Distribuce ozonu a oxidů dusíku v příčném profilu dálniční komunikace

Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Ústav plynárenství, koksochemie a ochrany ovzduší Technická 5, 166 28 Praha 6

Distribuce ozonu a oxidů dusíku v příčném profilu dálniční komunikace Semestrální projekt

Vypracovala: Bc. Vendula Veselá Školitel: Doc. Ing. František Skácel, CSc. Praha, květen 2008 1

Souhrn Od listopadu roku 2007 do května 2008 byla provedena měření prostorové distribuce obsahu oxidů dusíku a ozonu na mostě vedoucím přes dálnici D1. Spolu s měřením hmotnostních koncentrací těchto polutantů byly měřeny meteorologické podmínky, jmenovitě rychlost a směr větru, teplota, vlhkost a intenzita slunečního záření v UV oblasti a zaznamenávána hustota dopravy. Z výsledků naměřených údajů lze pozorovat podobný průběh obsahu oxidu dusnatého a oxidu dusičitého. Dále lze sledovat, že obsah oxidů dusíku ovlivňuje především směr a rychlost větru a hustota dopravy. Naproti tomu u ozonu lze sledovat vysokou závislost obsahu ozonu na teplotě intenzitě slunečního záření. Hmotnostní koncentrace ozonu v zimních měsících jsou nižší oproti jarním měsícům.

2

Obsah 1. ÚVOD.....................................................................................................................................4 2. TEORETICKÁ ČÁST............................................................................................................5 2.1 Vznik zemské atmosféry ..................................................................................................5 2.2 Chemické složení atmosféry.............................................................................................5 2.3 Fyzikální charakteristiky atmosféry .................................................................................7 2.3.1 Teplota .......................................................................................................................7 2.3.2 Tlak............................................................................................................................7 2.3.3 Sluneční záření ..........................................................................................................8 2.3.4. Tepelná energie.........................................................................................................9 2.4. Znečištění ovzduší a atmosférické polutanty...................................................................9 2.4.1. Exhalace v dopravě...................................................................................................9 2.5. Reakce probíhající v atmosféře .....................................................................................10 2.5.1. Primární fotochemické reakce ................................................................................10 2.5.2 Sekundární fotochemické reakce............................................................................11 2.5.3 Fotochemické reakce ozonu ...................................................................................12 2.6 Meteorologické parametry ovlivňující obsah NO, NO2 a O3 v okolí liniového zdroje znečištění ovzduší.................................................................................................................13 2.6.1 Intenzita slunečního záření ....................................................................................13 2.6.2 Rychlost a směr větru ............................................................................................13 2.6.3 Vlhkost...................................................................................................................13 2.6.4 Teplota ...................................................................................................................14 2.7 Hodnocení znečištění ovzduší ........................................................................................14 3. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST ................................................................................................16 3.1. Metody stanovení oxidů dusíku.....................................................................................16 3.2. Měřící technika ..............................................................................................................17 3.2.1. Schéma vzorkovací tratě.........................................................................................17 3.2.1 Měření oxidů dusíku................................................................................................17 3.2.2 Měření ozonu...........................................................................................................18 3.2.3. Přístroje pro měření meteorologických podmínek .................................................19 3.3 Měřící stanoviště.........................................................................................................20 3.4. Metoda pro screening prostorové distribuce oxidů dusíku a ozonu ..............................20 3.5. Zpracování měření.........................................................................................................21 4. Výsledky a diskuze...............................................................................................................22 4.1. Měření prováděné dne 2.10.2007 ..................................................................................22 4.2. Měření prováděné dne 19.2.2008 ..................................................................................24 4.3.Měření prováděné dne 13.5.2008 ...................................................................................27 4.3.1 Dopolední měření ....................................................................................................27 4.3.2 Polední měření.........................................................................................................30 5. ZÁVĚR.................................................................................................................................34 6. POUŽITÁ LITERATURA ...................................................................................................35 7. PŘÍLOHY.............................................................................................................................36

3

1. ÚVOD Na znečištění ovzduší, zejména v oblastech s hustou automobilovou dopravou, se podílí hlavně emise ze spalovacích motorů mobilních zdrojů. Doprava patří mezi největší přímý a nepřímý zdroj CO, VOC (těkavé organické sloučeniny), ozonu a oxidů dusíku. Zvýšené

hladiny

těchto

polutantů

spolu

s nepříznivými

meteorologickými

podmínkami působí negativně na zdraví lidí i zvířat, vegetaci, zemskou atmosféru (smog, skleníkové plyny, globální oteplování Země). Z těchto důvodů podléhají zmíněné znečisťující látky neustálému výzkumu, přísné kontrole a regulačním opatřením. Cílem semestrálního projektu je provést studium distribuce oxidů dusíku a ozonu v závislosti na hustotě dopravy a meteorologických podmínkách v příčném profilu dálnice.

4

2. TEORETICKÁ ČÁST Zemská atmosféra je vrstva plynů obklopujících planetu Zemi, udržovaných na místě její gravitací. Atmosféra chrání pozemský život před nebezpečnou sluneční radiací a snižuje teplotní rozdíly mezi dnem a nocí.1

2.1 Vznik zemské atmosféry Prvotní atmosféra se vytvářela před zhruba 4 miliardami let v období proterozoika, kdy se Země po svém vzniku ze shluku plynných a prachových částic zahřála a přetavila. Tato atmosféra byla složena z lehkých prvků (H2 a He) unikajících do kosmického prostoru. Během chladnutí Země vznikala z plynů uvolňovaných z horkého povrchu a vulkánů (CO2, CH4, další uhlovodíky, NH3, malé množství N2 a značné množství vodní páry) sekundární atmosféra. Po kondenzaci části vodní páry se vytvořily prvotní řeky a oceány. S jejich vznikem začal klesat obsah CO2, který se z atmosféry vymýval a začal tvořit uhličitanové sedimenty. S klesajícím obsahem CO2 se zmenšoval skleníkový efekt, který patrně dosáhl maxima po 800 milionech let od vzniku Země (viz Obrázek 1), kdy teplota na povrchu činila 44ºC a tlak 1,4 atm.2

Obrázek 1 Vývoj složení atmosféry Země z doby vzniku před 4,5 miliardami let2

2.2 Chemické složení atmosféry Atmosféra je plynný obal Země (z řeckého atmos = pára, sfaira = obal, koule). V dnešním

pojetí

je

ovzduší

směsí

plynů 3

rozprostraněností v prostoru (vrstevnatostí).

charakterizovanou

svým

složením

a

Atmosféra je tvořena látkami, jejichž

koncentrace zůstávají neměnné po mnoho tisíciletí a látkami, jejichž koncentrace se mohou 5

měnit denně, sezónně, nebo v časovém intervalu sledovaném člověkem. Skládá se z plynů, jejichž zastoupení se liší od stopových množství až po dusík, který zaujímá přibližně 78% její hmoty a objemu.4 Na složení atmosféry má vliv celá řada dějů, např. sopečná činnost, vymývání oxidu uhličitého z atmosféry, či působení zelených (fotosyntetizujících) rostlin. Fotosyntetizující rostliny rozkládají ve svých tkáních oxid uhličitý na uhlík, který potřebují na stavbu svých tkání a kyslík uvolňují do atmosféry. V důsledku těchto a mnohých jiných procesů má dnešní zemská atmosféra následující chemické složení viz Tabulka 1. Tabulka 1 Objemové a hmotnostní složení suchého vzduchu1 Složení suchého vzduchu Látka

ϕi (obj. %)

wi (hmotn. %)

N2

78,084

75,51

O2

20,946

23,16

Ar

0,934

1,28

CO2

0,330

0,050

Ne

0,001 818

0,001 212

He

0,000 524

0,000 072

CH4

0,000 2

0,000 1

Kr

0,000 114

0,000 3

N2O

0,000 05

0,000 05

H2

0,000 05

0,000 001

Xe

0,000 008 7

0,000 04

Uvedené plyny jsou až na výjimky (CO2, CH4, H2) relativně stálé a jejich koncentrace se nemění. Mimo to atmosféra obsahuje proměnlivé množství vodní páry, různých jiných plynů (CO, SO2, N2O, NO, NO2, NH3, O3) a pevné a kapalné aerosoly (prach, kapičky, pyl, mikroorganismy).3

6

2.3 Fyzikální charakteristiky atmosféry Fyzikální jevy a veličiny jako je teplota, tepelná bilance atmosféry a zemského povrchu, tlakové poměry v atmosféře, s tím související hustota, dále pohyby atmosféry, sluneční záření a vlhkost atmosféry ovlivňují průběh chemických reakcí v atmosféře.2

2.3.1 Teplota K podstatným teplotním změnám dochází v troposféře. Troposféra je část zemské atmosféry nejblíže k povrchu Země. V závislosti na zeměpisné šířce a ročním období dosahuje výšky mezi 8 a 17 km.2 Teplota se vyznačuje silnou závislostí na nadmořské výšce. S rostoucí výškou klesá teplota vzduchu. Průběh teploty v závislosti na nadmořské výšce ukazuje obrázek 2. Z obrázku 2 lze dále vyčíst rozdělení zemské atmosféry dle nadmořské výšky.

Obrázek 2 Členění zemské atmosféry podle teploty v závislosti na nadmořské výšce5

2.3.2 Tlak S rostoucí nadmořskou výškou klesá přibližně exponenciálně hustota vzduchu a tedy i atmosférický tlak.2 Průběh výškové závislosti tlaku vzduchu na nadmořské výšce je znázorněn na obrázku 3.

7

Obrázek 3 Závislost tlaku vzduchu na nadmořské výšce6

2.3.3 Sluneční záření Slunce se dá přirovnat k černému tělesu (ideální absorber a emitor záření všech vlnových délek) o teplotě 6000 K. Ozařuje atmosféru a zemský povrch obrovským množstvím elektromagnetické energie. Celkové množství energie vyzařované Sluncem a následně pohlcené Zemí a její atmosférou je konstantní (asi 2 miliardtiny celkového zářivého toku Slunce) a činí ve směru kolmém k zemskému povrchu na vstupu do atmosféry přibližně 1400 W/m2/s. Z tohoto množství se více než 99% přijímaného toku energie pohybuje ve spektrálním rozmezí 150 až 4000 nm, z čehož je asi 50% ve viditelné oblasti spektra VIS (400 až 700 nm). Dopadající záření je při průchodu atmosférou absorbováno různými molekulami, především O2, O3, CO2 a vodní parou. Ultrafialové záření o vlnových délkách menších než 180 nm je ve výškách větších než 100 km nad zemským povrchem silně pohlcováno molekulami kyslíku O2, zatímco ozon ve výšce menší než 60 km absorbuje nejvíce UV záření o vlnových délkách 200 nm až 300 nm. Atmosférická absorpce probíhající ve výškách větších než 40 km má však za následek jen asi 5% zeslabení přicházejícího záření. Za podmínek „čisté oblohy“ je potom dalších 10 až 15% pohlceno nižšími vrstvami atmosféry nebo je rozptýleno zpět do vesmíru a zbylých 80 až 85% dopadá na zemský povrch. Za obvyklé oblačnosti dosáhne zemského povrchu přibližně 50% příslušného záření. Mraky a ostatní aerosoly rovněž odrážejí nebo pohlcují dopadající sluneční záření. Tento odraz nebo rozptyl atmosférickými aerosoly a zemskou plochou se nazývá odrazivost nebo albedo. Celková odrazivost zemského povrchu a atmosféry se pohybuje od 30 do 39%.Vazby v molekulách vodní páry, O3 a CO2 absorbují dopadající sluneční záření.4

8

2.3.4. Tepelná energie Část slunečního záření dopadajícího na zemský povrch a do atmosféry je vyzařováno zpět ve větších vlnových délkách. Emisní spektrum leží v infračervené oblasti v rozmezí vlnových délek 3000 nm až 11000 nm. Atmosféra je z velké části nepropustná pro záření o vlnových délkách < 7000 nm a > 14000 nm, což zapříčiní akumulaci tepelné energie a dojde k jevu zvanému „skleníkový efekt“.4

2.4. Znečištění ovzduší a atmosférické polutanty Atmosféra je směs plynů o daném složení. Pokud dojde ke změně jejího složení přídavkem jiných částic, plynů nebo forem energie, stává se znečištěnou.

Důsledkem

kontaminace ovzduší jsou změny v klimatu. Znečištění ovzduší je způsobováno přírodními procesy a lidskou činností. Mezi zdroje znečištění ovzduší řadíme sopečnou činnost, lesní požáry, půdní eroze a zvětrávání minerálů, rostlinné a živočišné rozkladné procesy, emise plynných sloučenin z povrchů půd a oceánů, těkavé uhlovodíky uvolňované vegetací, ozon a oxidy dusíku z elektrických bouří, stratosférický ozon a fotochemické procesy. Při posuzování kvality ovzduší mohou přírodní polutanty způsobovat vážný problém v případě, že vznikají v blízkosti lidských sídel. Naproti tomu znečištění ovzduší způsobené lidskou činností zůstává nadále problémem společnosti a to z toho důvodu, že ke zvýšení koncentrací těchto polutantů dochází především v hustě osídlených oblastech. Z důvodu nepříznivého dopadu na atmosféru, lidské zdraví a v neposlední řadě i vegetaci podléhají znečišťují polutanty neustálému vědeckému zkoumání a dávají vznik novým regulačním opatřením.4

2.4.1. Exhalace v dopravě Při posuzování znečištění ovzduší se zaměříme především na automobilovou dopravu, která hraje dominantní roli při znečištění ovzduší dopravou. Důvodem je převaha automobilové dopravy v celkovém objemu dopravy a skutečnost, že automobilové motory jsou největším znečišťovatelem v porovnání s ostatními pohony v dopravě. Emise škodlivin produkované automobily se liší podle toho zda se jedná o zážehový nebo vznětový motor. Zážehové motory pracují na principu nasátí směsi paliva a vzduchu do pracovního válce, kde dojde k jejímu stlačení a zapálení elektrickou jiskrou. Spalování směsi není dokonalé a proto je nutné použít přebytek vzduchu. Důsledkem přebytku vzduchu dochází ke vzniku produktů oxidačních reakcí, hlavně oxidů dusíku. 9

U vznětových motorů dojde k zapálení paliva jeho vstřikováním do stlačeného vzduchu v prostoru válce. Kompresí je vzduch ohřátý nad mez zápalnost paliva. Vznětové motory pracují s větším přebytkem vzduchu než zážehové, proto dochází k dokonalejšímu spálení směsi a tím k lepším emisím škodlivin. Avšak vysoká teplota s velkým přebytkem vzduchu znamenají zvýšenou tvorbu oxidů dusíku.4

2.5. Reakce probíhající v atmosféře 2.5.1. Primární fotochemické reakce Fotochemické reakce mají v chemii ovzduší zásadní a mimořádný význam. Jedná se o reakce, které probíhají při vlnových délkách 280 – 750 nm. Základním předpokladem pro jejich průběh je absorpce světelného kvanta.2 Jako fotochemické reakce se označují reakce, které vyvolává nebo urychluje světelné záření. Pokud se reakce zúčastní atomy látky B, přejdou po pohlcení fotonů do stavu s vyšší energií. Tento primární děj lze vyjádřit následující rovnicí: B + hν (foton) → B*

(1)

Osud částice B* ve stavu o vyšší energii může být různý. Částice B* se v následném sekundárním procesu může své nadbytečné energie zbavit: - chemickou reakcí s jinou částicí - dochází k fotochemické reakci; - vyzářením energie (např. fluorescencí); - rozptýlenými srážkami s jinými atomy nebo molekulami.7 2.5.1.1 Fotolýza molekulového kyslíku Výsledkem fotochemických reakcí molekulového kyslíku je vznik ozonu ve vyšších vrstvách atmosféry. Množství vznikajícího ozonu závisí na nadmořské výšce a intenzitě slunečního záření. Maximální hmotnostní koncentrace ozonu se pozoruje ve výškách (25 – 35) km O2 + hν (λ = 240 nm) → Ο2∗

(2)

Ο2∗ + Ο2 → Ο3 + Ο •

(3)

O2 + Ο • → Ο3

(4)

Sumárně: 3 O2 + hν → 2 O3

(5)

Důsledkem exotermických reakcí vzniku a zániku ozonu, které jsou charakterizovány uvolňováním tepla, dochází k nárůstu teploty s výškou ve stratosféře. Další významné fotochemické reakce, jejichž produkty mají zásadní význam pro atmosférickou oxidaci, jsou uvedeny v následujících odstavcích.2

10

2.5.1.2 Fotolýza NO2 Převážná část oxidu dusičitého vzniká přímo ve znečištěné atmosféře oxidací NO. Podstatně menší množství se do ovzduší dostává z anthropogenních zdrojů. Pro fotolýzu NO2 je energeticky výhodné rozmezí vlnových délek λ ∈ 244,398 .7 NO2 + hν (λ < 400 nm) → NO + O(3P)

(6)

2.5.1.3 Fotolýza ozonu Fotolýzou ozonu při vlnových délkách λ > 360 nm vznikají atomy kyslíku v základním spektroskopickém stavu O(3P), kdežto při vlnových délkách λ < 325 nm vznikají atomy kyslíku v excitovaném spektroskopickém stavu O(1D).8 O3 + hν (λ > 360 nm) → O2 + O(3P)

(7)

Následuje poměrně rychlá reakce : O3 + O(3P) → 2 O2

(8)

Primárními produkty fotolýzy jsou atomy v excitovaném spektroskopickém stavu O(1D). Více než 90 % molekul ozonu při vlnových délkách λ = 266 nm reaguje tímto způsobem7: O3 + hν (λ < 325 nm) → O2 + O(1D)

(9)

Atomy kyslíku v excitovaném stavu O(1D) poskytují interakcí s molekulou vody dva radikály • OH, srážkou s inertní molekulou N2 ztrácejí svou energii a přechází zpět do základního spektroskopického stavu O(3P): O(1D) + H2O → 2 • OH

( 10 )

O(1D) + N2 → O(3P) + N2

( 11 )

2.5.2 Sekundární fotochemické reakce Produkty primárních reakcí (O3, • OH, HO2 • , NO3 • ) mají zásadní význam pro atmosférickou oxidaci a často se nazývají fotooxidanty. V nepřítomnosti fotooxidantů by oxidační pochody probíhaly velmi pomalu. 2.5.2.1 Reakce NO2 Oxid dusičitý vzniká ve znečištěné atmosféře přímo oxidací oxidu dusnatého. Rychlost oxidace vzdušným kyslíkem je za rovnovážných podmínek závislá na koncentraci právě tohoto oxidu. Koncentrace oxidu dusnatého v hustě zalidněné aglomeraci dosahuje maxima v době dopravní špičky. 2 NO + O2 → 2 NO2

( 12 )

Odstraňování oxidu dusnatého z atmosféry probíhá jeho oxidací na oxid dusičitý, který se hydratuje až na kyselinu dusičnou. 11

NO + HO2 • → NO2 + • OH

( 13 )

NO2 + • OH → HNO3

( 14 )

Reakce (14) je podstatně rychlejší (asi 10 krát) než reakce oxidu sírového s vodní parou, a proto se při zániku • OH uplatní přednostně.7

2.5.3 Fotochemické reakce ozonu 2.5.3.1. Vznik ozonu Množství vznikajícího ozonu závisí na nadmořské výšce a intenzitě slunečního záření a jeho koncentrace roste se zvyšující se teplotou. Chemické reakce vzniku ozonu mají za následek roční chod ozonu s nejvyššími koncentracemi na jaře a v létě. Nejnižší koncentrace jsou pozorovány v zimě.7 Fotolýza molekulového kyslíku Koncentrace ozonu během dne vzrůstá v důsledku promíchávání spodních vrstev vzduchu s vrstvami ležícími výše, ve kterých jsou vyšší koncentrace ozonu. A v důsledku vzniku ozonu fotochemickými reakcemi.7 O2 + hν (λ = 240 nm) → Ο2∗

( 18 )

Ο2∗ + Ο2 → Ο3 + Ο •

( 19 )

Reakce atomárního kyslíku s molekulovým V přítomnosti katalyzátoru (symbolické označení M) mohou vzniklé atomy kyslíku reagovat s molekulami kyslíku a vytvářet ozon.7 O2 + O • + (M) →  O3 + (M)

( 20 )

2.5.3.2. Zánik ozonu .Fotolýza ozonu Na rozdíl od fotolýzy O2 probíhá fotolýza O3 i působením viditelného a blízkého infračerveného záření. V troposféře a v oblasti statosféry do výšky 30 km, kam už neproniká intenzivnější ultrafialové záření, převažuje rozpad ozonu nad jeho vznikem.7 O3 + hν (λ > 360 nm) → O2 + O(3P)

( 21 )

O3 + hν (λ < 325 nm) → O2 + O(1D)

( 22 )

Reakce O3 s atomárním kyslíkem Tato reakce je poměrně rychlá a následuje po fotolýze ozonu.2 O3 + O(3P) → 2 O2

( 23 )

12

2.6 Meteorologické parametry ovlivňující obsah NO, NO2 a O3 v okolí liniového zdroje znečištění ovzduší Obsah oxidů dusíku a ozonu v ovzduší je ovlivňován následujícími meteorologickými parametry: a) intenzitou slunečního záření; b) rychlostí a směrem větru; c) vlhkostí v měřeném prostředí; d) teplotou v měřeném prostředí;

2.6.1 Intenzita slunečního záření Sluneční záření je jedním z primárních faktorů napomáhajících vzniku přízemního ozonu. Studiemi se dokázala přímá závislost mezi intenzitou slunečního záření a množstvím měřeného ozonu. Vzájemný vztah mezi hladinou ozonu a slunečním zářením během dne vykazuje pozitivní korelaci (R2 = 0,824), hmotnostní koncentrace ozonu tedy vzrůstá se vzrůstající intenzitou záření. Hmotnostní koncentrace ozonu rovnoměrně roste, a to na úkor klesající hmotnostní koncentrace NO2 v ovzduší. Maximum hmotnostní koncentrace NO2 se v ovzduší vyskytuje před dosažením maxima hmotnostní koncentrace ozonu, protože nejdříve oxidací NO vzniká oxid dusičitý a teprve pak se z NO2 vytváří ozon.7

2.6.2 Rychlost a směr větru Rychlost a směr větru ovlivňují především rozptyl jednotlivých znečišťujících látek v ovzduší. Roste-li rychlost větru v noci, postačuje to k tomu, aby se zvýšila hladina ozonu v následujícím dnu. Hmotnostní koncentrace znečišťujících látek pocházejících z dopravy (CO, NO2, SO2, PM10) jsou nejvyšší při nízkých rychlostech větru.7

2.6.3 Vlhkost Vzduch obsahuje stálé určité množství vodní páry, jejíž obsah se mění s teplotou a atmosférickým tlakem. Výzkumy se dokázal vzájemný vztah s pozitivním korelačním koeficientem mezi vysokou teplotou a současně vysokým obsahem vodní páry v ovzduší a vzrůstající hmotnostní koncentrací ozonu, za předpokladu, že se jedná o stabilní podmínky. Nejvyšší průměrné hmotnostní koncentrace ozonu a oxidu dusičitého se vyskytují při relativní vlhkosti ovzduší v období letních měsíců 40 % a méně. Tyto výsledky mohou být však přisuzovány také zvýšené oxidaci uhlovodíků, probíhající v odpoledních hodinách, kdy je podporována produkce ozonu. Hmotnostní koncentrace NO2 je mírně vyšší při nižších

13

hodnotách relativní vlhkosti, protože méně k reakcím NO2 s hydroxylovými radikály dochází v menším rozsahu. Nejvyšší hmotnostní koncentrace ostatních prekursorů ozonu se vyskytují při vlhkosti ovzduší v období letních měsíců nad 80 %. Korelační koeficient mezi hmotnostní koncentrací znečišťujících látek v ovzduší a relativní vlhkostí však není příliš velký (R2 ≈ 0,25).7

2.6.4 Teplota Změna teploty nemá podstatný vliv na změnu hmotnostních koncentrací jednotlivých znečišťujících látek. Na druhou stranu byl doložen výrazně kladný korelační koeficient mezi teplotou ovzduší a hmotnostní koncentrací oxidu dusičitého, a to především v červenci a v prosinci. Závislost hmotnostní koncentrace ozonu na teplotě je přímá, se vzrůstající teplotou hmotnostní koncentrace ozonu vzrůstá. Nejvyšší hmotnostní koncentrace ozonu jsou měřitelné především v jarních a letních měsících, nejnižší pak v zimních měsících. Důsledkem srážek (vymývání znečišťujících látek z ovzduší) nízké intenzity slunečního záření je absence fotochemické produkce ozonu právě v již zmiňovaných zimních měsících, která je charakterizována záporným korelačním koeficientem ve vztahu mezi teplotou a hmotnostní koncentrací ozonu.7

2.7 Hodnocení znečištění ovzduší V roce 2002 vstoupil v platnost zákon o ochraně ovzduší č. 86/2002 Sb. a nařízení vlády 597/2006 Sb., ze dne 12. prosince 2006 o sledování a vyhodnocování kvality ovzduší V tabulkách 2 a 3 jsou uvedeny limitní hodnoty a meze tolerance z nařízení vlády o imisních limitech pro oxidy dusíku v letech 2002 až 2006.

Tabulka 2 Limitní hodnoty oxidů dusíku a ozonu v letech 2002 – 2006 pro ochranu ekosystémů9 Znečišťující látka

Časový interval

Limitní hodnota

NOx

kalendářní rok

30 μg·m-3

O3

AOT40, vypočten z hodinových hodnot v období květen-červenec, průměr za 5 let

14

18 000 μg·m-3.h

Tabulka 3 Limitní hodnoty oxidů dusíku v letech 2001 – 2006 pro ochranu zdraví9 Doba

Limitní

Maximální

Mez tolerance [μg·m-3]

průměrování hodnota tolerovaný Znečišťující látka

[μg·m-3]

překročení za kalendářní rok

kalendářní NO2

O3

počet

pro

pro

pro

pro

pro

rok

rok

rok

rok

rok

2002

2003

2004

2005

2006

40

0

16

14

12

10

8

1 hodina

200

18

80

70

60

50

40

maximální

120

25,

rok

denní 8hod.

v průměru

klouzavý

za 3 roky

průměr

15

bez meze tolerance

3. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST 3.1. Metody stanovení oxidů dusíku Oxidy dusíku s výjimkou azoxidu patří do skupiny velmi reaktivních látek, jejichž chemické a molekulové vlastnosti tvoří základ pro širokou škálu různých analytických reakcí pro manuální stanovení a fyzikálně-chemických jevů pro instrumentální stanovení. Jejich limitní hmotnostní koncentrace se pohybují v řádu stovek mikrogramů na metr krychlový podle typu procesu.4 3.1.1 Manuální metody Mezi základní metody měření v síti manuálních stanic patří tyto tři ekvivalentní metody: FUCEL – elektrochemický palivový článek, GUAJA – guajakolová (modifikovaná Jakobs–Hochheisenova) spektrofotometrie a TLAM – triethanolaminová spektrofotometrie.7 Nejčastěji používanou metodou pro stanovení oxidů dusíku je guajakolová spektrofotometrie, která využívá jejich převedení na NO2 nebo dusičnany ve vhodném absorpčním roztoku – guajakolu. Pro stanovení obsahu NO2 v plynných směsích se využívá metody založené na Griess – Salzmanově reakci. Oxid dusičitý se absorbuje ve vodném roztoku, dojde ke vzniku azobarviva, jehož červené zbarvení vykazuje maximální absorbanci při 550 nm. Jako absorpční a komplexotvorné činidlo se uplatňuje vodný roztok směsi kyseliny sulfanilové (pNH2.C6H4SO3H.H2O), N-(1-naftyl)-etylendiamindihydrochloridu a kyseliny octové. Oxid dusnatý s tímto činidlem nereaguje. Provedení analýzy závisí na předpokládaném obsahu analytu v plynném vzorku. Pro obsahy vyjádřené objemovým zlomkem 5.10-9 až 5.10-6 se používá impingerů zařazených ve vzorkovací trati za filtrem zachycujícím tuhé částice aerosolu a rotametrem pro kontrolu objemového průtoku a případných netěsností. Při vyšším obsahu NO2 ve vzorkovaném plynu lze použít pro vzorkování a absorpci evakuované láhve o objemu asi 250 ml naplněné 10 ml absorpčního roztoku a opatřené trojcestným kohoutem. Složky, které působí jako redukční nebo oxidační činidla, mohou rušit stanovení. Příkladem takovýchto složek je oxid siřičitý nebo ozon. Pokud jsou tyto složky v analyzované směsi přítomny, musí se fotometrické měření absorbanci provést co nejdříve po vzorkování. Méně často se ke stanovení obsahu oxidů dusíku využívá metody elektrochemického palivového článku. Jako detektoru se používá selektivní mikropalivová cela.10

16

3.1.2 Instrumentální (on-line) metody Nejběžnější metodou měření v automatizovaných monitorovacích stanicích je referenční metoda chemiluminiscence, založená na měření vyzářeného infračerveného záření. Základ tvoří reakce oxidu dusnatého s ozonem: NO + O3 → NO2* + O2 Při reakci, která

probíhá v reakční cele analyzátoru, dochází k excitaci molekul dusíku

ozonem. Vznikne excitovaný stav NO2* . Při přechodu molekul z excitovaného stavu do základního energetického stavu dojde k uvolnění energie emisí luminiscenčního záření, jehož široký emisní pás vykazuje maximální hustotu zářivého toku v okolí vlnové délky 1200 nm: NO2* → NO2 + hν Oxid dusičitý se stanovuje nepřímo po redukci na oxid dusnatý.10

3.2. Měřící technika 3.2.1. Schéma vzorkovací tratě Schéma vzorkovací tratě je uvedeno na obrázku 4.7 Ultrazvukový anemometr

UVAB Sensor E.11

Pyranometr CM3

Hygro - Thermo Transmitter compact

most

APOA - 360 T-kus

čerpadlo

systém výroby elekt řiny

APNA - 360

data - logger zatravn ěná plocha

Obrázek 4 Schéma vzorkovací tratě

3.2.1 Měření oxidů dusíku Obsah oxidu dusičitého a oxidu dusnatého byl měřen přístrojem APNA - 360 (Horiba, Japonsko), fungujícím na chemiluminiscenčním principu. Mez stanovitelnosti tohoto přístroje je uvedena objemovým zlomkem 0,5.10-9 oxidů dusíku v ovzduší. Přístroj je vybaven interferenčním filtrem. Výrobce proto uvádí jen malé interference, a to způsobené přílišnou vlhkostí vzorku a amoniakem. Pracovní teplota přístroje je udána teplotním 17

intervalem 5 °C až 40 °C. Z důvodu velké tlakové závislosti intenzity chemiluminiscenčního záření je přístroj vybaven soustavou kritických dýz, senzorů a regulátorů tlaku. Nastavení měřicího rozsahu se provádí periodicky AIC systémem, a to reakcí oxidu dusnatého s ozonem, možná je i manuální kalibrace. Zjednodušený popis funkce přístroje APNA - 360 (Horiba, Japonsko) je uveden na Obr.5.7

Obrázek 5: Zjednodušené schéma analyzátoru APNA – 360 1 - silikagelový sušič, 2 - generátor ozonu, 3 - konvertor, 4 - elektromagnetický ventil, 5 - permeační sušič, 6 - reakční cela s detektorem, 7 – deozonizátor

3.2.2 Měření ozonu Obsah ozonu byl měřen přístrojem APOA - 360 (Horiba, Japonsko), pracujícím na principu spektrometrického stanovení - měřením absorpce elektromagnetického záření v UV oblasti spektra. Mez stanovitelnosti je uvedena objemovým zlomkem 0,5.10-9 ozonu v ovzduší. Pracovní teplota přístroje se pohybuje v rozmezí 5 °C až 40 °C. Součástí přístroje je interferenční filtr. Dle výrobce vykazuje slabé interference pouze vodní pára a toluen. Z důvodu tlakové závislosti odezvy fotonásobiče je systém vybaven tlakovými senzory, regulátory tlaku a kritickými dýzami. Nastavení měřicího rozsahu se provádí periodicky AIC systémem s vlastní generací ozonu nebo manuálně. Zjednodušený nákres funkce přístroje APOA- 360 (Horiba, Japonsko) je na Obr. 6.7

18

Obrázek 6: Zjednodušené schéma analyzátoru APOA – 360 1 - elektromagnetický ventil, 2 - deozonizátor, 3 - detektor, 4 - generátor ozonu

3.2.3. Přístroje pro měření meteorologických podmínek 3.2.3.1 Intenzita ultrafialového a viditelného záření Intenzita ultrafialového záření (UV) byla měřena přístrojem UVAB Sensor E 1.1 (Thies clima, Německo). UV – A záření je záření s intenzitou v rozmezí 320 nm až 400 nm, UV – B záření s intenzitou v rozmezí 290 nm až 320 nm. Křemenná kopule snímající záření je propustná pro oba dva typy UV záření a její tvar je korigován kosinovou chybu. Spektrální citlivost přístroje je pro UV – A , UV – B záření odlišná. Výrobce pro intenzitu UV – A záření uvádí rozsah 310 nm až 400 nm, pro UV – B záření 265 nm až 315 nm. Pracovní teplota přístroje je uváděna -30 °C až 60 °C.7 3.2.3.2 Rychlost a směr větru Rychlost a směr větru byly měřeny ultrazvukovým anemometrem 2D (Thies clima, Německo). Ten se skládá ze čtyř ultrasonických vysílačů (přijímačů), vždy dva jsou umístěny proti sobě ve vzdálenosti 200 mm. Složky rychlosti větru ve směru šíření zvuku podporují rychlost šíření zvuku a vedou ke zvýšení rychlosti zvuku vysílaného anemometrem. Složky v opačném směru než je směr šíření zvuku naopak vedou ke snížení rychlosti propagace ultrazvukového signálu. To vede k rozdílným rychlostem šíření ultrazvukového signálu při různých rychlostech větru. Rychlost větru je velice závislá na teplotě vzduchu, mírně na tlaku a skoro nezávislá na vlhkosti vzduchu.7

19

3.2.3.3 Vlhkost a teplota Vlhkost a teplota byly měřeny přístrojem Hygro – Thermo Transmitter – compact (Thies clima, Německo). Výrobce udává měřicí rozsah -40 °C až 80 °C pro teplotu vzduchu a pro relativní vlhkost (0 – 100) %. K ochraně senzoru před vlivem záření a meteorologickými podmínkami byl použit Weather and thermal radiation shield (Thies clima, Německo).7

3.3 Měřící stanoviště Měřící stanoviště se nachází na mostě vedoucí přes dálnici D1 na 42. kilometru směrem na Brno .Místo se nachází v neosídlené oblasti. Měření proběhla od října roku 2007 do května roku 2008, aby bylo možné postihnout různé meteorologické podmínky. Data jednotlivých měřících dnů jsou uvedena v tabulce viz Tabulka 4. Tabulka 4 Intervaly jednotlivých měření Datum měření

Měřící interval v jednom bodě

Celková doba měření

2.10. - 3.10. 2007

15 minut

19:51 – 00:06

19.2. - 20.2.2008

15 minut

20:24 – 00:39

13.5. 2008

15 minut

07:27 – 11:42

13.5. 2008

15 minut

11:27 – 15:42

Pro posouzení distribuce sledovaných analytů bylo na každém mostě zvoleno 7 měřících stanovišť se dvěma, případně třemi měřícími polohami. spouštěním

odběrové

sondy

upevněné

na

laně,

Měření probíhalo

zaznamenáváním

chemických

a

meteorologických údajů a počítáním projíždějících vozidel. Přístroje pro měření oxidů dusíku a ozonu byly umístěny uprostřed mostu, přístroje pro měření meteorologických podmínek na kraji mostu na meteorologickém stožáru. Vozidla, rozdělená do 4 skupin, byla počítána v každém bodě měření 2 minuty.

3.4. Metoda pro screening prostorové distribuce oxidů dusíku a ozonu Byla provedena 4 měření. První měření proběhlo na podzim roku 2007, druhé měření v zimě roku 2008. Jednalo se o noční měření. Třetí a čtvrté měření proběhlo na jaře ve stejném dni, první z nich v dopoledních hodinách a druhé v poledních hodinách. Pro měření bylo zvoleno stanoviště na 42. kilometru dálnice D1 ve směru na Brno. Dálnice D1 je nejfrekventovanější silnicí v ČR, jedná se tedy o místo s vysokou intenzitou dopravy. Je důležité, aby se stanoviště nacházelo v místě, kde jsou zabezpečeny co 20

nejstabilnější podmínky pro odběr vzorků a převládající směr proudění větru byl souběžný s liniovým zdrojem emisí. Princip metody spočívá v opakovaném proměření koncentrací sledovaných látek ve stanovených bodech viz obr. 7, spolu se souběžným zjišťováním počtu projíždějících motorových vozidel a měřením meteorologických podmínek.

Obrázek 7: Nákres mostu na 42. kilometru D1

3.5. Zpracování měření Naměřená data byla zpracována pomocí programu Microsoft Excel a bokorysy mostů v programu Autocad.

21

4. Výsledky a diskuze Cílem práce bylo určit obsah oxidů dusíku a ozonu ve velmi zatížené dálniční oblasti v příčném profilu na poloze sondy, intenzitě dopravy a meteorologických podmínkách. Pro každý den měření jsou uvedeny časové závislosti obsahu sledovaných analytů a meteorologických podmínek. V příloze jsou uvedeny závislosti hmotnostních koncentrací sledovaných analytů na intenzitě dopravy a poloze sondy, ve formě tabulek i grafů.

4.1. Měření prováděné dne 2.10.2007 Přístroje pro měření obsahu oxidů dusíku a ozonu byly nastaveny tak, aby poskytovaly tříminutové průměrné koncentrace jednotlivých měření prováděných v pětisekundových intervalech.Interval měření hmotnostních koncentrací jednotlivých analytů v jednom bodě trval 15 minut. Jednalo se o noční měření, proto koncentrace ozonu nebyly měřeny.

500.00

NO

NO2

hmotnostní koncentrace NOx [μg.m-3]

400.00

300.00

200.00

100.00

0.00

-100.00 19:51 20:06 20:21 20:36 20:51 21:06 21:21 21:36 21:51 22:06 22:21 22:36 22:51 23:06 23:21 23:36 23:51

čas [h]

Obrázek 8: Časová závislost hmotnostní koncentrace oxidů dusíku. Měření 2.10.2007

22

90

relativní vlhkost 89

relativní vlhkost [%]

88

87

86

85

84

83

82 19:51

20:19

20:48

21:17

21:46

22:15

22:43

23:12

23:41

čas [h]

Obrázek 9: Průměrná relativní vlhkost. Měření 2.10.2007 Tabulka 5: Rychlost a směr větru. Měření 2.10.2007 poloha

1.A 1.B 2.A 2.B 2.C 3.A 3.B 4.A 4.B 4.C 5.A 5.B 6.A 6.B 6.C 7.A 7.B

směr větru [desítky stupňů]

časový interval

rychlost větru [m.s-1]

19:51

20:06

341.4

0.02

20:06

20:21

102.20

0.08

20:21

20:36

213.40

0.00

20:36

20:51

36.40

0.02

20:51

21:06

273.00

0.02

21:06

21:21

212.00

0.02

21:21

21:36

210.4

0.02

21:36

21:51

284.8

0.02

21:51

22:06

141.8

0.02

22:06

22:21

281.60

0.06

22:21

22:36

212.80

0

22:36

22:51

285.80

0.00

22:51

23:06

142.80

0

23:06

23:21

0.00

0.00

23:21

23:36

213.6

0

23:36

23:51

212.4

0.02

0.2

0

23:51

0:06

23

0.08


0.06

0.04

0.02

0 19:51

20:19

20:48

21:17

21:46

22:15

22:43

23:12

23:41

čas [h]

Obrázek 10: Rychlost větru v závislosti na čase. Měření 2.10.2007

4.2. Měření prováděné dne 19.2.2008 Přístroje pro měření obsahu oxidů dusíku a ozonu byly nastaveny tak, aby poskytovaly tříminutové průměrné koncentrace jednotlivých měření prováděných v pětisekundových intervalech.Interval měření hmotnostních koncentrací jednotlivých analytů v jednom bodě trval 15 minut. Jednalo se o noční měření, proto koncentrace ozonu nebyly měřeny.

24

1100.00

NO

1000.00

NO2


900.00 800.00 700.00 600.00 500.00 400.00 300.00 200.00 100.00 0.00 -100.00 20:24 20:39 20:54 21:09 21:24 21:39 21:54 22:09 22:24 22:39 22:54 23:09 23:24 23:39 23:54

0:09

0:24

čas [h]


2.4

90

relativní vlhkost

2.2

teplota

2.0

89

1.8 1.6 1.4

88

1.0

87

0.8 0.6 0.4

86

0.2 0.0 85

-0.2 -0.4 -0.6

84

-0.8 -1.0

83

-1.2 -1.4 -1.6

82

-1.8 -2.0

81 20:24

-2.2 20:52

21:21

21:50

22:19

22:48

23:16

23:45

čas [h]

Obrázek 12: Průměrná relativní vlhkost a teplota. Měření 19.2.2008

25

0:14

teplota [°C]


1.2

Tabulka 6: Rychlost a směr větru. Měření 19.2.2008 poloha


časový interval



20:24

20:39

278

0

20:39

20:54

84.80

0.06

20:54

21:09

71.60

0.00

21:09

21:24

72.20

0

21:24

21:39

118.40

0.02

21:39

21:54

10.00

0

21:54

22:09

139.4

0.02

22:09

22:24

47.8

0.16

22:24

22:39

35.8

0.1

22:39

22:54

34.20

0.04

22:54

23:09

66.00

0

23:09

23:24

131.00

0.00

23:24

23:39

72.40

0

23:39

23:54

145.20

0.20

23:54

0:09

140.6

0

0:09

0:24

303.8

0.08

0:24

0:39

290.6

0.22

0.24 0.22 0.2 0.18


0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 20:24

20:52

21:21

21:50

22:19

22:48

23:16

čas [h]


26

23:45

0:14

4.3.Měření prováděné dne 13.5.2008 4.3.1 Dopolední měření Přístroje pro měření obsahu oxidů dusíku a ozonu byly nastaveny tak, aby poskytovaly tříminutové průměrné koncentrace jednotlivých měření prováděných v pětisekundových intervalech.Interval měření hmotnostních koncentrací jednotlivých analytů v jednom bodě trval 15 minut.

500

NO

NO2

450


400

350

300

250

200

150

100

50

0 7:27

7:42

7:57

8:12

8:27

8:42

8:57

9:12

9:27

9:42

9:57

10:12

10:27

10:42 10:57

11:12

11:27

čas [h]


27

40

hmotnostní koncentrace O3 [μg.m-3]

03

30

20

10 7:27

7:42

7:57

8:12

8:27

8:42

8:57

9:12

9:27

9:42

9:57

10:12

10:27

10:42

10:57

11:12

čas [h]

Obrázek 15: Časová závislost hmotnostní koncentrace ozonu. Měření 13.5.2008 0.8 0.75 0.7 0.65


0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 7:27

7:55

8:24

8:53

9:22

9:51

10:19

čas [h]


28

10:48

11:17

11:27

30

70

relativní vlhkost

teplota 28

26 60

22

20

50

18

16 40 14

12

30 7:27

10 7:55

8:24

8:53

9:22

9:51

10:19

10:48

11:17

čas [h]

Obrázek 17: Průměrná relativní vlhkost a teplota. Měření 13.5.2008 Tabulka 7: Rychlost a směr větru. Měření 13.5.2008 poloha


časový interval



7:27:00

7:42:00

144.6

0.48

7:42:00

7:57:00

128

0.3

7:57:00

8:12:00

85.8

0.32

8:12:00

8:27:00

104.8

0.24

8:27:00

8:42:00

118.2

0.16

8:42:00

8:57:00

8.2

0.38

8:57:00

9:12:00

48

0.34

9:12:00

9:27:00

50.4

0.36

9:27:00

9:42:00

33.8

0.44

9:42:00

9:57:00

11

0.4

9:57:00

10:12:00

38

0.48

10:12:00

10:27:00

25.6

0.4

10:27:00

10:42:00

87.4

0.4

10:42:00

10:57:00

47.4

0.4

10:57:00

11:12:00

89.2

0.6

11:12:00

11:27:00

103.4

0.74

11:27:00

11:42:00

190.4

0.78

29

teplota [°C]


24

UV-A

UV-B

500

6 5.5

450

5 400 4.5 4

300

3.5

250

3

UV-B [W.m-2]

UV-A [W.m-2]

350

2.5

200

2 150 1.5 100

1

50 7:27

0.5 7:55

8:24

8:53

9:22

9:51

10:19

10:48

11:17

čas [h]

Obrázek 18: UV-A a UV-B v závislosti na čase. Měření 13.5.2008

4.3.2 Polední měření Přístroje pro měření obsahu oxidů dusíku a ozonu byly nastaveny tak, aby poskytovaly tříminutové průměrné koncentrace jednotlivých měření prováděných v pětisekundových intervalech.Interval měření hmotnostních koncentrací jednotlivých analytů v jednom bodě trval 15 minut.

30

500

NO

NO2

450


400

350

300

250

200

150

100

50

0 11:27

11:42

11:57 12:12

12:27

12:42

12:57

13:12 13:27

13:42

13:57

14:12

14:27

14:42 14:57

15:12

15:27

čas [h]

Obrázek 19: Časová závislost hmotnostní koncentrace oxidů dusíku. Měření 13.5.2008 03

50

hmotnostní koncentrace O3 [μg.m-3]

03

40

30

20

10

0 11:27

11:42

11:57

12:12

12:27

12:42

12:57

13:12

13:27

13:42

13:57

14:12

14:27

14:42

14:57

15:12

čas [h]

Obrázek 20: Časová závislost hmotnostní koncentrace ozonu. Měření 13.5.2008

31

15:27

1.9 1.8 1.7 1.6 1.5


1.4 1.3 1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 11:27

11:55

12:24

12:53

13:22

13:51

14:19

14:48

15:17

čas [h]

Obrázek 21: Rychlost větru v závislosti na čase. Měření 13.5.2008 35

30

relativní vlhkost

teplota

30

26

24

25 11:27

22 11:55

12:24

12:53

13:22

13:51

14:19

14:48

čas [h]

Obrázek 22: Průměrná relativní vlhkost a teplota. Měření 13.5.2008

32

15:17

teplota [°C]


28

Tabulka 8: Rychlost a směr větru. Měření 13.5.2008 poloha 7.B 7.A 6.C 6.B 6.A 5.B 5.A 4.C 4.B 4.A 3.B 3.A 2.C 2.B 2.A 1.B 1.A

směr větru [desítky stupňů] 190.4 117.2 165.4 87 107.6 107.4 51.2 120.2 125.4 125.8 131 110.8 112.4 48 137.4 117.6 226.6

časový interval 11:27 11:42 11:42 11:57 11:57 12:12 12:12 12:27 12:27 12:42 12:42 12:57 12:57 13:12 13:12 13:27 13:27 13:42 13:42 13:57 13:57 14:12 14:12 14:27 14:27 14:42 14:42 14:57 14:57 15:12 15:12 15:27 15:27 15:42

UV-A

rychlost větru [m.s1] 0.78 0.46 0.5 0.32 0.56 1.06 0.68 0.48 0.96 1.86 1.48 0.86 1.08 0.84 1.66 1 0.46

UV-B 6.5

500

6 450 5.5 400

350

4.5

4

300

3.5 250 3 200 2.5

150 11:27

2 11:55

12:24

12:53

13:22

13:51

14:19

14:48

čas [h]

Obrázek 23: UV-A a UV-B v závislosti na čase. Měření 13.5.2008

33

15:17

UV-B [W.m-2]

UV-A [W.m-2]

5

5. ZÁVĚR Cílem mé práce bylo určení obsahu ozonu a oxidů dusíku v příčném profilu dálniční komunikace v závislosti na intenzitě dopravy a meteorologických podmínkách (rychlosti a směru větru, intenzitě ultrafialového záření (UV), vlhkosti a teplotě). Od listopadu roku 2007 do května roku 2008 proběhla měření obsahu oxidů dusíku a ozonu spolu s meteorologickými parametry, jmenovitě rychlosti a směru větru, teploty, vlhkosti a intenzity slunečního záření v UV oblasti, na mostě vedoucím přes dálnici D1, 42. kilometr směrem na Brno. Současně byly zaznamenávány i počty projetých motorových vozidel. Byla navržena metoda pro screening prostorové distribuce oxidů dusíku a ozonu. Na základě prostudované literatury byly popsány meteorologické parametry ovlivňující obsah oxidů dusíku a ozonu. Výsledky ukázaly podobný průběh časové závislosti hmotnostní koncentrace oxidu dusnatého a oxidu dusičitého. Dále bylo zjištěno, že hodnoty hmotnostních koncentrací oxidů dusíku ovlivňuje především rychlost a směr větru spolu s intenzitou dopravy. Bylo zjištěno, že závislost hmotnostní koncentrace oxidů dusíku na hustotě dopravy není lineární. Z naměřených hmotnostních koncentrací ozonu lze pozorovat, že obsah ozonu v zimních měsících je podstatně nižší než v měsících jarních. To odpovídá skutečnosti, že obsah ozonu při nízkých teplotách, nízké intenzitě záření a vysokých hodnotách vlhkosti je nízký. Novým poznatkem je zjištěná skutečnost, že hmotnostní koncentrace oxidů dusíku v nočních hodinách mnohonásobně překračuje platné limitní hmotnostní koncentrace této znečišťující látky.

34

6. POUŽITÁ LITERATURA 1. http://cs.wikipedia.org/wiki/atmosf%C3%A9ra (4. 5. 2008) 2. Víden I.: Chemie ovzduší, vydavatelství VŠCHT Praha (2005) 3.

www.czp.cuni.cz/enviwiki/index.php/vzduch (4. 5 . 2008)

4.

Nejman E.: Studium distribuce obsahu oxidů dusíku a ozonu v okolí liniových zdrojů emisí, Diplomová práce VŠCHT (2006)

5. http://slunecnisoustava.wz.cz/Zeme.htm (4. 5. 2008) 6. http://artemis.osu.cz/MMi/meteo1/diplomka/Ramce2_soubory/AAA/tlak1.htm/ (4.5. 2008) 7. Křížová A.: Studium distribuce obsahu oxidů dusíku a ozonu v okolí liniových zdrojů emisí, Diplomová práce VŠCHT (2005) 8. Bandy A. R.: The chemistry of the atmosphere: The Royal Society of Chemistry, (1997) 9. www.chmi.cz (10.5.2008) 10. Skácel F., Tekáč V.: Analýza ovzduší, VŠCHT Praha,(2002)

35

7. PŘÍLOHY Tabulka 9: Průměrné koncentrace sledovaných polutantů. Měření 2.10.2007 NO [ μg.m-3 ] NO2 [ μg.m-3 ] VŠCHT VŠCHT

Poloha

Od

Do


19:51

20:06

189.21

106.83

20:06

20:21

312.62

112.51

20:21

20:36

245.62

92.87

20:36

20:51

238.46

118.14

20:51

21:06

340.99

140.31

21:06

21:21

99.91

70.67

21:21

21:36

215.30

90.04

21:36

21:51

40.34

49.83

21:51

22:06

46.02

44.18

22:06

22:21

67.52

55.57

22:21

22:36

26.89

39.01

22:36

22:51

18.67

35.65

22:51

23:06

13.81

32.56

23:06

23:21

7.07

28.37

23:21

23:36

6.32

26.57

23:36

23:51

4.87

25.23

23:51

0:06

17.33

25.02

Tabulka 10: Počty motorových vozidel. Měření 2.10.2007 Poloha 1.A 1.B 2.A 2.B 2.C 3.A 3.B 4.A 4.B 4.C 5.A 5.B 6.A 6.B 6.C 7.A 7.B

OA 32 30 29 22 15 6 21 18 11 8 16 11 8 5 4 3 2

Počet automobilů LNV TNV 5 21 4 7 6 23 9 18 8 12 6 11 3 9 5 15 4 13 7 15 3 11 2 13 8 14 3 7 4 5 7 4 3 8

36

A 1 2 2 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0

NOx [ μg.m-3 ] VŠCHT 396.89 591.79 469.42 483.80 663.10 223.85 420.11 111.68 114.74 159.08 80.23 64.26 53.74 39.21 36.26 32.70 51.59

NOx

NO

NO2

4.A

4.B

4.C

700

hmotnostní koncentrace NOx[μg.m-3]

600

500

400

300

200

100

0

1.A

1.B

2.A

2.B

2.C

3.A

3.B

5.A

5.B

6.A

6.B

6.C

7.A

7.B

poloha sondy

Obrázek 24: Průměrné koncentrace sledovaných polutantů v závislosti na poloze sondy. Měření 2.10.2007 OA

LNV

TNV

A

Lineární (LNV)

Lineární (TNV)

Lineární (OA)

Lineární (A)

700.00

600.00

koncentrace NOx [μg.m-3]

500.00 R2 = 0.5649 2

R = 0.2365

400.00 R2 = 0.1354

R2 = 0.1213

300.00

200.00

100.00

0.00 0

5

10

15

20

25

30

35

počet motorových vozidel

Obrázek 25: Závislost koncentrace oxidů dusíku na počtu motorových vozidel. Měření 2.10.2007 OA-osobní automobily, LNV-lehké nákladní vozy, TNV-těžké nákladní vozy, A-autobusy

37

Tabulka 11: Průměrné koncentrace sledovaných polutantů. Měření 19.2.2008 NO [ μg.m-3 ] NO2 [ μg.m-3 ] VŠCHT VŠCHT

Poloha

Od

Do


20:24

20:39

363.54

100.11

20:39

20:54

537.46

145.35

20:54

21:09

413.37

109.31

21:09

21:24

497.16

144.34

21:24

21:39

681.65

167.68

21:39

21:54

217.60

63.70

21:54

22:09

472.03

113.33

22:09

22:24

374.15

76.43

22:24

22:39

325.87

72.63

22:39

22:54

241.13

63.74

22:54

23:09

279.98

72.04

23:09

23:24

349.80

46.71

23:24

23:39

212.26

55.34

23:39

23:54

147.57

31.76

23:54

0:09

64.43

35.27

0:09

0:24

59.42

19.24

0:24

0:39

130.10

16.04


OA 29 30 30 21 14 4 22 20 10 8 15 12 7 6 3 2 2


38

A 0 2 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

NOx [ μg.m-3 ] VŠCHT 657.51 969.33 743.09 906.55 1212.74 397.31 837.04 650.05 572.25 433.42 501.32 583.03 380.71 257.95 134.04 110.34 215.48

NOx

NO

NO2

4.A

4.B

4.C

1300 1200

hmotnostní koncentrace NOx[μg.m-3]

1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

1.A

1.B

2.A

2.B

2.C

3.A

3.B

5.A

5.B

6.A

6.B

6.C

7.A

7.B

poloha sondy


LNV

TNV

A

Lineární (LNV)

Lineární (TNV)

Lineární (OA)

Lineární (A)

1300.00

R2 = 0.3532


1100.00

900.00 R2 = 0.5549 R2 = 0.1965

700.00 R2 = 0.0698

500.00

300.00

100.00 0

5

10

15

20

25

30



39


Poloha

Od

Do


7:27:00

7:42:00

363.54

100.11

7:42:00

7:57:00

537.46

145.35

7:57:00

8:12:00

413.37

109.31

8:12:00

8:27:00

497.16

144.34

8:27:00

8:42:00

681.65

167.68

8:42:00

8:57:00

217.60

63.70

8:57:00

9:12:00

472.03

113.33

9:12:00

9:27:00

374.15

76.43

9:27:00

9:42:00

325.87

72.63

9:42:00

9:57:00

241.13

63.74

9:57:00

10:12:00

279.98

72.04

10:12:00 10:27:00

349.80

46.71

10:27:00 10:42:00

212.26

55.34

10:42:00 10:57:00

147.57

31.76

10:57:00 11:12:00

64.43

35.27

11:12:00 11:27:00

59.42

19.24

11:27:00 11:42:00

130.10

16.04


OA+M 84+1 72 77 86 79 76 51 59 56 53 55+1 42 34 46 56 44 33+1


40

A 1 2 0 1 0 0 2 1 1 3 0 1 1 2 1 0 1

NOx [ μg.m-3 ] VŠCHT 657.51 969.33 743.09 906.55 1212.74 397.31 837.04 650.05 572.25 433.42 501.32 583.03 380.71 257.95 134.04 110.34 215.48

O3 [ μg.m-3 ] VŠCHT 23.00 15.51 16.70 15.17 17.58 22.25 18.18 17.97 13.37 13.24 14.94 15.53 22.83 24.61 22.13 29.94 27.90

NOx

NO

NO2

O3

1300 1200

hmotnostní koncentrace NOx a O3[μg.m-3]

1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

1.A

1.B

2.A

2.B

2.C

3.A

3.B

4.A

4.B

4.C

5.A

5.B

6.A

6.B

6.C

7.A

7.B

poloha sondy


LNV

TNV

A

Lineární (LNV)

Lineární (TNV)

Lineární (OA)

Lineární (A)

1300.00

1100.00


R2 = 0.0954

900.00

R2 = 0.0719 R2 = 0.4165

700.00 R2 = 6E-05

500.00

300.00

100.00 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90



41


Poloha 7.B

11:27

11:42

45.03

59.98

7.A

11:42

11:57

313.12

68.32

6.C

11:57

12:12

136.62

65.69

6.B

12:12

12:27

300.34

59.27

6.A

12:27

12:42

303.84

45.44

5.B

12:42

12:57

193.15

50.30

5.A

12:57

13:12

352.27

46.77

4.C

13:12

13:27

160.69

117.94

4.B

13:27

13:42

169.68

102.24

4.A

13:42

13:57

233.15

73.46

3.B

13:57

14:12

138.92

71.30

3.A

14:12

14:27

87.13

69.96

2.C

14:27

14:42

62.60

69.96

2.B

14:42

14:57

47.44

95.34

2.A

14:57

15:12

64.79

74.25

1.B

15:12

15:27

34.04

67.06

1.A

15:27

15:42

45.03

70.45

Tabulka 16: Počty motorových vozidel. Měření 13.5.2008 Poloha 7.B 7.A 6.C 6.B 6.A 5.B 5.A 4.C 4.B 4.A 3.B 3.A 2.C 2.B 2.A 1.B 1.A

OA+M 33+1 39 54 39 62 56 58 51 51 51+1 55 50+2 62 66 57 65 66


42

A 1 0 1 2 2 1 1 0 1 3 0 2 0 3 1 1 3

NOx [ μg.m-3 ] VŠCHT 129.01 141.46 138.46 130.16 86.40 123.42 114.68 329.06 298.22 189.27 207.48 228.54 254.63 400.52 256.87 219.08 208.23

O3 [ μg.m-3 ] VŠCHT 27.90 27.54 24.41 24.17 31.84 32.44 34.25 17.53 15.26 19.11 19.89 22.96 19.65 15.31 18.63 23.70 21.14

NOx

NO

NO2

O3

hmotnostní koncentrace NOx a O3[μg.m-3]

500

400

300

200

100

0 7.B

7.A

6.C

6.B

6.A

5.B

5.A

4.C

4.B

4.A

3.B

3.A

2.C

2.B

2.A

1.B

1.A

poloha sondy


LNV

TNV

A

Lineární (LNV)

Lineární (TNV)

Lineární (OA)

Lineární (A)

450.00

400.00


350.00

300.00

R2 = 0.0041 R2 = 0.1226

250.00

200.00 2 R2 = 0.0009 R = 0.0572

150.00

100.00 0

10

20

30

40

50

60

70


Obrázek 31: : Závislost koncentrace oxidů dusíku na počtu motorových vozidel. Měření 13.5.2008 OA-osobní automobily, LNV-lehké nákladní vozy, TNV-těžké nákladní vozy, A-autobusy

43

Distribuce ozonu a oxidů dusíku v příčném profilu dálniční komunikace

Recommend Documents