Zdroje aerosolu PM1 v Annaberg- Buchholzi a Ústí nad Labem Chemical mass balance model Jan Leníček, ek, Jiří Skorkovský,, Aleš Soukup Martin Kováč,, Ivan Beneš,
PM1 sampler Digitel DHA-80 Hi-Vol sampler Q and PUF filters 670 m3 in 24 hours Ústí, Annaberg summer and witer periods in the years 2012 and 2013
Frakce vzdušného aerosolu
Koncentrace PM1 v Ústí nad Labem a Annaberg-Bucholzi 2012-2013 2013 Koncentrace PM1 50 45 40 35 30 ug/m3 25 20 15 10 5 Řada1 0 UW US AW AS
CMB Model Matematický model sloužící k receptorovému modelování Základní pomínky pro fungující model jsou: Zahrnuje všechny v významné emisní zdroje, přispp ispívající k charakterizaci místa m odběru ru- receptoru Složen ení emisí je z různých r zdrojů rozdíln lné Sledované analyty spolu nereagují Počet zdrojů je menší než počet analytů
Organické markery použit ité při i modelování alifatické uhlovodíky C18-C33 C33 triterpenické uhlovodíky - hopany PAHs, oxo-pahs n-alkánové kyseliny (C14-C18) C18) 1-palmitin, 1-stearin1 cholesterol, sitosterol levoglukosan, mannosan, galaktosan trifenylbenzen, tereftalová kyselina 4-metylbenzoová kyselina nikotin
Separace na silikagelu Extrakt z filtru levoglukosan bazické látky 2 g silikagelu frakce n-hexan toluen-hexan DCM-hexan ethylacetát-hexan HCOOH-methanol alifatická PAH, nitro PAH oxo-pah, aldehydy alkoholy, steroly kyseliny, fenoly
Analýza alifatické frakce Chromatogram alifatické frakce venkovního ovzduší ší, GC-MS analýza, TIC (total( ion current) UCM- unresolved complex mixture nerozdělen lené organické látky, převp evážně izomery a homology rozvětvených nasycených a nenasycených uhlovodíků, cykloparafinů R-resolved hydrocarbons především nasycené nerozvětven tvené alifatické uhlovodíky (n-alkany alkany) Poměr r UCM/R je parametr pro indikaci původu organického aerosolu (spalování hnědého ho uhlí UCM/NA < 3, doprava UCM/NA cca 5) Alifatická frakce
Hopany triterpenické uhlovodíky se čtyřmi šestičlennými a jedním m pětip tičlenným kruhem součást st fosilních paliv Tvorba diagenezí a katagenezí organických látek l obsažených v buněč ěčných systémech (biohopanetetrol( biohopanetetrol) sumárn rní vzorec C 27 H 46 až C 33 H 58 mají 4 aža 8 stereoisomerů jsou emitovány do ovzduší z fosilních paliv Alifatická frakce
Analýza hopanů Vzorek ovzduší - tunel Panenská Vzorek ovzduší, Ústí nad Labem, léto významný zdroj - doprava Emise- domácí kotel- spalování hnědého uhlí Vzorek ovzduší ší, Ústí nad Labem, zima významný zdroj - spalování hnědého ho uhlí Alifatická frakce
Nový marker pro spalování hnědého ho uhlí Alifatická frakce Ústí n.l., zima Extrakt z hnědého uhlí GC-MS analýza EI spektrum Phyllocladane Zubrik 2009 Jehlička 2005
Spalování uhlí Ústí, Annaberg-zima 2012 Phyllocladane je specifický marker spalování hnědého ho uhlí 22R homohopane je marker pro dopravu a spalování uhlí Korelace indikuje významný zdroj-spalov spalování uhlí Analýza emisí z domácího topeniště na hnědé uhlí z Bíliny Phyllocladane / 22 R homohopane poměr = 35.7 phyllocladane ng/m3 phyllocladane ng/m3 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 Ústí winter 1 y = 31.041x + 2.619 R 2 = 0.897 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 22R-homohopane ng/m3 Annaberg winter 1 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 22R homohopane ng/m3
Glycerol-monopalmitat a cholesterol glycerol 1-monopalmitat1 cholesterol specifické markery vařen ení a smažen ení GMP ng/m 3 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 Cooking y = 4.6085x - 0.0709 R 2 = 0.7301 0 0.5 1 1.5 2 cholesterol ng/m3 Nolte 1999 Zhao 2007
Levoglukosan Celulóza je polymer skládaj dající se z monomerů D-glukózy (n=7-12 tisíc) Termickým rozkladem vzniká 1,6-anhydro anhydro-ß-d-glukopyranóza (levoglukosan)
Spalování dřeva Poměr levoglucosanu a mannosanu R byl použit pro odhad spalování tvrdého a měkkm kkého dřevad % měkké = (14.8-Rlevo levo/man)/(0.112) Ústí nad Labem 76.9% měkkm kké Annaberg 89.2% měkkm kké Podíl l spalování dřeva na OC v ovzduší Ústí nad Labem 1.1% Annaberg 17.7% Annaberg-zima GC/MS analýza galaktosanu mannosanu and levoglukosanu Schmidl 2008 Alves 2012
CMB Model ci = mj xij ci koncentrace markeru i ve vzorku xij koncentrace markeru i v emisích ze zdroje j mj příspěvek k celkové hmotě PM ze zdroje j Chemical Mass Balance software EPA-CMB 8.2
Zdroje emisí PM1 Benzinové a dieselové motory (Schauer Spalování hnědého ho uhlí-dom domácí topeniště (Len Spalování hnědého ho uhlí-pr průmysl (Zhang 2008) Spalování dřeva (Fine 2004) Spalování plynu (Rogge 1993) Abrase z rostlin (Rogge 1993a) Kouřen ení (Rogge 1994) Grilování a smažen ení (Schauer 2001, Nolte 1999) Vařen ení-evropské a čínské (Zhao 2007) Spalování odpadků (Simoneit 2005) Pouliční prach (Rogge 1993) Schauer et al.1999, 2002) (Leníček ek 2010)
diesel gasoline
Brown coal combustion home heating industry
cooking grilling
gas combustion wood combustion
plant abrassion garbage combustion
SOURCE CONTRIBUTION ESTIMATES: R SQUARE 0.81 % MASS 95.2 CHI SQUARE 2.83 DEGREES FREEDOM 35 SOURCE EST CODE NAME SCE(ng/mł) Std Err Tstat ---------------------------------------------------- YES TDT TDT 3.40436 1.28362 2.65214 YES TCN TCN 11.37742 2.20804 5.15272 YES CHR CHR 37.86057 4.62376 8.18827 YES WOK WOK 0.86863 2.88769 0.30080 YES WPI WPI 5.66115 2.52509 2.24196 YES COE COE 25.45385 15.10058 1.68562 YES COC COC 13.51077 4.69386 2.87839 YES GRI GRI 0.24984 0.06583 3.79502 YES GAS GAS 0.20926 0.27678 0.75604 YES GBC GBC 0.39792 0.14975 2.65727 YES PLA PLA 0.89700 1.46193 0.61358 YES ROD ROD 35.98770 16.59904 2.16806 YES SMO SMO 0.01488 0.00526 2.82734 T stat- poměr r mezi počáte tečním příspěvkem zdroje a standardní odchylkou. SCE / Std Err Cílené hodnoty > 2
Parametry modelu CMB Locality % mass R sq Chí sq % hmoty rozmezí 100± 20%. R sq (0.8-1.0) slouží k posouzení odchylky v imisních koncentracích ch vyjádřených jako vypočten tené koncentrace pomocí lineárn rní regrese UW AW 74.9 76.3 0.81 0.77 3.0 3.6 Chí sq (0-4.0) nejistota vypočtených koncentrací (suma mocnin rozdílů mezi vypočtenou a změř ěřenou koncentrací) US 84.3 0.78 3.5 AS 94.3 0.81 3.0
Složen ení jemné frakce Organické látky Elementární uhlík NO 3 - Ostatní Kovy + NH 4 - SO 4 Sulfáty, nitráty, ty, amonné ionty - IC analýza Kovy - ICP/MS analýza Elementárn rní uhlík, organické látky OC/EC analyzátor PM1 - gravimetricky
Zdroje emise OC a PM Podíl OC v emisích ze zdrojů OC / PM 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 mean 0 TDT TCC TCN CHS CHR CIN WOK WPI COE COC GRI GAS GBC PLA ROD SMO Zdroje jemného aerosolu Hildemann 1991
Složeni frakce PM1 zima 2012 Ústí nad Labem a Annaberg UW1 % PM1 AW1 % PM1 unknown, 21.04 Traffic, 11.38 unknown, 12.85 Traffic, 1.32 Coal Home, 18.93 Coal Home, 19.11 Metals, 1.81 Metals, 2.07 Coal Industrial, 1.92 Secondary Aerosol, 21.71 Coal Industrial, 2.86 Wood Combustion, 2.61 Cooking, 4.23 Secondary Aerosol, 24.81 Wood Combustion, 15.72 EC, 3.55 Smoking, 0.05 Plant Abrassion, 0.45 Gas, 4.25 Garbage, 4.09 Road Dust, 2.60 EC, 5.43 Smoking, 0.09 Plant Abrassion, 2.35 Road Dust, 3.21 Garbage, 4.18 Gas, 0.04 Cooking, 7.30
Složeni frakce PM1 léto l 2013 Ústí nad Labem a Annaberg US2 % PM1 AS2 % PM1 unknown, 13.97 Traffic, 6.78 Traffic, 3.65 Coal Home, 8.94 Metals, 0.86 Coal Home, 13.45 Coal Industrial, 2.03 unknown, 29.05 Wood Combustion, 1.56 Secondary Aerosol, 14.96 Coal Industrial, 6.17 Cooking, 12.31 EC, 3.39 Smoking, 0.00 Wood Combustion, 4.30 Metals, 1.78 Gas, 0.08 Garbage, 0.72 Plant Abrassion, 0.84 Cooking, 17.65 Secondary Aerosol, 12.24 Road Dust, 16.40 Gas, 0.19 EC, 3.23 Road Dust, 24.00 Garbage, 1.05 Smoking, 0.00 Plant Abrassion, 0.40
Děkuji za pozornost