Modello Concettuale
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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
<strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
1. <strong>Modello</strong> concettuale ................................................................................... 3<br />
2. Criterio generico per la stima numerica dei parametri di interesse .............. 5<br />
3. Delimitazione delle sorgenti si contaminazione ........................................... 7<br />
3.1. Suddivisione in poligoni di influenza dell’area ........................................ 7<br />
3.2. Determinazione della continuità spaziale delle sorgenti .......................... 7<br />
3.3. - Analisi del vicinato dei poligoni/celle con C < CSC ............................... 8<br />
3.4. - Caso particolare: sorgente unica .......................................................... 9<br />
4. Sorgente di contaminazione ...................................................................... 11<br />
4.1. Geometria della zona satura e insatura di suolo ................................ 11<br />
4.2. Geometria della sorgente di contaminazione in zona insatura ............ 13<br />
4.3. Geometria della sorgente di contaminazione in zona satura ............... 17<br />
4.4. Valore di concentrazione rappresentativo alla sorgente ...................... 18<br />
4.5. Proprietà chimico-fisiche e tossicologiche dei contaminanti ................ 22<br />
4.6. Selezione degli inquinanti indicatori .................................................. 22<br />
5. Vie di migrazione della contaminazione..................................................... 26<br />
5.1. Parametri relativi ai vari comparti ambientali .................................... 26<br />
Parametri del terreno relativi alla zona insatura di suolo ........................... 26<br />
Parametri del terreno relativi alla zona satura di suolo .............................. 27<br />
Parametri degli ambienti aperti (outdoor) .................................................. 30<br />
Parametri degli ambienti confinati (indoor) ................................................ 33<br />
Parametri delle acque superficiali ............................................................. 37<br />
6. Simboli e valori di default ......................................................................... 45<br />
7. Vie di migrazione: stima dei fattori di trasporto ......................................... 52<br />
7.1. Lisciviazione e dispersione in falda, LF e DAF .................................... 53<br />
Fattore di lisciviazione, LF ....................................................................... 54<br />
Fattore di attenuazione laterale in falda, DAF ........................................... 57<br />
7.2. Volatilizzazione in ambienti aperti (VFss, VFsamb, VFwamb) .................... 61<br />
Volatilizzazione di vapori outdoor da suolo superficiale, VFss ..................... 62<br />
Volatilizzazione di vapori outdoor da suolo profondo, VFsamb ...................... 64<br />
Volatilizzazione di vapori outdoor da falda, VFwamb ................................... 64<br />
7.3. Volatilizzazione in aria indoor ............................................................ 65<br />
Volatilizzazione di vapori indoor da suolo, VFsesp....................................... 66<br />
Volatilizzazione di vapori indoor da falda, VFwesp ...................................... 67<br />
7.4. Emissione di particolato dal suolo indoor e outdoor, PEF ................... 68<br />
7.5. Dispersione in aria outdoor, ADF ....................................................... 68<br />
7.6. Migrazione dall’acqua di falda alle acque superficiali, RDF ................. 69<br />
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8. Modalità di esposizione e bersagli: di stima dei fattori di esposizione ......... 72<br />
8.1. Calcolo della portata effettiva di esposizione ...................................... 74<br />
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1. <strong>Modello</strong> concettuale ∗<br />
La ricostruzione del mondo reale, naturale e antropico, dei suoi elementi e delle<br />
interazioni tra di essi, tramite strumenti matematici prende il nome di<br />
“modellizzazione”.<br />
Tale astrazione permette, partendo da una geometria reale e quindi complessa,<br />
di dare vita ad uno schema fisico teorico semplificato, detto “modello<br />
concettuale”.<br />
Nell’ambito della analisi di rischio sanitario (AdR) connesso alla<br />
contaminazione di un sito è necessario, quindi, individuare il <strong>Modello</strong><br />
<strong>Concettuale</strong> Sito (MCS). In realtà, come visto precedentemente, il MCS è uno<br />
strumento con più ampie funzionalità oltre a quelle per l’AdR, esso rappresenta<br />
infatti lo strumento di base per la scelta delle tecniche di bonifica e di messa in<br />
sicurezza, per la pianificazione delle attività di monitoraggio e di verifica. Ciò<br />
nonostante, in questi appunti saranno trattati gli aspetti del MCS specifici per<br />
l’AdR, che rappresentano la fase più impegnativa della sua costruzione.<br />
Tale elaborazione è il frutto di indagini ed analisi di caratterizzazione del sito e<br />
la sua definizione comprende essenzialmente la ricostruzione dei caratteri delle<br />
tre componenti principali che costituiscono l’AdR:<br />
Sorgente Trasporto Bersaglio<br />
devono quindi essere definiti:<br />
1. Le sorgenti di contaminazione<br />
2. Le vie di migrazione<br />
3. I bersagli della contaminazione e le modalità di esposizione<br />
∗ Il materiale riportato in questi Appunti è tratto principalmente dal documento “Criteri<br />
metodologici per l’applicazione dell’analisi assoluta di rischio ai siti contaminati”, pubblicato<br />
dall’APAT, e di seguito indicato come “documento APAT”<br />
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Il diagramma di flusso seguente descrive il modello concettuale generico di un<br />
sito contaminato. In esso sono riportati le sorgenti di contaminazione, minazione, le vie ddi<br />
migrazione e le modalità odalità di esposizione considerate.<br />
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2. Criterio generico per la stima numerica dei parametri di interesse<br />
Nelle sezioni successive viene descritta una ampia gamma di parametri<br />
(chimici, fisici, geometrici, …) di interesse per le fasi di costruzione del MCS.<br />
Il miglior criterio per la stima di questi parametri è quello di effettuare misure<br />
dirette, ottenendo cioè i “valori sito-specifici”.<br />
Nel caso in cui siano disponibili misure dirette, il calcolo del valore<br />
rappresentativo è il seguente:<br />
se il numero di dati disponibili è inferiore a 10 (N < 10), va selezionato il<br />
valore più conservativo, coincidente con il valore massimo o minimo a<br />
seconda del parametro in esame;<br />
se il numero di dati disponibili è maggiore o uguale a 10 (N ≥ 10), allora :<br />
o se il valore minimo è maggiormente conservativo, si seleziona come<br />
valore rappresentativo il Lower Confidential Limit al 95%<br />
(LCL95%);<br />
o se il valore massimo è maggiormente conservativo, si seleziona<br />
come valore rappresentativo l’Upper Confidential Limit al 95%<br />
(UCL95%);<br />
Per la valutazione degli LCL95% e UCL95% si può ricorrere al test di Student ♦ :<br />
LCL95%<br />
= x − t<br />
UCL95<br />
% = x + t<br />
0.<br />
95<br />
0.<br />
95<br />
σ<br />
N<br />
σ<br />
N<br />
dove x , σ e N sono rispettivamente il valore medio, la standard deviation e il<br />
numero di valori misurati e t0. 95 è la variabile t di Student al livello di confidenza<br />
0.95.<br />
Nel caso in cui non siano disponibili misure dirette, si procede alla<br />
determinazione dei “valori sito-generici”, come di seguito indicato:<br />
qualora disponibili, vanno utilizzati dati storici derivanti da bibliografia<br />
relativa a studi precedentemente condotti sull’area in esame, a<br />
condizione che si tratti di dati attendibili e provenienti da fonti<br />
accreditate;<br />
♦ Una breve descrizione di questo test è riportata negli appunti “Applicazioni del test di<br />
Student”<br />
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in assenza di dati storici, vanno applicati, ove possibile, i criteri di stima<br />
indiretta, a volte consistenti nella semplice impostazione di un valore di<br />
default, descritti in corrispondenza di ogni parametro nelle sezioni<br />
seguenti.<br />
Nella figura seguente è riportato il diagramma di flusso della procedura<br />
descritta.<br />
Per brevità, nei paragrafi successivi questo criterio sarà citato con la sigla CG<br />
(Criterio Generico).<br />
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3. Delimitazione delle sorgenti si contaminazione<br />
La procedura per la delimitazione di una o più sorgenti all'interno di un sito<br />
contaminato, prevede:<br />
- Suddivisione in poligoni di influenza dell’area oggetto d’indagine, secondo<br />
la strategia di campionamento adottata;<br />
- Determinazione della continuità spaziale delle sorgenti<br />
- Analisi del vicinato dei poligoni/celle con C < CSC<br />
3.1. Suddivisione in poligoni di influenza dell’area<br />
Questa suddivisione avviene secondo due metodologie diverse, come mostrato<br />
nella figura sottostante, a seconda della strategia di campionamento. Nel caso<br />
di campionamento ragionato si usano i polgoni Thiessen, mentre nel caso di<br />
campionamento sistematico l’area viene suddivisa secondo celle regolari.<br />
Poligoni di Thiessen Celle Regolari<br />
3.2. Determinazione della continuità spaziale delle sorgenti<br />
Si definiscono sorgenti spazialmente distinte, le sorgenti che possono<br />
potenzialmente determinare dei rischi per lo stesso ricettore sulla stessa area<br />
di esposizione che non hanno continuità spaziale.<br />
Al fine di delimitare la sorgente, si considera l’insieme di tutti i poligoni (nel<br />
caso di campionamento ragionato, (figura sottostante) o di tutte le celle (nel<br />
caso di campionamento sistematico) per cui c’e stato il superamento delle CSC<br />
per almeno un contaminante e che hanno continuità spaziale.<br />
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Nel caso di sorgente spazialmente distinte, devono essere eseguite diverse<br />
elaborazioni dell’analisi del rischio, una per ogni sorgente.<br />
3.3. - Analisi del vicinato dei poligoni/celle con C < CSC<br />
I poligoni/celle che non presentano superamento delle CSC, possono<br />
concorrere alla delimitazione della sorgente e al calcolo della concentrazione<br />
rappresentativa.<br />
Si ritiene opportuno che un poligono/cella venga incluso nella sorgente se<br />
(figure sottostanti):<br />
1. il poligono/cella e completamente circoscritto da altri poligoni/celle in<br />
cui C >CSC;<br />
2. l’analisi del vicinato indica che la maggior parte dei poligoni/celle<br />
adiacenti supera le CSC;<br />
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Cella 6<br />
Cella 10<br />
Cella 13<br />
Cella 14<br />
Cella 15<br />
Cella 18<br />
3 celle su 3 con C > CSC: fa parte della sorgente<br />
7 celle su 8 con C > CSC: fa parte della sorgente<br />
2 celle su 5 con C > CSC: non fa parte della sorgente<br />
3 celle su 8 con C > CSC: non fa parte della sorgente<br />
3 celle su 8 con C > CSC: non fa parte della sorgente<br />
3 celle su 5 con C > CSC: fa parte della sorgente<br />
Come risultato finale dell’elaborazione, le celle 6, 10 e 18 saranno incluse nella<br />
sorgente 1 e la sorgente ottenuta sarà quella rappresentata nella figura.<br />
3.4. - Caso particolare: sorgente unica<br />
Vi sono casi particolari per i quali la suddivisione in sorgenti distinte non è<br />
possibile o ragionevole e pertanto si ricorre alla definizione di una unica<br />
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sorgente. Uno dei casi più comuni è quello della distribuzione dei superamenti<br />
delle CSC a “macchia di leopardo” come mostrato nella figura sottostante.<br />
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4. Sorgente di contaminazione<br />
La sorgente di contaminazione si differenzia in sorgente primaria e sorgente<br />
secondaria.<br />
La sorgente primaria è rappresentata dall’elemento che è causa di<br />
inquinamento (es. serbatoio con perdite), quella secondaria è identificata con il<br />
comparto ambientale oggetto di contaminazione (suolo, acqua, aria).<br />
In accordo agli standard di riferimento, la procedura di analisi di rischio va<br />
applicata riferendosi esclusivamente alla sorgente secondaria di conta-<br />
minazione.<br />
Pertanto, tutti i parametri relativi alla sorgente si riferiscono al comparto<br />
ambientale (suolo superficiale. suolo profondo o falda) soggetto a<br />
contaminazione.<br />
La sorgente secondaria può trovarsi in due comparti ambientali, ovvero:<br />
• Zona insatura, a sua volta classificabile come:<br />
o Suolo superficiale (SS), compreso tra 0 ed 1 m di profondità dal<br />
piano campagna;<br />
o Suolo profondo (SP), con profondità maggiore di 1 m dal piano<br />
campagna:<br />
• Zona satura, o acqua sotterranea (GW).<br />
Nel seguito, per semplificare la trattazione, si ometterà il termine “secondaria”.<br />
Nei successivi paragrafi sono descritti i criteri utili per la:<br />
1. individuazione della geometria della zona satura e insatura di suolo;<br />
2. individuazione della geometria della sorgente di contaminazione<br />
rispettivamente nella zona insatura e satura di suolo;<br />
3. definizione del valore di concentrazione rappresentativo alla sorgente;<br />
4. stima delle proprietà chimico-fisiche e tossicologiche dei contaminanti;<br />
5. selezione degli inquinanti indicatori.<br />
4.1. Geometria della zona satura e insatura di suolo<br />
Di seguito sono riportati i parametri geometrici principali della zona satura e<br />
insatura dell’area esaminata, ricordando che per la determinazione di essi,<br />
salvo diversa indicazione, vale il Criterio Generale sopra esposto.<br />
11<br />
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Uno schema della geometria considerata è riportata nella figura sottostante.<br />
Profondità del piano di falda , ( L GW )<br />
Rappresenta la distanza tra il piano campagna e la superficie<br />
piezometrica dell’acquifero.<br />
Questo valore è determinato sulla base di monitoraggi della falda<br />
condotti almeno su base annuale (in modo da apprezzare le variazioni<br />
di livello stagionali).<br />
Spessore della frangia capillare ( h cap )<br />
Rappresenta la zona posta subito al di sopra della superficie<br />
piezometrica cui è idraulicamente legata. E’ caratterizzata da un<br />
coefficiente di saturazione superiore al 75% e dalla presenza di acqua<br />
capillare continua e sospesa.<br />
Spessore della zona insatura ( h v )<br />
Rappresenta la distanza tra il piano campagna e la frangia capillare.<br />
Vale ovviamente la relazione:<br />
h = L − h<br />
v<br />
GW<br />
cap<br />
Spessore dell’acquifero superficiale ( d a )<br />
12<br />
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E’ definito come la distanza tra la quota piezometrica e la quota dello<br />
strato impermeabile<br />
Frazione areale di fratture outdoor ( η out )<br />
Tale parametro entra in gioco nel caso di pavimentazione in ambienti<br />
outdoor. Rappresenta il rapporto tra l’area delle fratture nella superficie<br />
pavimentata outdoor e l’area totale della stessa e può assumere valori<br />
in un range compreso tra 0 (superficie priva di fratture) e 1 (superficie<br />
priva di pavimentazione).<br />
4.2. Geometria della sorgente di contaminazione in zona insatura<br />
Per sorgente secondaria di contaminazione in zona insatura si intende il<br />
volume di suolo o sottosuolo interessato dalla presenza di contaminanti in<br />
concentrazione superiore ai valori di riferimento (CSC) indicati dalla normativa<br />
vigente, in funzione della destinazione d’uso del sito.<br />
Ai fini dell’applicazione della procedura di analisi di rischio, tale volume deve<br />
essere schematizzato come un parallelepipedo.<br />
Il criterio da seguire per la definizione dell’estensione superficiale della<br />
sorgente sono quello esposti precedntemente. L’estensione(lunghezza e<br />
larghezza, c1<br />
L e L c2<br />
in figura) superficiale è individuata dall’area delimitata<br />
dalle maglie più esterne che fanno parte della sorgente secondo i criteri<br />
precedentemente esposti.<br />
Nella figura sottostante è riportato uno schema-esempio.<br />
13<br />
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Al fine di evitare problemi legati all’applicazione dell’AdR la dimensione della<br />
sorgente di contaminazione (indicazione APAT) non deve essere inferiore<br />
all’area minima di esposizione usata per il calcolo del rischio, e cioè 2500 m 2<br />
(50 m x 50 m).<br />
Il criterio da seguire per la definizione dell’estensione verticale (spessore) della<br />
sorgente consiste nel porre tale estensione pari alla differenza tra la minima e<br />
massima quota, rispetto al piano campagna, alla quale è stata riscontrata<br />
concentrazione di almeno un contaminante superiore ai valori di riferimento<br />
indicati dalla normativa vigente.<br />
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Una volta individuato il volume della sorgente, con estrema semplicità è<br />
possibile estrapolare i valori dei parametri geometrici utili per la stima dei<br />
fattori di trasporto.<br />
In particolare, si fa riferimento all’estensione della sorgente rispetto alla<br />
direzione del flusso di falda e alla direzione principale del vento.<br />
Di seguito sono riportati i parametri geometrici principali della sorgente di<br />
contaminazione localizzata nella zona insatura.<br />
Oltre agli schemi sopra riportati, la descrizione dei parametri fa anche<br />
riferimento alla figura sottostante.<br />
Estensione della sorgente in direzione parallela alla direzione del flusso di falda<br />
(W )<br />
Coincide con la massima estensione di suolo insaturo contaminato,<br />
definita dal criterio sopra descritto, lungo la direzione parallela al flusso<br />
di falda.<br />
La determinazione di questo parametro richiede di individuare<br />
preventivamente la direzione del flusso di falda.<br />
Estensione della sorgente in direzione ortogonale alla direzione del flusso di<br />
falda ( S W )<br />
15<br />
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Tale parametro coincide con la massima estensione di suolo insaturo<br />
contaminato lungo la direzione ortogonale al flusso di falda. Anche la<br />
determinazione di questo parametro richiede di individuare<br />
preventivamente la direzione del flusso di falda.<br />
Estensione della sorgente in direzione parallela alla direzione prevalente del<br />
vento (<br />
'<br />
W )<br />
Tale parametro coincide con la massima estensione di suolo insaturo<br />
contaminato lungo la direzione parallela alla direzione prevalente del<br />
vento.<br />
La direzione del vento deve essere stabilita da una serie storica di dati<br />
(preferibilmente di 30 anni e comunque di almeno 10 anni) relativa alla<br />
stazione meteorologica più vicina al sito contaminato.<br />
In assenza di misure, si fa coincidere con la massima estensione del<br />
sito.<br />
Estensione della sorgente in direzione ortogonale alla direzione prevalente del<br />
vento (<br />
'<br />
S W )<br />
Coincide con la massima estensione di suolo insaturo contaminato<br />
ortogonale alla direzione parallela alla direzione prevalente del vento.<br />
Anche in questo caso, in assenza di misure, si fa coincidere con la<br />
massima estensione del sito.<br />
Profondità del top e della base della sorgente nel suolo superficiale rispetto al<br />
piano campagna ( s SS<br />
L , , L f , SS )<br />
Rappresentano rispettivamente la distanza tra il piano campagna e il<br />
top ( s SS<br />
L , ) o la base ( L f , SS ) della sorgente di contaminazione nel suolo<br />
superficiale. L f , SS può valere al massimo 1 m (spessore del suolo<br />
superficiale).<br />
Profondità del top e della base della sorgente nel suolo profondo rispetto al piano<br />
campagna ( s SP<br />
L , , L f , SP )<br />
Rappresentano rispettivamente la distanza tra il piano campagna e il<br />
top ( s SP<br />
L , ) o la base ( L f , SP ) della sorgente di contaminazione nel suolo<br />
profondo. L s,<br />
SS può valere al minimo 1 m (spessore del suolo<br />
superficiale) e al massimo L GW .<br />
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Spessore della sorgente nel suolo saturo superficiale ( d ) e profondo ( d s )<br />
Questi due parametri sono dati delle relazioni:<br />
d ,<br />
= L f , SS − Ls<br />
SS , d s = L f , SP − Ls,<br />
SP<br />
Soggiacenza dell’acquifero rispetto al top della sorgente ( L F )<br />
La soggiacenza dell’acquifero rispetto al top della sorgente si può<br />
ricavare dalla seguente relazione:<br />
L = L − L<br />
F<br />
GW<br />
s<br />
Area della sorgente rispetto alla direzione del flusso di falda ( A )<br />
E’ data dalla relazione: A = W ⋅ SW<br />
Area della sorgente rispetto alla direzione prevalente del vento (<br />
E’ data dalla relazione:<br />
'<br />
A = W ⋅<br />
4.3. Geometria della sorgente di contaminazione in zona satura<br />
S<br />
'<br />
W<br />
Per sorgente secondaria di contaminazione in zona satura si intende il volume<br />
di acquifero interessato dalla presenza di contaminanti in concentrazione<br />
superiore ai valori di riferimento indicati dalla normativa vigente.<br />
La definizione della geometria della sorgente in zona satura viene effettuata<br />
sulla base delle risultanze analitiche relative alle acque sotterranee campionate<br />
nei piezometri realizzati nel sito.<br />
La sorgente viene individuata attraverso la massima estensione del plume di<br />
contaminazione in falda determinato a partire dai punti di campionamento<br />
delle acque che superano i valori di riferimento indicati dalla normativa<br />
vigente.<br />
I parametri principali caratterizzanti la geometria della sorgente di<br />
contaminazione nella zona satura sono i già menzionati:<br />
Estensione della sorgente in direzione parallela alla direzione del flusso di falda<br />
(W )<br />
Estensione della sorgente in direzione ortogonale alla direzione del flusso di<br />
falda ( S W )<br />
'<br />
A )<br />
17<br />
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Estensione della sorgente in direzione parallela alla direzione prevalente del<br />
vento (<br />
'<br />
W )<br />
Estensione della sorgente in direzione ortogonale alla direzione prevalente del<br />
vento (<br />
'<br />
S W )<br />
In aggiunta, è molto importante il parametro:<br />
Spessore della zona di miscelazione ( δ gw )<br />
Tale parametro rappresenta l’ampiezza del plume nel fenomeno di dispersione<br />
dei contaminanti in falda, ed è quantificato come la distanza tra la superficie<br />
piezometrica ed il punto più basso della falda in cui si è riscontrata una<br />
contaminazione.<br />
4.4. Valore di concentrazione rappresentativo alla sorgente<br />
Come si vedrà nelle sezioni successive, l’applicazione di un livello 2 di analisi di<br />
rischio richiede l’individuazione di un unico valore di concentrazione<br />
rappresentativa in corrispondenza ad ogni sorgente secondaria di<br />
contaminazione (suolo superficiale, suolo profondo e falda).<br />
Il punto di criticità principale in questo tipo di analisi è dunque la scelta dei<br />
campioni e l’uso di algoritmi tali da calcolare valori che risultino<br />
rappresentativi e scientificamente attendibili.<br />
Viene di seguito descritta la procedura, schematizzata in figura, da utilizzare<br />
per la stima della concentrazione rappresentativa alla sorgente ai fini della<br />
applicazione dell’analisi assoluta di rischio sanitario.<br />
Si ritiene opportuno sottolineare che le concentrazioni rappresentative alla<br />
sorgente (CRS) per il suolo devono essere individuate utilizzando dati di<br />
concentrazioni, analiticamente determinati nei campioni di suolo, espresse<br />
sulla massa di suolo secco.<br />
18<br />
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Innanzitutto, va evidenziato che, in tale contesto, si presuppone che i dati<br />
analitici a disposizione siano stati già validati, ossia che sia stata verificata la<br />
loro attendibilità.<br />
Per l’individuazione della concentrazione rappresentativa alla sorgente ( C RS ) è<br />
necessario:<br />
1. Suddividere il data-set di valori di concentrazione in funzione di ogni<br />
sorgente secondaria di contaminazione (SS, SP e GW).<br />
Il valore di concentrazione rappresentativo deve essere quindi individuato<br />
in corrispondenza a ciascuno dei tre suddetti comparti ambientali.<br />
2. Effettuare una accurata valutazione dei dati.<br />
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Questa analisi deve essere in grado di stabilire l’applicabilità di criteri<br />
statistici sui valori di concentrazione analiticamente determinati nei<br />
campioni di suolo e di falda. In particolare, è necessario:<br />
2.1. Esaminare l’ampiezza del data-set. Per ogni data-set (SS, SP, GW),<br />
il numero di dati a disposizione non può essere inferiore a 10.<br />
Al di sotto di tale soglia, non essendo possibile effettuare alcuna<br />
stima statistica attendibile e in accordo con il principio di massima<br />
conservatività, si pone la concentrazione rappresentativa alla<br />
sorgente coincidente con il valore di concentrazione massimo<br />
analiticamente determinato ( RS MAX C C = ).<br />
2.2. Verificare che il campionamento sia uniformemente distribuito su<br />
tutta la sorgente di contaminazione (campionamento random o<br />
campionamento a griglia). Se il campionamento è più concentrato<br />
nella porzione del sito maggiormente sospetta di contaminazione,<br />
ciò può comportare una sovrastima della C RS .<br />
Poiché tale approccio risulta essere conservativo e quindi protettivo<br />
per la salute umana, lo stesso può ritenersi accettabile.<br />
Non è invece ammissibile il caso in cui le aree caratterizzate da un<br />
maggiore grado di contaminazione, o sospette tali, siano sotto-<br />
rappresentate.<br />
2.3. Identificare gli outlier e distinguere i “veri outlier” dai “falsi outlier”. I<br />
“veri outlier” possono derivare da errori di trascrizione, di codifica<br />
dei dati o da una qualsiasi inefficienza degli strumenti del sistema<br />
di rilevazione dei dati.<br />
I “falsi outlier” sono quei valori estremi reali, che, in campo<br />
ambientale di inquinamento dei suoli, in genere corrispondono ai<br />
picchi (hot spot) locali di contaminazione.<br />
E’ dunque necessario identificare e differenziare i tipi di outlier, in<br />
modo da rimuovere i primi e mantenere i secondi.<br />
Se il data-set a disposizione è stato già validato si esclude<br />
automaticamente la presenza di veri outlier.<br />
Si ritiene opportuno sottolineare che è di fondamentale importanza<br />
tener conto e quindi non rimuovere i “falsi outlier” dal data set.<br />
20<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
2.4. Identificare i Non-Detect (ND). Seguendo il principio di cautela, si<br />
ritiene opportuno porre, in ogni caso e quindi in corrispondenza a<br />
qualsiasi distribuzione dell’insieme dei dati, i Non-Detect pari al<br />
corrispondente Detection Limit ( ND = DL ).<br />
3. Individuare la distribuzione di probabilità che approssima meglio l’insieme dei<br />
dati disponibili.<br />
Quando si ha a che fare con dati ambientali, le distribuzioni di probabilità<br />
più comunemente utilizzate per la loro rappresentazione sono ♠ :<br />
- distribuzione gaussiana o normale;<br />
- distribuzione lognormale;<br />
- distribuzione gamma;<br />
- distribuzione non parametrica.<br />
4. Applicare la procedura statistica corrispondente al tipo di distribuzione<br />
riconosciuta.<br />
Il valore che con un maggiore grado di attendibilità permette di stimare la<br />
C RS è dato dall’UCL della media.<br />
A seconda del tipo di distribuzione, selezionata come maggiormente<br />
rappresentativa del data set in esame, è possibile individuare il più<br />
appropriato criterio per il calcolo dell’UCL.<br />
Nel caso di distribuzione normale si applica il metodo della t di Student per<br />
l’UCL con intervallo di confidenza al 95%.<br />
Per le altre distribuzioni la più complessa metodologia è riportata<br />
nell’Appendice H del documento APAT.<br />
5. Verifica del valore di CRS rispetto al valore C MAX .<br />
Nei casi in cui, a causa di un ridotto insieme di dati e/o di una grande<br />
varianza degli stessi, l’UCL, calcolato secondo i criteri sopra esposti, assuma<br />
valori superiori alla concentrazione massima, si pone C RS = CMAX<br />
.<br />
I passaggi sopra descritti descrivono sommariamente le fasi principali della<br />
procedura per la valutazione della C RS .<br />
♠ Per maggiori dettagli vedere l’Appendice H del documento APAT<br />
21<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Maggiori dettagli ed indicazioni sono riportati, oltre che nella già citata<br />
Appendice H, anche nelle pagine 32-39 del documento APAT.<br />
4.5. Proprietà chimico-fisiche e tossicologiche dei contaminanti<br />
Questo argomento è già stato trattato nella parte specificamente dedicata ad<br />
esso.<br />
4.6. Selezione degli inquinanti indicatori<br />
In alcuni casi, può accadere che il numero di specie chimiche inquinanti<br />
indagate nell’ambito della campagna di indagine diretta, e/o aventi valori di<br />
concentrazione nel suolo o in falda superiori ai valori di riferimento, sia<br />
estremamente elevato.<br />
L’applicazione della procedura di analisi di rischio sanitario a tutte queste<br />
sostanze può spesso risultare complessa e dispendiosa sia per il tempo<br />
impiegato sia per le risorse da investire. Inoltre, la trattazione dell’intero<br />
insieme può portare a risultati di difficile comprensione, se non addirittura<br />
fuorvianti rispetto al rischio dominante presente nel sito.<br />
Per evitare che ciò accada è necessario quindi ridurre il numero di specie<br />
chimiche da inserire nella procedura di AdR, selezionando quelle più<br />
importanti, ossia quelle alle quali è associato un rischio maggiore per l’uomo;<br />
tali sostanze prendono il nome di “inquinanti indicatori”.<br />
Inquinanti indicatori: tra tutti gli inquinanti rinvenuti nel sito in esame, gli<br />
inquinanti indicatori sono quelli che, per valori di<br />
concentrazione, tossicità, frequenza di rilevamento,<br />
mobilità nei comparti ambientali, persistenza e capacità<br />
di bioaccumulo, presentano il rischio maggiore per<br />
l’uomo.<br />
Nel seguito viene descritta la procedura che è possibile utilizzare per<br />
l’identificazione degli inquinanti indicatori e le cui fasi principali sono riportate<br />
nello schema sottostante.<br />
22<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Va comunque specificato che questa procedura deve essere strettamente<br />
limitata ai casi in cui le specie chimiche per le quali deve essere applicata<br />
l’analisi di rischio risultino in numero tale da rendere difficoltosa e/o<br />
complessa l’applicazione dei modelli di analisi di rischio. Tale eventualità deve<br />
essere accertata dagli Enti di Controllo.<br />
1. Raggruppamento delle specie chimiche in classi – L’insieme di specie<br />
chimiche rilevate nel sito in esame deve essere suddiviso in classi<br />
differenziate in funzione della tipologia della sostanza in esame, come ad<br />
esempio riportato nella tabella sottostante che riporta la stessa suddivisione<br />
utilizzata nel Decreto Legislativo 152 (Sezione Allegati, Parte IV, Allegato 5):<br />
Composti inorganici Fenoli non clorurati<br />
Aromatici Fenoli clorurati<br />
Aromatici policiclici Ammine aromatiche<br />
Alifatici clorurati Fitofarmaci<br />
Alifatici alogenati Diossine e furani<br />
Nitrobenzeni Idrocarburi<br />
Clorobenzeni<br />
2. Raggruppamento delle specie chimiche in sotto-classi – Ogni classe di<br />
sostanze, individuata come descritto nella precedente fase, deve essere<br />
23<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
ulteriormente suddivisa in due sottoclassi, in modo da raggruppare in una<br />
sottoclasse le sostanze che hanno effetti cancerogeni (categorie A, B1, B2, C)<br />
e in un’altra sottoclasse le sostanze non cancerogene (categorie D ed E) che<br />
hanno effetti tossici. Le sostanze che hanno effetti sia cancerogeni che<br />
tossici vanno inserite in entrambe le sotto-classi.<br />
3. Selezione dell’inquinante indicatore – In corrispondenza ad ogni sotto-classe<br />
si identifica l’inquinante indicatore in funzione della concentrazione<br />
misurata in sito e della sua tossicità.<br />
Tali fattori sono infatti ritenuti i più importanti nel calcolo del potenziale<br />
effetto di una specie chimica sulla salute umana.<br />
Ad ogni sostanza i, di cui è possibile conoscere il valore di tossicità, si<br />
assegna un fattore di rischio individuale R ij , determinato sulla base della<br />
sua concentrazione in un determinato comparto ambientale j e della<br />
tossicità, secondo la formula:<br />
Rij = C RS , ij ⋅T<br />
dove:<br />
ij<br />
R ij : fattore di rischio della specie i nella matrice j;<br />
C , : concentrazione rappresentativa della specie i nella matrice j;<br />
RS ij<br />
T ij : tossicità della specie i nella matrice j.<br />
Nel caso in cui siano disponibili più valori di tossicità per una stessa specie,<br />
legati a differenti modalità di contatto con la sostanza (ad esempio per<br />
inalazione o per ingestione), il valore impiegato per il calcolo del fattore di<br />
rischio deve essere quello più conservativo.<br />
Si calcola poi il fattore di rischio totale R j di ogni matrice contaminata j<br />
come somma dei fattori di rischio individuali:<br />
R<br />
j<br />
∑<br />
= i<br />
R<br />
ij<br />
Infine, si calcola il rapporto relativo, RR ij , per ogni sostanza i nel mezzo j:<br />
RR =<br />
ij<br />
R<br />
R<br />
ij<br />
j<br />
Si seleziona quale inquinante indicatore della sotto-classe la sostanza a cui<br />
corrisponde il rapporto relativo RRij maggiore.<br />
24<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
4. Calcolo della concentrazione rappresentativa dell’inquinante indicatore – Per<br />
ogni campione, si attribuisce a ciascun inquinante indicatore la<br />
concentrazione totale di ogni sotto-classe<br />
Si ritiene opportuno sottolineare che i fattori di rischio R calcolati con la<br />
suddetta procedura non hanno alcun significato al di fuori di questo contesto,<br />
possono essere utilizzati unicamente per ridurre il numero di sostanze da<br />
inserire nel software utilizzato per il calcolo del rischio e non vanno considerati<br />
quali misura quantitativa del rischio di un inquinante.<br />
25<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
5. Vie di migrazione della contaminazione<br />
5.1. Parametri relativi ai vari comparti ambientali<br />
Per il calcolo dei fattori di trasporto e, quindi, per stimare la concentrazione<br />
della specie chimica in corrispondenza del bersaglio, nota quella alla sorgente,<br />
è indispensabile determinare le caratteristiche fisiche dei comparti ambientali<br />
coinvolti:<br />
• suolo insaturo;<br />
• suolo saturo;<br />
• aria outdoor;<br />
• aria indoor;<br />
• acqua superficiale.<br />
Parametri del terreno relativi alla zona insatura di suolo<br />
Nella tabella sottostante sono elencati i più importanti parametri relativi alla<br />
zona insatura di suolo.<br />
Simbolo Parametro<br />
ρ s Densità del suolo<br />
θ T Porosità totale del terreno in zona insatura<br />
θ e Porosità effettiva del terreno in zona insatura<br />
θ W Contenuto volumetrico di acqua<br />
θ a Contenuto volumetrico di aria<br />
θ Wcap Contenuto volumetrico di acqua nella frangia capillare<br />
θ acap Contenuto volumetrico di aria nella frangia capillare<br />
f oc Frazione di carbonio organico nel suolo insaturo<br />
K<br />
Conducibilità idraulica<br />
I ef Infiltrazione efficace<br />
Tutti questi parametri, tranne l’ultimo, sono già stati descritti nelle sezioni<br />
precedenti.<br />
Infiltrazione efficace, I<br />
ef<br />
26<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Applicando l’equazione del bilancio idrogeologicol’infiltrazione efficace è<br />
data dalla relazione:<br />
I ef<br />
dove<br />
= P −<br />
( ET + S )<br />
P : precipitazione atmosferica;<br />
ET : fattore che tiene conto dei fenomeni<br />
di evaporazione e traspirazione della<br />
copertura vegetale;<br />
S : termine di ruscellamento.<br />
Tutti i termini hanno le dimensioni di<br />
una lunghezza fratto un tempo.<br />
Nel caso in cui la sorgente secondaria sia localizzata in terreno<br />
omogeneo, o approssimabile come tale, e ricoperto da erba<br />
l’infiltrazione efficace annua può essere stimata, tramite relazioni<br />
empiriche, in funzione della precipitazione annua e della tessitura<br />
prevalente del suolo:<br />
Tessitura prevalente [ cm y]<br />
Sand, Loamy Sand e Sandy Loam<br />
Sandy Clay Loam, Loam, Silt Loam e Silt<br />
Clay Loam, Silty Clay Loam, Silty Clay, Sandy Clay<br />
e Clay<br />
27<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10<br />
I ef<br />
I ef<br />
I ef<br />
I ef<br />
=<br />
=<br />
=<br />
0. 0018⋅<br />
P<br />
0. 0009⋅<br />
P<br />
2<br />
2<br />
0. 00018⋅<br />
P<br />
Nel caso di suolo pavimentato, si ritiene opportune moltiplicare il valore<br />
di infiltrazione efficace per la frazione di fratture del pavimento stesso,<br />
η out :<br />
I = I ⋅η<br />
'<br />
ef<br />
ef<br />
out<br />
Parametri del terreno relativi alla zona satura di suolo<br />
Nella tabella sottostante sono elencati i più importanti parametri relativi alla<br />
zona insatura di suolo.<br />
2
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Simbolo Parametro<br />
v GW Velocità di Darcy<br />
K Conducibilità idraulica<br />
i Gradiente idraulico<br />
v e Velocità media effettiva nella falda<br />
θ T Porosità totale del terreno<br />
θ e Porosità effettiva del terreno<br />
f oc Frazione di carbonio organico<br />
α x Dispersività longitudinale<br />
α y Dispersività trasversale<br />
α z Dispersività verticale<br />
λ Coefficiente di decadimento del primo ordine<br />
La maggior parte di questi parametri, sono già stati descritti nelle sezioni<br />
precedenti. I rimanenti sono:<br />
Dispersività longitudinale, trasversale e verticale, α x , α y e α z<br />
♠<br />
La dispersione idrodinamica o meccanica è quel fenomeno per cui<br />
avviene una miscelazione meccanica del contaminante nell’acqua e può<br />
essere paragonata all’effetto di turbolenza che si ha in un corso<br />
d’acqua.<br />
Questa si può dividere in dispersione longitudinale e in dispersione<br />
trasversale:<br />
Dispersione longitudinale: avviene lungo la direzione prevalente del<br />
flusso del mezzo poroso, dovuta al fatto che, per effetto della viscosità,<br />
alcune particelle d’acqua e di soluto si muovono più lentamente della<br />
media della massa.<br />
Dispersione trasversale: avviene lungo direzioni normali alla velocità ed<br />
è dovuta alla tortuosità dei canalicoli formati dai pori interstiziali del<br />
terreno.<br />
♠ Questi parametri sono già stati ampiamente descritti nei corsi di Dinamica degli Inquinanti.<br />
28<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Nello studio del trasporto e della diffusione di un contaminante in un<br />
mezzo saturo, come si vedrà nei capitoli successivi, si tiene conto di tale<br />
fenomeno a mezzo del coefficiente di dispersione meccanica D .<br />
E’ possibile esprimere tale coefficiente, secondo gli assi di riferimento a<br />
mezzo dei coefficienti di dispersività longitudinale D x , trasversale D y e<br />
verticale D z . Questi possono essere rispettivamente stimati in base alle<br />
seguenti relazioni:<br />
D = α ⋅ v D = α ⋅ v , D = α ⋅ v<br />
x<br />
x<br />
e<br />
, [ cm s]<br />
2<br />
y<br />
y<br />
e<br />
z<br />
dove α x , α y e α z sono le dispersività longitudinale ( cm ), o coefficienti di<br />
dispersione intrinseca, trasversale e verticale del mezzo poroso. Questi<br />
sono una caratteristica dell’acquifero e non dipendono dalla velocità di<br />
flusso.<br />
Per l’applicazione di una analisi di rischio di livello 2, è richiesta la<br />
conoscenza di questi tre parametri.<br />
Un assenza di valutazioni dirette la dispersività longitudinale può<br />
essere stimate tramite la relazione:<br />
α = 0.<br />
1⋅<br />
L ,<br />
x<br />
α x α y = ,<br />
3<br />
z<br />
α x α z =<br />
20<br />
dove L rappresenta la distanza tra la sorgente di contaminazione ed il<br />
punto di conformità. Se il punto di conformità corrisponde con il bordo<br />
della sorgente allora si ha L = 0 .<br />
Coefficiente di decadimento del primo ordine λ<br />
E’ un parametro che tiene conto della cinetica di eventuali processi di<br />
biodegradazione delle sostanze inquinanti nelle acque di falda.<br />
In riferimento alla sua stima , si ritiene opportuno:<br />
per una analisi di livello 1, porre come valore di default λ = 0 ;<br />
per una analisi di livello 2, è possibile porre λ ≠ 0 , a discrezione<br />
dell’Ente di Controllo, solo se sono disponibili le risultanze di test<br />
specifici di laboratorio e/o di campo che consentano di verificare<br />
la reale situazione di biodegradazione sito-specifica. Altrimenti va<br />
adottato il valore di default λ = 0 .<br />
e<br />
29<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Parametri degli ambienti aperti (outdoor)<br />
Nella tabella sottostante sono elencati i più importanti parametri relativi agli<br />
ambienti aperti (outdoor).<br />
Simbolo Parametro<br />
Zona di miscelazione<br />
δ air Altezza della zona di miscelazione in aria<br />
'<br />
W Estensione della sorgente nella direzione principale del vento<br />
'<br />
S W<br />
Estensione della sorgente nella direzione ortogonale a quella<br />
principale del vento<br />
'<br />
A Area della sorgente rispetto alla direzione principale del vento<br />
U air Velocità del vento<br />
σ y Coefficiente di dispersione laterale<br />
σ z Coefficiente di dispersione verticale<br />
τ Tempo medio di durata del flusso di vapore<br />
P e Portata di particolato per unità di superficie<br />
Anche in questo caso, molti di questi parametri, sono già stati descritti nelle<br />
sezioni precedenti. I rimanenti sono:<br />
Zona di miscelazione<br />
La zona di miscelazione viene identificata (vedere sia la figura all’inizio<br />
di questi appunti che quella sottostante) con il volume di aria<br />
all’interno del quale si ipotizza avvenga la miscelazione tra i<br />
contaminanti volatili provenienti dal suolo e l’aria stessa.<br />
Tale volume può essere schematizzato, in fase di modellizzazione, come<br />
un parallelepipedo la cui altezza è l’altezza della zona di miscelazione<br />
δ air ed avente per lati di base l’estensione della sorgente nella direzione<br />
rispettivamente parallela<br />
vento.<br />
'<br />
W e ortogonale<br />
30<br />
'<br />
S W a quella prevalente del<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Altezza della zona di miscelazione in aria, δ air<br />
L’altezza della zona di miscelazione dell’aria, è lo spessore di aria,<br />
valutato dal piano campagna, nel quale avviene la miscelazione dei<br />
contaminanti.<br />
Secondo ipotesi conservative, si assume δ = 2 m , equivalente<br />
all’altezza, approssimata per eccesso, di un individuo adulto.<br />
Direzione e velocità del vento<br />
Nelle AdR di livello 1 e 2 la direzione e la velocità del vento vengono di<br />
solito considerati costanti sull’area di interesse (dalla sorgente al<br />
bersaglio sia on-site che off-site). Essi sono determinati elaborando i<br />
dati della centralina meteorologica più prossima al sito in esame e<br />
rappresentativa dello stesso relativi ad un periodo di osservazione<br />
preferibilmente di 30 anni e comunque di almeno 10 anni.<br />
I valori di velocità del vento forniti dalle centraline meteorologiche<br />
corrispondono a misure effettuate ad altezze, rispetto al suolo, variabili<br />
da stazione a stazione. Per stimare il valore di velocità alla quota di 2 m,<br />
air<br />
31<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
e quindi in corrispondenza della zona di miscelazione, è possibile<br />
applicare la seguente relazione empirica:<br />
U<br />
U<br />
air<br />
air<br />
( z1<br />
)<br />
( z )<br />
2<br />
⎛ z<br />
= ⎜<br />
⎝ z<br />
1<br />
2<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
p<br />
dove l’esponente p è funzione della classe di stabilità atmosferica ♥ e<br />
della rugosità del suolo. Nella tabella sottostante si riportano i valori di<br />
p per due tipi di rugosità, area urbana e rurale, e per le sei classi di<br />
stabilità atmosferica, secondo la classificazione di Pasquill-Gifford.<br />
Classe di stabilità<br />
p A B C D E F<br />
Suolo urbano 0.15 0.15 0.20 0.25 0.40 0.60<br />
Suolo rurale 0.07 0.07 0.10 0.15 0.35 0.55<br />
Nota sulle classi di stabilità atmosferiche<br />
Nel caso in cui non sia possibile individuare la classe di stabilità<br />
atmosferica maggiormente rappresentativa del sito in esame, si deve<br />
fare riferimento a due categorie di stabilità: D5 (classe D con velocità<br />
del vento di 5 m s ) e F2 (classe F con velocità del vento di 2 m s ).<br />
Queste sono utilizzate per effettuare la valutazione delle conseguenze di<br />
emissioni di sostanze tossiche in relazione ad impianti industriali a<br />
rischio di incidente rilevate, così come stabilito nelle Linee guida del<br />
Dipartimento di Protezione Civile per la pianificazione dell’emergenza<br />
esterna. In particolare, la classe D5 è considerata la classe che si<br />
verifica con più probabilità; mentre, la classe F2 rappresenta una scelta<br />
estremamente conservativa a carattere tipicamente notturno.<br />
Coefficiente di dispersione laterale e verticale, σ y e σ z<br />
La descrizione e la determinazione di questi parametri è già stata<br />
ampiamente trattata nei corsi di Dinamica degli Inquinanti.<br />
Tempo medio di durata dei flussi di vapore, τ<br />
♥ Concetto ben noto dai corsi di Dinamica degli Inquinanti<br />
32<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Indica la durata di esposizione ai flussi di vapore e viene presa<br />
coincidente con la durata di esposizione (vedere sezioni successive).<br />
Portata di particolato emessa per unità di superficie, P e<br />
Tale parametro indica la quantità di polveri emesse per unità di<br />
−2 −1<br />
superficie e di tempo ( g cm s ).<br />
Parametri degli ambienti confinati (indoor)<br />
Nella tabella sottostante sono elencati i più importanti parametri relativi agli<br />
ambienti confinati.<br />
Simbolo Parametro<br />
A b Superficie totale coinvolta nell’infiltrazione<br />
L crack Spessore delle fondazioni/muri<br />
L b Rapporto tra volume indoor e area di infiltrazione<br />
η Frazione areale di fratture<br />
θ wcrack Contenuto volumetrico di acqua nelle fratture<br />
θ acrack Contenuto volumetrico di aria nelle fratture<br />
ER Tasso di ricambio indoor<br />
L T Distanza tra il top della sorgente e la base delle fondazioni<br />
Z crack Profondità delle fondazioni<br />
k v Permeabilità del suolo al flusso di vapore<br />
Δ P Differenza di pressione fra interno ed esterno<br />
μ air Viscosità del vapore<br />
τ Tempo medio di durata del flusso di vapore<br />
Superficie delle fondazioni e delle pareti coinvolte dall’infiltrazione, b A<br />
Rappresenta la superficie dell’edificio complessivamente interessata dal<br />
fenomeno di infiltrazione indoor dei contaminanti. Nel caso di edificio<br />
e/o locale fuori terra, questa coincide con l’area delle fondazioni, ossia<br />
l’area della base della struttura:<br />
A b<br />
= a ⋅b<br />
Nel caso di locali interrati o seminterrati, tale superficie sarà data dalla<br />
somma dell’area della base dell’edificio più l’area delle pareti interrate:<br />
33<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
A b<br />
( a ⋅ c)<br />
+ ( b ⋅ c)<br />
= a ⋅b<br />
+ 2 2<br />
I simboli a, b indicano rispettivamente la larghezza e la lunghezza<br />
dell’edificio, mentre c indica l’altezza della parete interrata.<br />
Spessore delle fondazioni, L crack<br />
Tale parametro viene determinato mediante indagini sito-specifiche. Nel<br />
caso di locali seminterrati si assume il valore minimo fra lo spessore<br />
delle fondazioni e quello dei muri interrati.<br />
Rapporto tra volume indoor e area di infiltrazione, L b<br />
Nel caso di edifici fuori terra il rapporto tra volume e area dell’edificio<br />
coincide con l’altezza h dell’edificio stesso:<br />
Ab<br />
⋅ h<br />
Lb<br />
=<br />
= h<br />
A<br />
b<br />
34<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Nel caso di locali interrati o seminterrati, tale rapporto risulta inferiore<br />
all’altezza dell’edificio, poiché nel calcolo di A b si tiene conto anche<br />
dell’area delle pareti interrate soggette a infiltrazione.<br />
Frazione areale di fratture, η<br />
La frazione areale di fratture rappresenta il rapporto tra l’area delle<br />
fratture nella superficie di infiltrazione e l’area totale della superficie:<br />
η =<br />
A<br />
crack<br />
A<br />
b<br />
Il valore tipico di tale parametro deriva da esperimenti condotti sul<br />
Radon e può variare in un range compreso tra 0 (superficie priva di<br />
fratture) e 1 (superficie priva di pavimentazione).<br />
Un tipico valore di default è 0.01.<br />
Distanza tra il top della sorgente e la base delle fondazioni, L T<br />
Tale parametro indica la distanza tra il top della sorgente di<br />
contaminazione e la base delle fondazioni:<br />
Sorgente in zona insatura: LT = LS<br />
− Z crack<br />
Sorgente in zona satura: LT = LGW<br />
− Z crack<br />
Dove Z crack è la profondità delle fondazioni.<br />
In caso di edifici fuori terra si ha la ovvia condizione:<br />
L T = LS<br />
o L T = LGW<br />
Contenuto volumetrico di acqua e aria nelle fratture θ wcrack , θ acrack<br />
Rappresentano il contenuto di acqua o di aria presente nelle fratture<br />
delle fondazioni:<br />
θ wcrack = (Volume di acqua nelle fratture)/(Volume delle fratture)<br />
θ acrack = (Volume d’aria nelle fratture)/(Volume delle fratture)<br />
Essendo parametri difficilmente misurabili a mezzo di indagini dirette,<br />
per essi si assumono, in genere, i valori di default corrispondenti ad un<br />
livello 1 di AdR (0.12 e 0.26, vedere tabella finale).<br />
Tasso di ricambio di aria indoor, ER<br />
35<br />
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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
ER indica la velocità con la quale viene ricambiata l’aria all’interno di<br />
un edificio. In pratica coincide con l’inverso del tempo impiegato per il<br />
ricambio completo.<br />
Per la valutazione indiretta di questo parametro si possono utilizzare i<br />
seguenti valori:<br />
Edifici ad uso residenziale:<br />
Edifici ad uso industriale:<br />
1<br />
12 −<br />
d<br />
1<br />
20 −<br />
d<br />
Perimetro delle fondazioni, X crack (ovvio)<br />
Profondità delle fondazioni, Z crack (ovvio)<br />
Permeabilità del suolo al flusso di vapore, k v<br />
Questo parametro è concettualmente lo stesso della permeabilità<br />
intrinseca all’aria del terreno, cambia solo il tipo di gas.<br />
Per la stima indiretta di questo parametro si possono usare i valori:<br />
Sabbie medie<br />
Sabbie fini<br />
10 cm<br />
− 7 −6<br />
2<br />
− 9 −8<br />
2<br />
÷ 10 Limo 10 ÷ 10 cm<br />
10 cm<br />
− 8 −7<br />
2<br />
− 10 −9<br />
2<br />
÷ 10 Argilla 10 ÷ 10 cm<br />
Differenza di pressione tra aria indoor ed aria outdoor, Δ P<br />
Con tale parametro si tiene conto della possibile presenza di gradienti<br />
di pressione tra ambiente aperto e ambiente confinato.<br />
La differenza di pressione provoca un flusso convettivo di vapore che,<br />
attraversando la matrice suolo e le fondamenta dell’edificio, penetra<br />
all’interno della struttura stessa.<br />
La depressurizzazione dell’ambiente indoor può essere dovuta alla<br />
velocità del vento, alla differenza di temperatura indoor-outdoor e allo<br />
squilibrio (riduzione) dei meccanismi di ventilazione.<br />
L’effetto del vento e quello della temperatura sono dello stesso ordine di<br />
grandezza. In particolare, in riferimento all’effetto della temperatura,<br />
l’ambiente indoor si trova, generalmente, ad una temperatura maggiore<br />
rispetto a quella outdoor, di conseguenza la pressione indoor è minore<br />
di quella outdoor. Quindi, la depressurizzazione è presente soprattutto<br />
in inverno.<br />
36<br />
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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
I valori di ΔP tipicamente variano tra 0 e 20 Pa. Il valore preso come<br />
default dall’EPA è di 4 Pa.<br />
Viscosità del vapore, μ air<br />
−5<br />
Questo parametro è assunto costante e pari a 1 . 81 ⋅10<br />
Pa ⋅s<br />
(o<br />
37<br />
−1 −1<br />
kg m s )<br />
e corrisponde approssimativamente con la viscosità dell’aria a C<br />
o<br />
20 .<br />
Tempo medio di durata dei flussi di vapore, τ<br />
Indica la durata di esposizione ai flussi di vapore e viene presa<br />
coincidente con la durata di esposizione ED (spiegato più avanti).<br />
Parametri delle acque superficiali<br />
I casi possibili di interazione fra acque di falda e acque superficiali sono<br />
diversi, i principali sono schematizzati nella figura sottostante.<br />
Il caso più importante in questo contesto, ed anche l’unico qui preso in<br />
considerazione, è il caso (b), cioè il caso in cui sia l’acqua di falda ad<br />
alimentare il corpo idrico superficiale.<br />
Per la spiegazione dei parametri di seguito introdotti è utile riportare anche lo<br />
schema della miscelazione del contaminante nel corpo idrico superficiale<br />
trattata più avanti.<br />
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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Nella tabella sottostante sono elencati i parametri geometrici e fisici<br />
caratteristici relativi alle acque superficiali.<br />
Larghezza del corpo idrico superficiale, sw W<br />
Rappresenta la larghezza della sezione del corso d’acqua.<br />
Poiché tale parametro varia al variare della portata, si può assumere<br />
come stima conservativa, il suo valore misurato in periodi di magra.<br />
Sezione trasversale del corpo idrico superficiale, S sw<br />
Rappresenta la sezione del fiume ortogonale al verso di scorrimento<br />
delle acque nel punto in cui sfocia il plume di falda. Tale parametro è<br />
necessario soltanto se il modello è applicato ad un fiume o un corso<br />
d’acqua e può essere calcolato come prodotto fra altezza idrometrica e<br />
larghezza del fiume.<br />
Velocità dell’acqua del corpo idrico superficiale, v sw<br />
Poiché in una generica sezione di un fiume la velocità non è costante<br />
lungo la sua larghezza si utilizza il valore medio.<br />
38<br />
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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Simbolo Parametro<br />
W sw Larghezza del corpo idrico superficiale<br />
S sw Sezione trasversale del corpo idrico superficiale<br />
v sw Velocità dell’acqua del corpo idrico superficiale<br />
Q sw Portata del corpo idrico superficiale<br />
d sw Spessore della falda<br />
V<br />
Volume del corpo idrico per la miscelazione<br />
b sw Altezza idrometrica<br />
L reach Larghezza del plume contaminato<br />
L p Distanza fra sorgente in falda e corpo idrico<br />
Frac Frazione di volume di controllo per la miscelazione<br />
h gw Potenziale idraulico della falda<br />
h sw Potenziale idraulico del corpo idrico<br />
f ocs Contenuto di carbonio organico nei sedimenti<br />
D<br />
ysw<br />
Coefficiente di dispersione laterale<br />
Q gw Portata della falda<br />
i sw Cadente piezometrica tra falda e pelo libero del corpo id. sup.<br />
λ Coefficiente di degradazione della sostanza nelle acque superficiali<br />
sw<br />
Portata del corpo idrico superficiale, Q sw<br />
Rappresenta la quantità di acqua del corpo idrico superficiale che entra<br />
all’interno del volume di miscelazione nell’unità di tempo, ed è definita<br />
dalla:<br />
Q = S ⋅ v<br />
sw<br />
sw<br />
sw<br />
Nel caso di fiume questa è pari alla portata del fiume stesso a monte<br />
della zona di miscelazione.<br />
Nel caso di lago si dovrà tenere conto di eventuali affluenti.<br />
La portata di un corso d’acqua è un parametro che subisce continue<br />
variazioni, e non è possibile quindi far riferimento ad un unico valore.<br />
Occorre pertanto trovare una stima che sia rappresentativa dei valori<br />
che può assumere: si potrebbe far riferimento alla portata media<br />
39<br />
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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
annua, oppure alla portata massima registrata in un certo periodo di<br />
tempo nel caso in cui si voglia una stima conservativa.<br />
Spessore (altezza) della falda, d sw<br />
Rappresenta lo spessore di falda che interseca il corpo idrico.<br />
E’ un parametro sito-specifico non necessariamente pari all’intera<br />
profondità della falda nel caso in cui la falda penetri solo parzialmente<br />
il corpo idrico.<br />
Volume del corpo idrico per la miscelazione, V<br />
Rappresenta quel volume d’acqua del corpo idrico superficiale<br />
all’interno del quale si ipotizza che avvenga la miscelazione.<br />
E’ a tutti gli effetti un volume di controllo.<br />
Nel caso in cui il modello sia applicato a fiumi o corsi d’acqua tale<br />
parametro è dato dal prodotto fra la sezione trasversale del fiume e lo<br />
spessore di falda che si immette nel fiume;<br />
V = S sw ⋅ d<br />
sw<br />
nel caso in cui il corpo idrico recettore sia un lago invece si fa<br />
riferimento a quel volume d’acqua contenuto nel bacino, all’interno del<br />
quale avviene la miscelazione: può essere pari all’intero volume del lago<br />
o ad una sua frazione. E’ in ogni caso un parametro acquisibile solo<br />
con indagini in sito.<br />
Altezza idrometrica, b sw<br />
Rappresenta l’altezza del pelo libero del copro idrico rispetto ad un<br />
livello determinato (zero idrometrico), di solito coincidente con la base<br />
del letto del corpo idrico.<br />
Viene determinato a mezzo di un asta graduata, detta idrometro,<br />
saldamente posta su una sponda del corpo idrico.<br />
Poiché il livello di un corpo idrico varia continuamente, per una stima<br />
conservativa, si può assumere il minimo valore riscontrato in un certo<br />
periodo.<br />
Larghezza del plume, L reach<br />
Rappresenta la larghezza del plume di falda nel punto in cui si<br />
interseca con il corpo idrico.<br />
40<br />
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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Viene calcolata come quella estensione laterale (direzione y) del plume<br />
all’interno della quale la concentrazione del contaminante resta<br />
superiore al 5% della concentrazione massima, C max , che si ha per<br />
sull’asse del plume.<br />
Per la funzione C ( x y,<br />
z)<br />
, si può utilizzare il modello di Domenico (vedi<br />
Appendice G), oppure valutato in sito a mezzo di indagini.<br />
Distanza fra la sorgente in falda e bordo del corpo idrico, L p<br />
Rappresenta la distanza percorsa dal plume di falda dal punto in cui il<br />
percolato raggiunge la tavola d’acqua fino al bordo del corpo idrico<br />
recettore.<br />
Tale parametro non entra direttamente nelle formule delle acque<br />
superficiali, ma è necessario per l’utilizzo della formula di Domenico per<br />
il calcolo di L reach . In pratica, facendo riferimento alla figura sopra, L reach<br />
viene valutato studiando la funzione ( x L , y,<br />
0)<br />
C p<br />
= .<br />
Frazione di volume di controllo per la miscelazione, Frac<br />
Parametro adimensionale che varia fra 0 e1 e determina la frazione di<br />
volume di controllo all’interno del quale avviene la miscelazione.<br />
Se la miscelazione avviene sull’intero volume disponibile per la<br />
miscelazione (V ) si ha Frac = 1.<br />
41<br />
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Potenziale idraulico della falda, h gw<br />
Il potenziale (o carico) idraulico associato ad una massa fluida viene<br />
determinato dalla seguente relazione:<br />
h gw<br />
dove:<br />
2<br />
P v<br />
= z + +<br />
γ 2g<br />
z è quota della massa fluida rispetto ad un livello determinato;<br />
P è la pressione a cui è soggetta la massa fluida;<br />
γ è il peso specifico del fluido.<br />
Potenziale idraulico del corpo idrico, h sw<br />
Rappresenta il potenziale idraulico di un fiume o di un corso d’acqua.<br />
Poiché le correnti a pelo libero sono soggette ad una pressione costante,<br />
coincidente con la pressione atmosferica, che viene presa come<br />
riferimento, al calcolo del potenziale contribuiscono solo i termini<br />
relativi alla quota e alla velocità media:<br />
h sw<br />
2<br />
v<br />
= z +<br />
2g<br />
Contenuto di carbonio organico nei sedimenti, f ocs<br />
Rappresenta il contenuto di carbonio organico presente nei sedimenti, e<br />
dovrebbe essere sempre misurato sperimentalmente.<br />
Questo parametro è gia stato descritto<br />
Coefficiente di dispersione laterale, D ysw<br />
Fornisce una indicazione quantitativa della efficacia del mescolamento<br />
laterale in un corpo d’acqua superficiale. Può essere stimato dalla<br />
relazione:<br />
D = C ⋅ d ⋅ v<br />
ysw<br />
dove:<br />
'<br />
sw<br />
C è un fattore che tiene conto delle irregolarità della sezione del canale<br />
in prossimità dell’immissione del contaminante, e vale:<br />
C = 0.<br />
1 per canali rettangolari;<br />
C = 0.<br />
3 per canali in condotte;<br />
42<br />
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C = 0.<br />
6 per canali naturali poco tortuosi;<br />
C = 1.<br />
0 per canali molto tortuosi;<br />
C = 1.<br />
3 per canali con angoli di 90° o più.<br />
d è la profondità del corpo idrico;<br />
'<br />
v sw è la velocità trasversale, data dalla:<br />
v = g ⋅ d ⋅ S<br />
'<br />
sw<br />
l<br />
nella quale S l è la pendenza del canale.<br />
Alternativamente<br />
del fiume.<br />
Portata della falda, Q gw<br />
'<br />
v sw può essere posta pari al 10% della velocità media<br />
Rappresenta il volume d’acqua che la falda immette nel volume di<br />
controllo del corpo idrico superficiale nell’unità di tempo.<br />
E’ possibile calcolarla attraverso la legge di Darcy:<br />
Q = K ⋅ A ⋅ i<br />
gw<br />
dove:<br />
sat<br />
gw<br />
gw<br />
A gw : area attraverso cui l’acqua di falda affluisce nel corpo idrico<br />
recettore; è data dal prodotto fra lo spessore (altezza) del plume di falda<br />
che scarica nel corpo idrico d sw , e la larghezza del plume di falda lungo il<br />
bordo del corpo idrico superficiale (in direzione di scorrimento dell’acqua)<br />
L reach .<br />
i sw : cadente piezometrica data dal rapporto fra il dislivello esistente fra<br />
falda e pelo libero del corpo idrico superficiale e la distanza L f tra i punti<br />
tra cui questo dislivello è misurato (vedere figura):<br />
i<br />
sw<br />
h<br />
=<br />
gw<br />
− h<br />
L<br />
f<br />
sw<br />
43<br />
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Questa cadente può essere diversa dalla cadente che governa il moto<br />
della la falda: questo sia perché la presenza del corpo idrico modifica tale<br />
parametro, sia perché in prossimità di un corpo idrico la granulometria<br />
del terreno può subire variazioni che influiscono sul moto della falda.<br />
La stima di questo parametro può essere effettuata a mezzo di piezometri<br />
disposti in punti opportunamente scelti.<br />
Coefficiente di degradazione della sostanza nelle acque superficiali, λ sw<br />
Tale parametro tiene conto di eventuali processi di biodegradazione delle<br />
sostanze inquinanti all’interno delle acque superficiali.<br />
Dimensionalmente è l’inverso di un tempo ed stimato in laboratorio. In<br />
mancanza di stime o in analisi di livello 1 viene posto uguale a zero.<br />
44<br />
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6. Simboli e valori di default<br />
Di seguito è riportata la lista dei principali simboli utilizzati nelle sezioni<br />
precedenti e in quelle che seguiranno, con le relative unità di misura.<br />
La lista è tratta dal documento APAT, pertanto, in alcuni casi, i simboli non<br />
coincidono esattamente con quelli utilizzati, è opportuno quindi fare<br />
riferimento anzitutto al significato del parametro e alle sue unità di misura.<br />
Al termine di questa lista, è riportata una tabella, sempre estratta dal<br />
documento APAT, in cui sono indicati valori di default “sito generici” per i<br />
principali parametri visti. Questi valori potrebbero essere utilizzati, ad esempio,<br />
per un AdR di livello 1.<br />
45<br />
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46<br />
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47<br />
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48<br />
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49<br />
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50<br />
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51<br />
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7. Vie di migrazione: stima dei fattori di trasporto<br />
I fattori di trasporto intervengono nella valutazione delle esposizioni indirette<br />
ovvero laddove eventuali contaminanti possono raggiungere i bersagli solo<br />
attraverso la migrazione dal comparto ambientale sorgente della<br />
contaminazione.<br />
Nell’AdR questo aspetto assume notevole rilevanza dovuta al fatto che una<br />
sottostima o sovrastima dei fattori di trasporto porta a valori del rischio e degli<br />
obiettivi di bonifica rispettivamente troppo bassi o troppo alti.<br />
Lo schema generale che descrive come questi fattori intervengano nel processo<br />
di analisi viene illustrato nella figura sottostante:<br />
Valutata la concentrazione della sorgente, si calcola la concentrazione al punto<br />
di esposizione attraverso la seguente relazione:<br />
C = FT ⋅ C<br />
poe<br />
Concentrazione<br />
alla sorgente<br />
Cs<br />
s<br />
Fattori di<br />
trasporto<br />
FT<br />
Il fattore di trasporto FT , tiene conto dei fenomeni di attenuazione che<br />
intervengono durante la migrazione dei contaminanti.<br />
In questi appunti i valori di FT sono determinati o attraverso valori di default<br />
sito-generici oppure attraverso semplici relazioni analitiche. Come si vedrà<br />
nella parte dell’AdR, gli FT possono essere determinati, in modo molto più<br />
accurato, attraverso modelli numerici più complessi.<br />
Nella tabella sotto riportata sono elencati i fattori di trasporto che intervengono<br />
nella procedura di analisi di rischio di livello 2:<br />
Concentrazione nel<br />
punto di esposizione<br />
Cpoe<br />
52<br />
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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Fattore di trasporto Simbolo<br />
fattore di lisciviazione in falda da suolo superficiale e/o<br />
profondo;<br />
fattore di attenuazione in falda; DAF<br />
fattore di volatilizzazione di vapori outdoor da suolo<br />
superficiale;<br />
fattore di volatilizzazione di vapori outdoor da suolo<br />
profondo;<br />
LF<br />
VFss<br />
VFsamb<br />
fattore di volatilizzazione di vapori outdoor da falda; VFwamb<br />
emissione di particolato outdoor da suolo superficiale; PEF<br />
emissione di particolato indoor da suolo superficiale; PEFin<br />
fattore di volatilizzazione di vapori indoor da suolo; VFsesp<br />
fattore di volatilizzazione di vapori indoor da falda; VFwesp<br />
fattore di migrazione dall’acqua di falda all’acqua<br />
superficiale.<br />
RDF<br />
Nelle sezioni successive sono brevemente riportate le relazioni che esprimono i<br />
vari FT. Generalmente esse sono state ricavate imponendo le seguenti<br />
condizioni:<br />
la concentrazione degli inquinanti è uniformemente distribuita nel<br />
volume contaminato ed è costante per tutto il periodo di esposizione;<br />
terreno omogeneo, isotropo e incoerente (si escludono quindi i suoli<br />
porosi per fessurazione, i quali necessitano di modellistica specifica<br />
corrispondente ad un livello 3 di analisi);<br />
non si considerano fenomeni di biodegradazione o meccanismi di<br />
degradazione/trasformazione delle sostanze inquinanti nel suolo, in<br />
soluzione nell’acqua o in fase vapore.<br />
7.1. Lisciviazione e dispersione in falda, LF e DAF<br />
La lisciviazione consiste nell’infiltrazione d’acqua piovana all’interno del suolo<br />
che, a contatto con i contaminanti, dà origine alla formazione di un eluato che<br />
percola attraverso lo strato insaturo (zona vadosa) fino a raggiungere la falda,<br />
dove poi avvengono fenomeni di diluizione, trasporto e dispersione.<br />
Nella figura sottostante viene rappresentato schematicamente tale meccanismo<br />
di trasporto, nel caso di contaminazione di suolo profondo.<br />
53<br />
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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Fattore di lisciviazione, LF<br />
Il fattore di lisciviazione consente di valutare l’attenuazione subita dalla<br />
concentrazione di contaminante dovuta al trasporto dalla sorgente di<br />
contaminazione, dal suolo profondo o superficiale, alla falda a causa<br />
dell’infiltrazione d’acqua nello strato insaturo di suolo ed alla successiva<br />
diluizione nell’acquifero superficiale.<br />
Tale fattore è definito come (figura sopra):<br />
C<br />
LF =<br />
C<br />
dove:<br />
Lmf<br />
s<br />
⎡ mg l<br />
⎢<br />
⎣mg<br />
kg<br />
acqua<br />
suolo<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎦<br />
C s : concentrazione alla sorgente, in termini di massa di contaminante per<br />
massa di suolo ( mg kg suolo )<br />
C Lmf : concentrazione nell’acqua di falda ( lacqua<br />
mg )<br />
54<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Per calcolo di questo fattore si usa la relazione:<br />
K sw ⋅ SAM<br />
LF =<br />
LDF<br />
K sw è un fattore di partizione che esprime il rapporto fra la concentrazione alla<br />
sorgente riferita alla massa di suolo, Cs, e quella, sempre alla sorgente, in<br />
soluzione, CL1:<br />
K<br />
Se consideriamo un volume generico di sorgente, V b , la massa totale di<br />
contaminante, M I , può essere espressa in due diversi modi:<br />
M = C ρ V<br />
I<br />
S<br />
S<br />
b<br />
e, ricordando la ripartiaizone del contaminante nelle tre fasi del terreno,<br />
( K d ⋅ ρ s + θW<br />
+ H ⋅θ<br />
a ) CL<br />
Vb<br />
M I =<br />
1<br />
Dalle quali:<br />
K<br />
sw<br />
sw<br />
=<br />
( K ⋅ ρ + θ + H ⋅θ<br />
)<br />
d<br />
s<br />
ρ<br />
S<br />
W<br />
a<br />
Il valore che si ottiene per la concentrazione in soluzione non deve essere<br />
superiore al limite di solubilità. Dovrà allora essere verificata la seguente<br />
condizione:<br />
CL1 C<br />
=<br />
C<br />
L1<br />
≤ X ⋅ S<br />
dove X e S sono rispettivamente la frazione molare e la solubilità del<br />
contaminante.<br />
S<br />
LDF (Leachate Diluition Factor): rappresenta l’attenuazione del contaminante in<br />
seguito alla sua diluizione nell’acqua della falda.<br />
C<br />
LDF =<br />
C<br />
L1<br />
Lmf<br />
Anzitutto si fa l’ipotesi che la concentrazione nell’eluato in prossimità della<br />
sorgente, coincidente con C L1,<br />
sia uguale a quella dell’eluato in corrispondenza<br />
della piezometrica della falda, C L1'<br />
.<br />
Quindi si definiscono la portata ( m s<br />
3<br />
) di acqua in falda dovuta al<br />
percolamento, Q, e la portata d’acqua ( m s<br />
3<br />
) che giunge da monte, P come:<br />
55<br />
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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Q = I ⋅W<br />
⋅ S<br />
ef<br />
gw<br />
gw<br />
W<br />
P = v ⋅δ<br />
⋅ S<br />
W<br />
È facile intuire che la massa di contaminante la massa per unità di volume e di<br />
tempo che entra in falda è:<br />
Q ⋅ CL1<br />
Questa, si trova ora ad essere diluita in un volume, sempre per unità di tempo,<br />
di acqua pari a:<br />
Q + P<br />
Da cui:<br />
C<br />
Lmf<br />
Q ⋅ CL1<br />
=<br />
Q + P<br />
E quindi<br />
Q + P<br />
LDF = = 1 +<br />
Q<br />
P<br />
Q<br />
v<br />
= 1+<br />
I<br />
gw<br />
ef<br />
⋅δ<br />
gw<br />
⋅W<br />
SAM (Soil Atteuation Model): è un fattore che tiene conto del non rispetto<br />
dell’ipotesi C L1<br />
= CL1'<br />
, e definito come:<br />
56<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
C<br />
SAM =<br />
C<br />
L1'<br />
L1<br />
L’ipotesi citata è attendibile solo se la sorgente e la superficie piezometrica della<br />
falda sono abbastanza vicine. In caso contrario, possono intervenire vari fattori,<br />
fra i quali la diluizione, la biodegradazione e la volatilizzazione.<br />
La formulazione più semplice tiene solo conto della diluizione, valutata nel<br />
seguente modo:<br />
La massa totale del contaminante contenuta nella sorgente è data dalla:<br />
( K ⋅ ρ + θ + H ⋅θ<br />
) C V = ( K ⋅ ρ + θ + H ⋅θ<br />
) C ( W ⋅ S d )<br />
M ⋅<br />
I = d s W<br />
a L1<br />
b d s W<br />
a L1<br />
Questa massa, una volta passata anche nella zona sottostante deve<br />
conservarsi, e vale:<br />
( K ⋅ ρ + θ + H ⋅θ<br />
) C ( W ⋅ S L )<br />
M ⋅<br />
I = d s W<br />
a L1'<br />
Uguagliando, è facile vedere che:<br />
C<br />
C<br />
L1'<br />
SAM = =<br />
L1<br />
d<br />
L<br />
S<br />
F<br />
Usando le relazioni viste si ottiene infine:<br />
LF =<br />
K<br />
⋅ SAM<br />
=<br />
LDF<br />
sw<br />
( K ⋅ ρ + θ + H ⋅θ<br />
)<br />
d<br />
s<br />
W<br />
ρ<br />
w<br />
S<br />
a<br />
F<br />
⎛ V<br />
⎜1+<br />
⎜<br />
⎝ I<br />
gw<br />
ef<br />
⋅δ<br />
gw<br />
⋅W<br />
d<br />
⎞ L<br />
⎟<br />
⎠<br />
Fattore di attenuazione laterale in falda, DAF<br />
Il fattore DAF (Diluition Attenuation Factor) esprime il rapporto tra la<br />
concentrazione di un contaminante in corrispondenza della sorgente<br />
secondaria in falda, C Lfalda e la concentrazione al punto di esposizione C Lpoe ,<br />
situato a valle della sorgente rispetto al flusso di falda ad una distanza:<br />
C<br />
DAF =<br />
C<br />
Lfalda<br />
Lpoe<br />
⎡mg<br />
l<br />
⎢<br />
⎢⎣<br />
mg l<br />
acqua<br />
acqua<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎥⎦<br />
Nel caso di concentrazione stimata in falda a partire dalla lisciviazione dal<br />
suolo, si ha C Lfalda = CLmf<br />
La modellizzazione di questo fattore è abbastanza complessa. Solitamente si<br />
adotta il “modello di Domenico”.<br />
S<br />
F<br />
w<br />
s<br />
57<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Questo modello fornisce la distribuzione delle concentrazioni in un dominio<br />
spaziale tridimensionale, in regime variabile, per effetto dell’ emissione<br />
continua di un contaminante da una sorgente areale, costituita da un piano<br />
perpendicolare alla direzione del flusso della falda idrica, avente dimensioni<br />
trasversale S W e verticale δ gw .<br />
Orientando l’asse delle x lungo la direzione del flusso di falda, e gli altri due<br />
assi come mostrato in figura la distribuzione delle concentrazioni è data dalla<br />
seguente equazione:<br />
C<br />
L<br />
( x,<br />
y,<br />
z,<br />
t)<br />
C<br />
L0<br />
⎡ ⎛<br />
⎢ ⎜ y + 0.<br />
5S<br />
erf<br />
⎢ ⎜<br />
⎣ ⎝<br />
2 α y x<br />
1 ⎡ x ⎛<br />
= exp⎢<br />
⎜1−<br />
8 ⎜<br />
⎢⎣<br />
2α<br />
x ⎝<br />
W<br />
⎞ ⎛<br />
⎟ ⎜ y − 0.<br />
5S<br />
− erf<br />
⎟ ⎜<br />
⎠ ⎝<br />
2 α y x<br />
⎡<br />
4λα<br />
⎤ xR<br />
⎢ Rx − vet<br />
1+<br />
⎥<br />
4λα<br />
⎞⎤<br />
⎥ ⋅<br />
⎢<br />
v<br />
xR<br />
e<br />
1+<br />
⎟ erfc<br />
⎥<br />
⋅<br />
v ⎟<br />
⎥<br />
⎢<br />
⎥<br />
e ⎠⎦<br />
2 α xve<br />
Rt<br />
⎢<br />
⎥<br />
⎢⎣<br />
⎥⎦<br />
W<br />
⎞⎤<br />
⎡ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎤<br />
⎟<br />
z + δ gw z − δ gw<br />
⎥ ⋅ ⎢erf<br />
⎜ ⎟ − erf ⎜ ⎟⎥<br />
⎟⎥<br />
⎢ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />
⎠⎦<br />
⎣ ⎝ 2 α z x ⎠ ⎝ 2 α z x ⎠⎥⎦<br />
Dove tutti i simboli sono noti, ma si ricorda che:<br />
λ è il coefficiente di degradazione,<br />
R è il fattore di ritardo dovuto all’assorbimento del contaminante su matrice<br />
solida, di cui si dirà fra poco.<br />
58<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Si ricorda inoltre che le due funzioni erf e erfc indicano la funzione errore e il<br />
suo complementare:<br />
erf<br />
2<br />
x<br />
2<br />
t<br />
( x)<br />
= ∫ e dt , erfc(<br />
x)<br />
= 1−<br />
erf ( x)<br />
−<br />
π<br />
0<br />
E che, fra le altre, godono delle proprietà:<br />
0 ⇒ erf ( 0)<br />
= 0 , ( 0)<br />
= 1<br />
∞ ⇒ erf ( x)<br />
→1<br />
, erfc(<br />
) → 0<br />
−∞ ⇒ erf ( x)<br />
→ −1<br />
, erfc(<br />
) → 2<br />
( − x)<br />
= erf ( x)<br />
, erfc(<br />
−x)<br />
erfc(<br />
x)<br />
x = erfc<br />
x → x<br />
x → x<br />
erf =<br />
Nel grafico sottostante è riportato l’andamento di queste funzioni.<br />
L’unico fattore dipendente dal tempo nell’equazione sopra riportata è quello<br />
espresso dalla funzione erfc. L’argomento della erfc per t → ∞ tende a − ∞ , cioè<br />
per t sufficientemente grandi questo termine può essere approssimato a 2<br />
ottenedo così la relazione stazionaria:<br />
C<br />
L<br />
( x,<br />
y,<br />
z)<br />
C<br />
L0<br />
=<br />
⎡ ⎛<br />
⎢ ⎜ y + 0.<br />
5S<br />
erf<br />
⎢ ⎜<br />
⎣ ⎝<br />
2 α y x<br />
1 ⎡ x ⎛<br />
exp⎢<br />
⎜1−<br />
4 ⎜<br />
⎢⎣<br />
2α<br />
x ⎝<br />
W<br />
⎞ ⎛<br />
⎟ ⎜ y − 0.<br />
5S<br />
− erf<br />
⎟ ⎜<br />
⎠ ⎝<br />
2 α y x<br />
4λα<br />
⎞⎤<br />
x R<br />
1+<br />
⎟⎥<br />
⋅<br />
v ⎟<br />
e ⎠⎥⎦<br />
W<br />
⎞⎤<br />
⎡ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎤<br />
⎟<br />
z + δ gw z − δ gw<br />
⎥ ⋅ ⎢erf<br />
⎜ ⎟ − erf ⎜ ⎟⎥<br />
⎟⎥<br />
⎢ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />
⎠⎦<br />
⎣ ⎝ 2 α z x ⎠ ⎝ 2 α z x ⎠⎥⎦<br />
59<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Una ulteriore semplificazione di questa relazione può essere ottenuta<br />
ragionando solo lungo l’asse delle x, lungo il quale si hanno i valori massimi di<br />
concentrazione (ricordare che erf(-x) = -erf(x) ):<br />
C<br />
L<br />
( x,<br />
0,<br />
0)<br />
C<br />
L0<br />
⎡ x ⎛ 4λα<br />
R ⎞⎤<br />
⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />
⎜ S ⎟ δ<br />
⎢ ⎜<br />
x ⎟<br />
W<br />
gw<br />
= exp 1−<br />
1+<br />
⎥ ⋅ erf ⋅ erf ⎜ ⎟<br />
⎜<br />
⎟<br />
⎢<br />
⎥<br />
⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />
⎣<br />
2α<br />
x ⎝ ve<br />
⎠⎦<br />
⎝<br />
4 α y x<br />
⎠ ⎝ 2 α z x ⎠<br />
Nel caso in cui tutto l’acquifero sia interessato dalla contaminazione, cioè<br />
δ = d , è ragionevole pensare che in breve spazio o tempo si ottenga una<br />
gw<br />
a<br />
omogeneizzazione lungo la direzione z, che analiticamente significa α = 0:<br />
ciò<br />
comporta una ulteriore semplificazione:<br />
C<br />
L<br />
( x,<br />
0,<br />
0)<br />
C<br />
L0<br />
⎡ x ⎛ 4λα<br />
⎞⎤<br />
⎛ ⎞<br />
⎢ ⎜<br />
x R<br />
⎥ ⋅ ⎜ S<br />
⎟<br />
W<br />
= exp 1−<br />
1+<br />
erf ⎟<br />
⎜<br />
⎟<br />
⎢<br />
⎥<br />
⎜ ⎟<br />
⎣<br />
2α<br />
x ⎝ ve<br />
⎠⎦<br />
⎝<br />
4 α y x<br />
⎠<br />
Tenuto conto di questi risultati e ponendo:<br />
C Lfalda = C L0<br />
e C Lpoe = C L ( x,<br />
0,<br />
0)<br />
Si ha che:<br />
δ < d <br />
gw<br />
gw<br />
a<br />
δ = d <br />
a<br />
C<br />
DAF =<br />
C<br />
C<br />
DAF =<br />
C<br />
Lfalda<br />
Lpoe<br />
Lfalda<br />
Lpoe<br />
⎧<br />
⎪ ⎡ x ⎛<br />
= ⎨exp⎢<br />
⎜1−<br />
⎪⎩ ⎢⎣<br />
2α<br />
⎜<br />
x ⎝<br />
⎧<br />
⎪ ⎡ x ⎛<br />
= ⎨exp⎢<br />
⎜1−<br />
⎪⎩ ⎢⎣<br />
2α<br />
⎜<br />
x ⎝<br />
4λα<br />
R ⎞⎤<br />
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎫<br />
⎪<br />
1<br />
⎜ S ⎟ δ<br />
x ⎟<br />
W<br />
⋅ ⎜ gw<br />
+ ⎥ ⋅ erf erf ⎟<br />
⎟ ⎜<br />
⎬<br />
v ⎥ 4 ⎟ ⎜ 2 ⎟<br />
e ⎠⎦<br />
⎝<br />
α y x<br />
⎠ ⎝ α z x ⎠⎪⎭<br />
4λα<br />
⎞⎤<br />
⎛ ⎞ ⎫<br />
x R<br />
⎪<br />
1<br />
⎜ S<br />
⎟<br />
W<br />
+ ⎥ ⋅ erf ⎟ ⋅<br />
⎟ ⎜<br />
⎬<br />
v ⎥ 4 ⎟<br />
e ⎠⎦<br />
⎝<br />
α y x<br />
⎠ ⎪⎭<br />
Il fattore di ritardo R solitamente è stimato dalla relazione:<br />
R<br />
= 1 +<br />
K d<br />
ρ<br />
ϑ<br />
s<br />
T<br />
Per quanto riguarda i valori di λ questi sono generalmente forniti per le varie<br />
sostanze di interesse, come quelle riportate nella tabella sottostante:<br />
−1<br />
60<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10<br />
z<br />
−1
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Spesso però, come già detto in precedenza, per AdR di livello 1 e 2 si pone λ = 0<br />
, cioè non si considerano processi di degradazione. In questo caso le relazioni<br />
dei DAF sono ulteriormente semplificate:<br />
δ < d <br />
gw<br />
gw<br />
a<br />
δ = d <br />
a<br />
C<br />
DAF =<br />
C<br />
C<br />
DAF =<br />
C<br />
Lfalda<br />
Lpoe<br />
Lfalda<br />
Lpoe<br />
⎧<br />
⎫<br />
⎪<br />
⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />
⎜ S ⎟ δ<br />
W<br />
⎪<br />
⎨<br />
⎜ gw<br />
= erf ⋅ erf ⎟<br />
⎜<br />
⎬<br />
⎪⎩<br />
4 ⎟ ⎜ 2 ⎟<br />
⎝<br />
α y x<br />
⎠ ⎝ α z x ⎠⎪⎭<br />
⎧<br />
⎫<br />
⎪<br />
⎛ ⎞<br />
⎜ SW<br />
⎪<br />
=<br />
⎟<br />
⎨erf<br />
⋅<br />
⎜<br />
⎬<br />
⎪⎩<br />
4 ⎟<br />
⎝<br />
α y x<br />
⎠ ⎪⎭<br />
7.2. Volatilizzazione in ambienti aperti (VFss, VFsamb, VFwamb)<br />
−1<br />
Sono ora presi in esame i fattori di trasporto legati alla volatilità del<br />
contaminante che, presente nel suolo o nella falda, può in parte trovarsi in fase<br />
vapore e migrare verso la superficie (figura sottostante).<br />
La descrizione dettagliata di questi fattori di trasporto è spesso molto<br />
complessa (vedere ad esempio la trattazione riportata nella Appendice D del<br />
documento APAT), pertanto di seguito si riportano praticamente solo le<br />
relazioni finali.<br />
Uno dei parametri più importanti per la descrizione di questo fenomeno è la<br />
zona di miscelazione in aria, δ air , già precedentemente definita come il volume<br />
di aria all’interno del quale si ipotizza avvenga la miscelazione tra i<br />
contaminanti volatili provenienti dal suolo e l’aria stessa.<br />
−1<br />
61<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Volatilizzazione di vapori outdoor da suolo superficiale, VFss<br />
Il fenomeno di volatilizzazione di vapori da suolo superficiale (SS) in ambienti<br />
aperti (outdoor) è un processo secondo il quale i flussi di vapore, tipicamente di<br />
sostanze organiche, presenti nella porzione superficiale di terreno migrano<br />
verso l’aria al di sopra della superficie del terreno stesso (vedere figura sopra).<br />
Il fattore di volatilizzazione in aria outdoor da SS si esprime come rapporto tra<br />
la concentrazione della specie chimica nel punto di esposizione (in aria), Cair, e<br />
quella in corrispondenza della sorgente di contaminazione (suolo superficiale)<br />
Cs:<br />
VF<br />
ss<br />
C<br />
=<br />
C<br />
air<br />
s<br />
⎡ mg m<br />
⎢<br />
⎣mg<br />
kg<br />
3<br />
aria<br />
suolo<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎦<br />
Per il calcolo di questo termine si prendono in considerazione due modelli.<br />
Il primo (modello di Juri) descrive il processo di diffusione degli inquinanti in<br />
atmosfera provenienti da una colonna di suolo contaminato dal piano<br />
campagna fino ad una certa profondità. Questa profondità può essere finita<br />
(modello a sorgente finita) oppure infinita (modello a sorgente infinita). In<br />
62<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
questo ambito, in via cautelativa, si adotta come soluzione per la stima del<br />
fattore di volatilizzazione il modello a sorgente infinita, col quale si ottiene la<br />
soluzione:<br />
VF<br />
ss<br />
=<br />
U<br />
Dove :<br />
'<br />
eff<br />
2W s Ds<br />
H<br />
3<br />
air<br />
ρ<br />
δ<br />
air<br />
πτ<br />
( ϑ + K ρ + Hϑ<br />
)<br />
w<br />
d<br />
s<br />
a<br />
⋅10<br />
eff<br />
Ds è il coefficiente di diffusione effettiva del suolo ( cm s<br />
2<br />
) che viene calcolato<br />
dalla:<br />
D<br />
eff<br />
s<br />
ϑ<br />
= Da<br />
θ<br />
3.<br />
33<br />
a<br />
2<br />
e<br />
Dw<br />
ϑ<br />
+<br />
H θ<br />
3.<br />
33<br />
w<br />
2<br />
e<br />
Nella quale a D e D w sono rispettivamente i coefficienti di diffusione in aria e in<br />
acqua ( cm s<br />
2<br />
documento ISPESL).<br />
[ 1 ]<br />
) e che possono riportati nelle caratteristiche dei contaminati (p.e.<br />
Nella soluzione sopra riportata è interessante notare che il secondo fattore<br />
sotto radice esprime la partizione del contaminante in aria rispetto al totale.<br />
Va notato infine che il fattore moltiplicativo 1000 è necessario unicamente per<br />
potere utilizzare le unità di misura riportate nelle tabelle date nelle sezioni<br />
precedenti.<br />
Il secondo modello è essenzialmente un bilancio di massa, nel quale si eguaglia<br />
il valore massimo di massa che può entrare nel volume di miscelazione, che<br />
coincide con la massa totale del contaminante nel suolo superficiale, con quella<br />
che esce dal volume di miscelazione a causa del trasporto eolico nel tempo di<br />
esposizione τ :<br />
'<br />
S W dρ<br />
C = U δ S τ C<br />
'<br />
w<br />
s<br />
s<br />
air<br />
air<br />
'<br />
w<br />
air<br />
Dalla quale, tenuto conto del fattore 1000 per i cambi di unità di misura:<br />
VF<br />
=<br />
ss<br />
U air<br />
'<br />
W ρ sd<br />
⋅<br />
δ τ<br />
air<br />
10 3<br />
[ 2]<br />
La relazione [1] è più completa della [2] in quanto tiene conto anche della<br />
partizione dell’inquinante nelle tre fasi del terreno (solida, liquida e gassosa) e<br />
della diffusività effettiva nel suolo.<br />
63<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Tuttavia, la [1] fornisce, per i composti volatili, valori di VFss troppo alti e<br />
quindi poco attendibili, mentre per i composti poco volatili i valori da essa<br />
ricavati sono sempre inferiori e più attendibili di quelli ottenuti dalla [2].<br />
Per questo motivo, si procede al calcolo di entrambi i valori, dopodiché si<br />
sceglie il più basso.<br />
Volatilizzazione di vapori outdoor da suolo profondo, VFsamb<br />
Il fenomeno di volatilizzazione di vapori da suolo profondo (SP) in ambienti<br />
aperti è un processo secondo il quale le specie chimiche volatili presenti nel SP<br />
migrano verso la superficie del terreno ed inoltre si rimescolano con l’aria della<br />
zona posta al di sopra della sorgente contaminante.<br />
Il fattore di volatilizzazione in aria outdoor da SP si esprime come rapporto tra<br />
la concentrazione della specie chimica nel punto di esposizione (in aria), Cair, e<br />
quella in corrispondenza della sorgente di contaminazione (suolo profondo):<br />
VF<br />
samb<br />
C<br />
=<br />
C<br />
air<br />
s<br />
⎡ mg m<br />
⎢<br />
⎣mg<br />
kg<br />
3<br />
aria<br />
suolo<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎦<br />
Per il calcolo di questo termine si prendono in considerazione due modelli.<br />
Il primo (modello di Farmer) porta alla soluzione:<br />
VF<br />
samb<br />
=<br />
Hρ<br />
( ϑ + K ρ + Hϑ<br />
)<br />
w<br />
d<br />
s<br />
a<br />
s<br />
⎛ U airδ<br />
air L<br />
⎜<br />
1+<br />
eff '<br />
⎝ Ds<br />
W<br />
s<br />
⋅10<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
Mentre il secondo adotta la stessa soluzione vista in precedenza e basata sul<br />
bilancio di massa:<br />
VF<br />
'<br />
W ρ sd<br />
s<br />
= ⋅<br />
δ τ<br />
samb<br />
U air<br />
air<br />
10 3<br />
[ 2]<br />
Anche in questo caso valgono le stesse considerazioni fatte nella soluzione<br />
precedente, pertanto si procede al calcolo di entrambi i valori, dopodiché si<br />
sceglie il più basso.<br />
Volatilizzazione di vapori outdoor da falda, VFwamb<br />
Il fenomeno di volatilizzazione di vapori da falda (GW) in ambienti aperti è un<br />
processo secondo il quale le specie chimiche volatili, presenti in soluzione nelle<br />
acque di falda, migrano, sotto forma di vapori, verso la superficie del terreno,<br />
dove si mescolano con l’aria della zona sovrastante la sorgente contaminata.<br />
3<br />
[ 1 ]<br />
64<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Il fattore di volatilizzazione in aria outdoor da GW si esprime come rapporto tra<br />
la concentrazione della specie chimica nel punto di esposizione (in aria), Cair, e<br />
quella in corrispondenza della sorgente di contaminazione (in falda):<br />
VF<br />
wamb<br />
C<br />
=<br />
C<br />
air<br />
s<br />
⎡mg<br />
m<br />
⎢<br />
⎢⎣<br />
mg l<br />
3<br />
aria<br />
acqua<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎥⎦<br />
Questo fattore di trasporto si ricava dalla relazione:<br />
VF<br />
wamb<br />
H<br />
=<br />
U airδ<br />
air L<br />
1+<br />
eff<br />
D W<br />
w<br />
GW<br />
'<br />
⋅10<br />
3<br />
Dove il coefficiente di diffusione effettiva in acqua,<br />
D<br />
eff<br />
w<br />
=<br />
⎛ h<br />
⎜<br />
⎝ D<br />
( h + h )<br />
cap<br />
cap<br />
eff<br />
cap<br />
v<br />
h<br />
+<br />
D<br />
v<br />
eff<br />
s<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
eff<br />
D w , è dato dalla:<br />
Nella quale, il coefficiente di diffusione effettiva nella frangia capillare è dato<br />
dalla:<br />
D<br />
eff<br />
cap<br />
ϑ<br />
= Da<br />
θ<br />
3.<br />
33<br />
a,<br />
cap<br />
2<br />
e<br />
D ϑ w<br />
+<br />
H θ<br />
3.<br />
33<br />
w,<br />
cap<br />
2<br />
e<br />
7.3. Volatilizzazione in aria indoor<br />
Questo fenomeno può verificarsi nel caso in cui, in corrispondenza della zona<br />
di contaminazione, vi sia un edificio nel quale, a causa di eventuali fessurazioni<br />
nelle fondazioni o nei muri perimetrali dei locali interrati, si verifichi<br />
l’infiltrazione della fase volatile dei contaminanti.<br />
Nella figura sottostante si riporta lo schema relativo al fenomeno di<br />
volatilizzazione in ambienti confinati (indoor) nei due casi possibili, ossia<br />
sorgente di contaminazione nel suolo e sorgente di contaminazione nella falda.<br />
La modellizzazione dei fattori di trasporto coinvolti è abbastanza complicata, di<br />
seguito sono riportate solo le relazioni finali, rimandando per alcuni<br />
approfondimenti all’Appendice F del documento APAT.<br />
65<br />
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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Volatilizzazione di vapori indoor da suolo, VFsesp<br />
Il fattore di volatilizzazione in aria indoor da suolo, unico per SS e SP, si<br />
esprime come rapporto tra la concentrazione della specie chimica nel punto di<br />
esposizione (in aria indoor) Cpoe, e quella in corrispondenza della sorgente di<br />
contaminazione (suolo) Cs:<br />
VF<br />
sesp<br />
C<br />
=<br />
C<br />
poe<br />
s<br />
⎡ mg m<br />
⎢<br />
⎣mg<br />
kg<br />
3<br />
aria<br />
suolo<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎦<br />
Anche in questo caso si usano due relazioni una basata su un modello più<br />
completo ed una sul bilancio di massa.<br />
La prima è<br />
VF<br />
sesp<br />
=<br />
Hρ<br />
( ϑ + K ρ + Hϑ<br />
)<br />
w<br />
eff<br />
Ds<br />
D<br />
1+<br />
+<br />
L L ER D<br />
T<br />
d<br />
b<br />
s<br />
s<br />
D<br />
eff<br />
s<br />
L L ER 3<br />
⋅10<br />
a T b<br />
eff<br />
s Lcrack<br />
eff<br />
crcack T<br />
L η<br />
[ 1 ]<br />
66<br />
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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Dove<br />
definito) e<br />
eff<br />
Ds è il coefficiente di diffusione effettiva attraverso la zona vadosa (già<br />
delle fondazioni:<br />
D<br />
eff<br />
crack<br />
ϑ<br />
= D<br />
a<br />
eff<br />
D crack è il coefficiente di diffusione effettiva attraverso le fenditure<br />
3.<br />
33<br />
a,<br />
crack<br />
2<br />
θ e<br />
D ϑ w<br />
+<br />
H<br />
3.<br />
33<br />
w,<br />
crack<br />
2<br />
θ e<br />
Il procedimento che porta alla relazione del bilancio di massa non è banale<br />
(Appendice F del documento APAT), quindi si riporta di seguito solo la sua<br />
espressione finale:<br />
VF<br />
ρ d<br />
10<br />
s 3<br />
sesp = (SS) oppure<br />
LbERτ<br />
VF<br />
ρ d<br />
10<br />
s s 3<br />
sesp = (SP)<br />
LbERτ<br />
E’ da notare che, anche in questo caso, l’espressione ricavata non tiene conto<br />
né delle proprietà del terreno né di quelle del contaminante.<br />
Anche in questo caso, il fattore così calcolato viene confrontato con quello<br />
ottenuto dal del bilancio di massa, per poi utilizzarne il minimo dei due.<br />
Volatilizzazione di vapori indoor da falda, VFwesp<br />
La volatilizzazione indoor da falda si verifica quando sopra la zona di falda<br />
contaminata vi è un edificio nel quale avviene l’infiltrazione dei contaminanti.<br />
Il fattore di volatilizzazione in aria indoor da falda si esprime come rapporto tra<br />
la concentrazione della specie chimica nel punto di esposizione (in aria indoor)<br />
Cpoe, e quella in corrispondenza della sorgente di contaminazione (suolo) Cs:<br />
VF<br />
sesp<br />
C<br />
=<br />
C<br />
poe<br />
s<br />
⎡mg<br />
m<br />
⎢<br />
⎢⎣<br />
mg l<br />
3<br />
aria<br />
acqua<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎥⎦<br />
Contrariamente ai casi precedenti, in questo caso non si considera il bilancio di<br />
massa bensì un’unica relazione, della quale si rimanda all’appendice F del<br />
documento APAT per i dettagli:<br />
VF<br />
wesp<br />
eff<br />
Ds<br />
H<br />
LT<br />
LbER<br />
=<br />
⋅10<br />
eff<br />
eff<br />
Dw<br />
Dw<br />
Lcrack<br />
1+<br />
+ eff<br />
L L ER D L η<br />
T<br />
b<br />
crcack<br />
T<br />
3<br />
67<br />
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Dove<br />
eff<br />
Dcrack è il coefficiente di diffusione effettiva attraverso le fenditure delle<br />
fondazioni (già definito) e<br />
tavola d’acqua (già definito).<br />
eff<br />
D w è il coefficiente di diffusione effettiva attraverso la<br />
7.4. Emissione di particolato dal suolo indoor e outdoor, PEF<br />
Il fenomeno di emissione di particolato da suolo superficiale (SS) è un processo<br />
secondo il quale avviene il sollevamento di polveri dal suolo superficiale<br />
contaminato, a seguito di fenomeni di erosione, e il rimescolamento, e la<br />
conseguente diluizione di queste polveri con l’aria della zona sovrastante la<br />
sorgente di contaminazione.<br />
L’inalazione di tale particolato può avvenire sia in ambienti aperti che in<br />
ambienti confinati.<br />
Il fattore di emissione di particolato in aria outdoor da SS si esprime come<br />
rapporto tra la concentrazione della specie chimica nel punto di esposizione (in<br />
aria) e quella in corrispondenza della sorgente di contaminazione (nel suolo):<br />
C<br />
PEF =<br />
C<br />
poe<br />
ss<br />
⎡ mg m<br />
⎢<br />
⎣mg<br />
kg<br />
3<br />
aria<br />
suolo<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎦<br />
Definita la portata di particolato da suolo superficiale per unità di superficie<br />
P e<br />
2 [ g ( cm s)<br />
]<br />
, per ambienti esterni il bilancio massa di particolato emessa –<br />
massa di particolato miscelata in aria, nel tempo τ, si può scrivere come:<br />
' '<br />
'<br />
PeW<br />
S wτC<br />
ss = U airδ<br />
airS<br />
wC<br />
poeτ<br />
Dalla quale, tenuto conto del solito fattore 1000 per le unità di misura, si<br />
ottiene:<br />
'<br />
PeW<br />
PEF =<br />
U δ<br />
air<br />
air<br />
⋅10<br />
3<br />
In caso di ambienti indoor questo fattore può essere moltiplicato per la frazione<br />
di polveri che entrano nell’ambiente chiuso, Fi, che però, in via cautelativa,<br />
viene quasi sempre posto uguale a 1.<br />
Anche in questo caso il valore di PEF può essere moltiplicato per la frazione<br />
areale di fratture del suolo (1 in via cautelativa).<br />
7.5. Dispersione in aria outdoor, ADF<br />
68<br />
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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Il fattore di dispersione del contaminante in atmosfera (ADF - Air Dispersion<br />
Factor) si esprime come rapporto tra la concentrazione della specie chimica nel<br />
punto di esposizione, Cair, e quella in corrispondenza della sorgente di<br />
contaminazione Cs (figura sottostante):<br />
3<br />
C ⎡<br />
air mg m<br />
ADF = ⎢ 3<br />
Cs<br />
⎣mg<br />
m<br />
aria<br />
aria<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎦<br />
La trattazione dettagliata della dispersione atmosferica di questo caso sarà<br />
fatta più avanti nel corso di Laboratorio di Dinamica degli Inquinanti.<br />
Al momento ci si limita a dire che per il calcolo di questo fattore si utilizza un<br />
approccio gaussiano, nel quale:<br />
- la sorgente è considerata tutta concentrata nel punto indicato in figura è<br />
'<br />
con una emissione di: U airδ<br />
air S wC<br />
s<br />
- il suolo è perfettamente riflettente<br />
- non vi sono limitazioni alla dispersione verticale.<br />
Sotto queste ipotesi, considerato un punto di esposizione al suolo ad una<br />
distanza x sottovento rispetto alla sorgente e posto sotto l’asse del plume di<br />
dispersione (condizione peggiore) si dimostra che l’ADF vale:<br />
δ<br />
ADF =<br />
πσ<br />
y<br />
air<br />
S<br />
'<br />
w<br />
⎛<br />
exp⎜<br />
−<br />
⎝<br />
2<br />
air<br />
( ) ( ) ( ) ⎟⎟ ⎜ 2<br />
x σ x 2σ<br />
x<br />
z<br />
δ<br />
z<br />
⎞<br />
⎠<br />
7.6. Migrazione dall’acqua di falda alle acque superficiali, RDF<br />
69<br />
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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Questa via di migrazione non è più considerata nelle ultime versioni delle linee<br />
guida ministeriali. Ciò nonostante, questa parte viene comunque lasciata in<br />
questi appunti in quanto mostra l’approccio modellistico rimane valido.<br />
La migrazione dei contaminanti dall’acqua di falda all’acqua superficiale<br />
determina una contaminazione del corpo superficiale ricettore, che va<br />
determinata, nell’ipotesi di perfetto mescolamento tra acqua di falda ed acqua<br />
superficiale e di corpo idrico superficiale non inquinato.<br />
Facendo riferimento alla figura già vista in precedenza e allo schema<br />
semplificato sotto riportato, si può esprimere la concentrazione del<br />
contaminante in falda con quella a valle del corpo idrico superficiale mediante<br />
un semplice bilancio di massa:<br />
Q<br />
sw<br />
C<br />
0<br />
( Q + Q ) C = 0<br />
+ QgwC<br />
gw − sw gw sw<br />
Poiché in generale C 0
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
e acqua del corpo idrico ricevente, dove la zona di mescolamento è definita<br />
dalla seguente relazione:<br />
0.<br />
4W<br />
MZ =<br />
D<br />
2<br />
sw<br />
v<br />
y,<br />
sw<br />
sw<br />
71<br />
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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
8. Modalità di esposizione e bersagli: di stima dei fattori di esposizione<br />
Le vie e le modalità di esposizione sono quelle mediante le quali il potenziale<br />
bersaglio entra in contatto con le specie chimiche contaminanti.<br />
Si ha una esposizione diretta se la via di esposizione coincide con la sorgente di<br />
contaminazione; si ha una esposizione indiretta nel caso in cui il contatto del<br />
recettore con la sostanza inquinante avviene a seguito della migrazione dello<br />
stesso e quindi avviene ad una certa distanza dalla sorgente.<br />
In generale, le vie di esposizione possono essere suddivise in quattro categorie:<br />
suolo superficiale (SS),<br />
aria outdoor (AO),<br />
aria indoor (AI),<br />
acqua profonda (GW)<br />
Ad ogni sorgente di contaminazione possono corrispondere più vie di<br />
esposizione, e pertanto in siti diversi si possono avere combinazioni diverse, a<br />
seconda delle caratteristiche specifiche del sito stesso.<br />
Per quanto riguarda i bersagli della contaminazione, ai fini dell’esecuzione di<br />
un’analisi di rischio sanitaria, questi sono esclusivamente umani.<br />
Tali ricettori sono differenziati in funzione:<br />
della loro localizzazione: infatti si devono prendere in considerazione nell’<br />
analisi tutti i recettori umani compresi nell’area logica di influenza del<br />
sito potenzialmente contaminato.<br />
In tale ambito, si definiscono bersagli on-site quelli posti in<br />
corrispondenza della sorgente di contaminazione, e bersagli off-site quelli<br />
posti ad una certa distanza da questa.<br />
della destinazione d’uso del suolo; le quali possono essere differenziate<br />
in:<br />
o Residenziale, a cui corrispondono bersagli umani sia adulti che<br />
bambini (0-6 anni).<br />
Uno scenario di esposizione è Residenziale quando al suo interno<br />
sono presenti delle abitazioni che sono o potranno essere abitate.<br />
In questo territorio, i residenti sono in frequente contatto con gli<br />
inquinanti presenti, l’assunzione di sostanze inquinanti è<br />
72<br />
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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
giornaliera e a lungo termine con possibilità quindi di generare<br />
elevati rischi di esposizione.<br />
o Ricreativo, a cui corrispondono bersagli umani sia adulti che<br />
bambini.<br />
In questo caso si intende definire un qualsiasi terreno in cui la<br />
gente spende un limitato periodo di tempo giocando, pescando,<br />
cacciando o svolgendo una qualsiasi attività esterna.<br />
Dal momento che possono essere incluse attività molto differenti<br />
tra loro è necessaria una descrizione sito-specifica per definire gli<br />
intervalli dei valori dei vari coefficienti di esposizione, che possono<br />
essere anche molto differenti tra loro.<br />
o Industriale/Commerciale, a cui corrispondono bersagli<br />
esclusivamente adulti.<br />
In questo scenario le persone esposte al maggior rischio di<br />
contaminazione sono i lavoratori presenti nel sito, i quali sono<br />
esposti alla contaminazione con frequenza praticamente<br />
giornaliera.<br />
Svolgendo attività fisiche impegnative i lavoratori presenti in sito<br />
saranno maggiormente esposti a determinate vie espositive.<br />
Per quanto riguarda il bersaglio bambini, in assenza di dati di esposizione sito-<br />
specifici, si intende individui aventi una età compresa tra 0 - 6 anni.<br />
Nella tabella sottostante sono riportate le tipologie di bersaglio considerato<br />
(adulto e/o bambino) e di esposizione (diretta o indiretta) in funzione della<br />
destinazione d’uso del suolo, della via e modalità di esposizione e della sorgente<br />
di contaminazione.<br />
73<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
E’ quindi necessario reperire delle specifiche informazioni riguardanti l’area<br />
oggetto di indagine.<br />
Alcuni di queste informazioni riguardano:<br />
l’uso del sito attuale e la destinazione d'uso prevista dagli strumenti<br />
urbanistici;<br />
l’uso del suolo nell’intorno del sito (residenziale, industriale,<br />
commerciale, agricolo, ricreativo);<br />
la presenza di pozzi ad uso idropotabile;<br />
la distribuzione della popolazione residente e delle altre attività<br />
antropiche.<br />
8.1. Calcolo della portata effettiva di esposizione<br />
L’esposizione E [ ( kg d ) ]<br />
contaminante.<br />
mg rappresenta l’assunzione cronica giornaliera del<br />
Questo fattore è dato dal prodotto tra la concentrazione, calcolata in<br />
corrispondenza del punto di esposizione Cpoe, (es. mg l ), e la portata effettiva di<br />
esposizione EM, (es. ( kg d)<br />
l ), che può rappresentare la quantità di suolo<br />
ingerita, di aria inalata o di acqua contaminata bevuta al giorno per unità di<br />
peso corporeo:<br />
74<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
E = C poe ⋅ EM<br />
Per la determinazione di entrambi i termini è necessario definire il modello<br />
concettuale del sito.<br />
La valutazione della portata effettiva di esposizione EM si traduce nella stima<br />
della dose giornaliera della matrice ambientale considerata, che può essere<br />
assunta dai recettori umani identificati nel modello concettuale.<br />
La stima della portata effettiva di esposizione EM ha, generalmente, carattere<br />
conservativo secondo il principio della esposizione massima ragionevolmente<br />
possibile, ed avviene usando l’espressione generica:<br />
CR ⋅ EF ⋅ ED<br />
EM =<br />
BW ⋅ AT ⋅ d y<br />
( 365 )<br />
Dove CR è il tasso di contatto con il mezzo contaminato (es. l d , litri di acqua<br />
ingeriti al giorno).<br />
Gli altri simboli sono riportati nella tabella riportata di seguito. In particolare,<br />
con il simbolo AT si indica il tempo medio di esposizione di un individuo ad<br />
una data sostanza. Per le sostanze cancerogene l’esposizione è calcolata sulla<br />
durata media della vita, cioè 70 anni, mentre per quelle non cancerogene è<br />
mediata sull’effettivo periodo di esposizione (ED). Ne consegue che il rischio per<br />
sostanze cancerogene è relativo non al periodo di tempo della diretta<br />
esposizione, bensì a tutto l’arco della vita.<br />
Di seguito sono riportate le relazioni utilizzate per il calcolo della portata<br />
effettiva di esposizione per i diversi fattori di esposizione.<br />
I simboli utilizzati e i loro valori di default sono riportati nella tabella che<br />
segue. Notare che sono riportate le relazioni per ogni modalità di esposizione<br />
elencate nella tabella precedente (bersagli/esposizione). Le parentesi [ ] al<br />
numeratore raggruppano i fattori che definiscono CR :<br />
Contatto dermico:<br />
EM<br />
=<br />
[ ⋅ ⋅ ] ⋅<br />
BW ⋅ AT ⋅(<br />
365d<br />
y)<br />
SA AF ASB EF ED<br />
Ingestione di suolo: [ IR ⋅ FI ] EF ⋅ ED<br />
EM =<br />
BW ⋅ AT ⋅(<br />
365d<br />
y)<br />
⎡ mg<br />
⎢<br />
⎣kg<br />
d<br />
⎡ mg<br />
⎢<br />
⎣kg<br />
d<br />
75<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎦<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎦
620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />
Ingestione di vapori e polveri<br />
⎡B0 ⋅ EF ⎤ g EF ⋅ ED<br />
EM =<br />
⎣ ⎦<br />
BW AT d y<br />
outdoor: ⋅ ⋅(<br />
365 )<br />
Ingestione di vapori e polveri<br />
indoor:<br />
⎡Bi ⋅ EF ⎤ g EF ⋅ ED<br />
EM =<br />
⎣ ⎦<br />
BW ⋅ AT ⋅ d y<br />
( 365 )<br />
⎡ m<br />
⎢<br />
⎣kg<br />
d<br />
3<br />
⎡ m<br />
⎢<br />
⎣kg<br />
d<br />
3<br />
E’ importante notare che, fissata la destinazione d’uso del area interessata, la<br />
stima della portata effettiva di esposizione EM fornisce due valori: uno per la<br />
popolazione adulta, EMA, e uno per i bambini EMB .<br />
La portata effettiva di esposizione da utilizzare nell’analisi di rischio è la somma<br />
delle due:<br />
EM = EMA + EMB<br />
76<br />
S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎦<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎦