (2005) Environ. Health Persp.

Sorgenti di nanoparticelle e di particelle ultrafiniDALL’INDUSTRIALE AL DOMESTICO, PASSANDO PER LE ATTIVITA’ ARTIGIANALI, RICREATIVE ED IL TRASPORTO

Non-intenzionali

BACKGROUND

TEFLON PENTOLE

NUOVE TECNOLOGIE

IntenzionaliNaturaliAntropogeniche

SALDATURA INDUSTRIALE ED

ARTIGIANALECOMBUSTIONE E

PROCESSI AD ALTA

TEMPERATURA

Copyright©2003 - Materiale riservato e strettamente confidenziale

PRODUZIONE DI PARTICELLE DA COMBUSTIONE

TUTTE LE FORME DI COMBUSTIONE OUTDOOR E INDOOR

TRAFFICO AUTOVEICOLARE

PRODUZIONE DI ENERGIA

INDUSTRIA (AD ALTA T)

COMBUSTIONE DI BIOMASSA

COMBUSTIONE RIFIUTI

RISCALDAMENTO

COTTURA CIBO

CAMINETTI

SIGARETTE, INCENSI, CANDELEFoto L.Tositti


COSA PRODUCE (inevitabilmente) LA COMBUSTIONE?

CALORE = ENERGIA+

CO2 (EFFETTO SERRA), H2O, CO+

IPA, RADICALI LIBERI, C organico, C elem. , PM primario+

GAS PRECURSORI:

NOx+

SO2

+

VOC’s

OzonoINQUINANTE

GASSOSO SECONDARIO

OH•PARTICOLATO SECONDARIOPAN*

*PEROSSIACETILNITRATO

MOLTE DI QUESTE EMISSIONI PRIMARIE E SECONDARIE PROVENGONO ANCHE DA ALTRI PROCESSI INDUSTRIALI AD ALTA TEMPERATURA

OH•


VITA DOMESTICA ED EMISSIONE DI PARTICELLE ULTRAFINI


Particle Emission Characteristics of Office PrintersC O N G R O N G H E , L I D I A M O R A W S K A , A N D L E N T A P L I N Environ. Sci. Technol. 2007, 41, 6039-6045

EMISSIONE DI UFP DA STAMPANTI LASER:

PARTICELLE ULTRAFINI IN AMBIENTI DI LAVORO CONVENZIONALI

Fig. 2. Example time series plot of NO, black carbon, and ultrafine particlenumber concentrations, freeway route, 16 April 2003


Come si valuta il rischio da particolato?

ESPOSIZIONE

Moschandreas et al.,

Copyright©2003 - Materiale riservato e strettamente confidenzialeSAWYER, 2005

ESPOSIZIONE DA NANOPARTICELLE:


LA NUCLEAZIONE ED I FENOMENI DI ADSORBIMENTO (superficie di particelle solide) ED ABSORBIMENTO (dissoluzione in goccioline) SONO UNA CONSEGUENZA DELLA DILUIZIONEIN ATMOSFERASi può raggiungere un fattore di diluizione pari a 1000 in 1-2 secondi

KITTELSON, 2006

Le emissioni contengono: solidi, sostanze organiche allo stato gassoso, composti solforati, NOx ed altri vapori

Particelle solide

Nuclei volatili

Solidi con film superficiali di specie volatili adsorbite

NUCLEAZIONE: insieme di processi fisici e/-o-chimici che portano alla formazione di (nano)particelle a partire dallo stato di molecola libera (gas o vapore)


PROGETTO ESPERE

LA MAGGIOR PARTE DEGLI AEROSOL SUBISCONO IL CLOUD PROCESSING INSIEME COMPLESSO DI TRASFORMAZIONE CHE PER LO PIU’ NON SI CONCLUDE CON LA PRECIPITAZIONE MA CON L’EVAPORAZIONE DELL’ACQUA DI NUBE E IL RILASCIO DI PARTICELLE SECONDARIE MOLTO DIVERSE DAI NUCLEI DI CONDENSAZIONE ORIGINARI

CLOUD PROCESSING: come si conclude il ciclo atmosferico del particolato

IN TUTTI I CASI QUESTI PROCESSI VIA NANOPARTICELLE SONO FONDAMENTALI PER LA FORMAZIONE DELLE IDROMETEORE (PIOGGIA,

NEVE E GRANDINE) QUINDI HANNO UN RUOLO ESSENZIALE NELLA NOSTRA ESISTENZA


DE LEEUW (2002) HA INTRODOTTO IL CONCETTO DI

AEROSOL FORMATION POTENTIALUNA STIMA APPROSSIMATA ( FORSE UN PO’ IN ECCESSO PER LE COMPONENTI INORGANICHE – N.B. MANCANO INVECE NOTAZIONI PER LE COMPONENTI ORGANICHE )

DEL CONTRIBUTO DI PARTICOLATO DAI GAS PRECURSORI è LA SEGUENTE

PM10 tot = PM10 primario + PM10 secondario=

=PM10 primario + 0.88•NOx + 0.54•SO2 + 0.63•NH3

QUESTO APPROCCIO VIENE CORRENTEMENTE IMPIEGATO IN AMBITO EEA e IIASA

STIMA DEL CONTRIBUTO DI AEROSOL SECONDARIO


A PRIMA VISTA NON E’ EVIDENTE LA RELAZIONE TRA COMPOSIZIONE CHIMICA E PERICOLOSITA’ DELLE POLVERI

ELEVATO GRADO DI “CHEMODIVERSITA’ ” – MOLTE DIFFICOLTA’ ANALITICHE ED ELEVATI COSTI –problematici campionamento e FILTRINECESSARI MOLTI STRUMENTI, ELEVATO GRADO DI SKILL ANALITICA (basse concentrazioni; molte specie labili; elevato rischio di artefatti analitici) E MOLTE BRACCIA

IMPORTANTE IL BILANCIO DI MASSA (riferimento gravimetrico!)

LA RISOLUZIONE CHIMICA COMPLETA (MACRO E MICRO) DELLA MISCELA E’ L’UNICO MODO PER RISALIRE CONCRETAMENTE ALLE SORGENTI E ALLA PERICOLOSITA’ DEL PM

DI PARTICOLARE AIUTO SONO LE SPECIE IN TRACCIA CHE IN MOLTI CASI SONO CARATTERISTICHE DELLE SINGOLE SORGENTI (ANCHE SE AMMONTANO A MENO DEL 2% IN PESO)

LE SPECIE IN TRACCIA SONO SPESSO QUELLE PIU’PERICOLOSE, LIVELLI DI CONCENTRAZIONE NELL’AEROSOL SONO MOLTO BASSI RISPETTO ALLE CONC. DI IMPORTANZA TOSSICOLOGICA


METALLI ED ELEMENTI IN TRACCIA

COSTITUISCONO UNA FRAZIONE % ESIGUA DELLA MASSA DEGLI AEROSOL (≤ 2 % IN PESO)

L’ANALISI ELEMENTALE E’ DELICATA E COSTOSA

I METALLI SONO NUMEROSI ED UBIQUITARI

SONO SIA NATURALI CHE ANTROPICI

MOLTI STUDI INDICANO UN RUOLO ATTIVO DEI METALLI PRESENTI NELL’AEROSOL NELL’INDUZIONE DI REAZIONI AVVERSE QUANDO INALATI

ALCUNI ELEMENTI SONO STATI RECENTEMENTE NORMATI IN QUALITA’ DELL’ARIA PERCHE’ PERICOLOSI PER LA SALUTE E ANCHE CANCEROGENICI

SONO MOLTO UTILI NELLA CARATTERIZZAZIONE DI SPECIFICHE SORGENTI (IMPRONTE DIGITALI O FINGERPRINTS)


1.345.057.0Zn

8.628.0240.0V

0.499.34.6Se

0.672.41.6Sb

9.912.0119.3Pb

3.230.095.3Ni

0.873.02.6Mo

0.03317.011.0Mn

0.882.52.2Hg

0.9328.025.9Cu

0.3344.014.7Cr

2.31.33.0Cd

0.4212.05.0As

Rapporto di emissione Antropogeniche/Naturali

Emissioni naturali

Emissioniantropogeniche

Metallo in traccia

Confronto tra stime di emissioni globali antropogeniche e naturali (emissioni in 103metric tons year) (Pacyna and Pacyna, 2001)


Industrial Emission

Source Metals in Fly Ash

Smelters Fe, Cd, ZnOil-fired power plants V, Ni, FeCoal-fired power plants Fe, Zn, Pb, V, Mn, Cr, Cu, Ni, As,

Co, Cd, Sb, Se, HgMunicipal waste incineration Zn, Fe, Hg, Pb, Sn, As, Cd, Co, Cu,

Mn, Ni, SbSteel-mill furnaces Fe, Zn, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb


METALLI E TRAFFICO AUTOVEICOLARE

cosa succede ora che non si usa più il piombo tetraetile?

•FRENI SINTERIZZATI (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, antimony (Sb) and Zn•PNEUMATICI (Zn,Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn,Mo, Ni and Pb)•FONDO STRADALE (Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn, and V)•FUMI (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and V)

HJORTENKRANS et al., 2006


COME TRASFORMARE DATI ANALITICI IN INFORMAZIONE?

ANALISI DEI VALORI MEDI E DELLA CONGRUENZA CON I DATI GRAVIMETRICICONFRONTI CON STANDARD DI QUALITA’ E CON DATI DI ALTRE LOCALITA’

STIMA DEI FATTORI DI ARRICCHIMENTO (SCREENING DELLE DEVIAZIONI RISPETTO AD UN AEROSOL NON O SCARSAMENTE ANTROPIZZATO)

ANALISI INTEGRATA CON LA METEOROLOGIA

STUDI DI SPECIAZIONE CHIMICA

RIPARTIZIONE DELL’ELEMENTO IN FUNZIONE DELLE CLASSI DIMENSIONALI (CAMPIONATORI SPECIFICI)

ANALISI DI CORRELAZIONE → PROFILI DELLE SORGENTI

MODELLI A RECETTORE


PROGETTO PolveRE 2 COLL. UNIBO-ARPA EMRCampionamento:

Stadio1 10-7.2 µmStadio2 7.2-3.0 µm

Stadio3 3.0-1.5 µm

Stadio4 1.5-0.95 µmStadio5 0.95-0.49 µmStadio6 <0.49 µm

Testa selettiva PM10 + Impattore a stadi

Coarsefraction

Transizione

Fine fraction

1 anno di raccolte settimanali

Φ = 1.13 m3/min

IL FRAZIONAMENTO PERMETTE DI CARATTERIZZARE LA DISTRI-BUZIONE DELLA MASSA E DELLE SPECIE CHIMICHE IN FUNZIONE DELL’INTERVALLO DIMENSIONALE


7.2 – 3 μm

0

2

4

6

8

10

12

10-7.2 7.2-3.0 3.0-1.5 1.5-0.95 0.95-0.49 <0.49

Mn,

Cu

(ng/

m3 )

0

40

80

120

160

200

240

Fe (n

g/m

3 )

Mn Cu Fe

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

10-7.2 7.2-3.0 3.0-1.5 1.5-0.95 0.95-0.49 <0.49

As,

Cd,

V (n

g/m

3 )

0.0

2.3

4.5

6.8

9.0

Pb (n

g/m

3 )

As Cd V Pb

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

10-7.2 7.2-3.0 3.0-1.5 1.5-0.95 0.95-0.49 <0.49

Cr,

Ni,

Sn (n

g/m

3 )

0.00

0.01

0.02

0.04

0.05

0.06

Co

(ng/

m3 )

Cr Ni Sn Co

LE SPECIE IN TRACCIA MOSTRANO ACCUMULI PREFERENZIALI IN TAGLI DIMENSIONALI CARATTERISTICI CHE NE RIVELANO LA SORGENTE

FRAZIONI COARSE (> 1 MICRON)ORIGINE MECCANICA: MATERIALI CROSTALI (SUOLO –SAHARAN DUST – FONDO STRADALE –FRENI – PNEUMATICI - CANTIERI – CERAMICO –CEMENTO………+ POLLINI, SPORE E RESIDUI BIOLOGICI )

FRAZIONI FINI (< 1 MICRON)SORGENTI AD ALTA TEMPERATURA(TUTTE LE FORME DI COMBUSTIONE DAI MOTORI AGLI INSEDIAMENTI INDUSTRIALI ecc. ATTRAVERSO PROCESSI COMPLESSI: PER GLI ELEMENTI INORG. GENERALMENTE CONDENSAZIONE)

ATTENZIONE rivolta a Pb, As, Cd, Ni

ELEMEN

TI BIVA

RIATI: 2 SO

RGENTI

ELEMEN

TI M

ONOVA

RIATI:

1 SORGEN

TE

POLVERE 2^ PARTE, BOLOGNA

DISTRIBUZIONE DIMENSIONALE ELEMENTI


EFFETTI SULLA SALUTE LE PRINCIPALI EVIDENZE SONO EPIDEMIOLOGICHE

Gli studi tossicologici in vitro e in vivo rivelano Interazioni tra particelle e superficie cellulare a seguito della deposizione di aerosol - I risultati suggeriscono il ruolo di composti tossici o reattivi (metalli; IPA e loro nitro-derivati e prodotti di ossidazione i.e. chinoni)

Meccanismi ipotizzati di PF e UFInducono meccanismi infiammatori

Accedono al FLUSSO SANGUIGNO attraverso gli alveoli e ne alterano le proprietà aggreganti

Accedono al TESSUTO EPITELIALE e agli interstizi (accesso al sistema linfatico)

Interazione con il SISTEMA NERVOSO CENTRALE attraverso il nervo olfattivo


0

50

100

150

200

31-d

ic-0

6

07-g

en-0

7

14-g

en-0

7

21-g

en-0

7

28-g

en-0

7

04-fe

b-07

11-fe

b-07

18-fe

b-07

25-fe

b-07

PM10

( μg

m-3

)

D.L. PD-ARCELLA VENEZIA-SACCA FISOLA VERONAVICENZA ROVIGO FERRARA ISONZO IOLANDABO S.F. CASTENASO IMOLA MONTE CUCCOLINOMILANOverziere TORINO LINGOTTO FIRENZE GRAMSCI

FERRARAStudio chemiometrico metalli e non-metalli nell’aerosol della Provincia di Ferrara (coll.

UNIBO-ARPA Ferrara)

PM10 NEL I BIMESTRE 2007 NEL BACINO PADANO


01/01/2008

050

100150200250300350400450500

24/12/2007

26/12/2007

28/12/2007

30/12/2007

01/01/2008

03/01/2008

05/01/2008

07/01/2008

09/01/2008

Zn,B

a (n

g m

-3)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Cu,

P, M

n, V

, Cr,

Co,

Ni (

ng m

-3)

Zn Ba P V Cr Mn Co Ni Cu

01/01/2008

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

24/12/2007

26/12/2007

28/12/2007

30/12/2007

01/01/2008

03/01/2008

05/01/2008

07/01/2008

09/01/2008

K, S

, Cl (

ng m

-3)

-100

100

300

500

700

900

1100

1300

1500

Na,

Fe,

Ca,

Si,

Al,

Mg

(ng

m-3

)

S Cl K Na Mg Al Si Ca Fe

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

24/12/07 26/12/07 28/12/07 30/12/07 1/1/08 3/1/08 5/1/08 7/1/08 9/1/08

( μg

m-3

)

PM10

DATI FERRARA, POLVERE 3, PROGETTO IN CORSO


IN CONCLUSIONE

LA CORRETTA DIAGNOSI AMBIENTALE NON SI PUO’ BASARE ESCLUSIVAMENTE SULL’ ANALISI CHIMICA MA RICHIEDE

MULTIDISCIPLINARIETA’ ED UNA VISIONE OLISTICA

GRAZIE PER L’ATTENZIONE


Laura Tositti: Prof. Ass. in Chimica dell’ambiente e beni culturali [email protected] - Dip. Chimica “G. Ciamician” – Univ. Bologna

Settori di ricerca (sperimentali)

STUDI SUL PARTICOLATO DA META’ DEGLI ANNI 80

•Chimica dell’ aerosol atmosferico PM10, PM2.5 e frazionato dimensionalmente in ambiente urbano (Bologna - Ferrara) ed in siti remoti (Mt.Cimone (PM10 dal 1997) – Antartide - Siberia) (troposfera - ambienti deposizionali)•Radiotraccianti atmosferici nello studio delle dinamiche dell’inquinamento atmosferico (Tchernobyl – centrali a carbone – 7Be e 210Pb Mt. Cimone)

•DOCENTE DI CHIMICA DELL’ATMOSFERA, CHIMICA DELL’AMBIENTE, FOTOCHIMICA AMBIENTALE PRESSO L’UNIV. DI BOLOGNA

Progetti di ricerca attivi e recenti•MONITER (Regione ER e ARPA-ER) – (Studio sperimentale dedicato alle emissioni degli inceneritori (FRULLO)(2007-2009) http://www.arpa.emr.it/moniter/•POLVERE 3a fase (Regione ER e ARPA-ER) – Ottimizzazione misura dei metalli nel particolato atmosferico a seguito recepimento nuova Direttiva figlia, qualità dell’aria, (2007-2008)•Studio delle emissioni di polveri di frenamento treni (Trenitalia – Dip. ambiente; in corso)•Studio chemiometrico dati metalli nel PM10 in Prov. di Ferrara (Canossa e Garasto)•CARBOEUROPE - Misure di radon a Monte Cimone come tracciante di CO2 (in corso, finisce nel 2008)•SITECOS (Cofin2004) Caratterizzazione chimico fisica aerosol (particolato) atmosferico di Bologna in PM10 e PM2.5•POLVERE 2a fase (Regione ER e ARPA-ER) 2004-2005 Caratterizzazione chimico fisica aerosol (particolato) atmosferico di Bologna in campionamenti dimensionalmente frazionati

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