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CAPITOLO 1
Premessa
1.1 Introduzione
Il particolato atmosferico è costituito da un insieme di particelle, sia organiche che inorganiche, con caratteristiche generalmente molto diverse tra loro, la cui composizione può essere differente a seconda dell’ambiente di provenienza, del periodo dell’anno, delle fonti (traffico autoveicolare, riscaldamento, emissioni industriali o agricole, particelle di suolo erose e trasportate dal vento) e può cambiare nel tempo.
Sulla base delle sue dimensioni il particolato viene convenzionalmente suddiviso in due frazioni, una più grossolana (detta PM10) e l’altra più fine, costituita da particelle
con diametro aerodinamico minore di 2,5 µm e chiamata per questo PM2,5.
Il particolato può essere immesso direttamente da sorgenti “dirette” (particolato primario) ma si forma anche per reazioni (omogenee e eterogenee) di precursori gassosi (particolato secondario). Altre distinzioni comuni si riferiscono a sorgenti naturali/antropiche e a sorgenti derivanti o meno da processi di combustione.
La frazione più fine si origina generalmente da processi che avvengono ad elevate temperature e/o processi di formazione “secondaria”gas-particella; queste particelle trasportano composti inorganici (come solfati, nitrati e carbonio elementare) ed organici, oltre a componenti semivolatili (Seinfeld 1998). I processi meccanici come l’erosione, la corrosione e l’abrasione di materiali producono invece le particelle più grossolane che fanno parte della frazione PM10 (Raes et. al., 2000) . Esse trasportano,
ad esempio, componenti del suolo e spray marino (Seinfeld 1998).
La dimensione e la composizione del PM dipende comunque non solo dai processi emissivi ma, specie per le frazioni più fini, anche dai processi di trasformazione ai quali le particelle vanno incontro dopo la loro emissione in atmosfera (Pope et. al.,
1995)
Dal punto di vista sanitario, le particelle più grossolane contenute nella frazione granulometrica PM10 possono raggiungere la parte superiore dei polmoni, mentre
quelle più fini (PM2,5) penetrano più in profondità e possono raggiungere la regione
alveolare (Pope et. al. 1995).
Sulla base di queste caratteristiche è stata data nel tempo un’attenzione sempre maggiore al particolato e ai suoi possibili effetti, tanto da rendere necessaria la determinazione della sua concentrazione in atmosfera, anche se spesso questa stima presenta un considerevole grado di incertezza.
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1.2 Scopo della Tesi
Gli obiettivi di questo lavoro di tesi sono stati sostanzialmente due:
a) riconoscere, interpretando i dati chimici e meteorologici, fonti e processi che determinano la composizione del particolato (PM10 e PM2.5);
b) evidenziare le differenze di composizione chimica tra PM10 e PM2.5
I casi di studio considerati hanno riguardato tre diverse zone della Toscana : • La Piana di Cascina (Virgo);
• La zona di Montespertoli (nelle vicinanze della discarica di Casa Sartori); • La città di Viareggio (quartiere Marco Polo);
Gli ambienti di Montespertoli e di Virgo (vicino a Cascina) sono prevalentemente rurali; il primo è caratterizzato dalla vicinanza ad una discarica di rifiuti non pericolosi, mentre il secondo è situato prossimo ad una strada di grande comunicazione regionale, pochi chilometri di distanza da Cascina, Pontedera, Pisa e dalla zona industriale di Gello). Il punto di misura di Viareggio è stato situato nei pressi di una stazione automatica di monitoraggio del tipo “Urbana di fondo”.
Le campagne sono state effettuate dal 17/01/2007 al 07/02/2007 (Virgo), dal 17/12/2007 al 21/12/2007 (Montespertoli) e dall’ 1/02/2008 al 19/02/2008 (Viareggio).
Per il rilevamento è stato impiegato un campionatore gravimetrico LVS, dotato di una testa di prelievo del tipo US-EPA con portata di flusso d’aria aspirata di 1 m3/h, mentre la determinazione gravimetrica del particolato, raccolto su filtri in fibra di quarzo, è stata eseguita utilizzando una bilancia analitica (errore sulla misura di 10 µg), secondo quelle che sono le indicazioni previste dalla norma italiana UNI-EN 12341 che ha recepito la normativa europea.
I campioni raccolti durante le tre campagne sono stati analizzati al fine di determinare le concentrazioni delle principali specie chimiche inorganiche solubili in acqua (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, SO4 2-, NO3 -, Cl- e NH4 +
). Lo ione ammonio è stato analizzato utilizzando un elettrodo specifico, mentre gli altri sono stati determinati attraverso l’impiego di tecniche di cromatografia ionica.
L’estrazione delle varie specie chimiche considerate è stata effettuata solo su metà filtro, utilizzando sempre una tecnica a freddo in cui ciascun campione è stato immerso in 20 ml di acqua deionizzata.
Per l’estrazione dei campioni raccolti durante la prima campagna è stato impiegato un metodo che ha previsto l’utilizzo di ultrasuoni, mentre per quelli relativi al campionamento di Montespertoli e Viareggio è stato usato un agitatore orizzontale.
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Particolare attenzione è stata riservata allo studio del particolato di Viareggio. Nel periodo di campionamento sono stati raccolti sia campioni di PM10 che di PM2,5, per
un totale di 19 filtri. Come già detto il campionamento è stato effettuato nelle immediate vicinanze di una centralina ARPAT, facente parte della rete di monitoraggio della qualità dell’aria. Ciò ha consentito di confrontare i livelli di concentrazione di PM10, ottenuti seguendo il metodo gravimetrico di riferimento
previsto dal DM 60/2002, con quelli forniti dalla centralina. Ciò ha evidenziato differenze sistematiche significative, fatto già noto in letteratura (Hueglin et. al.,
2004; Slanina et. al., 2004; EC, 2001; Gehrig et.al., 2005; Hauck et. al., 2004). Si è reso quindi necessario determinare una legge empirica che consentisse il confronto fra i due gruppi di valori.
Nel caso di Viareggio la disponibilità dei dati meteorologici, forniti dall’Istituto Tecnico Nautico “Artiglio”, ha consentito di effettuare una elaborazione che ha evidenziato le correlazioni fra composizione chimica e le possibili sorgenti di particolato.
