Monitoring skażeń powietrza

Przez monitoring środowiska rozumiemy badanie, analizę i ocenę stanu środowiska w celu rejestrowania zachodzących w nim zmian.
Proces generujący degradację środowiska naturalnego jest procesem złożonym, a do jego najważniejszych czynników należą:
· urbanizacja, która ma miejsce na całym świecie i jest procesem nieodwracalnym,
· nowe technologie zwłaszcza te, które są źródłem emisji do atmosfery produktów szkodliwych dla środowiska w wyniku pewnych reakcji,
· intensywna eksploatacja zasobów naturalnych,
· produkcja odpadów deponowanych na wysypiskach powodujących skażenie gleby i wód podziemnych będących źródłem emisji do atmosfery szerokiej gamy szkodliwych gazów,
· katastrofy techniczne i naturalne jak powodzie i huragany mające także przyczyny antropogeniczne,
· rolnictwo oparte w coraz w większym stopniu na chemizacji w celu zwiększenia plonów oraz szerokiego stosowania środków ochrony roślin,
· coraz szersze stosowanie urządzeń i materiałów generujących pole elektrostatyczne, magnetyczne i jonizujące.
W tej sytuacji coraz szerzej stosuje się monitoring ekologiczny powietrza szczególnie w dużych skupiskach ludzkich.
Celem takiego monitoringu skażeń powietrza jest:
rejestracja parametrów określających rzeczywiste skażenie powietrza i porównanie ich ze stężeniami określonymi normami,
rejestracja aktualnych warunków meteorologicznych i przewidywanie ich w najbliższym czasie,
określenie związków przyczynowo-skutkowych uwzględniających źródła i wielkości emisji, kierunki ich napływu uwarunkowane warunkami topograficznymi i meteorologicznymi itp.,
ocena, czy nie zachodzi groźba przekroczenia dopuszczalnych norm i podjęcia pewnych kroków zaradczych, aby do tego nie dopuścić, a także informowanie społeczeństwa o zagrożeniach jeśli nie będzie można im zaradzić i podanie odpowiednich zaleceń organizacyjnych.
Monitoring środowiska może obejmować: zanieczyszczenie powietrza gazami i pyłami, zanieczyszczenia wód i gleb, poziom hałasu, ilość i skład ścieków, wielkość i charakterystykę nagromadzonych opadów oraz szereg innych elementów przyrody ożywionej, stosownie do aktualnych warunków.
Rejestracja parametrów może odbywać się na drodze manualnej i automatycznej.
Monitoring może obejmować także prognozowanie stanu środowiska w określonym czasie. Prognozy te mogą być podstawą do podejmowania decyzji o charakterze administracyjnym, mających na celu ograniczenie stężeń środowiskowych pochodzących z różnych źródeł zagrożeń, tak o charakterze doraźnym jak i długofalowym.
Ograniczenie nadmiernego stężenia szkodliwych gazów i pyłów do atmosfery można uzyskać na drodze:
prawnej,
konsensusu między producentem emisji przekraczających dopuszczalne stężenia, a służbami ochrony środowiska i władzami terenowymi,
tworzenie modeli matematycznych – algorytmów ujmujących współzależność między źródłami emisji i szeregiem innych czynników z wymogami prawnymi,


nakazu administracyjnego władz terenowych jeśli zajdzie taka konieczność.
Przykładem wdrożenia powyższych zasad jest monitoring ekologiczny skażeń powietrza w Krakowie, który funkcjonuje od 1991 r.
Monitoring skażeń powietrza w Krakowie jest o tyle ważny, że nasze województwo znajduje się w jednym z 27 obszarów ekologicznego zagrożenia w Polsce.
System automatycznego monitoringu zanieczyszczeń powietrza składa się z 7 stacji stałych i jednej ruchomej. Pozwala mierzyć stężenie: SO2, NO2, NOx, CO, O3 oraz pyłu zawieszonego (śr. pyłu <10 mm). W 5 stacjach pobiera się także pył zawieszony do analizy chemicznej, a 3 stacje dokonują stałych pomiarów meteorologicznych. W ostatnich latach prowadzi się także rejestrację metali ciężkich takich jak: Fe, Zn, Cu, Pb, Cr, Ni i Cd, a w planach jest także okresowy pomiar dioksyn w okresie zimy .
Aparatura jest darem Stanów Zjednoczonych Ameryki, natomiast organizacja, montaż i uruchomienie sieci jest dziełem krakowskich służb ochrony środowiska.
Stacje zlokalizowano w miejscach starannie wybranych, by uzyskać maksymalnie czytelny obraz skali i pochodzenie zanieczyszczeń. Stacje wspiera stacja mobilna. Pozwala to zmieniać co pewien czas teren badań, a przez to uzyskiwać jeszcze czytelniejszy obraz przestrzenny powstawania i rozchodzenia się zanieczyszczeń.
Poziom zanieczyszczeń powietrza na przestrzeni miesiąca w powiązaniu z najważniejszymi zjawiskami meteorologicznymi jest przekazywany do ogólnej wiadomości.
Stacje automatycznego systemu pomiaru zanieczyszczeń tworzą sieć połączoną modemami z centralnym komputerem, który rejestruje mierzone wartości. Wyniki są następnie analizowane i opracowywane. Uzyskiwane dane pozwalają m.in. prognozować stany zagrożenia smogowego. Sieć automatycznego monitoringu zanieczyszczeń powietrza wspierana jest urządzeniami pomiarowymi Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej, które uzupełniają te badania danymi meteorologicznymi o prędkości i kierunku wiatru, ilości i rodzajach opadów, temperaturze powietrza, występowaniu zjawisk inwersji, ciśnienia, itd.
Dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń powietrza wyrażone w mm/m3 określa się
jako:
- stężenie chwilowe (30 min) – D30

- stężenie średnio dobowe (24 godz.) – D24

- stężenie średnio miesięczne (D24 : ilość dni w m-cu) - Dm

- stężenie średnio roczne (1 rok) – DA.

Dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń powietrza zarówno dla obszaru chronionego tj. miejsca zamieszkania człowieka jak i obszaru specjalnie chronionego, określają normy. Między wartościami powyższych stężeń zachodzi następującą prawidłowość:


D30 > D24 > Dm > DA


Schemat systemu monitoringu - patrz załącznik

Znajomość prognozy pogody oraz algorytmu, tj. pewnego przepisu matematycznego odpowiadającego na pytanie o prawdopodobny stan skażenia powietrza na najbliższą dobę w oparciu o aktualny stan powietrza i znane tendencje środowiskowe pozwalają na odpowiedź o spodziewanym poziomie skażenia powietrza.
W wyniku porównania spodziewanego skażenia powietrza z dopuszczalną normą, centralny komputer daje odpowiedź czy skażenie to jest w normie, czy też jest w zakresie stanu ostrzegawczego lub alarmowego. Jest to podstawą do wydania ewentualnych decyzji administracyjnych jak np. ograniczenie ruchu kołowego, wstrzymanie produkcji we wskazanych zakładach, wprowadzenie zmiany technologii, zmiany gatunków paliw itp., a także ochrony mieszkańców, szczególnie dzieci, przez zamykanie żłobków, przedszkoli, szkół, pozostawienie w domach pewnych grup ludności (ludzi starych, chorych), ewakuacja itp.
Informacja o prawdopodobnym przekroczeniu dopuszczalnych norm jest podstawą do podjęcia pewnych kroków organizacyjnych, aby do tego nie dopuścić.
Działania zarówno doraźne jak i długofalowe wynikające z proekologicznej polityki przedsiębiorstw i innych przedsięwzięć organizacyjnych, mają swoje źródło także w monitoringu skażeń powietrza.
Pozytywnym przykładem ustępowania ponadnormatywnych stężeń jest udział w powietrzu dwutlenku siarki. Rok 1997 należy odnotować jako historyczną datę – nareszcie po wielu latach w Krakowie została dotrzymana norma średnioroczna wynosząca 32 mg/m3. Obserwując korzystny spadek koncentracji tego zanieczyszczenia należy przypuszczać, że nowe, aktualnie obowiązujące normy nie będą przekraczane.
Norma średnioroczna dla dwutlenku azotu jest przekraczana jedynie na Alejach Krasińskiego. Na pozostałych stacjach, jest ona dotrzymywana. Zachodzi obawa, że będzie coraz trudniej ją dotrzymać, ze względu na zagrożenia ze strony rosnącego ruchu pojazdów samochodowych oraz z uwagi na fakt zaostrzenia dotychczas obowiązującej normy.
Obserwuje się mniejsze niż w latach poprzednich stężenia tlenku węgla. Natomiast normy średniodobowe prawdopodobnie będą przekraczane w okresach „smogowych”, szczególnie przy arteriach komunikacyjnych.
Chociaż w roku 1997 zanotowano na obszarze miasta mniej pyłu zawieszonego niż w latach poprzednich, zanieczyszczenie to stwarza nadal problemy, szczególnie w okresie zimowym, w dniach charakteryzujących się niekorzystnymi warunkami meteorologicznymi (inwersja temperatury, brak wiatrów). Praktycznie do dotrzymania normy średniorocznej brakuje bardzo mało, bo tylko 3mg/m3.
Bardzo niepokojącym zjawiskiem wiążącym się bezpośrednio z zanieczyszczeniem powietrza pyłem zawieszonym, jest obecność znacznych ilości benzo-a-pirenu występującego w spalinach pojazdów samochodowych (także w dymie papierosowym), wykazującego silne działanie rakotwórcze. Normy dla tej substancji są nawet kilkunastokrotnie przekraczane, szczególnie na stacjach zlokalizowanych w pobliżu tras komunikacyjnych.
Obowiązująca norma na zawartość ołowiu jest nieznacznie przekraczana. Fakt znacznego spadku koncentracji ołowiu w roku 1997 w porównaniu do lat poprzednich jest prawdopodobnie efektem zwiększonej ilości samochodów wyposażonych w katalizatory i używających benzyn bezołowiowych.
W ostatnich latach stan powietrza w Krakowie ulega dalszej stopniowej poprawie, choć poprawa ta nie dotyczy wszystkich badanych substancji. Coraz częściej jednak dopuszczalne wielkości stężeń zanieczyszczeń są dotrzymywane. Dotyczy to w większości obszaru miasta objętego siecią automatycznego monitoringu powietrza.
Krakowskie powietrze w ciągu ostatnich 2 lat stało się czystsze o:
459 ton pyłu/rok
430 ton SO2/rok
116 ton NOx/rok
650 ton CO/rok
64.932 ton CO2/rok
W dalszym ciągu kontynuowany jest program mający na celu poznanie mechanizmów powstawania i propagacji smogu fotochemicznego w sezonie letnim w celu ustalenia możliwości przeciwdziałania temu zjawisku.
Niepokojącym zjawiskiem jest natomiast rosnąca w powietrzu ilość dioksyn i furanów. Jeśli związki te zawsze występowały w środowisku naturalnym człowieka i pochodziły z pożarów lasów, wybuchów wulkanów czy uderzeń piorunów, ale utrzymywały się w granicach 1 ng/kg masy ciała człowieka, to obecnie ilość ta jest przekraczana ok. 40 razy.
Dioksyny należą do najbardziej toksycznych i rakotwórczych związków chemicznych. Powstają w wyniku stosowania pewnych technologii przemysłowych, ale także w wyniku spalania odpadów w piecach domowych, resztek organicznych na działkach, traw na łąkach, papieru zawierającego chlor i wszelkich procesów przebiegających z niedoborem tlenu w zbyt niskich temperaturach oraz z emisji spalin silników samochodowych.
Przeprowadzone w Krakowie wyrywkowe badania składu chemicznego sadzy pobranej z przewodów kominowych kamienic ogrzewanych piecami węglowymi, wykazały wyjątkowo duże stężenie dioksyn, co wskazuje na powszechny zwyczaj spalania w nich odpadów z gospodarstw domowych, odpadków kuchennych, tworzyw sztucznych itd.
Stężenie np. dioksyn w Krakowie jest ok. 17 x większe niż w krajach Europy Zachodniej i jest 10 - krotnie większe w m-cach zimowych niż w m-cach letnich.
Za zdecydowaną większość emisji tych wybitnie toksycznych zanieczyszczeń odpowiadamy my sami i od indywidualnych zachowań mieszkańców Krakowa zależy, czy stężenie dioksyn w powietrzu zmaleje.