Współczynnik depozycji rtęci na obszarach o zróżnicowanym oddziaływaniu źródeł emisji zanieczyszczeń powietrza

Transkrypt

1 Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych Zespół Badań Atmosfery Otwarte Seminaria IETU 2013 Współczynnik depozycji rtęci na obszarach o zróżnicowanym oddziaływaniu źródeł emisji zanieczyszczeń powietrza mgr inż. Bartosz Nowak dr hab. inż. Marianna Czaplicka, prof. IMN dr Urszula Zielonka

2 Rtęć jako globalne zanieczyszczenie środowiska Właściwości rtęci: Jedyny metal, który w temperaturze pokojowej występuje w stanie ciekłym; Rtęć i jej związki są silnymi truciznami; Źródła emisji rtęci: Źródła naturalne - wybuchy wulkanów, erozja skał; Źródła antropogeniczne - spalanie paliw, metalurgia, produkcja chloru; Reemisje rtęci do środowiska - odpady zawierające rtęć, osady denne;

3 Formy występowania rtęci w powietrzu Całkowita gazowa rtęć (TGM, ang. Total Gaseous Mercury); Reaktywna gazowa rtęć Hg 2+ (RGM, ang. Reactive Gaseous Mercury); Rtęć związana z cząstkami pyłu - (TPM, ang. Total Particulate Mercury).

4 Obieg różnych form chemicznych rtęci w układzie emisja depozycja - reemisja

5 Teza i cel naukowy pracy TEZA pracy: Napływy strumieni rtęci określone w oparciu o rutynowe pomiary stężeń tego zanieczyszczenia w powietrzu atmosferycznym oraz parametrów meteorologicznych mogą być wykorzystane do określania wielkości depozycji rtęci. Cele naukowe pracy: Opracowanie metody wyznaczenia współczynnika depozycji Hg w oparciu o analizę strumieni rtęci. Określenie udziału natężeń strumieni TGM oraz TPM napływających z masami powietrza w stosunku do wielkości depozycji rtęci na powierzchnię ziemi w wybranych punktach pomiarowych.

6 Zakres pracy Zakres badań obejmuje: opracowanie metody oznaczania par rtęci o granicy oznaczalności na poziomie ng/m 3 i umożliwiającej jej oznaczanie w krótkich czasach trwania pojedynczego pomiaru; pomiary zawartości TGM i TPM w dwóch okresach czasu (sezon grzewczy i niegrzewczy) w dwóch punktach pomiarowych na obszarze województwa śląskiego; oznaczanie zawartości rtęci całkowitej w próbkach opadu suchego i mokrego w wybranych punktach pomiarowych; analizę danych pomiarowych pod kątem określenia kierunków napływu oraz natężeń strumieni TGM i TPM do punktu pomiarowego;

7 Zakres pracy Zakres badań obejmuje: wyznaczenie współczynnika depozycji rtęci na podstawie otrzymanych danych pomiarowych. analiza parametrów wpływających na wielkość współczynnika depozycji tj. prędkość wiatru i wysokość opadu atmosferycznego w celu szacowania depozycji. szacowanie depozycji w oparciu o ogólnodostępne dane z monitoringu.

8 Współczynnik depozycji - metodyka Schemat wyznaczania współczynnika depozycji WDHg 2 SHg S ng / m mokra Hgsucha WDHg ; 2 S S ng / m TGM TPM s s S Hg natężenie strumienia krótkookresowe dane o wektorach napływu strumieni form rtęci w powietrzu atmosferycznym (TGM, TPM, kierunek i prędkość wiatru); dane o suchej i mokrej depozycji rtęci.

9 Procedury analityczne Pomiary wykonano za pomocą analizatora RA-915+ (ZAAS-HFM) firmy Lumex: Poziom sygnału zerowego mierzony był w przedziale co 900 sekund, przez analizę powietrza przepuszczonego przez odpowiednio dobrany filtr absorbujący pary rtęci, którego wydajność wynosi około 99,99 %. Granica oznaczalności procedury jest równa 0,48 ng/m 3.

10 Procedury analityczne cd. TPM pobierano na filtry teflonowe o średnicy 47 mm (średnica porów 0,45 m) w sposób ciągły przez dobę przy przepływie około 10 dm 3 /min; Próbki opadu atmosferycznego pobierano do otwartych pojemników ze szkła borokrzemowego wyposażonych w leje polietylenowe o średnicy 36 cm; W przypadku bezopadowych dni leje przemywano 100 cm 3 wody redestylowanej w celu spłukania opadu pyłu; B. NOWAK, M. GRZEGORCZYK, M. CZAPLICKA, U. ZIELONKA, Comparison of two different analytical procedures for determination of total mercury in wet deposition samples, Environment Protection Engineering, 1:

11 Charakterystyka punktów pomiarowych Katowice: Stacja zlokalizowana w zachodniej części Katowic na osiedlu im. Wincentego Witosa: IETU, ul. Kossutha 6, Tło miejskie dla miasta o liczbie ludności tys. o charakterze mieszkaniowym. Pszczyna: Stacja zlokalizowana w siedzibie PSP, ul. Górnośląska 7; Miasto w strefie Aglomeracji Śląskiej liczące 26,5 tys. mieszkańców.

12 TGM [ng m -3 ] TGM [ng m -3 ] Zawartości TGM w powietrzu atmosferycznym w sezonie niegrzewczym 10 Katowice: Stacja Zakres [ng/m 3 ] Średnia SD [ng/m 3 ] 0 Katowice 0,48 92, 9 3,51 0,20 6 Pszczyna: Pszczyna 0,48 21,0 2,53 0,

13 TGM [ng m -3 ] TGM [ng m -3 ] Zawartości TGM w powietrzu atmosferycznym w sezonie grzewczym 6 5 Katowice: Stacja Zakres [ng/m 3 ] Średnia SD [ng/m 3 ] Katowice 0,48 30,5 2,72 0, Pszczyna: Pszczyna 0,48 16,4 1,84 0,

14 TPM [pg m -3 ] TPM [pg m -3 ] Zawartości TPM w powietrzu atmosferycznym w sezonie niegrzewczym 600,0 Katowice: 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 Stacja Zakres [pg/m 3 ] Średnia SD [pg/m 3 ] Katowice 9, ,6 400,0 Pszczyna: Pszczyna 7, ,2 14,9 300,0 200,0 100,0 0,0

15 TPM [pg m -3 ] TPM [pg m -3 ] Zawartości TPM w powietrzu atmosferycznym w sezonie grzewczym 1600,0 Katowice: 1200,0 800,0 400,0 Stacja Zakres [pg/m 3 ] Średnia SD [pg/m 3 ] 0,0 Katowice , Pszczyna: Pszczyna 16, ,

16 Depozycja Hg na stacji pomiarowej w Katowicach Depozycja Hg [ g/m 2 rok] Mokra Sucha ,7 55, ,8 15, ,7 13,6

17 Depozycja Hg na stacji pomiarowej w Pszczynie Depozycja Hg [ g/m 2 rok] Mokra Sucha ,2 49, ,3 13,4

18 Natężenia strumieni TGM w Katowicach niegrzewczy: [mg/m 2 21 dni] grzewczy: [mg/m 2 21 dni] Sezon zimowy 2008 W 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 N E Sezon letni 2008 Sezon letni 2009 Sezon letni 2010 W 2 1,6 1,2 0,8 0,4 0 N E Sezon zimowy 2009 Sezon zimowy 2010 S S Stacja Natężenie strumieni TGM [mg/m 2 21 dni] Maksimum [mg/m 2 21 dni] Kierunek wiatru Katowice niegrzewczy 3,98 4,83 0,98 SW Katowice grzewczy 4,85 8,11 0,90 SW

19 Natężenia strumieni TGM w Pszczynie niegrzewczy: grzewczy: [mg/m 2 21 dni] 1 N Sezon letni 2009 Sezon letni 2010 [mg/m 2 21 dni] 0,5 N Sezon zimowy 2009 Sezon zimowy ,8 0,4 0,6 0,3 0,4 0,2 W 0,2 0 E W 0,1 0 E S S Stacja Natężenie strumieni TGM [mg/m 2 21 dni] Maksimum [mg/m 2 21 dni] Kierunek wiatru Pszczyna niegrzewczy 6,01 6,35 0,58 SW Pszczyna grzewczy 3,14 4,16 0,36 SW

20 Współczynnik depozycji rtęci na stacjach pomiarowych w Katowicach i Pszczynie Punkt pomiarowy Sezon Okres pomiarowy WD Hg % Katowice Pszczyna Niegrzewczy Grzewczy Niegrzewczy Grzewczy , , , , , , , , , ,03

21 Analiza parametrów wpływających na wartość WD Hg metodami chemometrycznymi PCA: CA: Zmienna Czynnik 1 Czynnik 2 WDHg 0,67 - Prędkość wiatru -0,70 - Temperatura 0,80 - Ilość opadu 0,34-0,78 Ilość dni z opadem - -0,90 Udział % 35,0 30,0

22 Wartości współczynnika depozycji w zależności od parametrów meteorologicznych WD Hg (mokra +sucha) WD Hg (mokra) Percentyl Wysokość opadu atmosferycznego [mm] Prędkość wiatru [m/s] Temperatura [ o C] 0, , < 1,5 > 1,3 < 3,1 0, , ,5 WD Hg 3,2 1,1 WD Hg 1,3 3,1 WD Hg 9,3 0, , ,2 WD Hg 3,8 0,7 WD Hg 1,1 9,3 WD Hg 15,9 0, , > 3,8 < 0,7 > 15,9

23 Szacowanie wielkości depozycji Hg na podstawie dostępnych danych pomiarowych Punkt i okres pomiarowy Wysokość opadu atmosferycznego [mm] Prędkość wiatru [m/s] Temp [ o C] WD Hg Depozycja Hg (mokra+sucha) [µg/m 2 ] Depozycja Hg (mokra) [µg/m 2 ] Złoty Potok Czerwiec Grudzień 2010 Złoty Potok Styczeń Czerwiec 2011 Złoty Potok Styczeń Grudzień 2012 Złoty Potok Styczeń Sierpień ,5 1,69 8,9 0, ,4 18,2 1,4 1,71 5,7 0, ,5 14,1 1,8 1,78 8,2 0, ,2 27,1 1,0 1,9 8,8 0, ,8 11,7

24 Wnioski Opracowana procedura analityczna pozwala na oznaczanie rtęci gazowej w powietrzu atmosferycznym z LOD = 0,24 ng/m 3. Zaproponowany współczynnik depozycji daje możliwość powiązania w sposób ilościowy informacji o poziomach stężeń analizowanego zanieczyszczenia w powietrzu atmosferycznym z jego możliwością oddziaływania w wyniku depozycji. Na obydwu stacjach pomiarowych oraz we wszystkich przeprowadzonych sesjach pomiarowych średnia wartość wskaźnika depozycji wyniosła 0,08 %, a jego wartość w żadnym przypadku nie przekroczyła 0,2 %. Napływy strumieni rtęci mogą być wykorzystane do określania wielkości jej depozycji. Współczynnik depozycji może stanowić narzędzie do oceny wpływu wielkości zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego rtęcią na stopień kontaminacji powierzchni ziemi.

25 Literatura 1. Zielonka U., Nowak B., Zastosowanie analizatora RA do oznaczania gazowej rtęci w powietrzu atmosferycznym i identyfikacji miejsc o podwyższonej zawartości rtęci w gruntach. Ochrona Powietrza i Problemy Odpadów, 6, , Nowak B., Zielonka U., Występowanie rtęci zaadsorbowanej na cząstkach pyłu (TPM) na stacji monitoringu jakości powietrza w Katowicach. Ochrona Powietrza i Problemy Odpadów, 4, , Nowak B., Czaplicka M., Metody oznaczania całkowitej rtęci gazowej (TGM) w powietrzu atmosferycznym, Ochrona Powietrza i Problemy Odpadów, 2, 37-49, Nowak B., Czaplicka M., Grzegorczyk M., Zielonka U., Comparison of mercury measurement methods in wet deposition. Environ. Prot. Eng., Vol. 39, No. 1., (IF 0,520). DOI: /EPE Zielonka U., Nowak B., Long-term measurements of atmospheric mercury species (TGM, TPM) AND Hg deposition in the Silesian region, Poland conception of the mercury deposition coefficient. Archives of Environmental Protection. w druku, 2013.

26 Dziękuję za uwagę Bartosz Nowak Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych Zakład Ochrony Środowiska - Zespół Badań Atmosfery ul. Kossutha 6, Katowice Tel.: (+48 32) w b.nowak@ietu.katowice.pl