Ocena zasięgu oddziaływania emisji zanieczyszczeń z Huty Katowice i ZK Przyjaźń w Dąbrowie Górniczej w aspekcie weryfikacji wielkości strefy ochronnej

Transkrypt

1 From the SelectedWorks of Robert Oleniacz September 1, 1998 Ocena zasięgu oddziaływania emisji zanieczyszczeń z Huty Katowice i ZK Przyjaźń w Dąbrowie Górniczej w aspekcie weryfikacji wielkości strefy ochronnej Marian Mazur Marek Bogacki Robert Oleniacz Available at:

2 OCENA ZASIĘGU ODDZIAŁYWANIA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ Z HUTY KATOWICE I ZK PRZYJAŹŃ W DĄBROWIE GÓRNICZEJ W ASPEKCIE WERYFIKACJI WIELKOŚCI STREFY OCHRONNEJ Marian MAZUR, Marek BOGACKI, Robert OLENIACZ Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Katedra Kształtowania i Ochrony Środowiska Al. Mickiewicza 30, KRAKÓW Analiza aktualnej emisji zanieczyszczeń z terenu Huty Katowice i Zakładów Koksowniczych Przyjaźń w Dąbrowie Górniczej oraz przeprowadzone obliczenia rozprzestrzenia się tych zanieczyszczeń wykazały, że istnieje uzasadniona możliwość zmniejszenia dotychczasowej strefy ochronnej wokół omawianych zakładów, co powinno znacznie zmniejszyć wydatki po-niesione na wykup terenu i koszty zagospodarowania obszaru strefy. 1. WSTĘP Strefa ochronna wspólna dla Huty Katowice i Zakładów Koksowniczych Przyjaźń w Dąbrowie Górniczej została wyznaczona pod koniec lat 70-tych, a więc zanim jeszcze uruchomiono wszystkie wydziały i obiekty Huty oraz na długo przed ukończeniem budowy Koksowni Przyjaźń (zrealizowanej w ramach II etapu budowy Huty Katowice), którą oddano ostatecznie do użytku w roku Podstawą prawną tworzenia w latach 70-tych stref ochronnych wokół uciążliwych zakładów przemysłowych były głównie: Ustawa o ochronie powietrza z 21 kwietnia 1966 r., Rozporządzenie Rady Ministrów z 23 marca 1967 r. w sprawie stref ochronnych ustanawianych dla ochrony powietrza atmosferycznego przed zanieczyszczeniem oraz Prawo Budowlane z 1974 r. Zagospodarowywanie strefy ochronnej wokół Huty Katowice i ZK Przyjaźń przypadło praktycznie na lata 80-te i 90-te, a więc miały tutaj już zastosowanie przepisy wynikające z Ustawy o ochronie i kształtowaniu środowiska z 11 lutego 1980 r. (wraz z późniejszymi zmianami) oraz Rozporządzenia Rady Ministrów z 30 września 1980 r. w sprawie zasad tworzenia i zagospodarowania stref ochronnych [1 3]. Strefę wokół Huty Katowice i ZK Przyjaźń wyznaczono opierając się na danych o emisji zanieczyszczeń obliczonych dla planowanej docelowej wielkości produkcji stali (6,5 mln ton/rok) i koksu (3,3 mln ton/rok) oraz na ocenie wpływu emisji najbardziej uciążliwych substancji (pyłu, SO2, HCN i H2S) na stan zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego. Wyznacznikiem przebiegu granic strefy były głównie uzyskane izolinie dopuszczalnych częstości przekroczeń stężeń 24-godzinnych HCN i H2S. W związku ze zmianą wartości dopuszczalnych w roku 1980 granice te zostały nieco zmodyfikowane w oparciu o wyniki obliczeń rozprzestrzeniania się emitowanych zanieczyszczeń oraz uciążliwego działania hałasu. Weryfikacja ta polegała na zmniejszeniu zasię- 151

3 gu strefy wokół głównego kompleksu Huty, a rozszerzeniu jej w rejonie bazy przeładunkowej rud w Sławkowie i na wschód od budowanego wówczas Zakładu Koksowniczego Przyjaźń [4]. Tak wyznaczony obszar strefy ochronnej zajmował powierzchnię prawie 8800 ha (patrz rys. 1), z czego: obszary przemysłowe stanowiły ok ha, istniejące lasy ok ha, tereny rolnicze ok ha, zabudowa mieszkalna ok. 310 ha, koleje i drogi ok. 220 ha. 2. PODSTAWY DO DALSZEJ WERYFIKACJI WIELKOŚCI STREFY OCHRONNEJ Na przestrzeni lat wielkość emisji zanieczyszczeń ze źródeł należących do omawianych zakładów (a zwłaszcza Huty Katowice) uległa znacznemu zmniejszeniu w porównaniu z zakładaną w Założeniach techniczno-ekonomicznych (ZTE), co wiąże się nie tylko ze zmianą wielkości produkcji, ale również z licznymi inwestycjami zrealizowanymi w zakresie ograniczania ilości emitowanych do powietrza zanieczyszczeń. W przypadku niektórych substancji (HCN, H 2 S) oszacowana wielkość emisji okazała się znacznie zawyżona w stosunku do emisji rzeczywistej, co potwierdziły bezpośrednie pomiary przeprowadzone w trakcie eksploatacji poszczególnych obiektów przemysłowych [4-8]. Dla przykładu w tabeli 1 porównano ze sobą roczną emisję wybranych zanieczyszczeń z Huty Katowice wynikającą z ZTE oraz emisję występującą w roku 1990 i 1996 (wg danych zakładowych). Tabela 1. Roczna emisja zanieczyszczeń z Huty Katowice [4, 10] Rodzaj Wielkość emisji [Mg/rok] zanieczyszczenia wg ZTE (I etap) rok 1990 rok 1996 Pył * SO NO CO HF 72 58,6 H 2 S ,1 9,2 HCN ,5 5,0 Pb * - 59,4 38,7 Cu * - 14,4 7,1 Cr * - 1,2 0,6 Cd * - 0,7 0,8 * bez uwzględnienia emisji niezorganizowanej ze składowisk surowców i odpadów hutniczych 152

4 Zaistniała zatem konieczność przeprowadzenia oceny aktualnego zasięgu oddziaływania rozpatrywanych zakładów na stan zanieczyszczenia powietrza w celu weryfikacji dotychczasowego przebiegu granic ich strefy ochronnej. Problem ten nabrał szczególnego znaczenia w związku z nowelizacją Ustawy o ochronie i kształtowaniu środowiska przeprowadzoną w roku ubiegłym [9]. Pojęcie stref ochronnych zastąpiono pojęciem obszaru ograniczonego użytkowania i zawężono go jedynie do takich obiektów, jak: oczyszczalnie ścieków, składowiska odpadów komunalnych, trasy komunikacyjne, kompostownie, lotniska, linie i stacje elektroenergetyczne oraz obiekty radiokomunikacyjne, radionawigacyjne i radiolokacyjne. Strefy ograniczonego użytkowania mogą być tworzone jedynie wtedy, gdy z przeprowadzonej dla danego obiektu oceny oddziaływania na środowisko wynika, że mimo zastosowanych rozwiązań nie mogą być wyeliminowane uciążliwe oddziaływania na środowisko. Z art. 71 omawianej Ustawy wynika, że tego typu stref nie tworzy się dla innych (niż wymienione wcześniej) obiektów uciążliwych dla środowiska. Obiekty te (zakłady przemysłowe) zobowiązane są bowiem do wyeliminowania przy pomocy odpowiednich rozwiązań technicznych, technologicznych i organizacyjnych szkodliwego oddziaływania na środowisko poza terenem, do którego dana jednostka organizacyjna posiada tytuł prawny [9]. Praktycznie zatem powinno się to sprowadzić do wykupu (o ile to już nie nastąpiło) przez daną jednostkę całego terenu wokół zakładu, w którym obserwuje się jego szkodliwe, a więc najczęściej ponadnormatywne oddziaływanie na środowisko. Jest to tylko częściowo zbieżne z obowiązującymi do tej pory zasadami zagospodarowywania stref ochronnych. Zakłady, które jeszcze nie zagospodarowały swojej strefy ochronnej zostały więc postawione przed koniecznością poniesienia dodatkowych kosztów, tym większych, im większy jest zasięg ich szkodliwego oddziaływania na środowisko, bez względu na to, czy istnieją techniczne możliwości ograniczenia tego oddziaływania. Pomimo że pojęcie strefy ochronnej znikło z polskiego prawodawstwa, w niniejszym referacie będzie się ono pojawiało w odniesieniu do strefy wyznaczonej w latach ubiegłych. Jej obecna funkcja w naszym rozumieniu sprowadza się do obszaru ponadnormatywnego oddziaływania, który powinien zostać ostatecznie wykupiony i zagospodarowany. Z uwagi na specyfikę omawianych zakładów i dotychczasowe położenie ich strefy ochronnej, wyznacznikiem tego oddziaływania powinien być skrajny zasięg występowania stref przekroczeń dopuszczalnych parametrów decydujących o jakości powietrza atmosferycznego. 3. PRZYGOTOWANIE DANYCH O EMISJI I METODYKA OBLICZEŃ Dane o emisji zanieczyszczeń ze wszystkich emitorów położonych na terenie Huty Katowice (59 źródeł punktowych i 11 powierzchniowych) i ZK Przyjaźń (35 źródeł punktowych i 6 powierzchniowych) oraz parametry tych źródeł zostały opracowane w roku 1997 i charakteryzują sytuację występującą 153

5 w roku 1996 [11]. Oparto się tutaj na rzeczywistych danych dotyczących wielkości produkcji (tabela 2), czasów pracy poszczególnych emitorów i ilości emitowanych zanieczyszczeń. W przypadku braku danych pomiarowych, wielkość emisji została obliczona z wykorzystaniem wskaźników opracowanych dla danego źródła emisji. Tabela. 2. Parametry produkcyjne Huty Katowice i ZK Przyjaźń w roku 1996 [10, 11] Huta Katowice Zakłady Koksownicze Przyjaźń Produkcja spieku Mg Produkcja koksu (ogółem) ,6 Mg Produkcja surówki Mg Produkcja koksu stabilizow ,5 Mg Produkcja stali Mg Produkcja smoły (5 %) ,9 Mg Ilość żużla wielkopiec. granul Mg Produkcja benzolu Mg Ilość żużla wielkopiec. kawałk Mg Produkcja H 2 SO Mg Zużycie gazu wielkopiecowego m 3 Produkcja gazu koksown m 3 Straty gazu wielkopiecowego Zużycie gazu do opalania spalanego na świecy m 3 baterii koksowniczych m 3 Zużycie węgla w EC Mg Zużycie węgla suchego Mg Ocenę aktualnego zasięgu oddziaływania emisji zanieczyszczeń z omawianych zakładów postanowiono przeprowadzić drogą obliczeniową. W związku z powyższym dane niezbędne do wykonania obliczeń rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń zostały tak przygotowane, aby w miarę wiernie odzwierciedlały sytuację rzeczywistą, w tym możliwość zachodzenia na siebie lub wykluczania się emisji z różnych źródeł. Uwzględniono w sumie 23 zanieczyszczenia: zanieczyszczenia emitowane przez obydwa zakłady pył, SO 2, NO 2, CO, B(a)P, H2S i HCN, zanieczyszczenia bilansowane tylko przez Hutę Katowice HF, Pb, Cu, Cr i Cd, zanieczyszczenia bilansowane tylko przez ZK "Przyjaźń" węglowodory alifatyczne, substancje smołowe, benzen, toluen, ksylen, fenol, pirydyna, NH 3, CS 2, Cl 2 i H 2 SO 4. Emisję pyłu i metali ciężkich określono z rozbiciem na 5 przedziałów frakcyjnych. W przypadku B(a)P i substancji smołowych założono, że emitowane są one wyłącznie w najdrobniejszych frakcjach pyłu (< 10 m), tworzących w powietrzu pył zawieszony. Obliczenia rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń z rozpatrywanych źródeł emisji przeprowadzono w oparciu o Wytyczne obliczania stanu zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego b. MAGTiOŚ. Do obliczenia propagacji zanieczyszczeń emitowanych ze źródeł powierzchniowych, zastosowano metodę polegającą na tym, że wycinek źródła traktowany jest tutaj jako prostokąt o bokach: równoległym i prostopadłym do kierunku wiatru. Na osiach prostokąta przechodzących przez środek ciężkości źródła rozmieszczona jest odpowiednia liczba zastępczych źródeł punktowych. Zespoły tych źródeł modelują rozpraszanie wzdłuż 2 osi: równoległej i prostopadłej do kierunku wiatru. 154

6 Rys. 1. Położenie dodatkowych receptorów obliczeniowych wzdłuż przyjętej osi (punkty 1-19) i na granicy dotychczasowej strefy ochronnej (punkty A-L) oraz przestrzenne rozkłady stężeń maksymalnych tlenku węgla [mg/m 3 ] otrzymane dla wspólnej emisji zanieczyszczeń z Huty Katowice i ZK Przyjaźń (wartość dopuszczalna: 20 mg/m 3 ) Obliczenia podstawowe wykonano w regularnej prostokątnej sieci receptorów oddalonych od siebie co 1000 m, w obszarze o wymiarach km, obejmującym całą dotychczasową strefę ochronną wokół Huty Katowice i ZK Przyjaźń oraz teren do niej przyległy w pasie o szerokości ok. 2 4 km. Obliczenia dodatkowe przeprowadzono wzdłuż osi biegnącej z zachodu na wschód łączącej obydwa zakłady oraz w wybranych punktach położonych na granicy strefy ochronnej (rys. 1). Posłużono się tutaj najnowszymi statystykami danych meteorologicznych określonymi dla rejonu Huty Katowice przez IMiGW w Katowicach za okres Sposób użytkowania i pokrycia terenu oraz w przybliżeniu ukształtowanie jego rzeźby zostały uwzględnione poprzez przestrzenne zróżnicowanie współczynnika aerodynamicznej szorstkości terenu. Obliczenia przeprowadzono dla następujących wariantów: wariant I emisja wyłącznie z Huty Katowice, wariant II emisja wyłącznie z ZK "Przyjaźń", wariant III emisja zarówno z Huty Katowice, jak i z ZK "Przyjaźń". W przyjętych receptorach obliczeniowych otrzymano m.in. wielkości stężeń średniorocznych i maksymalnych (30-minutowych) zanieczyszczeń, częstości przekroczeń wartości dopuszczalnych oraz poziomy opadu pyłu i metali ciężkich. 155

7 4. OMÓWIENIE WYNIKÓW OBLICZEŃ I WNIOSKI Huta Katowice, pomimo swojego zbyt bliskiego położenia względem centralnej części Dąbrowy Górniczej, w dużo mniejszym stopniu niż można się było spodziewać przyczynia się do pogorszenia jakości powietrza w rejonie gęstej zabudowy mieszkalnej występującej na zachód od granic zakładu. Wywoływane przez Hutę maksymalne poziomy opadu pyłu i metali ciężkich oraz wartości stężeń zanieczyszczeń występują przeważnie w centralnej lub wschodniej części zakładu, a negatywne oddziaływanie emisji z terenu Huty bardziej skoncentrowane jest na obszarze położonym przy jego wschodniej, północnowschodniej i północnej granicy. Uwzględnienie w obliczeniach rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń dodatkowej emisji z Zakładów Koksowniczych Przyjaźń, zlokalizowanych na wschód od Huty, powoduje przesunięcie wywoływanych w powietrzu maksimów stężeń wielu zanieczyszczeń w rejon Koksowni (rys. 2-3). Koksownia jest również istotnym źródłem emisji kilkunastu zanieczyszczeń, które nie są emitowane z terenu Huty lub są emitowane w pomijalnie małych ilościach, przez co przyczynia się do znacznego poszerzenia listy substancji zanieczyszczających powietrze. Emisja zanieczyszczeń z Huty Katowice cechuje się z reguły większym zasięgiem oddziaływania niż emisja z ZK Przyjaźń (do czego wybitnie przyczynia się emisja z wysokich emitorów Elektrociepłowni i Aglomerowni), z drugiej strony zespół emitorów ZK Przyjaźń wywołuje przeważnie wyższe poziomy stężeń w powietrzu, z maksimum zlokalizowanym na terenie Koksowni lub tuż przy jej granicy. Spośród zanieczyszczeń emitowanych z obydwu zakładów jednocześnie Huta Katowice zdecydowanie dominuje w kształtowaniu poziomu opadu pyłu i stężeń średniorocznych tlenku węgla, a w nieco mniejszym już stopniu w kształtowaniu stężeń średniorocznych pyłu zawieszonego, dwutlenku siarki i dwutlenku azotu. Jedynie w bezpośrednim sąsiedztwie ZK Przyjaźń lokalnie przeważa (często znacznie) wpływ emitorów Koksowni. Stężenia średnioroczne siarkowodoru w części północno-zachodniej rozpatrywanego obszaru obliczeniowego są zdominowane przez emisję z Huty, a w części południowowschodniej przez emisję z ZK Przyjaźń. Koksownia we wszystkich rozpatrywanych punktach obliczeniowych dominuje natomiast w kształtowaniu poziomu stężeń średniorocznych B(a)P i HCN. Najbardziej konfliktowymi zanieczyszczeniami są: pył zawieszony, tlenek węgla i benzo(a)piren, a w mniejszym już stopniu ołów i kadm w pyle opadającym oraz substancje smołowe i pirydyna, przy czym jedynie wywoływane w powietrzu stężenia maksymalne pyłu zawieszonego, CO i B(a)P powodują powstanie stref przekroczeń dopuszczalnych wartości 30-minutowych, wychodzących daleko poza granice zakładów. Strefa ta wydaje się być największa w przypadku tlenku węgla (rys. 1), dla którego dopuszczalne stężenie 30-minutowe (D 30 ) wynosi obecnie 20 mg/m 3 [12]. Rzeczywistą strefę przekroczeń dla stężeń maksymalnych wyznacza jednak zasięg izolinii 0,2 % czasu roku opisującej dopuszczalną częstość przekroczeń wartości D 30. W związku 156

8 Rys. 2. Rozkład stężeń średniorocznych pyłu zawieszonego wzdłuż przyjętej osi obliczeniowej emisja z Huty Katowice (HK) i ZK Przyjaźń" (ZKP) Rys. 3. Rozkład stężeń maksymalnych pyłu zawieszonego wzdłuż przyjętej osi obliczeniowej emisja z Huty Katowice (HK) i ZK Przyjaźń" (ZKP) (uwaga do rys. 2 i 3): * od punktu nr 1 o współrzędnych: X = m, Y = m w kierunku wschodnim z tym, że przekroczenia te w przypadku CO występują przez bardzo krótki (dozwolony) czas w roku (izolinia 0,2 % czasu w ogóle nie występuje), należy uznać, iż dopuszczalne stężenie 30-minutowe jest zachowane. W myśl obowiązującego od maja br. Rozporządzenia MOŚZNiL w sprawie dopuszczalnych wartości stężeń substancji zanieczyszczających w powietrzu nie brana jest już pod uwagę krotność przekroczeń wartości D 30 [12]. Otrzymane w wyniku obliczeń na granicy strefy ochronnej stężenia średnioroczne wszystkich zanieczyszczeń są już znacznie niższe od wartości dopuszczalnych (tabela 3). 157

9 Tabela 3. Stężenia średnioroczne zanieczyszczeń wywoływane przez Hutę Katowice i ZK Przyjaźń w wybranych punktach na granicy dotychczasowej strefy ochronnej Punkt Współrzędne punktu Stężenia średnioroczne zanieczyszczeń [ g/m 3 ] X [m] Y [m] Pył zaw. SO 2 NO 2 CO B(a)P H 2 S HCN A ,02 1,82 2,19 63,4 0, ,0221 0,0049 B ,23 2,21 2,68 70,4 0, ,0297 0,0072 C ,63 2,62 2,85 69,0 0, ,0434 0,0152 D ,32 1,88 2,07 47,1 0, ,0265 0,0094 E ,41 1,19 1,35 30,7 0, ,0122 0,0045 F ,32 0,98 1,17 30,1 0, ,0112 0,0035 G ,25 0,91 1,09 28,6 0, ,0125 0,0033 H ,64 1,03 1,24 32,7 0, ,0175 0,0048 I ,33 1,29 1,64 48,4 0, ,0212 0,0048 J ,09 1,73 2,41 65,2 0, ,0239 0,0049 K ,88 1,79 2,09 53,9 0, ,0211 0,0044 L ,04 1,21 1,37 35,9 0, ,0149 0,0044 Wartość dopuszczalna [12] , ,5 Biorąc pod uwagę aktualny zasięg ponadnormatywnego oddziaływania emisji z obydwu omawianych zakładów oraz uwzględniając już nowe dopuszczalne wartości stężeń zanieczyszczeń w powietrzu [12], w pełni uzasadniony wydaje się być postulat zmniejszenia dotychczasowej strefy ochronnej wokół tych zakładów. Zagadnienia z tym związane będą celem kolejnego etapu pracy realizowanej na zlecenie Huty Katowice. 5. LITERATURA [1] Garścia E.: Strefy ochronne wokół zakładów przemysłowych. Wyd. LOP. Warszawa [2] Siuta J. i inni: Zasady urządzania stref ochronnych w zakresie inżynierii ekologicznej. Instytut Kształtowania Środowiska. Warszawa [3] Jaworski W.: Strefy ochronne - projektowanie i zagospodarowanie. Materiały seminaryjne Ochrona atmosfery w planowaniu przestrzennym. Gdańsk [4] Garścia E. i inni: Ocena skuteczności funkcjonowania strefy ochronnej wokół Huty Katowice w świetle nowych wymogów ekologicznych. Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska AGH. Kraków 1992 (praca niepublikowana). [5] Mazur M. i inni: Określenie wskaźników emisji zanieczyszczeń pyłowo-gazowych dla technologii hutniczych oraz zastosowanych urządzeń pozwalających na ocenę oddziaływania zakładu na środowisko. Zakład Kształtowania i Ochrony Środowiska AGH. Kraków 1995 (praca niepublikowana). [6] Mazur M.: Emisja związków siarki z procesów hutnictwa żelaza. Rozprawy Monografie nr 37. Wyd. AGH, Kraków [7] Mazur M., Benesch R., Łędzki A., Bogacki M.: Proekologiczne zamierzenia ograniczające emisję zanieczyszczeń z procesu spiekania. Materiały z XVI Konferencji Naukowo-Technicznej Huty Katowice S.A. nt. Postęp techniczny i technologiczny w okresie 20-lecia Huty Katowice oraz zamierzenia rozwojowe do 2001 roku. Szczyrk, listopad [8] Mazur M., Bogacki M., Oleniacz R.: Związki siarki emitowane z procesu wielkopiecowego. Inżynieria Środowiska 1998, tom 3. Wyd. AGH, Kraków

10 [9] Ustawa z dnia 29 sierpnia 1997 r. o zmianie ustawy o ochronie i kształtowaniu środowiska oraz o zmianie niektórych ustaw. Dz. U. 1997, nr 133, poz [10] Materiały informacyjno-statystyczne Huty Katowice i ZK Przyjaźń ( ). [11] Mazur M. i inni: Weryfikacja zasięgu oddziaływania emisji zanieczyszczeń z Huty Katowice S.A. Etap II. Katedra Kształtowania i Ochrony Środowiska AGH. Kraków 1998 (praca niepublikowana). [12] Rozporządzenie MOŚZNiL z dnia 28 kwietnia 1998 r. w sprawie dopuszczalnych wartości stężeń substancji zanieczyszczających w powietrzu. Dz. U. 1988, nr 55, poz