Antropogén hatások városi környezetben BME VÍZI KÖZMŰ ÉS KÖRNYEZETMÉRNÖKI TANSZÉK MTA VÍZGAZDÁLKODÁSI KUTATÓCSOPORT www.vkkt.bme.huU épület.

Az előadások a következő témára: "Antropogén hatások városi környezetben BME VÍZI KÖZMŰ ÉS KÖRNYEZETMÉRNÖKI TANSZÉK MTA VÍZGAZDÁLKODÁSI KUTATÓCSOPORT www.vkkt.bme.huU épület."— Előadás másolata:

1 Antropogén hatások városi környezetben BME VÍZI KÖZMŰ ÉS KÖRNYEZETMÉRNÖKI TANSZÉK MTA VÍZGAZDÁLKODÁSI KUTATÓCSOPORT www.vkkt.bme.huU épület

2 1800-ban a világ népességének 3% élt nagyvárosokban. A XX. század végére ez az arány 47%-ra emelkedett. Megavárosok 2006-ban (lakónépesség > 1 000 000)

3 A város, mint nyílt rendszer Antropogén hatások városi környezetben Légszennyezés, szmogok, zajLégszennyezés, szmogok, zaj Városi vízforgalom, felszíni lefolyás szennyeződése, szennyvíz elvezetés, elhelyezésVárosi vízforgalom, felszíni lefolyás szennyeződése, szennyvíz elvezetés, elhelyezés Hulladék elhelyezés, talajszennyezésHulladék elhelyezés, talajszennyezés

4 SZENNYEZÉS FORRÁSAI ÉS A SZENNYEZŐANYAGOK TRANSZMISSZIÓJA A LÉGKÖRBEN

5 Források  pontforrás (ipartelep kéménye)  felületi forrás (település-lakossági fűtés) Ipar SO 2 : fosszilis tüzelőanyag (barnaszén, olaj, gáz), kénsavgyártás, papíripar CO 2, CO : égés, tökéletlen égés (energiaipar, kohászat) NO 2 : magas hőfokú égés (energiaipar, elektromos kisülés) szilárd részecskék: minden égés során (kohászat, energiaipar)  vonal menti forrás (utak autópálya) alumíniumkohászat, a zománcgyártás, a foszforműtrágyagyártás, a tégla- és cserépipar Fluor:

6 Mezőgazdaság: CO, C x H y : biomassza égetés NH 3 : állatok vizelete CH 4 : rizstermelés, kérődző állatok Erdőirtás: CO 2 : tároló kapacitás csökkenése Település (infrastruktúra): CH 4, CO 2 : hulladéklerakók CO, CO 2, SO 2 : fűtés CO, SO 2, NO, NO 2 : közlekedés N 2 O : talajban lévő baktériumok (denitrifikáció) szilárd részecskék: közlekedés (kátrány, ólom), fűtés szilárd részecskék: növényvédőszerek permetezése

7 Szennyező anyagok és egészségkárosító hatásaik  szén-monoxid (CO) F  szén-monoxid (CO) FEJFÁJÁS, HÁNYINGER, FULLADÁS (OXIHEMOGLOBIN  KARBOXIHEMOGLOBIN)  szén-dioxid (CO 2 ) FULLADÁS (ZÁRT TÉRBEN)  kén-dioxid (SO 2 )  kén-dioxid (SO 2 ) NYÁLKAHÁRTYÁK (ORR, GARAT, SZEM), KÖHÖGÉS, TÜDŐÖDÉMA, BRONHITISZ  nitrogén-oxidok (NO x )  nitrogén-oxidok (NO x ) TÜDŐ, SZEM, LÉGUTAK (A TÜDŐBEN KELETKEZIK SAV) NO: IDEGRENDSZER + METAMOGLOBÉNIA  klór (Cl), fluoridok NYÁLKAHÁRTZÁK, LÉGUTAK, BŐR, KÖHÖGÉS  nehézfémek (Cd, Pb, As, Zn) IDEGRENDSZER, KARCINOGÉN, AKKUMULÁCIÓ  szilárd részecskék SZILIKÓZIS  pollen ALLERGIA  rostok (pl. azbeszt) TÜDŐRÁK  illékony szerves vegyületek (VOC, PAN) FEJFÁJÁS, KARCINOGÉN HATÁS  ózon (O 3 ) FOJTÓ, RONCSOLÓ HATÁSÚ (TÜDŐ, NYÁLKAHÁRTYÁK) Krónikus hatások: asztma, bronhitisz, szilikózis, tüdőrák

8 Emissziós, transzmissziós és immissziós folyamatok Szennyezőanyag források kopás (fékek, abroncs, útburkolat) égéstermékek (aeroszol) légköri kiülepedés (száraz) Terjedési utak szél, menetszél száraz kiülepedés Befogadók légkör (aeroszol) útfelület, talajfelszín, hó (felhalmozódás) jármű karosszéria és egyéb alkatrészek Légkör Száraz időszakban KÖZLEKEDÉS: LÉGKÖRT ÉRŐ HATÁSOK

9 AEROSZOL -cseppfolyós/szilárd részecskék a levegőben (elegy) -0.01-10 µm -por, füst, köd -kis tartózkodási idő -kondenzáció, fényelnyelés LERAKÓDÁS ÉS ÜLEPEDÉSI SEBESSÉG A RÉSZECSKE MÉRET FÜGGVÉNYÉBEN GRAVITÁCIÓS KIÜLEPEDÉS TURBULENS KIÜLEPEDÉS

10 Azbeszt rostok

11 Pollenek

12 1952 London – téli szmog - 4 000 halott - maximum 2 mg/m 3  0.75 ppm - SO 2 (bronchitis) füst, szmog - inverzió - szinergikus hatások WHO határérték: 1 óra 0.125 ppm 350 µg/m 3 Hosszútáv 50 µg/m 3 0.018 ppm 0.18 ppm 500 µg/m 3 10’ A kitettség ideje (szennyezés tartóssága) fontos → Az egészségügyi határértékeket a tartósság függvényében adják meg!

13 SZÉN-MONOXID BELÉGZÉS HATÁSA A KONCENTRÁCIÓ ÉS A KITETTSÉGI IDŐ FÜGGVÉNYÉBEN ÉS A KITETTSÉGI IDŐ FÜGGVÉNYÉBEN

14 INVERZIÓ: GÁTOLJA A SZENNYEZŐANYAGOK ELKEVEREDÉSÉT, A HÍGULÁST

15 1962 Los Angeles: nyári v. fotokémiai szmog - gépjárműforgalom, napfény, magas nedvességtartalom - nitrogénoxidok, szénhidrogének - napfény katalizáló hatása: fotokémiai oxidáció  új vegyületek pl. ózon (mérgező, fojtó, köd, szem, orr, nyálkahártya) - elsődleges és másodlagos szennyezés - napszakosság NO 2 +UV+VOC+O 2  NO 2 +O 3 +PAN+aldehydes

16 Légállapot a los angelesi szmog során

17 MI BEFOLYÁSOLJA A LÉGSZENNYEZŐ ANYAGOK TERJEDÉSÉT? SZÁLLÍTÓ KÖZEG (LÉGKÖR) JELLEMŐI: SZÉLSEBESSÉG SZÉLSEBESSÉG (URALKODÓ) SZÉLIRÁNY (URALKODÓ) SZÉLIRÁNY TURBULENS ÁRAMLÁS! TURBULENS ÁRAMLÁS! LÉGKÖR STABILITÁSA: LABILIS, STABIL, INVERZIÓ LÉGKÖR STABILITÁSA: LABILIS, STABIL, INVERZIÓ FÜGG A HŐMÉRSÉKLETI GRADIENSTŐL, A HŐMÉRSÉKLET NAPSZAKOS VÁLTOZÁSÁTÓL SZENNYEZŐANYAG VISELKEDÉSE (NEM KONZERVATÍV): KIÜLEPEDÉS KIÜLEPEDÉS ADSZORPCIÓ (SZILÁRD ANYAGOKHOZ TAPADÁS) ADSZORPCIÓ (SZILÁRD ANYAGOKHOZ TAPADÁS) FOTOKÉMIAI REAKCIÓK FOTOKÉMIAI REAKCIÓK SAVKÉPZŐDÉS SAVKÉPZŐDÉS BIOKÉMIAI ÁTALAKULÁSOK BIOKÉMIAI ÁTALAKULÁSOK HÍGULÁS ÁTALAKULÁS

18 És mégis forog… Ha nem forogna… GLOBÁLIS CIRKULÁCIÓ

19 LOKÁLIS HATÁSOK Településeken a sok beton és aszfalt sok hőt abszorbeál, éjjel hősziget alakul ki a város felett (állandósult levegő cirkuláció, porburok) Hegyoldalakon lehűlő levegő a völgyek felé fújó szelet okoz Szárazföld - tenger kapcsolat (a víz lassabban melegszik és hűl, ezért nappal a szárazföld felé, éjjel a tenger felé fújnak a szelek)

20 HŐMÉRSÉKLETI GRADIENS NAPSZAKOS VÁLTOZÁSA INVERZIÓ KAILAKULÁSA

21 ÁLLAPOTVÁLTOZÁS ÉS INVERZIÓ Hőmérsékleti gradiens alakulása (hőmérséklet változása a magassággal) Adiabatikus: 1 ºC /100 mAdiabatikus: 1 ºC /100 m Szuperadiabatikus: > 1 ºC /100 mSzuperadiabatikus: > 1 ºC /100 m Szubadiabatikus: < 1 ºC /100 mSzubadiabatikus: < 1 ºC /100 m Inverzió: fordított gradiens, hőmérséklet felfelé növekszikInverzió: fordított gradiens, hőmérséklet felfelé növekszik

22 Labilis Stabil Szuperadiabatikus eset Szubadiabatikus eset

23 A CSÓVA ALAKJA SZUPERADIABATIKUS ADIABATIKUS SZUBADIABATIKUS INVERZIÓ 1. SZUBADIABATIKUSSZUPERADIABATIKUS INVERZIÓ 2.

24 SZMOGOK KIALAKULÁSÁNAK CSÖKKENTÉSI LEGETŐSÉGEI EMISSZIÓK SZABÁLYOZÁSA KÖZLEKEDÉSI EREDETŰ: KATALIZÁTOROK, FORGALOMSZERVEZÉSKÖZLEKEDÉSI EREDETŰ: KATALIZÁTOROK, FORGALOMSZERVEZÉS IPAR: PORLEVÁLASZTÓK, SZŰRÉS, KÉMÉNY INVERZIÓS RÉTEG FÖLÉ EMELÉSEIPAR: PORLEVÁLASZTÓK, SZŰRÉS, KÉMÉNY INVERZIÓS RÉTEG FÖLÉ EMELÉSE LAKOSSÁGI: KÖZPONTI FŰTÉSLAKOSSÁGI: KÖZPONTI FŰTÉS ÁTSZELLŐZÉS ELŐSEGÍTÉSE VENTILLÁCIÓS FOLYOSÓK BIZTOSÍTÁSA (BEÉPÍTETTSÉG, UTAK SZÉLESSÉGE ÉS IRÁNYULTSÁGA, MAGAS ÉPÜLETEK ELHELYEZKEDÉSE, ZÖLDSÁVOK)VENTILLÁCIÓS FOLYOSÓK BIZTOSÍTÁSA (BEÉPÍTETTSÉG, UTAK SZÉLESSÉGE ÉS IRÁNYULTSÁGA, MAGAS ÉPÜLETEK ELHELYEZKEDÉSE, ZÖLDSÁVOK) SZMOGRIADÓ TERVEK → KÖZLEKEDÉS, FŰTÉS KORLÁTOZÁSA

25 Egészségügyi határérték Tájékoztatási küszöbérték Riasztási küszöbérték http://www.met.hu/levegokornyezet/varosi _legszennyezettseg/

26 Lélegzetvételnyi szünet Budapest levegőszennyezettség méréseredményei 1990. X. 25-28. Csütörtök* X. 25. Péntek X. 26. Szombat X. 27. Vasárnap X. 28. Egészségügyi határérték ERZSÉBET TÉR SO 2 (mikrogramm/m 3 )136893715150 NO 2 (mikrogramm/m 3 )119106594985 CO (milligramm/m 3 )4,62,71,3 5 Por (mikrogramm/m 3 )14813711575. SZÉNA TÉR SO 2 (mikrogramm/m 3 )116844335150 NO 2 (mikrogramm/m 3 )8369351685 CO (milligramm/m 3 )5,02,51,31,55 Por (mikrogramm/m 3 )18017712983 * A taxis-blokád 25-én kezdődött. Forrás: Köjál HVG, 1990. XI. 10.

27 CSAPADÉKVÍZ, LEFOLYÁS SZENNYEZŐDÉSE

28 Az éves csapadék legfeljebb csekély mértékben csökken, annak időbeli megoszlása többszörösen előnytelenül alakul az évszázad végére: onövekszik a hosszú csapadékhiányos időszakok előfordulása, oNő az egyedi nagycsapadékok előfordulási gyakorisága, oA nyári hónapokban a csapadék 20-40%-kal, a lefolyás 20-70%-kal csökken, míg oa téli hónapokban a csapadék 35%-kal, a lefolyás 23- 31%-kal nő. A csapadékra vonatkozó előrejelzések bizonytalansága sokkal nagyobb, mint a hőmérsékleti előrejelzésé. Csapadék változása

29 Múltbeli észlelésekből kimutatható (Bartholy, Pongrácz, 2005):  Az extrém hőmérsékleti paraméterek növekvő tendenciája.  A csapadék extremitások általános növekedése.  A nagy csapadékú napok számának csökkenése, de az ezen idő alatt lehullott csapadék arányának az éves csapadékon belüli növekedése. OMSZ, 2006

30 Ha hazánkban marad az éves csapadékmagasság jelenlegi mértéke, de növekszik a szélsőséges csapadékesemények előfordulási gyakorisága, csökken a nyári és növekszik a téli félév csapadékossága, csökkenő beszivárgás, növekvő lefolyás A következmények a belterületeken még szélsőségesebben jelentkeznek ! Mátrakeresztes, 2005.április

31 Vízvisszatartás: Porózus, vízáteresztő szilárd burkolatok, Beszivárogtatás zöld területeken

32 Lefolyás módosítása, kedvezőbb mikroklíma kialakítása, jobb hőszigetelés és ezzel kisebb fűtési/hűtési költségek, a szálló por hatékony megkötése és esztétikus megjelenés. Extenzív és intenzív zöldtetők

33 A lefolyó csúcshozam csökkentése tározókkal

34 Szennyezőanyag lemosása: „first flush” jelenség

35 Források kerék és alváz lemosódás karosszéria lemosódás útburkolat lemosódás nedves kiülepedés olvadó hó Szennyezőanyagok TPH, PAH-ok Nehézfémek (Zn, Cu, Cd, Cr, Pb, Sb) Terjedési utak lefolyás a burkolatról fröcskölés Befogadók a csapadékvíz elvezetésétől függően: talaj, folyóvíz, állóvíz Nedves időszakban Légkör Állóvíz, folyóvíz, talaj Emissziós, transzmissziós és immissziós folyamatok VIZEKET ÉRŐ HATÁSOK

36 Útburkolati terhelések térbeli eloszlása: különböző szennyezőforrások, eltérő viselkedés - fékbetét kopásból: réz, antimon, ólom hasonló forgalom nagyság ellenére eltérések a helyszínek között: padkánál jóval magasabb értékek, beljebb kb. állandó (~háttér) helyi forgalom dinamika (fékezések gyakorisága) burkolat egyenetlensége (csapdázódási potenciál) kevés fékezésgyakori hirtelen fékezések gyakori fékezések © Budai Péter, 2011

37 a helyszínek között nincs jelentős eltérés független a fékezések gyakoriságától kiegyenlítettebb keresztmetszeti eloszlás mindenhol magasabb a háttérnél (burkolatra tapadó kopástermékek) kevés fékezésgyakori hirtelen fékezések gyakori fékezések © Budai Péter, 2011 Útburkolati terhelések térbeli eloszlása: különböző szennyezőforrások, eltérő viselkedés - gumiköpeny gördülési kopásból: cink, kadmium

38 Tetővizek szennyeződése  Réz: légköri száraz és nedves kiülepedésből,  Cink kioldódása horganyzott lemezből,  PAH források: kioldódás bitumen tetőkből, légköri kiülepedés (közlekedés, fűtés)

39 VÁROS VT VÁROSI VÍZFORGALOM: MÚLT

40 JÁRVÁNYOK: KOLERA, TÍFUSZ -1800-1850: AZ EURÓPAI VÁROSOKBAN - (LONDON, STOCKHOLM, KOPPENHÁGA, PÁRIZS, HAMBURG TÖBB EZER ÁLDOZAT -A KÓROKOZÓK A VÍZZEL TERJEDNEK -A TERJEDÉSHEZ HOZZÁJÁRULT AZ ANGOL WC ELTERJEDÉSE  NÖVEKVŐ VÍZFOGYASZTÁS  TÚLTERHELT EMÉSZTŐK -FELISMERÉS: DR. SNOW LONDONI ORVOS (BROAD STREET-I KÚT BEZÁRÁSA) -1880: „VIBRIO CHOLERAE” KIMUTATÁSA (DR KOCH, KÉSŐBB NOBEL-DÍJ) TÖRTÉNETI ÁTTEKINTÉS „WATER CLOSET”: A VÍZMINŐSÉGI PROBLÉMÁK KEZDETE

41 FOLYÓ VÍZKIVÉTEL SZENNYVÍZ SZENNYEZETT FOLYÓ CSATORNÁZÁS: A TELEPÜLÉST (TALAJT, TALAJVIZET) MENTESÍTJÜK A SZENNYEZÉSTŐL, DE VALÓJÁBAN CSAK ÁTHELYEZZÜK A PROBLÉMÁT A FELSZÍNI VIZEKBE... CSATORNÁZÁS: NYITOTT ANYAGÁRAM LÉTREHOZÁSA

42 SZENNYVÍZBEVEZETÉS HATÁSA: OXIGÉNHIÁNY

43 SZENNYVÍZ-BEVEZETÉSHATÁSA

44 BAKTERIOLÓGIAI SZENNYEZÉS (patogének) SZENNYVÍZBEVEZETÉSHATÁSA

45 AZ OLDOTT OXIGÉN HÁZTARTÁS SZERVESANYAG LEBOMLÁS ÉS ÖNTISZTULÁS SZERVESANYAG LEBOMLÁS ÉS ÖNTISZTULÁS EGYSZERŰ O 2 HÁZTARTÁSI MODELL: SZENNYVÍZ SZERVESANYAG (BOI 5 ) HETEROTRÓF BAKTÉRIUMOK (SZERVES SZÉN LEBONTÁSA) OXIGÉNBEVITEL O2O2O2O2

46 SZERVES ANYAG MÉRÉSE: BIOKÉMIAI OXIGÉNIGÉNY (fogyasztás) - BOI 5 : szervesanyag lebomlásához szükséges oxigén mennyisége BOI  BOI 5 t (nap) BOI(mg/l)

47 CO 2 ISZAP SZENNYVÍZTISZTÍTÓ A SZENNYVÍZTISZTÍTÁS MEGOLDJA A PROBLÉMÁT? CÉL: BIOLÓGIAILAG BONTHATÓ SZERVESANYAGOK (BOI 5 ) ELTÁVOLÍTÁSA  FOLYÓK OXIGÉN HÁZTARTÁSA HELYREÁLL

48 BIOLÓGIAI SZENNYVÍZTISZTÍTÁS: A LEVEGŐZTETETT MEDENCÉBEN A HETEROTRÓF BAKTÉRIUMOK LEBONTJÁK A SZERVESANYAGOT

49 VÍZSZENNYEZÉS: Oxigén probléma

50 BOI O2O2 SZERVESANYAG EMISSZIÓ LÉGKÖRI O 2 DIFFÚZIÓ ÜLEPEDÉS Streeter & Phelps (1925-ben az Ohio folyóra alaklmazott modell) Oldott oxigén koncentráció változása a szennyvízbevezetés alatt: SZERVESANYAG LEBOMLÁS HATÁSA AZ OXIGÉN HÁZTARTÁSRA Koncentráció minimuma → kritikus hely Emisszió C min x krit

51 Szennyvízbevezetések vízminőségi hatása azonnali elkeveredés és első rendű kinetika szerinti lebomlást feltételezve EAEA EBEB C(x,t) = C 0 exp (-k t) NEM KONZERVATÍV (LEBOMLÓ SZENNYEZÉS) FOLYÓBAN C 0 [g/m 3 ]: Koncentráció az elkeveredés után k [1/nap]: a lebomlás sebességét jellemző kinetikai állandó t = x/v x [nap]: a vízfolyás sebességétől függő utazási (levonulási) idő c

52 TOVÁBBI FELADAT AZ EUTROFIZÁLÓDÁST OKOZÓ NÖVÉNYI TÁPANYAGOK (P, N) ELTÁVOLÍTÁSA A SZENNYVÍZTISZTÍTÁS SORÁN © W.P.Cunningham & B.W. Saigo Bedetti Lake, Argentina © www.cyanosite.edu

53 SZVT VÁROS VT VÁROSI VÍZFORGALOM: JELEN Cél: Szervesanyagok és növényi tápanyagok eltávolítása, fertőtlenítés Veszélyes anyagok (pl. gyógyszer- maradványok) +

54 HÁZTARTÁSOK,MEZŐGAZDASÁG SZVT VÁROS VT VÁROSI VÍZGAZDÁLKODÁS: JÖVŐ Kockázat?

55 © Simonffy Z., Buzás K.

56 Gazdálkodás a háztartások szintjén: Csökkenő vízfogyasztás, Szürke-fekete szennyvíz szétválasztása + biohulladék, Öntözés, komposztálás, tápanyagok újrahasznosítása, „zero emission house, ecological sanitation” (zárt agyagforgalom). Gazdálkodás a települések szintjén: Csapadékvíz gazdálkodás (lefolyás szabályozás), Kis települések – decentralizált megoldások. Integrált vízgyűjtő gazdálkodás: Kisebb vízkivétel, Újrafelhasználás és a hasznosítás (mezőgazdaság, ipar), Tisztítás a befogadó igényei szerint. A jövő fenntartható vízgazdálkodása Az EU vízpolitikájának alapelvei: ökológiai szemlélet, a fenntarthatóság, a megelőzés, az elővigyázatosság, a szennyező fizet-elv, a költségek teljes megtérítése és a hatékonyság. A jelen megoldásaival szemben a vízminőségi és -mennyiségi problémák sem időben, sem térben nem helyezhetők át.

57 1. Jellemezze a városi környezetet az antropogén hatások szempontjából! 2. Sorolja fel a főbb légszennyező anyagokat és ismertesse az egészségre gyakorolt hatásaikat! 3. Mi az aeroszol? Mi a hatása? Mi jellemző az aeroszolok ülepedésére? 4. Mi okozza a szilikózist? Miért veszélyes az azbeszt? 5. Sorolja fel a légszennyezés forrásait és jellemző szennyező anyagait városi környezetben! 6. Ismertesse a szmogok két alaptípusát! Mikor, mitől alakul ki, milyen szennyezők jellemzik? 7. Mi az inverzió? Hogyan befolyásolja a légkör stabilitása a füstgázok elkeveredését? Rajzolja fel a füstcsóvát különböző légállapotokra! 8. Milyen eszközökkel lehet a szmogok kialakulását csökkenteni? Hol van ezekben az építőmérnöknek szerepe? 9. Milyen eszközei vannak a települési lefolyás-szabályozásnak? 10. Mit jelent a „first flush”, mi a jelentősége környezeti szempontból? 11. Milyen szennyezőanyagok találhatók a települési felszíni lefolyásban? 12. Sorolja fel a kommunális szennyvízben előforduló, jellemző szennyezőket és azok vízminőségi hatásait! Milyen anyagokat távolítunk el a szennyvíztisztítás során? 13. Mi az eutrofizáció? Mi okozza? Milyen víztípusokban jellemző? 14. Mit jelent a „nyitott anyagforgalom” a települési vízgazdálkodásban? Milyen eszközök léteznek ennek zárására?