Igiene dell'aria: i principali inquinanti

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La normativa di riferimento per la tutela della qualità dell’aria affronta la tematica secondo due aspetti fondamentali; da una parte agisce mediante il controllo delle emissioni dalle fonti inquinanti, attraverso limiti di emissione, dall’altra individua gli obiettivi di qualità dell’aria e valuta questa, predisponendone il monitoraggio e fissando standard di qualità, con metodi e criteri comuni, con lo scopo di proteggere la salute umana e l’ambiente nel suo complesso. La definizione di obiettivi e standard di qualità dell’aria, ai fini della protezione della salute umana e dell’ambiente nel suo complesso, nonché la valutazione per il monitoraggio del rispetto degli standard ed il raggiungimento degli obiettivi preposti sono indicati nel Decreto Legislativo n° 155 del 13/8/2010 e ss. mm. ii. (D.Lgs. n° 250/2012)

Qui di seguito sono riportati i principali inquinanti:

Il monossido di carbonio
Il monossido di carbonio (CO), noto anche ossido di carbonio è uno degli inquinanti atmosferici più diffusi. E’ un gas tossico, incolore, inodore e insapore che viene prodotto ogni volta che una sostanza contenente carbonio brucia in maniera incompleta. E’ più leggero dell’aria e diffonde rapidamente negli ambienti.
Come l’ anidride carbonica (CO2) deriva dall’ossidazione del carbonio in presenza di ossigeno. La sua presenza è quindi legata ai processi di combustione che utilizzano combustibili organici. In ambito urbano la sorgente principale è rappresentata dal traffico veicolare per cui le concentrazioni più elevate si riscontrano nelle ore di punta del traffico. Il principale apporto di questo gas (fino al 90% della produzione complessiva) è determinato dagli scarichi dei veicoli a benzina in condizioni tipiche di traffico urbano rallentato (motore al minimo, fasi di decelerazione, ecc.): per questi motivi viene riconosciuto come tracciante di inquinamento veicolare.
Tra i motori degli autoveicoli, quelli a ciclo Diesel ne emettono quantità minime, in quanto la combustione del gasolio avviene in eccesso di aria.
Minore è il contributo delle emissioni delle centrali termoelettriche, degli impianti di riscaldamento domestico e degli inceneritori di rifiuti, dove la combustione avviene in condizioni migliori con formazione di anidride carbonica. Altre sorgenti significative di CO sono le raffinerie di petrolio, gli impianti siderurgici e, più in generale, tutte le operazioni di saldatura. E’ infine presente in concentrazioni significative nel fumo di sigaretta ed è un pericoloso inquinante prodotto nel corso di incendi.
E’ definito un inquinante primario a causa della sua lunga permanenza in atmosfera che può raggiungere i quattro - sei mesi e proprio per questo motivo può essere utilizzato come tracciante dell’andamento temporale degli inquinanti primari al livello del suolo.
Mentre gli effetti sull’ambiente sono da ritenersi sostanzialmente scarsi o trascurabili, relativamente agli aspetti igienico-sanitari è da rimarcare l’elevata affinità (circa 240 volte superiore a quella per l’ossigeno) che questo gas dimostra nei confronti dell’emoglobina con formazione di un complesso estremamente stabile (carbossiemoglobina). Considerando che l’emoglobina è la molecola organica deputata nell’uomo al trasporto dell’ossigeno ai vari organi e tessuti, è evidente come in presenza di elevate concentrazioni di CO, alcune fasce di popolazioni quali neonati, cardiopatici, asmatici e più in generale le persone anziane possano incorrere in alterazioni delle funzioni polmonari, cardiache e nervose, effetti questi conseguenti ad una verosimile azione tossica del composto sugli enzimi cellulari che inibiscono, per questa via, la respirazione.
Cefalea e vertigini sono generalmente riconosciuti come i primi sintomi di avvelenamento da tale composto chimico: ulteriori e successivi effetti fisiopatologici sono le alterazioni psicomotorie con diminuzione della vigilanza, dell’acuità visiva, della capacità di apprendimento e dell’esecuzione di test manuali.
Recenti studi epidemiologici hanno infine dimostrato l’associazione causale tra aumento delle concentrazioni di CO ed incremento della mortalità giornaliera totale, di quella specifica per malattie cardiovascolari e respiratorie a breve termine.
Ai sensi della normativa vigente (D.M. 2 aprile 2002 n.60 e D.P.C.M. 28.03.1983, all.I tab.A) i valori limite per la protezione della salute umana sono rispettivamente:

  • 40 mg/m3 (concentrazione massima oraria);
  • 10 mg/m3 (concentrazione media massima trascinata sulle 8 ore).

Il biossido di zolfo (SO2)
Il biossido di zolfo - o anidride solforosa - è un gas incolore, di odore pungente. Si forma per ossidazione dello zolfo nel corso dei processi di combustione di materiali che contengono questo elemento come impurità.
Le principali emissioni di biossido di zolfo derivano pertanto da:

  • impianti fissi di combustione che utilizzano combustibili di tipo fossile (gasolio, olio combustibile, cherosene, carbone),
  • processi metallurgici,
  • produzione di acido solforico,
  • lavorazione di molte materie plastiche,
  • industrie della carta,
  • fonderie,
  • desolforazione di gas naturali,
  • incenerimento di rifiuti

mentre pressoché trascurabile l’apporto dal traffico veicolare dal momento che i carburanti in uso sono raffinati e a basso tenore di zolfo. Significativo il riscontro che emissioni naturali ed antropogeniche risultino, all’incirca, dello stesso ordine di grandezza.
Ritenuto fino a pochi anni fa uno dei principali inquinanti atmosferici, anche perché uno dei primi composti a manifestare effetti sull’uomo e sull’ambiente, ultimamente la sua significatività si è sensibilmente ridotta grazie agli interventi di metanizzazione che hanno interessato sia impianti di riscaldamento domestico che processi di combustione industriale.
L’anidride solforosa, gas molto irritante per la gola, gli occhi e le vie respiratorie pur non presentando una propria tossicologia, è fattore predisponente all’acuirsi di malattie croniche nei soggetti più esposti quali anziani, in particolare asmatici, e bambini. In ragione della sua alta idrosolubilità, l’85% della SO2 viene trattenuta dal rinofaringe e solo in minime percentuali raggiunge zone più distali quali bronchioli ed alveoli.
Episodi di inquinamento atmosferico con aumento delle concentrazioni di biossido di zolfo sono risultati associati in studi epidemiologici con l’incremento sia dei ricoveri ospedalieri per patologie respiratorie sia con l’aumento della mortalità generale.
Il biossido di zolfo svolge anche un’azione indiretta nei confronti della fascia di ozono stratosferico combinandosi con il vapore acqueo e formando acido solforico: questo fenomeno contribuisce anche all’acidificazione delle precipitazioni ("piogge acide") con effetti fitotossici e compromissione della vita acquatica e risulta corrosivo anche su materiali di costruzione, manufatti lapidei, vernici e metalli.
In accordo alla vigente normativa (Decreto 2 aprile 2002 n.60), per la protezione della salute umana sono previsti un valore limite orario (350 µg/m3 da non superarsi più di 24 volte per anno civile) ed un valore limite sulle 24 ore (125 µg/m3 da non superarsi più di 3 volte per anno civile).
Biossido di azoto (NO2)
Le emissioni naturali di NO2 comprendono i fulmini, gli incendi e le emissioni vulcaniche e dal suolo per cui gli ossidi di azoto (monossido e biossido di azoto) sono gas presenti, come fondo naturale, anche in aree disabitate. Le emissioni antropogeniche sono invece principalmente derivate da processi di combustione (veicoli, centrali termiche, riscaldamento domestico) in quanto le elevate temperature e pressioni favoriscono la reazione tra l’ossigeno e l’azoto.
Questa è una situazione tipica che avviene nei motori degli autoveicoli: l’elevata temperatura che si origina durante lo scoppio provoca la reazione tra l’azoto naturalmente presente nell’aria e l’ossigeno formando monossido di azoto. La quantità prodotta è tanto maggiore quanto più elevata è la temperatura di combustione e tanto più veloce è il successivo raffreddamento dei gas prodotti, che impedisce la decomposizione in azoto ed ossigeno. In una atmosfera urbana, in condizioni di traffico elevato e rilevante soleggiamento, si assiste ad un ciclo giornaliero di formazione di inquinanti secondari: il monossido di azoto viene ossidato tramite reazioni fitochimiche a biossido di azoto con formazione di una miscela NO - NO2 che raggiunge il picco di concentrazione nelle zone e nelle ore di traffico più intenso.
Il Biossido d’azoto, che presenta una tossicità decisamente superiore al monossido, è un gas fortemente reattivo, ritenuto tra gli inquinanti atmosferici più pericolosi in quanto irritante per propria natura. Esplica questa azione a livello delle mucose delle vie respiratorie, sia a livello nasale che bronchiale ed è inoltre precursore, in presenza di forte irraggiamento solare, di una serie di reazioni secondarie che determinano la formazione di tutta quella serie di sostanze inquinanti note con il termine di “smog fotochimico”.
Relativamente agli aspetti ambientali, gli ossidi di azoto intervengono nella formazione di piogge acide con conseguenti danni alla vegetazione a seguito di un impoverimento dei terreni di ioni calcio, magnesio, sodio e potassio e contemporanea liberazione di ioni metallici tossici per le piante, mentre per quanto riguarda le problematiche igienico-sanitarie, le conseguenze più frequenti sono riconducibili ad irritazioni e patologie a carico dell’apparato respiratorio, in particolare nei soggetti asmatici, con diminuzioni delle difese polmonari e conseguente insorgenza di bronchiti, allergie ecc..
Il D.M. 22 aprile 2002 n.60, prevede per questo parametro, relativamente all’anno 2005, un valore limite orario pari a 250 µg/m3 da non superare più di 18 volte per anno civile ed un valore limite annuale che sempre per il 2005, è stato fissato in 50 µg/m3.
Il benzene
Il benzene è un idrocarburo che si presenta come un liquido volatile, in grado cioè di evaporare rapidamente a temperatura ambiente, incolore e facilmente infiammabile E’ il capostipite di una famiglia di composti organici definiti aromatici per l’odore caratteristico ed è un componente naturale del petrolio (1 – 5% in volume) e dei suoi derivati di raffinazione.
In atmosfera la sorgente più rilevante di benzene (oltre l’80%) è rappresentata dal traffico veicolare, principalmente dai gas di scarico dei veicoli alimentati a benzina dal momento che viene utilizzato ( miscelato ad altri idrocarburi quali toluene, xilene ecc.) come antidetonante in questo tipo di carburante. In parte proviene anche dalle emissioni che si verificano nei cicli di raffinazione, stoccaggio e distribuzione delle benzine; a tal proposito va segnalato che durante il rifornimento di carburante dei veicoli si liberano nell’aria quantità significative della sostanza con esposizione a rischio del personale addetto ai distributori
Il prodotto è presente nelle benzine di produzione nazionale fino ad un tenore massimo dell’1% in volume (Legge 413/97), ma va considerato che in parte si forma anche durante la combustione, a partire in particolare da altri idrocarburi aromatici. E’ una molecola stabile e relativamente inerte e non ha un ruolo significativo nei processi di inquinamento secondario.
Tra i vari elementi presenti in atmosfera, questo idrocarburo rappresenta probabilmente uno di quelli a più elevato rischio sanitario.
Esso viene infatti classificato come cancerogeno di categoria 1, R45 dalla C.E., nel Gruppo 1 (sostanze per le quali esiste una accertata evidenza in relazione all’induzione di tumori nell’uomo) dalla International Agency for Research on Cancer (I.A.R.C) che lo definisce probabile ed importante causa nell’uomo di leucemia mielogena acuta e forse anche di leucemia di altro tipo ed anche l’Associazione Americana degli Igienisti Industriali lo riconosce cancerogeno accertato per l’uomo.
L’Organizzazione Mondiale della Sanità e U.S. Environmental Protection Agency hanno rispettivamente stimato in 4 e 10 casi aggiuntivi di leucemia per milione di persone, il rischio massimo aggiuntivo derivante dall’esposizione, protratta per tutta la vita, a concentrazioni di benzene pari a 1µg/ m3.
Ai sensi della vigente normativa (D.M. 60/2002), il valore limite per la protezione della salute umana è fissato, fino al 31 dicembre 2005, in 10µg/ m3, (valore medio annuo) e a partire da quella data sono previste successive e progressive riduzioni annuali per raggiungere, al 1 gennaio 2010, il valore limite di 5 µg/ m3.
L'ozono
L’ozono è un gas altamente tossico dotato di odore pungente caratteristico. Esso è naturalmente presente in una fascia della stratosfera, compresa tra i 20 e 30 Km. di altezza denominata per l’appunto ozonosfera e la sua concentrazione viene mantenuta sostanzialmente costante mediante un equilibrio chimico tra le reazioni di formazione e quelle di fotolisi che avviene per assorbimento della radiazione solare. Grazie a questo fenomeno l’ozono protegge la terra da più del 90% delle radiazioni UV dannose per la vita sul nostro pianeta.
A prescindere da questi effetti protettivi, a livello del suolo viene definito come un inquinante gassoso secondario che si forma nell’atmosfera di aree antropizzate attraverso reazioni fotochimiche a partire da precursori come ossido di azoto, piccole molecole organiche (idrocarburi, composti organici volatili) in presenza di radiazione solare.
L’ozono, energico ossidante, reagisce chimicamente con una grande quantità di sostanze presenti nell’aria e nel suolo e probabilmente rappresenta, assieme al materiale particolato, uno dei più importanti inquinanti con una tossicità valutata dalle 10 alle 15 volte superiore a quella del biossido di azoto.
Assorbito per via inalatoria, penetra nell’apparato respiratorio dove è in grado di danneggiare le proteine strutturali e di causare danno e morte delle cellule. A seguito di ciò si determina una diminuzione transitoria della funzione polmonare ed infiammazione delle vie aeree profonde: numerosi studi epidemiologici associano l’esposizione ad ozono ad un incremento del numero di ricoveri ospedalieri per disturbi respiratori, asma inclusa. 
La vigente normativa in materia (D.Lgs. 21 maggio 2004, n. 183) fissa i seguenti limiti:

  • 180 µg/m3 ( concentrazione oraria): soglia di informazione;
  • 240 µg/m3 ( concentrazione oraria): soglia di allarme
  • 120 µg/m3 ( concentrazione massima su 8 ore): valore per la protezione della salute umana.

Le polveri sottili (particolato)
L’interesse suscitato dalle polveri atmosferiche, sia dal punto di vista ambientale che igienico-sanitario deriva, storicamente, dallo studio di fenomeni acuti di smog (Londra nel 1952), nel corso dei quali le polveri, in combinazione con il biossido di zolfo, avevano determinato il verificarsi di pesanti effetti sanitari.
Già dalla pubblicazione dei risultati di MISA-2, un grande studio pianificato di metanalisi sugli effetti a breve termine degli inquinanti atmosferici rilevati nel periodo 1996-2002 in 15 città italiane, compresa Trieste, era emerso il ruolo statisticamente significativo degli inquinanti atmosferici, ed in particolare delle polveri fini, sull’insorgenza di patologie cardiovascolari e respiratorie.
Una recente indagine epidemiologica, svolta in collaborazione tra il Dipartimento Provinciale di Trieste di ARPA FVG ed il Dipartimento di Prevenzione dell’A.S.S. n.1 “Triestina” sulla stima dei potenziali benefici sanitari della riduzione dell’inquinamento atmosferico da PM10 a Trieste utilizzando i dati di inquinamento atmosferico dell’anno 2002 e pubblicato sulla rivista “Epidemiologia & Prevenzione” nel mese di maggio 2005, ha evidenziato che se nel 2002 il valore medio annuo delle concentrazioni di PM10 fosse rimasto contenuto a livelli non superiori a 20 µg/ m3 ( limite previsto dal D.M. n.60/2002 per il 2010) si avrebbe avuto come effetto la diminuzione di oltre 50 morti/anno, di 58 ricoveri per patologie cardiovascolari e di 33 ricoveri per patologie respiratorie. Dati questi che non necessitano di ulteriori commenti sia per gli aspetti sociali che di riduzione della spesa sanitaria che evidenziano.
Le polveri atmosferiche vengono comunemente definite con la sigla P.T.S. (Particellato Totale Sospeso) che comprende un insieme eterogeneo di particelle solide volatili (organiche ed inorganiche) e di goccioline liquide sospese nell’aria con dimensioni comprese tra 0.005 e 100 micron e che possono presentare caratteristiche e composizioni chimiche variabili e correlate alla fonte di provenienza.
La loro presenza nell’ambiente è legata a fonti naturali (eruzioni vulcaniche, polverosità terrestre, pollini ecc.) o può derivare da diverse attività antropiche quali emissioni da centrali termiche, da inceneritori, da processi industriali in genere, da traffico e svariate altre.
Il possibile danno per l’organismo umano può derivare sia dalla tipologia propria della particella di per sé tossica oppure, più frequentemente, a seguito di sostanze su di esse depositatesi: in altre parole il particellato sospeso risulta, di fatto, il tramite che consente la penetrazione, nell’apparato respiratorio dell’uomo, di sostanze potenzialmente nocive.
Mentre le particelle con diametro maggiore di 10 micron vanno incontro a naturali fenomeni di sedimentazione e comunque sono trattenute dalle vie aeree superiori, quelle di diametro inferiore o uguale a 10 micron (note come frazione PM10 frazione che comprende anche un sottogruppo, pari al 60%, di polveri più sottili denominate PM2.5 e PM1 aventi rispettivamente diametri uguali od inferiori a 2.5 ed 1 micron), rappresentano la frazione respirabile delle polveri e conseguentemente quella più pericolosa per la salute dell’uomo, in quanto possono determinare l’immissione all’interno del nostro organismo, fino a livello degli alveoli polmonari, di tutte le sostanze da esse veicolate.
In sintesi quanto minori sono le dimensioni delle particelle, tanto maggiore è la loro capacità di penetrare nei polmoni e di produrre effetti dannosi sulla salute umana
Le polveri PM10, una volta emesse, possono rimanere in sospensione nell’aria per circa 12 ore; di queste la frazione di diametro pari a 1 micron (PM1), può rimanere in circolazione per circa 1 mese.
Le fonti urbane di emissione di polveri PM10, sono principalmente i trasporti su gomma e gli impianti civili di riscaldamento.
Tutti i mezzi di trasporto emettono polveri fini: in ogni caso i veicoli diesel, sia leggeri che pesanti, emettono quantitativi di polveri, per chilometro percorso, maggiori rispetto ai veicoli a benzina, riconosciuti comunque responsabili delle produzione di piccole quantità di questo inquinante. Emissioni sono attribuibili anche alla erosione del manto stradale, all’usura di freni e pneumatici ed al risollevamento di polvere presente sulla carreggiata.
Relativamente agli impianti di riscaldamento, possono emettere polveri in particolare quelli alimentati a gasolio, olio combustibile, carbone o legno mentre sono da ritenersi trascurabili le emissioni di impianti alimentati a metano.
Atteso che, in generale, all’interno delle aree urbane sono sempre meno presenti fonti di inquinamento industriali, va altresì ricordato che polveri emesse da camini di altezza elevata possono essere trasportati da agenti meteorologici anche a grandi distanze per cui un inquinamento di fondo riscontrato in una determinata area, può provenire da un’industria situata anche a diversi chilometri di distanza.
Il D.M. 60/2002 prevede a partire dal 1 gennaio 2005, il Valore limite di 24 ore per la protezione della salute umana, di 50 µg/ m3, da non superarsi più di 35 volte per anno civile.
Gli Idrocarburi Policiclici Aromatici (benzopirene)
Con il termine di Idrocarburi Policiclici Aromatici viene definito un complesso di composti chimici di cui il benzo(a)pirene è uno dei più conosciuti: queste sostanze si trovano in atmosfera come prodotto di processi pirolitici e di combustioni incomplete, con formazione di particelle carboniose che li adsorbono e li veicolano, da impianti industriali, di riscaldamento e dalle emissioni di autoveicoli.
Gli I.P.A. sono generalmente composti persistenti, caratterizzati da un basso grado di idrosolubilità e da una elevata capacità di aderire al materiale organico.
Alcune di queste sostanze (benzo(a)pirene, benzo(a)antracene, dibenzo(a,h)antracene, benzo(b,j,k) fluorantene) vengono classificate, analogamente al benzene, come cancerogene di categoria 1, R45 dalla C.E., nel Gruppo 1 (sostanze per le quali esiste una accertata evidenza in relazione all’induzione di tumori nell’uomo) dalla International Agency for Research on Cancer.
In particolare una esposizione diretta e prolungata agli Idrocarburi Policiclici Aromatici può indurre la formazione di neoplasie a livello polmonare, della cute, laringe, esofago e stomaco.
Il benzo(a)pirene, oltre ad essere uno di quelli dotati di maggiore potenza cancerogena, risulta anche presente in concentrazioni significative nel particolato emesso dagli scarichi autoveicolari, secondo un rapporto piuttosto costante rispetto alla somma degli altri I.P.A.. Per questo motivo la sua concentrazione in atmosfera viene considerata un indicatore attendibile del rischio cancerogeno complessivo associato alla presenza in atmosfera di I.P.A. in aree ad elevata intensità di traffico autoveicolare.
Per questa categoria di inquinanti, la normativa di riferimento, in attesa dell’emanazione di una specifica Direttiva, è il DM 25.11.1994, che prevede, a partire dal 1/1/1999, come obiettivo di qualità, il valore di 1 ng/m3.