Wstępne wyniki badań chemicznych, mineralogicznych oraz modelowania wtórnej emisji zanieczyszczeń pyłowych Projekt nr CZ.3.22/1.2.00/12.03398 Ocena stężeń PAH i metali ciężkich na powierzchni hałdi obiektów przemysłowych Hodnocení koncentrací PAU a těžkých kovů na povrchu odvalů a v okolí průmyslových podniků Beneficjenci projektu: VŠB-TU Ostrava, GIG Katowice Badaniami objęte były 152 próbki, w których oznaczono zawartość pyłu frakcji PM10 i PM2,5. Zakres badań chemicznych pyłów frakcji PM10 obejmował oznaczenie: - zawartości związków organicznych: naftalenu, acenaftenu, fluorenu, fenantrenu, antracenu, fluorantenu, pirenu, benzo(a)antracenu, chryzenu, benzo(b)fluorantenu, benzo(k)fluorantenu, benzo(a)pirenu, dibenzo(a,h)antracenu, benzo(g,h,i)perylenu, indeno(1,2,3-cd)pirenu - zawartości metali: arsenu, kadmu, kobaltu, chromu, miedzi, manganu, niklu, ołowiu, cynku, wanadu. Spośród tych oznaczonych parametrów do modelowania rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń z powierzchni obiektów badań, wytypowano PM10, PM2,5, arsen i benzo(a)piren. Wielkości tych parametrów kształtowały się na polskich obiektach badań na następującym poziomie: - zawartość frakcji pyłu PM10 3,5%, w zakresie od 1,4% (min) do 6,3% (max), - zawartość frakcji pyłu PM2,5 1,2%, w zakresie od 0,5% (min) do 2,2% (max), - zawartość benzo(a)pirenu 0,20 mg/kg, w zakresie od 0,065 mg/kg (min) do 0,43 mg/kg (max), - zawartość arsenu 14,5 mg/kg w zakresie od 6,3 mg/kg (min) do 24,3 mg/kg (max). Na wytypowanych 57 próbkach pyłu PM10 wykonano również badania mineralogiczne, które stanowiły informację uzupełniającą do badań chemicznych, pozwoliły na określenie matrycy mineralnej analizowanych próbek. Wykonano również badania porównawcze z partnerem czeskim dla oceny stosowanych metod pomiarowych na wytypowanych dwóch wzorcach mineralogicznych (tabela 1). Podstawowe składniki mineralne badanych pyłów PM 10 z polskich obiektów badań, to: kwarc SiO 2 minerały ilaste: kaolinit Al 4 [Si 4 O 10 ](OH) 8 muskowit KAl 2 [AlSi 3 O 10 ](OH) 2 illit (K,H 3 O + )Al 2 [AlSi 3 O 10 ](OH) 2 chloryty: klinochlor (Mg 5 Al)[AlSi 3 O 10 ](OH) 8 i/lub Fe-klinochlor (Mg,Fe) 5 Al[AlSi 3 O 10 ](OH) 8 1
skalenie potasowe (ortoklaz, mikroklin) K[AlSi 3 O 8 ] skalenie sodowo-wapniowe (plagioklazy) Na[AlSi 3 O 8 ]-Ca[Al 2Si 2 O 8 ] substancja amorficzna Skład mineralny próbek wzorcowych ICT 57 i 50.1/14 Tabela 1 Zawartość w % WZORZEC ICT 57 Składniki (VŠB-TU) WZORZEC 50.1/14 (GIG) VŠB-TU VŠB-TU GIG Katowice Ostrava Ostrava GIG Katowice Kwarc 19,8 ± 0,3 21,0 ± 0,5 24,8 ± 0,3 25,0 ± 0,5 Kaolinit 20,7 ± 0,4 19,5 ± 0,5 13,8 ± 0,4 14,0 ± 0,5 Skalenie potasowe 7,5 ± 0,3 7,5 ± 0,5 8,6 ± 0,3 8,5 ± 0,5 Skalenie sodowowapniowe 4,4 ± 0,3 7,5 ± 0,5 6,8 ± 0,3 8,0 ± 0,5 Muskowit (w tym illit) 13,7 ± 0,5 13,0 ± 0,5 26,5 ± 0,5 26,0 ± 0,5 Chloryt 4,0 ± 0,4 2,0 ± 1,0 10,1 ± 0,5 9,0 ± 1,0 Ankeryt 0,5 ± 0,2 Syderyt - 0,5 ± 0,5 - - Hematyt 1,0 ± 0,2 1,0 ± 0,5 2,1 ± 0,2 2,0 ± 0,5 Magnetyt 1,1 ± 0,2 0,5 ± 0,5 1,2 ± 0,2 1,5 ± 0,5 Substancja amorficzna 27,3 ± 1,2 27,5 ± 0,5 6,1 ± 0,2 6,0 ± 0,5 Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Oddział w Krakowie, zamiejscowy Zakład Monitoringu i Modelowania Zanieczyszczeń Powietrza, ul. Bratków 10, 40-045 Katowice, wykonał opracowanie zatytułowane -"Modelowanie rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń pyłowych (wtórnej emisji zanieczyszczeń pyłowych) z powierzchni hałd i obiektów przemysłowych". W ramach tego opracowania modelowaniem objętych było 10 obiektów po stronie polskiej oraz w ramach oceny porównawczej stosowanych metod modelowania - 2 wytypowane obiekty po stronie czeskiej - CSM i Hermanice. Zaprezentowano rozkłady przestrzenne imisji PM10, PM2,5, arsenu i benzo[a]pirenu dla różnych czasów uśrednień - maksymalnych wartości 1h, maksymalnych średnich dobowych oraz średnich rocznych. Zbiorcze wyniki modelowania zaprezentowano w tabeli 2. Zestawiono wartości maksymalne osiągnięte obliczeniowej każdej hałdy, dla tych substancji i czasów unia, dla których ustawodawca określił wartości odniesienia i/lub wartości dopuszczalne. W przypadku przekroczenia norm podano także powierzchnię obszaru, dla którego zostały przekroczone. 2
Dyskusję wyników przeprowadzono pod kątem ewentualnego przekraczania wartości odniesienia [Dz. U. 2010 Nr16 poz.87] i/lub poziomów dopuszczalnych ze względu na ochronę zdrowia ludzi [Dz.U.2012 poz.1031] imisji modelowanych zanieczyszczeń dla średnich godzinowych i/lub średniej dobowej i/lub średniej rocznej. Tabela 2 Obiekt JA Szotkówka I KWK Jas-Mos PN Kościelniok KWK Pniówek RA Radlin KWK Marcel PS i WIII Charlotta KWK Rydułtowy-Anna (Pszów) i Wrzosy III KWK Rydułtowy Anna PL Teren likwidacji szkód górniczych Mszana - Placyki SK Skrzyszów Południe KWK Marcel Opis parametrów PM10 max 1h As max 1h BaP max 1h PM10 max24h PM10 PM2.5 As BaP Kryteria 280 200 12 50 50 26 6 1 259.4 1.7 0.017 87.55 1.54 0.61 0.01 8.7E-5 93% 0.9% 0.1% 175% 3.1% 2.3% 0.17% 0.01% 0.29 723.6 10.25 0.084 231.9 7.08 2.72 0.107 0.00074 258% 5.1% 0.7% 464% 14.2% 10.5% 1.8% 0.07% 0.31 - - 3.0 1266 21.46 0.680 746.5 23.2 8.86 0.37 0.017 452% 10.7% 5.7% 1493% 46.4% 34.1% 6.2% 1.7% 1.16 - - 3.3 308 6.56 0.515 188 5.07 1.50 0.125 0.0004 110% 3.3% 4.3% 376% 10.1% 5.77% 2.1% 0.04% 1.41 - - 0.24 120 1.21 0.021 66.2 3.0 0.99 0.29 0.00053 42.9% 0.6% 0.2% 132% 6.0% 3.81% 4.8% 0.05% 0.02 144.85 2.94 0.021 45.97 0.7 0.24 0.014 0.00011 51.7% 1.5% 0.2% 91.9% 1.4% 0.9% 0.2% 0.01% 3
BOR Borynia-Jar KWK Borynia AN Wrzosy KWK Rydułtowy Anna PO Pochwacie KWK Zofiówka 404.2 7.38 0.115 242.9 5.12 1.87 0.093 0.0014 144.4% 3.7% 1.0% 485.8% 10.3% 7.2% 1.5% 0.14% 0.04 - - 0.31 174.9 2.94 0.051 74.22 2.49 0.86 0.03 0.00066 62.5% 1.5% 0.5% 148.4% 5.0% 3.3% 0.5% 0.07% 0.03 379.2 4.43 0.151 211.5 5.20 1.78 0.056 0.0025 135.4% 2.2% 1.3% 423.1% 10.4% 6.8% 0.9% 0.25% 0.08 - - 1.27 Dla wszystkich badanych substancji nie zanotowano nigdzie wartości odniesienia i wartości dopuszczalnych dla średniej rocznej. Najbliższe wartościom dopuszczalnym są stężenia roczne PM10. W przypadku hałdy Radlin KWK Marcel najwyższe osiągnięte obliczeniowej wartości stanowiły 46.4%. Na rysunku 1 przedstawiono rozkłady średnich rocznych wartości imisji PM10 dla wszystkich hałd. Zaprezentowano obszary z wkładem poszczególnych hałd do średniej rocznej większym niż 0.1μg/m 3 (0.2% wartości dopuszczalnej dla średniej rocznej - kolor szary) i 1 μg/m 3 (2% wartości dopuszczalnej dla średniej rocznej - żółta izolinia). Przedstawione wyniki wskazują, że przy uniu rocznym nie obserwuje się oddziaływania synergicznego hałd. Praktycznie wykluczono wpływ badanych hałd na średnią roczną dla obszarów położonych poza Polską. Na rys.1 przedstawiono porównanie rozkładów przestrzennych średniej rocznej PM10 dla 2013 roku. Na rys.2 przedstawiono porównanie rozkładów przestrzennych średniej dobowej PM10 dla 2013 roku. Przekroczenie dopuszczalnego progu stężeń dobowych dla jedynej substancji z określoną normą, czyli PM10, zanotowano dla wszystkich hałd, poza hałdą Skrzyszów Południe KWK Marcel. Najwyższe stężenia dobowe zanotowano na obszarze hałdy Radlin KWK Marcel. Wyniosły one 746 μg/m 3, stanowiąc 1493%. Tam też obszar z przekroczeniami był największy 3.3. Niemal taki sam obszar zanotowano w przypadku hałdy Kościelniok KWK Pniówek 3, jednakże maksymalne średnie dobowe są tam znacznie niższe stanowiąc 464%. Porównanie zasięgu oddziaływania poszczególnych hałd w 2013 roku w przypadku maksymalnych średnich dobowych PM10 pochodzących z emisji wiatrowej zamieszczono na rysunku 2. 4
Rys 1 Porównanie rozkładów przestrzennych średniej rocznej PM10 dla 2013 roku. Kolor szary wskazuje obszary z wpływem poszczególnych hałd przekraczającym wartość 0.1μg/m 3, żółta izolinia z wpływem przekraczającym wartość 1μg/m 3. Na czerwono oznaczono punkty poboru próbek. W tym przypadku jest możliwe oddziaływanie synergiczne hałd, jednakże dotyczy ono tylko wybranych kierunków wiatru. Prawdopodobne wydaje się zwiększenie maksymalnych dobowych stężeń PM10 na południowy wschód od hałdy Radlin KWK Marcel, poprzez nałożenie się wpływu hałdy Wrzosy KWK Rydułtowy-Anna. Podobna sytuacja może mieć miejsce na zachód od hałdy Skrzyszów Południe KWK Marcel, tuż obok niej, gdzie na wysokość maksymalnych stężeń dobowych mogą mieć wpływ hałdy Szotkówka I KWK Jas-Mos oraz Pochwacie KWK Zofiówka. Jednakże nawet uwzględnienie synergicznego oddziaływania hałd nie powinno skutkować wkładem większym niż 2 μg/m 3 do maksymalnej średniej dobowej PM10 dla jakichkolwiek terenów poza granicami Polski. 5
Rys 2 Porównanie rozkładów przestrzennych maksymalnych średnich dobowych PM10 dla 2013 roku. Kolorem zaznaczono obszary z wpływem poszczególnych hałd przekraczającym wartość 2μg/m 3 (4% wartości dopuszczalnej dla maksymalnej średniej dobowej), ciemnymi izoliniami z wpływem przekraczającym wartość 10μg/m 3 (20% wartości dopuszczalnej), czerwonymi izoliniami z wpływem przekraczającym wartość dopuszczalną dla średniej dobowej 50μg/m 3. Na żółto oznaczono punkty poboru próbek. W przypadku średniej godzinowej przekroczenia wartości odniesienia zanotowano wyłącznie w przypadku PM10 dla hałd Kościelniok KWK Pniówek, Radlin KWK Marcel, Charlotta KWK Rydułtowy-Anna (Pszów) i Wrzosy III KWK Rydułtowy-Anna, Borynia-Jar KWK Borynia i Pochwacie KWK Zofiówka. Najwyższe przekroczenia zanotowano w przypadku hałdy Radlin KWK Marcel. Maksymalne wartości godzinowe PM 10 wyniosły 1266 μg/m 3, stanowiąc aż 452% wartości odniesienia. Drugie, co do wielkości, maksimum zanotowano dla hałdy Kościelniok KWK Pniówek 723.6 μg/m 3. Największy obszar z przekroczeniami wartości odniesienia dla średniej 1h zanotowano jednakże nie dla hałdy Radlin KWK Marcel, ale dla wspólnie modelowanych, ze względu na ich niewielką odległość, hałd Charlotta KWK Rydułtowy-Anna (Pszów) i Wrzosy III KWK Rydułtowy-Anna. W tym przypadku obszar z przekroczeniami miał powierzchnię 1.41. Porównanie rozkładów maksymalnych wartości 1h PM10 zamieszczono na rysunku 3. 6
Rys 3 Porównanie rozkładów przestrzennych maksymalnych wartości 1h PM10 dla 2013 roku. Kolorem zaznaczono obszary z wpływem poszczególnych hałd przekraczającym wartość 10μg/m 3 ( 3.6% wartości odniesienia dla maksymalnej wartości 1h PM 10 ), żółtymi izoliniami z wpływem przekraczającym wartość 50μg/m 3 (18% wartości odniesienia), czerwonymi izoliniami z wpływem przekraczającym wartość odniesienia równą 280μg/m 3. Na czarno oznaczono punkty poboru próbek. Oddziaływanie synergiczne hałd obserwuje się dla podobnych kierunków wiatru i obszarów, jak w przypadku maksymalnych średnich dobowych PM10. Nawet przy uwzględnieniu synergicznego oddziaływania hałd wkład do największej wartości godzinowej PM10 dla obszarów Czech leżących najbliżej obszarów oddziaływania hałd nie powinien być większy niż 10 μg/m 3. Modelowanie rozprzestrzeniania zanieczyszczeń powietrza będących skutkiem emisji wiatrowej z hałd wykazało, że oddziaływanie hałd w tym zakresie ma charakter lokalny. Ogranicza się przede wszystkim do obszaru hałd i ich bliskiego otoczenia. Dla wszystkich modelowanych substancji i czasów unia najwyższe wartości imisji obserwowano na terenie, lub w najbliższym otoczeniu hałdy. 7