Principali inquinanti dell'aria

Si definisce inquinante una sostanza derivante da un’attività umana, presente in concentrazione maggiore rispetto a quella naturale ed avente un netto effetto dannoso sull’ambiente.
Gli inquinanti primari sono presenti nelle emissioni ed intervengono direttamente sulla salute umana. Gli inquinati secondari sono frutto di reazioni che avvengono in determinate condizioni atmosferiche tra i primari, o tra i primari e i naturali componenti dell’atmosfera.
Una valutazione dell’inquinamento basata sul controllo di tutte le sostanze presenti nell’atmosfera risulterebbe difficile se non impossibile, per questo motivo si misurano solo alcuni inquinanti caratterizzati da elevata significatività ambientale e che possono considerarsi rappresentativi di uno stato di inquinamento.
I principali inquinanti individuati dalla normativa italiana che recepisce direttive CEE e basate sulle indicazioni dell’O.M.S. sono:

MONOSSIDO DI CARBONIO

Il monossido di carbonio è un gas inodore e incolore, tossico per l’uomo.

Si forma in tutte le combustioni incomplete, in particolare, viene prodotto da tutti i veicoli a combustione interna (es. automobili), ma anche dagli impianti di riscaldamento domestici e dagli impianti industriali.

La formazione di ossidi di carbonio può avvenire secondo tre processi:

Combustione incompleta di carbonio o di composti contenenti carbonio;
Reazione a elevata temperatura tra CO2 e composti contenenti carbonio
Dissociazione ad elevate temperature di CO2 in CO e O.
La sorgente principale di emissione di CO è costituita dai mezzi di trasporto e fra questi gli autoveicoli a benzina.

Le emissioni di monossido di carbonio dai motori dipendono da:

- rapporto aria combustibile. Più è ricca la miscela più CO viene emesso;
- temperatura dell’acqua di raffreddamento del motore;
- caratteristiche tecniche della camera di combustione
- stato di usura del motore;
- condizioni di marcia .

 Al diminuire della velocità di marcia le emissioni di CO aumentano raggiungendo valori massimi col motore al minimo (condizioni tipiche di traffico intenso rallentato)

Le emissioni industriali di CO sono dovute principalmente alla produzione della ghisa e dell’acciaio.

L’emissione di CO nelle raffinerie di petrolio è dovuta in gran parte al processo di rigenerazione dei catalizzatori utilizzati nei processi di trasformazione del petrolio.

Anche le industrie del legno e della carta emettono CO durante la la distillazione per il recupero di prodotti chimici pregiati e di energia calorifica dal liquido nero che si forma nel processo di trattamento del legno: Altre emissioni di CO vengono da forni usati per rigenerare la calce dal carbonato di calcio. Si hanno poi le emissioni di Co dovute alla combustione in impianti fissi con l’impiego di carbone , olio combustibile, legno, mentre la combustione di gas naturale produce emissioni di CO trascurabili.

Nelle aree urbane le concentrazioni di CO raggiungono livelli elevati a causa del traffico intenso. Per questo motivo la popolazione risulta particolarmente esposta a tale inquinante soprattutto durante gli spostamenti quotidiani.

Il CO respirato ha la proprietà di fissarsi all’emoglobina del sangue con una affinità 220 volte maggiore rispetto all’ossigeno (ossiemoglobina) ed il composto che si genera (carbossi emoglobina) che è molto stabile. Questa reazione impedisce il normale trasporto dell’ossigeno nelle varie parti del corpo con conseguenze dannose sul sistema nervoso e cardiovascolare. L’entità di tali danni dipende direttamente dalle concentrazioni e dalle e dalla durata dell’esposizione. Gli effetti di tali esposizioni possono variare dai casi di leggera intossicazione con disturbi psico-motori , cefalea e indebolimento generale fino ai casi gravi di coma e morte per asfissia (ma l’inquinante non raggiunge nell’atmosfera concentrazioni così elevate).

OSSIDI DI AZOTO

L’azoto combinandosi con l’ossigeno da luogo a diversi composti denominati NOX. Tra questi i più importanti per l’inquinamento atmosferico sono l’ossido di azoto NO e soprattutto il biossido di azoto NO2.

L’ossido di azoto è un gas incolore ed inodore. Si forma in qualsiasi processo di combustione in cui si impiega l’aria come comburente, (indipendentemente dal combustibile usato), per reazione tra ossigeno e azoto ad alte temperature. Circa il 10% dell’ NO, una volta immesso in atmosfera, viene trasformato in biossido di azoto per azione delle radiazioni solari. L’ (NO2) ha un colore rosso bruno, un odore pungente ed è altamente tossico.

L’importanza degli NOX (NO + NO2) deriva dal loro coinvolgimento in presenza di forte irraggiamento solare in reazioni fotochimiche che originano inquinanti secondari pericolosi, componenti lo smog fotochimico. Gli NOX presenti nell’aria derivano sia da fonti naturali (batteri, vulcani, fulmini) sia da forme antropiche ( centrali termoelettriche, riscaldamenti domestici, autoveicoli sia a benzina che diesel).

Le attività produttive responsabili di emissioni di Nox riguardano l’utilizzo e la produzione di acido nitrico, la produzione di fertilizzanti azotati, le saldature.

Il biossido di azoto è un gas tossico irritante per le mucose ed è responsabile di specifiche patologie a carico dell’apparato respiratorio con diminuzioni delle difese polmonari (bronchiti, allergie, irritazioni).

Gli ossidi di azoto contribuiscono alla formazione di delle piogge acide e favoriscono l’accumulo di nitrati al suolo che possono provocare alterazioni di equilibri ecologici ambientali.

ANIDRIDE SOLFOROSA

Il biossido di zolfo o anidride solforosa (SO2) è un gas incolore dall’odore pungente ed irritante . L’SO2 è spesso accompagnata in concentrazioni molto minori dall’anidride solforica SO3 infatti l’anidride solforosa è ossidata ad anidride solforica o direttamente dall’ossigeno dell’aria o da altri inquinati. L’anidride solforica successivamente, in presenza di umidità è convertita in acido solforico.

L’anidride solforosa è uno dei più diffusi ed aggressivi inquinanti atmosferici tanto da essere universalmente considerato tra le cause principali dei danni all’uomo e all’ambiente. Le principali emissioni di anidride solforosa derivano dalle centrali termoelettriche, dagli impianti di riscaldamento domestico e da alcune produzioni industriali (raffinerie, fonderie, cementifici). Una minore concentrazione viene attribuita al traffico veicolare, in particolare ai veicoli con motore diesel. La concentrazione di biossido di zolfo presenta una variazione stagionale molto evidente con i valori massimi nella stagione invernale a causa del funzionamento degli impianti di riscaldamento.

L’ SO2 si forma dalla combinazione dell’ossigeno con lo zolfo presente come impurità nei combustibili di tipo fossili (carbone, petrolio, olio combustibile, gasolio; la quantità di inquinante emessa dipende pertanto dal tenore di zolfo nei combustibili. Le recenti normative che prescrivono bassi tenori di zolfo nei combustibili (DPCM 14/11/95, D.P.R. 395/2001 – Recepimento della direttiva 99/32/CE relativa alla riduzione del tenore di zolfo di alcuni combustibili liquidi) insieme al sempre più diffuso uso del gas metano costituiscono efficaci strumenti per il contenimento delle emissioni di SO2.

L’anidride solforosa produce effetti irritanti agli occhi e sul tratto superiore dell’apparato respiratorio. E’ uno degli inquinanti responsabili delle pioggie acide ed in particolari condizioni atmosferiche e di emissioni da alti camini può diffondersi nell’atmosfera anche a grandi distanze.

OZONO

L’ozono è un inquinante secondario quindi non direttamente riconducibile a specifiche fonti di emissioni, fa parte del cosiddetto “smog fotochimico” e viene utilizzato come indice globale degli ossidanti fotochimici.

Quello che si forma al suolo è il risultato di una combinazione chimica tra gli ossidi di azoto prodotti dai tubi di scappamento dei veicoli e l’ossigeno atmosferico, reazione che viene favorita dalla radiazione ultravioletta solare, e che di conseguenza lo rende un fenomeno tipico dei mesi estivi. La sua molecola è altamente instabile, ne consegue che in città dove sono maggiori gli inquinanti prodotti dalle auto tende a disfarsi rapidamente, mentre in periferia, dove ci sono aree verdi ricche di ossigeno, esso trova “molta materia prima” (ossigeno) e tende a permanere anche a lungo; quindi

il centro città presenta una minore concentrazione di ozono rispetto alla periferia.

Le categorie di popolazione particolarmente suscettibili ai rischi di esposizione ad ozono sono: i bambini, le donne in gravidanza, gli anziani, chi svolge attività fisica e lavorative all’aperto, i soggetti asmatici, i soggetti con patologie polmonari e cardiologiche.

E’ bene che queste persone evitino prolungate esposizioni all’aperto nelle ore più calde della giornata e riducano al minimo, sempre durante le stesse ore, lo svolgimento di attività fisiche affaticanti (passeggiate i bicicletta, gare, attività sportive in genere) che comporterebbero un aumento dell’impegno respiratorio.

PARTICELLE TOTALI SOSPESE

Con il termine di particelle totali sospese (PTS) o materiale particolato sospeso vengono indicate tutte le particelle solide o liquide disperse in aria. La natura delle particelle aereo disperse è molto varia: ne fanno parte le polveri sospese, il materiale organico disperso dai vegetali(pollini e frammenti di piante), il materiale inorganico prodotto da agenti naturali, (vento e pioggia), dall’erosione del suolo o dei manufatti (frazione più grossolana).

Tra le fonti antropiche emettono PTS alcune attività industriali (fonderie, cementifici, cantieri edili, miniere), i processi di combustioni relative a centrali termoelettriche, inceneritori riscaldamento e traffico autoveicolare (in particolare quelli con motore diesel), quest’ultimo contribuisce in misura considerevole con l’emissione in atmosfera di fuliggine, cenere e particelle incombuste di varia natura.

Nelle aree urbane il particolato può avere origine anche dall’usura dell’asfalto, dei pneumatici, dei freni, delle frizioni.

Tra le PTS rientra anche l’amianto che è cancerogeno e alcuni composti del piombo che hanno un alto grado di tossicità. Il particolato sospeso costituisce un veicolo di trasporto di altri inquinanti come l’SO2, gli idrocarburi policiclici aromatici e insieme a questi contribuisce nell’ambito urbano anche al degrado di monumenti ed opere d’arte.

La maggior parte delle polveri ha un diametro compreso tra 0.1 e 10 micron. Il rischio sanitario legato alle PTS dipende dalla loro concentrazione e dalla loro dimensione:

o le particelle con diametro superiore a 10 micron si fermano nelle prime vie respiratorie;

o le particelle con diametro tra 5 e 10 micron raggiungono la trachea e i bronchi;

o le particelle con diametro inferiore ai 5 micron possono raggiungere gli alveoli polmonari.

Per questo motivo IL DM 25/11/94 ha affiancato alla misura del PTS quella del PM10.

La Frazione PM10 viene definita come la frazione delle particelle sospese con diametro nominale inferiore a 10µm. Viene anche denominata “frazione respirabile”, in quanto le particelle che la compongono, data la loro dimensione, possono oltrepassare la faringe e arrivare ai polmoni provocando o accentuando malattie dell’apparato respiratorio.

METALLI

I metalli presenti nel articolato aerodisperso provengono da diverse fonti: il cadmio e lo zinco sono originati prevalentemente da impianti industriali, il rame ed il nichel da processi di combustione, il ferro proviene dall’erosine dei suoli, dall’utilizzo dei combustibili fossili e dalla produzione di leghe ferrose.

Il piombo viene emesso in atmosfera sotto forma di paricelle con diametro inferiore ad un micron. Deriva principalmente dalle emissioni dei veicoli a benzina in quanto viene aggiunto alle benzine come piombo tetraetile e tetraetile con funzione antidetonante e di aumentare il rapporto di compressione.

I metalli di maggior rilievo sotto il profilo tossicologico sono il nichel, il cadmio ed il piombo. I composti del nichel e del cadmio sono classificati dall’Agenzia Internazionale di ricerca come cancerogeni per l’uomo. Per il piombo è stato evidenziato un ampio spettro di effetti tossici, in quanto tale sostanza interferisce con numerosi sistemi enzimatici.

IDROCARBURI

Caratteristica fondamentale di questi composti è quella di contenere solo atomi di carbonio e di idrogeno. Lo stato di aggregazione (gassoso, liquido o solido) in cui si possono trovare dipende dalla struttura molecolare, in particolare dal numero di atomi di carbonio. Fra i composti noti ,quelli di maggiore interesse per quanto riguarda l’inquinamento dell’aria sono quelli allo stato gassoso alle temperature ordinarie o quelli altamente volatili alle temperature ordinarie. In base alla struttura molecolare si possono distinguere tre classi di idrocarburi, ciascuna caratterizzata da una certa reattività e tossicità:

o gli idrocarburi aciclici (o alifatici): la loro struttura presenta atomi di carbonio disposti a catena, con o senza ramificazioni.

o gli idrocarburi aromatici: gli atomi di carboniosono disposti ad anello esagonale (benzenico) con ogni atomo dell’anello legato ad un solo atomo addizionale (C o H)

o gli idrocarburi aliciclici: la struttura è ad anello (ma diversa da quella benzenica).

La presenza di idrocarburi nell’aria è dovuta in parte a processi di origine naturale; tra questi il maggior contributo è dato dai processi biologici di decomposizione di materia organica sulla superficie terrestre,mentre in minore quantità sono attribuibili a processi in atto in giacimenti di carbone, di petrolio e gas naturale e a processi spontanei di combustione.Per quanto riguarda le emissioni dovute all’attività dell’uomo si può dire che la fonte principale sono i mezzi di trasporto fra i quali i veicoli a benzina hanno il peso più rilevante. I due meccanismi principali con cui le auto immettono idrocarburi nell’aria sono l’evaporazione della benzina (complessa miscela di idrocarburi) e le emissioni di carburante incombusto nei gas di scarico.

La seconda importante fonte di inquinamento è costituita dai processi industriali nelle fasi di produzione, lavorazione, immagazzinamento e trasporto dei prodotti contenenti idrocarburi (in particolare quelli della benzina, che evaporano durante il carico di autobotti, il riempimento dei serbatoi delle stazioni di servizio e delle automobili.

Una parte delle emissioni industriali è dovuta all’evaporazione di solventi organici, (ingredienti importanti di vernici, pitture, lacche, rivestimenti). Le emissioni derivanti da attività umane sono concentrate in aree non molto estese nelle quali questi prodotti possono reagire facilmente con altri composti chimici; ad esempio gli idrocarburi insaturi del gruppo delle olefine reagiscono facilmente con gli ossidi di azoto in presenza di luce; tale processo è alla base della formazione dello “smog fotochimico”.

Gli idrocarburi che fattori di rischio più elevato per la salute dell’uomo sono gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA). Molti di questi sono noti per la loro azione cancerogena (3,4 benzopirene, 3,4 benzofluorantene, 3,4,8,9 dibenzopirene, 1.2.5.6 dibenzoantracene); (linee guida decreti). Altri sono dotati di attività oncogena più modesta. Altri ancora sono di per se inattivi ma con possibilità di azione cancerogena.

La concentrazione di IPA negli scarichi di autoveicoli è influenzata dal regime di funzionamento del motore nello stesso modo di quella del CO. Diversi tipi di combustibili liquidi producono approssimativamente, la stessa serie di IPA, variano le concentrazioni relative ed assolute. Il processo di combustione del gasolio nei motori diesel assume un ruolo importante nella produzione di queste sostanze

BENZENE

Il benzene è un idrocarburo aromatico. E’ prodotto in particolare dall’uso del petrolio, olio e loro derivati.

Viene emesso in atmosfera anche dai gas di scarico degli autoveicoli, in particolare da quelli alimentati a benzina.

Il benzene è presente nelle benzine come tale e si produce inoltre durante la combustione a partire soprattutto dagli idrocarburi aromatici.

E’ una sostanza classificata dalla Comunità Europea come cancerogeno di categoria 1, R45.

Con esposizioni elevate, dell’ordine di grammi al metro cubo, si osservano danni acuti al midollo osseo

Studi di mutagenesi evidenziano che il benzene agisce sul bagaglio genetico delle cellule. Stime dell’organizzazione mondiale della Sanità indicano che, a fronte di un esposizione di un g/m3 di benzene per l’intera vita, quattro persone su un milione sono sottoposte al rischio di contrarre la leucemia.