Właściwości fizyko-chemiczne rtęci

Transkrypt

1 Sezonowa zmienność występowania całkowitej rtęci gazowej (TGM) oraz rtęci zaadsorbowanej na cząstkach pyłu (TPM) w powietrzu atmosferycznym oraz depozycja rtęci na stacji monitoringu jakości powietrza w IETU dr Urszula Zielonka mgr inż. Bartosz Nowak IETU, Katowice,

2 Właściwości fizyko-chemiczne rtęci Jedyny metal, który w temperaturze pokojowej występuje w stanie ciekłym Jest srebrzysto biała z silnym połyskiem metalicznym Cechuje ją wysoka oporność właściwa oraz duże napięcie powierzchniowe Rtęć i jej związki są silnymi truciznami Rtęć jest metalem szlachetnym

3 Źródła a emisji rtęci do środowiska Źródła naturalne Wybuchy wulkanów Wietrzenie i erozja minerałów zawierających rtęć Źródła antropogeniczne Spalanie paliw stałych, płynnych i gazowych Hutnictwo metali żelaznych i nieżelaznych Produkcja chloru metodą rtęciową Produkcja cementu Spalanie odpadów Produkcja szkła Przetwórstwo surowców mineralnych

4 Reemisje rtęci do środowiska Depozycja rtęci z atmosfery Zalegających odpadów zawierających ten metal (akumulatory, kable, termometry, baterie, materiały dentystyczne) Osady denne pochodzące ze ścieków i zalegające w wodach powierzchniowych

5 Oszacowane wielkości emisji rtęci [Mg/rok] do powietrza z obszaru województwa śląskiego w latach * Polska 38,8 38,5 33,3 32,3 25,6 15,5 16,0 Śląsk 5,8 5,8 4,9 4,8 4,4 2,7 2,8 % 14,9 15,0 14,5 14,9 17,2 17,4 17,5 * Materiały źródłowe: S. Hławiczka, Rtęć w środowisku atmosferycznym, Works & Studies, No 73, IPIŚ PAN, Zabrze, S. Hławiczka i in., Aktualizacja inwentaryzacji emisji niemetanowych lotnych związków organicznych i metali ciężkich za lata 2005 i 2006, Raport IETU, 2009

6 Formy występowania rtęci w powietrzu Całkowita gazowa rtęć Hg 0, (TGM, ang. Total Gaseous Mercury) Reaktywnej gazowej rtęci dwuwartościowej Hg(II), (RGM, ang. Reactive Gaseous Mercury) Rtęć zaadsorbowana na cząstkach pyłu - (TPM, ang. Total Particulate Mercury)

7 Zawartość różnych form rtęci w powietrzu atmosferycznym na terenie Europy* Forma rtęci TGM TPM Zawartość w powietrzu 0,66-6,20 ng/m 3 tereny niezanieczyszczone 1,96-33,8 ng/m 3 tereny zanieczyszczone 0,5-200 pg/m 3 tereny niezanieczyszczone, 10, pg/m 3 tereny zanieczyszczone RGM 1,0-50 pg/m 3 MeHg 1,0-20 pg/m 3 * Materiały źródłowe: Schroeder W. H., Munthe J.: Atmospheric mercury an overview. Atmospheric Environment, 29, , Ambient air pollution by mercury (Hg). Position paper. European Communities, 2001.

8 Wielkość depozycji rtęci na świecie* Rodzaj depozycji rtęci Wielkość depozycji Mokra depozycja µg/m 2 rok Sucha depozycja 8-48 µg/m 2 rok *Materiały źródłowe: Ambient air pollution by mercury (Hg). Position paper. European Communities, Vanarsdale A., et al., Patterns of mercury deposition and concentration in northeastern North America. Ecotoxicology 14, 37-52, 2005 Guo Y.et al., Distribution and wet deposition fluxes of total and methyl mercury in Wujing River Basin, Guizhou, China. Atmospheric Environment 42, , 2008.

9 Metody automatyczne stosowane do oznaczenie TGM Analizator Tekran - CV AFS Analizator PSA Sir Galahad II - CV AFS

10 Metody automatyczne stosowane do oznaczenie TGM c.d. Analizator Gardis CV AAS Analizator RA CV AAS

11 Metody manualne stosowane do oznaczenie TGM Wyposażenie Złote pułapki: złoto naniesione na substancje o bardzo rozbudowanej powierzchni, złoty drut, bardzo cienka warstwa złotej folii Srebro: siatka druciana, bardzo cienka warstwa srebrnej folii, srebrna wełna Techniki analityczne UV CV AAS CV AFS AES ICP OES, ICP-MS

12 Metody stosowane do pobierania i oznaczenie TPM* T Metoda pobierania pyłu Mini pułapki z filtrem kwarcowym lub nitrocelulozowym Filtry szklane Filtry teflonowe Filtry z nitrocelulozy 1. Piroliza Technika analityczna 2. Amalgamacja termiczna desorpcja, AFS, AAS 1. Mineralizacja w mieszaninie utleniającej, redukcja SnCl 2 - CV AAS, 2. INAA- Instrumentalna neutronowa analiza aktywacyjna, 3. Fluorescencyjna spektrometria rentgenowska, 4. PIXE- rentgenowska analiza spektralna ze wzbudzeniem cząstkami naładowanymi. * Materiały źródłowe: Ebingahaus R., et al., International field intercomparison measurements of atmospheric mercury species at Mace Head, Ireland. Atmospheric Environment, 33, , 1999 Munthe J., et al., Intercomparison of method for sampling and analysis of atmospheric species. Atmospheric Environment, 35, , 2001.

13 Zakres pracy Pomiary zawartości całkowitej gazowej rtęci (TGM) Pomiary rtęci zaadsorbowanej na cząstkach pyłu (TPM) pomiary zawartości rtęci w formie rozpuszczonej i nierozpuszczonej w opadzie suchym i mokrym

14 Metodyka badań Całkowita gazowa rtęć (TGM) automatyczne pomiary wykonywano w przedziale czasowym co 1 minutę Rtęć i jej związki zaadsorbowane na cząstkach pyłu (TPM) próbki pyłu pobierano na filtry teflonowe w sposób ciągły przez dobę Opady atmosferyczne - podczas sesji pomiarowych opad atmosferyczny pobierano codziennie. W przypadku bezopadowych dni, leje przemywano 100 ml wody redestylowanej w celu spłukanie opadu pyłu

15 Przebieg jednominutowych zmian zawartości TGM w sezonie niegrzewczym sierpień wrzesień TGM [ng/m 3 ] Data pomiaru Zakres od 0,30 do 31,14 ng/m 3, średnia - 3,60 ± 1,79 ng/m 3, mediana 3,34 ng/m 3

16 Przebieg godzinnych zmian zawartości TGM w sezonie niegrzewczym sierpień wrzesień TGM [ng/m 3 ] Data pomiaru Zakres od 1,20 do 17,76 ng/m 3, średnia 3,60 ± 1,61 ng/m 3, mediana 3,33 ng/m 3

17 Przebieg jednominutowych zmian zawartości TGM w grudniu TGM [ng/m 3 ] Data pomiaru Zakres od 0,31 do 30,51 ng/m 3, średnia 2,31 ± 0,99 ng/m 3, mediana 2,17 ng/m 3

18 Przebieg godzinnych zmian zawartości TGM w grudniu TGM [ng/m 3 ] Data pomiaru Zakres od od 0,53 do 7,16 ng/m 3, średnia 2,31 ± 0,74 ng/m 3, mediana 2,19 ng/m 3

19 Przebieg jednominutowych zmian zawartości TGM w marcu TGM [ng/m 3 ] Data pomiaru Zakres od 0,30 do 11,73 ng/m 3, średnia 2,49 ± 0,83 ng/m 3, mediana 2,58 ng/m 3

20 Przebieg godzinnych zmian zawartości TGM w marcu TGM [ng/m 3 ] Data pomiaru Zakres od od 0,82 do 6,29 ng/m 3, średnia 2,49 ± 0,76 ng/m 3, mediana 2,61 ng/m 3

21 Przebieg dobowych zmian poziomów zawartości TGM w sezonie niegrzewczym i grzewczym Sezon niegrzewczy 2008 Sezon grzewczy 2008 Sezon grzewczy TGM [ng/m 3 ] Numer próbki Zakres w sezonie niegrzewczym (2008) od od 1,62 do 5,50 ng/m 3, średnia 3,60 ± 1,12 ng/m 3, mediana 3,63 ng/m 3 Zakres w sezonie grzewczym (2008) od 1,32 do 3,52 ng/m 3, średnia 2,31 ± 0,51 ng/m 3, mediana 2,30 ng/m 3 Zakres w sezonie grzewczym (2009) od 0,99 do 3,47 ng/m 3, średnia 2,49 ± 0,68 ng/m 3, mediana 2,53 ng/m 3

22 Przebieg dobowych zmian poziomów zawartości TPM w sezonie niegrzewczym i grzewczym Sezon niegrzewczy 2008 Sezon grzewczy 2008 Sezon grzewczy TPM [pg/m 3 ] Numer próbki Zakres w sezonie niegrzewczym (2008) od 9,3 do 384,3 pg/m 3, średnia 119,7 ± 85,2 pg/m 3, mediana 85,2 pg/m 3 Zakres w sezonie grzewczym (2008) od 379,2 do 1190 pg/m 3, średnia 744 ± 252 pg/m 3, mediana 663 pg/m 3 Zakres w sezonie grzewczym (2009) od 271,6 do 1367 pg/m 3, średnia 641 ± 291 pg/m 3, mediana 554 pg/m 3

23 Przebieg zmian dobowych zawartości TGM i TPM w sezonie niegrzewczym w 2008 roku

24 Przebieg dobowych zmian zawartości TGM i TPM w grudniu w 2008 roku

25 Przebieg dobowych zmian zawartości TGM i TPM w sezonie marcu w 2009 roku 4 TGM TPM , ,5 2 1, , TGM [ng/m 3 ] TPM [pg/m 3 ] 200 Data pomiaru 0

26 Przebieg dobowych zmian stęż ężeń TPM i pyłu zawieszonego w grudniu w 2008 roku

27 Przebieg dobowych zmian stęż ężeń TPM i pyłu zawieszonego w marcu w 2009 roku Data pomiaru TPM [pg/m 3 ] Stężenie pyłu [µg/m 3 ] TPM Stężenie pyłu

28 Statystyczne porównanie dla dobowych zawartości rtęci w pyle zawieszonym [ng/mg] dla obu sezonów Zawartość Hg w pyle zawieszonym [ng/mg] Minimum 1,22 6,74 9,1 Maksimum 18,65 31,73 29,4 Średnia arytmetyczna Średnia geometryczna 5,13 16,69 17,8 3,48 15,29 16,89 Mediana 2,89 16,00 16,5 Odchylenie standardowe 5,39 6,91 5,85

29 Zawartość rtęci w opadzie mokrym Parametr Zawartość Hg [ng/l] ph 4,43 6,67 3,98 5,90 3,96 5,66 Wysokość opadu [mm] 20,13 39,86 67,68

30 Depozycja rtęci w okresach pomiarowych Depozycja [µg/m 2 x 21 d] Depozycja mokra Depozycja sucha ,425 1,929 9,116 2,151 1,918 0,282

31 Oszacowana wielkość depozycji Roczna mokra depozycja w ,69 mg/m 2 Roczna sucha depozycja w ,31 mg/m 2 Mokra depozycja w sezonie grzewczym 2008/ ,86 mg/m 2 Sucha depozycja w sezonie grzewczym 2008/ ,60 mg/m 2

32 Transport rtęci w układzie atmosfera opad atmosferyczny powierzchnia ziemi Forma rtęci TGM [ng/m 2 s] ,09 4,87 6,59 TPM [pg/m 2 s] 71, Opad mokry [pg/m 2 s] Opad suchy [pg/m 2 s] 0,78 1,06 5,02 3,69 1,06 0,16

33 Podsumowanie Zastosowanie minutowego uśredniania oznaczania TGM pozwala na wykrycie chwilowych znacznych wahań stężeń, na co nie pozwalają czasy uśredniania godzinne i dobowe Uzyskane poziomy zawartości TGM na stacji monitoringu jakości powietrza w IETU dla różnych okresów pomiarowych są porównywalne z danymi literaturowymi dla innych regionów Europy i Polski Uzyskane wartości stężeń TPM w Katowicach Załężu są znacznie wyższe od jego poziomów występujących innych regionach Europy Oszacowana na podstawie wartości dobowych median wielkość rocznej mokrej depozycji rtęci w 2008 roku na stacji monitoringu jakości powietrza w IETU wynosiła 28,69 µg/m 2 *rok, a suchej depozycji 55,31 µg/m 2 *rok

34 Obieg różnych form chemicznych rtęci w układzie emisji - depozycja

35 Wykres kołowe owe percentyli natęż ężenia strumieni rtęci gazowej w sezonie grzewczym (ng/m2 s) Grudzień 2008 Marzec 2009

36 Wykres kołowe owe percentyli natęż ężenia strumieni rtęci gazowej w sezonie niegrzewczym (ng/m2 s) Sierpień-Wrzesień 2008

37 Dziękuj kuję za uwagę