Muestreo y caracterización de polvo del camino resuspendido y respirable

La calidad del aire urbano se ve gravemente afectada por las partículas relacionadas con el tráfico vehicular, incluyendo las emisiones directas de gases de escape, pastillas de freno, desgaste de los neumáticos y el polvo del camino que se vuelve a suspender por movimientos vehiculares. El polvo del camino depositado también puede ser resuspendido por la fuerza del viento o de otras actividades antropogénicas, y en general, podrá contribuir hasta con un 30% de PM10 urbano. Un muestreador móvil de PM10 en caminos fue desarrollado y construido para simular el efecto del tráfico y los vientos laterales en ráfagas sobre superficies de carretera, el que recoge las partículas resuspendidas de PM1-10  en un separador de ciclón y las muestras de PM1 en los filtros. El muestreador se puso a prueba mediante la captación de polvo del camino resuspendido en en Veszprém, Hungría. El PM1 recogido y la fracción   PM1-10  fueron analizadas por diversos métodos analíticos para mostrar el potencial de esta metodología de muestreo en conjunto con  la caracterización química del polvo del camino resuspendido. Los principales constituyentes del polvo del camino que se volvieron a suspender eran elementos de la corteza terrestre, y también fue posible determinar la composición de la fase mineral del polvo PM1-10, lo que generalmente no es factible a partir de muestras recogidas en el sustrato del filtro. La aplicación de los métodos de muestreo y análisis puede facilitar la evaluación de las fuentes de polvo de caminos que se volvieron a suspender en las ciudades, así como de contribuir a limitar una mejor distribución de las fuentes de PM10 urbano.

Introducción

La contaminación del aire en las ciudades es un tema muy complejo, mostrando una fuerte estacionalidad y la dependencia de los factores meteorológicos, a veces culmina en episodios de smog graves y peligrosos que requieren la intervención de las autoridades locales. El material particulado urbano con diámetro aerodinámico inferior a 10um (PM10) se identifica ahora como uno de los contaminantes atmosféricos más peligrosos para la salud humana debido a que su rango de tamaño se superpone con el rango de partículas respirables. La exposición prolongada de PM10 urbano respirable se ha asociado con efectos adversos para la salud y el relacionado con un mayor riesgo de enfermedades respiratorias (Pope, 1996).

La resuspensión del polvo de la carretera es ahora una fuente establecida de material particulado urbano. El polvo fugitivo de las carreteras pavimentadas y sin pavimentar y terrenos desnudos, así como las obras de construcción y demolición ha demostrado ser importantes contribuyentes a ambos tipos de aerosoles urbanos, PM10 y PM2.5 (Chow y Watson, 2002). Un estudio de distribución de las fuentes sobre la base de la composición elemental de las partículas, por medio de Al como trazador para la materia de la corteza estima una contribución total de 10% (m / m) en PM10 y 6% en PM2.5 en Hong Kong (Hoetal., 2003). Por otro lado, en la Ciudad de México se estimó que el polvo fugitivo a representa hasta un 54% (m / m) de PM10 (Vega et al., 2001). Su contribución depende en gran medida de las condiciones locales, entre ellos la meteorología, la superficie de la carretera, el tráfico, etc.

Además, las partículas de polvo conservan firmas acumulativas de partículas que una vez que habían sido depositados en el aire y de la atmósfera en el lugar de muestreo. Su análisis detallado puede proporcionar información cualitativa y cuantitativa sobre la importancia de las diversas fuentes de aerosoles locales y regionales. Fuentes fugitivas de polvo son extremadamente difíciles de medir y cuantificar en el aire urbano, debido a su carácter difuso y fuerte dependencia de las condiciones de muestreo (Cowherd y Grelinger, 1992; Watson y Chow, 2001).

Estudios detallados de perfil de origen sobre esta fracción de aerosol pueden utilizarse para el modelado del receptor  (Ho et al, 2003;. Vega et al, 2001;.. Amato et al, 2010). La distribución del tamaño de la masa de las partículas primarias de polvo fugitivo está pobremente caracterizada. Exámenes utilizando microscópico electrónico de barrido de las partículas PM10 en Shanghai mostró que la mayoría de las partículas fueron liberadas originalmente de obras de construcción, plantas de cemento, gases de los vehículos, calderas de carbón y las fábricas de acero (Li et al., 2003). Estos estudios utilizan normalmente el tipo de fuente “el polvo del camino pavimentado” como un término colectivo para todos los tipos de partículas de polvo urbanos, incluyendo las recién emitidas olas que se volvieron a suspender , sin importar su origen (Schauer et al., 1996).

El muestreo de partículas urbano resuspendidas generalmente se ha realizado simplemente barriendo y tamizando el polvo del camino depositado (Wei et al, 2009;.. Han et al, 2007; Manno et al, 2006;. Ho et al, 2003.). En algunos estudios las muestras a granel recogidas se volvieron a suspender en el laboratorio y el tamaño de la distribución de las partículas se determinó (Zhao et al, 2006;.. Chow et al, 2004). Estos procedimientos y tratamientos de muestra se vieron afectadas por la pérdida de partículas finas debido a las dificultades de la recogida de todo el material depositado y  la adhesión electrostática de partículas en los cepillos y mallas de tamiz. Un estudio reciente ha demostrado que las partículas de aerosol pueden ser cuantitativamente resuspendidas desde el polvo del camino usando un dispositivo de muestreo específico (Amato et al., 2009). El objetivo de este estudio es desarrollar y probar un muestreador móvil que simula el efecto de los fuertes vientos y la circulación densa y que colecta en línea las partículas PM10 que se volvieron a suspender. Adicionalmente, el potencial de varios métodos analíticos son evaluados para su uso con las muestras colectadas, de modo de  efectuar el perfil de fuente del polvo resuspendido de la carretera y su contribución a las fuentes de PM10 urbano.

2013 Los Autores. Publicado por Elsevier Ltd. Todos los derechos reservados.

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