Implementing Methodologies and Practices to Reduce air pollution Of

the subway enVironmEnt

01/10/2014 - 31/03/2018

Coordinador: Consejo Superior de Investigaciones Científicas (611.526 €)

Miembros asociados: Ferrocarril Metropolita de Barcelona, S.A (76.063 €) Transports de Barcelona, S.A (25.038 €)

El objetivo del proyecto es proporcionar a las autoridades de transporte de los países europeos las

medidas/estrategias adecuadas para reducir las concentraciones de material particulado (PM), y sus

componentes químicos, en el aire del metro.

PARTICIPANTES

CALENDARIO

El metro transporta > 100 millones de pasajeros al día en el mundo

Las concentraciones de PM10 en los andenes pueden ser más elevadas que los 50 µg/m3 permitidos en el exterior (no hay legislación)

La composición química de este PM es muy diferente del PM en el ambiente exterior.

¿POR QUÉ ESTUDIAR EL AIRE EN EL METRO?

Barcelona 18-186 µg/m3 (12-99 µg/m3 L9)

Barcelona 17-99 µg/m3 (11-18 µg/m3 L9)

Ruedas, railes Fe, Mn, Cr

Frenos Ba, Cu, Sb, As

Catenaria Cu, Zn, Pb, C

+ resuspension

Calle Na, K, NO3, SO4, V, C, etc

Escobillas electricas Carbono

Balasto, cemento Al, Si, Ca, etc

FUENTES DE PM EN EL AIRE DEL METRO

Diseño de la estación: vía única / doble, puntos de acceso, la profundidad, los sistemas de ventilación, sistemas andén cerrado

Diseño de tren: frenos, ruedas, aire acondicionado, catenaria … Frecuencia de los trenes y el efecto pistón El número de pasajeros La contaminación por el aire exterior de la ciudad

VARIABLES

METODOLOGIA Y PLAN DE TRABAJO

METODOLOGIA Y PLAN DE TRABAJO

METODOLOGIA Y PLAN DE TRABAJO

November 2011 11

Balasto (1), Cable catenaria (1),

Escobillas (1), Pantógrafos (3),

Frenos (4), Carril (2),

Ruedas (5)

COMPOSICION QUIMICA PIEZAS

Es necesario determinar las fuentes de PM y su contribución a la calidad del aire en andenes y trenes para poder reducir su impacto.

Pruebas de estrategias de mitigación: Actividades en el túnel, Cambios en régimen de ventilación, Efecto y practicabilidad de aplicar un producto

antiresuspensión al balasto antes de su colocación,

Estrategias de mitigación para emisiones de componentes específicos (frenos, railes, catenarias).

November 2011 13

November 2011 14

SAGRERA L5

November 2011 15

Obras en el tunel, desmonte rail: ·Corte de rail y traslado ·Nivelación de balasto ·Colocación nuevo rail y traviesas ·Soldadura conexiones eléctricas ·Adición y nivelación de nuevo balasto (maquinaria gasolina y diesel)

PM

2.5

(µg

m-3

)C

O(p

pm

)N

0.3-

10(#

cm

-3)

CO

2 (p

pm

)

DESMONTE RAIL

SAGRERA L5

November 2011

Concentraciones durante las horas de obras (1:00-4:00h CET), comparando periodos antes y durante

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

PM

2.5

(µgm

-3)

Date-Hour (UTC)

75%

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

dN

0.3

-10/d

log

Dp

Date-Hour (UTC)

70%

0

1

2

3

4

5

6

CO

(p

pm

)

Date-Hour (UTC)

84%

60%

SAGRERA L5

1 2

0500

1000

1500

2000

2500

N0.3-10 (# cm-3)

Before works During works1 2

020

40

60

80

Before works During works

PM2.5 (µg m-3)

1 2

0.0

00.0

50.1

00.1

50.2

00.2

5

Before works During works

CO (ppm)

1 2

0500

1000

1500

2000

2500

N0.3-10 (# cm-3)

Before works During works1 2

020

40

60

80

Before works During works

PM2.5 (µg m-3)

1 2

0.0

00.0

50.1

00.1

50.2

00.2

5

Before works During works

CO (ppm)

1 2

0500

1000

1500

2000

2500

N0.3-10 (# cm-3)

Before works During works1 2

020

40

60

80

Before works During works

PM2.5 (µg m-3)

1 2

0.0

00.0

50.1

00.1

50.2

00.2

5

Before works During works

CO (ppm)

November 2011 17

SAGRERA L5

Valores medios Días afectados por obras (05-24h)

PM2.5 N0.3-10 CO

Antes obras 36 1173 0,03 Durante obras: 42 1185 0,08

Transporte material 43 1198 0,10 Desmonte de rail 52 1453 0,10 Instalación nuevo rail 35 903 0,12 Soldadura 42 1204 0,07 Transporte material+desmonte rail 34 867 0,13 Soldadura + desmonte rail 63 1832 0,07

Transp. material+inst. rail+soldadura 41 1036 0,02 Instalación rail + soldadura 41 1092 0,19

November 2011 18

Antes

obras

Durante

obras

Media Media

PM2.5 (µgm-3) 34 43

N0.3-10 (# cm-3) 1129 1211

CO2 (ppm) 479 501

CO (ppm) <0,1 0.1

T (°C) 17 20

HR (%) 34 41

SAGRERA L5

Valores medios Días afectados por obras (05-24h)

PM2.5 N0.3-10 CO

Antes obras 36 1173 0,03 Durante obras: 42 1185 0,08

Transporte material 43 1198 0,10 Desmonte de rail 52 1453 0,10 Instalación nuevo rail 35 903 0,12 Soldadura 42 1204 0,07 Transporte material+desmonte rail 34 867 0,13 Soldadura + desmonte rail 63 1832 0,07

Transp. material+inst. rail+soldadura 41 1036 0,02 Instalación rail + soldadura 41 1092 0,19

CAMPAÑA COMPLETA

26% PM2,5, 7% N0,3-10

November 2011 19

PM2.5 Al2O3 Fe2O3 TiO2 K2O P2O5 CuO MnO ZnO Cr2O3 TC SO42- NO3

- Cl- NH4+

Sin obras 85 1.17 44.4 0.06 0.3 0.07 0.17 0.32 0.34 0.05 15.8 2.4 0.7 0.3 0.4

Obras 107 2.18 58.1 0.09 0.5 0.09 0.23 0.42 0.41 0.06 19.8 2.9 0.7 0.1 0.6

% inc. 26 86 31 50 82 29 35 31 21 20 25 22 -1 -56 32

Li V Co Ni As Se Rb Sr Zr Cd Sn Sb La Ce Pb Bi U

Sin obras 0.7 6.5 1.9 19 2.1 0.3 0.8 36 17 0.1 10 2.0 0.4 0.8 7.5 0.2 <0.1

Obras 1.1 8.7 2.1 25 2.5 0.3 1.6 44 16 0.1 10 1.9 0.5 1.1 9.2 0.3 0.1

% inc. 57 34 11 32 19 - 100 22 -6 - - -5 25 38 23 50 -

SAGRERA L5

November 2011 20

Localización PM2.5 Al2O3 Fe2O3 TiO2 K2O P2O5 CuO MnO ZnO Cr2O3 TC

Transporte material 16 51 5 33 28 67 27 9 8 0 23

Sag-Cong

Desmonte rail 24 67 25 33 16 67 36 27 8 100 26

Instalación nuevo rail 3 26 9 0 -16 17 45 27 25 100 -19

Soldadura 24 56 20 33 20 33 45 27 17 100 -4

Cam-Sag

Desmonte rail 39 53 27 0 32 67 36 27 17 100 34

Instalación nuevo rail 26 79 37 33 20 33 55 55 0 100 -3

Soldadura 26 86 11 67 4 67 18 18 0 100 15

Li V Co Ni As Se Rb Sr Zr Cd Sn Sb La Ce Pb

Transporte material 100 42 17 11 -9 0 25 19 0 0 4 2 25 10 3

Sag-Cong

Desmonte rail 100 21 50 27 0 0 50 37 4 100 17 46 25 10 35

Instalación nuevo rail 100 -42 17 40 0 100 0 22 2 0 12 -7 0 0 -12

Soldadura 150 -4 33 42 9 200 50 37 3 0 6 2 25 0 0

Cam-Sag

Desmonte rail 150 88 50 45 9 100 50 59 1 100 37 26 25 20 21

Instalación nuevo rail 200 -8 67 91 9 100 50 52 2 0 30 2 25 20 -3

Soldadura 350 75 100 56 0 100 25 56 5 0 -25 7 25 10 -39

SAGRERA L5

PORCENTAJE INCREMENTO

November 2011 21

Localización PM2.5 Al2O3 Fe2O3 TiO2 K2O P2O5 CuO MnO ZnO Cr2O3 TC

Transporte material 16 51 5 33 28 67 27 9 8 0 23

Sag-Cong

Desmonte rail 24 67 25 33 16 67 36 27 8 100 26

Instalación nuevo rail 3 26 9 0 -16 17 45 27 25 100 -19

Soldadura 24 56 20 33 20 33 45 27 17 100 -4

Cam-Sag

Desmonte rail 39 53 27 0 32 67 36 27 17 100 34

Instalación nuevo rail 26 79 37 33 20 33 55 55 0 100 -3

Soldadura 26 86 11 67 4 67 18 18 0 100 15

Li V Co Ni As Se Rb Sr Zr Cd Sn Sb La Ce Pb

Transporte material 100 42 17 11 -9 0 25 19 0 0 4 2 25 10 3

Sag-Cong

Desmonte rail 100 21 50 27 0 0 50 37 4 100 17 46 25 10 35

Instalación nuevo rail 100 -42 17 40 0 100 0 22 2 0 12 -7 0 0 -12

Soldadura 150 -4 33 42 9 200 50 37 3 0 6 2 25 0 0

Cam-Sag

Desmonte rail 150 88 50 45 9 100 50 59 1 100 37 26 25 20 21

Instalación nuevo rail 200 -8 67 91 9 100 50 52 2 0 30 2 25 20 -3

Soldadura 350 75 100 56 0 100 25 56 5 0 -25 7 25 10 -39

SAGRERA L5

PORCENTAJE INCREMENTO

Incremento > 50% Transporte: Al, P, Li, Mo Desmonte rail: Al, P, Cr, Li, V, Co, Se, Rb, Sr, Mo, Cd Nuevo rail: Al, Cu, Mn, Cr, Li, Se, Mo, Co, Ni, Rb, Sr Soldadura: Al, Ti, P, Cr, Li, Se, Rb, Mo, V, Co, Ni, Sr, Mo

November 2011 22

PALAU REIAL y MARIA CRISTINA L3

November 2011

PM

2.5

(µg

m-3

)CO

(pp

m)

N0.

3-10

(# c

m-3

)CO

2 (p

pm

)

PM

2.5

(µg

m-3

)C

O(p

pm

)N

0.3

-10

(# c

m-3

)C

O2

(pp

m)

MARIA CRISTINA PALAU REIAL

APORTACION BALASTO

No activity

Addition of

ballast/Track

tamping

No activity

Addition of

ballast/Track

tamping

PM2.5 (µgm-3)

N0.3-10 (#cm-3

)

CO (ppm)

CO2 (ppm)

a) PALAU REIAL b) MARIA CRISTINA

579

7680.3

111.3

0

50

100

150

0 1factor(type)

CO

2(p

pm

)

764

761684.5

2245.8

0

1000

2000

3000

0 1factor(type)

CO

2(p

pm

)

708

730.08

0.16

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 1factor(type)

CO

2(p

pm

)

727 76449.96 460.48

400

450

500

550

600

0 1factor(type)

CO

2(p

pm

)

529 6260.95 61.9

0

50

100

150

0 1factor(type)

CO

2(p

pm

)

560 62

1290.98 1322.39

0

1000

2000

3000

0 1factor(type)

CO

2(p

pm

)

PALAU REIAL y MARIA CRISTINA CON AGUA CON POLIMERO

05-24h

39%

100%

33%

38%

No activity

Addition of

ballast/Track

tamping

No activity

Addition of

ballast/Track

tamping

PM2.5 (µgm-3)

N0.3-10 (#cm-3

)

CO (ppm)

CO2 (ppm)

a) PALAU REIAL b) MARIA CRISTINA

579

7680.3

111.3

0

50

100

150

0 1factor(type)

CO

2(p

pm

)

764

761684.5

2245.8

0

1000

2000

3000

0 1factor(type)

CO

2(p

pm

)

708

730.08

0.16

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 1factor(type)

CO

2(p

pm

)

727 76449.96 460.48

400

450

500

550

600

0 1factor(type)

CO

2(p

pm

)

529 6260.95 61.9

0

50

100

150

0 1factor(type)

CO

2(p

pm

)

560 62

1290.98 1322.39

0

1000

2000

3000

0 1factor(type)

CO

2(p

pm

)

PALAU REIAL y MARIA CRISTINA CON AGUA CON POLIMERO

05-24h

39%

100%

33%

38%

November 2011 26

TARRAGONA L3

November 2011

CAMBIO VENTILACION

Setmana 1 Del 10-17.06.2015

Setmana 2 Del 17-24.06.2015

Setmana 3 Del 24.06-01.07.2015

DIA NIT DIA NIT DIA NIT

IMP RÀPIDA ATURADA EXT RÀPIDA ATURADA IMP RÀPIDA ATURADA

November 2011

Ventilación Extracción> Impulsión

Diferencia (%) p-value

PM2.5 18% <0.001

N0.3-10 22% <0.001

CO -1% >0.1

CO2 10% <0.001

172

133

62.49

77.15

0

50

100

150

1 2factor(type)

PM

2.5(µgm

3)

289

145

1339.82

1713.48

0

1000

2000

3000

1 2factor(type)

N0

.31

0(#

cm

3)

190 133

0.11 0.11

0.0

0.1

0.2

0.3

1 2factor(type)

CO

(p

pm

)

200

133

479.75

529.17

400

500

600

1 2factor(type)

CO

2(p

pm

)

4335

55.3968.22

0

50

100

150

1 2factor(type)

PM

2.5(µgm

3)

4534

0.10.12

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

1 2factor(type)

CO

(pp

m)

50

35

467.04

495.14

400

450

500

550

600

1 2factor(type)

CO

2(p

pm

)

70 35

1208.78 1476.491000

2000

3000

4000

1 2factor(type)

N0

.31

0(#

cm

3)

05-24h 24-05h (ventilación cerrada)

CAMBIO VENTILACION (1: impulsión, 2: extracción)

November 2011 29

• De acuerdo a esta campaña las concentraciones de PM aumentaron en el aire de la estación cuando se variaron las condiciones de ventilación en cerca de un 20%.

• Este incremento se observó inmediatamente despues del cambio de ventilación.

• Los niveles no continuaron ascendiendo durante la semana.

• Los cambios de ventilacion no afectaron claramente la calidad del aire en la estación durante la noche .

• Con estos resultados la ventilación por impulsión de aire exterior se recomienda sobre la extracción de aire del interior del metro.

• Se está llevando a cabo una segunda prueba en la misma estación en condiciones de invierno para corroborar los resultados obtenidos.

CAMBIO VENTILACION

November 2011 30

Obras tunel Balasto + agua Balasto + polímero Cambio ventilación

Sagrera Palau Reial Maria Cristina Tarragona

Aumento (%) Aumento (%) Aumento(%) Aumento (%)

PM2.5 17% 28% 2% 18%

N0.3-10 7% 25% 2% 22%

CO 22% 50% 27% --

CO2 10% 2% 0.2% 10

Aumento en concentraciones medias en el horario de 5-24h

RESUMEN MEDICIONES ANDENES

November 2011

Localización

equipo

Fecha cambio

filtro AA

Días filtro

AA

TREN 1 02/04/2015

05/05/2015

33 days

59 days

TREN 2 10/06/2015 90 days

INTERIOR DE TRENES L3

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

PM

2.5

(µg

m-3

)

Tren 1 (1 mes)

Tren 1 (2 meses)

Tren 2 (3 meses)

November 2011 32

0

50

100

150

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33Number of days since the filters replacement

PM

2.5(µgm

3)

0

50

100

150

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 131415 161718 192021 222324 2526 272829 303435 363738 394041 424344 454647 4849 505152 535455 565758 59Number of days since the filters replacement

PM

2.5(µgm

3)

0

25

50

75

100

125

30313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646568697071727374757677787980818283848586878990919293949596

Number of days since the filters replacements

PM

2.5(µgm

-3)

INTERIOR DE TRENES L3

0

10

20

30

40

50

60

70

0 3 6 9 12151821 0 3 6 9 12151821 0 3 6 9 12151821 0 3 6 9 12151821 0 3 6 9 12151821 0 3 6 9 12151821 0 3 6 9 12151821

Monday Tuesday Wednesday Thursday Friday Saturday Sunday

PM

2.5

(µg

m-3

)

0

10

20

30

40

50

60

70

0 3 6 9 12151821 0 3 6 9 12151821 0 3 6 9 12151821 0 3 6 9 12151821 0 3 6 9 12151821 0 3 6 9 12151821 0 3 6 9 12151821

Monday Tuesday Wednesday Thursday Friday Saturday Sunday

PM

2.5

(µg

m-3

)

Tren 1

Tren 2

CICLO HORARIO

November 2011 33

INTERIOR DE TRENES L3

• Las concentraciones de PM2.5 dentro de los trenes de la L3 fueron un 30-50% más bajas que las medidas simultáneamente en andenes de estaciones de la misma línea.

• Los niveles de PM2.5 medidos dentro del tren fueron c. 20% más elevados durante los dias laborales, mostrando que la frecuencia de trenes influye en las concentraciones de PM del metro.

• Los picos en concentraciones registrados están relaccionados con actividades nocturnas cuando el tren está en la cochera (e.g. tipos de limpieza incluyendo graffiti, limpieza con aire comprimido, etc.)

• No se observa una diferencia apreciable en los niveles de PM2.5 después de que el filtro de AA ha estado funcionando hasta 3 meses indicando que, al menos en términos de calidad del aire , no sería necesario cambiar estos filtros mensulamente como se hace ahora.

November 2011 34

TAREAS/ACCIONES A REALIZAR

Seguimiento del impacto de las acciones del proyecto (obligatorias) • C1 Effectiveness of the project actions compared to initial situation. • C2 Assessment of the socio-economic impact of the project due to improved air quality.

Acciones de comunicación y diseminación (obligatorias) • D1 A Project website. • D2 LIFE+ Information boards. • D3 Dissemination of project results (project website, media/press releases, workshops/conferences, technical guides, brochures/articles scientific journals, Open forum). • D4 Production of Layman's Report, targeted at general public & political decision-makers.

36 http://improve-life.eu/

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• Factors controlling air quality in different European subway systems. Environmental Research 2016: 46, 35–46

• Origin of inorganic and organic components of PM2.5 in subway stations of Barcelona, Spain. Environmental Pollution 2016: 208, 125-136

• Urban Air Quality comparison for bus, tram, subway and pedestrian commutes in Barcelona. Environmental Research 2015: 142, 495–510

• Deposition of aerosol particles from a subway microenvironment in the human respiratory tract. Journal of Aerosol Science 2015: 90, 103-113.

• Exposure to airborne PM in the subway system. Science of Total Environment 2015: 511, 711–722 • A new look at inhalable metalliferous airborne particles on rail subway platforms. Science of the

Total Environment 2015: 505, 367–375 • Subway platform air quality: assessing the influences of tunnel ventilation, train “piston effect”

and station design. Atmospheric Environment 2014: 92, 461-468

• COST Action TD1105 EuNetAir, Third Scientific Meeting. Istanbul, TURQUIA. Diciembre 2014. • 2015 SETAC Europe, 25th Annual Meeting (Barcelona, ESPAÑA, Mayo 2015). • 1st International Conference on Transport and Health (Londres, REINO UNIDO Julio 2015). • 2015 European Aerosol Conference (Milan, ITALIA, Septiembre 2015).

PUBLICACIONES CIENTIFICAS Y CONFERENCIAS

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CUESTIONARIOS

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November 2011 42

November 2011

1. PM concentrations

3. Black carbon

5. PM2,5

sampler chemistry

4. CO, CO2, Temp, RH.

6. GPS

2. Nanoparticles number

November 2011

1 km

A

B

CSIC

La Rambla

Sants

L’Eixample INNER CITY GRIDPLAN

Francesc Macia

Palau Reial

Bus

Tram + walking Metro

METRO TRAM BUS (DIESEL)

N0.3-10 2,1 x 104 2,8 x 104 4,6 x 104

Tamaño (nm) 91 67 63

CO 0,9 0,5 1,0

CO2 631 660 674

BC -- 3,0 5,1