ALLEGATO V METODO DI RIFERIMENTO PER LA DETERMINAZIONE DEL MATERIALE PARTICOLATO COME PM10 NELL'ATMOSFERA Definizioni Diametro aerodinamico delle particelle: il diametro di una sfera di densita' di 1 g/cm3 con la stessa velocita' terminale della particella sotto l'azione dalla forza di gravita' in aria calma, nelle stesse condizioni di temperatura, pressione e umidita' relativa. Frazione toracica: la frazione in massa delle particelle inalate che penetrano oltre la laringe, secondo la definizione riportata nella Norma Europea EN 481 e ISO/DIS 7708 rev. Convenzione toracica: una specifica di riferimento per gli strumenti di campionamento quando la frazione di interesse e' quella toracica. PM10: ai fini del presente metodo, si intende il materiale particolato il cui diametro aerodinamico e' inferiore o uguale ad un valore nominale di 10 (mi)m, prelevato con un campionatore la cui efficienza di campionamento, per le particelle di diametro pari a 10 (mi)m, e' uguale al 50%. Campionatore PM10: uno strumento campionatore destinato a separare il PM10 da un campione di aria da cui questa frazione di materiale particellare e' veicolata. Nota: La pompa necessaria al funzionamento dello strumento viene considerata parte dello stesso, ma puo' essere sostituita da una pompa diversa che abbia le stesse caratteristiche. 1.0 Campo di applicazione. 1.1 Il metodo misura la concentrazione in massa del materiale particolato con diametro aerodinamico inferiore od uguale a 10 (mi)m (PM10) nell'aria atmosferica su un periodo di 24 ore. La misura non e' distruttiva e il campione puo' essere impiegato per successive determinazioni fisiche e chimiche. Nota: il PM10 approssima in modo convenzionale la frazione toracica che puo' essere effettivamente campionata (rispettando la convenzione toracica), dal sistema di campionamento di cui al punto 6.1. 2.0 Principio del metodo. 2.1 Un campionatore d'aria aspira l'aria atmosferica a flusso costante attraverso un sistema di ingresso dell'aria di geometria particolare in cui il materiale particolato sospeso viene separato inerzialmente in uno o piu' frazioni dimensionali entro l'intervallo dimensionale del PM10. Ciascuna frazione dimensionale compresa nell'intervallo dimensionale del PM10 viene quindi raccolta su filtri separati durante il periodo di campionamento stabilito. 2.2 Ciascun filtro (dopo condizionamento dell'umidita') viene pesato, prima e dopo il campionamento, cosi' da determinare, per differenza, la massa del PM10 raccolto. Il volume totale di aria campionata, riportato alle condizioni di riferimento prescritte (vedi 10.1), viene calcolato in base alla misura della portata e il tempo di campionamento. La concentrazione in massa di PM10 nell'aria atmosferica si calcola dividendo la massa totale delle particelle raccolte nell'intervallo dimensionale del PM10 per il volume di aria campionato e si esprime in microgrammi per metro cubo standard ((mi)g/std m3). Per campioni di PM10 raccolti a temperature e pressioni notevolmente diverse dalle condizioni di riferimento, le concentrazioni riportate a queste condizioni talvolta differiscono in modo sostanziale dalle concentrazioni effettive (in microgrammi per effettivo metro cubo), specialmente ad elevate altitudini. Sebbene non richiesta, la concentrazione di PM10 effettiva puo' essere calcolata dalla concentrazione corretta, usando la temperatura media e la pressione barometrica media del periodo di campionamento. 3.0 Intervallo di misura. 3.1 Il limite inferiore dell'intervallo di concentrazioni in massa e' determinato dalla ripetibilita' dei pesi della tara dei filtri, assumendo per il campionatore il volume di aria nominale. Per quei campionatori che posseggono un sistema automatico per il cambiamento del filtro, puo' non esserci un limite superiore. Per quei campionatori che non posseggono un sistema automatico di cambiamento del filtro, il limite superiore e' dato dalla massa di materiale raccoltosi sul filtro oltre il quale il campionatore non e' piu' in grado di mantenere la portata operativa entro i limiti imposti dalle specifiche per l'eccessiva caduta di pressione dovuta al sovraccarico del filtro. Questo limite superiore non puo' essere definito con precisione in quanto e' una funzione complessa della distribuzione granulometrica ambientale e del tipo delle particelle, dell'umidita', del tipo di filtro, e forse altri fattori. Ciononostante tutti i campionatori dovrebbero essere in grado di misurare concentrazioni in massa di PM10 nelle 24 ore di almeno 300 (mi)g/std m3 mantenendo i valori della portata operativa entro i limiti specificati dal costruttore. 4.0 Precisione. 4.1 La precisione dei campionatori di PM10 deve essere minore uguale 10 %. 5.0 Potenziali fonti di errore. 5.1 Particelle volatili. Le particelle volatili raccolte sui filtri spesso vanno perdute durante il trasporto e/o il magazzinaggio dei filtri prima della pesata dopo campionamento. Sebbene il trasporto o il magazzinaggio dei filtri e' talvolta inevitabile, i filtri dovrebbero essere ripesati prima possibile per minimizzare queste perdite. 5.2 Interferenze e artefatti. La ritenzione di specie gassose sui filtri puo' portare ad errori positivi nella misura della concentrazione di PM10. Tali errori comprendono la ritenzione del biossido di zolfo e dell'acido nitrico. Ci si riferisce alla ritenzione del biossido di zolfo sui filtri con conseguente ossidazione solfato con il termine di formazione di solfato di reazione, un fenomeno che aumenta con l'aumentare dell'alcalinita' del filtro. Con l'uso di filtri che rispondono alle specifiche per l'alcalinita' riportate nella sezione 6.2.4 si dovrebbe riscontrare una formazione di solfato di reazione nulla o scarsa. La formazione di nitrato di reazione, dovuto soprattutto alla ritenzione di acido nitrico, puo' verificarsi, in modo piu' o meno accentuato, con diversi tipi di filtri, compresi i filtri di fibra di vetro, quelli di esteri di cellulosa e con parecchi filtri di fibra di quarzo. Possono anche verificarsi perdite di nitrati, effettivamente presenti nel particolato atmosferico, per dissociazione o per reazione chimica, durante o dopo il campionamento. Questo fenomeno e' stato osservato con filtri di teflon e supposto per i filtri di fibra di quarzo. L'entita' dell'errore nelle misure di concentrazione del PM10 dovuto al nitrato di reazione varia con il punto di campionamento e con la temperatura ambiente; comunque, per la maggior parte dei punti di prelievo, ci si aspetta che questo errore sia piccolo. 5.3 Umidita'. Gli effetti dell'umidita' ambientale sul campione sono inevitabili. La procedura di condizionamento dei filtri riportata nella sezione 8.0 si propone di minimizzare gli effeti dell'umidita' sul mezzo filtrante. 5.4 Manipolazione del filtro. E' necessario maneggiare con cura i filtri durante le operazioni di pesata prima e dopo il campionamento al fine di evitare errori dovuti al danneggiamento del filtro o a perdite, per asportazione dai filtri, del particolato raccolto. L'uso di cartucce o cassette filtranti puo' ridurre l'entita' di questi errori. I filtri inoltre devono essere conformi alle specifiche di integrita' riportate al punto 6.2.3. 5.5 Variazione della portata. Variazioni della portata di esercizio del campionatore possono alterare le caratteristiche dimensionali delle paricelle selezionate dal sistema di ingresso dell'aria del campionatore. L'entita' di questo errore dipendera' dal grado di suscettibilita' del sistema di ingresso dell'aria alle variazioni di portata e dalla distribuzione delle particelle nell'atmosfera durante il periodo di campionamento. L'uso di un dispositivo per regolare la portata (sezione 6.1.3) e' necessario per minimizzare questo errore. 5.6 Determinazione del volume d'aria. Un'errata misura del volume di aria puo' derivare da errori commessi nella misura della portata o del tempo di campionamento. Gli errori nella determinazione della portata possono essere minimizzati usando il flussimetro, e per minimizzare gli errori nella misura del tempo di campionamento e' necessario servirsi di un misuratore del tempo trascorso (sezione 6.1.5). 6.0 Strumentazione. 6.1 Campionatore di PM10. 6.1.1 Il campionatore deve essere progettato in modo tale da: a. Aspirare il campione d'aria attraverso il sistema di ingresso dell'aria del campionatore e attraverso il filtro di raccolta del materiale particolato con velocita' uniforme. b. Mantenere e fissare il filtro in posizione orizzontale cosi' che campione d'aria sia aspirato verso il basso attraverso il filtro. c. Permettere che il filtro sia inserito e tolto comodamente. d. Proteggere il filtro ed il campionatore dalle precipitazioni ed impedire che vengano che vengano campionati insetti ed altri detriti. e. Minimizzare le perdite d'aria che porterebbero ad una errata misura del volume d'aria che passa attraverso il filtro. f. Scaricare l'aria aspirata ad una distanza dal sistema di ingresso dell'aria del campionatore sufficiente a minimizzare il campionamento dell'aria emessa. g. Minimizzare la raccolta della polvere dalla superficie del sostegno. 6.1.2 Il campionatore deve avere un sistema di ingresso del campione d'aria tale che, operando entro un determinato intervallo di portate, sia in grado di discriminare il materiale particolato nell'intervallo dimensionale del PM10 conformandosi a tutte le specifiche di corretta funzionalita' previste a tale scopo nelle fasi di progettazione e realizzazione. Il sistema di ingresso dell'aria del campionatore non deve mostrare sensibile dipendenza dalla direzione del vento. Quest'ultimo requisito puo' in genere essere ottenuto adottando una forma per il sistema di ingresso dell'aria che sia circolarmente simmetrica attorno a un asse verticale. 6.1.3 Il campionatore deve avere un dispositivo per il controllo della portata in grado di mantenere la portata di esercizio del campionatore entro i limiti di portata specificati per il sistema di ingresso dell'aria del campionatore durante le normali variazioni di voltaggio della linea elettrica e le cadute di pressione del filtro. 6.1.4 Il campionatore deve essere dotato di uno strumento per la misura della portata totale durante il periodo di campionamento. Un registratore in continuo della portata e' consigliato ma non necessario. Il misuratore della portata deve essere accurato entro il +- 2 %. 6.1.5 Si deve impiegare un congegno ad orologeria in grado di far partire e di fermare il campionatore al fine di ottenere un periodo di raccolta del campione di 24 +-1 hr (1440 +- 60 min). La misura del tempo di campionamento deve essere eseguita con una accuratezza di +-15 minuti. Il congegno ad orologeria e' facoltativo per i campionatori che registrano in continuo la portata, purche' la misura del tempo di campionamento ottenuta con il registratore sia conforme alla specifica di un'accuratezza di +- 15 minuti. 6.1.6 Il campionatore deve essere dotato di un manuale che comprenda istruzioni dettagliate sulla calibrazione, il funzionamento e la manutenzione del campionatore. 6.2 Filtri. 6.2.1 Mezzo filtrante. Non esiste in commercio un mezzo filtrante che sia ideale sotto ogni punto di vista per tutti i campionatori. Sono gli scopi che gli utenti intendono raggiungere con il campionamento a determinare l'importanza relativa delle varie caratteristiche dei filtri (ad es. il costo, la facilita' di manipolazione, le caratteristiche chimiche e fisiche, ecc.) e quindi a determinare la scelta fra i filtri accettabili. Inoltre certi tipi di filtri possono dimostrarsi non idonei ad essere utilizzati con alcuni campionatori, specialmente in condizioni di carico gravose (elevate concentrazioni di massa), a causa dell'alta resistenza al passaggio dell'aria o del suo rapido aumento, che oltrepasserebbero le possibilita' del regolatore di portata del campionatore. Comunque quei campionatori dotati di un meccanismo di sostituzione automatica dei filtri permettono l'uso di questi tipi di filtri. Le specifiche sotto riportate sono i requisiti minimi per assicurare l'accettabilita' dei mezzi filtranti per la misura delle concentrazioni di massa del PM10. 6.2.2 Efficienza di campionamento. Maggiore uguale 99%, misurata secondo il metodo DOP(*) con particelle da 0,3 (mi)m alla velocita' superficiale di esercizio del campionatore. (*) Vedi metodo ASTM-2986. 6.2.3 Bianchi di campo (in +- (mi)g/m3, assumendo il volume di aria campionato dal campionatore in 24 ore nominali). Il valore del bianco di campo viene espresso come concentrazione equivalente di PM10 corrispondente alla differenza media fra i pesi iniziali e finali di un campione casuale di filtri di prova che siano stati pesati e manipolati nelle condizioni di campionamento effettive o simulate, ma senza aver fatto passare attraverso questi nessun campione d'aria (bianco del filtro). La procedura della prova deve comprendere almeno il condizionamento e la pesata iniziale, l'inserimento in un campionatore fermo, la rimozione da questo e il condizionamento e la pesata finale. 6.2.4 Alcalinita'. Minore 25 microequivalenti/grammo di filtro. 6.3 Portata Standard di trasferimento. La portata standard di trasferimento deve essere adeguata alla portatata di funzionamento del campionatore e deve essere tarata contro un flusso primario o un volume standard. Lo strumento tarato alla portata standard di trasferimento deve essere in grado di misurare la portata di funzionamento del campionatore con un'accuratezza del +-2 %. 6.4 Ambiente di condizionamento dei filtri. 6.4.1 Intervallo di temperatura: da 15 a 30 oC. 6.4.2 Regolazione della temperatura: +- 3 oC. 6.4.3 Intervallo di umidita': dal 20% al 45% RH. 6.4.4 Regolazione dell'umidita': +- 5% RH. 6.5 Bilancia analitica. La bilancia analitica deve essere idonea a pesare i filtri del tipo e delle dimensioni richiesti dal campionatore. La portata e la sensibilita' necessarie dipenderanno dalla massa (tara) del filtro e dalla massa su essi depositata. In particolare, con campionatori ad alto volume (portate maggiori 0,5 m3/min) occorre una bilancia analitica con una sensibilita' di 0,1 mg. Con i campionatori a piu' basso volume (portate minori 0,5 m3/min) sara' necessaria una bilancia con sensibilita' maggiore. 7.0 Taratura. 7.1 Requisiti Generali. 7.1.1 La calibrazione del misuratore di portata del campionatore e' necessaria per poter ricondurre le successive misure di portata ad uno standard primario. Per tarare o verificare l'accuratezza del misuratore di portata del campionatore dovrebbe essere utilizzata una portata standard di trasferimento tarata contro un flusso o un volume standard primario. 7.1.2 La selezione dimensionale mediante separatore inerziale richiede che nel sistema di ingresso dell'aria del campionatore siano mantenute determinate velocita' dell'aria. Percio', la portata dell'aria attraverso l'ingresso del campionatore deve essere mantenuta durante tutto il periodo del campionamento entro l'intervallo di portate stabilito dal costruttore. Le portate caratteristiche dell'apparecchio sono date come portate volumetriche effettive misurate alle condizioni di temperatura e pressione al momento del campionamento (Qa). All'opposto, le concentrazioni in massa di PM10 sono calcolate riportandole alle condizioni di riferimento di temperatura e pressione (Qstd). 7.2 Procedura per la Taratura della Portata. 7.2.1 I campionatori di PM10 impiegano vari tipi di regolatori di portata e vari dispositivi di misura della portata. Le procedure specifiche utilizzate per la taratura o la verifica della portata variano a seconda del tipo di regolatore di portata o dell'indicatore della portata usato. In genere si raccomanda la taratura in termini di portata volumetrica effettiva (Qa), ma possono essere usate altre misure di portata purche' rispondano ai requisiti della sezione 7.1. La procedura generale ivi riportata e' basata su unita' di misura di portata volumetrica effettiva (Qa) e serve ad illustrare le fasi necessarie per la taratura del campionatore di PM10. Consultare il manuale di istruzioni del costruttore del campionatore. 7.2.2 Tarare lo strumento per la portata di trasferimento standard contro un flusso o volume primario standard. Stabilire una correlazione di taratura (p.e. un'equazione o una famiglia di curve) tale che la corrispondenza con lo standard primario abbia un'accuratezza che non vada oltre il 2% entro l'intero intervallo di variazione atteso delle condizioni ambientali (cioe' della temperatura e pressione) alle quali sara' usato lo standard di trasferimento. Ritarare periodicamente lo strumento usato come stand- ard di trasferimento. 7.2.3 Seguendo le istruzioni del manuale del costruttore del campionatore, togliere la testa di entrata d'aria del campionatore e connettere al campionatore stesso lo strumento tarato alla portata standard di trasferimento, in modo tale che lo standard di di trasferimento misuri accuratamente la portata del campionatore. Accertarsi che ci sia perfetta tenuta tra lo strumento usato come standard di trasferimento ed il campionatore. 7.2.4 Scegliere un minimo di tre valori di portata (m3/min effettivi) che si possono ottenere aggiustando opportunamente la portata del campionatore, distribuiti su tutto l'intervallo accettabile di portate specificate per quella testa di ingresso dell'aria (vedi 6.1.2). Seguendo il manuale d'istruzioni del campionatore ottenere o verificare la correlazione tra la portata (m3/min effettivi), come indicata dallo standard di trasferimento, e la risposta dell'indicatore di portata del campionatore. Registrare la temperatura ambiente e la pressione barometrica. Alcuni strumenti di misura della portata possono richiedere la correzione delle succes- sive letture dell'indicatore di portata per i valori di temperatura e pressione. Quando tali correzioni sono necessarie e' preferibile apportarle su base individuale o giornalmente. Tuttavia, per evitare le correzioni quotidiane possono essere introdotte nella taratura del campionatore temperature medie stagionali e medie della pressione barometrica relative al sito di campionamento. Per ulteriori informazioni consultare il manuale d'istruzioni del costruttore del campionatore. 7.2.5 Seguendo la calibrazione verificare che il campionatore funzioni alla sua portata caratteristica di costruzione (m3/min effettivi) con un filtro pulito inserito. 7.2.6 Riposizionare la testa di prelievo. 8.0 Procedura operativa. 8.1 Il campionatore deve operare conformemente alle specifiche fornite dal costruttore del campionatore nel manuale di istruzioni. La procedura generale indicata in questo testo assume che la calibrazione della portata del campionatore sia basata sulla portata a condizioni ambientali (Qa) e serve per illustrare le fasi coinvolte nel funzionamento di un campionatore PM10. 8.2 Ispezionare ciascun filtro per verificare che non ci siano forature particelle estranee ed altre imperfezioni. Preparare un modulo informativo per ciascun filtro e contrassegnarlo con un numero di identificazione. 8.3 Equilibrare ciascun filtro nell'ambiente di condizionamento (vedi 6.4) per almeno 24 ore. 8.4 Dopo la fase di equilibrazione, pesare ciascun filtro e registrare il massa prima del campionamento assieme al numero di identificazione del filtro. 8.5 Inserire il filtro pesato nel campionatore seguendo le istruzioni fornite dal costruttore nel manuale. 8.6 Accendere il campionatore e attendere che si raggiungano condizioni di regime. Registrare la lettura dell'indicatore di portata, e se necessario, la temperatura e la pressione barometrica ambientali. Determinare la portata del campionatore (m3/min effettivi) conformemente alle istruzioni fornite dal costruttore nel manuale di istruzioni. NOTA. - Non e' necessario misurare nel luogo di campionamento temperatura o pressione se l'indicatore di portata del campionatore non richiede correzioni per la temperatura e pressione oppure se la temperatura media stagionale e la pressione barometrica media del luogo di campionamento sono incorporate nella calibrazione del campionatore (vedi 7.2.4). Se fossero necessarie correzioni per la temperatura individuale o giornaliera e per la pressione, esse possono essere ottenute con misure locali o da una stazione meteorologica vicina. La pressione barometrica ottenuta dagli aeroporti deve essere la pressione della stazione e non quella corretta al livello del mare, ma potrebbe essere necessario una correzione determinata dalla differenza di altitudine tra il luogo di campionamento e l'aeroporto. 8.7 Se la portata risulta non compresa nell'intervallo di accettabilita' specificato dal costruttore, controllare eventuali perdite e se necessario, aggiustare la portata al valore desiderato. Fermare il campionatore. 8.8 Impostare il temporizzatore sui tempi di inizio e fine desiderati. Impostare il tempo d'attesa rispetto allo zero o registrare il valore iniziale di partenza. 8.9 Registrare tutte le informazioni necessarie sul modulo informativo (localita' o numero di identificazione, data, numero del filtro, modello del campionatore e numero di serie). 8.10 Campionare per 24 +- 1 ore. Il campionamento deve essere di tipo sistematico, con frequenza costante distribuita nel corso dell'intero anno. Il numero minimo di campioni raccolti nel corso di un anno deve essere pari a circa 120. 8.11 Determinare e registrare la portata media (Qa) in (m3/min) per il periodo di campionamento conformemente con le istruzioni fornite dal costruttore nel manuale. Registrare la lettura del temporizzatore e, se necessario, la temperatura media ambientale e la pressione barometrica per il periodo di campionamento (vedi NOTA in 8.6). 8.12 Togliere con cautela il filtro dal campionatore, seguendo le istruzioni previste dal costruttore. Toccare esclusivamente i bordi piu' esterni del filtro. 8.13 Riporre il filtro in un contenitore chiuso (ad es. capsula petri o contenitori analoghi). 8.14 Registrare ogni fattore sul modulo informativo, come condizioni meteorologiche, attivita' di costruzione, incendi, bufere ecc. che possano essere pertinenti alla misura. 8.15 Trasportare al piu' presto il filtro di campionamento nell'ambiente destinato al condizionamento dei filtri per l'equilibrazione e la successiva misura gravimetrica. 8.16 Lasciare equilibrate il filtro di campionamento nell'ambiente di condizionamento per almeno 24 ore, nelle stesse condizioni di umidita' e temperatura utilizzate per l'equilibrazione del filtro prima del campionamento (vedi 8.3). 8.17 Immediatamente dopo l'equilibrazione, pesare il filtro e registrare la massa dopo il campionamento ed il numero di identificazione del filtro. 9.0 Manutenzione del campionatore. 9.1 Il campionatore PM10 deve seguire rigorosamente la manutenzione conformemente alle procedure specificate nel manuale di istruzioni fornito dal costruttore. 10.0 Calcoli. 10.1 Calcolare la portata media sull'intero periodo di campionamento, introducendo le correzioni per le condizioni di riferimento (Qstd). Quando l'indicatore di portata del campionatore e' calibrato in unita' volumetriche effettive (Qa), Qstd viene calcolato come segue: (Pm)(Tsd) Qstd = Qa* ___ ___ (Tm)(Pstd) dove: Qstd = Portata media alle condizioni di riferimento, std m3/min. Qa = Portata media alle condizioni ambientali del campionamento m3/min. Pm = pressione barometrica media durante il periodo di campionamento o pressione barometrica media nel luogo di campionamento, KPa o mm Hg. Tm = Temperatura media ambientale durante il periodo di campionamento temperatura media ambientale stagionale nel luogo del campionamento, oK. Tstd = Temperatura standard definita come 296 oK. Pstd = Pressione standard, definita come 101,3 Kpa (o 760 mmHg). 10.2 Calcolare il volume totale d'aria campionata nel modo seguente: Vstd = Qstd . t Dove: Vstd = Volume totale d'aria campionata in unita' di volume standard, std m3 t = tempo di campionamento, min. 10.3 Calcolare la concentrazione di PM10 nel modo seguente: PM10 = (Wf - Wi) . 10 alla sesta/Vstd dove: PM10 = Concentrazione in massa di PM10, (mi)g/std m3; Wf, Wi = massa finale ed iniziale del filtro di campionamento, g; 10 alla sesta = fattore di conversione per passare da g a (mi)g. Nota: se viene raccolta dal campionatore piu' di una frazione nell'intervallo dimensionale del PM10, per calcolare la concentrazione di massa del PM10 viene utilizzata la somma degli incrementi netti dei pesi di ciascun filtro di raccolta delle varie frazioni [(sigma) (Wf - Wi)". Raccomandazioni: Nella applicazione del presente metodo, finalizzato alla realizzazione delle campagne di rilevamento dei dati necessari alla conoscenza preliminare dei livelli di concentrazione del PM10, si raccomanda che il campionatore, indicato al punto 6.1, sia corredato di idonea certificazione attestante una efficienza di campionamento del 50% per il materiale particolato avente diametro aerodinamico pari a 10 (mi)m. In alternativa possono essere utilizzati anche altri campionatori dotati di sistemi non manuali per la determinazione della massa di polvere, purche' corredati di idonea certificazione attestante l'adeguatezza alla determinazione della frazione PM10.