ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA
POWIETRZE jest mieszaniną gazów, z których składa się atmosfera ziemska.
Głównymi jego składnikami są; azot stanowiący ok. 78% i tlen ok. 21%.Pozostałą część stanowią inne gazy; argon, dwutlenek węgla oraz w niewielkich ilościach; neon, hel, krypton, ksenon i wodór. Ponadto powietrze zawiera różną, zależną od warunków otoczenia ilość pary wodnej.
Procentowa zawartość głównych składników powietrza nie ulega zmianie od poziomu morza do wysokości 80 km nad powierzchnią Ziemi; wyjątek stanowią: para wodna i aerozole atmosferyczne, występujące głównie w warstwach powietrza znajdujących się bliżej powierzchni Ziemi. Połowa zawartej w atmosferze pary wodnej występuje poniżej wys. 1,5 km oraz ozon, który koncentruje się na wys. 20–30 km. Powyżej wys. 80 km powietrze staje się bardziej rozrzedzone, a jego skład ulega zmianie w wyniku procesów zachodzących pod wpływem krótkofalowego promieniowania słonecznego i promieniowania kosmicznego (dysocjacji cząsteczek, jonizacji cząsteczek i atomów oraz reakcji fotochemicznych).
Powietrze wywiera ciśnienie na powierzchnię Ziemi i przedmioty w nim się znajdujące (ciśnienie atmosferyczne). Stanowi ośrodek, w którym przebiegają najważniejsze procesy życiowe organizmów: procesy utleniania i spalania. Jest surowcem dla przemysłu azotowego, a także stosowane jako środek przenoszący ciepło lub masę w procesach ogrzewania, chłodzenia, suszenia, nawilżania; sprężone powietrze jest używane do poruszania maszyn pneumatycznych.
Powietrze skroplone jest błękitną, ruchliwą cieczą (po raz pierwszy powietrze skroplili 1883 Z. Wróblewski i K. Olszewski). W tej postaci jest stosowane głównie do otrzymywania tlenu, azotu i gazów szlachetnych oraz do wytwarzania niskich temperatur.
Przestrzenny skład powietrza jest bardzo zróżnicowany, gdyż stale emitowane są do niego zanieczyszczenia z różnych emitorów. Emitorami są wszystkie źródła, które emitują, wyrzucają w powietrze substancje zanieczyszczające powodując zanieczyszczenie powietrza.
ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA stanowią gazy, ciecze i ciała stałe obecne w powietrzu, ale nie będące jego naturalnymi składnikami, lub też substancje występujące w ilościach wyraźnie zwiększonych w porównaniu z naturalnym składem powietrza.
Do zanieczyszczeń powietrza należą:
1) gazy i pary związków chemicznych, np. tlenki węgla (CO i CO2), siarki (SO2 i SO3) i
azotu , amoniak (NH3), fluor, węglowodory (łańcuchowe i aromatyczne), a także
ich chlorowe pochodne, fenole;
2) cząstki stałe nieorganiczne i organiczne (pyły), np. popiół lotny, sadza, pyły z produkcji
cementu, pyły metalurgiczne, związki ołowiu, miedzi, chromu, kadmu i innych metali
ciężkich;
3) mikroorganizmy - wirusy, bakterie i grzyby, których rodzaj lub ilość odbiega od składu
naturalnej mikroflory powietrza;
4) kropelki cieczy, np. kwasów, zasad, rozpuszczalników. Wartość emisji zanieczyszczeń to ilość zanieczyszczeń wydalana do atmosfery w jednostce czasu, wyrażana w g/s, kg/h lub t/rok.
Rozróżniamy następujące źródła zanieczyszczeń powietrza:
a) źródła naturalne do których należą należą:
- wulkany (ok. 450 czynnych), z których wydobywają się m.in. popioły wulkaniczne i gazy
(CO2 , SO2, H2S - siarkowodór i in.);
- pożary lasów, sawann i stepów (emisja CO2, CO i pyłu);
- bagna wydzielające m.in. CH4 (metan), CO2, H2S, NH3;
- gleby i skały ulegające erozji, burze piaskowe (globalnie do 700 mln t pyłów/rok )
- tereny zielone, z których pochodzą pyłki roślinne.
b) źródła antropogeniczne (powstające w wyniku działalności człowieka) można podzielić na
4 grupy:
- energetyczne - spalanie paliw,
- przemysłowe - procesy technologiczne w zakładach chemicznych, rafineriach, hutach,
kopalniach i cementowniach,
- komunikacyjne - głównie transport samochodowy, ale także kołowy, wodny i lotniczy,
- komunalne - gospodarstwa domowe oraz gromadzenie i utylizacja odpadów i ścieków (np.
wysypiska, oczyszczalnie ścieków).
Źródła emisji zanieczyszczeń mogą być punktowe (np. komin), liniowe (np. szlak komunikacyjny) i powierzchniowe (np. otwarty zbiornik z lotną substancją).
Zanieczyszczenia powietrza można podzielić na zanieczyszczenia pierwotne, które występują w powietrzu w takiej postaci, w jakiej zostały uwolnione do atmosfery, i zanieczyszczenia wtórne, będące produktami przemian fizycznych i reakcji chemicznych, zachodzących między składnikami atmosfery i jej zanieczyszczeniem (produkty tych reakcji są niekiedy bardziej szkodliwe od zanieczyszczeń pierwotnych) oraz pyłami uniesionymi ponownie do atmosfery po wcześniejszym osadzeniu na powierzchni ziemi.
Zanieczyszczenia powietrza ulegają rozprzestrzenianiu, którego intensywność zależy m.in. od warunków meteorologicznych i terenowych. Następnie zachodzi proces samooczyszczania w wyniku osadzania się zanieczyszczeń (sorpcja) lub ich wymywania przez wody atmosferyczne.
Wszystkie składniki powietrza w wyniku nieustannego ruchu ulegają ciągłemu mieszaniu; przy niekorzystnym ukształtowaniu terenu i bezwietrznej pogodzie, na niewielkiej przestrzeni (miasta, okręgi przemysłowe) gromadzi się duża ilość zanieczyszczeń - wzrost ich stężenia powoduje niekiedy powstanie gęstej mgły zwanej - smogiem.
Występujące w atmosferze gazy absorbujące promieniowanie podczerwone odbite od powierzchni Ziemi - para wodna, dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu oraz freony, zwane gazami cieplarnianymi lub szklarniowymi, powodują tzw. efekt cieplarniany.
Gazy tzw. kwaśne np.; dwutlenek siarki, tlenki azotu wywołują zakwaszenie wody w atmosferze (kwaśne opady).
Związki reagujące z ozonem, tj. freony i tlenki azotu, są przyczyną ubytku ozonu w ozonosferze tworząc tzw. dziurę ozonową. Skład powietrza w pomieszczeniach zamkniętych zależy głównie od: jakości powietrza atmosferycznego w rejonie, w którym stoi budynek, rodzaju i ilości zanieczyszczeń emitowanych w procesach zachodzących w pomieszczeniu oraz rodzaju i efektywności systemu wentylacji pomieszczenia.
Źródłami zanieczyszczeń są:
1) procesy utleniania: bezpośrednie spalanie paliw (gotowanie posiłków, ogrzewanie wody),
palenie tytoniu, procesy oddychania
2) materiały budowlane lub wykończeniowe,
.Najbardziej szkodliwe związki chemiczne stosowane w budownictwie to: aldehyd mrówkowy (formaldehyd), fenole, toluen, ksylen i styren, znajdujące się głównie w lepikach, klejach, lakierach i materiałach impregnacyjnych; toksyczny formaldehyd (szczególnie niebezpieczny dla dzieci i młodzieży) jest emitowany z wełny mineralnej oraz płyt paździerzowych, do produkcji których są stosowane kleje i lakiery zawierające ten składnik.
Człowiek sam w sobie jest także źródłem zanieczyszczeń - poza dwutlenkiem węgla w powietrzu wydychanym , wydziela 150 różnych substancji lotnych. Przyczyniają się do tego także zwierzęta domowe. Duża część z nich mieszka pod jednym dachem z ludźmi, będąc dodatkowym źródłem czynników alergicznych . Są nimi zwłaszcza sierść i złuszczony naskórek oraz włosy a także gazy trawienne - siarkowodór, amoniak, metan - tym obficiej wydzielane przez zwierzę - im gorszy rodzaj pokarmu jest stosowany.
Na złą jakość powietrza ma wpływ również niski poziom wilgotności.
Wskazana wilgotność to 50-65%. Często, zwłaszcza zimą zmniejsza się ona wyraźnie na skutek działania centralnego ogrzewania. Podrażnia to delikatną śluzówkę dróg oddechowych powodując jej wysychanie i większą wrażliwość na drobnoustroje i alergeny szkodliwe.
Także kurz domowy który w 80% stanowią martwe komórki ze złuszczającego się stale naskórka człowieka i zwierząt domowych jest pokarmem roztoczy.
Roztocza to mikroskopijne pajęczaki, które gnieżdżą się w dywanach, fotelach, zasłonach, łóżkach oraz unoszą się w powietrzu. Uważa się, że roztocza a dokładniej proteiny wydalane przez nie są jednym z najpoważniejszych źródeł czynników wywołujących alergię.
Sześcioletnia poduszka może zawierać żywe i martwe roztocza w ilości 10% swojej wagi, będąc przyczyną porannego kaszlu u osoby ją używającej.
Tak więc powodami zanieczyszczenia powietrza są: hermetyczne uszczelnianie budynków, tworzywa sztuczne wyposażenia, słaba wentylacja, wydzieliny biologiczne człowieka i zwierząt z nim mieszkających pod jednym dachem.
W latach osiemdziesiątych w USA, Kanadzie, Europie, gdzie szeroko stosowano nowe technologie stwierdzono wiele nowych objawów chorobowych. Nazwano je "zespołem chorego budynku". Objawy tego zespołu to alergie, astma, podrażnienie oczu, nosa, gardła, zapalenie zatok i oskrzeli, trudności w oddychaniu, objawy chronicznego zmęczenia, bóle głowy, zaburzenia snu i inne zaburzenia systemu nerwowego jak depresje czy stany lękowe.
W środowisku kulturowym człowieka zanieczyszczenia powietrza powodują korozję metali i materiałów budowlanych. Wtórnie skażają wody i gleby. Działają niekorzystnie również na świat roślinny, zaburzając procesy fotosyntezy, transpiracji i oddychania. W skali globalnej mają wpływ na zmiany klimatyczne.
SMOG [ang.] - utrzymujące się nad terenami wielkich miast i okręgów przemysłowych zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego. Smog tworzą zanieczyszczenia pierwotne (pyły, gazy i pary emitowane przez zakłady przemysłowe, energetyczne, silniki spalinowe pojazdów mech. itp.) i ich produkty fotochemiczne i chemiczne przemian zachodzących w warunkach inwersji temperatury, podczas braku ruchów powietrza (przy bezwietrznej pogodzie). Powstawaniu smogu sprzyja położenie zagrożonych nim obszarów w obniżeniach; rozróżnia się smog fotochemiczny i smog kwaśny. Smog fotochemiczny, zwany też utleniającym, tworzy się w czasie silnego nasłonecznienia w wyniku fotochemicznych przemian występujących w dużym stężeniu tlenków azotu, węglowodorów, zwłaszcza nienasyconych (alkeny) i innych składników spalin (głównie samochodowych) . Ze związków tych powstają bardzo reaktywne rodniki, które z kolei ulegając przemianom chemicznym tworzą toksyczne związki, głównie nadtlenki, np. azotan nadtlenku acetylu . Składnikami tego typu smogu są także: ozon, tlenek węgla (czad), tlenki azotu, aldehydy, węglowodory aromatyczne. Smog kwaśny, zwany też mgłą przemysłową, powstaje w wilgotnym powietrzu silnie zanieczyszczonym tzw. gazami kwaśnymi, głównie dwutlenkiem siarki (SO2) i dwutlenkiem węgla (CO2), oraz pyłem węglowym . Smog, ze względu na dużą koncentrację agresywnych czynników chemicznych, stanowi zagrożenie dla zdrowia ludzi i zwierząt, wywołuje choroby roślin i powoduje niszczenie materiałów. Smog kwaśny obserwowano już w 1 poł. XX w., m.in.: 1930 w dolinie Mozy (Belgia), 1948 w Donorze (USA), oraz 1948, na przeł. 1952 i 1953, 1956 w Londynie, gdzie 1952/53 w ciągu 7 dni wskutek smogu (przyczyna bezpośrednia lub pośrednia) zmarło 4000 osób, 1956 - 1000 osób, nieco później wystąpił smog fotochemiczny w Los Angeles, Atenach i in. miastach. W Polsce smog kwaśny występuje w Krakowie i niektórych miastach Górnego Śląska.
EFEKT CIEPLARNIANY- to wzrost średniej temperatury przy powierzchni Ziemi wywołany zmianą bilansu energetycznego promieniowania słonecznego pochłanianego przez Ziemię i promieniowania wysyłanego przez Ziemię.
Gazy i pyły zanieczyszczające atmosferę zatrzymują część promieniowania emitowanego przez powierzchnię Ziemi, w związku z czym temperatura tej powierzchni wzrasta.
W ostatnich dwóch stuleciach człowiek wywarł istotny wpływ na skład atmosfery. Przede wszystkim doszło do zwiększenia o około 25% ogólnej zawartości dwutlenku węgla (CO2). Stało się to wskutek uprzemysłowienia i zurbanizowania oraz ogromnego rozwoju motoryzacji (transport: kołowy, morski, lotniczy).
Najważniejszym gazem atmosferycznym przyczyniającym się do powstawania efektu cieplarnianego jest dwutlenek węgla, a także metan, tlenek azotu, ozon i freony.
Raport Międzynarodowego Zespołu do Zmian Klimatycznych (1995) przewiduje, że w wyniku efektu cieplarnianego w następnym stuleciu na skutek topnienia lodów poziom wód morskich może wzrosnąć o ok.1 m, zalewając większość delt rzecznych, wysp na atlantyckim wybrzeżu USA, część Chin, wyspy na Oceanie Indyjskim i Spokojnym. Zimy będą cieplejsze, a lata niebezpiecznie dla życia upalne. Zaostrzą się susze, opady deszczu będą prowadziły do nieustających powodzi.
Aby zapobiec rozszerzaniu się efektu cieplarnianego należy podejmować działania mające na celu dostosowanie przemysłu, transportu i mentalności społeczeństwa do tego problemu. Narody Świata będą musiały spalać mniej węgla, gazu i ropy. Dokonać tego należy przez bardziej oszczędne korzystanie z energii, zarówno w przemyśle, jak i w domu. Ważne jest również, aby poprawić efektywność samych elektrowni. Za dużą część emitowanego na Świecie dwutlenku węgla są odpowiedzialne pojazdy silnikowe.
Poza możliwościami ograniczenia przez człowieka emisji gazów cieplarnianych, można także zmierzać do usunięcia CO2 z atmosfery. Należy zahamować wyrąb i wypalanie lasów oraz sadzić co najmniej tyle nowych drzew, ile ulega niszczeniu. Drzewostan ma bardzo istotny wpływ na regulację ilości CO2 w atmosferze, gdyż 1 hektar lasu pochłania 250kg CO2.
DZIURA OZONOWA
Wokół Ziemi rozciąga się warstwa ozonu (ozonosfera) pochłaniająca część promieniowania ultrafioletowego Słońca, bardzo szkodliwego dla organizmów żywych.
Ozon to trójatomowy tlen O3 o charakterystycznym "świeżym" zapachu, który powstaje podczas wyładowań atmosferycznych. Ozon jest gazem nietrwałym. Działa silnie utleniająco (bakteriobójczo), co znalazło zastosowanie do dezynfekcji powietrza i wody. W większych ilościach działa szkodliwie na organizm ludzki. Ozon występuje w atmosferze przy powierzchni Ziemi, co jest zjawiskiem negatywnym, oraz w górnych warstwach stratosfery (50 km. nad Ziemią), co jest zjawiskiem pozytywnym. Ozon w stratosferze odgrywa rolę pozytywną. Chroni ludzi, zwierzęta i rośliny przed promieniowaniem ultrafioletowym docierającym na Ziemię ze Słońca.
Przez ostatnie dziesięciolecie człowiek stale przyczynia się do degradowania warstwy ozonowej. Spadkowi grubości warstwy ozonowej winny jest chlor.
Chlor rozkłada ozon do zwykłych, dwuatomowych cząsteczek tlenu. Część chloru, docierającego do górnych warstw atmosfery, pochodzi z gazów wulkanicznych.
Głównym źródłem chloru niszczącego warstwę ozonową są freony - związki organiczne, zawierające chlor i fluor). Do niedawna były one powszechnie stosowane do wyrobu farb, kosmetyków, lakierów i innych produktów w rozpylaczach (aerozolach), sprężonymi gazami dzięki którym tworzyła się mgiełka toaletowa .Były to właśnie freony. Używa się ich również w instalacjach chłodniczych, m.in. w lodówkach i zamrażarkach, a także do wyrobu pianek poliuretanowych, np. styropianu. Freony są niepalne i w normalnych warunkach nieaktywne chemicznie. Jednak wysoko w atmosferze rozkładają się pod wpływem ultrafioletu, wydzielając chlor. W następstwie spadku zawartości ozonu powstaje dziura ozonowa, która jest zjawiskiem groźnym dla życia na Ziemi.
Największa dziura ozonowa rozciąga się nad Antarktydą. Niepokojący spadek zawartości ozonu w atmosferze zaobserwowano także na innych szerokościach geograficznych, m.in. nad Polską. Naukowcy twierdzą, że jeżeli freon zwiąże kilka procent ozonu z ozonosfery, to może dojść do znacznego zniszczenia życia na Ziemi. Już strata 1% ozonosfery spowodować może wzrost promieniowania UV na Ziemi, a przez to niszczenie chlorofilu , zmiany klimatyczne, wzrost liczby zachorowań na raka skóry i choroby oczu (głównie na zaćmę). A w atmosferze jest już ponad 20 mln ton freonu.
Kwaśne deszcze, deszcze zawierają w kroplach wody dwutlenek siarki, tlenki azotu oraz ich produkty reakcji w atmosferze: rozcieńczone roztwory kwasów siarki, głównie kwasu siarkawego oraz najbardziej szkodliwego kwasu siarkowego a także kwasu azotowego. Powstają nad obszarami, gdzie atmosfera jest zanieczyszczana długotrwałą emisją dwutlenku siarki i tlenków azotu (ze źródeł naturalnych, jak czynne wulkany, albo sztucznych, jak spaliny z dużych elektrowni i elektrociepłowni zasilanych zasiarczonym - tzn. zawierającym siarkę i jej związki - paliwem, zazwyczaj węglem kamiennym lub brunatnym).
Czasami opady (kwaśnego deszczu, a także kwaśnego śniegu) trafiają na obszary bardzo odległe od źródeł zanieczyszczeń atmosfery, dlatego przeciwdziałanie kwaśnym deszczom stanowi problem międzynarodowy. Kwaśne deszcze działają niszcząco na florę i faunę, są przyczyną wielu chorób układu oddechowego, znacznie przyspieszają korozję konstrukcji metalowych (np. elementów budynków, samochodów) oraz zabytków.
Zapobieganie polega na budowaniu instalacji wyłapujących tlenki siarki i azotu ze spalin emitowanych do atmosfery (odsiarczanie gazu) oraz rezygnacji z paliw o znacznym stopniu zasiarczenia.
OCHRONA ATMOSFERY - to zapobieganie przekraczaniu w powietrzu atmosferycznym dopuszczalnych stężeń substancji zanieczyszczających i ograniczanie ilości (lub usuwanie) substancji wprowadzanych do powietrza atmosferycznego przez zakłady produkcyjne i usługowe, pojazdy mechaniczne, hałdy, wysypiska i inne źródła zanieczyszczeń.
Ograniczenie emisji zanieczyszczeń ze źródeł antropogenicznych uzyskuje się w wyniku:
1) wzbogacania paliw, np. odsiarczanie węgli energetycznych,
2) zmiany stosowanych surowców, np. spalania paliw o wyższej jakości w okresie
niekorzystnych warunków meteorologicznych,
3) zmiany procesów technologicznych,
4) hermetyzacji procesów technologicznych i oczyszczania gazów odlotowych,
5) oczyszczania gazów spalinowych, m.in. odpylania i odsiarczania spalin,
6) utylizacji odpadów przemysłowych i komunalnych,
7) wykorzystania niekonwencjonalnych źródeł energii, np. energii słonecznej, energii wiatru.
Do oczyszczania gazów z substancji toksycznych lub uciążliwych dla środowiska (pyłów, związków siarki i azotu oraz węglowodorów, substancji zapachowych) wykorzystuje się różne procesy mechaniczne, fizyczne, chemiczne lub biochemiczne.
Ograniczenie emisji pyłów następuje przez zmniejszenie ilości pyłów powstających w procesie technologicznym, zwiększenie wielkości cząstek pyłu, hermetyzację procesów pyłotwórczych i stosowanie wysokosprawnych urządzeń odpylających.
Odsiarczanie spalin i gazów odlotowych ma na celu ograniczenie emisji do atmosfery tlenków siarki (zwłaszcza dwutlenku siarki) powstających w procesach energetycznych spalania paliw i procesach technologicznych.
Z punktu widzenia ochrony środowiska ważnym zagadnieniem jest końcowa postać fizyczna i chemiczna zatrzymanego zanieczyszczenia - w najlepszym przypadku może to być surowiec do dalszych procesów technologicznych, np. siarka z instalacji odsiarczających, w najgorszym - ciekły lub stały odpad uciążliwy dla środowiska.
Ochronę powietrza atmosferycznego na terenach zamieszkanych i specjalnie chronionych można realizować również przez właściwą lokalizację zakładów przemysłowych oraz ochronę bierną, np. w formie izolacyjnych pasów zieleni.
Ponieważ zanieczyszczenie powietrza może stanowić problem lokalny, regionalny lub międzynarodowy, również w tej skali są podejmowane działania ochronne, np. 13 XI 1979 w Genewie 35 krajów (w tym Polska) podpisało Konwencję o Transgranicznym Zanieczyszczeniu Powietrza, której sygnatariusze powinni ograniczać ilość i zasięg rozprzestrzeniania zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego.