Ochrona powietrza

Wykład dla Studentów studiów stacjonarnych

kierunku Inżynieria Środowiska. cz.3

Gazy pochodzą przede wszystkim ze spalania paliw kopalnych. Zanieczyszczenia
gazowe, które wpływają na atmosferę w skali globalnej to dwutlenek węgla (CO

2

),

metan

(CH

4

)

i

tlenki

azotu

(np.

podtlenek

azotu

N

2

O).

Freony

(czyli

chlorofluorowęglowodory, CFC) nie są już emitowane, bo ich produkcja jest
zabroniona, ale te, które już dostały się do atmosfery wciąż wywierają wpływ na
klimat. Wszystkie te gazy nazywamy gazami cieplarnianymi ponieważ są
odpowiedzialne za globalne ocieplenie, powodowane zarówno przez działalność
człowieka, jak też procesy naturalne.

Główne zanieczyszczenia gazowe powietrza w skali regionalnej i lokalnej to tlenki
azotu (NO

x

), dwutlenek siarki (SO

2

), tlenek węgla (CO) oraz wiele różnych

węglowodorów (tzw. lotne związki organiczne). Wszystkie one dostają się do
atmosfery głównie podczas spalania

paliw kopalnych, z wyjątkiem lotnych

związków organicznych, które są dostarczane do atmosfery przede wszystkim ze
źródeł naturalnych. Zagrożenie dla zdrowia człowieka i środowiska przyrodniczego
jest szczególnie duże, gdy dwa lub więcej z tych gazów występują w powietrzu
równocześnie, w dużych stężeniach. Zarówno gazy cieplarniane jak też gazy
oddziałujące w skali lokalnej to przykłady zanieczyszczeń pierwotnych, które
pochodzą ze źródeł znajdujących się na powierzchni ziemi.

Zanieczyszczenia gazowe o zasięgu regionalnym mogą wchodzić w reakcje
chemiczne zachodzące w atmosferze, mogą reagować między sobą. Gdy odbywa się
to w obecności światła słonecznego, w wysokiej temperaturze, a czasem także przy
wysokiej wilgotności powietrza to mogą się utworzyć zanieczyszczenia wtórne oraz
smog fotochemiczny

Drugim zasadniczym rodzajem zanieczyszczeń są aerozole; są to maleńkie cząstki
różnych substancji w stanie stałym lub ciekłym, unoszące się w powietrzu. Aerozole o
najmniejszych

średnicach

stanowią

bardzo

duże

zagrożenie

dla

zdrowia

ludzkiego. Dostają się do atmosfery z tych samych źródeł co gazy i również mogą
powstawać w atmosferze wskutek zachodzących tam reakcji chemicznych.

Jeszcze dwieście lat temu zanieczyszczenia powietrza pochodziły głównie ze
źródeł naturalnych. Gwałtowny rozwój przemysłu po roku 1850, oparty na energii
ze spalania węgla i ropy naftowej, stworzył wiele nowych antropogenicznych
źródeł. Zanieczyszczenie powietrza jest głównym problemem dotyczącym
środowiska naturalnego w wielu rejonach świata.

źródła z

Źródła zanieczyszczeń powietrza

źródła

naturalne

wulkany (ok. 450

czynnych), z których

wydobywaj

ą się m.in.

popio

ły wulkaniczne i

gazy (CO

2

, SO

2

, H

2

S -

siarkowodór i in.)

źródła

sztuczne

po

żary lasów,

sawann i stepów

(emisja CO

2

, CO i

py

łu);

bagna wydzielaj

ące

m.in. CH

4

(metan),

CO

2

, H

2

S, NH

3

gleby i ska

ły ulegające

erozji, burze piaskowe

(globalnie do 700 mln. t

py

łów/rok );

tereny zielone, z

których pochodz

ą

py

łki roślinne

Zanieczyszczenia te pojawiały się

w atmosferze prawie od początku

jej istnienia i nie wywoływały

większych szkód w środowisku

naturalnym.

Aby chronić prywatność użytkownika, program PowerPoint uniemożliwił automatyczne pobranie tego zewnętrznego obrazu. Aby pobrać i wyświetlić ten obraz, kliknij przycisk Opcje na pasku komunikatów, a następnie kliknij opcję Włącz zawartość zewnętrzną.

Aby chronić prywatność użytkownika, program PowerPoint uniemożliwił automatyczne pobranie tego zewnętrznego obrazu. Aby pobrać i wyświetlić ten obraz, kliknij przycisk Opcje na pasku komunikatów, a następnie kliknij opcję Włącz zawartość zewnętrzną.

Erupcja wulkanu Mount Redoubt

źródła z cdn.

źródła z

Źródła zanieczyszczeń powietrza

źródła

sztuczne

źródła

naturalne

energetyczne -
spalanie paliw,

g

łówne źródło

SO

2

– 60%, NO

x

– 20%, pyły do 60%

przemys

łowe - procesy

technologiczne w zak

ładach

chemicznych, rafineriach,

hutach, kopalniach i

cementowniach

LZO – 40%, CH

4

– 50%, SO

2

–

25%, pyły – 30%, NO

x

– 15%

komunikacyjne - g

łównie

transport

samochodowy,

ale tak

że kołowy, wodny i

lotniczy

CO

– 70%, NO – 60%,

CO

2

– 25%, NMLZO – 45%

rolnicze

i

komunalne

-

gospodarstwa domowe oraz
gromadzenie

i

utylizacja

odpadów i

ścieków

NH

4

– 95%, CH

4

– 45%, N

2

O –

50%

Często te dodatkowe zanieczyszczenia

osiągają wysokie, szkodliwe koncentracje

w danym miejscu czy regionie.

PRODUKCJA ENERGII – Związki chemiczne wydzielające się przy spalaniu węgla,
gazu ziemnego, ropy naftowej, i paliw z nich uzyskanych powodują szerokie
zanieczyszczenia

powietrza

atmosferycznego,

stanowią

one

domenę

przy

wytwarzaniu energii elektrycznej oraz w transporcie. W powietrzu znajdują się
zanieczyszczenia o różnym składzie chemicznym, w zależności od stosowanego
rodzaju

paliwa.

Ze

spalania

gazu

ziemnego

nie

zostają

jakieś

większe

zanieczyszczenia, po oleju opałowym zostają zanieczyszczenia gazowe, głównie
dwutlenek węgla, dwutlenek siarki i tlenki azotu, natomiast w wyniku spalania węgla
do powietrza atmosferycznego dostają się oprócz gazów (dwutlenku siarki (SO

2

),

tlenku azotu (NO

x

), tlenku węgla (CO), dwutlenku węgla (CO

2

)) – pyły (zawierające

metale ciężkie takie jak ołów, cynk, kadm). Największe ilości siarki emitowane są
przy spalaniu

węgla, co powoduje powstawanie kwaśnych deszczy, wskutek

produkcji energii elektrycznej.

PRZEMYSŁ CHEMICZNY

- jest to największy „dostawca” zanieczyszczeń

zatruwających atmosferę, przemysł chemiczny skupiony jest na otrzymywaniu
nawozów, takich jaki azotowe, fosforowe, paliwa płynne, oleje, smary i włókna
sztuczne. Do podstawowych zanieczyszczeń ulatujących do atmosfery należą
produkowane przy wytwarzaniu jednego z najpopularniejszych nawozów azotowych
(saletry amonowej) pyły samej saletry, dodatkowo mocznik, amoniak i tlenek azotu.
Innym procesem będącym źródłem ogromnej ilości zanieczyszczeń atmosfery jest
wytwarzanie nawozów fosforowych, przy zastosowaniu jako surowca kwasu
siarkowego, który zwiększa znacznie emisję związków siarki. Innymi toksycznymi
związkami zatruwającymi atmosferę są związki fluoru i pyły, stanowiące skutki

uboczne produkcji właściwych nawozów sztucznych.

HUTNICTWO – Główne gałęzie dostarczające do powietrza atmosferycznego
niebezpieczne związki przemysłowe stanowią hutnictwo żelaza i stali oraz metali
kolorowych. Zanieczyszczenia obejmujące dwutlenek siarki i pył, na który
składają

się drobiny różnego rodzaju metali ciężkich, będących toksycznymi,

stanowią podstawowe rodzaje wytwarzanych przez hutnictwo zanieczyszczeń. Tlenek
węgla emitowany jest wobec działalności hut żelaza i stali, natomiast związki fluoru
są domeną hut aluminium, fluor jako pierwiastek o działaniu toksycznym wpływa
negatywnie na wszelakie organizmy zwierzęce i roślinne.

PRZEMYSŁ RAFINERYJNY – są głównym dostawcą dwutlenków siarki i
węglowodorów, ponadto zawierają szkodliwe substancje w postaci acetonu,
amoniaku, benzenu, czteroetylku ołowiu, fenolu, ksylenu i toluenu. Rafinerie ropy
naftowej są producentami paliw, olejów i smarów, wielce uciążliwych procesów
technologicznych będących źródłami emisji zanieczyszczeń.

TRANSPORT – na skalę światową przemysł samochodowy wydala rok rocznie około
300 mln ton toksycznych spalin, przedostających się niezwłocznie do powietrza
atmosferycznego. Są źródłem takich niebezpiecznych emitowanych gazów jak: tlenek
węgla (CO) i tlenki azotu (NO

x

), węglowodory, dwutlenek siarki (SO

2

) i cząstki stałe,

powstające na skutek spalania paliw. Obecność katalizatorów może znacznie
ograniczyć emisję lotnych zanieczyszczeń, natomiast ich obecność może być
skutkiem powstawania innych zanieczyszczeń, mianowicie cząstek metali ciężkich,
takich jak platyna, pallad i rod, a ich wpływ na środowisko nie jest w pełni poznane.

Aby chronić prywatność użytkownika, program PowerPoint uniemożliwił automatyczne pobranie tego zewnętrznego obrazu. Aby pobrać i wyświetlić ten obraz, kliknij przycisk Opcje na pasku komunikatów, a następnie kliknij opcję Włącz zawartość zewnętrzną.

Aby chronić prywatność użytkownika, program PowerPoint uniemożliwił automatyczne pobranie tego zewnętrznego obrazu. Aby pobrać i wyświetlić ten obraz, kliknij przycisk Opcje na pasku komunikatów, a następnie kliknij opcję Włącz zawartość zewnętrzną.

Smog nad Los Angeles

Jeden lot przez

Atlantyk

pochłania 60 tys. litrów paliwa, czyli

więcej niż przeciętny kierowca zużyje przez 50 lat. Co roku
samoloty pasażerskie wyrzucają z dysz silników odrzutowych
około 140 ton

dwutlenku węgla

i 750 kilogramów

tlenków

azotu

. Związki te niszczą ochronną

warstwę ozonową

, a smugi

kondensacyjne zostawiane na niebie sprzyjają powstawaniu

chmur

,

które

niczym

ekrany

odbijają

energię

cieplną

emitowaną

z

Ziemi

i

zatrzymują

ją

w

atmosferze.

Zanieczyszczenia, które dostają się do atmosfery na wysokości
ok. 10 km, gdzie latają odrzutowce, pozostają w powietrzu sto
razy dłużej niż emitowane przy powierzchni ziemi. Samoloty
pasażerskie zanieczyszczają atmosferę cztery razy bardziej niż
kominy stojące na ziemi.

Naturalne

zanieczyszczenie

powietrza

można

podzielić

na:

- nieorganiczne, np. pyły i gazy z erupcji wulkanicznych, cząstki soli z wody
morskiej, pył, który dostaje się do atmosfery w czasie burzy pyłowych, gazy
powstające w czasie wyładowań atmosferycznych (w czasie burzy), pył

kosmiczny,

- organiczne, na które składają się dymy i pyły z pożarów lasów, niewielkie
cząstki

roślinne

(np.

pyłki

roślin,

zarodniki

grzybów),

organizmy

żywe

(np.

bakterie)

oraz

tzw.

fitoncydy,

czyli

lotne

związki

organiczne wydzielane przez drzewa i kwiaty; jest to mieszanina substancji
organicznych

produkowanych

przez

rośliny,

np.

terpeny

i

olejki

aromatyczne.

Antropogeniczne zanieczyszczenia powietrza można podzielić na dwie
grupy zależnie od charakteru emisji:

- kontrolowane emisje, które odbywają się wg określonych przepisów, pod
nadzorem

wykwalifikowanego

personelu,

-

przypadkowe

emisje,

występujące

w

czasie

np.wyburzania

budynków, eksploatacji kamieniołomów, katastrof przemysłowych, wskutek
wycieków w instalacjach przemysłowych.

wyszczególnienie

1990

Gg

2006

Gg

2006

%

Ogółem

3210

1564

100

Energetyka
zawodowa

1570

769

49,2

Energetyka
przemysłowa

500

326

20,8

Technologie
przemysłowe

270

75

4,8

Inne

760

354

22,6

Transport

110

40

2,6

Struktura źródeł emisji zanieczyszczeń powietrza

SO

2

wyszczególnienie

1990

Gg

2006

Gg

2006

%

Ogółem

1280

838

100

Energetyka
zawodowa

370

242

30,1

Energetyka
przemysłowa

130

86

10,7

Technologie
przemysłowe

200

68

8,4

Inne

100

118

14,7

Transport

480

291

36,1

Struktura źródeł emisji zanieczyszczeń powietrza

NO

2

wyszczególnienie

1990

Gg

2006

Gg

2006

%

Ogółem

1950

491

100

Energetyka
zawodowa

570

58

11,8

Energetyka
przemysłowa

860

25

5,0

Technologie
przemysłowe

?

62

12,6

Inne

520

288

58,6

Transport

?

59

12,0

Struktura źródeł emisji zanieczyszczeń powietrza

pyły

wyszczególnienie

2003

Gg

Ogółem

3528

Energetyka zawodowa

1863

Energetyka przemysłowa

18

Technologie przemysłowe

21

Inne

93

Transport

660

Struktura źródeł emisji zanieczyszczeń powietrza

pyły

Sposoby ogranicze

ń emisji zanieczyszczeń do powietrza

sposoby

Ograniczenie emisji zanieczyszcze

ń ze źródeł

antropogenicznych uzyskuje si

ę w wyniku:

wzbogacania paliw, np.

odsiarczanie w

ęgli

energetycznych

zmiany stosowanych

surowców, np. spalania paliw

o wy

ższej jakości w okresie

niekorzystnych warunków

meteorologicznych

hermetyzacji procesów

technologicznych i

oczyszczania gazów

odlotowych

oczyszczania gazów

spalinowych, m.in.

odpylania i

odsiarczania spalin

wykorzystania

niekonwencjonalnych

źródeł energii, np.

energii s

łonecznej,

energii wiatru