Επίπεδα κλασμάτων σωματιδιακής ρύπανσης(PM10,PM2.5,UFPs) σε διαφορετικές περιοχές της Αθήνας. Χρονική διακύμανση έκθεσης πληθυσμού

Abstract

Το πρόβλημα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης είναι ιδιαίτερα έντονο στο λεκανοπέδιο της Αττικής. Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται μια προσπάθεια καταγραφής των σωματιδιακών ρύπων σε δύο σταθμούς διαφορετικών αστικών χαρακτηριστικών, του αριθμού των υπερλεπτόκοκκων σωματιδίων αλλά και η χρονική διακύμανση έκθεσης του πληθυσμού σε αυτά. Αρχικά γίνεται μια εκτεταμένη θεωρητική αναφορά στα αιωρούμενα σωματίδια, στην κατάταξη και στην χημική τους σύσταση, καθώς και στις διαφορετικές πηγές προέλευσης τους. Στην συνέχεια αναφέρονται οι επιπτώσεις που προκαλούν τα διαφορετικά σωματιδιακά κλάσματα και η τοξικότητα τους η οποία επηρεάζει την ανθρώπινη υγεία και την υγεία των φυτών. Έπειτα αναλύονται οι τρόποι μεταφοράς και οι χημικές αντιδράσεις των ρύπων στην ατμόσφαιρα, όπως και οι μετεωρολογικοί και λοιποί παράγοντες που επηρεάζουν την συγκέντρωση των ρύπων. Συνεχίζοντας επισημαίνονται τα πρότυπα ποιότητας αέρα, οι θυγατρικές οδηγίες, οι οριακές τιμές που έχουν θεσπιστεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση και τα πρότυπα ποιότητας κατά US‐EPA. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των μετρήσεων που έλαβαν χώρα στο διάστημα 21/2/2011 έως 13/4/2012 , σε δύο σταθμούς διαφορετικών αστικών χαρακτηριστικών στην ευρύτερη περιοχή των Αθηνών (σταθμός NTUA στο δήμο Ζωγράφου και σταθμός ΥΥ στην οδό Αριστοτέλους 17). Οι μετρήσεις χωριστήκαν σε δύο περιόδους: ψυχρή περίοδος (21/2/2011 έως 30/4/2011 και 4/11/2011 έως 13/4/2012) και θερμή περίοδος (8/5/2011 έως 26/11/2011) , οι οποίες έγιναν με σταθμικούς δειγματολήπτες (Harvard Impactors) εικοσιτετράωρες ημερήσιες και η ζύγιση των φίλτρων έγινε σε ζυγό υψηλής ακριβείας, τηρώντας αυστηρό πρωτόκολλο ποιότητας. Παράλληλα με τους σταθμικούς δειγματολήπτες πραγματοποιήθηκαν συνεχείς ωριαίες μετρήσεις, ημερήσιας διάρκειας των σωματιδιακών κλασμάτων PM10 και PM2.5 με χρήση αυτόματου οπτικού αναλυτή συνεχούς καταγραφής συγκεντρώσεων (DustTrak), επίσης σε συνεχή βάση καταγράφηκαν οι κατά αριθμό συγκεντρώσεις των UFP’s με χρήση αυτόματου οπτικού αναλυτή συνεχούς καταγραφής Concentration Particle Counter (CPC 3007). Τα αποτελέσματα των μετρήσεων μας, μας έδειξαν την ημερήσια, μηνιαία και εποχιακή έκθεση του πληθυσμού στα κλάσματα των σωματιδίων που μετρήθηκαν. Πιο συγκεκριμένα στο σταθμό NTUA καταγράφηκαν σταθερά επίπεδα συγκεντρώσεων τόσο των PM10 (26 μg m‐3) όσο και των PM2.5(15.4 μg m‐3) . Διαφορετική εικόνα καταγράφεται στο σταθμό ΥΥ, παρουσιάζοντας σημαντική εποχιακή διακύμανση με υψηλότερα επίπεδα στην ψυχρή περίοδο (60.6 μg m‐3) ενώ τα επίπεδα παραμένουν υψηλά και κατά την θερμή περίοδο(45.6 μg m‐3) για τα PM10 σωματίδια. Ακόμη, υψηλά είναι και τα μέσα ετήσια επίπεδα συγκεντρώσεων των PM2.5 με παρόμοια εποχιακή διακύμανση (36.6 και 24.8 μg m‐3 για την ψυχρή και την θερμή περίoδο αντιστοίχως). Στο σταθμό ΥΥ ήταν εφικτή η μέτρηση του αριθμού των υπερλεπτόκοκκων σωματιδίων για περίοδο τεσσάρων μηνών, με αποτελέσματα συγκρίσιμα με αυτά που έχουν καταγραφεί με τον ίδιο εξοπλισμό σε διεθνείς επιστημονικές εργασίες, με μετρήσεις σε περιοχές αντίστοιχων χαρακτηριστικών στην ευρύτερη περιοχή της Αθήνας. Η εβδομαδιαία διακύμανση του αριθμού των υπερλεπτόκοκκων σωματιδίων έδειξε υψηλότερα επίπεδα κατά τις ημέρες με αυξημένη κυκλοφορία οχημάτων. Τα επίπεδα των συγκεντρώσεων των PM10 σωματιδίων στο σταθμό NTUA είναι σημαντικά χαμηλότερα από τα ημερήσια όρια των δύο διεθνών οργανισμών. Αντίθετα στο σταθμό ΥΥ το 46% των ημερών των μετρήσεων υπήρξε υπέρβαση των ημερησίων ορίων της Ε.Ε. . Κατά την συσχέτιση των συγκεντρώσεων των PM10 και PM2.5 σωματιδίων και των UFP’s με μετεωρολογικά δεδομένα ήταν εμφανής η αρνητική επίδραση της ταχύτητας του ανέμου καθώς και το πώς επηρεάζει σημαντικά, η διεύθυνση του ανέμου (σε συνάρτηση με την ταχύτητα) την διαμόρφωση των επιπέδων σωματιδιακής ρύπανσης, η οποία είτε συμβάλλει στον «καθαρισμό» της περιοχής μέσω του φαινομένου της διάχυσης των ρύπων, είτε ευνοεί την μεταφορά ρύπων από περισσότερο επιβαρυμένες περιοχές. Τέλος ισχυροί συντελεστές συσχέτισης των συγκεντρώσεων των PM10 και PM2.5 σωματιδίων με πρωτογενείς ρύπους και για τις δύο περιόδους καταγράφτηκαν στο σταθμό ΥΥ. Η πολυπλοκότητα των πηγών των αιωρούμενων σωματιδίων καθώς και το πλήθος των παραμέτρων που επηρεάζει τα καταμετρούμενα επίπεδα καθιστά ιδιαίτερα δύσκολη την υιοθέτηση μιας σειράς μέτρων για τον έλεγχο τους. Όμως καταλήγοντας προτείνονται κάποια μέτρα η απόδοση των οποίων θα κριθεί σε βάθος χρόνου και η αποτελεσματικότητά τους απαιτεί την συμβολή των πολιτών μέσα από αλλαγή νοοτροπίας και καθημερινών συνηθειών, με στόχο την βελτίωση της ποιότητας του αέρα και των συνεπαγόμενων επιπτώσεων στη δημόσια υγεία.

The issue of the atmospheric pollution is especially intense in the Attica basin. In this dissertation a study is carried out to report on the particulate pollutants in two separate urban stations of different characteristics, the number of ultrafine particles and temporal variation in population exposure to them. Initially there is an extensive theoretical reference to airborne particles in the classification and the chemical composition as well as the different sources of origin. Following that we mention the effects caused by different particle fractions and the toxicity that affects human and plant health. Then we analyze the various methods of transport and chemical reactions of the pollutants in the atmosphere, such as weather and other factors that affect the concentration of pollutants. Continuing the air quality standards are stated, as well as the directives, the limit values established by the European Union and quality standards in US‐EPA. We present the results of the measurements who took place during the period 21/2/2011 to 13/4/2012, in two different urban characteristics stations in the greater area of Athens (NTUA station in Univercity Campus and Station YY in the Street Aristotlelous 17). The measurements were divided into two periods: One cold period (21/2/2011 to 30/4/2011 and 4/11/2011 to 4/13/2012) and one warm period (05/08/2011 to 11/26/2011) which were weighted with samplers (Harvard Impactors) around a 24hour period (1 calendar day). The weigh‐in of the filters was carried out on a highly calibrated weigh apparatus for increased accuracy, following strict quality protocol. This was done in tandem with the continuous weighted samplers which were measured hourly in a twenty four hour period of the particulate fractions PM10 and PM2.5 using an automated optical analyzer of continuous recording concentrations (DustTrak), also continuously recorded was the number of concentrations of UFP's using automatic continuous analyzer optical recording Concentration Particle Counter (CPC 3007). The results of our measurements, showed us the daily, monthly and seasonal population exposure to particulate fractions measured. Specifically Station NTUA recorded stable concentrations of both PM10 (26 mg m‐3) and the PM2.5 (15.4 g m‐3). A different picture was captured at the YY Station, with a significant seasonal variation with higher levels in the cold season (60.6 g m‐3) and the levels remaining high in the hot season (45.6 g m‐3) for PM10 particles. Furthermore it was found that the average annual concentrations of PM2.5 levels were high during similar seasonal variation (36.6 and 24.8 mg m‐3 for cold and warm periods respectively). At station YY it was possible to measure the number of particles named ultrafine for a four month period, with results comparable to those recorded with the same equipment in international scientific papers, with measurements in regions of corresponding characteristics in the greater Athens area. The weekly variation in the number of particles ultrafine showed higher levels on days with increased urban vehicular traffic. The levels of PM10 particle concentrations at the station NTUA is significantly lower than the daily limit compared to the two international organizations. On the contrary at station YY it was discovered that on 46% of the days the measurements exceeded the daily limits stated by the EU . During the correlation of concentrations of PM10 and PM2.5 particles and UFP's with meteorological data two key facts were found: First the wind speed plays a negative role in the clearing/cleaning of particular concentrations and secondly the direction of the wind (In function with the wind speed) carries a more important role on the levels of particulate formation pollution. Either by contributing to the cleaning/clearing process or by transferring of pollutants from more polluted areas of the region through the phenomenon of diffusion of pollutants. Finally strong correlations of concentrations of PM10 and PM2.5 particulate primary pollutants for both periods were recorded at station YY. The complexity of the sources of suspended particles and the number of parameters that affect the levels scored makes it very difficult to adopt a series of measurements to control them. With that in mind this study proposes some leading measures whose performance will be judged over time and their effectiveness requires the input of citizens through changing mind‐set and daily habits in order to improve air quality and the resulting impact on public health.