ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΜΟΥΣΙΟΠΟΥΛΟΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΑΡΜΟΔΙΟΙ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ: ΦΡΑΓΚΟΥ ΕΥΑΓΓΕΛΙΑ, ΝΤΟΥΡΟΣ ΙΩΑΝΝΗΣ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ & ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΕΚΠΟΜΠΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΩΝ ΡΥΠΩΝ ΑΠΟ ΛΑΤΟΜΕΙΑ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ ΑΓΓΟΥΡΑΚΗΣ ΦΙΛΙΠΠΟΣ ΑΕΜ.: 4384 ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΜΟΥΣΙΟΠΟΥΛΟΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΑΡΜΟΔΙΟΙ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ: ΦΡΑΓΚΟΥ ΕΥΑΓΓΕΛΙΑ, ΝΤΟΥΡΟΣ ΙΩΑΝΝΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2013

ARISTOTLE UNIVERSITY OF THESSALONIKI DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING ENERGY SECTOR LABORATORY OF HEAT TRANSFER & ENVIRONMENTAL ENGINEERING UNDERGRADUATE DISSERTATION TITLE EMISSION FACTOR ESTIMATION FOR PM10 FROM QUARRYING ACTIVITIES IN CYPRUS, USING AN INVERSE MODELING METHODOLOGY AGGOURAKIS PHILIPPOS ΑΕΜ.: 4384 SUPERVISOR: PROF. N. MOUSIOPOULOS RESPONSIBLE FOR MONITORING: FRAGKOU EYANGELIA, NTOUROS IOANNIS THESSALONIKI 2013

1. ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ 5. Υπεύθυνος: Καθ. Ν. ΜΟΥΣΙΟΠΟΥΛΟΣ 2. ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ 3. ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΤΟΜΕΑΣ 6. Αρμόδιοι Παρακολούθησης: ΦΡΑΓΚΟΥ ΕΥΑΓΓΕΛΙΑ ΝΤΟΥΡΟΣ ΙΩΑΝΝΗΣ 4. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ 7. Τίτλος Εργασίας: ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΕΚΠΟΜΠΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΩΝ ΡΥΠΩΝ ΑΠΟ ΛΑΤΟΜΕΙΑ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ 8. Ονοματεπώνυμο φοιτητή: Αγγουράκης Φίλιππος 10. Θεματική Περιοχή: 11. Ημερ. Έναρξης: ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ 03/2011 ΡΥΠΑΝΣΗ 14. Περίληψη: Η παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του έργου «Παροχή Υπηρεσιών για την Ανάπτυξη Απογραφής Εκπομπών που περιλαμβάνει τη Δημιουργία Βάσης Δεδομένων Εκπομπών Αερίων Ρύπων και την Αγορά Λογισμικού Προσομοίωσης και Πρόβλεψης της Ποιότητας του Αέρα στην Κύπρο». Στα πλαίσια της συγκεκριμένης μελέτης πραγματοποιήθηκε αξιολόγηση των εκπομπών αιωρούμενων σωματιδίων ΑΣ 10 (αεροδυναμική διάμετρος <10 μm) από διεργασίες σε λατομεία της Κύπρου. Στο πρώτο εισαγωγικό κεφάλαιο γίνεται μια γενική αναφορά στην ατμοσφαιρική ρύπανση και ειδικότερα στις πηγές εκπομπής αιωρούμενων σωματιδίων, οι οποίες έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές συνέπειες. Επίσης, γίνεται μία αναφορά στις δραστηριότητες εξόρυξης στην Ευρώπη, οι οποίες θεωρούνται κύριες πηγές εκπομπής σωματιδίων και στα μέσα ετήσια επίπεδα συγκέντρωσης ΑΣ 10. Η συνεισφορά αυτών των δραστηριοτήτων στις συνολικές συγκεντρώσεις ΑΣ 10 είναι σημαντική και δεν μπορεί να αγνοηθεί, γεγονός που οδήγησε στην εκπόνηση της παρούσας εργασίας για την περιοχή της Κύπρου, όπου η λατομική βιομηχανία είναι έντονα δραστηριοποιημένη.στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται οι πηγές εκπομπής αιωρούμενων σωματιδίων στην περιοχή της Κύπρου. Γίνεται μία γενική περιγραφή για το κλίμα της περιοχής, για την ποιότητα του αέρα και για το φαινόμενο μεταφοράς σκόνης από την Σαχάρα, καθώς και για το πώς συμβάλλουν αυτά στη συγκέντρωση αιωρούμενων σωματιδίων στην ατμόσφαιρα. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μεθοδολογία που εφαρμόστηκε στην παρούσα μελέτη. Περιλαμβάνει τις περιόδους μελέτης, τα λατομεία και τη μέθοδο δειγματοληψίας. Γίνεται περιγραφή του μοντέλου διασποράς που χρησιμοποιήθηκε και των παραδοχών στις οποίες βασίζεται. Τέλος, περιλαμβάνει την περιγραφή των προγραμμάτων ανάλυσης και οπτικοποίησης αποτελεσμάτων. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται σύγκριση των τιμών των μετρήσεων των φίλτρων με τις μετρήσεις του σταθμού υποβάθρου με τη μορφή διαγραμμάτων, για τα πέντε λατομεία που επιλέχθηκαν. Επίσης παρουσιάζονται τα διαγράμματα διασποράς ΑΣ10 και τα ροδογράμματα ανέμου για τις συγκεκριμένες περιόδους και σημεία μελέτης. Τέλος, παρουσιάζονται με τη μορφή πίνακα οι νέοι συντελεστές εκπομπής που προέκυψαν με την εφαρμογή της αντίστροφης μοντελοποίησης. Στο πέμπτο κεφάλαιο αναφέρονται τα συμπεράσματα της εργασίας. 9. Αριθμός Μητρώου: 4384 12. Ημερ. Παράδοσης: 13. Αριθμός Εργασίας 07/2013 15. Στοιχεία Εργασίας Αρ. Σελίδων: 70 Αρ. Εικόνων: 58 Αρ. Διαγραμμάτων: Αρ. Πινάκων: 14 Αρ. Παραρτημάτων: 1 Αρ. Παραπομπών: 16. Λέξεις Κλειδιά: Αιωρούμενα σωματίδια ΑΣ 10 Γκαουσιανό μοντέλο διασποράς Συντελεστής εκπομπής 17. Σχόλια 18. Συμπληρωματικές Παρατηρήσεις: 19. Βαθμός

1. ARISTOTLE UNIVERSITY OF THESSALONIKI 2. DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING 3. ENERGY SECTOR 4. LABORATORY OF HEAT TRANSFER AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING 5. Supervisor: Prof. N. Mousiopoulos 6. Undergraduate dissertation title: EMISSION FACTOR ESTIMATION FOR PM10 FROM QUARRYING ACTIVITIES IN CYPRUS, USING AN INVERSE MODELING METHODOLOGY 7. Student name: Aggourakis Philippos 8. Student Registration No:4384 9. Topic area: PARTICULATE AIR POLLUTION 10. Start date:6/2011 03/2011 11.Presentation date: 07/2013 12. Dissertation No. 13. Summary: This study was conducted within the project "Provision of services for the development of an emission inventory that includes creating a database of greenhouse gas emissions and Software Market modeling and forecasting of air quality in Cyprus." In the context of this study, an evaluation of emissions PM10 (aerodynamic diameter <10 microns) from quarrying operations in Cyprus. In the first introductory chapter is a general reference to atmospheric pollution and in particular emission sources of particulate matter, which have significant environmental consequences. Also, there is a reference to mining operations in Europe, which are major sources of particulate emissions and annual average PM10 concentration levels. The contribution of these activities to total PM10 concentrations are significant and cannot be ignored, which led to the preparation of this work to the area of Cyprus, where the quarrying industry is vibrant. The second chapter describes the sources of particulate emissions in Cyprus. A general description of the climate, the quality of air and dust carryover from the Sahara, and how these contribute to the concentration of aerosols in the atmosphere. The third chapter presents the methodology used in this study. Includes the study periods, quarries and the sampling method. A description of the dispersion model used and the assumptions on which it is based. Finally, it includes a description of program analysis and visualization of results. In the fourth chapter a comparison between measurements of filters with measurements of plant background in the form of diagrams for the five quarries selected. It also presents the scatter plots PM10 and wind roses for specific periods and places of study. Finally, are presented in tabular form the new emission factors obtained by applying the inverse modeling. The fifth chapter presents the conclusions of the work. 14. The dissertation comprises of: No. of pages:70 No. of pictures:58 No. of figures: No. of tables: 14 No. of annexes: 1 No. of references: 15. Keywords: PM10 16. Comments: GAUSSIAN DISPERSION MODEL EMISSION FACTOR 17. Additional notes: 18. Grade:

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διπλωματική εργασία με τίτλο «Αποτίμηση εκπομπών σωματιδιακών ρύπων από λατομεία με χρήση μοντέλου διασποράς», αποτελεί τον επίλογο των σπουδών μου στο Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Ως κύριο στόχο έχει την εφαρμογή μοντέλου διασποράς για την προσομοίωση εκπομπών αιωρούμενων σωματιδίων σε λατομεία στην Κύπρο και την εύρεση ενός ακριβέστερου συντελεστή εκπομπής από αυτόν της βιβλιογραφίας. Για την ολοκλήρωση αυτής της εργασίας, σημαντική ήταν η συνεισφορά ορισμένων ανθρώπων τους οποίους οφείλω να ευχαριστήσω. Ευχαριστώ τον καθηγητή μου κ. Νικόλαο Μουσιόπουλο του Εργαστηρίου Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής, για το γνωστικό υπόβαθρο που μου παρείχε κατά τη διάρκεια των σπουδών μου στο τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του Α.Π.Θ και χωρίς αυτό η ολοκλήρωση της παρούσης εργασίας δεν θα ήταν εφικτή. Στο σημείο αυτό θερμές ευχαριστίες οφείλονται στα μέλη του Εργαστηρίου Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής, κ. Φράγκου Ευαγγελία και κ. Ντούρο Ιωάννη για την ανάθεση και επίβλεψη της διπλωματικής εργασίας αλλά και για τις χρήσιμες συμβουλές τους ώστε να καταστεί εφικτή η εκπόνηση της παρούσας διπλωματικής εργασίας.

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ 1. Εισαγωγή... 1 1.1 Ατμοσφαιρική ρύπανση... 1 1.2 Αιωρούμενα σωματίδια... 3 1.3 Δραστηριότητες εξόρυξης στην Ευρώπη... 6 1.4 Σκοπός της εργασίας... 13 2 Περιοχή της Κύπρου... 14 2.1 Ύπαρξη αγνώστων και ανεξέλεγκτων πηγών εκπομπών... 14 2.2 Κλίμα Κύπρου... 14 2.3 Ποιότητα αέρα στην Κύπρο... 15 2.4 Μεταφορά της σκόνης από την Σαχάρα προς την Κύπρο... 17 3. Μεθοδολογία... 19 3.1 Περίοδοι και σημεία μελέτης... 19 3.2 Τα λατομεία της μελέτης και μέθοδος δειγματοληψίας... 22 3.3 Γκαουσιανά μοντέλα διασποράς... 32 3.4 Μελέτη διασποράς αιωρούμενων σωματιδίων ΑΣ10 με το Γκαουσιανό μοντέλο PAL (Points Area Line)... 35 3.5 Περιγραφή προγραμμάτων για ανάλυση και οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων... 36 4 Αποτελέσματα... 38 4.1 Αποτελέσματα υπολογισμών PAL και σύγκριση με μετρήσεις... 38 4.2 Εκτίμηση συντελεστή εκπομπής... 62 5 Συμπεράσματα Τελικές παρατηρήσεις... 65 6. Βιβλιογραφία... 67 Παράρτημα... 68

1 1. Εισαγωγή 1.1 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. Οι κυριότεροι ατμοσφαιρικοί ρύποι ως προς τις επιπτώσεις αλλά και ως προς το μέγεθος συγκέντρωσης τους δίνονται στον πίνακα 1.1. Πίνακας 1.1. Οι κυριότεροι ρύποι ως προς τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις και ως προς το μέγεθος συγκέντρωσης τους. (Φυτιανός Κ., Σαμαρά-Κωνσταντίνου Κ., 2009) Σύμβολο CO Pb NO2, NOX O3 TSP,ΑΣ 10,ΑΣ 2.5 SO2, S0X CFCS CH4 C02 HFCS N20 PFCS VOC ΚΥΡΙΟΤΕΡΟΙ ΡΥΠΟΙ Αέριο Μονοξείδιο του Άνθρακα Μόλυβδος Διοξείδιο του Άνθρακα, Οξείδια του αζώτου Όζον Αιωρούμενα σωματίδια (ολικά διαμέτρου μικρότερης των 10 μm, διαμέτρου μικρότερης των 2.5 μm) Διοξείδιο του Θείου, Οξείδια του Θείου Χλωροφθοράνθρακες Μεθάνιο Διοξείδιο του Άνθρακα (πολύ)φθοριωμένοι υδρογονάνθρακες Οξείδιο του Αζώτου Υπερθφοροϋδρογονάνθρακες Πτητικές (ασταθείς) οργανικές ενώσεις

2 Η εκπομπή ρύπων στην ατμόσφαιρα οφείλεται τόσο σε φυσικές διεργασίες, όσο και σε ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Σε παγκόσμια κλίμακα, οι εκπομπές ορισμένων ρύπων από την ίδια την φύση είναι μεγαλύτερες από τις αντίστοιχες που προέρχονται από ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Επειδή όμως οι ανθρωπογενείς εκπομπές ρύπων συγκεντρώνονται στις αστικές και βιομηχανικές περιοχές, οι συγκεντρώσεις των ρύπων στις περιοχές αυτές είναι πολλές φορές μεγαλύτερες από τα επιτρεπτά από τη νομοθεσία, όρια. Στον πίνακα 1.2 αναφέρονται οι κυριότερες φυσικές πηγές ρύπανσης και οι εκπομπές τους και στον πίνακα 1.3 αναφέρονται οι κυριότερες διεργασίες με τις οποίες προκαλείται ανθρωπογενής ρύπανση της ατμόσφαιρας. Πίνακας 1.2: Φυσικές διεργασίες που προκαλούν ρύπανση. (Φυτιανός Κ., Σαμαρά- Κωνσταντίνου Κ., 2009) Πηγές Ηφαίστεια Πυρκαγιές δασών Ωκεανοί Αποσάθρωση εδάφους Βιολογική αποσύνθεση φυτών και ζώων Φυτά και δέντρα Εκπομπές Αιωρούμενα σωματίδια, διοξείδιο του θείου, υδρόθειο και μεθάνιο Αιωρούμενα σωματίδια, μονοξείδιο και διοξείδιο του άνθρακα Χλωριούχο νάτριο θειικά άλατα Αιωρούμενα σωματίδια Υδρογονάνθρακες, αμμωνία και υδρόθειο υδρογονάνθρακες Πίνακας 1.3: Ανθρωπογενείς διεργασίες που προκαλούν ρύπανση της ατμόσφαιρας. (Φυτιανός Κ., Σαμαρά-Κωνσταντίνου Κ, 2009) Καύση Εξάτμιση Τριβή Διεργασία Σκοπός Εκπομπές Θέρμανση, μεταφορές, Αιωρούμενα σωματίδια, καπνός CO,S02,NOX, παραγωγή ηλεκτρικής υδρογονάνθρακες, κ.α ενέργειας Βιομηχανικές εφαρμογές Βιομηχανικές εφαρμογές, αστικές δραστηριότητες Αέριοι ρύποι (υδρογονάνθρακες, υδρόθειο, πτητικές οργανικές ενώσεις, κ.α) Αιωρούμενα σωματίδια

3 1.2 Αιωρούμενα σωματίδια Ως αιωρούμενα σωματίδια χαρακτηρίζουμε κάθε σώμα, στερεό ή υγρό, εκτός του ύδατος, που βρίσκεται σε διασπορά και έχει διάμετρο μεγαλύτερη από 0,0002 μm και μικρότερη από 500 μm περίπου. Η σκόνη, ο καπνός, η ιπτάμενη τέφρα αποτελούν χαρακτηριστικά παραδείγματα αιωρούμενων σωματιδίων. Κάποια σωματίδια είναι αρκετά μεγάλα ή σκουρόχρωμα, ώστε καθίστανται ορατά σαν καπνός, ενώ άλλα είναι τόσο μικρά που δύνανται να ανιχνευθούν μόνο με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Ορισμένα σωματίδια διαφεύγουν απευθείας από τις πηγές τους, όπως οι καπνοδόχοι και τα αυτοκίνητα. Σε άλλες πάλι περιπτώσεις, αέρια όπως CO, SO2, NOx, και VOC αντιδρούν με διάφορες ενώσεις του αέρα και δημιουργούν έτσι τα λεπτόκοκκα σωματίδια. Η φύση τους και η χημική σύστασή τους ποικίλλει, και εξαρτάται από την τοποθεσία, την εποχή του χρόνου και τις καιρικές συνθήκες. Η συγκέντρωση των αιωρούμενων σωματιδίων σε καθαρή ατμόσφαιρα είναι της τάξεως των 10 μg/m 3. Τα αιωρούμενα σωματίδια βέβαια δεν είναι ένας ενιαίος ρύπος, αλλά μάλλον είναι ένα μίγμα πολλών ρύπων. Μέτρο της προσροφητικής ικανότητας των σωματιδίων αποτελεί η ειδική επιφάνειά τους, η οποία αυξάνει όσο μειώνεται η διάμετρος των σωματιδίων. Αυτό συγκλίνει και με τις τελευταία δημοσιευμένες έρευνες σύμφωνα με τις οποίες τα πιο επικίνδυνα για την ανθρώπινη υγεία σωματίδια είναι αυτά με την μικρότερη διάμετρο. Γενικά, διακρίνουμε δύο κατηγορίες αιωρούμενων σωματιδίων, οι οποίες διαφέρουν ως προς την προέλευση, τη χημική τους σύσταση και την επικινδυνότητά τους: τα ΑΣ 10 (εισπνεύσιμα αιωρούμενα σωματίδια) και ΑΣ 2.5 (αναπνεύσιμα αιωρούμενα σωματίδια). Τα τελευταία περιλαμβάνουν σωματίδια που μπορούν να διεισδύσουν βαθιά στο αναπνευστικό σύστημα και να αποτεθούν στους τερματικούς βρόγχους και τις πνευμονικές κυψελίδες. Αιωρούμενα σωματίδια διαμέτρου μεταξύ 10 μm, χαρακτηρίζονται ως χονδρόκοκκα σωματίδια, ΑΣ 10. Τα χονδρόκοκκα σωματίδια έχουν διάφορες πηγές προέλευσης, όπως από τη σκόνη μεταφερόμενη με τον άνεμο, από οχήματα τα οποία κινούνται σε άστρωτους δρόμους, από μηχανήματα βιομηχανιών συμπιέσεως, λιωσίματος και τροχισμού διαφόρων υλικών, αλέσματος, κ.ά.. Σχηματίζονται υπό την επίδραση, κυρίως, μηχανικών δυνάμεων, όπως η τριβή και η σύνθλιψη. Σωματίδια σκόνης ή χώματος προέρχονται από την κίνηση του ανέμου, ή από άλλες μηχανικές δράσεις της περιοχής. Αιωρούμενα σωματίδια διαμέτρου μικρότερης των 2.5 μm (<2.5μm) αναφέρονται ως λεπτόκοκκα σωματίδια, ΑΣ 2.5. Αποδίδονται στα σχηματιζόμενα από την αέρια φάση σωμάτια, με διαδοχικές συσσωρεύσεις, συμπύκνωση, μεταφορά ή καύση, και αρχικά έχουν διάμετρο περίπου 0.05 μm. Αναφέρονται ως πολύ λεπτόκοκκα σωματίδια ή πυρήνες σωματιδίων. Τα

4 σωματίδια αυτά έχουν την τάση να συσσωρεύονται περαιτέρω, σχηματίζοντας τα χαρακτηριζόμενα ως συσσωρευμένα σωματίδια, διαμέτρου γύρω στα 0.5 μm και τα οποία είναι σχετικά σταθερά στον αέρα.. Τα πολύ λεπτόκοκκα σωματίδια τα οποία συνενώνονται, υπό φυσιολογικές βεβαίως ατμοσφαιρικές συνθήκες, προς συσσωρευμένα, δεν μπορούν να φτάσουν σε μέγεθος χονδρόκοκκων σωματιδίων. Τα ΑΣ2.5 προκύπτουν από πολλές, διαφορετικές πηγές, όπως από τα καυσαέρια των αυτοκινήτων, από διάφορες βιομηχανικές εγκαταστάσεις, από εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς επίσης και από οικιακές εστίες φωτιάς, τζάκια, φούρνοι κ.ά., κι έτσι η σύστασή τους ποικίλλει. Δημιουργούνται επίσης από αέρια πυρανάφλεξης, τα οποία μετατρέπονται με χημικό τρόπο σε σωματίδια. Τα σωματίδια με διάμετρο μικρότερη από 0,1 μm είναι πολύ μικρά συγκρινόμενα με το μήκος κύματος του ορατού φάσματος και συμπεριφέρονται όπως τα άλλα μόρια. Σωματίδια με διάμετρο μεγαλύτερη του 1 μm είναι πολύ μεγάλα σε σύγκριση με το μήκος κύματος του ορατού φάσματος, κι εμφανίζουν παρόμοια συμπεριφορά με τα μικροσκοπικά αντικείμενα, δηλαδή διαχέουν ή διακόπτουν το φως. Στον πίνακα 1.4 δίνεται μία εκτίμηση της ετήσιας παραγωγής ατμοσφαιρικών σωματιδίων με d<100 μm, σε παγκόσμια κλίμακα. Πίνακας 1.4: Παγκόσμια παραγωγή ατμοσφαιρικών σωματιδίων μικρότερων από 100 μm (T*10 6 /έτος). ( Φυτιανός Κ., Σαμαρά-Κωνσταντίνου Κ., 2009) Πρωτογενή σωματίδια Παραγόμενη Δευτερογενή Παραγόμενη ποσότητα σωματίδια ποσότητα Φυσικές πηγές Σκόνη εδάφους 1000-3000 Θειικά από βιογενή αέρια 60-110 Θαλάσσια σταγονίδια 1000-10000 Θειικά από ηφαιστειακό SO2 10-20 Ηφαιστειακές εκπομπές 4-10000 Οργανικά από βιογενή VOC 40-200 Πρωτογενή οργανικά 10-40 26-80 Νιτρικά από NOX αεροζόλ Σύνολο 2030-20380 Σύνολο 120-380 Ανθρωπογενείς πηγές Βιομηχανικές εκπομπές πλην αιθάλης Αιθάλη 10-30 40-30 Θειικά από SO2 120-180 Νιτρικά από NOX Οργανικά από ανθρωπογενή 20-50 Καύση βιομάζας 50-190 VOC 5-25 Σύνολο 100-350 Σύνολο 145-255

5 Τα αιωρούμενα σωματίδια στην ατμόσφαιρα έχουν πολύ σημαντικές περιβαλλοντικές συνέπειες όπως: Σε υψηλές συγκεντρώσεις αποτελούν σημαντικό κίνδυνο για την υγεία του αναπνευστικού. Απορροφούν και διαχέουν την ορατή ακτινοβολία περιορίζοντας την ορατότητα της ατμόσφαιρας και συμβάλλοντας αρνητικά στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Χρησιμεύουν σα πυρήνες συμπύκνωσης για τη δημιουργία νεφών. Έχουν σημαντικό ρόλο σε χημικές αντιδράσεις. Επηρεάζουν άμεσα (σκεδάζουν την ηλιακή ακτινοβολία πίσω στο διάστημα) ή έμμεσα (με επιπτώσεις στην ανακλαστικότητα και απορροφητικότητα των νεφών) το κλίμα Καθορίζουν την ποιότητα του αέρα Επηρεάζουν τη δημιουργία νεφών και την ατμοσφαιρική χημεία. Γενικά τα αιωρούμενα σωματίδια αυξάνουν την ανακλαστικότητα της ατμόσφαιρας με αποτέλεσμα να φθάνει στην επιφάνεια της γης λιγότερη ακτινοβολία και συνεπώς να έχουμε μείωση της θερμοκρασίας. Συγχρόνως όμως έχουμε και επιπτώσεις των αερολυμάτων στην υγεία. Εκτιμάται ότι τα βραχυχρόνια επεισόδια ρύπανσης είναι υπεύθυνα για το 7-10% των ασθενειών του κατώτερου αναπνευστικού στα παιδιά, και το ποσοστό αυτό μπορεί να φθάσει το 20% στις ρυπασμένες αστικές περιοχές. Ακόμη, έρευνες έδειξαν ότι 4-8% των πρώιμων θανάτων οφείλεται σε έκθεση σε αιωρούμενα σωματίδια. Η διαπερατότητα των σωματιδίων στο ανθρώπινο αναπνευστικό σύστημα είναι συνάρτηση της αεροδυναμικής τους διαμέτρου τμήματα του αναπνευστικού που εξετάζουμε είναι ο ρινοφάρυγγας και η τραχεία, ο θώρακας και οι κυψελίδες. Τα σωματίδια που διαπερνούν την πρώτη περιοχή λέγονται αναπνεύσιμα, τη δεύτερη θωρακικά και την τρίτη εσπνεύσιμα. Με αυτό τον τρόπο μπορούμε να διαχωρίσουμε τα σωματίδια με την αεροδυναμική διάμετρό τους. Στην εικόνα 1.1 παρουσιάζεται η διαπερατότητα των αιωρούμενων σωματιδίων στον ανθρώπινο οργανισμό. Αναπνεύσιμα : 10<Dp<200μm Θωρακικά : 4<Dp<10μm Εισπνεύσιμα : Dp<4μm

6 Εικόνα 1.1 : Διαπερατότητα των αιωρούμενων σωματιδίων στον ανθρώπινο οργανισμό. (URL1 ). 1.3 Δραστηριότητες εξόρυξης στην Ευρώπη Η Ευρώπη εάν και δεν είναι από τους σημαντικότερους παραγωγούς μετάλλων, σε σύγκριση με τις άλλες ηπείρους, είναι όμως η έδρα για μερικές από τις μεγαλύτερες εταιρείες εξόρυξης στον κόσμο, όπως για παράδειγμα οι Anglo American, Rio Tinto και BHP Billiton. Υπάρχουν μεγάλες βάσεις εξόρυξης ορυκτών και χρυσού στην Ιρλανδία, Ισπανία, Πορτογαλία, Ρουμανία, Τουρκία, Σουηδία και Φιλανδία. Ο άνθρακας είναι ένα από τα σημαντικότερα ευρωπαϊκά προϊόντα εξόρυξης, με τη Γερμανία και την Πολωνία είναι οι μεγαλύτεροι παραγωγοί. Ειδικότερα στην Κύπρο η λατομική βιομηχανία είναι έντονα ανεπτυγμένη. Η εικόνα 1.2 παρουσιάζει την ετήσια συμβολή των διαφόρων πηγών στις συνολικές εκπομπές των σωματιδίων ΑΣ 10 και ΑΣ 2.5 στην Ευρώπη για το έτος 2009. Από τα διαγράμματα φαίνεται πόσο σημαντική είναι η συνεισφορά των βιομηχανικών διεργασιών στη συνολική εκπομπή αιωρούμενων σωματιδίων. Ιδιαίτερα για τα ΑΣ10 η συνεισφορά στις εκπομπές είναι η δεύτερη μεγαλύτερη μετά από τις οικιακές διεργασίες και είναι της τάξης του 14,8% των συνολικών εκπομπών. Η εξόρυκτη βιομηχανία είναι από τις κύριες πηγές εκπομπών αιωρούμενων σωματιδίων λόγω των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στην εγκατάσταση. Στον πίνακα 1.5 παρουσιάζονται ενδεικτικά κάποια εμπορεύματα από την

7 εξόρυκτη βιομηχανία της Ευρώπης, καθώς επίσης και οι χώρες των συγκεκριμένων βιομηχανιών Η σκόνη που παράγεται από τις Λατομικές εργασίες, προέρχεται τόσο από τις διεργασίες εξόρυξης του πετρώματος, όσο και από τις μετακινήσεις των φορτηγών και του εκσκαφέα στα μέτωπα, στις πλατείες και στους χωμάτινους δρόμους, εντός του προνομίου του Λατομείου. Επίσης, σκόνη παράγεται κατά την επεξεργασία του πετρώματος με τη θραύση και την κοσκίνηση. Τα αιωρούμενα σωματίδια (ΑΣ) που προκαλούνται από τις λατομικές εργασίες, ίσως επιφέρουν σοβαρές βλάβες στην υγεία των ανθρώπων. Η υπερβολική έκθεση στα αιωρούμενα σωματίδια μπορεί να συμβάλλει στη δημιουργία χρόνιων αναπνευστικών προβλημάτων. Επίσης, τα ΑΣ, μπορούν να μεταφερθούν σε μεγάλες αποστάσεις μέσω του αέρα και ακολούθως να εγκατασταθούν στο έδαφος ή στο νερό, με αποτέλεσμα τις εξής επιπτώσεις: αλλάζει η θρεπτική ισορροπία στα παράκτια ύδατα και τις μεγάλες λεκάνες ποταμών, μειώνονται οι θρεπτικές ουσίες στο χώμα, μπορούν να προκαλέσουν αρνητικές επιπτώσεις στη χλωρίδα της περιοχής, έχουν επιπτώσεις στην ποικιλομορφία των οικοσυστημάτων. Εικόνα 1.2 :Συμβολή των διαφόρων πηγών στις συνολικές εκπομπές των σωματιδίων ΑΣ 10 και ΑΣ 2.5 για το έτος 2009.( URL2 ).

8 Πίνακας 1.5: Συνοπτική παρουσίαση της ευρωπαϊκής εξορυκτικής βιομηχανίας κατά εμπόρευμα. ( URL3 ). Ορυκτό παραγωγή(2008-2009) παραγωγή Χώρας Αντιμόνιο 187 Mt 0 Βωξίτης 201 Mt Ελλάδα (2.2Mt) Χρωμίτης 23.0 Mt Απόθεμα σε Αλβανία, Φιλανδία, Ελλάδα, Τουρκία, Γιουγκοσλαβία Άνθρακας 5845 Mt Πολωνία (84Mt) Κοβάλτιο 62 000 t 0 Χαλκός 15.8 Mt Πολωνία(0.44Μt) Διαμάντια 162.9 Mct 0 Σιδηρομετάλλευμα 2 300 million tons Σουηδία, Ισπανία Μόλυβδος 3.90 Mt Σουηδία (0.07 Mt), Ιρλανδία (0.05 Mt),,Πολωνία (0.04 Mt) Μαγγάνιο 9.6 Mt Ουκρανία (0.31 Mt) Μολυβδαίνιο 200 000 t Αρμενία (4 000 t) Νικέλιο 1,430 Mt Ελλάδα (14 Mt) Παλλάδιο 195 000 kg 0 Φωσφορικά 158 000 kg 0 Πλατίνα 178 000 kg 0 Ασήμι 21 400 oz Πολωνία (1 200 oz) Ταντάλιο 1 160 t 0 Κασσίτερος 307 000 t 0 Τιτάνιο Βολφράμιο Ουράνιο 10 910 Mt Νορβηγία (370 Mt ),Ουκρανία (320 Mt) 58 000 T 43 853 tu Αυστρία (1 000 T), Πορτογαλία (850 T) Ουκρανία (800 tu),τσεχία (263 tu),ρουμανία (77 tu), Γαλλία (5 tu) Βανάδιο 54 000 Mt 0 Ψευδάργυρος 11.100 Mt Ιρλανδία (380 Mt) Ζιρκόνιο 1 230 Mt Ουκρανία (35 Mt) Στην εικόνα 1.3 παρουσιάζεται η ετήσια μέση συγκέντρωση ΑΣ 10 στην Ευρώπη και οι σταθμοί μετρήσεων τους για το 2005. Οι μετρήσεις έδειξαν ότι στις περισσότερες χώρες οι μέσες τιμές βρίσκονται μεταξύ 10μg/m 3 και 40μg/m 3.

9 Εικόνα 1.3: Ετήσια συγκέντρωση ΑΣ 10 στην Ευρώπη το 2005. (URL2 ). Στην οδηγία για την ποιότητα του αέρα (2008/EC/50), η ΕΕ έθεσε δύο οριακές τιμές για τα αιωρούμενα σωματίδια (ΑΣ 10 ) για την προστασία της ανθρώπινης υγείας: η ημερήσια μέση τιμή ΑΣ 10 δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 50 μικρογραμμάρια ανά κυβικό μέτρο (μg/m 3 ) περισσότερες από 35 φορές μέσα σε ένα χρόνο και η ετήσια ΑΣ 10 μέση τιμή δεν μπορεί να υπερβαίνει το 40 μικρογραμμάρια ανά κυβικό μέτρο(μg/m 3 ). Σύμφωνα με την εικόνα 1.4 και με βάση τα δεδομένα για το 2009, παρατηρείται ότι η Κύπρος ξεπερνάει την ετήσια οριακή τιμή για την ασφάλεια της ανθρώπινης υγείας ως αναφορά την έκθεση σε ΑΣ 10,όπως έχει ορισθεί από την Ευρωπαϊκή ένωση. Αυτές οι τιμές συγκέντρωσης αιωρούμενων σωματιδίων οφείλονται τόσο σε ανθρωπογενείς πηγές όσο και σε φυσικές εκπομπές όπως είναι το φαινόμενο της Σαχάρας. Το φαινόμενο αυτό επηρεάζει έντονα το χώρο της μεσογείου και είναι ένας σημαντικός λόγος που παρατηρείται υπέρβαση των οριακών τιμών σε αιωρούμενα σωματίδια τόσο στην περιοχή της Κύπρου όσο και στην περιοχή της Νότιας Ελλάδας.

10 Εικόνα 1.4: Σωματίδια (ΑΣ 10 ) 2009. Ετήσια οριακή τιμή για την προστασία της ανθρώπινης υγείας. ( URL2 ).

11 Στην εικόνα 1.5 παρουσιάζεται ο χάρτης της Κύπρου με τις θέσεις των λατομείων και των ορυχείων. Είναι προφανές ότι στις γειτονικές περιοχές των λατομείων και των ορυχείων υπάρχουν αυξημένες συγκεντρώσεις ΑΣ 10 και ποσότητας σκόνης, λόγω των διεργασιών του λατομείου (εξόρυξη και μεταφορά υλικών). Οι πολλές εγκαταστάσεις λατομείων που διαθέτει η Κύπρος, έχουν ως αποτέλεσμα την αυξημένη εκπομπή αιωρούμενων σωματιδίων στην ατμόσφαιρα. Το γεγονός αυτό καθιστά απαραίτητη τη μελέτη εκπομπών από τέτοιες εγκαταστάσεις, ώστε να υπολογιστεί η συνεισφορά τους στις συνολικές εκπομπές της Κύπρου. Εικόνα 1.5: Θέσεις λατομείων και ορυχείων στην Κύπρο. (URL2)

12 Στην εικόνα 1.6 φαίνονται οι συγκεντρώσεις ΑΣ10 σε διαφορετικούς τύπους σταθμών στην Κύπρο και σε άλλες ευρωπαϊκές χώρες καθώς επίσης και το ετήσιο όριο τιμών που έχει τεθεί από την ευρωπαϊκή ένωση. Εικόνα 1.6: Σύγκριση τιμών για τα ΑΣ 10 (ετήσιες μέσες τιμές: Κύπρος, 2002/2003 και Ευρωπαϊκές πόλεις, 2001.( URL4 )

13 1.4 Σκοπός της εργασίας Στα πλαίσια της συγκεκριμένης μελέτης πραγματοποιήθηκε αξιολόγηση των εκπομπών αιωρούμενων σωματιδίων ΑΣ 10 (αεροδυναμική διάμετρος <10 μm) από διεργασίες σε λατομεία της Κύπρου. Για την καταγραφή των εκπομπών και αξιολόγηση της συνεισφοράς των λατομείων στην επιβάρυνση της ατμόσφαιρας της ευρύτερης περιοχής, χρησιμοποιήθηκαν εγκαταστάσεις φίλτρων σε καθορισμένα σημεία και εκτελέστηκαν προσομοιώσεις με το Γκαουσιανό μοντέλο διασποράς PAL. Ο συντελεστής εκπομπής που χρησιμοποιήθηκε (0.04gr/t ορυκτού) για τη προσομοίωση εκπομπών με το PAL βασίστηκε στο Coordinated European Particulate Matter Emission Inventory Program (CEPMEIP) (Visschedijk et al., 2004) και αναφέρεται μόνο σε εξορυκτικές δραστηριότητες λατομείων (Quarrying and mining of minerals other than coal), δηλαδή δεν περιλαμβάνονται οι εκπομπές που οφείλονται στις μεταφορές μηχανημάτων, υλικών και στις καύσεις που πραγματοποιούνται εντός του λατομείου. Επιμέρους στόχοι της μελέτης είναι να διερευνηθεί η εγκυρότητα του συντελεστή εκπομπής με τη μέθοδο της αντίστροφης μοντελοποίησης καθώς και η αποτελεσματικότητα ενός απλού Γκαουσιανού μοντέλου διασποράς για μελέτες επιμερισμού πηγών. Συλλογή και κατάλληλη μορφοποίηση δεδομένων συγκεντρώσεων ΑΣ 10, από μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στα επιλεγμένα λατομεία. Επιλογή μοντέλου προσομοίωσης της διασποράς των ΑΣ 10 ( PAL) και εξοικείωση με τις αρχές λειτουργίας του μοντέλου. Συλλογή και μορφοποίηση των δεδομένων που χρησιμοποιήθηκαν ως δεδομένα εισόδου για το μοντέλο διασποράς. Εφαρμογή του μοντέλου σε επιλεγμένα σημεία σε κάθε λατομείο. Δημιουργία προγράμματος Matlab για την επιλογή συγκεκριμένων σημείων και περιόδων από τα αποτελέσματα του μοντέλου διασποράς. Ανάλυση των αποτελεσμάτων του μοντέλου και διερεύνησή τους σε σχέση με τις μετεωρολογικές συνθήκες κάθε περιόδου. Οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων με κατάλληλα διαγράμματα. Εφαρμογή μεθόδου αντίστροφης μοντελοποίησης με σκοπό τον υπολογισμό των εκπομπών από τις διεργασίες των λατομείων για κάθε περίοδο. Εύρεση νέου συντελεστή εκπομπής, που προέκυψε με την εφαρμογή της μεθόδου αντιστροφής μοντελοποίησης και είναι καταλληλότερος από αυτόν της βιβλιογραφίας για εφαρμογή του Γκαουσιανού μοντέλου PAL σε λατομεία στην περιοχή της Κύπρου.

14 2 Περιοχή της Κύπρου 2.1 Ύπαρξη αγνώστων και ανεξέλεγκτων πηγών εκπομπών Μερικές από τις δραστηριότητες που οδηγούν σε ανεξέλεγκτη εκπομπή ρύπων είναι οι ακόλουθες: Η λίπανση και ο ψεκασμός των αγροτικών περιοχών. Οι ανεπίσημες εκτάσεις καύσεων αποβλήτων Οι ανεξέλεγκτες καύσεις αγροτικών αποβλήτων Οι καύσεις μεταχειρισμένων ελαστικών Οι τυχαίες πυρκαγιές Οι εκπομπές από τέτοιες δραστηριότητες είναι δύσκολο να καταγραφούν. Συγκεκριμένα στην Κύπρο οι καύσεις αποβλήτων εκτός των 6 επίσημων χωματερών θεωρούνται παράνομες, όμως τα περισσότερα χωριά έχουν τις δικές τους χωματερές λίγα χιλιόμετρα έξω από τα σύνορα τους. Για τις αρμόδιες τοπικές αρχές είναι πολύ δύσκολα να ελέγξουν τέτοιες δραστηριότητες. Μία από αυτές τις δραστηριότητες είναι η καύση του άχυρου μετά την περίοδο αποκομιδής των σιτηρών και η καύση των κομμένων κλαδιών μετά την περίοδο του κλαδέματος, οι οποίες συμβάλουν στην εκπομπή κυρίως του CO2, CO, άκαυστων υδρογονανθράκων και σωματιδίων. Αν και οι αρχές δεν επιτρέπουν την ανεξέλεγκτη καύση γεωργικών υλικών, δεδομένου ότι είναι μία από τις κυριότερες αιτίας πυρκαγιών, οι αγρότες συνεχίζουν τη καύση. Η βαρύτητα αυτών των πηγών στις συγκεντρώσεις σωματιδίων στην Κύπρο παρουσιάζει σημαντική χωρική και εποχική εξάρτηση. Συγκεκριμένα τέτοιες πηγές αναμένεται να έχουν κάποια σημαντική συνεισφορά στις συνολικές εκπομπές σωματιδίων στις αρχές του χειμώνα και στις αρχές του καλοκαιριού. Η καύση ελαστικών είναι ένα ιδιαίτερα έντονο φαινόμενο που παρατηρείται κυρίως στην ύπαιθρο και αποτελεί μια ανεξέλεγκτη πηγή μαύρου καπνού (σωματίδια αιθάλης και υδρογονάνθρακες). Τέλος οι τυχαίες πυρκαγιές συμβάλουν σημαντικά κατά τόπους και περιόδους στις ατμοσφαιρικές εκπομπές σωματιδίων στην Κύπρο και λαμβάνουν χώρα κυρίως κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού καθώς ευνοούνται από της υψηλές θερμοκρασίες και την ξηρασία. 2.2 Κλίμα Κύπρου Η Κύπρος περιβάλλεται από την ανατολική Μεσόγειο θάλασσα και ευρίσκεται κατά μέσο όρο σε βόρειο γεωγραφικό πλάτος 34 0 και ανατολικό γεωγραφικό μήκος 33 0. Το μεσογειακό κλίμα της η Κύπρος το οφείλει στην επίδραση της θάλασσας, η οποία την περιβάλλει. Τα κύρια χαρακτηριστικά του μεσογειακού κλίματος της Κύπρου είναι ο βροχερός αλλά ήπιος χειμώνας και το ζεστό και ξηρό καλοκαίρι, καθώς και οι δύο ενδιάμεσες μεταβατικές εποχές,

15 το φθινόπωρο και την άνοιξη. Σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση των μετεωρολογικών συνθηκών στις διάφορες περιοχές τη Κύπρου και στη δημιουργία τοπικών συστημάτων κυκλοφορίας παίζουν κυρίως η οροσειρά της Τροόδους και σε μικρότερο βαθμό η οροσειρά του Πενταδακτύλου. Το γεγονός ότι το νησί περικλείεται από θάλασσα είναι η γενεσιουργός αιτία τοπικών συστημάτων, θαλάσσιας και απόγειας αύρας στις παράλιες περιοχές. Στη διάρκεια του καλοκαιριού η Κύπρος και γενικά η περιοχή της ανατολικής Μεσογείου βρίσκεται κάτω από την επίδραση του εποχιακού βαρομετρικού χαμηλού, που έχει το κέντρο του στη νοτιοδυτική Ασία. Αποτέλεσμα της επίδρασης αυτής είναι οι ψηλές θερμοκρασίες και ο καθαρός ουρανός. Η βροχόπτωση κατά την περίοδο αυτή είναι πολύ χαμηλή με μέση τιμή που δεν ξεπερνά το 5% της μέσης ετήσιας βροχόπτωσης της Κύπρου. Στη διάρκεια του χειμώνα η Κύπρος επηρεάζεται από το συχνό πέρασμα μικρών υφέσεων και μετώπων που κινούνται στη Μεσόγειο με κατεύθυνση από τα δυτικά προς τα ανατολικά. Οι καιρικές αυτές διαταραχές διαρκούν συνήθως από μια μέχρι τρεις μέρες κάθε φορά και δίνουν τις μεγαλύτερες ποσότητες βροχής. Η συνολική μέση βροχόπτωση στους μήνες Δεκέμβρη, Γενάρη και Φλεβάρη αντιστοιχεί περίπου το 60% της βροχόπτωσης του χρόνου ολόκληρου. 2.3 Ποιότητα αέρα στην Κύπρο Για τους περισσότερους θεσμοθετημένους ρύπους όπως είναι το διοξείδιο του θείου (SO 2 ), το μονοξείδιο του άνθρακα(co), το διοξείδιο του αζώτου(no 2 ), το βενζόλιο(c 6 H 6 ), ο μόλυβδος (Pb) και άλλα βαρέα μέταλλα δεν παρατηρείται στην Κύπρο υπέρβαση των οριακών τιμών που καθορίζονται στην Κυπριακή και Ευρωπαϊκή Νομοθεσία. Εξαίρεση αποτελούν τα αιωρούμενα σωματίδια (ΑΣ 10 ), όπου παρατηρούνται υπερβάσεις τόσο της ετήσιας μέσης οριακής, όσο και της 24ωρης οριακής τιμής. Αυτό οφείλεται σε μεγάλο βαθμό σε φυσικές πηγές (θαλάσσιο άλας, διασυνοριακή ρύπανση μεταφορά σκόνης από Σαχάρα καθώς επίσης στην επαναιώρηση σκόνης από τους δρόμους και ακάλυπτες περιοχές εντός και εκτός αστικών περιοχών, λόγω των καιρικών συνθηκών που επικρατούν στην Κύπρο (ξηρασία, ανομβρία, πολύ ψηλές θερμοκρασίες). Στην περίπτωση του όζοντος οι υπερβάσεις του 8ωρου στόχου για το 2010 (120μg/m 3 ), που παρατηρούνται κυρίως σε μη αστικές περιοχές, όπως είναι η Αγία Μαρίνα Ξυλιάτου, οφείλονται πρώτιστα στη διασυνοριακή ρύπανση και στις κλιματολογικές συνθήκες που επικρατούν στην Κύπρο και ευρύτερα στον μεσογειακό χώρο (υψηλές θερμοκρασίες, μεγάλη ηλιοφάνεια), οι οποίες ευνοούν τη δημιουργία του.

16 Στον πίνακα 2.1 φαίνονται τα αποτελέσματα της ετήσιας απογραφής εκπομπών αερίων ρύπων στην ατμόσφαιρα της Κύπρου για το 2010. Πίνακας 2.1: ετήσιας απογραφή εκπομπών αερίων ρύπων στην ατμόσφαιρα της Κύπρου για το 2010. ( URL5) Πηγές εκπομπών ΑΣ 2.5 ΑΣ 10 Παραγωγή Ενέργειας Τόνοι Τόνοι 300 450 Μεταποιητική Βιομηχανία, Κατασκευές 150 190 Αεροπλοοία 10 10 Μεταφορές (Οδική Κυκλοφορία) 510 600 Ναυσιπλοοία 20 20 Οικιστικά (Κεντρικές Θερμάνσεις) 40 40 Γεωργία (Αντλίες - Αυτοκίνητα) Παραγωγή Τσιμέντου 20 30 960 1300 Ασφαλτικά 90 140 Λατομεία 30 300 Διαχείριση Ζωικών Αποβλήτων 50 300 Χρήση Λιπασμάτων Καύση Ποκαλάμης Συνολικές Εκπομπές 0 60 20 20 2200 3460

17 2.4 Μεταφορά της σκόνης από την Σαχάρα προς την Κύπρο Στη μεταφορά σκόνης τα σωματίδια καθιζάνουν ανάλογα με το βάρος τους. Με βάση τις εξισώσεις του Stokes, παρατηρούμε ότι η ταχύτητα κατακρήμνισης των σωματιδίων είναι ανάλογη με το τετράγωνο της διαμέτρου των σωματιδίων. Συνεπώς λόγω της βαρυτικής καθίζησης τα μεγάλα σωματίδια δεν έχουν τη δυνατότητα να διανύσουν μακρινές αποστάσεις, ενώ σε αντίθεση σωματίδια μικρής διαμέτρου είναι δυνατό να παραμείνουν αιωρούμενα για αρκετά έτη. Μελέτες έχουν δείξει ότι ο μέσος όρος αερομεταφερόμενων σωματιδίων έχουν διάμετρο έως 10 μm. Τα σωματίδια διαμέτρου κάτω του 1μm έχουν ισχυρές μοριακές δυνάμεις που εμποδίζουν τη μηχανική διασπορά μέσω του ανέμου. Επομένως το μέγεθος των σωματιδίων σκόνης, που μεταφέρονται σε μεγάλες αποστάσεις έχουν αεροδυναμική διάμετρο 1-10 μm. Με βάση επιστημονικές μελέτες τρία είναι τα αίτια μεταφοράς της σκόνης από την Σαχάρα προς τη μεσόγειο, ανάλογα με την εποχή του έτους. (E. Gerasopoulosa E., et al. ) Κατά την περίοδο της άνοιξης οι κυκλώνες sharav που κινούνται προς τα ανατολικά, κατά μήκος της Βόρειας αφρικανικής ακτογραμμής μεταφέρουν σκόνη στην ανατολική μεσόγειο. Τη περίοδο του καλοκαιριού οι υψηλές πιέσεις πάνω από τη Λιβύη εμποδίζουν την περαιτέρω ανατολική διάδοση των κυκλώνων αυτών και η μεταφορά πραγματοποιείται στην κεντρική Μεσόγειο Προς το τέλος του καλοκαιριού οι χαμηλές πιέσεις κοντά στις Βαλεαρίδες νήσους έχουν ως αποτέλεσμα η μεταφορά σκόνης να συντελείται κυρίως στη δυτική μεσόγειο. Συγκεκριμένα στην Κύπρο, η σκόνη στην ατμόσφαιρα αποτελεί πλέον ένα συχνό φαινόμενο. Η ατμοσφαιρική σκόνη, αποτελείται από λεπτά στερεά σωματίδια μέσα στον αέρα, και επηρεάζει την ακτινοβολία της ατμόσφαιρας, προκαλώντας αλλαγές στις κλιματολογικές συνθήκες με επιβλαβείς επιπτώσεις στο περιβάλλον αλλά και τον άνθρωπο. Συνήθως αποκαλούνται Καταιγίδες Σκόνης, οι οποίες αποτελούν ένα μετεωρολογικό φαινόμενο, κοινό σε άγονες και ημιάγονες περιοχές (Τα σωματίδια μετακινούνται με αναπήδηση και αιώρηση προκαλώντας διάβρωση του εδάφους σε ένα μέρος και εναπόθεση τους σε άλλη περιοχή.) κύρια πηγή της Αεροπορικής σκόνης -όπως επίσης αποκαλείται- αποτελεί η έρημος Σαχάρα της Αφρικής, και ακολουθούν οι περιοχές της Αραβικής Χερσονήσου, καθώς και το Ιράν, το Πακιστάν και η Ινδία. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα τελευταία 50 χρόνια οι καταιγίδες σκόνης από την Σαχάρα έχουν αυξηθεί στο δεκαπλάσιο, διακινώντας μεγάλες σωρούς άμμου. Αναπόφευκτα η Κύπρος, λόγω της γεωγραφικής της θέσης δεν μπορεί να μείνει ανεπηρέαστη από το φαινόμενο αυτό, γεγονός που παρατηρούμε όλοι συχνά στην κυπριακή ατμόσφαιρα.

18 Οι επιπτώσεις του φαινομένου αυτού όσον αφορά το Περιβάλλον, έγκειται στις κλιματολογικές αλλαγές που προκαλούνται. Μειώνεται το ηλιακό φως που φτάνει στην επιφάνεια της γης, επηρεάζεται η αγροτική ανάπτυξη και αυξάνεται ο σχηματισμός νεφών με αποτέλεσμα αύξηση της μέσης θερμοκρασίας της γης. Επίσης μειώνοντας την ορατότητα μπορεί να επηρεάσει τις αεροπορικές, αλλά και τις οδικές μεταφορές. Στον άνθρωπο μπορεί να προκαλέσει ερεθισμό στα μάτια (τσούξιμο, δακρύρροια), στη μύτη (ρινική καταρροή), καθώς και συμπτώματα από το κατώτερο αναπνευστικό (βήχα, δύσπνοια, συριγμό) έως παρόξυνση χρόνιων αναπνευστικών παθήσεων.

19 3. Μεθοδολογία 3.1 Περίοδοι και σημεία μελέτης Η λατομική βιομηχανία στην Κύπρο είναι έντονα δραστηριοποιημένη. Υπάρχουν Παγκύπρια περίπου 200 λατομεία που παράγουν διάφορα πετρώματα και βιομηχανικά ορυκτά, εκ των οποίων περί τα 45 βρίσκονται στο τελικό στάδιο εκμετάλλευσης και αποκατάστασης του χώρου των λατομικών εργασιών. Στη παρούσα μελέτη δόθηκε έμφαση στα μεγάλα λατομεία αδρανών υλικών και στο μοναδικό μεταλλείο της Κύπρου, το μεταλλείο χαλκού στη Σκουριώτισσα. Στα πλαίσια της συγκεκριμένης μελέτης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από μετρήσεις σε πέντε αντιπροσωπευτικά λατομεία της Κύπρου (εικόνα 3.1) από τρία φίλτρα (Φίλτρα Α, Β, C) τοποθετημένα στην ευρύτερη περιοχή του κάθε λατομείου. Κατά την περίοδο της δειγματοληψίας (πίνακας 3.1) διεξήχθησαν 262 εικοσιτετράωρες μετρήσεις από τα τρία σημεία. Η επιλογή των αντιπροσωπευτικών λατομείων και των θέσεων δειγματοληψίας έγινε σε συνεργασία με τις αρμόδιες υπηρεσίες (Υπηρεσία Μεταλλείων και Τμήμα Επιθεώρησης εργασίας). Τα λατομεία που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα εργασία είναι τα παρακάτω: A. Μεταλλείο Σκουριώτισσας B. Λατομείο Λατούρος C. Λατομείο Σκύρα Λίμα D. Λατομείο Παρεκκλησιάς E. Λατομείο Σκύρα Βάσα

20 Εικόνα 3.1: Θέσεις εγκατάστασης εξοπλισμού διεξαγωγής μετρήσεων από Google Earth. Σε κάθε εγκατάσταση είχε τοποθετηθεί εξοπλισμός μετρήσεων, ο οποίος συμπεριλάμβανε τα παρακάτω: Έναν μετεωρολογικό σταθμό (αποτελούμενο από ένα ανεμόμετρο, έναν ανεμοδείκτη, ένα ψηφιακό θερμόμετρο, και έναν ηλεκτρονικό καταγραφέα δεδομένων). Τρεις συσκευές δειγματοληψίας αιωρούμενων σωματιδίων ΑΣ 10 (Φίλτρα Α, Β, C), οι οποίες τοποθετήθηκαν σε θέσεις περιμετρικά του λατομείου / μεταλλείου, και σε απόσταση από ~130 870 μέτρα. Οι θέσεις τοποθέτησης των φίλτρων και του μετεωρολογικού σταθμού σε κάθε λατομείο φαίνονται στις εικόνες 3.2-3.6. Το κάθε φίλτρο είχε εκτεθεί για 24 ώρες σε αέρα με ρυθμισμένη ροή 2,3 Nm 3 /h, ενώ για τον έλεγχο της αξιοπιστίας των μετρήσεων χρησιμοποιήθηκε και ένα blank φίλτρο, το οποίο σε αντίθεση με τα υπόλοιπα φίλτρα δεν εκτίθεται. Οι συσκευές δειγματοληψίας παρείχαν μετρήσεις για τα παρακάτω: Pre Mass: η μάζα του κάθε φίλτρου πριν από την έκθεσή του Post Mass: η μάζα του κάθε φίλτρου μετά την έκθεσή του Πριν από κάθε ζύγιση φίλτρου πραγματοποιήθηκε conditioning σε ειδικές συνθήκες (θερμοκρασία: Τ=20ºC±1ºC, σχετική υγρασία: RH=50%±5%) DM= Post Mass-Pre Mass: είναι η μάζα της σκόνης μετά την έκθεση του φίλτρου (διαφορά μάζας του φίλτρου πριν και μετά την έκθεσή του)

21 Πίνακας 3.1: Περίοδοι μελέτης ΦΙΛΤΡΑ ΛΑΤΟΥΡΟΣ ΣΚΟΥΡΙΟΤΙΣΑ ΣΚΥΡΑ ΛΙΜΑ ΠΑΡΕΚΚΛΗΣΙΑ ΣΚΥΡΑ ΒΑΣΑ Α Β C 21/1/10-3/2/10 4/2/10-17/2/10 21/1/10-3/2/10 4/2/10-17/2/10 21/1/10-3/2/10 4/2/10-17/2/10 16/4/10-29/4/10 30/4/10-13/5/10 16/4/10-29/4/10 30/4/10-13/5/10 16/4/10-29/4/10 30/4/10-13/5/10 14/5-27/5 28/5-10/6 11/6/10-24/6/10 25/6/10-8/7/10 14/5-27/5 28/5-10/6 11/6/10-24/6/10 25/6/10-8/7/10 14/5-27/5 28/5-10/6 11/6/10-24/6/10 25/6/10-8/7/10 12/7-21/7 19/8-1/9 22/7-4/8 5/8-18/8 2/9-15/9 12/7-21/7 19/8-1/9 22/7-4/8 5/8-18/8 2/9-15/9 12/7-21/7 19/8-1/9 22/7-4/8 5/8-18/8 2/9-15/9 7/10-20/10 21/10-3/11 7/10-20/10 21/10-3/11 7/10-20/10 21/10-3/11

22 3.2 Τα λατομεία της μελέτης και μέθοδος δειγματοληψίας Στις παρακάτω εικόνες που δημιουργήθηκαν με το Google Earth παρουσιάζεται η τοποθεσία καθώς και η γύρω περιοχή κάθε λατομείου που μελετήθηκε. στους χάρτες σημειώνονται με πράσινες πινέζες τα σημεία δειγματοληψίας, με κόκκινη το κέντρο του λατομείου, καθώς και με το μετεωρολογικό σύμβολο το σημείο τοποθεσίας του μετεωρολογικού σταθμού. Πίνακας 3.2: σημεία: φίλτρων, μετεωρολογικού αισθητήρα και κέντρο ορυχείου του λατομείου Λατούρος. Filter Longtitude (deg) Latitude (deg) Longtitude (UTC) Latitude (UTC) Relative Long (m) Relative Lat (m) Distance A 33 25'35.15"E 35 3'29.22"N 538885.08 3879571.13-120.67-273.77 299.18 B 33 25'43.12"E 35 3'26.25"N 539087.36 3879480.51 81.61-364.39 373.42 C 33 25'50.65"E 35 4'0.34"N 539273.56 3880531.47 267.81 686.57 736.95 Met-Sensor 33 25'40.22"E 35 3'29.33"N 539013.49 3879575.07 7.74-269.83 269.94 Mine Center 33 25'39.96"E 35 3'38.09"N 539005.75 3879844.90

Εικόνα 3.2: Σημεία δειγματοληψίας στο λατομείο Λατούρος. 23

24 Πίνακας 2.3: σημεία: φίλτρων, μετεωρολογικού αισθητήρα και κέντρο ορυχείου του λατομείου Σκουριώτισσας. Filter Longtitude (deg) Latitude (deg) Longtitude (UTC) Latitude (UTC) Relative Long (m) Relative Lat (m) Distance (m) A 32 53'42.58"E 35 5'7.04"N 490443.21 3882506.37 215.02-666.23 700.07 B 32 53'34.00"E 35 5'7.08"N 490225.96 3882507.83-2.23-664.77 664.77 C 32 53'39.60"E 35 5'37.15"N 490368.74 3883433.99 140.55 261.39 296.78 Met-Sensor 32 53'60.00"E 35 5'11.13"N 490884.44 3882631.91 656.25-540.69 850.30 Mine Center 32 53'34.06"E 35 5'28.66"N 490228.19 3883172.6

Εικόνα 3.3: Σημεία δειγματοληψίας στο μεταλλείο Σκουριώτισσα. 25

26 Πίνακας 3.4: σημεία: φίλτρων, μετεωρολογικού αισθητήρα και κέντρο ορυχείου του λατομείου Σκύρας Λίμας. Filter Longtitude (deg) Latitude (deg) Longtitude (UTC) Latitude (UTC) Relative Long (m) Relative Lat (m) Distance A 33 24'26.43"E 34 54'32.87"N 537211.76 3863041.76-45.67 123.34 131.52 B 33 24'23.34"E 34 54'32.92"N 537133.34 3863042.99-124.09 124.57 175.83 C 33 24'21.10"E 34 54'35.10"N 537076.22 3863109.91-181.21 191.49 263.64 Met-Sensor 33 24'21.19"E 34 54'34.95"N 537078.53 3863105.30-178.9 186.88 258.71 Mine Center 33 24'28.21"E 34 54'28.86"N 537257.43 3862918.42

Εικόνα 3.4: Σημεία δειγματοληψίας στο λατομείο Σκύρα Λίμας. 27

28 Πίνακας 3.5: σημεία: φίλτρων, μετεωρολογικού αισθητήρα και κέντρο ορυχείου του λατομείου Παρεκκλησιάς. Filter Longtitude (deg) Latitude (deg) Longtitude (UTC) Latitude (UTC) A 33 9'19.58"E 34 47'22.28"N 514220.29 3849713.29 B 33 9'21.05"E 34 47'25.45"N 514257.49 3849810.99 C 33 9'10.37"E 34 47'30.94"N 513985.83 3849979.69 Met-Sensor 33 9'21.11"E 34 47'25.78"N 514259.00 3849821.16 Relative Long (m) Relative Lat (m) Distance 233.9 603.18 646.94 271.1 700.88 751.48-0.56 869.58 869.58 272.61 711.05 761.52 Mine Center 33 9'10.34"E 34 47'2.71"N 513986.39 3849110.11

Εικόνα 3.6: Σημεία δειγματοληψίας στο λατομείο Παρεκκλησιάς. 29

30 Πίνακας 3.7: σημεία: φίλτρων, μετεωρολογικού αισθητήρα και κέντρο ορυχείου του λατομείου Σκύρα Βάσσας. Filter Longtitude (deg) Latitude (deg) Longtitude (UTC) Latitude (UTC) Relative Long (m) Relative Lat (m) Distance A 33 13'23.02"E 34 46'23.44"N 520410.72 3847912.47 B 33 13'13.89"E 34 46'22.34"N 520178.74 3847878.08 C 33 13'1.75"E 34 46'26.60"N 519869.88 3848008.63 Met-Sensor 33 13'1.98"E 34 46'31.26"N 519875.42 3848152.18 810.74 39.34 811.69 578.76 4.95 578.78 269.9 135.5 302.00 275.44 279.05 392.09 Mine Center 33 12'51.12"E 34 46'22.22"N 519599.98 3847873.13

Εικόνα 3.7: Σημεία δειγματοληψίας στο λατομείο Σκύρα Βάσσας 31

32 3.3 Γκαουσιανά μοντέλα διασποράς Με την εφαρμογή κατάλληλων υπολογιστικών μεθόδων, κυρίως μαθηματικών μοντέλων, μπορούν να αναλυθούν τα φαινόμενα μεταφοράς και φυσικοχημικού μετασχηματισμού των ρύπων στην ατμόσφαιρα. Με τα μαθηματικά μοντέλα επιχειρείται η προσομοίωση των φυσικοχημικών μηχανισμών που διέπουν τη διασπορά και τον μετασχηματισμό των ρύπων στην ατμόσφαιρα. Για τον σκοπό αυτό επιλύονται συστήματα μαθηματικών εξισώσεων η μορφή των οποίων εξαρτάται από το είδος και την έκταση των φαινομένων που επιδιώκεται να προσομοιωθούν. Ένα μαθηματικό μοντέλο προσφέρεται και για πρόγνωση των επιπέδων ρύπανσης ε μελλοντικές περιόδους ή σε περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης, εφόσον έχει προηγουμένως αποδειχθεί η αξιοπιστία του. Τα μαθηματικά μοντέλα που περιγράφουν τα φαινόμενα μεταφοράς στην ατμόσφαιρα ονομάζονται μοντέλα διασποράς (dispersion models). Τα μοντέλα διασποράς περιγράφουν τη διάχυση των ρύπων στην ατμόσφαιρα μιας περιοχής σε συνδυασμό με τα ατμοσφαιρικά ροϊκά πεδία που επικρατούν στην υπό εξέταση περιοχή. Τα Γκαουσιανά μοντέλα είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη προσέγγιση για τον υπολογισμό της διασποράς αδρανών ρύπων, ιδιαίτερα για ρυθμιστικούς σκοπούς. Το κύριο πλεονέκτημα αυτής της κατηγορίας μοντέλων είναι η απλότητα στη χρήση, οι περιορισμένες απαιτήσεις σε δεδομένα εισόδου και οι ελάχιστοι χρόνοι πραγματοποίησης των υπολογισμών. Η συσσωρευμένη εμπειρία τα καθιστά αναντικατάστατα για προσομοιώσεις μικρής κλίμακας, ιδιαίτερα σε περιπτώσεις που επικρατούν απλές ατμοσφαιρικές συνθήκες με επαρκή άνεμο, ομαλή τοπογραφία και ομοιόμορφη χρήση γης. Το μοντέλο βασίζεται στις παρακάτω παραδοχές: Ο ρυθμός εκπομπής των ρύπων (σε μονάδες μάζας ανά χρόνο) είναι συνεχής και σταθερός με το χρόνο. Ο χρόνος εκπομπής (χρόνος από την έναρξη της εκπομπής ως τη στιγμή που μελετάται) είναι ίσος ή μεγαλύτερος του χρόνου διαδρομής (χρόνος που απαιτείται για να ταξιδέψει το νέφος από το σημείο εκπομπής στο σημείο που μελετάται) με κατεύθυνση προς τον πνέοντα άνεμο, έτσι ώστε ή διασπορά προς αυτήν την κατεύθυνση να μπορεί να αγνοηθεί. Το υλικό που διασπείρεται είναι σταθερό αέριο ή αερόλυμα, με διάμετρο σωματιδίων μικρότερη των 20 μm, το οποίο παραμένει αιωρούμενο στον αέρα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Κατά την διάρκεια της μεταφοράς του νέφους από την πηγή στον λήπτη, η μάζα που εκπέμπεται από την πηγή υποτίθεται ότι διατηρείται σταθερή και παραμένει στην ατμόσφαιρα. Κανένα από τα αέρια δεν αντιδρά και ούτε χάνεται στην επιφάνεια του εδάφους λόγω αντίδρασης, βαρύτητας ή τυρβώδους πρόσκρουσης. Υποθέτεται ότι το νέφος που

33 διασπείρεται κοντά στο έδαφος σαν τυρβώδης στρόβιλος αντανακλάται από το έδαφος και διασπείρεται προς άλλους διαδοχικούς τυρβώδεις στροβίλους. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται στροβιλώδης αντανάκλαση. Οι μετεωρολογικές συνθήκες θεωρείται ότι παραμένουν σταθερές με το χρόνο, τουλάχιστον κατά τη διάρκεια της μεταφοράς του νέφους από την πηγή στον λήπτη, δηλαδή περίπου για μία ώρα. Η υπόθεση αυτή γίνεται περισσότερο αληθοφανής σε σημεία που ο λήπτης είναι κοντά, και κάτω από συνήθεις συνθήκες. Αντιθέτως, σε συνθήκες με ελαφρύ άνεμο ή όταν οι λήπτες βρίσκονται σε μεγάλες αποστάσεις η υπόθεση δεν ικανοποιείται. Η ταχύτητα και η κατεύθυνση του ανέμου θεωρούνται σταθερές με το ύψος. Η επίδραση των διατμητικών τάσεων του ανέμου κατά την οριζόντια διασπορά δε λαμβάνεται υπόψη (γίνεται εμφανής μετά από τα 10 km). Οι παράμετροι της διασποράς θεωρούνται ανεξάρτητοι της κατακόρυφης διεύθυνσης z και είναι συνάρτηση της απόστασης x (και της ταχύτητας του ανέμου). Η συγκέντρωση σε οποιαδήποτε απόσταση κάθετα προς την κατεύθυνση του ανέμου, οριζόντια (παράλληλα προς τη μεταφορά) παρίσταται πολύ καλά από μία διασπορά Gauss ή κανονική διασπορά. Ομοίως η συγκέντρωση στον κατακόρυφο άξονα (παράλληλα προς τη μεταφορά) παρίσταται επίσης πολύ καλά από μία διασπορά Gauss ή κανονική διασπορά. Εικόνα 3.8: Διασπορά και διάχυση εκπομπής σημειακής πηγής. ( Μουσιόπουλος Ν., 1997 )

34 Η αρχή των συντεταγμένων για μία συνεχή ανυψωμένη πηγή, όπως μία καμινάδα (εικόνα 3.8), ορίζεται στη βάση της υπό μελέτη καμινάδας ή στην προβολή στο έδαφος του σημείου της διαρροής. Ο άξονας x έχει τη θετική του τιμή προς την κατεύθυνση του ανέμου, ο άξονας y είναι κάθετος προς την κατεύθυνση του ανέμου και οριζόντια προς το έδαφος, ενώ ο άξονας z εκτείνεται κατακόρυφα. Σύμφωνα με τη διασπορά πλουμίου από ανυψωμένη σημειακή πηγή κατά Gauss, η συγκέντρωση του ρύπου που μελετάται σε σημείο με συντεταγμένες (x, y, z), όπου x [m] είναι η απόσταση προς τον πνέοντα άνεμο y [m], η απόσταση κάθετα προς τον πνέοντα άνεμο και z [m] το ύψος από το έδαφος, δίνεται από την εξίσωση: Όπου: C: η συγκέντρωση του ρύπου σε σημείο με συντεταγμένες x,y,z Q: ο ρυθμός εκπομπής του ρύπου από την πηγή u: η ταχύτητα του ανέμου κατά την διεύθυνση x σ y, σ z : συντελεστής διασποράς κατά τις διευθύνσεις y και z, αντίστοιχα x: οριζόντια απόσταση από την πηγή κατά την διεύθυνση του ανέμου y: οριζόντια απόσταση από την πηγή κάθετα στη διεύθυνση του ανέμου z: κατακόρυφη απόσταση από την πηγή Γενικά, τα μοντέλα διασποράς αποτελούν χρήσιμα εργαλεία για την εκτίμηση της ρύπανσης που προκαλείται σε έναν αποδέκτη από συγκεκριμένες πηγές ή για την πρόβλεψη της ρύπανσης που θα προκληθεί από την εγκατάσταση μιας νέας πηγής (προγνωστικά μοντέλα). Τα μοντέλα διασποράς μπορούν να περιγράψουν με ικανοποιητική ακρίβεια τη διασπορά αδρανών αέριων ρύπων και για μικρότερες ανάγκες ακρίβειας μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για την περιγραφή της διασποράς των αιωρούμενων σωματιδίων.

35 3.4 Μελέτη διασποράς αιωρούμενων σωματιδίων ΑΣ10 με το Γκαουσιανό μοντέλο PAL (Points Area Line) Το Γκαουσιανό μοντέλο πολλαπλών πηγών PAL είναι κατάλληλο για τον υπολογισμό της διασποράς αδρανών αέριων ρύπων που εκπέμπονται από σημειακές, γραμμικές και επιφανειακές πηγές σε ωριαία βάση για πληθώρα σημείων, τα οποία ορίζονται από τον χρήστη. Εντάσσεται στα μοντέλα διασποράς που συνιστώνται από την Αμερικανική Υπηρεσία Προστασίας Περιβάλλοντος (EPA). Για να χρησιμοποιηθεί με αξιοπιστία το μοντέλο αυτό πρέπει η περιοχή η οποία μελετάται να είναι, τουλάχιστον κατά καλή προσέγγιση, επίπεδη καθώς κατά τους υπολογισμούς δεν λαμβάνονται υπόψη ανομοιογένειες στην τοπογραφία. Για τους υπολογισμούς απαιτούνται τα παρακάτω ως δεδομένα εισόδου του μοντέλου: ( Petersen and Rumsey, 1987 ) Οι ρυθμοί εκπομπών των διαφόρων πηγών σε γραμμάρια ανά δευτερόλεπτο (g/s), γραμμάρια ανά δευτερόλεπτο και ανά μέτρο (g/s/m) και γραμμάρια ανά δευτερόλεπτο και ανά τετραγωνικό μέτρο (g/s/m 2 ) για τις σημειακές τις γραμμικές και τις επιφανειακές πηγές αντίστοιχα. Οι μετεωρολογικές συνθήκες στην περιοχή της μελέτης. Αποτελέσματα ως προς τις μέσες ωριαίες ή ημερήσιες συγκεντρώσεις (σε μg/m 3 ) παρέχονται για τα σημεία της υπό εξέτασης περιοχής που έχει επιλέξει ο χρήστης. Στη συγκεκριμένη μελέτη για τη περιγραφή της διασποράς των αιωρούμενων σωματιδίων ΑΣ10 από τα λατομεία της Κύπρου χρησιμοποιήθηκε το Γκαουσιανό μοντέλο PAL. Η επιλογή αυτού του απλού μοντέλου και η απόρριψη πιο σύνθετων έγινε με βάση τις ανάγκες ακρίβειας, το μέγεθος των δεδομένων που είχαν δοθεί καθώς επίσης και το χρονικό εύρος μετρήσεων των ρύπων από τα φίλτρα της που έχουν εγκατασταθεί στα λατομεία. Στην ατμόσφαιρα η ροή πλην ελαχίστων εξαιρέσεων είναι τυρβώδης, έχουμε λοιπόν κατά κύριο λόγο τυρβώδη διάχυση. Άρα οι εκπομπές λαμβάνουν χώρα σε τυρβώδη ροή όπου η διάχυση είναι κατά πολλές τάξεις μεγέθους εντονότερη σε σύγκριση με την μοριακή διάχυση. Οι τυρβώδεις δίνες στην ατμόσφαιρα διαφέρουν σε μέγεθος και ένταση και όσο μεγαλύτερα είναι αυτά τα μεγέθη, τόσο μεγαλύτερη είναι η διάχυση των ρύπων. Κοντά στην επιφάνεια του εδάφους, η ανάμειξη του αέρα λόγω κατακόρυφης μεταφοράς θερμότητας και της τριβής με το έδαφος είναι σημαντική. Η φύση των τριβών στο ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με το φαινόμενο της τύρβης, δηλαδή στροβιλισμούς που προκαλούνται από μηχανικά αλλά κυρίως, από θερμικά αίτια). Πιο συγκεκριμένα στις πηγές εκπομπής αναπτύσσονται μικρές δίνες, οι οποίες γίνονται μεγαλύτερες όσο αυξάνεται η

36 απόσταση τους από την πηγή. Το ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα δεν είναι σταθερό αλλά η κατακόρυφη δομή του παρουσιάζει χρονικές διακυμάνσεις ανάλογα με τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας επιφάνειας. Το ύψος του οριακού στρώματος, που ονομάζεται και ύψος ανάμειξης, καθορίζει τον όγκο που είναι διαθέσιμος για τη διασπορά των ρύπων. Το ύψος ανάμιξης δεν είναι σταθερό, αλλά εξαρτάται από το ανάγλυφο του εδάφους, τις κλιματολογικές συνθήκες, την εποχή και την ώρα. Για συγκεκριμένη περιοχή, το ύψος ανάμειξης είναι μεγαλύτερο κατά τους θερμούς μήνες. Η τιμή του είναι ελάχιστη στη διάρκεια της νύχτας. Με την ανατολή του ήλιου, το ύψος ανάμιξης αυξάνει βαθμιαία και παίρνει τη μεγίστη τιμή του τις πρώτες μεταμεσημβρινές ώρες. Οι παράγοντες που δημιουργούν όλες αυτές τις κινήσεις του αέρα είναι η ηλιακή ενέργεια που προσλαμβάνει η ατμόσφαιρα και η επιφάνεια του εδάφους, η ανομοιογένεια του ανάγλυφου του εδάφους και η περιστροφική κίνηση της Γης γύρω από τον άξονά της. Οι παράμετροι τυρβώδους διάχυσης παίρνουν μεγαλύτερες τιμές όσο μεγαλύτερη είναι η χρονική διάρκεια για την οποία υπολογίστηκαν. Εξαρτώνται από την κατάσταση ατμοσφαιρικής ευστάθειας και από την τραχύτητα του εδάφους. Οι τυρβώδεις δίνες είναι εντονότερες στην οριζόντια κατεύθυνση παρά στην κατακόρυφη. Το PAL βελτιώθηκε με βάση νεότερα πειράματα. Τυπικά, η εξίσωση παρέμεινε η ίδια, με δύο όμως καινοτομίες και κάποια διαφοροποίηση στον ορισμό του ύψους Η της πηγής από το έδαφος. Με βάση αυτές τις τροποποιήσεις: 1. η εξίσωση ισχύει και για άνεμο πλάγιο στη διεύθυνση διάδοσης. 2. η παράμετρος κατακόρυφης διάχυσης σ z ορίζεται από μια μαθηματική συνάρτηση που εξαρτάται και από τη διεύθυνση του ανέμου. 3.5 Περιγραφή προγραμμάτων για ανάλυση και οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων Για τους σκοπούς της παρούσας μελέτης χρησιμοποιήθηκαν δύο προγράμματα οπτικοποίησης αποτελεσμάτων, το surfer και το wrplotview. Με το surfer πραγματοποιήθηκε η παρουσίαση, με τη μορφή χαρτών διασποράς, των αποτελεσμάτων από των αιωρούμενων σωματιδίων ΑΣ 10 που εκπέμπονται από τις δραστηριότητες των λατομείων που μελετήθηκαν. Ως δεδομένα εισόδου στο πρόγραμμα χρησιμοποιήθηκαν τα αποτελέσματα από την εκτέλεση του PAL, δηλαδή οι μέσες ημερήσιες συγκεντρώσεις ( μg/m 3 ) για τα σημεία και τη συγκεκριμένη χρονική περίοδο που έχουμε επιλέξει για την έρευνα. Το wrplotview είναι ένα πρόγραμμα παρουσίασης ροδογραμμάτων όπου παρουσιάζει της συνθήκες ανέμου (ταχύτητα και διεύθυνση) που επικρατούν σε μία συγκεκριμένη περίοδο. Για την ανάλυση των ωριαίων αποτελεσμάτων που μας δίνει το PAL κατασκευάστηκε στα πλαίσια της εργασίας πρόγραμμα σε περιβάλλον MATLAB, το οποίο ως δεδομένα εισόδου χρησιμοποιεί τις ωριαίες εκπομπές των AΣ 10 και παράγει τις εκπομπές για συγκεκριμένες