Progetto Supersiti
Relazione finale
ARPA Lombardia
gennaio 2018 – dicembre 2020
Milano viale Marche
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Documento redatto da:
Cristina Colombi, Umberto Dal Santo.
Hanno collaborato:
Eleonora Cuccia, Vorne Gianelle, Andrea Algieri, Marco Chiesa, Giovanni Cigolini, Lorenza Corbella, Rosario Cosenza, Marco Dal Zotto, Luca D’Angelo, Romeo Ferrari, Francesco Ledda, Fabio Raddrizzani.
Visto dal responsabile della U.O. Qualità dell’Aria:
Guido Lanzani.
ARPA Lombardia | U.O. Qualità dell’Aria Via I. Rosellini, 17
20124 – Milano Tel. 02.69666.1
PEC: arpa@pec.regione.lombardia.it WEB: www.arpalombardia.it
Ottobre 2021 – Revisione della versione di Marzo 2021 corretta nei titoli di figura 40 a pagina 40 nei quali veniva riportato erroneamente “Concentrazioni annuali di PM10 per…” anziché il corretto “Concentrazioni annuali di PM2.5 per…”, come già riportato correttamente nella relativa didascalia.
Novembre 2021 – Revisione della versione di Ottobre 2021. A pagina 52 è stata inserita una precisazione sulla metodologia di calcolo dei risultati relativi al benzo(a)pirene. Correzione delle statistiche relative al piombo nella tabella 6 di pagina 55 inserendo i valori relativi al 2020 in sostituzione di quelli relativi al periodo 01/04/2019 – 31/12/2019 precedentemente riportati. Analogamente, il grafico in figura 59 di pagina 57 è stato cambiato con quello relativo al 2020 in sostituzione di quello precedentemente riportato relativo al periodo 01/04/2019 – 31/12/2019 erroneamente riportato. Si sottolinea che statistiche e grafico relativi al 2019 erano comunque corretti.
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Sommario
INTRODUZIONE ... 4
MISURE E STRUMENTAZIONE ... 4
INQUINANTI MISURATI ... 5
Il particolato atmosferico e le sue componenti ... 5
Idrocarburi Policiclici Aromatici ... 7
Elementi con Z>11 ... 8
Frazione carboniosa ... 8
Black Carbon ... 9
Ioni inorganici ... 11
Zuccheri ... 11
Distribuzione dimensionale ... 12
NORMATIVA ... 13
CAMPAGNA DI MISURA... 14
Sito di Misura ... 14
Emissioni sul territorio ... 17
Analisi dei dati ... 20
Quality Assurance/Quality Control del PM ... 20
Le concentrazioni di massa del PM10 ... 22
Le concentrazioni di massa del PM2.5 ... 34
La composizione chimica del PM10 ... 41
Frazione minerale e composti antropogenici ... 42
Frazione ioni inorganici ... 48
Frazione carboniosa ... 50
IPA e Levoglucosano ... 51
Metalli ... 55
Chiusura di massa del PM10 a Milano-Marche ... 58
Chiusura di massa del PM10 – confronto tra siti milanesi... 60
Misure di Black Carbon ... 62
Analisi di Source Apportionment del PM10 ... 65
CONCLUSIONI ... 72
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Introduzione
Il presente documento fornisce un’analisi degli approfondimenti effettuati nel sito di Milano viale Marche, in accordo con il cronoprogramma dell’obiettivo OS. 2.25 “Aria: Approfondimento di supersito a Milano viale Marche”.
Milano-Marche è sito urbano di traffico, appartenente al Programma di Valutazione Regionale (art. 5 c. 6 del D. Lgs. 155/10), dotato di analizzatori automatici di NOX, CO, benzene, Black Carbon e PM10.
In aggiunta, sono stati installati due ulteriori campionatori gravimetrici di PM10 e di PM2.5. Le misure di concentrazione di massa del PM10 mediante analizzatore automatico vengono effettuate a partire dal 1° gennaio 2018. Da aprile 2019 è iniziata, nell’ambito dell’approfondimento qui discusso, anche la determinazione sistematica di IPA e metalli normati sulle polveri raccolte, secondo le indicazioni del D.
Lgs. 155/10. Inoltre, da aprile 2019 a marzo 2020 sono state effettuate misure in continuo atte a determinare la composizione chimica del PM10, con lo scopo di stimare l’impatto delle varie sorgenti emissive nel sito.
L’obiettivo è quello di effettuare una panoramica delle tipologie di misurazioni in corso, soffermandosi in particolare sul PM10 e la sua caratterizzazione, e sulla concentrazione di PM2.5, fino ad arrivare ad un’analisi delle principali sorgenti che ne determinano la formazione.
Misure e strumentazione
La concentrazione di massa del PM10 viene misurata quotidianamente mediante un analizzatore automatico basato sul principio di attenuazione di un fascio β, mentre un campionatore sequenziale basato sul principio di pesate gravimetriche del particolato atmosferico raccolto su filtri, descritto nella norma UNI EN 1234:2014 e indicato come riferimento dalla legislazione vigente (D. Lgs. 155/2010), è stato utilizzato sia per l’assicurazione e il controllo di qualità (QA/QC) sia per la raccolta di campioni da analizzare chimicamente. Per stabilire la composizione del PM10 sono state effettuate le seguenti analisi chimiche sul particolato atmosferico raccolto su filtro: spettrometria a fluorescenza X (X-Ray Fluorescence spectrometer) per la determinazione degli elementi con Z > 11, cromatografia ionica (IC - Ionic Cromatography) per la determinazione dei principali ioni solubili inorganici e degli zuccheri, tecnica TOT/TOR (Thermal/Optical-Transmittance/Reflectance) per la determinazione di carbono organico ed elementare, gascromatografia-spettrometria di massa (GC/MS - Gas Chromatography/Mass Spectrometry) per la determinazione degli IPA, tra i quali il Benzo(a)Pirene1 . Parallelamente, i metalli normati quali As, Cd, Ni e Pb sono stati determinati mediante tecnica ICP/MS (Inductively Coupled Plasma/Mass Spectrometry).
La concentrazione di massa del PM2.5 è stata determinata mediante un campionatore sequenziale gravimetrico.
Inoltre, a supporto della caratterizzazione delle polveri sottili, nel sito di Milano-Marche sono effettuate in continue le misure di Black Carbon (BC) mediante un etalometro a sette lunghezze d’onda e misure di distribuzione dimensionale del particolato mediante un Optical Particle Counters (OPC) mediante un modulo CPM implementato sull’analizzatore automatico di PM10.
Tutta la strumentazione utilizzata risponde alle caratteristiche previste dalla legislazione vigente (D.
Lgs. 155/2010).
1 Nel proseguo del testo sarà richiamato, per brevità, come B(a)P.
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Inquinanti misurati
Gli inquinanti dispersi in atmosfera possono essere divisi schematicamente in due gruppi: primari e secondari. I primi sono emessi direttamente in atmosfera da sorgenti antropogeniche o naturali; i secondi si formano in atmosfera in seguito a reazioni chimiche che coinvolgono altre specie, primarie o secondarie. Le concentrazioni di un inquinante primario dipendono significativamente dalla distanza tra il punto di misura e le sorgenti mentre le concentrazioni di un inquinante secondario, essendo prodotto dai suoi precursori già dispersi nell’aria ambiente, risultano in genere diffuse in modo più omogeneo sul territorio.
Si descrivono di seguito le caratteristiche principali degli inquinanti monitorati.
Il particolato atmosferico e le sue componenti
Un aerosol è definito come la miscela di particelle solide o liquide e il gas nel quale esso sono sospese;
il termine particolato (particulate matter, PM) individua l’insieme dei corpuscoli presenti nell’aerosol.
Con particolato atmosferico si fa quindi riferimento al complesso e dinamico insieme di particelle, con l’esclusione dell’acqua, disperse in atmosfera per tempi sufficientemente lunghi da subire fenomeni di diffusione e trasporto. L’insieme delle particelle aerodisperse si presenta con una grande varietà di caratteristiche fisiche, chimiche, geometriche e morfologiche. Le sorgenti possono essere di tipo naturale (erosione del suolo, spray marino, vulcani, incendi boschivi, dispersione di pollini, etc.) o antropiche (industrie, riscaldamento, traffico veicolare e processi di combustione in generale). Può essere di tipo primario se immesso direttamente in atmosfera dalla sorgente o secondario se formato successivamente, in seguito a trasformazioni chimico-fisiche di altre sostanze. I maggiori componenti del particolato atmosferico sono il solfato, il nitrato, l'ammoniaca, il cloruro di sodio, il carbonio e le polveri minerali. Dunque, si tratta di un inquinante molto diverso da tutti gli altri, poiché non si presenta come una specifica entità chimica ma come una miscela di particelle dalle più svariate proprietà. Anche il destino delle particelle in atmosfera è molto vario, in relazione alla loro dimensione e composizione, tuttavia i fenomeni di deposizione secca e umida sono quelli principali per la rimozione delle polveri aerodisperse.
Il particolato atmosferico ha un rilevante impatto ambientale: sul clima, sulla visibilità, sulla contaminazione di acqua e suolo, sugli edifici e sulla salute di tutti gli esseri viventi. Soprattutto gli effetti che può avere sull’uomo destano maggiore preoccupazione e interesse, per questo è fondamentale conoscere in che modo interagisce con l’organismo umano alterandone il normale equilibrio. In particolare, le particelle più piccole riescono a penetrare più a fondo nell’apparato respiratorio. Quindi, è importante capire quali e quante particelle sono in grado di penetrare nel corpo umano, a che profondità riescono ad arrivare e che tipo di sostanze possono trasportare. A esempio, la tossicità del particolato può essere amplificata dalla capacità di assorbire sostanze gassose come gli IPA (Idrocarburi Policiclici Aromatici) e i metalli pesanti, alcuni dei quali sono potenti agenti cancerogeni.
Per definizione, una particella è un aggregato di molecole, anche eterogenee, in grado di mantenere le proprie caratteristiche fisiche e chimiche per un tempo sufficientemente lungo da poterla osservare e tale da consentire alla stesse di partecipare a processi fisici e/o chimici come entità a sé stante. Le particelle del particolato atmosferico possono avere dimensioni che variano anche di 5 ordini di grandezza (da 10 nm a 100 µm), oltre che diverse forme e per lo più irregolari. Al fine di valutare l’impatto del particolato sulla salute umana è necessario individuare uno o più sottoinsiemi di particelle che, in base alla loro dimensione, abbiano diverse capacità di penetrazione nelle prime vie respiratorie (naso, faringe, laringe) piuttosto che nelle parti più profonde dell’apparato respiratorio (trachea,
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bronchi, alveoli polmonari). Per poter procedere alla classificazione in relazione alla dimensione viene definito il “diametro aerodinamico equivalente”, ovvero il diametro di una particella sferica di densità unitaria con le stesse caratteristiche aerodinamiche (velocità di sedimentazione) della particella in esame.
Considerata la normativa europea (UNI EN12341/2014), si definisce PM10 la frazione di particelle raccolte con strumentazione avente efficienza di selezione e raccolta stabilita dalla norma e pari al 50%
per il diametro aerodinamico di 10 µm. Sebbene in modo improprio, il PM10 viene spesso definito come la frazione di particelle con diametro uguale o inferiore a 10 µm. In modo del tutto analogo viene definito il PM2.5 (UNI EN12341/2014). Come riportato in Tabella 1, la legislazione europea e nazionale (D. Lgs. 155/2010) ha definito un valore limite sulle medie annuali di PM10 e PM2.5 e un valore limite sulla concentrazione giornaliera di PM10.
La misura del PM10 a MI-Marche viene effettuata con un analizzatore automatico a sorgente radioattiva, denominato beta gauge (MP101M Envea) e schematizzato in Figura 1.
Figura 1: Rappresentazione schematica di un analizzatore beta-gauge.
Questo tipo di strumenti utilizzano una sorgente di 14C che emette radiazione di decadimento beta, che viene misurata attraverso un detector (tubo Geiger-Muller, GM), posto a valle del nastro filtrante che raccoglie le particelle sospese nell'aria. Quando il PM si deposita sul nastro filtrante attraverso la pompa di aspirazione, la sorgente irradia la polvere depositata facendo così assorbire i raggi beta in maniera proporzionale alla materia che si trova di fronte, ovvero: il nastro in fibra di vetro, le particelle di PM depositate e l’aria presente tra la sorgente e il GM.
La misura della massa di PM campionato consiste quindi nella differenza tra l’assorbimento della parte di filtro “bianco” (N1) e quello della parte di filtro campionato (N2) ed è indipendente dalle caratteristiche chimico-fisiche delle particelle.
La misura segue una distribuzione esponenziale (legge di Lambert-Beer) del tipo:
7 𝑁1= 𝑁0𝑒−𝑘(𝑚0+𝑚1) per il filtro bianco
𝑁2= 𝑁0𝑒−𝑘(𝑚0+∆𝑚+𝑚2) per il filtro campionato
Dove k è il coefficiente di assorbimento di massa che dipende dalle proprietà del filtro e della sorgente, m0 la massa del filtro non campionato in µg/cm², m1 e m2 la massa del volumetto di aria tra il GM e la sorgente ai tempi della misura rispettivamente di N1 e di N2, che rappresentano i conteggi del GM in s-1, Δm la massa di PM depositato.
Facendo i conti, la massa di PM depositato risulta essere:
∆𝑚 =1 𝑘𝑙𝑛 (𝑁1
𝑁2) + 𝑚1− 𝑚2
La misura di concentrazione viene quindi effettuata tenendo conto del volume di aria aspirato.
Il modello di analizzatore installato a MI-Marche, oltre alla misura della concentrazione media giornaliera, in ottemperanza ai requisiti della normativa di riferimento, effettua contestualmente l’archiviazione delle concentrazioni medie orarie permettendo così la possibilità di effettuare ulteriori elaborazioni dei dati.
Idrocarburi Policiclici Aromatici
Gli Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA) sono idrocarburi aventi la struttura molecolare planare costituita da uno o più anelli di sei atomi di carbonio e con atomi di idrogeno a saturare i legami rimasti disponibili. Ai fini della qualità dell’aria vengono considerati per il loro impatto sanitario. In particolare, nel campo dell’inquinamento atmosferico sono generalmente misurati i sette IPA citati dal D. Lgs.
155/10 e mostrati in Figura 2:
benzo(a)pirene, benzo(a)antracene, benzo(b)fluorantene, benzo(j)fluorantene, benzo(k)fluorantene, indeno(1,2,3-cd)pirene, dibenzo(a,h)antracene.
Questi sono stati determinati mediante gascromatografia-spettrometria di massa (GC/MS). Tali IPA sono presenti in atmosfera per lo più in fase particolato alle basse temperature invernali, mentre nei periodi più caldi dell’anno può diventare prevalente la fase gassosa e comunque sono soggetti a degradazione fotochimica. La loro presenza comporta un potenziale rischio per la salute umana: sotto il profilo tossicologico, le osservazioni sperimentali indicano che la condizione necessaria, ma non sufficiente, per la cancerogenicità degli IPA è una struttura in cui vi siano almeno quattro anelli condensati. In particolare, il più noto idrocarburo appartenente a questa classe è il benzo(a)pirene, B(a)P, classificato dallo IARC come cancerogeno per l’uomo.
La loro origine è associata alla combustione di idrocarburi composti da lunghe catene di atomi di carbonio e in condizioni non ottimali. Le principali sorgenti sono quindi da identificarsi nel traffico autoveicolare, nelle combustioni di biomasse e in diverse attività industriali (fonderie, acciaierie, ecc.).
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Figura 2: Strutture molecolari dei sette IPA determinati secondo D. Lgs. 155/10.
Elementi con Z>11
Mediante lo spettrometro XRF in dotazione ad ARPA Lombardia è stato possibile individuare la presenza, e relativa concentrazione, dei seguenti elementi con numero atomico Z>112: alluminio (Al), silicio (Si), zolfo (S), cloro (Cl), potassio (K), calcio (Ca), titanio (Ti), cromo (Cr), manganese (Mn), ferro (Fe), rame (Cu), zinco (Zn), bromo (Br), piombo (Pb).
La composizione delle polveri può variare a seconda del sito di campionamento, in dipendenza dalla tipologia delle sorgenti emissive. Elementi come alluminio, calcio, silicio, ferro e titanio, con i loro principali ossidi, si trovano prevalentemente in particelle di grandi dimensioni e forme irregolari, provenienti dall’erosione della crosta terrestre. Il ferro può avere origine, assieme al rame e altri metalli, anche dall’usura delle parti meccaniche dei mezzi di trasporto (a esempio i freni) e pertanto può essere associato alla sorgente traffico. Altri come il potassio possono avere origine sia minerale (crosta terrestre) sia da combustione di biomassa; cromo, zinco, piombo possono individuare la presenza di qualche industria. Lo zolfo è generalmente associato alla formazione di particolato secondario, ad esempio in presenza di ammoniaca (agricoltura) e irraggiamento solare è notevole la formazione del solfato di ammonio. Il cloro può essere presente nei fumi di combustione delle biomasse.
Frazione carboniosa
In relazione alla frazione carboniosa del particolato atmosferico, non c’è pieno accordo sulla terminologia da utilizzare nella definizione delle diverse componenti. In letteratura scientifica, le definizioni utilizzate fanno riferimento o a specifiche proprietà dei composti carboniosi o al metodo di misura utilizzato (definizione operativa).
2 Z e il numero atomico, che indica il numero di protoni all’interno di un atomo. Lo spettrometro a fluorescenza X utilizzato permette una quantificazione attendibile, in tempi ragionevoli, di elementi con Z > 11.
9 L’elemental carbon (EC) può essere definito come una sostanza contenente solo carbonio, non legato ad altri elementi, nelle sue diverse forme allotropiche. Operativamente è la frazione carboniosa di particolato termicamente stabile, in atmosfera inerte, fino a temperature superiori ai 3.500 °C e che può essere portato in fase gassosa per ossidazione a temperature superiori a 340 °C.
L’organic carbon (OC) comprende un vasto insieme di composti in cui il carbonio è chimicamente legato con altri atomi di carbonio, con l’idrogeno e altri elementi quali, a esempio, ossigeno, zolfo, azoto, fosforo, cloro, etc. Operativamente è la frazione carboniosa di particolato che evolve in atmosfera inerte a temperature inferiori ai 1.000 °C.
Il black carbon (approfondito in seguito) è definito come l'insieme delle particelle carboniose in grado di assorbire luce con lunghezza d'onda caratteristica nello spettro del visibile (380÷760 nm).
Le definizioni di EC e BC fanno quindi riferimento a differenti proprietà (rispettivamente termiche e ottiche), tuttavia la frazione carboniosa del particolato che vanno a individuare è quasi la stessa:
particelle di carbonio con microstruttura simile a quella della grafite e aggregate in piccole sfere con diametro indicativamente compreso tra 10 e 50 nm. Il composto risultante è refrattario con una temperatura di fusione sopra i 3.500 °C, è un forte agente riducente e reagisce violentemente con ossidanti e con molti altri composti. Risulta insolubile in solventi organici, in acqua e nei componenti del particolato atmosferico. Si tratta di un inquinante primario emesso durante la combustione incompleta di combustibili fossili e di biomasse e può essere emesso da sorgenti naturali e antropiche sotto forma di fuliggine. In ambito urbano può essere assunto quale tracciante delle emissioni dei motori a combustione interna e della vasta gamma di specie chimiche (e di varia tossicità) da esso trasportate, compresi i composti organici quali gli IPA (Idrocarburi Policiclici Aromatici).
L’OC comprende molti composti con grandi differenze di volatilità; alcuni di questi si possono trovare sia in fase vapore che in quella di particella. È un inquinante in parte primario e in parte secondario. Le principali sorgenti di OC primario sono le combustioni naturali o antropogeniche di biomassa, le combustioni di combustibili fossili (industria, trasporti, etc.) e il materiale biologico. L’OC secondario si può formare in seguito a ossidazione fotochimica di precursori volatili (VOC).
Alla frazione carboniosa del particolato sono attribuiti impatti negativi sulla salute umana, sull'ecosistema e sulla visibilità. Soprattutto EC e BC, essendo i costituenti di particelle di dimensioni per lo più inferiori a 1 μm e grazie alla loro elevata superficie specifica, sono in grado di veicolare all'interno dell'organismo umano sostanze cancerogene e genotossiche quali a esempio gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) e i metalli. Esposizioni su breve e lungo termine sono associate con un'ampia gamma di effetti sulla salute, in particolare sul sistema respiratorio e cardiovascolare. Inoltre, la frazione carboniosa del particolato e in particolare il BC, a causa delle sue proprietà ottiche, può influenzare il bilancio radiativo terrestre e, di conseguenza, il clima oltre a interagire con le nubi, una volta depositato sulle superfici è in grado di assorbire direttamente la luce riducendone così il potere riflettente (a esempio, l'albedo della neve e del ghiaccio).
La determinazione analitica di OC ed EC è stata effettuata con metodo termo-ottico, ovvero TOT/TOR Thermal-Optical Transmittance/Reflectance, secondo i criteri definiti dalla norma CEN/TR 16243:2011 e con applicazione del protocollo NIOSH-Like.
Black Carbon
Il Black Carbon (BC) è la frazione di particolato carbonioso che assorbe fortemente la luce nell'intervallo del visibile. Questa definizione non consente di identificare una classe ben definita di composti, poiché per una definizione completa di BC dovrebbero essere considerate varie proprietà delle particelle. La mancanza di una definizione adeguata comporta la presenza di vari strumenti di misurazione, basati
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su diversi principi funzionali, che forniscono dati con una buona correlazione ma differenze sistematiche nei valori assoluti. Inoltre, alcuni strumenti hanno artefatti non trascurabili, più evidenti ad alte concentrazioni, che portano alla sottostima dei valori di concentrazione del BC stesso. Pertanto, è opportuno legare la misura della concentrazione di BC all’informazione legata alla tipologia di strumento utilizzato. Per questo motivo, in ARPA Lombardia sono presenti tre diverse tipologie di strumentazione, installate in diverse postazioni milanesi, utilizzabili per i confronti con gli altri siti:
attualmente, dopo periodi di caratterizzazione in tutti e tre i siti, un etalometro a due lunghezze d’onda e un sistema a multi-angolo a MI-Pascal, un etalometro a sette lunghezze d’onda a MI-Marche e a MI- Senato.
Il principio di misura dell’etalometro è basato sull’attenuazione della radiazione luminosa: lo strumento campiona PM su un filtro a nastro e, attraverso una sorgente di fasci luminosi a diverse lunghezze d’onda e di rilevatori, si misura la differenza tra l’intensità luminosa rilevata a nastro bianco e l’intensità passante sul campione, determinando così la concentrazione di BC. La misura è quindi una misura ottica che valuta il grado di assorbimento del campione attraverso la legge di Lambert-Beer, ovvero:
𝐴𝑇𝑁 = 100 ∗ ln(𝐼0 𝐼)
𝜎𝑎𝑏𝑠=𝐴𝑇𝑁 − 𝛼𝜎𝑠𝑐𝑎𝑡 𝐶 ∗ 𝑅(𝐴𝑇𝑁)
𝐵𝐶 = 𝜎𝑎𝑏𝑠 𝑀𝐴𝐶
Dove ATN è il valore di attenuazione misurato; σabs è l’intensità di assorbimento dovuto alla quantità di BC depositata sul campione e dipendente dalla lunghezza d’onda; σscat è l’intensità di scattering misurata; α è il fattore che quantifica lo scattering (se α=1 si ha un completo scattering delle particelle mentre se α=0 si ha un completo assorbimento); C è un fattore che quantifica lo scattering multiplo;
R quantifica l’assordimento delle particelle, legato al quantitativo di aerosol depositato sul filtro; MAC (Mass Absorption Cross-section) è un fattore di conversione che permette di ottenere la concentrazione di BC a partire da misure di assorbimento della radiazione luminosa.
In un sistema a multi-angolo, o Multi Angle Absorpion Photometer (MAAP), la misura di BC avviene sempre sfruttando le proprietà ottiche che lo caratterizzano, nello specifico la capacità di assorbire la radiazione luminosa. Lo strumento in dotazione ad ARPA usa una sorgente LED che emana un fascio luminoso con una lunghezza d’onda di 670 nm ed una serie di rilevatori posti ad angoli diversi per misurare la riflessione del fascio luminoso derivante dallo spot. A partire dalle misure di attenuazione, si calcola l’intensità dell’assorbimento (σabs) e dividendo per il valore di MAC (pari a 6.6 m²/g, per la lunghezza d’onda di funzionamento dello strumento) si ottiene la concentrazione di BC.
A MI-Marche sono state effettuate tra il 2013 e il 2014 misure con l’etalometro AE23, operante a due lunghezze d’onda differenti, 880 nm e 370 nm; da maggio 2019 è stato installato l’etalometro AE33, operante a sette lunghezze d’onda differenti tra 370 nm e 950 nm. Ad ogni lunghezza d’onda è associata una misura diversa del campione che, a seconda della caratteristica che si preferisce misurare, può essere utilizzata. Tipicamente si identifica a 880 nm la lunghezza d’onda per la misura del BC.
11 Confronti fra nefelometri e sistemi a multi-angolo, e sugli opportuni algoritmi di correzione, sono stati diffusamente trattati in letteratura (anche in Dal Santo et al., 2017, Preliminary analysis of the Black carbon time series in Milan, BEA, Vol. 3-4, p. 114-119). Questa introduzione si è resa necessaria per spiegare l’importanza, per questo parametro, di legare la misura all’informazione su come essa è stata prodotta, ovvero, in questo caso, la tecnologia adottata, in quanto i sistemi in commercio non sono a priori direttamente confrontabili.
Ioni inorganici
La valutazione della componente ionica (cloruri, nitrati, solfati, ammonio, sodio, calcio potassio magnesio), qui determinata in Cromatografia Ionica (IC), permette la stima del contributo della componente secondaria inorganica del particolato e quindi meno correlata alle sorgenti strettamente locali. In particolare, i nitrati sono indicativi delle sorgenti da combustione (autoveicoli e riscaldamento) e raggiungono le maggiori concentrazioni in inverno in quanto le basse temperature ne favoriscono la condensazione. Viceversa, i solfati aumentano nella stagione estiva, in quanto la loro formazione è favorita dall’intensa radiazione solare. In atmosfera, nitrati, solfati ed ammonio si legano al particolato sotto forma di sali, ovvero come ammonio nitrato ed ammonio solfato.
Zuccheri
Mediante la cromatografia ionica sono statti determinati gli zuccheri. Tra questi il più rilevante è il levoglucosano (Figura 3): uno zucchero anidro che si forma a seguito della decomposizione termica della cellulosa durante la sua combustione ed è quindi emesso come particolato; per questo motivo rappresenta un marker specifico della combustione di biomasse nel PM (Simoneit et al.,1999). È stato qui determinato in IC con una colonna per la separazione degli zuccheri e con l’aggiunta di un detector amperometrico.
A causa del consumo di legna nel riscaldamento residenziale, le concentrazioni di levoglucosano e dei suoi isomeri (a esempio mannosano e galattosano) sono in genere alte durante i mesi invernali, mentre generalmente al di sotto dei limiti di rilevabilità strumentale durante i mesi estivi.
Figura 3: Struttura molecolare del levoglucosano.
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Distribuzione dimensionale
La caratterizzazione fisica del particolato atmosferica è fatta anche mediante misure di distribuzione dimensionale, con differente strumentazione basata su principi ottici, utilizzando Optical Particle Counters (OPC).
L’OPC è in grado di determinare la concentrazione numerica delle particelle in funzione delle loro dimensioni. Il principio di funzionamento del sistema OPC consiste nel condurre il flusso d’aria campione in una opportuna camera di misura; un fascio laser investe l’aria campione ed un rilevatore posto a 90° rispetto alla direzione del fascio laser rileva la luce diffusa dalle particelle; ogni impulso rilevato corrisponde al passaggio di una particella e l’altezza dell’impulso è correlata con la sua dimensione.
Dal febbraio di quest’anno questo tipo di rilevazioni sono state implementate anche nella stazione di MI-Marche, attraverso l’installazione del modulo CPM sull’analizzatore di PM10 di cabina e permette la classificazione delle particelle in 7 range dimensionali a partire da 2.5 µm. In questo esemplare il detector è posto a 15° rispetto al fascio incidente, assicurando che la luce diffusa sia indipendente dalla natura delle particelle (Figura 4).
Figura 4: Principio di funzionamento del modulo CPM.
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Normativa
Il Decreto Legislativo n. 155 del 13/08/2010 ha recepito la Direttiva Europea 2008/50/CE e abrogato la normativa precedente riguardo i principali inquinanti atmosferici (D.P.C.M. 28/03/83, D.P.R. 203/88, D.M. 25/11/94, D.M. 60/02, D. Lgs. 183/04), istituendo un quadro normativo unitario in materia di valutazione e gestione della qualità dell’aria. Al fine di salvaguardare la salute umana e l’ambiente, stabilisce limiti di concentrazione, a lungo e breve termine, ai quali attenersi. Per valore limite si intende il livello di un inquinante fissato in base alle conoscenze scientifiche al fine di evitare, prevenire o ridurre gli effetti nocivi per la salute umana o per l’ambiente nel suo complesso e che non deve essere superato. In Tabella 1 sono riportati limiti previsti dalla normativa per il PM10 e alcuni dei suoi composti.
PM10 Valore limite (µg/m3) Periodo di mediazione
Valore limite protezione salute umana
(da non superare più di 35 volte per anno civile) 50 24 ore Valore limite protezione salute umana 40 Anno civile
PM2.5 Valore limite (µg/m3) Periodo di mediazione
Valore limite protezione salute umana 25 Anno civile Benzo(a)pirene Valore limite (ng/m3) Periodo di mediazione
Valore limite protezione salute umana 1 Anno civile Arsenico Valore obiettivo (ng/m3) Periodo di mediazione
Valore limite protezione salute umana 6 Anno civile Cadmio Valore obiettivo (µg/m3) Periodo di mediazione
Valore limite protezione salute umana 5 Anno civile Nichel Valore obiettivo (ng/m3) Periodo di mediazione
Valore limite protezione salute umana 20 Anno civile
Piombo Valore limite (µg/m3) Periodo di mediazione
Valore limite protezione salute umana 0.5 Anno civile Tabella 1: Valori limite e obiettivo per la protezione della salute umana secondo il D. Lgs. 155/10.
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Campagna di Misura
Sito di Misura
La campagna di approfondimento sul PM10 nel sito di Milano viale Marche si è svolta presso la stazione della Rete di Rilevamento della Qualità dell’Aria (RRQA). Si tratta di una stazione urbana di traffico, appartenente al Programma di Valutazione regionale (Latitudine: 45°29'46.69'' N, Longitudine:
9°11'27.47'' E). La stazione, territorialmente collocata nel nord-est del comune di Milano, si trova all’interno del Liceo Scientifico Statale Luigi Cremona e si affaccia direttamente su viale Marche, importante arteria stradale nella città di Milano.
Il comune di Milano si estende su una superficie di circa 182 km2 con un’altezza sul livello del mare variabile tra circa 102 e 147 metri (media a 122 m.s.l.m.). È un centro di 1 391 334 abitanti (al 30 giugno 2020, fonte ISTAT), con una densità di circa 7650 ab/km2.
Nelle figure successive, viene visualizzato il posizionamento della stazione di rilevamento di Milano- Marche all’interno del territorio comunale, fotografato rispettivamente dalle quote di 10000, 3000, 1000 e 300 metri. In Figura 9 la stessa centralina fotografata dal piano strada.
Figura 5: Immagine della stazione di rilevamento Milano-Marche da un’altezza di 10000 metri. Nella figura sono visibili anche le stazioni di Milano-Pascal (Urbana di Fondo), Milano-Senato (Urbana di Traffico) e Milano-Verziere (Urbano di Traffico), tutte dotate di analizzatore automatico di polveri.
15 Figura 6: Immagine della stazione di rilevamento Milano-Marche da un’altezza di 3000 metri.
Figura 7: Immagine della stazione di rilevamento Milano-Marche da un’altezza di 1000 metri.
16
Figura 8: Immagine della stazione di rilevamento Milano-Marche fotografata da un’altezza di 300 metri.
Figura 9: Stazione di rilevamento della qualità dell’aria Milano-Marche.
17 Le prime misure a MI-Marche sono iniziate nel 1973 con la misura di biossido di zolfo, poi interrotta con la decrescita progressiva nel corso degli anni; dal 1980 vengono misurati gli ossidi di azoto, cui si è aggiunta dal 1988 la misura di monossido di carbonio. Attualmente la stazione è dotata di analizzatori automatici per la misura degli inquinanti gassosi normati (NOX, CO, benzene). Le misure di concentrazione di massa del PM10 vengono effettuate a partire dal 1° ottobre 2018 mediante analizzatore automatico, affiancato da campionatori sequenziali che forniscono campioni utili sia per il controllo di Quality Assurance e Quality Control dei dati (QA/QC) che per consentire l’analisi dei filtri campionati ai fini della composizione chimica del PM10 e la eventuale determinazione della concentrazione di massa del PM2.5. In questo sito sono state implementate anche misure non convenzionali che consentono di fornire ulteriori informazioni, preziose per la discriminazione delle sorgenti che contribuiscono alla formazione di particolato: misure ottiche di Black Carbon con etalometri a 2 e 7 lunghezze d’onda e caratterizzazione fisica delle particelle mediante Optical Particle Counters (OPC).
Da aprile 2019, nell’ambito del progetto di approfondimento oggetto del presente report, è iniziata anche la determinazione sistematica di IPA e metalli normati sulle polveri raccolte, secondo le indicazioni del D. Lgs. 155/10. Inoltre, da aprile 2019 a marzo 2020, sui filtri raccolti di PM10 sono state effettuate tutte le analisi chimico-fisiche che consentono di determinarne le composizioni e tramite le quali è possibile effettuare ulteriori approfondimenti, ad esempio mediante l’applicazione di tecniche di source apportionment (SA).
Emissioni sul territorio
Per la stima delle principali sorgenti emissive sul territorio comunale di Brescia è stato utilizzato l’inventario regionale delle emissioni INEMAR (INventario EMissioni ARia), nella sua versione più recente “Emissioni in Lombardia nel 2017”.
L’inventario INEMAR, seguendo le impostazioni derivanti dalle esperienze nazionali e internazionali, è realizzato in base alle informazioni bibliografiche e tramite la partecipazione ai gruppi di coordinamento nazionali e internazionali. Le stime delle emissioni in atmosfera sono tipicamente soggette a grandi incertezze, dovute a numerose cause distribuite lungo tutta la procedura di stima. In particolare, un inventario regionale, per sua natura, non può considerare tutte le specificità locali e può soffrire di una incompleta qualità delle informazioni statistiche disponibili, inoltre, il soggetto delle emissioni è in continuo “movimento” cioè in trasformazione.
L’inventario INEMAR fornisce dunque una "fotografia" delle emissioni e va considerato come un
“database anagrafico” delle sorgenti presenti sul territorio con relativa stima delle quantità emesse.
Tuttavia, non può essere utilizzato come un puro e unico indicatore della qualità dell’aria di una specifica zona, in quanto non può tenere conto dell’interazione che le sostanze emesse possono avere con l’atmosfera, la meteorologia o l’orografia del territorio. In particolare, il vento, la pioggia, etc.
trasportano, disperdono o depositano gli inquinanti emessi alla fonte in tutto il territorio circostante, così che la qualità dell’aria dipende non solo dalle sorgenti locali ma dall’insieme degli inquinanti emessi in tutto il bacino territoriale e dalle loro interazioni.
Nell’ambito di tale inventario la suddivisione delle sorgenti avviene per attività emissive. La classificazione utilizzata fa riferimento ai macrosettori definiti secondo la metodologia CORINAIR (CORe INventory of AIR emissions) dell’Agenzia Europea per l’Ambiente:
18
• Produzione energia e trasformazione combustibili
• Combustione non industriale
• Combustione nell'industria
• Processi produttivi
• Uso di solventi
• Trasporto su strada
• Altre sorgenti mobili e macchinari
• Trattamento e smaltimento rifiuti
• Agricoltura
• Altre sorgenti e assorbimenti
Maggiori informazioni e una descrizione più dettagliata in merito all’inventario regionale sono disponibili sul sito web http://www.inemar.eu/xwiki/bin/view/Inemar/WebHome.
In Figura 10 i dati di INEMAR sono stati utilizzati per definire i contributi percentuali dei singoli macrosettori alle emissioni in atmosfera di PM10, PM2.5, EC, OC, BC, IPA (CLTRP), B(a)P, Cr, Hg, Cd, Ni, Zn, As, Pb, e Cu per il comune di Milano.
Figura 10: Contributi percentuali dei vari macrosettori alle emissioni in atmosfera di PM10, PM2.5, EC, OC, BC, IPA (CLTRP), B(a)P, Cr, Hg, Cd, Ni, Zn, As, Pb, e Cu per il comune di Milano.
25%
30%
16%
45%
12%
45%
51%
10%
11%
5%
16%
7%
8%
4%
3%
6%
20%
17%
59%
15%
23%
49%
41%
13%
6%
7%
45%
40%
70%
25%
76%
27%
22%
30%
22%
30%
78%
21%
71%
95%
6%
74%
7%
9%
16%
13%
13%
8%
25%
4%
5%
7%
35%
11%
10%
12%
4%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
PM10 PM2.5 EC OC BC IPA-CLTRP B(a)P Cr Hg Cd Ni Zn As Pb Cu
Contributi % dei macrosettori alle emissioni in atmosfera
Produzione energia e trasformazione combustibili Combustione non industriale Combustione nell'industria Processi produttivi
Uso di solventi Trasporto su strada
Altre sorgenti mobili e macchinari Trattamento e smaltimento rifiuti
Agricoltura Altre sorgenti e assorbimenti
19 Si sottolinea che tali contributi sono relativi alle sole componenti primarie, ovvero immesse direttamente in atmosfera, mentre non è quantificato il contributo delle componenti secondarie che traggono origine da reazioni chimiche in atmosfera.
Dal grafico emerge che, in relazione agli inquinanti esaminati, la maggior parte delle emissioni nel comune di Milano sono dovute al trasporto su strada, alla combustione industriale e non industriale (come, ad esempio, il riscaldamento degli edifici).
Questo è in linea con quanto atteso, essendo il territorio comunale di Milano ricco di infrastrutture e attività industriali, inoltre risulta essere un polo attrattivo per il trasporto su strada giornaliero, anche pesante.
In particolare, il trasporto da strada contribuisce significativamente alle emissioni di PM10, EC, BC e a rame, zinco e piombo (associati al consumo delle parti meccaniche); le combustioni industriali e non contribuiscono prevalentemente alle emissioni di OC e IPA, tra i quali il B(a)P.
È fondamentale sottolineare che le stime attribuite dall’inventario INEMAR non sono sufficienti per fornire indicazioni complete sulla qualità dell’aria: le sostanze prodotte dalle varie sorgenti non rimangono trattenute all’interno dei confini comunali ma subiscono fenomeni di trasporto e dispersione a opera dei vari agenti atmosferici.
Per una valutazione più generale e per avere un elemento di paragone, in Figura 11 sono stati confrontati i contributi percentuali dei vari macrosettori alle emissioni in atmosfera del PM10 relativi al comune di Milano con quelli stimati per la provincia di Milano (Figura 12) e per la regione Lombardia.
Figura 11: Contributi percentuali dei vari macrosettori alle emissioni in atmosfera di PM10 per Milano, la provincia di Milano (città metropolitana di Milano) e la regione Lombardia.
25%
25%
42%
7%
7%
8%
6%
4%
6%
7%
4%
45%
41%
23% 3% 6%
13%
9%
9%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Milano Prov. Milano Reg. Lombardia
Contributi % dei macrosettori alle emissioni in atmosfera di PM10
Produzione energia e trasformazione combustibili Combustione non industriale Combustione nell'industria Processi produttivi
Uso di solventi Trasporto su strada
Altre sorgenti mobili e macchinari Trattamento e smaltimento rifiuti
Agricoltura Altre sorgenti e assorbimenti
20
Figura 12: Confini dei comuni nella Città metropolitana di Milano.
Analisi dei dati
Quality Assurance/Quality Control del PM
I campionamenti effettuati a MI-Marche con i sistemi gravimetrici forniscono campioni in parallelo all’analizzatore automatico; con questi è possibili effettuare le varie analisi chimiche che consentono di chiudere la composizione del PM. Contestualmente permettono di effettuare il Quality Assurance e Quality Control dei dati di PM10 (QA/QC). Tale attività viene effettuata periodicamente in tutti i siti in cui si misura il PM, seguendo le indicazioni contenute nella “Guidance for the Demonstration of Equivalence”, del gennaio 2010, emessa ai sensi della 2008/50/CE.
In Figura 13 è mostrato l’andamento delle concentrazioni di PM10 misurate a Milano-Marche mediante campionatore gravimetrico e analizzatore automatico β, per misure in parallelo effettuate da aprile 2019 a marzo 2020. In Figura 14, mediante un grafico a dispersione, viene mostrata il rapporto tra le misure dei due strumenti, costruito con 269 coppie di dati validi. In accordo con la normativa, che individua come obiettivo di qualità un’incertezza sulla misura di PM10 al 25% valutata sul limite di 50 µg/m3, per concentrazioni inferiori al limite e pari al 25% della concentrazione misurata, per valori superiori al limite. Fatte eccezione per quattro coppie di dati le misure rientrano nei requisiti.
La correlazione, espressa mediante il coefficiente R2, dimostra un significativo accordo tra le misure effettuate.
21 Figura 13: Confronto tra l’andamento delle concentrazioni di PM10 misurate a Milano-Marche mediante campionatore gravimetrico e analizzatore automatico β, per misure in parallelo effettuate da aprile 2019 a marzo 2020.
.
Figura 14: Confronto tra il PM10 di Milano-Marche misurato mediante campionatore gravimetrico e analizzatore automatico β, per misure in parallelo effettuate da aprile 2019 a marzo 2020.
0 25 50 75 100 125 150 175 200
concentrazione (µg/m3)
Andamento concentrazioni di PM10 a MI-Marche: gravimetrico vs β
Campionatore Gravimetrico Analizzatore β
0 25 50 75 100 125 150 175 200
0 25 50 75 100 125 150 175 200
analizzatore β
campionatore gravimetrico
PM10 MI-Marche (µg/m3): gravimetrico vs β
y = 1.03x - 0.48 R2= 0.96
22
In Figura 15 è mostrato il box plot delle differenze tra campionatore gravimetrico e automatico; questa elaborazione ha consentito di evidenziare che il 50% di queste differenze rientra in un intervallo molto stretto di valori, rafforzando l’evidenza dell’accordo tra gli strumenti.
Figura 15: Box plot delle differenze tra campionatore gravimetrico e automatico per le misure in parallelo effettuate da aprile 2019 a marzo 2020 nel sito di Milano-Marche. Il box grigio delimita l’area dell’interquartile IQR (differenza tra il terzo e il primo quartile), divisa in due parti dalla line della mediana; la “X” individua la media; i baffi (barre positiva e negativa) individuano rispettivamente la partizione interna superiore (UIF), che è il terzo quartile più 1.5*IQR, e la partizione interna inferiore (LIF), che è il primo quartile meno 1.5*IQR; i punti grigi rappresentano i valori “esterni” alla partizione interna (UIF-LIF) mentre le crocette rosse individuano i valori
“anomali” rispettivamente maggiori di 3*IQR (UOF) e minori di -3*IQR (LOF).
Le concentrazioni di massa del PM10
In Figura 16 è ripotato l’andamento delle concentrazioni medie giornaliere di PM10 misurate a Milano- Marche dal 1° gennaio 2018 al 31 dicembre 2020 confrontato con la variabilità regionale, ovvero con il massimo e il minimo valore misurato considerando tutte le centraline fisse della Rete di Rilevamento della Qualità dell’Aria di ARPA Lombardia (RRQA)3. Come si può vedere, l’andamento delle concentrazioni misurate a Milano-Marche è confrontabile con quanto misurato nelle altre stazioni della rete lombarda, attestandosi, in termini assoluti, nella parte alta della distribuzione dei valori misurati. Questo è coerente con le caratteristiche del sito, urbano di traffico, inserito nel tessuto della città più urbanizzata della Lombardia.
In Figura 17 la stessa curva è confrontata con gli andamenti delle concentrazioni medie giornaliere di PM10 misurate nelle altre stazioni appartenenti al territorio comunale di Milano, ovvero Milano via Pascal (Urbana di Fondo), Milano via Senato (Urbano di Traffico) e Milano via Verziere (Urbana di Traffico). In questo grafico, la coerenza tra le misure, sia come andamenti sia in valori assoluti, è ancora maggiore, avendo ristretto la valutazione a stazioni inserite nel medesimo tessuto urbano, sicuramente più omogeneo per quanto riguarda diverse variabili come il grado di urbanizzazione, l’orografia del territorio, le condizioni meteo-climatiche e il carico emissivo delle differenti sorgenti. Il
3 La Rete di Rilevamento della Qualità dell’Aria di ARPA Lombardia (RRQA) prevede 65 stazioni di misura, appartenenti al Programma di Valutazione regionale, dotate di analizzatori automatici di PM10.
-30 -20 -10 0 10 20 30
Δ(µg/m3)
Box plot differenze gravimetrico - automatico
IQR Media
23 picco del 1° gennaio 2020, ben visibile in entrambi i grafici, è da attribuirsi principalmente alle emissioni dei fuochi artificiali durante la notte di Capodanno; in tale occasione la stazione di Milano-Marche ha registrato una concentrazione di PM10 pari a 179 µg/m3.
Figura 16: Andamento delle concentrazioni medie giornaliere di PM10 dal 1° gennaio 2018 al 31 dicembre 2020.
La linea rossa individua le concentrazioni di PM10 misurate a Milano-Marche. L’area grigia “Max-Min RRQA”
rappresenta, per ogni giorno, la variabilità delle concentrazioni di PM10 registrate su tutta la rete di rilevamento, prendendo come estremi il massimo e minimo valore della regione Lombardia.
Figura 17: Andamento delle concentrazioni medie giornaliere di PM10 dal 1° gennaio 2018 al 31 dicembre 2020.
La linea rossa individua le concentrazioni di PM10 misurate a Milano-Marche. Le linee in diverse tonalità di grigio individuano le concentrazioni di PM10 misurate dalle altre stazioni appartenenti al territorio comunale di Milano.
La linea rossa tratteggiata individua il limite di 50 µg/m3 sulle concentrazioni medie giornaliere.
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
concentrazione (µg/m3)
Concentrazioni medie giornaliere di PM10
Max-Min RRQA MI-Marche
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
concentrazione (µg/m3 )
Concentrazioni medie giornaliere di PM10
MI-Pascal MI-Verziere MI-Senato MI-Marche Limite
24
In Figura 18, tramite grafici a dispersione, il confronto tra Milano-Marche e le altre stazioni della RRQA viene quantificato mediante le rette di regressione lineare: la correlazione con il valore mediato su tutte le centraline della Lombardia, espressa mediante il coefficiente R2= 0.90, mostra un buon accordo tra i dati; il rapporto tra i valori assoluti, espressa tramite il coefficiente angolare della retta, indica che nel sito di viale Marche si hanno, generalmente, concentrazioni del 30% circa superiori rispetto alla media regionale. Se restringiamo il confronto alle sole centraline di Milano città, si osserva un aumento importante della correlazione (R2 = 0.95) e una diminuzione del coefficiente angolare tale per cui nel sito di Milano-Marche si registrano, mediamente, concentrazioni superiori del 9% circa rispetto alla concentrazione media delle altre stazioni nella città di Milano. Se si restringe ulteriormente il confronto, considerando la sola stazione di Milano-Senato (da traffico come Milano- Marche), si può osservare come il coefficiente angolare della retta si riduca all’unità, confermando una sostanziale uguaglianza nelle concentrazioni di PM10 misurate nelle due stazioni di rilevamento.
Figura 18: Grafici a dispersione per il confronto tra le concentrazioni giornaliere di PM10 misurate a Milano- Marche con le concentrazioni giornaliere ottenute mediando rispettivamente: a sinistra, i valori misurati giornalmente da tutte le stazioni della RRQA della Lombardia (pallini grigi) e i valori misurati giornalmente da tutte le stazioni site all’interno del comune di Milano (pallini rossi); a destra, i valori misurati giornalmente da tutte le stazioni della RRQA della Lombardia (pallini grigi) e i valori misurati dalla sola stazione di Milano-Senato (pallini rosso scuro). Il periodo di riferimento è 1° gennaio 2018 ÷ 31 dicembre 2020.
In Figura 19 è riportato l’andamento delle concentrazioni medie mensili di PM10 misurate a Milano- Marche da gennaio 2018 a dicembre 2020 confrontato con le principali statistiche relative a tutte le centraline fisse della RRQA. Come si può vedere, le concentrazioni mensili di PM10 racchiuse tra il 25°
e il 75° percentile descrivono un’area abbastanza ristretta di valori e con un andamento molto coerente, evidenza delle proprietà diffusive delle polveri fini in atmosfera e della loro distribuzione piuttosto omogenea su gran parte del territorio. Le concentrazioni dei mesi più freddi sono risultate mediamente più elevate di quelle dei mesi più caldi, a causa sia dalle condizioni atmosferiche particolarmente sfavorevoli alla dispersione degli inquinanti sia alle sorgenti aggiuntive tipiche del periodo invernale (su tutte il riscaldamento). Come già osservato per le medie giornaliere, l’andamento
25 delle concentrazioni misurate a Milano-Marche è risultato coerente con il comportamento generale del PM10 in Lombardia, prossimo al 75° percentile regionale durante i mesi più caldi e vicino al massimo regionale durante i mesi più freddi, ma comunque all’interno della variabilità regionale.
Figura 19: Andamento delle concentrazioni medie mensili di PM10 da gennaio 2018 a dicembre 2020. Nei grafici, la linea rossa “MI-Marche” individua le concentrazioni di PM10 misurate dal campionatore automatico del sito in esame; la linea blu “Media Città MI” individua le concentrazioni di PM10 ricavate come media dei valori misurati in tutte le stazioni appartenenti al comune di Milano. Le linee grigie indicate come “Max-Min RRQA”
rappresentano la variabilità delle concentrazioni di PM10 registrate su tutta la rete di rilevamento, prendendo come estremi il massimo e minimo valore mensile registrato tra le stazioni della regione Lombardia. L’area grigia indicata come “75°-25° perc. RRQA” rappresenta l’insieme dei valori compresi fra il 25° e il 75° percentile della distribuzione dei valori di concentrazione, considerando tutte le stazioni della regione Lombardia; la linea nera tratteggiata “Media RRQA” è la media di tutte le concentrazioni mensili, mese per mese, registrate dalle stazioni della RRQA di ARPA Lombardia.
In Figura 20, dove le concentrazioni medie mensili sono riportate sotto forma di istogrammi, viene quantificato mese per mese il rapporto tra i valori misurati nella stazione di Milano-Marche e, rispettivamente, la media di tutte le stazioni delle Lombardia e la media delle stazioni della città di Milano. Come già osservato nel grafico di Figura 18, il rapporto risulta generalmente maggiore di 1 (sempre nel caso della media regionale), con valori tendenzialmente più alti durante i mesi più freddi.
In Figura 21 l’andamento annuale delle concentrazioni medie mensili di PM10, misurate a Milano- Marche da gennaio 2018 a dicembre 2020, sono confrontate per i diversi anni. In tale grafico, per ogni anno, è ben visibile il caratteristico andamento stagionale delle concentrazioni di PM10, con valori più elevati durante la stagione fredda. È interessante notare come i mesi di marzo, aprile e maggio 2020, nonostante il blocco di molte attività a causa del lockdown dovuto all’emergenza Covid-19, siano risultate simili (marzo) o addirittura superiori (aprile, maggio) rispetto a quelle del 2019; ancora più notevole il dato di novembre 2020 quando, nonostante un parziale lockdown, è stata registrata una concentrazione media ben superiore agli anni precedenti (e alla normale statistica relativa a tale mese). Questo a dimostrazione della complessa dinamica della dispersione degli inquinanti in
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
concentrazione (µg/m3)
Concentrazioni medie mensili
75°-25° perc. RRQA Max-Min RRQA Media RRQA
MI-Marche Media Città MI
26
atmosfera, condizionata da diversi parametri tra i quali le sorgenti (quindi la quantità/qualità delle emissioni), le condizioni meteoclimatiche e le condizioni ambientali che influiscono sulle reazioni chimico-fisiche in cui sono coinvolti gli inquinanti.
Figura 20: Concentrazioni medie mensili di PM10 da gennaio 2018 a dicembre 2020 per il sito di Milano-Marche, la media di tutte le stazioni della RRQA della Lombardia e la media di tutte le stazioni di Milano, con il relativo rapporto.
Figura 21: Confronto tra l’andamento annuale delle concentrazioni medie mensili di PM10 misurate a Milano- Marche da gennaio 2018 a dicembre 2020.
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6
0 10 20 30 40 50 60 70 80
gen-18 mar-18 mag-18 lug-18 set-18 nov-18 gen-19 mar-19 mag-19 lug-19 set-19 nov-19 gen-20 mar-20 mag-20 lug-20 set-20 nov-20 Rapporto (#)
concentrazione (µg/m3)
Concentrazioni medie mensili di PM10
Media RRQA MI-Marche
Media MI Rapporto MI-Marche/Media RRQA
Rapporto MI-Marche/Media MI
0 10 20 30 40 50 60 70 80
concentrazione (µg/m3)
MI-Marche: Concentrazioni medie mensili PM10
2020 2019 2018
27 La normativa (D. Lgs. 155/10) prevede per il PM10 dei valori limite valutati su base annua, ovvero 40 µg/m3 sulla concentrazione media annuale e 50 µg/m3 sulla concentrazione media giornaliera da non superare più di 35 volte all’anno.
Come si può vedere dalle Figura 22 e Figura 23, i superamenti del limite sulla media giornaliera avvengono prevalentemente nei periodi freddi gennaio ÷ marzo e ottobre ÷ dicembre, con novembre generalmente mitigato dalle abbondanti precipitazioni, solitamente abbondanti in questo mese.
Questo fenomeno è ben visibile per gli anni 2018 e 2019 mentre nel 2020, come già accennato, l’insolita carenza di pioggia nel mese di novembre ha favorito l’accumulo degli inquinanti e nello specifico delle polveri sottili, provocando un repentino aumento del numero di giorni di superamento del valore limite. È interessante sottolineare come, negli ultimi anni, il raggiungimento del massimo di 35 giorni, concessi secondo normativa, di superamento del limite giornaliero sia avvenuto generalmente tra febbraio e marzo nella città di Milano e solo a dicembre a livello di media regionale, fatta eccezione per il 2020 quando tale soglia è stata superata già a novembre.
In Figura 24, Figura 26 e Figura 28 sono riportate le concentrazioni media annuali, rispettivamente per gli anni 2018, 2019 e 2020, determinate per tutte le 65 stazioni della RRQA di ARPA Lombardia provviste di analizzatore automatico di PM10. Come si può notare, in questi due anni tutte le stazioni hanno rispettato il limite sulla concentrazione media annuale. Nello specifico, il sito di Milano-Marche ha registrato una media di 35.5 µg/m3 nel 2018, di 35.4 µg/m3 nel 2019 e di 34.6 µg/m3 nel 2020, che sono risultate essere le concentrazioni più alte misurate nella città di Milano, fatta eccezione per il 2020 quando il valore più alto è stato registrato dalla stazione di Milano-Senato, ma non le più alte in assoluto nella regione Lombardia.
Analogamente, in Figura 25, Figura 27 e Figura 29 sono riportati, per il 2018, 2019 e 2020, i numeri di giorni in cui è stato superato il limite sulla concentrazione media giornaliera, per tutte le centraline delle RRQA. A differenza del limite sulla concentrazione annuale, molte stazioni della rete hanno superato il limite di 35 giorni imposta dalla normativa, soprattutto quelle site nella bassa Pianura Padana (dove il ristagno dell’aria è maggiore rispetto alle zone alpine o prealpine) e nei grandi agglomerati urbani. Nello specifico, il sito di Milano-Marche ha registrato 80 superamenti nel 2018, 72 nel 2019 e 79 nel 2020, ovvero il maggior numero di giorni tra le stazioni della città di Milano, fatta eccezione per il 2020 (90 a Milano-Senato), ma non il maggiore in assoluto nella regione Lombardia. I valori più alti registrati nel sito di Milano-Senato nel corso del 2020 sono connessi alle prolungate attività di un cantiere edile adiacente alla stazione di misura (attivo ancora nel 2021).
Dai grafici delle figure si nota che la stazione con la più alta concentrazione media di PM10 e con il maggior numero di superamenti appartiene generalmente alla provincia di Brescia: si tratta di Rezzato.
Questo è un sito suburbano industriale, dove sono presenti cave e diverse attività industriali ed artigianali legate alla lavorazione del marmo. Lo studio effettuato sulla composizione chimica, visitabile e scaricabile dal sito4 di ARPA Lombardia, ha evidenziato la presenza del carbonato di calcio quale causa delle differenze di concentrazione tra il PM10 misurato a Rezzato e nel resto della provincia di Brescia, ovvero tali differenze sono dovute alle attività locali di lavorazione del marmo.
Tutte le stazioni utilizzate per le analisi appartengono al programma di valutazione regionale e hanno registrato, per ciascun anno considerato, un rendimento maggiore all’80%.
4 https://www.arpalombardia.it/Pages/Aria/Qualita-aria.aspx?mappa=sm#/topPagina.
28
Figura 22: Andamento, durante l’anno, del numero di giorni di superamento del limite sulla concentrazione media giornaliera di PM10 (50 µg/m3) registrati dalla stazione di Milano-Marche nel 2018÷2020.
Figura 23: Andamento, durante l’anno, del numero di giorni di superamento del limite sulla concentrazione media giornaliera di PM10 (50 µg/m3) registrati mediamente da tutte le stazioni della RRQA di ARPA Lombardia nel 2018÷2020.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
N°giorni di superamento
MI-Marche: N° di superamenti del valore limite giornaliero del PM10
2018 2019 2020 limte 35 giorni
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
N°giorni di superamento
Lombardia: N° di superamenti del valore limite giornaliero del PM10
2018 2019 2020 limite 35 giorni
29 Figura 24: Concentrazioni medie annuali di PM10 nel 2018 determinate per ciascuna delle 65 centraline della RRQA di ARPA Lombardia. Le diverse tonalità di colore suddividono le provincie; Milano-Marche è evidenziata in rosso; la linea rossa individua il limite sulla concentrazione annuale di 40 µg/m3 come stabilito da D. Lgs. 155/10.
Figura 25: Numero di giorni del 2018 in cui si è superato il limite di 50 µg/m3 sulla concentrazione media giornaliera di PM10 per ciascuna delle 65 centraline della RRQA di ARPA Lombardia. Le diverse tonalità di colore suddividono le provincie; Milano-Marche è evidenziata in rosso; la linea rossa individua il limite massimo di 35 giorni come stabilito da D. Lgs. 155/10.
36
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
BERGAMO BRESCIA COMO CREMONA LECCO LODI MANTOVA MILANO MONZA PAVIA SONDRIO VARESE
Concentrazione (µg/m3)
Concentrazioni medie annuali di PM10 per il 2018
Limite concentrazione: 40
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
BERGAMO BRESCIA COMO CREMONA LECCO LODI MANTOVA MILANO MONZA PAVIA SONDRIO VARESE
N°giorni di superamento
