POMIARY PYŁU ZAWIESZONEGO W POWIETRZU

W ramach Państwowego Monitoringu Środowiska prowadzone są pomiary pyłu zawieszonego PM10 o średnicach cząstek do 10 µm oraz PM2,5 o średnicach cząstek do 2,5 µm. Pył PM2,5 jest zatem drobniejszą frakcją pyłu PM10 i wchodzi w jego skład.

Na jakość informacji o stężeniu pyłu zawieszonego decydujący wpływ ma metodyka prowadzenia pomiarów i związana z nią niepewność pomiarowa, kompletność serii pomiarowych oraz lokalizacja stanowisk pomiarowych.

Metodykę pomiarów pyłu zawieszonego wskazuje dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/50/WE z dnia 21 maja 2008 r. w sprawie jakości powietrza i czystszego powietrza dla Europy (Dz. Urz. UE L 152 z 11.06.2008, str.1) oraz w rozporządzenie MŚ z dnia 13 września 2012 r. w sprawie dokonywania oceny poziomów substancji w powietrzu (Dz. U. z 2012 r., poz. 1032), a określona została w normie PN-EN 12341:2014 Powietrze atmosferyczne – Standardowa grawimetryczna metoda pomiarowa do określania stężeń masowych frakcji PM10 lub PM2,5 pyłu zawieszonego.

Metody badań pyłu zawieszonego

Inspekcja Ochrony Środowiska bada zawartość pyłu zawieszonego PM10 i PM2,5 w powietrzu  stosując dwie uzupełniające się metody:

- metodę grawimetryczną (referencyjną), która jest uznana i stosowana na świecie jako najbardziej precyzyjna metoda pomiaru;

- metodę automatyczną, posiadającą wykazaną równoważność do metody referencyjnej.

Metoda grawimetryczna, zwana również metodą manualną (referencyjną)

W tej metodzie używa się tzw. poborników pyłowych, specjalnych urządzeń, do których zasysane jest powietrze atmosferyczne. Co dwa tygodnie do pobornika zakłada się 14 jednorazowych filtrów, które urządzenie zmienia automatycznie co 24 godziny. Każdy filtr posiada swój niepowtarzalny numer identyfikacyjny.

Filtry czyste, przed założeniem do pobornika są kondycjonowane i ważone w laboratorium, umieszczane w specjalnych pojemnikach do transportu, a następnie  transportowane na stację pomiarową i umieszczane w poborniku. Po 14 dniach wszystkie filtry są wyjmowane, umieszczane w specjalnych pojemnikach do transportu i przewożone do laboratorium. W laboratorium filtry są kondycjonowane i ważone po raz drugi, już jako filtry po tzw. ekspozycji. Z różnic mas przed i po ekspozycji filtra, odniesionych do objętości przepływu powietrza w poborniku, wyliczane są stężenia pyłów. Stężania te podawane są w mikrogramach na metr sześcienny [µg/m³].

Zaletą tej metody pomiarowej jest jej bardzo wysoka dokładność. Jedyną  jej wadą jest czas potrzebny na uzyskanie wyników, który wynosi ok. 3 tygodni.

Taką metodą w Polsce, Europie, czy Stanach Zjednoczonych, mierzy się stężenia pyłu zawieszonego. Filtry uzyskane z poborników pyłowych wykorzystywane są również do oznaczania metali ciężkichi wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, w tym benzo(a)pirenu.

Obecnie w Polsce pomiary metodą grawimetryczną są prowadzone na ok. 180 stanowiskach  pyłu PM10 i ok. 70 stanowiskach pyłu PM2,5.

Metoda automatyczna, równoważna do referencyjnej

Aby urządzenie do automatycznych pomiarów pyłu zawieszonego dopuszczone zostało do pomiarów, które wykorzystywane będą do celów oceny jakości powietrza, stosowana przez nie metoda pomiarowa musi zostać uznana za metodę równoważną do metodyki referencyjnej. W takim wypadku należy wykazać, iż urządzenie spełnia wymagania równoważności, a wyniki takich badań muszą zostać przedstawione Komisji Europejskiej i zaakceptowane przez nią.

Do pomiarów wykonywanych w ramach Państwowego Monitoringu Środowiska stosuje się mierniki automatyczne, które posiadają certyfikaty potwierdzające ich równoważność z metodą referencyjną. Mierniki te na bieżąco mierzą stężenia pyłu, co umożliwia pokazywanie wyników tych pomiarów w trybie „on-line” na portalach inspekcji ochrony środowiska (GIOŚ i WIOŚ) i w aplikacji GIOŚ „Jakość powietrza w Polsce”. Dane te są aktualizowane co godzinę i, w celu porównania z poziomem dopuszczalnym, przeliczane na wartości średniodobowe.

Obecnie w Polsce pomiary metodą automatyczną są prowadzone na ok. 135 stanowiskach  pyłu PM10 i 45 stanowiskach pyłu PM2,5.

Dane pozyskiwane z mierników automatycznych, które są widoczne „on-line” na portalach i w aplikacji powietrznej GIOŚ, określane są jako dane „surowe”, czyli takie, które nie zostały poddane weryfikacji.

Kompletność serii pomiarowych

Pomiary zanieczyszczenia powietrza pyłem zawieszonym PM10 i PM2,5, zgodnie z rozporządzeniem MŚ z dnia 13 września 2012 r. w sprawie dokonywania oceny poziomów substancji w powietrzu (Dz. U. z 2012 r., poz. 1032), powinny być prowadzone w taki sposób, by osiągnąć co najmniej 90% ważnych danych w roku, przy niepewności pomiarowej wynoszącej nie więcej niż 25%. Wymóg ten dotyczy pomiarów stałych i nie uwzględnia utraty danych związanej z okresowymi sprawdzeniami, kalibracją i konserwacją sprzętu.

Weryfikacja danych

Weryfikacja, jest to systematyczne sprawdzanie pod względem technicznym (prawidłowości funkcjonowania aparatury pomiarowej) i merytorycznym (prawidłowości wynikających z procesów zachodzących w atmosferze) wyników pomiarów jakości powietrza, w tym pomiarów pyłu zawieszonego PM10 i PM2,5.

W pomiarach pyłu zawieszonego istotne dla prawidłowości ich prowadzenia jest sprawdzanie parametrów prędkości przepływu powietrza, dbałość o czystość poboru prób, a w przypadku pomiarów automatycznych również badanie równoważności tych pomiarów z pomiarami grawimetrycznymi. Na podstawie wyników regularnych kalibracji przepływu, w oparciu o badania równoważności metod, a także inne informacje o zdarzeniach mogących mieć wpływ na jakość pomiarów, dokonuje się weryfikacji wyników i ewentualnej korekty danych, które są widoczne „on-line” na portalach i w aplikacji powietrznej GIOŚ.

Weryfikacji danych dokonuje się w systemie 4 stopniowym:

1. weryfikacja bieżąca – od poniedziałku do piątku w godzinach porannych, a w razie stanów smogowych również w weekendy;
2. weryfikacja okresowa - -po zakończeniu miesiąca kalendarzowego;
3. weryfikacja roczna – po zakończeniu roku kalendarzowego.
4. weryfikacja krajowa – wszystkie serie roczne zweryfikowane przez pracowników WIOŚ są poddawane dodatkowej weryfikacji na poziomie krajowym przez GIOŚ.

Oznacza to, że na każdym z tych etapów dane mogą zostać poddane ewentualnej korekcie. Wielostopniowość procesu weryfikacji ma zagwarantować najwyższą jakość i spójność danych.

Lokalizacja stacji pomiarowych

Kryteria lokalizacji stacji pomiarowych określa rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 13 września 2012 r. w sprawie dokonywania oceny poziomów substancji w powietrzu. W wypadku Państwowego Monitoringu Środowiska wszystkie punkty pomiarowe spełniają określone wymogi dotyczące ich umiejscowienia, tak, by uzyskiwany w danej lokalizacji wynik był jak najbardziej reprezentatywny dla danej strefy. Dodatkowo, co pięć lat, WIOŚ wykonuje ocenę (tzw. ocena pięcioletnia), której celem jest m.in. sprawdzenie czy liczba stacji pomiarowych i ich lokalizacja jest odpowiednia dla potrzeb prawidłowego wykonywania rocznych ocen jakości powietrza.

Krajowe Laboratorium Referencyjne i Wzorcujące

W strukturach Głównego Inspektoratu Ochrony Środowiska znajduje się Krajowe Laboratorium Referencyjne i Wzorcujące z siedzibą w Krakowie, które zostało powołane do zapewnienia jakości i spójności pomiarowej wojewódzkich sieci monitoringu jakości powietrza. Do zadań KLRiW należy m.in. organizowanie badań biegłości dla sieci monitoringu jakości powietrza, kontrola sieci monitoringowych, wdrażanie nowych metod pomiarowo-badawczych, szkolenie oraz pełnienie roli doradczej dla wojewódzkich inspektoratów ochrony środowiska w zakresie pomiarów zanieczyszczeń powietrza.

Pomiary zanieczyszczenia powietrza za pomocą niskokosztowych czujników

Oferowane na rynku komercyjnym tzw. niskokosztowe czujniki do pomiarów zanieczyszczeń powietrza, a w szczególności do pomiarów stężeń pyłu zawieszonego PM10 i PM2,5 w powietrzu, nie są urządzeniami pracującymi zgodnie z wyżej opisaną metodyką referencyjną. Z powodu braku wykazanej równoważności metody stosowanych w czujnikach niskokosztowych do metodyki referencyjnej nie mogą być one traktowane jako źródło wiarygodnych danych, a na ich podstawie nie można określać czy nastąpiło przekroczenie norm jakości powietrza (poziomów dopuszczalnych, docelowych, informowania czy alarmowych) i dokonywać oceny jakości powietrza.

Z powyższych powodów czujniki te nie są stosowane do pomiarów jakości powietrza prowadzonych w ramach Państwowego Monitoringu Środowiska.

Niejednokrotnie lokalizacja czujników niskokosztowych stosowanych przez osoby indywidualne czy też w ramach różnego rodzaju projektów, nie spełnia wymogów zapisanych w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 13 września 2012 r. w sprawie dokonywania oceny poziomów substancji w powietrzu ponieważ są one montowane w miejscach mało reprezentatywnych dla danego obszaru, na przykład na balkonach, przy oknach, na dachach, drzewach itp.

W związku z powyższym, śledząc w Internecie informacje na temat stężeń pyłu zawieszonego, które są generowane za pomącą niskokosztowych czujników, należy mieć na uwadze, iż pomiary te mogą być obarczone bardzo dużym błędem, a w przypadkach skrajnych mogą być one całkowicie nieprawidłowe, co w konsekwencji może wprowadzać użytkowników tych informacji w błąd.