Ocena wpływu pożarów składowisk odpadów na stan jakości powietrza atmosferycznego [rozprawa doktorska] - Szkoła Główna Służby Pożarniczej (1982-2023).; Bihałowicz, Jan Stefan; Krasuski, Adam.; Rogula-Kozłowska, Wioletta (Warszawa Szkoła Główna Służby Pożarniczej, 2022)
Pożar, jako źródło kształtujące jakość powietrza, wpływa na wzrost stężeń zanieczyszczeń w jego najbliższym otoczeniu, a także wpływa na wzrost stężeń w oddalonych lokalizacjach, dzięki zjawisku transportu zanieczyszczeń w atmosferze. Wzrost stężeń tych zanieczyszczeń będzie tym większy im większa będzie emisja z danego pożaru, która zależy od wielkości pożaru i od materiału, który uległ spaleniu. W ostatnim dziesięcioleciu w Polsce średnio co dziesiąty pożar o powierzchni większej niż >1000 m² był pożarem odpadów a w roku 2018 prawie co czwarty. W związku z powyższym podjęto prace badawcze dotyczące oceny wpływu pożarów składowisk odpadów na stan jakości powietrza atmosferycznego. Niniejsza rozprawa doktorska została przygotowana w formie spójnego tematycznie zbioru 10 recenzowanych publikacji naukowych: 1 Bihałowicz, J. J. Ecol. Eng. 23, 147–157 (2022) 2 Bihałowicz, J. S. et al. Waste Management 125, 182–191 (2021) 3 Bihałowicz, J. S. et al. Environmental Research Letters 16, 104026–104026 (2021) 4 Bihałowicz, J. S. Science. Business. Society. 6, 11–14 (2021) 5 Rogula-Kozłowska, W. et al. ZN SGSP 83, 33–43 (2022) 6 Bihałowicz, J. S. w monografii Współczesne problemy ochrony środowiska – wybrane aspekty (2021) 7 Bihałowicz, J. S. ZN SGSP 81, 7–28 (2022) 8 Bihałowicz, J. S. et al. Aerosol Air Qual. Res. 22, 220172 (2022) Strona 2 z 3 9 Bihałowicz, J. S. et al. Materials 15, 152–152 (2021) 10 Rogula-Kozłowska, W. et al. w monografii 11th International Aerosol Conference IAC2022 4-9 September 2022 Abstract Book (2022) Sformułowano dwie hipotezy i trzy cele badawcze. Pierwsza hipoteza brzmiała Emisja związana z dużym i bardzo dużym pożarem składowiska odpadów wyraźnie wpływa na stężenie PM₁₀ w powietrzu atmosferycznym. Aby móc zweryfikować tę hipotezę najpierw przeprowadzono analizę ewidencji pożarów oraz dokonano przeglądu literatury dotyczącego pożarów odpadów. Wykazano na wstępie, że istniały jedynie nieliczne publikacje naukowe dotyczące pożarów odpadów, najczęściej stanowiące studium przypadku. Wyniki analizy ewidencji pożarów przedstawiono w publikacji 1. Omówiono zagadnienie pożarów odpadów w Polsce w latach 2012-2021. Obejmuje ona trzy główne obszary związane z pożarami odpadów: analizę lokalizacji, zużycie wody i środków gaśniczych oraz wstępne szacunki wielkości emisji niektórych zanieczyszczeń do atmosfery. W publikacji 2 opracowano ramy metodyki oceny wpływu pożaru składowiska odpadów na jakość powietrza. Metodyka bazowała na analizie danych o pożarach, wyznaczeniu wielkości emisji różnych zanieczyszczeń z pożaru wraz z jej niepewnością oraz zaproponowaniu analizy dyspersji za pomocą pakietu HYSPLIT. Stosując zaproponowaną metodykę wyznaczono emisje dla każdego z 79 pożarów odpadów które miały miejsce w 2018 roku. Zsumowanie tych emisji pokazało, że pożary składowisk odpowiadały za 2,17% całkowitej rocznej emisji pyłu PM₁₀ w Polsce, a emisja tlenku węgla z pożarów odpadów wynosi 0,84% całkowitej rocznej emisji. Emisje dwutlenku siarki, węgla, tlenków azotu i metanu z pożarów odpadów nie przekraczały 0,2% rocznych emisji tych związków. Wyniki dotyczące emisji pyłu były podstawą do przeprowadzenia symulacji HYSPLIT. Dane o miejscu i czasie pożarów wraz z wyznaczoną emisją zostały wykorzystane do stworzenia 79 map dyspersji smugi zanieczyszczeń z pożarów odpadów które zostały opublikowane w ramach publikacji 3. Po raz pierwszy publikacja naukowa tak szczegółowo traktowała wszystkie pożary które miały miejsce na danym obszarze w dłuższym przedziale czasowym, a konkretnie na obszarze Polski w roku 2018. Wyznaczone dyspersje atmosferyczne przeanalizowano przy wykorzystaniu oprogramowania GIS. Pożary odpadów spowodowały na co najmniej jedną godzinę wzrosty stężeń PM₁₀ o 1, 10, 100, 1 000 i 10 000 μg/m³ na obszarach odpowiednio 2306 tys. km², 641 tys. km², 59 tys. km², 5666 km² oraz 17 km². Dodatkowo wykazano, że do opisu wpływu pożaru są potrzebne trzy parametry: powierzchnia ze wzrostem stężenia, liczba ludności zamieszkująca ten obszar i odległość od miejsca pożaru do najdalszego punktu ze wzrostem stężenia. Metodykę tą zastosowano również w publikacji 4 do analizy dyspersji metanu, tlenku węgla, dwutlenku węgla, tlenków azotu i dwutlenku siarki z dwóch wybranych pożarów z roku 2018 oraz w publikacji 5 do analizy wpływu pożaru odpadów komunalnych na stężenia 23 wybranych związków. Druga hipoteza badawcza, która została pozytywnie zweryfikowana w trakcie pracy brzmiała: Wpływ dużego i bardzo dużego pożaru na stężenia PM₁₀ jest możliwy do określenia za pomocą modeli uczenia maszynowego stężeń z sensorów stacji monitorujących oraz modelowania trajektorii cząstek. Jej weryfikacja polegała na rozpoznaniu w publikacji 7 możliwości modelowania stężeń na stacjach pomiaru jakości powietrza za pomocą różnych modeli uczenia maszynowego na podstawie danych meteorologicznych. Wskazano w niej, że podczas pożaru odpadów w Szczecinie, niedaleko jednej z takich stacji, stężenia zanieczyszczeń przewidziane przez najlepiej dopasowane modele były niedoszacowane. Sprawdzenie, że stężenia w trakcie pożaru są istotnie większe niż prognozowane, było kontynuowane w publikacji 8. Na podstawie analizy lokalizacji ponad 1,3 miliona pożarów w Polsce z lat 2012-2021 i analizy dyspersji z publikacji 3 wykazano, że w trakcie pożarów stężenia PM₁₀, benzenu i toluenu były niedoszacowanie przez modele. Publikacje 9 i 10 poświęcone były analizie charakterystyki pyłu emitowanego w pożarach odpadów. W badaniach analizowano rozkłady liczby i masy cząstek pyłu, które były emitowane w testowych pożarach, w funkcji średnicy aerodynamicznej. W publikacji 9 zaproponowano nowe podejście matematyczne wyznaczenia gęstości PM, bazujące na założeniu, że rozkład liczby cząstek opisany jest rozkładem logarytmicznie normalnym. Model ten pozwala na wyznaczanie względnych gęstości cząstek opisanych różnymi rozkładami logarytmicznie normalnymi poprzez porównanie rozkładu uzyskanego metodą grawimetryczną i za pomocą elektrycznej części impaktora. Zastosowano również wyniki tego modelu do przewidywania rozkładu cząstek z pożaru zmieszanych materiałów i porównano go ze zmierzonymi za pomocą impaktora. W publikacji 10 przeanalizowano zmienność parametrów rozkładów liczby i masy cząstek w trakcie trwania pożaru testowego, jego gaszenia i po ugaszeniu. W niniejszej rozprawie doktorskiej zweryfikowano dwie hipotezy badawcze i osiągnięto trzy cele szczegółowe. Dostarczyło to nowych informacji na temat wpływu pożarów składowisk odpadów na jakość powietrza atmosferycznego. Dotychczas nie zostały opracowane metodyki kompleksowej oceny wpływu pożarów składowisk odpadów na jakość powietrza, inne niż przedstawione w tej pracy. Ukończenie niniejszej rozprawy doktorskiej nie może być traktowane jako wyczerpanie wpływu pożarów odpadów na jakość powietrza, lecz jako jego nowe otwarcie, szczególnie z wykorzystaniem opracowanej w ramach doktoratu ramowej metodyki oceny oddziaływania pożarów odpadów na jakość powietrza. [Streszczenie Autora]
Sygnatura RD-11
Bibliografia, wykaz norm i aktów prawnych na stronach 51-53.
Keywords: Rozprawa doktorska; Składowiska odpadów; Jakość powietrza; Zanieczyszczenie