„

Zanieczyszczeniem powietrza atmosferycznego

jest wprowadzenie do powietrza substancji stałych,
ciekłych lub gazowych w ilościach, które mogą
ujemnie wpłynąć na zdrowie człowieka, klimat,
przyrodę żywą, glebę, wodę lub spowodować inne
szkody w środowisku” Taką definicję podano w
Ustawie z dnia 31.01.1980r „O ochronie i
kształtowaniu środowiska” (Dz.U.Nr 3, poz. 6).

Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego

Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego

można

podzielić ze względu na sposób w jaki dane
zanieczyszczenie znalazło się w atmosferze:

- zanieczyszczenie pierwotne,

- zanieczyszczenie wtórne.

Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego

można

podzielić ze względu na ich stan skupienia:

•   aerozole,
•   pyły,
• zanieczyszczenia gazowe.

Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego

Jest

pięć zasadniczych zanieczyszczeń

, które stanowią

nieco więcej niż 90% zanieczyszczeń środowiska
atmosferycznego :

1. Cząstki stałe w postaci dymów i pyłów

2. Tlenki azotu

3. Tlenki siarki

4. Tlenki węgla

5. Węglowodory

Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego

Cząstki stałe wchodzące w skład dymów i pyłów.

od 0,01 do 100 mikrometrów określa się dymy (aerozol atmosferyczny)
powyżej 100 mikrometrów określa się jako cząstki pyłów.

Najbardziej groźne dla życia ludzi i zwierząt o wymiarach rzędu 1,5 do 5

mikrometrów.

 Węglowodory kancerogenne osadzają się na jednym gramie pyłu w

ilości od 15 do 25 mikrogramów.

 Pyły absorbują i rozpraszają promieniowanie słoneczne, szczególnie w

paśmie UV

 
Ze względu na oddziaływanie na środowisko pyły dzieli się na trzy grupy:
1. 

Toksyczne

- metale ciężkie (w tym kadm, ołów, miedź, cynk i inne)

2. 

Szkodliwe

- pyły krzemowe i glinokrzemowe

3.

Neutralne

- związki wapnia, magnezu, węgla

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO

Ditlenek siarki

Ditlenek siarki jest przyczyną powstawania

„smogu kwaśnego”

 

SO

2

+ 1/2O

2

 SO

3

SO

3

+ H

2

O  H

2

SO

4

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO

„ kwaśnych deszczy”

Tlenki azotu

N

2

O,

NO

,

N

2

O

3

,

NO

2

, N

2

0

4

,

N

2

O

5

, NO

3

, N

2

O

ó

.

 dolne warstwy atmosfery

- tzw.

utleniający smog fotochemiczny

. Reakcje NO

2

z

węglowodorami znajdującymi się w atmosferze powodują powstawanie
azotanu nadtlenku acetylu oraz ozonu

NO

2

+hv (A <415nm)  NO+O

•

O

•

+ O

2



O

3

NO

2

+ LZO + O

2



CH

3

COONO

2

+ inne produkty

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO

Tlenki azotu

górne warstwy atmosfery

-tlenki azotu reagują z ozonem

NO + O

3

 NO

2

+ O

2

NO

2

+ O

3

 N

2

O

5

+ O

2

Zanika warstwa ozonu, która zatrzymuje bardzo
niebezpieczne dla życia promieniowanie nadfioletowe –

„

dziura ozonowa

”

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO

„

kwaśne deszcze

”

180 lat temu wartość pH opadów wynosiła 6-7,6.

Za granicę kwaśnych opadów przyjmuje się wartość pH 5,7

W krajach uprzemysłowionych pH opadów zawiera się w granicach 3-
5, a nawet poniżej 3.

W Szkocji w roku 1974 w jednej miejscowości pH wynosiło 2,4.

W Stanach Zjednoczonych takim regionem była Wirginia, pH
wynosiło 1,5.

pH chmur nad Nowym Jorkiem ustala się w zakresie 3-3,5.

pH kwaśnych opadów w Polsce to jest rząd wielkości 4,2-4,6.

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO

-

materiał do budowy

substancji organicznej w

roślinach zawierających chlorofil.

-         tworzy naturalną

warstwę izolacji termicznej

wokół

kuli ziemskiej.

-         powyżej stężenia 300 cm

3

/m

3

staje się on

zanieczyszczeniem - tzw.

efekt cieplarniany

. Średnia roczna

temperatura ziemi w ciągu ubiegłego stulecia wzrosła o 0,5

o

C

modele komputerowe przewidują przy podwojeniu obecnego
poziomu CO

2

wzrost temperatury o 3

o

C.

Dwutlenek węgla

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO

Legenda

Dwutlenek węgla

Metan

Tlenki azotu

Freony

Gazy cieplarniane

Udział w powstawaniu efektu
cieplarnianego:

dwutlenek węgla 50%.

metan 18%.

tlenki azotu 6%

ozon 12%

freony 4%

OZON

Ozon w stężeniach do 80 μg/m

3

jest składnikiem czystego powietrza

atmosferycznego.

10% ozonu - w niższej warstwie atmosfery - troposferze –
niebezpieczny dla ludzi

90% ozonu – w górnej warstwie atmosfery - stratosferze - tworzy
warstwę ochronną dla życia

 

tzw. „

dziura ozonowa

” – powód zmian klimatu

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO

OZON

Rodnik wodorotlenowy

(HO

•

)

- udział w niszczeniu ozonu

oceniany na 30 – 50%.

Tlenki azotu

(NO

x

)

- niszczenie ozonu w niecałych 20%.

Chlor, fluor i brom (Cl, F i Br)

- niszczenie ozonu w 20 – 25%. 

CH

2

F + hv  CH

2

* + F*

F* + O

3

 FO* + O

2

FO* + O

3

 2O

2

+ F*

 

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO

Węglowodory

Do szkodliwych związków organicznych zaliczamy węglowodory
nasycone, nienasycone, aromatyczne, zawierające grupy funkcyjne.

 

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA)

–

powodują choroby nowotworowe. Międzynarodowa Agencja do Badań
nad Rakiem (IARC) w 1983 uznała za rakotwórcze w stosunku do ludzi i
zwierząt 30 WWA, między innymi benzo[a]piren i benzo[a]antracen.
Wykazują silną tendencję do adsorpcji na powierzchni cząstek pyłowych

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO

Węglowodory

 

Dioksyny

to grupa związków w skład której wchodzą polichloro- i

polibromopochodne dibenzo-p-dioksyny i dibenzofuranu. Dioksyny
działają silnie mutagennie, naruszając właściwą strukturę kodu
genetycznego rozmnażających się komórek żywych organizmów
Działają również teratogennie czyli uszkadzają płód.

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO

Skutki zanieczyszczenia atmosfery:

 

a) efekty globalne: - zmiany klimatyczne, efekt cieplarniany

- destrukcja warstwy ozonowej

 b) efekty transgraniczne: - kwaśne deszcze

- eutrofizacja, defoliacja, zakwaszenie gleb, jezior, rzek

- perturbacje klimatyczne i meteorologiczne

 c) efekty lokalne: - choroby zwierząt i roślin, zdrowie ludzi i zwierząt

- korozja, destrukcja powierzchni budowlanych

- smogi miejskie

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO

ŹRÓDŁA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH

Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego mogą być
emitowane do atmosfery z różnych źródeł: naturalnych czyli
biogennych oraz sztucznych, związanych z działalnością
człowieka czyli antropogennych.
 

Pyły i dymy

– źródła antropogenne

·        w procesach spalania paliw, głównie stałych - energetyka
przemysłowa - elektrownie i elektrociepłownie

·        procesach metalurgicznych (wielkie piece),

·        w koksowniach,

·        przy produkcji materiałów budowlanych (w cementowniach),

·        przemysł chemiczny, w szczególności przy produkcji sody,

·        źródła grzewcze lokalne, w tym także domki jednorodzinne.

Źródła naturalne – burze piaskowe, korozja skał, wybuchy wulkanów

ŹRÓDŁA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH

Dwutlenek siarki

, który występuje w powietrzu

atmosferycznym ma swoje pochodzenie z dwóch źródeł:

 60% SO

2

w powietrzu atmosferycznym jest pochodzenia

naturalnego - głownie powstającego w wyniku utleniania
siarkowodoru do SO

2

.

 40% SO

2

pochodzi ze źródeł sztucznych:

•    spalanie paliw stałych przez źródła stacjonarne jest
powodem emisji ok. 75% całkowitej emisji SO

2

. (elektrownie

przemysłowe, zawodowe, elektrociepłownie, które używają
węgla jako paliwa),

•     przemysł kwasu siarkowego – emisja tlenków siarki nie
przekracza 1%.  

Tlenki siarki emitowane są do powietrza atmosferycznego
głównie pod postacią SO

2

, towarzyszą im stosunkowo małe

ilości SO

3

, to jest rząd wielkości do 3,5%.

ŹRÓDŁA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH

W sposób naturalny

tlenki azotu

powstają wskutek wyładowań

elektrycznych w atmosferze, działalności wulkanicznej oraz utleniania
amoniaku pochodzącego z rozkładu białek i pożarów lasów.

Główne sztuczne źródła emisji tlenków azotu:

Transport – do 50%,

Spalanie paliw - 40 – 50%,

Fabryki zwiąków azotowych (kwasu azotowego, amoniaku), instalacje
wytwarzające kwas siarkowy metodą nitrozową - 0,4-0,5%,

 

Przy spalaniu paliw w płomieniu tlenki azotu mogą tworzyć się:

1)    przez utlenianie azotu atmosferycznego,

2)    przez utlenianie związków azotu, zawartych w paliwie,

ŹRÓDŁA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH

Emisje CO

2

w roku 2001 wg kontynentów i regionów

Źródło: www.eia.doe.gov/emeu/iea

/

Źródła emisji tlenków węgla (CO

2

, CO)

Sztuczne - procesy spalania: elektrownie węglowe,
elektrociepłownie, huty, paleniska domowe i transport.
Naturalne - wybuchy wulkanów, pożary lasów, procesy gnilne.

ŹRÓDŁA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH

Emisja par związków organicznych

może pochodzić ze:

·        źródeł naturalnych - np. procesy gnilne,

·        przemysłowych - procesy technologiczne, z których
wydzielają się pary różnych związków organicznych, a w
szczególności rozpuszczalników

·        wtórnych - spaliny samochodowe oraz pary uchodzące w
trakcie magazynowana, transportowania i dystrybucji paliw

 

ŹRÓDŁA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH

Źródła wielopierścieniowych węglowodorów

aromatycznych (WWA) :

•

elektrociepłownie i gospodarstwa domowe (ogrzewanie i
gotowanie) (51%),

•

spalanie na wolnym powietrzu (28%)

•

przemysł (np. huty aluminium) (20%)

•

transport samochodowy (0.9%).

 

Źródłem dioksyn jest

•

produkcja niektórych herbicydów i fungicydów (np.2,4,5-T i
pentachlorofenolu)

•

pożary i eksplozje dużych transformatorów elektrycznych,

•

spalanie różnych odpadków organicznych, zwłaszcza śmieci
z wysypisk

komunalnych.

ŹRÓDŁA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH

METODY ZAPOBIEGANIA ZANIECZYSZCZANIU ATMOSFERY

       ograniczenie emisji zanieczyszczeń gazowych do atmosfery
w trakcie projektowania procesu technologicznego ( w tym także
procesu spalania paliw)-

metody pierwotne

-         odpowiedni dobór surowców,

-         ich wstępne oczyszczanie,

-         hermetyzacja i automatyzacja procesów przemysłowych.

       oczyszczanie gazów odlotowych - gdy nie jest możliwe
całkowite zredukowanie emisji zanieczyszczeń w trakcie procesu
technologicznego lub spalania paliw –

metody wtórne

.

OGRANICZENIE EMISJI DITLENKU SIARKI DO ATMOSFERY

Ograniczenie emisji

ditlenku siarki

z procesów spalania paliw

realizuje się głownie na etapie

1.    oczyszczania paliw

2.    zapobiegania wydzielania się SO

2

z procesów spalania.

 

Odsiarczanie paliw

- paliwa płynne lub gazowe, katalityczne uwodornienie związków
siarki do H

2

S,

- z węgla usuwanie pirytu metodami: flotacyjnymi, przez separacje
elektryczną lub magnetyczną - usuwa tylko 40-65% pirytu i
powoduje duże straty węgla,

- badania nad metodami odsiarczania węgla za pomocą bakterii.

Usuwanie siarki podczas spalania węgla

S O

SO

kJ mol







2

2

297 /

SO

2O

SO

96kJ / mol

2

2

3







1

CaCO

CaO CO

kJ mol

3

2

178







/

CaO SO

O

CaSO

kJ mol









2

2

4

1 2

500 /

- Proces spalania w złożu fluidalnym z dodatkiem
wapienia

OGRANICZENIE EMISJI DITLENKU SIARKI DO ATMOSFERY

OGRANICZENIE EMISJI DITLENKU SIARKI DO ATMOSFERY

OGRANICZENIE EMISJI TLENKÓW AZOTU DO ATMOSFERY

Metody ograniczenia emisji NO

x

z procesów spalania. Tę grupę metod

określa się jako

pierwotne lub czyste

Są trzy dominujące mechanizmy powstawania tlenków

azotu

podczas

spalania:

Reaguje azot z powietrza

‹ termiczny

‹ szybki

Reaguje azot zawarty w paliwie

‹ paliwowy

 

OGRANICZENIE EMISJI TLENKÓW AZOTU DO ATMOSFERY

Termiczne tlenki azotu

mechanizm termicznej reakcji. Temp. powyżej 1500C
O

2

 2O

*

O

*

+ N

2

 NO + N

*

N

*

+ O

2

 NO + O

*

N

*

+ OH  NO + H

*

Szybkie tlenki azotu

 

CH

x

+ N

2

 (HCN, CN, N, NH) + O

2

 NO

x

+ CO

2

+ H

2

O

CH + N

2

 HCN + N

Paliwowe tlenki azotu

C

x

H

y

N  xHCN

OGRANICZENIE EMISJI TLENKÓW AZOTU DO ATMOSFERY

Ograniczenie emisji tlenków azotu

z procesów spalania paliw:

•właściwy dobór parametrów prowadzenia procesu spalania
•dodawanie do komory spalania substancji reagujących z
powstającymi NO

X

.

 

OGRANICZENIE EMISJI TLENKÓW AZOTU DO ATMOSFERY

 

Parametry procesu spalania:

1) temperatura strefy spalania – poniżej 1000

o

C. w wysokich

temperaturach stężenie NOx wzrasta. W temp. 1200

o

C powstaje

100ppm NO

x

, w temp. 1800

o

C K – 1000ppm,

2) stosunek ilości powietrza do paliwa w strefie spalania - optymalny
jest stechiometryczny,

3) dobre wymieszanie paliwa, powietrza i produktów spalania;
recyrkulacja spalin,

4) duża szybkość odbierania ciepła – dodatek wody

5) spalanie dwustrefowe.

Dodawanie do komory spalania substancji alkalicznych:

1. Selektywna termiczna redukcja NO

x

(

selektywna

niekatalityczna redukcja

):

Iniekcja

amoniaku

do komory spalania. W obecności tlenu

zachodzą następujące reakcje:

NO + NH

3

+ 1/4O

2

 N

2

+ 3/2H

2

O

Powyżej 1370 K :

NH

3

+ 5/4O

2

 NO + 3/2H

2

O

Proces redukcji NO z największą wydajnością przebiega w
stosunkowo wąskim zakresie temp. 1240 ± 50 K.

OGRANICZENIE EMISJI TLENKÓW AZOTU DO ATMOSFERY

2. Stosowany jest także proces oparty na iniekcji sproszkowanego

wapna i mocznika

do górnej strefy spalania paliwa w zakres temp.

850 - 1100

0

C.

Z badań wynika, że jednoczesne usuwanie SO

2

i NO

x

w 65% uzyskuje

się przy stosunkach: Ca/S = 3,0 i mocznik/O

2

= 1,5.

OGRANICZENIE EMISJI TLENKÓW AZOTU DO ATMOSFERY

PROCESY STOSOWANE DO OCZYSZCZANIA

GAZÓW ODLOTOWYCH

Ze względu na stan skupienia zanieczyszczeń gazów

odlotowych, urządzenia do oczyszczania dzielimy na:

1 urządzenia do oddzielania z gazu rozdrobnionych zanieczyszczeń

stałych (pyłu) zwane odpylaczami,

2. urządzenia do oddzielania kropelek cieczy (mgieł),
3. urządzenia do redukcji zanieczyszczeń gazowych.
 

Usuwanie pyłów i mgieł

Odpylacze mogą być

suche i mokre

.

Odpylacze dzielimy według wykorzystania w nich zjawisk:

• siły ciążenia,
• sił bezwładności,
• siły odśrodkowej,
• zjawisk elektrostatycznych
• zjawisk filtracji

Komory

osadcze

- wykorzystane jest tutaj zjawisko opadania

ziaren pyłu w polu ciężkości.

URZĄDZENIA ODPYLAJĄCE

Komora osadnicza. 1- komora osadnicza; 2 – zasobnik pyłu; 3 – tory ziaren o dużych

średnicach; 4- tory ziaren o małych średnicach; 5 – wlot gazów; 6 – wylot gazów.

Zalety komór osadczych:

1.

Niskie koszty wykonania.

2.

Małe opory przepływu ( w zakresie 20-50 Pa).

3.

Zapotrzebowanie mocy w zakresie 0,05-0,3 .

4.

Możliwość zastosowania do odpylania gazów gorących bez ich uprzedniego
ochładzania

Odpylacze odśrodkowe – cyklony

URZĄDZENIA ODPYLAJĄCE

Schemat budowy i działania cyklonu.

a – przekrój pionowy; b – przekrój poprzeczny na
wysokości wlotu gazów

1 – wlot gazów zapylonych; 2 – wylot gazów
oczyszczonych;

wir zewnętrzny
wir wewnętrzny
tor ruchu ziarna

Odpylacze odśrodkowe – cyklony

Zalety:
1. Prosta budowa.
2. Niewielkie gabaryty.
3. Niskie koszty inwestycyjne.

Wady:
1. Znaczne opory przepływu (300-1300Pa),
2. Stosunkowo szybkie zużywanie się w wyniku erozji,

3. Niska skuteczność w zakresie ziaren poniżej 10-20

mikrometrów.

URZĄDZENIA ODPYLAJĄCE

Odpylacze elektrostatyczne (Elektrofiltry)

URZĄDZENIA ODPYLAJĄCE

Schemat procesu odpylania w elektrofiltrze.

Odpylacze elektrostatyczne (Elektrofiltry)

URZĄDZENIA ODPYLAJĄCE

Schemat elektrofiltru rurowego

1 – elektroda emisyjna (katoda)

2 – elektroda zbiorcza (anoda)

3 – przewód wysokiego napięcia

4 – układ zasilania

Ilość pyłu odbierana w czasie godziny 40 - 140 ton (7 wagonów

towarowych). 

Zalety:

•Wysoka skuteczność, nawet dla pyłów o rozdrobnieniu koloidalnym.
•Możliwość odpylania gazów gorących (nawet do 450

o

C).

•Niewielkie opory przepływu oraz niskie zapotrzebowanie energii.

 Wady:

•Wysokie koszty inwestycyjne.
•Duże gabaryty.
•Wrażliwe na zmiany charakterystyki oczyszczanego gazu i pyłu
(temperatura, wilgotność gazu, oporność właściwa pyłu, natężenia
przepływu).

•Niebezpieczeństwo wybuchu pyłów palnych.

Odpylacze elektrostatyczne (Elektrofiltry)

URZĄDZENIA ODPYLAJĄCE

Odpylacze filtracyjne

- zakładają przepuszczanie strumienia

zapylonego gazu przez filtry tkaninowe, papierowe, ceramiczne
lub bibuły, gdzie ziarna pyłu są wychwytywane. Ich skuteczność
jest duża (99%).

URZĄDZENIA ODPYLAJĄCE

Schemat filtra workowego: 1 – wlot
powietrza zapylonego; 2 – wylot powietrza
oczyszczonego; 3 – worki filtracyjne; 4 –
zasobnik pyłu; 5 – nadmuch powietrza
sprężonego; 6 – zasobnik sprężonego
powietrza.

Sprawmość – 99.9%

Wady: bardzo wysoki koszt, duże opory
przepływu.

Odpylacze mokre (skrubery lub płuczki)

Płuczka bez wypełnienia

Kolumna z wypełnieniem nieruchomym

Odpylacze mokre są bardzo skuteczne – SPRAWNOŚĆ 90%

URZĄDZENIA ODPYLAJĄCE

URZĄDZENIA ODPYLAJĄCE