Air Pollution
and Health
P. Avino, L. Lepore, P. Quercia,
M.V. Russo e V.I. Valenzi
Inquinamento Atmosferico
• Valle della Mosa
1930
• Pensilvania
1948 (SO2: 1,4-5,5 mg/m3)
• Londra (*)
1952 (SO2: 3,75 mg/m3)
(*) 4.000 decessi direttamente o indirettamente
correlati al fenomeno di inquinamento
Legame Causa-Effetto
Sorgenti
Atmosfera
Trasporto e
Trasformazione Chimiche
Ricevitori
Uomo, Piante, Animali, ecc.
Fattori che Influenzano la
Massa delle Specie Inquinanti
• Emissioni
• Trasformazioni chimico-fisiche
• Deposizioni
Emissioni
Φi(t)
flussi emissivi dovuti alle sorgenti
Trasformazioni chimico-fisiche
Deposizioni
ΣFi
processi di formazione
ΣRi
processi di rimozione chimica
DS
perdite per deposizione delle superfici
Fattori che Influenzano il
Volume delle Specie Inquinanti
• Trasporto orizzontale delle masse d’aria (fenomeni avvettivi)
• Rimescolamento verticale delle masse d’aria (fenomeni
convettivi)
Trasporto orizzontale
Adν
parametro descrittivo dei processi di trasporto
Rimescolamento verticale
α
parametro descrittivo delle condizioni di stabilità
dello strato superficiale
β{Ci}
parametro descrittivo dei processi di rimescolamento
Problematiche Aperte
Legislativa
Sanitaria
Chimico-Fisica
Processo di analisi:
• cause
emissioni
• effetti
immissioni
Naturali/Antropiche
• legame tra causa ed effetti
Emissioni: concentrazione degli inquinanti emessi direttamente dalle sorgenti.
Immissioni: concentrazione degli inquinanti al livello del suolo.
Indicazione sulle caratteristiche del legame cause/effetti:
• fortemente non lineare
• dipendente da molteplici variabili in ingresso
• dipendente da molteplici fattori di influenza
Processo di sintesi: necessità di possedere strumenti in grado di descrivere il legame
cause-effetti
Inquinamento da
Processi di Combustione
Composizione
reale dei
prodotti di
combustione
CO2, H2O, CO,
NO+NO2, SOx,
idrocarburi
incombusti,
particolato
Aspetti Fondamentali
• Descrizione della situazione ambientale
(stato iniziale dell’ambiente)
• Definizione degli Scenari di Impatto
• Previsione degli impatti (situazione postoperam)
• Misure di mitigazione
Sorgenti
Antropiche e Naturali
Emissione di Inquinanti Primari
Meteorologia
(diffusione turbolenta,
processi avvettivi di
trasporto, intensità
radiazione solare)
Trasformazioni
chimico-fisiche
(formazione di
inquinanti secondari)
Aria Ambiente
Classificazione degli Inquinanti
Primari
Secondari
• CO
• O3
• NOx (95% NO, 5% NO2)
• NO2, HNO3, HNO2
• SO2
• Perossiacetilnitrato
• Composti Organici
Volatili (Benzene,
• Formaldeide
Toluene, ecc.)
• IPA
• Nanoparticelle
• PM10
gas e vapori
particelle
• Nitroderivati Organici
• Nitrati
• Solfati
Sorgenti, Livelli ed Effetti sulla
Salute Umana
Inquinante Sorgente
Livello
Livello di Livello di
Accettabile Attenzione Allarme
Effetti sulla
Salute
SO2
Combustione
di olio e
petrolio
100 µg/m3
(media
giornaliera)
250 µg/m3
(media
giornaliera)
600 µg/m3
(media oraria)
Increasing of mortality;
increasing of
hospitalization for
respiratory treatment
NO2
Traffico autoveicolare e
Impianti di
combustione
135 µg/m3
(media oraria)
200 µg/m3
(media oraria)
400 µg/m3
(media oraria)
Increasing of mortality;
increasing of
hospitalization for
respiratory treatment
and asthma
CO
Traffico autoveicolare e
Combustione
del petrolio
10 mg/m3
(media mobile su
8 ore)
30 mg/m3
(media oraria)
Ozono
Reazioni
fotochimiche
130 µg/m3
(media oraria)
180 µg/m3
(media oraria)
PM10
Traffico
autoveicolare
50 µg/m3
(media
giornaliera)
Increasing of daily
mortality; increasing of
respiratory and cardio
diseases
360 µg/m3
(media oraria)
Increasing of mortality;
increasing of
hospitalization for
respiratory treatment
Increasing of mortality,
expecially for
respiratory diseases
Principale Normativa sulla qualità dell’aria
D.M. n.60
2/4/02
Recepimento della direttiva 1999/30/CE del Consiglio del
22 aprile 1999 e della direttiva 2000/69/CE.
Direttiva
00/69/CE
Valori limite di qualità dell’aria per il benzene ed il monossido
di carbonio.
Direttiva
99/30/CE
Valori limiti di qualità dell’aria ambiente per il biossido di zolfo,
gli ossidi di azoto, le particelle ed il piombo.
D.Lgs. 4/8/99
n.351
Valutazione e gestione della qualità dell’aria ambiente.
Aggiornamento delle norme tecniche in materia di limiti di
D.M. 25/11/94 concentrazione e di livelli di allarme per gli inquinanti atmosferici
nelle aree urbane e disposizioni per la misura di alcuni inquinanti.
D.M. 15/4/94
D.M. 6/5/92
D.M. 20/5/91
Norme tecniche in materia di livelli e di stati di attenzione e di
allarme per gli inquinanti atmosferici nelle aree urbane.
Definizione del sistema finalizzato al controllo ed assicurazione
di qualità dei dati di inquinamento atmosferico ottenuti dalle reti
di monitoraggio.
Criteri per la raccolta dei dati inerenti la qualità dell'aria.
Riferimenti Normativi al 2008
Altezza dello
strato di
rimescolamento
Volume
disponibile per
la diluizione
delle specie
inquinanti
PM10 in Varie Città Italiane
80
T orino
Firenze
Napoli
70
Milano
Roma
Palermo
60
PM10
50
40
30
20
10
0
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002 2003
Anno
2004
2005
40 µg/m3 valore limite al 2005; 20 µg/m3 valore limite al 2010 (D.M. 60/02)
Benzene in Varie Città Italiane
45
Torino
Firenze
Palermo
40
M ilano
Roma
35
Benzene
30
25
20
15
10
5
0
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002 2003
Anno
2004
2005
n.b.: su Napoli non sono disponibili dati ufficiali di benzene fino al 2005
Giorni di Superamento di O3 in
Varie Città Italiane (>120 µg/m3)
80
70
# superamento di O3
Milano
Roma
Palermo
T orino
Firenze
Napoli
60
50
40
30
20
10
0
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002 2003
Anno
2004
2005
Da non superare più di 25 giorni in un anno civile (D.Lgs. 183/04)
NO2 in Varie Città Italiane
120
T orino
Firenze
Napoli
100
Milano
Roma
Palermo
NO2
80
60
40
20
0
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002 2003
Anno
2004
2005
40 µg/m3 valore limite al 2010; 18 max superamenti permessi (D.M. 60/02)
Sorgenti di Particolato Atmosferico
naturale
eruzione vulcaniche
incendi spontanei
eventi di elevata ventosità, risospensione atmosferica
trasporto di materiale particolato naturale da regioni aride
ecc.
PM
emissioni industriali
antropogenica
traffico autoveicolare
riscaldamento domestico
Bilancio di Massa del PM10
PM
100 µg/m3
Frazione Carboniosa (TC)
30-40 %
OC
30-40 %
Composti identificati
10-15 %
n-Alcani
70-75 %
IPA
1-2 %
Acidi n-Alcanoici
25-30 %
Frazione Inorganica
60-70 %
EC
60-70 %
Composti non identificati
85-90 %
Frazione non idrosolubile
50-60 %
Metalli pesanti
2-5 %
Cd, Cr, Fe, Ni, Pb, V, Zn
Frazione non identificata
95-98 %
Frazione idrosolubile
40-50 %
Solfati
40-45 %
Nitrati
20-25 %
Ammonio
15-20 %
Altri (Ca, Cl, Na, ecc.)
15-20 %
Definizione delle Frazioni
Granulometriche
F. inalabile (inalata
attraverso naso bocca)
F. extratoracica (non
penetra oltre la laringe)
F. toracica (penetra
oltre la laringe, PM10)
F. tracheobronchiale
(penetra oltre la laringe,
non giunge alle vie
respiratorie non ciliate)
F. respirabile, PM2.5
(penetra nelle vie respiratorie
non ciliate)
Andamento delle PUF e degli IPA
100000
500
Hourly averages
Particles 20-880 nm
PAH
#/cm3 (20-880 nm)
80000
70000
450
400
350
60000
300
50000
250
40000
200
30000
150
20000
100
10000
50
0
0
4/6
4/7
4/8
4/9
4/10
4/11
Day
4/12
4/13
4/14
4/15
PAH (ng/m3)
90000
Livelli di Hg in Atmosfera
Specie
In aria
(ng/m3)
Deposizione
(ng/L)
Hg Totale
Hg0
1,2-3,7
1,0-3,6
5-80
<0,005
RGM
TPM
1-50a
1-50a
5-50
5-50
MeHg
1-20a
0,005-0,5
a: espresso come pg/m3
Ioni e Percezione Umana in
Differenti Località
Località
n- ions
n+ ions
n-/n+
ratio
Small
ions
(K≥1)
%
Big
Best
ions (+++++) and
(K<1)
worst (+)
%
perception
Campagna, sole, mare
306,7
251,6
1,21
88,0
12,0
++++
Mare, quiete, no vento
436,7
354,4
1,23
84,7
15,3
+++++
Montagna 2000 m
560,3
602,5
0,92
92,0
8,0
+++++
Città, strada, no traffico
120,5
108,7
1,10
66,0
44,0
+++
30,8
150,4
0,20
25,0
75,0
+
291,0
293,5
0,93
71,1
28,9
++++ (3,6)
±218,9
±197,2
±0,40
±27,6
±28,4
±+ (1,6)
Città, strada, traffico
Valore medio
SD
Confronto tra Soggetti Sani e
Meteoropatici in Giornate
Soleggiate
100
90
Unità Arbitraria (%)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
Soggetti
Tutti i soggetti sani (sereno)
Meteoropatici e Meteorosensibili (sereno)
100
Confronto tra Soggetti Sani e
Meteoropatici in Giornate
Nuvolose
90
80
Unità Arbitraria (%)
70
60
50
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
Soggetti
Tutti i soggetti in sani (coperto)
Meteoropatici e Meteorosensibili (coperto)
… ed infine un caso estremo!
Tempesta di sabbia sul nord della Cina
10 marzo 2006
Un Aspetto più … Globale
Il problema dell’inquinamento va visto anche in modo
globale, ossia considerando tutto il pianeta e l’universo
circostante. Come si collega il problema
dell’inquinamento e conseguente cancerogenesi con
l’ambiente extraterrestre?
Il collegamento è prodotto dalle forma di vita
scoperte alcuni anni fa nei laboratori INFN-ENEA di
Frascati.
Tali batteri, chiamati “Ralstonia De Tusculanense” ,
sono degli Archeobatteri Estremofili che risalgono alle
origini del creato e vivono in condizioni estreme. Tali
specie batteriche resistono in ambienti estremi e sono
capaci di combattere quasi tutti i tipi di inquinamento,
specialmente quello di tipo radioattivo (Prof. Quercia).
Pasquale Avino
ISPESL, Roma
Domenico Brocco
Centro Studi di Biometeorologia, Roma
Luca Lepore
Centro Studi di Biometeorologia, Roma
Giuseppe Quartieri
UniLudes, Lugano (Svizzera)
Piero Quercia
Institute Basic Research, Florida (USA)
Mario V. Russo
Università del Molise, Campobasso
Vincenzo I. Valenzi
Telesio Galileo Academy, Londra (UK)
Scenario degli Impatti
I tipi di cambiamenti
possono essere
gerarchizzati con un
network che permetta di
evidenziare una priorità
nella considerazione
degli effetti anche
diversa da quella che
imporrebbe
l’associazione di una
maggiore importanza
agli effetti immediati al
rilascio
SUPERFICI IMPEGNATE A SECONDA DELLE
FONTI ENERGETICHE
CENTRALE
POTENZA
COSTO
SUPERFICIE
NECESSARIA
1 Kmq
Nucleare
4 GW
5x103 MEuro
Fotovoltaica
4 GW
216 x 103
MEuro
200 Kmq
Solare
Termoelettrica
4 GW
TBD
400 Kmq
Eolica
4 GW
30x103 Euro
3000 Kmq
Biomasse
4 GW
TBD
8000 Kmq
Fattore di rischio
Giorni di vita in meno
Fumare un pacchetto di sigarette al giorno (maschi)
2.200
Lavorare in una miniera di carbone
1.100
Essere sovrappeso del 20%
1.000
Rischio di infarto
500
Esposizione a incidenti di tuffi i tipi
435
Fumare il sigaro
330
Svolgere lavori agricoli
275
Fumare la pipa
220
Esposizione agli incidenti automobilistici
200
Consumo medio di alcool
130
Rischio di suicidio
95
Rischio di omicidio
90
Lavorare come insegnante
30
Esposizione al fondo radioattivo naturale
8
Esposizione atte radiazioni per pratiche mediche e
diagnostiche
Assunzione di bibite dietetiche
6
Assunzione della dose di 10 mSv al corpo intero
1
2
Le frazioni granulometriche di interesse nell’aria
urbana sono il PM10, il PM2.5.
Il D.M. n° 60/02 definisce il PM10 come “la
frazione di materiale particolato sospeso in aria
ambiente che passa attraverso un sistema di
separazione in grado di selezionare il materiale
particolato di diametro aerodinamico di 10 µm, con
una efficienza di campionamento pari al 50%”; ed il
PM2.5 come “la frazione di materiale particolato
sospeso in area ambiente che passa attraverso un
sistema di separazione in grado di selezionare il
materiale particolato di diametro aerodinamico di 2,5
µm, con una efficienza di campionamento pari al
50%”.
Deposizione di Particelle nel
Corpo Umano