Atmosfera
massa d'aria che circonda la terra, con caratteristiche
fisiche e chimico-fisiche variabili con l'altezza
Parametri da considerare: temperatura, pressione,
densità, tipologia e natura chimica dei costituenti
Apprezzabile presenza di vapor d’acqua
TROPOSFERA e STRATOSFERA
potenzialmente “inquinabili”
Il 99% della massa è
localizzato entro i Km30
poli 7- equatore 15 km
la suddivisione in strati è in
relazione a temperatura/
densità che derivano dalle
interrelazioni nell'aria, tra
processi fisici e fotochimici
Struttura termica
verticale dell'atmosfera
TROPOSFERA: Temperatura diminuisce con altezza
STRATOSFERA: Temperatura aumenta con altezza
Riscaldamento per assorbimento UV dell'ozono
ESOSFERA
Garantisce H2O allo stato
solido e impedisce la
perdita di H per
fotodissociazione
Massa atm.=
5.14x1015ton=
1/1000.000msTerra
Una particella con un
cammino libero medio
di 1 x 10–6 cm al livello
del mare ha un
cammino libero medio
> 1 x 106 cm ad
un'altitudine di 500 km,
dove la pressione è più
bassa di molti ordini di
grandezza (sostanze
reattive+ stabili)
Variazione di P (linea intera) e T
(linea tratteggiata) con l'altitudine
1-5%
in proporzioni
estremamente
variabili
Particolato
(inorganico: processi di erosione, aerosol marino ecc.)
(organico: pollini, fibre vegetali e animali)
INQUINAMENTO ATMOSFERICO
alterazione quali-quantitativa dell’aria per un tempo tale da influire sul
benessere della persona e da causare danni a piante, animali e cose
Scale spaziali e temporali di trasporto e trasformazione di inquinanti
MICROSCALA < 1 km, secondi-minuti
• effetti aerodinamici ostacoli → edifici, canyon, rugosità
Alterazioni acute della qualità dell’aria (traffico)
PICCOLA SCALA < 10 km, ore
• massimo impatto inquinanti primari
Alterazioni acute della qualità dell’aria (sorgenti puntiformi, aree
urbane ed industriali)
MESOSCALA 10-100 km, ore-giorni
• produzione inquinanti secondari in atm- Ozono troposferico
MACROSCALA > 100 km
• trasporto e diffusione non omogenei
precipitazioni acide, inquinamento transfrontaliero
SCALA GLOBALE
• alterazioni globali composizione atmosfera
effetto serra, assottigliamento strato di ozono stratosferico
Gli agenti inquinanti possono essere distinti in:
PRIMARI
SECONDARI
quando mantengono le loro
caratteristiche una volta immessi
quando l’inquinante si modifica
per reazione con altri inquinanti
e/o con componenti dell’aria
E ancora in:
Particolato
componenti solide e liquide degli aerosol
Gas e vapori
Concentrazione:
Macroinquinanti
Microinquinanti
Reattività chimica degli inquinanti atmosferici
Inquinanti primari
•SO2
(combustibili contenenti zolfo: carbone, gasolio)
•CO (combustione incompleta, veicoli a benzina in fase di
decelerazione, combustioni da impianti fissi)
•particolato (PTS, PM 10 , PM 2,5 ) (fuliggini di combustione,
usura freni, pneumatici, asfalto, emissioni industriali –
lavorazione metalli, superfici, attività estrattive)
•NO
(ossidazione dell’N 2 atmosferico nei processi
di combustione da impianti fissi e mobili)
Inquinanti secondari
per effetto di meccanismi fotochimici complessi e tipici del sito
(insolazione, tipologia emissioni)
•O 3
•NO 2
•Composti organici reattivi
Gli aerosol ( compreso tra 0.01e100) possono essere distinti
FUMI
prodotti della combustione incompleta costituiti
da particelle solide e liquide CARBONIOSE
CENERI VOLANTI
Polveri PTS
NEBBIE
ARTIFICIALI
residui inorganici della combustione
distinte in base al in sedimentabili (>10 )
e inalabili(≤10) che comprendono anche la
frazione respirabile ( ≤ 2.5 )
costituite da composti in fase liquida (nebbie a
base organica di notevole persistenza e
opacità formate per la bassa tensione di
vapore degli idrocarburi olefinici
Diametro
particolato
Provenienza tipica
>10 µm
processi meccanici naturali
(erosione, vento)
1 - 10 µm
fonti naturali (terreno e sali marini)
polveri e combustione
0,1 - 1 µm
combustione e aerosol fotochimici
< 0,1 µm
processi di combustione
se < 10 µm
particelle inalabili
SORGENTI D’INQUINAMENTO
sono rappresentate da
PROCESSI DI COMBUSTIONE
(sia da impianti stazionari che mobili (produzione di
energia, riscaldamento, traffico motorizzato
Responsabili della contaminazione di fondo presente
indifferentemente in tutti i centri urbani
LAVORAZIONI INDUSTRIALI
Emissioni di contaminanti diversi dal punto di vista quali-quantitativo
Differentemente distribuiti sul territorio
Disponibilità di sistemi tecnologici per il contenimento delle emissioni
USURA DEI MATERIALI
condizioni ideali per una perfetta combustione
Combustibile sotto forma di gas o vapore
Miscela ideale combustibile-comburente
Combustione a temperatura ideale
CO2 e H2O (in quantità trascurabili) CO e NOx
Nelle combustioni incomplete si liberano oltre a
CO ed NOx
Fumi altamente inquinanti (goccioline di
catrame, idrocarburi, residui carboniosi,
ceneri)
Costituiti da particellato sedimentabile
(imbrattamento) e non sedimentabile
SORGENTI MOBILI PUNTIFORMI
attive tutto l’anno
l’emissione avviene a 30-50 cm dal suolo
la diluizione avviene prevalentemente
entro 3- 4 m dal suolo
emissioni nettamente differenziabili in base al tipo di motore
Motore a scoppio tipo Otto
ad accensione comandata
Diesel
ad accensione spontanea
Uso di miscele ricche
Uso di miscele povere
combustione ideale
combustione reale
marmitta catalitica ossidante
marmitta catalitica trivalente o a 3 vie
ossidazione di HC par e CO
riduzione di NO
Per ottenere l’abbattimento del 90% degli inquinanti
rapporto ideale aria/benzina
14,7/1
rapporto stechiometrico
iniezione elettronica
temperatura di esercizio
tra 300 e 900°C
FAP
assenza di Pb e S
Euro5
AUTODEPURAZIONE DELL’ATMOSFERA
Meccanismi di Rimozione
deposizioni umide
deposizioni secche
rain-out
wash-out
inglobamento in gocce di pioggia in formazione
inglobamento in gocce di pioggia già formate
Meccanismi di trasformazione
chimici
degli inquinanti:
ossidazioni, riduzioni, neutralizzazioni
chimico-fisici
evaporazione, condensazione,
sublimazione, nucleazione
DISPERSIONE DEGLI INQUINANTI
è dovuta a:
Caratteristiche delle Sorgenti
altezza, temperatura delle emissioni
Condizioni Meteorologiche
temperatura, soleggiamento, venti ecc.)
Orografia della zona
La dispersione può essere:
VERTICALE
correlata al tipo di Gradiente
Termico Verticale
ORIZZONTALE
correlata al regime dei venti
• avvezione operata dal vento dominante
(trasporto orizzontale di masse d’aria
• diffusione turbolenta (soprattutto nelle
direzioni trasverersale al vento domin.
Stabilità atmosferica e dispersione degli inquinanti
Nella bassa atmosfera il gradiente termico verticale (GT)
determina lo sviluppo di moti verticali favorendo il
rimescolamento e la dispersione degli inquinanti
processo adiabatico
= senza scambio di
energia con le masse
d’aria circostanti
Moto verticale dell’aria
La temperatura della massa d’aria dipende dalla Pressione:
se P aumenta
T aumenta (compressione)
se P diminuisce
T diminuisce (espansione)
GTA = -0,976 °C/100m
Il moto verticale delle masse d’aria dipende dallo scostamento
tra gradiente termico reale (GT) in atmosfera (fz delle condizioni
meteoclimatiche) e GTA
T massa d’aria > T atm
forza di galleg. esalta i moti
verticali
T massa d’aria < T atm
frena i moti verticali
Gradiente termico superadiabatico
GT>GTA atmosfera instabile
I moti verticali dell’aria sono esaltati,
rapida dispersione degli inquinanti
Gradiente termico subadiabatico
GT<GTA atmosfera instabile
I moti verticali dell’aria sono smorzati, limitazione nella
dispersione degli inquinanti
atmosfera molto stabile = SOTERMIA
INVERSIONE TERMICA
Si verifica in particolari condizioni meteo-climatiche
favorisce il ristagno degli inquinanti e
Fenomeni acuti di inquinamento
i movimenti ascensionali richiederebbero energia
