Zanieczyszczenie powietrza benzenem w Kędzierzynie-Koźlu

Transkrypt

1 Instytut Ciężkiej Syntezy Organicznej Blachownia ul. Energetyków 9, Kędzierzyn-Koźle Kędzierzyn-Koźle, 25 października 2012 r. Zanieczyszczenie powietrza benzenem w Kędzierzynie-Koźlu analiza danych pomiarowych Wojewódzkiego Inspektoratu Ochrony Środowiska (WIOŚ) w Opolu z uwzględnieniem monitoringu automatycznej stacji pomiarowej BorsodChem, Petrochemia Blachownia S.A. Opracowali: mgr inż. Marcin Muszyński mgr Ewa Sabura mgr Piotr Woszczyński

2 Na terenie powiatu kędzierzyńsko kozielskiego monitoring powietrza prowadzony jest przez Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Opolu. Bieżąca ocena jakości powietrza opiera się na wynikach pomiarów prowadzonych metodami pasywnymi (4 stanowiska pomiarowe) oraz metodami automatycznymi (1 stacja pomiarowa od 2005 r.). W niniejszym opracowaniu zostały wykorzystane również dane pomiarowe ze stacji automatycznej znajdującej się na terenie Zakładów Chemicznych Blachownia (od 2011 r.) w odległości około 200 m od instalacji przeróbki benzolu koksowniczego należącej do firmy Petrochemia Blachownia S.A. Poniżej w tabeli przedstawiono lokalizację stanowisk pomiarowych benzenu w powiecie kędzierzyńsko-kozielskim. Tabela 1. Lokalizacja stanowisk pomiarowych benzenu w powiecie kędzierzyńsko-kozielskim. Lp. Kod krajowy stanowiska Nazwa stanowiska Typ pomiaru Lokalizacja 1. OpKkozle1a K-Koźle automat 1 automatyczny 2. OpKkozle16pas K-Koźle pasywne 16 pasywny 3. OpKkozle17pas K-Koźle pasywne 17 pasywny 4. OpKkozle18pas K-Koźle pasywne 18 pasywny 5. OpKkozle53pas K-Koźle pasywne 53 pasywny Automat PBSA automatyczny Kędzierzyn-Koźle, ul. B. Śmiałego Kędzierzyn-Koźle, ul. Kościuszki Kędzierzyn-Koźle, ul. Skarbowa Kędzierzyn-Koźle, ul. Ks. Opolskich Kędzierzyn-Koźle, ul. Szkolna Kędzierzyn-Koźle, ul. Szkolna Rys. 1. Mapa miasta Kędzierzyn-Koźle z zaznaczoną lokalizacją stacji pomiarowych benzenu. Strona 2 z 48

3 Na wstępie niniejszej pracy należy przedyskutować wartości normatywne dla benzenu obowiązujące w Polsce (patrz Tab. 2). Tabela 2. Wartości normatywne benzenu według obowiązujących dokumentów prawnych. Dokument odniesienia Wskaźnik zanieczyszczenia Wartość Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 3 marca 2008 r. w sprawie poziomów niektórych substancji w powietrzu (Dz.U. z 2008 r. Nr 47, poz. 281) Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 29 listopada 2002 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (Dz. U. nr 217, poz. 1833) Poziom dopuszczalny 5 µg/m 3 Najwyższe Dopuszczalne Stężenie (NDS) 1,6 mg/m 3 Różnica w przywołanych wartościach stężeń jest istotna, ponieważ w środowisku pracy najwyższe dopuszczalne stężenie benzenu jest 320-krotnie większe niż poziom dopuszczalny benzenu w powietrzu atmosferycznym. Zgodnie z definicją poziom dopuszczalny oznacza poziom substancji w powietrzu, który ma być osiągnięty na danym obszarze i nie powinien być przekraczany. Wielkość ta jest jedynie wskaźnikiem jakości powietrza i nie odnosi się do stanu zdrowia. Natomiast Najwyższe Dopuszczalne Stężenie (NDS) jest to wartość stężenia danego zanieczyszczenia, która nie powinna spowodować ujemnych zmian w stanie zdrowia pracownika oraz zdrowia jego przyszłych pokoleń. Dodatkowo wartość NDS jest średnią ważoną stężenia w ciągu 8-godzinnej zmiany, więc w dopuszczalne są jednostkowe pomiary na stanowisku pracy powyżej wskazanej wartości NDS. Przeanalizowano następujące dane: wartości średniodobowych i godzinnych stężeń benzenu w powietrzu z pomiarów automatycznych (K-Koźle automat 1 i Automat PBSA), gdzie uwzględniono okres pomiarowy od stycznia 2011 roku do lipca 2012 roku (rys.2 5). Na podstawie tych wyników stwierdzono, że na każdej ze stacji pomiarowej odnotowano przekroczenia poziomu dopuszczalnego tj. 5 µg/m 3 oraz nie zarejestrowano wartości większej, ani równej NDS tj µg/m 3. Strona 3 z 48

4 a) b) Rys. 2. Średniodobowe stężenia benzenu na stanowisku pomiarowym Automat PBSA w roku 2011 i 2012 (do VII): a) porównanie do wartości poziomu dopuszczalnego tj. 5 µg/m 3 b) porównanie do wartości NDS tj µg/m 3 Strona 4 z 48

5 a) b) Rys. 3. Średniodobowe stężenia benzenu na stanowisku pomiarowym K-Koźle automat 1 w roku 2011 i 2012 (do VII): a) porównanie do wartości poziomu dopuszczalnego tj. 5 µg/m 3 b) porównanie do wartości NDS tj µg/m 3 Strona 5 z 48

6 a) b) Rys. 4. Godzinne stężenia benzenu na stanowisku pomiarowym K-Koźle automat 1 w roku 2011 i 2012 (do VII): a) porównanie do wartości poziomu dopuszczalnego tj. 5 µg/m 3 b) porównanie do wartości NDS tj µg/m 3 Strona 6 z 48

7 a) b) Rys. 5. Godzinowe stężenia benzenu na stanowisku pomiarowym Automat PBSA w roku 2011 i 2012 (do VII): a) porównanie do wartości poziomu dopuszczalnego tj. 5 µg/m 3 b) porównanie do wartości NDS tj µg/m 3 Strona 7 z 48

8 W oparciu o wyniki miesięczne obliczono i sporządzono zestawienie rocznych wyników badań na poszczególnych stanowiskach pomiarowych w 2011 roku. Uzyskane wartości stężeń benzenu przedstawiono poniżej tabeli 3 oraz graficznie na rys. 6 i 7. Tabela 3. Zbiorcze zestawienie średnich stężeń benzenu na poszczególnych stanowiskach pomiarowych w powiecie kędzierzyńsko-kozielskim w 2011 roku. Lp. Nazwa stanowiska Stężenie średnie roczne Stężenie średnie w sez. letnim* Stężenie średnie w sez. zimowym (grzewczym)** Stężenie max w roku Stężenie min w roku µg/m 3 1. K-Koźle automat 1 12,4 7,3 17,0 32 3,2 2. K-Koźle pasywne 16 4,8 4,0 5,5 8,8 2,4 3. K-Koźle pasywne 17 2,1 1,3 2,8 3,7 0,8 4. K-Koźle pasywne 18 2,5 1,7 3,1 4,9 1,1 5. K-Koźle pasywne 53 10,9 13,0 9,1 20,8 4,8 6. Automat PBSA 6,3 8,9 3,9 16,3 1,7 * średnie stężenie benzenu w miesiącach IV-IX ** średnie stężenie benzenu w miesiącach I-III i X-XII Dla 3 stacji pomiarowych odnotowano przekroczenie poziomu dopuszczalnego benzenu w powietrzu tj. 5 µg/m 3. Najwyższe stężenie średnioroczne, jak i stężenie maksymalne średnich miesięcznych występuje na stacji pomiarowej K-Koźle automat 1. Rys. 6. Stężenia średnioroczne i maksymalne benzenu na poszczególnych stacjach pomiarowych w 2011 roku. Strona 8 z 48

9 Średnie stężenia w sezonie letnim mieściły się w przedziale od 1,3 µg/m 3 (K-Koźle pasywne 17) do 13,0 µg/m 3 (K-Koźle pasywne 53). Średnie stężenia w sezonie zimnym mieściły się w przedziale od 2,8 µg/m 3 (K-Koźle pasywne 17) do 17,0 µg/m 3 (K-Koźle automat 1). W przypadku 4 stacji pomiarowych stężenia benzenu w sezonie zimowym były wyższe od wartości w sezonie letnim. Rys. 7. Średnie stężenia benzenu w sezonie letnim i zimowym na poszczególnych stacjach pomiarowych w 2011 roku. Z przebiegu rocznych serii pomiarów na poszczególnych stanowiskach (tab.3 i rys.5, 8) odczytać można wyraźną sezonową zmienność stężeń benzenu. Wyższe wartości w okresie zimowym, a niższe w sezonie letnim zarejestrowane na stacji K-Koźle automat 1, Koźle pasywne 16, K-Koźle pasywne 17 i K-Koźle pasywne 18. Tendencja ta nie jest zachowana w przypadku stacji automat PBSA i K-Koźle pasywne 53 (występuje sytuacja odwrotna). Zasadne jest więc stwierdzenie, że powodem tej sytuacji jest emisja z sektora komunalno bytowego (bloki ogrzewane z sieci miejskiej i ogrzewania indywidualne), tzw. niska emisja z terenów miejskich wpływająca na pogorszenie warunków aerosanitarnych w tym obszarze. Strona 9 z 48

10 Rys. 8. Średniomiesięczne stężenia benzenu na 2 stanowiskach pomiarowych w roku 2011 (metoda automatyczna). Zestawiono wartości pomiarowe monitoringu benzenu w powiecie kędzierzyńskokozielskim w latach Wyniki zaprezentowano w tabeli 4 oraz graficznie na rys. 9. Tabela 4. Zbiorcze zestawienie średniorocznych stężeń benzenu na poszczególnych stacjach pomiarowych na obszarze powiatu kędzierzyńsko-kozielskiego w latach Lp Nazwa stanowiska K-Koźle automat 1 K-Koźle pasywne 16 K-Koźle pasywne 17 K-Koźle pasywne 18 K-Koźle pasywne 53 Średnioroczne stężenie benzenu [µg/m 3 ] Zmiana stężeń benzenu 2011 r. w stosunku do 2010 r. [%] 6,5 10,8 6,9 9,7 12,4 27,8 6,2 6,7 3,5 3,8 4,8 26,3 3,2 3,3 2 1,9 2,1 10,5 4,4 4,1 2,1 2,3 2,5 8, ,6 9,2 10,9 18,5 6. Automat PBSA , Strona 10 z 48

11 Rys. 9. Stężenia średnioroczne benzenu na stacjach pomiarowych na obszarze powiatu kędzierzyńsko-kozielskiego w latach Na wszystkich stanowiskach pomiarowych obserwuje się wzrost średnich rocznych stężeń benzenu w 2011 roku w porównaniu do roku W roku 2011 najwyższe stężenie benzenu zanotowano na stacji K-Koźle automat 1, ul. B. Śmiałego (12,4 μg/m3), a najniższe na stacji K-Koźle pasywne 17, ul. Skarbowa (2,1 μg/m 3 ). Największy wzrost stężenia benzenu zaobserwowano na stanowisku K-Koźle automat 1, ul. B. Śmiałego (27,8 %) a najniższy na stanowisku K-Koźle pasywne 18, ul. Ks. Opolskich (8,7%). Dużą zmiennością charakteryzuje się dobowy przebieg stężeń benzenu. Na poniższych wykresach przedstawiono godzinowe przebiegi stężeń benzenu dla losowo wybranych 5 dni z roku 2011r. Porównanie wykonano dla stacji automatycznej K-Koźle automat 1 oraz Automat PBSA. Strona 11 z 48

12 Rys. 10. Godzinowe przebiegi stężeń benzenu w wybranych dobach na stacji pomiarowej K-Koźle automat 1. Powyższy wykres wskazuje, że najwyższe koncentracje benzenu przypadają na godziny nocne i poranne, a najniższe na południe i wczesne godziny popołudniowe. Taki przebieg stężeń dobowych może wskazywać na zwiększoną imisję benzenu w godzinach wieczornych i nocnych. Niestety opierając się jedynie na danych pomiarowych, nie można prawidłowo wnioskować o źródle lub źródłach tych nocnych emisji. Zmienność dobowa stężeń benzenu może być również uwarunkowana wpływem temperatury, ściślej inwersją temperatury Ze względu na fakt, iż na rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń duży wpływa ma wysokość warstwy inwersyjnej. Niskie położenie warstwy inwersyjnej utrudnia dyspersję zanieczyszczeń pochodzących głównie od komunikacji oraz ogrzewania indywidualnego. (dodatkowo należy zwrócić uwagę na fakt, że inwersje występują głównie w porze nocnej). Strona 12 z 48

13 Rys. 11. Godzinowe przebiegi stężeń benzenu w wybranych dobach na stacji pomiarowej Automat PBSA. Zmieniono skale osi zmiennej Y (stężenie benzenu) dla czytelności wykresu. Rys. 12. Godzinowe przebiegi stężeń benzenu w wybranych dobach na stacji pomiarowej Automat PBSA. Strona 13 z 48

14 Rys. 13. Godzinowe przebiegi stężeń benzenu w dniu r. na stacjach pomiarowych K-Koźle automat 1 i Automat PBSA. Rys. 14. Godzinowe przebiegi stężeń benzenu w dniu r. na stacjach pomiarowych K-Koźle automat 1 i Automat PBSA. Strona 14 z 48

15 Rys. 15. Godzinowe przebiegi stężeń benzenu w dniu r. na stacjach pomiarowych K-Koźle automat 1 i Automat PBSA. Rys. 16. Godzinowe przebiegi stężeń benzenu w dniu r. na stacjach pomiarowych K-Koźle automat 1 i Automat PBSA. Strona 15 z 48

16 Rys. 17. Godzinowe przebiegi stężeń benzenu w dniu r. na stacjach pomiarowych K-Koźle automat 1 i Automat PBSA. Analiza powyższych wykresów (rys.10 17) wskazuje na brak zależności między stężeniami benzenu w zakładach Petrochemia Blachownia i na osiedlu Piastów. Pomimo znacznej imisji benzenu zarejestrowanej przez stację PBSA w dniu 8 stycznia (rys. 13) stacja pomiarowa K-Koźle automat zarejestrowała znacznie wyższe stężenia benzenu w godzinach między 1 a 3 w nocy. Następnie odczyty tej stacji pozostawały zarówno znacznie poniżej dopuszczalnego poziomu oraz odczytów ze stacji PBSA. Brak zależności między odczytami obydwu stacji pomiarowych jest bardzo dobrze widoczny na rysunku 15 przedstawiającym dane z dnia 1 czerwca 2011 roku. Wysokie stężenia benzenu na stacji pomiarowej PBSA nie korespondują z odczytami stacji K-Koźle automat 1. Podobnie jest w przypadku pozostałych wykresów. Na rys. 18 przedstawiono wyniki stężeń benzenu uzyskane w 2010 i 2011 roku na wszystkich stacjach monitorujących poziom tego zanieczyszczenia w powiecie kędzierzyńsko-kozielskim. Zarejestrowane stężenia średnioroczne benzenu wykazały się dużym zróżnicowaniem, w zależności od lokalizacji stacji. Najwyższe stężenia wystąpiły w Kędzierzynie-Koźlu, gdzie przekroczenie wartości dopuszczalnej zarejestrowana na 1 stanowisku pomiarów prowadzonych metodą pasywną (K-Koźle pasywne 53) i na stacjach automatycznych (K-Koźle automat 1, Automat PBSA). Na stacji pomiarowej w Zdzieszowicach stężenia benzenu również były przekroczone oraz jednocześnie wzrosły Strona 16 z 48

17 w roku 2011 r. o 90% w stosunku do poprzedniego. Na terenie Opola oraz powiatu opolskiego, gdzie brak jest przemysłu odpowiedzialnego za emisję benzenu do powietrza, poziom jego stężeń był znacznie niższy i w tych latach maksymalnie osiągnął 36% rocznej normy. Rys. 18. Stężeń benzenu w 2010 i 2011 roku na wszystkich stacjach monitorujących poziom tego zanieczyszczenia w powiecie kędzierzyńsko-kozielskim. Przeanalizowano sytuację zanieczyszczenia benzenem powietrza atmosferycznego w wybranych miastach Polski, pozyskano dane z 2009 roku. Wyniki przedstawiono na rys. 19. Strona 17 z 48

18 Rys. 19. Stężenia benzenu w wybranych miastach Polski w 2009 r. Przekroczenia dopuszczalnego poziomu stężenia benzenu, wówczas 5µg/m 3 + margines tolerancji: 1 µg/m 3, zarejestrowano w 2 miastach: Bydgoszcz i Kędzierzyn-Koźle. Zgodnie z oceną stanu jakości powietrza przedstawioną przez WIOŚ Bydgoszcz sytuacje w tej strefie powiązano przede wszystkim z oddziaływaniem emisji z pojazdów i z ogrzewania budynków. Jednostka ta prowadzi dokładny monitoring zanieczyszczeń powietrza, nie tylko z zakładów przemysłowych, ale również oceniają jako źródło emisji benzenu: komunikację i sektor komunalno-bytowy. W przypadku Kędzierzyna-Koźla jest wysoce prawdopodobne, iż przyczyną występowania ponadnormatywnych stężeń benzenu w tej strefie jest oddziaływanie imisji zarówno z zakładów przemysłowych, jak i ciepłowni, elektrowni zlokalizowanych w pobliżu stacji pomiarowej. Jednakże w corocznej ocenie jakości powietrza uwzględnia się jedynie emisję benzenu ze źródeł przemysłowych, pomijając emisję niezorganizowaną oraz pochodzącą z komunikacji i sektora komunalno-bytowego, mogących mieć znaczący wpływ na poziom benzenu w powietrzu. Według danych Głównego Inspektoratu Ochrony Środowiska w 2009 r. przekroczenia wartości dopuszczalnych benzenu nie wystąpiły w pobliżu dużych rafinerii (Gdańsk, Płock) Strona 18 z 48

19 czy przy ulicach o bardzo dużym natężeniu ruchu (Warszawa), natomiast w województwie kujawsko-pomorskim przekroczenia tych wartości odnotowano nie tylko w Bydgoszczy, ale również w dużo mniejszych miejscowościach: w Grudziądzu, Włocławku, Nakle czy Żninie. Podsumowanie: 1. Na stacjach automatycznych (K-Koźle automat 1 i Automat PBSA) w okresie 2011 VI odnotowano przekroczenia poziomu dopuszczalnego benzenu tj. 5 µg/m 3 a nie zarejestrowano przekroczeń wartości NDS tj µg/m Dane pomiarowe stacji K-Koźle automat 1 wykazują wyższe wartości stężeń benzenu niż w przypadku stacji Automat PBSA. 3. Występuje wyraźna sezonowa zmienność mierzonych stężeń benzenu na wszystkich stanowiskach pomiarowych w Kędzierzynie-Koźlu. Wyższe wartości w okresie zimowym, a niższe w sezonie letnim zarejestrowano na stacjach zlokalizowanych na terenie miejskim. Odwrotna tendencja zaznacza się na stacjach umieszczonych na terenie przemysłowym. 4. Na wszystkich stanowiskach pomiarowych obserwuje się wzrost średnich rocznych stężeń benzenu w 2011 roku w porównaniu do roku Dużą zmiennością charakteryzuje się dobowy przebieg stężeń benzenu na stacji K- Koźle automat 1. Wyższe stężenie benzenu przypada przypadają na godziny nocne i poranne, a niższe na południe i wczesne godziny popołudniowe. 6. Najwyższe stężenia średnioroczne (2010 i 2011 r.) na terenie powiatu kędzierzyńskokozielskiego występują w Kędzierzynie-Koźlu. 7. Emisje benzenu na terenie miasta Kędzierzyn-Koźle należy powiązać nie tylko z działalnością zakładów przemysłowych, ale również z emisją pochodzącą z komunikacji i sektora komunalno-bytowego. Strona 19 z 48

20 Petrochemia-Blachownia S.A. jest jednym zakładów przemysłowych emitujących benzen znajdujących się na terenie miasta Kędzierzyn-Koźle. W celu oceny wpływu działalności zakładu na zanieczyszczenie powietrza benzenem porównano wielkość produkcji (benzen Mg/24h) ze średniodobowymi stężeniami benzenu rejestrowanymi na stacji K-Koźle automat 1 (wartości znormalizowano). Rys. 20. Stężenie benzenu na stacji K-Koźle automat 1 na tle produkcji benzenu Petrochemii Blachownia S.A.; stężenie benzenu [µg/m 3 ] produkcja benzenu [Mg/24h] Na otrzymanym wykresie nie można doszukać się żadnej zależności tych wielkości, co nie świadczy też o ich niezależności. Przede wszystkim dlatego, iż monitoring zanieczyszczeń powietrza na stacjach pomiarowych rejestruje wartości jednostkowe, które określają stężenie benzenu w danym punkcie. Dodatkowo ważną rolę w rozprzestrzenianiu się zanieczyszczeń, a tym samym ich imisję odgrywają czynniki meteorologiczne oraz fizyczno-geograficzne. Na dyspersję zanieczyszczeń szczególnie na obszarach miejskich duży wpływ mają prędkości oraz kierunki wiatrów. Ocena korelacji źródło receptor nie jest możliwa stosując wyłącznie pomiary stężeń benzenu. Aby określić lokalizację źródeł emisji benzenu wykorzystano dane pomiarowe kierunków wiatrów wykonywane na stacji pomiarów automatycznych przy ul. B. Śmiałego w Kędzierzynie-Koźlu. Uwzględniono zakres danych od stycznia 2009 roku do czerwca 2012 roku. Na rys. 22 przedstawiono wartości maksymalnych średniodobowych stężeń benzenu w zależności od kierunku wiatru (przedział co 10 i 30 ). Strona 20 z 48

21 Układ terenu miasta Kędzierzyn-Koźle i okolic względem stron świata wraz rożą wiatrów zaprezentowano na rys. 21. Rys. 21. Róża wiatrów na tle mapy obszaru do 30 km wokół powiatu kędzierzyńsko-kozielskiego oraz miasta Kędzierzyn-Koźle. Strona 21 z 48

22 a) b) Rys. 22. Maksymalne stężenia benzenu w zależności o kierunku wiatru: a) kierunek wiatru co 10 b) kierunek wiatru co 30 W kolejnym etapie wyliczono liczbę przekroczeń dla 5 dobranych poziomów stężeń benzenu, którą zestawiono z kierunkiem wiatru (przedział co 30 ) rys.23. Uzyskane wykresy radarowe naniesiono na mapę miasta Kędzierzyn-Koźle (rys ). Strona 22 z 48

23 a) b) c) d) e) Rys. 23. Liczba przekroczeń w zależności od kierunku wiatru dla poziomów stężeń benzenu: a) >5µg/m 3 b) >10µg/m 3 c) >20µg/m 3 d) >50µg/m 3 e) >100µg/m 3 Strona 23 z 48

24 Rys. 24. Liczba przekroczeń stężeń benzenu >5µg/m 3 mapy miasta Kędzierzyn-Koźle. w zależności od kierunku wiatru na tle Rys. 25. Liczba przekroczeń stężeń benzenu >10µg/m 3 w zależności od kierunku wiatru na tle mapy miasta Kędzierzyn-Koźle. Strona 24 z 48

25 Rys. 26. Liczba przekroczeń stężeń benzenu >20µg/m 3 w zależności od kierunku wiatru na tle mapy miasta Kędzierzyn-Koźle. Rys. 27. Liczba przekroczeń stężeń benzenu >50µg/m 3 w zależności od kierunku wiatru na tle mapy miasta Kędzierzyn-Koźle. Strona 25 z 48

26 Rys. 28. Liczba przekroczeń stężeń benzenu >100µg/m 3 w zależności od kierunku wiatru na tle mapy miasta Kędzierzyn-Koźle. Na podstawie powyższych wykresów można wnioskować, iż przekroczenia poziomów stężeń benzenu są uwarunkowane emisją pochodzącą z obszarów północnego wschodu i wschodu (kierunek wiatru ) oraz południowego wschodu, południa i południowego zachodu (kierunek wiatru ). W przypadku przekroczeń największej wartości kryterialnej >100 µg/m 3, benzen napływał głównie ze wschodu, z kierunków wiatru Uzyskane wyniki należy porównać z różą wiatrów zarejestrowaną w analizowanym przedziale czasowym tj VI (rys. 29). Wątpliwości wzbudza usytuowanie stacji pomiarowej K-Koźle automat 1, a mianowicie jej odległość od zabudowań, szczególnie z kierunku północnego. W niewielkiej odległości od stacji znajduje się budynek mieszkalny wpływający na kierunek wiatru co jest uwidocznione na róży wiatrów. W badanym okresie stacja pomiarowa zarejestrowała niewielką częstotliwość występowania północnych wiatrów. Strona 26 z 48

27 Rys. 29. Roża wiatrów na stacji K-Koźle automat 1 w 2009 IV.2012 r. Podjęto próbę oceny korelacji średniodobowych stężeń benzenu z mierzonym pyłem zawieszonym (PM10). W zestawieniu zawarto również dane produkcyjne Petrochemii Blachownia S.A. (rys. 30). Analizowano dane z okresu od stycznia 2009 do lipca 2012, a w przypadku wielkości produkcji benzenu do czerwca 2011 roku (uwzględniono udostępnione dane). Strona 27 z 48

28 Rys. 30. Stężenia benzenu i pyłu zawieszonego (PM10) na stacji K-Koźle automat 1 wraz z wielkością produkcji benzenu dla pełnego zakresu kierunków wiatru. Ze względu na przyjęty szeroki zakres pomiarowy i bardzo dużą ilość danych uzyskano nieczytelne wykresy oraz niemiarodajne zestawienie. Kolejno zobrazowano graficznie te same wielkości z zastosowaną normalizację danych. Strona 28 z 48

29 a) b) Rys. 31. Wartości znormalizowane stężeń benzenu i pyłu zawieszonego (PM10) na stacji K- Koźle automat 1 wraz z wielkością produkcji benzenu dla pełnego zakresu kierunków wiatru: a) stężenie benzenu [µg/m 3 ]; wielkość produkcji [Mg/24h] b) pył zawieszony [µg/m 3 ] W przypadku danych znormalizowanych zaznacza się powiązanie stężenia benzenu z pyłem zawieszonym PM10. Występują wspólne okresy występowania maksymalnych wartości tych wielkości. W kolejnym porównaniu uwzględniono jedynie dane powiązane z kierunkiem wiatrów dla których oceniono najwyższą emisję benzenu tzn. dla zakresu i Strona 29 z 48

30 Rys. 32. Stężenia benzenu i pyłu zawieszonego (PM10) na stacji K-Koźle automat 1 wraz z wielkością produkcji benzenu dla kierunku wiatru Strona 30 z 48

34 Rys. 36. Stężenia benzenu i pyłu zawieszonego (PM10) na stacji K-Koźle automat 1 wraz z wielkością produkcji benzenu dla kierunku wiatru Na podstawie powyższych wykresów nie można jednoznacznie powiązać wielkości produkcji ze stężeniem benzenu mierzonym na stacji K-Koźle automat 1. Natomiast analiza powyższych wykresów wskazuje, że roczne przebiegi średniodobowych stężeń pyłu zawieszonego PM10 oraz benzenu wykazują zależność. Maksymalne wartości stężeń obu zanieczyszczeń występują na ogół w tych samych okresach, w szczególności od grudnia do maja danego roku. Zatem można ocenić, iż w przeważającej ilości medium przenoszącym benzen jest pył zawieszony, który może pochodzić z tego samego źródła emisji, a mianowicie z sektora komunalnego lub energetycznego. Aby potwierdzić korelację pomiędzy pyłem zawieszonym PM10 a stężeniem benzenu należy dokonać analizy statystycznej. Strona 34 z 48

35 Podsumowanie: 1. Monitoring zanieczyszczeń powietrza uwarunkowany jest wpływem czynników meteorologicznych, jak i fizyczno-geograficznych, które należy uwzględniać we właściwej ocenie stanu jakości powietrza 2. Występuje zależność pomiędzy stężeniami benzenu odnotowywanymi na stacji K- Koźle automat 1 i kierunkiem wiatrów. Na tej podstawie oszacowano obszary emisji benzenu. 3. Przekroczenia poziomów benzenu występują przy wietrze z kierunków: północnego wschodu i wschodu (30 90 ) oraz południowego wschodu, południa i południowego zachodu ( ). 4. Nie zaobserwowano powiązania pomiędzy wielkością produkcji benzenu Petrochemia Blachownia S.A. a stężeniem benzenu na stacji K-Koźle automat Występuje zależność pomiędzy pyłem zawieszonym PM10 i stężeniem benzenu na stacji K-Koźle automat 1. Maksymalne wartości stężeń obu zanieczyszczeń występują na ogół w tych samych okresach, szczególnie w sezonie zimowym. Strona 35 z 48

36 Przeprowadzono analizę statystyczną dla danych pochodzących z pomiarów automatycznych: stacji Automat PBSA (stężenie benzenu) oraz ze stacji K-Koźle automat 1 (stężenie benzenu i pyłu zawieszonego). Do oceny wykorzystano wyniki pomiarów z pełnego okresu tj rok, co pozwala na uwzględnienie jak największej liczby zmiennych wpływających na wyniki analizy statystycznej (kierunek oraz siła wiatru, zmiana emisji benzenu oraz pyłu z innych źródeł w ciągu roku jak na przykład emisja z domków jednorodzinnych opalanych węglem w okresie zimowym). Dla powyższych danych wykonano analizę korelacji Pearsona, gdzie wielkość próbki wynosiła 263 pomiary. Tabela 5. Parametry korelacji pomiędzy stężeniami benzenu w powietrzu oraz pyłem zawieszonym w 2011 r. Automat PBSA Automat K-Koźle 1 stężenie benzenu /µg m 3 stężenie benzenu /µg m 3 stężenie pyłu PM10 /µg m 3 Automat PBSA stężenie benzenu r -0,0053-0,1900 /µg m 3 P 0,9317 0,0020 K-Koźle automat 1 stężenie benzenu r -0,0053 0,5427 /µg m 3 P 0,9317 0,0000 stężenie pyłu r -0,1900 0,5427 /µg m 3 P 0,0020 0,0000 gdzie: r współczynnik korelacji liniowej Pearsona P współczynnik istotności korelacji liniowej W tabeli 5 przedstawiono współczynniki korelacji Pearsona (r) pomiędzy stężeniami benzenu w podanych punktach pomiarowych oraz zawartością pyłu zawieszonego. Przedstawione dane pozwalają stwierdzić, iż nie występuje korelacja miedzy poziomem benzenu wykrywanym w powietrzu na obydwu stanowiskach pomiarowych (współczynnik korelacji r<±0,5). Występuje natomiast silna korelacja między zawartością pyłu zawieszonego a stężeniem benzenu w przypadku odczytów na stacji K-Koźle automat 1. Wartości P przedstawione w tabeli określają istotność statystyczną badanych korelacji (wartość P<0,05 wskazuje na istotną korelację przy poziomie ufności wynoszącym 95%). Podane obliczenia wykonano z wykorzystaniem średnich wartości dobowych. Należy zwrócić uwagę iż przybliżenie może mieć wpływ na dokładność analizy. Strona 36 z 48

37 Wśród podstawowych parametrów analizy statystycznej należy zwrócić, uwagę na wysoką wartość współczynnika wariancji (zmienności), co wskazuje na duże zróżnicowanie danych obliczeniowych. Tabela 6. Podstawowe wielkości analizy dla stężeń benzenu oraz zawartości pyłu Parametr Automat PBSA Automat K-Koźle 1 stężenie benzenu stężenie benzenu stężenie pyłu Wielkość próbki Średnia /µg m 3 6,2 10,7 39,9 Odchylenie standardowe /µg m 3 6,5 23,5 31,5 Wsp. Wariancji /% 106,0 219,5 78,8 W tabeli 7 przedstawiono zestawienie częstotliwości poszczególnych poziomów stężeń benzenu rejestrowanych na stacji pomiarowej Automat PBSA i K-Koźle automat 1 w 2011 roku. Zestawienie pokazuje, iż na terenie zakładów chemicznych występują przekroczenia poziomu 5 µg/m 3 w większej ilości jak na terenie zamieszkanym (w przedziale od 5 do 15 µg/m 3 ). Na uwagę zasługuje fakt iż stacja pomiarowa K-Koźle automat 1 wykazuje znaczną ilość odczytów stężenia benzenu powyżej 50 µg/m 3. Może to być spowodowane wpływem innych emiterów benzenu. Tabela 7. Częstotliwość występowania średniodobowych stężeń benzenu na stacji Automat PBSA i K-Koźle automat 1 Stężenie benzenu /µg m 3 Automat PBSA K-Koźle automat > 0 20 Strona 37 z 48

38 frequency Czestotliwosc Histogram Benzen Petrochemia Rys. 37. Częstotliwość występowania stężeń benzenu na stacji Automat PBSA Histogram Benzen WIOSP Rys. 38. Częstotliwość występowania stężeń benzenu na stacji K-Koźle automat 1 W tabeli 8 przedstawiono współczynniki korelacji Pearsona między stężeniem benzenu w powietrzu, kierunkiem wiatru oraz pyłem zawieszonym. Przedstawione dane pozwalają stwierdzić iż występuje korelacja na średnim poziomie między zawartością pyłu zawieszonego a stężeniem benzenu oraz między zawartością pyłu i kierunkiem wiatru. Natomiast brak jest korelacji pomiędzy stężeniem benzenu i kierunkiem wiatru. Wynik ten może być uwarunkowanym zastosowaniem do obliczeń pełnego zakresu kierunków wiatrów. Natomiast niepoprawnym działaniem byłoby analiza statystyczna danych pomiarowych z podziałem na kierunki wiatrów, z powodu zbyt małej ilości danych wejściowych. Dodatkowo należy podkreślić, że emisja benzenu z danego źródła nigdy nie jest stała w szerokim przedziale czasowym, więc tym samym rejestrowane wartości stężeń benzenu są zróżnicowane. Strona 38 z 48

39 Tabela 8. Parametry korelacji pomiędzy stężeniami benzenu w powietrzu, pyłem zawieszonym oraz kierunkiem wiatru. stężenie benzenu /µg m 3 kierunek wiatru / stężenie pyłu PM10 /µg m 3 stężenie benzenu r -0,2397 0,5453 /µg m 3 P 0,0000 0,0000 kierunek wiatru / r -0,2397-0,4163 P 0,0000 0,0000 stężenie pyłu PM10 r 0,5453-0,4163 /µg m 3 P 0,0000 0,0000 Wykonano również zestawienie stężenia benzenu od kierunku wiatru z wykorzystaniem pomiarów godzinnych ze stacji K-Koźle automat 1 w okresie od 1 do 10 stycznia 2011 roku (tzw. mała próbka ) oraz pomiarów dobowych dla całego roku kalendarzowego 2011 (tzw. pełna próbka ). W obu przypadkach znaczny wzrost stężenia benzenu występuje dla kierunków wiatrów: i Rys. 39. Zależność godzinnych stężeń benzenu w powietrzu od kierunku wiatru (01-10 stycznia 2011). Strona 39 z 48

40 Rys. 40. Zależność dobowych stężeń benzenu w powietrzu od kierunku wiatru (2011 r.) Powyższe wnioskowanie należało uzupełnić informacją dotyczącą warunków meteorologicznych, a ściślej kierunków wiatrów występujących w analizowanym okresie. Na rys. 41 przedstawiono histogram rozkładu częstotliwości występowania kierunków wiatrów rejestrowanych na stacji K-Koźle automat 1 w 2011 roku. Główne kierunki wiatrów to , czyli południowy zachód i zachód. Dla porównania pracy stacji meteorologicznych na rys. 42 zaprezentowano wyniki dla stacji Automat PBSA. Tutaj rejestrowano wiatr z kierunków , czyli południowy wschód i południe. Strona 40 z 48

41 Rys. 41. Częstotliwość występowania kierunków wiatrów rejestrowanych na stacji K-Koźle automat 1 w 2011 roku. Rys. 42. Częstotliwość występowania kierunków wiatrów rejestrowanych na stacji Automat PBSA w 2011 roku Ze względu, iż analiza statystyczna nie wskazała wprost na korelację stężenia benzenu z kierunkiem wiatrów, wykonano wykresy radarowe tylko dla 1 roku kalendarzowego tj Strona 41 z 48

42 a) b) c) d) e) Rys. 43. Liczba przekroczeń w zależności od kierunku wiatru dla poziomów stężeń benzenu w 2011 roku: a) >5µg/m 3 b) >10µg/m 3 c) >20µg/m 3 d) >50µg/m 3 e) >100µg/m 3 Strona 42 z 48

43 Na rys.44 przedstawiono różę wiatrów w 2011r. Rys. 44. Roża wiatrów na stacji K-Koźle automat 1 w 2011 r. We wszystkich przypadkach wzrost stężenia benzenu następuje przy kierunku wiatrów z północnego wschodu i wschodu (30 90 ) oraz z południa i południowego wschodu, ( ). Kolejno wyliczono wartości maksymalnych średniodobowych stężeń benzenu w zależności od kierunku wiatru dla roku kalendarzowego Największe wartości stężeń benzenu występują dla kierunków wiatru i Rys. 45. Maksymalne stężenia benzenu w zależności od kierunku wiatru na stacji K-Koźle automat 1 w 2011 r. Strona 43 z 48

44 Wyniki pomiarów stacji pomiarowej K-Koźle automat 1 wzbudzają pewne wątpliwości ze względu na jej lokalizację. W związku z tym przeprowadzono symulację wyznaczenia stężenia średniorocznego benzenu, poprzez wyeliminowanie niepewnych wyników pomiarów chwilowych. Na podstawie średniodobowych wartości stężeń benzenu zarejestrowanych na stacji K-Koźle automat 1 obliczono średnioroczne stężenie benzenu w 2011 roku. W kolejnych wyliczeniach odrzucono wartości chwilowe tj. godzinne stężenia benzenu powyżej 300 µg/m 3, a następnie powyżej 200 µg/m 3 (tabela 9 i rys. 46). Takie same obliczenia wykonano dla przedziału czasu od stycznia 2011 do lipca 2012 (rys.47). Tabela 9. Wyniki wyliczeń średniorocznych stężeń benzenu w 2011 roku. Sposób obliczeń c rok / µg/m 3 gdzie: c rok c h ch c rok 13,29 N N d d r r ch 300 c rok 9,24 N N ch 200 c rok 5,97 N N d r średnioroczne stężenie benzenu wartość chwilowa pomiaru stężenia benzenu (godzinna) c h<300 wartość chwilowa (godzinna) stężenia benzenu mniejsza od 300 µg/m 3 c h<200 wartość chwilowa (godzinna) stężenia benzenu mniejsza 200 µg/m 3 N d N r liczba pomiarów stężenia benzenu w ciągu doby liczba dób w roku (w których zmierzono stężenia benzenu) Strona 44 z 48

45 Rys. 46. Średniodobowe stężenie benzenu na stacji pomiarowej K-Koźle automat 1 w 2011 roku z wyliczonym średniorocznym stężeniem benzenu. Strona 45 z 48

46 Rys. 47. Średniodobowe stężenie benzenu na stacji pomiarowej K-Koźle automat 1 w okresie 2011-VII.2012 r. z wyliczoną średnią arytmetyczną stężenia benzenu. Strona 46 z 48

47 Podsumowanie: 1. Występuje silna korelacja między zawartością pyłu zawieszonego PM10 a stężeniem benzenu w przypadku odczytów na stacji K-Koźle automat Brak korelacji miedzy poziomem benzenu wykrywanym w powietrzu na obydwu stanowiskach automatycznych (K-Koźle automat 1 i Automat PBSA). 3. Zaobserwowano duże różnice wśród odczytów stężeń benzenu stacji K-Koźle automat 1 i Automat PBSA. Histogramy stężeń benzenu dla tych stanowisk są zróżnicowane. 4. Nie wykazano korelacji pomiędzy stężeniem benzenu i kierunkiem wiatrów. Zmienne te są zależne od wielu innych parametrów, dla których brak danych wyjściowych do analizy statystycznej. 5. Istnieje powiązanie wartości stężeń benzenu rejestrowanymi na stacji K-Koźle automat 1 i kierunkiem wiatrów. Wzrost stężenia benzenu występuje dla kierunków wiatrów: i Strona 47 z 48

48 Wnioski końcowe: Stan zanieczyszczeń powietrza uwarunkowany jest szeregiem czynników topograficznych i meteorologicznych. Bez względu na rodzaj zastosowanej metody pomiarów, bieżąca ocena jakości powietrza na terenie Kędzierzyn-Koźle powinna być uzupełniana o wyniki badań modelowych. Modelowanie matematyczne jest metodą wspomagającą i uzupełniającą techniki pomiarowe. Pozwala na uzyskanie informacji o przestrzennym zróżnicowaniu stężeń na dużym obszarze oraz odgrywa dominująca rolę w przygotowywaniu prognoz oddziaływania poszczególnych źródeł emisji na stan zanieczyszczenia powietrzem. Dla właściwej oceny stanu jakości powietrza należy uwzględniać nie tylko emisję z zakładów przemysłowych, ale również emisję niezorganizowaną oraz pochodzącą z komunikacji i sektora komunalno-bytowego Komentarz: 1) Analizę danych przeprowadzono z wykorzystaniem programu Microsoft Excel, pakietu statystycznego R oraz programu Statgraphics Centurion Professional, version XV. 2) W niniejszej pracy wykorzystano dane liczbowe ze stacji pomiarowych monitoringu stanu jakości powietrza w Kędzierzynie-Koźlu. Nie ponosimy odpowiedzialności za jakość i wiarygodność danych pomiarowych. Strona 48 z 48