ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΠΕΔΙΟΥ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΧΡΟΝΟΣΕΙΡΑΣ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ PM 2.5 ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΠΥΛΑΙΑΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ Δ/ΝΤΗΣ: ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΜΟΥΣΙΟΠΟΥΛΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΠΕΔΙΟΥ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΧΡΟΝΟΣΕΙΡΑΣ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ PM 2.5 ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΠΥΛΑΙΑΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΑΡΔΑΛΑΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ Α.Ε.Μ.: 4337 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΜΟΥΣΙΟΠΟΥΛΟΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΑΡΜΟΔΙΟΣ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ: Δρ. ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑΣ ΧΡΙΣΤΟΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2014

2

3 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ 5. Υπεύθυνος: Καθ. Ν. Μουσιόπουλος 6. Αρμόδιος Παρακολούθησης: Δρ. Χρίστος Βλαχοκώστας 7. Τίτλος εργασίας: Μετρήσεις πεδίου και ανάλυση χρονοσειράς αιωρούμενων σωματιδίων PM 2.5 στην περιοχή της Πυλαίας Θεσσαλονίκης 8. Ονοματεπώνυμο φοιτητή (-ών): Παρδάλας Δημήτριος 9. Αριθμός μητρώου: Θεματική περιοχή: 11. Ημερομηνία έναρξης: 12. Ημερομηνία παράδοσης: 13. Αριθμός εργασίας: Αέρια Ρύπανση 3/ / Περίληψη: Αντικείμενο της παρούσας εργασίας αποτελεί η αποτίμηση της έκθεσης σε λεπτά αιωρούμενα σωματίδια, η συγκέντρωση των οποίων σχετίζεται με διεργασίες που επιτελούνται στο περιαστικό περιβάλλον. Συγκεκριμένα, μελετώνται τα επίπεδα των αιωρούμενων σωματιδίων PM 2.5 στην περιοχή της Πυλαίας και γίνεται επεξεργασία και ανάλυση των αποτελεσμάτων, των μετρήσεων που προηγήθηκαν. Με βάση τα παραπάνω, η εργασία αποτελείται από 5 κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο, εισάγονται βασικές έννοιες της αέριας ρύπανσης και καθορίζεται ο στόχος, το αντικείμενο και η μεθοδολογία της εργασίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο, αναπτύσσεται το θεωρητικό υπόβαθρο και αναλύονται οι μηχανισμοί που διέπουν τα αιωρούμενα σωματίδια, οι ιδιότητές τους, καθώς και οι συνέπειές τους στη δημόσια υγεία. Στο τρίτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται εκτενώς η περίοδος και η τοποθεσία των μετρήσεων, η υποδομή τους και τα μετεωρολογικά δεδομένα της περιοχής. Στο τέταρτο κεφάλαιο, παρατίθενται τα αποτελέσματα των μετρήσεων με τη μορφή γραφημάτων, καθώς και η ανάλυση και επεξήγηση αυτών. Τέλος, στο πέμπτο κεφάλαιο, καταγράφονται και σχολιάζονται τα συμπεράσματα, στα οποία κατέληξε η εργασία και προτείνονται τρόποι βελτίωσης της κατάστασης. Ένα από τα βασικά συμπεράσματα στα οποία κατέληξε η εργασία, είναι η πολύ υψηλή αύξηση στις συνολικές συγκεντρώσεις PM 2.5, λόγω της καύσης ξύλου κατά τους χειμερινούς μήνες, με αποτέλεσμα τη σημαντική επιβάρυνση του αέριου περιβάλλοντος και της ποιότητας ζωής των πολιτών, ενώ αντίθετα, η σχετικά μικρή μείωση κατά τους καλοκαιρινούς μήνες. 15. Στοιχεία εργασίας: Αρ. Σελίδων: 71 Αρ. Εικόνων: 53 Αρ. Διαγραμμάτων: - Αρ. Πινάκων: 9 Αρ. Παραρτημάτων: 1 Αρ. Παραπομπών: 16. Λέξεις κλειδιά: 17. Σχόλια: 18. Συμπληρωματικές παρατηρήσεις: 19. Βαθμός:

4 ARISTOTLE UNIVERSITY OF THESSALONIKI DEPARTMENT OF MECHANICAL E NGINEERING ENERGY SECTOR LABORATORY OF HEAT TRANSFER AND ENVIRONME NTAL ENGINEERING 5. Supervisor: Prof. Nikolaos Moussiopoulos 6. Undergraduate dissertation title: Monitoring of particulate matter (PM 2.5 ) and time series analysis in the urban area of Pylaia, Greece 7. Student name: Pardalas Dimitrios 8. Student Registration No: Topic area: 10. Start date: 11. Presentation date: 12. Dissertation No. Air pollution 3/ / Summary: 14. The dissertation comprises of: This study aims to monitor PM 2.5 levels in Pylaia, a suburban area of Thessaloniki, Greece. More specifically, the area of Pylaia is selected as the study site, and the measurement station can be characterized as traffic suburban. The strategic objective of this study is to draw conclusions about the particulate air pollution in the area under consideration and to propose air pollution control measures and changes for improvement of the corresponding quality of life. On this basis, the thesis consists of five chapters. In the first chapter, the basic terms of particulate air pollution are introduced and the, objective, scope and methodology of the study are determined. Chapter 2, describes the fundamentals of the mechanisms that govern PM and its impact on human health and society. Chapter 3 presents the location under consideration and the timeframe of the observations, the meteorological data and the infrastructure used. Chapter 4 presents the results, the relevant graphical analysis and discussion. Finally, Chapter 5 presents the main conclusions arising from the material presented herein and the suggestions for improvement. No. of pages: 71 No. of pictures: 53 No. of figures: No. of tables: 9 No. of annexes: 1 No. of references: 15. Keywords: 16. Comments: Most possibly, the main conclusion revealed herein, is the very high impact in the levels of PM 2.5, that can be attributed to wood burning during the winter months, that resulted in a considerable deterioration of the citizens quality of life as a consequence of the Greek economic crisis, as on the contrary, the impact in the levels of PM 2.5 during the summer season is shown to be relatively decreased. 17. Additional notes: 18. Grade:

5 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η περιβαλλοντική ρύπανση είναι άμεσα συνυφασμένη με την εξέλιξη της τεχνολογίας και της επιστήμης, η πρόοδος των οποίων εκτός από σημαντικά οφέλη που προσφέρει στην ανθρωπότητα έχει επίσης και δυσμενείς επιπτώσεις στο περιβάλλον και κατά συνέπεια στην υγεία των ανθρώπων («το τίμημα της εξέλιξης»). Το πρόβλημα της ρύπανσης του αέρα και των επιπτώσεων της στην υγεία είναι ένα θέμα το οποίο συζητείται ιδιαίτερα συχνά στην Ελλάδα. Στην ατμόσφαιρα της Θεσσαλονίκης υπάρχουν σήμερα τρεις βασικοί ρύποι που επιβαρύνουν το κλίμα της πόλης: τα οξείδια του αζώτου, το όζον και τα αιωρούμενα σωματίδια τα οποία προκαλούν και το μεγαλύτερο πρόβλημα. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα πρόσφατης μελέτης που εξέτασε την ποιότητα του αέρα στις Ευρωπαϊκές μεγαλουπόλεις (ΕΕΑ 2013), οι συγκεντρώσεις αιωρούμενων σωματιδίων στη Θεσσαλονίκη σημειώνουν σημαντικές υπερβάσεις, επιβαρύνοντας αισθητά τον αέρα που αναπνέουν οι κάτοικοι της πόλης. Η παρούσα εργασία είναι η τέταρτη κατά σειρά που διενεργήθηκε στο δήμο Πυλαίας, Θεσσαλονίκης και σκοπός της είναι η ανάλυση και επεξήγηση των αποτελεσμάτων, που προκύπτουν από τις μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν καθώς και η εξαγωγή συμπερασμάτων, μέσω των μετρήσεων αιωρούμενων σωματιδίων PM 2.5, όσον αφορά την αλλαγή του ενεργειακού μίγματος του δήμου σε ένα χρονικό ορίζοντα τριετίας ( ). Στο σημείο αυτό θα ήθελα να εκφράσω τις ειλικρινείς μου ευχαριστίες προς τους ανθρώπους που στάθηκαν αρωγοί, τόσο στην ολοκλήρωση της παρούσας διπλωματικής εργασίας, όσο και κατά τη διάρκεια των σπουδών μου και συγκεκριμένα προς: Τον καθηγητή κ. Νικόλαο Μουσιόπουλο, Διευθυντή του Εργαστηρίου Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής, για τις σημαντικές γνώσεις που μου προσέφερε κατά τη διάρκεια των σπουδών μου, καθώς και για την παροχή των υποδομών του εργαστηρίου για την εκπόνηση της παρούσας εργασίας. Τον αρμόδιο παρακολούθησης της διπλωματικής εργασίας Δρ. Χρίστο Βλαχοκώστα για την άψογη συνεργασία, τις συμβουλές και τη συνεχή βοήθεια που μου παρείχε κατά την εκπόνηση της παρούσας εργασίας. Τη συνεργάτιδα του Εργαστηρίου Μετάδοσης Θερμότητας κα. Αλεξία Μιχαηλίδου. Τους συναδέλφους κ. Γρηγόρη Παπαγεωργίου, κ. Σάββα Νικολαΐδη και κ. Βασίλη Μπεληγιάννη για τις μετρήσεις προηγουμένων μηνών που μου παρείχαν. Τους υπόλοιπους διδάσκοντες του τμήματος για τις γνώσεις που μου παρείχαν. Την οικογένεια και τους φίλους μου για τη συνεχή εμπιστοσύνη και κυρίως για την απεριόριστη υπομονή, που επέδειξαν καθ όλη τη διάρκεια των σπουδών μου. Θεσσαλονίκη, Οκτώβριος 2014 Παρδάλας Δημήτριος

6

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ σελ. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Γενικά Στόχος Αντικείμενο Μεθοδολογία ΛΕΠΤΑ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ Γενικά Κατηγορίες αιωρούμενων σωματιδίων Με βάση το μέγεθος Με βάση την πηγή προέλευσης Με βάση τον τρόπο σχηματισμού Σύσταση αιωρούμενων σωματιδίων Θερμοκρασιακή αναστροφή, αιθαλομίχλη και φωτοχημικό νέφος Μηχανισμοί απομάκρυνσης μετατροπής αιωρούμενων σωματιδίων Επίδραση στις ατμοσφαιρικές συνθήκες και στα υλικά Αιωρούμενα σωματίδια και δημόσια υγεία ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΠΕΔΙΟΥ Περίοδος και τοποθεσία μετρήσεων Μετεωρολογικά δεδομένα Υποδομή μετρήσεων ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Γενικά Παρουσίαση αποτελεσμάτων Κατανομή μέσων ωριαίων συγκεντρώσεων PM Κατανομή μέσων ημερήσιων συγκεντρώσεων PM Κατανομή μέσων μηνιαίων συγκεντρώσεων PM Συγκρίσεις Μαΐου Ιουνίου και χειμώνα καλοκαιριού

8 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 51 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 51 59

9 Εισαγωγή 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1. Γενικά Περισσότερο από κάθε άλλη φορά στην ανθρώπινη ιστορία η τεχνολογική πρόοδος αποτελεί ένδειξη επιτυχίας και ευημερίας, αλλά ταυτόχρονα σοβαρή απειλή για την αειφορία του ανθρωπίνου είδους. Δεν είναι λίγες οι περιπτώσεις, όπου οι δραστηριότητες του ανθρώπου δημιουργούν επιπτώσεις που χαρακτηρίζονται συχνά ως μη αναστρέψιμες και επεκτείνονται, πέρα από τοπικά και εθνικά σύνορα, και σε παγκόσμια κλίμακα. Είναι αναντίρρητο ότι η υποβάθμιση της ποιότητας της ατμόσφαιρας από τις εκπομπές αερίων ρύπων, δημιουργεί αυξανόμενη αρνητική επίδραση στον άνθρωπο και στο ευρύτερο περιβάλλον του. Οι αέριοι ρύποι διαχέονται, τόσο σε μεγάλες αποστάσεις με αποτέλεσμα τη δημιουργία «διασυνοριακής ρύπανσης», όσο και σε τοπικό επίπεδο στο δομημένο αστικό περιβάλλον και σε επίπεδο σημείων «αιχμής». Ανεξάρτητα από την κλίμακα του προβλήματος επιβάλλονται παρεμβάσεις για τη μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης προς προστασίας της δημόσιας υγείας, δεδομένου ότι είναι πλέον τεκμηριωμένη η συσχέτιση της υποβάθμισης του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος με επιδράσεις που δημιουργούν έμμεσα ή άμεσα κίνδυνο στην ανθρώπινη υγεία (Βλαχοκώστας Χ., 2009, Krzyzanowski et al., 2002). Πιο συγκεκριμένα, παρατηρείται μια συσσώρευση των ανθρωπίνων δραστηριοτήτων σε σχετικά μικρές περιοχές εντός των αστικών συγκροτημάτων. Οι μετακινήσεις και οι περισσότερες οικονομικές δραστηριότητες, στις οποίες κυρίαρχο ρόλο καταλαμβάνουν η παραγωγή και χρήση ενέργειας, συνοδεύονται από εκπομπές αερίων ρύπων, με συνέπεια την υποβάθμιση του περιβάλλοντος, ιδιαιτέρως δε του αστικού. Η ατμοσφαιρική ρύπανση σε αστικό επίπεδο οδηγεί σε σειρά προβλημάτων, σημαντικότερα των οποίων θεωρούνται ο κίνδυνος για την ανθρώπινη υγεία λόγω της εισπνοής σωματιδίων και αέριων ρύπων, η επιτάχυνση της διάβρωσης και υποβάθμισης των υλικών, η καταστροφή ιστορικών μνημείων και κτιρίων, καθώς και η καταστροφή της χλωρίδας μέσα στις πόλεις και γύρω από αυτές. Κατά συνέπεια, γίνεται αντιληπτό το γεγονός ότι η έκθεση στην αέρια ρύπανση αποτελεί σημαντικό πρόβλημα για έναν ιδιαίτερα υψηλό αριθμό πόλεων, τόσο εντός της Ευρωπαϊκής Ένωσης, όσο και σε παγκόσμια κλίμακα (Βλαχοκώστας Χ., 2009). Με βάση τα παραπάνω, είναι απαραίτητο να δοθούν οι ορισμοί της ρύπανσης, του ρύπου και του ρυπαντή. Ρύπανση είναι η παρουσία στο περιβάλλον, οποιασδήποτε ουσίας ή μορφής ενέργειας, η οποία προκαλεί οποιασδήποτε μορφής ενόχληση στον άνθρωπο, τα ζώα τα φυτά ή τα πράγματα. Ως ζώα, για τις ανάγκες του ορισμού αυτού εννοούνται όλα τα έμβια όντα, ανεξάρτητα από το περιβάλλον στο οποίο ζουν. Κατ αντιστοιχία, ρύπος είναι κάθε ουσία ή μορφή ενέργειας η παρουσία της οποίας στο περιβάλλον μπορεί να προκαλέσει ενόχληση στον άνθρωπο, τα ζώα, τα φυτά ή τα πράγματα. Τέλος, ρυπαντής είναι κάθε εστία, η οποία με τις εκπομπές της προκαλεί ρύπανση στο περιβάλλον (Κυριάκης Ν., 2010). 1

10 Εισαγωγή Οι πηγές ρύπανσης διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες, τις φυσικές, οι οποίες περιλαμβάνουν εκείνες που είναι στη φύση και δεν είναι αποτέλεσμα της ανθρώπινης δραστηριότητας, και τις ανθρωπογενείς, στις οποίες εντάσσονται όλες οι πηγές ρύπανσης, που είναι αποτέλεσμα της ανθρώπινης δραστηριότητας. Με εξαίρεση τις εκπομπές κατά τις εκρήξεις ηφαιστείων, οι εκπομπές στη φύση δε μεταβάλλονται σημαντικά στη διάρκεια του χρόνου. Αντίθετα, οι ανθρωπογενείς εκπομπές αυξάνονται συνεχώς, λόγω της συνεχούς αύξησης του πληθυσμού της γης και της εκβιομηχάνισης (Μουσιόπουλος Ν., 2003). Ένας από τους πιο σημαντικούς ρύπους, τον οποίο επιχειρεί να αναλύσει η συγκεκριμένη εργασία, είναι τα αιωρούμενα σωματίδια. Είναι ένας ιδιαίτερα πολύπλοκος ρύπος, καθώς απαντάται στην ατμόσφαιρα τόσο σε στερεά όσο και σε υγρή κατάσταση. Επιπλέον, από τη στιγμή που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα, τα σωματίδια μπορούν να υποστούν μεταβολές ως προς τις διαστάσεις τους, αλλά και ως προς τη σύστασή τους, με διάφορους μηχανισμούς. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο ο περιορισμός τις εκπομπής τους, καθώς και η ανάλυση και η εξαγωγή συμπερασμάτων, είναι μια αρκετά περίπλοκη διαδικασία Στόχος Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις με σκοπό τη συλλογή και καταγραφή των συγκεντρώσεων των λεπτών αιωρούμενων σωματιδίων PM 2.5 στην περιοχή της Πυλαίας, στη Θεσσαλονίκη. Στόχος, επομένως, της εργασίας είναι η επεξεργασία και ανάλυση των αποτελεσμάτων και, κυρίως, η εξαγωγή πολύτιμων συμπερασμάτων, τα οποία θα μας βοηθήσουν να εκτιμήσουμε τις συνέπειες των αιωρούμενων σωματιδίων PM 2.5 στην ποιότητα του περιβάλλοντος και ιδιαίτερα στην υγεία και την ποιότητα ζωής των ανθρώπων, καθώς επίσης, και τους τρόπους αντιμετώπισης και βελτίωσης του αερίου περιβάλλοντος σε μια από τις πόλεις της Ευρώπης με τα υψηλότερα επίπεδα αέριας ρύπανσης (SOER, 2010). Επιπλέον, κύριος σκοπός είναι η προσπάθεια αποσαφήνισης της συνολικής συνεισφοράς τόσο της οδικής κυκλοφορίας όσο και των πηγών θέρμανσης, λαμβάνοντας υπόψη και τις κλιματολογικές συνθήκες που επικράτησαν, στην επιβάρυνση της ατμόσφαιρας της περιοχής μελέτης, μέσω της ανάλυσης και σύγκρισης των μηνιαίων συγκεντρώσεων σωματιδίων PM 2.5, μηνών των δύο προηγούμενων και του τρέχοντος έτους Αντικείμενο Αντικείμενο της εργασίας είναι η αξιολόγηση της έκθεσης σε σωματιδιακούς ρύπους PM 2.5, οι οποίοι οφείλονται κυρίως στις διεργασίες που επιτελούνται στο αστικό και περιαστιακό περιβάλλον (οδική κυκλοφορία, θέρμανση). Έτσι, στο δεύτερο κεφάλαιο, γίνεται, αρχικά, μια εισαγωγή του όρου αιωρούμενα σωματίδια. Στη συνέχεια, επιχειρείται ο διαχωρισμός των αιωρούμενων σωματιδίων με βάση το μέγεθος, την πηγή προέλευσης, τον τρόπο σχηματισμού και τη χημική του σύσταση. Σε επόμενη παράγραφο, ακολουθεί η περιγραφή των μηχανισμών απομάκρυνσης και μετατροπής των αιωρούμενων σωματιδίων. Επιπρόσθετα, σημαντικό τμήμα του δευτέρου κεφαλαίου καταλαμβάνουν, οι επιδράσεις των 2

11 Εισαγωγή αιωρούμενων σωματιδίων στην ορατότητα, τις ατμοσφαιρικές συνθήκες και τα υλικά, καθώς επίσης και οι ανησυχητικές επιπτώσεις αυτών στη δημόσια υγεία. Στο τέλος του κεφαλαίου, γίνεται απλή αναφορά στην ισχύουσα νομοθεσία και στα θεσπισμένα, μέσω αυτής, όρια συγκέντρωσης. Το τρίτο κεφάλαιο ξεκινάει με την αναφορά της περιόδου και την εκτενέστερη περιγραφή της τοποθεσίας των μετρήσεων, συνεχίζει με την καταγραφή των μετεωρολογικών δεδομένων της περιοχής και ολοκληρώνεται με την ανάλυση της αρχής λειτουργίας του οργάνου που χρησιμοποιήθηκε για την πραγματοποίηση των μετρήσεων. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται, εκτενώς, τα δεδομένα που συλλέχθηκαν κατά την περίοδο των μετρήσεων και επιχειρείται μία, όσο το δυνατό, λεπτομερέστερη επεξήγηση αυτών. Για το λόγο αυτό, δημιουργήθηκαν γραφήματα με βάση την ωριαία, ημερήσια και μηνιαία κατανομή των συγκεντρώσεων του ρύπου PM 2.5, με τη βοήθεια του λογισμικού υπολογιστικών φύλων Excel. Τέλος, στο πέμπτο κεφάλαιο παρατίθενται και σχολιάζονται τα βασικά συμπεράσματα στα οποία κατέληξε η παρούσα εργασία και προτείνονται παρεμβάσεις για την βελτίωση του αερίου περιβάλλοντος της Πυλαίας Μεθοδολογία Για την πραγματοποίηση των μετρήσεων χρησιμοποιήθηκε εξοπλισμός του Εργαστηρίου Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής. Συγκεκριμένα, έγινε χρήση του οργάνου DUSTTRAK 8520 για την καταγραφή των συγκεντρώσεων των αιωρούμενων σωματιδίων PM 2.5, η οποία ξεκίνησε στις 1/4/2014 και διήρκεσε έως τη 1/10/2014. Το όργανο τοποθετήθηκε στη στέγη του παλαιού δημαρχείου Πυλαίας, ενώ για την εξαγωγή των καταγεγραμμένων μετρήσεων από αυτό, χρησιμοποιήθηκε ο φορητός ηλεκτρονικός υπολογιστής του εργαστηρίου. Επιπρόσθετα, έγινε χρήση στοιχείων περασμένων μηνών που βασίστηκαν σε μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν τους προηγούμενους μήνες (Παπαγεωργίου Γ., 2014, Νικολαΐδης Σ., 2013, Μπεληγιάννης Β., 2013), ώστε να καταστεί δυνατή η μεταξύ τους σύγκριση και η διερεύνηση των αιτιών εμφάνισης υψηλών επιπέδων σωματιδιακής ρύπανσης τη χειμερινή και καλοκαιρινή περίοδο. 3

12 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια 2. ΛΕΠΤΑ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ 2.1. Γενικά Με τον όρο αιωρούμενα σωματίδια (particulate matter PM), εννοούμε τα στερεά σωματίδια και σταγονίδια με διάμετρο 0, μm που βρίσκονται σε διασπορά στην αέρια φάση της ατμόσφαιρας. Τα αιωρούμενα σωματίδια ονομάζονται και αερολύματα (aerosol) (Φυτιανός Κ.-Σαμαρά Κωνσταντίνου Κ., 2009). Όπως είναι προφανές από τον ορισμό τους, τα σωματίδια είναι ένας ιδιαίτερα πολύπλοκος ρύπος, δεδομένου ότι αποτελείται από δύο φάσεις (στερεή, υγρή ή συνδυασμό και των δύο) και περιλαμβάνει κόκκους διαφόρων μεγεθών. Επομένως, τα σωματίδια απαντώνται στην ατμόσφαιρα, με βάση την αγγλοσαξονική ορολογία, σε μία από τις παρακάτω μορφές: Dust (σκόνη): περιγράφει στερεά αιωρούμενα σωματίδια, που παράγονται από μηχανική θραύση στερεών (σύνθλιψη, άλεσμα, και ανατίναξη). Fog (ομίχλη): ένας ευρύς όρος που περιγράφει τα ορατά αιωρήματα υγρής φάσης. Συνήθως, η αιωρούμενη ουσία είναι νερό (σε υγρή μορφή ή πάγος) και βρίσκεται κοντά στην επιφάνεια του εδάφους. Fume (καπνός): αναφέρεται σε στερεά σωματίδια, που παράγονται με συμπύκνωση από την αέρια φάση, γενικά μετά από εξάτμιση ουσιών, που βρίσκονται σε τήξη. Συχνά, η συμπύκνωση συνοδεύεται από χημικές αντιδράσεις, όπως οξείδωση. Haze (ελαφρά ομίχλη, καταχνιά): αναφέρεται σε αιώρημα, που ελαττώνει την ορατότητα και μπορεί να αποτελείται από συνδυασμό σταγονιδίων νερού, αερίων ρύπων και σκόνης. Mist (ψιλή ομίχλη, πούσι, καταχνιά): υγρό, συνήθως νερό, σε μορφή σταγονιδίων σε αιώρηση στην ατμόσφαιρα ή κοντά στην επιφάνεια της γης. Τα σταγονίδια επιπλέουν στον αέρα ή βρίσκονται σε πτώση και πλησιάζουν τη μορφή της βροχής. Γενικά, διαφοροποιείται από την ομίχλη (fog), κατά το ότι είναι πιο διαφανής ή επειδή τα σωματίδια έχουν αισθητά καθοδική πορεία. Smog (αιθαλομίχλη, νέφος): όρος, που προέρχεται από τη συνένωση των λέξεων smoke και fog, και περιγράφει την έντονη ρύπανση του αέρα από αιωρήματα. Smoke (καπνός): αερομεταφερόμενα μικρά σωματίδια, που προέρχονται από την ατελή καύση. Αποτελούνται, κατά κύριο λόγο, από άνθρακα και άλλες καύσιμες ουσίες. Η συγκέντρωσή τους πρέπει να είναι αρκετά μεγάλη, ώστε να είναι ευδιάκριτα, ανεξάρτητα από την παρουσία άλλων στερεών σωματιδίων. Soot (αιθάλη): συσσωματώματα σωματιδίων άνθρακα και υδρογονανθράκων, προϊόντα ατελούς καύσης υλικών που περιέχουν άνθρακα (ξύλα, υγροί υδρογονάνθρακες κλπ.) (Κυριάκης Ν., 2010). Fly ash (ιπτάμενη τέφρα): λεπτά σωματίδια τέφρας, που παρασύρονται με τα καυσαέρια. 4

13 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια Pollen (γύρη) Sea salt (θαλασσινό αλάτι) Στην εικόνα 2.1 παρατίθενται τα κυριότερα είδη αερολυμάτων σε ηλεκτρονική μεγέθυνση. Εικόνα 2.1: Τα κυριότερα είδη αερολυμάτων σε ηλεκτρονική μεγέθυνση (Ανδρίτσος Ν., 2007) Κατηγορίες αιωρούμενων σωματιδίων Όπως προαναφέρθηκε, τα αιωρούμενα σωματίδια είναι ένας πολύ ευρύς όρος, που, ουσιαστικά, καλύπτει όλες τις ουσίες στην ατμόσφαιρα, που δεν είναι αέρια. Προκειμένου να γίνει ευκολότερη και αποτελεσματικότερη η μελέτη των ρύπων αυτών, είναι απαραίτητος ο διαχωρισμός τους σε επιμέρους κατηγορίες. Για το λόγο αυτό, τα αιωρούμενα σωματίδια διακρίνονται με βάση: Το μέγεθός τους. Την πηγή προέλευσής τους. Το μηχανισμό σχηματισμού τους. Τη χημική τους σύσταση Με βάση το μέγεθος Το μέγεθος των αιωρούμενων σωματιδίων εκφράζεται, κατά κανόνα, από τη διάμετρό τους. Επειδή, όμως, τα σωματίδια διαφέρουν μεταξύ τους τόσο ως προς το σχήμα όσο και ως προς την πυκνότητά τους, για την ομοιόμορφη έκφραση του μεγέθους τους χρησιμοποιείται, συνήθως, ο όρος ισοδύναμη αεροδυναμική διάμετρος. Ισοδύναμη αεροδυναμική διάμετρος, 5

14 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια ενός μη σφαιρικού σωματιδίου με πυκνότητα διαφορετική από 1 g/cm 3, είναι η διάμετρος μιας σφαίρας με πυκνότητα ίση με τη μονάδα που έχει την ίδια ταχύτητα καθίζησης στον αέρα με το εν λόγω σωματίδιο. Η αεροδυναμική διάμετρος είναι πολύ χρήσιμη παράμετρος, επειδή σχετίζεται με το χρόνο παραμονής των σωματιδίων στην ατμόσφαιρα, καθώς και με την απόθεσή τους στο αναπνευστικό σύστημα (Φυτιανός Κ.-Σαμαρά Κωνσταντίνου Κ., 2009). Για να γίνει σαφής η σημασία της ισοδύναμης αεροδυναμικής διαμέτρου, αποτυπώνεται, στην εικόνα 2.2, η συσχέτιση του χρόνου ζωής των σωματιδίων με βάση την αεροδυναμική διάμετρο. Εικόνα 2.2 Καμπύλη του χρόνου ζωής των σωματιδίων σε σχέση με το μέγεθος της αεροδυναμικής διαμέτρου (Ανδρεοπούλου Ε., 2011). Με βάση, λοιπόν, το μέγεθός τους και τον πίνακα 2.1, τα σωματίδια διαχωρίζονται ως εξής: 1. Χονδρόκοκκα σωματίδια (coarse) 2. Λεπτόκοκκα σωματίδια (fine) 2.1. Σωματίδια πυρηνοποίησης (Nucleation) 2.2. Υπέρλεπτα σωματίδια (Ultra-fine) Σωματίδια Aitken Σωματίδια συσσώρευσης (Accumulation) (Μασσάρα Β., 2011). Στον πίνακα 2.1 παρατηρούμε και τον τρόπο συμβολισμού των αιωρούμενων σωματιδίων. Έτσι, τα σωματίδια συμβολίζονται ως PM x (Particulate Matter), όπου x, το εύρος της αεροδυναμικής διαμέτρου. Κατ αυτόν τον τρόπο, τα πιο συνηθισμένα αντικείμενα μελέτης είναι τα εξής: PM 10, τα οποία έχουν αεροδυναμική διάμετρο έως 10μm PM 2.5, τα οποία έχουν αεροδυναμική διάμετρο έως 2.5μm PM 1, τα οποία έχουν αεροδυναμική διάμετρο έως 1μm 6

15 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια PM 0.1, τα οποία έχουν αεροδυναμική διάμετρο έως 0.1μm Πίνακας 2.1: Κατηγορίες αιωρούμενων σωματιδίων ανάλογα με τη διάμετρο (Μασσάρα Β., 2011) Με βάση την πηγή προέλευσης Με κριτήριο την πηγή προέλευσής τους τα σωματίδια χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες. Κατ αυτόν τον τρόπο, διακρίνουμε τα σωματίδια, τα οποία προέρχονται από φυσικές πηγές και αυτά, που προέρχονται από ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Οι σημαντικότερες φυσικές πηγές εκπομπής σωματιδίων είναι οι εξής: Επιφάνεια ωκεανών: σταγονίδια που περιέχουν διάφορα άλατα π.χ. χλωριούχο νάτριο, δημιουργούνται από την επίδραση του ανέμου στην επιφάνεια της θάλασσας. Επιφάνεια εδαφών: εκπομπές σκόνης από την αιολική διάβρωση των εδαφών. Χαρακτηριστικό παράδειγμα, η μεταφορά σκόνης από τις ερημικές περιοχές της Αφρικής προς τις χώρες της Μεσογείου. Ηφαιστειακές εκρήξεις: περιλαμβάνονται πρωτογενή και δευτερογενή αιωρήματα, πλούσια σε θειικά. Βιογενής ύλη: περιλαμβάνονται πρωτογενή σωματίδια και δευτερογενή από συμπύκνωση οργανικών ενώσεων, που εκπέμπονται από φυτά. Καύση βιογενούς ύλης: κυρίως, λόγω ανεξέλεγκτων πυρκαγιών σε δάση. (Ρεμουντάκη Ε., 2010) Οι κυριότερες ανθρωπογενείς δραστηριότητες, οι οποίες είναι υπεύθυνες για εκπομπή σωματιδίων είναι οι παρακάτω: Στατικές πηγές καύσης: αιωρούμενα σωματίδια παράγονται σε μεγάλες ποσότητες κατά την καύση ορυκτών καυσίμων για διάφορες χρήσεις, με κυριότερες την ενεργειακή βιομηχανία, τη βιομηχανική παραγωγή και την οικιακή θέρμανση. Παραγωγικές διεργασίες: σε αυτές περιλαμβάνονται, κυρίως, συγκεκριμένες βιομηχανίες παραγωγής αλλά και ο τομέας των κατασκευών. Οι σημαντικότεροι τομείς της βιομηχανίας για την εκπομπή σωματιδιακής ύλης είναι οι 7

16 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια τσιμεντοβιομηχανίες, τα χυτήρια μετάλλων, τα χαλυβουργεία, οι βιομηχανίες παραγωγής κωκ, οι κατασκευές, οι βιομηχανίες εξόρυξης και λατόμευσης, καθώς και οι χημικές βιομηχανίες. Μεταφορές: στον τομέα των μεταφορών οι εκπομπές σωματιδιακής ύλης μπορούν να αποδοθούν σε δύο πήγες. Η πρώτη είναι η μηχανές εσωτερικής καύσης (Μ.Ε.Κ.) και η δεύτερη η μηχανική φθορά και η επαναιώρηση υλικών. Γεωργία-Κτηνοτροφία: οι εκπομπές από γεωργικές δραστηριότητες προέρχονται από διάφορες πηγές, όπως είναι το όργωμα των χωραφιών, η χρήση λιπασμάτων και ο θερισμός (σοδειά). Επίσης, η πτηνοτροφία και χοιροτροφία είναι εξίσου σημαντικές πηγές αιωρούμενων σωματιδίων και μάλιστα στο λεπτότερο κλάσμα. (Γεωργαλάς Β., 2005) Στην εικόνα 2.3, αποτυπώνεται η συνεισφορά στο αστικό περιβάλλον, διαφόρων πηγών σε εκπομπές αιωρούμενων σωματιδίων μικρής διαμέτρου. Ακόμη, παρατηρώντας τον πίνακα 2.2, αποδεικνύεται ότι, σε παγκόσμια κλίμακα, υπερτερούν οι εκπομπές από φυσικές πηγές. Ωστόσο, σε τοπική κλίμακα, υπερτερούν οι ανθρωπογενείς εκπομπές (Φυτιανός Κ.-Σαμαρά Κωνσταντίνου Κ., 2009). Εικόνα 2.3: Συνεισφορά διαφόρων πηγών σε εκπομπές αιωρούμενων σωματιδίων μικρής διαμέτρου (Querol et al., 2008). 8

17 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια Πίνακας 2.2: Ποσοστά συνεισφοράς πηγών εκπομπών αιωρούμενων σωματιδίων παγκόσμιο επίπεδο (Χαλμούκης Α., 2012). σε Με βάση τον τρόπο σχηματισμού Με βάση τον τρόπο σχηματισμού τους, τα σωματίδια διακρίνονται σε πρωτογενή και δευτερογενή. Πρωτογενή, ονομάζονται εκείνα τα σωματίδια, τα οποία εκπέμπονται απευθείας στην ατμόσφαιρα και συναντώνται με την ίδια μορφή που είχαν και κατά την εκπομπή τους. Οι κυριότερες πηγές τους είναι οι εξής: Σκόνη από το έδαφος: η πηγή αυτή καλύπτει ένα μεγάλο ποσοστό της παγκόσμιας παραγωγής αερολυμάτων, ενώ οι δυνατοί άνεμοι μπορεί να μεταφέρουν τα σωματίδια σε μεγάλες αποστάσεις (π.χ. σκόνη από τη Σαχάρα στην Ευρώπη) Θάλασσες και ωκεανοί: πρόκειται για σταγονίδια που προέρχονται: από φυσαλίδες οι οποίες εκρήγνυνται, όταν φτάσουν στην επιφάνεια της θάλασσας, από το συνδυασμό του αφρού των κυμάτων και την ύπαρξη ανέμων και από την ισχυρή πρόσκρουση των κυμάτων στα βράχια. Οργανισμοί: τα σωματίδια αυτά περιέχουν βακτήρια, ιούς, θραύσματα από έντομα και συστατικά διαφόρων μικροοργανισμών. Επίσης, σωματίδια εκπέμπονται απευθείας στην ατμόσφαιρα από τα φυτά, καθώς και από την αποσύνθεση των φύλλων. Καύση βιομάζας και πυρκαγιές: κατά τη διάρκεια θερμών εποχών, οι πηγές αυτές εκπέμπουν σωματίδια, τα οποία σε συνδυασμό με υψηλής έντασης ανέμους μεταφέρονται σε μακρινές αποστάσεις. Καύση ορυκτών καυσίμων: η καύση άνθρακα, καθώς και η οδική κυκλοφορία συνεισφέρουν σε μεγάλο βαθμό στην παραγωγή σωματιδίων. Άλλες φυσικές πηγές: τα ηφαίστεια, οι ανεμοστρόβιλοι και η πτώση κομητών και μετεωριτών παράγουν πρωτογενώς σωματίδια και μεγάλες ποσότητες σκόνης (Τζιάρας Θ., 2009). 9

18 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια Δευτερογενή, χαρακτηρίζονται τα σωματίδια, τα οποία σχηματίζονται από διάφορες πολύπλοκές χημικές αντιδράσεις στην ατμόσφαιρα. Από τις σημαντικότερες διεργασίες παραγωγής δευτερογενών σωματιδίων, είναι η οξείδωση του διοξειδίου του θείου και του διοξειδίου του αζώτου και η φωτοοξείδωση πτητικών οργανικών ενώσεων, τα οποία εκπέμπονται από φυτά και οξειδωτικούς παράγοντες της ατμόσφαιρας, όπως το όζον, οι ρίζες υδροξυλίου και οι νιτρικές ρίζες (Τζιάρας Θ., 2009) Σύσταση αιωρούμενων σωματιδίων Όσον αφορά τη χημική σύσταση των αιωρούμενων σωματιδίων, μπορούμε να διακρίνουμε δύο φάσεις, την ανόργανη (στερεό ανόργανο υλικό, υδατοδιαλυτά ανόργανα άλατα, στοιχειακός άνθρακας κ.α.) και την οργανική (οργανικός άνθρακας). Η σχετική συνεισφορά οργανικού και ανόργανου υλικού στη συνολική μάζα των αιωρούμενων σωματιδίων εξαρτάται από διάφορούς παράγοντες, όπως την προέλευσή τους, τις ατμοσφαιρικές συνθήκες και το μέγεθός τους (Φυτιανός Κ.-Σαμαρά Κωνσταντίνου Κ., 2009). Αυτή η συσχέτιση ανάμεσα στη σύσταση και το μέγεθος των σωματιδίων, φαίνεται στην εικόνα 2.4. Εικόνα 2.4: Συσχέτιση ανάμεσα στη διάμετρο και τα συστατικά αερολυμάτων (Air Resources Board, 2007). Επιπρόσθετα, οι χημικές ιδιότητες των αιωρούμενων σωματιδίων ποικίλουν ανάλογα με τη σύστασή τους. Έτσι, σε ρυπασμένες αστικές περιοχές, τα μικρά σωματίδια μπορεί να περιέχουν μέχρι και 40% άνθρακα, ενώ τα μεγάλα είναι κυρίως, ανόργανα (πυριτικά άλατα, εδαφικής προέλευσης ενώσεις του Al και του Ca κ.α.). Ακόμη, τα θαλάσσια αεροζόλ είναι υδατικά διαλύματα NaCl και (NH 4 ) 2 SO 4 (Φυτιανός Κ.-Σαμαρά Κωνσταντίνου Κ., 2009). Στην εικόνα 2.4 δίνεται η τυπική χημική σύσταση των αιωρούμενων σωματιδίων σε αστικές περιοχές, για μικρά (d<2.5 μm) και για μεγάλα (d>2.5 μm) σωματίδια. 10

19 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια Εικόνα 2.5: Τυπική χημική σύσταση των αιωρούμενων σωματιδίων σε αστικές περιοχές (επάνω μικρά σωματίδια, d<2.5 μm κάτω μεγάλα σωματίδια, d>2.5 μm) (Φυτιανός Κ.- Σαμαρά Κωνσταντίνου Κ., 2009). Η εικόνα 2.6 παρουσιάζει τη στοιχειώδη σύσταση των αιωρούμενων σωματιδίων σε διάφορες ευρωπαϊκές πόλεις. Άξιο αναφοράς είναι το γεγονός, ότι σε όλες τις πόλεις το μεγαλύτερο ποσοστό της σύστασης των σωματιδίων καταλαμβάνει ο ψευδάργυρος. Αυτό, όμως, είναι 11

20 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια αναμενόμενο, καθώς, όπως φαίνεται και στον πίνακα 2.3, ο ψευδάργυρος αποτελεί σημαντικό συστατικό των αιωρούμενων σωματιδίων, που προέρχονται από την κυκλοφορία και τη φθορά και σκόνη οχημάτων, ελαστικών και φρένων. Η παρατήρηση αυτή γίνεται πιο εμφανής από το γεγονός ότι το μεγαλύτερο ποσοστό (67%) των σωματιδίων στο αστικό περιβάλλον προέρχεται από την κυκλοφορία (εικόνα 2.3). Πίνακας 2.3: Συστατικά και πηγές των αιωρούμενων σωματιδίων (Querol et al., 2008, Μπεληγιάννης Β., 2013). Πηγές Ένωση/Στοιχείο Αναφορές Επιφάνεια φλοιού Sc, Ce, Sm, Fe, Al Lee et al., 1994, Koistinen et al., 2004 Εδάφους/Φλοιού Si Chan et al., 1991 Σχετικές με το έδαφος Si, Fe Janssen et al., 1997 Έδαφος Mn, Al, Sc Huang et al., 1994 Σκόνη εδάφους Al, Si, Fe Maenhaut et al., 1989 Ορυκτών - Φλοιού Al, Si, Fe, Ca, (Mg), Mn, K, Ti, REEs, Zr, Rb, Sr, Sc, Cs, U, Th, Li Querol et al., 1996, 2001, 2004, 2007 Alastuey et al., 2005 Viana et al., 2005 Moreno et al., 2005 Θαλασσινά αερολύματα Soluble Na, Cl, (Mg) Περισσότερες έρευνες Κυκλοφορία TC, BC, Cu, Zn, Pb Laschober et al., 2004 Κυκλοφορία Zn, Ba, Al, Cr, Fe, Hg, La, Mg, Mn, Na, Sb, Sc, V, OC, BC Allen et al., 2001 Κυκλοφορία Cu, Zn, Ba Chellam et al., 2005 Κυκλοφορία Cu, BC, Fe, Zn Yli Tuomi et al., 2005 Κυκλοφορία OC, EC, NO - 3, Sn, Sb, Ba, Cu Querol et al., 2001, Rodriguez et al., 2003, Viana eta al., 2007 Σκόνη φρένων SiO 2, Mg, Ba Hildemann et al., 2001 Φθορά ελαστικών Zn Harrison et al.,

21 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια Συνέχεια Πίνακα 2.3 Σκόνη ελαστικών 2-πεντένιο (C 5 H 10 ), Στυρένιο (C 8 H 8 ) APEG, 1999 Αντιολισθητικό υλικό επίστρωσης δρόμων Cl - APEG, 1999 Φθορά οχημάτων Cu, Zn, Pb, Ba, Mo Harrison et al., 2003 Κυρίως από φθορές Cu, Ba, Sb brakes Εξάτμιση Diesel Cu, Zn, Pb, Ba, Cd, Sb, (Fe) PM 10, V και Cd (Ca, Cr, Zn, Sr και Pb) Sternbeck et al., 2002 Schauer J, J. et al., 2006 HEI report Εξάτμιση βενζίνης και φθορά ελαστικών V, Cr, Zn, Sr, Pb Mo, Ag Schauer J. J. et al., 2006 HEI Σκόνη οδικού δικτύου S, Mg, Al, K, Ca, Fe και Ti, Sr, Cd, Pb Schauer J. J. et al., 2006 HEI Σκόνη φρένων Fe, Cr, Mn, Cu, Zn, Sb, Ba Schauer J. J. et al., 2006 HEI Εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που καίνε λιγνίτη As, Se, S, Mo, Hg (much reduced with FGD systems) Pacyna, 1984, Huang et al., 1994, Ojanen et al., 1998, Harrison et al., 1996, Fung and Wong, 1995 Εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που καίνε πετρέλαιο V, Ni, La, Sm, S Pacyna, 1984, Ojanen et al., 1998, Huang 1994 ΧΥΤΑ Zn, Cu, Hg, Pb, Sb Pacyna, 1984, Van Borm et al., 1990, Harrison et al., 1996, Sweet et al., 1993, Parekh et al., 1987 Καύση βιομάζας K, BC, EC Huang et al., 1994, Janssen et al., 1997, Ojanen et al., 1998, Chan et al., 1991 Βιομηχανία χάλυβα Fe, Mn, Cr, Ca Ojanen et al., 1998, Huang et al., 1994 Βιομηχανία ανοξείδωτου χάλυβα V, Cr, Ni, Mo Querol et al., 2004 Χυτήρια Fe, Zn, Pb, Mn Swietlicki et al., 1996 Χυτήρια ψευδαργύρου Zn, Cd, Pb, Sn Sweet et al.,

22 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια Συνέχεια Πίνακα 2.3 Χυτήρια σιδηροπυρίτη As, Cu Pio et al., 1996 Χυτήρια χαλκού As, Cu, Bi Querol et al., 2004, 2007, Alastuey et al., 2007, Sanchez et al., 2007 Στιλβώσεις και κεραμικά (βιομηχανία κεραμικών) Zn, As, Se, Zr, Cs, Tl, Pb, Bi Querol, et al., 2007, Minguillon et al., 2007 Εικόνα 2.6: Στοιχειώδης σύσταση σωματιδίων (σε ng/m 3 ) σε διάφορες ευρωπαϊκές πόλεις (Cassee et al., 2009) Θερμοκρασιακή αναστροφή, αιθαλομίχλη και φωτοχημικό νέφος Η θερμοκρασιακή αναστροφή περιγράφει μια κατάσταση στην οποία, λόγω μη κανονικής κατανομής της θερμοκρασίας με το ύψος, οι αέριες μάζες εγκλωβίζονται κοντά στην επιφάνεια της Γης. Πιο συγκεκριμένα, σε περιόδους με έντονη συννεφιά και κρύο, παγιδεύεται ένα στρώμα κρύου αέρα κοντά στο έδαφος το οποίο είναι βαρύτερο από τον αέρα στα υψηλότερα στρώματα. Με αυτό τον τρόπο οι αρχικές εκπομπές ρύπων αντί να διασπείρονται, παραμένουν και οι ρύποι συσσωρεύονται. Η θερμοκρασιακή αναστροφή συνήθως λαμβάνει χώρα κατά τις νυχτερινές και τις πρώτες πρωινές ώρες. Η συσσώρευση 14

23 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια των ρύπων που προκαλείται τις νυχτερινές ώρες, το πρωί με την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας επιτρέπει τις χημικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους, οι οποίες μπορεί να οδηγήσουν στο δευτερογενή σχηματισμό ακόμα πιο επικίνδυνων ρύπων. Παρόμοιο πρόβλημα μπορεί να προκληθεί σε περιοχές που είναι ανοιχτές στη θαλάσσια αύρα από τη μία πλευρά τους και από την άλλη περιβάλλονται από βουνά (Ένωση Ελλήνων Χημικών, 2013). Εικόνα 2.7: Θερμοκρασιακή αναστροφή (ThomsonHigherEducation, 2007). Έτσι λοιπόν, κατά τους χειμερινούς μήνες που οι ανάγκες για θέρμανση είναι μεγαλύτερες, εκπέμπονται περισσότεροι ρύποι και σε συνδυασμό με ενδεχόμενη μεγάλη σχετική υγρασία σχηματίζεται ένα ορατό νέφος αιθαλομίχλης. Το νέφος αιθαλομίχλης αποτελείται κυρίως από αιωρούμενα σωματίδια, μονοξείδιο του άνθρακα και διοξείδιο του θείου το οποίο αντιδρά με τους υδρατμούς και δίνει θειϊκό οξύ (itia, 2014) Κατά τους θερινούς μήνες από την άλλη παρατηρείται το φαινόμενο του φωτοχημικού νέφους το οποίο οφείλεται στους πρωτογενείς ρύπους, που προέρχονται από μηχανές εσωτερικής καύσης, όπως μονοξείδιο του άνθρακα, οξείδια του αζώτου και διάφορους υδρογονάθρακες που διασπώνται κάτω από την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας και από δευτερογενείς ρύπους όπως το όζον. Το φωτοχημικό νέφος προκαλεί ερεθισμό στα μάτια και το λαιμό, αναπνευστικά προβλήματα και μειωμένη ορατότητα (itia, 2014).Οι χημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα είναι οι εξής: 15

24 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια NO 2 + (UV) NO + O O 2 + O O 3 O 3 + NO O 2 + NO 2 O 2 + NO 2 + VOCs + (UV) O 3 Εικόνα 2.8: Φωτοχημικό νέφος αριστερά, νέφος αιθαλομίχλης δεξιά (itia, 2014) Μηχανισμοί απομάκρυνσης μετατροπής αιωρούμενων σωματιδίων Τα αιωρούμενα σωματίδια υπόκεινται σε ένα πλήθος διεργασιών στην ατμόσφαιρα, αποτέλεσμα των οποίων είναι η μετατροπή τους (αύξηση του μεγέθους τους, αλλοίωση της χημικής τους σύστασης) ή η απομάκρυνσή τους (Φυτιανός Κ.-Σαμαρά Κωνσταντίνου Κ., 2009). Οι κυριότερες διεργασίες απομάκρυνσης μετατροπής σωματιδίων, όπως φαίνονται και στην εικόνα 2.9, είναι οι εξής: Συσσωμάτωση Υγρή απόθεση Ξηρή απόθεση Εικόνα 2.9: Διεργασίες στις οποίες υπόκεινται τα ατμοσφαιρικά σωματίδια (Φυτιανός Κ.- Σαμαρά Κωνσταντίνου Κ., 2009). 16

25 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια Κατά τη συσσωμάτωση, τα υπέρλεπτα σωματίδια υπόκεινται σε συγκρούσεις με μόρια αερίων, τα οποία κινούνται ατάκτως. Η κίνηση αυτή ονομάζεται διάχυση Brown. Η ταχύτητα διάχυσης αυτών των μικρών σωματιδίων είναι μεγάλη με αποτέλεσμα να συσσωματώνονται προς μεγαλύτερα σωματίδια (Φυτιανός Κ.-Σαμαρά Κωνσταντίνου Κ., 2009). Όσο μεγαλύτερο είναι το συσσωμάτωμα, τόσο αυξάνεται το βάρος του και επομένως η πιθανότητα για βαρυτικού τύπου εναπόθεση στο έδαφος (Γεντακάκης Ι., 2010). Η διαδικασία κατά την οποία σωματιδιακή ύλη της ατμόσφαιρας επικάθεται στη Γη, καλείται απόθεση (Γεντακάκης Ι., 2010). Έτσι, η υγρή απόθεση είναι η φυσική διαδικασία κατά την οποία ύλη αφαιρείται, με τον υετό (βροχή, χιόνι, σταγόνες ομίχλης), από την ατμόσφαιρα και καθιζάνει στην επιφάνεια της Γης. Γι αυτή τη διαδικασία είναι απαραίτητα τρία στάδια. Πρώτα, τα σωματίδια πρέπει να βρεθούν σε κατάσταση που να υπάρχει συμπυκνωμένο νερό, εν συνεχεία πρέπει να απομακρυνθούν με τον υετό και τέλος πρέπει να μεταφερθούν στο έδαφος (Μασσαρά Β., 2011). Αντίθετα, στην ξηρή απόθεση τα σωματίδια αποτίθενται απευθείας στο έδαφος, τους ωκεανούς ή τη βλάστηση λόγω βαρυτικής καθίζησης μέσω του οριακού στρώματος. Η ταχύτητα ξηρής απόθεσης των σωματιδίων είναι ανάλογη με το μέγεθός τους (Φυτιανός Κ.- Σαμαρά Κωνσταντίνου Κ., 2009). Στον πίνακα 2.4 παρουσιάζονται οι ταχύτητες ξηρής απόθεσης των σωματιδίων σε σχέση με το μέγεθός τους. Τέλος, στην εικόνα 2.10, παρουσιάζονται οι πηγές, οι βασικές διεργασίες και οι μηχανισμοί σχηματισμού και απομάκρυνσης των σωματιδίων. Πίνακας 2.4: Ταχύτητες ξηρής απόθεσης αιωρούμενων σωματιδίων (Φυτιανός Κ.-Σαμαρά Κωνσταντίνου Κ., 2009). Μέγεθος σωματιδίων d (μm) Ταχύτητα απόθεσης V p (cm*s -1 ) <2, >

26 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια Εικόνα 2.10: Σχηματική αναπαράσταση των πηγών, των βασικών διεργασιών και των μηχανισμών σχηματισμού και απομάκρυνσης σωματιδίων (Seinfeld and Pandis, 1997) Επίδραση στις ατμοσφαιρικές συνθήκες και στα υλικά Αναμφίβολα, τα αιωρούμενα σωματίδια μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές στο ευρύτερο περιβάλλον στο οποίο ζούμε. Ειδικότερα, έχει αποδειχτεί ότι τα σωματίδια επηρεάζουν το κλίμα άμεσα, μέσω της ανάκλασης και απορρόφησης ηλιακής ακτινοβολίας, και έμμεσα, μεταβάλλοντας τη διάρκεια ζωής και της οπτικές ιδιότητες των νεφών. Ο άμεσος τρόπος με τον οποίο τα σωματίδια μπορούν να επηρεάσουν το κλίμα, σχετίζεται με την ανάκλαση, από αυτά, μέρους της ηλιακής ακτινοβολίας. Με τον τρόπο αυτό, αυξάνεται το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας το οποίο επιστρέφει στο διάστημα από το σύστημα πλανήτης ατμόσφαιρα. Επομένως, όταν υπάρχουν στην ατμόσφαιρα σωματίδια σε μεγάλες συγκεντρώσεις, φθάνει στην επιφάνεια της γης λιγότερη ακτινοβολία με αποτέλεσμα να πέφτει η θερμοκρασία στην ατμόσφαιρα (Φυτιανός Κ.-Σαμαρά Κωνσταντίνου Κ., 2009). Ακόμη, τα σωματίδια που είναι υγροσκοπικά και έχουν αυξημένη διαλυτότητα στο νερό χρησιμεύουν σαν πυρήνες συμπύκνωσης στη δημιουργία των νεφών. Αυξημένες συγκεντρώσεις τέτοιων σωματιδίων στην ατμόσφαιρα οδηγούν σε αυξημένη νεφοκάλυψη. Η αυξημένη συγκέντρωση πυρήνων συμπύκνωσης, σημαίνει αυξημένο αριθμό σταγονιδίων στα νέφη με αποτέλεσμα, το μέγεθος των σταγονιδίων να μειώνεται και, επομένως, να καθυστερεί 18

27 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια η εκδήλωση βροχόπτωσης και να παρατείνεται ο χρόνος ζωής των νεφών στην ατμόσφαιρα. Έτσι, τα νέφη ανακλούν μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας συνεισφέροντας και αυτά στη μείωση της θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας (Φυτιανός Κ.-Σαμαρά Κωνσταντίνου Κ., 2009). Επιπλέον, η εναπόθεση σωματιδίων μπορεί να μειώσει την αισθητική των κατασκευών και των μνημείων (C. D. Cooper F. C. Alley, 2004). Τα αιωρούμενα σωματίδια, μετά την επικάθησή τους στα υλικά αντικείμενα, μπορούν να προκαλέσουν χημική διάβρωση μέσω γαλβανικής δράσης (αντιδράσεις ηλεκτροχημικής φύσης). Μάλιστα, παρουσία όξινων ή αλκαλικών σωματιδίων, υπό συνθήκες υψηλής υγρασίας, έχει ως αποτέλεσμα την έντονη επιτάχυνση του ρυθμού διάβρωσης. Η επικάθηση σωματιδίων και τα αποτελέσματα της διάβρωσης που προκαλεί, όχι μόνο αυξάνουν το κόστος διατήρησης των κτιρίων, αλλά προκαλούν και υποτίμηση της αξίας τους (Γεντακάκης Ι., 2010) Αιωρούμενα σωματίδια και δημόσια υγεία Ένα καίριο ερώτημα ως προς τις αρνητικές συνέπειες της αέριας ρύπανσης, είναι το κατά πόσο αυτή επηρεάζει την ανθρώπινη υγεία. Με άλλα λόγια απαιτείται η εκτίμηση των συνεπειών που μπορούν να έχουν συγκεκριμένες συγκεντρώσεις επιβλαβών ρύπων στην υγεία του πληθυσμού σε μια βεβαρυμμένη περιοχή. Η απάντηση στο παραπάνω ερώτημα δεν είναι καθόλου εύκολη, και αυτό όχι μόνο λόγω πολλών, ακόμα, ανεξερεύνητων επιμέρους θεμάτων (όπως π.χ. δυνατών φαινομένων συνέργειας), αλλά και λόγω δυσκολιών μεθοδολογικού χαρακτήρα, καθώς μια επιστημονικά θεμελιωμένη διερεύνηση της επίδρασης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην υγεία προϋποθέτει, τόσο επιδημιολογικές όσο και εργαστηριακές μελέτες (Μουσιόπουλος Ν., 1999). Με βάση τα παραπάνω, στην παρούσα παράγραφο, επιχειρείται η ανάλυση των επιπτώσεων των αιωρούμενων σωματιδίων στη δημόσια υγεία. Οι επιπτώσεις αυτές, μπορεί να εμφανίζονται, είτε με υψηλές, άμεσα αντιληπτές, συγκεντρώσεις, οι οποίες έχουν άμεσα βλαβερά αποτελέσματα στους ζώντες οργανισμούς και συνηθίζουμε να τις περιγράφουμε με τον όρο «επεισόδια», είτε να εκφράζονται με χαμηλές συγκεντρώσεις, μεγάλης όμως διάρκειας επικράτησης, που περιγράφονται με τον όρο «χρόνιες επιδράσεις» (Γεντεκάκης Ι., 2010). Στις εικόνες 2.11 και 2.12 παρουσιάζονται δύο τέτοια επεισόδια. Το πρώτο επεισόδιο, που είναι, ίσως, και το πιο γνωστό, συνέβη στο Λονδίνο το 1952 και κόστισε τη ζωή σε 4000 ανθρώπους, εξαιτίας της συσσώρευσης SO 2 και καπνού, που συνέβη λόγω θερμοκρασιακής αναστροφής διάρκειας πέντε ημερών. Το γεγονός αυτό είναι γνωστό με την ονομασία μεγάλο νέφος (Great Smog) και είναι αυτό που έδωσε και το όνομα «καπνομίχλη τύπου Λονδίνου» στο αντίστοιχο φαινόμενο. Το δεύτερο επεισόδιο αναφέρεται στο νέφος, που εμφανίστηκε στη Νέα Υόρκη το 1966, την Ημέρα των Ευχαριστιών, και προκάλεσε το θάνατο σε 168 ανθρώπους. Σημειώνεται ότι και τα δύο φαινόμενα είχαν σαν αποτέλεσμα δεκάδες χιλιάδες αρρώστους, μόνο σε μερικές ημέρες. 19

28 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια Εικόνα 2.11: Το νέφος του Λονδίνου, 1952 (The Telegraph, 2012). Δεν είναι, όμως, μόνο οι άμεσα προκαλούμενοι θάνατοι κατά τη διάρκεια ενός επεισοδίου έντονης ατμοσφαιρικής ρύπανσης, το μόνο πρόβλημα. Μελέτη που βασίστηκε στην ανάλυση δεδομένων 2,5 ετών, υποτιθέμενων «ακίνδυνων» επιπέδων συγκέντρωσης ρύπων στη Νέα Υόρκη και των επιπτώσεων που είχαν στους κατοίκους, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι μικρή έως μέτρια αύξηση των συγκεντρώσεων των ρύπων για διάρκεια ενός μήνα μπορούν να οδηγήσουν σε αυξημένη θνησιμότητα από καρδιακά και αναπνευστικά νοσήματα. Τα συμπεράσματα αυτά αναφέρονται για επίπεδα ρύπανσης που συνήθως δε θεωρούνται υψηλά, και τα οποία περνούν συνήθως απαρατήρητα (Γεντεκάκης Ι., 2010). Προφανώς, τα αποτελέσματα αυτά αφορούν και τα αιωρούμενα σωματίδια. Η κύρια πύλη εισόδου των αιωρούμενων σωματιδίων στον ανθρώπινο οργανισμό είναι το αναπνευστικό σύστημα. Επίσης, η διείσδυση των σωματιδίων και η ικανότητα του αναπνευστικού συστήματος να τα φιλτράρει και να προστατευτεί από αυτά, εξαρτάται άμεσα από το μέγεθός τους. Ως τα πλέον επικίνδυνα θεωρούνται τα σωματίδια διαμέτρου 0,1 1 μm, διότι σωματίδια διαμέτρου μεγαλύτερης του 1μm κατακρατούνται στην πορεία τους προς τους πνεύμονες, ενώ τα μικροσκοπικά σωματίδια φθάνουν μεν ως τις κυψελίδες, εκεί όμως δεν προσκολλώνται, αλλά αποβάλλονται με την εκπνοή (Μουσιόπουλος Ν., 1999). Για την καλύτερη κατανόηση όσων προαναφέρθηκαν, στην εικόνα 2.13, φαίνεται το ανθρώπινο αναπνευστικό σύστημα. 20

29 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια Εικόνα 2.12: Το νέφος της Νέας Υόρκης, 1966 (Neal Boenzi, The New York Times Photo Archives, 1966) Οι μηχανισμοί του συστήματος αναπνοής θα μπορούσαν να παρομοιαστούν με μια σειρά φίλτρων, τα οποία έχουν στόχο να εξασφαλίσουν ότι οι αέριες μάζες που φθάνουν στις πνευμονικές κυψελίδες, είναι κατά το δυνατόν απαλλαγμένες στερεών ή υγρών σωματιδίων. Έτσι, στην είσοδο του αναπνευστικού συστήματος, στη μύτη, υπάρχει ένα σύστημα τριχοειδών ινών, το οποίο επιτελεί την πρωτοβάθμια διήθηση, κατακρατώντας τα μεγαλύτερα σωματίδια. Στη συνέχεια, ο αέρας αναπνοής εισέρχεται στους αεραγωγούς που οδηγούν στους βρόγχους και τελικά στους πνεύμονες. Οι αεραγωγοί ακολουθούν μία περίπλοκη διαδρομή, που περιλαμβάνει πολλές απότομες αλλαγές κατεύθυνσης, με στόχο την αποκόλληση των σωματιδίων από την κύρια ροή (παρόμοια με την αρχή λειτουργίας ενός αδρανειακού διαχωριστή). Είναι προφανές ότι με τον τρόπο αυτό απομακρύνονται τα μεγαλύτερα και πάλι σωματίδια, δεδομένου ότι αυτά έχουν και τη μεγαλύτερη αδράνεια. Μετά τη σύγκρουσή τους με τα τοιχώματα του αεραγωγού, συγκρατούνται και αποφεύγεται η επάνοδός τους στη ροή από ένα στρώμα βλέννας που καλύπτει εσωτερικά τον αεραγωγό. Για την απομάκρυνση της φορτισμένης με σωματίδια βλέννας φροντίζει μια πυκνή στρώση πολύ 21

30 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια μικρών και εύκαμπτων τριχιδίων, για την ονομασία των οποίων χρησιμοποιείται ο όρος κροσσωτό επιθήλιο, που παρεμβάλλεται μεταξύ βλέννας και τοιχώματος αεραγωγού. Το κροσσωτό επιθήλιο, με παλινδρομικές κινήσεις οδηγεί τη φορτισμένη βλέννα στην έξοδο του συστήματος, δηλαδή στη μύτη, από όπου και αποβάλλεται. Τα συστήματα διήθησης που περιγράφηκαν, έχουν πολύ καλό βαθμό απόδοσης για σωματίδια διαστάσεων μέχρι 5 μm (Κυριάκης Ν., 2010). Εικόνα 2.13: Το αναπνευστικό σύστημα του ανθρώπου (Bonanno J. L., 2008) Από τα ακόμη μικρότερα σωματίδια που εξακολουθούν να υπάρχουν στη ροή του αέρα αναπνοής, τα μεγαλύτερα απομακρύνονται στους βρόγχους, όπου οι απότομες αλλαγές κατεύθυνσης συνδυάζονται με απότομες αλλαγές της διατομής ροής. Οι αλλαγές διατομής αρχικά επιταχύνουν τη ροή (στενώσεις) και στην συνέχεια την επιβραδύνουν (διαπλατύνσεις). Οι μεταβολές αυτές της ταχύτητας, σε συνδυασμό και με τις αλλαγές κατεύθυνσης, βελτιώνουν την απόδοση του μηχανισμού αδρανειακής αποκόλλησης από τη ροή, με αποτέλεσμα να κατακρημνίζονται τα μεγαλύτερα σωματίδια στην περιοχή 1 5 μm. Στην έξοδο, επομένως, των βρόγχων, που είναι και είσοδος των πνευμόνων, πρακτικά υπάρχουν μόνο σωματίδια, που είναι τόσο μικρά, ώστε να διαφεύγουν από τους μηχανισμούς 22

31 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια συγκράτησης που περιγράφηκαν μέχρις εδώ, δηλαδή τα μικρότερα του 1μm (Κυριάκης Ν., 2010). Το κυρίως πρόβλημα, όπως αναφέρθηκε, δημιουργείται από τα σωματίδια διαμέτρου 0,1 1μm. Αυτά εισερχόμενα στις πνευμονικές κυψελίδες, τελικά κατακρημνίζονται από αυτές και η απομάκρυνσή τους είναι εξαιρετικά δυσχερής. Ο οργανισμός διαθέτει το τελευταίο στάδιο άμυνας, μια κατηγορία κυττάρων που ονομάζονται μακροφάγοι, τα οποία επικαλύπτουν αυτούς τους «εισβολείς» και τους αδρανοποιούν. Η συσσώρευση, όμως, των αδρανοποιημένων σωματιδίων καταλήγει τελικά σε μείωση της χωρητικότητας των πνευμόνων σε αέρα, και επομένως σε περιορισμό της αναπνευστικής ικανότητας (Κυριάκης Ν., 2010). Για να γίνει, πλήρως, κατανοητό το μέγεθος των αιωρούμενων σωματιδίων, που εισέρχονται στο αναπνευστικό σύστημα του ανθρώπου, και ιδιαίτερα των λεπτών, ακολουθούν οι εικόνες 2.14 και Εικόνα 2.14: Τυπικό μέγεθος αιωρούμενων σωματιδίων PM 10 και PM 2.5 συγκριτικά με το μέγεθος κόκκου άμμου και τρίχας μαλλιών (Κουλλαπής Ν., 2010) Εικόνα 2.15: Μέγεθος σωματιδίου PM 2.5 συγκριτικά με τρίχα μαλλιών μεγεθυμένη 1000 φορές (Κουλλαπής Ν., 2010) 23

32 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια Αρκετές επιδημιολογικές μελέτες, έχουν δείξει συσχέτιση στις συγκεντρώσεις σωματιδίων PM 10 και PM 2.5, σε αστικό περιβάλλον, με τη θνησιμότητα ή άλλα προβλήματα υγείας. Υπάρχουν, επίσης, ενδεικτικά επιδημιολογικά στοιχεία, ότι η κατοίκηση κοντά σε μια μεγάλη τοπική πηγή ατελούς καύσης, που παράγει αιθάλη, αυξάνει τον κίνδυνο αναπνευστικών ή καρδιαγγειακών νοσημάτων. Αναφέρονται ενδεικτικά δύο παραδείγματα. Το πρώτο, αφορά την ταχεία μείωση της θνησιμότητας σε συνδυασμό με τη μείωση της αιθάλης, λόγω της απαγόρευσης πώλησης άνθρακα για οικιακή θέρμανση στο Δουβλίνο. Στο δεύτερο, παρατηρήθηκε παρόμοια αλλαγή όσον αφορά στις συγκεντρώσεις PM 10, στις εισαγωγές παιδιών στο νοσοκομείο και τη θνησιμότητα, σε σχέση με το προσωρινό κλείσιμο ενός χαλυβουργείου στη Γιούτα. Επιπλέον, τα επίπεδα του στοιχειακού και οργανικού άνθρακα και υδρογονανθράκων στα σωματίδια PM 2.5, έχουν συσχετιστεί με αυξημένη συχνότητα βρογχίτιδας σε ασθματικά παιδιά και έκτατες επισκέψεις σε νοσοκομεία, ανθρώπων που πάσχουν από καρδιαγγειακά νοσήματα (Hitzenberger et al., 2009). Μόνο στη Θεσσαλονίκη, εμφανίζονται κάθε χρόνο 450 νέες περιπτώσεις χρόνιας βρογχίτιδας, που αφορούν ενήλικες άνω των 27 ετών (Vlachokostas Ch., 2013). Ακόμη, μέταλλα όπως ο χαλκός, το νικέλιο, το βανάδιο, ο σίδηρος και ο ψευδάργυρος, που προέρχονται από βιομηχανίες μετάλλου ή φρένα αυτοκινήτων έχουν συσχετιστεί με καρδιοαναπνευστικά προβλήματα. Τέλος, τα μεταλλικά συστατικά του εδάφους, στα σωματίδια PM 10, έχουν συσχετιστεί με συμπτώματα της άνω αναπνευστικής οδού και άσθμα και, περιστασιακά, με τη θνησιμότητα (Hitzenberger et al., 2009). Επομένως, ανακεφαλαιώνοντας, οι επιπτώσεις των αιωρούμενων σωματιδίων που σχετίζονται με τη βραχυχρόνια έκθεση είναι: Φλεγμονώδεις αντιδράσεις των πνευμόνων. Αναπνευστικά συμπτώματα. Δυσμενείς επιδράσεις στο καρδιαγγειακό σύστημα. Αύξηση στη χρήση φαρμάκων. Αύξηση των εισαγωγών σε νοσοκομεία. Αύξηση της θνησιμότητας (WHO, 2006) Αντίθετα, οι επιπτώσεις που σχετίζονται με τη μακροχρόνια έκθεση σε σωματιδιακούς ρύπους είναι: Αύξηση συμπτωμάτων του κατώτερου αναπνευστικού. Μείωση της λειτουργίας των πνευμόνων στα παιδιά. Αύξηση χρόνιας αποφρακτικής πνευμονικής νόσου. Μείωση της λειτουργίας των πνευμόνων σε ενήλικες. Μείωση του προσδόκιμου ζωής, λόγω, κυρίως, της καρδιοπνευμονικής θνησιμότητας και, πιθανώς, του καρκίνου του πνεύμονα (WHO, 2006). 24

33 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια Ένας σημαντικός δείκτης, που καταφέρνει να ποσοτικοποιήσει και να κάνει πιο κατανοητές τις τραγικές επιπτώσεις των αιωρούμενων σωματιδίων και γενικότερα της αέριας ρύπανσης στη δημόσια υγεία, είναι ο δείκτης YOLL (Years Of Life Lost χρόνια χαμένης ζωής). Ενδεικτικά, αναφέρεται ότι συγκεκριμένος δείκτης για τη Θεσσαλονίκη είναι χρόνια χαμένης ζωής. Αυτό σημαίνει ότι, αναμένεται για κάθε κάτοικο, μείωση κατά 10, περίπου, μήνες στο μέσο προσδόκιμο ζωής του (Vlachokostas Ch., 2013). Με βάση τα παραπάνω, στην εικόνα 2.16 αναγράφονται τα χρόνια χαμένης ζωής, στην Ευρώπη, που οφείλονται μόνο στο ρύπο PM 2.5, κατά τη διάρκεια μιας εικοσαετίας ( ). Κατ αντιστοιχία έχουν θεσπιστεί τρεις ακόμα δείκτες, που σχετίζονται με τις επιπτώσεις των αιωρούμενων σωματιδίων στην ανθρώπινη υγεία και αφορούν στις εισαγωγές σε νοσοκομεία λόγω αναπνευστικών (RHA) και καρδιαγγειακών (CHA) προβλημάτων και στις ημέρες περιορισμένης δραστηριότητας (RAD). Αναφέρεται, ότι οι δείκτες αυτοί για την πόλη της Θεσσαλονίκης κυμαίνονται σε υψηλά επίπεδα και συγκεκριμένα στις 335 και 290 εισαγωγές για τους δείκτες RHA και CHA, αντίστοιχα, ενώ ο δείκτης RAD εκτιμάται σε 1,6 εκατομμύρια ημέρες, το οποίο αντιστοιχεί, περίπου, σε 1,5 ημέρα/κάτοικο (Βλαχοκώστας Χ., 2009). Εικόνα 2.16: Χρόνια χαμένης ζωής στην Ευρώπη, για το ρύπο PM 2.5 (European Environment Agency). Σε αυτό το σημείο, κρίνεται απαραίτητο να αναφερθούν οι οδηγίες που έχουν εκδοθεί μέχρι σήμερα, καθώς επίσης και τα όρια στόχοι που έχουν νομοθετηθεί, για τις συγκεντρώσεις των αιωρούμενων σωματιδίων. Έτσι, οι οδηγίες που αφορούν στην ποιότητα της ατμόσφαιρας είναι: 25

34 Λεπτά αιωρούμενα σωματίδια Εναρμόνιση της οδηγίας 1996/62/ΕΚ για την εκτίμηση και διαχείριση της ποιότητας του αέρα του περιβάλλοντος (ΚΥΑ 3277/209/2000, ΦΕΚ 180/Β/ ). Εναρμόνιση της οδηγίας 1999/30/ΕΚ για τις οριακές τιμές διοξειδίου του θείου, οξειδίων του αζώτου, σωματιδίων και μολύβδου, στον αέρα του περιβάλλοντος (ΠΥΣ 34/ , ΦΕΚ 125/Α/5-6-02). Εναρμόνιση της οδηγίας 2000/69/ΕΚ για τις οριακές τιμές βενζολίου και μονοξειδίου τα άνθρακα στον αέρα του περιβάλλοντος (ΚΥΑ 9238/332, ΦΕΚ 405Β/ ) Εναρμόνιση της οδηγίας 2002/3/ΕΚ σχετικά με το όζον στον ατμοσφαιρικό αέρα (ΚΥΑ ΗΠ 38638/2016, ΦΕΚ 1334Β/ ). Εναρμόνιση της οδηγίας 2004/107/ΕΚ σχετικά με το αρσενικό, το κάδμιο, τον υδράργυρο, το νικέλιο και τους πολυκυκλικούς υδρογονάνθρακες στον ατμοσφαιρικό αέρα (ΚΥΑ ΗΠ 22306/1075/Ε103, ΦΕΚ 920Β/8.6.07). Οδηγία 2008/50/ΕΚ για την ποιότητα του ατμοσφαιρικού αέρα και καθαρότερο αέρα για την Ευρώπη, η οποία συσσωματώνει την 96/62/ΕΚ και τις τρεις θυγατρικές της (1999/30/ΕΚ, 2000/69/ΕΚ και 2002/3/ΕΚ), όπως και την απόφαση 97/101/ΕΚ για την καθιέρωση διαδικασίας για την αμοιβαία ανταλλαγή πληροφοριών και δεδομένων ατμοσφαιρικής ρύπανσης από μεμονωμένους σταθμούς και δίκτυα (ΥΠΕΚΑ). Τέλος, τα όρια που έχουν νομοθετηθεί βάσει των Ευρωπαϊκών Οδηγιών αφορούν μόνο στα σωματίδια PM 10 και PM 2.5, καθώς για τα σωματίδια PM 1 δεν έχει καθοριστεί κάποιο όριο. Έτσι, το ετήσιο όριο των αιωρούμενων σωματιδίων PM 2.5 είναι στα 20 μg/m 3, με στόχο εφαρμογής την 1/1/2015. Το όριο αυτό είναι νομικά δεσμευτικό, γεγονός που σημαίνει ότι μη συμμόρφωση με αυτό συνεπάγεται την επιβολή προστίμων. Αντίστοιχα, για τα PM 10 το όριο είναι 40 μg/m 3. Για τα τελευταία έχει καθοριστεί σαν μέσο ημερήσιο όριο τα 50 μg/m 3, όμως αυτή η τιμή δεν πρέπει να υπερβαίνεται πάνω από 35 φορές το χρόνο (European Commission). 26