Monitoraggio e inquinanti
Monitoraggio
Monitorare la qualità dell’aria significa misurare in modo continuo le concentrazioni degli inquinanti nell’aria ambiente. A tale scopo la normativa europea (direttiva 50/2008/CE, direttiva 107/2004/CE) e nazionale (D.Lgs 155/10 che recepisce le citate direttive) dettano le regole secondo cui eseguire queste misure, in termini di:
- inquinanti da monitorare e relativi metodi di misura da utilizzare
- ubicazione dei punti di misura, anche in relazione agli inquinanti monitorati
- numero minimo di punti di misura, in relazione alla popolazione ed al livello di inquinamento
- qualità dei dati rilevati
Con il Piano regionale di risanamento e tutela della qualità dell’aria e per la riduzione dei gas serra (Deliberazione del Consiglio Regionale del 21.2.2006 n. 4) la Regione Liguria ha dato le linee guida secondo cui adeguare la rete di rilevamento allora in essere alle disposizioni normative, ad esempio modificando l’ubicazione di alcune stazioni non conformi o aggiungendo ulteriori analizzatori.
Il monitoraggio della qualità dell'aria è, ai sensi della L.R.18/99, di competenza delle Amministrazioni provinciali che possono avvalersi di Arpal in qualità di supporto tecnico per la gestione della rete di rilevamento della qualità dell’aria e per l' esecuzione di campionamenti ed analisi per la misura di inquinanti con tecniche non automatiche, anche a seguito di eventi accidentali.
Con la L.R. n.20/ 2006 è stato affidato ad Arpal il compito di gestire le reti di monitoraggio, che consiste nella gestione di stazioni di misura automatiche, fisse o mobili, che comprende:
- la verifica periodica della risposta strumentale tramite prove o tarature fuori campo per ogni analizzatore
- il controllo e la correzione in campo delle normali derive strumentali o dell'influenza della variabilità delle condizioni ambientali, nonché la verifica delle curve di taratura per ogni analizzatore
- l'esecuzione degli interventi manutentivi periodici per il mantenimento dell'integrità ed efficienza del sistema quali ad esempio la sostituzione dei componenti soggetti ad esaurimento o la pulizia degli organi filtranti
- le verifiche conseguenti alle segnalazioni di allarme o di anomalia provenienti dalle varie apparecchiature
- le verifiche sui sistemi di acquisizione, archiviazione e trasmissione dei dati
- gestione del sistema "rete di monitoraggio", che comprende:
- il controllo di qualità sui dati rilevati e la conseguente "validazione" ossia l'apposizione di un flag ad ogni singolo dato, che ne attesta la rispondenza agli standard di qualità prestabiliti
- l'acquisizione sul database dei dati rilevati in modo non automatico
- la trasmissione dei dati al sistema informativo regionale (SIRAL)
- l'elaborazione dei dati secondo quanto previsto dalla normativa e la predisposizione di rapporti e relazioni sugli esiti dei rilevamenti
Arpal provvede a:
- la gestione della base dati sulla qualità dell'aria facente parte del sistema informativo regionale (SIRAL), alla quale affluiscono tutti i dati rilevati
- la verifica dei flussi di dati dal livello provinciale a quello regionale e dal livello regionale a quello nazionale
- il calcolo degli indicatori di qualità dell'aria sull'intero territorio regionale per l'elaborazione della valutazione annuale
- la trasmissione delle informazioni rerlative alle qualità dell’aria alla UE
I dati di qualità dell'aria relativi agli inquinanti normati rilevati in Liguria dalle reti pubbliche negli ultimi 5 anni e le relazioni di valutazione annuale sono accessibili al pubblico tramite i servizi dedicati alla Qualità dell'aria di Regione Liguria
Lidar
La strumentazione di tipo Lidar (Light Detection and Ranging) misura nubi e aerosol di origine naturale o antropica, cioè ricostruisce i profili di costituenti atmosferici non gassosi. Si basa sull’emissione di un fascio a impulsi di radiazione laser da terra verso l’alto e sulla misura del corrispondente segnale retrodiffuso (“riflesso” verso il basso) da questi target specifici.
Il fascio laser emesso ha una lunghezza d’onda pari a 910.55 nanometri, e i profili verticali stimati raggiungono un’altezza massima di 15400 metri con una risoluzione pari a 4.8 metri.
Il Lidar installato da Arpal presso la propria sede centrale di Genova è un Vaisala CL61, strumento di nuova generazione capace di distinguere particolato minerale (particelle più irregolari e allungate) da quello tipicamente urbano (particelle più piccole e sferiche), nubi di ghiaccio e nubi di acqua, ceneri vulcaniche nelle componenti grossolane e fini. Si distingue dai ceilometri tradizionali proprio per questa capacità di misurare la depolarizzazione del segnale riflesso, che permette di determinare la forma delle particelle.
I grafici mostrano, per le ultime 24 ore, l’intensità del segnale retrodiffuso (o backscattering), la depolarizzazione ad ogni quota (asse verticale) nel tempo (asse orizzontale) e la copertura/altezza delle nuvole.
NB: ora in UTC.
Come detto, il Lidar è uno strumento affine al Radar: trasmette un segnale elettromagnetico su un elemento target. Questo segnale interagisce con il target e ne subisce delle modifiche: una parte del segnale subisce riflessione. Le modifiche rilevate alle caratteristiche del segnale luminoso retrodiffuso (o backscatter) consentono di determinare la presenza del target.
Diversamente dal Radar, invece delle microonde, utilizza come sorgente luce visibile, ultravioletta o infrarossa. Grazie alla minore lunghezza d’onda il Lidar permette il telerilevamento di corpi di dimensioni tipiche degli aerosol atmosferici. Di conseguenza, i valori più alti del coefficiente di backscattering (definito come la sezione trasversa di retrodiffusione per unità di superficie) indicano la presenza di aerosol.
Per avere informazioni sulla forma e la fase termodinamica delle particelle atmosferiche rilevate si studia la depolarizzazione che subisce il fascio laser in seguito al backscatter. In particolare, il rapporto di depolarizzazione, definito come il rapporto tra la componente perpendicolare e la componente parallela del segnale retrodiffuso, consente di differenziare particelle solide e liquide, di individuare di individuare lo strato di sciolgimento e di tracciare polveri e sabbie.
La Figura mostra l'altezza della base degli stati nuvolosi (fino a 5) e la copertura nuvolosa associata espressa in ottavi.
Inquinamento atmosferico
L'aria è una miscela di gas e vapori (azoto, ossigeno, argon, anidride carbonica ed altri elementi in piccolissime quantità) che costituisce l'atmosfera terrestre.
I gas mantengono concentrazioni più o meno costanti nel tempo e nello spazio: tuttavia l'atmosfera non è un sistema chiuso, ma sempre in continua evoluzione.
L'inquinamento atmosferico è definito, secondo l'art. 268 del DLgs. n.152/ 2006, come ogni modificazione dell'aria atmosferica, dovuta all'introduzione nella stessa di una o più sostanze in quantità e con caratteristiche tali da ledere o da costituire un pericolo per la salute umana o per la qualità dell'ambiente oppure tali da ledere i beni materiali o compromettere gli usi legittimi dell'ambiente.
Sfoglia la storia dell'inquinamento atmosferico sull'Ecoatlante del Sistema nazionale per la protezione dell'ambiente.
Inquinanti
Sono detti inquinanti le sostanze che alterano l'equilibrio dell'atmosfera; la loro genesi può essere naturale o antropica.
Tra gli inquinanti di origine naturale ritroviamo i prodotti dell'attività delle piante, le esalazioni vulcaniche, l'aerosol marino, pollini e spore fungine.
Le attività antropiche che rilasciano inquinanti sono le combustioni (traffico veicolare e centrali termoelettriche, ad esempio), i processi chimici, lavorazioni meccaniche.
La classificazione degli inquinanti può essere basata sulla loro caratterizzazione chimico-fisica o sulla loro genesi. Su questa base gli inquinanti si suddividono in primari e secondari.
La distribuzione in atmosfera degli inquinanti avviene in seguito a processi diffusivi, anche turbolenti, o di trasporto con le masse d’aria.
Inquinanti primari
- Composti dell'azoto (Nox, NH3)
- Composti del carbonio
- Idrocarburi aromatici (CO)
- Composti degli alogeni (HCl, HF)
- Idrocarburri alogenati
- Particolati
Inquinanti Secondari
- Ozono
CO - Monossido di Carbonio
Gas inodore e incolore, infiammabile e molto tossico, con densità simile a quella dell’aria.
Deriva dalla combustione incompleta, ossia in carenza di ossigeno, dei composti del carbonio. Permane in atmosfera per 3-4 mesi e viene rimosso attraverso reazioni di ossidazione (trasformandosi in CO2) o attraverso reazioni fotochimiche. Alte concentrazioni si possono rilevare in spazi chiusi come garage, tunnel poco ventilati o lungo le strade nei momenti di grande traffico.
Sorgenti naturali: incendi, eruzioni vulcaniche, ossidazioni del metano
Sorgenti antropiche: traffico veicolare, impianti siderurgici e raffinerie di petrolio
Effetti sull’ambiente: non rilevanti
| Inquinante | Riferimento | Limiti |
| Monossido di carbonio (CO) | D. Lgs. n. 155 del13/8/2010 | Valore limite (media di 8 ore massima giornaliera): 10 mg/m3 |
La tecnica di misura si basa sull’assorbimento da parte delle molecole di CO di radiazioni IR alla lunghezza d’onda di 4,6 μm. L’analizzatore è dotato di un sistema interno che permette di ottenere
una risposta lineare e proporzionale alla concentrazione di monossido di carbonio presente nel campione da analizzare.
C6H6 - Benzene
Idrocarburo aromatico liquido a temperatura ambiente, ma che evapora molto velocemente, altamente infiammabile e cancerogeno.
Molto utilizzato nell’industria per produrre resine e fibre sintetiche. E’ utilizzato come antidetonante nelle benzine.
Sorgenti naturali: incendi di foreste
Sorgenti antropiche: combustione incompleta del carbone e del petrolio, i gas esausti dei veicoli a motore e le emissioni industriali. L’inquinamento urbano da benzene è da
attribuirsi quasi esclusivamente al traffico veicolare di veicoli a benzina in quanto, per le sue caratteristiche antidetonanti, viene utilizzato nelle benzine, insieme ad altri composti aromatici, in sostituzione del piombo tetraetile.
Effetti sull’ambiente: non rilevanti
| Inquinante | Riferimento | Limiti |
| Benzene (C6H6) | D. Lgs. n. 155 del13/8/2010 | Valore limite annuale: 5 μg/m3 |
SO2 - Biossido di zolfo
Gas incolore, irritante, non infiammabile, solubile in acqua e dall’odore pungente.
Naturale prodotto dell’ossidazione dello Zolfo, è più pesante dell’aria e tende a stratificare nelle zone più basse. Permane in atmosfera per 1 - 4 giorni, subendo reazioni di trasformazione come l’ossidazione ad acido solforico, che ricade al suolo in forma di nebbie o piogge acide.
Sorgenti naturali: attività vulcanica
Sorgenti antropiche: processi di combustione che utilizzano combustibili di tipo fossile (gasolio, olio combustibile, carbone), in cui lo Zolfo è presente come impurità, e dai processi metallurgici. Una percentuale molto bassa di Biossido di Zolfo nell’aria (6-7%) proviene dal traffico veicolare, in particolare dai veicoli con motore diesel. per l’ossidazione dello zolfo in essi presente
Effetti sull’ambiente: acidificazione delle precipitazioni che provoca un rallentamento nella crescita delle piante
La concentrazione di Biossido di Zolfo presenta una variazione stagionale molto evidente, con i valori massimi nella stagione invernale, per il contributo aggiuntivo degli impianti di riscaldamento domestico.
| Inquinante | Riferimento | Limiti |
| Biossido di zolfo (SO2) | D. Lgs. n. 155 del13/8/2010 | Valore limite orario: 350 μg/m3 da non superarsi più di 24 volteper anno civile |
| Valore limite giornaliero: 125 μg/m3 da non superarsi più di 3 volteper anno civile | ||
| Soglia di allarme: 500 μg/m3 per tre ore consecutive |
Livello critico annuale per la protezione della vegetazione=livello critico invernale per la protezione della vegetazione: 20 µg/m3
La tecnica di misura si basa sul metodo a fluorescenza.
L'aria da analizzare è immessa in una apposita camera nella quale vengono inviate radiazioni UV a 230-190 nm. Queste radiazioni eccitano le molecole di SO2 presenti che, stabilizzandosi,
emettono delle radiazioni nelle spettro del visibile misurate con apposito rilevatore. L'intensità luminosa misurata è funzione della concentrazione di SO2 presente nell’aria.
NOx - Ossidi di azoto
Miscela di gas (componenti principali NO2 biossido di azoto ed NO monossido di azoto), tossica, di colore giallo-rosso, dall’odore forte e pungente. E’ un energico ossidante, molto reattivo e quindi altamente corrosivo. E’ parzialmente solubile in acqua.
NO2 svolge un ruolo fondamentale nella formazione dello smog fotochimico in quanto costituisce l’intermedio di base per la produzione di vari inquinanti secondari tra cui O3ed acido nitrico.
Sorgenti naturali: decomposizioni organiche anaerobiche, incendi ed emissioni vulcaniche
Sorgenti antropiche: traffico veicolare, combustioni ad alta temperatura, impianti termici e centrali termoelettriche
Effetti sull’ambiente: causa la senescenza e la caduta delle foglie più giovani. Il meccanismo principale di aggressione è costituito dall’acidificazione.
Il Biossido di azoto (NO2) è un inquinante prevalentemente secondario che si forma a seguito dell’ossidazione dell’ossido di azoto (NO): l’insieme dei due composti viene indicato con il termine di ossidi di azoto (NOx).
Il monossido di azoto non è soggetto a normativa, in quanto, alle concentrazioni tipiche misurate inaria ambiente, non provoca effetti dannosi sulla salute e sull’ambiente: se ne misurano comunque ilivelli per via del fatto che, attraverso la sua ossidazione in NO2 e la sua partecipazione ad altriprocessi fotochimici, contribuisce alla produzione di O3 troposferico.
Per il biossido di azoto sono invece previsti limiti, riassunti nelle tabelle di seguito riportate.
| Inquinante | Riferimento | Limiti |
| Biossido diazoto (NO2) | D. Lgs. n. 155 del13/8/2010 | Valore limite orario: 200 μg/m3 da non superarsi più di 18 volteper anno civile |
| Valore limite annuo: 40 μg/m3 | ||
| Soglia di allarme: 400 μg/m3 per tre ore consecutive |
La tecnica di misura si basa sulla reazione in fase gassosa tra monossido di azoto e ozono, capace di produrre una luminescenza caratteristica di intensità linearmente proporzionale alla concentrazione di NO. L’analizzatore a chemiluminescenza utilizza una singola camera di reazione ed un singolo fotomoltiplicatore che consentono l’esecuzione di una misura ciclica dell’NO e
dell’NOX.
Gli ossidi di azoto vengono emessi direttamente in atmosfera a seguito di tutti i processi dicombustione ad alta temperatura (impianti di riscaldamento, motori dei veicoli, combustioniindustriali, centrali di potenza, ecc.), per ossidazione dell’azoto atmosferico e, solo in piccola parte, per l’ossidazione dei composti dell’azoto contenuti nei combustibili utilizzati.
Nel caso del traffico autoveicolare, le quantità più elevate di questi inquinanti si rilevano quando iveicoli sono a regime di marcia sostenuta e in fase di accelerazione, poiché la produzione di NOXaumenta all’aumentare del rapporto aria/combustibile, cioè quando è maggiore la disponibilità diossigeno per la combustione Al momento dell’emissione gran parte degli ossidi di azoto è in forma di NO, con un rapporto NO/NO2 decisamente a favore del primo (il contenuto di NO2 nelle emissioni è circa tra il 5 e il 10% del totale degli ossidi di azoto) che viene poi ossidato in atmosfera dall’ossigeno e più rapidamente dall’ozono, dando luogo al biossido di azoto.
Metalli pesanti
I metalli pesanti sono inquinanti che, sebbene presenti in bassissime concentrazioni, possono comportare una vasta gamma di effetti negativi
sull'ambiente e sull'uomo.
Sorgenti naturali: erosione dei suoli, eruzioni vulcaniche
Sorgenti antropiche: i metalli presenti nel particolato atmosferico provengono da una molteplice varietà di fonti di origine industriale quali attività minerarie, fonderie, raffinerie,
inceneritori di rifiuti o dall’utilizzo di combustibili fossili. L’emissione di Piombo, derivante principalmente da autoveicoli, è stata drasticamente ridotta con l’adozione di benzine verdi.
I metalli possono essere tossici (ad esempio Nichel, il Cadmio ed il Piombo) e spesso cancerogeni (esempio Nichel e Cadmio)
Effetti sull’ambiente: gli effetti sono in particolare legati alla spiccata tendenza dei metalli ad accumularsi nei tessuti animali e vegetali.
Valori ammessi secondo il D.lgs.155/2010 all.XIII
- Piombo (Pb): valore limite annuale 0,5 µg/m3
- Arsenico (As): valore obiettivo annuale 6,0 ng/m3
- Cadmio (Cd): valore obiettivo annuale 5,0 ng/m3
- Nichel (Ni): valore obiettivo 20,0 ng/m3
PM - particolato atmosferico
Le polveri in atmosfera sono costituite dai materiali più diversi, che si presentano con varie granulometrie. Possono venire immesse in ambiente (frazione primaria) o possono formarsi in aria per reazione o condensazione di vari composti (frazione secondaria).
La concentrazione in aria di queste particelle viene limitata dalla naturale tendenza alla deposizione per effetto della gravità e dall’azione delle nubi e delle piogge: la loro permanenza è inoltre legata alla dimensione delle particelle stesse.
Sorgenti naturali: eruzioni vulcaniche, incendi boschivi, erosione delle rocce, dispersione di pollini e spray marino.
Sorgenti antropiche: utilizzo di combustibili fossili, emissioni degli autoveicoli, usura di pneumatici, dei freni e del manto stradale, fonderie, miniere, cementifici.
Effetti sull’ambiente: provoca una diminuzione della visibilità atmosferica: diminuisce la luminosità in seguito ad assorbimento o riflessione della luce solare. Favoriscono la formazione di nebbie perché costituiscono i nuclei di condensazione attorno ai quali si condensano le gocce d’acqua.
Valori ammessi secondo il D.lgs.155/2010 all.XIII
- PM10: materiale particellare con diametro aerodinamico inferiore a 10 µm
- PM2,5: materiale particellare con diametro aerodinamico inferiore a 2,5 µm
| Inquinante | Riferimento | Limiti |
| Particolato fine PM10 | D. Lgs. n. 155 del13/8/2010 | Valore limite giornaliero: 50 μg/m3 da non superarsi più di 35 volte per anno civile |
| Valore limite annuo: 40 μg/m3 | ||
| Particolato fine PM2,5 | D. Lgs. n. 155 del13/8/2010 | |
| Valore limite annuo : 25 μg/m3 |
Ozono
Gas tossico di colore bluastro, costituito da molecole instabili formate da 3 atomi di ossigeno che si scindono facilmente. È un energico ossidante e per gli esseri viventi un gas altamente velenoso.
L’Ozono (O3) troposferico, la fascia atmosferica a diretto contatto con la superficie terrestre, è un inquinante secondario che si forma a seguito di reazioni chimiche che avvengono in atmosfera a partire dai precursori (in particolare ossidi di azoto e composti organici volatili).
Queste reazioni sono favorite dal forte irraggiamento solare e dalle alte temperature e portano alla formazione di diversi inquinanti (smog fotochimico). L’inquinamento da ozono è un fenomeno caratteristico del periodo estivo e le concentrazioni più elevate solitamente si rilevano nelle ore pomeridiane e nelle aree suburbane poste sottovento rispetto alle aree urbane principali.
L’ozono situato nella stratosfera, lo strato di atmosfera da 10 a 40 kilometri al di sopra della superficie terrestre, viene continuamente generato e distrutto dalle radiazioni UV (ultraviolette), è essenziale alla vita sulla Terra in quanto rappresenta un vero e proprio schermo nei confronti delle pericolose radiazioni ultraviolette (raggi UV) provenienti dal sole.
Sorgenti naturali: una piccola parte dell’ozono naturalmente presente nella stratosfera viene trasportato nella troposfera per effetto della circolazione atmosferica.
Sorgenti antropiche: i precursori dell’ozono troposferico sono gli NOx e i Composti organici volatili, emessi da traffico veicolare, processi di combustione, evaporazione dei
carburanti, solventi.
Effetti sull’ambiente: i danni provocati consistono nella riduzione della crescita delle piante e a maggiori concentrazioni le necrosi delle foglie.
Per l'Ozono sono previsti i limiti riassunti nella tabella di seguito riportata.
| Inquinante | Riferimento | Limiti |
| Ozono (O3) | D. Lgs. n. 155 del13/8/2010 | Valore obiettivo per la protezione della salute: 120 μg/m3 media trascinata di 8 ore massima giornaliera da non superare più di 25 volte per anno civile come media su 3 anni |
| Soglia di informazione:180 μg/m3 (media oraria) | ||
| Soglia di allarme:240 μg/m3 (media oraria) per tre ore consecutive |
La tecnica di misura si basa sull’assorbimento da parte delle molecole di ozono di radiazioni UV alla lunghezza d’onda di 254 nm. La conseguente variazione dell’intensità della luce è direttamente
correlata alla concentrazione di ozono presente nel gas campione e tale concentrazione viene calcolata sulla base della legge di Lambert-Beer.