A KÖZÚTI KÖZLEKEDÉS HATÁSA A FELSZÍNI

CSAPADÉKVÍZ-LEFOLYÁS SZÉNHIDROGÉN

SZENNYEZETTSÉGÉRE

Dr. Buzás Kálmán

BME VÍZI KÖZMŰ ÉS KÖRNYEZETMÉRNÖKI TANSZÉKBME VÍZI KÖZMŰ ÉS KÖRNYEZETMÉRNÖKI TANSZÉK

Számítási eljárás, amely az úttervezés egyik műszaki alapparamétere, a forgalom, és a vízminőségvédelem szabályozási paraméterei, a TPH koncentráció és/vagy TPH terhelés között a hatótényezők előfordulásának valószínűségi jellegét figyelembe vevő kapcsolatra épül.

Tervezési cél

A tervezési alapelvek hiányaMI:

- a mértékadó forgalmi helyzet- a mértékadó csapadék- mi a mértékadó koncentráció

A kiindulási helyzet 1

A környezetvédelmi szabályozás hiánya

- csak TPH-ra- emissziós határérték=állandó

kibocsátó- Aluldefiniált- Ellenőrizhetetlen, tehát hatástalan- A megoldások ellenőrzésénél keveredik a havaria és normál üzem emissziói elleni védelem

A kiindulási helyzet 2

Az „Eredmény”

Sok százmillió Ft kiadás

Vs.

Nulla vízvédelem

Hihetetlen: minden lehetséges módon elhibázott megoldás !

Háttér

TPH, PAH, nehézfémek

Városi diffúz szennyezés

Közúti közlekedés eredetű szennyezés

Parkolók

Belterületi utak

Autópályák

Szabályozási hiányosságokA szennyezők széles köre

ForgalomCsapadék

Lemosódás

Felhalmozódás

Terhelés

MintavételForgalomSzáraz

kiülepedés

BE

FO

GA

DÓ

A szennyezők felhalmozódási és lemosódási folyamata

Légköri emisszió

Szennyezett permet

Szennyezett lefolyás

A lemosódás folyamata

A lemosódás folyamata

Szél

Permet

Lefolyás

Nagyobb léptékű kiszóródás

Monitoring program

1

2

M0-Annahegy

M7-Martonvásár

Mérési helyszínek

• Vízhozam arányos sorozatminták csapadék-lefolyásokból– Surrantóba telepített passzív mintázóval

• Vizsgált anyagok és jellemzők– pH, fajlagos vezetőképesség– Ö. lebegőanyag, KOIk, TPH, PAH-ok– Al, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn (összes és oldott)

• Egyéb adatok– Meteorológiai állomás telepítése (csapadék

magasság és intenzitás)– Órai forgalom idősor (ÁAK ZRT)

• Dinamikus modellel számított lefolyás (SWMM)

Monitoring program elemei

Mintavevő berendezés szerkezete és elhelyezése

Surrantó elem

Műanyag lap (U alakban beszorítva)

TerelőélekMintavételi nyílás

Sorba kötött mintatároló flakonok

Elvezető cső

Azonos sorszámú minták átlaga

Egyedi mérési eredmények

Illesztett trend

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Minta sorszáma

Ko

nc

en

trá

ció

az

els

ő m

inta

%-á

ba

n

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Minta sorszáma

Ko

nc

en

trá

ció

az

els

ő m

inta

%-á

ba

n

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Minta sorszáma

Ko

nc

en

trá

ció

az

els

ő m

inta

%-á

ba

n

A lebegőanyag, TPH és PAH változása a lefolyás során„first-flush” esemény átlagkoncentráció

Ö.lebegőanyag

TPH C5-C40 Összes PAH

A palackok feltöltési idejét (t) ismerve adott az egy lefolyási eseményhez (egy árhullámhoz) tartozó minták számát: N = T/t (ahol T az árhullám időtartama. Az árhullámot N db. szakaszra bontva meghatározható időközönként a lefolyt víztömeget (Mi).

Ni

Nii

E M

MCC

Az esemény átlagkoncentráció (CE)

Városi utak és parkolók

felúszó és/vagy emulgeált olaj

„olaj a vízben” emulzió

Az autópálya lefolyásokban található TPH

NEM alkot

„olaj a vízben” típusú emulziót

TPH az autópálya lefolyásban

pelyhes szerkezetű agglomerátum

o A szilárdanyag tartalom mintegy 10%-a kolloidális, 60-95%-a kvázi-kolloidális méretű.

o Olajcseppek a szilárd (gumiabroncs és aszfalt morzsalék-szemcsék, valamint a PAH-ok aeroszol részecskék) felületére tapadnak.

o Pelyhes agglomerátum → eltávolíthatóság!

5 m

Nagyítás: 400 x

C28 Az útpálya szénhidrogén szennyezőjének tipikus gázkromatogramja

C28 - kenőolaj

A folyamatos közlekedésre szolgáló útpályákról, balesetmentes forgalom során lefolyó csapadékvízben a TPH néhány mikron méretű részecskék közé zárva, 10-100 μm méretű agglomerátumokban helyezkedik el, nem alkot „olaj a vízben” típusú emulziót.

Az olaj ilyen elhelyezkedése két lényeges következménnyel jár:

o A burkolathoz tapadó agglomerátumok leválasztására a csapadékból származó energia kevés, ahhoz a mozgó járművek kerekei és a burkolat között kialakuló nagy áramlási sebességű víz energiája szükséges. A TPH szennyezettség meghatározó tényezője a csapadék idején zajló forgalom mértéke.

o A lefolyás alifás szénhidrogén tartalmának eltávolítására az oleofil adszorbensek alkalmazása és a koaleszcencia elvén alapuló berendezések csak alacsony hatásfokkal képesek.

A lefolyások PAH profilja

PAH izomerek koncentrációjának átlag- és szélső értékei

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

55.5

66.5

µg/l

Minimum Mximum Átlag

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0 5 10 15 20 25 30 35

anth

race

ne/(a

nthr

acen

e+ph

enan

thre

ne)

Üzemanyag eredetű

Égési folyamatból

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0 5 10 15 20 25 30 35

fluo

rant

hene

/(fl

uora

nthe

ne+

pyre

ne)

Üzemanyag eredetű

Üzemanyag égéséből

Fű, fa és szén égéséből

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0 5 10 15 20 25 30 35

benz

o(a)

anth

race

ne/(

benz

o(a)

anth

race

ne +

chr

ysen

e)

Üzemanyag eredetű

Vegyes forrás

Égési folyamat

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0 5 10 15 20 25 30 35

inde

no(1

,2,3

-cd)

pyre

ne/i

nden

o(1,

2,3-

cd)p

yren

e +

benz

o(g,

h,i)

pery

lene

)

Üzemanyag eredetű

Üzemanyag égéséből

Fű, fa és szén égéséből

A lefolyásban előforduló PAH-ok forrásainak meghatározása

A lefolyások PAH tartalmának forrásvizsgálatával, a különböző molekulasúlyú PAH-féleségek előfordulási arányainak meghatározásával kimutatható volt, hogy

a PAH meghatározó hányada égési folyamatból keletkezik, és a gépjárművek kipufogó gázainak korom tartalmához köthető.

Az egyéb PAH források (légköri kihullás, gumiköpeny és aszfalt morzsalék, illetve a kiszóródó kenőolajok) szerepe elhanyagolható.

#1 kifolyó (-5cm)

#2 kifolyó (-10cm)

#3 kifolyó (-20cm)

#4 kifolyó (-30cm)

töltet felszíne (0cm)

35 cm térkőhomo

k

leeresztő csap

A TPH koncentrációk változása a szűrőréteg vastagsága szerint

10

100

1000

10000

1 2 3 4 5

A nyers minta (1) és sorrendben a négy kivezetés

TP

H,

10

-3 m

g/l

1. év 3. év 5. év Ötéves átlag

TPH és PAH TPH és PAH eltávolítás eltávolítás homokszűrővel homokszűrővel

A PAH koncentrációk változása évente és átlagosan

0.0000.5001.0001.5002.0002.5003.0003.5004.0004.500

1 2 3 4 5

A nyers minta (1) és a szűrtek mélység szerint

PA

H,1

0-3

mg/

l

1. év 3. év 5. év átlag

A közlekedési eredetű, felszíni és felszín alatti vizek szennyezés elleni védelmére a gyakorlatban hatékonyan alkalmazhatók a szikkasztó, szűrő tározók. o Előülepítéssel kombinált homokszűrővel a TPH és

PAH 90% fölötti eltávolítása érhető el. A visszatartás a tározófenéken kialakított szűrőréteg felső 2-5 cm vastag rétegében végbemegy. A rétegcsere gyakoriságát a kolmatálódás sebessége határozza meg.

o A oleofil tulajdonságú perlit töltet TPH leválasztó hatásában alapvetően nem az oleofil tulajdonság, hanem csak a szemcsés közeg szűrőhatása jelentkezik.

o Az önállóan alkalmazott ülepítés TPH leválasztása - mivel az elsősorban a finomabb, kvázi kolloidális méretű szemcsékben dúsul fel - kisebb a lebegőanyagénál.

felszín alatti szivárogtató árok, talajszűrés

szikkasztó árok

wetland

szikkasztó tározó

kierjesztett, előtározós, állandó vízborítású tározó

ForgalomCsapadék

Lemosódás

Felhalmozódás

Terhelés

Csapadék eloszlás

Forgalom eloszlás

TPH konc., anyagáram eloszlás

MintavételForgalomSzáraz

kiülepedés

BE

FO

GA

DÓ

Lemosódás folyamata

Egyszerűsítés → tervezési paraméterek

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 2 4 6 8 10 12 14 16

TPH mért (mg/l)

TP

H s

zám

íto

tt (

mg

/l)

TPHE = 4.43 * J – 0.343 * H, (mg/l )

ahol: J – a forgalom (1000 ej/h) mértéke a csapadék idején, és

H – a lefolyást kiváltó csapadék magassága, (mm).

Az esemény átlagkoncentráció (TPHE) meghatározása a csapadék magasságának és a csapadék idején zajló

forgalomnak a függvényében

95%-os konfidencia szinten szignifikáns

2 mm vízborítás, 30 m/s kerületi sebesség, 108 km/h haladási sebesség

VÍZFELSZÍNEN ÚTBURKOLAT FELSZÍNÉN

Számítási eljárás -a forgalom eloszlási paramétereitől függő esemény átlagkoncentráció és a fajlagos TPH terhelés éves eloszlása, -átlagos csapadékosságú év.

Az eljárás alapja: kétváltozós lineáris regressziós egyenlet.

TPHE = 4.43 * J – 0.343 * H, (mg/l )

ahol: J – a forgalom (1000 ej/h) mértéke a csapadék idején, és

H – a lefolyást kiváltó csapadék magassága, (mm).

Feltételek:- Az autópálya szakasz éves forgalma, jó közelítéssel normális eloszlású,

-míg az átlagos csapadékosságú év csapadékainak magassága exponenciális eloszlású, és

-a két eloszlás nem független egymástól.

Ezekkel a feltételekkel az F(TPHE) értékei a lehetséges hazai forgalomintenzitási tarto-mányokra kiterjeszthetővé váltak.

A TPHE várható, és 95%-os tartósságú koncentráció értékei.

A fajlagos TPH terhelések.

A TPHE 50, 90 és 95%-os tartósságú értékéi a forgalom várható értékének

függvényébenA lefolyás várható, a 90-95%-os tartóságú TPH koncentrációja az átlagos forgalom függvényében,

(A forgalom relatív szórása: 0,75)

y = 4.7129x - 0.65

y = 9.412x - 0.5513

y = 8.4449x - 0.5666

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

A forgalom várható értéke, 1000 ej/h

Esem

én

y á

tlag

ko

ncen

tráió

j, m

gT

PH

/l

várható esemény átlagkoncentráció 90%-os tartósságú koncentráció

95%-os tartósságú koncentráció Linear ( várható esemény átlagkoncentráció)Linear (90%-os tartósságú koncentráció) Linear (95%-os tartósságú koncentráció)

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

700.0

800.0

900.0

1000.0

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5Forgalom, 1000 ej/h

Év

es,

fa

jla

go

s te

rh

elé

s, L

(g

TP

H/h

a,é

v)

1

2

3

4

átlag

0.75/0.950.67/0.950.50/0.950.25/0.95

A fajlagos, éves TPH emisszió átlagos és 95%-os tartósságú értékei L, gTPH/ha,év

A vízminőség védelmi célú tározó térfogata

az a térfogat, amely valamennyi, adott TPHE határértéket meghaladó koncentrációjú lefolyás befogadásához elegendő.

A tervezési nomogramok a TPH = 2, 3, 5 és 10 mg/l-es (feltételezett) szabályozási határértékek 95%-os biztonsággal történő betartásához szükséges fajlagos tározótérfogatok meghatározására a forgalom eloszlási paramétereinek függvényében.

Fajlagos tározótérfogat a szabályozási határérték 95%-os valószínűségű

betartásáhozTPHE határérték: 2 mg/l

y = 28.877Ln(x) + 56.338

R2 = 0.9963

y = 39.703Ln(x) + 42.726

R2 = 0.9906

1015202530354045505560657075808590

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

A forgalom várható értéke, 1000 ej/h

Faj

lag

os

táro

zóté

rfo

gat

, m

3/h

a

A f orgalom relatív szórása: 0,75 A f orgalom relatív szórása: 0,25

Log. (A f orgalom relatív szórása: 0,75) Log. (A f orgalom relatív szórása: 0,25)

Az eredmények lehetővé teszik, hogy: - a tervező, a tervezési forgalom ismeretében meghatározza a várható emissziót és ennek ismeretében

- a hatóság az engedélyezési eljárás során mérlegelje a várható környezeti hatást.