Air quality in center and east zone of Manizales city : influence of particulate matter (pm10) and acid rain

Abstract

Este trabajo presenta un estudio de calidad del aire realizado en cinco puntos de la ciudad de Manizales durante el período comprendido entre septiembre de 2009 y abril de 2011, en el cual se analizó la influencia del material particulado menor a diez micrómetros de diámetro (PM10) y el fenómeno de precipitación ácida. Se evaluaron además los niveles de dioxinas, furanos y dl-PCBs en el PM10 y la dinámica del proceso de remoción (scavenging) del contenido iónico del PM10(SO4-2, Ca+2 y NO3-) a través de la lluvia. Los mayores niveles de PM10 fueron obtenidos en la zona centro de la ciudad (sector Fundadores) con valores entre 22 µg m-3 y 67 µg m-3, y una concentración media de 43 µg m-3; niveles de concentración que estuvieron asociados principalmente al alto tráfico vehicular. En zonas de menor influencia de flujo vehicular se obtuvieron valores de PM10 entre 7 µg m-3 y 47 µg m-3. Además, las variables meteorológicas precipitación, humedad relativa y temperatura, fueron reconocidas como factores influyentes en los cambios de concentración del PM10. Los valores de PCDD/Fs en PM10 estuvieron en un rango de 1 fg WHO-TEQ m-3 a 52 fg WHOTEQ m-3. Teniendo en cuenta la influencia de la composición hipotética de PCDD/Fs en la fracción gaseosa del aire, la ciudad presentó valores similares a los reportados en zonas rurales y zonas urbanas con influencia de actividades antropogénicas. Los mayores valores de PCDD/Fs fueron obtenidos en la zona centro de la ciudad, siendo este patrón equivalente para los niveles de dlPCBs. Durante el período de monitoreo se presentó el fenómeno de precipitación ácida en la ciudad con un valor medio de pH (VWM) igual 4.9 unidades. Se encontraron mayores concentraciones de sulfatos en la lluvia seguido por calcio, cloruro y nitratos. Para evaluar el fenómeno de remoción de contaminantes por medio de la precipitación, se relacionó el contenido iónico de la lluvia y el contenido iónico de muestras de PM10 utilizando relaciones de scavenging (SR). La ciudad se caracterizó por una mayor remoción de sulfatos, observándose una alta influencia de la intensidad de la lluvia en este proceso. Finalmente se realizó la evaluación preliminar del modelo atmosférico WRF/Chem con el fin de estudiar la influencia de las emisiones de SO2 provenientes del volcán Nevado del Ruiz sobre la formación de precipitación ácida en Manizales. El comportamiento de la pluma de SO2 obtenido a partir del modelo (en dirección a la ciudad) confirmó la influencia de estas emisiones sobre la formación de precipitación ácida en Manizales / Abstract: Air quality in five zones of a mid-sized Andean city Manizales was analyzed for PM10 and acid rain during September 2009 thru April 2011. The fractions of PCDD/Fs and dl-PCBs in PM10 were analyzed. Concentration and scavenging dynamics were observed between PM10 and SO4-2, Ca+2, and NO3-. The central downtown zone of highest vehicular traffic density was associated with the highest levels of PM10, with a mean concentration of 43 µg m-3, ranging from 22 µg m-3 to 67 µg m-3. The lowest concentrations of PM10 were observed in zones with lower vehicular density with a mean concentration of 25 µg m-3, ranging from 7 µg m-3 to 47 µg m-3. Moreover, changes in PM10 concentrations were more closely associated with changes in meteorological parameters such as precipitation, relative humidity and temperature - suggesting stronger influence of meteorology with concentrations of PM10. Levels of PCDD/Fs in ambient air PM10 ranged from 1 fg WHOTEQ m-3 to 52 fg WHO-TEQ m-3. Taking into account the hypothetic composition of gas fraction (calculated with theorical Kp data), the city exhibited values of PCDD/Fs equivalent to rural and urban-industrial sites. Higher values of PCDD/Fs were obtained in downtown area and this pattern was similar for dl-PCBs contributions. Acid precipitation phenomenon was found in Manizales with an average VWM pH value of 4.9 units. Concentrations of major ions evaluated in rain were in order of sulfates calcium chlorides nitrates. Major chemical constituents of PM10 were related with ionic composition of rainwater through scavenging ratios (SRs), founding higher sulfate scavenging in the city and the effect of rain intensity as the controlling factor for sulfate scavenging. Finally, the Weather Research and Forecasting/Chemistry model (WRF/Chem), was evaluated in order to establish the influence of SO2 volcanic emissions over formation of acid rain in Manizales. Behavior of plume dispersion of SO2 (in direction to the city) confirmed relevant influence of these emissions in formation of acid rain phenomena.Maestrí