Biomonitoring Kvality Ovzduší: Metody a Technologie

Kvalita ovzduší zásadně ovlivňuje zdraví životního prostředí a lidí. Proto je už nyní vývoj technologií pro monitoring znečištění ovzduší nezbytným nástrojem environmentálního managementu.

Integrace technologií pro sledování znečištění ovzduší umožňuje detailní analýzu kvality ovzduší na lokální i regionální úrovni. Aplikace modulárních senzorových sítí, datových platforem nebo inteligentních systémů pro identifikaci zdrojů znečištění znamená nesporný přínos pro každodenní život běžných obyvatel, firem, měst, krajů i státu.

Monitoring znečištění vzduchu bychom měli řešit především ve městech a na dalších vysoce frekventovaných místech. Znečištění ovzduší je definováno Světovou zdravotnickou organizací (WHO) jako "kontaminace vnitřního nebo vnějšího prostředí jakýmkoli chemickým, fyzikálním nebo biologickým činitelem, který modifikuje přirozené vlastnosti atmosféry".

Vysoké úrovně znečištění mohou způsobit respirační problémy, srdeční a další onemocnění (např. rakovinu). Mohou také způsobit kyselé deště, poškodit plodiny, snížit růst a produktivitu rostlin a poškodit volně žijící zvěř. Jedná se o velký problém a to vzhledem k tomu, že 99% světové populace dýchá vzduch, který svou kvalitou nesplňuje doporučené limity WHO.

Z různých látek znečišťujících ovzduší vzbuzují zvláštní obavy pevné částice a aerosoly. Tento článek pojednává o těchto látkách přispívajících ke znečištění ovzduší a zdůrazňuje dva nástroje určené k průběžnému monitorování parametrů kvality ovzduší.

Čtěte také: Technologie IoT pro ovzduší

Metody Monitoringu Kvality Ovzduší

Klasická Gravimetrická Metoda

Klasická gravimetrická metoda měří koncentraci hrubých (PM10, o velikosti do 10 µm) a jemných (PM2,5, o velikosti do 2,5 µm) pevných částic ve vzduchu. Princip této metody spočívá v nasávání vzorku vzduchu do lapačů prachu, kde se nečistoty zachytí na jednorázových filtrech.

Tyto filtry se v laboratoři váží jak před, tak po odběru a pravidelně se vyměňují. Podle rozdílu hmotnosti se pak určuje aktuální koncentrace prachu ve vzduchu měřená v mikrogramech na metr krychlový.

Moderní Automatické Měřicí Systémy

Moderní automatické měřicí systémy umožňují průběžné měření znečištění ovzduší v reálném čase. Systémy k monitoringu využívají laserová a optická čidla detekující koncentrace hrubých a jemných pevných částic.

• Senzory částic - Už zmíněná laserová čidla detekují prachové částice o velikosti 0,3-10 mikrometrů.
• Detektory plynu - Senzory pro detekci oxidů dusíku, oxidu uhelnatého, formaldehydu a těkavých organických sloučenin sledují znečištění vzduchu plyny.

Tyto integrované moduly bývají obohaceny o meteorologická čidla pro měření teploty, vlhkosti a tlaku.

Bezdrátové Systémy

Pro sběr a analýzu dat se čím dál více využívá úzkopásmový IoT (internet věcí). Senzory přes úzkopásmové sítě data o znečištění, teplotě, vlhkosti a dalších parametrech průběžně odesílají do centrálních datových serverů.

Čtěte také: Kvalita ovzduší v České republice

Centrální Systémy

Data z jednotlivých senzorů je možné shromažďovat také v centrálních systémech, kde dochází k jejich následnému zpracování, vizualizaci a analýze. Například Moravskoslezský kraj využívá inteligentní identifikační systém zdrojů znečištění ovzduší (IIS). Ten spojuje emisní data s konkrétními lokalitami a procesy. Například ostravský pilotní výzkumný projekt CLAIRO systematicky snižuje znečištění ovzduší výsadbou zeleně. Pro porovnávání výsledků pomocí modulárních sítí senzorů v reálném čase měří koncentraci pevných částic i plynů.

Pevné Částice a Aerosoly

Pevné částice (PČ) jsou obecně definovány jako malé pevné částice rozptýlené v plynu, zatímco aerosoly jsou jemnější kapičky kapaliny nebo pevné částice, které zůstávají rozptýlené v plynech po významnou dobu. Obojí mohou negativně ovlivnit lidské zdraví, zejména pokud je jejich průměr menší než 2,5 μm (PM2.5).

Aerosoly a PČ mohou být vytvořeny přírodními jevy, jako jsou sopečné erupce nebo lidskou čínností jako jsou např. průmysl a doprava. Tyto miniaturní částice mohou být transportovány vzduchem na velké vzdálenosti a způsobit komplikace daleko od jejich zdroje. Čím menší je velikost částic, tím hlouběji mohou proniknout do dýchacího systému.

Zatímco hrubší prachové částice (PČ10) jsou většinou zadržovány nosními chlupy, jemné částice (PČ 2,5) mohou proniknout hluboko do plic a způsobit podráždění. Pro získání lepšího přehledu o účincích znečištění ovzduší na lidské zdraví a životní prostředí, je zapotřebí přesných měření, která určují množství a chemické složení rozptýlených částic s vysokým časovým rozlišením.

Analýza PČ a aerosolů se skládá tradičně ze dvou kroků: odběru a analýzy vzorku. Při odběru vzorků se obvykle využívá filtračního procesu. Částice se shromažďují na substrátech s filtry, které jsou po určité době odstraněny pro extrakci deionizovanou vodou pro následnou analýzu.

Čtěte také: Vysvětlení IKO

Avšak tato metoda je schopna stanovit pouze průměry za 24 nebo více hodin. Průběžný odběr vzorků je nanejvýš důležitý, protože umožní citlivé sledování změn v iontovém složení aerosolů.

Přístroje pro Analýzu Vzduchu a Aerosolů

Metrohm Process Analytics je známým poskytovatelem analytických řešení pro analýzu vzduchu a aerosolů s bohatými zkušenostmi a odbornými znalostmi v oboru. Pokud jde o chemickou analýzu, zařízení MARS je propojeno s mokrými chemickými analyzátory, jako je kationtový a/nebo aniontový chromatograf (IC) nebo voltametrický systém, zatímco 2060 MARGA má integrované aniontové a kationtové IC.

Oba přístroje zahrnují plynové denudery (Vlhký rotační denuder (VRD)), vzorkovač růstu kondenzačních částic (Steam-Jet Aerosol Collector (SJAC)), stejně jako čerpací a řídicí zařízení. Tyto přístroje aplikují metodu růstu aerosolových částic v kapky v prostředí přesycené vodní páry.

MARS vs. MARGA 2060

Zatímco MARS byl navržen tak, aby vzorkoval pouze aerosoly, 2060 MARGA navíc detekuje ve vodě rozpustné plyny. Ve srovnání s klasickými denudery, které odstraňují plyny ze vzorku vzduchu před aerosolovým kolektorem (růstovou komorou), shromažďuje MARGA 2060 plynné druhy ve VRD pro online analýzu.

MARGA 2060 se dodává ve dvou konfiguracích: R (research) a M (monitoring). Verze MARGA R 2060 je určena pro výzkumné kampaně, jako je studium sezónní variability kvality ovzduší. Pokud se iontový chromatograf nepoužívá, může být odpojen a znovu použit pro další laboratorní výzkum.

Pro srovnání, MARS lze použít jako před kondicionační jednotku pro několik analytických technik v okolních nebo průmyslových prostředích, jako je IC, voltametrický (VA) přístroj, hmotnostní spektrometr (MS) nebo analyzátor celkového organického uhlíku (TOC). Alternativně lze vzorky v režimu offline odebrat pomocí automatického podavače vzorků. Pro okamžité vyhodnocení výsledků lze MARS také vzdáleně propojit s libovolným analytickým systémem.

Na druhou stranu, MARGA 2060 má dva integrované integrované IC, takže nelze spojit s žádnou jinou analytickou technikou.

Následující tabulka shrnuje rozdíly mezi 2060 MARGA a MARS:

Následující část porovnává výsledky, aby zjistila, zda existuje nějaká korelace mezi 2060 MARGA a MARS v odběru vzorků a měření aerosolů. Níže uvedené grafy ukazují výsledky aerosolů okolního vzduchu v Schiedamu v Nizozemsku, měřené mezi 6. a 9. 12.

2060 MARGA má dobu cyklu 60 minut (normální doba cyklu), zatímco MARS má dobu cyklu 30 minut. Data ukazují podobný trend mezi oběma systémy, ale protože MARS generuje dvakrát více údajů, jsou jeho údaje o koncentraci aerosolu vyšší ve srovnání s údaji z MARGA 2060.

Význam Monitoringu Znečištění Ovzduší

Monitorování znečištění ovzduší je stěžejním pro umožnění nám porozumět typům a úrovním znečišťujících látek přítomných ve vzduchu, který dýcháme. Expozice znečištěnému ovzduší může způsobit řadu zdravotních problémů, včetně respiračních onemocnění, kardiovaskulárních onemocnění a dokonce i rakoviny.

Může také poškodit životní prostředí tím, že způsobuje kyselé deště, poškozuje ozónovou vrstvu a přispívá ke změně klimatu. Je důležité měřit kvalitu vzduchu pomocí nástrojů, jako je MARS nebo 2060 MARGA od Metrohm Process Analytics, abychom pochopili její dopad a vyvinuli účinné strategie ke snížení expozice.

Český Hydrometeorologický Ústav a Monitoring Kvality Ovzduší

Úsek ochrany čistoty ovzduší je součástí Českého hydrometeorologického ústavu od roku 1967, kdy byla problematika ochrany čistoty venkovního ovzduší zařazena do odborné náplně ústavu. Úsek ochrany čistoty ovzduší má odborná pracoviště v Praze, dále na pěti regionálních pobočkách (Brno, Hradec Králové, Ostrava, Plzeň, Ústí nad Labem) a dvou specializovaných observatořích (Košetice, Tušimice).

Pražská pracoviště zajišťují činnost úseku na celonárodní úrovni, pobočky hrají díky znalosti místních podmínek důležitou roli regionálních informačních center v rámci spolupráce s regionálními orgány a sdělovacími prostředky.

Observatoř Košetice (založená v roce 1988) je specializovaným pracovištěm realizujícím vícesložkový monitoring kvality přírodního prostředí v regionálním měřítku. Hlavní důraz je kladen na detekování dlouhodobých trendů koncentrací a depozice polutantů v atmosféře.

Úsek ochrany čistoty ovzduší provozuje státní imisní síť na území celé České republiky. Její součástí jsou akreditovaná pracoviště Imisního monitoringu ČHMÚ a Kalibrační laboratoř imisí ČHMÚ, které jsou referenčními pracovišti MŽP ČR pro měření a hodnocení stavu znečištění ovzduší na celém území ČR.

V rámci imisní sítě jsou na 85 lokalitách provozovány stanice automatizovaného imisního monitoringu (AIM) a na 57 lokalitách stanice manuálního imisního monitoringu (MIM), ze kterých jsou získávány informace o koncentracích oxidu siřičitého, oxidu dusičitého, suspendovaných částic (frakce PM10 a PM2,5), oxidu uhelnatého, benzenu, troposférického ozonu, těžkých kovů, těkavých organických látek a perzistentních organických látek. Tyto činnosti jsou prováděny v souladu s národní legislativou a směrnicemi EU. V rámci novelizace těchto směrnic a norem EU (EN) jsou měření technicky novelizována a modifikována, např.

Databáze Kvality Ovzduší

Naměřené koncentrace jsou po verifikaci ukládány v Informačním systému kvality ovzduší (ISKO). Jeho úkolem je soustředit a všeobecně zpřístupnit naměřená data z monitorovacích sítí, a tak umožnit jejich efektivní využití. Další součástí systému je emisní databáze určená pro agendu Registru emisí a zdrojů znečišťování ovzduší (REZZO).

Modelování Znečištění Ovzduší

Modelové hodnocení imisní zátěže (pomocí numerických i statistických metod) je využíváno jako doplňková metoda pro hodnocení kvality ovzduší. Zatímco monitoring poskytuje poměrně přesné údaje o koncentracích znečišťujících látek v místě měřicí stanice, modely umožňují plošné vyhodnocení imisní zátěže, ovšem s nižší přesností.

Úsek ochrany čistoty ovzduší vyvíjí a využívá modely pro zpracování rozptylových studií ve smyslu zákona o ovzduší 86/2002 Sb. (zejména referenční model SYMOS’97 - dle nařízení vlády 597/2006 Sb.).

Vývoj Kvality Ovzduší

Po roce 1990 nastal strmý pokles koncentrací hlavních znečišťujících látek (SO2, NO2, NOX a částic PM10), který trval do roku 1999. Poté nastala stagnace a v posledních letech dochází k mírnému nárůstu koncentrací. Tento nárůst je způsoben stoupající průmyslovou výrobou, zejména v Moravskoslezském kraji, kde nejvíce postiženou oblastí je Ostravsko. Velký vliv na zvyšující se imise má stále sílící automobilový provoz.

Polyaromatické uhlovodíky (PAU) se v ovzduší vyskytují v pevné i v plynné formě. Jako základ pro hodnocení rizika karcinogenity PAU je používán karcinogenní faktor benzo(a)pyrenu (BaP) a k němu se vztahují ostatní PAU. Do prostředí se dostávají jak z přírodních zdrojů (např. biosyntéza, rozklady půdy), tak i z antropogenních zdrojů. Hlavním antropogenním zdrojem jsou spalovací procesy za vysokých teplot (např. vysoké pece, hliníkárny), ale i domácí topeniště na tuhá paliva a doprava jsou významnými zdroji.

tags: #biomonitoring #kvality #ovzduší #metody

Oblíbené příspěvky:

• Likvidace aut s odvozem
• Legislativa ochrany člověka
• Rekultivace skládky u Klatov
• Chemické toalety a ekologie
• Pravidla svozu odpadu ve Vodňanech