Pył zawieszony

Termin pył zawieszony (PM, ang. Particulate Matter) można zdefiniować jako mieszaninę cząstek stałych i ciekłych zawieszonych w powietrzu. Pył zawieszony jest jednym z głównych składników smogu. Zatem ograniczenie jego emisji do powietrza jest kluczowe w kontekście walki o nasze zdrowie. Nie jest to zadanie proste, ponieważ źródła pyłu są powszechne.

Mikrometr oznaczany symbolem µm stanowi jedną milionową metra i za pomocą tej jednostki opisuje się wielkość pyłów zawieszonych. Najczęściej wyróżnia się cząstki o wielkości średnicy do 10 μm (PM₁₀), o średnicy do 2,5 μm (PM_2,5) oraz o średnicy do 1 μm (PM₁). Aby zrozumieć jak niewielkich rozmiarów są to obiekty zastosowano porównanie do włosa ludzkiego i ziarnka piasku (rysunek 1).

Rysunek 1. Wielkość cząstek pyłów zawieszonych (na podstawie EPA 2010)

Źródła pyłu w Polsce

Według najnowszych szacunków Europejskiej Agencji Środowiska (EEA, ang. European Agency) za 2018 rok największym źródłem emisji pyłu zawieszonego PM₁₀ był w Polsce sektor komunalno-bytowy, czyli tzw. niska emisja. Odpowiadała ona za ponad 41% emisji. Instytut Ochrony Środowiska – PIB, w ramach procesu modelowania matematycznego, wykonanego na potrzeby oceny jakości powietrza w Polsce za rok 2019, określił uśrednione udziały procentowe poszczególnych kategorii źródeł emisji zanieczyszczeń w stężeniach obliczonych dla stref w Polsce. Tutaj również jako główną przyczynę przekroczeń norm dla pyłu PM₁₀ wymieniano oddziaływanie emisji związanych z indywidualnym ogrzewaniem budynków. Zgodnie z danymi Krajowego Ośrodka Bilansowania i Zarządzania Emisjami (KOBiZE), głównym źródłem emisji pyłu PM₁₀ do atmosfery w Polsce są procesy spalania paliw poza przemysłem i transportem. Emisja z tych procesów stanowiła w roku 2018, dla którego dostępne są dane, około 44% całkowitej emisji pyłu PM₁₀ z terenu kraju. Zgodnie z analizami przeprowadzonymi w KOBiZE, głównym źródłem emisji pyłu PM_2,5 do atmosfery w Polsce są procesy spalania paliw poza przemysłem i transportem. Emisja z tych procesów stanowi ok. 52% całkowitej emisji pyłu PM_2,5 z obszaru kraju. W tej kategorii największy udział ma emisja z sektora komunalno-bytowego, w tym przede wszystkim związana z ogrzewaniem budynków. Transport drogowy odpowiedzialny jest za ok. 10% krajowej emisji pyłu PM_2,5.

Rysunek 2. Udział istotnych sektorów w emisji pyłu PM₁₀ w Polsce w roku 2018. Źródło: Ministerstwo Klimatu 2020

Warto zauważyć, że informacje o których mowa są pewnymi szacunkami. Nie istnieje bowiem jedna i oparta na rzeczywistych danych baza, która zebrałaby informacje o wszystkich źródłach emitujących zanieczyszczenia do powietrza, a w szczególności tych indywidualnych. Przegłosowana 17 września 2020 roku przez sejm ustawa przewiduje utworzenie Centralnej Ewidencji Emisyjności Budynków. Będzie to istotne narzędzie wspierające wymianę pieców, tak zwanych „kopciuchów”, ale również dostarczające informacji na temat systemu grzewczego w danym lokalu. Budowa nowego systemu została powierzona GUNB (Główny Urząd Nadzoru Budowlanego).

Jak wynika z analiz Głównego Inspektoratu Ochrony Środowiska (GIOŚ), w poszczególnych obszarach Polski występują różnice w udziałach emisji. Są one związane z lokalną i regionalną obecnością określonych grup źródeł emisji oraz ich aktywnością, a także położeniem geograficznym. Przykładowo większe są udziały emisji transportowej na obszarze aglomeracji. Wyraźnie większe są również udziały napływu transgranicznego zanieczyszczeń na obszarze przygranicznym. Z kolei udział rolnictwa jest związany z wielkością i aktywnością tego sektora w danym miejscu oraz jego otoczeniu, przy jednoczesnej mniejszej obecności np. znaczącego lokalnego przemysłu. Źródła przemysłowe i energetyczne mają największy udział w rejonach silnie uprzemysłowionych (np. aglomeracja górnośląska) lub na terenie miast, gdzie zlokalizowane są znaczące obiekty z tego sektora. przypadku większości analizowanych stref w 2019roku w kraju dominował udział sektora komunalno-bytowego, przy udziale napływu spoza granic kraju.

Normy

Podstawowe wskaźniki, które można wykorzystać do oceny jakości powietrza to poziomy dopuszczalne substancji w powietrzu wskazane w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 24 sierpnia 2012 roku w sprawie poziomów niektórych substancji w powietrzu. Poziom dopuszczalny oznacza poziom substancji w powietrzu ustalony na podstawie wiedzy naukowej, w celu unikania, zapobiegania lub ograniczania szkodliwego oddziaływania na zdrowie ludzkie lub środowisko jako całość, który powinien być osiągnięty w określonym terminie i po tym terminie nie powinien być przekraczany. Jest on standardem jakości powietrza. Dla pyłu zawieszonego te wartości prezentują się następująco:

Nazwa substancji	Okres uśredniania wyników pomiarów	Poziom dopuszczalny substancji w powietrzu [µg/m3]	Dopuszczalna częstość przekroczenia dopuszczalnego poziomu w roku kalendarzowym
Pył zawieszony PM2,5**	rok kalendarzowy	25*	nie dotyczy
Pył zawieszony PM10***	24 godziny	50*	35 razy
Pył zawieszony PM10***	rok kalendarzowy	40*	nie dotyczy

Nazwa substancji	Okres uśredniania wyników pomiarów	Poziom dopuszczalny substancji w powietrzu [µg/m3]	Dopuszczalna częstość przekroczenia dopuszczalnego poziomu w roku kalendarzowym
Pył zawieszony PM2,5**	rok kalendarzowy	25*
Pył zawieszony PM10***	24 godziny	50*	35 razy
	rok kalendarzowy	40*	nie dotyczy

*Poziom dopuszczalny ze względu na ochronę zdrowia ludzi.

**„PM_2,5” oznacza pył przechodzący przez otwór sortujący, zdefiniowany w referencyjnej metodzie pobierania próbek i pomiaru PM_2,5, zgodnie z normą PN-EN 12341:2014-07, przy 50% granicy sprawności dla średnicy aerodynamicznej do 2,5 μm.

***„PM₁₀” oznacza pył przechodzący przez otwór sortujący, zdefiniowany w referencyjnej metodzie pobierania próbek i pomiaru PM₁₀, zgodnie z normą PN-EN 12341:2014-07, przy 50% granicy sprawności dla średnicy aerodynamicznej do 10 μm.

Na ich podstawie dokonywana jest ocena poziomów substancji w powietrzu, o której mowa w art. 89 ustawy z dnia 27 kwietnia 2001 roku – Prawo ochrony środowiska. Ocena jakości powietrza jest prowadzona wg kryteriów określonych w dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/50/WE z dnia 21 maja 2008 roku w sprawie jakości powietrza i czystszego powietrza dla Europy oraz dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady 2004/107/WE z dnia 15 grudnia 2004 roku w sprawie arsenu, kadmu, niklu, rtęci i wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w otaczającym powietrzu.

Normy stężeń dla pyłu zawieszonego zalecane przez Światową Organizację Zdrowia to:

• stężenia dobowe PM₁₀ – 50 µg/m³,

• stężenia średnioroczne PM₁₀ – 20 µg/m³,

• stężenia dobowe PM_2,5 – 25 µg/m³,

• stężenia średnioroczne PM_2,5 – 10 µg/m³ .

Obok norm, na podstawie których dokonuje się formalnej oceny jakości powietrza, występują jeszcze poziomy alarmowe oraz poziomy informowania. Dla pyłu PM₁₀ wynoszą one odpowiednio:

– poziom alarmowy: 150 µg/m³ dla średniej dobowej;

– poziom informowania: 100 µg/m³ dla średniej dobowej.

Przekroczenia tych poziomów są komunikowane na stronie GIOŚ i można je sprawdzić pod adresem: http://powietrze.gios.gov.pl/pjp/warnings/.

Zanieczyszczenie pyłem w Polsce

Roczna ocena jakości powietrza wykonywana jest w odniesieniu do pyłu zawieszonego (PM_2,5 i PM₁₀) ze względu na ochronę zdrowia ludzi. Podstawę oceny za 2019 rok, wykonanej w roku 2020, stanowiły kryteria określone w rozporządzeniu Ministra Środowiska z 24 sierpnia 2012 roku w sprawie poziomów niektórych substancji w powietrzu (z późniejszymi zmianami). Zasadniczy podział stref, w których dokonuje się oceny, to klasy A i C. W klasie A poziom stężeń zanieczyszczenia nie przekracza poziomu dopuszczalnego, a w klasie C jest powyżej tego poziomu.

W rocznej ocenie jakości powietrza pod kątem stężeń pyłu PM₁₀, w klasyfikacji stref według parametrów uwzględnia się dwie wartości kryterialne: poziom dopuszczalny dla stężeń 24-godzinnych i poziom dopuszczalny dla stężenia średniego rocznego.

W wyniku oceny za 2019 rok na podstawie 24-godzinnych stężeń pyłu PM₁₀ (rysunek 3), 46 stref zaliczono do klasy A (ok. 52%) i 22 do klasy C (ok. 48%). Stanowi to wyraźną poprawę w stosunku do lat poprzednich: w roku 2018 klasę C przypisano 39 strefom, w 2017 – 34 strefom, natomiast w roku 2016 – 35 strefom. Przekroczenie normy w roku 2019 stwierdzono w strefach leżących na terenie 10 z 16 województw.

Rysunek 3. Klasy stref określone na podstawie 24-godzinnych stężeń pyłu PM10 w wyniku oceny jakości powietrza za rok 2019 (ochrona zdrowia). Źródło: Państwowy Monitoring Środowiska – GIOŚ, opracowanie: INFAIR, IOŚ-PIB

Na podstawie stężeń średnich rocznych, występujących w roku 2019 (rysunek 4), klasę A przypisano 41 strefom (ok. 89%), natomiast 5 stref zaliczono do klasy C. W roku poprzednim (2018) przekroczenie poziomu dopuszczalnego, określonego dla średnich rocznych stężeń PM₁₀, stwierdzono na obszarze 9 stref, natomiast w przypadku oceny za rok 2017 klasę C uzyskało 10, a za rok 2015 – 9 stref. W 2019 roku do klasy C zaliczono strefy leżące w większości na terenie dwóch województw położonych w południowej części Polski (śląskiego i małopolskiego).

Rysunek 4. Klasy stref określone na podstawie średnich rocznych stężeń pyłu PM10 w Polsce w wyniku oceny jakości powietrza za rok 2019 (ochrona zdrowia). Źródło: Państwowy Monitoring Środowiska – GIOŚ, opracowanie: INFAIR, IOŚ-PIB

W wyniku oceny dotyczącej PM_2,5 za 2019 rok, 8 spośród 46 stref w kraju (ok. 17%) zaliczono do klasy C. Na ich obszarze stwierdzono wystąpienie przekroczenia poziomu dopuszczalnego określonego dla stężeń średnich rocznych pyłu PM_2,5. Pozostałe 38 stref (ok. 63%) uzyskało klasę A. W porównaniu z wynikami oceny za rok poprzedni (2018) liczba stref zaliczonych w ocenie za rok 2019 do klasy C zmniejszyła się z 14 do 8.

Rysunek 5. Klasy stref określone na podstawie średnich rocznych stężeń pyłu PM2,5 w Polsce w wyniku oceny jakości powietrza za rok 2019 (ochrona zdrowia). Źródło: Państwowy Monitoring Środowiska – GIOŚ, opracowanie: INFAIR, IOŚ-PIB

Rankingi

W corocznej ocenie jakości powietrza Europejskiej Agencji Środowiska (EEA, ang. European Agency) pt. „Air quality in Europe” („Jakość powietrza w Europie”) można znaleźć kompleksowe informacje o danych z całego kontynentu wraz z porównaniem państw między sobą.

Według rankingu, który został ogłoszony w 2020roku dla danych z roku 2018, Polska zajęła 6 miejsce od końca na 37 krajów, które przekazały dane dotyczące godzinowych stężeń pyłu PM₁₀ i 7 od końca dla wartości średniej godzinowej PM₁₀. To oznacza, że Polska jest w wąskiej grupie państw o najniższej jakości powietrza. Gdyby wziąć pod uwagę tylko kraje unijne, Polska ma najwyższe stężenia PM₁₀ w ujęciu dobowym i prawie najgorsze dla roku – tutaj gorsza jest tylko Bułgaria.

Rysunek 6. Stężenie pyłu PM₁₀ w kontekście przekroczeń poziomu dopuszczalnego dobowego (24h) w 2018 roku; w nawiasie obok nazwy państwa znajduje się liczba stacji pomiarowych. Źródło: Europejska Agencja Środowiska

Rysunek 7. Stężenie pyłu PM₁₀ w kontekście przekroczeń poziomu dopuszczalnego rocznego w 2018 roku; w nawiasie obok nazwy państwa znajduje się liczba stacji pomiarowych. Źródło: Europejska Agencja Środowiska

Ze sprawozdania EEA wynika również, że w 2018 roku 6 państw członkowskich przekroczyło unijną roczną wartość dopuszczalną dla drobnego pyłu zawieszonego PM_2,5, a Polska zajęła 2 miejsc od końca na 33 kraje raportujące do Agencji – gorzej jest tylko w Bośni i Hercegowinie. Gdyby wziąć pod uwagę tylko kraje unijne, to Polska ma najwyższe stężenia PM_2,5 w całej spólnocie, a tym samym najniższą jakość powietrza.

Rysunek 8. Stężenie pyłu PM_2,5 w kontekście przekroczeń poziomu dopuszczalnego rocznego w 2018 roku; w nawiasie obok nazwy państwa znajduje się liczba stacji pomiarowych. Źródło: Europejska Agencja Środowiska

Barcelona Institute for Global Health (ISGlobal) opublikował na początku 2021roku ranking, w którym porównano wyniki narażenia zdrowotnego spowodowanego wysokimi stężeniami PM_2,5 i NO₂ w 1000 europejskich miast. Biorąc pod uwagę zanieczyszczenie drobnymi pyłami, aż 3 polskie miasta znalazły się w pierwszej dziesiątce: Górnośląsko-Zagłębiowska Metropolia (5 miejsce), Jastrzębie-Zdrój (7) i Rybnik (9). Więcej o wynikach rankingu można przeczytać w artykule na SmogLab.

Rysunek 9. Ranking ISGlobal dla zanieczyszczenia PM_2,5

O tym, jak wygląda zanieczyszczenie powietrza w poszczególnych polskich miastach co roku informuje Polski Alarm Smogowy (PAS), tworząc na podstawie pomiarów GIOŚ ranking. Pierwsze miejsca związane ze stężeniem pyłu PM₁₀ za 2019 rok zajmują miejscowości z południa Polski: dwa z województwa śląskiego – Pszczyna i Rybnik oraz jedno z małopolskiego – Nowy Targ. W Pszczynie norma (35 dni) została przekroczona trzykrotnie (106 dni).

Rysunek 10. Ranking miast z największą liczbą dni z przekroczeniem dobowego poziomu dopuszczalnego PM₁₀. Źródło: PAS na podstawie GIOŚ

Rysunek 11. Mapa miast z największą liczbą dni z przekroczeniem dobowego poziomu dopuszczalnego PM10. Źródło: PAS na podstawie GIOŚ

Wpływ na zdrowie

W raporcie Europejskiej Agencji Środowiska (EEA, ang. European Environment Agency) pt. „Air quality in Europe” („Jakość powietrza w Europie”) oszacowano ilu ludzi traci przedwcześnie życie z powodu zanieczyszczeń powietrza. Według tych analiz, w Polsce w 2018 roku 46 300 osób umarło przedwcześnie na skutek ekspozycji na pył PM_2,5.

The Institute for Health Metrics and Evaluation (IHME) publikuje statystyki dotyczące zdrowia na świecie. W specjalnej aplikacji można znaleźć dane dotyczące globalnego obciążenia chorobami (The Global Burden of Diseases). Wśród 20 powodów śmierci w Polsce w 2019 roku na 7 miejscu są zanieczyszczenia powietrza.

Rysunek 12. Czynniki ryzyka zdrowotnego w Polsce, 2019 r. Źródło: Global Burden of Disease

Wśród przyczyn zgonów, jakie są związane z zanieczyszczonym powietrzem jako czynnikiem ryzyka, najwięcej stanowią choroby układu krwionośnego, dalej choroby nowotworowe, choroby układu oddechowego, a najmniej cukrzyca i choroby nerek oraz infekcje dróg oddechowych.

Biorąc pod uwagę dane dla całego świata zanieczyszczenie powietrzem jest 4 z kolei najważniejszym czynnikiem ryzyka decydującym o przedwczesnych zgonach i życiu w warunkach niepełnosprawności.

Rysunek 13. Czynniki ryzyka zdrowotnego na świecie, 2019 r. Źródło: Global Burden of Disease

Podział pyłów zawieszonych w zależności od wielkości tworzących je cząsteczek jest bardzo ważny, ponieważ im mniejsze drobinki, tym stanowią większe zagrożenie dla naszego zdrowia. Drugim istotnym aspektem jest skład chemiczny cząstek. Duże cząstki (>10 µm) trafiają do górnych dróg oddechowych, nieco mniejsze (5–10 µm) do dolnych dróg oddechowych. Cząstki 2,5 µm i mniejsze docierają do pęcherzyków płucnych i miąższu płuca, a nawet dalej do krwiobiegu.

Rysunek 14. Cząstki pyłu w drogach oddechowych. Źródło: https://micronairblue.com/pl/drobny-py%C5%82

Wpływ pyłu zawieszonego w powietrzu na zdrowie był i nadal jest przedmiotem intensywnych badań naukowców z całego świata. Większość ich prac skupia się na znalezieniu związków pomiędzy wysokością stężenia pyłu zawieszonego w powietrzu, a występowaniem skutków zdrowotnych w zakresie chorób układu oddechowego i krążenia oraz zawałów serca. Badania te prowadzone są w ujęciu oceny krótko- i długookresowego narażenia. Krótkookresowe narażenie (ekspozycja na wysokie stężenia w okresie od kilku godzin do kilku dni) powoduje najczęściej gwałtowną i ostrą reakcję organizmu najbardziej wrażliwych grup społeczeństwa, zaś długookresowe (narażenie na relatywnie niewielkie poziomy zanieczyszczeń w okresie wielu lat) wiąże się najczęściej z występowaniem skutków chorób przewlekłych. Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem (IARC, ang. International Agency for Research on Cancer) uznała, że istnieją wystarczające i niezbite dowody na to, iż narażenie ludzi na zanieczyszczenia powietrza ogółem oraz oddzielnie na pył zawieszony powoduje raka płuc, tym samym zaliczając pył zawieszony do grupy 1^,.

Z punktu widzenia zdrowia publicznego, wzrost poziomu zanieczyszczenia powietrza pyłem zawieszonym powoduje wymierne skutki w danej populacji. Potwierdzają to wyniki badań epidemiologicznych, wskazując jednoznacznie, iż w przypadku pyłu zawieszonego nie ma bezpiecznego dla zdrowia progu, poniżej którego nie obserwuje się negatywnych skutków zdrowotnych.

Badania wykazały również wyraźny związek pomiędzy ekspozycją na zanieczyszczenia pyłowe a występowaniem całego szeregu efektów zdrowotnych, takich jak:

• przedwczesny zgon u osób z chorobami układu oddechowego i krążenia, zawał serca;
• zaburzenia tętna;
• nasilenie objawów astmy;
• osłabienie czynności płuc;
• podrażnienie dróg oddechowych, kaszel, problemy z oddychaniem.

Ze względu na silne, niekorzystne oddziaływanie zdrowotne oraz wysoką koncentrację, zwłaszcza w obszarach miejskich, pył zawieszony plasowany jest przez WHO na 1 miejscu wśród zanieczyszczeń powietrza zagrażających zdrowiu i życiu, a w przypadku pyłu PM_2,5 trudno jest wyznaczyć bezpieczny poziom, poniżej którego nie występują niekorzystne skutki zdrowotne.

Wśród najnowszych doniesień naukowych, które potwierdzają negatywny wpływ zanieczyszczeń pyłowych na zdrowie możemy :

• ryzyko utraty wzroku,
• ryzyko alergii,
• bezpłodność.