Aerosol Source Apportionment study in São Paulo city

A região metropolitana de São Paulo apresenta problemas crônicos de poluição atmosférica. A poluição atmosférica em centros urbanos é comprovadamente prejudicial à saúde da população exposta, o que gera uma preocupação mundial acerca deste tema. Com o intuito de identificar e quantificar a contribuição de fontes e a importância das emissões veiculares na cidade de São Paulo, foram realizadas duas campanhas de amostragem em dois períodos distintos, analisadas por modelos receptores. O material particulado inalável foi coletado pelo Amostrador de Particulado Fino e Grosso (AFG) e Impactador em Cascata com Deposição Uniforme. Foram obtidas as concentrações de massa por meio de análise gravimétrica e composição elementar por Análise de Emissão de Raio-X Induzido por Partículas (PIXE). Monitores com alta resolução temporal realizaram diferentes medidas de material particulado e gases. O TEOM (Tapered Oscilating Monitor) realizou medidas de concentração de PM10, o Monitor de Carbono por meio de medidas térmicas obteve concentrações de carbono orgânico e black carbon e ainda o Aetalômetro, por absorção óptica, obteve concentrações de black carbon. Medidas de gases foram cedidas pela CETESB e obtidas pelo monitor DOAS (Diferential Optical Absortion Spectroscopy). Durante o período de inverno elevadas concentrações de poluentes foram observadas, superando o padrão nacional de qualidade do ar. O fator meteorológico apresentou-se determinante na modulação das concentrações de poluentes em uma escala temporária de dias. Os ciclos diurnos de compostos como particulado inalável, black carbon, CO, NOx e SO2 foram identificados e apresentaram perfis semelhantes. Suas variações diurnas são basicamente moduladas pelos processos de emissão e pela variação da Camada Limite Atmosférica. A análise de balanço de massa, de particulado fino, apresentou resultados semelhantes nos períodos de inverno e verão. Uma significativa fração de carbono orgânico representa a massa de Material Particulado Fino (MPF) de 44% e 35%, no inverno e verão respectivamente. As concentrações de black carbon contribuem com 21% e 28% e o material inorgânico foi estimado como sendo 32% e 40% da massa do MPF, no período de inverno e verão respectivamente. A Análise de Componentes Principais Absoluta da fração fina do particulado inalável mostrou que não há significativa alteração de fontes de poluentes de um período para outro. A emissão veicular representou cerca de 28% e 24% da massa do MPF no inverno e verão respectivamente, a fonte de ressuspensão de solo representou 25% e 30%, queima de óleo combustível explicou 18% e 21%, componentes de sulfatos contribuíram com 23% e 17% e o fator de emissão industrial com 5% e 6% da massa do MPF no inverno e verão respectivamente. A fração de particulado grosso é constituída basicamente por ressuspensão de solo representando 75% e 78% da massa do material particulado grosso (MPG), a fonte industrial, 16% e 14% e partículas de emissão marinha 11% e 6% da massa do MPG, no inverno e verão respectivamente. Foi identificada, durante toda a análise, a significativa responsabilidade do tráfego de veículos na emissão de partículas, gases e precursores de O3. Indiretamente o tráfego de veículos também apresentou contribuição por parte da ressuspensão de poeira do solo. Os processos de amostragem e analítico mostraram que é possível identificar quantitativamente as fontes de aerossol em um centro urbano como a cidade de São Paulo.The urban air pollution issue is a concern in the entire world mostly because of its hazardous effect to human health. São Paulo metropolitan area is a very industrialized region with an intense traffic of vehicles. Its geographical and meteorological conditions are unfavorable to pollution dispersion, especially in the winter season. In order to achieve a better understanding of the air pollution sources and the importance of vehicle emissions, two sampling campaigns were carried out. Inhalable particulate matter was sampled using Stacked Filter Units separated in fine and coarse particulate modes, providing mass concentration and elemental composition by Particle Induce X-ray Emission (PIXE). Real time aerosol monitors provided PM10 aerosol concentration (TEOM), organic and elemental carbon concentration (Carbon Monitor 5400R&P) and black carbon concentration (Aethalometer). Measurements of gas concentrations were performed by Differential Optical Absorption Spectroscopy (DOAS). High levels of pollutant concentrations were measured during the winter season. For several times the concentrations exceeded the national quality standard limit, reinforcing the importance of a better understanding of this process. A complex system of sources and meteorological conditions modulates the air pollution of the urban area of São Paulo. The boundary layer and the direct emissions modulate the diurnal cycle obtained for PM10, black carbon, CO, NOx, SO2. Absolute Principal Components Analyses results showed a very good agreement in the identification of the sources for the winter and summer field campaigns, pointing that there is no significant change in the sources. Traffic Source represented 28% and 24% of the fine aerosol for winter and summer respectively. Resuspended soil dust accounted for 25% and 30%. Oil combustion source represented 18% and 21%. Sulfates explained 23% and 17% and finally industrial contributed with 5% and 6% of fine particulate matter, for winter and summer respectively. These five sources account for the fine mode particulate source apportionment. The resuspended soil dust accounted for (75-78%) of the coarse aerosol fraction. All analysis identified the responsability of the traffic of vehicles for the direct emission of several gases and particulate pollutants and for the resuspended soil dust. The sampling and analytical procedures showed that it is possible to perform a quantitative aerosol source apportionment in a complex urban area such as São Paulo