Study on ambient concentrations of air quality parameters - Integrated ...

13 downloads 52 Views 208KB Size Report
Study on ambient concentrations of air quality parameters (O3, SO2, CO .... Iraqi deserts and covers west and south (Fars province) of the country for months.
INTERNATIONAL JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCES   Volume 1, No 7, 2011  © Copyright 2010 All rights reserved Integrated Publishing Association  Research article 

ISSN   0976 – 4402 

Study on ambient concentrations of air quality parameters (O3, SO 2, CO  and PM10) in different months in Shiraz city, Iran  Mansouri.B 1 , Hoshyari.E 1 , Mansouri.A 2  1­ Department of Environmental Sciences, Faculty of Agriculture,  University of Birjand, Birjand, Iran  2­ Faculty of Agriculture, University of Kurdistan, Kurdistan, Iran  [email protected] 

ABSTRACT  More pollutants in the air influence on human health. The air pollutants emission problem has  received a lot of public attentions and academic researchers in the past decades. The objective  of  this  study  is  to  investigate  of  monthly  variations  of  ozone  (O3),  sulphur  dioxide  (SO2),  carbon monoxide (CO) and particulate matter (PM10) in Shiraz city, Iran. For this reason, data  of  mean  monthly  air  pollutants  from  two  stations  of  pollution  monitoring  stations  were  analyzed. The concentrations of these parameters were monitored by continuous monitoring  equipment  for  a  period of  four  years  (from  2006  to  2009).  There  were  significant  monthly  variations  in  concentrations  of  air  quality  parameters.  Results  showed  that  mean  monthly  concentration  CO  and  PM10  were  higher  at  station  2  than  station  1,  and  also  that  concentration  PM10  in  warm  seasons  was  higher  than  cold  seasons.  The  air  quality  monitoring  data  collected  in  city  center  of  Shiraz  showed  seasonal  variations  for  sulphur  dioxide (SO2), carbon monoxide (CO) and PM10  concentrations.  Keywords:  Air  quality  parameters,  air  pollution,  Shiraz  City,  monthly  variations,  human  health  1. Introduction  Quality of the air is one of the basic indicators of the overall quality of the environment. Air  pollution  has  become  a  local as  well  as  a  regional  issue  of big  cities, industrial  centers  and  surroundings of transport routes, especially roads and highway (Hrdlickova et al., 2008). The  increasing  development  of  human  activities  has  given  rise  to  a  significant  increase  in  atmospheric  pollutants  which  may  have  an  impact  on  human  health  (Atash,  2007).  Many  developing  countries  have  experienced  a  progressive  degradation  in  air  quality  as  a  consequence of rapid development over the last three decades (Agrawal et al., 2003). In the  cities of developing countries, the environmental  problems are much greater, because of the  overwhelming scale and speed of urbanization (Atash, 2007).  In particular, the levels of air  pollutants are increasing rapidly in urban areas in many mega cities of the developing world  (Agrawal et al., 2003). It is well known that air pollution can harm human health (Zhang et  al., 2007). The increased risks were observed mainly for the population exposed to urban air  which is affected predominantly by traffic emissions, emissions from household heating and  industries  (Skarek  et  al.,  2007).  Air  pollution  is  one  of  the  most  serious  environmental  problems in Iran, In Iran, urban air pollution is the result of emissions from a multiplicity of  sources,  mainly  stationary,  industrial  and  domestic  fossil  fuel  combustion,  motor  vehicles  emissions and ineffective environmental regulations.

Received on March, 2011Published on May 2011 

1440 

Study on ambient concentrations of air quality parameters (O3, SO2, CO and PM10) in different months 

Adverse effects of air pollution include an increase in cardiovascular and respiratory deaths  among  elderly  people  as  well  as  increased  hospital  admissions  for  heart  and  respiratory  diseases  (Harrabi  et  al.,  20006).  A  large  number  of  recent  epidemiological  studies  have  observed  a  negative  impact  of  ambient  particle  concentrations  on  human  health  including  increases in respiratory symptoms and diseases (Franchini and Mannucci, 2007), hospital and  emergency  department  admissions  (Chen  et  al.,  2007)  and  mortality  (Qian  et  al.,  2007).  Adverse effects of air pollution on human health and a close relationship between the levels  of air pollution and increased frequencies of certain diseases have been proved by numerous  epidemiological  studies  (Skarek  et  al.,  2007).  Over  the  past  decade,  many  epidemiologic  studies have found associations between ambient air pollutant levels and non­accidental daily  total  mortality  (Yang  et  al.,  2004).  Researchers  have  reported  associations  between  chronic  exposure  to  traffic  and  adverse  cardiovascular  health  effects  including  hypertension,  myocardial infarction, stroke, atherosclerosis, heart disease, and mortality (Allen et al., 2009).  There  is  good  evidence  of  the  relationship  between  urban  air  pollution  and  morbidity  and  mortality  and  that  children  may  be  especially  susceptible  to  the  effects  of  air  pollution,  especially particulate pollution (Jalaludin et al., 2004). There is an  increasing  interest  in the  impact that chronic exposure to ambient air pollution has upon both cardiac and respiratory  health  (Wheeler et  al., 2008).  In  clinical  studies,  ozone  (O3),  sulphur dioxide  (SO2),  carbon  monoxide  (CO)  and  dust  have  been  shown  to  exacerbate  asthma,  primarily  by  augmenting  airway  inflammation  (Wilson  et  al.,  2004).  The  objective  of  this  paper  is  to  investigate  of  monthly  variations  of ozone  (O3),  sulphur dioxide  (SO2), carbon  monoxide  (CO)  and  PM10  and their trends in Shiraz city, Iran.  2. Materials and Method  2.1 Site Description  Shiraz  is  the  capital  city  of  Fars  Province,  located  in  the  south  of  Iran.  Its  latitude  and  longitude coordinates are from 29° 37' N and 52° 32' E, respectively. It  has a moderate and  mountainous climate. Its average rainfall is 335 mm and unevenly distributed throughout the  year.  Shiraz  experiences  rather  cold  winters  and  there  are  usually  rainfalls  in  autumn  (Nov  and Dec), winter (Jan, Feb and Mar) and spring (Apr and May), with the highest in Feb and  Mar. Summer in Shiraz is fairly hot. The height of Shiraz city is 1486 m above sea level. The  average  annual  temperature  is  18  ºC  with  the  warmest  month  in  Jul  (high  average 38.1  ºC)  and the coldest in Jan (low average 0.7 ºC). The sunlight of the month is 109 h. The average  annual wind is 13 m/s.  2.2 Methods  An  air  quality  monitoring  station  has  been  established  in Shiraz  city  by  the  Environmental  Protection  Agency  (EPA)  of  Iran.  It  is  a  continuous  air  quality  monitoring  station  in  the  Shiraz.  It  2s  located  in  the  city  centre  with  high  traffic.  The monitoring  stations  were  fully  automated  and  provided  daily  readings  of  ozone  (O3),  sulphur  dioxide  (SO2),  carbon  monoxide  (CO)  and  PM10.  The  concentrations  of  these  parameters  were  monitored  by  continuous monitoring equipment (UV absorption O3  analyser­model 400A, fluorescent SO2  analyser­model 100A, gas filter correlation CO analyser­model 300). The inlets of sampling  are located approximately 5 m above the ground at station.  One­way  analysis  of  variance  (ANOVA)  was  used  to  evaluate  differences  between  the  air  quality parameters (O3, SO2, CO and dust) of the city centre of Shiraz (period of four years),  by  Turkey’s  Honest.  Pearson’s  correlation  coefficients  (r)  were  used  when  calculating Mansouri .B, Hoshyari .E, Mansouri. A  International Journal of Environmental Sciences Volume 1 No.7, 2011 

1441 

Study on ambient concentrations of air quality parameters (O3, SO2, CO and PM10) in different months 

correlations  among  these  parameters.  These  are  because  of  normalization  of  data.  Data  analyses were carried out using the statistical package SPSS (Release 18).  3. Results and Discussions  While outdoor concentrations have generally fallen in recent decades in the cities of Western  Europe and North America, there have been increases in urban air pollution concentrations in  many  cities  of  Asia,  Africa  and  Latin  America  (Ashmore  and  Dimitroulopoulou,  2009).  In  many cities of developing countries, the levels of air pollutants often exceed toxic limits and  adversely affect human health, vegetation and built cultural heritage (Singh et al., 2005). Air  pollution  has  become one of  the  most  visible  environmental  problems  in  some  city  of  Iran.  Air pollutant sources of Iran classifies into three categories: (1) motor vehicles; (2) factories,  workshops  and power plants;  and  (3) business,  domestic  and  miscellaneous  sources (Atash,  2007.  Motor  vehicles  (traffic)  are  the  major  source  of  air  pollution  in  most  parts  of  Iran.  Another  important  source  of  air  pollutants  in  Iran  is  combustion  of  fuels  for  heating  of  buildings.  Thus,  it  seems  that  air  pollutants  in  the  heating  and  non­heating  seasons  are  different.  Monthly  mean  ozone  (O3),  sulphur  dioxide  (SO2),  carbon  monoxide  (CO)  and  PM10  concentrations at  air quality  monitoring  station  during  2006­2009  is  shown  in  Table  1, 2, 3  and 4. The concentrations of air quality parameters were monthly different in 2006­2009. Air  monitoring conducted in Shiraz has shown that the minimum and maximum O3  concentration  ranged from 0.004 (in Dec) to 0.105 ppm (in Apr), PM10  from 31.72 (in Jan) to 141.02 µg/m 3  (in Jul), SO2  from 0.103 (in Apr) to 0.198 ppm (in Oct), CO from 3.05 (in Oct) to 6.91 ppm  (in  May)  in  2006.  Also,  the  concentrations  of  air  quality  parameters  were  different  in  the  different  month  in  2007.  In  this  year,  the  minimum and  maximum  O3  concentration ranged  from 0.004 (in Jan and Dec) to 0.021 ppm (in Sep), PM10  from 39.84 (in Jan) to 168.14 µg/m 3  (in Jul), SO2  from 0.052 (in Jun) to 2.86 ppm (in Nov), CO from 1.95 (in Oct) to 6.67 ppm (in  Jan). Result has shown that the minimum and maximum O3  concentration ranged from 0.003  (in Nov) to 0.023 ppm (in Jun), PM10  from 35.18 (in Jan) to 227.69 µg/m 3  (in Jul), SO2  from  0.14 (in Nov) to 0.33 ppm (in Sep), CO from 1.59 (in Jun) to 4.8 ppm (in Jul) in 2008. Also  in  2009,  the  minimum  and  maximum  O3  concentration  ranged  from 0.004 (in  Dec)  to  0.03  ppm (in Jul), PM10  from 30.61 (in Jan) to 332.61 µg/m 3  (in Jul), SO2  from 0.009 (in Dec) to  0.171 ppm  (in Jan),  CO from 1.11  (in  Apr)  to 3.48 ppm  (in  Feb). From  the  meteorological  data it is clear that rains were frequent in Jan, Feb, Mar, Apr and Dec, and hence some of the  pollutants including O3 and PM10, showed lower values during these months. In Jun, Jul and  Aug,  however,  O3  formation  increased  with  a  longer  sunshine  period.  In  general,  there  are  many more studies that have reported positive associations between ambient air pollution and  respiratory  symptoms  and  asthma  medication  use.  A  few  studies  have  demonstrated  associations between ozone concentrations and lower respiratory symptoms (Jalaludin et al.,  2004).  Among  various  gaseous  air pollutants,  association  of  ozone  with adverse  respiratory  health  effects  is  well  reported.  Exposure  to  ozone  may  increase  the  allergic  response  to  aeroallergens by increasing the permeability of the airways and also by altering the immune  response to allergens (Parnia et al., 2002; Adhikari et al., 2006). The level of SO2  observed in  the present study is higher to that of Yang et al. (2004), but O3  and CO levels are low. Also,  the  level  of  O3  and  PM10  observed  in  the  present  study  is  higher  to  that  of  Adhikari  et  al.  (2006).  The level  of  CO  observed  in  the  present  study  is  higher  to that  of  Pourmahabadian  and  Mansouri  (2006). The  main  source of  CO  concentration  in  Shiraz  city  is  traffic.  Hence  the  main  force  to  decrease  the  citizens  exposure  to  the  air  pollutants  must  be  focused  on  improving public transportation, traffic and renew the fleet (Pourmahabadian and Mansouri, Mansouri .B, Hoshyari .E, Mansouri. A  International Journal of Environmental Sciences Volume 1 No.7, 2011 

1442 

Study on ambient concentrations of air quality parameters (O3, SO2, CO and PM10) in different months 

2006).  Dust  is  an  exception  among  these  parameters,  because  the  dust  originates  from  the  Iraqi deserts and covers west and south (Fars province) of the country for months. One of the  most  important  issues  regarding  the  dust  is  that  the  government  of  Iran  cannot  restrict  the  arrival  of  it  to  Iran.  When  dust  arrives  to  Shiraz,  It  is  not  possible  to  see  anything  for  a  distance of over 200­300 meters, showing the problem is not easy to remedy.  Table 1: Mean pollutant concentrations during different seasons at different sites in Shiraz  city  2006 (S1)  2006 (S2)  Month  Season  O3  PM10  SO2  CO  O3  PM10  SO2  CO  ppm  ppm  µg/m 3  ppm  ppm  ppm  µg/m 3  ppm  0.011  31.72  0.131  3.72  0.005  52.22  0.173  5.41  Winter  Jan  5.3  Feb  0.012  35.32  0.111  3.78  0.01  70.71  0.185  53.9  0.158  5.27  Mar  0.016  46.71  0.124  3.39  0.01  6.87  Spring  Apr  0.021  37.13  0.103  3.21  0.105  58.49  0.145  6.91  May  0.023  59.76  0.125  3.33  0.014  87.81  0.15  0.029  42.98  0.137  3.24  0.017  99.04  0.154  6.42  Jun  0.03  61.6  0.151  3.28  0.017  141.02  0.147  6.5  Summer  Jul  5.99  Aug  0.024  53.3  0.166  3.47  0.016  98.26  0.152  6.21  Sep  0.021  45.09  0.182  3.38  0.012  89.74  0.167  Autumn  Oct  0.016  44.29  0.198  3.05  0.008  92.09  0.187  5.71  6.41  Nov  0.011  37.78  0.188  3.4  0.005  83.06  0.189  5.59  Dec  0.009  46.78  0.175  3.2  0.004  96.07  0.174  Overall  mean  (±SD) 

0.018  45.21  0.14  3.37  0.018  85.2  0.16  (0.007)  (9.3)  (0.03)  (0.2)  (0.02)  (24.6)  (0.01) 

6.04  (0.5) 

Table 2: Mean pollutant concentrations during different seasons at different sites in Shiraz  city  Season  Winter 

Spring 

Summer 

Autumn 

Overall  mean  (±SD) 

Month  O3  ppm  Jan  0.008  Feb  0.008  Mar  0.009  Apr  0.008  May  0.009  Jun  0.008  Jul  0.016  Aug  0.02  Sep  0.021  Oct  0.015  Nov  0.009  Dec  0.008  0.011  (0.004) 

2007 (S1)  PM10  SO2  µg/m 3  ppm  41.43  0.261  40.3  0.256  39.89  0.271  69.98  0.098  71.32  0.054  74.69  0.052  79.65  0.134  56.75  0.181  55.77  0.253  52.82  0.277  48.13  0.286  44.73  0.242  56.2  0.197  (14.3)  (0.08) 

2007 (S2)  CO  O3  PM10  SO2  ppm  ppm  µg/m 3  ppm  0.004  39.84  0.136  3.6  3.19  0.012  49.64  0.15  53.9  0.158  3.19  0.012  2.17  0.009  74.58  0.164  2.18  0.015  77.78  0.173  2.62  0.015  112.4  0.175  2.22  0.016  168.14  0.162  1.99  0.016  98.35  0.172  0.013  99.03  0.204  2.2  1.95  0.009  105.98  0.234  2.31  0.005  98.02  0.235  2.26  0.004  87.95  0.217  2.49  0.011  88.8  0.181  (0.5)  (0.004)  (34.2)  (0.03) 

Mansouri .B, Hoshyari .E, Mansouri. A  International Journal of Environmental Sciences Volume 1 No.7, 2011 

CO  ppm  6.67  6.5  5.27  6.51  6.02  5.61  4.92  4.39  4.87  4.37  5.5  4.86  5.45  (0.8)

1443 

Study on ambient concentrations of air quality parameters (O3, SO2, CO and PM10) in different months 

Table 3: Mean pollutant concentrations during different seasons at different sites in Shiraz  city  Season  Winter 

Spring 

Summer 

Autumn 

Overall  mean  (±SD) 

Month  O3  ppm  0.009  Jan  0.011  Feb  0.011  Mar  0.019  Apr  May  0.018  0.023  Jun  0.022  Jul  0.021  Aug  0.014  Sep  0.009  Oct  0.003  Nov  0.004  Dec 

2008 (S1)  PM10  SO2  µg/m 3  ppm  35.18  0.21  52.3  0.23  52.3  0.23  97.99  0.25  94.28  0.24  110.99  0.23  131.06  0.24  67.45  0.25  91.88  0.26  52.07  0.25  32.27  0.14  38.87  0.21 

CO  ppm  1.99  1.96  1.95  1.96  1.85  1.59  1.8  1.93  1.63  1.79  1.72  2.06 

O3  ppm  0.007  0.008  0.009  0.013  0.011  0.012  0.014  0.011  0.011  0.007  0.005  0.006 

2008 (S2)  PM10  SO2  µg/m 3  ppm  64.61  0.21  91.78  0.22  99.87  0.25  146.32  0.29  165.44  0.28  194.31  0.27  227.69  0.3  115.44  0.31  152.14  0.33  100.11  0.19  83.34  0.16  91.38  0.18 

0.013  71.38  0.22  1.85  0.009  127.7  (0.006)  (32.7)  (0.03)  (0.1)  (0.002)  (49.5) 

0.24  (0.05) 

CO  ppm  4.15  4.1  4.13  4.58  4.51  4.54  4.8  4.13  3.52  4.36  3.79  4.15  4.23  (0.3) 

Table  4:  Mean  pollutant  concentrations  during  different  seasons  at  different  sites  in  Shiraz  city  Season  Winter 

Spring 

Summer 

Autumn 

Overall  mean  (±SD) 

2009 (S1)  PM10  SO2  CO  O3  µg/m 3  ppm  ppm  ppm  30.61  0.138  1.61  0.006  65.31  0.068  1.66  0.008  78.2  0.121  1.35  0.012  69.39  0.119  1.11  0.014  66.88  0.139  1.36  0.019  73.57  0.142  1.32  0.024  156.25  0.151  1.37  0.02  93.89  0.151  1.39  0.016  112.56  0.153  1.3  0.012  50.98  0.167  1.22  0.01  33.94  0.014  2.88  0.009  34.48  0.009  3.3  0.004  0.11  1.65  0.11  72.17  0.012  (0.05  (0.69  (0.05)  (36.1)  (0.006)  )  ) 

Mont  O3  h  ppm  Jan  0.008  Feb  0.008  Mar  0.013  Apr  0.015  May  0.018  Jun  0.023  Jul  0.03  Aug  0.027  Sep  0.022  Oct  0.02  Nov  0.019  Dec  0.009 

2009 (S2)  PM10  SO2  µg/m 3  ppm  73.68  0.176  142.12  0.063  173.7  0.018  140.71  0.015  154.38  0.018  185.14  0.015  332.61  0.016  214.58  0.016  190.78  0.013  125.03  0.019  80.07  0.01  80.51  0.01  157.7  (71.7) 

0.03  (0.04) 

CO  ppm  3.44  3.48  3.26  3.04  2.55  2.37  2.71  2.75  2.61  2.68  3.28  3.64  2.98  (0.4) 

The correlation coefficients of air quality parameters are shown in Table 5 and 6. There were  significantly negative correlation between SO2  concentrations and the PM10  concentrations (P