Pannon Egyetem Vegyészmérnöki Tudományok és Anyagtudományok Doktori Iskola Városi légszennyezettség vizsgálata térinformatikai és matematikai statisztikai módszerek alkalmazásával DOKTORI (Ph.D.) ÉRTEKEZÉS TÉZISEI Készítette: Nagy Georgina okleveles környezetmérnök Témavezető: Dr. Domokos Endre egyetemi docens Pannon Egyetem Mérnöki Kar Környezetmérnöki Intézet 2015
Bevezetés A környezetvédelem jelentősége a XXI. század küszöbére teljes mértékben felértékelődött. Napjainkban az urbanizáció következtében a városok számának és nagyságának növekedésével, a társadalmi átalakulások, valamint a tudomány és technika rohamos fejlődésével együtt és ezek együttes hatásával az egyik legfontosabb megoldandó probléma a légszennyezettség mérséklése lett. A folyamatos növekedés következtében a városokban a légkör összetételének megváltozása káros hatással van az emberi egészségre, az élő szervezetekre, a talajra, a vízre és a környezet más elemeire is. Ezért elengedhetetlen lépes, hogy pontosan ismerjük a javítandó levegő összetételét és a benne található szennyező komponensek mennyiségét. A pontos mérések segítségével meghatározhatóak a különböző légszennyező komponensek és azok koncentrációi. A folytonos méréseknek köszönhetően tisztább képet kaphatunk a levegő állapotáról, valamint az eredmények kiértékelését követően segítséget nyújthatunk a további intézkedések meghozatalához. A kutatási munkám fő célterülete éppen ezért a légszennyezettség problémaköre, azon belül is a városi levegő minőség változásának figyelemmel kísérése és okainak feltérképezése volt. Értekezésemben különös figyelmet fordítottam az erősödő urbanizációra és motorizációra, s a megerősödött forgalomból származó légszennyezésre és annak hatására a városi levegőminőségre és az emberi szervezetre. Alkalmazott módszerek A kutatásom megalapozása céljából széleskörű hazai és nemzetközi irodalom feldolgozását végeztem el, amelyek alapján fogalmaztam meg kutatási hipotéziseimet, a bizonyításukhoz szükséges módszertani eljárásokat.
Hipotéziseim bizonyításához a következő főbb módszereket alkalmaztam: a) a vonatkozó hazai és nemzetközi légszennyezéssel, urbanizációval, motorizációval kapcsolatos szakirodalom elemzése és értékelése, b) a légszennyezéssel kapcsolatos monitoring rendszerek feltárása, c) a légszennyezettség terjedésére alkalmazott modellek, modellezési eljárások bemutatása, d) a témához kapcsolódó hazai és EU-s statisztikai kiadványok, források feltárása, adatok keresése, valamint az adatok összehasonlító elemzése és értékelése, e) variancia módszer, Ward féle eljárással lefuttatott klaszteranalízis, f) statisztikai számítások, regressziós számítások, legkisebb négyzetek módszere, g) idősor elemzés, térbeli elemzés, h) digitális terepmodellezés, IDW interpoláció, i) dimenzió analízis, Buckingham π elmélet. Tézisek A PhD kutatómunkám során elért új tudományos eredményeket az alábbi négy tézispontban fogalmaztam meg: 1. Tézis: Igazoltam, hogy matematikai módszerekkel bizonyítható, hogy a városiasodás növekedésével, valamint a közúti forgalom erősödésével a környezeti levegő szennyezettsége jelentős problémává vált a városokban. a. Kimutattam, hogy a városi lakosság növekedésének üteme több mint 4% volt, s a legnagyobb mértékű növekedés a 3 millió lakosnál többel rendelkező városok estén következett be. b. Megállapítottam, hogy a legnagyobb mértékben a személygépjárművel történő szállítás növekedett, míg a tömegközlekedés használata folyamatosan csökkent.
c. Megállapítottam, hogy a városiasodás növekedésével egy időben az autóutak hossza, illetve az 1000 lakosra jutó személygépjárművek száma is emelkedett (17%). d. Kimutattam, hogy az urbanizáció és az erősödő motorizáció hatással volt a városok levegő minőségére. A városi lakosság 20-40% volt kitéve olyan PM 10 koncentrációnak a környezeti levegőben, amely meghaladta az EU határértéket, s a lakosság 14-65%-át érintette több mint 25 napon át napi 120μg/m 3 határértéket meghaladó magas ózon koncentráció. 2. Tézis: Igazoltam, hogy a közlekedésből származó légszennyezettség kapcsolata a légúti-, keringési- és emésztőrendszeri megbetegedésekből bekövetkező halálozások számával statisztikai módszerek alkalmazásával alátámasztható. a. Megállapítottam, hogy a légzőrendszer megbetegedéséből bekövetkező halálozások esetén a két legerősebb kapcsolat a SO 2 (44%) és a CO (20%) esetén áll fenn. b. Kimutattam, hogy a keringési rendszer megbetegedéséből bekövetkező halálozások, illetve a NO x és a CO légszennyező anyag koncentrációja között nagyon erős, 80%-ot meghaladó kapcsolat van. c. Megállapítottam, hogy erős kapcsolat áll fenn az emésztési rendszer megbetegedéséből bekövetkező halálozások illetve a NO x (80%- os), a CO (65%-os), PM 10 (51%-os) között. d. Megállapítottam, hogy a két leginkább meghatározó, legerősebb kapcsolatot mutató légszennyező anyagok a NO x és a CO, míg a leggyengébb kapcsolatot az O 3 mutatta.
3. Tézis: Megállapítottam, hogy a közlekedésből származó légszennyezettség mértéke egy adott városrészben vagy az egész városban dinamikus mérések elvégzésével megfelelő pontossággal jellemezhető. a. Statikus mérőpontjaim eredményeivel igazoltam, hogy a NO x légszennyező anyag koncentrációja egy folyamatosan változó és eloszlással rendelkező rendszer, amelynek jellemzésére elégtelen a város egy pontján mérni a tulajdonságait. b. Dinamikus méréseimen végrehajtott térbeli elemzéssel megállapítottam a NO x légszennyező anyag változásának mértékét, illetve kimutattam a legszennyezettebb részeket a vizsgált területen. 4. Tézis: Kidolgoztam egy modellt, amellyel a környezeti levegő légszennyezettségének mértéke meteorológiai és domborzati adatok ismeretében matematikailag modellezhető. a. Kidolgoztam egy egyenletet, amely öt meghatározott paraméter alapján lehetővé teszi a NO x környezeti levegőben található koncentrációjának kimutatását. b. A kidolgozott módszerrel a légszennyező anyag koncentrációja megközelítőleg meghatározhatóvá vált légszennyező anyag monitoringja nélkül.
PUBLIKÁCIÓK Cikk: 1. Vincze-Csom, Veronika, Nagy Georgina, Domokos Endre, Bui Pál, Rédey Ákos, 2012. Study on the impact of the traffic on air quality by using diffusive sampling method in Veszprém. Environmental Engineering and Management Journal, 11, 11, 2083-2090. 2. Nagy Georgina, Domokos Endre, Merényi Anna, Ákos Rédey, Tatiana Yuzhakova, 2014. Monitoring of Air Pollution Spread on the Car-Free Day in the City of Veszprém. International Journal of Energy and Environment (IJEE), Vol.5, Issue 6, pp.679-684. 3. Nagy Georgina, Silvia Vilcekova, Domokos Endre, 2015. Modelling the prediction of the NOx concentration in the outdoor air applying dimensional analysis. Fresenius Environmental Bulletin, Vol. 24, Issue 11. Idegen nyelven tartott előadás teljes szövegű megjelenéssel: 1. Vincze-Csom Veronika, Nagy Georgina, Domokos Endre, Bui Pál,, Rédey Ákos, (2013). Environmental air monitoring in city of Veszprém in cooperation with graduate students of School of Environmental Engineering, University of Pannonia. In Global Conference on Environmental Studies (CENVISU-2013). Belek, Antalya, Törökország, Április 24-27. AWERProcedia Advances in Applied Sciences. Vol.1, pp.694-703. 2. Fráter Tamás, Nagy Georgina, Domokos Endre, (2014). Unmanned Aerial Vehicles in Airborne Environmental Monitoring of Natural Reserve Areas such as Wetlands. In 4th International Conference on Solid Waste Management, IconSWM 2014. Hyderabad, Andhra Pradesh, India, január 28-30. Waste Management & Resource Utilisation: Kolkata: Oxford Publishing House. pp.161-164. Idegen nyelven tartott előadás csak kivonatos megjelenéssel: 1. Vincze-Csom Veronika, Nagy Georgina, Domokos Endre, Bui Pál, Rédey Ákos, (2013). Monitoring nitrogen-dioxide and benzene in air in the Central Transdaniubien Region, in the City of Veszprém. In 14th EuCheMS International Conference on Chemistry and the Environment. Barcelona, Spanyolország, Június 25-28. Book of abstracts. pp 64.
Magyar nyelven tartott előadás csak kivonatos megjelenéssel: 1. Domokos Endre, Nagy Georgina, Fráter Tamás, (2013). Környezetvédelmi montorozás pilóta nélküli repülőeszközzel. In XIX. Nemzetközi Vegyészkonferencia. Románia, Nagybánya, november 21-24. Book of abstracts. pp 54. 2. Nagy Georgina, Domokos Endre, Bui Pál, Rédey Ákos, (2013). Dinamikus légszennyezettség mérés városi környezetben. In XIX. Nemzetközi Vegyészkonferencia. Románia, Nagybánya, november 21-24. Book of abstracts. pp 44. 3. Nagy Georgina, Silvia Vilcekova, Domokos Endre, (2014). A közlekedésből származó légszennyezettség és a légúti megbetegedések kapcsolatának vizsgálata. In XX. Nemzetközi Vegyészkonferencia. Cluj- Napoca, Románia, november 6-9. Cluj-Napoca: Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság (EMT). pp. 79. 4. Somogyi Viola, Merényi Anna, Nagy Georgina, Domokos Endre, Rédey Ákos, (2014). Veszélyes anyagok légkörben való terjedésének vizsgálata különböző modellek segítségével. In X. Kárpát-medencei Környezettudományi Konferencia. Kolozsvár, Románia, március 27-29. Kolozsvár: Ábel Kiadó. pp. 249 5. Merényi Anna, Nagy Georgina, Domokos Endre, (2015). A Pannon Egyetem területén kialakuló légszennyezettség a tömegközlekedés függvényében. In XI. Kárpát-medencei Környezettudományi Konferencia. Pécs, Magyarország, május 6-9. Kiadó: Szentágothai János Szakkolágium. pp. 62 6. Nagy Georgina, Merényi Anna, Domokos Endre, (2015). Légszennyező anyagok és meteorológiai tényezők összefüggésének vizsgálata az idő függvényében Veszprémben. In XI. Kárpát-medencei Környezettudományi Konferencia. Pécs, Magyarország, május 6-9. Kiadó: Szentágothai János Szakkolágium. pp. 63 Poszter magyar nyelven: 1. Domokos Endre, Nagy Georgina, Rédey Ákos, Utasi Anett, (2013). Környezeti modellező rendszerek használata városi környezetben. In XIX. Nemzetközi Vegyészkonferencia. Románia, Nagybánya, november 21-24. Poszter idegen nyelven: 1. Merényi Anna, Domokos Endre, Nagy Georgina, (2015). Modelling of the influence of public transport int he urban air quality. In International Conference on Chemical & Process Engineering. Milánó, Olaszország, május 19-22.