Zanieczyszczenie powietrza

6.1. Wstęp

Powietrze jest mieszaniną gazów składającą się głównie z azotu (78 % objętości) i tlenu (21 %) oraz z takich składników podrzędnych jak: dwutlenek węgla (CO2), para wodna, gazy szlachetne (głównie argon) i inne (łącznie ok. 1 %). Zawartość dwóch podstawowych składników (azotu i tlenu) jest na ogół stała, natomiast pozostałych może się zmienić zarówno wskutek czynników naturalnych jak też w wyniku działalności człowieka. Naturalne zmiany składu powietrza dotyczą przede wszystkim koncentracji pary wodnej (tzw. wilgotność powietrza) i w mniejszym stopniu dwutlenku węgla. Wahania zawartości CO2 związane są z intensywnością fotosyntezy, która zależy przede wszystkim od pory dnia i roku oraz od rodzaju roślinności. Wskutek działalności człowieka natomiast dostają się do atmosfery, zwykle nie występujące tam naturalnie, gazy oraz substancje stałe (pyły), które są określane mianem zanieczyszczeń powietrza. Zanieczyszczenia mogą być niebezpieczne dla człowieka przede wszystkim z uwagi na bezpośrednie toksyczne działanie na organizm ludzki i w ogóle na wszystkie żywe organizmy. Ponadto mogą one powodować zmiany klimatu w skali globalnej, czego sztandarowym przykładem jest antropogeniczna emisja takich gazów jak: dwutlenek węgla oraz metan, które mogą być przyczyną wzrostu temperatury powietrza przy powierzchni Ziemi (tzw. efekt cieplarniany).

Najgroźniejszymi substancjami zanieczyszczającymi powietrze są min.:

1. dwutlenek siarki - powstaje przede wszystkim przy spalaniu paliw kopalnych: węgla kamiennego i brunatnego, a w mniejszym stopniu także ropy naftowej (oraz jej produktów - benzyna, olej napędowy) i gazu ziemnego. Głównymi źródłami zanieczyszczeń dwutlenkiem siarki są energetyka i spaliny samochodowe, a ponadto przemysł chemiczny;
2. tlenki azotu - głównym źródłem są spaliny samochodowe, a także przemysł chemiczny (min. produkcja nawozów sztucznych);
3. tlenek i dwutlenek węgla - gazy powstające tam gdzie następuje spalanie paliw - praktycznie w każdym rodzaju działalności człowieka. Ich źródłami są energetyka, przemysł chemiczny, hutnictwo, spaliny samochodowe;
4. pyły - substancje w stanie stałym, które dzięki mikroskopijnym rozmiarom bardzo długo utrzymują się w atmosferze zanim opadną na powierzchnie Ziemi.
Najgroźniejsze wśród pyłów są pyły z dużą zawartością metali ciężkich tj. ołowiu i kadmu powstające w spalinach samochodowych.

6.2. Zanieczyszczenie powietrza w Legionowie

Legionowo jest miastem, w którym nie ma zakładów przemysłowych emitujących do atmosfery dużą ilość zanieczyszczeń. Nie znaczy to jednak, że brak w tym mieście zagrożeń dla czystości powietrza. Istnieją tutaj dwa główne czynniki pogarszające jakość powietrza. Są to: spalanie węgla w celach energetycznych (głównie w okresie zimowym - dokładniej od listopada do kwietnia) oraz ruch samochodowy.

W Legionowie istnieje około 12 tys. gospodarstw domowych. Około 8 tys. z nich korzysta z ciepłowni miejskiej położonej w dzielnicy Łajski. Zanieczyszczenia stałe powstające w wyniku spalania węgla w ciepłowni miejskiej są wychwytywane przez zainstalowane między piecami, a kominem cyklony, których sprawność wynosi około 97%.

Pozostałe 4 tys. budynków mieszkalnych ogrzewanych jest przez indywidualne kotłownie. Od 1992 r plan zagospodarowania miasta przewiduje, że nowo budowane domy muszą mieć instalacje grzewcze nieszkodliwe (lub szkodliwe w niewielkim stopniu) dla środowiska. Wykluczone zostało zatem ogrzewanie węglem, preferuje się natomiast ogrzewanie gazowe lub elektryczne. Jednak do dziś około 3 tys. domów wybudowanych wcześniej ogrzewanych jest w sposób tradycyjny, a więc węglem kamiennym, w często przestarzałych piecach. Węgiel zwykle jest słabej jakości, a ponadto często do pieca wyrzucane są rozmaite odpady. Kominy nie są oczywiście wyposażone w żadne instalacje ograniczające emisję zanieczyszczeń i emitują bez ograniczeń dwutlenek siarki, dwutlenek i tlenek węgla oraz pyły.

Drugim podstawowym czynnikiem powodującym zanieczyszczenie powietrza w Legionowie jest ruch samochodowy (Fig. 14 Pobierz plik). Co roku zwiększa się, podobnie jak w całej Polsce, ilość samochodów jeżdżących po Legionowie. W spalinach samochodowych zawartych jest tymczasem wiele substancji szkodliwych dla życia organizmów żywych: tlenki azotu, tlenek węgla, dwutlenek siarki, związki ołowiu i kadmu, substancje rakotwórcze takie jak benzopiren.

6.3. Analiza pomiarów zanieczyszczeń powietrza w Legionowie

W 1993 r zaczął funkcjonować w Legionowie punkt pomiaru zanieczyszczenia powietrza. Mieści się on w szkole podstawowej nr 3 przy ulicy Broniewskiego 6. Punkt należy do siatki punktów pomiaru zanieczyszczeń powietrza nadzorowanych przez Stację Sanitarno-Epidemiologiczną w Warszawie. W ciągu 6 lat badań do końca 1999 r. Badania prowadzono codziennie wykonując 2087 pomiarów zawartości pyłu w powietrzu, 2095 pomiarów zawartości dwutlenku siarki oraz 1954 pomiarów zawartości dwutlenku azotu. Poczynając od roku 2000 pomiary są prowadzone tylko raz na pięć dni (w roku 2000 wykonano 67 pomiarów zawartości pyłu zawieszonego, 72 - SO2 i 70 - NO2, a w roku 2001 odpowiednio: 66, 72, 66).

Wszystkie dane dotyczące zanieczyszczeń powietrza dwutlenkiem siarki, dwutlenkiem azotu oraz pyłem zawieszonym zamieszczone poniżej podawane są w ?g/m3 (?g - mikrogramy, czyli milionowe części grama). W tabeli 6 podano dla porównania normy zanieczyszczeń obowiązujące obecnie w Polsce.

Tabela 6. Normy zanieczyszczeń w powietrzu wybranych substancji obowiązujące w Polsce (wg. Rozporządzenia Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa z dnia 28 kwietnia 1998r. w sprawie dopuszczalnych wartości stężeń substancji zanieczyszczających w powietrzu. Dziennik Ustaw 98.55.355 z dnia 6 maja 1998r.)

Pył

Stężenie pyłu w powietrzu (pył zawieszony)

Średnia zawartość pyłu zawieszonego wynosiła w całym okresie pomiarów (lata 1993-2001) 27,8 ?g/m3 przy normie średniorocznej wynoszącej 75 ?g/m3. Obserwuje się jednakże znaczne różnice w poszczególnych latach - od 11,8 ?g/m3 w 2001 r. do 40,6 ?g/m3 w 1996 roku. (Fig. 22). Zróżnicowanie to wynika z panujących w danym roku warunków atmosferycznych i w konsekwencji intensywności spalania węgla w celach grzewczych. Np. w latach 1993 i 1994 były bardzo lekkie zimy, a w 1995 i 1996 - zimy cięższe, kiedy spalano więcej węgla (por. Fig. 22).

Fig. 22. Średnia roczna zawartość pyłu zawieszonego w Legionowie w latach 1993-2001

Jak wynika z Fig. 23 występują bardzo istotne różnice zawartości pyłu zawieszonego w powietrzu w poszczególnych miesiącach. Stosunek zawartości pyłu w sezonie zimowym do zawartości w sezonie letnim (ściślej grzewczym od 15.10. do 15.04.) wynosi od 1,6 do 3. W 1999 r. stosunek ten wynosił około 2,5, przy czym średnie stężenie pyłu w sezonie grzewczym wynosiło 41,7 ?g/m3, a w okresie letnim - 16,8 ?g/m3. Świadczy to ścisłym związku zawartości pyłu zawieszonego z ogrzewaniem budynków.

Fig. 23. Średniodobowe miesięczne stężenia pyłu zawieszonego w Legionowie w 1997 i 1999 roku

W latach 1993-1999 stwierdzono 54 dni (na 2087 dni pomiarowych) kiedy zostało przekroczone dopuszczalne stężenie pyłu w powietrzu (norma średniodobowa - 125 ?g/m3). Wszystkie przekroczenia miały miejsce w sezonie grzewczym, najwięcej przekroczeń zanotowano w 1996 r. - 19, najmniej w 1994 -tylko 1.

Na Fig. 24 dla porównania podano stężenie pyłu w powietrzu w Legionowie i średnią dla Warszawy w latach 1995-2001. Można zauważyć, iż w Legionowie zawartość pyłu w powietrzu w poszczególnych latach była zbliżona (1997-2000) lub nieco niższa (1995, 1996, 2001) niż w stolicy.

Fig. 24. Średnioroczne stężenia pyłu zawieszonego w Legionowie i Warszawie (średnia dla wszystkich stacji pomiarowych w tym mieście) w latach 1995-2001

Opad pyłu

Jak wynika z danych opublikowanych przez Wojewódzką Inspekcję Ochrony Środowiska w Warszawie średni opad pyłu wyniósł w Legionowie w 1995 r. 62,9 g/m2/rok, w 1997r. - 78,2, a w 2000 r. - 80,2 (Fig. 25), przy normie wynoszącej 200 g/m2/rok. W analogicznym okresie opad pyłu mierzony w Legionowie był zawsze nieco niższy niż w Warszawie (Fig. 25).

Fig. 25. Opad pyłu w wybranych latach z okresu 1995 - 2000 w Legionowie i Warszawie (dane za 2000 r. dotyczą powiatu legionowskiego i warszawskiego)

Opad ołowiu w roku 1995 wyniósł 18, w 1997 r. - 32, natomiast w 2000 r. - 9,8 mg/m2/rok, przy normie 100 mg/m2/rok. W latach 1995 i 2000 opad ołowiu w Legionowie był znacznie mniejszy niż w Warszawie, natomiast w 1997 r. - większy (zob. Fig. 26).

Fig. 26. Opad ołowiu w wybranych latach z okresu 1995 - 2000 w Legionowie i Warszawie (dane za 2000 r. dotyczą powiatu legionowskiego i warszawskiego)

Dwutlenek siarki (SO₂)

Zawartość dwutlenku siarki w powietrzu w Legionowie nie przekracza dopuszczalnych norm. W latach 1993 - 2001 średnioroczne stężenie SO2 wyniosło 6,7 ?g/m3 ( przy normie 40 ?g/m3). Najniższe stężenia odnotowano w 2001 r.- 3,7 ?g/m3, a najwyższe w 1996 - 9,5 ?g/m3 (Fig. 27). Podobnie jak w przypadku zawartości pyłu wynika to z warunków atmosferycznych panujących w poszczególnych latach. W 1994 r. praktycznie nie było zimowej pogody, co znalazło odzwierciedlenie w wynikach pomiarów. Warto zauważyć, że w ostatnich latach obserwuje się systematyczny spadek średniej rocznej zawartości dwutlenku siarki w powietrzu (z 9,5 ?g/m3 w 1996 r. do 3,7 ?g/m3 w 2001 r.). Dla porównania podano również średnioroczne stężenie SO2 dla Warszawy - jest ono znacznie wyższe niż w Legionowie (Fig. 28).

Fig. 27. Średnioroczne stężenie dwutlenku siarki (SO2) w powietrzu w Legionowie w latach 1993 - 2001

Fig. 28. Średnioroczne stężenia dwutlenku siarki (SO2) w powietrzu w Legionowie i w Warszawie (średnia dla wszystkich stacji pomiarowych) w latach w 1995 - 2001

Zróżnicowanie zawartości SO2 w powietrzu w poszczególnych miesiącach jest jeszcze bardzej widoczne, niż w przypadku pyłów (Fig. 29). Stosunek zawartości SO2 w sezonie grzewczym do zawartości w sezonie letnim wyniósł od 3,8 do 10,8. Np. w 1999 r. stosunek ten miał wartość 4,25, przy czym stężenie SO2 w okresie grzewczym wynosiło 8,5 ?g/m3 a w okresie letnim 2,0 ?g/m3. Taka sytuacja oznacza, że zawartość SO2 w powietrzu w Legionowie jest uzależniona prawie wyłącznie od ogrzewania budynków. W całej historii badań nigdy nie zanotowano przekroczenia obowiązujących norm średniodobowych (150 ?g/m3).

Fig. 29. Średniodobowe miesięczne stężenia dwutlenku siarki (SO2) w Legionowie w 1997 i 1999 roku

Dwutlenek azotu (NO₂)

Średnioroczna zawartość NO2 w okresie pomiarowym 1994 - 2001 wynosiła 16,4 ?g/m3, przy normie 40 ?g/m3. W poszczególnych latach obserwuje się bardzo duże wahania zawartości NO2, przy czym w ostatnich latach zaznaczył się wyraźny spadek w porównaniu do lat 1995-1997. Średnie stężenie NO2 spadło z 31,9 mg/m3 w 1996 r. do około 10 mg/m3 w latach 1998 - 2001. Na Fig. 31 przedstawiono porównanie stężenia NO2 w Legionowie i Warszawie. Można zauważyć, iż w ostatnich kilku latach zawartość NO2 w powietrzu w Legionowie jest około 2,5 raza niższa niż w Warszawie.

Fig. 30. Średnioroczne stężenia dwutlenku azotu (NO2) w powietrzu w Legionowie w latach 1994 - 2001

Fig. 31. Średnioroczne stężenia dwutlenku azotu (NO2) w powietrzu w Legionowie i w Warszawie (średnia dla wszystkich stacji pomiarowych) w latach w 1995 - 2001

W przypadku dwutlenku azotu obserwuje się stosunkowo najmniejsze zróżnicowanie sezonowe, co szczególnie wyraźnie widać w danych z 1999 r. (Fig. 32). Stosunek zawartości NO2 w sezonie zimowym do zawartości w sezonie letnim wynosi od 1,36 do 2,13. W 1999 r. stosunek ten miał wartość 1,36, a stężenie NO2 wynosiło 10,5 ?g/m3 w okresie grzewczym i 7,7 ?g/m3 w okresie letnim. Wynika z tego, że zawartość NO2 w powietrzu jest bardziej związana z ruchem samochodowym, który zmniejsza się zimą tylko w niewielkim stopniu, niż z sezonowym ogrzewaniem budynków. Tylko w jednym dniu pomiarowym w ciągu sześcioletniego okresu badań stwierdzono przekroczenie obowiązującej normy dobowej wynoszącej 150 ?g/m3.

Fig. 32. Średniodobowe miesięczne stężenia dwutlenku azotu w Legionowie w 1997 i 1999 roku

6.4. Pomiary zanieczyszczeń powietrza w przedszkolu nr 11

Ciekawe wyniki dały pomiary zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego na terenie przedszkola nr 11 przy ulicy Zegrzyńskiej. Wykonane one zostały przez pracowników Wydziału Inżynierii Środowiska Politechniki Warszawskiej w lipcu 1993 r. Celem pomiarów było zbadanie wpływu ruchliwej drogi na zanieczyszczenie powietrza. Zbadano trzy parametry: pył, tlenek i dwutlenek węgla.

Największe stężenia zanieczyszczeń stwierdzono w punkcie pomiarowym położonym najbliżej jezdni - w odległości ok. 7 m, w miejscu nie izolowanym przez zieleń. Stężenie tlenku węgla wynosiło tam od 0,10 do 0,25 ?g/m3 (norma 0,12), stężenie dwutlenku węgla średnio 670 ?g/m3 (przy normie 450). Niższe wartości odnotowano w punkcie pomiarowym oddalonym od jezdni również około 7 m, lecz izolowanym od niej przez zieleń. Stężenie tlenku węgla wyniosło tam 1,14 ?g/m3, pyłu - 0,07-0,10 ?g/m3, a dwutlenku węgla - średnio 530 ?g/m3. Najniższe wartości odnotowano w punkcie pomiarowym oddalonym od jezdni ok. 30 m. Stężenie tlenku węgla wyniosło tam 1,04 ?g/m3, pyłu - 0,05-0,07 ?g/m3, a CO2 - średnio 682 ?g/m3.

Uzyskane wyniki świadczą o niewielkim zanieczyszczeniu powietrza na terenie przedszkola. Potwierdzają przypuszczenia, że źródłem zanieczyszczenia jest ruch samochodowy. Ponadto wskazują, że dobrym sposobem ograniczenia zanieczyszczenia powietrza są nasadzenia zieleni izolacyjnej wzdłuż ciągów komunikacyjnych.

6.5. Podsumowanie i wnioski

Jak wynika z analizy pomiarów jakość powietrza w Legionowie należy uznać za względnie dobrą. Należy podkreślić jednak, że coraz istotniejszym czynnikiem powodującym pogorszenie jakości powietrza w mieście są zanieczyszczenia komunikacyjne.

Przekroczenia dopuszczalnych norm występują rzadko i wyłącznie w okresie zimowym. Nakładają się wtedy na siebie dwa czynniki: zwiększona emisja zanieczyszczeń w okresie grzewczym oraz niesprzyjające warunki atmosferyczne. W dniach, kiedy zanotowane zostały przekroczenia norm panowała mroźna, bezwietrzna pogoda bez opadów. W takich warunkach pogodowych dym z kominów oraz dodatkowo z rur samochodowych nie ulega rozproszeniu lecz snuje się tuż nad powierzchnią gruntu powodując wzrost stężenia składników zanieczyszczających powietrze. Jest to typowe zjawisko, z którym boryka się wiele miast na świecie. Władze zalecają wtedy powstrzymywanie się od korzystania z samochodów.

Można znaleźć kilka sposobów na ograniczenie zagrożenia jakości powietrza w Legionowie. Najważniejsze to:

1. Promowanie ogrzewania budynków w sposób mało szkodliwy dla środowiska, a więc min. ogrzewanie elektryczne, gazowe (gaz ziemny, propan-butan), pompy cieplne lub podłączenie budynków do centralnej sieci grzewczej przy jednoczesnej modernizacji ciepłowni miejskiej i samej sieci grzewczej (poprawienie sprawności kotłów, filtrów, cyklonów, ograniczenie emisji gazów, poprawienie szczelności grzewczej);
2. Promowanie termorenowacji istniejących budynków. Uszczelnienie poszczególnych elementów budynków (okna, dachy) dałoby duże oszczędności w zużyciu środka grzewczego, a co za tym idzie zmniejszenie emisji szkodliwych substancji;
3. Utrzymywanie istniejącej zieleni - szczególnie wzdłuż ruchliwych tras komunikacyjnych. Przy nowych nasadzeniach należy dbać o dobór gatunków roślinności odpornych na zanieczyszczenie powietrza.
4. Ograniczenie masowego ruchu samochodowego m.in. poprzez rozwijanie komunikacji lokalnej oraz budowę ścieżek rowerowych.