Komponenty środowiska

POWIETRZE

Powietrze

jest to bezbarwna

i bezwonna mieszanina gazów
stanowiąca atmosferę
ziemską.

Tropopauza – 10-17km
Stratopauza – 50-55km
Mezopauza – 80-90km

Pionowy podział atmosfery z zaznaczeniem

temperatur (źr.www.matura.net.pl)

Składniki stałe:

(skład niezmienny do wysokości 80 km, w stanie suchym czyli 0% pary
wodnej)
- 78,09% azot
- 20,95% tlen
- 1% argon, neon, hel, metan, krypton, wodór i inne

Składniki zmienne:

(różne, w zależności od położenia geograficznego lub też sytuacji, np.
erupcji wulkanu)
- para wodna (ok. 0-4%)
- dwutlenek węgla (ok. 0,02-0,04%)
- dwutlenek siarki
- dwutlenek azotu
- ozon
- składniki mineralne: pył, sadza
- składniki organiczne: drobnoustroje, zarodniki roślin

Suche powietrze posiada średnią masę molową 29 g/mol

Wilgotność

Powietrze zawiera różną, zależną od warunków otoczenia, ilość pary
wodnej.

Do oceny stopnia wilgotności powietrza stosuje się dwie
wielkości:

-

wilgotność bezwzględną

określającą ilość wody w gramach zawartej

w 1 m

3

powietrza, przy określonym jego ciśnieniu i temperaturze

-

wilgotność względną

określającą stosunek ilości pary wodnej

zawartej w 1 m

3

powietrza, przy określonym ciśnieniu i temperaturze, do

ilości pary wodnej maksymalnie możliwej do pochłonięcia w tych warunkach
przy zupełnym nasyceniu powietrza.

Stosunek ten podaje się zwykle w procentach.

Zanieczyszczenie powietrza

następuje wskutek

wprowadzenia substancji stałych, ciekłych lub gazowych
w ilościach, które mogą oddziaływać szkodliwie na zdrowie
człowieka, klimat, przyrodę żywą, glebę, wodę lub powodować
inne szkody w środowisku.

Substancje zanieczyszczające atmosferę, ze względu na swój
charakter i łatwość rozprzestrzeniania się, oddziałują na
wszystkie elementy środowiska: zasoby przyrody, zdrowie
człowieka i wytwory jego działalności.

Źródła zanieczyszczeń powietrza

1.

Naturalne

-

Wybuchy wulkanów

-

Pożary lasów i łąk

-

Rozkład materii organicznej

-

Emisja z bagien

2.

Antropogeniczne

-

Produkcja energii (elektrownie)

-

Zakłady przemysłowe

-

Transport (głównie samochody)

-

Ogrzewanie mieszkań

-

Wysypiska śmieci

-

Wydobycie węgla

-

Gospodarstwa rolne

Źródła emisji mogą być:

- punktowe
- liniowe
- powierzchniowe

Ze względu na przemiany jakim podlegają w atmosferze
zanieczyszczenia można podzielić na:

- pierwotne

– występują w powietrzu w takiej postaci, w jakiej

zostały uwolnione

- wtórne

– są wynikiem przemian fizycznych i reakcji

chemicznych, zachodzących między składnikami atmosfery
a jej zanieczyszczeniem oraz pyłami uniesionymi ponownie do
atmosfery po wcześniejszym osadzeniu na powierzchni ziemi.

Główne zanieczyszczenia powietrza

- SO

2

- NOx
- Pyły zawieszone
- CO

2

- HF
- Metan
- Cyjanowodór i cyjanki
- Chlorek winylu
- H

2

S

- Toluen
- Styren
- Fenol
- Formaldehyd
- CO
- WWA
- Ozon
- Freony (CFC -

chlorofluorowęglowodory)

- Benzen

Charakterystyka wybranych zanieczyszczeń

powietrza

Głównymi gazowymi zanieczyszczeniami powietrza są:
związki siarki (SO

2

, SO

3

, H

2

S), związki azotu (NO, NO

2

,

N

2

O, NH

3

) tlenki węgla (CO, CO

2

), węglowodory (C

x

H

y

, np.

metan).

Związki siarki

Zanieczyszczenie atmosfery powodują gazowe związki siarki
- SO

2

, SO

3

, H

2

S, kwas siarkowy H

2

SO

4

i siarczany różnych

metali.

Dwutlenek siarki (SO

2

)

jest bezbarwnym, silnie toksycznym

gazem o duszącym zapachu. Wolno rozprzestrzenia się w atmosferze ze
względu na duży ciężar właściwy (2,93 kG/m

3

).

Powstaje m. in. w wyniku spalania zanieczyszczonych siarką paliw stałych
i płynnych (np. węgla, ropy naftowej) w silnikach spalinowych, w
elektrociepłowniach.

Największy udział w emisji SO

2

ma przemysł paliwowo-energetyczny.

Opalana węglem elektrownia o mocy 1000 MW emituje do atmosfery
w ciągu roku 140 000 ton siarki, głównie w postaci SO

2

.

Dwutlenek siarki utrzymuje się w powietrzu przez 2-4 dni i w tym czasie
może się przemieścić na bardzo duże odległości. W powietrzu SO

2

utlenia

się do SO

3

, a ten z kolei łatwo reaguje z wodą ( z parą wodną zawartą w

powietrzu) tworząc kwas siarkowy - H

2

SO

4

, jeden ze składników

kwaśnych deszczy.

Tlenek węgla

powstaje w wyniku niezupełnego spalania węgla lub

jego związków.

Głównym źródłem tego gazu są:

- spaliny z silników pojazdów mechanicznych, w szczególności

benzynowych (70-80% ogólnej emisji CO)

- przemysł metalurgiczny, elektromaszynowy i materiałów budowlanych;
- elektrociepłownie
- koksownie, gazownie
- paleniska domowe

Tlenek węgla jest gazem silnie toksycznym.

Ze względu na mały ciężar właściwy (1,25 kG/m

3

) łatwo rozprzestrzenia

się w powietrzu atmosferycznym, łatwo miesza się z powietrzem we
wszystkich proporcjach.

Jest szczególnie niebezpieczny, ponieważ jest to gaz bez smaku, zapachu,
barwy.

Dwutlenek węgla

powstaje podczas wszelkich procesów

spalania paliw stałych, ciekłych i gazowych, a także w procesie
oddychania organizmów żywych.

Dwutlenek węgla w atmosferze nie stanowi bezpośredniego
zagrożenia pod warunkiem, że nie nastąpi naruszenie
równowagi biologicznej, spowodowane nadmierną jego emisją
do atmosfery.

Dwutlenek węgla - oprócz roli naturalnej izolacji termicznej -
spełnia w przyrodzie również niezwykle ważną rolę jako
materiał do budowy substancji organicznej roślin.

Jest on podstawowym źródłem węgla pobieranego przez
rośliny z powietrza w procesie fotosyntezy.

Corocznie stężenie CO

2

w atmosferze wzrasta o 1ppm

co prowadzi do globalnego

ocieplenia –

efekt cieplarniany.

Związki azotu

W atmosferze występuje wiele związków azotu:
- tlenek azotu II (NO)
- tlenek azotu IV (NO

2

)

- tlenek azotu I (N

2

O)

- nadtlenek azotu (NO

3

)

- tritlenek diazotu (N

2

O

3

)

- tetratlenek diazotu (N

2

0

4

)

_

- tlenek azotu V (N

2

O

5

)

- amoniak (NH

3

)

oraz kwasy:
- azotowy III (HNO

2

)

- azotowy V (HNO

3

)

Wiele z nich, głównie tlenki azotu, to naturalne składniki
atmosfery, tworzące się w efekcie np. wybuchów wulkanów.

W niewielkich ilościach nie są substancjami toksycznymi,
jednak ich nadmiar powstający podczas procesów
produkcyjnych oraz w silnikach spalinowych powoduje, że
stają się one niebezpiecznymi zanieczyszczeniami atmosfery.

W szczególności groźne są bezbarwny i bezwonny

tlenek

azotu

oraz brunatny o duszącej woni

dwutlenek azotu.

Mogą się one kolejno utleniać do pięciotlenku azotu, który w
obecności pary wodnej tworzy kwas azotowy - HNO

3

, jeden

ze składników kwaśnych deszczy.

NO

2

pod wpływem światła w reakcji

fotochemicznej po absorpcji

promieniowania krótszego niż 430nm
dysocjuje, tworząc bardzo reaktywny

tlen atomowy.

Jest to pierwszy etap tworzenia się

smogu fotochemiczego.

METAN – CH

4

Gaz uwalniany ze źródeł naturalnych –

złoża gazu ziemnego, fermentacji materii

organicznej.

Najbardziej istotnymi ze względu na zdolność
zanieczyszczania atmosfery są te, które pochodzą
z układów wydechowych pojazdów mechanicznych,
a także z innych źródeł np. roślin (drzewa sosnowe,
cytrusowe).

W obecności NO, w warunkach inwersji temperatury
(wzrost temperatury wraz z wysokością), która
utrzymuje masy powietrza w bezruchu przez kilka
dni oraz małej wilgotności i przy udziale światła
słonecznego powstaje z tych węglowodorów
niepożądany

smog fotochemiczny.

Smog (ang. „Smoke”- dym, „fog”- mgła)

Wielopierścieniowe węglowodory
aromatyczne (WWA)

to związki chemiczne zbudowane z węgla i wodoru,
zawierające w cząsteczce kilka pierścieni aromatycznych.

Węglowodory pojawiają się w powietrzu w wyniku
parowania lub spalania paliw, głównie węgla, ropy
naftowej i ropopochodnych.

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne powstają
także podczas palenia tytoniu.

Jednym z bardziej niebezpiecznych węglowodorów jest
3,4-benzopiren, będący substancją kancerogenną.

Rozporządzenie Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów
Naturalnych i Leśnictwa z 28 kwietnia 1998 r. w sprawie

dopuszczalnych wartości stężeń substancji

zanieczyszczających w powietrzu

(Dz. U. Nr 55, poz. 355)

Ministerstwo określiło pięć list substancji zanieczyszczających, podając

dopuszczalne wartości ich stężeń, obszary oraz czas ich obowiązywania:

-

Lista 1- obejmuje prawie 180 substancji i odnosi się do większości
terytorium kraju

-

Lista 2- obejmuje NO2, SO2, HF, O3 i odnosi się do obszarów parków
narodowych

-

Lista 3- obejmuje te same 4 substancje, ale dotyczy obszarów leśnych,
kompleksów promocyjnych

-

Lista 4- dotyczy obszarów ochrony uzdrowiskowej i obejmuje 12
substancji

-

Lista 5- obejmuje obszary, na których znajdują się pomniki historii
wpisane na „Listę dziedzictwa światowego” (dotyczy tylko SO2)

Dopuszczalne wartości stężeń substancji

zanieczyszczających w powietrzu

43

300

1000

Węglowodory aromatyczne
(poza wymienionymi
w pozycjach)

1000

2000

3000

Węglowodory alifatyczne do
C12 (poza wymienionymi
w pozycjach i metanem)

5

7

20

Siarkowodór

3,8

20

50

Cynk

0,01

0,22

0,52

Kadm

0,01

0,05

0,2

Arsen

rok

24h

30min

Dopuszczalne wartości stężeń substancji

zanieczyszczających w powietrzu

µg/m

3

Badany składnik

Dopuszczalny opad

• Kadm 0,01

g/(m

2

rok)

• Ołów 0,1

g/(m

2

rok)

• Pył ogółem 200

g/(m

2

rok)

-

65

150

O

3

0,05

0,8

6

HF

20

100

200

SO

2

30

60

150

NO

2

rok

24h

30min

Dopuszczalne wartości stężeń

w odniesieniu do czasu emisji, na

terenach promocyjnych

kompleksów leśnych

µg/m

3

Badany składnik

-

65

150

O

3

0,02

0,4

3

HF

15

75

150

SO

2

20

50

90

NO

2

rok

24h

30min

Dopuszczalne wartości stężeń

w odniesieniu do czasu emisji, na

terenach parków narodowych

µg/m

3

Badany składnik

Dopuszczalne wartości stężeń

w odniesieniu do czasu emisji, na

terenach z pomnikami wpisanymi na

„Listę dziedzictwa światowego”

SO

2

35 µg/m

3

Od 2005

30 µg/m

3

Kraj

SO

x

NO

x

CO

2

Pyły

Wielka Brytania

2 028

2 060

539 344

213

Węgry

657

197

58 498

136

Niemcy

1 468

1 803

834 379

316

Francja

989

1 691

344 666

211

Polska

2 368

1 154

348 260

1 282

Korea Południowa

1 500

1 258

424 119

423

Japonia

903

1 409

1 164 518

-

Stany Zjednoczone

18 481

21 394

5 444 794

3 393

Australia

1 842

2 166

316 704

38

Emisje w różnych krajach

Emisje dwutlenku węgla według

kontynentów

Emisje wg sektorów gospodarki

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

- 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,
3) procesy technologiczne

Skutki zanieczyszczenia powietrza w skali globalnej

- Dziura ozonowa – spadek zawartości ozonu do 90% (freony)
- Efekt cieplarniany – powodują go gazy absorbujące

promieniowanie podczerwone odbite od powierzchni Ziemi
(para wodna, dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu)

Skutki zanieczyszczenia powietrza w skali lokalnej

- Kwaśne deszcze – opady atmosferyczne, najczęściej

deszcze, o odczynie kwaśnym

- Smog – połączenie dymu i mgły

- Pył i sadza

Smog typu londyńskiego

– spowodowany głównie

zanieczyszczeniem powietrza wskutek spalania
węgla, emisji dwutlenku siarki i pyłów.

Takie zanieczyszczenie w połączeniu z mgłą
powoduje powstawanie kropelek kwasu siarkowego
zawieszonych w powietrzu.

1. Londyn 1952 r. -

3500µg/m

3

(dop. 20µg/m

3

)

2. Rok 2001:

- Barcelona 3µg/m

3

- Monachium 4µg/m

3

- Londyn 7µg/m

3

- Warszawa 13µg/m

3

Zdarza się, że w niektórych dniach stężenie
SO

2

osiąga znacznie wyższe wartości.

Najwyższe średnie stężenia godzinne w 2001
r. wynosiły:

- Warszawa 211µg/m

3

- Londyn 106 µg/m

3

(dane z 1999 r.)

- Barcelona 70 µg/m

3

- Monachium 17 µg/m

3

Smog typu Los Angeles (smog fotochemiczny)

występuje w słoneczne dni, przy dużym ruchu
ulicznym. Tlenki azotu i węglowodory wchodzą
w reakcje chemiczne w obecności światła
słonecznego i tworzą szkodliwą mieszaninę
aerozoli i gazów.

PYŁ I SADZA

W 1999 r. średnie roczne stężenie pyłu zawieszonego
o średnicy ziaren poniżej 10 µm wynosiło:

- Londyn 21,8 µg/m

3

- Budapeszt 29,5 µg/m

3

- Rzym 43,3 µg/m

3

- Sewilla 44,4 µg/m

3

- Kraków 45,5 µg/m

3

W Krakowie w latach 70-tych i 80-tych średnie
roczne stężenie przekraczało 100µg/m

3

, w zimie

nawet 200µg/m

3

Stężenia dopuszczalne w krajach Unii

Europejskiej

- dwutlenek azotu (NO

2

) - 40 µg/m3

- dwutlenek siarki (SO

2

) - 20 µg/m3

- ołów (Pb) – 0,5 µg/m3
- PM10 - 40 µg/m3 – pył zawieszony o średnicy do 10 µm
- ozon (O

3

) – 120 µg/m3

- tlenek węgla (CO) – 10000 µg/m3

Dla NO

2

, SO

2

, Pb i PM10, stężenia dopuszczalne zostały

ustalone jako średnie roczne stężenia.

Dla O

3

i CO dopuszczalne wartości są określone jako

średnie stężenia 8 - godzinne

Wartości alarmowe

(średnie stężenia 1 – godzinne)

w krajach Unii Europejskiej

- dwutlenek azotu (NO

2

) - 400 µg/m3

- dwutlenek siarki (SO

2

) - 500 µg/m3

- ozon (O

3

) – 240 µg/m3

Ozon a życie na Ziemi

Różne postacie zmian nowotworowych skóry

Ozon a życie na Ziemi

Zniekształcone ciała

ż

ab z Minnesoty

Zanieczyszczenie powietrza – problem

międzynarodowy

• Obszar tzw. Czarnego Trójkąta (Polska,

Czechy, Niemcy) – znajdują się tu 3
zagłębia węgla brunatnego i 7 dużych
elektrowni.

Z tego regionu w 1989 r. pochodziło 30%

siarki (SO

2

) w Europie – kwaśne deszcze

Obecnie głównym celem polityki ekologicznej
państwa w zakresie ochrony atmosfery jest:

1. Przeprowadzenie restrukturyzacji i modernizacji przemysłu;
2. Zlikwidowanie lub udoskonalenie uciążliwych technologii
oraz instalacji produkcyjnych o znacznej emisji pyłów i gazów;
3. Wyposażenie krajowych pojazdów mechanicznych
w katalizatory przy równoczesnym wprowadzeniu na rynek
benzyny bezołowiowej;
4. Wykorzystanie alternatywnych źródeł energii w stosunku do
węgla kamiennego i brunatnego.

5. Zamykanie obiegu surowców i energii, np.
zagospodarowanie odpadowego metanu z pokładów węgla,
czego efektem będzie uzyskiwanie wysokowartościowego, mało
zanieczyszczonego gazu energetycznego;
6. Poprawa jakości paliw energetycznych przez odpirytowanie
najbardziej zasiarczonych gatunków węgla kamiennego;
7. Instalowanie kotłów fluidalnych;
8. Zaopatrzenie wszystkich emiterów energetycznych,
przemysłowych, komunalnych w odpowiedniego rodzaju
urządzenia odpylające;
9. Zweryfikowanie kryteriów oceny zanieczyszczeń
i wprowadzenie surowych kar dla trucicieli