Il caso di Piombino
Il territorio di Piombino
La città di Piombino, estremo sud della provincia di Livorno, è situata lungo la costa tirrenica, proprio di fronte all’isola d’Elba, alla base di un promontorio la cui altezza massima non supera i 300 m, e al margine di un’area pianeggiante, la Val di Cornia (chiamata così perché è la pianura alluvionale del fiume Cornia). Subito a sud del promontorio vi è un ampio golfo, il golfo di Follonica, dove sono situate, proprio lungo la costa, perlopiù a ridosso dell’abitato di Piombino, tutte le principali attività industriali della zona. In alcuni quartieri della città è possibile trovarsi a poche centinaia di metri dai forni per la produzione del coke, cumuli di stoccaggio del carbon fossile o convertitori per la trasformazione dell’acciaio. Dal lato opposto dell’abitato, invece, l’impatto della vasta zona industriale, così pesante al Cotone, risulta, seppur presente, molto attenuato, tanto che Salivoli è un quartiere turistico.
Figura 1: Il promontorio, la città di Piombino e la Val di Cornia
Le sorgenti di particolato nell’area di Piombino
Con lo scopo di caratterizzare l’area di Piombino da un punto di vista delle sorgenti di particolato primario e di precursori del particolato secondario, sono
descritte di seguito le principali fonti di emissione della zona, dando particolare rilevanza a quelle più vicine ai siti di campionamento. Altre possibili sorgenti potrebbero essere presenti, sia continue che discontinue, anche se con quelle considerate si dovrebbe spiegare il grosso delle emissioni.
Le sorgenti descritte sono quelle industriali (convogliate e diffuse), lo spray marino, il traffico. Alcune considerazioni sono anche fatte sui riscaldamenti domestici e sulle piante. Altre fonti industriali, oltre alle elencate, provengono da movimentazioni di terreno, operazioni di scavo, prelievo di scorie di produzione, colate di ghisa ed acciaio, evaporazione di solventi, aerosol liquidi da torri di raffreddamento.
Le sorgenti convogliate
In questo gruppo di sorgenti rientrano quelle emissioni convogliate, ovvero incanalate in condotte che convergono infine in ciminiere, generalmente di ampio diametro ed alte alcune decine di metri. Sono tipiche sorgenti puntuali, che rilasciano inquinanti nell’atmosfera in quota; la loro influenza sulle aree circostanti dipende molto dalle condizioni meteorologiche. Un esempio classico di quanto detto si verifica quando il pennacchio emesso dal camino (col rispettivo innalzamento) sfonda lo strato di inversione termica, impedendo agli inquinanti di ricadere in aree vicine alla fonte di emissione; viceversa, quando il pennacchio rimane imprigionato nello strato limite (condizione di fumigazione), proprio le zone circostanti sono quelle con maggior presenza di inquinanti, che non hanno avuto modo di diluirsi in atmosfera.
Nell’area industriale di Piombino ci sono un gran numero di camini industriali, soprattutto all’interno dello stabilimento siderurgico; l’altoforno non può essere considerato sorgente convogliata. Due camini, i più alti di tutti, sono della centrale termoelettrica alimentata a petrolio.
Le sorgenti diffuse
COKERIA
Nello stabilimento siderurgico di Piombino si produce direttamente il coke per l’approvvigionamento dell’altoforno. La cokeria, alimentata da gas d’altoforno
(detto gas AFO) e da gas di coke (un sottoprodotto della distillazione del carbon fossile), è costituita da un totale di cento forni.
Oltre alle emissioni convogliate, dalla cokeria provengono anche emissioni diffuse, difficilmente quantificabili in quanto variabili nel tempo e dipendenti dal grado di manutenzione effettuata sull’impianto, dalle modalità del processo di distillazione e da altri fattori. L’emissione è causata da fenomeni discontinui, come sfornamento del coke, caricamento dei forni, e fenomeni continui come le perdite dalle tenute delle porte degli stessi forni.
Le fasi di lavorazione che costituiscono le fonti principali di emissioni diffuse sono le seguenti:
a) Caricamento del fossile nelle celle; b) Spianatura del coke in caricamento;
c) Distillazione (emissioni dalle porte delle celle per difetti di tenuta); d) Sfornamento del coke.
CONVERTITORI
Il procedimento di affinazione della ghisa per la produzione dell’acciaio ha luogo in tre convertitori; questi vengono caricati con ghisa liquida, con rottame di ferro selezionato e con ghisa solida.
Le emissioni di polveri provenienti dall’acciaieria avvengono in conseguenza di insufficiente aspirazione del flusso gassoso sprigionato da ciascun convertitore; esse dunque sono provocate da dei malfunzionamenti presenti nell’impianto di abbattimento. Circa la granulometria del particolato emesso, precedenti studi hanno ipotizzato un valore medio pari a 30 µm e una densità pari a 5,18 g/cm3,
corrispondente a quella del metallo in forma ossidata. Queste emissioni diffuse fuoriescono dall’apertura di ventilazione del tetto del capannone dell’impianto dell’acciaieria.
CARBONILI
Il carbon fossile, materia prima necessaria per la produzione del coke, viene approvvigionato via mare: una benna preleva il fossile dalla stiva delle navi
scaricandolo, mediante tramoggia, su un nastro trasportatore che lo conduce fino alla zona dei carbonili.
Le emissioni di polveri dai carbonili, esclusivamente di tipo diffuso, interessano tutte le fasi che, a partire dalle operazioni di scarico delle navi, conducono allo stoccaggio del fossile, alla sua movimentazione necessaria per l’invio in cokeria o in altoforno. Sorgenti di particolato sono:
a) tramoggia di carico per i nastri trasportatori sulla banchina; b) erosione del vento sul materiale presente sui nastri;
c) erosione sui cumuli di carbone; d) invio del carbon fossile in cokeria.
In ogni caso è l’intensità del vento ad influenzare fortemente le emissioni. Figura 2: Alcuni camini dall’area industriale di Piombino
Il traffico
Come è noto, il traffico veicolare è una sorgente di particolato (sia primario, sia di precursori del secondario), il quale è emesso direttamente dai tubi di scarico, ma è anche originato dal risollevamento di polveri.
Il sito di campionamento del Cotone, a ridosso dell’area industriale (della cokeria in particolare), immerso nell’abitato di periferia, è situato anche a pochi metri dall’unica strada di accesso al centro urbano di Piombino. Il traffico è molto intenso in quanto tutti i veicoli privati di chi lavora o comunque esce od entra dalla città, i mezzi pubblici, i veicoli di turisti e i mezzi pesanti diretti al porto, sono costretti a transitare da questa strada.
Il sito di campionamento di Salivoli, invece, è meno influenzato dal traffico, vista la sua posizione a pochi metri dal mare, all’interno di un’area portuale in cui l’ingresso non è consentito a tutti, vicino a strade interne all’abitato meno trafficate rispetto alla strada d’accesso, anche se comunque con intensi picchi di flusso veicolare.
Il mare
Il mare è una sorgente naturale di particolato primario; lo spray marino è generato dalle onde che si infrangono nella zona di costa e dal vento che soffia sulla superficie del mare. Studi recenti hanno mostrato come le concentrazioni di sali marini nell’aerosol siano alte nella zona di costa e diminuiscano bruscamente già dopo alcune decine di metri verso l’interno (Petelski t. e Chomka M., 2000). A Salivoli, il campionatore di PM10 è stato posizionato a pochi metri dai moli del
porto, in un punto, quindi, molto influenzato dalla presenza di spray marino. Così sembra infatti dai dati sperimentali, ad eccezione dei giorni in cui il vento non proveniva dal mare. Nel punto di campionamento al Cotone, invece, il mare dista alcune centinaia di metri, e la sua influenza è minore, a parte quando il vento soffia dalla costa verso il sito.
Altre considerazioni sulle sorgenti
Sia al Cotone, sia a Salivoli, un contributo alla concentrazione di particolato, soprattutto di origine secondaria, potrebbe venire dai riscaldamenti per gli ambienti domestici; questo però non è il caso per il periodo di campionamento in considerazione, in pratica la prima parte di maggio, perché le temperature erano ormai già abbastanza alte. Un non trascurabile contributo al materiale particolato potrebbe invece venire dalle piante (alcuni alberi e specie erbacee), che in questo
periodo (fine aprile, inizio maggio) incominciano a manifestare una certa attività di produzione di pollini.
Figura 3: Scorcio dell’area industriale; al centro, sullo sfondo, i due camini della centrale elettrica ENEL; appena a sinistra, in primo piano, l’altoforno; al centro, tra le case del quartiere Cotone, il giardino della chiesa dove è stato posizionato il campionatore.
Il rilevamento della qualità dell’aria ambiente
La struttura preposta al rilevamento dei dati inerenti l’inquinamento atmosferico e la qualità dell’aria ambiente nella provincia di Livorno fa capo ad un centro operativo provinciale (COP), presso il Dipartimento ARPAT di Livorno; ad esso pervengono i dati provenienti dalle reti sia private che pubbliche.
Il monitoraggio della qualità dell’aria nel comune di Piombino è effettuato per mezzo di due centraline automatiche facenti parte della rete di monitoraggio regionale gestita da ARPAT; la stazione di monitoraggio di Viale Unità d’Italia rileva le polveri totali, il monossido di carbonio e gli ossidi di azoto, mentre quella del Cotone, oltre al monossido di carbonio ed agli ossidi di azoto, misura il PM10. Entrambe le stazioni, per quanto riguarda la misura del particolato,
La rete privata installata nel territorio di Piombino è quella dell’associazione per il rilevamento della qualità dell’aria, ARQA, gestita dalle industrie presenti nell’area. La rete privata, nel territorio della provincia di Livorno, comprende attualmente:
a) 10 cabine fisse, ubicate nei comuni di Campiglia Marittima e Piombino, con strumentazione per il monitoraggio degli inquinanti;
b) 2 stazioni per la misura dei parametri meteorologici nel comune di Piombino (Semaforo e Torre Meteo).
Altre stazioni ARQA si trovano sul territorio della provincia di Grosseto, nei comuni più vicini a Piombino.
Ogni centralina della rete privata rileva SO2; alcune anche le polveri totali, il
PM10, gli ossidi d’azoto. Questo è particolarmente importante per l’area del
comune di Piombino, dove soprattutto i processi industriali di distillazione del coke rilasciano anidride solforosa; risultano così coperti i principali inquinanti per una caratterizzazione della qualità dell’aria completa, ad eccezione, però, dell’ozono.
Figura 4: L’area industriale di Piombino, adiacente all’abitato ed al porto, vista dal centro del golfo.
Il campionamento del PM
10a Piombino
Al fine di programmare una campagna nell’area di Piombino, sono stati presi in esame una serie di aspetti legati al campionamento; in particolare, sono stati scelti i filtri sul quale raccogliere il particolato, il sale per condizionarli, la tecnica per la successiva estrazione. Altre scelte sono invece state vincolate dalla disponibilità; il preselettore usato è stata la testa di prelievo per il PM10 US-EPA
(in figura 2), mentre gli strumenti di analisi sono stati un cromatografo ionico (ion cromatograph, IC) ed un inductively coupled plasma - atomic emission spectroscopy (ICP-AES).
Il campionatore (TCR-Tecora), costituito dal preselettore US-EPA e dalla linea di campionamento fino al portafiltri, viene collegato con una pompa in grado di mantenere costante la portata. Un filtro condizionato e pesato viene inserito nell’alloggiamento con il portafiltri, la portata è regolata al valore di 16,7 l/min, corrispondente a circa 1 m3/h (24 m3 al giorno) ed infine la pompa viene accesa.
La scelta dei siti di campionamento
Dovendo decidere dove campionare particolato, l’idea di base è stata di scegliere almeno due siti all’interno dell’area urbana, anche al fine di studiare, seppur in modo limitato, la variabilità spaziale della concentrazione dell’aerosol. Il primo punto di campionamento doveva essere nel quartiere del Cotone, a ridosso del quale si trova l’area industriale, in particolare la cokeria, i convertitori ed i carbonili; l’altro punto doveva rappresentare un tipico fondo urbano della città, più lontano dal polo siderurgico.
La scelta dei due siti è stata fatta anche in base a considerazioni pratiche e logistiche, come la disponibilità ad accettare il campionatore sul suolo di proprietà, la possibilità di disporre di energia elettrica, l’accessibilità al sito e la sicurezza che gli apparecchi non venissero danneggiati. In particolare, il sito del Cotone è chiamato a verificare la situazione di forte disagio lamentata dagli abitanti del quartiere, mentre quello di Salivoli è ideale per campionare l’aerosol marino
Il sito di campionamento al Cotone
Il primo punto di campionamento scelto è stato il giardino adiacente alla chiesa del Cotone, situata nella parte più alta del borgo, a ridosso dell’unica trafficata strada di accesso al centro di Piombino, in una zona di leggera pendenza verso la fabbrica ed il mare. Questa particolare conformazione morfologica del sito fa si che, secondo quanto raccontato dagli abitanti del borgo, quando soffia vento di scirocco, dal mare, questo sospinga i fumi verso le case, rendendo per questo l’aria irrespirabile. Oltre all’industria, altre fonti di materiale particolato per questo sito sono il traffico intenso, lo spray marino, le polveri risollevate. Dato il periodo dell’anno (aprile-maggio), l’intesa attività delle piante non va trascurata, mentre si può escludere il riscaldamento domestico.
Figura 5: Il sito di campionamento nel giardino al Cotone con l’industria sullo sfondo
Il sito di campionamento a Salivoli
Il secondo punto di campionamento è stato scelto nella zona di Piombino più lontana dalla fabbrica, Salivoli, all’interno del piccolo porto turistico situato sotto
punta Falcone, una bassa collina a picco sul mare che è un parco naturale. Il campionatore è stato posto sul tetto dell’edificio che ospita gli uffici del porto (soltanto con il piano terra), a pochi metri dal mare. Possibili fonti di particolato per questo sito sono lo spray marino innanzitutto, il traffico della rete stradale urbana e della vie di accesso ai moli (poco trafficate), le polveri risollevate. Un contributo può anche venire dall’attività del porto stesso (motori delle barche, distributore di carburante).
Figura 6: Il sito di campionamento del porto turistico a Salivoli con il mare sullo sfondo
Il periodo di campionamento
Il campionamento è stato condotto a ciascun sito per 5 giorni, con un periodo di campionamento per ciascun filtro di 24 ore; al Cotone dalle 11.30 di venerdì 29 aprile alle 11.30 di mercoledì 4 maggio, a Salivoli dalle 11.30 di sabato 7 maggio alle 11.30 di giovedì 12 maggio. I filtri in fibra di quarzo sono stati condizionati
(48 ore a 20°C, con nitrato di calcio tetraidrato) e pesati prima e dopo il campionamento per determinare la massa del particolato raccolto.
In tabella 1 sono riportate alcune caratteristiche dei siti di campionamento e delle analisi effettuate sul particolato raccolto sui filtri.
Tabella 1: Alcune caratteristiche delle postazioni di campionamento di Piombino
Centralina Coordinate Analisi effettuate Zona Stazione latitudine longitudine ioni
Cotone 42°56’34’’ 10°32’20’’ Na+, K+, Ca2+, Mg2+, NH4+, Cl-, NO3-, SO4-, silicio Periferica Industriale Traffico Salivoli 42°56’07’’ 10°30’48’’ Na+, K+, Ca2+, Mg2+, NH4+, Cl-, NO3-, SO4-, silicio Urbana Fondo urbano
