3. ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΟΙ ΡΥΠΟΙ Αιωρούμενα Σωματίδια (Particulate matter )

3. ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΟΙ ΡΥΠΟΙ Αιωρούμενα Σωματίδια (Partculate matter ) A vew of the Effel Tower through smog n March (014): New York Tmes /74 ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ-ΑΕΡΟΛΥΜΑΤΑ Σωματιδιακή ύλη (Partculate matter, PM) ή αιωρούμενα σωματίδια (ΑΣ): οποιουδήποτε μεγέθους υλικό στον αέρα σε στερεή η υγρή μορφή (από μερικά nm μέχρι κάποιες δεκάδες μm). Τα σωματίδια με d<10 μm σχηματίζουν τα λεγόμενα αερολύματα (Aerosols, συμπεριφέρονται σαν να ήταν διαλυμένα στον αέρα) [ομίχλη, καπνός, νέφος κτλ.] ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ-ΑΕΡΟΛΥΜΑΤΑ Φυσικές Πηγές: ηφαίστεια, πυρκαγιές, θάλασσα, σκόνη με τον άνεμο (π.χ. Αφρική) γύρη των φυτών κτλ. Ηφαιστειακή τέφρα, θαλάσσια αερολύματα (~10000 Τg/έτος), καπνός, βιοαερολύματα κτλ. Ποικιλία σχημάτων, μεγεθών, φυσικών ιδιοτήτων και χημικής σύστασης Στερεά (ξηρή σκόνη) ή σταγονίδια Τα σωματίδια συμμετέχουν σε φωτοχημικές διεργασίες στην ατμόσφαιρα με αποτέλεσμα τη τροποποίηση της χημικής τους σύστασης και του μεγέθους (πυρηνογένεση, συμπύκνωση, εξάτμιση, συσσωμάτωση, απόθεση, συμμετοχή σε χημικές αντιδράσεις) 3/74 4/74

ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ-ΑΕΡΟΛΥΜΑΤΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ-ΑΕΡΟΛΥΜΑΤΑ: Χαρακτηριστικά Ανθρωπογενείς Πηγές Διεργασίες καύσης (π.χ. αιθάλη) Διεργασίες διαχείρισης υλικών (βιομηχανικές & μεταλλευτικές δραστηριότητες: θραύση ή τριβή ορυκτών φόρτωση κτλ.) Μεταφορές, γεωργία Δευτερογενή σωματίδια (από αντιδράσεις μετατροπής αερίων στην ατμόσφαιρα) Περιλαμβάνουν διάφορες τοξικές ενώσεις: VOC, Pb, διοξίνες κτλ. Θειικά, ανθρακικά (black carbon), οργανικά άνθρακα, σκόνες κ.α. Συνεργία αερολυμάτων από φυσικές και από ανθρωπογενείς πηγές: - αερολύματα καπνού και (NH 4 ) SO 4 επιδρούν στην ορατότητα - απορρόφηση τοξικών ουσιών από στερεά που αναπνέουν οι άνθρωποι Μέγεθος Σχήμα Πυκνότητα Κολλώδη ή όχι Ικανότητα διάβρωσης Τοξικότητα Ικανότητα αντιδράσεων άλλα Χαρακτηριστικά αέριου ρεύματος που περιέχει τα σωματίδια Πίεση Θερμοκρασία Ιξώδες Υγρασία Χημική σύσταση Ευφλεκτότητα 5/74 6/74 Χαρακτηριστικά σωματιδίων: μέγεθος Χαρακτηριστικά σωματιδίων - Μέγεθος Ένας σημαντικός παράγοντας στο χαρακτηρισμό των αιωρούμενων σωματιδίων είναι το σχήμα και το μέγεθός τους (διάμετρος). Το σχήμα ορισμένων διαφέρει πολύ από το σχήμα της σφαίρας, π.χ. σωματίδια αμιάντου. Αμίαντος Διάμετρος Stokes Αεροδυναμική διάμετρος Αεροδυναμική διάμετρος: η διάμετρος σφαίρας με ρ=1 g/ml, η οποία καθιζάνει με τον ίδιο ρυθμό με το υπό εξέταση σωματίδιο σε ακίνητο αέριο (προκύπτει από αεροδυναμικούς ταξινομητές: προσκρουστήρες με διαδοχικές επιφάνειες) Διάμετρος Stokes: η διάμετρος σφαίρας που έχει ίδια πυκνότητα και ίδιο ρυθμό καθίζησης με το υπό εξέταση σωματίδιο 1/3 6V Ν. Ανδρίτσος Σωματιδιακοί Διάμετρος ισοδύναμου όγκου (ισοδύναμη διάμετρος): d V Ρύποι 7/54 Ένα ακανόνιστο σωματίδιο και ισοδύναμες σφαίρες. 7/74 8/74

Χαρακτηριστικά σωματιδίων - Μέγεθος Ορισμοί PM10, PM.5 Χαλίκια: >000 μm Άμμος: 0-000 μm Τρίχα ανθρώπου: 50-70 μm Καπνός: 0,01-1 μm 9/74 10/74 Χαρακτηριστικά σωματιδίων: μεγεθος Χαρακτηριστικά σωματιδίων Ποικιλία μεγεθών και σχημάτων Διαφορετική σύσταση Ανάλυση συγκεκριμένου σωματιδίου 11/74 1/74

Χαρακτηριστικά σωματιδίων 13/74 14/74 Χαρακτηριστικά σωματιδίων (συν.) Πώς εκτιμούμε το μέγεθος των σωματιδίων; Μικροσκοπία, ταχύτητα καθίζησης, σκέδαση φωτός κτλ. Χαρακτηριστικά σωματιδίων: Σχήμα Γύρη Γιατί να νοιαστούμε για το μέγεθος των σωματιδίων; Υγεία, ορατότητα, περιβάλλον, σχεδιασμός αντιρρυπαντικής τεχνολογίας Οξείδια του σιδήρου Άλλα χαρακτηριστικά Πυκνότητα Χημική σύσταση (ικανότητα διάβρωσης, τοξικότητα, αντιδραστικότητα) Φάση (υγρό, στερεό) Κατανομή μεγέθους (αριθμός, μάζα, επιφάνεια, όγκος) Σωματίδια ιπτάμενης τέφρας 15/74 16/74

Χαρακτηριστικά σωματιδίων: Σχήμα Aιωρούμενα σωματίδια Ταξινόμηση σε σχέση με την προέλευσή τους PM<1 μm: λεπτομερή σωματίδια (fne), μεγάλος χρόνος παραμονής στην ατμόσφαιρα - πρωτογενή από διεργασίες καύσης (π.χ. σωματίδια αιθάλης, αλλά και μεταλλικά στοιχεία) - δευτερογενή, κυρίως από συμπύκνωση - στις πόλεις το μεγαλύτερο ποσοστό περιέχει άνθρακα PM>,5 μm: χονδροειδή σωματίδια (coarse) - κυρίως πρωτογενή από μηχανικές ή άλλες διεργασίες (σκόνη από το φλοιό της γης, θαλάσσια αερολύματα κτλ.), - ανθρωπογενή ή από φυσικά αίτια 17/74 18/74 Aιωρούμενα σωματίδια Ταξινόμηση σε σχέση με την συμπεριφορά στο αναπνευστικό σύστημα PM<100 μm: εισπνεύσιμα PM<10 μm: PM<4 μm: θωρακικό κλάσμα (διασχίζουν το λάρυγγα και τους πνεύμονες) αναπνεύσιμα, αυτά που φτάνουν στην περιοχή που γίνεται η ανταλλαγή των αερίων Θειικό αμμώνιο Θαλάσσια σωματίδια Average sze dstrbuton of the partculate mass and of water-soluble norganc and dust aerosols n Crete. (Scare et al., Atmos. Chem. Phys., 5, 53-65, 005). d p > 10 m 1<d p <10 m d p <1 m 19/74 0/74

Χαρακτηρισμός σωματιδίων Με βάση το σχηματισμό τους Αερολύματα συμπύκνωσης = σχηματίζονται από τη συμπύκνωση ατμών ή από αντιδράσεις αερίων Αερολύματα διασποράς = σχηματίζονται από θραύση στερεών, εκνέφωση υγρών ή διασπορά της σκόνης Σωματίδια με μέγεθος 0,001 to 10 μm αιωρούνται στον αέρα Με βάση το μέγεθος Νανοσωματίδια (d<50 nm) Σωματίδια Atken (d<0,1 μm) ή εξαιρετικά λεπτά (ultrafne) Λεπτά σωματίδια-fne partcles (αναπνεύσιμα) d<,5 μm Μεγάλα σωματίδια ή χονδροειδή (εισπνεύσιμα) d>,5 μm (μικρότερη επίδραση γιατί για d>10 μm κατακάθονται) Χαρακτηρισμός σωματιδίων με βάση τη φυσική κατάσταση 1) Στερεά αερολύματα Σκόνη (dust): στερεά σωματίδια από μηχανικές διεργασίες (θραύση, λείανση κτλ.) που διασπείρονται από τα άερια ρεύματα ( d p > 1 μm) «Ατμός» ή «καπνοί» (fume): στερεά προϊόντα συμπύκνωσης στην αέρια φάση, συχνά ύστερα από εξάτμιση και χημική αντίδραση (π.χ. οξείδωση). Συχνά τα σωματίδια αυτά είναι επιβλαβή. (d p < 1 μm) Καπνός (smoke): μικρά σωματίδια που σχηματίστηκαν από τη διεργασία (ατελούς) καύσης, που αποτελούνται κυρίως από άνθρακα. (d p 0,01 μm) Αιθάλη (soot): συσσωματώματα από σωματίδια από άνθρακα, αποτέλεσμα ατελούς καύσης Ιπτάμενη τέφρα (Fly ash): λεπτά ανόργανα σωματίδια που παρασύρονται από τα καυσαέρια (μπορούν να περιέχουν άκαυστο καύσιμο) 1/74 /74 Χαρακτηρισμός σωματιδίων με βάση τη φυσική κατάσταση Επιπτώσεις των Ατμοσφαιρικών Αερολυμάτων ) Υγρά αερολύματα Ομίχλη (Fog): υψηλή συγκέντρωση λεπτών σταγονιδίων (500-600 σταγονίδια/cm 3 ). Βασικά διασπορά νερού ή πάγου κοντά στο έδαφος. Εκνέφωμα (Mst): διασπορά λεπτών σταγονιδίων με διάμετρο ικανά να αιωρούνται ή να καθιζάνουν στον αέρα (50-100 σταγονίδια/cm 3 ). Είναι περισσότερο διαυγή από την ομίχλη. d p > 1 μm 3) Στερεά υγρά αερολύματα: Αχλύς θόλωμα (Haze): δηλώνει ελαττωμένη ορατότητα από την παρουσία σωματιδίων (λεπτή σκόνη + ομίχλη) d p < 1 μm Αιθαλομίχλη (Smog, smoke + fog), δηλωτικό της εκτεταμένης ρύπανσης σκόνη άνθρακα + SO + ομίχλη (αιθαλομίχλη τύπου Λονδίνου, ndustral smog) HC + NOx (φωτοχημικό νέφος- Λος Άνζελες) 3/74 4/74

Επιπτώσεις των Ατμοσφαιρικών Αερολυμάτων Ανθρώπινη υγεία: απόθεση στο αναπνευστικό μας σύστημα Επιπτώσεις των Ατμοσφαιρικών Αερολυμάτων Ανθρώπινη υγεία: απόθεση στο αναπνευστικό μας σύστημα Αμίαντος: αμιαντώσεις (φλεγμονή του πνεύμονα που καταλήγει σε αναπνευστική ανεπάρκεια) και μεσοθηλιώματα (μορφή καρκίνου του πνεύμονα). d p >10 m 1<d p <10 m d p <1 m Βήχας, άσθμα, συμπτώματα του κατώτερου αναπνευστικού, χρόνια βρογχίτιδα, καρδιακά προβλήματα, αυξημένη νοσηρότητα και θνησιμότητα Πνευμόνια πειραματόζωων που εκτέθηκαν σε εκπομπές κινητήρα ντίζελ και σε καθαρό αέρα 5/74 6/74 Επιπτώσεις των Ατμοσφαιρικών Αερολυμάτων Επιπτώσεις των Ατμοσφαιρικών Αερολυμάτων Μείωση της ορατότητας Μείωση της ορατότητας Φαινομενική αντίθεση σε απόσταση d C C e o C o = Πραγματική αντίθεση σε μηδενική απόσταση σ = συντελεστής απόσβεσης (συντ. σκέδασης [σ s ] + συντ. απορρόφησης [σ a ]) Για «ομίχλη»: σ s σ a Αποτελεσματικότεροι σκεδαστές: σωμ. 0,1-1 μm σ s =a+bc p (a, b σταθερές) d 1: φωτόνια κατευθείαν στο μάτι : φωτόνια σκεδάζονται (~0,5 μm) 3: απορρόφηση από σωματίδια 4: σκέδαση από περισσότερα του ενός σωματίδια 7/74 8/74

Επίδραση των PM10 στην ορατότητα Επιπτώσεις των Ατμοσφαιρικών Αερολυμάτων Βόλος, Φθινόπωρο 008 9/74 30/74 Χαρακτηριστικά σωματιδίων Τα σωματίδια: Έχουν κατανομή μεγέθους Κατακάθονται (Νόμος Stokes: F d =3πd p μv) Συσσωματώνονται (συμπύκνωση νερού-βροχή) Απομακρύνονται με τη βροχή Επιδρούν στην ορατότητα (ελάττωση) λόγω σκέδασης και απορρόφησης του φωτός p V gd ( ) p 18 διάμετρος σωματιδίου Ταχύτητα καθίζησης flud 0,1 µm: V s = 4x10-5 cm/s 1 µm: V s = 4x10-3 cm/s 10 µm: V s = 0,3 cm/s 100 µm: V s = 30 cm/s ιξώδες ρευστού Κατανομή Μεγέθους σωματιδίων Μονοδιασπορά: όλα τα σωματίδια έχουν το ίδιο μέγεθος (π.χ. βιοαερολύματα γύρης) Πολυδιασπορά: σωματίδια με διαφορετικό μέγεθος (στην πράξη) Τυπικά δεδομένα από μετρήσεις Περιοχή μεγέθους Εύρος Μέσο μεγεθος Μέτρηση Κλάσμα/εύρος Ποσοστό Αθροιστική (μm) (μm) (μm) (#) Κλάσμα (1/μm) (%) (%) 0-4 4 104 0.104 0.060 10.4 10.4 4-6 6 160 0.160 0.0800 16.0 6.4 6-8 7 161 0.161 0.0805 16.1 4.5 8-9 1 8.5 75 0.075 0.0750 7.5 50.0 9-10 1 9.5 67 0.067 0.0670 6.7 56.7 10-14 4 1 186 0.186 0.0465 18.6 75.3 14-16 15 61 0.061 0.0305 6.1 81.4 16-0 4 18 79 0.079 0.0198 7.9 89.3 0-35 15 7.5 103 0.103 0.0069 10.3 99.6 35-50 15 4.5 4 0.004 0.0003 0.4 100.0 >50 50 50 0 0.000 0.0000 0.0 100.0 ΣΥΝΟΛΟ 1000 1.000 100.0 Μπορεί να είναι μάζα; 31/74 3/74

Συχνότητα (ή αριθμός Σωματιδίων) vs μέγεθος σωματιδίων Συχνότητα/d p vs. μέγεθος σωματιδίων Περιοχή μεγέθους (μm) Μέτρηση (#) 0-4 104 4-6 160 6-8 161 8-9 75 9-10 67 10-14 186 14-16 61 16-0 79 0-35 103 35-50 4 >50 0 ΣΥΝΟΛΟ 1000 Κατανομή σωματιδίων (Συχνότητα/μέτρηση) 00 180 160 140 10 100 80 60 40 0 0 0 10 0 30 40 50 60 dp (μm) Περιοχή μεγέθους (μm) Αριθμός σωμ./ Δd p 0-4 6 4-6 80 6-8 80.5 8-9 75 9-10 67 10-14 46.5 14-16 30.5 16-0 19.75 0-35 6.87 35-50 0.7 >50 0 n(dp) Κατανομή σωματιδίων (Συχνότητα/Δdp) 90 80 70 60 50 40 30 0 10 0 0 10 0 30 40 50 60 dp (μm) Ε: Ποιο μέγεθος έχει τη μεγαλύτερη συγκέντρωση; n (Αριθμ. σωμ.) d p E: Ποια είναι η συνολική επιφάνεια; N ( n d p ) 33/74 34/74 Κλάσμα/d p vs. μέγεθος σωματιδίων Σχετική πυκνότητα κατανομής Περιοχή μεγέθους (μm) n f N Κλάσμα/εύρος (1/μm) 0-4 0.060 4-6 0.0800 6-8 0.0805 8-9 0.0750 9-10 0.0670 10-14 0.0465 14-16 0.0305 16-0 0.0198 0-35 0.0069 35-50 0.0003 >50 0.0000 f(dp) Συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας (Κλάσμα/Δdp) 0.08 0.06 0.04 0.0 0 0 10 0 30 40 50 60 dp (μm) Ε: Ποια είναι η τιμή της συνολικής επιφάνειας; Αντιπροσωπευτικά μεγέθη Μέση διάμετρος (mean-αριθμητικός μέσος): Το άθροισμα των μεγεθών όλων των σωματιδίων διαιρεμένο με τον αριθμό των σωματιδίων d d n d p p d f(d )dd p p p p N n 0 Μεσαία τιμή (medan): H διάμετρος του σωματιδίου για την οποία το 50% των σωματιδίων είναι μικρότερα από αυτό και το 50% μεγαλύτερα. Αντιστοιχεί στο αθροιστικό κλάσμα 50%. Συχνότερη τιμή: Μηδενίζοντας την παράγωγο της συνάρτησης πιθανότητας και λύνοντας ως προς d p. 35/74 36/74

Γεωμετρικός μέσος Η νιοστή ρίζα του γινομένου Ν τιμών 1/ ( ) 1 3 1 3... N n n n n dp p p p p D d d d d pg Έκφραση με όρους ln(d p ) lnd d pg 1/ N Χρησιμοποιείται συχνά στα αερολύματα και καλύπτει την περιοχή από 0,001 μέχρι 1000 μm pg exp n lnd N n p lnd N p Άλλες κατανομές Υπάρχουν και άλλες κατανομές εκτός από τον αριθμό, όπως κατανομές της μάζας, όγκου, επιφάνειας Παράδειγμα: ένα σύστημα περιέχει σφαιρικά σωματίδια (πυκνότητας 1.91 g/cm 3 ) ως εξής: Συγκέντρωση αριθμού: Συγκέντρωση μάζας: 100 σωμ./cm 3 d=1 μm 10-10 g/cm 3 d=1 μm 1 σωμ./cm 3 d=10 μm 10-9 g/cm 3 d=10 μm Ε: Έχουμε περισσότερα σωματίδια διαμέτρου 1 μm ή 10 μm ; [δηλ. η πλειοψηφία είναι 1 ή 10 μm;] Ε: Πως θα είναι η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας; 37/74 38/74 Κατανομή αριθμού σωματιδίων Κατανομή μάζας q(d p ) Probablty Densty Functon 0.10 0.08 0.06 0.04 0.0 0.00 0 10 0 30 40 50 0.04 0.03 0.0 0.01 0.00 0 10 0 30 40 50 d d p (m) p (m) Ε: Ποια είναι η συχνότερη τιμή για τις παραπάνω κατανομές; Μέση διάμετρος αριθμού Μέση διάμετρος μάζας Mass fracton/m n d p d d n ( d ) dd pn p p p n 0 m d p d d m ( d ) d d pm p p p m 0 Ε: Τι κατανομή θα πρέπει να χρησιμοποιούμε; Μάζα, αριθμό ή άλλη; 39/74 40/74

Κανονική κατανομή (normal or gaussan dstrbuton) Χρησιμοποιείται ευρύτατα (π.χ. για τη βαθμολόγηση των φοιτητών) Τυπική απόκλιση: d d 1 p Λογαριθμική κανονική κατανομή Τα περισσότερα αερολύματα παρουσιάζουν μία λοξή κατανομή, μετατοπισμένη στα μικρότερα σωματίδια Σε πολλές περιπτώσεις λογαριθμική κανονική κατανομή (log-normal dstrbuton) Μια ποσότητα d p κατανέμεται log-normally, όταν ο λογάριθμός της κατανέμεται normally 68% των σωματιδίων έχουν μέγεθος d p d 1 dp df ( dp) N ( dp dp) exp 1/ ddp ( ) n d N 1 ( p dp) Τυπική απόκλιση 1/ Κλάσμα μάζας σωματ. d p logd p Η εφαρμογή αυτής της κατανομής δεν έχει θεωρητική βάση, αλλά έχει βρεθεί να ταιριάζει σε αρκετά αερολύματα που προέρχονται από την ίδια πηγή. Χρήσιμη για μεγάλο εύρος μεγεθών (μεγαλύτερο / μικρότερο μέγεθος > 10) Απλά αντικαθιστούμε το d p με log(d p ) ή ln(d p ) Κλάσμα μάζας σωματ. 41/74 4/74 Λογαριθμική κανονική κατανομή Χαρακτηριστικά λογαριθμικής κανονικής κατανομής Χαρακτηρίζεται από ένα γεωμετρικό μέσο (μεσαία τιμή, d medan ) και από μία τυπική γεωμετρική απόκλιση, σ g. lnd pg ln g n lnd N p n (lnd ln d ) p pg N 1 Γεωμετρική μέση διάμετρος d d d ln d ln d p pg exp dlndp ln df 1 (ln ) 50 Γεωμετρική τυπική απόκλιση g g pg medan Η πιθανότητα ένα σωματίδιο να βρίσκεται στην περιοχή από ln(d p ) μέχρι [ln(d p ) +dln(d p )] lnd84,1% lnd50% ln g lnd lnd ln 15,9% 50% ln g ln( d / d ) Σχέση μεταξύ d p d pg dp 97.5% 50% και dpg (ln g ) exp Η λογαριθμική κανονική κατανομή παριστάνεται ως ευθεία γραμμή σε διάγραμμα με συντεταγμένες το ln(d p ) και την αθροιστική κατανομή g Για μία συγκεκριμένη κατανομή η γεωμετρική τυπική απόκλιση παραμένει η ίδια, ανεξάρτητα αν αναφερόμαστε σε αριθμό σωματιδίων ή μάζα. (Αλλά η μέση γεωμετρική τιμή διαφέρει) 43/74 44/74

Μετρήσεις από έναν προσκρουστήρα με διαδοχικές επιφάνειες Sze range (m) 0- -5 5-9 9-15 15-5 >5 Mass (mg) 4.5 179.5 368 76 73.5 18.5 Sze range (m) Mass fracton (mj) Cumulatve percent 0-0.0049 0.5-5 0.195 0.0 5-9 0.4 60.0 9-15 0.3 90.0 15-5 0.08 98.0 >5 0.0 100 99.99 Log-Probablty Graph M m M Sze range (m) Mass fracton (m j ) Cumulatve percent 0-0.0049 0.5-5 0.195 0.0 5-9 0.4 60.0 9-15 0.3 90.0 15-5 0.08 98.0 >5 0.0 100 Είναι η κατανομή αυτή λογαριθμική κανονική; Αν ναι, ποιες είναι οι τιμές των d 50% και s g ; Φίλτρο Cumulatve % less than d p 99.9 99.8 99 98 95 90 80 70 60 50 40 30 0 10 5 1 0.5 0. 0.1 0.05 0.01 0.1 0. 0.3 0.4 0.50.60.70.80.91 3 4 5 6 7 8 910 0 30 40 50 60 708090100 d p (m) dpg d16 4.6 d84 13.5 7.8 45/74 46/74 Συμπεριφορά σωματιδίου σε Ρευστό Σωματίδιο κινούμενο μέσω ενός ρευστού 1 F C A V D D pf r Συντελεστής οπισθέλκουσας (C D ) CD 4 Re Οπισθέλκουσα δύναμη, F D CD 4 Re DV Re p r f Αριθμός Reynolds σωματιδίου dv Re p r f C D = συντελεστής οπισθέλκουσας Περιοχή Stokes A p = προβαλλόμενη επιφάνεια σωμ. άκαμπτες σφαίρες ρ f = πυκνότητα ρευστού 10-4 < Re < 1 V r = σχετική ταχύτητα D p = διάμετρος σωματιδίου F 3 d V μ =ιξώδες ρευστού D p r Stokes Μετάπτωση CD 0.44 Newtonan Νόμος του Stokes Cooper and Alley, 00 4 (1 0.15Re 0.687 ) CD Re 47/74 48/74

Συντελεστής διόρθωσης λόγω ολίσθησης Συντελεστής διόρθωσης Cunnngham Όταν η d p είναι κοντά στη μέση ελεύθερη διαδρομή των μορίων του αέρα, τότε τα σωματίδια «γλυστρούν» μεταξύ των μορίων. Αυτό μειώνει σημαντικά τη δύναμη οπισθέλκουσας. Ο αριθμός Knudsen καθορίζει τη διόρθωση για αυτή την ολίσθηση. Kn dp λ = μέση ελεύθερη διαδρομή d p Συνεχές μέσο Kn 0 Ελεύθερα μόρια (κινητική θεωρία) Kn Cunnngham correcton 5 0 15 10 5 0 0.01 0.1 1 10 C C C c CD C (Re) d p 1 1,57 0, 40 exp 0,55 d p Προσεγγίζει το 1 για μεγάλα σωματίδια Χρειάζεται διόρθωση καθώς Kn1 dameter (um) Ν. Ανδρίτσος Σωματιδιακοί Ρύποι 49/54 Flagan and Senfeld, 1988 Μετάπτωση Kn 1 49/74 μέση ελεύθερη διαδρομή ~ 0,065 μm σε T=5, P=1 atm Λιγότερη αντίσταση στα μικρά σωματίδια 50/74 Ισοζύγιο δυνάμεων σε ένα σωματίδιο που κινείται σε ένα ρευστό Ταχύτητα καθίζησης σωματιδίου σε ένα ήρεμο ρευστό F external -F drag + F buoyancy = F on_partcle 3dv p f dv Fext mp g m C dt c dv 18 F v ext dt dpcc m 1/ Βαρύτητα p οπισθέλκουσα Υπόθεση: περιοχή Stokes (Re<1, σφαίρα) 3 dp d p p dp m 6 τ= χρόνος χαλάρωσης (relaxaton tme χαρακτηριστικό χρόνος) Αναφέρεται στο πόσο γρήγορα ένα σωματίδιο προσαρμόζεται σε νέες συνθήκες 6m dv v F ext dt m dv dt v g και εάν v g 1exp t Όταν τ << t, τότε το σωματίδιο έχει φτάσει σε μία σταθερή ταχύτητα: Οριακή ταχύτητα καθίζησης (termnal settlng velocty), v t : d Cc vt g g 18 Fext mg 51/74 5/74

Χαρακτηριστικοί χρόνοι και ταχύτητα καθίζησης Σε κανονικές συνθήκες Διάμετρος σωματιδίου (m) Χαρακτηριστικός χρόνος (s) 0.01 7.010-9 0.1 9.010-8 1.0 3.510-6 10.0 3.110-4 100 3.110 - Οι χαρακτηριστικοί χρόνοι των σωματιδίων είναι πολύ μικροί! Μπορούμε να υποθέσουμε ότι στιγμιαία αποκτούν την οριακή ταχύτητα Απόδοση συλλογής (collecton effcency) Η απόδοση συνήθως ορίζεται με βάση τη μαζική παροχή M M L L e e M L κλάσμα M Συσκευή ελέγχου M e M = μαζική παροχή (π.χ. g/s) L = φόρτιση σωματιδίων (g/m 3 ) : είσοδος e: έξοδος Επηρεάζουν το n : σχήμα, πυκνότητα, ροή, υγρασία κτλ. Οι διάφορες συσκευές έχουν διαφορετική απόδοση για διαφορετικά μεγέθη σωματιδίων. Αν είναι γνωστή η κατανομή μεγέθους m Απόδοση του μεγέθους d p Κλάσμα μάζας του μεγέθους d p m(d ) m(d ) p p m m(d ) Συνολ. μάζα p 53/74 54/74 Απόδοση συλλογής Συσκευές εν σειρά M M M e M M e Pt 1 Απόδοση συλλογής Διείσδυση Σωματιδιακή ρύπανση σε διάφορες πόλεις M Συσκευή ελέγχου 1, n 1, Pt 1 Συσκευή ελέγχου, n, Pt M e M e =M *Pt 1 *Pt M *Pt 1 Συνολική διείσδυση Pt o N Pt 1 55/74 56/74

Εγκαταστάσεις παρακολούθησης της σωματιδιακής ρύπανσης Βιομηχανικός σταθμός Δίπλα σε δρόμο Στην εξοχή 57/74 58/74 Η εξέλιξη της σωματιδιακής ρύπανσης στην Ε.Ε. Η εξέλιξη της σωματιδιακής ρύπανσης στην Ε.Ε. 59/74 60/74

Aιωρούμενα σωματίδια: τυπικές τιμές PM10 ΟΡΙΑΚΕΣ ΤΙΜΕΣ ΓΙΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ: ΕΥΡΩΠΑΪΚΗ ΕΝΩΣΗ Μέσες ετήσιες τιμές: Απομακρυσμένες περιοχές: 3-8 μg/m 3 *, συμμετοχή οργανικού άνθρακα 10-15% Κεντρική & Βόρεια Ευρώπη: (γενικά) 0-40 μg/m 3 συμμετοχή οργανικού άνθρακα 5-35% Μεσογειακές χώρες (π.χ. Αθήνα, Θεσσαλονίκη, Ρώμη, Βαρκελώνη): 45-60 μg/m 3 Τα PM.5; Ίσως υψηλότερα σε πόλεις της Κεντρικής Ευρώπης από ότι στη Μεσόγειο 1 1 * 1 g mg g 1.000 1.000.000 61/74 6/74 ΟΡΙΑΚΕΣ ΤΙΜΕΣ ΓΙΑ ΤΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ Itale: crculaton nterdte à Mlan en rason de la polluton PM.5 10 μg/m 3 μέση ετήσια τιμή 5 μg/m 3 μέση 4-ωρη τιμή La crculaton automoble a été nterdte totalement dmanche à Mlan, de 08h00 à 18h00 locales, a-t-on apprs auprès de sa muncpalté. En cause: la forte polluton atmosphérque dans l'ar qu perdure depus deux semanes. PM 10 0 μg/m 3 μέση ετήσια τιμή 50 μg/m 3 μέση 4-ωρη τιμή Η EPA στις Η.Π.Α. δίνει μεγαλύτερη σημασία στα PM.5 και από το τέλος του 006 μείωσε την μέση ημερήσια τιμή των PM.5 στα 35 µg/m 3, με τη μέση ετήσια οριακή τιμή στα 1 µg/m 3. BBC News (9/10/011): Car-free Sunday for smog-struck Mlan 63/74 64/74

PM,5 στην Ευρώπη (013) PM10 στην Ευρώπη (013) Υπέρβαση του στόχου της ΕΕ στα PM.5 (5 μg/m 3 ) Υπέρβαση του ετήσιου ορίου των PM 10 40 μg/m 3 ΕΕΑ Report: Ar qualty n Europe 015 report 65/74 66/74 ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ PM-10 ΣΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΣΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ O 1 ος Σταθμός μέτρησης του ΠΘ λειτουργεί από το 005 στο Πεδίο Άρεως Η συντήρηση του σταθμού και η έκδοση των μηνιαίων δελτίων γίνεται από προσωπικό του Εργαστηρίου Θερμοδυναμικής & Θερμικών Μηχανών. Αρχή λειτουργίας του DustTrak (90 ο laser lght scatterng) Θέση Σταθμού μέτρησης Αρχή λειτουργίας του DustTrak ΙΙ Ζώνη Λιμένα Βόλου 67/74 68/74

ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΣΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ PM10 στο Κυλικείο της Πολυτεχνικής ΚΥΛΙΚΕΙΟ Βροχή.0 PM10 (mg/cm 3 ) 1.5 1.0 0.5 PM10 OPIO 0.0 16:09:44 16:19:44 16:9:44 16:39:44 16:49:44 16:59:44 17:09:44 17:19:44 17:9:44 17:39:44 17:49:44 17:59:44 18:09:44 18:19:44 18:9:44 tme * Οι τιμές είναι σε mg/m 3 (1000 μg/m 3 ) 69/74 70/74 ΤΑ ΝΕΑ, 5 Απριλίου 008 Ήταν έκπληξη το πρωτοσέλιδο των ΝΕΩΝ στις 5/4/008; ΤΑ ΝΕΑ, 5 Απριλίου 008 *Προφανώς στον κατάλογο θα πρέπει να προστεθούν και άλλες πόλεις που δε γίνεται καταγραφή των ρύπων 71/74 7/74

Γιατί η Λάρισα να διαφέρει από άλλες πόλεις; Πυκνά δομημένη πόλη, χωρίς μεγάλες λεωφόρους και χώρους πρασίνου (>100 m /κάτοικο στη Στοκχόλμη, Λάρισα;) Τι άλλο είδαμε; ΤΑ ΝΕΑ, 5 Απριλίου 008 Έλλειψη σταθερού (ηλεκτροκίνητου) μέσου μαζικής μεταφοράς Συχνά κυκλοφοριακά προβλήματα Επαναιώρηση σωματιδίων από δρόμους, αγρούς, κατασκευές κτλ. Παλαιότητα στόλου αυτοκινήτων («γερασμένα» φορτηγά & λεωφορεία, μόλις 1 στα 0 φορτηγά έχει ηλικία μικρότερη από 5 χρόνια! στοιχεία 006) Ενεργοβόρα κτίρια, μερική υποκατάσταση πετρελαίου θέρμανσης από φυσικό αέριο Ξηροθερμικό μεσογειακό κλίμα με έλλειψη ανέμων (λόγω γεωγραφικής θέσης), μεγάλες περιόδους ανομβρίας ( στασιμότητα αέριων μαζών) (πυρκαγιές δασών, σκόνη από την Αφρική). 73/74 Smon Brkett, of the Campagn for Clean Ar n London, suggested bannng certan vehcles from cty centres altogether was the only soluton. 'Ar polluton klled three tmes more people n the UK last year than passve smokng dd, but whch one dd the government tackle frst? They were happy to take on the cgarette companes, but not the Great Brtsh love affar wth the car. Thomas Qunn The Observer, Sunday May 4 008 74/74 Γενικές Προτάσεις για Μερική Αντιμετώπιση Θα πρέπει βασικά να αλλάξουμε συνήθειες για τον περιορισμό της χρήσης του αυτοκινήτου στο κέντρο της πόλης: - ενίσχυση και ενθάρρυνση της ανάπτυξης των μαζικών μέσων μεταφοράς (κυρίως των ηλεκτροκίνητων), - επέκταση πεζόδρομων & ποδηλατοδρόμων, - ώθηση της χρήσης ποδηλάτου ή και να περπατάμε περισσότερο (κάνει καλό και στην υγεία) - οι χώροι στάθμευσης να κατασκευάζονται περιφερειακά της πόλης (και να είναι φθηνοί) και όχι στο κέντρο. - ολοκλήρωση περιφερειακού δρόμου - διόδια για το κέντρο της πόλης... Περαιτέρω διείσδυση του φυσικού αερίου για τη θέρμανση κτηρίων με ταυτόχρονη προσπάθεια για μείωση των θερμαντικών αναγκών με κατάλληλα μέτρα (μόνωση, αυτοματισμοί ). Αντικατάσταση παλαιών λεωφορείων με λεωφορεία νέας τεχνολογίας Γενικές Προτάσεις για Μερική Αντιμετώπιση Συστηματικότερος έλεγχος των αέριων εκπομπών από τις βιομηχανίες, τις κεντρικές θερμάνσεις των κτιρίων, τα αυτοκίνητα, τα δίκυκλα Δενδροφυτεύσεις όπου είναι δυνατόν, ακόμη και περιφερειακά της πόλης. Η βλάστηση αποτελεί τον αποτελεσματικότερο τρόπο δέσμευσης των σωματιδίων Γρήγορη ανακατασκευή των δρόμων και άλλων κατασκευών, κατάβρεγμα κατά τη διάρκεια κατεδαφίσεων κτλ. Περιοδικό πλύσιμο και καθαρισμός των δρόμων και των πεζοδρομίων Παρακολούθηση των PM10 (ή καλύτερα των PM.5) και λήψη μέτρων σε έκτακτες ανάγκες (π.χ. σε θερμοκρασιακή αναστροφή): απαγόρευση κυκλοφορίας αυτοκινήτων (ιδίως φορτηγών) στο κέντρο της πόλης, μείωση της παραγωγής στη βιομηχανία, απαγόρευση τζακιών κτλ. Σύστημα αξιολόγησης της απόδοσης των μέτρων.. 75/74 76/74