Carbonaceous species in PM10 and PM2.5 in Lombardy

In Lombardy, the more industrialized region in Italy, the standard of air quality for particulate matter (PM) is frequently exceeded. PM10 (particles that are 10 μm or less in diameter) concentration is at present the legislative standard for particulate matter in Italy, as in the European Union. However, PM2.5 (particles that are 2.5 μm or less in diameter) data are introduced in most recent Air Quality Directive (Directive 2008/50/EC)– promulgated by the European Council – in prevision of an annual limit value entering into force in 2015. In Italy, there is a lack of information on PM10 and PM2.5 which has been regularly monitored only in recent few years. In many other European countries, and in the United States, a great deal of PM10 monitoring takes place. On the contrary, very few measurements of PM2.5 have been carried out in Europe up to now and, according to the Directive 1999/30/CE, Member States of the European Community have to gather information on PM2.5 concentration at typical locations. Therefore, the assessment of PM2.5 and PM10 data in the most industrialized and populated area of Northern Italy may give a valuable contribution for legislative and environmental purposes. In order to update and complete previous investigation, a measurement campaign of daily sampling of PM10 and PM2.5 has been carried out in several sites in Lombardy between 2005 and 2007, within the framework of the PARFIL project (PARticolato atmosferico Fine Lombardia). This project, funded by the Lombardy regional authorities, was intended to provide a detailed knowledge of the PM features in Lombardy by performing extended PM10 and PM2.5 sampling campaigns in different environments of the region (urban, traffic, rural and remote sites). The main aim was to complete the existing studies of some areas with more investigations, and to conduct some samplings in sites that were never investigated before. The PARFIL has been implemented by the Regional Authorities, coordinated by the Regional Environmental Agency (ARPA Lombardia) and developed by universities and research establishments present on the region. This thesis uses one part of the PARFIL data set, focusing on the most relevant carbonaceous species in PM, organic carbon (OC) and elemental carbon (EC) to compare OC and EC levels between different sites, to assess the temporal and spatial variation of OC and EC levels, to assess the fraction by which OC and EC are present in coarse and fine PM, to analyse the OC/EC ratio and to split OC total into OC primary and OC secondary by using EC tracer method.

In Lombardia, la regione più industrializzata d’Italia, il limite di qualità dell’aria per il particolato atmosferico (PM) è frequentemente superato. La concentrazione del PM10 (particelle con un diametro uguale o inferiore a 10 μm) è attualmente lo standard di misura del particolato. Tuttavia, i dati relativi al PM2.5 (particelle con un diametro uguale o inferiore a 2.5 μm) sono stati introdotti nella recente Direttiva sulla Qualità dell’Aria (Direttiva 2008/50/EC)– promulgata dal Consiglio Europeo – in previsione di un valore limite annuale che entrerà in vigore nel 2015. In generale in Italia c’è una limitata disponibilità di informazioni circa il PM10, ed il PM2.5 è stato monitorato solo negli ultimi anni. Tuttavia, in accordo alla Direttiva 1999/30/CE, gli Stati Membri dell’Unione Europea devono ottenere informazioni circa la concentrazione di PM2.5 a livello locale. Pertanto, l’acquisizione e la valutazione dei dati di PM2.5 e sul PM10 nelle zone più industrializzate e popolate del Nord Italia può dare un grande contributo sia a fini legislativi che ambientali. Per aggiornare e completare le precedenti indagini, una campagna di misurazioni su campioni giornalieri di PM10 e PM2.5, facente parte del progetto PARFIL (PARticolato atmosferico Fine Lombardia), è stata effettuata in diverse zone in Lombardia dal 2005 al 2007. Questo progetto, finanziato dalle autorità regionali lombarde, ha lo scopo di fornire un conoscenza dettagliata sui valori del PM in Lombardia effettuando campionamenti sistematici a lungo termine di PM2.5 e PM10 in diverse aree della regione (urbane, trafficate, rurali e zone remote). Lo scopo principale è stato quello di completare gli studi esistenti in alcune aree con ulteriori indagini, e di condurre campionamenti in aree dove non erano mai state effettuate prima. PARFIL è stato implementato dalle Autorità Regionali, coordinato dall’Agenzia Regionale per l’Ambiente (ARPA Lombardia) e sviluppato dalle Università e dai centri di ricerca presenti nella regione. Questa tesi usa una parte dei dati acquisiti con il progetto PARFIL, concentrandosi sulle pìu rilevanti specie carboniose nel PM, carbonio organico (OC) e carbonio elementare (EC), comparandone i livelli tra le differenti aree, analizzandone la variabilità spaziale e temporale, valutandone la ripartizione tra i differenti tagli granulometrici del PM (frazione grossolana e frazione fine), e studiando il rapporto OC/EC utile per suddividere l’OC totale tra OC di origine primaria, ovvero direttamente rilasciato in atmosfera dalle sorgenti di emissione, ed OC secondario, che ha origine da processi di trasformazione chimico/fisica in atmosfera.