Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών στις Περιβαλλοντικές Επιστήμες

Transcript

1 Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών στις Περιβαλλοντικές Επιστήμες Τίτλος Μεταπτυχιακής Εργασίας: «Προσδιορισμός εκπομπών αέριων ρύπων στα αστικά κέντρα της Ελλάδας» ΔΗΜΟΠΟΥΛΟΥ ΜΑΡΙΑ (Α.Μ:124) Τριμελής Επιτροπή Γεράσιμος.Λυμπεράτος,( Επιβλέπων Καθηγητής ), Καθ. Τμήματος Χημικών Μηχανικών. Σπυρίδων Πανδής, Καθ. Τμήματος Χημικών Μηχανικών Γεώργιος Φερεντίνος Καθ. Τμήματος Γεωλογικού ΠΑΤΡΑ

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πρόλογος...3 Περίληψη Εργασίας...4 Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή...5 Κεφάλαιο 2 Οι σημαντικότεροι Ρύποι και οι πηγές τους Ατμοσφαιρική Ρύπανση Οι κυριότεροι ατμοσφαιρικοί ρύποι, ποιες οι πηγές τους και ποιες οι επιδράσεις τους στο ανθρωπογενές περιβάλλον...8 Κεφάλαιο 3 Μεθοδολογική Ανάλυση Υπολογισμός Ρυθμού εκπομπής Υπολογισμός Μέσου Ρυθμού Εκπομπής Ρύπων σε Ημερήσια βάση Υπολογισμός Μέγιστου Ωριαίου Ρυθμού Εκπομπής Ρύπων Υπολογισμός Συγκέντρωσης PM σωματιδίων...17 Κεφάλαιο 4 Συμπεράσματα...31 Κεφάλαιο 5 - Στρατηγική της Ε.Ε. σχετικά με την Ατμοσφαιρική Ρύπανση Οι στόχοι της στρατηγικής Ενσωμάτωση της περιβαλλοντικής διάστασης Το πλαίσιο έρευνας Διαχείριση και ποιότητα του περιβάλλοντος αέρα Στρατηγική Μείωσης των Ατμοσφαιρικών Ρύπων που προέρχονται από Πλοία...39 Επιπτώσεις στην υγεία και το περιβάλλον...39 Προληπτικά Μέτρα...39 Στόχοι και ενέργειες στρατηγικής...41 Βιβλιογραφία

3 Πρόλογος Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του διατμηματικού προγράμματος μεταπτυχιακών σπουδών στις Περιβαλλοντικές Επιστήμες το ακαδημαϊκό έτος Η ενασχόληση με το πάντα επίκαιρο αντικείμενο της επιβάρυνσης του περιβάλλοντος από ανθρωπογεννείς αιτίες προέκυψε έπειτα από τον έντονο προβληματισμό μου στα πλαίσια των μαθημάτων του Μεταπτυχιακού Προγράμματος και την καθοριστική συμβολή των μελών της τριμελούς επιτροπής παρακολούθησης κατά το παραπάνω χρονικό διάστημα. Θα ήθελα να ευχαριστήσω ιδιαίτερα τον Καθηγητή Σπύρο Πανδή, ο οποίος με την ιδιάιτερη επιστημονική του κατάρτιση στο συγκεκριμένο γνωστικό αντικείμενο στήριξε την προσπάθειά μου αυτή αλλά και τους Καθηγητές Γεράσιμο Λυμπεράτο και Γεώργιο Φερεντίνο που ενίσχυσαν με το ρόλο των επιβλέποντων καθηγητών την επιστημονική αρτιότητα της τριμελούς επιτροπής καθοδήγησης. Κλείνοντας το σύντομο πρόλογο θα ήθελα να ευχαριστήσω το σύζυγό μου Γιάννη, τους γονείς μου Χρήστο και Έφη, την αδερφή μου Νικολέττα για την αμέριστη υποστήριξή τους κατά το χρονικό διάστημα της παρούσας διπλωματικής εργασίας. 3

4 Περίληψη Εργασίας Στα πλαίσια της εργασίας θα ασχοληθούμε με την μεθοδολογία υπολογισμού των ρυθμών εκπομπής αέριων ρύπων στα αστικά κέντρα της Ελλάδας. Οι πήγες της ατμοσφαιρικής ρύπανσης διακρίνονται σε σημειακές, επιφανειακές, ανθρωπογενείς και φυσικές. Στο πρώτο στάδιο θα γίνει καταγραφή και κατηγοριοποίηση των διαφόρων πηγών για τις Ελληνικές συνθήκες με βάση την διεθνή βιβλιογραφία. Οι μέθοδοι προσδιορισμού των ρυθμών εκπομπής θα διερευνηθούν. Συνήθως οι υπολογισμοί απαιτούν δυο ειδών παραμέτρους: την ένταση μιας δραστηριότητας (π.χ πόσα χιλιόμετρα διανύονται σε μια περιοχή από τα αυτοκίνητα μιας ορισμένης κατηγορίας σε μια περιοχή), και τον ρυθμό εκπομπής ανά μονάδα της δραστηριότητας (π.χ εκπομπές οξειδίων του αζώτου ανά χιλιόμετρο). Ανάλογα με την πηγή οι μέθοδοι μπορεί να είναι πιο πολύπλοκοι ή να απαιτούν την γνώση μεταβλητών που δεν είναι εύκολο να βρεθούν. Οι διαφορετικές προσεγγίσεις θα συγκριθούν τόσο με βάση την ακρίβεια τους όσο και με την δυνατότητα εφαρμογής τους στην Ελλάδα. Το τελικό αποτέλεσμα της εργασίας θα είναι μια αναλυτική μεθοδολογία υπολογισμού των εκπομπών ρύπων σε μια Ελληνική πόλη και συγκεκριμένα στην πόλη της Πάτρας, όπου θα μελετηθεί η εκπομπή αέριων ρύπων από τα επιβατικά πλοία τα οποία χρησιμοποιούν το λιμάνι της Πάτρας. Η παρούσα εργασία θα στοχεύσει στον προσδιορισμό της συγκέντρωσης αέριων ρύπων (σωματιδίων PM) στο αστικό κέντρο της Πάτρας, λαμβάνοντας ως πηγή ρύπων τα επιβατικά πλοία που παραμένουν στο Λιμάνι της Πάτρας. Η συγκέντρωση των αέριων ρύπων τέλος, θα υπολογισθεί με χρήση της Gaussian Plume Formula [JS Seinfeld and SN Pandis: Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change, 2 nd edition, John Willey & Sons, INC]. 4

5 Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή H ατμοσφαιρική ρύπανση των πόλεων είναι ένα από τα μεγαλύτερα σημερινά παγκόσμια προβλήματα. Αποτελεί γενεσιουργό αιτία πολλών άλλων προβλημάτων και καθορίζει την υγεία της συντριπτικής πλειοψηφίας των κατοίκων του πλανήτη. Στην Ελλάδα, η ατμοσφαιρική ρύπανση των πόλεων δεν αφορά μόνο την Αθήνα και τη Θεσσαλονίκη αλλά και τις περισσότερες πρωτεύουσες των νομών. Οι ελληνικές πόλεις παρουσιάζουν σημαντικά προβλήματα ατμοσφαιρικής ρύπανσης που συνδέονται με τις εκπομπές ρύπων από διάφορες πηγές και τη γενικότερη κλιματολογία και τοπογραφία της περιοχής τους. Οι στενοί δρόμοι με ψηλά κτίρια και με ελάχιστους ανοικτούς χώρους, συνδυαζόμενοι με κλιματολογικές συνθήκες άπνοιας ή ασθενών ανέμων, παράλληλα με τις εκπομπές ρύπων από τα οχήματα, τις βιομηχανίες και τις κεντρικές θερμάνσεις, συμβάλλουν γενικά στη συσσώρευση ρύπων στην ατμόσφαιρα. Οι βιομηχανικές εκπομπές (όπου υπάρχουν βιομηχανίες κοντά σε πόλεις) συμμετέχουν με πολύ μικρότερο ποσοστό στην επιβάρυνση του εισπνεόμενου αέρα απ ότι το συνολικό μέγεθός τους, επειδή εκπέμπονται σε μεγάλο ύψος και διασπείρονται ευκολότερα σε μεγάλες αποστάσεις από τους ανέμους, σε σύγκριση με τις εκπομπές των οχημάτων. Αν πάρουμε ως παράδειγμα τη Θεσσαλονίκη, ενώ στην περιοχή της η κυκλοφορία των οχημάτων συμβάλλει στο 5% των συνολικών εκπομπών σωματιδίων, είναι υπεύθυνη για το 47% περίπου της συγκέντρωσης των σωματιδίων στον αέρα που αναπνέουν οι πολίτες στο Κορδελιό (αστικοβιομηχανική περιοχή) και για το 63% στην Πλατεία Δημοκρατίας (κέντρο πόλης). Αντίθετα, ενώ η καύση πετρελαίου (κυρίως η βιομηχανική) συμβάλλει στο 90% περίπου των συνολικών εκπομπών, είναι υπεύθυνη για το 35% της συγκέντρωσης των σωματιδίων στο Κορδελιό και για το 10% στην Πλατεία Δημοκρατίας. Οι μετακινήσεις ανά μεταφορικό μέσο στις πόλεις έχουν αλλάξει σε σημαντικό βαθμό στην τελευταία δεκαετία. Η σημαντικότερη αλλαγή που επηρεάζει καθοριστικά τις κυκλοφοριακές συνθήκες και τη συνεπαγόμενη ατμοσφαιρική ρύπανση είναι η μετατόπιση σημαντικού ποσοστού μετακινήσεων από τα μέσα μαζικής μεταφοράς και τα taxi, σε μετακινήσεις με ΙΧ. Συγκεκριμένα, το 5

6 μεγαλύτερο ποσοστό των μετακινήσεων στην αρχή της δεκαετίας κατείχαν αθροιστικά τα μέσα μαζικής μεταφοράς και τα taxi, ενώ σήμερα το μεγαλύτερο ποσοστό κατέχουν οι μετακινήσεις με ΙΧ. Η εμφάνιση υψηλών τιμών ρύπανσης στους δρόμους των πόλεων, δεν ερμηνεύεται μόνο με τον κυκλοφοριακό φόρτο, αλλά αποτελεί συνδυασμό διαφόρων παραγόντων όπως: ο κυκλοφοριακός φόρτος, οι μετεωρολογικές συνθήκες, το πλάτος της οδού, η ταχύτητα των οχημάτων, το ύψος των κτιρίων και η πυκνή δόμηση. Η εμφάνιση του φαινομένου της "οδικής χαράδρας" σε δρόμους της πόλης καθορίζει επίσης τις εμφανιζόμενες υψηλές τιμές ρύπανσης. Για την ατμοσφαιρική ρύπανση των ελληνικών πόλεων προκύπτει ότι κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας οι συγκεντρώσεις: Του μονοξειδίου του άνθρακα (CO), του μολύβδου (Pb), του διοξειδίου του θείου (SO2) μειώθηκαν σε πολύ μεγάλο ποσοστό και βρίσκονται σήμερα σε επίπεδα κάτω από τα όρια ποιότητας της ατμόσφαιρας της ΕΕ, στις περισσότερες τωνπεριπτώσεων. Των ολικών αιωρουμένων σωματιδίων (TSP) μειώθηκαν σε κάποιο βαθμό, αλλά εξακολουθούν να βρίσκονται σε επίπεδα ψηλότερα από τα ισχύοντα και τα νέα όρια. Το ίδιο ισχύει και για τα PM10: εισπνεύσιμα σωματίδια με αεροδυναμική διάμετρο μικρότερη των 10 μm. Του διοξειδίου του αζώτου (NO2) παρουσίασαν σταθεροποίηση με μικρή ανοδική τάση και τείνουν να έχουν υπερβάσεις των νέων ορίων. Του όζοντος (Ο3) παρουσίασαν σταθεροποίηση με μικρή ανοδική τάση, ιδίως στις περιοχές, που είναι εκτός πολεοδομικού συγκροτήματος. Οι συγκεντρώσεις των ρύπων στην κεντρική περιοχή του πολεοδομικού συγκροτήματος είναι υψηλότερες σε σύγκριση με άλλες περιοχές της πόλης. Εξαίρεση αποτελεί το όζον, που παρουσιάζει στην εκτός πολεοδομικού συγκροτήματος περιοχή υψηλότερες τιμές σε σύγκριση με το πολεοδομικό συγκρότημα, ένεκα της γνωστής φυσικοχημικής συμπεριφοράς του να μεταφέρεται από την πόλη στην περιφέρεια. Το όζον δεν προέρχεται από καμιά πηγή ρύπανσης, αλλά δημιουργείται δευτερευόντως με φωτοχημικές αντιδράσεις στην ατμόσφαιρα από πρωτογενείς ρύπους, που εκπέμπονται κυρίως από την κυκλοφορία οχημάτων στο πολεοδομικό συγκρότημα. 6

7 Η παρατηρούμενη μείωση των επιπέδων των ατμοσφαιρικών ρύπων είναι το αποτέλεσμα της περιβαλλοντικής πολιτικής, που περιλαμβάνει ένα συνδυασμό μέτρων και παρεμβάσεων που υλοποιήθηκαν ή/και συνεχίζουν να υλοποιούνται, όπως: η ανανέωση του στόλου των παλαιών συμβατικών Ι.Χ. αυτοκινήτων με καινούργια καταλυτικής τεχνολογίας (σήμερα, πλέον του 60% των οχημάτων είναι νέας τεχνολογίας), η ανανέωση των πετρελαιοκινήτων οχημάτων (κυρίως λεωφορείων και taxi), η διαχρονική βελτίωση της ποιότητας των καυσίμων που χρησιμοποιούνται στα οχήματα, τη θέρμανση και τη βιομηχανία και ιδίως η διαχρονική μείωση της περιεκτικότητας των καυσίμων σε θείο, τα συστήματα αντιρρύπανσης στο βιομηχανικό τομέα, η σταδιακή διείσδυση του φυσικού αερίου στη βιομηχανία και στα κτίρια, οι κυκλοφοριακές επεμβάσεις (π.χ. λεωφορειολωρίδες, νέοι σταθμοί αυτοκινήτων κλπ), η ρύθμιση και συντήρηση των οχημάτων (εφαρμογή της Κάρτας Ελέγχου Καυσαερίων), η ρύθμιση και συντήρηση των καυστήρων κεντρικής θέρμανσης. Στα πλαίσια διαφόρων μελετών που έγιναν σε ελληνικές πόλεις, διαμορφώθηκαν διάφορα σενάρια, που καλύπτουν έργα οδικών υποδομών, σταθμούς αυτοκινήτων και δράσεις προώθησης των δημόσιων συγκοινωνιών. Με βάση τα παραπάνω εκτιμήθηκε ότι οι εκπομπές όλων σχεδόν των ατμοσφαιρικών ρύπων αναμένεται να εμφανίσουν μια συνεχή διαχρονική μείωση στους σημαντικότερους δρόμους των πόλεων, οφειλόμενη καθοριστικά στη βελτίωση των κυκλοφοριακών φόρτων και της ταχύτητας των οχημάτων, που θα επιφέρουν τα διάφορα έργα και παρεμβάσεις σύμφωνα με τα σχεδιαζόμενα σε κάθε σενάριο. Σχεδιασμός λοιπόν μιας αποτελεσματικής περιβαλλοντικής πολιτικής για την αντιμετώπιση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης των πόλεων υπάρχει σε πολλές περιπτώσεις. Το ζητούμενο είναι η εφαρμογή του. Και η εφαρμογή του αφορά τόσο τους κατοίκους μιας πόλης όσο και της ευρύτερης περιοχής της. 7

8 Κεφάλαιο 2 Οι σημαντικότεροι Ρύποι και οι πηγές τους 2.1 Ατμοσφαιρική Ρύπανση Ατμοσφαιρική ρύπανση καλείται η παρουσία στην ατμόσφαιρα ρύπων σε ποσότητα, συγκέντρωση ή διάρκεια, που έχουν ως αποτέλεσμα την αλλοίωση της δομής, της σύστασης και των χαρακτηριστικών της ατμόσφαιρας. Αυτές οι αλλαγές μπορούν να προκαλέσουν αρνητικές επιπτώσεις στην υγεία, στους ζωντανούς οργανισμούς και τα οικοσυστήματα και γενικά να καταστήσουν το περιβάλλον ακατάλληλο για τις επιθυμητές χρήσεις του. 2.2 Οι κυριότεροι ατμοσφαιρικοί ρύποι, ποιες οι πηγές τους και ποιες οι επιδράσεις τους στο ανθρωπογενές περιβάλλον Οι κυριότεροι ατμοσφαιρικοί ρύποι είναι: Το Διοξείδιο του Θείου (SO 2 ) Το Μονοξείδιο του Άνθρακα (CO) Τo Διοξείδιo του Αζώτου (NO 2 ) Το Όζον (O 3 ) Τα Αιωρούμενα Σωματίδια (PM 10 ) Το Βενζόλιο (C 6 H 6 ) Ο Μόλυβδος (Pb) α) Διοξείδιο του θείου (SO 2 ) Είναι αέριο άχρωμο, άοσμο σε χαμηλές συγκεντρώσεις αλλά με έντονη ερεθιστική μυρωδιά σε πολύ ψηλές συγκεντρώσεις. Πηγές Κυριότερες πηγές προέλευσης του διοξειδίου του θείου είναι οι ηλεκτροπαραγωγοί σταθμοί, οι χημικές βιομηχανίες, τα διυλιστήρια πετρελαίου, οι 8

9 κεντρικές θερμάνσεις και τα πετρελαιοκίνητα αυτοκίνητα που χρησιμοποιούν καύσιμο με ψηλή περιεκτικότητα σε θείο. Επιδράσεις Μακροχρόνια έκθεση στο διοξείδιο του θείου μπορεί να προκαλέσει αναπνευστικά προβλήματα, να τροποποιήσει τον αμυντικό μηχανισμό των πνευμόνων και να επιδεινώσει τυχόν υπάρχουσες καρδιοαγγειακές παθήσεις. Άτομα με καρδιοαγγειακές, χρόνιες πνευμονολογικές παθήσεις καθώς και μικρά παιδιά και ηλικιωμένοι είναι ιδιαίτερα ευπαθή σε τέτοιες συνθήκες. Υψηλές συγκεντρώσεις διοξειδίου του θείου στην ατμόσφαιρα συμβάλλουν επίσης στη μείωση της ορατότητας, στην αύξηση της οξύτητας των λιμνών και των ποταμών και προκαλούν αλλοιώσεις στη βλάστηση και στα μέταλλα. β) Μονοξείδιο του άνθρακα (CO) Το μονοξείδιο του άνθρακα είναι αέριο άοσμο, άχρωμο, άγευστο και ελαφρύτερο του αέρα. Είναι ο πλέον ευρέως διαδεδομένος ρύπος. Πηγές Κυριότερες πηγές προέλευσης του μονοξειδίου του άνθρακα είναι οι εξατμίσεις αυτοκινήτων, ιδιαίτερα σε κλειστούς χώρους στάθμευσης ή κατά μήκος δρόμων σε περίοδο κυκλοφοριακής αιχμής, και οι εξατμίσεις πάσης φύσεως μηχανών όταν συντελείται ατελής καύση. Άλλες πηγές είναι το καψάλισμα των χωραφιών και η καύση ελαστικών σε ανοικτούς χώρους. Επιδράσεις Το μονοξείδιο του άνθρακα μειώνει την ικανότητα του αίματος να μεταφέρει οξυγόνο σε βασικούς ιστούς του οργανισμού, επιδρώντας κυρίως στο καρδιοαγγειακό και νευρικό σύστημα. Υψηλές συγκεντρώσεις μονοξειδίου του άνθρακα προκαλούν ζαλάδες, πονοκεφάλους και κόπωση. 9

10 Υγιή άτομα εκτεθειμένα σε ψηλά επίπεδα, μπορεί να υποστούν προσωρινή μείωση της πνευματική τους διαύγειας καθώς και της όρασης τους. γ) Διοξείδιο του Αζώτου (ΝΟ 2 ) Είναι αέριο με καφέ χρώμα, διαλυτό στο νερό, ισχυρό οξειδωτικό, με οξεία ερεθιστική οσμή. Εμπλέκεται και ενεργοποιεί τον φωτοχημικό κύκλο αντιδράσεων στην ατμόσφαιρα και το σχηματισμό έτσι της φωτοχημικής ρύπανσης. Σε υψηλές συγκεντρώσεις είναι υπεύθυνο για την καφέ όψη του αστικού ουρανού. Πηγές Η καύση ορυκτών καυσίμων κυρίως σε αυτοκίνητα, σε ηλεκτροπαραγωγούς σταθμούς και κεντρικές θερμάνσεις παράγουν μεταξύ άλλων και μονοξείδιο του αζώτου (ΝΟ). Αυτό με διάφορες χημικές αντιδράσεις που ενισχύονται με την παρουσία της ηλιακής ακτινοβολίας και του όζοντος, μετατρέπεται σε διοξείδιο του αζώτου (ΝΟ 2 ). Επιδράσεις Το διοξείδιο του αζώτου (ΝΟ 2 ) σε υψηλές συγκεντρώσεις προκαλεί αναπνευστικά προβλήματα, ιδιαίτερα σε άτομα που υποφέρουν από άσθμα και σε παιδιά. Στους ασθματικούς προκαλεί δυσκολία στην αναπνοή. Συνδράμει επίσης στη δημιουργία του όζοντος στην τροπόσφαιρα και της όξινης βροχής, επηρεάζοντας έτσι αρνητικά τη βλάστηση. δ) Όζον (O 3 ) Το όζον είναι αέριο άχρωμο, βαρύτερο του αέρα με δριμεία οσμή. Είναι ισχυρότατο οξειδωτικό. Διαλύεται δύσκολα στο νερό γι αυτό και μπορεί να διεισδύσει μέχρι τους πνεύμονες με όλες τις αρνητικές συνέπειες για την υγεία των ανθρώπων. Στην ανώτερη ατμόσφαιρα (στρατόσφαιρα) το όζον έχει ευεργετικό 10

11 ρόλο γιατί απορροφά τις υπεριώδεις ακτινοβολίες (UV), προστατεύοντας μας έτσι από τις βλαβερές ακτίνες του ήλιου. Πηγές Το όζον σχηματίζεται στην κατώτερη ατμόσφαιρα (τροπόσφαιρα) ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων μεταξύ του οξυγόνου, πτητικών οργανικών ενώσεων (VOCs), και οξειδίων του αζώτου (NOx) με τη βοήθεια της ηλιακής ακτινοβολίας. Πηγές εκπομπής πρόδρομων ουσιών του όζοντος (VOCs και NOx) είναι τα οχήματα, τα χημικά εργοστάσια, τα χημικά διαλυτικά και τα βενζινάδικα. Επιδράσεις Το όζον σε ψηλές συγκεντρώσεις μπορεί να ερεθίσει το αναπνευστικό σύστημα, προκαλώντας βήχα, αίσθημα ξηρότητας στο λαιμό και πόνο στο στήθος, φλεγμονή στους πνεύμονες και πιθανή επιδεκτικότητα σε μολύνσεις του αναπνευστικού. Η υγεία των ατόμων που υποφέρουν από άσθμα μπορεί να επιδεινωθεί. Το όζον έχει επίσης αρνητικές επιπτώσεις στις αγροτικές καλλιέργειες, δασική και άλλη βλάστηση. ε) Αιωρούμενα Σωματίδια (ΡΜ 10 ) Τα αιωρούμενα σωματίδια είναι μικρά τεμάχια ύλης σε στερεή ή υγρή φάση, που μπορούν να αιωρούνται στην ατμόσφαιρα για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Ανάλογα με την προέλευση τους μπορούν να παρουσιάζουν ανομοιογένεια στη μορφή, μέγεθος και χημική σύσταση. Όσον πιο μικρά είναι τα σωματίδια, τόσο πιο πολύ αυξάνει η πιθανότητα εισχώρησης τους στην αναπνευστική περιοχή των πνευμόνων, όπου εναποτίθενται κυρίως στις κυψελίδες των πνευμόνων και με την πάροδο του χρόνου επιφέρουν σοβαρές βλάβες στην υγεία των ανθρώπων. Πηγές Οι κυριότερες πηγές εκπομπής αιωρουμένων σωματιδίων είναι οι διάφορες βιομηχανικές δραστηριότητες, τα αυτοκίνητα, οι πυρκαγιές, τα καψαλίσματα 11

12 χωραφιών και άλλες γεωργικές δραστηριότητες, οι κατασκευές, η επαναιώρηση σκόνης λόγω ισχυρών ανέμων κλπ. Επιδράσεις Τα αιωρούμενα σωματίδια επηρεάζουν την αναπνοή και προκαλούν ασθένειες στο αναπνευστικό σύστημα, στους πνεύμονες και στην καρδιά. Τα παιδιά, τα άτομα που πάσχουν από άσθμα ή έχουν καρδιολογικά προβλήματα και οι ηλικιωμένοι, είναι ομάδες πληθυσμού ιδιαίτερα ευαίσθητες στην έκθεση σε υψηλές συγκεντρώσεις αιωρουμένων σωματιδίων στην ατμόσφαιρα. Όσον πιο μικρά είναι τα σωματίδια τόσον πιο επικίνδυνα είναι. Η επικινδυνότητά τους εξαρτάται επίσης από τη χημική τους σύσταση. Τα αιωρούμενα σωματίδια συμβάλλουν επίσης στη μείωση της ορατότητας. στ) Βενζόλιο Το βενζόλιο είναι μια πτητική οργανική ένωση (VOC) η οποία αποτελεί ένα από τα δευτερεύοντα συστατικά της βενζίνης. Πηγές Πηγές βενζολίου είναι τα πρατήρια βενζίνης και τα αυτοκίνητα διανομής της, καθώς επίσης και όλες οι μηχανές που χρησιμοποιούν βενζίνη σαν καύσιμο. Επιδράσεις Το βενζόλιο σαν αυτούσια ένωση μπορεί να προκαλέσει χρόνιες παθήσεις όπως καρκίνο, αταξία στο κεντρικό νευρικό σύστημα, ζημιές στη λειτουργία του ήπατος και των νεφρών, ανωμαλίες στην αναπαραγωγή και προβληματικές γεννήσεις. ζ) Μόλυβδος (Pb) 12

13 Ο μόλυβδος είναι μαλακό μέταλλο αργυρόχρουν και ανήκει στην κατηγορία των βαρέων μετάλλων. Ένα ποσοστό της σωματιδιακής σκόνης αποτελείται από σωματίδια μολύβδου. Πηγές Πηγές μολύβδου μπορεί να είναι τα διαφόρου τύπου μεταφορικά μέσα που χρησιμοποιούν μολυβδούχα βενζίνη, εργοστάσια που χρησιμοποιούν μόλυβδο ή ουσίες που περιέχουν μόλυβδο και χώροι που καίνε απορρίμματα. Επιδράσεις Υψηλά ποσοστά μολύβδου μπορούν να επηρεάσουν δυσμενώς την πνευματική ανάπτυξη και δραστηριότητα των ανθρώπων, τη λειτουργία των νεφρών και τη χημεία του αίματος. Τα νεαρά άτομα διατρέχουν μεγαλύτερο κίνδυνο εξαιτίας της μεγαλύτερης ευαισθησίας των νεανικών ιστών και οργάνων στο μόλυβδο. 13

14 Κεφάλαιο 3 Μεθοδολογική Ανάλυση Υπολογισμός Ρυθμού εκπομπής Για να υπολογίσουμε το ρυθμό εκπομπής PM (q) από επιβατκά πλοία (vessel type: passenger/cruise) έγιναν οι ακόλουθες υποθέσεις Κατά την παραμονή στο λιμάνι τα πλοία χρησιμοποιούν μόνο βοηθητικές μηχανές (auxiliary engines) Περίπου το 25% της συνολικής ισχύος των μηχανών των επιβατικών πλοίων (κατά προσέγγιση 39653kw) αντιστοιχεί στην ισχύ των βοηθητικών μηχανών [ARB survey]. Κατά συνέπεια, η ισχύς των βοηθητικών μηχανών των επιβατικών πλοίων προσδιορίζεται στις 10000kw περίπου. Για τις βοηθητικές μηχανές η εκπομπή ρύπων (PM σωματιδίων) είναι 0.3 g/kwh (υποθέτωντας ότι το επιβατικό πλοίο κινείται με τύπο μηχανής μέσης ταχύτητας και χρησιμοποιεί τύπο καυσίμου Marine Distillate ). [Emission Factors from Environ Report]. Για το κάθε πλοίο αυτού του τύπου ο ρυθμος εκπομπής είναι: q= (0.3 g/kwh)* (1h/3600s)*10000kw=0,84*10 6 μg/s Υπολογισμός Μέσου Ρυθμού Εκπομπής Ρύπων σε Ημερήσια βάση Κατά τη διάρκεια μίας ημέρας (π.χ. 30/01/2007) 8 πλοία παραμένουν στο λιμάνι (Κεντρικό Λιμεναρχείο Πατρών). Μέσα σε αυτή την ημέρα ο συνολικός αριθμός των ωρών παραμονής των πλοίων στο λιμάνι είναι 31 ώρες, με τις βοηθτικές τους μηχανές σε λειτουργία. Άρα, η μέση ημερήσια παραμονή των 8 πλοίων στο λιμάνι είναι: 31h/24h =1,3. Στην προηγούμενη παράγραφο έχουμε υπολογίσει τον ρυθμό εκπομπής για ένα πλοίο. Για να υπολογίσουμε τον μέσο ρυθμό εκπομπής (μg/s) σε ημερήσια βάση q d για τα 8 πλοία που βρίσκονται στο λιμάνι την συγκεκριμένη ημέρα, έχουμε: q d =0.84*10 6 μg/s *1,3. Επομένως έχουμε: q d =1,1*10 6 μg/s. 14

15 Ο παραπάνω ρυθμός εκπομπής ρύπων είναι μεγαλύτερος από το ρυθμό εκπομπής του ενός πλοίου, όπως ήταν αναμενόμενο. Οι ρύποι οι οποίοι εκπέμπονται από τα 8 πλοία συνολικά στη διάρκεια μίας ημέρας (30/01/2007) θα είναι: 31h*0,84*10 6 μg/s = 93,74 kg ρύπων την ημέρα. Τα στοιχεία που αφορούν τον αριθμό των πλοίων που βρίσκονται στο λιμάνι την συγκεκριμένη ημερομηνία καθώς και τις ώρες παραμονής του κάθε πλοίου ξεχωριστά συκγεντρώθηκαν από το Κεντρικό Λιμεναρχείο Πατρών Υπολογισμός Μέγιστου Ωριαίου Ρυθμού Εκπομπής Ρύπων Η παρουσία των πλοίων βέβαια ποικίλλει κατά τη διάρκεια της ημέρας. Υπάρχουν ώρες της ημέρας με μηδενική παρουσία πλοίων στο λιμάνι, οπως υπάρχουν και ώρες με υψηλή συγκέντρωση πλοίων σε αυτό. Κατά συνέπεια μπορούμε να υπολογίσουμε τον ωριαίο ρυθμό εκπομπής ρύπων q h ως εξής: q h =N*q Όπου Ν είναι ο αριθμός πλόιων σε μία ώρα και q ο ρυθμός εκπομπής του ενός πλοίου. Στον πίνακα 1 παρουσιάζεται ο αριθμός πλοίων Ν και ο αντίστοιχος Ωριαίος Ρυθμός Εκπομπής ρύπων για την 30/1/2007. Ώρα Ημέρας Αριθμός Πλοίων Ωριαίος Ρυθμός Εκπομπής ρύπων (μg/s) (N) ,4* ,2* ,2* ,2* ,2* ,2* ,4* ,7* ,8* ,8*

16 Άρα, ο μέγιστος Ωριαίος Ρυθμός Εκπομπής ρύπων είναι q h(max) = 4,2*10 6 μg/s Συχνότητα παραμονής πλοίων στο λιμάνι την 30/1/ Αριθμός πλοίων :00-01:00 01:00-02:00 02:00-03:00 03:00-04:00 04:00-05:00 05:00-06:00 06:00-07:00 07:00-08:00 08:00-09:00 09:00-10:00 10:00-11:00 11:00-12:00 12:00-13:00 13:00-14:00 14:00-15:00 15:00-16:00 16:00-17:00 17:00-18:00 18:00-19:00 19:00-20:00 20:00-21:00 21:00-22:00 22:00-23:00 23:00-24:00 Ώρες ημέρας Εικόνα 1: Συχότητα παραμονής πλοίων στο λιμάνι την 30/1/2007. Ο μέγιστος αριθμός πλοίων (5 πλοία) εμφανίζεται στις ώρες 12:00-13:00, 14:00-15:00, 15:00-16:00 και 16:00-17:00. Παρατηρούμε, λοιπόν οτι η μέγιστη εκπομπή ρύπων σημειώνεται κατά τις μεσημεριανές ώρες, κάθως στην συγκεκριμένη χρονική ζώνη υπάρχει ο μεγαλύτερος αριθμός πλοίων. 16

17 3.2 - Υπολογισμός Συγκέντρωσης PM σωματιδίων Η συγκέντρωση των αέριων ρύπων (C) θα υπολογισθεί με χρήση της Point Source Gaussian Diffusion Formula [JS Seinfeld and SN Pandis: Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change, 2 nd edition, John Willey & Sons, INC], που δίδεται από τη σχέση: όπου: Q: Ρυθμός εκπομπής ρύπων σε μg/s. u: Ταχύτητα του ανέμου. Στην παρούσα εργασία η διεύθυνση της ταχύτητας του ανέμου λαμβάνεται παράλληλη προς τον άξονα x (βλ. σχήμα 1). x: Διεύθυνση κατά μήκος της ταχύτητας του ανέμου (downwind). y: Διεύθυνση κάθετη στην ταχύτητα του ανέμου (crossdistance). z: Διεύθυνση κάθετη στο επίπεδο που ορίζουν οι άξονες x-y (vertical distance). Η: Ενεργό ύψος πηγής. σ y : συντελεστής διασποράς στη διεύθυνση y που δίδεται από σ y =exp[i y +J y lnx+k y lnx 2 ] σ z : συντελεστής διασποράς στη διεύθυνση z που δίδεται από σ z =exp[i z +J z lnx+k z lnx 2 ] όπου I y, I z, J y, J z, K y, K z παράμετροι που διαφοροποιούνται ανάλογα με την κατηγορία Ατμοσφαιρικής Σταθερότητας και οι τιμές των οποίων ελήφθησαν από τον Πίνακα 18.3 (Coefficients in Gaussian Plume Dispersion Parameter Correlations) [JS Seinfeld and SN Pandis: Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change, 2 nd edition, John Willey & Sons, INC]. 17

18 Σχήμα 1: Αναπαράσταση πηγής συνεχούς εκπομπής στο Gaussian Plume Diffusion μοντέλο. Η συγκέντρωση των σωματιδίων υπολογίζεται για δύο κατηγορίες Ατμοσφαιρικής Σταθερότητας: STABILITY CLASS C και STABILITY CLASS A, σύμφωνα με το σχήμα ταξινόμησης του Pasquill [Pasquill F. (1961), The estimation of the dispersion of windborne material, Meteorol. Mag. 90, 33-49]. Η Ατμοσφαιρική Σταθερότητα είναι παράμετρος η οποία επηρεάζει σημαντικά τη διάλυση των αέριων ρύπων. Εξαρτάται από τη σχέση της θερμοκρασίας με το ύψος, η οποία δημιουργεί μία πολύπλοκη σχέση μεταξύ σχέση μεταξύ θερμοκρασίας και πεδίων ανέμου. Σε κάθε περίπτωση υπολογίζεται η συγκέντρωση για τη μέση ημερήσια εκποπή ρύπων q d =1,1*10 6 μg/s και η συγκέντρωση για το μέγιστο Ωριαίο Ρυθμό Εκπομπής ρύπων q h(max) = 4,2*10 6 μg/s. 18

19 I) Υπολογισμός συγκέντρωσης με μέση ημερήσια εκποπή ρύπων q d =1,1*10 6 μg/s (STABILITY CLASS C) V=5m/s q=1,1*10 6 μg/s H=50m Iz= Jz= Kz= Iy= Jy= Ky= Table 1: Η συγκέντρωση C συναρτήσει της απόστασης x x (m) C (μg/m 3 ) 100 3,6* , , , , , , , , ,56 Concentration (μg/m^3) distance (x) 19

20 Εικόνα 2: Συγκέντρωση ρύπων σε συνάρτηση με την απόσταση χ. H μέγιστη συγκέντρωση (11,68 μg/m 3 ) εμφανίζεται στα 600 m. Table 2: Η συγκέντρωση C συναρτήσει της απόστασης y για x=200m, x=1000m. y (m) C (μg/m 3 ) Log C (C in μg/m 3 ) x=200m x=1000m x=200m x=1000m ,20* ,24-16,38 0, ,60* ,76-9,44 0, ,20*10-5 4,88-4,49 0,69 0 3,00*10-1 7,7-0,52 0, ,20*10-5 4,88-4,49 0, ,60* ,76-9,44 0, ,20* ,24-16,38 0,09 9,0 Concentration (μg/m^3) 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0, distance y (m) x=200m x=1000m Εικόνα 3: Συγκέντρωση ρύπων σε συνάρτηση με την απόσταση y. H μέγιστη συγκέντρωση (3,00*10-1 μg/m 3 για x=200m και 7,7 μg/m 3 για x=1000m) εμφανίζεται στα 0 m. Table 3: (a) Η συγκέντρωση C συναρτήσει της κατάκορυφης απόστασης z για x=200m, 500m και x=1000m. z (m) C (μg/m 3 ) x=200m x=1000m x=5000m 0 0,3 7,7 0, ,5 6,8 0, ,14 4,12 0, * ,42 0, ,2* ,26 0, ,2* ,02 0, ,8* ,0012 0,3 20

21 z (m) Log C (μg/m 3 ) x=200m x=1000m x=5000m 0-0,52 0,89-0, ,03 0,83-0, ,85 0,61-0, ,40 0,15-0, ,66-0,59-0, ,66-1,70-0, ,32-2,92-0, concentration (μg/m^3) x=200m x=1000m x=5000m vertical distance z (m) Εικόνα 4: Συγκέντρωση ρύπων σε συνάρτηση με την απόσταση z. H μέγιστη συγκέντρωση, (106,5 μg/m 3 για x=200m),εμφανίζεται στο z=50m, (7,7 μg/m 3 για x=1000m) εμφανίζεται στο z=50m και (0,56 μg/m 3 για x=5000m), εμφανίζεται για z=0 m. 21

22 IΙ) Υπολογισμός συγκέντρωσης με μέγιστο Ωριαίο Ρυθμό Εκπομπής ρύπων q h(max) = 4,2*10 6 μg/s (STABILITY CLASS C) V=5m/s q=4,2*10 6 μg/s H=50m Iz= Jz= Kz= Iy= Jy= Ky= Table 1:. Η συγκέντρωση C συναρτήσει της απόστασης x x (m) C (μg/m 3 ) 100 0, , , , , , , , , ,2 Concentration (μg/m^3) 50,0 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0, distance x (m) Εικόνα 1: Συγκέντρωση ρύπων σε συνάρτηση με την απόσταση χ. H μέγιστη συγκέντρωση (45,4 μg/m 3 ) εμφανίζεται στα 600 m. 22

23 Table 2: Η συγκέντρωση C συναρτήσει της απόστασης y για x=200m, x=1000m. y (m) C (μg/m 3 ) Log C (C in μg/m 3 ) x=200m x=1000m x=200m x=1000m ,6* ,8-15,80 0, ,4* ,7-8,85 1, ,3* ,0-3,89 1, ,9 0,18 1, ,3* ,0-3,89 1, ,4* ,7-8,85 1, ,6* ,8-15,80 0,68 Concentration (μg/m^3) 32,50 30,00 27,50 x=200m 25,00 x=1000m 22,50 20,00 17,50 15,00 12,50 10,00 7,50 5,00 2,50 0, distance y (m) Εικόνα 2: Συγκέντρωση ρύπων σε συνάρτηση με την απόσταση y. H μέγιστη συγκέντρωση (1,5 μg/m 3 για x=200m και 29,9 μg/m 3 για x=1000m) εμφανίζεται στo y =0 m. 23

24 Table 3: (a) Η συγκέντρωση C συναρτήσει της κατάκορυφης απόστασης z για x=200m, 500m και x=1000m. z (m) C (μg/m 3 ) x=200m x=1000m x=5000m 0 1,1 22,9 2, ,2 26,4 2, ,6 16,0 2, ,6*10-9 5,5 1, ,8* ,0 1, ,9* ,1 1, ,8* *10-3 1,2 z (m) Log C (μg/m 3 ) x=200m x=1000m x=5000m 0 0,04 1,36 0, ,62 1,42 0, ,22 1,20 0, ,80 0,74 0, ,10 0,00 0, ,05-1,00 0, ,74-2,40 0,08 Concentration (μg/m^3) vertical distance z (m) x=200m x=1000m x=5000m Εικόνα 3: Συγκέντρωση ρύπων σε συνάρτηση με την απόσταση z. H μέγιστη συγκέντρωση εμφανίζεται για z=50 m., 414,2 μg/m 3 για x=200m, και 26,4 μg/m 3 για x=1000m και 2,2 μg/m 3 για x=5000m 24

25 I) Υπολογισμός συγκέντρωσης με μέση ημερήσια εκποπή ρύπων q d =1,1*10 6 μg/s (STABILITY CLASS Α) V=1m/s q=1,1*10 6 μg/s H=50m Iz=4.679 Jz= Kz= Iy= Jy= Ky= Table 1: Η συγκέντρωση C συναρτήσει της απόστασης x x (m) C (μg/m 3 ) 100 1, , , , , , , , , ,4 70 Concentration (μg/m^3) distance x (m) Εικόνα 1: Συγκέντρωση ρύπων σε συνάρτηση με την απόσταση x. H μέγιστη συγκέντρωση (57,6μg/m 3 ) εμφανίζεται στα 300 m. 25

26 Table 2: Η συγκέντρωση C συναρτήσει της απόστασης y για x=200m, x=1000m. y (m) C (μg/m 3 ) Log C (C in μg/m 3 ) x=200m x=1000m x=200m x=1000m ,9*10-6 1,42-6,05 0, ,02 2,47-1,70 0, ,60 3,00-0,22 0, ,20 3,45 0,86 0, ,30 3,85 1,72 0, ,20 3,45 0,86 0, ,60 3,00-0,22 0, ,02 2,47-1,70 0, ,9*10-6 1,42-6,05 0,15 60,00 Concentration (μg/m^3) 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 x=200m x=1000m 0, distance y (m) Εικόνα 2: Συγκέντρωση ρύπων σε συνάρτηση με την απόσταση y. H μέγιστη συγκέντρωση (52,30 μg/m 3 για x=200m και 3,85 μg/m 3 για x=1000m) εμφανίζεται στο y =0 m. Table 3: (a) Η συγκέντρωση C συναρτήσει της κατάκορυφης απόστασης z για x=200m, 500m και x=1000m. z (m) C (μg/m 3 ) x=200m x=1000m x=5000m 0 52,30 3,85 0, ,62 3, ,15 3, ,27 3, ,39*10-4 3, ,34*10-8 3, ,39* ,

27 z (m) Log C (μg/m 3 ) x=200m x=1000m x=5000m 0 1,72 0,59-2, ,08 0,58-2, ,42 0,57-2, ,57 0,56-2, ,86 0,54-2, ,47 0,51-2, ,41 0,48-2, Concentration (μg/m^3) x=200m x=1000m x=5000m vertical distance z (m) Εικόνα 3: Συγκέντρωση ρύπων σε συνάρτηση με την απόσταση z. H μέγιστη συγκέντρωση (119,62 μg/m 3 για x=200m και 3,83 μg/m 3 για x=1000m Σταθερή (0,01 μg/m 3 ) στα 5000m. 27

28 IΙ) Υπολογισμός συγκέντρωσης με μέγιστο Ωριαίο Ρυθμό Εκπομπής ρύπων q h(max) = 4,2*10 6 μg/s (STABILITY CLASS Α) V=1m/s q=4,2*10 6 μg/s H=50m Iz=4.679 Jz= Kz= Iy= Jy= Ky= Table 1: Η συγκέντρωση C συναρτήσει της απόστασης x x (m) C (μg/m 3 ) 100 6, , , , , , , , , , Concentration (μg/m^3) distance x (m) Εικόνα 1: Συγκέντρωση ρύπων σε συνάρτηση με την απόσταση x. H μέγιστη συγκέντρωση (223,,89 μg/m 3 ) εμφανίζεται στα 300 m. 28