Distribuzione dimensionale di metalli nel particolato atmosferico della città di Ancona

The United States Environmental Protection Agency (U.S. E.P.A., 2010) includes atmospheric particulate matter (PM) among the six most widespread pollutants in the atmosphere together with lead, ozone, nitrogen dioxide, carbon monoxide and sulfur dioxide. The toxicity of PM is linked to both the particle size nature and the load of contaminants, hence the need to investigate not only the concentration of PM in the atmosphere but also their chemical composition. The aim of this thesis work is, precisely, to evaluate the chemical composition of atmospheric particulate matter in the city of Ancona, about possible anthropogenic sources. The city of Ancona is subject to various anthropic pressures, such as the API refinery about ten km from the city, heavy vehicular traffic, also accentuated by the A14 motorway, various industrial and commercial activities south of the city's outskirts and, above all, the activities linked to the port area, located right in the centre of Ancona. In particular, since 2021 the city of Ancona has become a fixed port of call on the route of the large MSC cruise ships. In the period from June to September 2022, 14 samples of atmospheric particulate matter were collected using a high-volume sampler equipped with a cascade impactor for the collection of 6 PM10 fractions. A 3-day sampling strategy and an airflow of 1.13 m3/min was used. The samples were subjected to acid mineralization by microwave and analyzed by graphite furnace atomic absorption spectroscopy (GF-AAS) for the determination of the concentration of Al, As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb and V. Field blanks were also taken (at the beginning and the end of the measurement campaign) and subjected to the same analytical procedure as the samples. The concentrations of the elements studied in total PM10 follow the following decreasing order: Al > Fe > Mn > Cu >Ni > Pb  Cr  V > As > Co > Cd. A general decrease in concentrations is observed during the sampling period, with high values in June/July and low values in August/September. The exceptions are Mn whose concentrations follow an increasing trend with high values at the end of August/September and Cr which has two maximums, one in mid-July and another at the end of August. The metals studied present a predominantly bimodal distribution based on the equivalent aerodynamic diameter. The elements Al, Fe, Mn, Cu and As are concentrated in the coarse fraction, with two coarse modes (CM1, with Dp < 3 µm and CM2 with 3 µm < Dp < 10.0 µm). Cd, Ni and Pb also show a bimodal distribution with a fine (ACM, 0.1 < Dp < 1 µm) and a coarse (CM2) mode. Finally, the elements Co, Cr and V present a trimodal distribution, with percentages of the three modes (ACM, CM1 and CM2) varying during the sampling period. Enrichment factors indicate a geogenic origin for Co and Fe, while As, Cr, Mn, Pb and V show enrichment related to soil resuspension. Cd, Cu and Ni have predominantly anthropogenic origins. The concentrations of elements measured in this thesis work are well below the Italian and European legal limits and the guidelines provided by WHO/NAAQS. This study represents the first on the size distribution of particulate matter in Ancona, providing valuable information for managing impacts on human health and the ecosystem.

L’Agenzia per la Protezione Ambientale Statunitense (U.S. E.P.A., 2010) inserisce il particolato atmosferico (PM) tra i sei inquinanti più diffusi in atmosfera assieme a piombo, ozono, diossido di azoto, monossido di carbonio e anidride solforosa. La tossicità del PM è legata è associata sia alla natura granulometrica sia al carico di contaminanti, da qui la necessità di investigare oltre la concentrazione delle PM in atmosfera anche la loro composizione chimica. Lo scopo di questo lavoro di tesi è, appunto, valutare la composizione chimica del particolato atmosferico nella città di ancona, in relazione alla e alle possibili sorgenti antropiche. La città di Ancona è soggetta a diverse pressioni antropiche, quali la Raffineria dell’API distante una decina di km dalla città, il traffico veicolare sostenuto, accentuato anche dall’autostrada A14, diverse attività industriali e commerciali a sud della periferia della città e, soprattutto, le attività legate all’area portuale, situata proprio al centro di Ancona. In particolare, dal 2021 la città di Ancona è diventata scalo fisso nella rotta delle grandi navi da crociera MSC. Nel periodo da giugno a settembre 2022 sono stati raccolti 14 campioni di particolato atmosferico mediante campionatore ad alto volume provvisto di impattore a cascata per la raccolta di 6 frazioni di PM10. È stata utilizzata una strategia di campionamento di 3 giorni e un flusso d’aria di 1.13 m3/min. I campioni sono stati sottoposti a mineralizzazione acida mediante microonde e analizzati mediante spettroscopia ad assorbimento atomico con fornetto di grafite (GF-AAS) per la determinazione della concentrazione di Al, As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb and V. Sono stati prelevati anche bianchi di campo (all’inizio e al termine dalla campagna di misure) che sono stati sopposti alla stessa procedura analitica dei campioni. Le concentrazioni degli elementi studiati nel PM10 totale seguono il seguente ordine decrescente: Al > Fe > Mn > Cu >Ni > Pb  Cr  V > As > Co > Cd. Si osserva una generale diminuzione delle concentrazioni durante il periodo di campionamento, con valori alti a giugno/luglio e valori bassi a agosto/settembre. Fanno eccezione il Mn le cui concentrazioni seguono un trend crescente con valori alti a fine agosto/settembre e il Cr che presenta due massimi, uno a metà luglio e un altro a fine agosto. I metalli studiati presentano una distribuzione prevalentemente bimodale in base al diametro aerodinamico equivalente. Gli elementi Al, Fe, Mn, Cu e As sono concentrati nella frazione grossolana, con due mode coarse (CM1, con Dp < 3 µm e CM2 con 3 µm < Dp < 10.0 µm). Anche Cd, Ni e Pb mostrano una distribuzione bimodale con una moda fine (ACM, 0.1 < Dp < 1 µm) e una grossolana (CM2). Infine, gli elementi Co, Cr e V presentano una distribuzione trimodale, con percentuali delle tre mode (ACM, CM1 e CM2) variabili durante il periodo di campionamento. I fattori di arricchimento indicano un'origine geogenica per Co e Fe, mentre As, Cr, Mn, Pb e V mostrano un arricchimento legato alla risospensione del suolo. Cd, Cu e Ni hanno origini prevalentemente antropiche. Le concentrazioni di elementi misurati in questo lavoro di tesi risultano ben al di sotto dei limiti di legge italiani, europei e delle linee guida fornite da WHO/NAAQS. Questo studio rappresenta il primo sulla distribuzione dimensionale del particolato ad Ancona, fornendo preziose informazioni per la gestione degli impatti sulla salute umana e sull'ecosistema.