POLITECNICO DI MILANO
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA IDRAULICA, AMBIENTALE E DEL RILEVAMENTO
Sezione Ambientale
Progetto Parfil - III annualità
Misura di particolato ultrafine e nanoparticelle alle emissioni di sorgenti industriali e in atmosfere urbane
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IASSUNTO RAPPORTO FINALEUO4 T
ECHNICAL SUMMARYUO4
Responsabile scientifico:
prof. Michele Giugliano DATA
NOVEMBRE 2008
REDATTO SEZIONE AMBIENTALE
APPROVATO RELAZIONE N°
661.1.9002.10.72
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Progetto Parfil III annualità
PLG Misura di particolato ultrafine e nanoparticelle alle emissioni di sorgenti industriali e in atmosfere urbane
UO4 DIIAR – Politecnico di Milano
1. Contenuti e scopi della ricerca
Nell’ambito della distribuzione multimodale del particolato atmosferico, molto interesse sta ricevendo negli ultimi tempi la componente cosiddetta ultrafine. Non è ancora assestata una terminologia conclamata, ma per frazione “ultrafine” si intende, in generale, la frazione con particelle di diametro < 100 nm (PU), mentre si tende ad individuare con il termine di nanoparticolato la classe granulometrica di diametro < 10 nm (NP). L’interesse è mosso soprattutto dagli effetti specifici che le PU svilupperebbero sull’organismo umano. Le dimensioni delle PU, a cui si associano elevatissime superfici specifiche, fanno presumere alte capacità di trasporto di sostanze tossiche e possibilità di traslocazione in organi extrapolmonari. C’è abbastanza accordo tra gli studiosi sull’assunto che gli impatti di queste classi granulometriche non sono rappresentati dagli standard che regolano attualmente il particolato fine.
La ricerca si propone di analizzare queste presenze in aree caratterizzate della Lombardia e di interpretarne i valori alla luce dei riferimenti disponibili.
2. Le aree monitorate
Utilizzando le cabine già esistenti dell’ARPA saranno monitorati due aree urbane della Lombardia (Milano ed una media città capoluogo di provincia) in due siti rappresentativi delle stesse:
- sito esposto al traffico;
- sito di fondo urbano
Sarà campionato anche un terzo sito della Val Padana (fondo areale) il più possibile lontano da fonti antropiche.
Il campionamento, organizzato in campagne settimanali distribuite nel corso dell’anno, sarà mirato ad individuare il ciclo giornaliero e settimanale ed i livelli stagionali (estate - inverno) delle presenze.
Sorgenti industriali
Valutazione preliminare delle emissioni delle principali fonti industriali (inceneritori e turbogas) attraverso misure e/o valutazioni da letteratura o in sinergia con altri progetti. Se necessario, ARPA potrà collaborerà per garantire l’accesso ad un impianto turbogas.
Unità operativa 4 (UO4) DIIAR Politecnico di Milano:
prof. Michele Giugliano prof. Stefano Cernuschi ing. Giovanni Lonati ing.. Senem Ozgen ing. Monica Crippa ing. Ilaria Luraghi
ing. Giovanni Sghirlanzoni ing. Ruggero Tardivo
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Riassunto
Nell’ambito del progetto PARFIL III annualità dedicato alla misura di particolato ultrafine e nanoparticelle sono state condotte campagne di misura della concentrazione in numero del particolato atmosferico mirate ad individuare il ciclo giornaliero e settimanale ed i livelli stagionali delle presenze.
Le campagne di misura sono state effettuate in 5 siti di rilevamento, di cui 3 rappresentativi dei livelli di inquinamento di fondo urbano (Pascal Città Studi – Milano, Politecnico di Milano e Cantù – Como), in quanto non direttamente esposti alle emissioni provenienti dalla sorgente traffico, e 2 significativamente influenzati dal traffico veicolare (Viale Marche – Milano e Fino Mornasco – Como). Le misure sono state effettuate nell’intervallo temporale compreso tra giugno e ottobre 2008, per un numero complessivo di 96 giorni di rilevamento, suddivisi in 7 campagne di monitoraggio. I cicli di campionamento hanno riguardato sia le ore diurne sia quelle notturne, al fine di evidenziare i differenti livelli di concentrazione rappresentativi di queste due periodi temporali. I dati di concentrazione numerica sono stati acquisiti con un contatore di particelle a condensazione (CPC mod. 3775, TSI) e con un impattore a bassa pressione elettrico (ELPI, Dekati), che fornisce anche la distribuzione granulometrica del numero delle particelle. I dati sono stati elaborati per l’intervallo dimensionale 0.004-3 µm nel caso del CPC, e 0.007-3 µm nel caso dell’ELPI. Le singole campagne di misura sono state caratterizzate anche in termini di inquinamento da macroinquinanti gassosi (principalmente NO, NO2, NOX e CO misurati dalle stazioni della rete regionale di monitoraggio della qualità dell’aria) e di caratteristiche meteorologiche del periodo (temperatura, umidità relativa, precipitazione, pressione atmosferica, radiazione solare, velocità e direzione del vento), anche valutando le caratteristiche dispersive dei bassi strati dell’atmosfera in termini di categorie Pasquill-Gifford, l’evoluzione giornaliera dello strato rimescolato e, ove possibile, la stabilità atmosferica notturna.
L’evoluzione giornaliera delle concentrazioni orarie del numero di particelle è stata analizzata congiuntamente con quella dei principali inquinanti atmosferici e parametri meteorologici, al fine di valutare l’eventuali correlazioni da cui individuare il ruolo delle sorgenti primarie attive nella zona.
I valori di concentrazione in numero di particelle rilevati in siti di fondo urbano variano tra 1.3·104 e 2·104 cm-3, mentre le concentrazioni medie misurate in siti di traffico si collocano in un intervallo compreso tra 2.7·104 e 5.3·104 cm-3. I risultati ottenuti per tutte le campagne, mostrano una ciclicità giornaliera dei livelli di concentrazione di particelle: i minimi si osservano in corrispondenza delle ore notturne e pomeridiane, mentre quelli massimi durante le ore di intenso traffico veicolare, mattutine e serali (tipicamente tra le ore 7-9 e le ore 19-21). La ciclicità dell’andamento giornaliero
4 evidenziata è legata a quella caratteristica dei principali inquinanti di combustione (quali NOX e CO), riconducibili principalmente alla sorgente traffico. Tale situazione è maggiormente visibile nelle ore di punta mattutine e serali quando si riscontrano peraltro elevate presenze di NO e CO, mentre nelle ore pomeridiane assumono talvolta rilevanza episodi di inquinamento secondario fotochimico, evidenziati da elevate concentrazioni di O3 e NO2. Per quanto riguarda la distribuzione granulometrica delle particelle invece si osserva invece una minore uniformità anche in siti di caratteristiche simili. Durante le campagne di misura, infatti, le distribuzioni granulometriche ed i relativi valori del diametro modale, pur rimanendo prevalentemente nella frazione ultrafine (<0.1 µm), risentono in maniera più marcata delle condizioni e situazioni locali del sito di misura rispetto a quanto osservato per la concentrazione numerica complessiva.
Technical summary
Particle number concentration measurement campaigns are conducted in the frame work of PARFIL Project III year dedicated to the measurement of the atmospheric ultrafine particulate matter and nanoparticles. The campaigns aimed also to the determination of the diurnal and weekly cycle, and seasonal concentration levels.
The measurement campaigns are performed in five monitoring sites, three of which are representative of the urban background pollution (Pascal Città Studi – Milano, Politecnico di Milano and Cantù – Como), being not directly exposed to traffic emissions, and other two sites significantly influenced by the vehicular traffic (Viale Marche – Milano and Fino Mornasco – Como). The measurements are conducted during the period from June through October 2008, for a total number of 96 days, split in 7 monitoring campaigns. The sampling cycles included daytime and nighttime measurements in order to highlight the different concentration levels representative of these two time periods. Two instruments are deployed for the particle number concentration measurement: a condensation particle counter (CPC mod. 3775, TSI), and an electrical low pressure impactor (ELPI, Dekati), which gives also the particle number size distribution. The data is processed for the particle diameters in the range of 0.004-3 µm in case of CPC, and 0.007-3 µm in case of ELPI. The individual campaigns are characterized also in terms of gaseous criteria pollutants (mainly NO, NO2, NOX e CO measured by the regional monitoring network) and in terms of meteorology of the period (temperature, relative humidity, precipitation, atmospheric pressure, solar radiation, wind speed and direction), evaluating also the dispersive characteristics of the lower atmosphere in relation to Pasquill-Gifford stability categories, diurnal mixed layer evolution, and, where possible, nocturnal stable boundary layer. The daily pattern of the hourly particle number
5 concentration is analyzed together with that of the atmospheric pollutants and meteorological parameters, in order to assess the presence of any correlation to indicate the role of the primary sources active in the area.
The particle number concentration levels measured at the urban background sites range between 1.3·104 and 2·104 cm-3, whereas average concentrations registered at the traffic sites are in the range of 2.7·104 and 5.3·104 cm-3. The particle number concentration results, on the whole, show a diurnal cycle: minimum levels are observed during night time and in the afternoon, whereas the maximum levels are observed throughout the morning and evening traffic rush hours (typically between 7-9 and 19-21). The cyclic trend of the daily pattern revealed by the study is related to that of the main combustion pollutants, namely NOx and CO, associated principally to the traffic source. This situation is more noticeable in the morning and evening rush hours when high NO and CO levels are observed; on the other hand sometimes secondary formation events become important in the afternoon evidenced by high concentration of O3 and NO2. Regarding the particle size distribution less uniformity is found, even for the sites with similar characteristics. As a matter of fact, during the measurement campaigns the size distributions and the respective modal diameters, though mainly placed in the ultrafine (<0.1 µm) size fraction, differently than what is observed with the number concentration, are influenced more markedly by the local conditions of the measurement site.
