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, - Zakłady przemysłowe, - Transport, - 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

-SO2 -NOx -Pyły zawieszone -CO2 -HF -Metan -Cyjanowodór i cyjanki -Chlorek winylu -H2S -Toluen -Styren – Fenol –Formaldehyd -CO –WWA –Ozon –Freony -Benzen

Związki siarki Zanieczyszczenie atmosfery powodują gazowe związki siarki - SO2, SO3, H2S, kwas siarkowy H2SO4 i siarczany różnych metali. Dwutlenek siarki (SO2 ) jest bezbarwnym, silnie toksycznym gazem o duszącym zapachu. Wolno rozprzestrzenia się w atmosferze ze względu na duży ciężar właściwy. Powstaje m. in. w wyniku spalania zanieczyszczonych siarką paliw stałych i płynnych w silnikach spalinowych, w elektrociepłowniach.

Największy udział w emisji SO2 ma przemysł paliwowo-energetyczny. Dwutlenek siarki utrzymuje się w powietrzu przez 2-4 dni i w tym czasie może się przemieścić na bardzo duże odległości. 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 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; - przemysł metalurgiczny, elektromaszynowy i materiałów budowlanych; - elektrociepłownie; - koksownie, gazownie; - paleniska domowe

Tlenek węgla jest gazem silnie toksycznym. Ze względu na mały ciężar właściwy 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.

Związki azotu W atmosferze występuje wiele związków azotu. 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 - HNO3, jeden ze składników kwaśnych deszczy. NO2 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.

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).

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. W obecności NO, w warunkach inwersji temperatury, 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 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.

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.

Dioksyny i furany są najbardziej toksycznymi produktami pewnych technologii przemysłowych włączając spalanie odpadów, spopielenie opon, spalanie węgla i oleju, produkcje papieru i niektórych pestycydów, wytopu metali i być może spalin silnika Diesla. Dioksyny i furany powstają gdy chlor łączy się z innymi chemikaliami w wysokich temperaturach. Chlorodioksyny i furany tworzą się w bardzo szerokim zakresie temperatur w procesie spalania od ok. 400 st. C do około 1400 st. C. w organizmach żywych ich działanie polega głównie na powolnym, ale bardzo skutecznym uszkadzaniu narządów wewnętrznych, takich jak wątroba, płuca, nerki, rdzeń kręgowy lub kora mózgowa. Skutki tych uszkodzeń nierzadko pojawiają się dopiero po kilku lub kilkunastu latach od przyjmowania niewielkich dawek takich trucizn. Najsilniejszy wpływ dioksyn jest obserwowany u ludzi i zwierząt w systemie rozrodczym, systemie wydzielania wewnętrznego ( hormonalnym) i systemie immunologicznym. Dioksyny opadają na glebę, pola uprawne i wodę, przedostają się do sieci wodnej i do łańcucha pokarmowego. Ponad 90 % dioksyn przenika do naszego organizmu z pożywieniem, głównie produktów mięsnych, mleczarskich i ryb.

Efekt cieplarniany to poważny problem dzisiejszych czasów. Wiąże się on z podwyższaniem się temperatury naszej planety. Spowodowane jest to obecnością atmosfery, która zaburza proces wymiany ciepła poprzez ograniczanie wypromieniowywania ilości energii cieplnej z powierzchni planety w przestrzeń kosmiczną. Ogromna rolę w tym zjawisku spełniają gazy cieplarniane. Sprzyjają one zatrzymywaniu ciepła na Ziemi. Przepuszczają one na naszą planetę promieniowanie o wysokiej energii, natomiast powstrzymują promieniowanie cieplne odbijane przez powierzchnię Ziemi. Zjawisko to nazywamy efektem cieplarnianym. Ma ono ważne znaczenie dla istnienia życia na Ziemi. Niestety wskutek zwiększonej emisji gazów efekt cieplarniany nasila się, doprowadzając do ocieplenia klimatu. W ciągu ostatnich lat zawartość dwutlenku węgla w atmosferze znacznie wzrosła o 1/4 objętości. Podwoiło się także stężenie metanu. Podstawowym gazem cieplarnianym jest para wodna czyli woda w gazowym stanie skupienia. Para wodna ma bardzo duże znaczenie z tego względu, że z jednej strony doskonale pochłania część promieniowania słonecznego z drugiej zaś znacznie ogranicza oddawanie ciepła w postaci promieniowania podczerwonego. Jej obecność w powietrzu to efekt parowania zasobów wodnych: mórz, rzek, jezior, oceanów, ale też odparowywania wody z gruntów, roślin i innych organizmów. Kolejnym z gazów cieplarnianych jest dwutlenek węgla. Jego obecność w atmosferze stwierdza się od dawna i jest on jednym z czynników odpowiedzialnych za przyjazną życiu temperaturę.

Dziura ozonowa jest to zjawisko polegające na zmniejszaniu się ilości ozonu w ozonosferze (część stratosfery o podwyższonej ilości ozonu). Jest to zjawisko niebezpieczne, ponieważ ozon jest odpowiedzialny za pochłanianie promieniowania ultrafioletowego docierającego do Ziemi ze Słońca. Promieniowanie to jest szkodliwe dla organizmów żywych. Przyczyną tworzenia się dziury ozonowej jest niszczenie ozonu w atmosferze przez freony. Są to związki chemiczne, które w wyniku promieniowania ultrafioletowego rozkładają się na węgiel, fluor i chlor. Chlor wchodzi następnie w reakcję z ozonem prowadząc do tworzenia się tlenków i zwykłego tlenu. Tlenki chloru łączą się z kolei w dwutlenki chloru i uwalniają pojedyncze atomy chloru, które rozbijają cząsteczki ozonu. Owe reakcje zachodzą, aż do zupełnego wyczerpania się cząstek ozonu albo do usunięcia chloru w wyniku innych reakcji chemicznych.

Metale ciężkie

• to pierwiastki o gęstości większej od 4,5 g/cm3 .

• w reakcjach chemicznych wykazują tendencję do oddawania elektronów.

• w stanie stałym i ciekłym charakteryzują się dobrą przewodnością cieplną i elektryczną.

• posiadają połysk metaliczny.

• mają wysoką temperaturę topnienie i wrzenia.

• są kowalne i ciągliwe, a ich pary są najczęściej jednoatomowe.

• wykazują właściwości redukujące.

• do metali ciężkich zaliczamy: Cu, Co, Cr, Cd, Fe, Zn, Pb, Sn, Hg, Mn, Ni, Mo

Źródła zanieczyszczeń środowiska w metale ciężkie:

Naturalne: Obieg i migracja metali ciężkich w naturalnym środowisku przyrodniczym związane są głównie z takimi procesami jak: wietrzenie skał, erupcja wulkanów, parowanie oceanów, pożary lasów, procesy glebotwórcze.

Antropogeniczne: różne gałęzie przemysłu, energetyka, komunikacja, gospodarka komunalna, wysypiska odpadów, przemysł chemiczny, nawozy i odpady stosowane do nawożenia, energetyka oparta na spalaniu węgla kamiennego i brunatnego, kopalnictwo rud i hutnictwo, spaliny

Metale ciężkie mogą być u ludzi przyczyną zatruć ostrych jak i przewlekłych.

Silne działanie toksyczne wykazują związki łatwo rozpuszczalne w wodzie i płynach ustrojowych.

Metale ciężkie można podzielić na dwie grupy:

1. metale niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmów tzw. mikroelementy (należą do nich np. Zn, Cu, Fe)

2. metale całkowicie zbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmów, wręcz zaburzające procesy życiowe (należą do nich np. Pb, Cd, Hg, Cr, Ni). Zawartość metali ciężkich w pyłach pochodzących z pieców elektrycznych i płomieniowych stosowanych do wytapiania brązów i mosiądzów: Zn (65%), Cu (15%)

Pyły w powietrzu Pył - jest zanieczyszczeniem powietrza składającym się z mieszaniny cząstek stałych i ciekłych, zawieszonych w powietrzu, będących mieszaniną substancji organicznych i nieorganicznych.

Przyczyny przekroczeń stężeń pyłów:

- emisja pochodząca od komunikacji,

- emisja powierzchniowa z indywidualnego ogrzewania budynków ze źródeł rozproszonych,

- prace remontowe,

- aerozole wtórne pochodzące od emisji pierwotnej zanieczyszczeń gazowych,

- wtórny unos pyłu,

- napływ zanieczyszczeń spoza terenu województwa, kraju

- naturalne źródła emisji lub zjawiska,

- warunki meteo.

Wpływ na zdrowie ludzi - Pyły stanowią poważny czynnik chorobotwórczy, osiadają na ściankach pęcherzyków płucnych utrudniając wymianę gazową, powodują podrażnienie naskórka i śluzówki, zapalenie górnych dróg oddechowych oraz wywołują choroby alergiczne, astmę, nowotwory płuc, gardła i krtani.

Wpływ na rośliny - Pył osadzający się na powierzchni liści pochłania światło oraz zatyka aparaty szparkowe, utrudniając fotosyntezę.

Klasyfikacja pyłów ze względu na pochodzenie:

Naturalne - nieorganiczne powstają w wyniku takich zjawisk przyrody, jak wietrzenie skał, wybuchy wulkanów

Pierwotne - emitowane bezpośrednio ze źródeł, powstają głównie podczas spalania, mogą składać się z kurzu, małych płatków sadzy, pyłku kwiatowego itp.

Wtórne - powstają w wyniku przemian chemicznych w atmosferze prekursorów pyłu: dwutlenku siarki (SO2), tlenków azotu (NOx), lotnych związków organicznych (LZO), amoniaku (NH3).Znaczna ilość pyłów w powietrzu jest pochodzenia wtórnego

Lotne Związki Organiczne LZO Substancjom tym przypisuje się znaczny udział w kształtowaniu poziomów stężeń w powietrzu atmosferycznym takich związków jak: ozon, nadtlenek wodoru, azotan nadtlenku acetylenu (PAN). Mieszanina PAN, ozonu oraz innych produktów reakcji fotochemicznych w zanieczyszczonej atmosferze takich jak aldehydy i ketony powoduje powstawanie mgły zwanej smogiem fotochemicznym. LZO: wszystkie związki organiczne pochodzenia antropogenicznego, za wyjątkiem metanu, które wykazują zdolność do wytwarzania fotochemicznych utleniaczy poprzez reakcje z tlenkami azotu i pod wpływem promieniowania słonecznego. Źródła powstawania LZO : Naturalne: procesy wegetacyjne niektórych organizmów, procesy asymilacyjne, pożary lasów, wulkany, gejzery, gaz ziemny. Antropogeniczne: procesy wydobywania i spalania paliw, przeróbka ropy naftowej, hutnictwo, przemysł chemii organicznej, produkcja i stosowanie rozpuszczalników, przemysł spożywczy, rolnictwo, utylizacja odpadów stałych, transport drogowy, powietrzny i morski. Metody zmniejszania emisji LZO: Metody absorpcyjne: absorpcja polega na pochłanianiu zanieczyszczeń gazowych przez ciecz absorbent). Gazowy składnik reaguje z cieczą wytwarzając nielotne produkty. Absorpcje prowadzi się w skruberach. Metody adsorpcyjne: wykorzystuje się tutaj zjawisko zatrzymywania LZO (adsorbatu) na powierzchni ciała stałego (adsorbenta). Jako adsorbent najczęściej stosuje się węgiel aktywny, a ostatnio polimery. Metody spalania: Zasadniczym celem spalania zanieczyszczeń gazowych jest przeprowadzenie ich w możliwie najwyższym stopniu w substancje obojętne (CO2, H2O) lub mniej toksyczne niż substancje pierwotne.

1.Spalanie termiczne – stosuje się zazwyczaj w celu neutralizacji zanieczyszczeń o małym stężeniu do komory spalania doprowadza się dodatkowo paliwo gazowe lub ciekłe. Ma to na celu podniesienie temperatury w komorze do około 650oC lub wyżej dla spowodowania rozkładu LZO.

2.Spalanie katalityczne – stosuje się piec, który wewnątrz komory spalania ma zamontowany katalizator.

Metody kondensacji: Proces kondensacji polega na przeprowadzeniu z fazy gazowej (para) w fazę ciekłą w wyniku zmiany temperatury i ciśnienia. Najczęściej stosowanym procesem jest ochładzanie, w który strumień zanieczyszczonych gazów wchodzi bezpośrednio w kontakt z czynnikiem chłodzącym (wodą) lub w pośredni kontakt z ochłodzoną powierzchnią.