Chemical characterization of filterable PM2.5 emissions generated from regulated stationary sources in the Metropolitan Area of Costa Rica

Abstract

Filterable PM2.5 concentrations and their chemical characterizations were analyzed for 67 boilers and 25 indirect furnaces located in the Metropolitan Area of Costa Rica from February 2014 to November 2015. The PM2.5 samples were characterized by their composition, focusing on trace elements, inorganic ions and organic and elemental carbon. The results of PM2.5 concentrations ranged from 72 to 735 mgm-3, with the highest concentrations found for sources using biomass fuel, particularly Type B boilers, and the lowest values for diesel boilers. Further speciation of fine particulate matter (PM) showed significant levels of vanadium and nickel for boilers that use heavy fuel oil (bunker); 4886 and 1942 μgm-3, respectively. Copper and manganese were the most relevant metals for biomass burning sources, due to plant absorption from the soil. As for ion concentration, sulfate presented the highest concentrations for biomass boilers and furnaces, whereas chloride only presented the highest concentrations for furnaces. To complete the balance, organic and elemental carbon (OC and EC) analyses were made, in which biomass burning sources presented values five times higher than oil fuels. A Spearman's correlation analysis was made for the data set, revealing significant relationships between heavy metals, sulfate, and fine PM with respect to heavy fuel oil. For the biomass sources, the correlations pointed to K, Na, Mn and, in some cases, oxygen.

Se analizaron las concentraciones filtrables de PM2.5 y sus caracterizaciones químicas para 67 calderas y 25 hornos indirectos ubicados en el Área Metropolitana de Costa Rica desde febrero de 2014 hasta noviembre de 2015. Las muestras de PM2.5 se caracterizaron por su composición, centrándose en oligoelementos, iones inorgánicos y carbono orgánico y elemental. Los resultados de las concentraciones de PM2.5 variaron de 72 a 735 mgm-3, con las concentraciones más altas encontradas para fuentes que utilizan combustible de biomasa, particularmente calderas Tipo B, y el valores más bajos para calderas diesel. Una mayor especiación de partículas finas (PM) mostró una significativa niveles de vanadio y níquel para calderas que utilizan fuel oil pesado (bunker); 4886 y 1942 mgm-3, respectivamente. El cobre y el manganeso fueron los metales más relevantes para las fuentes de combustión de biomasa, debido a Absorción de plantas del suelo. En cuanto a la concentración de iones, el sulfato presentó las mayores concentraciones para calderas y hornos de biomasa, mientras que el cloruro solo presentó las concentraciones más altas para los hornos. Para completar el balance, se realizaron análisis de carbono orgánico y elemental (OC y EC), en los cuales las fuentes de combustión de biomasa presentaron valores cinco veces superiores a los combustibles derivados del petróleo. La correlación de Spearman. Se realizó un análisis para el conjunto de datos, revelando relaciones significativas entre metales pesados, sulfato y PM fino con respecto al fuelóleo pesado. Para las fuentes de biomasa, las correlaciones apuntaron a K, Na, Mn y, en algunos casos, oxígeno.

As concentrações filtráveis ​​de PM2,5 e suas caracterizações químicas foram analisadas para 67 caldeiras e 25 fornos indiretos localizados na Região Metropolitana da Costa Rica de fevereiro de 2014 a novembro de 2015. As amostras de PM2,5 foram caracterizadas por sua composição, com foco em oligoelementos, íons inorgânicos e carbono orgânico e elementar. Os resultados para as concentrações de PM2,5 variaram de 72 a 735 mgm-3, com as concentrações mais altas encontradas para fontes que usam combustível de biomassa, particularmente caldeiras Tipo B, e os valores mais baixos para caldeiras a diesel. A maior especiação de partículas finas (PM) mostrou níveis significativos de vanádio e níquel para caldeiras que usam óleo combustível pesado (bunker); 4886 e 1942 mgm-3, respectivamente. O cobre e o manganês foram os metais mais relevantes para as fontes de combustão da biomassa, devido à absorção das plantas do solo. Em relação à concentração de íons, o sulfato apresentou as maiores concentrações para caldeiras e fornos a biomassa, enquanto o cloreto apresentou as maiores concentrações apenas para os fornos. Para completar o balanço, foram realizadas análises de carbono orgânico e elementar (OC e EC), nas quais as fontes de combustão de biomassa apresentaram valores cinco vezes maiores que os combustíveis derivados do petróleo. A correlação de Spearman. Uma análise foi realizada para o conjunto de dados, revelando relações significativas entre metais pesados, sulfato e MP fino em relação ao óleo combustível pesado. Para fontes de biomassa, as correlações apontaram para K, Na, Mn e, em alguns casos, oxigênio.