Környezetvédelem | Felsőoktatás » Környezetvédelem és ökológia

K ÖRNYEZETVÉDELEM KÖRNYEZETVÉDELEM É SÖ KOLÓGIA ÉS ÖKOLÓGIA Dr. Somly ódy L ászló Somlyódy László Dr. Szil ágyi Ferenc Szilágyi K ÖRNYETEZVÉDELEM KÖRNYETEZVÉDELEM (TERVEZET) STRATÉGIA AZ OLDOTT OXIGÉN HÁZTARTÁS SZABÁLYOZÁSÁRA (1) EGYSZERŰ O2 HÁZTARTÁS SZENNYVÍZ SZERVESANYAG (BOI5) HETEROTRÓF BAKTÉRIUMOK (LEBONTÁS) OXIGÉNBEVITEL O2 (2) BIOKÉMIAI OXIGÉNFOGYASZTÁS - BOI5 BOI (mg/l) BOI BOI5 t (nap) (3) EMISSZIÓ - IMMISSZIÓ • kg/nap , t/év - mg/l , g/m3 stb. • BOI5 emisszió nő, BOI5 koncentráció nő, oldott O2 koncentráció csökken (és fordítva) • O2 fontos vízminőségi indikátor (4) VÍZMINŐSÉGI OSZTÁLYOZÁS (O2 esetére) • nyers szennyvíz: O mg/l • telítési koncentráció “tiszta” vízben (Henry törvény): ~ 10 mg/l (20 °C ) • halak megóvása, szaporodása:  6 mg/l • vízhasználatok (5) INTEGRÁLT OSZTÁLYOZÁS (6) REGIONÁLIS PROBLÉMA: KÖLTSÉG-MINIMUM MEGOLDÁS 1.

Település X2 X1 FOLYÓ E1 X - hatásfok ( 0 , 1 ) E - BOI5 emisszió E2 2 1 2. Település 3 Ipari vízkivétel (O2 határérték, CH2) TÓ Fürdés (CH3) •BEFOGADÓ HATÁRÉRTÉK    CH2 C2 + a12E1X1 C3 + a13E1X1 + a23E2X2  CH3 C2, C3 - jelen állapot (monitorozás) a - átviteli tényező (mértékegysége?) • A MEGOLDÁS ELSŐ LÉPÉSE x2 1 xF xA xA xF 1 • A MÁSODIK LÉPÉS x1 • MIT NEM HASZNÁLTUNK FEL? min [K1(X1) + K2(X2)] CÉLFÜGGVÉNY min [k1X1 + k2X2] LINEÁRIS VÁLTOZAT • A MEGOLDÁS • MILYEN TECHNOLÓGIA? • HELYES A KÖLTSÉG FÜGGVÉNY? • MITŐL FÜGGENEK AZ (1) ÉS (2) FELTÉTELEK? • “RELATÍV” FONTOSSÁG • MÉRNÖK ÉS A KUTATÓ • ELFOLYÓVÍZ • TECHNOLÓGIAI HATÁRÉRTÉK • MINIMUM KÖVETELMÉNY • “EGYENLETES” STRATÉGIÁK • CÉLFÜGGVÉNY, KORLÁTOZÓ TÉNYEZŐ, DÖNTÉSI VÁLTOZÓ  OPTIMALIZÁLÁS ÉS LINEÁRIS PROGRAMOZÁS • MI JÖN EZUTÁN? ÁTVITELI TÉNYEZŐ ÉS

KÖLTSÉGEK • EDDIGI ALAPFOGALMAK: felsorolások ANYAGMÉRLEG KI (2) (1) BE ellenőrző felület V ΔM BE  KI  MEGVÁLTOZÁS ( ) Δt • ha a C koncentráció a V térfogaton belül állandó (teljes elkeveredés) Q 1 A 1C 1  Q 2 A 2C 2  V dC dt  FORRÁSOK • tározó anyagmérlege • ha C(t), Q1(t), Q2(t) = áll.  permanens • ha FORRÁSOK = O, konzervatív anyag (oldott állapotban lévő, reakcióba nem lépő szennyező; az anyagmérleg az ellenőrző felület folyadékfázisára teljesül) • valós szennyező ANYAGMÉRLEG EGY FOLYÓSZAKASZRA • permanens eset • ülepedésre képes szennyező B  H US A B H [m2] (1) x (2) x Q A, B, H = áll. (prizmatikus meder) BE: A U C Q KI: AU [ C+ x tg ] ; c(x) lineáris (feltevés) MEGVÁLTOZÁS: kiülepedett anyagmennyiség B x Us C AV : AUC - AUC - AU x tg = B x US C B U tg α   C A U dC 1v   C dx H U S  U S dC 1U  dx C

HU S :  US 1U lnC   x  áll. H U S : exp 1U C  exp (  x) exp (áll.) HU S ha x=O C=Co 1U C  C exp (  x) H U S O exp (áll.) = CO CO MEGHATÁROZÁSA Ch háttér koncentráció Q CO E=qc, emisszió x Két víz összekeverése QCh + qc = (Q+q) CO E QC  qc QC E C    Q q Q q Q q h h O Növekmény qc c  Q  q 1 Q q higulási arány A megoldás QC 1U E 1U C exp(  x)  exp(  x) Qq HU Qq HU h S S Átviteli tényező 1 1U a(x)  exp ( x) Qq HU S Helyes volt a hipotézis!  s  m  3 ATMOSZFÉRA - kis koncentráció, koncentráció és sűrűség  csökken - Nap energiája  fotokémiai reakciók - oxigén jelenléte  oxidáció - troposzféra (felhőöv), 11-12 km (pólusoknál 8 km, Egyenlítőnél 18 km) - a hőmérséklet 100 m-ként 1 ºC-kal (0.65 ºC ) csökken a hőmérséklet, a hőenergiát a Földtől kapja - sztratoszféra, T nő, kb. 50

km, a Nap UV sugárzását az ózon részben elnyeli 180 - mezoszféra, T csökken 80 M A 50 H SZT 80 % 11-12 T 220 284 Kº KONCENTRÁCIÓ - szilárd, cseppfolyós és gáz halmazállapotú szennyezők - térfogat/térfogat, tömeg/tömeg, tömeg/térfogat  µg/m3, ez függ a T és p-től - cm 3 szennyező ppm = m3 levegő állandó 10 - 3 cm 3 ppb = m3 - átszámítás c = M ppm V V [cm3/mmol] ideális gáz moláris térfogat (1 atm  101.3 kPa  224 l, 20 °C) M [mg/mmol] moláris tömeg KIS TÖRTÉNELEM • II. Edward (13 sz vége): széntüzelés tiltása a Parlament munkája miatt • III. Richard (14-15 sz): füstadó • 17 sz. London: ipar kitelepítése, zöld övezet (javaslat) • 1948 Donova (14 000 lakos), acélmű (Pennsilvánia)  súlyos szennyezés KIS TÖRTÉNELEM • II. Edward (13 sz vége): széntüzelés tiltása a Parlament munkája miatt • III. Richard (14-15 sz): füstadó • 17 sz. London: ipar kitelepítése, zöld

övezet (javaslat) • 1948 Donora (14 000 lakos), acélmű (Pennsylvania)  súlyos szennyezés • 1952 London • 1952 London - 4000 halott - maximum 2 mg/m3  0.75 ppm - SO2 (bronchitis) füst, szmog - inverzió - szinergikus hatások WHO határérték: 10’ 1 óra 500 µg/m3 0.18 ppm 350 µg/m3 0.125 ppm Hosszútáv 50 µg/m3 0.018 ppm KIS TÖRTÉNELEM • II. Edward (13 sz vége): széntüzelés tiltása a Parlament munkája miatt • III. Richard (14-15 sz): füstadó • 17 sz. London: ipar kitelepítése, zöld övezet (javaslat) • 1948 Donora (14 000 lakos), acélmű (Pennsylvania)  súlyos szennyezés • 1952 London • 1962 Los Angeles: fotokémiai szmog - gépjárműforgalom, napfény, magas nedvességtartalom - nitrogénoxidok, szénhidrogének - napfény katalizáló hatása  új vegyületek pl. ózon (mérgező, fojtó, köd, szem, orr, nyálkahártya) - elsődleges és másodlagos szennyezés - napszakosság • Mi a “kicsi” ?

ELEKTROMÁGNESES SPEKTRUM 0.2 0.38 ultraibolya (UV) látható (V) rövidhullám NAP röntgen 0.76 4.0 100 közeli infra (IR1) távoli infra (IR2) µm hosszúhullám FÖLD mikrohullám ÖSSZETÉTEL Koncentráció (1) Állandó N2  78 % O2  20 % Tartózkodási idő Hatás 108 év Üvegház Elnyelés UV 5000 év UV, V A Nemes gázok 0.93 % ppm CO2 320 ppm 10 év Üvegház UV, IR CH4 1 ppm 5 év Üvegház IR H2 0.5 ppm 7 év N2O 0.3 ppm 8 év (2) Változó O3 (tr./sztr) 10 ppb/1 ppm 2 év UV Ózon UV,V,IR ÖSSZETÉTEL Koncentráció Tartózkodási idő Hatás Elnyelés (3) Nagyon változó CO 0.1 ppm 0.3 év Mérgező NO2 1 ppb 10 nap Savasodás SO2 1 ppb 3 nap Savasodás (0.4-400)102 ppm 10 nap Freon (halogénezett szénhidrogén pl. CF2Cl2) 100 év vízgőz UV,V,IR UV,V,IR Ózon • AEROSZOL (0.01-10 µm) - cseppfolyós/szilárd részecskék - por, füst, köd - diszperziós és kondenzációs - kis

tartózkodási idő - fényelnyelés LÉGSZENNYEZÉS • HŐMÉRSÉKLET NAPSZAKOS VÁLTOZÁSA • INVERZIÓ • CSÓVA (konvekció és diffúzió) • LAMINÁRIS ÉS TURBULENS ÁRAMLÁS • ANYAGMÉRLEG (emisszió, reakció stb.) ÁLLAPOTVÁLTOZÁS ÉS INVERZIÓ Szuperadiabatikus eset Labilis Szubadiabatikus eset Stabil A CSÓVA ALAKJA SZUPERADIABATIKUS ADIABATIKUS INVERZIÓ 1. INVERZIÓ 2. Los Angeles INVERZIÓ (napos idő, tiszta ég) Példa: 100 m kémény, 20 °C ELKEVEREDÉS - LAMINÁRIS ÉS TURBULENS ÁRAMLÁS DIFFÚZIÓ DIFFÚZIÓ v KONVEKCIÓ • FICK TÖRVÉNY   c1  x c2 - c1  c2 - csapot kinyitjuk - kiegyenlítődés FLUXUS c1 c 2 [kg/m2 s] F ~ Δx dc F = -D dx D - molekuláris diffúzió tényezője [m2/s] ÁRAMLÁSOK • LAMINÁRIS: RÉTEGES, RENDEZETT • TURBULENS: GOMOLYGÓ, RENDEZETLEN, VÉLETLEN v’ eltérés, pulzáció v v  átlag v  v  v T T a turbulencia időléptéke T

T 1 1 1 v   vdt   vdt   v dt T0 T0 T0 v O t TRANSZPORT • KONVEKCIÓ : vc [ kg/m2s ] • HOGYAN ALAKUL TURBULENS ÁRAMLÁSBAN? T 1 vc dt  T0 1  T T  0 T 1 1   (v  v )(c  c )dt vc  T T0 1 v c dt  T T  0 1 v c dt v c  T T T  v c dt  0  v c dt O  v c  vc 0 ? O • TURBULENS DIFFÚZIÓ v c dc = - Dt , dx Dt > > D v turbulens diffúzió ( ‘felhő’) molekuláris diffúzió ELKEVEREDÉS - LAMINÁRIS ÉS TURBULENS ÁRAMLÁS - ELKEVEREDÉS ÉS DIFFÚZIÓ FÜGG A METEOROLÓGIAI ÁLLAPOTTÓL KÉMÉNYMÉRETEZÉS : GAUSS ELOSZTÁS ÉS MÓDSZER ÜVEGHÁZHATÁS • HOSSZÚHULLÁMÚ SUGÁRZÁS ELNYELÉSE (FÖLD - 243 W/m2) • CO2 12-17 µm, O3 9.6 µm, vízgőz 8 µm • GÁZOK ÉS HATÁSUK T (év) CO2 - C CH4 - C N2O- N Freon 5 7-8 150 100 2 W/m (éghajlati kényszer) 1.5 0.5 0.2 0.3 Emisszió Emisszió (természetes) (antropogén) 190 120 6 - EMISSZIÓ (Tg/év;

CO2 - C Pg/év) 7 280 0.4 1.0  2.5 W/m2  1 %  075 C°  350 ppm (ipari forradalom óta) - CO2: 270 ppm - CH4 : rizstermesztés, állattartás (anaerob) - N2O : tüzelés, műtrágya (denitrifikáció) - kilo-, mega-, giga-, tera-, peta-, hexa(ezer.trillió) - SI rendszer ÓZON (1840; Schönbein) • TROPOSZFÉRA - 10 %, 1 %/év (nő) • SZTRATOSZFÉRA - csökkenő trend - rákkeltő - mezőgazdaság - óceáni plankton • CHAPMAN MODELL (1930) O + O2  O3 UV sugárzás (energia) O + O3  2 O2 katalizátor - NO, Cl, H • ÓZONLYUK • FREON - ártalmatlan? - mérése – 1970 - montreáli egyezmény (1987); a védekezés lehetőségei (fluor?) SAVASODÁS MODELL SO2 E SO 24- NEDVES ÜLEPEDÉS talaj SZÁRAZ ÜLEPEDÉS • EMISSZIÓK - NOx 50-60 % közlekedés - SO2, partikulált anyag 50-60 % energia - CO2 energia - CH4 autó, égetés, állattartó telepek • SO2 emisszió (Magyarország) - 1930 0.3 Mt/év - 1965 1.7 Mt/év -

1992 0.9 Mt/év - okok : recesszió széntüzelés csökkenése hatékonyság SO2/GDP (1992: kb. 10x USA ) NOx/ GDP (1992: kb. 2x USA ) • FORMÁK: szerves, szervetlen, oldott, partikulált • EURÓPA ÉS LÉPTÉKEK ÜLEPEDÉSI SEBESSÉG A RÉSZECSKE MÉRET FÜGGVÉNYÉBEN KÉN KIÜLEPEDÉS EURÓPÁBAN (gS/m2 év, 1985, EMEP mérési hálózat) CSAPADÉK pH ÉRTÉKEK AZ USA-ban (1980-1984) ÉS ÉRZÉKENY TERÜLETEK LÉGSZENNYEZÉS LÉPTÉKEI: SO2 (havi átlag, g/m3) 2000 5-20 200 20 2 BEFOGADÓ 60-200 LOKÁLIS TELEPÜLÉS 10-40 REGIONÁLIS KONTINENTÁLIS GLOBÁLIS 4 80-360 0 km • IMMISSZIÓ: HÁTTÉR + REGIONÁLIS + TELEPÜLÉS + LOKÁLIS • IDŐBELI LÉPTÉKEK SZÉN-MONOXID BELÉGZÉS HATÁSA A KONCENTRÁCIÓ ÉS A KITETTSÉGI IDŐ FÜGGVÉNYÉBEN HATÁSOK l SO2: SZEM, NYÁLKAHÁRTYA, LÉGUTAK, TÜDŐÖDÉMA l CO: MÉRGEZŐ, FEJFÁJÁS, HÁNYÁS (OXIHEMOGLOBIN  KARBOXIHEMOGLOBIN) l NO: IDEGRENDSZER + METAMOGLOBÉNIA l

NO2 : TÜDŐ, SZEM, LÉGUTAK (A TÜDŐBEN KELETKEZIK SAV) l NH4 : NYÁLKAHÁRTYA, SZEMFÁJÁS l Cl: LÉGZŐSZERV, SZEM, KÖHÖGÉS l FLUORIDOK: SZEM, BŐR, ORR, GARAT, l SZILÁRD SZENNYEZŐK: SZILIKÓZIS l PAH (diesel) . BENZOPIRENE - FEJFÁJÁS, KÖHÖGÉS, SZEM l ÓLOM: 80 % BENZIN - IDEGRENDSZER, VÉRNYOMÁS l KOMBINÁLT HATÁSOK l DOHÁNYFÜST l TÜDŐRÁK, ASZTMA: VÁROSOK l GYÓGYSZERFOGYASZTÁS, ÁPOLÁS, TERMÉS ÉS MUNKABÉRKIESÉS ÁLLATOK l KICSI KÖZVETLEN HATÁS NÖVÉNY l INDIKÁTOROK (ZUZMÓ) l SZILÁRD – ASSZIMILÁCIÓS FELÜLET CSÖKKEN - TAKARMÁNY – LÉGCSERENYÍLÁS l GÁZOK – LÉGZŐNYÍLÁS  SEJTEK FELÜLETE + VÍZ  Pl. KÉNSAV  RONCSOLÁS + FOTOSZINTÉZIS GÁTLÁSA  SZÍNVÁLTOZÁS l SAVASODÁS – Al, MIKROORGANIZMUSOK - ERDŐK – VIZEK – EMBER ÉPÜLETEK ÉS ARCHEOLÓGIAI ÉRTÉKEK