Disponibil online la adresa www.proenvironment.ro ProEnvironment ProEnvironment 2 (2009) 68-72 Articol original Modalităţi de cuantificare a PM 10 şi PM 2,5 din aerul ambiental utilizând metoda standardizată OROIAN I. *, Laura PAULETTE, C. IEDERAN, P. BURDUHOS, I. BRAŞOVEAN, Claudia BALINT Universitatea de Ştiinţe Agricole şi Medicină Veterinară Cluj Napoca, Facultatea de Agricultură, Mănăştur 3 5, 400372 Cluj Napoca, România Primit în data de 7 aprilie 2009; primit în forma finală după recenzie în 11 mai 2009; acceptat în 22 mai 2009 Disponibil online din 15 august 2009 Rezumat Distribuţia particulelor PM 10 şi PM 2,5 în funcţie de dimensiunea lor constituie un parametru fizic important ce afectează sănătatea publică. Pe parcursul lunilor ianuarie februarie 2009 a fost realizat un experiment cu scopul cuantificării PM 10 şi PM 2,5 din aerul ambiental al incintei Universităţii de Ştiinţe Agricole şi Medicină Veterinară Cluj Napoca, cu ajutorul dotării existente în Laboratorul Mobil de Control al Calităţii Aerului. Particulele materiale au fost cantificate gravimetric în conformitate cu SR EN 12341: 2002, iar probele au fost prelevated cu un sistem Sven Lackel. Indicatorii PM 10 şi PM 2.5 au avut valori situate în limitele admise (50 µg/m 3 ), dar au înregistrat o variabilitate foarte mare, respectiv 63,33% pentru PM 10 şi 771,71% pentru PM 2,5. S-a înregistrat o corelaţie moderată între valorile PM 10 şi PM 2,5 pe parcursul perioadei exprimentale (r = 0,55960). Cu vinte cheie: calitatea aerului, PM 10 şid PM 2,5, cuantificare, standarde, corelaţie 1. Introducere Particulele materiale reprezintă o categorie de poluanţi ai aerului care afectează în mare măsură sănătatea umană. Acestea includ în compoziţia lor: nitraţi, sulfaţi, carbon organic, carbol elemental, praf şi sare. Pot proveni din surse foarte diferite şi au o serie de proprietăţi morfologice, chimice şi fizice specifice. Distribuţia particulelor în funcţie de dimensiunile lor reprezintă un parametru important care la influenţează comportarea. PM 10, conform definiţiei EPA (Environmental Protection Agency, USA), include mai mult de 50% particule colectate de un sampler cu diametrul de 10 µm Da şi curbă de penetrare de formă specifică [1]. * Autorul căruia i se va adresa corespondenţa. Tel.: 0040 264 596384/371; Fax: 0040 264 593792 e-mail: neluoroian@gmail.com; neluoroian@yahoo.fr PM 2,5 sunt definite în mod analog, ca mai mult de 50% particule colectate de un sampler cu diametrul de 2,5 µm Da şi curbă de penetrare de formă specifică [3]. PM 2.5 sunt considerate indici ai particulelor fine (pentru că nu conţin decât puţine particule grosiere), iar PM 10 indicatori pentru particulele grosiere. Particulele ultrafine sunt rezultatul nucleerii în fază gazoasă a speciilor respective pentru a forma specii în fază condensată cu o presiune de echilibru a vaporilor scăzută. Determinarea variabilităţii concentraţiei PM pe parcursul unui interval de timp mai scurt decât o zi poate fi realizată cu ajutorul măsurătorilor premise de utilizarea samplere-lor continue [2]. 68
Figura 1. Distribuţia ideală a particulelor materiale în aerul ambiental ce ilustrează distribuţia particulelor fine şi grosiere recoltate pe samplere speciale în funcţie de dimensiunea acestora (Lundgren şi Burton, 1995, citaţi de National Center for Environmental Assessment-RTP Office, 2004) 2. Material şi metodă Experimentul s-a desfăşurat în perioada ianuarie februarie 2009, în cadrul Laboratorului Mobil de Control al Calităţii Aerului (LACA) al Universităţii de Ştiinţe Agricole şi Medicină Veterinară Cluj Napoca. Probele de aer au fost prelevated din incinta universităţii. Particulele materiale au fost cuantificate în conformitate cu cerinţele SR EN 12341: 2002 [4]. Probele de aer au fost prelevated cu sistemul Sven Leckel, a cărui componentă principală este o pompă de vid cu debitul de 2,3 m 3 /h. Debitul de aer este măsurat de un dispozitiv ce conţine o placă cu orificii, instalat între filtru şi pompa de vid. Timpul de prelevare este de 24 ore Instrumentele sunt destinate pentru utilizare în exterior şi pot fi operate fără dispozitive de protecţie la ploaie sau alte dispozitive similare. Chiar dacă temperatura exterioară scade sub 5 0 C, sistemul automat de încălzire din interiorul echipamentului va intra în functiune. Când temperatura creste peste 30 0 C, se deschide automat un ventilator şi echipamentul va fi ventilat. Deviaţia controler-ului este < 1% din valoarea setată în condiţiile unei operări exterioare. Timpul de prelevare este monitorizat de microcontroler şi salvat în memoria sistemului. Informaţiile stocate în memorie pot fi vizualizate pe ecran. În caz de întrerupere a energiei electrice toate datele stocate în microcontroler şi în memoria sistemului vor fi salvate timp de câţiva ani datorita unei baterii de mare capacitate. Se montează filtrul cântărit în prealabil şi se porneşte pompa de aspiraţie. Dupp intervalul de timp stabilit pentru prelevare se opreşte pompa, se scoate filtrul ce conţine pulberea, se introduce cu grijă în suportul pentru transport evitându-se orice pierdere de pulbere depusă. Filtrul se condiţionează în aceleaşi conditii ca înainte de prelevare după care se recântăreşte. Trebuie folosite filtrele cu o eficinţă de separare > 99,5%. Pentru a minimaliza arefactele de pe filtru, trebuie alese filtre cu fibre de cuarţ. Filtrele nefolosite trebuiesc expuse în mediu deschis, pentru 48 de ore, dar sitele din tablă protejate de praf Într-o cameră de măsurare cu aer condiţionat la temperatura de 20 (± 1%) 0 C şi umiditate relativă de 50 (± 1% - 5%) înainte de măsurare. Urmează ca filtrele încărcate cu praf să fie echilibrate în aceleaşi condiţii, înainte de cântărire. Concentraţiile PM 10(2.5) concentration se calculează conform formulei: M 3 C PM = ( µ g / m ) 10 (2.5) V 69
C PM10(2,5) = concentraţia pulberilor PM 10(2,5) (µg/m 3 ) M = greutatea pulberii de pe filtrele expuse (µg) V = volumul probei aspirate (m 3 ) Greutatea pulberilor recoltate se calculează ca diferenţa dintre greutatea filtrului înainte şi după recoltarea probei: M = m 2 m 1 m 1 = greutatea filtrului curat (µg) m 2 = greutatea filtrului expus (µg) Volumul de probă este calculat ca debit mediu (măsurat la începutul şi la sfârşitul prelevării), înmulţit cu intervalul de timp în care s-a făcut prelevarea: V = [(F 1 + F 2 )/2] x T /1000 F 1 = debitul iniţial, înaintea prelevării (l/min) F 2 = debitul la sfarsitul prelevarii (l/min) T = durata prelevării (minute) 1000 = conversia litru la m 3 Ordinul Ministrului Mediului nr. 592/2002 prevde valorile limită pentru protecţia sănătăţii umane în funcţie de limitele de prelevare a probelor, după cum urmează: valorile zilnice limită 50 µg/m 3 fără a fi depăşite de mai mult de 35 de ori într-un an calendaristic; valoarea limită anuală - 40 µg/m 3. 3.Rezultate şi discuţii Valorile obţinute pentru indicii PM 10 şi PM 2,5 în aer pe parcursul perioadei experimentale au fost foarte reduse, mult sub limita admisă (tabelul 1), 50 µg/m 3, în conformitate cu HG 592/2002 [5]. Deşi mediile sunt reduse, coeficientul de variabilitate este foarte mare 63,33% pentru PM 10 şi 77,71% pentru PM 2.5, ceea ce demonstrează o variaţie foarte mare pe parcursul perioadei experimentale (fig. 2). Tabelul 1. Mediile şi parametrii de dispersie pentru indicii PM 10 şi PM 2.5 determinaţi pe parcursul perioadei experimentale Parametrul n X ± s X Minimum Maximum V% PM 10 60 0.11 ± 0.02 0.01 0.24 63.33 PM 2.5 60 0.05 ± 0.01 0.01 0.13 77.71 0,3 PM10 PM2,5 0,25 0,2416 0,2 0,1813 0,15 0,1 0,05 0 0,0918 0,0916 0,0853 0,0645 0,0854 0,0625 0,0854 0,03314 0,0616 0,0188 0,0634 0,0416 0,03546 0,0414 0,0199 0,0181 0,01395 0,0155 0 2 4 6 8 10 12 Figura 2. Variaţiile valorilor PM 10 şi PM 2.5 înregistrate pe parcursul perioadei experimentale 70
Diferenţe negative dar nesemnificative statistic au fost obţinute între vaorile înregistrate în cele două lui experimentale pentru indicii PM 10 şi PM 2.5 (tabelul 2, fig. 3, 4). Tabelul 2. Semnificaţiile dferenţelor dintre indicii PM 10 şi PM 2.5 din aerul ambiental determinaţi în perioada experimentală, pe luni Diferenţele GL t p PM 10 X January X February PM 2.5 X January X February ns p > 0.05-0.002 58-0.702 ns 0,96019-0.004 58-0.833 ns 0,47451 0,14 0,13 0,12 Box & Whisker Plot Var1 vs. Var2 O corelaţie moderată (r = 0.55960), dar foarte semnificativă stastistic (e 0.000174 ) a fost înregistrată între valorile PM 10 şi PM 2.5 pe parcursul perioadei experimentale (fig. 4). 0,11 0,10 0,09 0,08 0,16 0,14 0,12 Scatterplot: Var1 vs. Var2 (Casewise MD deletion) Var2 =,01590 +,34499 * Var1 Correlation: r =,55960 0,07 0,06 Var1 Var2 Mean Mean±SE Mean±1,9 Var2 0,10 0,08 0,06 Figura 3. Diferenţa nesemnificativă statistic dintre valorile PM 10 înregistrate pe parcursul perioadei experimentale, ianuarie februarie 2009 0,04 0,02 0,00 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 Var1 95% confidence 0,075 0,070 Box & Whisker Plot Var3 vs. Var4 Figura 4. Corelaţia dintre valorile PM 10 şi PM 2.5 înregistrată pe parcursul perioadei experimentale, ianuarie februarie 2009 0,065 0,060 0,055 0,050 0,045 0,040 0,035 0,030 Var3 Var4 Figura 4. Diferenţa nesemnificativă statistic dintre valorile PM 2.5 înregistrate pe parcursul perioadei experimentale, ianuarie februarie 2009 Mean Mean± Mean± 4.Concluzii Indicii PM 10 şi PM 2.5 cuantificaţi din aerul ambiental din incinta Universităţii de Ştiinţe Agricole şi Medicină Veterinară Cluj Napoca pe parcursul perioadei experimentale ianuarie - februarie 2009 au avut valori situate sub limita admisă, dar cu o variabilitate foarte mare 63,33% pentru PM 10 şi 77,71% pentru PM 2,5. Coeficientul de corelaţie dintre valorile PM 10 şi PM 2,5 pe parcursul perioadei experimentale a avut valori moderate (r = 0,55960) şi statistic foarte semnificativă (e 0,000174 ). 71
OROIAN I. şi col./proenvironment 2 (2009) 68-72 Metoda standardizartă pentru cuantificarea gravimetrică a indicilor PM 10 şi PM 2,5 în conformitate cu SR EN 12341: 2002 este adecvată pentru zonele urbane. Bibliografie [1] Wallace, J. C, R. A.Hites, 1995, Computer-controlled low-volume air sampler for the measurement of semivolatile organic compounds. Environ. Sci. Technol. 29: 2099-2106. [2] Wallace, L., C.Howard-Reed, 2002, Continuous monitoring of ultrafine, fine, and coarse particles in a residence for 18 months in 1999-2000. J. Air Waste Manage. Assoc. 52: 828-844. [3] ***, 2004, Air Quality Criteria for Particulate Matter Volume I of II, October 2004, EPA/600/P-99/002aF, National Center for Environmental Assessment-RTP Office [4] ***, 2002, SR EN 12341: 2002 Determinarea fracţiei PM 10 de materii sub formă de pulberi suspensie. Metoda de referinţă şi proceduri de incercare in situ pentru demonstrarea echivalenţei la metoda de măsurare de referinţă [5] ***, 2002, Ordinul MAPM nr.592/25.06.2002 pentru aprobarea Normativului privind stabilirea valorilor limită, a valorilor de prag şi a criteriilor şi metodelor de evaluare a dioxidului de sulf, dioxidului de azot şi oxizilor de azot, pulberilor în suspensie (PM 10 şi PM 2,5 ), plumbului, benzenului, monoxidului de carbon şi ozonului în aerul înconjurător publicat in Monitorul Oficial nr. 765/21.10.2002 72