il sistema metropolitana come ambiente confinato

ECOMONDO, 5-8 novembre 2014
Rimini, Italy
Sezione “Air – Qualità dell’aria”
”La qualità dell’aria indoor in Italia: la situazione, le prospettive ed i controlli”
6 novembre 2014
Inquinamento indoor e trasporto pubblico
locale: il sistema metropolitana come
ambiente confinato
Silvia Brini
Giorgio Cattani, Francesca De Maio,
Alessandro Di Menno Di Bucchianico, Arianna Lepore
Istituto Superiore per Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA)
Studi europei (18+12):
Helsinki (2005), Stoccolma 3 studi (2003 - 2012), Amsterdam 2 studi (2011,
2013), Londra 4 studi (1999 - 2005), Praga (2006), Parigi (2009), Budapest
2 studi (2007, 2009), Milano (2013), Barcellona (2012), Roma (2006), Atene
(2013).
Studi tossicologici: Londra (2005); Svezia 9 studi (2005-2012); Barcellona
(2007); Parigi (2007).
Studi extra-europei (24+12):
Montreal (Canada) 2006, Indianapolis (IN, USA) 2001, New York City (NY,
USA) 2005, Los Angeles 2 studi (CA, USA) 2011, Città del Messico 2 studi
(Messico) 2007 e 2012, Buenos Aires (Argentina) 2009, Theran (Iran) 2014,
Seul (Corea del Sud) (10 studi) 2008 - 2014, Taipei (Taiwan) 3 studi 20082011, Shanghai 2 studi (Cina) 2010.
Studi tossicologici: Cairo (Egitto) 2002; Virginia (USA) 2003; Tokyo
(Giappone) 2004; Seul (Korea) 4 studi (2005-2012); New York (USA) 3 studi
(2010- 2014); Los Angeles (USA) (2013); Hong Kong (Cina) 2014.
Le caratteristiche strutturali del sistema metropolitana
considerato nella letteratura analizzata sono molto diverse tra
loro
n.o linee
n.o stazioni
lunghezza
(km)
passeggeri
anno 106
New York
(1904)
26
468
368
1708.2
Montreal
5
68
65
309
Città del
Messico
(1969)
12
195
213
3,9
Buenos
Aires (1913)
7
100
63
nd
Seul (1974)
19
607
538
2900
Theran
(2000)
4
80
140
nd
Shanghai
(1995)
14
331
538
2500
Taipei (1996)
11
103
121
630
Variabilità nel disegno degli studi
Campionamenti in banchine sotterranee, banchine in superficie, treni,
cabine di guida, esterno nei dintorni delle stazioni
Campionamenti in parallelo e/o confronto con livelli outdoor dell’area
urbana
Durata complessiva dello studio - generalmente breve - da una settimana
ad alcuni mesi
Campionamenti in molti casi esclusivamente ambientali e in alcuni casi
anche personali
Raccolta di campioni per analisi off-line (d’elezione per la successiva
caratterizzazione) e/o utilizzo di strumenti a lettura diretta
Frequenza delle misure prevalentemente giornaliera, spesso limitata ad
alcune ore nella giornata, comprendenti i periodi di punta
Durata del singolo prelievo:
•Campionamento statico (in banchina): 1-12 ore
•Campionamento personale (in treno e/o in banchina): da pochi minuti
a qualche ora
Inquinanti determinati
Materiale particolato:
concentrazione di massa varie frazioni (inalabile, toracica, respirabile
– come ambienti di lavoro - oltre a PM10, PM5 , PM2,5, PM1)
concentrazione in numero e distribuzione dimensionale
Elementi (concentrazione di massa dell’elemento nel PM):
•Na
(11) (sabbia o sale per il sistema frenante o per il gelo, Al(13),
Ti(22), Cr(24), Fe(26), Cu(29), Ba(56) [sorgenti interne)];
Na (11) (aerosol marino), V(23), Mn(25), Ni(28), Cd(48) Pb(82)
[outdoor];
•
•
K(19), Mg(12),Ca(20) [crostale esterno o risollevamento]
Idrocarburi policiclici aromatici
Composti organici volatili (es. benzene)
Black carbon e carbonio elementare
Composti carbonilici (1 studio extra-europeo)
Concentrazioni
Livelli di PM significativamente superiori nel sistema metropolitano
rispetto ai livelli outdoor e in diversi casi superiori ai limiti outdoor
europei
PM10: 50 µg/m3 nelle 24 h;
PM2.5: 25 µg/m3 limite annuale dal 2015
Elemento comune è il rilevamento di concentrazioni di metalli (in
particolare Fe, ma anche Cu, Ni, Cr) in concentrazioni assolute più elevate
che all’esterno
Anche nei casi in cui le concentrazioni di PM non risultano
significativamente più alte all’interno dei sistemi metropolitani rispetto
all’esterno, si osservava un significativo aumento della percentuale in
massa del metallo
Le concentrazioni degli inquinanti rilevati seguono l’intensità di traffico
della metropolitana (inferiori nel week-end e nelle ore notturne)
La grande eterogeneità degli studi (in relazione a
sistemi investigati, disegno, metodi analitici) rende
difficile il confronto dei risultati ottenuti e la
possibilità di esportare gli stessi a realtà diverse
Rischi per salute
I principali Determinanti della tossicità delle particelle inquinanti presenti
nel sistema metropolitana (SM) sono:
la concentrazione delle particelle
la composizione chimica delle particelle contenenti elevate
concentrazioni di metalli: ferro, cromo, manganese, rame e nichel
il tempo trascorso nel sistema metropolitano
la suscettibilità della popolazione
Carter JD, et al Toxicol Appl Pharmacol. 1997
Tossicità delle particelle
Ossidoriduzione delle cellule
polmonari umane in coltura dopo
esposizione a 10 µg/cm3 di
particelle proveniente da traffico
stradale e da metropolitana
La genotossicità (danno del
DNA, mutazioni e cancro)
delle
particelle
presenti
nell’aria
del
sistema
metropolitana
è
dovuta
all’elevata capacità ossidativa
ed è conseguente:
alla maggiore presenza di
metalli di transizione (ferro)
alla prevalenza della forma
magnetite (Fe3O4) dove il Fe
2+ ha maggiori capacità
ossidative rispetto al ferro
presente nelle particelle da
traffico - ematite (Fe2O3) .
Karlsson H. L, et al Chem Res Toxicol. 2005
Danno del DNA in cellule umane polmonari in
coltura dopo esposizione a particolato 40
µg/cm3 proveniente da diverse sorgenti
Le particelle presenti nella metropolitana sono risultate essere 4-5 volte
più genotossiche /p>0,001) rispetto a quella della combustione del legno e
del traffico stradale
(Karlsson HL, Toxicol Lett. 2006)
Esposizione acuta all’aria indoor della
metropolitana ed effetti respiratori acuti
Due studi mostrano la diversa risposta all’esposizione di soggetti sani e
di quelli asmatici:
- i primi mostrano risposta infiammatoria sistemica (aumento cellule T e
del fibrinogeno nel sangue periferico);
- gli asmatici invece mostrano una risposta infiammatoria locale (aumento
cellule T nel BAL:Lavaggio Broncoalveolare).
Klepczyńska Nyström A1et al Eur Respir J. 2010.
Klepczyńska-Nyström A1et al . Respir Med. 2012
Rischio biologico
Altro possibile rischio per la salute correlate alla metropolitana è la
trasmissione di infezioni sia diretto (da persona a persona) che indiretto
(oggetti contaminati sedili, vestiti)*
* Ching J. Communicable Disease Manual. Washington, DC: APHA; 2000.
La permanenza nel sistema metropolitana e
l’aumento dell’esposizione agli inquinanti (1)
Anche se la durata dell’esposizione è breve nella metropolitana, il numero
di persone che la utilizzano e la forte reattività delle particelle sono fattori
importanti da considerare per i potenziali effetti sulla salute
I passeggeri trascorrono solo poco del loro tempo giornaliero nella
metropolitana ma se i livelli di PM sono molto elevati l’esposizione ad
alcuni inquinanti diventa rilevante
Pochi studi hanno stimato il contributo all’esposizione agli inquinanti nel
tempo trascorso a bordo dei treni/in banchina
La permanenza nel sistema metropolitana e
l’aumento dell’esposizione agli inquinanti (2)
Visto il breve tempo medio di permanenza nel sistema metropolitana, il
contributo del pendolarismo in metro è stimato aumentare in bassa
percentuale l’esposizione giornaliera al PM, mentre l’esposizione al Fe
aumenterebbe notevolmente
E’ stato stimato nella comunità londinese* che chi trascorre in media 2
ore al giorno in metropolitana incrementa l’esposizione giornaliera a PM
di 17 µg/m3. Mentre trascorrere mezz’ora al giorno nella metro di
Helsinki** incrementa solo del 3% l’esposizione a PM, ma del 200%
l’esposizione al Fe, del 60% al Mn e del 40% al Cu.
*Seaton et al Environmental Medicine 2005.
**Aarnio et al Atmospheric Environment 2005.
Fonti indoor di PM
fenomeni di attrito ruote/binario
usura freni
sistemi pneumatici di apertura delle porte
contatti elettrici
risollevamento dovuto al movimento dei treni
lavori di manutenzione notturni
attività di pulizia
incidenti
erosione causata dallo spostamento d’aria in tunnel e banchine
aria inquinata outdoor
Misure attuate o proposte per mitigare
l’inquinamento indoor (1)
Sistemi di ventilazione e sistemi frenanti di nuova generazione consentono di
ridurre i livelli di PM aerodisperso
Sistemi frenanti elettrici; freni rigenerativi in luogo dei freni pneumatici (oltre a un
recupero di energia elettrica si riduce il consumo delle pastiglie dei freni e il
relativo rilascio di particelle)
Il trattamento dell’aria esterna immessa nei SM e in particolare nei treni permette
di migliorare la qualità dell’aria sia per quanto riguarda il PM che per quanto
riguarda il comfort (riduzione di CO2, umidità, forse carica batterica?)
Pannelli con porte scorrevoli che separano la zona di transito dei treni dalla
banchina permettono di ridurre significativamente i livelli di PM e metalli in
banchina e nei locali attigui dei SM (es.: Jung 2010, Seul).
Strutture con rotabili gommati anziché di acciaio riducono notevolmente la
sorgente di particelle arricchite di metalli derivanti dall’attrito ruota – binario nei
sistemi tradizionali
Misure attuate o proposte per mitigare
l’inquinamento indoor (2)
Per ridurre la trasmissione di infezioni e malattie respiratorie va inoltre
mantenuto un adeguato sistema di sanificazione, incluso una periodica
disinfestazione delle superficie della metropolitana per gli altri patogeni
(pidocchi, ratti). Infine un elevato livello di igiene personale è importante:
lavare le mani dopo essere scesi dalla metropolitana, non toccarsi gli
occhi e la bocca durante il viaggio.**
** Gerson R R M et al Health and safety Hazards associated with subway: a review J of urban health 2005; 82( 1): 10-20
Grazie dell’attenzione