Zanieczyszczenia powietrza
Rodzaje zanieczyszczeń powietrza i ich źródła
Rodzaje zanieczyszczeń powietrza
Do zanieczyszczeń powietrza należą:
gazy i pary związków chemicznych, np. tlenki węgla (CO i CO2), siarki (SO2 i SO3) i azotu, amoniak (NH3), fluor, węglowodory (łańcuchowe i aromatyczne), a także ich chlorowe pochodne, fenole;
cząstki stałe nieorganiczne i organiczne (pyły), np. popiół lotny, sadza, związki ołowiu, miedzi, chromu, kadmu i innych metali ciężkich;
mikroorganizmy - wirusy, bakterie i grzyby;
kropelki cieczy, np. kwasów, zasad, rozpuszczalników.
Wartość emisji zanieczyszczeń to ilość zanieczyszczeń wydalana do atmosfery w jednostce czasu, wyrażana w g/s, kg/h lub t/rok.
CHARAKTERYSTYKA POSZCZEGÓLNYCH ZWIĄZKÓW CHEMICZNYCH
Dwutlenek siarki (SO2) jest bezbarwnym, silnie toksycznym gazem o duszącym zapachu. Wolno rozprzestrzenia się w atmosferze ze względu na duży ciężar właściwy. Największy udział w emisji SO2 ma przemysł paliwowo-energetyczny. W powietrzu SO2, utlenia się do SO3, a ten z kolei łatwo reaguje z wodą ( z parą wodną zawartą w powietrzu) tworząc kwas siarkowy - H2SO4, jeden ze składników kwaśnych deszczów.
Związki azotu. W atmosferze występuje wiele związków azotu: tlenek azotu (NO), dwutlenek azotu (NO2), podtlenek azotu (N2O), nadtlenek azotu (NO3), trójtlenek azotu (N2O3), pięciotlenek azotu (N2O5), amoniak (NH3). 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. Tlenki azotu oraz dwutlenki azotu mogą się one kolejno utleniać do pięciotlenku azotu, który w obecności pary wodnej tworzy kwas azotowy - HNO3, jeden ze składników kwaśnych deszczów.
Tlenek węgla powstaje w wyniku niezupełnego spalania węgla lub jego związków.
Tlenek węgla jest gazem silnie toksycznym. Ze względu na mały ciężar właściwy łatwo rozprzestrzenia się w powietrzu atmosferycznym. Jest szczególnie niebezpieczny, ponieważ jest to gaz bez smaku, zapachu, barwy, a więc zmysły ludzkie nie ostrzegają przed nim.
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 bezpośredniej groźby 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.
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.
ZJAWISKA WPŁYWAJĄCE NA STAN POWIETRZA
Smog [ang.]- utrzymujące się nad terenami wielkich miast i okręgów przemysłowych zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego.
Smog tworzą zanieczyszczenia pierwotne (pyły, gazy i pary emitowane przez zakłady przemysłowe, energetyczne, silniki spalinowe pojazdów mech. itp.) i ich produkty fotochemiczne i chemiczne przemian zachodzących w warunkach inwersji temperatury, podczas braku ruchów powietrza (przy bezwietrznej pogodzie).
Smog fotochemiczny, zwany też utleniającym, tworzy się w czasie silnego nasłonecznienia w wyniku fotochemicznych przemian występujących w dużym stężeniu tlenków azotu, węglowodorów i innych składników spalin. Ze związków tych powstają bardzo reaktywne rodniki, które z kolei ulegając przemianom chemicznym tworzą toksyczne związki, głównie nadtlenki. Składnikami tego typu smogu są także: ozon, tlenek węgla (czad), tlenki azotu, aldehydy, węglowodory aromatyczne.
EFEKT CIEPLARNIANY
Efekt cieplarniany - zjawisko zachodzące w atmosferze, powodujące wzrost temperatury planety, w tym i Ziemi. Efekt wywołują gazy atmosferyczne, zwane gazami cieplarnianymi, ograniczające promieniowanie cieplne powierzchni i dolnych warstw atmosfery do przestrzeni kosmicznej.
Największy udział w powstawaniu efektu cieplarnianego ma dwutlenek węgla osiągający 50%. Jest go po prostu najwięcej w atmosferze. Przyjmujemy, że jego zdolność pochłaniania promieniowania podczerwonego wynosi 1, aby łatwiej było nam porównać do niego inne gazy cieplarniane.
Drugim gazem mającym największy po dwutlenku węgla bo 18% udział w powstawaniu efektu szklarniowego jest metan. Metan jest 30 razy bardziej zdolny pochłaniać promieniowanie podczerwone niż CO2.
Najmniej do atmosfery emitowanych jest tlenków azotu, stąd mają one najmniejszy 6% wpływ na kształtowanie klimatu ziemskiego. Najbardziej aktywny tlenek azotu N2O ma 150-krotnie większą efektywność w absorbowaniu ciepła niż CO2.
Ozon występuje w sposób naturalny w górnych warstwach atmosfery chroniąc wszystkie istoty żywe przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym słońca. Występując w niższych warstwach przyczynia się w 12% do powstawania efektu cieplarnianego. Ozon jest 2000 razy bardziej efektywny od CO2 w zatrzymywaniu ciepła w atmosferze.
Freony w naturalny sposób nie występują w atmosferze. Są one od 10 do 20 tysięcy razy efektywniejsze w pochłanianiu ciepła od CO2. Przyczyniają się w 17% do powstawania efektu cieplarnianego.
DZIURA OZONOWA
Wokół Ziemi rozciąga się warstwa ozonu (ozonosfera) pochłaniająca część promieniowania ultrafioletowego Słońca, bardzo szkodliwego dla organizmów żywych. Ozon to trójatomowy tlen O3 o charakterystycznym "świeżym" zapachu, który powstaje podczas wyładowań atmosferycznych. Ozon jest gazem nietrwałym. Działa silnie utleniająco (bakteriobójczo), co znalazło zastosowanie do dezynfekcji powietrza i wody. W większych ilościach działa szkodliwie na organizm ludzki. Ozon występuje w atmosferze przy powierzchni Ziemi, co jest zjawiskiem negatywnym, oraz w górnych warstwach stratosfery (50 km nad Ziemią), co jest zjawiskiem pozytywnym.
Przez ostatnie dziesięciolecie człowiek stale przyczynia się do degradowania warstwy ozonowej. Spadkowi grubości warstwy ozonowej winny jest chlor. Chlor rozkłada ozon do zwykłych, dwuatomowych cząsteczek tlenu. Głównym źródłem chloru niszczącego warstwę ozonową są freony - związki organiczne, zawierające chlor i fluor). Do niedawna były one powszechnie stosowane do wyrobu farb, kosmetyków, lakierów i innych produktów w rozpylaczach (aerozolach), sprężonymi gazami dzięki którym tworzyła się mgiełka toaletowa. Używa się ich również w instalacjach chłodniczych, m.in. w lodówkach i zamrażarkach. Freony są niepalne i w normalnych warunkach nieaktywne chemicznie. Jednak wysoko w atmosferze rozkładają się pod wpływem ultrafioletu, wydzielając chlor.