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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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
CAMPIONAMENTO
DELL’ARIA E DELLE
EMISSIONI
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.
ISOCINETISM
Ofluido campionato deve essere
La portata del
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.
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).
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.
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.
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
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.
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 + 2OH2 MnO4- + 3NO2- + H2O → 3NO3- + 2 MnO2 + 2OH-
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)
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
Stazioni di rilevamento
meteorologico e
Igrometri, Termoigrometri
e Termoigrografi
ambientale
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.