Ochrona powietrza - wykład Semestr IV
Wykład 1 Strona 1 z 7
Temat wykładu: Definicja, klasyfikacja i z
ródła zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego.
Zanieczyszczenia reprezentatywne.
1. DEFINICJA ZANIECZYSZCZEC
POWIETRZA
ATMOSFERYCZNEGO
Ziemię okrywa powłoka biologiczna tworząca jednolity kompleks współzale\
ności
związanych z trzema głównymi warstwami: atmosferą, hydrosferą, i litosferą. W oparciu o
powy\
sze warstwy mo\
liwa jest egzystencja organizmów \
ywych, która odbywa się w
biosferze.
Okalająca Ziemię powłoka powietrzna zwana atmosferą jest  płaszczem , który chroni
\
ycie na Ziemi od wrogiego jej, zewnętrznego środowiska kosmosu. Atmosfera składa się z
kilku warstw, z których najbli\
szÄ… powierzchni Ziemi stanowi troposfera. Warstwa ta
rozciąga się na odległość około 13 km i zawiera około 70 % wszystkich mas powietrznych
globu. Masy te obiegając Ziemię, przewietrzają biosferę, powodują wymianę wody, gazów i
ró\
nych substancji, odgrywając tym ogromną rolę w układzie cykli klimatycznych. Warstwa
gazowa o ściśle określonych właściwościach fizycznych obejmująca troposferę jest nazywana
powietrzem atmosferycznym.
Powietrze tu\
przy powierzchni Ziemi składa się głównie z azotu, tlenu, argonu oraz
innych substancji, których zawartość jest niewielka. Za zanieczyszczenia powietrza
atmosferycznego uwa\
ane sÄ…:
" jego składniki naturalne, jeśli ich udziały w powietrzu będą wy\
sze od zawartości
określonych średnim składem powietrza czystego podanym w tabeli 1,
" jego składniki obce, nawet w dowolnie małych udziałach, które nie występują w składzie
naturalnym powietrza atmosferycznego.
Tabela 1. Średni skład czystego powietrza atmosferycznego
Udział w częściach milionowych (ppm)
Składnik
objętościowo wagowo
Azot N2 780900 755400
Tlen O2 209800 231500
Argon Ar 9300 12800
Dwutlenek węgla CO2 300 460
Neon Ne 25.2 12.5
Hel He 5.2 0.72
Metan CH4 2.2 1.2
Krypton Kr 1.0 2.9
Wodór H2 0.5 0.03
Podtlenek azotu N2O 0.0001 0.00015
Podany skład odnosi się tylko do dolnej warstwy atmosfery czyli troposfery. W wy\
szych
warstwach atmosfery występują pewne minimalne zmiany udziałów poszczególnych
składników.
1
Ochrona powietrza - wykład Semestr IV
Wykład 1 Strona 2 z 7
Temat wykładu: Definicja, klasyfikacja i z
ródła zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego.
Zanieczyszczenia reprezentatywne.
Powy\
sza definicja ma charakter ogólny, gdy\
traktuje ona nawet nadmierną ilość
gazów obojętnych (gazy szlachetne, azot itp.) lub podtrzymujących procesy \
yciowe (tlen),
jako zanieczyszczenie. Jednak\
e nie będzie to jednoznaczne z zaistnieniem szkodliwości lub
uciÄ…\
liwości atmosfery dla środowiska biologicznego i tym samym ze stworzeniem
zagro\
enia dla zdrowia i \
ycia człowieka. O zaistnieniu takiego zagro\
enia decyduje bowiem
stopień toksyczności substancji zanieczyszczającej oraz jej stę\
enie. Tak więc mo\
na przyjąć,
i\
powietrze atmosferyczne będzie nadmiernie zanieczyszczone wtedy, kiedy udziały
znajdujących się w nim zanieczyszczeń przekraczają progowe wartości stę\
eń, określane
przez słu\
by nadzoru sanitarnego jako wartości odniesienia.
2. ZANIECZYSZCZENIA REPREZENTATYWNE W POWIETRZU
ATMOSFERYCZNYM
Ró\
norodność rodzajów zanieczyszczeń wprowadzanych do atmosfery komplikuje
dokładną ocenę stopnia ska\
enia powietrza atmosferycznego. Komplikacja ta wynika z
konieczności permanentnego określenia maksymalnych stę\
eń zanieczyszczeń i ze śledzenia
zmian tych wartości zachodzących wraz z upływem czasu. Ocena stę\
eń wszystkich
zanieczyszczeń ze względów techniczno-organizacyjnych nie jest mo\
liwa.
W praktyce oznaczenia ogranicza się tylko do wybranych zanieczyszczeń.
Podstawowymi kryteriami ich doboru sÄ…:
" powszechność występowania danego zanieczyszczenia,
" osiąganie odpowiednio wysokich wartości stę\
eń,
" istnienie podobieństwa własności zanieczyszczeń.
Zanieczyszczenia wybrane według powy\
szych kryteriów do systematycznego
oznaczania nazwano charakterystycznymi lub reprezentatywnymi zanieczyszczeniami
powietrza atmosferycznego. Powy\
sze zanieczyszczenia oznacza się dla ró\
nych rejonów
Polski.
Najczęściej spotykanymi zanieczyszczeniami reprezentatywnymi są: pyły
nietoksyczne, tlenki i dwutlenek węgla, tlenki azotu. Do grupy tej dopisać tak\
e mo\
na
wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), np. 3-4-benzo-a-piren, wykazujące
działanie rakotwórcze. Obecnie powszechnymi zanieczyszczeniami reprezentatywnymi są
równie\
metale ciÄ™\
kie i węglowodory pochodzące z pojazdów mechanicznych na paliwa
ciekłe.
 Utleniacze to jeszcze jedno określenie charakterystycznych zanieczyszczeń
powietrza, jakie wprowadzono do literatury. Są substancjami zanieczyszczającymi wtórnymi,
powstałymi na drodze reakcji fotochemicznych podstawowych zanieczyszczeń. Zalicza się do
tej grupy: ozon, dwutlenek azotu, azotany nadtlenków acetylu, formaldehyd, akroleinę itp.
2
Ochrona powietrza - wykład Semestr IV
Wykład 1 Strona 3 z 7
Temat wykładu: Definicja, klasyfikacja i z
ródła zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego.
Zanieczyszczenia reprezentatywne.
3. CHARAKTERYSTYKA y
RÓDEA
ZANIECZYSZCZEC
POWIETRZA
y
ródła zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego są liczne i ró\
norodne. Ogólnie
mo\
na je podzielić na dwie grupy:
" naturalne  wynikające ze zdarzeń naturalnych zachodzących samorzutnie w przyrodzie,
bez zamierzonego udziału człowieka,
" sztuczne  spowodowane działalnością człowieka, z wyłączeniem jego naturalnych
procesów \
yciowych.
Ze względu na sposób wprowadzania zanieczyszczeń do atmosfery wy\
ej wymienione
z
ródła dzielą się na z
ródła:
" zorganizowane  wprowadzanie zanieczyszczeń do atmosfery odbywa się za
pośrednictwem odpowiednich urządzeń technicznych (kominy, wyrzutnie wentylacyjne,
odpowietrzniki),
" niezorganizowane  wprowadzanie zanieczyszczeń do atmosfery jest samorzutnym
zdarzeniem przypadkowym.
Szczegółową systematykę poszczególnych grup z
ródeł zanieczyszczeń przedstawia rysunek 1.
y
ródła zanieczyszczeń
powietrza
naturalne
sztuczne
niezorganizowane zorganizowane niezorganizowane
- pyły kosmiczne - hałdy
- wulkany - wysypiska
- po\
ary - inne
- inne
procesy spalania
procesy spalania
- hutnictwo,
koksownictwo,
gazownictwo
- chemia
-górnictwo
- procesy jÄ…drowe
- inne
Rys. 1. Podział z
ródeł zanieczyszczeń powietrza
3
Ochrona powietrza - wykład Semestr IV
Wykład 1 Strona 4 z 7
Temat wykładu: Definicja, klasyfikacja i z
ródła zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego.
Zanieczyszczenia reprezentatywne.
4.1. Naturalne z
ródła zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego
Do z
ródeł zanieczyszczeń naturalnych, które ze względu na to, \
e w całości nie są
organizowane przez człowieka, tym samym nale\
Ä… do z
ródeł niezorganizowanych,
zaliczanych jest kilka rodzajów zanieczyszczeń pyłowych oraz zanieczyszczenia gazowe.
Do z
ródeł zanieczyszczeń naturalnych pyłowych nale\
Ä…:
" pyły kosmiczne pochodzące z komet i meteorytów, które po wejściu w układ słoneczny,
wskutek znacznego podwy\
szenia temperatury, częściowo odparowują, by następnie
zestalając się w strefie chłodniejszej, tworzyć tzw. pyły kondensacyjne. Wiadomo, \
e
największa ilość pyłów pochodzenia kosmicznego zalega w wy\
szych warstwach
atmosfery, rozciągających się na wysokości od 70 do 90 km od powierzchni Ziemi.
Jednak znaczna ilość opadając, dociera do Ziemi. Ilość pyłu kosmicznego opadająca w
ciÄ…gu roku na powierzchniÄ™ Ziemi jest oceniana na 104 Mg do 107 Mg,
" pyły wulkaniczne - eksplodujące wulkany oprócz lawy wyrzucają do atmosfery ogromną
ilość czÄ…stek staÅ‚ych (np. Tunbors w 1825 roku - 150 Å"109 Mg , Katami w 1912 roku -
20 Å"109 Mg ),
" pyły z po\
ary np. lasów i stepów - najdrobniejsze pyły mogą przebywać w postaci
obłoków pyłowych na du\
ych wysokościach nad ziemią (kilku tysięcy) i przemieszczać
siÄ™ na du\
e odległości, dla przykładu: w zachodniej części Afryki zarejestrowano opad
pyłu pochodzącego z po\
aru lasu w USA,
" pyły pochodzące ze sztormów morskich (w odległości do 12 km od wybrze\
a Anglii
mo\
na zaobserwować cienką powłokę z soli na powierzchni terenu),
" pyły pochodzenia organicznego  do nich zalicza się zarówno pyły pochodzenia
zwierzęcego  mikroby, jak i pyły pochodzenia roślinnego  pyłki i zarodniki roślin.
Największe ilości mikrobów spotyka się w du\
ych aglomeracjach miejskich. StÄ™\
enie
bakterii wykrywane w powietrzu du\
ych miast często kilkakrotnie przewy\
sza stÄ™\
enie
tych zanieczyszczeń w okolicach wiejskich, które równie\
posiadajÄ… z
ródła emisji pyłów
pochodzenia zwierzęcego. Zanieczyszczenia powietrza pyłami organicznymi pochodzenia
roślinnego występują głównie w okolicach pozamiejskich. W zestawie mikroflory
atmosfery największe znaczenie mają zarodniki grzybów. Ich obecność w powietrzu
atmosferycznym mo\
e być szkodliwa, poniewa\
wśród grzybów występuje wiele
gatunków wywołujących choroby ludzi i zwierząt.
Naturalne z
ródła emisji oprócz zanieczyszczeń pyłowych, wytwarzają znaczne ilości
zanieczyszczeń gazowych. W czasie wybuchu wulkanu z krateru wydobywają się następujące
zanieczyszczenia gazowe: dwutlenek węgla, tlenek węgla, dwutlenek siarki, chlorowodór,
fluorowodór i siarkowodór. W czasie wyładowań atmosferycznych powstają w atmosferze
inne zanieczyszczenia gazowe, a mianowicie tlenki azotu i ozon. Aby uzmysłowić sobie jakie
wartości mo\
e osiągnąć globalnie emisja zanieczyszczeń gazowych pochodzących ze z
ródeł
naturalnych, wystarczy uwzględnić wydzielanie przez człowieka w ciągu godziny 0,02 m3
dwutlenku wÄ™gla, co przy liczbie ludnoÅ›ci szacowanej obecnie na 6 Å"109 (6 miliardów), daje
2 Å"109 Mg dwutlenku wÄ™gla rocznie.
4
Ochrona powietrza - wykład Semestr IV
Wykład 1 Strona 5 z 7
Temat wykładu: Definicja, klasyfikacja i z
ródła zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego.
Zanieczyszczenia reprezentatywne.
3.2. Sztuczne z
ródła zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego
Globalnie większy udział od naturalnych stanowią sztuczne z
ródła zanieczyszczeń,
powstałe w wyniku działalności człowieka. Największe ilości tych zanieczyszczeń
wprowadza do atmosfery przemysł, zwłaszcza energetyczny, hutniczy i górniczy, chemiczny
oraz spo\
ywczy. Dominujący wpływ na powstawanie zanieczyszczeń zarówno pyłowych jak i
gazowych ma spalanie paliw, zwłaszcza w elektrowniach. Ilość powstających i emitowanych
do atmosfery zanieczyszczeń podczas procesu spalania zale\
y przede wszystkim od:
" rodzaju i stanu spalanego paliwa,
" warunków spalania,
" skuteczności urządzeń oczyszczających wytworzone spaliny przed ich wprowadzeniem
do atmosfery.
Udział poszczególnych dziedzin gospodarki w ogólnym bilansie zanieczyszczeń
atmosfery nie jest stały i zale\
y nie tylko od tempa ich rozwoju, ale równie\
od stosowanych
metod ograniczania wydzielania się zanieczyszczeń.
CiÄ…gi komunikacyjne o du\
ym natÄ™\
eniu są typowymi emitorami zanieczyszczeń
pyłowych i gazowych. Zanieczyszczenia spowodowane komunikacją ograniczają się do
du\
ych miast, lotnisk i tras komunikacyjnych.
3.3. Podział z
ródeł emisji ze względu na rozprzestrzenianie się
zanieczyszczeń
Rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń z poszczególnych z
ródeł ich powstawania
odbywa się ró\
nymi sposobami. Przyjmuje siÄ™, \
e z
ródłami zorganizowanymi emisji
zanieczyszczeń są specjalnie w tym celu budowane i odpowiednio eksploatowane urządzenia
wylotowe, np. kominy fabryczne, wyrzutnie wentylacyjne, odpowietrzniki.
Niezorganizowanymi z
ródłami emisji są natomiast wszelkie otwory przypadkowe, np.
nieszczelności urządzeń ogrzewczych i przewodów dymnych, okna i drzwi pomieszczeń
fabrycznych, a przede wszystkim powierzchnie wysypisk i hałd. Wśród wymienionych
rodzajów z
ródeł wymienia się z
ródła o emisji stałej lub zmiennej w czasie, i to odnoszonej
zarówno do jakościowego, jak i ilościowego składu emitowanych zanieczyszczeń.
Ka\
de pojedyncze z
ródło emisji o małej powierzchni jest traktowane jako tzw. z
ródło
punktowe. y
ródło o powierzchni emisji zbli\
onej do linii prostej mo\
e być traktowane jako
z
ródło liniowe. Rozkład emisji zanieczyszczenia mo\
e być ciągły (autostrady, ulice) lub
nieciągły (wyrzutnie wentylacyjne z hali produkcyjnej).
Powierzchniowym z
ródłem emisji mo\
na nazwać ka\
de z
ródło, w którym wydzielanie
zanieczyszczenia odbywa się z płaszczyzny lub z cienkiej warstwy przylegającej do
płaszczyzny. Istnieją dwie grupy z
ródeł powierzchniowych: z
ródła emisji ciągłej
i rozmieszczonej skokowo.
NatÄ™\
enie emisji zanieczyszczeń z ka\
dego z
ródła mo\
e być stałe lub zmienne.
SystematykÄ™ z
ródeł emisji przedstawia rysunek 2.
5
Ochrona powietrza - wykład Semestr IV
Wykład 1 Strona 6 z 7
Temat wykładu: Definicja, klasyfikacja i z
ródła zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego.
Zanieczyszczenia reprezentatywne.
y
RÓDA
A ZANIECZYSZCZEC

Zorganizowane Niezorganizowane
Ruchome Stacjonarne
Punktowe Liniowe Powierzchniowe
Emisja stała
Emisja zmienna
Rys.2. Podział sztucznych z
ródeł zanieczyszczeń według sposobów wprowadzania
zanieczyszczeń do atmosfery
3. KLASYFIKACJA ZANIECZYSZCZEC
POWIETRZA
Substancje zanieczyszczajÄ…ce powietrze atmosferyczne mo\
na klasyfikować
ró\
norodnie, w zale\
ności od przyjmowanych kryteriów klasyfikacyjnych oraz potrzeb.
Nale\
y jednocześnie zauwa\
yć, \
e chocia\
powietrze atmosferyczne, jako ośrodek
rozpraszajÄ…cy zanieczyszczenia, jest gazem, to wprowadzane do niego substancje
zanieczyszczające występują we wszystkich trzech stanach skupienia: w postaci gazowej,
ciekłej lub stałej, przyjmując ró\
ne formy strukturalne. Dlatego te\
zrozumiałe jest tworzenie
zarówno mieszanin wieloskładnikowych jak i wielofazowych, których klasyfikację
przedstawia tabela 2.
Pod pojęciem pyłu zgodnie z Polską Normą (PN-64/Z-01001) rozumiemy  fazę stałą
układu dwufazowego ciało stałe-gaz lub gaz-ciało stałe, je\
eli stopień rozdrobnienia fazy
stałej jest tak du\
y, \
e w nieruchomym powietrzu o ciśnieniu 1013,25 hPa i temperaturze
20°C ziarna ciaÅ‚a staÅ‚ego, na które dziaÅ‚a tylko siÅ‚a ciÄ…\
enia, po bardzo krótkim okresie
przyspieszenia, wskutek oporu przepływu ośrodka, będą opadały ze stałą prędkością mniejszą
ni\
500 cmÅ"s-1 lub bÄ™dÄ… wykonywaÅ‚y ruchy Browna .
6
Ochrona powietrza - wykład Semestr IV
Wykład 1 Strona 7 z 7
Temat wykładu: Definicja, klasyfikacja i z
ródła zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego.
Zanieczyszczenia reprezentatywne.
Tabela 2. Podział układów wieloskładnikowych w zale\
ności od stanu skupienia fazy
rozproszonej w powietrzu atmosferycznym
Faza rozproszona Faza rozpraszająca Nazwa Przykłady
lotny popiół ze spalania paliw, kurz
ciało stałe gaz pył
drogowy
ciecz gaz mgła skraplająca się para, chmury
mieszanina gazy spalinowe,
gaz gaz
gazów gazy przemysłowe
mgła lotny popiół + sadza + gazy
ciało stałe,
gaz inwersyjna przemysłowe + skraplająca się para
ciecz
(smog) wodna
Tej samej definicji mo\
na u\
ywać do określania mgły, z tym \
e w omawianym
układzie dwufazowym miejsce rozdrobnionego ciała stałego zajmuje odpowiednio
rozdrobniona ciecz. Dla całości układów dwufazowych:  ciało stałe  gaz lub  ciecz  gaz ,
a czasem tak\
e dla spotykanych mieszanin układów trójfazowych:  ciało stałe  ciecz  gaz
stosuje siÄ™ nazwÄ™  aerozol . KlasyfikacjÄ™ aerozoli przedstawia tabela 3.
OmawiajÄ…c klasyfikacjÄ™ aerozoli nale\
y zaznaczyć, \
e pyły makroskopowe powstają
wyłącznie poprzez dyspersję mechaniczną, a pyły o rozdrobnieniu koloidalnym oprócz
rozdrobnienia mechanicznego mogą powstawać przez kondesację, polegającą na skraplaniu i
zestalaniu par.
Zanieczyszczenia powietrza są klasyfikowane nie tylko ze względu na formy
występowania, określane stanem skupienia. Rozró\
niane sÄ… one tak\
e według sposobu
tworzenia. W tym względzie występują zazwyczaj dwie następujące grupy zanieczyszczeń:
" pierwotne, które zachowują charakter nadany im w momencie tworzenia,
" wtórne, które powstają w wyniku przekształceń zanieczyszczeń pierwotnych.
Tabela 3. Klasyfikacja aerozoli
gruby , wymiary ziaren: 0,2 - 1 µm
drobny , wymiary ziaren: 0,02  0,2 µm
Pył o rozdrobnieniu koloidalnym,
ziarna pyłu wykazują ruchów
bardzo drobny , wymiary ziaren:
Browna, wymiary ziaren
0,002  0,02 µm
0,001  1 µm
subkoloidalny , wymiary ziaren:
A
P
0,001  0,002 µm
E
Y
R
A

gruby , wymiary ziaren: 500 - 1000 µm
Pył o rozdrobnieniu
O
Å›redni , wymiary ziaren: 60 - 500 µm
makroskopowym, ziarna pyłu nie
Z
wykazują ruchów Browna,
O drobny , wymiary ziaren: 5 - 600 µm
wymiary ziaren
L
bardzo drobny , wymiary ziaren:
1  1000 µm
E
1 - 5 µm
mgła o rozdrobnieniu koloidalnym,
M
wymiary kropel: < 40 µm
G
A

mgła o rozdrobnieniu makroskopowym,
A
wymiary kropel: 40  500 µm
7