minőségének becslésére az EU NO 2 -, PM 10 - és C 6 H 6 -koncentrációra vonatkozó irányelvei

Átírás

1 LEVEGÕTISZTASÁG-VÉDELEM Modellszámítások a városi levegő minőségének becslésére az EU NO 2 -, PM 10 - és C 6 H 6 -koncentrációra vonatkozó irányelvei Tárgyszavak: levegőminőség; nitrogénoxid-kibocsátás; szilárd részecske kibocsátás; benzol; városökológia. A norvég városok légszennyeződése elsősorban téli probléma, a nagy légnyomások mellett fellépő mozdulatlan légköri viszonyok következménye. Közegészségügyi jelentősége miatt az utóbbi években a figyelem a külső levegő nitrogén-dioxid- (NO 2 ), részecske- (PM 10 ) és benzol (C 6 H 6 )-tartalmának vizsgálatára összpontosult. Az EU Tanács Irányelve (1999/30/EC) meghatározta az NO 2, PM 10 és C 6 H 6 koncentrációjának megengedett legnagyobb értékét. A környezetvédelemért és közegészségért felelős nemzeti hatóságok részletes információt igényelnek a külső levegő jelenlegi és a jövőben várható összetételéről. Ha bizonyos területeken az EU irányelvekben szereplő határértékek túllépése várható, a hatóságok tudni kívánják az egyes források százalékos járulékát, hogy elkészíthessék a felelősségmátrixot. E kérdések megválaszolása érdekében a Norvég Levegőkutató Intézet (NILU) modellszámításokat végzett és megbecsülte két norvég város Oslo és Trondheim levegőjének NO 2 -, PM 10 - és C 6 H 6 -szennyezettségét a évben. E két város időjárási viszonyai eltérőek, különbözőek a kibocsátási és a szétáramlási viszonyok is. Mivel a legnagyobb NO 2 -, PM 10 - és C 6 H 6 -koncentrációk télen/tavasszal lépnek fel a kedvezőtlen meteorológiai viszonyok miatt, a számításokat csak ezekre az évszakokra végezték el. Ráadásul a PM 10 nagy koncentrációja főleg ebben az időszakban lép fel a fafűtés és az ebben

2 az időszakban szegekkel kivert gumiabroncsot használó autók által a levegőbe juttatott por miatt. Felhasználva az Air Quality Information System (AirQUIS) programot, 1 órára lebontva kiszámították a levegő koncentrációját a talaj szintjén. A fenti időszakra rendelkezésre álltak meteorológiai és a levegő öszszetételére vonatkozó mérések, ami lehetővé tette a modell ellenőrzését. A kibocsátásra vonatkozó adatokat a legújabb hivatalos becslésekből vették át. Feltéve, hogy a legnagyobb koncentrációk a számítások által lefedett hét hónapban (január-április és október-december) fordulnak elő, meghatározták az EU-határértékek túllépésének százalékos arányát. Lehetővé vált továbbá a legjelentősebb szennyezők rangsorolása. A modell leírása (AirQUIS) Az AirQUIS kibocsátást, szétterjedést és terhelést számol. Az alkalmazott terjedési modell (EPISODE) az Euler-féle véges differenciák módszerét (rácsmodell) használja, ebbe Gauss-féle alrácsmodellek vannak beágyazva a pontszerű és vonalforrások kezelése céljából. Az Euler- és a Gauss-féle modell kombinálása lehetővé teszi a koncentrációk részletesebb leírását a kibocsátó források közelében. A lakosság hely szerinti eloszlása (a címjegyzék alapján) ismeretében a terhelési szintek is becsülhetők. Az alrács vonalforrásmodell lehetővé teszi a főutak közelében lakók terhelésének becslését is. Ez úgy történik, hogy a vonalforrástól szélirányban, egy adott hatótávolságon belül minden épület helyén számolják a receptorkoncentrációt. A hatótávolság hossza függ az út napi forgalmától (Annual Daily Traffic ADT), értékét 500 m-nél mindig kisebbnek vették (ez megfelel az Euler-modell fél horizontális rácstávolságának). A vonalforrásmodellt csak azokra az utakra alkalmazták, amelyek ADT-je meghaladta a 3000 járművet. Az ennél kisebb forgalmú utakat együttesen vették számításba, mint az Euler-modell rácspontjaiból kiinduló kibocsátókat. Az eredő receptorpont (vagy épületpont )- koncentráció a súlyozott összege az Euler-féle rácsmodell és a tekintetbe vett vonalforrás járulékának. Az épületpontokban számított koncentráció és az épületben lakók száma alapján a becsült terhelés számítható. Bizonytalanságot jelent a koncentrációk számításában, hogy az egyes épületek részletes szerkezetét, helyzetét a modell nem veszi tekintetbe. Az utak közelében a terhelési szintek számolása a rácsra átlagolt koncentráció alkalmazásával szintén elégtelen, így az egyszerűsített vonalforrásmodell alkalmazása alátámasztható. A forgalmas utak ható-

3 távolságán kívüli zónákban a terhelés számítása az Euler-féle rácsmodell-koncentráció értékei alapján történik. Hasonló eljárást alkalmaznak nagy pontszerű források közelében. Azonban a két vizsgált norvég városban csak kevés pontszerű nagy forrás van, ezek járuléka a terheléshez viszonylag csekély. A modell értékelése A vázolt modell alátámasztására és a kapott eredmények értelmezésére összehasonlították az NO 2 - és PM 10 -koncentrációk hagyományos statisztikai paramétereinek számított és mért értékét (1. táblázat). Trondheimben mind utcai mérőállomásról, mind háttérállomásról voltak mérési adatok, Oslóból csak utcai mérőállomások adatai álltak rendelkezésre. Oslo esetében az összehasonlítást kétféle utcai mérőállomásra végezték el: a város központjában lévő állomásra (ADT = jármű), és a külvárosban az országúton lévő állomásra (ADT = jármű). Az 1. táblázatban szereplő statisztikai adatok csak olyan időszakokra vonatkoznak, amelyekre mind számított, mind mért adatok rendelkezésre álltak. A táblázatból kiderül, hogy NO 2 -re a számított és mért adatok sokkal jobban egyeznek mint PM 10 -re. PM 10 esetében a rosszabb egyezés oka: az utakról felverődő por mennyiségének és a fafűtés okozta részecskekibocsátásnak bizonytalan becslése. Továbbá az 1. táblázat szerint a modell jobban működik Oslo, mint Trondheim esetében. Ez legjobban abból derül ki, hogy a trondheimi utcai mérőállomáson a PM 10 -koncentrációt a modell lényegesen alulbecsüli. Ettől az eltéréstől eltekintve a modell kielégítően működik. Az 1 4. ábrák 2001 decemberére idősort adnak meg az NO 2 és PM 10 koncentrációjának különböző típusú mérőállomásokhoz tartozó mért és számított értékéről. Az ábrákból kiderül, hogy a számított és mért értékek egyes időszakokban jól egyeznek, más időszakokban jelentősen eltérnek. Sajnálatosan a nagy eltérések akkor vannak, amikor vagy az észlelt vagy a számított koncentrációk nagyon nagyok. Az 1. táblázat és az 1 4. ábrák alapján megállapítható, hogy a modell a koncentrációk nagyságrendjét és változásuk jellegét helyesen adja meg, így a modell a kitűzött alkalmazás szempontjából hasznos. Azonban a modell eredményeit óvatosan kell kezelni, különösen nagy koncentrációk esetében.

4 1. táblázat A modell hitelesítésére használt, Oslo és Trondheim légkörének NO 2 - és PM 10 -szennyezettségére vonatkozó statisztikai paraméterek. Az értékek január április és október december hónapjaira vonatkoznak Oslo NO 2 (utcai Mért NO 2 (főútvonali Mért PM 10 (utcai Mért PM 10 (főútvonali Mért Számított Számított Számított Számított Átlagérték (µg/m 3 ) 40,4 44,5 46,9 61,3 26,9 21,9 33,3 28,2 Szórás (µg/m 3 ) 24,4 28,1 31,3 47,0 23,1 29,5 37,6 40,7 Egy órára vonatkozó maximális érték (µg/m 3 ) 184,7 145,3 311,1 319,0 227,8 350,5 310,4 375,4 Korrelációs együttható 0,62 0,68 0,39 0,51 Négyzetes középhiba (µg/m 3 ) 17,5 25,2 17,03 21,1 A regressziós egyenes meredeksége 0,72 1,02 0,50 0,55 A regressziós egyenes metszéspontja az ordinátatengelyen (µg/m 3 ) 15,8 13,2 8,57 9,56 Trondheim NO 2 (városi háttér PM 10 (városi háttér PM 10 (városi utcai Mért Számított Mért Számított Mért Számított Átlagérték (µg/m 3 ) 41,6 32,1 37,7 18,5 39,7 24,6 Szórás (µg/m 3 ) 28,6 23,5 33,5 24,5 50,3 32,5 Egy órára vonatkoztatott maximális érték (µg/m 3 ) 157,3 136,8 354,5 339,3 808,6 283,1 Korrelációs együttható 0,63 0,35 0,22 Négyzetes középhiba (µg/m 3 ) 18,1 26,0 31,8 A regressziós egyenes meredeksége 0,52 0,26 0,14 A regressziós egyenes metszéspontja az ordinátatengelyen (µg/m 3 ) 10,42 9,48 18,4

5 mért érték becsült érték koncentráció, µg/m ábra Az NO 2 -koncentráció mért és becsült értékei Oslóban főút menti mérőállomáson ( december, Oslo, Løren) mért érték becsült érték koncentráció, µg/m ábra Az NO 2 -koncentráció mért és becsült értékei Trondheimben városi háttér mérőállomáson ( december, Trondheim, Midtbyen)

6 mért érték becsült érték koncentráció, µg/m ábra A PM 10 -koncentráció mért és becsült értékei Oslóban főút menti mérőállomáson ( december, Oslo, Løren) mért érték becsült érték koncentráció, µg/m ábra Az PM 10 -koncentráció mért és becsült értékei Trondheimben városi háttér mérőállomáson ( december, Trondheim, Midtbyen)

7 Az alkalmazott határértékek A levegő minőségére vonatkozó célokat három légszennyező anyagra adták meg: a nitrogén-dioxidra (NO 2 ), a részecskére (PM 10 ) és a benzolra (C 6 H 6 ). Ezeket az EU irányelvei alapján határozták meg, amelyek megadják a 2010-re elérendő határkoncentrációkat (2. táblázat). 2. táblázat Az EU tanácsának 2010-re megvalósítandó irányelve (1999/30/EC) a levegő PM 10 -, NO 2 - és C 6 H 6 -tartalmának határértékéről PM 10 NO 2 C 6 H 6 Határérték (napi átlag): A határértéket meghaladó napok megengedett száma: Az EU-Tanács 2010-re érvényes irányelve 50 µg/m 3 7 nap Az éves átlag határértéke: 20 µg/m 3 Határérték (egy órára vonatkozó átlag): A határértéket meghaladó órák megengedett száma 200 (µg/m 3 18 óra Az éves átlag határértéke: 40 µg/m 3 Nincs megadva határérték Az éves átlag határértéke: 5 µg/m 3 Mivel a vizsgált légszennyezések koncentrációja a norvég városokban a hét téli és tavaszi hónapban a legnagyobb, ezért feltehető, hogy elegendő ezekben a hónapokban számítani, hogy a szennyezettség meghaladja-e az EU-határértékeket. Mivel az EU-irányelvek az éves átlagra is tartalmaznak határértékeket, a hét hónapra kapott átlagból az éves átlagot is becsülni kell. Ez állandó szorzóval kapható meg; az állandó szorzó az éves és a hét hónapra vonatkozó városi koncentráció aránya. Az állandó szorzó PM 10 -re, NO 2 -re és C 6 H 6 -ra rendre 0,8, 0,85 és 0,74. Ez természetesen egyszerűsítés és növeli a számított eredmények bizonytalanságát. A terhelés becslése Oslóban és Trondheimben a év 7 hónapjára vonatkozó számítások szerint a lakosság jelentős része olyan területeken él, ahol a légszennyezés koncentrációja meghaladja a határértéket. A 3. táblázat megadja Oslo és Trondheim azon lakosainak becsült számát, akik az EU

8 irányelvekben megengedettnél több napon át voltak kitéve a határértéket meghaladó PM 10 -koncentrációnak és a megengedettnél több órán át voltak kitéve a határértéket meghaladó NO 2 -koncentrációnak. A táblázatból kiderül, hogy a lakosság jelentős része van kitéve a határértéket meghaladó PM 10 -terhelésnek. A számítás valószínűleg alábecsüli a PM 10 - terhelésnek kitett lakosok számát Trondheimben, mivel a PM 10 koncentrációját is alábecsüli (lásd feljebb). Az NO 2 -szennyezés mértéke csak egyes helyeken, a főutak mentén jelentős, ezért csak kevesebb embert érint. A két városban a benzol koncentrációja sehol nem lépte túl a megengedett határértéket. 3. táblázat Az EU-Tanács által javasolt határértéknél nagyobb légszennyezésnek kitett oslói és trondheimi lakosok száma Oslo PM 10 NO 2 Trondheim PM 10 NO 2 A lakosok összlétszáma: fő Az egy napra vonatkozó EU-határértéket meghaladó terhelésnek kitett lakosok száma: Az egy órára vonatkozó EU-határértéket meghaladó terhelésnek kitett lakosok száma: A lakosok összlétszáma: fő Az egy napra vonatkozó EU-határértéket meghaladó terhelésnek kitett lakosok száma: Az egy órára vonatkozó EU-határértéket meghaladó terhelésnek kitett lakosok száma: A benzolkoncentráció határértékét a vizsgálat szerint nem lépték túl. A modell kimutatta, hogy Oslóban a rács egyes celláin belül a lakosság kis része (kevesebb mint 100 fő) van kitéve az NO 2 -határértéknél nagyobb terhelésnek, ugyanakkor a város központi sűrűn lakott részének lakossága a határértéket meghaladó PM 10 -terhelést szenved el. A 2. táblázat szerint a PM 10 -terhelés a határértéket meghaladja, ha az év legalább nyolc napján a PM 10 koncentrációja meghaladja az 50 µg/m 3 értéket. A különböző területeken a túllépés mértéke különböző. Az 5. ábra bemutatja Oslóban PM 10 -túlterhelés mértékének függvényében a túlterhelést elszenvedő lakosok számát. Az 5. ábrából kiderül, hogy a túlterhelést elszenvedők többsége a nyolc legszennyezettebb napon µg/m 3 koncentrációjú PM 10 -nek van kitéve.

9 lakosok száma PM 10 -koncentráció, µg/m 3 5. ábra Az EU határértéket meghaladó PM 10 -terhelésnek kitett személyek száma Oslóban a túlterhelés (a nyolc legnagyobb napi PM 10 -koncentráció) függvényében Az egyes légszennyező források hozzájárulásának becslése A kibocsátó forrásokat hét csoportba sorolták, ezek a következők: 1. A lakások fafűtése 2. Ipar 3. Alapanyagipar, kormányzati tevékenység és szolgáltatások 4. Fűtés a fafűtés kivételével 5. Motoros készülékek 6. A kikötői és vasúti tevékenység 7. Közúti közlekedés. Ezenkívül a távolsági fuvarozást tekintették még a légszennyezés további forrásának. Kiszámították a hét csoport járulékát a légszennyezéshez, ez alapján meghatározták a felelősségmátrixot (blame matrix), amely a csoport egyes tagjainak hozzájárulását adja ahhoz az időhöz, amely alatt az NO 2 és a PM 10 koncentrációja a határértéket meghaladta. A felelősségmátrix számítása során csak azokat a helyszíneket és azokat az időszakaszokat vették tekintetbe, ahol és amikor a határérték túllépése bekövetkezett. Minden NO x -kibocsátót NO 2 -kibocsátónak tekintettek. Ez az egyszerűsítés azon a feltevésen alapszik, hogy városi környe-

10 zetben minden NO x -forrás egyformán ki van téve az oxidálószerek hatásának. Az eredmények szerint a közúti közlekedés adja a legnagyobb járulékot a határértéket meghaladó NO 2 -koncentrációhoz. PM 10 esetében a közúti közlekedés és a fafűtés a két legfontosabb összetevő; a belvárosban a fafűtés, a főutak mentén a közúti közlekedés a domináns összetevő. A 4. táblázat (NO 2 ) és az 5. táblázat (PM 10 ) megadja egy-egy helyszínen az egyes csoportok hozzájárulását a határérték túllépéséhez. 4. táblázat Az egyes források hozzájárulása (%-ban) a megengedettnél nagyobb NO 2 -koncentráció létrehozásához Oslóban 5. táblázat Az egyes források hozzájárulása (%-ban) a megengedettnél nagyobb PM 10 -koncentráció létrehozásában Oslóban Forrás % Forrás % Fafűtés 0,13 Fafűtés 63,4 Ipar 0,45 Ipar 0,13 Alapanyagipar 1,64 Alapanyagipar 0,44 Fűtés (a fafűtés nélkül) 1,24 Fűtés (a fafűtés nélkül) 0,61 Motoros hajtású gépek 2,26 Motoros hajtású gépek 2,5 A kikötők és a vasút 3,29 A kikötők és a vasút 0,24 Közúti közlekedés 90,90 Közúti közlekedés 27,94 Háttér 0,09 Háttér 4,73 Értékelés A légszennyezésre vonatkozó mért és számított adatok kielégítő egyezésben vannak; az egyezés az NO 2 koncentrációjára azonban jobb, mint a PM 10 -ére. PM 10 esetében az eltérés különösen szembetűnő a száraz tavaszi hónapokban (március április), amikor a nagyobb közúti forgalom az út menti port nagyobb mértékben juttatja a levegőbe. Mégis a modell eredményeit óvatosan kell kezelni, ez különösen érvényes a maximális értékekre vonatkozóan. A számított maximális értékek jelentősen eltérhetnek a mért értékektől (lásd az 1. táblázatot és az 1 4. ábrákat). E tökéletlenség ellenére a modell a koncentrációk időbeli változását és a mért koncentrációk nagyságrendjét helyesen adja meg.

11 A becsült koncentrációk kis változása nagy változást eredményezhet a határértéket meghaladó terhelésnek kitett személyek becsült számában. Az 5. ábra szerint a PM 10 -koncentráció 5 µg/m 3 -rel való csökkenése a nyolc legnagyobb szennyezettségű napon 20%-kal csökkenti a megengedettnél nagyobb terhelésnek kitett személyek számát. Így az erre vonatkozó becslés nem tekinthető pontosnak. Az egyes forrásokból származó légszennyezés járuléka szintén óvatosan kezelendő. Jelentős bizonytalanságok vannak a kibocsátási leltárban, ez tükröződik a felelősségmátrix becsült értékében is. Az említett nehézségek ellenére a fenti terjedési modell használható a városi levegő minőségének előrejelzésére. A tervezett, a levegő minőségét javító intézkedések hatása a modell újraszámolása révén hasznos információt nyújthat. A modell ugyancsak segítséget nyújthat a helyi hatóságoknak a várostervezésben a légszennyezés szempontjából kritikus területek korai felderítésében. Összeállította: Schultz György Laupsa, H.; Slørdal, L. H.: Applying model calculations to estimate urban air quality with respect to the requirements of the EU directives on NO 2, PM 10 and C 6 H 6. = International Journal Environment and Pollution, 20. k sz p Jarass, H. D.: Die Vorgaben des neuen Luftqualitätsrechts. = Immissionsschutz, 9. k. 1. sz. márc p Röviden A füstgázok szennyező hatásától már a magzat is károsodik Noha patkányokon végzett kísérletek arra utalnak, hogy a méhlepény képes lekötni egyes, égéstermékekből származó szennyező anyagokat, újabb vizsgálatok szerint másodlagos dohányzás következtében egyes indikátorvegyületek nagyobb koncentrációban vannak jelen a magzat vérnedveiben, mint az anya szervezetében. A Columbia Egyetem kutatói összhangban lengyel szakemberek korábban végzett vizsgálataival megállapították emellett azt is, hogy a rákkeltő vegyületként számon tartott benzo[a]pirén (BP) jobban károsítja a magzat DNS-ét, mint az anyáét.

12 A 265 nem dohányzó anyát és újszülöttjeiket a vizsgálatokhoz New York olyan körzeteiből választották ki, ahol a levegő jelentős mértékben szennyezett és egy légköbméterében kimutatható egyebek közt 0,5 ngot nem meghaladó mennyiségű BP is. (Kaliforniában és néhány európai városban ennél magasabb fokú szennyezettség is előfordul). A tesztvizsgálatok során az újszülöttek 45%-ánál és az anyák 41%-ánál DNSükben BP-re utaló addukt vegyületeket találtak. E vegyületek az újszülötteknél és az anyák szervezetében is hasonló mennyiségben épültek be: 100 millió nukleotidra vetítve újszülötteknél 0,24, az anyáknál pedig 0,22 BP-re utaló addukt vegyületet mutattak ki. A cotinin a nikotin egyik bomlásterméke, amelyből az újszülöttek 47%-ának vérsavójában találtak érzékelhető mennyiséget (1,7, illetve 1,28 ng/ml-t) anyáknál ez az érték 44% volt. Az újszülötteknél kimutatott magasabb cotininszint arra utal, hogy a szennyezett környezettel összefüggő másodlagos dohányzás következményeként beépülő anyagok csak igen lassan távoznak az embriók szervezetéből. Ugyanazoknál az erős dohányosok között élő New York-i kísérleti alanyoknál korábban végzett tesztek során azt is megállapították, hogy ha a nagyobb koncentrációban előforduló BP-DNS addukt vegyületek hatása másodlagos dohányzással párosul, kapcsolat mutatható ki a kedvezőtlen születési paraméterek (köztük a kisebb fejméret és születési súly) előfordulási aránya között. (Environmental Science & Technology, 38. k. 17. sz szept. p. 321A)