BRiC 2019 ID.12

 

Studio integrato dell’esposizione dei lavoratori al particolato atmosferico in ambienti indoor: simulazione numerico-sperimentale di campi fluidodinamici e di concentrazione, in scala reale e di laboratorio; caratterizzazione chimica, morfologica e tossicologica del particolato fine ed ultrafine

Finanziato da: INAIL Periodo: Novembre 2020 – Novembre 2022

Introduzione

È ampiamente dimostrato che gran parte dell’esposizione al particolato atmosferico (PM) avviene negli ambienti indoor ed è pertanto fondamentale caratterizzare il PM presente in tali ambienti e quantificarne gli effetti sulla salute delle persone esposte. La maggior parte degli studi finalizzati alla stima della concentrazione del PM negli ambienti indoor assume che le concentrazioni del PM siano omogenee e stazionarie e non considera opportunamente l’influenza sulla qualità dell’aria da parte sia del campo fluidodinamico nell’ambiente stesso, sia delle condizioni micrometeorologiche outdoor in prossimità dell’edificio. Ciò rende necessario quantificare la relazione tra concentrazioni indoor e outdoor in punti adiacenti all’ambiente considerato ed evidenziare il ruolo della presenza e del movimento delle persone nelle emissioni indoor, in aggiunta ad altre eventuali sorgenti interne ed all’infiltrazione di PM dall’esterno.

Descrizione

Le attività previste dal progetto si svolgeranno in ambienti di lavoro ed includono: – la caratterizzazione micrometeorologica del dominio di studio impiegando sensori meteorologici in grado di acquisire, ad elevata frequenza, velocità e temperatura dell’aria in diversi punti dell’area di interesse, sia all’interno che, all’esterno dell’edificio; – la simulazione numerica della circolazione dell’aria negli ambienti indoor utilizzando i dati fluidodinamici, sia modellati che acquisiti; – la valutazione delle concentrazioni all’interno dell’edificio utilizzando modelli di dispersione adatti alle caratteristiche turbolente degli ambienti indoor, da confrontare con dati sperimentali acquisiti su campo; – l’analisi dei livelli indoor del PM fine ed ultrafine, con strumenti a bassi flussi di campionamento e con misure ad alta risoluzione temporale, per la valutazione delle distribuzioni dimensionali, della concentrazione in numero, della superficie e del volume delle particelle; – l’analisi della composizione chimica delle polveri fini, con particolare riferimento alle principali componenti del PM non refrattarie, sia organiche (black carbon e brown carbon) che inorganiche (nitrato, solfato, ammonio, cloruro); – la caratterizzazione delle sorgenti indoor e outdoor di particelle ultrafini e della frazione organica del PM fine indoor, con particolare interesse verso il contributo proveniente dai sistemi di trasporto; – la realizzazione di un sistema di esposizione per test tossicologici in vitro basato su sistemi cellulari caratteristici dell’epitelio polmonare umano e rappresentativo di una esposizione reale; – il campionamento del PM su membrane filtranti, in più siti ed in diverse stagioni, simultaneamente indoor ed outdoor, effettuato utilizzando strumentazione silenziosa e su un arco temporale adeguato alle attività lavorative del sito prescelto (ore lavorative/notturne, giorni lavorativi/week-end); – la misura della concentrazione del PM e della sua composizione chimica attraverso la determinazione dei macro-elementi, micro-elementi ed elementi in tracce nelle frazioni bioaccessibile e residua, ioni, carbonio elementare ed organico; – l’analisi morfologica del PM mediante microscopia a scansione elettronica e determinazione quantitativa del bioaerosol mediante analisi in microscopia ottica; – la misura del potenziale ossidativo del PM per la stima delle sue capacità di indurre stress ossidativo, da confrontare con i risultati ottenuti dai test in vitro.

Obiettivi

L’obiettivo generale del progetto è di fornire una descrizione integrata, fisica, chimica, morfologica e tossicologica dell’inquinamento atmosferico da materiale particolato negli ambienti di lavoro indoor, con particolare riferimento alla frazione ultrafine e agli effetti dovuti alla presenza degli individui. L’approccio metodologico prevede infatti l’integrazione dei dati sulle caratteristiche fluidodinamiche degli ambienti con la misura delle proprietà chimiche, morfologiche e dimensionali del materiale particolato. Verranno inoltre valutate le variazioni del PM nello spazio e a diverse scale temporali (minuti, giornata lavorativa e week-end, stagioni) e le proprietà tossicologiche mediante test chimici e di esposizione diretta di sistemi cellulari. Verranno realizzate delle mappe di concentrazione del PM che permetteranno di identificare le dinamiche all’origine della distribuzione spaziale delle particelle negli ambienti confinati di lavoro e di valutare l’esposizione dei lavoratori stimando le fluttuazioni delle concentrazioni a cui potrebbero essere esposti. Si forniranno dunque degli elementi utili alla stesura di linee guida per individuare l’ottimale posizionamento degli apparati di controllo della concentrazione del PM e delle postazioni di lavoro. Si confronteranno inoltre le diverse metriche oggi in discussione per la misura dell’esposizione dei lavoratori al PM (concentrazione in numero, massa, superficie delle particelle) sulla base di misure reali di tossicità, identificando la più appropriata per la stima del rischio a cui sono esposti in ambiente indoor. Lo studio della composizione chimica, della morfologia e della microfisica del PM permetterà di separare il contributo derivante dalle sorgenti tipicamente indoor da quello dovuto all’infiltrazione di particelle provenienti dalle sorgenti outdoor, valutando la tossicità associata a ciascuna di essa. Si applicheranno per la prima volta, anche per gli ambienti indoor, metodi che prevedono l’esposizione in-vitro di linee cellulari del polmone umano per la valutazione dello stress ossidativo in condizione di reale esposizione. Il gruppo di lavoro del CNR-IIA realizzerà gli obiettivi specifici del progetto che prevedono il campionamento indoor e outdoor del PM₁₀ su membrane filtranti, il campionamento del PM segregato dimensionalmente su 10 stadi dimensionali, la successiva analisi della composizione chimica delle polveri campionate, delle caratteristiche morfologiche, della percentuale di bioaerosol e del potenziale ossidativo e la valutazione della forza delle macrosorgenti del PM. Il campionamento del PM₁₀ verrà eseguito simultaneamente indoor e outdoor su membrane filtranti in Teflon, quarzo e policarbonato, a diversa risoluzione temporale (campionamenti eseguiti durante le ore lavorative, la notte e i weekend) e durante le stagioni estiva ed invernale. Ciascuna campagna di misura sarà condotta impiegando strumentazione silenziosa adatta ad essere impiegata anche negli ambienti indoor. Per la caratterizzazione chimica del materiale campionato, il protocollo analitico prevede, per tutti i campioni di PM raccolti su membrane in teflon, la determinazione dei macro-elementi totali mediante XRF, dei micro-elementi e degli elementi in traccia suddivisi tra frazione biodisponibile e residua mediante ICP, delle specie ioniche mediante cromatografia ionica, e sulle membrane in quarzo del carbonio elementare ed organico mediante analisi termo-ottica. Le membrane in policarbonato saranno destinate all’analisi del contenuto della frazione organica attribuibile al bioaerosol mediante colorazione selettiva del materiale campionato ed osservazione al microscopio ottico. Lo studio della morfologia delle particelle campionate sarà condotta mediante l’impiego di un microscopio a scansione elettronica (SEM). Infine, la valutazione delle proprietà redox del PM e della capacità di indurre stress ossidativo verranno valutate impiegando tre diversi metodi chimici (basati sull’uso dell’acido ascorbico, della diclorofluoresceina e del ditiotrietolo), i quali permetteranno di confrontare i risultati ottenuti con i test eseguiti in vitro.

Partecipanti

– Università di Roma “La Sapienza” – Dipartimento di Ingegneria Civile Edile e Ambientale (DICEA) – Università di Cagliari – Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Architettura (DICAAR) – Consiglio Nazionale delle Ricerche – Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima (CNR-ISAC) – Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile – Dipartimento Sostenibilità dei Sistemi Produttivi e Territoriali (ENEA-SSPT)

Gruppo di lavoro