La simulazione della dispersione in aria ambiente degli inquinanti

L’articolo descrive l’utilità e gli scopi, nell’ambito delle attività di Arpa Toscana, dell’utilizzo di modelli matematici per la simulazione della dispersione in aria ambiente degli inquinanti. Sono riportati inoltre in estrema sintesi due esempi di casi-studio in cui si è reso necessario effettuare questo tipo di simulazioni.

L’utilizzo di modelli matematici per la simulazione della dispersione in aria ambiente degli inquinanti è ormai uno strumento consolidato, utilizzato da ARPAT nel suo ruolo istituzionale di supporto tecnico agli Enti pubblici (nell’ambito dei procedimenti di VIA, AIA, ecc.), ma anche al fine di soddisfare, mediante autonome applicazioni, esigenze tecniche specifiche finalizzate al controllo o all’analisi degli impatti sull’ambiente atmosferico.

L’attività di ARPAT in tale ambito si sviluppa nel contesto delle norme di legge nel settore ambientale e della normativa tecnica nel settore della modellistica e della qualità dell’aria. I modelli impiegati sono scelti tra quelli di cui sono note le prestazioni, valutate e validate da Agenzie pubbliche quali US-Environmental Protection Agency o European Environment Agency. Le tecniche utilizzate vanno dal semplice “screening”, che consente di ottenere risultati speditivi e cautelativi utili per effettuare rapide verifiche, a metodologie anche molto complesse in grado di fornire risultati con elevato livello di dettaglio.

In generale il ricorso ai modelli di dispersione degli inquinanti è uno strumento utile per:

  • ottenere campi di concentrazione anche nelle aree all’interno delle zone ove non esistano stazioni di misurazione della qualità dell’aria o estendere la rappresentatività spaziale delle misure stesse;
  • stimare il peso dei contributi delle diverse sorgenti alle concentrazioni in aria ambiente, su una determinata area;
  • determinare i contributi transfrontalieri e quelli derivanti da fenomeni di trasporto su larga scala (per esempio, le polveri sahariane);
  • prevedere la qualità dell’aria sulla base di scenari ipotetici di emissione o in funzione di variazioni delle condizioni meteorologiche;
  • valutare l’efficacia delle misure di contenimento delle emissioni in atmosfera.

Si descrivono brevemente, due esempi di casi studio affrontati dal Settore Modellistica Previsionale (SMP) di ARPAT, in cui sono state effettuate simulazioni rispettivamente sul breve e sul lungo periodo.

Il primo esempio riguarda la valutazione delle concentrazioni di biossido di zolfo (SO2) in aria ambiente associabili alle emissioni della Raffineria ENI di Collesalvetti (Livorno), in seguito ad una breve fermata di alcuni impianti ed alle successive operazioni di riavvio durante le quali si sono verificate due serie di emissioni anomale.

In particolare è stata effettuata una simulazione mediante il modello di dispersione DIMULA, relativa al periodo di interesse (dal 20 al 27 dicembre 2014), utilizzando come dati di input i valori delle concentrazioni rilevati al camino mediante SME (sistema monitoraggio delle emissioni) presso le tre emissioni di interesse dello stabilimento (E1, E4, E7).

Esempio 1: Immagine satellitare (da Google Earth ©) dell’area di interesse. isolinee rappresentanti le ricadute medie giornaliere di SO2 in aria ambiente relative al giorno 23/12/2014. Sono riportati: il dominio di calcolo utilizzato (12 km x 12 km, riquadro rosso); la posizione dei punti di emissione di interesse dello stabilimento ENI di Collesalvetti (cerchi gialli); la posizione di otto abitazioni scelte come recettori sensibili (circonferenze verdi). La legenda è espressa in µg/m3.

Al fine di verificare il rispetto dei limiti di legge (fissati dal D.Lgs. 155/2010) le concentrazioni massime stimate sono state quindi sommate al “valore di fondo”, ovvero al contributo attribuibile alle altre sorgenti attive nella zona rappresentato dalle concentrazioni in aria ambiente rilevate durante lo stesso periodo presso la stazione di monitoraggio della qualità dell’aria Livorno‑La Pira. Tale analisi ha consentito di escludere problematiche derivanti dalle emissioni anomale, in termini di rispetto dei limiti di qualità dell’aria.
Il secondo esempio, riguarda la stima della dispersione sul lungo periodo delle sostanze inquinanti emesse in atmosfera da parte dell’impianto di termotrattamento dei rifiuti solidi urbani in località Falascaia, Pietrasanta (Lucca), sia nell’assetto impiantistico attivo dal 1974 al 1988 che in quello in funzione nello stesso sito dal 2002 al 2010.

Le attività tecnico-scientifiche necessarie per la realizzazione dello studio di dispersione hanno riguardato:

  • ricerca, acquisizione e rielaborazione dei dati emissivi dell’impianto, nelle due configurazioni;
  • acquisizione e rielaborazione dei dati meteorologici rappresentativi della zona in cui è collocato l’impianto;
  • messa a punto, elaborazione e post-elaborazione delle simulazioni di dispersione, sia in termini di concentrazioni in aria ambiente che di deposizione al suolo delle sostanze emesse (in particolare: diossine e furani, metalli, polveri fini), realizzate con il modello di dispersione ISC3ST che fino al 2005 è stato il codice di riferimento di US-EPA.

Lo studio ha consentito di evidenziare le notevoli differenze degli impatti attribuibili alle due configurazioni impiantistiche, che nel primo caso sono risultati assai elevati (superiori ai valori di riferimento sanitario e ambientale attualmente disponibili, per alcuni inquinanti), mentre nel secondo sono risultati di entità assai modesta. La stima delle deposizioni al suolo di diossine e furani sono state opportunamente confrontate con le analisi dei terreni condotte tra il 2003 e il 2004 in due posizioni prossime all’impianto, risultando compatibili con le determinazioni analitiche e confermando quindi la sostanziale correttezza dello studio. I risultati dello studio sono stati impiegati dall’Azienda sanitaria locale e dall’Istituto per lo studio e la prevenzione oncologica per effettuare una serie di valutazioni circa lo stato di salute della popolazione circostante.

Esempio 2: configurazione del termovalorizzatore di Falascaia attiva nel periodo 2002-2010, con emissioni assunte pari ai limiti autorizzativi. Concentrazioni medie annue di PM10 nell’area circostante. Valori espressi in ng/m3.

A cura di Andrea Lupi

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