ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΥ ΑΕΡΑ ΣΤΟ ΒΟΛΟ ANALYSIS OF AIR QUALITY MEASUREMENTS IN VOLOS, GREECE

Transcript

1 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΥ ΑΕΡΑ ΣΤΟ ΒΟΛΟ Καλαµπόκας Π.. 1, Σιδερής Γ. 2, Χριστόλης Μ.Ν. 2, Μαρκάτος Ν.Χ. 2 1 Ακαδηµία Αθηνών, Κέντρον Ερεύνης Φυσικής της Ατµοσφαίρας και Κλιµατολογίας 2 ΕΜΠ, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Μονάδα Υπολογιστικής Ρευστοµηχανικής KEY WORDS: Αστική ατµοσφαιρική ρύπανση, Μετρήσεις αερίων ρύπων, Βόλος Περίληψη Για την αξιολόγηση της ποιότητας του ατµοσφαιρικού αέρα στο Βόλο πραγµατοποιήθηκε συστηµατική ανάλυση των συνεχών µετρήσεων αερίων ρύπων που κατεγράφησαν κατά τη διάρκεια της διετίας από τον σταθµό που είναι εγκατεστηµένος στο κέντρο του Βόλου. Οι µετρούµενοι αέριοι ρύποι είναι: διοξείδιο του θείου (SΟ 2 ), µονοξείδιο του άνθρακα (CO), διοξείδιο του αζώτου (ΝΟ 2 ), όζον (O 3 ) και αιωρούµενα σωµατίδια (PM 10 ). Εξετάσθηκαν οι ηµερήσιες και οι εποχικές διακυµάνσεις καθώς και οι παρατηρούµενες διακυµάνσεις που προέρχονται από τις µεταβολές των ανεµολογικών παραµέτρων (διεύθυνση και ταχύτητα ανέµου). Από την εξέταση προκύπτει ότι αυξηµένες τιµές και υπερβάσεις ορίων παρουσιάζουν το όζον και τα αιωρούµενα σωµατίδια. ANALYSIS OF AIR QUALITY MEASUREMENTS IN VOLOS, GREECE Kalabokas P.D. 1, Sideris G. 2, Christolis Μ.Ν. 2, Markatos Ν.C. 2 1 Academy of Athens, Research Center for Atmospheric Physics and Climatology 2 NTUA, Chemical Engineering Department, Computational Fluid Dynamics Unit Abstract For the evaluation of the air quality of the city of Volos, Greece, a systematic analysis of the continuous air pollution measurements recorded by the station located at the center of Volos, during the years 2001 and 2002 has been performed. The measured pollutants are: sulfur dioxide (SΟ 2 ), carbon monoxide (CO), nitrogen dioxide (ΝΟ 2 ), ozone (O 3 ) and suspended particles (PM 10 ). The diurnal and seasonal variations have been examined and also the observed variations induced by the changes of the wind parameters. Among the measured pollutants, ozone and PM 10 show the highest values as well as exceedings of air quality standards. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η παρακολούθηση της ποιότητας του ατµοσφαιρικού περιβάλλοντος στην πόλη του Βόλου, µε αυτόµατους αναλυτές ρύπων, είχε ξεκινήσει πριν από το 1995, όπου ο σταθµός ήταν

2 τοποθετηµένος στο κτίριο της Νοµαρχίας Μαγνησίας [1], [2]. Το 2000 ο σταθµός µεταφέρθηκε στην ταράτσα του 1ου ηµοτικού Σχολείου, σε µικρή απόσταση από τη Νοµαρχία, όπου παραµένει µέχρι σήµερα. Ο σταθµός βρίσκεται σε ύψος 12 m περίπου και στη γειτονία δρόµων µικρής σχετικά κυκλοφορίας, ενώ κεντρικοί δρόµοι µε µεγάλη κυκλοφορία βρίσκονται σε απόσταση m. Η θέση του σταθµού είναι στο εµπορικό και διοικητικό κέντρο της πόλης του Βόλου και είναι αντιπροσωπευτική της ρύπανσης αστικού υποβάθρου. Από το 2000, στον εξοπλισµό του σταθµού προστέθηκε το όργανο δειγµατοληψίας αιωρουµένων σωµατιδίων (PM 10 ) καθώς και όργανο καταγραφής µετεωρολογικών παραµέτρων. Η συντήρηση και η βαθµονόµηση του σταθµού γίνεται σε συστηµατική βάση, µε αποτέλεσµα να υπάρχει συνέχεια µετρήσεων. Για την παρούσα εργασία χρησιµοποιήθηκαν τα στοιχεία για τα έτη 2001 και 2002, για τα οποία υπάρχουν πλήρεις χρονοσειρές. 2. ΓΕΝΙΚΑ Η πόλη του Βόλου, µε πληθυσµό κατοίκων περίπου, συγκεντρώνει πλήθος βιοτεχνικών, βιοµηχανικών και εµπορικών δραστηριοτήτων, καθώς και δραστηριοτήτων του τριτογενούς τοµέα. Στην ευρύτερη περιοχή του Βόλου έχουν χωροθετηθεί δύο βιοµηχανικές περιοχές, στις οποίες είναι εγκατεστηµένες βιοµηχανίες µετάλλου, τροφίµων ποτών, παραγωγής τσιµέντου, χηµικές, πλαστικών, κ.ά. Η σηµαντικότερη βιοµηχανική πηγή είναι η βιοµηχανία τσιµέντων ΑΓΕΤ Ηρακλής, η οποία βρίσκεται σε απόσταση 2 km περίπου από τις περιοχές κατοικίας. Ο Βόλος παρουσιάζει ιδιαίτερα δυσµενείς µετεωρολογικές συνθήκες διασποράς, οι οποίες χαρακτηρίζονται από καταστάσεις άπνοιας, χαµηλές θερµοκρασιακές αναστροφές και «καναλιζάρισµα» του ανέµου, λόγω της παρουσίας µεγάλων ορεινών όγκων σε επαφή µε την πόλη και της γειτονίας µε θάλασσα. Από την ανάλυση συχνοτήτων της διεύθυνσης ανέµου, προκύπτει ότι σηµαντικές συχνότητες εµφάνισης παρουσιάζουν οι νοτιο-ανατολικές (ΝΑ) και βορειο-δυτικές (Β ) κατευθύνσεις, οι οποίες καλύπτουν αθροιστικά το 80% περίπου των περιπτώσεων, γεγονός το οποίο υποδεικνύει την ανάπτυξη καναλιού λόγω της γεωµορφολογίας της περιοχής. Στην περιοχή, λόγω της γειτνίασης µε τη θάλασσα, αναπτύσσεται ασθενής θαλάσσια αύρα, η οποία επηρεάζει την πόλη σε µικρό σχετικά βάθος. Η χαµηλή µέση ταχύτητα ανέµου (1.5 m/s) συντελεί στο µικρό βαθµό αποµάκρυνσης των ρύπων και κατά συνέπεια, στη δηµιουργία συνθηκών συσσώρευσης ρύπων πάνω από την πόλη του Βόλου. Το ποσοστό των καταστάσεων άπνοιας είναι 12.8%, ήτοι σε ένα ιδιαίτερα σηµαντικό µέρος του χρόνου οι µετεωρολογικές συνθήκες ευνοούν τη συσσώρευση των ρύπων. Γενικά, οι µετεωρολογικές συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή χαρακτηρίζονται ως δυσµενείς για τη διασπορά των ρύπων και ευνοϊκές για τη δηµιουργία καταστάσεων επεισοδίων ρύπανσης. Η βασική ιδέα της επεξεργασίας των µετρήσεων είναι η εξέταση της διακύµανσης των ρύπων αφού ληφθεί υπ όψη η περίοδος του έτους (ψυχρή, θερµή) καθώς και οι ανεµολογικές συνθήκες (επικρατούσες διευθύνσεις, άπνοια).

3 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Τα αποτελέσµατα των συνεχών µετρήσεων στην πόλη του Βόλου για τα έτη 2001 και 2002 για τους ρύπους διοξείδιο του θείου, µονοξείδιο του άνθρακα, διοξείδιο του αζώτου, όζον και αιωρούµενα σωµατίδια (PM 10 ) παρουσιάζονται στα Σχήµατα 1-5. Στο Σχήµα 1 παρουσιάζεται η ηµερήσια και η εποχική διακύµανση του συνόλου των µετρήσεων για τους πέντε εξεταζόµενους ρύπους. Στο Σχήµα 2 παρουσιάζονται οι ηµερήσιες διακυµάνσεις για την ψυχρή και τη θερµή περίοδο. Στα Σχήµατα 3 και 4 παρουσιάζονται οι ηµερήσιες διακυµάνσεις της ψυχρής (Οκτώβριος Μάρτιος) και της θερµής (Απρίλιος Σεπτέµβριος) περιόδου του έτους όταν επικρατούν Β και ΝΑ άνεµοι αντίστοιχα. Τέλος στο Σχήµα 5 παρουσιάζονται οι ηµερήσιες διακυµάνσεις της ψυχρής και της θερµής περιόδου όταν επικρατεί άπνοια. Από την εξέταση των αποτελεσµάτων προκύπτουν οι κάτωθι επισηµάνσεις: 3.1 ιοξείδιο του θείου Οι συγκεντρώσεις SO 2 είναι κατά πολύ µικρότερες από τις οριακές τιµές ποιότητας ατµοσφαιρικού περιβάλλοντος, αλλά είναι συγκρίσιµες µε αυτές των Αθηνών [3], γεγονός που αποδίδεται στις δυσµενείς µετεωρολογικές συνθήκες που επικρατούν στην πόλη του Βόλου αλλά και στην παρουσία βιοµηχανικών εγκαταστάσεων. Οι τιµές της χειµερινής περιόδου είναι κατά πολύ µεγαλύτερες αυτών της θερινής περιόδου, γεγονός που αποδίδεται στη λειτουργία της κεντρικής θέρµανσης και τις δυσµενέστερες συνθήκες διασποράς κατά τη διάρκεια του χειµώνα. Οι συγκεντρώσεις κατά τη διάρκεια καταστάσεων άπνοιας την περίοδο του χειµώνα είναι µεγάλες σε σχέση µε αυτές των θερινών µηνών Οι µέσες συγκεντρώσεις δεν διαφοροποιούνται πολύ µεταξύ Β και ΝΑ διευθύνσεων, γεγονός το οποίο δείχνει ότι η κύρια πηγή ρύπανσης είναι οι λειτουργίες της πόλης. 3.2 Μονοξείδιο του άνθρακα Οι διακυµάνσεις του µονοξειδίου του άνθρακα παρουσιάζουν τα τυπικά χαρακτηριστικά µιας αστικής περιοχής, µε κύρια πηγή ρύπανσης την κυκλοφορία των αυτοκινήτων. Οι παρατηρούµενες συγκεντρώσεις είναι κατά πολύ κάτω από το όριο ποιότητας της ισχύουσας νοµοθεσίας [3]. Επίσης, οι συγκεντρώσεις την ψυχρή περίοδο είναι πολύ µεγαλύτερες από αυτές της θερµής περιόδου, ενώ δεν παρουσιάζονται ουσιώδεις διαφορές µεταξύ Β και ΝΑ διευθύνσεων ανέµου, υποδεικνύοντας το κέντρο της πόλης ως τη βασική πηγή ρύπανσης. Οι τιµές CO σε περιόδους άπνοιας το χειµώνα είναι κατά πολύ µεγαλύτερες από τις αντίστοιχες των θερινών µηνών, γεγονός το οποίο οφείλεται στις δυσµενέστερες συνθήκες ως προς τη διασπορά ρύπων, που επικρατούν σε περιόδους άπνοιας τους χειµερινούς µήνες. Παρατηρείται ότι οι µεγαλύτερες συγκεντρώσεις συνδέονται µε ανέµους χαµηλής ταχύτητας, ενώ για µεγάλες ταχύτητες παρατηρείται σηµαντική µείωση, γεγονός που επιβεβαιώνει την επικράτηση των τοπικών πηγών.

4 3.3 ιοξείδιο του αζώτου Οι τιµές διοξειδίου του αζώτου είναι σχετικά υψηλές αλλά δεν παρατηρούνται υπερβάσεις των ορίων ποιότητας [3]. Οι συγκεντρώσεις τους χειµερινούς µήνες είναι µεγαλύτερες από αυτές των θερινών µηνών, λόγω των δυσµενών συνθηκών διασποράς κατά τη διάρκεια του χειµώνα. Οι τιµές για ΝΑ ανέµους είναι ελαφρά µεγαλύτερες από αυτές των Β ανέµων και αυτό αποδίδεται στην επίδραση των δραστηριοτήτων του κέντρου και του λιµανιού, καθώς επίσης Σχήµα 1: Ηµερήσια (αριστερά) και η εποχική (δεξιά) διακύµανση ατµοσφαιρικών ρύπων στο Βόλο για τα έτη

5 Σχήµα 2: Ηµερήσια διακύµανση ατµοσφαιρικών ρύπων στο Βόλο κατά την ψυχρή (αριστερά) και τη θερµή (δεξιά) περίοδο των ετών

6 Σχήµα 3: Ηµερήσια διακύµανση ατµοσφαιρικών ρύπων στο Βόλο κατά την ψυχρή (Οκτώβριος Μάρτιος, αριστερά) και τη θερµή (Απρίλιος Σεπτέµβριος, δεξιά) περίοδο του έτους όταν επικρατούν Β άνεµοι, για τα έτη

7 Σχήµα 4: Ηµερήσια διακύµανση ατµοσφαιρικών ρύπων στο Βόλο κατά την ψυχρή (Οκτώβριος Μάρτιος, αριστερά) και τη θερµή (Απρίλιος Σεπτέµβριος, δεξιά) περίοδο του έτους όταν επικρατούν ΝΑ άνεµοι, για τα έτη

8 Σχήµα 5: Ηµερήσια διακύµανση ατµοσφαιρικών ρύπων στο Βόλο κατά την ψυχρή (Οκτώβριος Μάρτιος, αριστερά) και τη θερµή (Απρίλιος Σεπτέµβριος, δεξιά) περίοδο του έτους όταν επικρατεί άπνοια για τα έτη

9 και στην πιθανή επαναπροώθηση ρύπων από τη θάλασσα, λόγω της κυκλοφορίας της θαλάσσιας αύρας. Προέκυψε επίσης ότι οι υψηλές τιµές συνδέονται µε χαµηλές ταχύτητες ανέµου και καταστάσεις άπνοιας, ήτοι οι πηγές δηµιουργίας οξειδίων του αζώτου είναι κατά κανόνα τοπικές, όπως αντίστοιχα παρατηρείται για το SO 2 και το CO. 3.4 Οζον Οι τιµές όζοντος είναι υψηλές και ο αριθµός των υπερβάσεων του προτεινόµενου ορίου υγείας της Ευρωπαϊκής Ένωσης (120 µg/m 3, µέση 8-ωρη τιµή) είναι οριακά κάτω από τον επιτρεπόµενο αριθµό (25 φορές ανά έτος). Οι συγκεντρώσεις τη θερινή περίοδο είναι περίπου διπλάσιες από αυτές της χειµερινής, ενώ οι τιµές για ΝΑ ανέµους είναι ελαφρά µεγαλύτερες σε σχέση µε αυτές των Β ανέµων, γεγονός το οποίο αποδίδεται σε αυξηµένη φωτοχηµική δραστηριότητα από το συνδυασµό της θαλάσσιας αύρας και των εκποµπών από την παραλιακή ζώνη. Κατά τη διάρκεια των περιόδων άπνοιας και επίσης κατά τη νύκτα και τις πρωινές ώρες οι συγκεντρώσεις είναι χαµηλές, λόγω της καταστροφής του όζοντος από το µονοξείδιο του αζώτου και από ξηρά εναπόθεση στο έδαφος. Από την ανάλυση των µετρήσεων επαληθεύονται τα ευρήµατα για µη αστικό (περιφερειακό) υπόβαθρο που αναφέρονται στη βιβλιογραφία και τα οποία προσδιορίζουν την τιµή των 60 µg/m 3 για το χειµώνα και την τιµή των µg/m 3 για το καλοκαίρι [4], [5], [6], [7], [8], [9]. Η τιµή αυτή προσεγγίζεται όταν επικρατούν στην περιοχή ισχυροί (κατά κανόνα βόρειοι) άνεµοι. 3.5 Αιωρούµενα σωµατίδια Παραβιάζονται τα όρια της νοµοθεσίας για τα PM 10 όσον αφορά τον αριθµό των υπερβάσεων της µέσης ηµερήσιας τιµής (65 µg/m 3, ενδεικτική οριακή τιµή για το 2002) και αυτό αποτελεί το σοβαρότερο πρόβληµα για την ατµόσφαιρα της πόλης του Βόλου. Οι τιµές αιωρουµένων σωµατιδίων είναι παραπλήσιες µε αυτές των Αθηνών (π.χ. σταθµός Ζωγράφου), γεγονός που αποδίδεται στις δυσµενείς µετεωρολογικές συνθήκες διασποράς και στην παρουσία βιοµηχανικών πηγών, επιπλέον των αστικών εκποµπών [3]. Οι τοπικές δραστηριότητες φαίνεται ότι συνεισφέρουν στα επίπεδα των PM 10 σε σηµαντικό βαθµό, αλλά ενδέχεται όµως να υπάρχει και επίδραση της διάχυτης περιφερειακής ρύπανσης της περιοχής, η οποία γίνεται αισθητή όταν επικρατούν ισχυροί άνεµοι. Οι συγκεντρώσεις για ΝΑ κατευθύνσεις είναι κατά κανόνα µεγαλύτερες από αυτές των Β κατευθύνσεων και αυτό αποδίδεται στις δραστηριότητες του νότιου τοµέα της πόλης (παραλιακή ζώνη), στην ανάπτυξη της θαλάσσιας αύρας, η οποία σε συνδυασµό µε αυξηµένη υγρασία ευνοεί το σχηµατισµό σωµατιδίων, και ενδεχοµένως στην επίδραση από βιοµηχανικές πηγές. Για τον ακριβέστερο προσδιορισµό της προέλευσης των σωµατιδίων είναι απαραίτητες χηµικές αναλύσεις των οργανικών και ανόργανων συστατικών των σωµατιδίων.

10 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ Η τοπική γεωµορφολογία και µετεωρολογία ευνοούν ιδιαίτερα τη συσσώρευση των ρύπων και τη δηµιουργία επεισοδίων ρύπανσης, µε µεγάλη συχνότητα εµφάνισης. Οι συγκεντρώσεις διοξειδίου του θείου είναι κάτω από τα όρια ποιότητας, αλλά όχι σε χαµηλά επίπεδα (στα επίπεδα της ατµόσφαιρας των Αθηνών) και αυτό αποδίδεται στις δυσµενείς µετεωρολογικές συνθήκες διασποράς ιδιαίτερα το χειµώνα, σε συνδυασµό µε την παρουσία βιοµηχανικών πηγών. Οι συγκεντρώσεις µονοξειδίου του άνθρακα είναι σε χαµηλά επίπεδα και πολύ κάτω από τα νοµοθετηµένα όρια. Οι συγκεντρώσεις διοξειδίου του αζώτου είναι σε σχετικά υψηλά επίπεδα, αλλά πάντως κάτω από τα όρια ποιότητας. Κατά κύριο λόγο, η παρουσία SO 2, CO και ΝO 2 συνδέεται µε τοπικές πηγές (αστικές η βιοµηχανικές). Οι συγκεντρώσεις όζοντος είναι σε υψηλά επίπεδα και οριακά κάτω από τα όρια ποιότητας. Τα υψηλά επίπεδα όζοντος συνδέονται κατά κύριο λόγο µε τα αυξηµένα επίπεδα µη αστικού όζοντος στην περιοχή. Οι συγκεντρώσεις αιωρουµένων σωµατιδίων PM 10 είναι σε υψηλά επίπεδα και πάνω από τα νοµοθετηµένα όρια ποιότητας της ατµόσφαιρας. Η παρουσία τους συνδέεται µε τις αστικές και βιοµηχανικές δραστηριότητες της περιοχής αλλά ενδεχοµένως και µε διάχυτη περιφερειακή ρύπανση (είτε φυσικής είτε ανθρωπογενούς προέλευσης). Για την ακριβή εκτίµηση της επίδρασης των διαφόρων πηγών στις συγκεντρώσεις PM 10, θα πρέπει να γίνει χηµικός προσδιορισµός της σύστασης των σωµατιδίων. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1]. Dalezios N.R., Papamanolis N., Panos S., Papargiri S. (1995) Investigation of air pollution factors over Volos area, 4th Conference on Environmental Science land Technology, Molyvos-Lesvos. [2]. ΕΜΠ-Σχολή Χηµικών Μηχανικών (1997), «Εθνικό ίκτυο Παρακολούθησης Ποιότητας Ατµοσφαιρικού Περιβάλλοντος - Ανανέωση και Επέκταση». [3]. Ετήσιες εκθέσεις για την ατµοσφαιρική ρύπανση στην Αθήνα (2001, 2002), Υ.ΠΕ.ΧΩ. Ε., ιεύθυνση Ε.Α.Ρ.Θ. [4]. ΕΜΠ-Σχολή Χηµικών Μηχανικών (1998), «Πρόγραµµα µέτρησης επιπέδων ατµοσφαιρικής ρύπανσης στη περιοχή των Μεσογείων γύρω από το αεροδρόµιο των Σπάτων». [5]. Kalabokas P., L. Viras, C.C. Repapis and J. Bartzis (1999) Analysis of the 11-year record ( ) of continuous air pollution measurements in Athens, Greece.Part 2: Photochemical pollutants, Global Nest: The International Journal, Vol. 1, 3, p.p [6]. Kalabokas P., L. G. Viras, J. G. Bartzis and C.C. Repapis (2000) Mediterranean rural ozone characteristics around the urban area of Athens. Atmospheric Environement, 34, No 29-30, p.p [7]. Kouvarakis G., Tsigaridis K., Kanakidou M. and Michalopoulos N (2000) Temporal variation of surface regional background over Crete island in the Southerneast Mediterannean Journal of Geophysical Research, 105, p.p [8]. Kalabokas P. D. (2002) Rural surface ozone climatology around Athens, Greece, Fresenius Environmental Bulletin, 11, No 8, p.p

11 [9]. Kalabokas P. D. and C. C. Repapis (2004) A climatological study of rural surface ozone in central Greece, Atmospheric Chemistry and Physics, 4, p.p