Prezentace workshopu Ostrava

Transkript

Hodnocení koncentrací PAU a
těžkých kovů na povrchu
odvalů a v okolí průmyslových
podniků
CZ.3.22/1.2.00/12.03398
doc. RNDr. Václav Dombek, CSc.
VŠB-TU Ostrava
Financování projektu:
Operační program Přeshraniční
spolupráce Česká republika Polská republika 2007–2013
Vedoucí partner:
Hornicko-geologická fakulta
Vysoká škola báňská – technická
univerzita Ostrava
Česká republika
Partner projektu:
Glówny Instytut Górnictwa (GIG)
Katowice
Polsko
Doba realizace projektu:
říjen 2013 – červen 2015
Rozpočet projektu:
CELKEM:
cca 400 tis. Euro
PŘEDMĚT
Potenciální sekundární emise z odvalů po hornické a
hutnické činnosti a v okolí průmyslových podniků.
CÍL
Zhodnocení odvalů po hornické a hutnické činnosti a v
okolí průmyslových podniků jako potencionálních
zdrojů sekundárních emisí PAU a těžkých kovů.
PROČ ?
• Region s mnoha pozůstatky hornické́ a metalurgické́
činnosti - haldy (odvaly), na kterých byly ukládány
hornické, hutní i jiné odpady.
• Na haldách dochází k chemickým a mechanickým
změnám uložených materiálů – např. haldy hořící.
• Na povrchu hald a v blízkosti hutních provozů dochází k
sedimentaci prachových částic.
• Následnou větrnou erozí, pohybem osob a techniky i
těžbou haldového materiálu se prachové částice
dostávají do ovzduší a mohou se podílet se na zhoršené
kvalitě ovzduší v okolí (polétavý prach, karcinogení látky).
• Významný faktor kvality ovzduší
• výzkum složení této druhotné prašnosti v regionu
nebyl zatím proveden.
METODA
• Komplexní chemický a mineralogický popis povrchové
vrstvy hald a ploch významně ovlivněných průmyslovým
spadem.
• Analýzy chemického složení anorganické i organické fáze.
• Mineralogické analýzy objasní složení současných a vznik
nových minerálních fází.
• Následné zhodnocení získaných dat s cílem určit velikost
a složení možných emisí zdravotně závadných částic a
okolnosti jejich vzniku.
• Modelování - vliv na kvalitu ovzduší při dalším využití
hodnocených areálů (rekultivace, těžba aj.).
ZDROJE PRO ŘEŠENÍ
• VŠB-TUO:
• Řešitelský tým s dlouholetou zkušeností
• Speciální odbornosti, kterými řešitelský tým
nedisponuje, byly řešeny formou konzultací s
externími specialisty
• Analytické práce byly zajištěny v laboratořích ICT a
ZÚ OVA:
• Laboratoř separačních metod (GC-MS, HPLC-MS)
• Laboratoř RTG difrakce
• Laboratoř elektronové mikrosondy
• Centrum hygienických laboratoří – stanovení
kovů metodou IC-MS
• GIG:
• Řešitelský tým s dlouholetou zkušeností
• Speciální odbornosti - řešeny formou konzultací s
externími specialisty
• Analytické práce byly prováděny v laboratořích
pracoviště monitoringu životního prostředí GIG:
• Laboratoř rozborů tuhých odpadů,
• Laboratoř rozborů vody a odpadních vod,
• Laboratoř rozborů organických sloučenin,
• Pracoviště environmentálních analýz, s aplikací
analytických postupů
CÍLOVÉ SKUPINY PROJEKTU
• orgány státní samosprávy
• orgány podílející se na územním plánování, které
rozhodují nebo povolují další činnosti na haldách,
• regionální orgány ochrany ovzduší;
• majitelé a správci hald;
• široké spektrum obyvatelstva, na které má kvalita
ovzduší přímý vliv.
PUBLICITA
• Speciální internetové stránky - médium s nejširším
dopadem a nejjednodušším přístupem pro odbornou
i laickou veřejnost - provozovány ještě 5 let po ukončení
projektu:
• http://ova.prasnosthald.cz/
• http://ova.prasnosthald.eu/
Metodologie odběru vzorků z povrchů analýzovaných
objektů a jejich lokalizace na území Polska
Metodyka pobierania próbek z powierzchni obiektów
badań oraz miejsca ich lokalizacji w Polsce
dr Michał Gwoździewicz
Zakład Monitoringu Środowiska
Główny Instytut Górnictwa
Katowice
Ostrawa, 18 czerwca 2015
Metodyka pobierania próbek oparta została
na wytycznych Normy US EPA AP- 42
opisanych szczegółowo w załączniku C.1
APPENDIX C.1
PROCEDURES FOR SAMPLING SURFACE/BULK DUST LOADING
1. For material handling of active or inactive piles: minimum
of 6 increments with total sample weight of 5 kg
(10 increments totalling 23 kg are recommended)
2. For wind erosion samples: minimum of 6 increments with total
sample weight of 5 kg
Ostrawa, 18 czerwca 2015
KRYTERIA USTALENIA ILOŚCI PRÓBEK
POBIERANYCH NA POSZCZEGÓLNYCH OBIEKTACH
1. Położenie i powierzchnia całkowita
2. Kształt oraz infrastruktura i wynikająca z tego dostępna powierzchnia
3. Ograniczenia dostępnej powierzchni pobierania próbek wynikające z:
o
o
o
o
o
bieżącego unieszkodliwiania odpadów wydobywczych
prowadzenia odzysku odpadów wydobywczych
realizowanych inwestycji budowlanych i drogowych
zasięgu i zaawansowania prowadzonej rekultywacji biologicznej
aktywności termicznej obiektów i zagrożeń dla próbkobiorców
2
1. „Wrzosy III” KWK „Rydułtowy-Anna”
2. „Wrzosy“ KWK „Rydułtowy-Anna“
3. „Radlin” KWK „Marcel”
4. „Skrzyszów Południe” KWK „Marcel”
5. Teren likwidacji szkód górniczych Mszana
6. „Szotkówka I” KWK „Jas-Mos”
7. „Kościelniok” KWK „Pniówek”
8. „Pochwacie” KWK „Zofiówka”
9. „Borynia-Jar” KWK „Borynia”
10. „Charlotta” KWK „Rydułtowy-Anna”
10
1
3
9
4
5 6
8
7
WYLICZONE ILOŚCI PRÓBEK DO POBRANIA
RAZEM:
8
8
32
10
8
16
20
18
16
16
152
DZIĘKUJĘ PAŃSTWU ZA UWAGĘ
DĔKUJI VAM ZA POZORNOST
Projekt CZ.3.22/1.2.00/12.03398
„Hodnocení koncentrací PAU a těžkých kovů na povrchu odvalů a v
okolí průmyslových podniků “
Lokalizace odběrových míst na území Moravskoslezského
kraje a bližší specifikace odebraných vzorků
Ing. Lucie Gembalová, Ph.D.
Dr. Ing. Dalibor Matýsek
Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava
18. 6. 2015
Výběr lokalit pro odběr vzorků na území MS kraje
Halda Ema
Halda Heřmanice
Halda Hedvika
Halda Dolu Paskov
Halda Dolu Paskov – Důl Staříč 2
Halda Dolu Darkov
Halda Dolu ČSM
Halda Dolu ČSA – závod Jan Karel
Halda Hrabůvka
odval elektrárny Třebovice
Dolní oblast Vítkovice
Areál Bartovice
Halda Ema
- kuželovitá halda (vrchol cca 315 m. n. m.)
- přírodní památka ve správě státního podniku Diamo
- komplex odvalů uzavřených dolů Ema/Lucie, Trojice a Petr Bezruč (Terezie)
- termicky aktivní (haldovina + elektrárenský popílek) – teplota uvnitř až 1200°C
- odběr pilotních vzorků (4 odběrová místa)
Halda Heřmanice
- ve správě státního podniku Diamo
- odval Dolu Heřmanice (zejména hlušina)
- termicky aktivní
- nejrozsáhlejší odvalový areál (881 993 m2)
- odběr vzorků (29 odběrových míst)
Halda Heřmanice
Halda Hedvika
- ve správě státního podniku Diamo
- odval závodu Hedvika (bývalý Důl J. Fučík)
- termicky aktivní
Halda Dolu Paskov
- ve správě podniku OKD, a. s.
- odval Dolu Paskov
- důlní materiál
(výpěrky těžkokapalinového „prádla“ z úpravny uhlí)
Halda Paskov – Důl Staříč 2
- odval Dolu Paskov – Důl Staříč 2
- důlní materiál (manipulační odval – hrubozrnná haldovina z důlních děl)
Halda Dolu Darkov
- odval Dolu Darkov
- důlní materiál (výpěrky z těžkokapalinového „prádla“ z úpravny uhlí)
Halda Dolu ČSM
- odval Dolu ČSM
- důlní materiál (výpěrky těžkokapalinového „prádla“)
Halda Dolu ČSA – závod Jan Karel
- odval Dolu ČSA – závodu Jan Karel
- důlní materiál z ražby
Halda Hrabůvka (Stará halda)
- ve správě Vítkovice, a.s.
- ukládání odpadů z hutní výroby, především strusky z Vítkovických železáren
odval elektrárny Třebovice
- provozovatel Dalkia Česká republika a.s.
- energetický odpad
Stanovení minerálních fází
Metoda: analýza pomocí práškové RTG difrakce
Přístrojové vybavení: práškový difraktometr Bruker Advance D8 (Bruker, USA)
Geometrie měření: 2θ/θ s polohově citlivým detektorem LynxEye
Podmínky měření: záření – CoKα/Fe filtr
napětí – 40 kV
proud – 40 mA
režim – krok 0.014° 2θ s časem na kroku 0.25 s
sumace pěti postupných měření
Software pro řízení přístroje: Diffrac.Measurement
Programy na vyhodnocení naměřených dat:
Databáze difrakčních dat PDF-2 (JCPDS), Relase 2011
Bruker AXS Diffrac.EVA verze 2.0
Bruker AXS Topas verze 4.2
Diffrac plus prof. TOPAS STRUCTURAL database
Counts
Difrakční záznam
6 600
6 400
6 200
6 000
5 800
5 600
5 400
5 200
5 000
4 800
4 600
4 400
4 200
4 000
3 800
3 600
3 400
3 200
3 000
2 800
2 600
2 400
2 200
2 000
1 800
1 600
1 400
1 200
1 000
800
600
400
200
0
-200
-400
-600
-800
-1 000
9.723069
Paskov 11-pod
10 um plus 9.3548 ZnO.raw_1
10
15
20
Zincite
Quartz
Muscovite 2M1
Kaolinite (BISH)
Chlorite IIb
Albite
Amor.
25
30
35
40
45
2Th Degrees
50
55
60
65
70
75
9.35 %
8.80 %
44.67 %
6.11 %
3.76 %
1.97 %
25.32 %
80
Zjištěné minerální fáze
Počet vzorků: 82
Složení: amorfní podíl
Křemen – SiO2
Illit – muskovit - KAl2(OH,F)2(AlSi3O10)
Kaolinit – Al2Si2O5(OH)4
Chlorit – (Mg,Fe)3(Si,Al)4O10(OH)2(Mg,Fe)3(OH)6
Plagioklas (albit) – Na[AlSi3O8]
Jarosit – KFe33+(SO4)2(OH)6
Ankerit – Ca(Fe,Mn,Mg)(CO3)2
Ortoklas – KAlSi3O8
Magnetit – Fe3O4
Hematit – Fe2O3
Sádrovec – CaSO4.2H2O
Kalcit – CaCO3
Baryt – BaSO4
Anhydrit – CaSO4
Brucit – Mg(OH)2
Stanovení minerálních fází
Minerál
Amorfní podíl
Křemen
Illit-muskovit
Kaolinit
Chlorit
Plagioklas(albit)
Jarosit
Ankerit
Ortoklas
Magnetit
Hematit
Sádrovec
Kalcit
Baryt
Anhydrit
Pyrit
Brucit
Minimum
(hm. %)
14,0
4,3
9,1
0,6
0,4
0,6
0,5
0,3
3,7
1,1
1,7
0,8
2,8
1,1
2,7
0,9
23,3
Maximum
(hm. %)
74,7
30,3
56,6
17,6
14,4
8,2
11,4
1,1
8,5
1,9
5,0
5,1
10,8
1,1
2,7
0,9
23,3
Medián
42,1
12,4
28,9
8,4
4,6
2,6
2,5
0,7
5,4
1,2
3,7
2,5
2,8
1,1
2,7
0,9
23,3
Směrodatná
Aritmetický
odchylka
průměr (hm.%)
9,9
41,0
3,6
12,9
9,6
29,6
4,5
8,8
2,2
4,9
1,2
2,6
2,6
3,2
0,2
0,7
2,0
5,9
0,3
1,4
1,1
3,5
1,3
2,4
3,7
5,5
1,1
2,7
0,9
23,3
Variační
počet > MD
koeficient (%)
82
24,1
82
28,2
82
32,3
77
51,5
72
44,3
51
47,1
24
82,9
9
36,1
3
34,0
4
22,5
5
32,1
7
55,7
3
68,8
1
1
1
1
Střední mineralogické složení frakce pod
10 um - odvaly z těžby uhlí
Elektronová mikroskopie
Přístrojové vybavení: skenovací elektronový mikroskop FEI Quanta 650 FEG (FEI, USA)
Detektor: EDX – energiově disperzní RTG spektrometr
Podmínky: nízké vakuum – 50 Pa, vzorek bez pokovení
urychlovací napětí – 20 kV
proud 8 - 10 nA
průměr svazku elektronů 6.0 μm
elektrárenský odpad
odpad z hornické činnosti
Elektronová mikroskopie
magnetit
pyrit
Děkuji za pozornost
Skład mineralny pyłów PM 10 pochodzących
z obiektów na terenie Polski
Minerální složení prachových částic PM 10
pocházejících z objektů na území Polska
dr Zbigniew Bzowski
Katowice
Ostrava, 18 červen/czerwiec 2015
POBRANE ILOŚCI PRÓBEK DO BADAŃ MINERALOGICZNYCH
RAZEM:
8
8
32
10
8
16
20
18
16
16
152
3
3
11
4
3
6
7
7
6
7
57
Teren likwidacji szkód górniczych Mszana
„Kościelniok” KWK „Pniówek”
Nr 1: N 49°58’21,9”; E 18°39’58,9”
Nr 2: N 49°58’25,0”; E 18°39’34,6”
Nr 3: N 49°58’28,9”; E 18°39’28,7”
Nr 4: N 49°58’33,8”; E 18°39’22,9”
Nr 5: N 49°58’43,8”; E 18°39’30,3”
Nr 6: N 49°58’44,6”; E 18°39’20,3”
Nr 7: N 49°58’39,3”; E 18°39’31,0”
Nr 8: N 49°58’42,1”; E 18°39’39,5”
Nr 9: N 49°58’44,4”; E 18°39’46,8”
Nr 10: N 49°58’37,2”; E 18°39’49,3”
Nr 11: N 49°58’27,4”; E 18°39’50,9”
Nr 12: N 49°58’22,0”; E 18°39’38,4”
Nr 13: N 49°58’23,5”; E 18°39’22,7”
Nr 14: N 49°58’46,8”; E 18°39’13,5”
Nr 15: N 49°58’51,7”; E 18°39’20,0”
Nr 16: N 49°58’53,6”; E 18°39’36,8”
Nr 17: N 49°58’54,5”; E 18°39’47,8”
Nr 18: N 49°58’52,9”; E 18°39’56,7”
Nr 19: N 49°58’44,7”; E 18°40’07,6”
Nr 20: N 49°58’33,6”; E 18°40’03,6”
Analiza uziarnienia na zawartość
PM 10, PM 2,5
HOMOGENIZACJA
PYŁU PM 10
ROZDZIAŁ
UZIARNIENIA
Analiza kontrolna uziarnienia PM 10
Badania chemiczne
VŠB-TU Ostrava i GIG Katowice
Badania dyfraktometryczne (XRD)
VŠB-TU Ostrava i GIG Katowice
nλ = 2d sinθ
n – rząd refleksu (liczba całkowita)
λ – długość fali promieniowania
d – odległość płaszczyzn sieciowych
θ – kąt ugięcia
Dyfraktometr rentgenowski (XRD)
D8 DISCOVER BRUKER
Badania XRD wykonano metodą proszkową (DSH)
w geometrii Bragg-Brentano wykorzystując promieniowanie
CuKα, filtr Ni i detektor LYNXEYE_XE.
Do rejestracji i diagnostyki wykorzystano programy:
• DIFFRAC.Measurement v.3.0. Bruker AXS.
• DIFFRAC.Evaluation v.3.0. Bruker AXS.
• Topas v.4.2. Bruker AXS.
Skład mineralny oznaczono i wyliczono na podstawie
licencjonowanych baz danych wzorców :
• ICDD PDF-4+ 2013 RDB i 2014 RDB - International
Centre for Diffraction Data
• ICSD - Inorganic Crystal Structure Database,
• NIST - National Institute of Standard and Technology
Podstawowe składniki mineralne badanych pyłów PM 10
 kwarc SiO2
 minerały ilaste:
• kaolinit Al4[Si4O10](OH)8
• muskowit KAl2[AlSi3O10](OH)2
• illit (K,H3O+)Al2[AlSi3O10](OH)2
• chloryty: klinochlor (Mg5Al)[AlSi3O10](OH)8 i/lub
Fe-klinochlor (Mg,Fe)5Al[AlSi3O10](OH)8
 skalenie potasowe (ortoklaz, mikroklin) K[AlSi3O8]
 skalenie sodowo-wapniowe (plagioklazy) Na[AlSi3O8]-Ca[Al 2Si2O8]
 substancja amorficzna
Akcesoryczne składniki mineralne badanych pyłów PM 10













kalcyt CaCO3
dolomit CaMg(CO3)2
ankeryt CaFe(CO3)2
syderyt FeCO3
goethyt α-FeO(OH)
hematyt α-Fe2O3
magnetyt FeFe2O4
gips CaSO4·2H2O
jarosyt KFe3(SO4)2(OH)6
ałunit KAl3(SO4)2(OH)6
halit NaCl
mullit 3Al2O3·2SiO2
minerały ilaste:
• montmorillonit Mx(Al3.33Mg0.67)[Si8O20](OH)4
• struktury mieszanopakietowe illit-smektyt i chloryt-smektyt
Dyfraktogram próbki wzorcowej 50.1/14 (GIG)
Skład mineralny próbek wzorcowych ICT 57 i 50.1/14
Składniki
Kwarc
Kaolinit
Skalenie potasowe
Skalenie sodowo-wapniowe
Muskowit (w tym illit)
Chloryt
Ankeryt
Syderyt
Hematyt
Magnetyt
Substancja amorficzna
Zawartość w %
WZORZEC ICT 57 (VŠB-TU)
WZORZEC 50.1/14 (GIG)
VŠB-TU
Ostrava
GIG
Katowice
VŠB-TU
Ostrava
GIG
Katowice
19,8 ± 0,3
20,7 ± 0,4
7,5 ± 0,3
4,4 ± 0,3
13,7 ± 0,5
4,0 ± 0,4
0,5 ± 0,2
1,0 ± 0,2
1,1 ± 0,2
27,3 ± 1,2
21,0 ± 0,5
19,5 ± 0,5
7,5 ± 0,5
7,5 ± 0,5
13,0 ± 0,5
2,0 ± 1,0
0,5 ± 0,5
1,0 ± 0,5
0,5 ± 0,5
27,5 ± 0,5
24,8 ± 0,3
13,8 ± 0,4
8,6 ± 0,3
6,8 ± 0,3
26,5 ± 0,5
10,1 ± 0,5
2,1 ± 0,2
1,2 ± 0,2
6,1 ± 0,2
25,0 ± 0,5
14,0 ± 0,5
8,5 ± 0,5
8,0 ± 0,5
26,0 ± 0,5
9,0 ± 1,0
2,0 ± 0,5
1,5 ± 0,5
6,0 ± 0,5
Wzorzec ICT 57 (VŠB-TU) – PM 40
Wzorzec 50.1/14 (GIG) – PM 10
Skład mineralny próbek porównawczych ze składowiska
EMA w Ostravie
Lokalizacja
Składnik
Kwarc
EMA 1
GIG
EMA 2
VŠB
GIG
EMA 3
VŠB
EMA 4
VŠB
GIG
VŠB
GIG
w%
11,5
10,0
9,0
7,8
13,5
13,2
14,5
14,5
5,0
4,8
6,0
5,9
14,0
14,1
17,5
17,6
Muskowit
17,5
18,0
17,0
17,0
26,5
26,4
26,5
26,3
Chloryty
4,0
4,3
5,0
6,0
4,0
4,6
6,0
6,7
Jarosyt
10,0
11,4
2,0
2,4
1,5
1,6
-
-
Hematyt
4,0
4,3
1,5
1,7
2,5
3,0
-
-
Skalenie (albit)
0,5
-
0,5
-
-
-
5,0
4,0
47,5
47,2
59,0
59,0
37,5
37,0
30,5
30,8
Kaolinit
Substancja
amorficzna
Dyfraktogramy powiększono 2x
Składniki
PL-01
PL-04
PL-07
Suma minerałów ilastych
Illit + muskowit
Kaolinit
Chloryt
42,5
20,0
19,0
3,5
41,5
19,0
19,5
3,0
40,5
18,5
18,0
4,0
Kwarc
18,5
20,5
21,5
Skalenie potasowe+plagioklazy
7,5
8,0
7,0
Kalcyt
1,5
1,5
1,0
Dolomit
1,0
1,0
0,5
Syderyt
1,5
1,5
1,0
27,5
26,0
28,5
Dyfraktogramy powiększono 2x
„Szarlota” KWK „Rydułtowy-Anna”
Akcesoryczne składniki mineralne pyłów PM 10 ze składowiska
„Szarlota” KWK „Rydułtowy-Anna” (n = 7)
 kalcyt








do 6% - 6% w 1 próbce, w pozostałych 1-4%
dolomit
do 5% - obecny w 4 próbkach
goethyt
do 8% - 8% w 1 próbce, w pozostałych 0-3%
hematyt
struktury illit-smektyt do 5% - obecne w 4 próbkach
halit
mullit
5% w 1 próbce i 3% w 2 próbkach
gips
5% w 1 próbce i 3% w 1 próbce
ałunit
2% w 1 próbce
Podstawowy skład mineralny 57 próbek pyłów PM 10
pochodzących z obiektów na terenie Polski
Minimum
Maximum
Składniki
Średnio
Zmienność
w%
Suma minerałów ilastych
20
72
42
57
Kwarc
8
30
18
20
Skalenie potasowe+plagioklazy
2
25
10
76
15
40
24
25
Výsledky chemických analýz prachových částic PM10
pocházejících z objektů na území České republiky
Ing. Tomáš Tomšej
VŠB-TU Ostrava, Institut čistých technologií těžby a užití energetických surovin
Zajištění jakosti prováděných chemických analýz (QA/QC)
• Důraz na kvalitu – laboratoře řešitelů/externích dodavatelů a použité
analytické postupy jsou akreditovány dle ČSN EN ISO/IEC 17025:2005
• Akreditovaná zkouška mj. znamená, že se laboratoř minimálně 1x za rok
účastní testování způsobilosti, ve kterém musí uspět!
• Během trvání projektu tedy proběhly u analýz PAU a těžkých kovů dvě
taková testování způsobilosti
• Nad rámec akreditace byla s polským partnerem na reálných vzorcích hald
(Ema) prováděna dvojstranná mezilaboratorní porovnání, jejichž
výsledkem byla např. harmonizace extrakce vzorků pro analýzy PAU.
Poznámky k interpretaci naměřených dat:
• Výsledky chemických analýz frakce PM10 jsou „meziproduktem“, určeným
pro účely modelování.
• PM10 je nepatrná (1-2%) frakce odebraného terénního vzorku, hodnoty
naměřené na této frakci nelze automaticky extrapolovat na celý
vzorek/dané odběrové místo!
• Numerická hodnota výsledku závisí na způsobu mineralizace či předúpravy,
hodnoty získané odlišnými mineralizacemi/extrakcemi nelze vzájemně
porovnávat!
–
–
při mineralizaci vzorků lučavkou dostáváme vyšší nálezy těžkých kovů, nežli při užití např. 2M HNO 3 nebo
„odpadářském“ vodném výluhu ,
totéž platí u organických analýz, přímá extrakce organickým rozpouštědlem poskytuje (na stejném vzorku) vyšší
nálezy nežli např. vodný výluh
Distribuce 16 EPA PAU v různých frakcích
v reálném vzorku haldoviny
mg/kg
naftalen
acenaftylen
acenaften
fluoren
Fenantren
Antracen
Fluoranthen
Pyren
Benzo(a)antracen
Chrysen
benzo(b)fluoranthen
benzo(k)fluoranthen
benzo(a)pyren
indeno(1,2,3--cd)pyren
dibenzo(a,h)anthracen
benzo(ghi)perylen
suma PAH
< 10 µm < 30 µm < 40 µm
16
0.08
0.92
0.34
0.03
0.09
0.60
0.07
0.04
2.2
0.32
0.21
94
0.97
0.66
2.7
0.90
1.4
33
0.33
0.34
29
8.8
6.2
16
0.01
0.076
51
0.91
1.1
22
0.10
0.072
11
0.03
0.043
7.7
0.03
0.043
11
0.03
0.11
5.1
< 0.01 < 0.010
14
0.05
0.080
13
11
316
16 PAU dle U.S. EPA
2-6 jader;
Rozsah bodů varu:
218 oC naftalen – 525 oC dibenz(a,h)antracen
Toxikologická významnost – faktory toxicity PAU dle U.S. EPA
16 PAU - toxikologická významnost
•
•
U.S. EPA
Zákon o ochraně ovzduší 201/2012 Sb.
Typický GC/MS chromatogram vzorku haldoviny
2-3 jaderné
4 jaderné
5-6 jaderné
Obvyklé složení extraktu ze vzorku haldoviny
• Vedle nesubstituovaných, tzv. „parent“ PAU, obsahují i významné
množství alkylovaných PAU (methyl- ethyl-), které jsou
charakteriastické pro pyrogenní děje za nižších teplot
• Sirné heterocykly - souvisí se zvětráváním pyritu
• V řadě vzorků byly detekovány i homologické řady n-alkanů (exo-,
popř. endogenní kontaminace ropnými produkty)
Relativní zastoupení PAU v celkové sumě I.
ČSM
7%
2-3 jaderné
23%
4 jaderné
5-6 jaderné
70%
Velmi podobné relativní zastoupení lze najít i na lokalitách Paskov, Darkov
Relativní zastoupení PAU v celkové sumě II.
Hedvika
0%
10%
2-3 jaderné
4 jaderné
5-6 jaderné
90%
Relativní zastoupení PAU v celkové sumě III.
Heřmanice
6%
2-3 jaderné
37%
4 jaderné
57%
5-6 jaderné
Relativní zastoupení PAU v celkové sumě IV.
Ema
6%
35%
2-3 jaderné
4 jaderné
5-6 jaderné
59%
Relativní zastoupení PAU v celkové sumě V.
Hrabůvka
21%
42%
2-3 jaderné
4 jaderné
5-6 jaderné
37%
Chromatogram haldoviny z lokality Hrabůvka
5-6 jaderné
fenantren
Rozptyl výsledků v rámci jedné lokality
•
Pro haldy a skládky všeho druhu je typické, že se jedná o nehomogenní
materiály, ve kterých se koncentrace místo od místa dramaticky mění
•
Svým složením se vymyká lokalita Třebovice – u PAU 74% výsledků je pod mezí
detekce a většina ostatních hodnot je jen těsně nad mezí detekce. Z hlediska
PAU jsou tedy výsledky na této lokalitě velmi homogenní.
PAU – příklady variability výsledků v rámci několika
lokalit
lokalita
mg/kg vzorku
naftalen
acenaftylen
acenaften
fluoren
Fenantren
Antracen
Fluoranthen
Pyren
Benzo(a)antracen
Chrysen
benzo(b)fluoranthen
benzo(k)fluoranthen
benzo(a)pyren
indeno(1,2,3--cd)pyren
dibenzo(a,h)anthracen
benzo(ghi)perylen
MIN
0.51
0.03
0.18
0.79
4.0
0.07
0.29
0.04
0.25
1.3
0.41
0.06
0.17
0.076
0.15
0.28
Lokalita A
MAX Průměr Medián
5.0
1.9
1.6
0.08
0.06
0.07
0.75
0.44
0.4
3.9
2.4
2.5
10
6.7
6.6
0.24
0.13
0.12
0.93
0.54
0.53
1.3
0.74
0.71
0.97
0.48
0.46
3.8
2.1
2.1
1.0
0.59
0.5
0.20
0.12
0.12
0.49
0.26
0.25
0.18
0.12
0.11
0.46
0.25
0.24
0.85
0.46
0.45
MIN
0.40
0.01
0.18
0.50
1.8
0.06
0.44
0.50
0.16
1.0
0.4
0.07
0.10
0.11
0.06
0.17
Lokalita B
6.6
4.0
4.9
0.09
0.05
0.05
1.6
0.98
1.1
6.6
4.0
4.6
18
11
12
0.60
0.27
0.22
1.9
0.78
0.70
2.0
0.97
0.90
0.70
0.37
0.34
4.8
2.5
2.4
1.8
0.87
0.72
0.60
0.16
0.11
0.38
0.18
0.18
0.44
0.21
0.18
0.30
0.19
0.19
0.65
0.32
0.31
MIN
1.7
0.07
0.29
1.0
4.4
0.09
0.32
0.50
0.29
1.1
0.24
0.06
0.13
0.05
0.10
0.25
Lokalita C
20
6.4
4.7
0.41
0.21
0.22
2.4
0.94
0.61
8.6
3.2
2.5
35
9.7
7.1
0.68
0.29
0.25
1.7
0.89
0.78
2.5
1.2
0.92
1.2
0.66
0.53
4.1
2.3
2.0
1.0
0.63
0.61
0.25
0.15
0.13
2.20
0.53
0.28
0.27
0.14
0.14
0.40
0.21
0.16
0.77
0.50
0.47
Výsledky analýz těžkých kovů
• Ještě jednou: mineralizace lučavnou královskou
dává vyšší hodnoty nežli méně agresivní metody!
• Rozsah: 7 těžkých kovů ( As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, V,
Zn ), analytická koncovka ICP-OES
Variabilita výsledků – složiště popílku
mg/kg
As
Cd
Cr
Cu
Ni
Pb
V
Zn
Min
3.3
0.31
68
42
45
17
66
69
Max
8.2
0.63
87
84
72
66
94
171
Průměr
6.0
0.45
77
69
57
45
84
117
Medián
6.0
0.43
78
73
57
38
86
94
Těžké kovy - variabilita výsledků v rámci několika
lokalit
mg/kg
As
Cd
Cr
Cu
Ni
Pb
V
Zn
Min
5
0,10
57
51
49
45
38
48
Lokalita A
Max
Průměr
13
8
0,77
0,37
103
80
161
85
83
61
112
72
100
64
155
86
Medián
7
0,31
82
81
60
72
63
79
Min
4,4
0,30
54
62
50
45
39
57
Lokalita B
Max
Průměr
73
16
1,4
0,59
85
68
98
76
81,2
59
157
80
71,5
56
181
111
Medián
8,1
0,43
67
73
58
72
56
89
Min
2,9
0,23
38
34
34
38
30
50
Lokalita C
Max
Průměr
46
9,1
0,59
0,35
91
68
133
49
68
49
112
57
84,8
65
173
84
Medián
6,0
0,32
69
40
49
56
67
62
Děkuji za pozornost
[email protected]
Výsledky chemických analýz prachových částic PM10 pocházejích z objektů
na území Polska
Wyniki badań chemicznych pyłów PM10 pochodzących z obiektów
w Polsce
dr inż. Katarzyna Bojarska
dr Leszek Drobek
Katowice
Ostrava, 18 červen / czerwiec 2015
schemat badań
próbka ogólna - od 12 do 25 kg
analiza uziarnienia PM200
zawartość PM10, PM2,5
próbka laboratoryjna - ok. 5 kg
próbka frakcja
PM200
próbka frakcja
PM40
analiza kontrolna
uziarnienia PM10
próbka frakcja
PM10
międzylaboratoryjne
badania porównawcze
VSB, GIG
badania laboratoryjne wielopierścieniowe węglowodory
aromatyczne - b(a)p
metale - arsen
Zakres badań obejmował:
• oznaczenie zawartości PM 10 oraz PM 2,5
• 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
• oznaczenie zawartości pierwiastków:
arsenu, kadmu, kobaltu, chromu, miedzi, manganu,
niklu, ołowiu, cynku, wanadu
Metody badań:
• oznaczenie zawartości związków organicznych:
ekstrakcja ASE, oczyszczanie na SPE,
analiza HPLC (detektor FLD)
•
oznaczenie zawartości pierwiastków:
mineralizacja w wodzie królewskiej
i analiza metodą ICP-OES
•
oznaczenie PM 10 i PM 2,5:
dyfrakcja laserowa
analiza uziarnienia PM 200
oznaczenie zawartość PM10, PM2,5
Teren rekultywowany przy ul. Górniczej w Mszanie
KWK „Borynia-Jastrzębie Ruch „Jastrzębie”
Liczba pobranych i analizowanych próbek 8
Oznaczenie
Parametr
obliczony
PM 10
PM 2,5
benzo(a)piren
[%]
Wartość
średnia
Wartość
minimum
Wartość
maksimum
Odchylenie
standardowe
Współczynnik
zmienności
[%]
Arsen As
[ mg/kg ]
1,5
0,5
0,16
9,7
0,8
0,3
0,12
6,7
2,5
0,8
0,21
16,1
0,6
0,2
0,026
3,0
41,1
42,6
16,1
30,6
Hałda „Pochwacie”
KWK „Borynia-Zofiówka-Jastrzębie Ruch „Zofiówka”
Oznaczenie
Parametr
obliczony
PM 10
PM 2,5
benzo(a)piren
[%]
Wartość
średnia
Wartość
minimum
Wartość
maksimum
Odchylenie
standardowe
Współczynnik
zmienności
[%]
Arsen As
[ mg/kg ]
3,2
1,2
0,43
11,5
0,7
0,2
0,31
8,9
10,6
3,8
0,68
16,4
2,5
0,9
0,096
1,8
77,9
79,2
22,1
15,5
Hałda „Borynia-Jar”
KWK „Borynia-Zofiówka-Jastrzębie Ruch „Borynia”
Oznaczenie
Parametr
obliczony
PM 10
PM 2,5
benzo(a)piren
[%]
Wartość
średnia
Wartość
minimum
Wartość
maksimum
Odchylenie
standardowe
Współczynnik
zmienności
[%]
Arsen As
[ mg/kg ]
2,4
0,9
0,30
17,8
0,8
0,3
0,21
9,6
4,8
1,8
0,40
28,6
1,3
0,5
0,050
4,8
53,3
54,8
16,8
27,0
Zwałowisko „Szarlota”
KWK „Rydułtowy-Anna”
Oznaczenie
Parametr
obliczony
PM 10
PM 2,5
benzo(a)piren
[%]
Wartość
średnia
Wartość
minimum
Wartość
maksimum
Odchylenie
standardowe
Współczynnik
zmienności
[%]
Arsen As
[ mg/kg ]
1,4
0,5
0,30
13,9
0,3
0,1
0,15
7,6
3,5
1,2
0,44
35,2
1,0
0,3
0,073
8,1
71,5
65,9
23,9
58,5
Zwałowisko „Wrzosy III”
Zakład Zagospodarowania Mienia
Oznaczenie
Parametr
obliczony
PM 10
PM 2,5
benzo(a)piren
[%]
Wartość
średnia
Wartość
minimum
Wartość
maksimum
Odchylenie
standardowe
Współczynnik
zmienności
[%]
Arsen As
[ mg/kg ]
3,9
1,4
0,25
9,6
2,7
1,0
0,19
7,8
6,1
2,3
0,31
11,1
1,1
0,4
0,044
1,2
29,3
30,2
17,6
13,0
Zwałowisko „Szotkówka I”
KWK „Jas-Mos”
Oznaczenie
Parametr
obliczony
PM 10
PM 2,5
benzo(a)piren
[%]
Wartość
średnia
Wartość
minimum
Wartość
maksimum
Odchylenie
standardowe
Współczynnik
zmienności
[%]
Arsen As
[ mg/kg ]
6,3
2,2
0,065
6,3
1,3
0,5
0,025
1,3
23,9
8,1
0,26
9,8
6,1
2,1
0,066
2,3
96,9
95,3
100,9
36,1
Zwałowisko „Kościelniak”
KWK „Pniówek”
Oznaczenie
Parametr
obliczony
PM 10
PM 2,5
benzo(a)piren
[%]
Wartość
średnia
Wartość
minimum
Wartość
maksimum
Odchylenie
standardowe
Współczynnik
zmienności
[%]
Arsen As
[ mg/kg ]
3,0
1,2
0,085
15,9
0,6
0,2
0,025
13,0
5,9
2,2
0,14
21,6
1,6
0,6
0,036
2,0
51,9
51,7
42,7
12,6
Zwałowisko „Wrzosy”
KWK „Rydułtowy-Anna”
Oznaczenie
Parametr
obliczony
PM 10
PM 2,5
benzo(a)piren
[%]
Wartość
średnia
Wartość
minimum
Wartość
maksimum
Odchylenie
standardowe
Współczynnik
zmienności
[%]
Arsen As
[ mg/kg ]
3,3
1,0
0,14
13,3
2,4
0,7
0,025
5,1
3,8
1,3
0,36
32,9
0,5
0,2
0,11
9,9
16,4
19,0
74,6
74,5
Zwałowisko w Radlinie
KWK „Marcel”
Oznaczenie
Parametr
obliczony
PM 10
PM 2,5
benzo(a)piren
[%]
Wartość
średnia
Wartość
minimum
Wartość
maksimum
Odchylenie
standardowe
Współczynnik
zmienności
[%]
Arsen As
[ mg/kg ]
6,1
2,1
0,12
22,7
1,5
0,4
0,025
6,8
19,4
7,4
0,80
73,4
3,7
1,4
0,15
16,0
60,5
67,0
121,8
70,4
Zwałowisko „Skrzyszów Południe”
KWK „Marcel” Ruch II
Oznaczenie
Parametr
obliczony
PM 10
PM 2,5
benzo(a)piren
[%]
Wartość
średnia
Wartość
minimum
Wartość
maksimum
Odchylenie
standardowe
Współczynnik
zmienności
[%]
Arsen As
[ mg/kg ]
3,7
1,3
0,13
24,3
1,3
0,4
0,070
15,2
6,8
2,3
0,17
42,0
2,3
0,8
0,034
9,1
60,9
60,1
25,8
37,3
Statystyczna ocena wyników dla 10 przebadanych obiektów
Oznaczenie
Parametr
obliczony
PM 10
PM 2,5
benzo(a)piren
[%]
Arsen As
[ mg/kg ]
Wartość
średnia
3,5
1,2
0,20
14,5
Wartość
minimum
1,4
0,5
0,065
6,3
Obiekt
Zwałowisko
„Szarlota”
Zwałowisko
„Szarlota”;
Tereny
w Mszanie
Zwałowisko
„Szotkówka I”
Zwałowisko
„Szotkówka I”
Wartość
maksimum
6,3
2,2
0,43
24,3
Obiekt
Zwałowisko
„Szotkówka I”
Zwałowisko
„Szotkówka I”
Zwałowisko
„Pochwacie”
Zwałowisko
„Skrzyszów”
Statystyczna ocena wyników dla 10 przebadanych obiektów
Oznaczenie
Parametr
obliczony
PM 10
PM 2,5
benzo(a)piren
Arsen As
[%]
Współczynnik
zmienności
56,0
56,6
46,2
37,5
Wartość
minimum
16,4
19,0
16,1
12,6
Obiekt
Zwałowisko
„Wrzosy”
Zwałowisko
„Wrzosy”
Tereny
w Mszanie
Zwałowisko
„Kościelniak”
Wartość
maksimum
96,9
95,3
121,8
74,5
Obiekt
Zwałowisko
„Szotkówka”
Zwałowisko
„Szotkówka”
Zwałowisko
w Radlinie
Zwałowisko
„Wrzosy”
Zakres porównań międzylaboratoryjnych obejmował:
•
•
oznaczenie zawartości związków organicznych:
naftalenu, fluorenu, fenantrenu, antracenu,
fluorantenu, pirenu
oznaczenie zawartości pierwiastków:
arsenu, kadmu, chromu, miedzi, niklu, ołowiu,
cynku, wanadu
Do oceny uzyskanych wyników zastosowano wskaźnik En
Wskaźnik En obliczono według wzoru:
gdzie:
– wartość średnia wyników badania uzyskana przez Uczestnika 1
– wartość średnia wyników badania uzyskana przez Uczestnika 2
– niepewność rozszerzona wyników badania uzyskana
przez Uczestnika 1
– niepewność rozszerzona wyników badania uzyskana
przez Uczestnika 2
Uzyskane wartości wskaźnika En wyniosły:
•
analiza związków organicznych:
od 0,05 dla fluorantenu do 0,99 dla antracenu
•
analiza pierwiastków:
od 0,07 dla chromu do 0,60 dla arsenu
Dla współczynnika En przyjmuje się następujące kryteria oceny:
= wynik zadawalający
= wynik niezadawalający
Analiza oszacowanych wartości wskaźnika oceny En pozwala na
stwierdzenia, że przeprowadzone badania porównawcze
potwierdziły zgodność uzyskanych wyników w obu laboratoriach.
Obliczone wartości są mniejsze od 1.
Wyniki cząstkowe laboratoriów posłużyły do:
• obliczenia wartości przypisanej – średniej ogólnej
• oszacowania wartości odchylenia standardowego
odtwarzalności (odpornego odchylenia standardowego)
• oszacowania niepewności standardowej
Obliczenia przeprowadzono według normy ISO 13528:2005
„Statistical methods for use in proficiency testing by
interlaboratory comparisions”.
Średnia ogólna, odchylenie standardowe odtwarzalności,
niepewność standardowa
Oznaczenie
Średnia
ogólna
Odchylenie
standardowe
odtwarzalności
Niepewność standardowa
% wartości
przypisanej
[ mg/kg ]
Fluoranten
1,29
0,09
0,08
6,5
Antracen
1,91
0,47
0,41
21,6
Chrom
101,8
1,4
1,1
1,05
Arsen
36,9
4,5
3,5
9,4
Ostrava, 18 červen / czerwiec 2015
Projekt č. CZ.3.22/1.2.00/12.03398
„Hodnocení koncentrací PAU a těžkých kovů na povrchu odvalů a v
okolí průmyslových podniků “
Modelování vlivu resuspenze z povrchu odvalů a
průmyslových areálů na území
Moravskoslezského kraje
Ing. Radim Seibert
Faktory větrné eroze povrchu hald
 Nízké rychlosti větru – špatné rozptylové
podmínky, ale „nulové“ emise, významná
četnost v roce
 Vysoká rychlost větru – vysoké emise ale
dobrý rozptyl a nízká četnost v roce
 Srážkové dny – nulové emise
 Mrazové dny – nulové až poloviční emise
oproti bezmrazým dnům beze srážek
 Vegetace – nulové emise
Použité metody vyčíslení emisí
 Metodika U.S. EPA AP 42
 Metodika ČHMÚ VaV/740/2/02 DP 2
Vyčíslení emisí PM - vztahy
 U.S. EPA AP 42, chapter 11.9, Western surface
coal mining: TZL = PM30 = 850 kg/ha/rok
 U.S. EPA AP 42, chapter 13.2.5, Industrial
Wind Erosion:
u* dynamická třecí rychlost (m/s)
ut prahová rychlost pro uvolnění částice (m/s)
Vyčíslení emisí – frakce PM
 TSP = PM30
 PM10/PM30 = 50%
 PM2,5/PM10 = 15%
korekce:
 srážkové a mrazové dny
 pokryvnost vegetace
=> Různá emise v různých částech haldy, nutnost
rozdělení povrchu na dílčí plochy.
Heřmanice – rozdělení podle vegetace
Vyčíslení emisí – PAH a kovy
EPAH,kovy = EPM10 * cPAH,kovy
cPAH,kovy … koncentrace v sušině PM10
=>
Různá emise v různých částech haldy,
nutnost dalšího rozdělení povrchu (podle
koncentrace PAH a kovů)
Heřmanice – rozdělení podle vzorků
Heřmanice – rozdělení dle vzorků a vegetace
Heřmanice – plochy emisí PM10
Heřmanice – plochy emisí B[a]P
Heřmanice – plochy emisí arsenu
Vstupy pro SYMOS’97
Hmotnostní toky pro jednotlivé segmenty zdroje
Software pro přípravu dat a výpočet emisí: GRASS GIS
Klimatická data – větrné růžice
Eroze povrchu pouze při tř.
>= 11 m/s, rozdělení na tř.
11 m/s a tř. 20 m/s
Digitální model terénu
Digitální model terénu
Modelový výpočet - SYMOS’97
1) Imisní příspěvek k průměrným ročním koncentracím
při hmotnostním toku, směru větru, stabilitě
ovzduší a četnosti:
 Pro třídu rychlosti větru 11 m/s
 Pro třídu rychlosti větru 20 m/s
2) Celkový imisní příspěvek k průměrným ročním
koncentracím (součet příspěvků při 11 a 20 m/s)
3) Výpočet nejvyšších 24-hodinových hodnot PM10
Modelové výstupy
 Tabulky
 Mapy
 Zpráva (rozptylová studie) pro každou
lokalitu
 GIS data
Heřmanice:
Celkový imisní příspěvek k průměrným ročním
koncentracím PM10 (µg/m3)
Heřmanice:
koncentracím B[a]P (ng/m3)
Heřmanice:
koncentracím As (ng/m3)
ČSM:
ČSM:
ČSM:
ČSA (Jan Karel):
ČSA (Jan Karel):
ČSA (Jan Karel):
Darkov:
Darkov:
Darkov:
Ema:
Ema:
Ema:
Hedvika:
Hedvika:
Hedvika:
Hrabůvka:
Hrabůvka:
Hrabůvka:
Paskov:
Paskov:
Paskov:
Staříč:
Staříč:
Staříč:
Třebovice:
Třebovice:
Třebovice:
Jas-Mos:
Jas-Mos:
Jas-Mos:
Pszów:
Pszów:
Pszów:
Hlavní závěry modelování – PM
 Vliv na průměrné roční koncentrace PM10 a
PM2,5 málo významný a lokální (prokazatelně
první stovky m, u výjimečných objektů po
směru převládajícího proudění až 1 km)
 Vliv na nejvyšší denní hodnoty PM10 je lokálně
významný (potenciál překročení limitní
hodnoty)
Hlavní závěry modelování – kovy, B[a]P
 Dosah první stovky metrů
 S výjimkou ČSM není přeshraniční vliv
 Maxima průměrných ročních koncentrací B[a]P v
jednotkách pg/m3 (řádově tisíciny limitu)
 Maxima průměrných ročních koncentrací As v
desítkách pg/m3 (řádově max. první setiny limitu)
 Příspěvek jiných PAH a kovů nižší (nevýznamný)
 Vliv průmyslových deponií na imise B[a]P je ve
srovnání s důlními odvaly nižší a zanedbatelný
Dopad na obyvatelstvo
 O 2-3 řády nižší příspěvky oproti celospolečensky
přijatelné míře rizika (imisním limitům) a stávajícímu
pozadí.
 I při spolupůsobení emitovaných látek a s
přihlédnutím k bezprahovému účinku je zdravotní
riziko nevýznamné.
Rizika
 Případné dlouhodobé odtěžování (nad 1 rok) =>
řádové zvýšení emisí oproti současné větrné erozi =>
potenciálně zdravotně významné imisní příspěvky do
cca 500 m od haldy.
 Nezrekultivovaný a zejména čerstvý povrch =>
vysoký vliv na blízké okolí
Nedořešené otázky
 Jak velký problém představují pro ovzduší a
zdraví hořící odvaly?
 Lze očekávat těžbu odvalů? Kterých a v jakém
rozsahu? Je jejich vnitřek kvalitativně stejný
jako povrch? Jak se při těžbě změní zdravotní
riziko?
Doporučení
 Vyhodnotit vliv plynných emisí z hald.
 V rámci přípravy případné těžby nad 1 rok
vždy posoudit zdravotní riziko pro
obyvatelstvo do cca 500 m od haldy (nejen
PM, ale i těžké kovy a B[a]P na základě
směsných vzorků z celého těženého profilu).
 V případě přítomnosti obytné zástavby do cca
500 m od haldy urychleně zajistit rekultivaci
povrchu.
Porovnání CZ-PL - metodické rozdíly
 Dělení povrchu haldy dle vzorků
 Klimatická data
 Model
Porovnání CZ-PL - výsledky
 Dobrá shoda v případě PM => také v
případě As a B(a)P
 Vyšší hodnoty PL v centru haldy
Celkově:
Navzdory metodickým odlišnostem dobrá
shoda, nejistoty nemají vliv na závěry
projektu.
Závěr
Prašnost z hald zdravotním problémem
není, ale mohla by být.
Děkuji za pozornost.
Radim Seibert
MODELOWANIE IMISJI PM10, PM2,5, As i BaP POCHODZĄCEJ
Z EMISJI WIATROWEJ Z HAŁD
Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej
Państwowy Instytut Badawczy
Zespół autorski pod kierownictwem dr. Leszka Ośródki
mgr Jolanta Godłowska
mgr Wiesław Kaszowski
dr Ewa Krajny
mgr inż. Wojciech Rozwoda
mgr Anna M. Tomaszewska
Ostrawa, 18.06.2015 r.
WYZNACZANIE WIELKOŚCI EMISJI
Obliczenia parametrów meteorologicznych dla
pojedynczej hałdy (2013 rok– krok 1h)
System modeli ALADIN/MM5/CALMET z obserwacjami ze stacji
Racibórz – rozdzielczość obliczeń 200 m
Obliczenie godzinnych potencjałów emisyjnych Pi
Pi=58(u*-u*t)2 +28(u*-u*t)
[1]
u*t=0,4 m/s [2]
u* - tarciowa prędkość wiatru,
u*t - progowa wartość tarciowej prędkości wiatru
Obliczenie wskaźnika emisji wiatrowej E dla 2013r
E=0,5∑Pi
i=1- 365*24
[1]
Zawartość PM10 i PM2,5 [g/100m2] w odpadach
pojedynczej hałdy
Wyniki z 16 lokalizacji poboru próbek o powierzchni 5 m2 każda
Wyznaczenie wierzchołków i powierzchni 16
czworokątnych źródeł AREA
Każde źródło powierzchniowe opowiada jednemu z 16 miejsc
poboru próbek
Interpolacja metodą najbliższych sąsiadów (k-NN) - program
SURFER
Obliczenie rezerwuaru Rk hałdy dla 2013 r.
Rk=∑Rkj
Rkj=Sj*Ckj
j=1-16, k=PM10, PM2,5
Sj-pole powierzchni źródła j
Ckj- zawartość substancji k dla źródła j [g/100m2]
Z1: W wyniku działalności wiatru w ciągu roku jest emitowana i częściowo odtwarzana połowa rezerwuaru
Z2: Roczny potencjał emisyjny jest proporcjonalny do rezerwuaru hałdy
[1]- US.EPA (1999). Compilation of air pollutant emission factors - Vol. I,
Obliczenie godzinowej emisji substancji k ze źródła j
Eikj=0,5Pi(Rk/ ∑Pi)(Sj/ ∑Si ) j=1-16
Stationary point and area sources. Report No. AP-42, 5th ed. by U.S.
Environmental Protection Agency, Research Triangle Park, NC
[2] - Claiborn, C.S., Lamb, B., Miller, A., Beseda, J., Clode, B., Vaughan, J.,
Kang, L., and Newvine, C. (1998) Regional measurements and modeling of
windblown agricultural dust: The Columbia Plateau PM10 Program. J.
Geophys. Res. 103, 19753-19768
MODEL OBŁOKU CALPUFF
(CALifornia air research board PUFF air dispersion model)
UA –Urban Atlas EEA
Stacje meteorologiczne PSHM IMGW-PIB:
12540 - Racibórz
12560 - Katowice
12566 - Kraków
12600 – Bielsko-Biała
12550 - Częstochowa
MODEL CALPUFF
•
•
•
•
Gaussowski model obłoku.
Zdolność symulowania wpływu zmiennych w czasie i przestrzeni pól meteorologicznych na
transport, transformację i usuwanie zanieczyszczeń powietrza.
Algorytmy opisujące wzrost rozmiaru obłoku, wpływ budynków oraz subgridowy wpływ
orografii.
Możliwość wprowadzenia szczegółowych danych o emisji zanieczyszczeń z różnych rodzajów
źródeł: punktowych, powierzchniowych, objętościowych wraz z określeniem jej zmienności
czasowej.
Modelowanie rozprzestrzeniania zanieczyszczeń z emisji wiatrowej z hałd
•
•
•
•
Parametry meteorologiczne dla modelu CALPUFF z systemu modeli ALADIN/MM5/CALMET z
uwzględnieniem obserwacji ze stacji synoptycznych (meteo dla punktu gridowego w centrum
każdej hałdy).
Czworokątne źródła emisji AREA.
Modelowanie imisji PM10, PM2,5, As, BaP z krokiem 1godzinnym.
Zmienność emisji dla roku 2013 określona z krokiem 1godzinnym.
OBIEKTY WYBRANE DO MODELOWANIA IMISJI PM10, PM2,5, AS, BaP,
POCHODZĄCEJ Z EMISJI WIATROWEJ
L.p.
Nazwa obszaru (hałda)
11.
„Wrzosy III”
KWK „Rydułtowy Anna”
„Wrzosy”
„Radlin” KWK „Marcel”
„Skrzyszów Południe”
KWK „Marcel”
Teren likwidacji szkód
górniczych Mszana
„Szotkówka I”
KWK Jan-Mos
„Kościelniok”
KWK „Pniówek”
„Pochwacie”
KWK „Zofiówka”
„Borynia-Jar”
KWK „Borynia”
„Charlotta”
Heřmanice
12.
Dolu ČSM
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Oznaczeni
e
punktu
poboru
Powierzchnia
Liczba
pobranych
próbek ogółem
0,021 km2
8
WIII
0,168 km2
8
PS
0,516 km2
32
RA
0,036 km2
10
SK
0,116 km2
8
PL
0,037 km2
16
JA
0,98 km2
20
PN
0,518 km2
18
PO
0,142 km2
16
BOR
0,26 km2
16
AN
0,882 km2
20
Hermanice
0,282 km2
15
CSM
PUNKTY POBORU PRÓBEK Z HAŁD - przykłady
„Szotkówka I” KWK Jan-Mos
„Wrzosy” KWK „Rydułtowy Anna”(Pszów)
Dolu ČSM
Heřmanice
CHARAKTERYSTYKA EMISJI WIATROWEJ
Histogramy czasu trwania epizodów pylenia
Zmienność roczna emisji wiatrowej
„Szotkówka I” KWK Jan-Mos
16
14
12
10
8
6
4
2
czas trwania epizodu emisyjnego [h]
57
53
49
45
41
37
33
29
25
21
17
13
9
5
0
1
liczba epizodów emisyjnych
ČSM
Epizody pylenia z hałdy Szotkówka trwające dłużej niż 12 godzin
Nr
epizodu
Data
początku
epizodu
2013 r.
Godzina
[UTC]
Czas
trwania
[h]
Całkowita
emisja PM10
[kg]
Procentowy udział w
całkowitej rocznej emisji
PM10
Średnia
emisja PM10
[g/h]
Maksymalna
emisja PM10
[g/h]
1
01-sty
11:00
23
49,8
3%
2,2
5,1
2
05-mar
22:00
17
68,2
4%
4,0
12,0
3
25-mar
01:00
51
259,3
15%
5,1
9,4
4
25-sie
22:00
14
36,2
2%
2,6
4,6
5
29-wrz
17:00
22
60,2
4%
2,7
5,8
6
28-paź
6:00
15
55,1
3%
3,7
7,8
7
03-gru
9:00
34
132,3
8%
3,9
8,6
8
06-gru
22:00
28
180,8
11%
6,5
16,5
9
17-gru
16:00
18
61,0
4%
3,4
5,7
10
25-gru
10:00
34
155,1
9%
4,6
17,7
256
1058,1
63%
Suma
Epizody emisji wiatrowej dłuższe niż 12 godzin występują w okresie jesienno-zimowym.
Stanowią one 46% rocznego czasu pylenia i 71% całkowitej rocznej emisji PM10.
Epizody pylenia z hałdy ČSM trwające dłużej niż 12 godzin
Nr epizodu
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Suma
Data
początku
epizodu
2013 r.
Godzina
[UTC]
31-sty
26-lut
02-mar
05-mar
24-mar
30-wrz
28-paź
28-lis
03-gru
06-gru
25-gru
04:00
22:00
20:00
21:00
19:00
00:00
00:00
00:00
17:00
22:00
10:00
Całkowita
Czas trwania
emisja PM10
[h]
[kg]
20
14
14
18
57
16
14
16
29
26
36
260
85,1
17,5
47,0
111,7
430,2
45,4
63,3
149,5
131,3
142,5
399,4
1623,0
Procentowy
udział w
całkowitej
rocznej
emisji PM10
3,7%
0,8%
2,0%
4,9%
18,7%
2,0%
2,8%
6,5%
5,7%
6,2%
17,4%
70,6%
Średnia
emisja PM10
[g/h]
Maksymaln
a emisja
PM10 [g/h]
4,3
1,2
3,4
6,2
7,5
2,8
4,5
9,3
4,5
5,5
11,1
7,0
1,8
6,1
12,4
14,7
6,5
9,1
15,5
10,6
20,6
34,7
Epizody emisji wiatrowej dłuższe niż 12 godzin występują w okresie jesienno-zimowym.
Stanowią one 41% rocznego czasu pylenia i 63% całkowitej rocznej emisji PM10.
WYNIKI MODELOWANIA W ODNIESIENIU DO NORM
Okres
uśredniania
rok
24 godz
1 godz.
Powierzchnie hałd:
Szotkówka - 3.7 ha
ČSM - 28.22 ha
PM10
mg/m3
PM2,5
mg/m3
Arsen
ng/m3
Benzo(a)piren
ng/m3
wartość odniesienia
40
26
6
1
Maksimum w domenie:
Szotkówka
ČSM
1,54
6,63
0,61
1,83
0,010
0,050
0,000087
0,0019
Norma
50
-
-
-
Maksimum w domenie:
Szotkówka
ČSM
87,55
262,69
norma
280
-
200
12
Maksimum w domenie:
Szotkówka
ČSM
259,4
524,09
1,716
6,36
0,01691
0,242
WYNIKI MODELOWANIA
Rozkłady przestrzenne maksymalnych średnich godzinowych PM10 dla hałdy ČSM
dla kolejnych miesięcy 2013 r. (styczeń – czerwiec)
WYNIKI MODELOWANIA
Rozkładów przestrzennych maksymalnych średnich godzinowych PM10 dla hałdy ČSM
dla kolejnych miesięcy 2013 r. (lipiec – grudzień)
WYNIKI MODELOWANIA
Porównanie rozkładów przestrzennych maksymalnych średnich godzinowych, maksymalnych
średnich dobowych oraz średniej rocznej PM10 dla 2013 r.
Szotkówka
ČSM
WYNIKI MODELOWANIA
Porównanie rozkładów przestrzennych średniej rocznej PM10 dla 2013 roku dla
dwóch sposobów modelowania
Szotkówka
Model obłoku: ALADIN/MM5/CALMET/CALPUFF
ČSM
Model gaussowski smugi segmentowej SYMOS’97
Źródło: Radim Seibert, Regionální centrum EIA s.r.o.
WYNIKI MODELOWANIA
Porównanie rozkładów przestrzennych średniej rocznej BaP dla 2013 roku
dla dwóch sposobów modelowania
Szotkówka
ČSM
WYNIKI MODELOWANIA
Porównanie rozkładów przestrzennych średniej rocznej As dla 2013 roku
Szotkówka
ČSM
WYNIKI MODELOWANIA
Porównanie rozkładów przestrzennych średniej rocznej PM10 dla 2013 roku dla
dwóch sposobów modelowania
Hałda ČSM
WYNIKI MODELOWANIA
Porównanie rozkładów przestrzennych z średniej rocznej BaP dla 2013 roku
Hałda ČSM
WYNIKI MODELOWANIA
Porównanie rozkładów przestrzennych średniej rocznej As dla 2013 roku
Hałda ČSM
WNIOSKI
1. Oddziaływanie hałdy w zakresie emisji wiatrowej ma charakter lokalny. Ogranicza się przede
wszystkim do obszaru samej hałdy i jej bliskiego otoczenia.
2. Dla żadnej z badanych substancji nie zanotowano przekroczeń wartości odniesienia dla
średniej 1 godzinnej. Bliskie tej wartości były jedynie najwyższe w domenie obliczeniowej
maksymalne średnie godzinowe PM10. Stosunkowo wysokie na niewielkim obszarze były
także maksymalne stężenia godzinowe PM2,5, stanowiąc około 39% największych w domenie
obliczeniowej maksymalnych średnich godzinowych PM10. W przypadku arsenu i
benzo[a]pirenu najwyższe w domenie obliczeniowej maksymalne stężenia godzinowe
stanowiły ułamek procenta wartości odniesienia dla średniej 1 godzinnej.
3. Przekroczenie dopuszczalnego progu stężeń dobowych zanotowano lokalnie wyłącznie w
przypadku pyłu zawieszonego PM10. Przekroczenia zanotowano dwukrotnie w 2013 roku,
podczas gdy Ustawodawca dopuszcza 35-krotne przekroczenie tej wartości w ciągu roku.
Przekroczenia te dotyczyły w przeważającej części terenu kopalni Jas-Mos, którego
obostrzenia te nie dotyczą. W przypadku pozostałych modelowanych substancji Ustawodawca
nie określił norm, do których można byłoby się odnieść.
4. Dla żadnej z badanych substancji nie zanotowano przekroczeń poziomu dopuszczalnego dla
średniej rocznej. Największe wartości tej średniej w domenie stanowiły dla pyłu zawieszonego
PM10 3,1% normy, dla drobnej frakcji pyłu zawieszonego PM2,5 2,3% normy, dla arsenu 0,2%
normy, a dla benzo[a]pirenu 0,01% normy.
UWAGI KOŃCOWE
1. Opracowanie dotyczy wyłącznie modelowania rozprzestrzeniania
zanieczyszczeń będących efektem emisji wiatrowej.
się
2. Całkowita emisja z hałdy oprócz tej jej części, której bezpośrednim sprawcą
jest wiatr, powinna uwzględniać sposób użytkowania hałdy – liczbę naruszeń
jej jednolitości poprzez wwóz/wywóz oraz załadunek/wyładunek odpadów.
Oszacowanie emisji pochodzącej z takich procesów wymaga m.in. informacji
o harmonogramie takich naruszeń. Powinny być określone terminy naruszeń
oraz
każdorazowo
ilość
rozładowanego/załadowanego
materiału.
Dodatkowo powinien być dokładnie zinwentaryzowany ruch wszystkich
pojazdów samochodowych poruszających się w obrębie hałdy – terminy
przejazdów, trasa i tonaż.
3. Uwzględnienie emisji będącej efektem wyżej opisanego oddziaływania
ludzkiego jest niezbędne do oszacowania całościowego wpływu hałd.
Dziękuję Państwu za uwagę
Kontakt:
Leszek Ośródka
IMGW-PIB Oddział w Krakowie
Zakład Monitoringu i Modelowania Zanieczyszczeń Powietrza
ul. Bratków 10, 40-045 Katowice
tel. 32 3571135
e-mail: [email protected]
www.imgw.pl.
www.pogodynka.pl

Prezentace workshopu Ostrava

Transkript

Podobné dokumenty

Halda Dolu Paskov

Seznam projektových záměrů v prioritní ose 4

PM10 - Dokumentacja techniczna