1 8. melléklet A dorogi pernyelerakón tervezett hulladékhasznosítási tevékenység légszennyező hatásának számítása, a levegőtisztaság-védelmi hatásterület meghatározása a légszennyező anyagok légköri terjedésének számítógépes modellezésével 1. A légköri terjedést leíró matematikai modell Folytonos pontforrás gázállapotú szennyezőanyag és 10 µm-nél kisebb átmérőjű szilárd részecske kibocsátása következtében a rövid idejű (1 óra) átlagolási időtartamra vonatkozó koncentrációt (CG1) a felszínközeli receptorpontban, ha kis terjedési távolságok esetén eltekintünk a gázállapotú szennyezőanyag kimosódásától, száraz ülepedésétől, valamint kémiai átalakulásától, a következőképen határozzuk meg:
C G1
Eg H um σy, σz
1 H EG ≅ ⋅ Exp − ⋅ π ⋅σ y ⋅ σ z ⋅ um 2 σ z
2
µg m 3
folytonosan működő pontforrás rövid átlagolási időtartamra vonatkozó gázállapotú szennyezőanyag emissziója [mg/s]; a pontforrás effektív kéménymagassága [m]; folytonos vonalforrás füstfáklyájára jellemző szélsebesség rövid időtartam alatti középértéke [m/s]; folytonos pontforrás esetén a füstfáklya szélre merőleges vízszintes, illetve függőleges turbulens szóródási együtthatója (MSZ 21457/4) [m]; σy=axb; σz=cxd; a=0,08(6p-0,33+1-ln(H/z0)); b=0,367(2,5-p); c=0,38p1/3(8,7-ln(H/z0)); d=1,55exp(-2,35p) x - a forrástól való távolság a szélirányban (m); p - a szélprofil egyenlet kitevője (szélexponens); Z0 - az érdességi paraméter (a forrás környezetében, szélirányfüggő).
Felületi forrás esetén az adott terület összes emisszióját együttesen veszik figyelembe, és az egész területet olyan forrásnak tekintik, amelynek a kibocsátó forrásnál a kezdeti turbulens szóródási együtthatója σy0 ill. σz0. A σy0 értéke s oldalhosszúságú , négyzet alakú területi forrás esetén s/4,3. A pontforrásokra alkalmazott terjedési modell ezután a σy(x) = σy + σy0 értékének figyelembevételével már alkalmazható. A σz0 értéke, ha a kibocsátás a talajfelszínről történik, σz0 = 0. Folytonos pontforrás gázállapotú szennyezőanyag kibocsátása következtében a receptorpontban kialakuló hosszú átlagolási idejű (pl. napi vagy évi) koncentrációt ( C ) a receptorpontra számított rövid átlagolási idejű részeredmények középértékéből számítjuk a következők szerint:
2 µg C = ∑∑ f θ (u, S )C ( x, u, S ) ⋅ 3 m u s fθ(u, S ) C ( x, u, S )
a vizsgált időszakban a θ szélirány, az u szélsebesség és az S légköri stabilitásindikátor együttes előfordulásának relatív gyakorisága; a receptorpontra számított rövid átlagolási idejű (1 óra) átlagolási időtartamra vonatkozó koncentráció [µg/m3].
Meg kell jegyezni, hogy ezen formula szerinti számításhoz a vizsgált légszennyező források közvetlen környezetére jellemzően nem állnak rendelkezésre megfelelő hosszúidejű meteorológiai adatok. A lokális hosszúidejű meteorológiai adatok hiányában a vonatkozó szabványban és a szakirodalomban közöltek alapján az átszámítás a következő közelítő formulával lehetséges: t C2 = C1 ⋅ 1 t2 ahol:
0, 3
[µg/m3]
C2 az éves időtartamra vonatkozó koncentráció [µg/m3]; C1 az 1 órás időtartamra vonatkozó koncentráció [µg/m3]; t1 1 óra t2 8760 óra
az értékeket behelyettesítve: C 2 = 0,066 ⋅ C1
[µg/m3]
Ugyanez az érték 24 órás időtartamra vonatkoztatva: C 2 = 0,385 ⋅ C1
[µg/m3]
Effektív kéménymagasság és az emelkedő füstfáklyára jellemző szélsebesség A két jellemző meghatározásával az MSZ 21459/5-85 sz. szabvány foglalkozik. Ha a kibocsátott véggáz és a környezeti levegő közötti hőmérsékletkülönbség 50 ºC-nál kisebb, akkor a pontforrás járulékos kéménymagasságát a következő összefüggéssel határozzuk meg: ∆h = ahol:
k u
⋅ (1,5 ⋅ v ⋅ d + 0,0096 ⋅ Qh )
[m]
k – a légköri stabilitástól függő korrekciós tényező; u – az emelkedő füstfáklyára jellemző szélsebesség [m/s]; v – a szennyezett levegő kiáramlási sebessége a kilépésnél [m/s]; d – a kürtőtorok átmérője [m]; Qh – a kibocsátás hőárama [kW].
Az effektív kéménymagasság a következő képlettel számítható:
H = h + ∆h
[m]
3
ahol:
h – a tényleges kéménymagasság [m].
A hőkibocsátás számítására a következő egyszerűsített összefüggés használható: Q h = 271 ⋅ ahol
T s − Th ⋅d2 ⋅v Ts
[kW ]
Ts – a kiáramló gáz hőmérséklete [K]; Th – a környező levegő hőmérséklete [K]; v – a szennyezett levegő kiáramlási sebessége a kilépésnél [m/s]; d – a kürtőtorok átmérője [m].
Ha a v < 1,5 × u(h), akkor a leáramlás figyelembe vételével korrigált tényleges kéménymagasság a következő: v hk = h + 2 ⋅ − 1,5 ⋅ d u (h )
[m]
A tényleges kéménymagasság és a kibocsátás effektív magassága közötti tartományra jellemző átlagos szélsebességet az
h u (h) = u0 ⋅ h0 ahol:
p
m s
h – a talajfelszíntől mért függőleges távolság [m]; h0 – a szélmérőhely magassága [m]; u0 – szélsebesség a szélmérőhely magasságban [m/s].
szélprofilegyenlet alapján az
u0 H p +1 − h p +1 u= ⋅ H −h ( p + 1) ⋅ h0p ahol:
m s
H – az effektív kéménymagasság [m]; h – a tényleges kéménymagasság [m];
egyenlet írja le. Pontforrások esetében az effektív kéménymagasság meghatározására az ismertetett egyenletrendszernek nincs explicit megoldása, a számítás elvégzésére iterációt kell alkalmazni. Az iterációt gépi számítással a következő módon célszerű elvégezni: 1. lépés: kiinduló értékként u legyen egyenlő u0-val; 2. lépés: az u pillanatnyi értékével kiszámítjuk a kibocsátás effektív magasságának értékét; 3. lépés: H számított értékével meghatározzuk u új értékét; 4. lépés: u új és előző értékét összehasonlítjuk.
4 Ha az eltérés 1 %-os hibahatáron belül van, akkor vége a számításnak, ellenkező esetben vissza kell térni a 2. lépéshez. A megengedett relatív hibának 1 %-ot feltételezve, az iteráció általában 3-4 ciklus után befejeződik. A szennyező hatás meghatározásához szükséges tényezők (pl. transzmissziós paraméterek) számítása a „Légszennyező anyagok terjedésének meteorológiai jellemzői.” c. MSZ 21457–16:2002 sz. szabványsorozat alapján történhet. Mivel ez utóbbi alkalmazásához – a terjedési tényezők meghatározásához – szükséges reprezentatív magaslégköri meteorológiai mérési adatok nem állnak rendelkezésre, ill. a terjedési folyamatok esetünkben a kis forrásmagasság miatt a légköri határréteg alsó zónájában mennek végbe, a transzmissziós paraméterek meghatározását a korábban érvényben lévő MSZ 21457–1-4:1979-1980 számú, „Légszennyező anyagok transzmissziós paraméterei.” című szabványsorozat alapján végeztük el.
2. A kibocsátó források jellemző adatai, a modell kiinduló paramétereinek meghatározása Az a teljes pernyehányó terület, amelyen a tervezett hulladékhasznosítási tevékenység folyik, 33,6 ha, amiből az esetlegesen porzó, fedetlen rész, amelyen a manipuláció folyik, a következő területetekre oszlik: • kitermelés helye: 6 ütemben, összesen 33600 m2-en (5×6000 m2-en és 1×3600 m2-en), legfeljebb 2,9 m mélységben; • a kitermelt pernye tárolása: 4000 m2-en, legfeljebb 2,7 m magasságban; • a kezelőprizmák (6 db): 210 m2-en (35×6 m), legfeljebb 2 m magasságban; • pihentető terület (6 db): 150 m2 legfeljebb 2 m magasságban. A fentiek alapján egyszerre összesen megközelítőleg 1 ha területen (6000+4000 m2) lesz nyitott, kezeletlen pernye felület. Ebből a 4000 m2-es tároló terület az, ahol a nedves pernye kiporzása az időszakos felületi kiszáradása miatt kialakulhat; a nedves pernye kitermelési területén a feldolgozás ütemében termelik le a rekultivációs fedőréteget, így ott jelentős kiporzás nem alakulhat ki, a komposzttal kevert pernye (kezelőprizmák, ill. pihentető terület) kiporzása pedig már nem várható. A 4000 m2-es tároló területen – figyelembe véve a tárolási magasságot, ill. a rézsűfelületeket – a tárolt pernye felülete megközelítőleg 5000 m2. A nyitott, növénytakaróval nem fedett pernyetározókról a szélerózió következtében a témával foglalkozó irodalmi források1,2 alapján a porkibocsátás 0,5-1 kg/ha×h. A vizsgálatok során a kedvezőtlenebb 1 kg/ha×h fajlagos porkibocsátás értéket vettük figyelembe. A fentiek alapján a nyitott talajfelület 5000 m2, azaz 0,5 ha, így ennek megfelelően a nyitott, növénytakaróval nem fedett talajfelületről óránként 0,5 kg por távozik. A vizsgálatok során azt a kedvezőtlen állapotot vettük figyelembe, ha az összes kibocsátott por a szálló por (PM10) kategóriába tartozik. A nyitott depóniákból kibocsátott ülepedő por ugyanis a kibocsátó forrás közvetlen környezetében kihullik a környezeti levegőből; a szakmai tapasztalatok alapján a nyitott, kiporzó anyagok tárolására szolgáló halmok esetén a hatásterület alapvetően a szálló porra (PM10) vonatkozóan határozható meg. A vizsgálatok során a kitermelést, anyagmozgatást, rakodást végző munkagépek légszennyező anyag (nitrogén-oxidok, szénmonoxid stb.) 1
VDI 3790, Blatt 2.: Umweltmeteorologie. Emission von Gasen, Gerüchen und Stäuben aus diffusen Quellen. (1997) 2 Rühlig, A. – Lohmeyer, A.: Ausbreitungsrechnung – diffusen Quellen, Halden, Deponien. In: Staub – Reinhaltung der Luft, 57. k. 10. sz. 1997. p. 111-125.
5 kibocsátásának vizsgálatától eltekintettünk. A vizsgált tevékenység során ugyanis a belső égésű motorral üzemelő munkagépek a vizsgált területen jellemzően szétszórva üzemelnek, vagy legfeljebb néhány munkagép üzemel egymás közelében. Ezen munkagépek ilyen működési körülmények között kialakuló légszennyező anyag kibocsátásai jellemzően a működési területük határain kívül nem okoznak jelentős levegőminőség változást. Az adott területre az OMSZ adatai alapján, a szélirányok és a szélerősségek relatív gyakoriságának figyelembe vételével, az éves súlyozott átlagos szélsebesség 2,9 m/s, a jellemző szélirány északnyugati. A vizsgálatokat a normál körülmények között lejátszódó terjedés modellezésekor semleges (S6) stabilitás kategóriát feltételezve végeztük el. A szélsebességprofilegyenlet exponense erre a stabilitási kategóriára vonatkozóan p=0,282. A talajfelszínre jellemző z0 érdességi paramétert az adott viszonyoknak megfelelően (enyhén tagolt, bokros terület) z0=0,5 m értékre vettük fel. A kitermelt pernye tárolására szolgáló területet, mint felületi forrást kezeltük. A kitermelt pernye tárolási területe 4000 m2, ez hozzávetőlegesen egy 63×63 méteres négyzet területének felel meg. Ez alapján a kibocsátó forrásnál σy0 kezdeti turbulens szóródási együttható értéke 63/4,3=14,7 m. A σz0 értéke a területi forrás magasságának 2,15-dal osztott értéke. Mivel a kibocsátó forrás, a kitermelt pernye tárolására szolgáló halom becsült átlagos magassága 1 m, ezért σz0 értékét 1/2,15= 0,47 m-re vettük fel. A kitermelt pernye tárolására szolgáló halom esetén a feltételezett kémény magasságát az átlagos magassággal azonos értékűre, 1 m-re vettük fel. Ehhez a kibocsátási magassághoz a diszperziós rétegre jellemző szélsebesség 2,4 m/s. Légszennyezettségi határértékek, alap szennyezettség A vizsgált terület alap-légszennyezettsége a Dorog városban mérhető koncentrációktól részben eltér, mivel a közúti forgalom és a lakossági-ipari-szolgáltatási kibocsátások nem érintik közvetlenül. Az OMSZ háttér adatait is figyelembe véve, a vizsgált terület alaplégszennyezettsége szálló por esetén 36 µg/m3-re becsülhető. A vizsgált területre vonatkozó, 24 órás légszennyezettségi határérték a szálló por (PM10) esetén 50 µg/m3, az éves légszennyezettségi határérték a szálló por (PM10) esetén pedig 40 µg/m3. 3. Vizsgálati eredmények A légszennyező forrás közvetlen hatásterülete a vizsgált légszennyező forrás körül lehatárolható azon legnagyobb terület, ahol a forrás által kibocsátott légszennyező anyag terjedése következtében várható, a vonatkozási időtartamra számított, szabványokban rögzített módon meghatározott, a légszennyező forrás környezetében fellépő leggyakoribb meteorológiai viszonyok mellet, a füstfáklya tengelye alatti talajközeli légszennyezettség változás a) az egy órás (szálló por esetében 24 órás) maximális érték 80 %-ánál nagyobb; vagy b) az egy órás (szálló por esetében 24 órás) légszennyezettségi határérték 10 %-ánál nagyobb; vagy c) a terhelhetőség 20 %-ánál nagyobb (terhelhetőség: a légszennyezettségi határérték és az alap szennyezettség különbsége). A korábban említetteknek megfelelően a vizsgált területen a közvetlen források által nem befolyásolt alap szennyezettség a szálló por (PM10) esetén 36 µg/m3, az adott területre
6 vonatkozó 24 órás légszennyezettségi határérték 50 µg/m3. Ezek alapján a szálló por (PM10) esetén a terhelhetőség 14 µg/m3 (ennek a 20 %-a 2,8 µg/m3), a légszennyezettségi határérték 10 %-a 5 µg/m3. Az elvégzett vizsgálatok eredményeit az 1. ábrán mutatjuk be. Az ábrán a szálló por (PM10) 24 órás talajközeli koncentrációját mutatjuk be a kitermelt pernye tárolására szolgáló terület középpontjától szélirányban távolodva. Az ábrán a légszennyezettség változását a terület középpontjától 30 méterre kezdődően ábrázoltuk (a terület középpontja és határa között ekkora a legkisebb távolság). A hatásterület meghatározásához nyújt segítséget az 1. táblázat. Ebben feltüntetésre kerültek a korábban megfogalmazott a b. és c. pontok alapján meghatározott távolságok. Koncentráció µg/m3
Távolság szélirányban, m 1. ábra A szálló por (PM10) esetén a talajközeli 24 órás légszennyezettség változás a kitermelt pernye tárolására szolgáló terület középpontjától szélirányban távolodva
7 1. táblázat A hatásterület meghatározása az egyes szempontok alapján Forrás
Légszennyező anyag
Kialakuló maximális koncentráció [µg/m3] (aránya a figyelembe vett légszennyezettségi határértékhez viszonyítva *[%])
a. [m]
b. [m]
c.
A kitermelt pernye tárolására szolgáló terület
Szálló por (PM10)
3,85 (79,7 %)
40
**
43
Jelmagyarázat: Az a távolság, ahol a meghatározott koncentráció a) a 24 órás maximális érték 80 %-ánál nagyobb; b) a 24 órás légszennyezettségi határérték 10 %-ánál nagyobb; c) a terhelhetőség 20 %-ánál nagyobb (terhelhetőség: a légszennyezettségi határérték és az alap szennyezettség különbsége); * az alap szennyezettséget is figyelembe véve; ** a maximális koncentráció nem éri el a légszennyezettségi határérték 10 %-át;
A bemutatott vizsgálati eredmények alapján a megállapítható, hogy a kitermelt pernye tárolására szolgáló terület porkibocsátása miatt kialakuló 24 órás átlagolási időtartamra vonatkozó maximális talajközeli szálló por (PM10) koncentráció – az alap szennyezettséget is figyelembe véve – nem éri el a figyelembe vett légszennyezettségi határértéket. A vizsgált forrásnál a figyelembe vett légszennyezettségi határértékhez viszonyított legmagasabb 24 órás átlagolási időtartamra vonatkozó maximális talajközeli szálló por (PM10) koncentráció – az alap szennyezettséget is figyelembe véve – aránya a határértékhez viszonyítva 79,7 %. A kitermelt pernye tárolására szolgáló terület hatásterülete a szálló por (PM10) esetén a c) esetben a legnagyobb, 43 m. A környezeti biztonság növelése érdekében a kitermelt pernye tárolására szolgáló terület hatásterületét a kitermelt pernye tárolására szolgáló terület határától célszerű értelmezni. Ennek megfelelően a kitermelt pernye tárolására szolgáló terület hatásterülete egy, a terület határa köré írható 43 méter széles sávon belül van. A korábban bemutatott számítási módszerek és az elvégzett vizsgálatok eredményei alapján az is megállapítható, hogy a hosszú átlagolási idejű (évi) maximális szálló por (PM10) koncentráció és a területre jellemző alap légszennyezettség együttes értéke a vizsgált forrás esetén 36,66 µg/m3, az éves légszennyezettségi határérték 91,65 %-a. A fentiek alapján összefoglalva megállapítható, hogy a vizsgált forrásnál a porkibocsátás esetén – az alap szennyezettséget is figyelembe véve – sem a kibocsátás következtében kialakuló 24 órás átlagolási időtartamra vonatkozó maximális légszennyező anyag koncentráció, sem a hosszú átlagolási idejű (évi) maximális koncentráció nem éri el a vonatkozó légszennyezettségi határértéket.
