Elementi di Analisi del Particolato

Elementi di analisi del particolato atmosferico

March 24, 2016

Contents

• Introduzione
• Meccanismi di formazione del particolato secondario
• Effetti sul clima e sulla salute umana
• Composizione del particolato
• Analisi della frazione carboniosa e inorganica

Introduzione

Con il termine “particolato atmosferico” si intende comunemente l’insieme di particelle con diametro compreso tra 0.1-100 µm, disperse sotto forma di aerosol in atmosfera. Le frazioni di più interesse ambientale sono comunemente indicate con il termine PM10 e PM2.5. La prima afferisce alla frazione di particolato composta da particelle con diametro inferiore ai 10 µm, la seconda a particelle con diametro inferiore ai 2.5 µm.

È importante tenere presente che il particolato è sia di origine antropica sia di origine naturale. Le fonti naturali principali di particolato atmosferico sono lo spray marino, il risollevamento delle polveri del suolo, le eruzioni vulcaniche, le emissioni biologiche, ecc. Le fonti di origine antropica principale sono invece il traffico urbano, i processi di riscaldamento domestico, le emissioni dirette da parte del settore industriale, ecc.

Un’altra importante classificazione del particolato è costituita dalla discriminazione tra fonti primarie e secondarie. Nel caso di sorgenti antropiche, con emissioni primarie ci si riferisce all’emissione diretta in atmosfera di prodotti di combustione, fuliggine o prodotti generati dall’usura dei freni. Le stesse emissioni industriali rappresentano una fonte di emissione primaria.

Il particolato di origine secondaria è quello invece generato da determinati processi di condensazione in alta atmosfera, sia da parte di composti organici che inorganici. Per fare un esempio più concreto: i processi di combustione del petrolio danno origine ad emissione di SO2; questo in alta atmosfera condensa e dà origine a solfati i quali rappresentano una frazione del particolato di origine secondaria (lo stesso processo può avvenire da fonti secondarie quali emissione di H2S e SO2 da parte di incendi o eruzioni vulcaniche).

Lo stesso esempio potrebbe essere fatto considerando invece i prodotti del tipo NOx prodotti dai motori di combustione degli autoveicoli; essi in alta atmosfera danno origine a nitrati (questo processo è responsabile in parte delle piogge acide!).

Meccanismi di formazione del particolato secondario

Il processo attraverso il quale le particelle gassose microscopiche vanno ad originare materiale particolato (quindi con un diametro equivalente maggiore) è il fenomeno della nucleazione. Le particelle del gas si addensano attorno ad un centro di nucleazione, e tramite processi di coagulazione si raggruppano in particelle via via più grandi e dense.

Secondo alcune fonti il principale iniziatore del processo di coagulazione è l’acido solforico, il quale si aggrega prima con acqua e poi con ammoniaca, per dare origine a cluster che favoriscono a loro volta la formazione di particelle più grandi. Quando le particelle hanno raggiunto dimensione sufficientemente adeguata, esse possono andare incontro a fenomeni di rimozione per sedimentazione (la quale è causata ovviamente dall’effetto della gravità).

La velocità di sedimentazione è inversamente correlata alla viscosità del mezzo (ovvero dell’aria alla data pressione), è direttamente proporzionale alla differenza tra la densità della particella e la densità del mezzo, in base alla seguente legge nota come Legge di Stokes:

v = (2gd²(ρp − ρm))/9η (1)

Si definisce diametro aerodinamico equivalente il diametro di una particella sferica avente densità unitaria e con composizione aerodinamica (es. velocità di sedimentazione in aria) uguale alla stessa particella. Possiamo chiederci quale sia la distribuzione della particelle di particolato in atmosfera in relaz