atmosfera miejska, PM1, PM2.5, PM10, ryzyko zdrowotne Izabela SÓWKA, Magdalena FORTUNA, Anna ZWOŹDZIAK, Justyna RYBAK, Maria SKRĘTOWICZ, Kornelia KWIECIŃSKA * ANALIZA STĘŻEŃ PYŁÓW DROBNYCH W WYBRANYCH PUNKTACH WROCŁAWIA Pyły drobne powstają m.in. w wyniku procesów spalania, procesów przemysłowych oraz są emitowane przez ruch uliczny. Biorąc pod uwagę ich negatywne oddziaływanie na zdrowie, ważnym elementem racjonalnego gospodarowania środowiskiem jest określenie obszarów w szczególności narażonych na stężenia pyłu przekraczające dopuszczalne normy. Badania pyłów dokonano w trakcie sesji pomiarowej przeprowadzonej w okresie od maja do lipca 2011 roku. Tygodniowe cykle pomiarów zrealizowano w pięciu punktach na terenie Wrocławia. 1. WPROWADZENIE Zanieczyszczenia powietrza zmieniające jego naturalny skład, to gazy i aerozole będące układami dwu- lub trój fazowymi. Rodzaj i skład powietrza zależy od wielu powiązanych ze sobą czynników, między innymi temperatury, prędkości wiatru, pory roku, rodzaju i stopnia zurbanizowania terenu. Substancje zawarte w powietrzu zanieczyszczonym mogą być szkodliwe dla zdrowia ludzi [1-7]. Na podstawie badań przeprowadzonych w ramach projektu WHO obliczono, że zanieczyszczenie powietrza jest przyczyną 6% przypadków śmiertelnych rocznie [3]. Udowodniono, że występowanie w atmosferze stężenia pyłu zawieszonego PM10 o koncentracji nawet poniżej 100µg/m 3 zwiększa zachorowalność powodując m.in. schorzenia układu oddechowego, zmniejszając wydolność układu krążenia, a nawet przyczyniają się do wzrostu śmiertelności społeczeństwa. Efekt ten obserwowany był przy średniej rocznej koncentracji pyłu zawieszonego poniżej 25 µg/m 3 (PM2,5) lub 30 µg/m 3 PM10 [3]. * Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska, pl. Grunwaldzki 9, 50-377 Wrocław.
452 I. SÓWKA i in. Pyły drobne powstają m.in. w wyniku procesów spalania, procesów przemysłowych oraz są emitowane przez ruch uliczny. Biorąc pod uwagę ich negatywne oddziaływanie na zdrowie, ważnym elementem racjonalnego gospodarowania środowiskiem jest określenie obszarów w szczególności narażonych na stężenia pyłu przekraczające dopuszczalne normy. 2. CHARAKTERYSTYKA ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA PYŁEM NA TERENIE WROCŁAWIA Główne źródła emisji kształtujące stan powietrza atmosferycznego we Wrocławiu, to źródła punktowe, powierzchniowe oraz liniowe. Do źródeł punktowych emisji pyłu można zaliczyć zakłady przemysłowe znajdujące się na terenie miasta oraz Zespół Elektrociepłowni Wrocławskich. Źródła powierzchniowe to tzw. emisja niska z gospodarstw domowych i kotłowni miejskich. Zanieczyszczenia emitowane ze środków transportu, w tym komunikacji miejskiej, w aglomeracji wrocławskiej zalicza się do źródeł liniowych [7]. Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska we Wrocławiu prowadzi pomiary stężeń pyłu PM10 i PM2.5 w 5 stacjach monitoringu zlokalizowanych na ulicy Bartniczej, Wybrzeżu J. Conrada- Korzeniowskiego, alei Wiśniowej, ulicy Wierzbowa oraz ulicy Na Grobli. Każda stacja znajduje się w charakterystycznym punkcie aglomeracji wrocławskiej. Stacje przy ul. Wierzbowej oraz przy al. Wiśniowej zlokalizowane są w pobliżu głównych ciągów komunikacyjnych w mieście. Z danych na temat stężeń pyłów na terenie Wrocławia, opublikowanych przez WIOŚ, dotyczących roku 2010 wynika, że mierzone stężenia dobowe pyłu PM10 w przypadku punktu pomiarowego położonego przy ulicy Wierzbowej mieściło się w zakresie od 51 μg/m 3 do 239 μg/m 3. Maksymalne stężenia PM10 odnotowano 27 stycznia 2010 roku- również tego dnia przy al. Wiśniowej zarejestrowano wysokie stężenie PM10 równe 258 μg/m 3. Liczba przekroczeń dopuszczalnych stężenia średniodobowego pyłu PM10 (50 μg/m 3 ) zmierzona w punkcie przy ul. Wierzbowej wyniosła 92 dni. Natomiast wartość średniorocznego to 48 μg/m 3. Dla stacji przy al. Wiśniowej - 62 μg/m 3. Maksymalne stężenia dochodzące do 267 μg/m 3 odnotowywano w okresie jesienno-zimowym [7]. Przekroczenia docelowego średniorocznego stężenia dla pyłu PM2.5 stwierdzono na 2 stanowiskach we Wrocławiu: przy Wybrzeżu J. Conrada-Korzeniowskiego, gdzie wynosiło 38 μg/m 3 i przy ul. Na Grobli równe 32 μg/m 3 [7]. W celu określenia stężenia pyłów PM1.0, PM2.5 oraz porównania stężeń PM10 z wynikami badań przeprowadzonymi m.in. we Wrocławiu, w stacjach pomiarowych WIOŚ, zorganizowano sesje pomiarowe podczas których dokonano poboru prób pyłu w pięciu punktach miasta.
Analiza stężeń pyłów drobnych w wybranych punktach Wrocławia 453 3. METODY BADAWCZE Do poboru próbek pyłu zawieszonego PM1.0 i PM10 zostały wykorzystane impaktory kaskadowe typu Harvard (MS&T Area Samplers, Air Diagnostics and Engineering, Inc., Harrison, ME, USA). Przepływ powietrza wymuszały ultra-ciche bezolejowe pompy próżniowe (Air Diagnostics and Engineering, air sampling pump, model SP-280E) [8]. Do poboru frakcji PM2,5 wykorzystano impaktor, który od kilkunastu lat jest stosowany w Stanach Zjednoczonych w Międzystanowym Programie Monitoringu Widzialności w Atmosferze IMPROVE (Interagency Monitoring of protected Visual Environment). Pył PM2.5 zbierano na filtrach teflonowych (Whatman, 2 µm PTFE 46,2 mm, przepływ powietrza 22,8 dm3/min ). Jako podłoża dla pyłów PM1.0 i PM10 zastosowano membrany teflonowe (Anderson Teflon Membrane Filters, 37 mm średnica filtru). Przed i po poborze pyłu filtry były zważone w celu określenia masy zebranego pyłu w poszczególnych frakcjach [9-10]. Natężenie przepływu przy poborze cząstek < 1.0µm wynosiło 23 L.min-1, natomiast w przypadku cząstek < od 10 µm zastosowano przepływ 10 L.min-1. Objętość pompowanego powietrza była kontrolowana przepływomierzem typu Ataris. Czas poboru wynosił 24 h. 4. WYNIKI BADAŃ (SESJA LETNIA) Poboru pyłów dokonano w trakcie sesji pomiarowej przeprowadzonej w okresie od maja do lipca 2011 roku. Tygodniowe cykle pomiarów zrealizowano w pięciu punktach na terenie Wrocławia. Lokalizację punktów pomiarowych przedstawiono na rysunku nr 1. Rys. 1. Rozmieszczenie punktów pomiarowych na terenie Wrocławia (1. Ul. Międzyrzecka, 2. Plac Grunwaldzki, 3. Ul. Braci Gierymskich, 4. Ul. Długa, 5. Aleja Wiśniowa)
454 I. SÓWKA i in. Na rysunku 2 przedstawiono wyniki średniodobowych stężeń pyłu zawieszonego PM1.0, PM2.5 i PM10 zmierzonych we wszystkich punktach badawczych. Wyniki badań wykazują zależność stężenia poszczególnych frakcji pyłu od stopnia urbanizacji i przekształcenia terenu, na którym pobierano próby. Przekroczenia zarejestrowano przy Alei Wiśniowej, Placu Grunwaldzkim i ulicy Długiej, czyli przy arteriach komunikacyjnych charakteryzujących się wzmożonym ruchem samochodowym. Stężenia pyłu zawierały się w przedziałach: 6,26-18,36μg/m 3 PM1.0, 9,07-28,99μg/m 3 PM2.5, 10,03-58,50μg/m 3 PM10. Największą liczbę przekroczeń w trakcie sesji pomiarowej zarejestrowano dla frakcji PM10 (10 przypadków). Rys. 2. Zestawienie poziomu stężeń pyłu zawieszonego PM1.0, PM2.5, PM10 dla pięciu punktów pomiarowych zlokalizowanych na terytorium Wrocławia (dopuszczalne stężenie wg WHO: linia czarna PM2.5 25 μg/m 3 oraz linia szara PM10 30 μg/m 3 ) Zmierzone wartości stężeń PM2.5 oraz PM10 mieściły się w zakresie stężeń odnotowywanych przez WIOŚ we Wrocławiu.
Analiza stężeń pyłów drobnych w wybranych punktach Wrocławia 455 5. PODSUMOWANIE Istnieje wiele programów międzynarodowych w ramach, których realizowane są pomiary oraz analizy stężeń pyłów zawieszonych w powietrzu. Należą do nich między innymi Europejski Program Monitoringu Powietrza (w skrócie EPMEP) oraz Czyste Powietrze Dla Europy (CAFE) - programy realizowane przez Europejską Agencję Środowiska we współpracy z krajowymi przedstawicielami, czy organami administracji związanymi z ochroną środowiska w wybranych krajach europejskich. Dodatkową bazę danych w zakresie o emisjach średniodobowych obejmującą wszystkie kontynenty kuli Ziemskiej posiada Światowa Organizacja Zdrowia (WHO), której celem jest ustalenie norm dopuszczalnego stężenia pyłów zawieszonych. Według informacji podawanych przez WHO najwyższe średnie stężenia pyłu PM10 rejestrowane są w określonych obszarach wielkich aglomeracji azjatyckich, takich jak Karachi 230 μg/m 3, New Delhi 180 μg/m 3, czy Pekin, gdzie stężenie pyłu dochodziło do 300 μg/m 3 [5]. W tabeli nr 1 przedstawiono wyniki pomiarów stężenia (średnie dobowe) pyłu zawieszonego w różnych miastach Europy i Świata. Tabela 1. Zmierzone stężenia pyłu zawieszonego PM2.5 i PM10 w wybranych miastach [6] Miejsce PM10 (μg/m 3 ) PM2,5 (μg/m 3 ) Miasta Hiszpanii 31-42 19-24 Hong Kong i inne miasta 74,6 51,2 (lato) 111,5-83,5 (zima) 49,1-30,6 (lato) Miasta Austrii i Wlk. Brytanii 24-38 16-30 Miasta Szwecji 19-23 9,1-15 Hong Kong (różne miejsca) 73 84 (126 max) 42 57 (117 max) Miasta G. Śląska 60-84 43-68 Erfurt, Niemcy brak danych 20,8-26,3 Monachium, Niemcy - 10,1-20 Sztokholm, Szwecja - 8,1-16 Miasta duńskie - 14-26 Miasta środkowej i wschodniej Europy - 29-68 Cincinnati, USA - 6,7-48,3 Wyniki pomiarów przeprowadzonych na terenie Wrocławia wskazują, że stężenia pyłów zawieszonych PM2.5 i PM10 są na porównywalnym poziomie do tych mierzo-
456 I. SÓWKA i in. nych w innych miastach Europejskich (miasta Hiszpanii, Austrii, Wielkiej Brytanii). Należy jednak zwrócić uwagę, że uważana za najniebezpieczniejszą dla zdrowia, frakcja PM1.0 wciąż nie jest monitorowana. Stężenia zarejestrowane we Wrocławiu w czasie przeprowadzanych badań kształtowały się w przedziale od 6,26 μg/m 3 do 18,36μg/m 3. Wysokie stężenie najdrobniejszej frakcji powinno stanowić podstawę do przeprowadzenia nowelizacji istniejących norm prawnych oraz wprowadzenia konieczności ewidencjonowania i kontrolowania emisji PM1.0 w celu obniżenia ryzyka zdrowotnego ludzi narażonych na długotrwałą ekspozycję w zanieczyszczonej atmosferze miejskiej. Pomiary zrealizowane w ramach grantu nr N N 305096639 pt. Wykorzystanie właściwości kumulacyjnych sieci pajęczych do indykacji zanieczyszczeń komunikacyjnych. Podziękowania dla władz oraz przedstawicieli Wojewódzkiego Inspektoratu Ochrony Środowiska we Wrocławiu za możliwość poboru próbek na terenie stacji monitoringu jakości powietrza zlokalizowanej przy ul. Wiśniowej we Wrocławiu. LITERATURA [1] SEINFELD J.H., PANDIS S.N., Atmospheric chemistry and physics from Air pollution to climate change, John Wiley & Sons Inc., New Jersey. [2] BAUMANN R., KRZYŻANOWSKI M., CHICHERIN S., Framework plan for the development of monitoring of particulate master in EECCA, WHO European Centre for environment and health, Bonn 2006. [3] WHO, Air quality guidelines for particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide, Global update 2005, Summary of risk assessment, World Health Organization 2006. [4] POLICHETTI G., COCCO S., SPINALI A., TRIMARCO V., NUNZIATA A., Effects of particulate matter (PM 10, PM 2.5 and PM 1) on the cardiovascular system, Toxicology, 2009, Vol. 261, 1 8. [5] GŁÓWNY INSPEKTORAT OCHRONY ŚRODOWISKA, Analiza stanu zanieczyszczenia powietrza pyłem PM10 i PM2,5, z uwzględnieniem składu chemicznego pyłu, w tym metali ciężkich i WWA. Raport końcowy., Warszawa 2008. [6] STACEWICZ T., KOLWASA M, ZWOŹDZIAK A., Badania aerozolu miejskiego, Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa 2007. [7] WOJEWÓDZKI INSPEKTORAT OCHRONY ŚRODOWISKA WE WROCŁAWIU, Raport o stanie środowiska w województwie dolnośląskim w 2010 roku, Wrocław 2011. [8] STANGER M., Characterization of health related particulate and gas-phase compounds in multiple indoor and outdoor sites in Flanders, Praca doktorska, University of Antwerp, Belgium 2005. [9] PN-EN 14907:2006, Jakość powietrza atmosferycznego Standardowa grawimetryczna metoda oznaczania frakcji masowej PM2,5 pyłu zawieszonego. [10] PN-EN 123441:2006, Jakość powietrza. Oznaczanie frakcji PM 10 pyłu zawieszonego. Metoda odniesienia i procedura testu terenowego w celu wykazania równoważności stosowanej metody pomiarowej z metodą odniesienia.
Analiza stężeń pyłów drobnych w wybranych punktach Wrocławia 457 ANALYSIS OF CONCENTRATIONS OF FINE DUST PARTICLES AT SELECTED POINTS OF WROCLAW Fine dust particles arise i.a. from combustion and industrial processes and are emitted by traffic. Taking into account their negative impact on humans' health, it is important to keep rational management of the environment by identifying areas especially exposed on dust particles concentrations that are exceeding their legal limits. Measurements of dust particles were taken during the measuring session held between May and July 2011. Weekly measurement cycles were carried out in five selected points in Wroclaw. Results of measurements indicate that concentrations of particulate matter PM2,5 and PM10 are comparable to those measured in other European cities. It is however important to note that particulate matter fraction PM1.0, considered as most dangerous to humans' health, is still not monitored.