A KÖZÚTI KÖZLEKEDÉS HATÁSA A FELSZÍNI CSAPADÉKVÍZ-LEFOLYÁS SZÉNHIDROGÉN SZENNYEZETTSÉGÉRE Dr. Buzás Kálmán BME VÍZI KÖZMŰ ÉS KÖRNYEZETMÉRNÖKI TANSZÉK Kecskemét.

Az előadások a következő témára: "A KÖZÚTI KÖZLEKEDÉS HATÁSA A FELSZÍNI CSAPADÉKVÍZ-LEFOLYÁS SZÉNHIDROGÉN SZENNYEZETTSÉGÉRE Dr. Buzás Kálmán BME VÍZI KÖZMŰ ÉS KÖRNYEZETMÉRNÖKI TANSZÉK Kecskemét."— Előadás másolata:

1 A KÖZÚTI KÖZLEKEDÉS HATÁSA A FELSZÍNI CSAPADÉKVÍZ-LEFOLYÁS SZÉNHIDROGÉN SZENNYEZETTSÉGÉRE Dr. Buzás Kálmán BME VÍZI KÖZMŰ ÉS KÖRNYEZETMÉRNÖKI TANSZÉK Kecskemét 2010. szeptember 30. október 1.

2 Kutatásunk fő célja eljárás kidolgozása volt, amely az úttervezés egyik műszaki alapparamétere, a forgalom, és a vízminőségvédelem szabályozási paraméterei, a TPH koncentráció és/vagy TPH terhelés között megalapozott, a hatótényezők előfordulásának valószínűségi jellegét figyelembe vevő kapcsolatra épül. Megbízó: NA ZRT, 2005-2007 Célkitűzés

3 A tervezési alapelvek hiánya MI: - a mértékadó forgalmi helyzet - a mértékadó csapadék - mi a mértékadó koncentráció A kiindulási helyzet 1 A környezetvédelmi szabályozás hiánya - csak TPH-ra - emissziós határérték=állandó kibocsátó - Aluldefiniált - Ellenőrizhetetlen, tehát hatástalan - A megoldások ellenőrzésénél keveredik a havaria és normál üzem emissziói elleni védelem

4 A kiindulási helyzet 2 Az „Eredmény” Sok százmillió Ft kiadás Vs. Nulla vízvédelem Hihetetlen: minden lehetséges módon elhibázott megoldás !

5 Autópálya lefolyás mintázása Ülepítési és szűrési kísérletek Nemzetközi szakirodalom (folyamatok és korábbi mérési eredmények) Tervezési módszer Szabályozási javaslat Lefolyás szennyeződési folyamata (TPH, PAH) Szennyező anyagok eltávolítása (kezelési módszerek) Koncentrációk és terhelés eloszlása Kutatási módszertan

6 Háttér TPH, PAH, nehézfémek Városi diffúz szennyezés Közúti közlekedés eredetű szennyezés Parkolók Belterületi utak Autópályák Szabályozási hiányosságok A szennyezők széles köre

7 Forgalom Csapadék Lemosódás Felhalmozódás Terhelés Mintavétel Forgalom Száraz kiülepedés BEFOGADÓ A szennyezők felhalmozódási és lemosódási folyamata

8 Monitoring program

9 M0-Annahegy M7-Martonvásár Mérési helyszínek

10 Vízhozam arányos sorozatminták csapadék- lefolyásokból –Surrantóba telepített passzív mintázóval Vizsgált anyagok és jellemzők –pH, fajlagos vezetőképesség –Ö. lebegőanyag, KOI k, TPH, PAH -ok –Al, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn (összes és oldott) Egyéb adatok –Meteorológiai állomás telepítése (csapadék magasság és intenzitás) –Órai forgalom idősor (ÁAK ZRT) Dinamikus modellel számított lefolyás (SWMM) Monitoring program elemei

11 Mintavevő berendezés szerkezete és elhelyezése Surrantó elem Műanyag lap (U alakban beszorítva) Terelőélek Mintavételi nyílás Sorba kötött mintatároló flakonok Elvezető cső

12 Azonos sorszámú minták átlaga Egyedi mérési eredmények Illesztett trend A lebegőanyag, TPH és PAH változása a lefolyás során „first-flush” esemény átlagkoncentráció Ö.lebegőanyag TPH C 5 -C 40 Összes PAH

13 A palackok feltöltési idejét (t) ismerve adott az egy lefolyási eseményhez (egy árhullámhoz) tartozó minták számát: N = T/t (ahol T az árhullám időtartama. Az árhullámot N db. szakaszra bontva meghatároztó szakaszonként a lefolyt víztömeget (Mi). Az esemény átlagkoncentráció (CE)

14 Városi utak és parkolók felúszó és/vagy emulgeált olaj

15 „olaj a vízben” emulzió Az autópálya lefolyásokban található TPH NEM alkot „olaj a vízben” típusú emulziót

16 TPH az autópálya lefolyásban pelyhes szerkezetű agglomerátum oA szilárdanyag tartalom mintegy 10%-a kolloidális, 60-95%-a kvázi-kolloidális méretű. oOlajcseppek a szilárd (gumiabroncs és aszfalt morzsalék-szemcsék, valamint a PAH-ok aeroszol részecskék) felületére tapadnak. oPelyhes agglomerátum → eltávolíthatóság! 5  m Nagyítás: 400 x

17 A folyamatos közlekedésre szolgáló útpályákról, balesetmentes forgalom során lefolyó csapadékvízben a TPH néhány mikron méretű részecskék közé zárva, 10-100 μm méretű agglomerátumokban helyezkedik el, nem alkot „olaj a vízben” típusú emulziót. Az olaj ilyen elhelyezkedése két lényeges következménnyel jár: oA burkolathoz tapadó agglomerátumok leválasztására a csapadékból származó energia kevés, ahhoz a mozgó járművek kerekei és a burkolat között kialakuló nagy áramlási sebességű víz energiája szükséges. A TPH szennyezettség meghatározó tényezője a csapadék idején zajló forgalom mértéke. oA lefolyás alifás szénhidrogén tartalmának eltávolítására az oleofil adszorbensek alkalmazása és a koaleszcencia elvén alapuló berendezések csak alacsony hatásfokkal képesek.

18 A lefolyások PAH profilja

19 A lefolyásban előforduló PAH-ok forrásainak meghatározása

20 A lefolyások PAH tartalmának forrásvizsgálatával, a különböző molekulasúlyú PAH-féleségek előfordulási arányainak meghatározásával kimutatható volt, hogy a PAH meghatározó hányada égési folyamatból keletkezik, és a gépjárművek kipufogó gázainak korom tartalmához köthető. Az egyéb PAH források (légköri kihullás, gumiköpeny és aszfalt morzsalék, illetve a kiszóródó kenőolajok) szerepe elhanyagolható.

21 #1 kifolyó (-5cm) #2 kifolyó (-10cm) #3 kifolyó (-20cm) #4 kifolyó (-30cm) töltet felszíne (0cm) 35 cm térkőhomok leeresztő csap TPH és PAH eltávolítás homokszűrővel

22 A közlekedési eredetű, felszíni és felszín alatti vizek szennyezés elleni védelmére a gyakorlatban hatékonyan alkalmazhatók a szikkasztó, szűrő tározók. oElőülepítéssel kombinált homokszűrővel a TPH és PAH 90% fölötti eltávolítása érhető el. A visszatartás a tározófenéken kialakított szűrőréteg felső 2-5 cm vastag rétegében végbemegy. A rétegcsere gyakoriságát a kolmatálódás sebessége határozza meg. oA oleofil tulajdonságú perlit töltet TPH leválasztó hatásában alapvetően nem az oleofil tulajdonság, hanem csak a szemcsés közeg szűrőhatása jelentkezik. oAz önállóan alkalmazott ülepítés TPH leválasztása - mivel az elsősorban a finomabb, kvázi kolloidális méretű szemcsékben dúsul fel - kisebb a lebegőanyagénál.

23 felszín alatti szivárogtató árok, talajszűrés szikkasztó árok wetland

24 szikkasztó tározó kierjesztett, előtározós, állandó vízborítású tározó

25 Forgalom Csapadék Lemosódás Felhalmozódás Terhelés Csapadék eloszlás Forgalom eloszlás TPH konc., anyagáram eloszlás Mintavétel Forgalom Száraz kiülepedés BEFOGADÓ Lemosódás folyamata Egyszerűsítés → tervezési paraméterek

26 A hiányzó forgalmi adat előállítása fuzzy leképező rendszerrel Kétváltozós regressziós egyenlet együtthatóinak számítása a mintavételi program eredményeiből A forgalom és a csapadék együttes előfordulási valószínűségé átlagos csapadékosságú évre Az L (g/ha,év) fajlagos emisszió empirikus gyakoriságának meghatározása a mintaterület forgalmára Az eredmények kiterjesztése különböző eloszlási paraméterű forgalmakra, átlagos csapadékosságú évre Összefüggés meghatározása a forgalom eloszlási paraméterei, és a TPH E várható értéke, illetve 95%-os tartósságú értéke között. A TPH E éves eloszlásának meghatározása a regressziós egyenlet alkalmazásával a mintaterület forgalmára A V (m 3 /ha) vízminőség védelmi célú, fajlagos tározótérfogatok meghatározása a forgalom és a TPH E határértéke függvényében. Adatok: Órás forgalom idősor Csapadék adatok (órás csapadék magasság és intenzitás) Mintázott lefolyási eseményekből meghatározott TPH E Regressziós analízis Fuzzy algoritmus Illeszkedésvizsgálat 95%-os konfidencia szinten, Χ 2 próba A csapadék és forgalom idősorok eloszlásának függetlenség vizsgálata A csapadék és a forgalom éves adatsorainak eloszlásvizsgálata Monte Carlo szimuláció Illeszkedésvizsgálat 95%-os konfidencia szinten, Χ 2 próba Összefüggés meghatározása a forgalom eloszlási paraméterei, és az L várható értéke, illetve 95%-os tartósságú értéke között.

27 A hiányzó forgalmi adat előállítása fuzzy leképező rendszerrel Kétváltozós regressziós egyenlet együtthatóinak számítása a mintavételi program eredményeiből Adatok: Órás forgalom idősor Csapadék adatok (órás csapadék magasság és intenzitás) Mintázott lefolyási eseményekből meghatározott TPH E Regressziós analízis Fuzzy algoritmus

28 TPH E = 4.43 * J – 0.343 * H, (mg/l ) ahol:J – a forgalom (1000 ej/h) mértéke a csapadék idején, és H – a lefolyást kiváltó csapadék magassága, (mm). Az esemény átlagkoncentráció (TPH E ) meghatározása a csapadék magasságának és a csapadék idején zajló forgalomnak a függvényében 95%-os konfidencia szinten szignifikáns

29 A hiányzó forgalmi adat előállítása fuzzy leképező rendszerrel Kétváltozós regressziós egyenlet együtthatóinak számítása a mintavételi program eredményeiből A forgalom és a csapadék együttes előfordu- lási valószínűsége (átlagos csapadékosságú évre) Az l (g/ha) (L (kg/ha,év) fajlagos emisszió empirikus gyakoriságának meghatározása a mintaterület forgalmára A TPH E éves eloszlásának meghatározása a regressziós egyenlet alkalmazásával a mintaterület forgalmára Adatok: Órás forgalom idősor Csapadék adatok (órás csapadék magasság és intenzitás) Mintázott lefolyási eseményekből meghatározott TPH E Regressziós analízis Fuzzy algoritmus Illeszkedésvizsgálat 95%-os konfidencia szinten, Χ 2 próba A csapadék és forgalom idősorok függetlenség vizsgálata A csapadék és a forgalom éves adatsorainak eloszlásvizsgálata Monte Carlo szimuláció Illeszkedésvizsgálat 95%-os konfidencia szinten, Χ 2 próba

30 Az eredmények kiterjesztése (forgalom eloszlási paraméterek, átlagos csapadékosság) Összefüggés meghatározása a forgalom eloszlási paraméterei, és a TPH E várható és 95%-os tartósságú értéke között. A V (m 3 /ha) vízminőség védelmi célú, fajlagos tározótérfogatok meghatározása a forgalom és a TPH E határértéke függvényében. Összefüggés meghatározása a forgalom eloszlási paraméterei, és az L várható és 95%-os tartósságú értéke között.

31 Számítási eljárást dolgoztunk ki a forgalom eloszlási paramétereitől függő esemény átlagkoncentráció és a fajlagos TPH terhelés éves eloszlásának meghatározására, átlagos csapadékosságú év feltételezésével. Az eljárás alapja az a kétváltozós lineáris regressziós egyenlet, melyet autópálya lefolyások mintázásával a csapadék idején zajló forgalom és a csapadékmagassága figyelembevételével, a lefolyás (esemény) átlag-koncentrációjára határoztunk meg.

32 A TPH E 50, 90 és 95%-os tartósságú értékéi a forgalom várható értékének függvényében

33 Az adott autópálya szakasz éves forgalma, jó közelítéssel normális, míg az átlagos csapadékosságú év csapadékainak magassága exponenciális eloszlású, és a két eloszlás nem független egymástól. Az együttes előfordulási valószínűség Monte Carlo szimulációval előállítható volt. Ezekkel a feltételekkel az F(TPHE) értékei a lehetséges hazai forgalomintenzitási tarto- mányokra kiterjeszthetővé váltak.

34 Számítási módszert dolgoztunk ki a TPHE várható, és 95%-os tartósságú értékeinek meghatározására. Hasonló eljáráson alapulva készültek a fajlagos terhelések nomogramjait is.

35 Fajlagos tározótérfogat a szabályozási határérték 95%-os valószínűségű betartásához

36 1 2 3 4 átlag 0.75/0.95 0.67/0.95 0.50/0.95 0.25/0.95 A fajlagos, éves TPH emisszió átlagos és 95%-os tartósságú értékei L, gTPH/ha,év

37 A forgalom és a csapadék statisztikai jellemzőinek ismeretében számítási módszert dolgoztunk ki annak a legkisebb, vízminőség védelmi célú tározó térfogatnak a meghatározásához, amely valamennyi, adott TPH E határértéket meghaladó koncentrációjú lefolyás befogadásához elegendő. A tervezési nomogramok a TPH = 2, 3, 5 és 10 mg/l-es (feltételezett) szabályozási határértékek 95%-os biztonsággal történő betartásához szükséges fajlagos tározótérfogatok meghatározására a forgalom eloszlási paramétereinek függvényében.

38 Fajlagos tározótérfogat a szabályozási határérték 95%-os valószínűségű betartásához

39 Az eredmények lehetővé teszik, hogy: - a tervező, a tervezési forgalom ismeretében meghatározza a várható emissziót és ennek ismeretében - a hatóság az engedélyezési eljárás során mérlegelje a várható környezeti hatást.

40 Köszönöm