Η επίπτωση της χημικής σύστασης των αιωρούμενων σωματιδίων που προέρχονται από καύση βιομάζας στην τοξικότητά τους

Abstract

The aim of this research was to study the impact of the chemical composition of air particle matter originating from biomass combustion, on their toxicity. The methodology that was applied, was based on a series of particulate matter measurements that were contacted in Thessaloniki in order to determine their components and the oxidative activity of PM using the DTT assay. Based on these analysis results and using statistical models, the identification of the emission sources and the contribution of the sources to the oxidative potential (which is one of the most important indicators of toxicity) for the PM was conducted. For this reason, two particulate matter sampling campaigns were performed. The first sampling campaign was performed at four sites (a traffic site, a background site, a rural site and a station in the port) including PM10 and PM2.5 measurements. While the second sampling campaign was conducted at two sites, one urban background site and one traffic site and included measurements of PM1, PM2.5 and PM10. The results showed that the PM concentrations were higher in the second sampling period, due to increased use of biomass as a fuel for domestic heating. Based on chemical analysis, the contribution of levoglucosan, which is considered as an indicator of biomass burning, to the particulate matter of the urban background site was found to be 90% to 120% higher compared to the traffic site. Furthermore, the oxidative potential of PMx and especially of PM1 during the 2nd sampling period was closely related to biomass burning for domestic heating. The contribution of the various sources to the oxidative potential of the PMx was estimated for traffic and background sites for both sampling periods. It was found that during the first sampling period at the traffic site the vehicles emissions contributed 54% to the DTT activity of the PM2.5, followed by biomass burning (19%). The same trend was observed at the background site. As far as the second sampling period was concerned, the vehicular emissions were the dominant factor contributing to the DTT activity of PM for the traffic site contributing 55% to the DTT activity of PM1, 63% of PM2.5 and 50% of PM10. Biomass burning contributed 24% to the DTT activity of PM1, 17% of PM2.5 and 22% of PM10. While at the background site, the relative contribution of the sources to oxidative potential of PM varies considerably. In this case, biomass burning dominates the oxidative potential of PM contributing 82% to PM1, 75% and 58% to PM2.5 and PM10, respectively. On the contrary, vehicle emissions factor had a smaller contribution to the DTT activity to all PM fractions and specifically 16% of PM1, 22% of PM2.5 and 34% of PM10.

Σκοπός της διδακτορικής διατριβής ήταν η μελέτη της χημικής σύστασης των αιωρούμενων σωματιδίων (PM) που προέρχονται από την καύση βιομάζας και των επιπτώσεων αυτής στην τοξικότητά τους. Η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε βασίστηκε σε μια σειρά μετρήσεων αιωρούμενων σωματιδίων στην Θεσσαλονίκη με σκοπό τον προσδιορισμό των συστατικών των ΡΜ καθώς επίσης και της οξειδωτικής δραστικότητας τους με τη χρήση της μεθόδου της διθειοθρεϊτόλης (DTT). Με βάση τις αναλύσεις αυτές και τη χρήση των στατιστικών μοντέλων PCA και PMF έγινε ο προσδιορισμός των πηγών εκπομπής των σωματιδίων, καθώς και ο προσδιορισμός της συνεισφοράς των πηγών στο οξειδωτικό δυναμικό των ΡΜ. Προκειμένου να επιτευχθούν οι παραπάνω στόχοι πραγματοποιήθηκαν δύο εκστρατείες δειγματοληψίας αιωρούμενων σωματιδίων. Η πρώτη δειγματοληψία πραγματοποιήθηκε σε 4 σταθμούς (κυκλοφοριακό, υποβάθρου, αγροτικό και ένα σταθμό στο λιμάνι) και περιλάμβανε μετρήσεις ΡΜ2.5 και ΡΜ10. Ενώ η δεύτερη πραγματοποιήθηκε σε δύο σταθμούς (υποβάθρου και κυκλοφοριακό σταθμό) και περιλάμβανε μετρήσεις ΡΜ1, ΡΜ2.5 και ΡΜ10. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι συγκεντρώσεις των αιωρούμενων σωματιδίων κατά το μεγαλύτερο μέρος των μετρήσεων της 2ης περιόδου ήταν αυξημένες σε σχέση με τις συγκεντρώσεις της 1ης περίοδού εξαιτίας της αυξημένης χρήσης της βιομάζας ως καύσιμο για οικιακή θέρμανση. Από τη χημική ανάλυση της λεβογλυκοζάνης, που είναι δείκτης καύσης της βιομάζας, παρατηρήθηκε ότι τα ποσοστά της στα αιωρούμενα σωματίδια του σταθμού αστικού υποβάθρου ήταν 90% με 120% υψηλότερα από τα αντίστοιχα του κυκλοφοριακού σταθμού. Επιπλέον, η αύξηση της οξειδωτικής δραστικότητας των ΡΜ και ιδιαίτερα των ΡΜ1 κατά τη διάρκεια του χειμώνα συνδέθηκε στενά με την καύση της βιομάζας, που προερχόταν από την οικιακή θέρμανση. Ο προσδιορισμός της συνεισφοράς των πηγών στην οξειδωτική δραστικότητα των σωματιδίων υπολογίστηκε για τον κυκλοφοριακό σταθμό και τον σταθμό υποβάθρου. Κατά την πρώτη περίοδο δειγματοληψίας, στον κυκλοφοριακό σταθμό, η κίνηση των οχημάτων συνεισέφερε κατά 54% στην οξειδωτική δραστικότητα των ΡΜ2.5, ακολουθούμενη από την καύση της βιομάζας (19%). Η ίδια τάση παρατηρήθηκε και στο σταθμό υποβάθρου. Όσον αφορά στην δεύτερη περίοδο δειγματοληψίας, η κίνηση των οχημάτων ήταν ο κυρίαρχος παράγοντας που συνεισέφερε 55% στην οξειδωτική δραστικότητα των ΡΜ1 του κυκλοφοριακού σταθμού, 63% των ΡΜ2.5 και 50% των ΡΜ10. Η καύση της βιομάζας συνεισέφερε κατά 24% στην τοξικότητα των ΡΜ1, 17% των ΡΜ2.5 και 22% των ΡΜ10. Ενώ στο σταθμό υποβάθρου, η σχετική συνεισφορά των πηγών στο οξειδωτικό δυναμικό διαφοροποιείται αισθητά. Στην περίπτωση αυτή, η καύση της βιομάζας κυριαρχεί στο οξειδωτικό δυναμικό των ΡΜ συνεισφέροντας κατά 82% στα ΡΜ1, 75% στα ΡΜ2.5 και 58% στα ΡΜ10. Αντίθετα, η κίνηση οχημάτων έχει μικρότερη συνεισφορά στο οξειδωτικό δυναμικό όλων των κλασμάτων αιωρούμενων σωματιδίων και πιο συγκεκριμένα 16% για τα ΡΜ1, 22% για τα ΡΜ2.5 και 34% για τα ΡΜ10.