Měření znečištění ovzduší a jeho vliv na životní prostředí

Kvalita ovzduší zásadně ovlivňuje zdraví životního prostředí a lidí. Kvalita ovzduší závisí na stupni znečištění některými látkami (plyny nebo prachovými částicemi), které jsou škodlivé lidskému zdraví a kvalitě života a které, pokud překročí rizikové či prahové hodnoty, mají negativní vliv na přírodní ekosystémy. Proto je už nyní vývoj technologií pro monitoring znečištění ovzduší nezbytným nástrojem environmentálního managementu.

Dýchání zamořeného vzduchu může způsobit celou škálu zdravotních problémů, od astma až po rakovinu. Nepřímo mohou škodliviny v ovzduší zapříčinit ztrátu místní pracovní síly a zvýšené lékařské výdaje, stejně jako ztrátu produktivních a ochranných ekosystémů.

Abychom omezili riziko akutních případů znečištění a snížili dlouhodobé vystavování těmto škodlivinám, Světová zdravotnická organizace (WHO) definuje a pravidelně reviduje pomocné doporučené hodnoty pro každou znečišťující látku na základě epidemiologických studií a studií řízené expozice. Normy kvality ovzduší, které by se neměly překračovat, stanoví Evropská směrnice nebo národní a/či místní orgány.

Tento indikátor se soustředí na hlavní zdroje znečištění ovzduší v městských oblastech, zejména na ty spojené s procesy spalování v dopravě, vytápění a průmyslu. Hlavními škodlivinami, které jsou vypouštěny přímo nebo jako vedlejší produkt následných chemických reakcí, jsou oxid siřičitý; oxid dusičitý; oxid uhelnatý; těkavé organické látky (např. benzen); prachové částice, ozón a olovo. Ty mají negativní vliv na lidi, kulturní památky a ekosystémy.

Evropské směrnice uvádějí, že se pro zóny a aglomerace, kde jsou překračovány mezní hodnoty jedné či více škodlivin, musí vypracovat plán či program k dosažení stanovených mezních hodnot.

Čtěte také: Životní Prostředí a jeho Znečištění

Plán nebo program řízení musí obsahovat opatření pro hlavní zdroje škodlivin. Opatření se mohou vztahovat přímo k řízení mobility (včetně opatření týkající se přepravy cestujících a zboží, individuálního využití automobilů, hromadné přepravy, zavádění alternativních dopravních prostředků), topných systémů (ve vhodných případech propagace alternativních zdrojů energie jako sluneční, tepelná energie nebo využití dálkového vytápění) nebo průmyslové výroby. Plány nebo programy řízení poskytují kontrolní údaje a podle potřeby mohou až omezit činnosti přispívající k překračování mezních hodnot, např.

Podle Rámcové směrnice o kvalitě ovzduší (Community Framework Directive on Ambient Air Quality, 96/62/EC), související dceřiné směrnice zavádějí mezní hodnoty pro odstranění, prevenci či snížení škodlivých vlivů na lidské zdraví a životní prostředí jako celek. První dceřiná směrnice (1999/30/EC) definuje mezní hodnoty koncentrací oxidu siřičitého, oxidu dusičitého a oxidů dusíku, prachových částic a olova v ovzduší. Směrnice 2000/69/EC zavádí mezní hodnoty oxidu uhelnatého a benzenu. Směrnice 96/62/EC vyžaduje stanovení mezních hodnot pro ozón (vyjednává se v Evropské komisi), poly-aromatické uhlovodíky; kadmium; arzén; nikl a rtuť. Mezní hodnoty stanovené ve výše uvedených směrnicích jsou minimální požadavky, které umožňují členským státům zavést přísnější limitní hodnoty a ochranná opatření.

Metody měření znečištění ovzduší

Moderní automatické měřicí systémy umožňují průběžné měření znečištění ovzduší v reálném čase. Existují různé způsoby hodnocení kvality ovzduší v závislosti na hustotě obyvatel a/nebo hustotě a existujících úrovních jednotlivých škodlivin. Systémy k monitoringu využívají laserová a optická čidla detekující koncentrace hrubých a jemných pevných částic.

• 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.
• Senzory částic: 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.

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.

Monitoring znečištění vzduchu bychom měli řešit především ve městech a na dalších vysoce frekventovaných místech. Multikomponentní analyzátor plynných znečišťujících látek v ovzduší iGASair kontinuálně monitoruje znečištění vnějšího ovzduší v obcích, městech, v blízkosti dopravních zón, v okolí průmyslových závodů a pod. Analyzátor může současně měřit až 8 znečišťujících látek, na výběr jsou následující sloučeniny: CO, NO, NO2, O3, SO2, H2S, VOC a CO2 v koncentracích µg/m3 nebo ppb.

Čtěte také: Druhy dopravy a znečištění vody

Analyzátor iGasair může být použit i pro monitoring kvality vzduchu ve vnitřních prostorách, čistých místnostech, ve výrobních prostorách pro zajištění ochrany pracovníků a všude tam, kde se vyžaduje monitorování mikroklimatických podmínek.

Situace v České republice

V prostředí České republiky měří kvalitu ovzduší zejména ČHMÚ a další státní organizace (např. ČGS, SZÚ, HS ...). Znečištění ovzduší suspendovanými částicemi frakcí PM10 a PM2,5 zůstává jedním z hlavních problémů, které je třeba řešit při zajišťování kvality ovzduší ČR. Překračování imisních limitů PM10 a PM2,5 se stále podílí na vymezování oblastí s nadlimitním znečištěním ovzduší.

K překročení 24hodinového imisního limitu PM10 (průměrnou 24hod. koncentraci 50 µg·m‑3 je povoleno překročit 35× za rok) došlo v roce 2021 na necelých 3 % stanic (4 stanice z celkového počtu 152 s dostatečným počtem dat pro hodnocení). Stanice Ostrava-Radvanice-ZÚ, Věřňovice, Karviná a Rychvald jsou, obdobně jako ostatní stanice v aglomeraci O/K/F-M, dlouhodobě ovlivněny dálkovým transportem znečištění z Polska. Stanice Ostrava-Radvanice-ZÚ je navíc ovlivněna průmyslovými emisemi a Karviná emisemi ze stavební činnosti. Na stanici Věřňovice se projevuje kombinace vlivu znečištění ovzduší z jižního Polska a vesnické zástavby na české straně hranice spolu se specifickými meteorologickými podmínkami v údolí Olše.

Imisní limit pro průměrnou 24hodinovou koncentraci PM10 byl v roce 2021 překročen na 0,1 % území ČR s cca 0,4 % obyvatel. V porovnání s předchozími lety se rok 2021 řadí mezi roky s menší plochou území ČR vystaveného nadlimitní koncentraci PM10, což odpovídá nízkému počtu překročení imisního limitu na měřicích stanicích. Velká část území ČR (více než 87 %) byla v roce 2021 vystavena koncentraci do 35 µg·m‑3, tedy koncentraci pod horní mezí pro posuzování stanovené vyhláškou č. 330/2012 Sb., o způsobu posuzování a vyhodnocení úrovně znečištění, rozsahu informování veřejnosti o úrovni znečištění a při smogových situacích. Nejvíce zatíženou souvislou oblastí byla, stejně jako v předešlých letech, aglomerace O/K/F-M.

Imisní limit pro průměrnou roční koncentraci PM10 (40 µg·m‑3) nebyl v roce 2021, potřetí v řadě po letech 2019 a 2020 za celou historii měření PM10 od roku 1993, překročen na žádné stanici ČR. Nejvyšší roční průměrné koncentrace byly naměřeny na stanicích v aglomeraci O/K/F-M. Stejně jako v letech 2019 a 2020 nebylo v prostorovém rozlišení 1×1 km vymezeno žádné území ČR s nadlimitní roční průměrnou koncentrací PM10. Nicméně i v letech předešlých došlo k překročení roční průměrné koncentrace PM10 jen na malé části území ČR (0,1 % v roce 2018 a 0,02 % v roce 2017). Z hlediska pětiletého průměru ročních průměrných koncentrací je nejvíce zatíženou oblastí aglomerace O/K/F-M.

Čtěte také: Hlukové znečištění a velryby

Koncentrace PM10 vykazují zřetelný roční chod s nejvyššími hodnotami v chladných měsících roku, kdy dochází i k nejčastějšímu překračování hodnoty 24hodinového imisního limitu (více než 85 % případů překročení v lednu, březnu a prosinci). Vyšší koncentrace PM10 v ovzduší během chladného období roku souvisí jak s vyššími emisemi částic ze sezonně provozovaných tepelných zdrojů, tak i s častějším výskytem zhoršených rozptylových podmínek v této části roku.

Průměrné měsíční koncentrace PM10 v roce 2021 v porovnání s desetiletým průměrem (2011-2020) byly, s výjimkou června, nižší ve všech měsících roku. Pokles koncentrací PM10 na stanicích byl výrazný zejména v lednu (pokles téměř o 13 µg·m‑3, tj. o 40 %) a v listopadu (pokles téměř o 11 µg·m‑3, tj. o 36 %).

Na začátku roku 2021 (leden-březen) panovaly standardní rozptylové podmínky s výjimkou února (zhoršené rozptylové podmínky), teplotně byly měsíce charakterizovány jako normální a srážkově normální až podnormální. Podmínky určující spotřebu paliv (emisní intenzitu), samočištění atmosféry a rozptyl znečišťujících látek v lednu-březnu 2021 tedy převážně byly průměrné až mírně zhoršené. Přesto průměrné měsíční koncentrace suspendovaných částic v porovnání s desetiletým průměrem 2011-2020 klesly, ačkoliv vzhledem k výše popsaným podmínkám by bylo možné předpokládat jejich nárůst k úrovním nebo nad úrovně průměrných desetiletých koncentrací. Tento pokles koncentrací poukazuje na snižující se produkci emisí suspendovaných částic díky postupné modernizaci emisních zdrojů (velké zdroje v souvislosti s uplatňováním BAT, kotle vytápějící domácnosti tuhými palivy, obnova vozového parku).

V roce 2021, podobně jako v roce 2020, byly na území ČR vyhlášeny nouzové stavy v souvislosti s výskytem koronaviru SARS-CoV-2. Z hlediska potenciální změny kvality ovzduší na území ČR byl nejvýznamnější měsíc březen, kdy byl zakázán i pohyb mezi okresy. Vzhledem k heterogenní skladbě emisních zdrojů PM10 a jejich silnému vztahu s rozptylovými a meteorologickými podmínkami nelze očekávat v důsledku opatření nouzového stavu významné změny koncentrací.

Imisní limit pro roční průměrnou koncentraci PM2,5 (20 µg·m‑3) byl v roce 2021 překročen na 9 z 93 stanic (9,7 %). Všechny stanice (s výjimkou městské pozaďové stanice Zlín-ZŠ Kvítkova) s nadlimitní roční průměrnou koncentrací PM2,5 v roce 2020 leží na území aglomerace O/K/F-M. Imisní limit pro průměrnou roční koncentraci PM2,5 byl v roce 2021 překročen na 0,3 % území s cca 1,5 % obyvatel. Nadlimitní roční průměrné koncentrace PM2,5 byly v hodnoceném období 2011-2021 měřeny převážně na území aglomerace O/K/F-M. Z hlediska pětiletého průměru ročních průměrných koncentrací PM2,5 je nejvíce zatíženou oblastí aglomerace O/K/F-M.

Měsíční koncentrace PM2,5 vykazují velice podobný roční chod jako PM10 včetně významného snížení průměrných měsíčních koncentrací v porovnání s jejich desetiletým průměrem. Průměrné měsíční koncentrace PM2,5 v roce 2021 v porovnání s desetiletým průměrem (2011-2020) byly, s výjimkou června, nižší ve všech měsících roku. Pokles koncentrací PM10 na stanicích byl výrazný zejména v lednu (pokles o 10 µg·m‑3, tj. o 38 %), březnu (pokles o 6 µg·m‑3, tj. o 25 %), srpnu (pokles o 6 µg·m‑3, tj. o 45 %) a v listopadu (pokles téměř o 5 µg·m‑3, tj. o 27 %).

Poměr frakcí PM2,5 a PM10 není konstantní, vykazuje sezonní průběh a je zároveň závislý na charakteru lokality. V roce 2021 se tento poměr pohyboval v průměru z 68 stanic v ČR, kde se současně měří PM2,5 a PM10 a stanice mají dostatečný počet měření pro toto hodnocení, v rozmezí 0,59 (červenec) až 0,86 (leden). Roční chod poměru frakcí PM2,5 a PM10 souvisí se sezonním charakterem některých emisních zdrojů.

Vývoj koncentrací suspendovaných částic PM10 na jednotlivých typech stanic je hodnocen za období posledních 11 let, tj. 2011-2021. 36. nejvyšší 24hodinová koncentrace PM10 (v průměru ze všech stanic, pro které je k dispozici měření za celé hodnocené období) se v letech 2011-2021 pohybovala v rozmezí od cca 32 do 58 µg·m‑3. Minimální koncentrace byly za hodnocené období zaznamenány v roce 2020, maximální v roce 2011. Koncentrace v roce 2021 jsou v tomto období na druhé nejnižší úrovni po roce 2020, který byl z hlediska kvality ovzduší mimořádně příznivý.

Roční průměrné koncentrace PM10 (v průměru ze všech stanic, pro které je k dispozici měření za celé hodnocené období) se v letech 2011-2021 pohybovaly v rozmezí od cca 18,0 do 29,4 µg·m‑3. Minimální koncentrace byly za hodnocené období zaznamenány v roce 2020, maximální v roce 2011. Koncentrace v roce 2021 jsou v tomto období na druhé nejnižší úrovni po roce 2020, který byl z hlediska kvality ovzduší mimořádně příznivý.

Dlouhodobější vývoj ročních průměrných koncentrací PM2,5 lze hodnotit za posledních devět let (z hlediska dostupnosti dat a ucelených časových řad na měřicích stanicích). Roční průměrné koncentrace PM2,5 se v letech 2012-2021 pohybovaly v rozmezí od cca 13,1 do 20,0 µg·m‑3. Minimální koncentrace byly za hodnocené období zaznamenány v roce 2020, maximální v letech 2012 a 2018.

Pokračující pokles koncentrací suspendovaných částic PM10 a PM2,5 lze přisoudit kombinaci faktorů, a to jak příznivým meteorologickým a rozptylovým podmínkám v některých měsících roku, tak pokračujícímu poklesu emisí díky již realizovaným opatřením pro zlepšení kvality ovzduší (výměna kotlů, postupující obnova vozového parku a opatření na velkých zdrojích). Vliv opatření spojených s nouzovými stavy vyhlášenými na území ČR v souvislosti s výskytem koronaviru SARS-CoV-2 na změnu koncentrací suspendovaných částic je neprůkazný.

Historie monitoringu kvality ovzduší v ČR

V poválečném období byla pozornost věnována přednostně obnově hospodářství poničeného válkou. Péče o kvalitu ovzduší byla druhořadou záležitostí. Důsledky bezohledného rozvoje těžkého průmyslu se začaly projevovat již v druhé polovině padesátých let. Situaci dále zhoršila výstavba hnědouhelných elektráren v Podkrušnohoří. Hlavním garantem sledování imisní situace byla v tomto období hygienická služba.

V roce 1967 bylo zřízeno Ministerstvo lesního a vodního hospodářství (MLVH), do jehož gesce přešlo i řízení kvality ovzduší. Hydrometeorologický ústav (HMÚ) se stal odbornou základnou rezortu MLVH v oboru čistoty ovzduší. HMÚ se stal koordinačním pracovištěm výzkumných úkolů v oboru ochrany čistoty ovzduší, na kterých se podíleli odborníci z desítek spolupracujících organizací. V jeho rámci byla vybudována síť stanic pro měření koncentrací oxidu siřičitého a prachu v tehdejším Severočeském kraji.

V souvislosti se společenskými změnami a převedením Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ) do působnosti Ministerstva životního prostředí byla složka ochrany čistoty ovzduší posílena. V tomto období byla vybudována i celostátní automatizovaná síť sledování kvality ovzduší, zaměřená především na monitoring koncentrací oxidu siřičitého, prachu a oxidů dusíku. Koncem devadesátých let byly velké zdroje na území České republiky odsířeny a klesly též emise prachových částic.

Velkou změnu v sledování kvality ovzduší znamenalo přijetí Směrnice EU 2009/50/ES, která přikazuje sledovat kvalitu ovzduší pouze v sítích akreditovaných podle EN ISO 17025:2005. Imisní monitoring a Kalibrační laboratoř imisí ČHMÚ splnily tento požadavek s několikaletým předstihem a v současné době dosahuje kvalita jejich práce evropských standardů. Vzhledem k tomu, že technika nasazená v monitorovací síti nemohla být kvůli dlouhodobému krácení rozpočtu ústavu v uplynulých letech obměňována, stojí ústav před nelehkým úkolem inovovat během následujících tří let prakticky celou monitorovací síť.

Český hydrometeorologický ústav byl Ministerstvem životního prostředí ČR pověřen, aby koordinoval sledování a hodnocení kvality ovzduší na území České republiky (viz Opatření MŽP ČR č. 3/04). Základem pro hodnocení kvality ovzduší na území České republiky jsou informace získávané v rámci Státní imisní sítě (SIS). Monitorovány jsou především ty znečišťující látky, pro které jsou stanoveny imisní limity. Páteří státní imisní sítě jsou automatizované stanice, které poskytují informace o kvalitě ovzduší v reálném čase. Automatizovaný měřicí program je zaměřen především na sledování koncentrací ozonu, oxidu dusičitého, prachových částic PM10 a jemných prachových částic PM2,5, dále koncentrací oxidu uhelnatého, oxidu siřičitého a benzenu. Údaje z automatických stanic jsou doplňovány informacemi z manuálních stanic.

Vymezení zón a aglomerací je jedním z úkolů, které na základě pověření Ministerstva životního prostředí ČHMÚ vykonává.

Úspory v ČHMÚ

Český hydrometeorologický ústav (ČHMÚ) má v rámci plánovaných vládních úspor podle informací Českého rozhlasu propustit 37 zaměstnanců. Mluvčí ČHMÚ Hana Stehlíková označila ústav za součást kritické infrastruktury státu, který zároveň zajišťuje služby pro integrovaný záchranný systém, civilní letectví, energetiku včetně jaderných elektráren, vodní hospodářství, ochranu zdraví obyvatelstva, veřejnou správu i obranu státu.

Ředitel ČHMÚ Rieder v rozhovoru uvedl, že reálně stát ušetří na platech těchto osob asi 15 milionů korun. Popsal, že od roku 2017 ústav propustil už víc než sto lidí, a nyní by mělo následovat dalších 37, což už je dvacet procent všech zaměstnanců.

Podle Riedera by se mohlo jednat o některé služby, jako jsou nepřetržité služby, výstrahy na nebezpečné jevy a další věci, které šetří tomuto státu a občanům České republiky poměrně významné prostředky. Upozorňuje také na platnost zákona o veřejné hydrometeorologické službě, kde jsou jasně definovány všechny činnosti, které Český hydrometeorologický ústav musí zajišťovat.

ČHMÚ už ví, které pozice jsou ohrožené. „Typicky by se to týkalo s největší pravděpodobností meteorologů, hydrologie a pracovníků kvality ovzduší,“ jmenuje Rieder. Situaci podle něj komplikuje fakt, že jím vedený ústav musí stále otevírat nové pozice, ať už je to z důvodu kybernetické bezpečnosti, nebo třeba kvůli GDPR.

V době, kdy se objevují každý rok zásadní nové technologie, by podle Riedera ČHMÚ potřeboval logicky finančně spíše posílit. „Aby byl Český hydrometeorologický ústav dále konkurenceschopný, tak potřebuje moderní technologie.“

tags: #znečištění #ovzduší #jednotky #měření

Oblíbené příspěvky:

• Ekologické požadavky a povinnosti
• Odvoz odpadu v ČR – povinnosti
• Skládka Borek informace
• Vrácené zboží a ekologie
• Problémy a výzvy obnovitelných zdrojů