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   C2 + a12E1X1  CH2 a - átviteli tényező C3 + a13E1X1 + a23E2X2  CH3 (mértékegysége?) C2, C3 - jelen állapot (monitorozás) • 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 2 C 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 500 µg/m3 0.18 ppm 350 µg/m3 0.125 ppm Hosszútáv 50 µg/m3 0.018 ppm WHO határérték: 10’ 1 óra 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) röntgen 0.76 4.0 100 közeli infra (IR1) távoli infra (IR2) µm rövidhullám hosszúhullám NAP FÖLD mikrohullám ÖSSZETÉTEL Koncentráció Tartózkodási idő Hatás Elnyelés N2  78 % 108 év Üvegház UV O2  20 5000 év 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 (1) Állandó (2) Változó % O3 (tr./sztr) 10 ppb/1 ppm 2 év UV, V UV Ózon UV,V,IR ÖSSZETÉTEL Koncentráció Tartózkodási idő Hatás Elnyelés UV,V,IR (3) Nagyon változó CO 0.1 ppm 0.3 év Mérgező NO2 1 ppb 10 nap Savasodás SO2 1 ppb 3 nap Savasodás vízgőz (0.4-400)102 ppm 10 nap Freon (halogénezett szénhidrogén pl. CF2Cl2) 100 év 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 1 v' c dt    (v  v' )(c  c' )dt vc   T 0 T0 T T T T T O 1 1 1 v' c' dt v c   v' c' dt  v c  v'c'   v c' dt   T 0 T 0 T 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) REGIONÁLIS TELEPÜLÉS 5-20 KONTINENTÁLIS 60-200 2000 200 20 2 BEFOGADÓ 10-40 LOKÁLIS 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