Po co chronić powietrze?

- bez powietrza nie ma życia

- życie możliwe jest tylko przy czystym powietrzu zarówno dla ludzi jak i flory i fauny.

Powietrze to składnik atmosfery (mieszaniny gazów). To przyziemna część atmosfery.

Najważniejszym składnikiem powietrza jest tlen.

Skład powietrza:

- azot – 78% , - dwutlen – 20% - argon – 0,93% - neon (CO2) – 0,031% - hel – 1,82 * 10^-3 % cząstek

- metan – 5,24 * 10^-4 - wodór 1,14 * 10^-4 - podtlenek azotu 5*10^-5, - ksenon 3*10^-5, - tl. Węgla 8,7 *10^*-6, - ozon 1*10^-6

Wszystkie odchylenia od tych podawanych norm uznane są za zanieczyszczenia. Obecność jakichkolwiek dodatkowych składników w różnych stanach skupienia to też zanieczyszczenie.

Wraz z odległością od powierzchni Ziemi zmniejsza się ilość tlenu, temperatura, przemieszczają się gazy i zachodzą różne reakcje (zjawiska) które wpływają na życie na ziemi.

Źródła zanieczyszczeń dzielimy na:

Zorganizowane – da się wskazać źródło i je zniszczyć. Np. Kominy

Niezorganizowane – składowiska odpadów, rolnictwo.

Identyfikacja zanieczyszczeń

- ilość można podawać masa/j.objętości , gaz w jednostkach objętości na ilośc % w jednostce masa/ czas

- rodzaje: mogą być mierzone w sposób ciągły lub okresowy, ze względu na pewne rodzaje zanieczyszczeń lub ze względu na wszystkie rodzaje zanieczyszczeń.

Pomiary ciągłe lub okresowe prowadzone są w celu znalezienia przyczyn chorób dewastacji środowiska.

Do pomiaru zanieczyszczeń powołany jest Państwowy Monitoring Środowiska, którego głównym zarządcą jest Główny Inspektor od Ochrony Środowiska.

Stany skupienia zanieczyszczeń: (źródła emisji)

- stałe (pyły mineralne i niemineralne , pyłki kwiatowe, łuszczenie skóry, włosy)

- ciekłe (para wodna, mgła, krople rozproszone w powietrzu, opady atmosferyczne, dioksyny,furany)

- gazowe ( Gazy z procesów spalania, procesy technologiczne, wydalane gazy przez organizmy żywe. (zw. siarki))

*Struktura dolnych warstw atmosfery:

- powierzchnia Ziemi

- Troposfera

- Strefa Dolna

- Ozonosfera (naturalny filtr ograniczający promieniowanie)

- Strefa Górna

- Mezosfera

Źródła Zanieczyszczenia Atmosfery dzielimy na :

*Naturalne ( powstają w środowisku samorzutnie)

- wybuchy wulkanów : So2, tlenki azotu, (miliardy ton przy erupcji), siarkowodór

- trzęsienie ziemi: emisja pyłów, emisja pary mokrej, gazów w tym metanu

- burze (wyładowania atmosferyczne): tlenki azotu

- samoczynne pożary lasów, stepów: popioły, tlenek węgla, lotne związki organiczne tj. węglowodory, tlenki siarki; podtlenek azotu

- morza i oceany - na skutek falowania do atm dostaję się kropelki soli

- rośliny: - pyłki, zarodniki grzybów, bakterie, tl. Węgla ( z procesów fotosyntezy)

- bagna i tereny podmokłe: parowanie (powstaje metan), siarkowodór, amoniak

- procesy fizjologiczne człowieka i zwierząt: Co2 – oddychanie; metan – siarkowodór wydalanie gazów

- Huragany: pyły gazowe, Co2, uwalnianie metanu

*Sztuczne ( przetwarzanie dóbr naturalnych)

- nawozy

- składowanie odpadów: metan, CO2, NH3

- przemysł: spalanie – CO2, SO2, NO2, trwałe związki organiczne dioksyny i urany

Pyły : arsen, chrom, nikiel, rtęć

- hutnictwo: pyły żelazo nośne, tl. Miedzi, cyny chromu, manganu, fluorowodór, cyjanowodór, arsen, siarkowodór.

- odlewnie: fenole, amoniak, lotne związki organiczne.

- cegielnie-cementownie: tl. Węgla, siarki

- transport: spaliny: tl. Węgla, azotu, tl.siarki, węglowodory, sadza

- przemysł spożywczy: odory, zapachy, lotne zw. organiczne, amoniak, aldehydy, węglowodory (wędzarnie ryb)

- lakiernie: węglowodory, benzen, propanol, butanol, odory.

*Zanieczyszczenia pochodzenia kosmicznego

Rozprzestrzenianie zanieczyszczeń

- w zależności od źródła zanieczyszczeń

- ukształtowania terenu

- warunków klimatycznych (wiatr, wysokość n.p.m, wilgotność powietrza, różnica temperatur)

Zjawiska pojawiające się na skutek reakcji środowiska na zanieczyszczenia:

O charakterze: Lokalnym i Globalnym

*Do Lokalnych możemy zaliczyć

- Kwaśne opady -> (pH < 6) – spowodowane przez tlenki siarki i azotu) Emisja obu tych tlenków powoduje zakwaszanie opadów, a tym samym środowiska -

elektrociepłownie, huty, przemysł produkuje NOx, SOx, powodują korozję obiektów budowlanych które są skutkami kwaśnych opadów.

- Smog – powstaje poprzez połączenie NOx, SOx z mgłą i pyłami. Powstaje poprzez emisję zanieczyszczeń i samochodów, kominów domów i fabryk

- smog amerykański (niebieski) zaobserwowany w XX w. w Los Angeles. Zaobserwowano go w wyniku lokalizacji na przedmieściach w sąsiedztwie dużych ulic i w sąsiedztwie zakładów chemicznych. W skład tego smogu wchodzą: węglowodory ze spalin, tl. Węgla, NOx Smog powoduje zatrzymywanie się zanieczyszczeń przy powierzchni ziemi, a tym samym ogranicza dostęp tlenu a tym samym choroby a nawet ofiary śmiertelne.

Jak przewidywać smog? Pogoda bezwietrzna, wilgotna, monitoring powietrza.

- Kryzys tlenowy

- Alarmowy stan tlenku azotu

- Zjawisko inwersji termicznej – pojawienie się nagłej mgły , najczęściej na drodze.

*Do Globalnych możemy zaliczyć:

- Ubytek warstwy ozonu (dziura ozonowa) – Ozon zatrzymuje w części promieniowania ultrafioletowe pochodzące od słońca, ogranicza dostęp. Powodem ubytku ozonu są Freony, halony. Poza tym CO2, metan, podtlenek azotu i tlenki azotu.

- Ubytek ozonu związany jest bezpośrednio z efektem cieplarnianym. Oba efekty powodują wzrost średnich temperatur, a tym samym zmiany klimatyczne, topnienie lodowców, wysuszanie gleby, zmiana roślinności.

Rodzaje zanieczyszczeń gazowych: ( w jaki sposób należy chronić powietrze)

- klimatyzacja i wentylacja -> bakterie i grzyby – stosuje się środki bakterio i grzybobójcze.

-> zanieczyszczenia stałe -> filtry oczyszczające i pyły stałe.

-> odory

- roboty inżynieryjne / rewitalizacja terenu

-> zapylenie – stosuje się zraszanie, środki błonotwórcze, zatrawianie, geowłóknina

-> spaliny z transportu – wyłączanie silników na czas postoju

-> gazy z odwiertów

-> gazy z robót strzałowych

- Inżynieria mineralna

-> pyły – procesy na mokro, wybudowanie instalacji odpylających, stosowanie okapturzeń, hermetyzacja taśmociągów, sprawdzanie uziarnienia i odsiewanie drobnych ziarn, żeby nie rozdrobnić nadmiernie już drobnych ziaren.

-> odory przy flotacji – odciągniki powietrza i biofiltry

- przeróbka odpadów:

- odpady komunalne -> odory -> sortownie, zamykanie, wapniowanie

- sortownie odpadów -> odory -> odciągi i czyszczenie przez biofiltr

- kompostowanie -> odory i pyły -> odciągi i odpylanie, oczyszczanie powietrza w biofiltrach

- fermentacja – biogaz (metan, odory, siarkowodór, amoniak, CO2) -> wykorzystanie do spalania.

- spalanie -> odpylanie, usuwanie chlorowodorów, odsiarczanie, usuwanie dioksan i innych substancji organicznych, usuwanie NOx.

- składowiska odpadów -> pył, odory, biogaz.

Bioindykacja – reakcja organizmów na zanieczyszczenia środowiska. Wykorzystuje organizmy wskaźnikowe, czyli takie, które reagują na jeden składnik, np: parosty – reagują na stężenie SO2, mchy – reagują na metale ciężkie. Taką roślinę poddaje się później analizie chemicznej.

Obserwuje się rozwój roślin, jako wskaźnik zanieczyszczenia powietrza. Np.: sadzenie kwiatów na rondzie i porównywanie ich z roślinami rosnącymi w normalnych warunkach.

Sposoby dokonywania pomiarów (typy):

- miesięczne , - dobowe, - chwilowe , - ciągłe (Jednostki g/m3, objętość / czas.)

Procesy odpylania - polega na procesie zatrzymywania pyłu (części stałych) z dwóch procesów stanów – gazowy i stały. Zatrzymywanie części stałych z mieszaniem powietrza. W odpowiednich warunkach mogą zachodzić samorzutnie.

Pył może powodować:

- alergię - wewnątrz przez wchodzenie w reakcję z płynami fizjologicznymi

- pylicę – zatrzymywanie kanalików płucnych

- rakotwórcze – azbest, pył z drzewa bukowego)

- zmiany pH wody i gleb

- korozję powierzchni metalicznych

Konstrukcja urządzeń odpylających:

- wykorzystywanie sił grawitacyjnych

- wykorzystywanie sił bezwładności

- wykorzystywanie sił odśrodkowych

- przesiewanie przez sito

- jonizacja gazu z osadzaniem jonów

- oddziaływanie elektrostatyczne

- prowadzenie procesów na mokro (poprzez zwilżanie)

Katalog urządzeń odpylających (składa się z 3 grup liczb)

1 . Procesy na sucho

2. Urządzenia na mokro

II - w drugim etapie liczby 1-7 – zależą od rodzaju wykorzystywanej siły do odpylania

III – trzecia grupa liczb przyjmuje wartość od 1 do nieskończoności.

1.1.1

– Komory osadcze proste – siłą ciążenia

1.1.2

– Komory osadcze z poziomymi półkami – siła ciążenia

1.4.2

- Cyklony pojedyncze z rozdzieleniem strumienia gazu – siła odśrodkowa

1.6.1 – odpylacze elektrostatyczne – siła elektrostatyczna

1.7.6 – odpylacze tkaninowe ………… - filtracja (siły bezwładności, siły dyfuzji i siły elektrostatyczne) Najczęściej stosowane urządzenia w zależności od wielkości pyłu: ( Na podstawie czego dobiera się urządzenia)

- na podstawie wielkości ziarna

- kształtu pyłu

- stężenia pyłu

- własności fizyczne i chemiczne

- możliwości w terenie, jakie można urządzenie wykorzystać

- czy wchodzi w reakcję z wodą

- co będziemy z tym pyłem robić, bo wydzielany pył staję się odpadem

- temperatura gazów

Najprostsze Urządzenia

- Komory osadcze – skuteczność do 40%, są I stopniem odpylania

- odpylacz bezwładnościowy – również są I stopniem odpylania. Pozwala na rozdzielanie większych klas pyłu. Połączone są z innymi urządzeniami odpylającymi np. cyklonem

- odpylacz tkaninowy – skuteczność 98%, w zależności od rodzaju tkaniny zatrzymuje się na nim pył. Materiał w postaci worków lub rękawów.

Skuteczniejszymi od odpylaczy tkaninowych są elektrofiltry.

- zwężki venturiego – pył zostaje wytrącony poprzez regulację ciśnienia

- odpylacze mokre – skrubery – zwilżanie pojedynczych ziaren pyłu poprzez deszczownice. W wyniku tego procesu otrzymujemy szlam.

- filtry kasetowe – do pracy okresowej, wsuwa się szuflady w rurociągi wra z siatką i materiałem filtracyjnym.

- urządzenia elektrostatyczne – najskuteczniejsze, ale najdroższe – skuteczność 99,9%. Składa się z dwóch elektrod: 1– Emitująca (katoda), elektrony ujemne

2 – osadcza o dużej powierzchni, elektrody dodatnie

Elektrony uderzają w ziarna pyłu, powodują wytrącanie – elektrony siadają na ziarnach i ziarno zostaje obdarowane ładunkiem ujemnym.

Elektrofiltry mamy:

- Suche (elektroda osadcza strzepywana przez drganie)

- mokre ( elektroda osadcza jest zmywana po wcześniejszym odłączeniu prądu)

Pyły pochodzą z:

- proces spalania opału

- produkcja żelaza i stali

- przemysł materiałów budowlanych

- produkcja betonu

Atmosfera – wpływa na wszystkie elementy środowiska, z tego powodu musimy ją chronić przed zanieczyszczeniami.

Tlenki azotu, węgla i siarki – powodują największe zanieczyszczenia

Zanieczyszczenia gazowe (Siarka)

- > tlenki siarki (SO2 i SO3) – powstają ze spalania węgla z elektrociepłowni, głównie ze spalania z hutnictwa, najwięcej ze spalania węgla kamiennego, najmniej z ropy naftowej.

Zapobieganie = ochrona emisji (w jaki sposób zapobiegać powstawaniu tlenków siarki)

(używać takich materiałów do spalania które nie uwalniają tlenków lub wydalają w ograniczonych ilościach)

- w węglu kamiennym siarka występuje w postaci pirytu i siarki organicznej

- w złożach siarka występuję w ilości do 1,5 % a 0,8% możemy skierować do spalania.

- sposoby odsiarczania węgla – wydzielanie przez różnicę ciężarów właściwych, metody grawitacyjne i odśrodkowe ( w ten sposób odzyskujemy piryt, który można wykorzystać do żelaza)

Sposoby przeciwdziałania emisji SOx

- wzbogacenie paliw (np. odsiarczanie węgli energetycznych)

- zmiana stosowanych surowców (np. spalanie paliw o wyższej jakości w okresie niekorzystnych warunków meteorologicznych)

- zmiana procesów technologicznych

- hermetyzacja procesów technologicznych i oczyszczania gazów odlotowych

- oczyszczanie gazów spalinowych (odsiarczanie)

- wykorzystanie niekonwencjonalnych źródeł energii (np. energii słonecznej, wiatru, geotermalnej)

- odpowiednia gospodarka odpadami przemysłowymi i komunalnymi

Metody odsiarczania spalin

Usuwanie związków siarki w procesach czyli metody odsiarczania spalin są to głównie procesy adsorpcji i absorpcji Absorpcja – ciecz pochłania związki, zachodzą reakcje (za pomocą roztworów)

Adsorpcja – za pomocą ciał stałych, które muszą mieć bardzo rozwiniętą powierzchnię żeby mogły zajść reakcję międzycząsteczkowe, kontakt ciała stałego z tlenkami za pomocą urządzeń. Te ciała stałe nazywają się sorbentami.

Procesy spalania – Wykorzystuje się zjawiska fizyczne i chemiczne.

Do każdego procesu spalania potrzebny jest tlen. Za mało tlenu prowadzi do powstawania gazów, które też się następnie spala.

Procesy można regulować przez dodawanie substancji, które są katalizatorami (przyśpieszają spalanie ale same nie uczestniczą w procesie). Jest to spalanie katalityczne.

Odsiarczanie pod względem użytkowym

Mokre (absorpcje)

Suche (adsorpcje)

Półsuche

Metody:

* Regeneracyjne – następuje regeneracja sorbentu i powraca do obiegu z równoczesnym wykorzystaniem SO2.

- Odpadowe (nieregeneracyjne)

*Metoda Mokra

a) Sodowa - Metoda regeneracyjna wellmana- lorda ( proces mokry)

NA2SO3 + SO2+H2O = 2NAHSO3

Siarczyn sodu - regeneracja polega na termicznym rozkładzie NAHSO3

2NA HSO3 = NA2SO3 + SO2 + H2O

Reakcja utleniania NA2SO3

2NA2SO3 + SO3+ H2O = NA2SO4 + 2NAHSO3

2NA2SO3 + O2 = 2NA2SO4 – siarczan Jodu

Metoda ta jest skuteczna w 90 %

Powstają podczas niej odpady:

- siarczan sodu ( w postaci szlamu). Wykorzystuje się go w przemyśle włókienniczym, szklarskim do produkcji papieru.

* Metoda Magnezowa (do procesu odsiarczania) – wykorzystuje się wodną mieszaninę MgO+SO2 = Mg SO3

W procesie powstaje także pewna ilość MgSO4

MgO+SO3 = MgSO4

2MgSO3+O2 = 2MgSO4

Mg SO3 = MgO+SO2

Wykorzystuje się zmielony koks ( do odsiarczania spalin) – ułatwia wydzielanie i odzyskiwanie tlenku magnezu 2MgSO4 + C = 2MgO + 2SO2 + CO2

Najczęściej stosowane w Polsce są metody mokre. Są one jednak drogie, bo instalacja tej technologii jest droga i odwadnianie jest problemem. Są one jednak najskuteczniejsze.

* Metoda wapniakowo-wapienna (polska metoda)

SO2+Ca(OH)2 = CaSO3 + H2O – mleko wapienne

SO2 + CO3 + H+ = Ca++ + HCO3-

Ca++ + HSO3- = CaSO + H+

H+ + HCO3- = H2O + CO2

CaCO3 + CO2 = CaSO3 +CO2

2CaSO3 + O2 = 2CaSO4

Oprócz siarczanów otrzymujemy w tej metodzie siarczyny.

Sorbentem jest mleko wapienne i węglan wapnia.

•

Suche metody odsiarczania

Sorbent i odpad jest w postaci suchej. Jego skuteczność 30-50%.

Nie otrzymujemy wyodrębnionych odpadów oraz potrzebna jest dużej ilości sorbentu. Nie jest droga ta metoda, wykorzystywana w małych kotłowniach.

Sorbent musi być mocno rozdrobniony i węglan wapnia albo tlenek wapnia, węglan magnezu. Sorbent ten można pozyskać z przeróbki rud cynkowo-ołowiowych (dolomitowe).

Metody te można prowadzić przez:

- mieszanie sorbentu z paliwem i poddać procesowi spalania

- podawanie sorbentu w postaci suchej i doprowadzić do komory spalania.

CaO+SO2 = CaSO3

CaO+SO3 = CaSO4

•

Półsucha metoda

Podaje się sorbent w postaci mokrej a otrzymuje się odpad w postaci suchej. Roztworzony sorbent (węglan magnezu) w wodzie za pomocą atomizerów (rozpylaczy) prowadzi się do komory spalania.

W metodzie tej problem jest z odpadami, trzeba je składować na składowiskach odpadów niebezpiecznych. Należą te metody do rzadkich.

Sposoby przeciwdziałania emisji NOx

- zmiana stosowanych surowców

- zmiana procesów technologicznych

- hermetyzacja procesów technologicznych i odsiarczania gazów odlotowych

- wykorzystanie gazów spalinowych (-> odazotowywanie)

- wykorzystanie niekonwencjonalnych źródeł energii (np. energii słonecznej, wiatrowej, geotermalnej) W procesach spalania powstają trzy rodzaje tlenków azotu.

NO

95-97% ( czas życia w atmosferze: 4 doby)

NO2

3-5% ( 1 doba)

N2O

około 0,5% (120 lat)

Metody obniżania wielkości emisji tlenku azotu atmosfery dzielimy na:

- pierwotne – polegające na zanieczyszczeniu ilości ich powstawania w procesie spalania.

- wtórne – polegające na oczyszczaniu gazów spalinowych.

•

Metody pierwotne zależą:

- od obniżenia temperatury spalania

- od obniżenia stężenia tlenu

- skracania czasu przebywania w strefie wysokich temperatur

Sposoby ograniczania powstawania podtlenków azotu:

1.

Zaprojektowanie specjalnej konstrukcji komory spalania (chodzi o rozmiar komory)

2.

Zaprojektowanie odpowiednich palników w komorze ( chodzi o ich rozmieszczenie, najlepiej w narożnikach pomieszczenia) 3.

Obniżenie ilości dostarczanego powietrza (zawierającego tlen który jest zimny). Wykorzystujemy powietrze ze spalin, bez azotu żeby nie dostarczać dodatkowego azotu ze świeżego powietrza

4.

Spalanie strefowe – metody te pozwalają na ograniczenie tlenków w 50 %

•

Metody wtórne

a)

Redukcja powstałych w procesie spalania tlenków azotu do wodnego azotu.

b)

Stosowanie sorbentu -> amoniaku, mocznika

4NO + 4NH3 + O2 = 4N2 + 6H2O

2CO(NH2)2 + 4NO +O2 = 4N2+2CO2 + 4H2O

c)

Katalityczna i niekatalityczna metoda redukcji tlenków azotu

Katalityczna: katalizator wpływający na obniżenie temperatury spalania, sam nie reaguje, obniżenie do 60% powstających tlenków azotu.

Niekatalityczna: do 50%, zastosowanie amoniaku z nadmiarem tlenu prowadzi do powstawania tlenku azotu: 4NH3 + 5O2 -> 6H2O +4NO