Levegőminősítési indexek elemzése

Átírás

1 LEVEGÕTISZTASÁG-VÉDELEM 2.2 Levegőminősítési indexek elemzése Tárgyszavak: levegőminősítés; index; statisztika; NSZK. A levegőben levő káros anyagok megítélése alapvetően relatív vagy abszolút módszerrel végezhető. A relatív megítélés csupán a következők megállapításán alapszik: térbeli különbségek a káros anyagok felületi immissziói között és időbeli különbségek a káros anyagok immisszióinak időbeli lefutásában (pl. napi, heti, évi lefolyás, ill. trend). Az egyes károsanyag-koncentrációk abszolút megítéléséhez kötelező immisszió-határértékeket használnak. Németországban a jelenleg hatályos határértékek helyett a jövőben az EU által 1996-ban elfogadott keretirányelvet kell alkalmazni a levegőminőség megítéléséhez és ellenőrzéséhez. Jelenleg az évi irányelv tartalmazza a kén-dioxid, nitrogén-dioxid, nitrogénoxidok, részecske és ólom határértékeit, és egy 2000-ben jóváhagyott irányelv szabályozza a levegőben levő benzol és szén-monoxid határértékeit. A levegőhigiénés viszonyok értékelése az egyes káros anyagok megítélési kritériumai alapján alapvető standardot képez. Ezen kívül még egy követelmény van: az egyes káros anyagok megítélését olyan indexekkel kell kiegészíteni, amelyek több káros anyagra kiterjednek, és lehetővé teszik a fokozatos értékelést (pl. a városi és regionális tervezésben, a lakosság tájékoztatásában). Ennek során a kiválasztott káros anyagokat különböző károsanyagforrás-csoportokra jellemző vezérkomponensek képviselik, amelyeket hosszú távon és folyamatosan a legtöbb hivatalos levegővizsgáló állomáson mérnek. Az ilyen követelményeknek megfelelő indexeket az emberi közérzet és egészség szempontjából hatástól független levegőszennyezési és hatásra vonatkozó levegőminőségi indexekre osztják. Az elvégzett vizsgálatnak a következő céljai voltak: mindkét indexcsoport módszertani alapelveinek elemzése, az összehasonlító statisztikai tesztszámítások eredményeinek értékelése mindkét csoportból egy-egy index esetében, az indexspecifikus módszertan hatásainak kimutatása céljából.

2 Módszertani alapelvek Levegőszennyezési indexek Ez az indexcsoport különböző káros anyagok relatív immissziókoncentrációinak matematikai összegezésén alapszik. Ennek az az alapelve, hogy a levegőmérések alapján anyagspecifikusan meghatározzák a határértékek kihasználási fokát. Ezek az indexértékek a légkör károsanyag-tartalmának mértékét képezik, hatásoktól függetlenül. Így visszatükrözik a levegő károsanyag-tartalmát, ezért összefoglalóan levegőszennyezési indexeknek (LBI) nevezik, amelyek a következő összefüggéseken alapulnak: vagy n C LBI = i= 1 R (1) i n 1 C LBI = n i= 1 R (2) i ahol: n a figyelembe vett káros anyagok száma az évi vagy napi indexeknél, C az i káros anyagok mért koncentrációi és R a megfelelő minősítési értékei. A rövid távú terhelésre vonatkozó indexek mutatják a határ-/célérték (EUirányelvek) tényleges évi túllépését, R a megengedett évi túllépések száma. A levegőszennyezési indexek példái: a tervre vonatkoztatott LBI 1 és LBI 2 indexek (stuttgarti Környezetvédelmi Intézet), valamint a napra vonatkoztatott LBI BW -index (baden-württembergi Környezetvédelmi Hivatal). A közepes terhelésre vonatkozó LBI 1 indexet a következőképpen számították ki: ( ) C( NO ) C( PM ) C( benzol) 1 C SO2 2 LBI 1 = () 4 20 µ g / m 40 µ g / m 40 µ g / m 5 µ g / m A C a szennyező anyagok (SO 2 ; NO 2 ; PM = részecskeátmérő < µg és benzol) számtani éves átlagértékét (µg/m -ben) jelöli, amelyet 1 év alatt állapítottak meg. A () egyenlet nevezőjében levő vonatkoztatási értékek a megfelelő anyagspecifikus EU-határértékek, ahol a SO 2 -határérték más adatok hiányában az ökoszisztémára és nem az emberi egészségre vonatkozik. A rövid idejű terhelésre vonatkozó LBI 2 kiszámítása: ( SO2 ) N ( NO2 ) N( PM ) N( CO) 1 N LBI2 = (4)

3 ahol N az adott károsanyag-komponens rövid idejű határértékére vonatkozó évi túllépések tényleges száma, amelyet 1 év folyamán állapítottak meg. Az egyenlet nevezőjében az adott EU-határérték (rövid időre vonatkozó) maximálisan megengedett túllépéseinek károsanyag-specifikus száma van. A CO esetében számítástechnikai okokból a maximálisan megengedett túllépések számát 1-nek vették. Az LBI 1 és LBI 2 kiszámításakor az ózont nem vették figyelembe, mivel ez a komponens a térbeli tervezés eszközeivel alig befolyásolható. Az LBI 2 -vel szemben a CO az LBI 1 kiszámításában nem szerepel, mert megfelelő EUhatárértékek nem állnak rendelkezésre. Az 1. táblázatban az LBI 1 -re és LBI 2 - re vonatkozó, felhasználásra irányuló, fokozat szerinti értékelési javaslat látható. Ezen alapulnak azok az ajánlások, amelyek szerint az érzékeny felhasználási területek (lakás, szabadidő) I IV. fokozathoz, míg a védendő különleges területek csak az I II. fokozathoz sorolhatók. Az V VI. értékelési fokozat ipar és háziipar esetében alkalmazható. 1. táblázat A levegőterhelésre vonatkozó értékelés az LBI 1 és LBI 2 index alapján LBI 1 : egyik károsanyag-komponens sem haladja meg az adott határértéket LBI 2 : egyik komponens évi tényleges túllépéseinek száma sem több a maximálisan megengedett túllépések számánál I. fokozat igen kis levegőterhelés LBI 1, LBI 2 < 0,2 II. fokozat csekély levegőterhelés 0,2 LBI 1, LBI 2 < 0,4 III. fokozat mérsékelt levegőterhelés 0,4 LBI 1, LBI 2 < 0,6 IV. fokozat erős levegőterhelés 0,6 LBI 1, LBI 2 < 0,8 V. fokozat erős levegőterhelés LBI 1, LBI 2 0,8 LBI 1 : legalább egy komponens meghaladja az adott határértéket LBI 2 : legalább egy komponens tényleges évi túllépésének száma meghaladja a maximálisan megengedett túllépések számát VI. fokozat extrém levegőterhelés LBI 1 -től és LBI 2 -től független Az LBI BW -index amelyet a lakosság tájékoztatására fejlesztettek ki eltérő célja miatt az ózont is figyelembe veszi: LBI 1 C µ g / m ( SO ) C( CO) C ( NO ) C( O ) C( PM ) = BW + µ m / m µ g / m µ g / m + 50 µ g / m (5) ahol a C(SO 2 ), C(NO 2 ) és C(O ) a napi maximális immissziókoncentrációt mutatja, egy órai mérés alkalmazásával. A C(CO) a napi maximális, 8 órán át

4 mért koncentráció. A C(PM ) a PM -es lebegőpor-frakció immissziókoncentrációjának napi középértéke. Az egyenlet nevezőjében a már jóváhagyott vagy még csak javaslat formájában meglevő EU-irányelvek megfelelő minősítési értékei vannak. Levegőminőségi indexek LQI-indexeken olyan jelzőszámok értendők, amelyek az emberi közérzetet és egészséget közvetlenül befolyásolják. A 2. táblázat mutatja, hogy ezek az indexek az egyes káros anyagok legmagasabb indexosztályán alapulnak. A hatásösszefüggés a káros anyag koncentrációtartományának anyagspecifikusan eltérő beosztása alapján állapítható meg, amely járványtani és toxikológiai vizsgálatokon alapszik. Epidemiológiai módszerekkel ezen kívül olyan egészségügyi tények is differenciáltan figyelembe vehetők, amelyeknél az egyes anyagok komplex károsanyag-keverékek vezető anyagának tekinthetők (kombinált hatások). Az aktuális koncentrációk alapján a káros anyagok egy megfelelő indexosztályba kerülnek. Az összesített, legmagasabb indexosztály adja az LQI-indexek értékét. Minél nagyobbak az LQI-értékek, annál rosszabb a levegő minősítése. 2. táblázat Hatásra vonatkozó levegőminőségi indexek (LQI) meghatározási sémája Példaként a napra és hatásra vonatkoztatott TLQ-index szerepel, amelyet a freiburgi veszélyes anyagokat vizsgáló intézetben dolgoztak ki azért, hogy a lakosságot a napi levegőminőségről tájékoztassák. Ennek kiszámítása a következő egyenlet alapján történik: TLQ TLQ = ( Caktuális Chatár, alsó ) TLQalsó (6) Chatár, felső C határ, alsó felső alsó TLQ +

5 ahol: C aktuális az aktuális immissziókoncentráció: 1. NO 2, SO 2, O esetében a legmagasabb 1 órai középérték naponta; 2. CO esetében a legmagasabb 8 órai középérték naponta;. PM napi középérték. A TLQ értéknek megfelelő koncentrációtartományok a. táblázatban láthatók, így ezek alapján a levegőminőség megállapítható. Ezzel a módszerrel még azok az immissziókomponensek is meghatározhatók, amelyek a legmagasabb TLQ-értékért felelősek. A levegőminőség megítélése tovább differenciálható, ha a káros anyagot is a második legnagyobb TLQ-értékkel jellemzik.. táblázat Anyagspecifikus immissziókoncentrációk tartományának besorolása a TLQ-indexértékekhez és TLQ-indexosztályokhoz (szóbeli értékelés) NO 2 µg/m SO 2 µg/m CO O PM mg/m µg/m µg/m Indexérték Indexosztály ,0 0, ,0 9,9 0,5 1,4 1 igen ,0 1,9 64,0 19,9 1,5 2,4 2 jó Értékelés ,0, ,0 4,9 2,5,4 kielégítő ,0 9, ,0 49,9,5 4,4 4 megfelelő ,0 29, ,0 99,9 4,5 5,4 5 rossz , ,5 6 igen rossz A TLQ-index elsősorban a lakosság informálására (pl. interneten keresztül) szolgál. Ezért nagyon lényeges az indexosztályok egyszerű és érthető jelölése. A károsanyag-specifikus levegőminőség megítélése a TLQ-indexosztályok alapján a legnagyobb és második legnagyobb gyakoriság alkalmazásával további lehetőséget nyújt a levegőminőség differenciált megállapításához, bár ezek a módszerek költségesebbek, mint az LBI 1 és LBI 2 vizsgálata és részletesebb adatbázist igényelnek. Az indexekkel kapcsolatos statisztikai számítások Adatbázis Az újonnan kidolgozott TLQ-index alkalmas az LBI BW -indexszel való, öszszehasonlító statisztikai elemzésekre, mivel napra vonatkozik és azonos káros anyagokon alapszik. A statisztikai számítások céljára három hivatalos mérőállomás (Baden-Württemberg, ) által meghatározott károsanyag-koncentrációk félórai középértékei álltak rendelkezésre, amelyek különböző terüle-

6 tekre tipikusak. A Schwäbische Alb mérőállomás egy kibocsátástól távoli, főleg mezőgazdasági fennsíkon fekszik, ahol egy olyan levegőhigiénés háttérhelyzet található, amely az ilyen vidéki területekre tipikus. A Duna völgyében elhelyezkedő Ehingen közepes nagyságú város ( lakos) átmenő forgalommal és iparral. Ezért az itteni mérőállomás a kisebb-közepes nagyságú városok jellemző levegőhigiénés helyzetét mutatja. A Mannheim-Süd mérőállomás egy nagyváros peremén található ( lakos) a Rajna-síkságon, amely az ilyen sűrűn lakott területek tipikus forgalmi és ipari emisszióit mutatja. Ezenkívül kiszámították az indexeket két, extrém időjárási helyzetre vonatkozólag jan között egy alig cserélődő, nagynyomású időjárási helyzet uralkodott, hófödte talaj kíséretében. Egy erős talajinverzió alakult ki, amely hozzájárult az igen nagy NO 2 -koncentráció kialakulásához aug. 12 között egy légcsereszegény nagynyomású időjárás folyamán nagy O -koncentrációk léptek fel, amelyek Baden-Württembergben ózonriadót eredményeztek közötti eredmények Az évi eredmények az LBI BW -re vonatkozóan az 1. ábrán láthatók. Az időjárásra specifikus változékonyságok mellett Mannheim-Süd-re maximális, míg Schwäbische Alb-ra minimális értékek jellemzők. Azonban ezeken az Schwäbische Alb Ehingen Mannheim Süd LBlBW napok 1. ábra Az LBI BW -indexek napi értékei három tipikus mérőállomáson (1998. Baden-Württemberg)

7 állomásokon az alapul vett káros anyagok és számítási módszer folytán az LBI BW nem mutat világos évi menetet. A TLQ-eredmények alapján (2. ábra) az évi lefolyás figyelhető meg, augusztusi maximummal. Jellemző még a TLQ hirtelen csökkenés augusztus és szeptember között. A napi értékek évi ingadozásai észrevehetőbbek, mint az LBI BW esetében; azonban a két index értéktartományai nem hasonlíthatók össze. Schwäbische Alb Ehingen Mannheim Süd LBlBW napok 2. ábra A TLQ-index napi értékei három tipikus mérőállomáson (1998. Baden-Württemberg) Az LBI BW - és TLQ-osztályok gyakorisági eloszlásának összehasonlítása céljából tisztán statisztikai úton az LBI BW -értékeket egy hatfokozatú osztálybeosztás alapján csoportosították (4. táblázat), amely három mérőállomás által kapott LBI BW -napi értékeken alapszik ( ). Annak dokumentálására, hogy az LBI BW -osztályozás hatástól független, az osztályokat római számokkal jelölték és szóbeli megnevezést nem alkalmaztak. Megállapítható, hogy az LBI BW -osztály emelkedésével csökken az LBI BW - osztályértékek gyakorisága (. ábra) a háttérállomásnál (Schwäbische Alb), míg a Mannheim-Süd állomásnál emelkedik. A kettő között helyezkedik el gyakoriság szempontjából Ehingen város állomása. Ez az eredmény tükrözi a lakosság eddigi minőségi értékelését a levegőhigiénés viszonyokra vonatkozólag.

8 4. táblázat Az LBI BW -tartományok összefoglalása LBI BW -osztályokban LBI BW -tartományok LBI BW -osztályok LQI BW <0,5 I. 0,5 LQI BW < 1,1 II. 1,1 LQI BW < 1,7 III. 1,7 LQI BW < 2, IV. 2, LQI BW < 2,9 V. LQI BW 2,9 VI. 80 gyakoriság, % Schwäbische Alb Ehingen Mannheim - Süd 0 I II III IV V VI LBI BW -osztályok. ábra Az LBI BW -index osztályainak gyakorisága három tipikus mérőállomáson ( Baden-Württemberg) Az eltérő számítási módszer folytán a TLQ-osztályok gyakoriságára vonatkozó eredmények más eloszlást mutatnak (4. ábra). Mindhárom állomás esetében a gyakoriságok a. osztályban (kielégítő) messze a legnagyobbak. Ebben az osztályban kissé határozottabb a Schwäbische Alb állomása, ezt követi kis távolsággal Mannheim-Süd és Ehingen. A 2. osztályban (jó) kissé határozottabb az ehingeni állomás. A 4. osztályban (megfelelő) Mannheim állomása döntő. A 2. osztályban a legalacsonyabb gyakoriságot ugyancsak Mannheim mutatja. A 4. osztályban található a legkisebb gyakoriság Schwäbische Alb állomáson, míg Ehingen gyakorisága alig nagyobb. Tehát a TLQ-eredmények az egyes osztályokon belül nem tagozódnak olyan világosan gyakoriság tekintetében, mint az LBI BW esetében, amely az egyes káros anyagok különösen az ózon hatásspecifikus vizsgálatán alapszik.

9 90 80 SO CO gyakoriság LBI BW TLQ NO2 2 O O PM PM I 2 II III 4 IV 5 V 6 VI osztályok 4. ábra A TLQ-indexek osztályainak gyakorisága három tipikus mérőállomáson ( Baden-Württemberg) Az egyes indexek eltérő meghatározási módjai befolyásolják az osztályok anyagspecifikus gyakoriságait (1998). Mind a Schwäbische Alb (5. ábra), mind a Mannheim-Süd állomások (6. ábra) esetében nemcsak a gyakorisági eloszlások már említett különbségei ismerhetők fel, hanem az egyes káros anyagok is eltérő mértékben fordulnak elő. Szélsőséges időjárási helyzetek LBI BW esetében a csökkent kicserélődési viszonyok folytán a legnagyobb napi értékeket mérték erős talajinverzióval járó, nagynyomású időjárási helyzetben, 1997 januárjában. Az összes vizsgált mérőállomás közül az északi Rajna-árokban levő városi állomások mérték a legmagasabb értékeket, amely főleg a PM és NO 2 nagy koncentrációjára vezethető vissza. A TLQ esetében az extrém időjárási helyzet folyamán nem figyelhető meg olyan világos differenciálódás az egyes mérőállomások között, mint az LBI BW -nél. A legmagasabb értékeket itt is az északi Rajna-árokban levő állomásokon mérték. Többnyire a magas PM - és NO 2 -koncentrációk voltak mérvadóak. A 700 m tengerszint feletti magasságban elhelyezkedő állomások (Schwäbische Alb és Freudenstadt) a legalacsonyabb LBI BW - és TLQ-értékeket határozták meg. Ezek a helyek a TLQ szempontjából a. osztályba (kielégítő) sorolhatók, míg az északi Rajna-vidéki városi állomások csak a 6. osztályt (igen rossz) érték el.

10 90 80 SO CO 60 LBI BW NO2 2 gyakoriság, % TLQ O PM PM I 2 II III 4 IV 5 V 6 VI osztályok 5. ábra A TLQ-index (arab számok) és az LBI BW -index (római számok) osztályainak összehasonlító anyagspecifikus gyakorisága (1998. Schwäbische Alb vidéki háttérállomáson) 50 gyakoriság, % SO2 2 CO NO2 2 O O PM PM 0 1 I 2 II III 4 IV 5 V 6 VI osztályok 6. ábra A TLQ-index (arab számok) és az LBI BW -index (római számok) osztályainak összehasonlító anyagspecifikus gyakorisága (1998. Mannheim-Süd állomáson)

11 A nyárias, nagynyomású időjárás folyamán (1998. aug.) az LBI BW és TLQ napi értékei főleg a nagy O -koncentrációra vezethetők vissza. Következtetések Az LBI BW és TLQ olyan, napra vonatkoztatott indexek a levegő értékeléséhez, amelyek azonos káros anyagokra vonatkoznak, de amelyeket eltérő módszerrel határoztak meg. Bár az LBI BW -index hatásra vonatkoztatás nélkül tisztán statisztikai alapokon nyugszik, a számítások olyan eredményekkel jártak, amelyek egybevágtak az emberek észlelésével: a nagyváros levegője rosszabb, mint a közepes méretű városé és még rosszabb, mint a vidéki térségben. Ez az észlelés mindamellett többnyire a gépjárműforgalomból, iparból és háztartási tüzelésből származó emissziókra épül. Emellett a másodlagos termék ózont általában nem veszik figyelembe. A TLQ előnye, hogy kiterjed az emberek közérzetére és egészségére valamennyi vizsgált levegőszenynyező anyag esetében. Ezáltal a levegőminőség értékelése olyan eredményekkel jár, amelyek részben kevésbé állnak összhangban az emberi észlelésekkel. A légkör összes károsanyag-terhelése nincs lineáris összefüggésben az emberi közérzetre gyakorolt összhatással. Bár természetesen szoros kapcsolat van a terhelés és hatás között, a levegőszennyezési és levegőminősítési indexek csoportjai módszertanilag olyan eltérőek, hogy hasonló célra nem alkalmazhatók. Ellenkező esetben az egyedi terhelések összeadása könnyen a hatás túlértékeléséhez vezetne, az egyes káros anyagok figyelembevétele vagy figyelmen kívül hagyása a hatásértékelés torzulását okozná és a különböző kockázatokat (pl. légúti és szív/keringési betegségek) hasonlítana össze. Azt, hogy egyedi esetben a levegő minősítéséhez valójában milyen indexek alkalmasak, az adott feladattól függ. Azonban ismételten hangsúlyozni kell, hogy az ilyen indexek nem pótolják, csak kiegészítik az előírt határértéket meghaladó káros anyagok standard levegőhigiénés értékelését. (Dr. Pálfi Ágnes) Mayer, H.; Kalberlah, F. stb.: Analyse von Indizes zur Bewertung der Luft. = Gefahrstoffe Reinhaltung der Luft, 62. k. 4. sz p Mayer, H.: Air pollution in cities. = Atmospheric Environment, sz. p Fenger, O.: Urban air quality. = Atmospheric Environment, sz. p