IL MONITORAGGIO DELLE EMISSIONI IN ATMOSFERA

1. IL MONITORAGGIO DELLE EMISSIONI IN ATMOSFERA

2. SISTEMI DI MONITORAGGIO Una rete di monitoraggio consente oggi rilevamenti in continuo dei principali inquinanti atmosferici. Le postazioni di misura possono essere sia fisse sia per mobili. Il problema di estendere le informazioni puntuali all’intero territorio si realizza con tecniche statistiche. Sono implementati modelli di dispersione che, sulla base della distribuzione delle emissioni, consentono di ricostruire il campo di concentrazione sull’intera area.

3. INQUINAMENTO DA PARTICOLATO Il fumo nero emesso nell'aria da un camion con motore diesel appare spesso come la più comune tra le forme di inquinamento con cui ci troviamo a contatto quotidianamente. I particolati sono le minuscole particelle solide o liquide sospese nell'aria che di solito, prese singolarmente, sono invisibili a occhio nudo. Nel loro insieme queste minuscole particelle formano una foschia che riduce la visibilità. Un aerosol è un insieme di particolati (particelle solide e goccioline liquide) dispersi nell'aria, costituito da particelle molto piccole, con diametro inferiore a 0,1 mm, cioè 100 µm.

4. INQUINAMENTO DA PARTICOLATO La concentrazione dei particolati è definita come particolato totale in sospensione, abbreviata come PTS. Tali particolati non sono omogenei enon si può parlare di massa molecolare. I valori di concentrazione sono espressi come massa di particelle per volume di aria (µg/m3). Poiché solo le particelle più piccole sono respirabili e quindi rivestono maggiore importanza per la salute umana, un indice più appropriato è quello della concentrazione di particolati con un diametro inferiore a un valore limite. Una concentrazione nell'aria di materia panicolata (PM) di diametro inferiore a 10 µm è indicata con la notazione «PM10». In Italia, il valore limite del PM10 è di 150 µg/m3.

5. INQUINAMENTO DA PARTICOLATO Le particelle con diametro simile a quello della lunghezza d'onda della luce visibile, cioè 0,4‑0,8 µm, possono interferire con la trasmissione della luce nell'aria, riducendo la chiarezza dell'aria, la visibilità a lunga distanza e la quantità di luce che raggiunge il suolo. Per esempio, un’elevata concentrazione nell'aria di particelle dei diametro di 0,1‑1 µm produce la foschia. In effetti, una tecnica convenzionale per misurare l'entità dell'inquinamento da particolato in una data massa di aria è quella di misurarne la nebbiosità. Le particelle fini sono anche responsabili in larga misura delle foschie che si registrano sulle località soggette a episodi di smog fotochimico.

6. INQUINAMENTO DA PARTICOLATO Si intende per particolato sottile quell'insieme di particelle di materia solida o liquida sospese nell'aria la cui massa abbia un diametro inferiore rispettivamente a 2,5 µm. Le particelle più fini (PM2,5) provengono in genere dalla combustione dei motori di mezzi di trasporto, di centrali elettriche, di attività industriali, così come dalle stufe a legna e dai camini domestici. Le particelle più grandi (PM10) sono di solito generate dal traffico e, in ambito lavorativo, dalla movimentazione di materiali e da operazioni di molatura.

7. CONTROLLO DELLE EMISSIONI IN ATMOSFERA La caratterizzazione delle emissioni in atmosfera è effettuata attraverso analisi fisico-chimiche, mediante monitoraggio in continuo o con metodi puntuali, su campioni rappresentativi. Il campionamento nei camini, va fatto in condizioni isocinetiche, ovvero in condizioni che la velocità degli effluenti gassosi nella sezione di misura è la medesima di quella all’ugello di prelievo. Per alcuni parametri è necessario adottare dispositivi atti ad impedire la condensazione del vapore e così via. La normativa vigente, D.Lgs 152 del 2006, fissa per le varie emissioni, parametri diversi e valori limite molto bassi di cui si deve tener conto nella scelta delle metodiche e della strumentazione di analisi.

8. CONTROLLO DELLE EMISSIONI IN ATMOSFERA Si ricercano e determinano i seguenti parametri: • Materiali particellari o polveri • Metalli pesanti (Cd, Hg, Tl, Ni, Se, As, Co, Te, ...) • Microinquinanti organici (IPA, PCDD + PCDF) • Acidi inorganici (HCl, HF, HBr) • Ossidi di S, N, C

9. CONTROLLO DELLE EMISSIONI IN ATMOSFERA Per valutare i risultati del rilevamento degli inquinanti occorre conoscere le condizioni meteorologiche locali e su scala più ampia perché esse influiscono sulle concentrazioni al suolo, sul trasporto e su eventuali trasformazioni chimiche degli inquinanti. I dati meteorologici da acquisire sono: • temperatura dell’aria • direzione e velocità del vento • umidità dell’aria • entità delle precipitazioni • radiazione solare • pressione atmosferica

10. METODI DI CAMPIONAMENTO DELL’ARIA E DELLE EMISSIONI

11. dove: V è il volume di aria normalizzato Nm3, riportato a 1013 hPa e a 0 °C V' è il volume di aria prelevato, dedotto dalla lettura del contatore, in m3; P è la pressione atmosferica media durante il periodo di prelievo in ectopascal (hPa); T è la temperatura media del fluido campionato.

12. ISOCINETISMO La portata del fluido campionato deve essere impostata in modo che la velocità del fluido di ingresso all'ugello della sonda di prelievo deve essere quanto più vicina alla velocità del fluido in quel punto del condotto. Una velocità di campionamento inferiore a quella del flusso provoca un arricchimento di particelle grossolane nel campione perché esse penetrano nella sonda per la loro forza dinamica e non seguendo i flussi laminari normali; il contrario accade per campionamenti ad una velocità superiore a quella del flusso gassoso.

13. Monossido di carbonio La misura del monossido di carbonio si fonda sull'assorbimento da parte del monossido di carbonio di una radiazioni IR a 4,6 μm (2174 cm-1). La variazione di intensità della radiazione è proporzionale alla concentrazione del monossido di carbonio. L'analizzatore di CO si basa sulla tecnica GFC (Gas Filter Correlation) mediante la quale, tramite la spettroscopia IR si misura l'assorbimento infrarosso del campione rispetto a quello costituito da una soluzione gassosa ad elevata concentrazione di CO che consente di avere il valore di fondo scala e di un campione di N2 trasparente alla radiazione IR, che fornisce il valore di zero (calibrazione).

14. Ozono Per la misura dell'ozono è impiegato come metodo di riferimento un sistema automatico di misura utilizzando una reazione di chemiluminescenza in fase gassosa tra ozono ed etilene a pressione atmosferica. L'emissione di luce che accompagna questa reazione copre la regione spettrale 350-600 nm (max = 435 nm). L'intensità della radiazione è rilevata da un fotomoltiplicatore il cui segnale, risulta proporzionale alla concentrazione di ozono. Il metodo è applicabile alla misura dell'ozono nell'intervallo di concentrazione 0,002-60 mg/m3 di ozono.

15. Idrocarburi escluso il metano Per la misura degli idrocarburi, escluso il metano, è impiegato un rilevatore a ionizzazione di fiamma (FID). L'intensità ionica, derivante dalla ionizzazione dei composti organici introdotti in una fiamma di idrogeno, è rilevata per mezzo di due elettrodi ai quali è applicata una tensione di polarizzazione. Il metano dopo separazione dagli altri idrocarburi per mezzo di una colonna gas-cromatografica, è rivelato in alternanza con gli idrocarburi, in successivi cicli di misura. Le concentrazioni sono espresse come metano, che è il gas di taratura impiegato. Il metodo è applicabile alla misura degli idrocarburi, espressi come metano, nell'intervallo 0,005-200 ppm. Il limite di rilevabilità del metodo è di 0,005 ppm.

16. Acido fluoridrico e cloridrico La misura è applicabile per diverse concentrazioni di HCl e HF variando la concentrazione del liquido di assorbimento impiegato. Assorbimento dell'acido cloridrico e dell'acido fluoridrico per gorgogliamento del flusso gassoso, preventivamente filtrato, in una soluzione alcalina di idrossido di sodio (NaOH) e successiva determinazione mediante cromatografia a scambio ionico della soluzione ottenuta dalla reazione di neutralizzazione, o attraverso misure potenziometriche con elettrodi specifici. Dove V è il volume prelevato espresso in m3

17. Materiale particellare in sospensione nell'aria Il materiale particellare in sospensione è raccolto su filtri a membrana micropori. La determinazione è fatta per via gravimetria e riferita al volume di aria filtrato, riportato alle condizioni di pressione e di temperatura prescritte.

18. Biossido di zolfo ed ossidi di azoto La determinazione di ossidi di zolfo (SOx = SO2 + SO3) e degli ossidi di azoto (NOx = NO + NO2) è realizzata per assorbimento degli ossidi di zolfo e degli ossidi di azoto in una soluzione alcalina di permanganato di potassio (o acqua ossigenata) e successivamente le specie ioniche formate misurate per cromatografia ionica (SO2→SO42- e NOx→NO3-) derivanti dalle reazioni di seguito riportate: 2 MnO4- + 3SO3-- + H2O → 3SO4-- + 2 MnO2 + 2OH- 2 MnO4- + 3NO2- + H2O → 3NO3- + 2 MnO2 + 2OH-

19. analizzatore automatico del Biossido di zolfo Il principio dell'analisi si basa sulla fluorescenza UV emessa dalle molecole di SO2 nel fase di decadimento da uno stato eccitato. La fluorescenza emessa è convertita in un segnale elettrico proporzionale alla concentrazione del gas. Il campione, previamente depurato dagli idrocarburi mediante un filtro a permeazione, passa nella camera a fluorescenza dove è irradiato con un fascio di raggi UV che eccitano le molecole di SO2. Attraverso un'apertura laterale rispetto alla camera a fluorescenza, la luce proveniente dalle molecole di SO2 raggiunge il fotorivelatore. (SO2* SO2 + h)

20. analizzatore automatico del Biossido di azoto Il metodo si basa sulla chemiluminiscenza in fase gassosa tra ossido di azoto e ozono. NO + O3 NO2* + O2 NO2*  NO2 + h Il biossido di azoto, eccitato, emette una radiazione nel vicino infrarosso (intorno a 1200 nm). In presenza di un eccesso di ozono, l'intensità della radiazione è proporzionale alla concentrazione dell'ossido di azoto. La radiazione emessa è convertita in segnale elettrico da un tubo fotomoltiplicatore.

21. analizzatore automatico del Biossido di azoto La misura del biossido di azoto è ottenuta come differenza fra la misura degli ossidi di azoto totali, cioè l'ossido di azoto contenuto nel campione di aria più quello proveniente dalla riduzione del biossido di azoto (NO2), e quella del solo ossido di azoto (NO). Per la misura del solo ossido di azoto (NO), il campione di aria è inviato direttamente in una camera di reazione dove è miscelato con ozono in eccesso. Per la misura degli ossidi di azoto totali (NOx), l'aria è fatta passare attraverso un convertitore posto prima della camera di reazione che trasforma tutto il biossido di azoto (NO2) in monossido di azoto (NO).

22. Indice di fumo nero Con il termine "fumo nero" si intende il materiale particellare sospeso nell'aria, caratterizzato dalla capacità di assorbire la luce, misurato per riflettometria dopo essere stato raccolto su un filtro. L'indice di fumo nero è espresso in µg di fumo nero equivalente (f.n.e.) per metro cubo di aria. Questo indice non va considerato corrispondente alla concentrazione di materiale particellare sospeso nell'aria perché la corrispondenza tra indice di fumo nero e la massa delle particelle per metro cubo varia da luogo a luogo e nel tempo. Si filtra un volume noto di aria attraverso un filtro di carta e si misura la riflettanza della macchia formatasi. Dall'indice di annerimento della macchia (100÷0 R, dove R è la riflettanza in %) si determina la massa convenzionale di fumo nero per unità di superficie per mezzo di una curva stabilita nel 1964 da un gruppo di lavoro dell'OCSE.

23. Stazioni di rilevamento meteorologico e ambientale Misura della velocità e direzione dell'aria La misura della velocità e della direzione dell'aria si effettua con gli anemometri. Il tipo tradizionale è quello a mulinello, dove tre o quattro coppe, montate a raggiera su un'asta normale alla direzione del vento, ruotano in proporzione alla velocità del fluido, misurata meccanicamente, per via elettromagnetica, oppure elettronica. La direzione del vento si misura sullo stesso albero, o un secondo parallelo, mediante una bandierina rotante o un sensore a effetto magnetoresistivo, controllato da un microprocessore. Gli anemometri si possono collegare con registratori (anemografi) che segnano la velocità istantanea del vento (velocità di raffica), il suo integrale in un intervallo di tempo definito (velocità media) e la sua direzione.

24. Stazioni di rilevamento meteorologico e ambientale Misura della piovosità e delle precipitazioni La piovosità si misura con i pluviometri e i pluviografi: il più comune è costituito da un imbuto, montato su un cilindro graduato. Nei pluviografi (o ielografi) l'acqua passa dall'imbuto a un cilindro di piccola sezione, contenente un galleggiante, collegato a un indice scrivente, che scorre sulla carta di un registratore. Le altezze h in mm nel tempo t, raggiunte dalla pioggia nei pluviometri o pluviografi delle varie stazioni, sono elaborate con metodi statistici e forniscono gli indici di piovosità. Interpretando i dati in rapporto al clima, all'orografia e alla morfologia della regione, si può risalire alle cause e alle dinamiche delle precipitazioni.

25. Stazioni di rilevamento meteorologico e ambientale Misura della pressione atmosferica La pressione atmosferica si misura con i barometri e si registra coi barografi. La sua unità di misura è l’ectoPasca (hPa). Il prototipo storico è il barometro di Torricelli, nel quale la pressione atmosferica è equilibrata da quella idrostatica di una colonna di Hg lunga circa 1 m.(760mmHg=1013 hPa). I barometri metallici, meno precisi, sono di due tipi. Il barometro aneroide contiene, in una scatola metallica cilindrica, un sottile tubo d'ottone vuoto avvolto a spirale, collegato a un indicatore ad ago: il tubo deformandosi, provoca lo spostamento dell'ago sulla scala graduata. Nel barometro olosterico, la pressione è equilibrata da una molla, posta in una scatola cilindrica vuota. I più moderni hanno un sensore al silicio e la misura è digitalizzata.

26. Stazioni di rilevamento meteorologico e ambientale Misura della temperatura La temperatura T, misurata con i termometri, è uno dei parametri più significativi, non solo in meteorologia per l'aria atmosferica, ma anche per i suoi effetti sulle proprietà fisiche e chimiche dei corpi, e sui processi biochimici animali e vegetali. I termometri si basano sulla misura della variazione di una o più proprietà fisiche di un corpo (meccaniche, elettriche, ottiche, ecc.) dovuta alla temperatura. Le misure termometriche si possono eseguire per contatto e a distanza.

27. Stazioni di rilevamento meteorologico e ambientale Igrometri, Termoigrometri e Termoigrografi La misura della percentuale di umidità relativa (RH = Relative Humidity) dell'aria, è il rapporto tra la quantità di vapore acqueo in 1 m3 d'aria libera e la concentrazione del vapore saturo alla stessa temperatura. Le misure di RH è eseguita con moderni strumenti digitali, costituiti da una unità di controllo e da un sensore di umidità, costituito da condensatori a dielettrico di polimeri igroscopici, che gonfiandosi per l’umidità, provocano l'allontanamento delle armature, col risultato di abbassare la capacità. L'unità elettronica di controllo trasforma la variazione di capacità in frequenza, che è convertita in potenziale e letta sul display come RH%. Si usa come sensore capacitivo anche uno strato sottile d'allumina.

29. FINE