Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Ústav plynárenství,...

1

Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Ústav plynárenství, koksochemie a ochrany ovzduší

Technická 5, 166 28 Praha 6

Distribuce ozonu a oxidů dusíku v příčném profilu dálniční komunikace

Semestrální projekt Vypracovala: Bc. Vendula Veselá Školitel: Doc. Ing. František Skácel, CSc.

Praha, květen 2008

2

Souhrn Od listopadu roku 2007 do května 2008 byla provedena měření prostorové distribuce

obsahu oxidů dusíku a ozonu na mostě vedoucím přes dálnici D1.

Spolu s měřením hmotnostních koncentrací těchto polutantů byly měřeny meteorologické

podmínky, jmenovitě rychlost a směr větru, teplota, vlhkost a intenzita slunečního záření

v UV oblasti a zaznamenávána hustota dopravy.

Z výsledků naměřených údajů lze pozorovat podobný průběh obsahu oxidu dusnatého

a oxidu dusičitého. Dále lze sledovat, že obsah oxidů dusíku ovlivňuje především směr a

rychlost větru a hustota dopravy. Naproti tomu u ozonu lze sledovat vysokou závislost obsahu

ozonu na teplotě intenzitě slunečního záření. Hmotnostní koncentrace ozonu v zimních

měsících jsou nižší oproti jarním měsícům.

3

Obsah 1. ÚVOD.....................................................................................................................................4 2. TEORETICKÁ ČÁST............................................................................................................5

2.1 Vznik zemské atmosféry ..................................................................................................5 2.2 Chemické složení atmosféry.............................................................................................5 2.3 Fyzikální charakteristiky atmosféry .................................................................................7

2.3.1 Teplota .......................................................................................................................7 2.3.2 Tlak............................................................................................................................7 2.3.3 Sluneční záření ..........................................................................................................8 2.3.4. Tepelná energie.........................................................................................................9

2.4. Znečištění ovzduší a atmosférické polutanty...................................................................9 2.4.1. Exhalace v dopravě...................................................................................................9

2.5. Reakce probíhající v atmosféře .....................................................................................10 2.5.1. Primární fotochemické reakce ................................................................................10 2.5.2 Sekundární fotochemické reakce............................................................................11 2.5.3 Fotochemické reakce ozonu ...................................................................................12

2.6 Meteorologické parametry ovlivňující obsah NO, NO2 a O3 v okolí liniového zdroje znečištění ovzduší.................................................................................................................13

2.6.1 Intenzita slunečního záření ....................................................................................13 2.6.2 Rychlost a směr větru ............................................................................................13 2.6.3 Vlhkost...................................................................................................................13 2.6.4 Teplota ...................................................................................................................14

2.7 Hodnocení znečištění ovzduší ........................................................................................14 3. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST ................................................................................................16

3.1. Metody stanovení oxidů dusíku.....................................................................................16 3.2. Měřící technika ..............................................................................................................17

3.2.1. Schéma vzorkovací tratě.........................................................................................17 3.2.1 Měření oxidů dusíku................................................................................................17 3.2.2 Měření ozonu...........................................................................................................18 3.2.3. Přístroje pro měření meteorologických podmínek .................................................19 3.3 Měřící stanoviště.........................................................................................................20

3.4. Metoda pro screening prostorové distribuce oxidů dusíku a ozonu ..............................20 3.5. Zpracování měření.........................................................................................................21

4. Výsledky a diskuze...............................................................................................................22 4.1. Měření prováděné dne 2.10.2007 ..................................................................................22 4.2. Měření prováděné dne 19.2.2008 ..................................................................................24 4.3.Měření prováděné dne 13.5.2008 ...................................................................................27

4.3.1 Dopolední měření ....................................................................................................27 4.3.2 Polední měření.........................................................................................................30

5. ZÁVĚR.................................................................................................................................34 6. POUŽITÁ LITERATURA...................................................................................................35 7. PŘÍLOHY.............................................................................................................................36

4

1. ÚVOD Na znečištění ovzduší, zejména v oblastech s hustou automobilovou dopravou, se

podílí hlavně emise ze spalovacích motorů mobilních zdrojů. Doprava patří mezi největší

přímý a nepřímý zdroj CO, VOC (těkavé organické sloučeniny), ozonu a oxidů dusíku.

Zvýšené hladiny těchto polutantů spolu s nepříznivými meteorologickými

podmínkami působí negativně na zdraví lidí i zvířat, vegetaci, zemskou atmosféru (smog,

skleníkové plyny, globální oteplování Země). Z těchto důvodů podléhají zmíněné znečisťující

látky neustálému výzkumu, přísné kontrole a regulačním opatřením.

Cílem semestrálního projektu je provést studium distribuce oxidů dusíku a ozonu

v závislosti na hustotě dopravy a meteorologických podmínkách v příčném profilu dálnice.

5

2. TEORETICKÁ ČÁST Zemská atmosféra je vrstva plynů obklopujících planetu Zemi, udržovaných na místě její

gravitací. Atmosféra chrání pozemský život před nebezpečnou sluneční radiací a snižuje

teplotní rozdíly mezi dnem a nocí.1

2.1 Vznik zemské atmosféry

Prvotní atmosféra se vytvářela před zhruba 4 miliardami let v období proterozoika,

kdy se Země po svém vzniku ze shluku plynných a prachových částic zahřála a přetavila. Tato

atmosféra byla složena z lehkých prvků (H2 a He) unikajících do kosmického prostoru.

Během chladnutí Země vznikala z plynů uvolňovaných z horkého povrchu a vulkánů

(CO2, CH4, další uhlovodíky, NH3, malé množství N2 a značné množství vodní páry)

sekundární atmosféra. Po kondenzaci části vodní páry se vytvořily prvotní řeky a oceány.

S jejich vznikem začal klesat obsah CO2, který se z atmosféry vymýval a začal tvořit

uhličitanové sedimenty. S klesajícím obsahem CO2 se zmenšoval skleníkový efekt, který

patrně dosáhl maxima po 800 milionech let od vzniku Země (viz Obrázek 1), kdy teplota na

povrchu činila 44ºC a tlak 1,4 atm.2

Obrázek 1 Vývoj složení atmosféry Země z doby vzniku před 4,5 miliardami let2

2.2 Chemické složení atmosféry Atmosféra je plynný obal Země (z řeckého atmos = pára, sfaira = obal, koule).

V dnešním pojetí je ovzduší směsí plynů charakterizovanou svým složením a

rozprostraněností v prostoru (vrstevnatostí).3 Atmosféra je tvořena látkami, jejichž

koncentrace zůstávají neměnné po mnoho tisíciletí a látkami, jejichž koncentrace se mohou

6

měnit denně, sezónně, nebo v časovém intervalu sledovaném člověkem. Skládá se z plynů,

jejichž zastoupení se liší od stopových množství až po dusík, který zaujímá přibližně 78% její

hmoty a objemu.4

Na složení atmosféry má vliv celá řada dějů, např. sopečná činnost, vymývání oxidu

uhličitého z atmosféry, či působení zelených (fotosyntetizujících) rostlin. Fotosyntetizující

rostliny rozkládají ve svých tkáních oxid uhličitý na uhlík, který potřebují na stavbu svých

tkání a kyslík uvolňují do atmosféry. V důsledku těchto a mnohých jiných procesů má dnešní

zemská atmosféra následující chemické složení viz Tabulka 1.

Tabulka 1 Objemové a hmotnostní složení suchého vzduchu1

Složení suchého vzduchu

Látka ϕi (obj. %) wi (hmotn. %)

N2 78,084 75,51

O2 20,946 23,16

Ar 0,934 1,28

CO2 0,330 0,050

Ne 0,001 818 0,001 212

He 0,000 524 0,000 072

CH4 0,000 2 0,000 1

Kr 0,000 114 0,000 3

N2O 0,000 05 0,000 05

H2 0,000 05 0,000 001

Xe 0,000 008 7 0,000 04

Uvedené plyny jsou až na výjimky (CO2, CH4, H2) relativně stálé a jejich koncentrace se

nemění. Mimo to atmosféra obsahuje proměnlivé množství vodní páry, různých jiných plynů

(CO, SO2, N2O, NO, NO2, NH3, O3) a pevné a kapalné aerosoly (prach, kapičky, pyl,

mikroorganismy).3

7

2.3 Fyzikální charakteristiky atmosféry Fyzikální jevy a veličiny jako je teplota, tepelná bilance atmosféry a zemského

povrchu, tlakové poměry v atmosféře, s tím související hustota, dále pohyby atmosféry,

sluneční záření a vlhkost atmosféry ovlivňují průběh chemických reakcí v atmosféře.2

2.3.1 Teplota K podstatným teplotním změnám dochází v troposféře. Troposféra je část zemské

atmosféry nejblíže k povrchu Země. V závislosti na zeměpisné šířce a ročním období

dosahuje výšky mezi 8 a 17 km.2 Teplota se vyznačuje silnou závislostí na nadmořské výšce.

S rostoucí výškou klesá teplota vzduchu. Průběh teploty v závislosti na nadmořské výšce

ukazuje obrázek 2. Z obrázku 2 lze dále vyčíst rozdělení zemské atmosféry dle nadmořské

výšky.

Obrázek 2 Členění zemské atmosféry podle teploty v závislosti na nadmořské výšce5

2.3.2 Tlak S rostoucí nadmořskou výškou klesá přibližně exponenciálně hustota vzduchu a tedy i

atmosférický tlak.2 Průběh výškové závislosti tlaku vzduchu na nadmořské výšce je znázorněn

na obrázku 3.

8

Obrázek 3 Závislost tlaku vzduchu na nadmořské výšce6

2.3.3 Sluneční záření

Slunce se dá přirovnat k černému tělesu (ideální absorber a emitor záření všech

vlnových délek) o teplotě 6000 K. Ozařuje atmosféru a zemský povrch obrovským

množstvím elektromagnetické energie. Celkové množství energie vyzařované Sluncem a

následně pohlcené Zemí a její atmosférou je konstantní (asi 2 miliardtiny celkového zářivého

toku Slunce) a činí ve směru kolmém k zemskému povrchu na vstupu do atmosféry přibližně

1400 W/m2/s. Z tohoto množství se více než 99% přijímaného toku energie pohybuje ve

spektrálním rozmezí 150 až 4000 nm, z čehož je asi 50% ve viditelné oblasti spektra VIS

(400 až 700 nm). Dopadající záření je při průchodu atmosférou absorbováno různými

molekulami, především O2, O3, CO2 a vodní parou. Ultrafialové záření o vlnových délkách

menších než 180 nm je ve výškách větších než 100 km nad zemským povrchem silně

pohlcováno molekulami kyslíku O2, zatímco ozon ve výšce menší než 60 km absorbuje

nejvíce UV záření o vlnových délkách 200 nm až 300 nm. Atmosférická absorpce probíhající

ve výškách větších než 40 km má však za následek jen asi 5% zeslabení přicházejícího záření.

Za podmínek „čisté oblohy“ je potom dalších 10 až 15% pohlceno nižšími vrstvami atmosféry

nebo je rozptýleno zpět do vesmíru a zbylých 80 až 85% dopadá na zemský povrch. Za

obvyklé oblačnosti dosáhne zemského povrchu přibližně 50% příslušného záření. Mraky a

ostatní aerosoly rovněž odrážejí nebo pohlcují dopadající sluneční záření. Tento odraz nebo

rozptyl atmosférickými aerosoly a zemskou plochou se nazývá odrazivost nebo albedo.

Celková odrazivost zemského povrchu a atmosféry se pohybuje od 30 do 39%.Vazby

v molekulách vodní páry, O3 a CO2 absorbují dopadající sluneční záření.4

9

2.3.4. Tepelná energie Část slunečního záření dopadajícího na zemský povrch a do atmosféry je vyzařováno

zpět ve větších vlnových délkách. Emisní spektrum leží v infračervené oblasti v rozmezí

vlnových délek 3000 nm až 11000 nm. Atmosféra je z velké části nepropustná pro záření o

vlnových délkách < 7000 nm a > 14000 nm, což zapříčiní akumulaci tepelné energie a dojde

k jevu zvanému „skleníkový efekt“.4

2.4. Znečištění ovzduší a atmosférické polutanty Atmosféra je směs plynů o daném složení. Pokud dojde ke změně jejího složení

přídavkem jiných částic, plynů nebo forem energie, stává se znečištěnou. Důsledkem

kontaminace ovzduší jsou změny v klimatu.

Znečištění ovzduší je způsobováno přírodními procesy a lidskou činností. Mezi zdroje

znečištění ovzduší řadíme sopečnou činnost, lesní požáry, půdní eroze a zvětrávání minerálů,

rostlinné a živočišné rozkladné procesy, emise plynných sloučenin z povrchů půd a oceánů,

těkavé uhlovodíky uvolňované vegetací, ozon a oxidy dusíku z elektrických bouří,

stratosférický ozon a fotochemické procesy. Při posuzování kvality ovzduší mohou přírodní

polutanty způsobovat vážný problém v případě, že vznikají v blízkosti lidských sídel. Naproti

tomu znečištění ovzduší způsobené lidskou činností zůstává nadále problémem společnosti a

to z toho důvodu, že ke zvýšení koncentrací těchto polutantů dochází především v hustě

osídlených oblastech.

Z důvodu nepříznivého dopadu na atmosféru, lidské zdraví a v neposlední řadě i

vegetaci podléhají znečišťují polutanty neustálému vědeckému zkoumání a dávají vznik

novým regulačním opatřením.4

2.4.1. Exhalace v dopravě

Při posuzování znečištění ovzduší se zaměříme především na automobilovou dopravu,

která hraje dominantní roli při znečištění ovzduší dopravou. Důvodem je převaha

automobilové dopravy v celkovém objemu dopravy a skutečnost, že automobilové motory

jsou největším znečišťovatelem v porovnání s ostatními pohony v dopravě.

Emise škodlivin produkované automobily se liší podle toho zda se jedná o zážehový

nebo vznětový motor.

Zážehové motory pracují na principu nasátí směsi paliva a vzduchu do pracovního

válce, kde dojde k jejímu stlačení a zapálení elektrickou jiskrou. Spalování směsi není

dokonalé a proto je nutné použít přebytek vzduchu. Důsledkem přebytku vzduchu dochází ke

vzniku produktů oxidačních reakcí, hlavně oxidů dusíku.

10

U vznětových motorů dojde k zapálení paliva jeho vstřikováním do stlačeného

vzduchu v prostoru válce. Kompresí je vzduch ohřátý nad mez zápalnost paliva. Vznětové

motory pracují s větším přebytkem vzduchu než zážehové, proto dochází k dokonalejšímu

spálení směsi a tím k lepším emisím škodlivin. Avšak vysoká teplota s velkým přebytkem

vzduchu znamenají zvýšenou tvorbu oxidů dusíku.4

2.5. Reakce probíhající v atmosféře

2.5.1. Primární fotochemické reakce Fotochemické reakce mají v chemii ovzduší zásadní a mimořádný význam. Jedná se o

reakce, které probíhají při vlnových délkách 280 – 750 nm. Základním předpokladem pro

jejich průběh je absorpce světelného kvanta.2

Jako fotochemické reakce se označují reakce, které vyvolává nebo urychluje světelné

záření. Pokud se reakce zúčastní atomy látky B, přejdou po pohlcení fotonů do stavu s vyšší

energií. Tento primární děj lze vyjádřit následující rovnicí:

B + hν (foton) → B* ( 1 )

Osud částice B* ve stavu o vyšší energii může být různý. Částice B* se v následném

sekundárním procesu může své nadbytečné energie zbavit:

- chemickou reakcí s jinou částicí - dochází k fotochemické reakci;

- vyzářením energie (např. fluorescencí);

- rozptýlenými srážkami s jinými atomy nebo molekulami.7

2.5.1.1 Fotolýza molekulového kyslíku

Výsledkem fotochemických reakcí molekulového kyslíku je vznik ozonu ve vyšších vrstvách

atmosféry. Množství vznikajícího ozonu závisí na nadmořské výšce a intenzitě slunečního

záření. Maximální hmotnostní koncentrace ozonu se pozoruje ve výškách (25 – 35) km

O2 + hν (λ = 240 nm) → Ο2∗ ( 2 )

Ο2∗ + Ο2 → Ο3 + Ο• ( 3 )

O2 + Ο• → Ο3 ( 4 )

Sumárně:

3 O2 + hν → 2 O3 ( 5 )

Důsledkem exotermických reakcí vzniku a zániku ozonu, které jsou charakterizovány

uvolňováním tepla, dochází k nárůstu teploty s výškou ve stratosféře. Další významné

fotochemické reakce, jejichž produkty mají zásadní význam pro atmosférickou oxidaci, jsou

uvedeny v následujících odstavcích.2

11

2.5.1.2 Fotolýza NO2

Převážná část oxidu dusičitého vzniká přímo ve znečištěné atmosféře oxidací NO. Podstatně

menší množství se do ovzduší dostává z anthropogenních zdrojů. Pro fotolýzu NO2 je

energeticky výhodné rozmezí vlnových délek λ 398,244∈ .7

NO2 + hν (λ < 400 nm) → NO + O(3P) ( 6 )

2.5.1.3 Fotolýza ozonu

Fotolýzou ozonu při vlnových délkách λ > 360 nm vznikají atomy kyslíku v základním

spektroskopickém stavu O(3P), kdežto při vlnových délkách λ < 325 nm vznikají atomy

kyslíku v excitovaném spektroskopickém stavu O(1D).8

O3 + hν (λ > 360 nm) → O2 + O(3P) ( 7 )

Následuje poměrně rychlá reakce :

O3 + O(3P) → 2 O2 ( 8 )

Primárními produkty fotolýzy jsou atomy v excitovaném spektroskopickém stavu O(1D). Více

než 90 % molekul ozonu při vlnových délkách λ = 266 nm reaguje tímto způsobem7:

O3 + hν (λ < 325 nm) → O2 + O(1D) ( 9 )

Atomy kyslíku v excitovaném stavu O(1D) poskytují interakcí s molekulou vody dva radikály

• OH, srážkou s inertní molekulou N2 ztrácejí svou energii a přechází zpět do základního

spektroskopického stavu O(3P):

O(1D) + H2O → 2 • OH ( 10 )

O(1D) + N2 → O(3P) + N2 ( 11 )

2.5.2 Sekundární fotochemické reakce Produkty primárních reakcí (O3, • OH, HO2 • , NO3 • ) mají zásadní význam pro

atmosférickou oxidaci a často se nazývají fotooxidanty. V nepřítomnosti fotooxidantů by

oxidační pochody probíhaly velmi pomalu.

2.5.2.1 Reakce NO2

Oxid dusičitý vzniká ve znečištěné atmosféře přímo oxidací oxidu dusnatého. Rychlost

oxidace vzdušným kyslíkem je za rovnovážných podmínek závislá na koncentraci právě

tohoto oxidu. Koncentrace oxidu dusnatého v hustě zalidněné aglomeraci dosahuje maxima v

době dopravní špičky.

2 NO + O2 → 2 NO2 ( 12 )

Odstraňování oxidu dusnatého z atmosféry probíhá jeho oxidací na oxid dusičitý, který se

hydratuje až na kyselinu dusičnou.

12

NO + HO2 • → NO2 + • OH ( 13 )

NO2 + • OH → HNO3 ( 14 )

Reakce (14) je podstatně rychlejší (asi 10 krát) než reakce oxidu sírového s vodní parou, a

proto se při zániku • OH uplatní přednostně.7

2.5.3 Fotochemické reakce ozonu

2.5.3.1. Vznik ozonu Množství vznikajícího ozonu závisí na nadmořské výšce a intenzitě slunečního záření a jeho

koncentrace roste se zvyšující se teplotou. Chemické reakce vzniku ozonu mají za následek

roční chod ozonu s nejvyššími koncentracemi na jaře a v létě. Nejnižší koncentrace jsou

pozorovány v zimě.7

Fotolýza molekulového kyslíku

Koncentrace ozonu během dne vzrůstá v důsledku promíchávání spodních vrstev vzduchu

s vrstvami ležícími výše, ve kterých jsou vyšší koncentrace ozonu. A v důsledku vzniku

ozonu fotochemickými reakcemi.7

O2 + hν (λ = 240 nm) → Ο2∗ ( 18 )

Ο2∗ + Ο2 → Ο3 + Ο• ( 19 )

Reakce atomárního kyslíku s molekulovým

V přítomnosti katalyzátoru (symbolické označení M) mohou vzniklé atomy kyslíku reagovat s

molekulami kyslíku a vytvářet ozon.7

O2 + O• + (M) → O3 + (M) ( 20 )

2.5.3.2. Zánik ozonu

.Fotolýza ozonu

Na rozdíl od fotolýzy O2 probíhá fotolýza O3 i působením viditelného a blízkého

infračerveného záření. V troposféře a v oblasti statosféry do výšky 30 km, kam už neproniká

intenzivnější ultrafialové záření, převažuje rozpad ozonu nad jeho vznikem.7

O3 + hν (λ > 360 nm) → O2 + O(3P) ( 21 )

O3 + hν (λ < 325 nm) → O2 + O(1D) ( 22 )

Reakce O3 s atomárním kyslíkem

Tato reakce je poměrně rychlá a následuje po fotolýze ozonu.2

O3 + O(3P) → 2 O2 ( 23 )

13

2.6 Meteorologické parametry ovlivňující obsah NO, NO2 a O3 v okolí liniového zdroje znečištění ovzduší Obsah oxidů dusíku a ozonu v ovzduší je ovlivňován následujícími meteorologickými

parametry:

a) intenzitou slunečního záření;

b) rychlostí a směrem větru;

c) vlhkostí v měřeném prostředí;

d) teplotou v měřeném prostředí;

2.6.1 Intenzita slunečního záření Sluneční záření je jedním z primárních faktorů napomáhajících vzniku přízemního ozonu.

Studiemi se dokázala přímá závislost mezi intenzitou slunečního záření a množstvím

měřeného ozonu. Vzájemný vztah mezi hladinou ozonu a slunečním zářením během dne

vykazuje pozitivní korelaci (R2 = 0,824), hmotnostní koncentrace ozonu tedy vzrůstá se

vzrůstající intenzitou záření. Hmotnostní koncentrace ozonu rovnoměrně roste, a to na úkor

klesající hmotnostní koncentrace NO2 v ovzduší. Maximum hmotnostní koncentrace NO2 se

v ovzduší vyskytuje před dosažením maxima hmotnostní koncentrace ozonu, protože nejdříve

oxidací NO vzniká oxid dusičitý a teprve pak se z NO2 vytváří ozon.7

2.6.2 Rychlost a směr větru Rychlost a směr větru ovlivňují především rozptyl jednotlivých znečišťujících látek

v ovzduší. Roste-li rychlost větru v noci, postačuje to k tomu, aby se zvýšila hladina ozonu

v následujícím dnu. Hmotnostní koncentrace znečišťujících látek pocházejících z dopravy

(CO, NO2, SO2, PM10) jsou nejvyšší při nízkých rychlostech větru.7

2.6.3 Vlhkost Vzduch obsahuje stálé určité množství vodní páry, jejíž obsah se mění s teplotou a

atmosférickým tlakem. Výzkumy se dokázal vzájemný vztah s pozitivním korelačním

koeficientem mezi vysokou teplotou a současně vysokým obsahem vodní páry v ovzduší a

vzrůstající hmotnostní koncentrací ozonu, za předpokladu, že se jedná o stabilní podmínky.

Nejvyšší průměrné hmotnostní koncentrace ozonu a oxidu dusičitého se vyskytují při relativní

vlhkosti ovzduší v období letních měsíců 40 % a méně. Tyto výsledky mohou být však

přisuzovány také zvýšené oxidaci uhlovodíků, probíhající v odpoledních hodinách, kdy je

podporována produkce ozonu. Hmotnostní koncentrace NO2 je mírně vyšší při nižších

14

hodnotách relativní vlhkosti, protože méně k reakcím NO2 s hydroxylovými radikály dochází

v menším rozsahu.

Nejvyšší hmotnostní koncentrace ostatních prekursorů ozonu se vyskytují při vlhkosti ovzduší

v období letních měsíců nad 80 %. Korelační koeficient mezi hmotnostní koncentrací

znečišťujících látek v ovzduší a relativní vlhkostí však není příliš velký (R2 ≈ 0,25).7

2.6.4 Teplota Změna teploty nemá podstatný vliv na změnu hmotnostních koncentrací jednotlivých

znečišťujících látek. Na druhou stranu byl doložen výrazně kladný korelační koeficient mezi

teplotou ovzduší a hmotnostní koncentrací oxidu dusičitého, a to především v červenci a

v prosinci. Závislost hmotnostní koncentrace ozonu na teplotě je přímá, se vzrůstající teplotou

hmotnostní koncentrace ozonu vzrůstá. Nejvyšší hmotnostní koncentrace ozonu jsou

měřitelné především v jarních a letních měsících, nejnižší pak v zimních měsících.

Důsledkem srážek (vymývání znečišťujících látek z ovzduší) nízké intenzity slunečního

záření je absence fotochemické produkce ozonu právě v již zmiňovaných zimních měsících,

která je charakterizována záporným korelačním koeficientem ve vztahu mezi teplotou a

hmotnostní koncentrací ozonu.7

2.7 Hodnocení znečištění ovzduší V roce 2002 vstoupil v platnost zákon o ochraně ovzduší č. 86/2002 Sb. a nařízení

vlády 597/2006 Sb., ze dne 12. prosince 2006 o sledování a vyhodnocování kvality ovzduší

V tabulkách 2 a 3 jsou uvedeny limitní hodnoty a meze tolerance z nařízení vlády o

imisních limitech pro oxidy dusíku v letech 2002 až 2006.

Tabulka 2 Limitní hodnoty oxidů dusíku a ozonu v letech 2002 – 2006 pro ochranu ekosystémů9 Znečišťující látka Časový interval Limitní hodnota

NOx kalendářní rok 30 μg·m-3

O3 AOT40, vypočten z hodinových hodnot

v období květen-červenec, průměr za 5 let 18 000 μg·m-3.h

15

Tabulka 3 Limitní hodnoty oxidů dusíku v letech 2001 – 2006 pro ochranu zdraví9

Doba

průměrování

Limitní

hodnota

[μg·m-3]

Maximální

tolerovaný

počet

překročení

za

kalendářní

rok

Mez tolerance

[μg·m-3]

Zneči

šťuj

ící l

átka

pro

rok

2002

pro

rok

2003

pro

rok

2004

pro

rok

2005

pro

rok

2006

kalendářní

rok

40 0 16 14 12 10 8

NO2

1 hodina 200 18 80 70 60 50 40

O3

maximální

denní 8hod.

klouzavý

průměr

120 25,

v průměru

za 3 roky

bez meze tolerance

16

3. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST

3.1. Metody stanovení oxidů dusíku Oxidy dusíku s výjimkou azoxidu patří do skupiny velmi reaktivních látek, jejichž

chemické a molekulové vlastnosti tvoří základ pro širokou škálu různých analytických reakcí

pro manuální stanovení a fyzikálně-chemických jevů pro instrumentální stanovení. Jejich

limitní hmotnostní koncentrace se pohybují v řádu stovek mikrogramů na metr krychlový

podle typu procesu.4

3.1.1 Manuální metody

Mezi základní metody měření v síti manuálních stanic patří tyto tři ekvivalentní

metody: FUCEL – elektrochemický palivový článek, GUAJA – guajakolová (modifikovaná

Jakobs–Hochheisenova) spektrofotometrie a TLAM – triethanolaminová spektrofotometrie.7

Nejčastěji používanou metodou pro stanovení oxidů dusíku je guajakolová

spektrofotometrie, která využívá jejich převedení na NO2 nebo dusičnany ve vhodném

absorpčním roztoku – guajakolu.

Pro stanovení obsahu NO2 v plynných směsích se využívá metody založené na Griess

– Salzmanově reakci. Oxid dusičitý se absorbuje ve vodném roztoku, dojde ke vzniku

azobarviva, jehož červené zbarvení vykazuje maximální absorbanci při 550 nm. Jako

absorpční a komplexotvorné činidlo se uplatňuje vodný roztok směsi kyseliny sulfanilové (p-

NH2.C6H4SO3H.H2O), N-(1-naftyl)-etylendiamindihydrochloridu a kyseliny octové. Oxid

dusnatý s tímto činidlem nereaguje.

Provedení analýzy závisí na předpokládaném obsahu analytu v plynném vzorku. Pro

obsahy vyjádřené objemovým zlomkem 5.10-9 až 5.10-6 se používá impingerů zařazených ve

vzorkovací trati za filtrem zachycujícím tuhé částice aerosolu a rotametrem pro kontrolu

objemového průtoku a případných netěsností.

Při vyšším obsahu NO2 ve vzorkovaném plynu lze použít pro vzorkování a absorpci

evakuované láhve o objemu asi 250 ml naplněné 10 ml absorpčního roztoku a opatřené

trojcestným kohoutem.

Složky, které působí jako redukční nebo oxidační činidla, mohou rušit stanovení.

Příkladem takovýchto složek je oxid siřičitý nebo ozon. Pokud jsou tyto složky v analyzované

směsi přítomny, musí se fotometrické měření absorbanci provést co nejdříve po vzorkování.

Méně často se ke stanovení obsahu oxidů dusíku využívá metody elektrochemického

palivového článku. Jako detektoru se používá selektivní mikropalivová cela.10

17

3.1.2 Instrumentální (on-line) metody

Nejběžnější metodou měření v automatizovaných monitorovacích stanicích je

referenční metoda chemiluminiscence, založená na měření vyzářeného infračerveného záření.

Základ tvoří reakce oxidu dusnatého s ozonem:

NO + O3 → NO2* + O2

Při reakci, která probíhá v reakční cele analyzátoru, dochází k excitaci molekul dusíku

ozonem. Vznikne excitovaný stav NO2* . Při přechodu molekul z excitovaného stavu do

základního energetického stavu dojde k uvolnění energie emisí luminiscenčního záření, jehož

široký emisní pás vykazuje maximální hustotu zářivého toku v okolí vlnové délky 1200 nm:

NO2* → NO2 + hν

Oxid dusičitý se stanovuje nepřímo po redukci na oxid dusnatý.10

3.2. Měřící technika

3.2.1. Schéma vzorkovací tratě Schéma vzorkovací tratě je uvedeno na obrázku 4.7

most

APOA - 360

APNA - 360čerpadlo

Ultrazvukový anemometr

UVAB Sensor E.11 Pyranometr CM3

Hygro - ThermoTransmitter - compact

data - logger

zatravn ěná plocha

T-kus

systémvýrobyelekt řiny

Obrázek 4 Schéma vzorkovací tratě

3.2.1 Měření oxidů dusíku Obsah oxidu dusičitého a oxidu dusnatého byl měřen přístrojem APNA - 360

(Horiba, Japonsko), fungujícím na chemiluminiscenčním principu. Mez stanovitelnosti

tohoto přístroje je uvedena objemovým zlomkem 0,5.10-9 oxidů dusíku v ovzduší. Přístroj je

vybaven interferenčním filtrem. Výrobce proto uvádí jen malé interference, a to způsobené

přílišnou vlhkostí vzorku a amoniakem. Pracovní teplota přístroje je udána teplotním

18

intervalem 5 °C až 40 °C. Z důvodu velké tlakové závislosti intenzity chemiluminiscenčního

záření je přístroj vybaven soustavou kritických dýz, senzorů a regulátorů tlaku. Nastavení

měřicího rozsahu se provádí periodicky AIC systémem, a to reakcí oxidu dusnatého

s ozonem, možná je i manuální kalibrace. Zjednodušený popis funkce přístroje APNA - 360

(Horiba, Japonsko) je uveden na Obr.5.7

Obrázek 5: Zjednodušené schéma analyzátoru APNA – 360 1 - silikagelový sušič, 2 - generátor ozonu, 3 - konvertor, 4 - elektromagnetický ventil,

5 - permeační sušič, 6 - reakční cela s detektorem, 7 – deozonizátor

3.2.2 Měření ozonu Obsah ozonu byl měřen přístrojem APOA - 360 (Horiba, Japonsko), pracujícím na

principu spektrometrického stanovení - měřením absorpce elektromagnetického záření v UV

oblasti spektra. Mez stanovitelnosti je uvedena objemovým zlomkem 0,5.10-9 ozonu v

ovzduší. Pracovní teplota přístroje se pohybuje v rozmezí 5 °C až 40 °C. Součástí přístroje je

interferenční filtr. Dle výrobce vykazuje slabé interference pouze vodní pára a toluen. Z

důvodu tlakové závislosti odezvy fotonásobiče je systém vybaven tlakovými senzory,

regulátory tlaku a kritickými dýzami. Nastavení měřicího rozsahu se provádí periodicky AIC

systémem s vlastní generací ozonu nebo manuálně. Zjednodušený nákres funkce přístroje

APOA- 360 (Horiba, Japonsko) je na Obr. 6.7

19

Obrázek 6: Zjednodušené schéma analyzátoru APOA – 360 1 - elektromagnetický ventil, 2 - deozonizátor, 3 - detektor, 4 - generátor ozonu

3.2.3. Přístroje pro měření meteorologických podmínek

3.2.3.1 Intenzita ultrafialového a viditelného záření

Intenzita ultrafialového záření (UV) byla měřena přístrojem UVAB Sensor E 1.1

(Thies clima, Německo). UV – A záření je záření s intenzitou v rozmezí 320 nm až 400 nm,

UV – B záření s intenzitou v rozmezí 290 nm až 320 nm. Křemenná kopule snímající záření

je propustná pro oba dva typy UV záření a její tvar je korigován kosinovou chybu. Spektrální

citlivost přístroje je pro UV – A , UV – B záření odlišná. Výrobce pro intenzitu UV –

A záření uvádí rozsah 310 nm až 400 nm, pro UV – B záření 265 nm až 315 nm. Pracovní

teplota přístroje je uváděna -30 °C až 60 °C.7

3.2.3.2 Rychlost a směr větru

Rychlost a směr větru byly měřeny ultrazvukovým anemometrem 2D (Thies clima,

Německo). Ten se skládá ze čtyř ultrasonických vysílačů (přijímačů), vždy dva jsou umístěny

proti sobě ve vzdálenosti 200 mm. Složky rychlosti větru ve směru šíření zvuku podporují

rychlost šíření zvuku a vedou ke zvýšení rychlosti zvuku vysílaného anemometrem. Složky

v opačném směru než je směr šíření zvuku naopak vedou ke snížení rychlosti propagace

ultrazvukového signálu. To vede k rozdílným rychlostem šíření ultrazvukového signálu při

různých rychlostech větru. Rychlost větru je velice závislá na teplotě vzduchu, mírně na tlaku

a skoro nezávislá na vlhkosti vzduchu.7

20

3.2.3.3 Vlhkost a teplota

Vlhkost a teplota byly měřeny přístrojem Hygro – Thermo Transmitter – compact

(Thies clima, Německo). Výrobce udává měřicí rozsah -40 °C až 80 °C pro teplotu vzduchu

a pro relativní vlhkost (0 – 100) %. K ochraně senzoru před vlivem záření a

meteorologickými podmínkami byl použit Weather and thermal radiation shield (Thies

clima, Německo).7

3.3 Měřící stanoviště Měřící stanoviště se nachází na mostě vedoucí přes dálnici D1 na 42. kilometru

směrem na Brno .Místo se nachází v neosídlené oblasti.

Měření proběhla od října roku 2007 do května roku 2008, aby bylo možné postihnout

různé meteorologické podmínky. Data jednotlivých měřících dnů jsou uvedena v tabulce viz

Tabulka 4.

Tabulka 4 Intervaly jednotlivých měření

Datum měření Měřící interval v jednom bodě Celková doba měření 2.10. - 3.10. 2007 15 minut 19:51 – 00:06

19.2. - 20.2.2008 15 minut 20:24 – 00:39

13.5. 2008 15 minut 07:27 – 11:42

13.5. 2008 15 minut 11:27 – 15:42

Pro posouzení distribuce sledovaných analytů bylo na každém mostě zvoleno 7

měřících stanovišť se dvěma, případně třemi měřícími polohami. Měření probíhalo

spouštěním odběrové sondy upevněné na laně, zaznamenáváním chemických a

meteorologických údajů a počítáním projíždějících vozidel. Přístroje pro měření oxidů dusíku

a ozonu byly umístěny uprostřed mostu, přístroje pro měření meteorologických podmínek na

kraji mostu na meteorologickém stožáru.

Vozidla, rozdělená do 4 skupin, byla počítána v každém bodě měření 2 minuty.

3.4. Metoda pro screening prostorové distribuce oxidů dusíku a ozonu Byla provedena 4 měření. První měření proběhlo na podzim roku 2007, druhé měření

v zimě roku 2008. Jednalo se o noční měření. Třetí a čtvrté měření proběhlo na jaře ve

stejném dni, první z nich v dopoledních hodinách a druhé v poledních hodinách.

Pro měření bylo zvoleno stanoviště na 42. kilometru dálnice D1 ve směru na Brno.

Dálnice D1 je nejfrekventovanější silnicí v ČR, jedná se tedy o místo s vysokou intenzitou

dopravy. Je důležité, aby se stanoviště nacházelo v místě, kde jsou zabezpečeny co

21

nejstabilnější podmínky pro odběr vzorků a převládající směr proudění větru byl souběžný

s liniovým zdrojem emisí.

Princip metody spočívá v opakovaném proměření koncentrací sledovaných látek ve

stanovených bodech viz obr. 7, spolu se souběžným zjišťováním počtu projíždějících

motorových vozidel a měřením meteorologických podmínek.

Obrázek 7: Nákres mostu na 42. kilometru D1

3.5. Zpracování měření Naměřená data byla zpracována pomocí programu Microsoft Excel a bokorysy mostů

v programu Autocad.

22

4. Výsledky a diskuze Cílem práce bylo určit obsah oxidů dusíku a ozonu ve velmi zatížené dálniční oblasti

v příčném profilu na poloze sondy, intenzitě dopravy a meteorologických podmínkách.

Pro každý den měření jsou uvedeny časové závislosti obsahu sledovaných analytů a

meteorologických podmínek. V příloze jsou uvedeny závislosti hmotnostních koncentrací

sledovaných analytů na intenzitě dopravy a poloze sondy, ve formě tabulek i grafů.

4.1. Měření prováděné dne 2.10.2007 Přístroje pro měření obsahu oxidů dusíku a ozonu byly nastaveny tak, aby poskytovaly

tříminutové průměrné koncentrace jednotlivých měření prováděných v pětisekundových

intervalech.Interval měření hmotnostních koncentrací jednotlivých analytů v jednom bodě

trval 15 minut.

Jednalo se o noční měření, proto koncentrace ozonu nebyly měřeny.

-100.00

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

19:51 20:06 20:21 20:36 20:51 21:06 21:21 21:36 21:51 22:06 22:21 22:36 22:51 23:06 23:21 23:36 23:51

čas [h]

hmot

nost

ní k

once

ntra

ce N

O x [ μ

g.m

-3]

NO NO2

Obrázek 8: Časová závislost hmotnostní koncentrace oxidů dusíku. Měření 2.10.2007

23

82

83

84

85

86

87

88

89

90

19:51 20:19 20:48 21:17 21:46 22:15 22:43 23:12 23:41

čas [h]

rela

tivní

vlh

kost

[%]

relativní vlhkost

Obrázek 9: Průměrná relativní vlhkost. Měření 2.10.2007 Tabulka 5: Rychlost a směr větru. Měření 2.10.2007

poloha časový interval směr větru [desítky stupňů] rychlost větru [m.s-1]

1.A 19:51 20:06 341.4 0.02 1.B 20:06 20:21 102.20 0.08 2.A 20:21 20:36 213.40 0.00 2.B 20:36 20:51 36.40 0.02 2.C 20:51 21:06 273.00 0.02 3.A 21:06 21:21 212.00 0.02 3.B 21:21 21:36 210.4 0.02 4.A 21:36 21:51 284.8 0.02 4.B 21:51 22:06 141.8 0.02 4.C 22:06 22:21 281.60 0.06 5.A 22:21 22:36 212.80 0 5.B 22:36 22:51 285.80 0.00 6.A 22:51 23:06 142.80 0 6.B 23:06 23:21 0.00 0.00 6.C 23:21 23:36 213.6 0 7.A 23:36 23:51 212.4 0.02 7.B 23:51 0:06 0.2 0

24

0

0.02

0.04

0.06

0.08

19:51 20:19 20:48 21:17 21:46 22:15 22:43 23:12 23:41

čas [h]

rych

lost

vět

ru [m

.s-1

]

Obrázek 10: Rychlost větru v závislosti na čase. Měření 2.10.2007

4.2. Měření prováděné dne 19.2.2008 Přístroje pro měření obsahu oxidů dusíku a ozonu byly nastaveny tak, aby poskytovaly



trval 15 minut.

Jednalo se o noční měření, proto koncentrace ozonu nebyly měřeny.

25

-100.00

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

800.00

900.00

1000.00

1100.00

20:24 20:39 20:54 21:09 21:24 21:39 21:54 22:09 22:24 22:39 22:54 23:09 23:24 23:39 23:54 0:09 0:24

čas [h]

hmot

nost

ní k

once

ntra

ce N

O x [ μ

g.m

-3]

NO NO2


81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

20:24 20:52 21:21 21:50 22:19 22:48 23:16 23:45 0:14

čas [h]

rela

tivní

vlh

kost

[%]

-2.2-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.4

tepl

ota

[°C

]

relativní vlhkost teplota

Obrázek 12: Průměrná relativní vlhkost a teplota. Měření 19.2.2008

26

Tabulka 6: Rychlost a směr větru. Měření 19.2.2008


1.A 20:24 20:39 278 0 1.B 20:39 20:54 84.80 0.06 2.A 20:54 21:09 71.60 0.00 2.B 21:09 21:24 72.20 0 2.C 21:24 21:39 118.40 0.02 3.A 21:39 21:54 10.00 0 3.B 21:54 22:09 139.4 0.02 4.A 22:09 22:24 47.8 0.16 4.B 22:24 22:39 35.8 0.1 4.C 22:39 22:54 34.20 0.04 5.A 22:54 23:09 66.00 0 5.B 23:09 23:24 131.00 0.00 6.A 23:24 23:39 72.40 0 6.B 23:39 23:54 145.20 0.20 6.C 23:54 0:09 140.6 0 7.A 0:09 0:24 303.8 0.08 7.B 0:24 0:39 290.6 0.22

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

0.22

0.24

20:24 20:52 21:21 21:50 22:19 22:48 23:16 23:45 0:14

čas [h]

rych

lost

vět

ru [m

.s-1

]


27

4.3.Měření prováděné dne 13.5.2008

4.3.1 Dopolední měření Přístroje pro měření obsahu oxidů dusíku a ozonu byly nastaveny tak, aby poskytovaly



trval 15 minut.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

7:27 7:42 7:57 8:12 8:27 8:42 8:57 9:12 9:27 9:42 9:57 10:12 10:27 10:42 10:57 11:12 11:27

čas [h]

hmot

nost

ní k

once

ntra

ce N

O x [ μ

g.m

-3]

NO NO2


28

10

20

30

40

7:27 7:42 7:57 8:12 8:27 8:42 8:57 9:12 9:27 9:42 9:57 10:12 10:27 10:42 10:57 11:12 11:27

čas [h]

hmot

nost

ní k

once

ntra

ce O

3 [μg

.m-3

]

03

Obrázek 15: Časová závislost hmotnostní koncentrace ozonu. Měření 13.5.2008

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

7:27 7:55 8:24 8:53 9:22 9:51 10:19 10:48 11:17

čas [h]

rych

lost

vět

ru [m

.s-1

]


29

30

40

50

60

70

7:27 7:55 8:24 8:53 9:22 9:51 10:19 10:48 11:17

čas [h]

rela

tivní

vlh

kost

[%]

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

tepl

ota

[°C

]


Obrázek 17: Průměrná relativní vlhkost a teplota. Měření 13.5.2008 Tabulka 7: Rychlost a směr větru. Měření 13.5.2008


1.A 7:27:00 7:42:00 144.6 0.48 1.B 7:42:00 7:57:00 128 0.3 2.A 7:57:00 8:12:00 85.8 0.32 2.B 8:12:00 8:27:00 104.8 0.24 2.C 8:27:00 8:42:00 118.2 0.16 3.A 8:42:00 8:57:00 8.2 0.38 3.B 8:57:00 9:12:00 48 0.34 4.A 9:12:00 9:27:00 50.4 0.36 4.B 9:27:00 9:42:00 33.8 0.44 4.C 9:42:00 9:57:00 11 0.4 5.A 9:57:00 10:12:00 38 0.48 5.B 10:12:00 10:27:00 25.6 0.4 6.A 10:27:00 10:42:00 87.4 0.4 6.B 10:42:00 10:57:00 47.4 0.4 6.C 10:57:00 11:12:00 89.2 0.6 7.A 11:12:00 11:27:00 103.4 0.74 7.B 11:27:00 11:42:00 190.4 0.78

30

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

7:27 7:55 8:24 8:53 9:22 9:51 10:19 10:48 11:17

čas [h]

UV-

A [W

.m-2

]

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

UV-

B [W

.m-2

]

UV-A UV-B

Obrázek 18: UV-A a UV-B v závislosti na čase. Měření 13.5.2008

4.3.2 Polední měření Přístroje pro měření obsahu oxidů dusíku a ozonu byly nastaveny tak, aby poskytovaly



trval 15 minut.

31

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

11:27 11:42 11:57 12:12 12:27 12:42 12:57 13:12 13:27 13:42 13:57 14:12 14:27 14:42 14:57 15:12 15:27

čas [h]

hmot

nost

ní k

once

ntra

ce N

O x [ μ

g.m

-3]

NO NO2


03

0

10

20

30

40

50

11:27 11:42 11:57 12:12 12:27 12:42 12:57 13:12 13:27 13:42 13:57 14:12 14:27 14:42 14:57 15:12 15:27

čas [h]

hmot

nost

ní k

once

ntra

ce O

3 [μg

.m-3

]

03

Obrázek 20: Časová závislost hmotnostní koncentrace ozonu. Měření 13.5.2008

32

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

11:27 11:55 12:24 12:53 13:22 13:51 14:19 14:48 15:17

čas [h]

rych

lost

vět

ru [m

.s-1

]


25

30

35

11:27 11:55 12:24 12:53 13:22 13:51 14:19 14:48 15:17

čas [h]

rela

tivní

vlh

kost

[%]

22

24

26

28

30

tepl

ota

[°C

]


Obrázek 22: Průměrná relativní vlhkost a teplota. Měření 13.5.2008

33

Tabulka 8: Rychlost a směr větru. Měření 13.5.2008

poloha časový interval směr větru [desítky stupňů]

rychlost větru [m.s-

1] 7.B 11:27 11:42 190.4 0.78 7.A 11:42 11:57 117.2 0.46 6.C 11:57 12:12 165.4 0.5 6.B 12:12 12:27 87 0.32 6.A 12:27 12:42 107.6 0.56 5.B 12:42 12:57 107.4 1.06 5.A 12:57 13:12 51.2 0.68 4.C 13:12 13:27 120.2 0.48 4.B 13:27 13:42 125.4 0.96 4.A 13:42 13:57 125.8 1.86 3.B 13:57 14:12 131 1.48 3.A 14:12 14:27 110.8 0.86 2.C 14:27 14:42 112.4 1.08 2.B 14:42 14:57 48 0.84 2.A 14:57 15:12 137.4 1.66 1.B 15:12 15:27 117.6 1 1.A 15:27 15:42 226.6 0.46

150

200

250

300

350

400

450

500

11:27 11:55 12:24 12:53 13:22 13:51 14:19 14:48 15:17

čas [h]

UV-

A [W

.m-2

]

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

UV-

B [W

.m-2

]

UV-A UV-B

Obrázek 23: UV-A a UV-B v závislosti na čase. Měření 13.5.2008

34

5. ZÁVĚR

Cílem mé práce bylo určení obsahu ozonu a oxidů dusíku v příčném profilu dálniční

komunikace v závislosti na intenzitě dopravy a meteorologických podmínkách (rychlosti a

směru větru, intenzitě ultrafialového záření (UV), vlhkosti a teplotě).

Od listopadu roku 2007 do května roku 2008 proběhla měření obsahu oxidů dusíku a

ozonu spolu s meteorologickými parametry, jmenovitě rychlosti a směru větru, teploty,

vlhkosti a intenzity slunečního záření v UV oblasti, na mostě vedoucím přes dálnici D1, 42.

kilometr směrem na Brno. Současně byly zaznamenávány i počty projetých motorových

vozidel.

Byla navržena metoda pro screening prostorové distribuce oxidů dusíku a ozonu. Na

základě prostudované literatury byly popsány meteorologické parametry ovlivňující obsah

oxidů dusíku a ozonu.

Výsledky ukázaly podobný průběh časové závislosti hmotnostní koncentrace oxidu

dusnatého a oxidu dusičitého. Dále bylo zjištěno, že hodnoty hmotnostních koncentrací oxidů

dusíku ovlivňuje především rychlost a směr větru spolu s intenzitou dopravy. Bylo zjištěno,

že závislost hmotnostní koncentrace oxidů dusíku na hustotě dopravy není lineární.

Z naměřených hmotnostních koncentrací ozonu lze pozorovat, že obsah ozonu

v zimních měsících je podstatně nižší než v měsících jarních. To odpovídá skutečnosti, že

obsah ozonu při nízkých teplotách, nízké intenzitě záření a vysokých hodnotách vlhkosti je

nízký.

Novým poznatkem je zjištěná skutečnost, že hmotnostní koncentrace oxidů dusíku

v nočních hodinách mnohonásobně překračuje platné limitní hmotnostní koncentrace této

znečišťující látky.

35

6. POUŽITÁ LITERATURA

1. http://cs.wikipedia.org/wiki/atmosf%C3%A9ra (4. 5. 2008)

2. Víden I.: Chemie ovzduší, vydavatelství VŠCHT Praha (2005)

3. www.czp.cuni.cz/enviwiki/index.php/vzduch (4. 5 . 2008)

4. Nejman E.: Studium distribuce obsahu oxidů dusíku a ozonu v okolí liniových zdrojů

emisí, Diplomová práce VŠCHT (2006)

5. http://slunecnisoustava.wz.cz/Zeme.htm (4. 5. 2008)

6. http://artemis.osu.cz/MMi/meteo1/diplomka/Ramce2_soubory/AAA/tlak1.htm/ (4.5.

2008)

7. Křížová A.: Studium distribuce obsahu oxidů dusíku a ozonu v okolí liniových zdrojů

emisí, Diplomová práce VŠCHT (2005)

8. Bandy A. R.: The chemistry of the atmosphere: The Royal Society of Chemistry, (1997)

9. www.chmi.cz (10.5.2008)

10. Skácel F., Tekáč V.: Analýza ovzduší, VŠCHT Praha,(2002)

36

7. PŘÍLOHY Tabulka 9: Průměrné koncentrace sledovaných polutantů. Měření 2.10.2007

Poloha Od Do NO [ μg.m-3 ] NO2 [ μg.m-3 ] NOx [ μg.m-3 ] VŠCHT VŠCHT VŠCHT

1.A 19:51 20:06 189.21 106.83 396.89 1.B 20:06 20:21 312.62 112.51 591.79 2.A 20:21 20:36 245.62 92.87 469.42 2.B 20:36 20:51 238.46 118.14 483.80 2.C 20:51 21:06 340.99 140.31 663.10 3.A 21:06 21:21 99.91 70.67 223.85 3.B 21:21 21:36 215.30 90.04 420.11 4.A 21:36 21:51 40.34 49.83 111.68 4.B 21:51 22:06 46.02 44.18 114.74 4.C 22:06 22:21 67.52 55.57 159.08 5.A 22:21 22:36 26.89 39.01 80.23 5.B 22:36 22:51 18.67 35.65 64.26 6.A 22:51 23:06 13.81 32.56 53.74 6.B 23:06 23:21 7.07 28.37 39.21 6.C 23:21 23:36 6.32 26.57 36.26 7.A 23:36 23:51 4.87 25.23 32.70 7.B 23:51 0:06 17.33 25.02 51.59

Tabulka 10: Počty motorových vozidel. Měření 2.10.2007

Poloha Počet automobilů OA LNV TNV A

1.A 32 5 21 1 1.B 30 4 7 2 2.A 29 6 23 2 2.B 22 9 18 0 2.C 15 8 12 0 3.A 6 6 11 1 3.B 21 3 9 1 4.A 18 5 15 0 4.B 11 4 13 1 4.C 8 7 15 0 5.A 16 3 11 0 5.B 11 2 13 0 6.A 8 8 14 1 6.B 5 3 7 0 6.C 4 4 5 0 7.A 3 7 4 0 7.B 2 3 8 0

37

0

100

200

300

400

500

600

700

1.A 1.B 2.A 2.B 2.C 3.A 3.B 4.A 4.B 4.C 5.A 5.B 6.A 6.B 6.C 7.A 7.B

poloha sondy

hmot

nost

ní k

once

ntra

ce N

O x[ μ

g.m

-3]

NOx NO NO2

Obrázek 24: Průměrné koncentrace sledovaných polutantů v závislosti na poloze sondy. Měření 2.10.2007

R2 = 0.1213R2 = 0.1354

R2 = 0.5649R2 = 0.2365

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

0 5 10 15 20 25 30 35

počet motorových vozidel

konc

entr

ace

NO

x [μg

.m-3

]

OA LNV TNV A Lineární (LNV) Lineární (TNV) Lineární (OA) Lineární (A)

Obrázek 25: Závislost koncentrace oxidů dusíku na počtu motorových vozidel. Měření 2.10.2007 OA-osobní automobily, LNV-lehké nákladní vozy, TNV-těžké nákladní vozy, A-autobusy

38

Tabulka 11: Průměrné koncentrace sledovaných polutantů. Měření 19.2.2008

Poloha Od Do NO [ μg.m-3 ] NO2 [ μg.m-3 ] NOx [ μg.m-3 ] VŠCHT VŠCHT VŠCHT

1.A 20:24 20:39 363.54 100.11 657.51 1.B 20:39 20:54 537.46 145.35 969.33 2.A 20:54 21:09 413.37 109.31 743.09 2.B 21:09 21:24 497.16 144.34 906.55 2.C 21:24 21:39 681.65 167.68 1212.74 3.A 21:39 21:54 217.60 63.70 397.31 3.B 21:54 22:09 472.03 113.33 837.04 4.A 22:09 22:24 374.15 76.43 650.05 4.B 22:24 22:39 325.87 72.63 572.25 4.C 22:39 22:54 241.13 63.74 433.42 5.A 22:54 23:09 279.98 72.04 501.32 5.B 23:09 23:24 349.80 46.71 583.03 6.A 23:24 23:39 212.26 55.34 380.71 6.B 23:39 23:54 147.57 31.76 257.95 6.C 23:54 0:09 64.43 35.27 134.04 7.A 0:09 0:24 59.42 19.24 110.34 7.B 0:24 0:39 130.10 16.04 215.48


Poloha Počet automobilů OA LNV TNV A

1.A 29 4 22 0 1.B 30 4 6 2 2.A 30 7 21 1 2.B 21 8 19 0 2.C 14 7 13 1 3.A 4 7 9 0 3.B 22 3 7 0 4.A 20 4 14 0 4.B 10 4 12 0 4.C 8 6 14 0 5.A 15 2 12 0 5.B 12 3 13 0 6.A 7 6 13 0 6.B 6 2 6 0 6.C 3 5 5 0 7.A 2 6 5 0 7.B 2 2 7 0

39

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300


poloha sondy

hmot

nost

ní k

once

ntra

ce N

O x[ μ

g.m

-3]

NOx NO NO2


R2 = 0.0698

R2 = 0.1965R2 = 0.5549

R2 = 0.3532

100.00

300.00

500.00

700.00

900.00

1100.00

1300.00

0 5 10 15 20 25 30


konc

entr

ace

NO

x [μg

.m-3

]



40

Tabulka 13: Průměrné koncentrace sledovaných polutantů. Měření 13.5.2008

Poloha Od Do NO [ μg.m-3 ] NO2 [ μg.m-3 ] NOx [ μg.m-3 ] O3 [ μg.m-3 ] VŠCHT VŠCHT VŠCHT VŠCHT

1.A 7:27:00 7:42:00 363.54 100.11 657.51 23.00 1.B 7:42:00 7:57:00 537.46 145.35 969.33 15.51 2.A 7:57:00 8:12:00 413.37 109.31 743.09 16.70 2.B 8:12:00 8:27:00 497.16 144.34 906.55 15.17 2.C 8:27:00 8:42:00 681.65 167.68 1212.74 17.58 3.A 8:42:00 8:57:00 217.60 63.70 397.31 22.25 3.B 8:57:00 9:12:00 472.03 113.33 837.04 18.18 4.A 9:12:00 9:27:00 374.15 76.43 650.05 17.97 4.B 9:27:00 9:42:00 325.87 72.63 572.25 13.37 4.C 9:42:00 9:57:00 241.13 63.74 433.42 13.24 5.A 9:57:00 10:12:00 279.98 72.04 501.32 14.94 5.B 10:12:00 10:27:00 349.80 46.71 583.03 15.53 6.A 10:27:00 10:42:00 212.26 55.34 380.71 22.83 6.B 10:42:00 10:57:00 147.57 31.76 257.95 24.61 6.C 10:57:00 11:12:00 64.43 35.27 134.04 22.13 7.A 11:12:00 11:27:00 59.42 19.24 110.34 29.94 7.B 11:27:00 11:42:00 130.10 16.04 215.48 27.90


Poloha Počet automobilů OA+M LNV TNV A

1.A 84+1 9 13 1 1.B 72 12 10 2 2.A 77 16 16 0 2.B 86 16 12 1 2.C 79 11 9 0 3.A 76 10 13 0 3.B 51 11 18 2 4.A 59 6 11 1 4.B 56 9 8 1 4.C 53 13 14 3 5.A 55+1 18 12 0 5.B 42 12 19 1 6.A 34 5 14 1 6.B 46 10 22 2 6.C 56 11 13 1 7.A 44 9 11 0 7.B 33+1 8 14 1

41

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300


poloha sondy

hmot

nost

ní k

once

ntra

ce N

Ox

a O 3

[ μg.

m-3

]

NOx NO NO2 O3


R2 = 0.0954

R2 = 0.0719

R2 = 0.4165

R2 = 6E-05

100.00

300.00

500.00

700.00

900.00

1100.00

1300.00

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90


konc

entr

ace

NO

x [μg

.m-3

]



42

Tabulka 15: Průměrné koncentrace sledovaných polutantů. Měření 13.5.2008 Poloha NO [ μg.m-3 ] NO2 [ μg.m-3 ] NOx [ μg.m-3 ] O3 [ μg.m-3 ]

VŠCHT VŠCHT VŠCHT VŠCHT 7.B 11:27 11:42 45.03 59.98 129.01 27.90 7.A 11:42 11:57 313.12 68.32 141.46 27.54 6.C 11:57 12:12 136.62 65.69 138.46 24.41 6.B 12:12 12:27 300.34 59.27 130.16 24.17 6.A 12:27 12:42 303.84 45.44 86.40 31.84 5.B 12:42 12:57 193.15 50.30 123.42 32.44 5.A 12:57 13:12 352.27 46.77 114.68 34.25 4.C 13:12 13:27 160.69 117.94 329.06 17.53 4.B 13:27 13:42 169.68 102.24 298.22 15.26 4.A 13:42 13:57 233.15 73.46 189.27 19.11 3.B 13:57 14:12 138.92 71.30 207.48 19.89 3.A 14:12 14:27 87.13 69.96 228.54 22.96 2.C 14:27 14:42 62.60 69.96 254.63 19.65 2.B 14:42 14:57 47.44 95.34 400.52 15.31 2.A 14:57 15:12 64.79 74.25 256.87 18.63 1.B 15:12 15:27 34.04 67.06 219.08 23.70 1.A 15:27 15:42 45.03 70.45 208.23 21.14 Tabulka 16: Počty motorových vozidel. Měření 13.5.2008

Poloha Počet automobilů OA+M LNV TNV A

7.B 33+1 8 14 1 7.A 39 12 9 0 6.C 54 14 15 1 6.B 39 7 18 2 6.A 62 15 10 2 5.B 56 6 13 1 5.A 58 12 12 1 4.C 51 9 13 0 4.B 51 10 14 1 4.A 51+1 8 21 3 3.B 55 7 10 0 3.A 50+2 17 19 2 2.C 62 15 16 0 2.B 66 9 16 3 2.A 57 13 14 1 1.B 65 12 13 1 1.A 66 11 16 3

43

0

100

200

300

400

500

7.B 7.A 6.C 6.B 6.A 5.B 5.A 4.C 4.B 4.A 3.B 3.A 2.C 2.B 2.A 1.B 1.A

poloha sondy

hmot

nost

ní k

once

ntra

ce N

O x a

O3[

μg.m

-3]

NOx NO NO2 O3


R2 = 0.0009 R2 = 0.0572

R2 = 0.1226

R2 = 0.0041

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

400.00

450.00

0 10 20 30 40 50 60 70


konc

entr

ace

NO

x [μg

.m-3

]


Obrázek 31: : Závislost koncentrace oxidů dusíku na počtu motorových vozidel. Měření 13.5.2008 OA-osobní automobily, LNV-lehké nákladní vozy, TNV-těžké nákladní vozy, A-autobusy

Date post:	17-Dec-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	0 times
Download:	0 times

Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Ústav plynárenství,...

Documents