Corso di:
DINAMICA DEGLI INQUINANTI
(Suolo saturo e insaturo)
Parte 1 (07)
Università di Roma “Tor Vergata”
Anno Accademico 2009-2010
ing. Simona Berardi
SUOLO (Zona Satura e Insatura)
ARGOMENTI TRATTATI:
•
NAPL (Non Aqueous-Phase Liquid)
•
Migrazione dalle acque di falda alle acque superficiali
•
La problematica della “Vapor intrusion”
SUOLO (Zona Satura e Insatura)
NAPL (Non Aqueous-Phase Liquid)
Se la concentrazione del contaminante riscontrata analiticamente nel
SUOLO INSATURO (Cs) risulta maggiore della concentrazione a
saturazione (Csat), ciò può essere causato da:
1.
2.
3.
utilizzo di parametri non rappresentativi delle caratteristiche del sito in
esame per il coefficiente di ripartizione (in particolare in riferimento ai
parametri foc, rs, qa, qw);
limiti insiti nell’equazione teorica che definisce la Csat che non tiene conto
della variabilità delle caratteristiche chimico-fisiche dei granuli di terreno (ad
es: natura mineralogica dei grani, capacita di scambio cationico, ecc.)
nonché di fenomeni meccanici macroscopici di adesione alle particelle di
suolo e della ritenzione nelle porosità per tensione superficiale e/o
capillarità;
errori nella definizione del modello concettuale (ad es: mancata
individuazione di prodotto libero).
Se è possibile escludere errori sulla stima dei parametri ed errori di stima
della Csat (ipotesi 1 e 2), allora….
….. PER CONCENTRAZIONI SUPERIORI AL LIMITE DI SATURAZIONE, IL
CONTAMINATE SI PRESENTA IN FASE LIBERA.
SUOLO (Zona Satura e Insatura)
NAPL (Non Aqueous-Phase Liquid)
Se la concentrazione del contaminante riscontrata
analiticamente nel SUOLO SATURO (FALDA) (CGW) risulta
maggiore del corrispondente limite di solubilità (S),
allora…….
……….. IL CONTAMINATE SI PRESENTA IN FASE
LIBERA.
In funzione della entità dello sversamento di inquinanti nel
terreno, della natura del contaminante e della natura del
sottosuolo, il prodotto libero può essere rilevato nello strato
insaturo o nello strato saturo.
SUOLO (Zona Satura e Insatura)
NAPL (Non Aqueous-Phase Liquid)
In particolare, con riferimento allo schema riportato in Figura 1, si possono
avere le seguenti situazioni:
1. il contaminante rimane nella zona insatura di terreno con formazione di
una fase costituita da prodotto libero (NAPL residua) nell’insaturo
stesso;
2. il contaminante si muove in direzione verticale fino al raggiungimento
della tavola d’acqua, dove, essendo caratterizzato da densità inferiore
rispetto all’acqua, galleggia sulla tavola formando uno strato di prodotto
libero, o “pancake” (LNAPL);
3. il contaminante si muove in direzione verticale attraversando la zona
insatura di terreno, raggiunge la tavola d’acqua, e, essendo
caratterizzato da densità maggiore rispetto all’acqua, attraversa la zona
satura di terreno e infine si deposita sul fondo della falda dove forma
una pozza (pool) di prodotto libero (DNAPL).
SUOLO (Zona Satura e Insatura)
NAPL (Non Aqueous-Phase Liquid)
Fig. 1 - Modello concettuale di uno sversamento di NAPL
SUOLO (Zona Satura e Insatura)
NAPL (Non Aqueous-Phase Liquid)
La effettiva profondità alla quale e giunto il prodotto libero (indicata come h in
Figura 1) deve essere preferibilmente stimata da misure dirette. In assenza
di queste indicazioni, e relativamente al caso di sversamento superficiale di
prodotto libero, tale profondità può essere stimata con la seguente relazione
ipotizzando la sorgente cilindrica (Tomasko et al., 2001):
VOL
hm 
2
  r0  r 0
Dove VOL è il volume totale dello sversamento (m3); r0 è il raggio della zona dello
sversamento (m); r0 è la frazione residua di NAPL nel terreno (r0 = Csat / Cs) .
L’equazione permette di valutare se il prodotto libero abbia o meno raggiunto la
tavola d’acqua:
- Se h risulta minore della profondita della superficie piezometrica dell’acquifero
superficiale, allora la fase libera rimane confinata come NAPL nella zona
insatura.
- Se invece l’altezza h e maggiore della profondità della superficie piezometrica
dell’acquifero superficiale, allora il prodotto libero e presente nella zona satura
come DNAPL o LNAPL in funzione della densità del prodotto libero stesso.
SUOLO (Zona Satura e Insatura)
NAPL (Non Aqueous-Phase Liquid)
Prodotto libero nella zona insatura: NAPL
In presenza di fase libera residua nella zona insatura, i componenti presenti nella
fase sono ripartiti secondo lo schema riportato nella figura 2 ovvero in quattro fasi:
1.Fase aeriforme – il contaminante presente nella porosita del suolo occupata dall’aria;
2.Fase solida – il contaminante adsorbito o ripartito sul suolo dell’acquifero;
3.Fase acquosa– il contaminante disciolto nell’acqua in accordo con la sua solubilita;
4.Prodotto libero – il contaminante presente come fase liquida non acquosa.
Figura 2
IPOTESI DI BASE:
I contaminanti presenti nel NAPL
sono sostanzialmente immobili,
quindi
possono
migrare
solamente ripartendosi dalla
NAPL nella fase acquosa e/o
nella fase aeriforme. Una volta
presenti in queste fasi, i
contaminanti possono subire
processi di lisciviazione e
volatilizzazione, come nei casi di
contaminanti gia presenti in fase
disciolta.
SUOLO (Zona Satura e Insatura)
NAPL (Non Aqueous-Phase Liquid)
Prodotto libero nella zona satura: LNAPL e DNAPL
La zona satura contenente prodotto libero, leggero o denso, può essere descritta
come un sistema a tre fasi, costituito da fase solida, fase acquosa e appunto
prodotto libero (Figura 3). I contaminanti quindi si ripartiscono tra queste tre fasi.
IPOTESI DI BASE: Anche in questo caso, quanto meno in prima approssimazione,
si può supporre che il prodotto libero (DNAPL o LNAPL) sia immobile.
Nel caso di DNAPL, i contaminanti possono migrare solo a seguito della loro
ripartizione in fase liquida, con successiva migrazione in falda e volatilizzazione da
falda.
Nel caso di LNAPL, i contaminanti possono migrare a seguito della loro
ripartizione in fase liquida, con successiva migrazione in falda, o in fase vapore,
con successivo trasporto fino al piano campagna.
SUOLO (Zona Satura e Insatura)
NAPL (Non Aqueous-Phase Liquid)
MODELLI DI TRASPORTO
Per la determinazione della concentrazione di contaminanti nelle fasi gassosa e
liquida a contatto con il prodotto libero sono applicabili due diversi approcci.
Il primo (modello dettagliato) prevede di considerare la ripartizione del
contaminante in quattro fasi, ovvero prodotto libero, fase liquida, fase gassosa e
fase solida, che ovviamente si riducono a tre nel caso di prodotto libero denso
nella zona satura.
Quando una sostanza inquinante è presente nel sottosuolo, il modello dettagliato
[Park et al. 1999, 2001] assume che i contaminanti si ripartiscano in quattro fasi in
equilibrio tra di loro: fase vapore, fase acquosa, fase solida e prodotto libero.
Assumendo che non ci sia degradazione chimica o biologica o volatilizzazione
nella zona insatura, l’equilibrio di partizione suolo/acqua è praticamente
immediato, reversibile e lineare nel suolo contaminato.
Il modello si basa essenzialmente sulla equazione di bilancio di massa.
SUOLO (Zona Satura e Insatura)
NAPL (Non Aqueous-Phase Liquid)
MODELLI DI TRASPORTO
Il secondo approccio (approccio a saturazione) prevede invece di considerare
che, in presenza di prodotto libero, la fase gassosa e la fase liquida siano sature di
contaminante (ossia si pone in condizioni stazionarie).
Determinazione della concentrazione a saturazione in fase aeriforme:
Per determinare la concentrazione di ogni componente dell’NAPL nei pori del
terreno viene utilizzata la Legge di Raoult:
i
H i' 
Ca , i
C w ,i

 P  MWi  1
Hi
 
  v
R  T  Si
 R T
Cw,i  xi  Si
Dove
Pvi è la tensione di vapore del componente;
MWi è il peso molecolare;
Ca,i
T è la temperatura assoluta
e R è la costante molare dei gas
xi è la frazione molare dell’i-esimo componente della NAPL
Si è la solubilità del componente i-esimo.
= Cw,i x H’
SUOLO (Zona Satura e Insatura)
NAPL (Non Aqueous-Phase Liquid)
MODELLI DI TRASPORTO
Determinazione della concentrazione a saturazione in fase liquida:
Per determinare la concentrazione in fase liquida dei componenti della NAPL nei
pori del terreno viene utilizzata la seguente relazione:
W
Dove xi e Si sono rispettivamente frazione molare e solubilità dell’i-esimo
componente della NAPL.
SUOLO (Zona Satura e Insatura)
NAPL (Non Aqueous-Phase Liquid)
MODELLI DI TRASPORTO: Confronto tra i due approcci
Benzene: Concentrazione della fase gas nei pori
SUOLO (Zona Satura e Insatura)
NAPL (Non Aqueous-Phase Liquid)
MODELLI DI TRASPORTO: Confronto tra i due approcci
Benzene: Concentrazione della fase liquida nei pori
SUOLO (Zona Satura e Insatura)
NAPL (Non Aqueous-Phase Liquid)
MODELLO DETTAGLIATO: Passaggio da tre a quattro fasi
ESEMPIO: La sorgente di contaminazione è nell’insaturo ed è costituita da benzine
(idrocarburi). In figura è riportata la distribuzione percentuale degli idrocarburi nelle
diverse fasi calcolate con il modello dettagliato al crescere della concentrazione totale
riferita all’unita di peso del suolo. Il modello non prevede la presenza di NAPL fino ad
un valore di concentrazione soglia di circa 10 mg/kg (= Csat).
Fino a questo valore
soglia, il contaminante
risulta quindi
correttamente ripartito
tra le fasi aeriforme,
solida e acquosa.
Al di sopra del valore
soglia, si osserva che al
crescere della
contaminazione aumenta
la percentuale di
idrocarburi presente
come prodotto libero.
SUOLO (Zona Satura e Insatura)
NAPL (Non Aqueous-Phase Liquid)
MODELLI DI TRASPORTO: Presenza di DNAPL
Come schematizzato in Figura P.4, i contaminanti presenti come prodotto libero
denso (DNAPL) possono seguire due diversi meccanismi di trasporto:
1. Solubilizzazione in falda, con successivo trasporto, da quantificare utilizzando il
fattore di attenuazione in falda (DAF);
2. Solubilizzazione in falda, seguita da volatilizzazione da falda del contaminante,
quantificabile mediante i corrispondente fattori di trasporto per volatilizzazione
outdoor (VFwamb) e indoor (VFwesp).
SUOLO (Zona Satura e Insatura)
NAPL (Non Aqueous-Phase Liquid)
MODELLI DI TRASPORTO: Presenza di LNAPL
I contaminanti presenti come prodotto libero leggero (LNAPL) possono seguire
due diversi meccanismi di trasporto:
1. Solubilizzazione in fase liquida, con successivo trasporto in falda, da
quantificare utilizzando il fattore di attenuazione in falda (DAF);
2. Volatilizzazione diretta da prodotto libero con successiva migrazione dei
contaminanti presenti in fase aeriforme verso ambienti outdoor o indoor, da
quantificare mediante i fattori di attenuazione (αindoor / αoutdoor):
αoutdoor = VFwamb (imponendo saturazione in fase liquida e gassosa)
αindoor = VFwesp (imponendo saturazione in fase liquida e gassosa)
SUOLO (Zona Satura e Insatura)
NAPL (Non Aqueous-Phase Liquid)
MODELLI DI TRASPORTO: Presenza di NAPL nella zona insatura
I contaminanti presenti come prodotto libero in zona insatura (NAPL) possono
seguire due diversi meccanismi di trasporto:
1. Solubilizzazione in fase liquida, con successivo trasporto per lisciviazione, da
quantificare utilizzando il corrispondente fattore di trasporto (LF);
2. Volatilizzazione diretta da prodotto libero con successiva migrazione dei
contaminanti presenti in fase aeriforme verso ambienti outdoor o indoor,
da quantificare mediantei fattori di attenuazione (αindoor / αoutdoor):
αoutdoor = VFwamb (imponendo saturazione in fase liquida e gassosa)
αindoor = VFwesp (imponendo saturazione in fase liquida e gassosa)
N.B. Il fattore di trasporto LF (e in
particolare Ksw) deve essere calcolato
ponendo Cs=Csat (anche se Cs
analiticamente
determinata
risulta
maggiore di Csat), ossia CL = S.
SUOLO (Zona Satura)
Migrazione dalle acque di falda alle
acque superficiali
Nel caso in cui una falda contaminata si immette in un corpo idrico
superficiale, si avrà un processo di degrado della qualità delle acque
superficiali, dovuto alla diluizione del plume inquinato nel corpo idrico
ricevente.
Esistono in generale 4 diversi tipi di scenario che descrivono l’interazione fra
falda e corpi idrici superficiali, e in particolare dei fiumi:
1.
Nel caso di corsi d’acqua che
alimentano la falda sotterranea si
ha che il livello del pelo libero del
corpo idrico si trova ad una quota
maggiore del potenziale idraulico
dell’acquifero
misurato
in
prossimità del bordo del fiume.
SUOLO (Zona Satura)
Migrazione dalle acque di falda alle
acque superficiali
2.
Nel caso in cui sia l’acqua di falda ad
alimentare il corpo idrico superficiale,
si ha che il potenziale idraulico
dell’acquifero è maggiore della quota
del pelo libero del corpo idrico.
3.
Nel caso in cui il corpo idrico viene
attraversato da una falda si ha che
lungo una sponda il potenziale
idraulico della falda è maggiore della
quota del pelo libero delle acque
superficiali (e il fiume viene alimentato
dalla falda), sull’altra sponda il
potenziale idraulico ha una quota
inferiore (il corpo idrico è drenato dalla
falda); questa situazione di solito si
presenta quando il corso del fiume
scorre in direzione ortogonale alla
direzione del flusso di falda.
SUOLO (Zona Satura)
Migrazione dalle acque di falda alle
acque superficiali
4.
Quando la quota del letto del fiume e
il potenziale idraulico sono uguali, si
ha che il flusso del fiume e quello
della falda sono paralleli e non
avvengono scambi idrico fra i due
corpi.
Le acque superficiali e la falda possono essere considerate un unico sistema
poiché le interazioni avvengono lungo tutta la lunghezza del fiume dove le
connessioni idrauliche con la falda si verificano.
Possiamo definire la zona iporreica come quella zona in cui avviene la
miscelazione fra acqua di falda e acque superficiali.
SUOLO (Zona Satura)
Migrazione dalle acque di falda alle
acque superficiali
MODELLI DI TRASPORTO
Nel seguito, si farà riferimento esclusivamente al caso in cui sia l’acqua di
falda ad alimentare il corpo idrico superficiale (in particolare un
fiume). Qui, in tal caso, il potenziale idraulico dell’acquifero a monte del
corso idrico è maggiore della quota del pelo libero del corpo idrico (Caso
3).
Il modello di seguito riportato ha le seguenti caratteristiche:
MODELLO ANALITICO
MODELLO STAZIONARIO
MODELLO MONODIMENSIONALE
Il calcolo della concentrazione finale è ricavato da un bilancio di materia.
Il modello proposto inoltre è valido sotto le seguenti ipotesi:
(a) miscelazione istantanea e completa;
(b) assenza di processi di decadimento e rimozione del contaminante.
Migrazione dalle acque di falda alle
acque superficiali
SUOLO (Zona Satura)
MODELLI DI TRASPORTO
Nel caso in cui il rilascio di contaminante avvenga in un corpo idrico superficiale
caratterizzato da un deflusso (es. FIUME), è possibile calcolare la concentrazione
di contaminante che si trova nelle acque superficiali, in base ad un semplice
bilancio di massa all’interno di una zona di miscelazione:
C gw  Qgw  Csw (Qgw  Qsw )
Da cui si ricava la seguente
espressione:
C sw 
Qgw  C gw
Qgw  Qsw
RDF 

C gw
RDF
dove:
Cgw (mg/l) : Concentrazione dell’inquinante
presente nel plume della falda, misurata in
prossimità del corpo idrico recettore.
Csw (mg/l) : Concentrazione dell’inquinante nel
corso idrico superficiale a valle della
miscelazione.
Qgw  Qsw
Qgw (m3/d) : Portata della falda contaminata in
condizione di piena (IPOTESI CAUTELATIVA).
Qgw
Qsw (m3/d) : Portata del corpo idrico superficiale
a monte della miscelazione (non contaminato)
in condizione di magra (IPOTESI CAUTELATIVA).
River Diluition Factor (RDF)
SUOLO (Zona Satura)
Migrazione dalle acque di falda alle
acque superficiali
MODELLI DI TRASPORTO
C gw  Qgw  Csw (Qgw  Qsw )
Migrazione dalle acque di falda alle
acque superficiali
SUOLO (Zona Satura)
MODELLI DI TRASPORTO
Corpo idrico precontaminato. Nel caso in cui nel corso d’acqua sia già presente
uno stato di contaminazione a monte della zona di miscelazione, con una
concentrazione pari a C0, il bilancio di materia diventa:
C gw  Qgw  C0Qsw  Csw (Qgw  Qsw )
dove:
Cgw (mg/l) : Concentrazione dell’inquinante
presente nel plume della falda, misurata in
prossimità del corpo idrico recettore.
Da cui si ricava la seguente
espressione:
Csw 
Qgw  C gw  Qsw  C0
RDF 
Qgw  Qsw

C gw
RDF
C gw (Qgw  Qsw )
C gw  Qgw  C0  Qsw
River Diluition Factor (RDF)
Csw (mg/l) : Concentrazione dell’inquinante nel
corso idrico superficiale a valle della
miscelazione.
Qgw (m3/d) : Portata della falda contaminata in
condizione di piena (IPOTESI CAUTELATIVA).
Qsw (m3/d) : Portata del corpo idrico superficiale
a monte della miscelazione (non contaminato)
in condizione di magra (IPOTESI CAUTELATIVA).
SUOLO (Zona Satura)
Migrazione dalle acque di falda alle
acque superficiali
MODELLI DI TRASPORTO
Csw
SUOLO (Zona Satura)
Migrazione dalle acque di falda alle
acque superficiali
MODELLI DI TRASPORTO
Csw
SUOLO (Zona Satura)
Migrazione dalle acque di falda alle
acque superficiali
MODELLI DI TRASPORTO
Occorre sottolineare che le equazioni sopra discusse
consentono esclusivamente la rappresentazione preliminare
di scenari molto semplici (immissione in piccoli corsi d’acqua
e/o canali) e comunque non consentono di valutare gli effetti
dell’immissione,
attraverso
le
acque
contaminanti in mare e/o in aree lagunari.
sotterranee,
di
INTRODUZIONE
Definizione della problematica della “INTRUSIONE DI VAPORI”
 La “VAPOR INTRUSION” è la migrazione di sostanze volatili dal
sottosuolo all’interno di ambienti confinati.
 Le specie chimiche volatili presenti nei rifiuti interrati, nel suolo saturo
(falda) o insaturo contaminato possono migrare attraverso il suolo
insaturo stesso e raggiungere gli edifici sovrastanti alterando la qualità
dell’aria indoor
 In casi estremi, i vapori possono accumularsi raggiungendo livelli di
concentrazione tali da comportare:
 rischi per la sicurezza dell’uomo (es. esplosioni)
 rischi acuti per la salute (es. intossicazione)
 problemi estetici (es. cattivi odori)
INTRODUZIONE
Definizione della problematica della “INTRUSIONE DI VAPORI”
 Generalmente, i livelli di concentrazione sono bassi, per cui ad essi può
corrispondere un rischio per la salute umana di tipo cronico, dovuto ad
una esposizione a lungo termine
 Se sussiste un rischio potenziale per la salute umana a seguito di
intrusione di vapori in ambienti confinati, il D.Lgs. 152/06 prevede il
calcolo delle Concentrazioni Soglia di Rischio (CSR) per il suolo saturo
ed insaturo, attraverso l’applicazione della procedura di analisi assoluta
di rischio (AdR), ed il confronto delle CSR calcolate con le
concentrazioni analiticamente determinate. Se quest’ultime risultano
inferiori alle CSR allora il suolo e/o la falda non sono contaminati,
altrimenti è d’obbligo procedere con la bonifica o la messa in sicurezza
del sito.
INTRODUZIONE
Definizione della problematica della “INTRUSIONE DI VAPORI”
 Nel caso di “Vapor Intrusion”, la contaminazione è legata alla
presenza di specie chimiche volatili che possono includere:
 Composti organici volatili (VOC), definibili ai ns. fini come
composti che a 293,15 K sono caratterizzati da una pressione di
vapore ≥ 0,01 kPa (d.lgs. n.152/2006 parte V) e una Costante di
Henry  10-5 atm m3/mol (USEPA 2002).
 Alcuni composti organici semivolatili (SVOC), ad es. gli IPA.
 Alcuni analiti inorganici come il Hg e l’H2S (Idrogeno solforato).
Bibligrafia:
USEPA (2002). OSWER Draft Guidance for Evaluating the Vapor Intrusion to Indoor Air
Pathway from Groundwater and Soils (Subsurface Vapor Intrusion Guidance), EPA530-D-02004.
INTRODUZIONE
Definizione della problematica della “INTRUSIONE DI VAPORI”
 Nella stima del rischio per la salute umana da inalazione di vapori in
ambienti confinati, la procedura di AdR fornisce degli output
estremamente conservativi.
La principale ragione risiede nell’utilizzo del modello proposto da Johnson &
Ettinger quale modello analitico di “fate & transport” per la stima del fattore di
volatilizzazione da suolo in ambienti confinati (VFwesp).
Tale modello analitico, che rappresenta la capacità attuale di descrizione
matematica del fenomeno, in molti casi risulta essere estremamente
conservativo.
 Per tale ragione, il manuale “Criteri metodologici per l’applicazione
dell’analisi assoluta di rischio ai siti contaminati” (ISPRA, 2008) specifica
che, nel caso di non accettabilità del rischio per la salute umana
derivante da “vapor intrusion”, è possibile prevedere campagne di
indagini dirette (es. misure di soil-gas, campionamenti dell’aria indoor)
allo scopo di verificare i risultati ottenuti mediante l’applicazione del
modello di AdR.
INTRODUZIONE
OBIETTIVI
 Fornire dei valori di CSR per il comparto ambientale aria indoor in
relazione agli ambienti confinati di vita (uso residenziale) e di
lavoro (uso commerciale/industriale): CSR(aria indoor).
 Fornire una procedura utile per la valutazione del rischio da
“Vapor Intrusion”.
 Confrontare i Limiti di esposizione professionale (TLV-TWA) con le
CSR(aria indoor) calcolate a mezzo della AdR.
 Proporre una quantificazione dei livelli corrispondenti alla soglia di
azione (D.Lgs. 81/2008 e s.m.i.).
L’ANALISI DI RISCHIO
Fonte: Appendice S Criteri APAT 2008
Sorgente
Suolo
Superficiale
Suolo
Profondo
Falda
Meccanismi di Trasporto
Percolazione e
diluizione in
Falda
Modalità di
Esposizione
Trasporto e
dispersione in
Falda
Volatilizzazione e
accumulo in
ambienti confinati
Bersagli
Adulti/Bambini
Residenziale
Inalazione in
ambienti
confinati
Lavoratori Adulti
Industriale/
Commerciale
Diagramma di flusso del modello concettuale per l’intrusione di vapori
L’ANALISI DI RISCHIO
Modello Concettuale del Sito (MCS)
 SORGENTE DI CONTAMINAZIONE:
Nel caso specifico della “vapor intrusion”, la contaminazione è legata alla
presenza di specie chimiche volatili. (Il documento [USEPA, 2002] riporta un
elenco di sostanze che, per le loro caratteristiche di volatilità e di tossicità,
possono comportare rischio per tale via di esposizione).
 VIE DI MIGRAZIONE:
 Volatilizzazione da suolo o da falda contaminati (esposizione on-site).
 Percolazione da suolo in falda, diluizione e trasporto in falda, e
volatilizzazione da falda (esposizione off-site).
 BERSAGLI:
La “vapor intrusion” si presenta nel caso ci sia presenza di edifici utilizzati a
scopo residenziale, commerciale o industriale, oppure in cui sia prevista la loro
realizzazione, in corrispondenza della sorgente di contaminazione oppure, nel
caso di contaminazione della falda idrica, a valle idrogeologica della sorgente
stessa. Il documento [USEPA, 2002] suggerisce di porre particolare attenzione agli
edifici situati, lateralmente e/o verticalmente, nel raggio di 30 m (100 piedi) da
suolo o falda contaminati.
L’ANALISI DI RISCHIO
Stima della “CSR(aria indoor”)
 E’ possibile calcolare le Concentrazioni Soglia di Rischio per il comparto
ambientale “aria indoor” (CSR(aria indoor) [g/m3]), nel caso di uso
residenziale e commerciale/industriale, applicando la procedura di
analisi di rischio in modalità inversa, ossia partendo da un livello di
rischio accettabile per la salute umana, e selezionando il valore più
conservativo tra quelli individuati per effetti cancerogeni e tossici:
TR
 mg 
CSRc (aria _ indoor )  3  
 m  EM  SF
 mg  THQ  RfD
CSRn (aria _ indoor )  3  
EM
m 
(per effetti cancerogeni)
(per effetti tossici)
L’ANALISI DI RISCHIO
Stima della “CSR(aria indoor”)
 TR (“Target Risk” [adim.]) rappresenta il valore soglia di rischio al di sotto del
quale si ritiene tollerabile la probabilità incrementale di effetti cancerogeni
sull’uomo.
 THQ (“Target Hazard Quotient” [adim.]) è il valore soglia di riferimento al
disotto del quale si ritiene accettabile il rischio per la salute umana associato
ad effetti tossici.
Limiti di accettabilità del rischio sanitario
Accettabilità del Rischio e dell’Indice di Pericolo
(D.Lgs. 152/2008 e s.m.i.)
Contaminante
INDIVIDUALE
CUMULATIVO (*)
CANCEROGENO
TR = 10-6
TRcum = 10-5
TOSSICO
THQ = 1
THQcum = 1
(*) Rischio dovuto alla cumulazione degli effetti di più sostanze, tenendo
conto degli effetti additivi e non sinergici.
L’ANALISI DI RISCHIO
 EM rappresenta la portata effettiva di esposizione, ossia la quantità
giornaliera di matrice contaminata alla quale il recettore risulta
esposto. Nel caso di inalazione di vapori (e polveri) in ambienti
confinati tale quantità può essere stimata per mezzo della seguente
espressione:

 BiEFgEFED
m3
EM 


giorni
BW

AT

365
Kg

giorno


anno
(per lavoratori)

 BiAdEFgEFEDAd BiBamEFgEFEDBam
m3
EM 



giorni
giorni
BW
Ad

AT

365
BW
Bam

AT

365
Kg

giorno


anno
anno
(per residenti)
 Per uso del suolo “Residenziale” e per le sostanze cancerogene, il calcolo di EM
si effettua considerando la somma di 6 anni esposizione bambino e di 24 anni
esposizione adulto. Per le sostanze non cancerogene si assume il valore più
conservativo tra esposizione adulto ed esposizione bambino.
L’ANALISI DI RISCHIO
Fattori di esposizione utilizzati nel calcolo delle CSR(aria indoor)
Fattore di esposizione (EF)
Residenziale
Adulto
Bambino
Industriale
Adulto
Simbolo
Unità di misura
BW
kg
Tempo medio di esposizione sost.carcerogene
ATc
anni
70
70
70
Tempo medio di esposizione sost.non carcerogene
ATn
anni
ED
ED
ED
Durata di esposizione
ED
anni
24
6
25
Frequenza di esposizione
EF
giorni/anno
350
350
250
EFgi
ore/giorno
24
24
8
Bi
m³/ora
0,9
0,7
2,5
Peso corporeo
Frequenza giornaliera di esposizione indoor
Tasso di inalazione indoor (*)
70
15
(*) Come tasso di inalazione per i lavoratori è stato assunto il valore proposto dal documento [APAT, 2008] nel caso di dura attività fisica.
70
La CSR(aria indoor)
Le CSR(aria indoor) sono state calcolate per tutte le specie chimiche
contaminanti di cui all’Allegato 1 della Parte IV, Titolo V, D.Lgs. 152/06.
Tali CSR(aria indoor) rappresentano i limiti di accettabilità (del rischio per la
salute umana) nel caso di inalazione di vapori e/o polveri.
(stralcio)
La CSR(aria indoor)
Osservazioni
 Nei casi in cui il valore di CSR(aria indoor) risulta inferiore al limite di
rilevabilità strumentale, è possibile porre la CSR(aria indoor) pari a
quest’ultimo [NJDEP, 2005].
 E’ evidente che nel calcolo delle CSR(aria indoor) non si è tenuto conto
dell’effetto cumulativo conseguente all’inalazione di più sostanze
contaminanti eventualmente presenti nell’ambiente confinato. (Tale
approccio è lo stesso adottato dall’USEPA). Comunque, nel caso di
compresenza di più inquinanti, è possibile rimodulare le CSR(aria
indoor) in modo che siano rispettati i limiti di accettabilità del rischio e
dell’indice di pericolo cumulativi.
 I valori delle CSR(aria indoor) possono subire modifiche, rispetto a
quelli riportati in tabella 3, anche conseguentemente all’esigenza di
apportare variazioni, legate alla specificità del caso, relativamente ai
fattori di esposizione. Ad esempio nel caso di un ambiente industriale,
in cui quindi l’attività fisica risulti moderata o sedentaria, potrebbe
essere opportuno aumentare il tasso di inalazione indoor.
La CSR(aria indoor)
Osservazioni
 Per alcune delle specie chimiche considerate vigono valori limite o
valori obiettivo o valori di qualità dell’aria stabiliti da normative
specifiche ai fini della tutela della salute umana (D.M. 60/2002 e
D.Lgs. 152/2007).
Tali valori sono estrapolati dalle “Linee guida sulla qualità dell’aria”
dell’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS o WHO).
 Si ritiene quindi che, ove le CSR(aria indoor) risultano inferiori a tali
valori, è opportuno considerare quest’ultimi come soglie di
accettabilità.
Eccezione è fatta dai 3 idrocarburi alifatici clorurati cancerogeni 1,2dicloroetano, diclorometano e tetracloroetilene per cui il valore guida proposto
dall’OMS, come riportato in nota (8) alla tabella 3-bis, è basato sugli effetti non
cancerogeni, mentre ad oggi tali composti risultano classificati come
cancerogeni).
LA PROCEDURA
 Nei casi in cui l’applicazione della AdR individui delle CSR(suolo/falda)
inferiori alle concentrazioni analiticamente determinate in fase di
caratterizzazione, è possibile, in alternativa all’attivazione di
interventi di bonifica o di messa in sicurezza, effettuare campagne di
indagine diretta volte ad ottenere:
 Misure di concentrazione su campioni ambientali di aria indoor, da
porre a confronto con le CSR(aria indoor).
 Oppure, misure di concentrazione su campioni di soil-gas.
In tal caso, porre queste a confronto con le CSR(aria indoor) potrebbe
rappresentare un approccio eccessivamente cautelativo. Infatti, così
procedendo si trascura la riduzione di concentrazione che il contaminate
subisce migrando dal suolo all’interno dell’ambiente confinato. Quindi, in
accordo con quanto proposto da gran parte delle agenzie regionali
statunitensi ed anche dall’USEPA, è possibile calcolare una concentrazione
soglia di rischio nel soil-gas CSR(soil-gas) a partire dalla CSR(aria indoor) a
mezzo di un fattore di attenuazione (AF).
AF  CSR(aria _ indoor ) / CSR( soil _ gas)
LA PROCEDURA
 Il fattore di attenuazione (AF) può essere stimato, in modo più o meno
cautelativo, sulla base dei due criteri di seguito descritti:
 Criterio 1 (speditivo e cautelativo). Il fattore di attenuazione
viene stimato utilizzando dei valori di riferimento validi per
qualsiasi forma di contaminazione e calcolati sulla base di ipotesi
estremamente cautelative.
In tabella si riportano i fattori di attenuazione proposti in documenti
statunitensi ed i valori che, sulla base dei precedenti, si propongono per
l’utilizzo a livello nazionale.
 Criterio 2. Il fattore di attenuazione viene stimato attraverso il
modello di Johnson & Ettinger ed utilizzando parametri sitospecifici.
Il vantaggio di tale approccio è dato dal fatto che in questo modo si
tiene conto della effettiva partizione del contaminante nel terreno
tra fase solida e fase vapore.
LA PROCEDURA
Fattori di attenuazione per stima della CSR(soil-gas)
FATTORI DI ATTENUAZIONE (AF)
AFsup . 
CSR( aria _ indoor )
CSR( soil _ gas _ sup .)
(2)
(1)
AFprof . 
CSR( aria _ indoor )
CSR( soil _ gas _ prof .)
[USEPA, 2002]
0,1
0,01
[USEPA, 2004]
0,05 ÷ 0,01
0,01
[USEPA, 2007] (3)
0,02
0,01
[Atlantic Canada RBCA, 2006]
0,02
0,01
[NJDEP, 2005]
0,02
0,02
[ITRC, 2007]
0,1 ÷ 0,01
0,01 ÷ 0,001
Valori proposti
0,02
0,01
(1)
Campioni raccolti a profondità < 1 m al di sotto delle fondazioni.
(2)
Campioni raccolti a profondità > 1 m al di sotto delle fondazioni.
(3)
Proposta di revisione del documento [USEPA, 2004]
 Entrambe i criteri sono applicabili nel caso in cui la sorgente di
contaminazione, nel suolo insaturo o nella falda, è posta ad una
profondità maggiore di 1 m rispetto alla base delle fondazioni. Infatti,
nel caso di contaminazione molto superficiale, l’applicazione del modello
di Johnson & Ettinger risulta essere poco affidabile [Atlantic Canada RBCA,
2006]. In tal caso quindi è opportuno effettuare campionamenti e analisi di
aria indoor nell’ambiente confinato. Oppure applicare il Criterio 1.
LA PROCEDURA
Procedura per la valutazione del rischio da intrusione di vapori
Esiste un rischio potenziale
per la salute umana da
intrusione di vapori?
NO
SI
Stima della CSR (suolo insaturo e/o falda) a
mezzo della procedura di analisi assoluta di
rischio [D.Lgs. 152/2006 e s.m.i.].
CSR < Concentrazione
analiticamente determinata nel
suolo insaturo e/o nella falda?
NO
SI
Misure su campioni di “soil
gas” e confronto con le
CSR(soil gas).
Misure su campioni di
aria indoor e confronto con
le CSR(aria indoor).
CSR(soil gas) <
Concentrazione analiticamente
determinata nel “soil gas”?
CSR(aria indoor) <
Concentrazione analiticamente
determinata nell’aria indoor?
SI
SI
NO
Intervento di risanamento ambientale.
Non è necessario nessun intervento di risanamento.
NO
LA PROCEDURA
 Nel caso in cui siano disponibili misure di concentrazione su campioni sia di aria
indoor che di soil-gas, allora può essere applicato un approccio meno
cautelativo, basato sulla matrice di intervento proposta nel documento [NJDEP,
2005] e riportata in tabella.
Matrice di intervento
(applicabile nel caso in cui siano state effettuate misure sia di soil-gas che di aria indoor)
Concentrazione
misurata nel soil-gas
Concentrazione misurata nell'aria indoor
(*)
< CSR(aria indoor)
> CSR(aria indoor)
< CSR(soil-gas)
Nessun intervento
Nessun intervento (*)
> da CSR(soil-gas) a 10xCSR(soil-gas)
Monitoraggio
Monitoraggio o Intervento
> 10xCSR(soil-gas)
Monitoraggio o Intervento
Intervento
In tal caso è necessario appurare che non ci siano altre sorgenti di contaminazione nel suolo saturo e/o insaturo o
che non si siano creati dei percorsi di migrazione preferenziali.
LA PROCEDURA
 La procedura descritta è riferita esclusivamente alle specie
chimiche contaminanti presenti nei vapori (non considera cioè la
frazione di contaminanti adsorbita sulle polveri sollevate dal suolo).
 Infine, nella applicazione della procedura sopra descritta è necessario tener
conto della possibile presenza nell’ambiente confinato di specie chimiche
provenienti da sorgenti diverse dal suolo insaturo e/o dalla falda.
Queste possono, ad esempio, essere rappresentate dai materiali da costruzione,
dalle fonti energetiche per il riscaldamento/raffreddamento, dalla qualità
dell’aria esterna e, nel caso di impianti industriali, dalle materie prime e dai
prodotti utilizzati nelle lavorazioni.
I livelli di contaminazione dovuti a tali sorgenti sono generalmente rilevabili e
potrebbero persino superare le concentrazioni soglia di rischio.
Risulta quindi opportuno distinguere i contributi relativi al fondo rispetto a
quelli provenienti dal suolo, saturo o insaturo, contaminato.
IL RISCHIO CHIMICO
 RISCHIO CHIMICO: rischio per la salute e la sicurezza dell’uomo
all’interno di un ambiente confinato, che sia di tipo residenziale o
industriale/commerciale, può derivare dagli effetti di una specie
chimica presente a qualsiasi titolo e per qualsiasi ragione all’interno
dell’edificio stesso.
 La prevenzione del rischio chimico di esposizione all’interno degli
ambienti di lavoro attualmente è normata dal recente D.Lgs. 81/2008
(“Testo unico in materia di salute e sicurezza nei luoghi di lavoro”) e
s.m.i. (D.Lgs. 106/2009)
 Il Titolo IX “Sostanze Pericolose” del D.Lgs. 81/2008 detta i requisiti
minimi per la protezione dei lavoratori contro i rischi per la salute e la
sicurezza che possono derivare dagli effetti degli agenti chimici
pericolosi (capo I) e cancerogeni e mutageni (capo II), presenti sul
luogo di lavoro o che siano il risultato di ogni attività lavorativa che
comporti la loro presenza.
IL RISCHIO CHIMICO
 La valutazione del rischio chimico si articolata in diverse fasi.
 Tra cui, la fase della valutazione dose-risposta secondo il modello
universale della curva dose-risposta. Su questa curva possono essere
stabiliti due diversi livelli di soglia [INFN, 2008]:
 Il valore limite di esposizione professionale: livello di esposizione di
riferimento con cui confrontare i valori di concentrazione di esposizione
personale misurati all’interno degli ambienti di lavoro. Tali valori limite
indicano i livelli di esposizione superati i quali occorre adottare delle misure
correttive, ai fini della salvaguardia della salute e della sicurezza dei
lavoratori. Il valore limite di esposizione è quantitativamente determinato.
 Il livello di azione: livello in corrispondenza del quale scatta l’obbligo di
adottare misure specifiche di prevenzione (sorveglianza sanitaria, formazione,
DPI, sistemi di prevenzione collettiva, ecc.). Il livello di azione non è
quantitativamente determinato.
VALORI LIMITE DI ESPOSIZIONE
PROFESSIONALE
Curva dose risposta nella valutazione del rischio chimico
[INFN, 2008]
IL RISCHIO CHIMICO
 Al di sopra del valore limite, la maggior parte dei lavoratori corre il
rischio di ammalarsi,
 Tra il livello di azione ed il valore limite verosimilmente si possono
ammalare solo i soggetti ipersuscettibili.
 Al di sotto del livello di azione l’esposizione è talmente bassa che
nessun lavoratore (nemmeno un ipersuscettibile) può ragionevolmente
ammalarsi.
NOTA: Secondo il D.Lgs. 81/2008 (art. 234) il livello di azione può essere
considerato soltanto nel caso di esposizione ad agenti chimici pericolosi non
cancerogeni né mutageni, di categorie 1 o 2 secondo le definizioni dello stesso.
Per gli agenti cancerogeni o mutageni le misure specifiche di tutela debbano
obbligatoriamente essere applicate a prescindere dalla concentrazione di
esposizione.
IL RISCHIO CHIMICO
 Nell’Allegato XXXVIII (riferito genericamente agli agenti chimici) e nell’Allegato
XLIII (riferito specificatamente agli agenti cancerogeni e mutageni) al D.Lgs.
81/2008 sono riportati i valori limite di esposizione professionale
rispettivamente per 97 e 3 agenti chimici.
 Delle 97 sostanze elencate nel D.Lgs. 152/06 solo 22 sono normate dal D.Lgs.
81/2008.
 In Italia per gli agenti non compresi negli allegati al D.Lgs. 81/2008 si fa
riferimento ai TLVs dell’ACGIH (American Conference of Governamental
Industrial Hygienists). Sono previste tre categorie di TLVs:
 TLV-TWA (Time-Weighted Average): concentrazione media ponderata nel
tempo su una giornata lavorativa convenzionale di 8 ore e su 40 ore lavorative
settimanali, alla quale si ritiene che quasi tutti i lavoratori possono essere
ripetutamente esposti, giorno dopo giorno, per una vita lavorativa, senza effetti
negativi.

TLV-STEL (Short Term Exposure Limit): concentrazione TWA di 15 minuti che non deve
essere superata in qualsiasi momento durante la giornata lavorativa, anche se il TWA sulle
otto ore non supera il valore TVL-TWA.

TLV-C (Ceiling): concentrazione che non deve essere superata durante qualsiasi momento
della esposizione lavorativa.
Confronto VL e CSR(aria indoor)
Specie chimiche selezionate per il confronto
SPECIE CHIMICA
Numero CAS
Valori limite di esposizione
professionale [mg/mc] (1)
Composti Inorganici
Mercurio (come Hg)
7439-97-6
0,025
TLV-TWA
Aromatici
Benzene (Benzolo)
71-43-2
3,25
D.Lgs. 81/2008
Etilbenzene
100-41-4
442
D.Lgs. 81/2008
Toluene (Toluolo)
108-88-3
192
D.Lgs. 81/2008
Xileni
1330-20-7
221
D.Lgs. 81/2008
Aromatici policiclici
Benzo(b)fluorantene
205-99-2
0,2
TLV-TWA (2)
Crisene
218-01-9
0,2
TLV-TWA (2)
Alifatici clorurati
Cloruro di vinile (Cloroetilene)
75-01-4
7,77
D.Lgs. 81/2008
1,1-Dicloroetano (Cloruro di etilidene)
75-34-3
412
D.Lgs. 81/2008
Alifatici alogenati cancerogeni
Tribromometano (bromoformio)
75-25-2
5,2
TLV-TWA
Nitrobenzeni
Nitrobenzene
98-95-3
1
D.Lgs. 81/2008
Clorobenzeni
1,4-Diclorobenzene (p-Diclorobenzene)
106-46-7
122
D.Lgs. 81/2008
Monoclorobenzene
108-90-7
23
D.Lgs. 81/2008
Fitofarmaci
Dieldrin
60-57-1
0,25
TLV-TWA
Idrocarburi
n-esano
110-54-3
72
D.Lgs. 81/2008
(1) Misurato e calcolato rispetto ad un periodo di riferimento di 8 ore, come media ponderata.
(2) Idrocarburi policiclici aromatici adsorbiti su particellato (PPAH) - Catrame e pece di carbone
prodotti volatili (aerosol solubile in Benzene)
Confronto VL e CSR(aria indoor)
Confronto tra VL e CSR(aria indoor)
VL per esposizione professionale [mg/m3]
Confronto tra VL per esposizione professionale
e CSR (aria indoor) (Uso Ind./Com.)
CSR(indoor air) [mg/m3]
1,E+03
1,E+02
1,E+01
1,E+00
1,E-01
1,E-02
1,E-03
1,E-04
1,E-05
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cu
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1,E-06
Le differenze maggiori sono riferibili alle sostanze cancerogene (es. benzene,
benzo(b)fluorantene, cloruro di vinile), anche di categoria 3 (1,4-diclorobenzene,
diedrin), non considerate nel capo II del titolo IX del D.Lgs. 81/2008.
CONCLUSIONI
Inadeguatezza di utilizzare, negli ambienti di lavoro, i TLV-TWA come
valori soglia di accettabilità delle concentrazioni di inquinanti
provenienti da suolo contaminato.
Utilizzo delle CSR(aria indoor) quale riferimento per il confronto con
le misure di aria indoor (vapori e polveri) effettuate nell’ambito di
campagne di indagine diretta.
Poiché, le CSR(aria indoor) sono state valutate con riferimento alla
problematica della “vapor intrusion”, ma si tratta di valori soglia di
rischio che prescindono dalla tipologia di sorgente di contaminazione….
….si propone di assumere le CSR(aria indoor) quale riferimento per
quantificare la soglia relativa al livello di azione, da applicare
all’interno degli ambienti di lavoro.
Tale ultimo aspetto potrebbe rappresentare un primo passo verso
l’armonizzazione delle due normative (D.Lgs. 152/2006 e s.m.i., D. Lgs. 81/2008
e s.m.i.) che, attraverso la “vapor intrusion” e il “rischio chimico”, mirano alla
individuazione del rischio derivante da esposizione a sostanze chimiche e alla
protezione della salute umana, anche se in diversi ambiti di applicazione.
FINE