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, 28.05.2009
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
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
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
Oszacowane wielkości emisji rtęci [Mg/rok] do powietrza z obszaru województwa śląskiego w latach 1980-2006* 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2006 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, 2008. S. Hławiczka i in., Aktualizacja inwentaryzacji emisji niemetanowych lotnych związków organicznych i metali ciężkich za lata 2005 i 2006, Raport IETU, 2009
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)
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, 10,0-20 000 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, 809-822, 1998. Ambient air pollution by mercury (Hg). Position paper. European Communities, 2001.
Wielkość depozycji rtęci na świecie* Rodzaj depozycji rtęci Wielkość depozycji Mokra depozycja 3-480 µg/m 2 rok Sucha depozycja 8-48 µg/m 2 rok *Materiały źródłowe: Ambient air pollution by mercury (Hg). Position paper. European Communities, 2001. 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, 7096-7103, 2008.
Metody automatyczne stosowane do oznaczenie TGM Analizator Tekran - CV AFS Analizator PSA Sir Galahad II - CV AFS
Metody automatyczne stosowane do oznaczenie TGM c.d. Analizator Gardis CV AAS Analizator RA 915+ - CV AAS
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
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, 3063-3073, 1999 Munthe J., et al., Intercomparison of method for sampling and analysis of atmospheric species. Atmospheric Environment, 35, 3007-3017, 2001.
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
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
Przebieg jednominutowych zmian zawartości TGM w sezonie niegrzewczym sierpień wrzesień 2008 35 30 25 20 15 10 5 0 20-08-2008 21-08-2008 22-08-2008 23-08-2008 24-08-2008 25-08-2008 26-08-2008 27-08-2008 28-08-2008 30-08-2008 31-08-2008 1-08-2008 2-08-2008 3-08-2008 4-08-2008 5-08-2008 6-08-2008 8-08-2008 9-08-2008 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
Przebieg godzinnych zmian zawartości TGM w sezonie niegrzewczym sierpień wrzesień 2008 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 2008-08-20 2008-08-21 2008-08-22 2008-08-23 2008-08-24 2008-08-24 2008-08-25 2008-08-26 2008-08-27 2008-08-28 2008-08-29 2008-08-30 2008-08-31 2008-09-01 2008-09-02 2008-09-03 2008-09-04 2008-09-05 2008-09-05 2008-09-06 2008-09-07 2008-09-08 2008-09-09 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
Przebieg jednominutowych zmian zawartości TGM w grudniu 2008 35 30 25 20 15 10 5 0 2008-12-01 2008-12-02 2008-12-03 2008-12-04 2008-12-05 2008-12-06 2008-12-07 2008-12-08 2008-12-09 2008-12-11 2008-12-12 2008-12-13 2008-12-14 2008-12-15 2008-12-16 2008-12-17 2008-12-18 2008-12-19 2008-12-21 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
Przebieg godzinnych zmian zawartości TGM w grudniu 2008 8 7 6 5 4 3 2 1 0 2008-12-01 2008-12-02 2008-12-03 2008-12-04 2008-12-04 2008-12-05 2008-12-06 2008-12-07 2008-12-08 2008-12-09 2008-12-10 2008-12-11 2008-12-12 2008-12-13 2008-12-14 2008-12-15 2008-12-16 2008-12-16 2008-12-17 2008-12-18 2008-12-19 2008-12-20 2008-12-21 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
Przebieg jednominutowych zmian zawartości TGM w marcu 2009 14 12 10 8 6 4 2 0 9-3-2009 10-3-2009 11-3-2009 12-3-2009 13-3-2009 14-3-2009 15-3-2009 16-3-2009 17-3-2009 18-3-2009 19-3-2009 20-3-2009 21-3-2009 22-3-2009 23-3-2009 25-3-2009 26-3-2009 27-3-2009 28-3-2009 29-3-2009 30-3-2009 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
Przebieg godzinnych zmian zawartości TGM w marcu 2009 7 6 5 4 3 2 1 0 2009-03-09 2009-03-10 2009-03-11 2009-03-12 2009-03-12 2009-03-13 2009-03-14 2009-03-15 2009-03-16 2009-03-17 2009-03-18 2009-03-19 2009-03-20 2009-03-21 2009-03-22 2009-03-23 2009-03-24 2009-03-24 2009-03-25 2009-03-26 2009-03-27 2009-03-28 2009-03-29 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
Przebieg dobowych zmian poziomów zawartości TGM w sezonie niegrzewczym i grzewczym Sezon niegrzewczy 2008 Sezon grzewczy 2008 Sezon grzewczy 2009 6 5 TGM [ng/m 3 ] 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 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
Przebieg dobowych zmian poziomów zawartości TPM w sezonie niegrzewczym i grzewczym Sezon niegrzewczy 2008 Sezon grzewczy 2008 Sezon grzewczy 2009 1600 1400 1200 TPM [pg/m 3 ] 1000 800 600 400 200 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 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
Przebieg zmian dobowych zawartości TGM i TPM w sezonie niegrzewczym w 2008 roku
Przebieg dobowych zmian zawartości TGM i TPM w grudniu w 2008 roku
Przebieg dobowych zmian zawartości TGM i TPM w sezonie marcu w 2009 roku 4 TGM TPM 1600 3,5 1400 3 2,5 2 1,5 1 1200 1000 800 600 400 0,5 0 9-3-2009 10-3-2009 11-3-2009 12-3-2009 13-3-2009 14-3-2009 15-3-2009 16-3-2009 17-3-2009 18-3-2009 19-3-2009 20-3-2009 21-3-2009 22-3-2009 23-3-2009 24-3-2009 25-3-2009 26-3-2009 27-3-2009 28-3-2009 29-3-2009 TGM [ng/m 3 ] TPM [pg/m 3 ] 200 Data pomiaru 0
Przebieg dobowych zmian stęż ężeń TPM i pyłu zawieszonego w grudniu w 2008 roku
Przebieg dobowych zmian stęż ężeń TPM i pyłu zawieszonego w marcu w 2009 roku 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 9-3-2009 10-3-2009 11-3-2009 12-3-2009 13-3-2009 14-3-2009 15-3-2009 16-3-2009 17-3-2009 18-3-2009 19-3-2009 20-3-2009 21-3-2009 22-3-2009 23-3-2009 24-3-2009 25-3-2009 26-3-2009 27-3-2009 28-3-2009 29-3-2009 Data pomiaru 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 TPM [pg/m 3 ] Stężenie pyłu [µg/m 3 ] TPM Stężenie pyłu
Statystyczne porównanie dla dobowych zawartości rtęci w pyle zawieszonym [ng/mg] dla obu sezonów Zawartość Hg w pyle zawieszonym [ng/mg] 20.08-10.09.2008 01.12-22.12.2008 09.03-30.03.2009 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
Zawartość rtęci w opadzie mokrym Parametr 20.08-10.09. 2008 01.12-22.12. 2008 09.03-30.03. 2009 Zawartość Hg [ng/l] 24-693 130 2 071 41-417 ph 4,43 6,67 3,98 5,90 3,96 5,66 Wysokość opadu [mm] 20,13 39,86 67,68
Depozycja rtęci w okresach pomiarowych Depozycja [µg/m 2 x 21 d] Depozycja mokra Depozycja sucha 20.08-10.09. 2008 01.12-22.12. 2008 09.03-30.03. 2009 1,425 1,929 9,116 2,151 1,918 0,282
Oszacowana wielkość depozycji Roczna mokra depozycja w 2008 28,69 mg/m 2 Roczna sucha depozycja w 2008 55,31 mg/m 2 Mokra depozycja w sezonie grzewczym 2008/2009 19,86 mg/m 2 Sucha depozycja w sezonie grzewczym 2008/2009 13,60 mg/m 2
Transport rtęci w układzie atmosfera opad atmosferyczny powierzchnia ziemi Forma rtęci TGM [ng/m 2 s] 20.08. 10.09. 2008 1.12. 22.12. 2008 9.03 30.03. 2008 3,09 4,87 6,59 TPM [pg/m 2 s] 71,1 1 090 1 180 Opad mokry [pg/m 2 s] Opad suchy [pg/m 2 s] 0,78 1,06 5,02 3,69 1,06 0,16
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
Obieg różnych form chemicznych rtęci w układzie emisji - depozycja
Wykres kołowe owe percentyli natęż ężenia strumieni rtęci gazowej w sezonie grzewczym (ng/m2 s) Grudzień 2008 Marzec 2009
Wykres kołowe owe percentyli natęż ężenia strumieni rtęci gazowej w sezonie niegrzewczym (ng/m2 s) Sierpień-Wrzesień 2008
Dziękuj kuję za uwagę