Emisja pyłu z dróg nieutwardzonych | Pylenie drogi - jak ograniczyć?

    Pył z drogi: przyczyny emisji

    Szczególnie wysoka uciążliwość pylenia dróg dotyczy nawierzchni nieutwardzonych, takich jak drogi gruntowe, drogi z tłucznia, nazywane również drogami szutrowymi, drogi wykonane z kruszonego gruzu oraz drogi żużlowe. W przeciwieństwie do dróg utwardzonych (asfaltowych, betonowych, brukowanych) struktura warstwy wierzchniej drogi nieutwardzonej jest zaburzana przy każdorazowym przejeździe pojazdu. Pod wpływem nacisku kół luźne ziarna nawierzchni przemieszczają się względem siebie. Wolny materiał z nawierzchni nieutwardzonej jest unoszony w wyniku podciśnienia wytwarzanego przez odrywającą się powierzchnię opon. Jest również podnoszony z powierzchni drogi na bieżniku kół, a ziarna o małej średnicy są bezpośrednio porywane przez ruch powietrza wywołany poruszającym się pojazdem. Mechanizmy te prowadzą do powstawania znacznych emisji pyłu, sprawiając że ruch po drodze nieutwardzonej może być poważnym problemem zarówno w użytkowaniu drogi, jak i jej oddziaływaniu na bezpośrednią okolicę.

    Nawierzchnie nieutwardzone stosuje się powszechnie na następujących rodzajach dróg:

    - docelowych drogach gminnych o małym natężeniu ruchu (głównie na obszarach wiejskich),

    - drogach tymczasowych (w czasie remontu lub przebudowy dróg, w okresie budowy osiedli mieszkaniowych, na obrzeżach osiedli),

    - drogach transportowych i technologicznych (na terenach przemysłowych, w kopalniach i kamieniołomach, jako drogi dojazdowe do baz transportowych, hurtowni, itd.).

    Czynniki decydujące o emisji

    Wielkość emisji pyłu z drogi zależy od kilku czynników: zawartości cząstek drobnych w materiale nawierzchni, stopnia zagęszczenia materiału nawierzchni, wilgotności nawierzchni, prędkości i masy poruszających się po drodze pojazdów oraz od natężenia ruchu. Podstawowym parametrem służącym do charakteryzowania potencjału emisji z drogi nieutwardzonej jest udział w materiale nawierzchni cząstek drobnych o średnicy ziaren mniejszej niż 75 µm (silt content, Sc, s). Według poradnika opracowanego przez Amerykańską Agencję Ochrony Środowiska US EPA Emissions Factors & AP 42, Compilation of Air Pollutant Emission Factors, 13.2.2 Unpaved Roads, U.S. Environmental Protection Agency, 12.2006 zawartość cząstek drobnych waha się od 0,2% do 29% dla dróg wewnątrzzakładowych oraz od 1,8% do 35% dla dróg publicznych. Poniżej przedstawiamy zdjęcia wybranych dróg nieutwardzonych w Polsce (publicznych) wraz z wartościami parametru Sc.

    pylenie drogi

    Fot. 1. Płock - Nowe Gulczewo, ul. Bohuna. Sc = 3,2%

    pył droga

    Fot. 2. Bydgoszcz, ul. Osiedle Rzemieślnicze. Sc = 2,1%

    pył z drogi

    Fot. 3. Gdańsk - Osowa, ul. Międzygwiezdna. Sc = 7,5%

    pylenie dróg

    Fot. 4. Wrocław, ul. Ubocze. Sc = 4,8%

    Szczegółowy skład granulometryczny materiału z nawierzchni ww. dróg, obejmujący frakcje odpowiedzialne za emisję pyłu zawieszonego PM2,5 oraz PM10, jak również udział ziaren spoza zakresu Sc przedstawiamy w poniższej tabeli.

    Średnica ziaren

    Procent masowy frakcji [%]

    Bydgoszcz, ul. Osiedle Rzemieślnicze

    Gdańsk - Osowa,
    ul. Międzygwiezdna

    Płock - Nowe Gulczewo, ul. Bohuna

    Wrocław,
    ul. Ubocze

    0,010 - 2,5 µm

    0,16

    0,58

    0,12

    0,28

    2,5 - 10,0 µm

    0,29

    1,82

    0,34

    0,6

    10,0 - 20,0 µm

    0,2

    1,7

    0,3

    0,55

    20,0 - 40,0 µm

    0,58

    2,08

    0,81

    1,41

    40,0 - 75,0 µm

    0,84

    1,33

    1,61

    1,94

    0,010 - 75,0 µm (Sc)

    2,1

    7,5

    3,2

    4,8

    0,075 - 0,15 mm

    10,44

    13,23

    6,59

    9,47

    0,15 - 0,25 mm

    8,68

    12,17

    5,14

    10,62

    0,25 - 0,5 mm

    21,95

    17,14

    14,07

    26,75

    0,5 - 1 mm

    17,28

    17,69

    17,15

    15,79

    1 - 2 mm

    9,54

    17,39

    17,42

    10,02

    2 - 4 mm

    13,73

    12,79

    22,63

    14,61

    > 4 mm

    16,32

    2,08

    13,83

    7,97

    Przedstawione wartości uziarnienia materiału uzyskano na podstawie pomiarów: metodą sitową w zakresie 75 µm ÷ > 4 mm; metodą dyfrakcji laserowej w zakresie < 75 µm.
     

    Wilgotność nawierzchni drogi

    Drugim podstawowym parametrem decydującym o emisji pyłu z drogi nieutwardzonej jest wilgotność materiału. Przy dostatecznie wysokiej wilgotności (wilgotności granicznej) siły adhezji i wzrost ciężaru cząstek stałych uniemożliwiają emisję pyłu lub ograniczają ją do poziomu, przy którym nie jest widoczna. Szybkość wysychania nawierzchni drogi nieutwardzonej zależy od wielu czynników, między innymi od spójności materiału, grubości warstwy luźnego materiału i warunków meteorologicznych. Poniżej przedstawiamy wykres ilustrujący dobową zmienność wilgotności nawierzchni drogi szutrowej.

    emisja z drogi

    emisja z dróg

    W wybranym dniu kampanii pomiarowej najwyższą wartość wskaźnika wilgotności odnotowano o godzinie 6 rano. Zmierzona wartość wynosiła 0,59 % i była niższa od wartości granicznej, charakterystycznej dla testowego odcinka drogi szutrowej, wynoszącej około 0,62 %. W tych warunkach pogodowych ruch po analizowanej drodze powoduje widoczną emisję pyłu w ciągu całego dnia.

    Znaczne wahania wilgotności materiału nawierzchni drogi są związane ze zmianami warunków pogodowych – opadami deszczu i wzrostem wilgotności powietrza. Poniżej przedstawiamy fragment rocznej charakterystyki wilgotności nawierzchni nieutwardzonej.

    jak ograniczyć pylenie z drogi

    Dane o wilgotności materiału na powierzchni drogi w dniach, w których emisja pyłu była widoczna zaznaczono kolorem czerwonym. Kolorem zielonym zaznaczono wartości wilgotności w dniach bez widocznej emisji pyłu. Przebieg zmienności wilgotności oraz opadów atmosferycznych obrazuje ogół zjawisk zachodzących w materiale na powierzchni drogi nieutwardzonej, w tym migrację wilgoci w głąb warstwy wierzchniej i wysychanie warstwy.

    Model obliczeniowy emisji

    W obliczeniach emisji z dróg nieutwardzonych powszechnie wykorzystywana jest metodyka opracowana przez US EPA, zawarta w poradniku Emissions Factors& AP 42, Compilation of Air Pollutant Emission Factors,13.2.2 Unpaved Roads. Emisję chwilową związaną z ruchem pojazdów po drogach wewnątrzzakładowych określa zależność:

    jak ograniczyć emisję z dróg

    gdzie:

    EF – wskaźnik emisji (g/VKT; VKT- vehicle kilometer traveled),

    k – współczynnik korekcyjny (TSP, PM10, PM2,5),

    s – zawartość w materiale na powierzchni drogi cząstek drobnych - o średnicy ziaren mniejszej, równej 75 μm (%),

    a, b – stałe wykładnicze, wyznaczone w sposób empiryczny

    W – średnia masa pojazdu (Mg).

    Emisję chwilową związaną z ruchem pojazdów po drogach publicznych (głównie pojazdów lekkich, do 4,5 Mg masy całkowitej) określa zależność:

    emisja z drogi obliczenia

    gdzie:

    EF – wskaźnik emisji (g/VKT; VKT- vehicle kilometer traveled),

    k – współczynnik korekcyjny (TSP, PM10, PM2,5),

    s – zawartość w materiale na powierzchni drogi cząstek drobnych - o średnicy ziaren mniejszej, równej 75 μm (%),

    a, c, d – stałe wykładnicze, wyznaczone w sposób empiryczny,

    S – średnia prędkość pojazdów (mph),

    M – wilgotność nawierzchni (%),

    C – wskaźnik emisji z silników spalinowych, ścierania hamulców i opon.

    Emisja roczna powinna natomiast uwzględniać warunki meteorologiczne panujące na danym obszarze, według następującej zależności:

    drogi nieutwardzone

    gdzie:

    Eext – średnioroczny wskaźnik emisji uwzględniający łagodzenie emisji w ciągu roku w wyniku opadów atmosferycznych,

    P – liczba dni w roku z opadem atmosferycznym nie mniejszym niż 0,254 mm.

    Skalę emisji z przykładowej drogi wewnątrzzakładowej (transportowej) o nawierzchni szutrowej przedstawia tabela:

    pył z drogi

    Skalę emisji z przykładowej publicznej drogi tymczasowej o nawierzchni szutrowej przedstawia tabela:

     jak ograniczyć pylenie z drogi nieutwardzonej

     Wpływ emisji na stan zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego

    Ocena oddziaływania emisji z dróg nieutwardzonych na jakość powietrza atmosferycznego jest zagadnieniem skomplikowanym i trudnym. Jest to bowiem emisja bardzo zmienna w czasie (impulsowa). Poniżej przedstawiamy przykład zmienności stężenia pyłu w powietrzu w bezpośrednim sąsiedztwie wewnątrzzakładowej drogi tłuczniowej, przy pojedynczym przejeździe samochodu ciężarowego. Charakterystyka obserwowanej imisji obejmuje różne poziomy wilgotności nawierzchni oraz prędkości przejazdu. Z uwagi na wysoki poziom koncentracji pyłu w powietrzu stężenia wyrażono w mg/m3 (tys. µg/m3).

    pył z drogi kamieniołom

    Rys. Zmiany stężenia pyłu całkowitego (TSP) na drodze technologicznej, w zależności od stopnia nawilżenia nawierzchni (tłuczniowej) oraz szybkości ruchu pojazdu.

    Źródło: Stefanicka M., Techniczne metody ograniczania zapylenia w zakładach kruszyw i ocena ich skuteczności, Mining Science, vol. 20, 2013, 71−85; Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii, Instytut Górnictwa Politechniki Wrocławskiej

    Ocena oddziaływania emisji z drogi nieutwardzonej na podstawie obowiązujących normatywów jakości powietrza wymaga zastosowania modelu uśredniającego emisję do wartości godzinowych, np. przedstawionego powyżej modelu US EPA oraz obliczeń rozprzestrzeniania substancji w powietrzu. Wykorzystując metodykę zawartą w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 26 stycznia 2010 r. w sprawie wartości odniesienia dla niektórych substancji w powietrzu (Dz. U. Nr 16, poz. 87) oraz model drogi CALINE3 zawarty w programie obliczeniowym Operat FB, dla analizowanej tymczasowej drogi miejskiej, eksploatowanej przez okres jednego miesiąca uzyskujemy następujące poziomy stężeń:

    pył z drogi zanieczyszczenie powietrza

    Wydruk z programu Operat FB. Model drogi CALINE3: strefa mieszania 10 m, wysokość warstwy mieszania 1000 m.

    Aktualności
    • 04
      kwiecień
      Z wprowadzonego w jednym ze stanów (stanie Arizona) nakazu pozostania w domach wyłączono tak zwane sektory / działalności niezbędne. Zaliczono do nich działalność firmy zajmującej się supresją emisji niezorganizowanej pyłów (SOILWORKS®). Dzięki tej klasyfikacji walka o życie i zdrowie mieszkańców w związku z epidemią koronawirusa nie pogorsza znacząco efektów stałych starań o łagodzenie skutków zdrowotnych zanieczyszczenia powietrza, w tym przedwczesnych zgonów związanych z emisją pyłu zawieszonego PM10 i PM2,5
    • 22
      marzec
      W Dzienniku Ustaw (poz. 497) opublikowane zostało rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 20 marca 2020 r. w sprawie utworzenia Ministerstwa Środowiska. Opublikowano również (poz. 498) rozporządzenie Rady Ministrów w sprawie przekształcenia Ministerstwa Aktywów Państwowych polegającego na wyłączeniu komórek organizacyjnych obsługujących sprawy działu energia oraz pracowników obsługujących sprawy tego działu. Wyłączone komórki organizacyjne i pracownicy zostają włączeni do Ministerstwa klimatu na podstawie rozporządzenie Rady Ministrów w sprawie przekształcenia Ministerstwa Klimatu (poz. 499).
    • 20
      marzec
      Z uwagi na stan epidemii w związku z zakażeniami wirusem SARS-CoV-2 (koronawirus) terminy zaplanowanych konferencji i szkoleń zostały zmienione: - szkolenie z modelowania stężeń zanieczyszczeń w powietrzu odbędzie się 15 września br. - Kongres Biomasy 2020 zaplanowany jest na dni 18-19 maja br. Miejsca i programy Wydarzeń nie ulegają zmianie. Dokonane zgłoszenia utrzymują rezerwację miejsc.
    NEWSLETTER:
    Jeśli chcesz otrzymywać powiadomienia o nowych artykułach zapisz się
     
    Szkolenie Rozprzestrzenianie zanieczyszczeń w powietrzu Poznań 2020
    Kongres Biomasy 2020
    Operat FB

    Zobacz komunikaty JRC / US EPA / EEA / NIK / GDOŚ / GIOŚ / IOŚ / MŚ:

    EPA Settlement with Concrete and Stone Producer Resolves Clean Air Violations in N. Attleborough, Mass. 13.03.2020

    EEA: Assessing air quality through citizen science 12.03.2020

    pył zawieszony PM10
    © EEA

    EPA to Review Lead Ambient Air Standards 12.03.2020

    EEA: Member States must cut emissions across all sectors to achieve EU climate targets by 2030 10.03.2020

    EPA settles diesel emissions cases against three northwest companies 05.03.2020

    EPA: Agency Releases Annual Automotive Trends Report Showing Marginal Increases in Fuel Economy 02.03.2020

    EPA Releases PFAS Action Plan: Program Update 26.02.2020

    EPA Continues to Act on PFAS, Proposes to Close Import Loophole and Protect American Consumers (20.02.2020)

    EPA and OXARC, Inc. settle Clean Air Act violations at company’s Pasco facility (20.02.2020)

    EPA’s 2019 Power Plant Emissions Data Demonstrate Significant Progress (19.02.2020)

    EPA Proposes Additional Amendments to the Regulations for Coal Combustion Residuals (19.02.2020)

    EPA Announces 2019 Annual Environmental Enforcement Results (19.02.2020)

    EPA Announces Community-Scale Air Toxics Monitoring Grant Competition (13.02.2020)

    EEA: The European Pollutant Release and Transfer Register (E-PRTR), Member States reporting under Article 7 of Regulation (EC) No 166/2006 (06.02.2020)

    EEA: Fluorinated greenhouse gases 2019 Data reported by companies on the production, import,export, destruction and feedstock use of fluorinated greenhouse gases in the European Union, 2007-2018 (04.02.2020)

    f-gazy
    © EEA

    EEA: European Union continues to phase-down its use of climate-warming fluorinated gases (04.02.2020)

    EEA: Consumption of controlled ozone-depleting substances (04.02.2020)

    EEA: Transport: increasing oilconsumption andgreenhouse gas emissionshamper EU progresstowards environment andclimate objectives (03.02.2020)

    EPA Settlement with Gulfport Energy to Reduce Emissions from Oil and Natural Gas Operations by 313 Tons Per Year (22.01.2020)

    Zobacz bieżące artykuły w Atmospheric Environment:

    Near-road vehicle emissions air quality monitoring for exposure modeling

    The impact of biomass burning on the oxidative potential of PM2.5 in the metropolitan area of Milan

    Physical and chemical properties of non-exhaust particles generated from wear between pavements and tyres

    Where air quality has been impacted by weather changes in the United States over the last 30 years?

    Emission and simulation of primary fine and submicron particles and water-soluble ions from domestic coal combustion in China

    Zobacz EUR-Lex:

    Sprawozdanie specjalne nr 6/2020 „Zrównoważona mobilność w miastach w UE – bez zaangażowania ze strony państw członkowskich nie będzie możliwa istotna poprawa” 11.03.2020

    Przyjęcie decyzji Komisji w sprawie przekazania przez Zjednoczone Królestwo Wielkiej Brytanii i Irlandii Północnej zmienionego przejściowego planu krajowego, o którym mowa w art. 32 dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE w sprawie emisji przemysłowych 26.02.2020

    Opinia Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego „Komunikat Komisji do Parlamentu Europejskiego, Rady, Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego i Komitetu Regionów »Zjednoczeni w realizacji unii energetycznej i działań w dziedzinie klimatu – Przygotowanie fundamentów w celu zapewnienia udanego przejścia na czystą energię«” 11.02.2020

    Opinia Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego „Bardziej konstruktywna rola społeczeństwa obywatelskiego we wdrażaniu prawa ochrony środowiska” 11.02.2020

    Zawiadomienie dla przedsiębiorstw zamierzających wprowadzać wodorofluorowęglowodory luzem do obrotu w Unii Europejskiej w 2021 r. 06.02.2020

    Opinia Europejskiego Komitetu Regionów – W kierunku zrównoważonej Europy 2030: działania następcze w związku z celami zrównoważonego rozwoju ONZ, transformacją ekologiczną i porozumieniem klimatycznym z Paryża 05.02.2020

    Opinia Europejskiego Komitetu Regionów – Wdrażanie pakietu „Czysta energia”: krajowe plany w dziedzinie energii i klimatu jako narzędzie zarządzania na poziomie lokalnym i terytorialnym w dziedzinie klimatu oraz energii aktywnej i pasywnej 05.02.2020

    Opinia Europejskiego Komitetu Regionów – Inteligentne miasta – nowe wyzwania dla sprawiedliwej transformacji w kierunku neutralności klimatycznej: jak osiągnąć cele zrównoważonego rozwoju? 05.02.2020

    Opinia Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego „Rozwijanie synergii pomiędzy różnymi planami działania dotyczącymi gospodarki o obiegu zamkniętym” (15.01.2020)