OCHRONA POWIETRZA wykład 1 i 2 14.10.10

Atmosfera - gazowa powłoka otaczająca planetę o masie wystarczającej do utrzymywania wokół siebie warstwy gazów, w wyniku działania grawitacji.

W najniższej warstwie atmosfery ziemskiej – troposferze zachodzą wszystkie zjawiska pogodowe oraz cały obieg wody w przyrodzie. Występuje w niej para wodna, która skraplając się tworzy chmury.

Udział gazów w atmosferze :

- 78% azot - 0,033% CO₂

- 20,9% tlen - 0,003% pozostałe (np. Ne, He, CH₄, Kr, H₂, CO, SO₂)

- 0,9% argon

1) Zanieczyszczenie- substancje zawarte w powietrzu, które zmieniają ilościowo lub jakościowo jego naturalny skład. Są to składniki naturalne, których udziały w powietrzu są wyższe od zawartości określonych średnim składem czystego powietrza, jak również składniki obce nie występujące w składzie czystego powietrza w dowolnie małych udziałach.

2) Zanieczyszczenie – obecne w dolnej warstwie atmosfery substancje stałe, ciekłe i gazowe obce jej naturalnemu składowi oraz występujące w ilościach zagrażających zdrowiu człowieka, szkodliwych dla roślin i zwierząt, jak również niekorzystnie oddziaływujących na klimat oraz określone elementy środowiska.

3) Zanieczyszczenie – substancje stałe, ciekłe i gazowe zawarte w powietrzu w ilościach, które mogą powodować przekroczenie stężeń dopuszczalnych, jak również niektóre rodzaje energii np. energię promieniowania jonizującego.

ZANIECZYSZCZENIA PYŁOWE
(dymy, pyły, mgły, drobnoustroje)

rozdrobnienie oddziaływanie na organizmy

- makroskopowe d(1000-1µm) - toksyczne (związki ołowiu, arsenu, cynku)

(rozdrobnione mechanicznie) - pylicotwórcze (pyły kwarcu, azbestu z SiO₂)

- koloidalne (1-0,001µm) - uczulające (pył drzewny, bawełna, wełna)

* dyspersyjne - drażniące (pyły wapnie, magnezu)

(roz. mechanicznie)

* kondensacyjne

(skraplanie i zestalanie pary)

(1µm= 10^-6 m)

ZANIECZYSZCZENIA GAZOWE

(SOx, NOx, Cox, węglowodory)

oddziaływanie na organizmy ludzkie odległe skutki biologiczne

- toksyczne - rakotwórcze (WWA, benzen, pary As,Cr,Cu)

* drażniące (HCL, SO₂, NH₃) - mutagenne (benzo(a)piren, kwas azotowy)

* duszące (H₂, CH₄, N₂) - teratogenne, embriotoksyczne (benzen)

* duszące chemiczne (CO, HCN)

* narkotyczne

- szkodliwe

- praktycznie nieszkodliwe

Stężenia zanieczyszczeń pyłowych (stężenia pyłowe)

Sp = $\frac{\text{ilo}sc\text{\ \ }\text{substancji}\ \text{rozpuszczonej}\ \ (\text{py}l)}{\ \text{obj}e\text{to}sc\ os\text{rodka}\ \text{dyspersyjnego}\ (\text{powietrze})}$ [g/m³ ; mg/m³ ; µg/m³]

Stężenia zanieczyszczeń gazowych

Sg = $\frac{\text{ilo}sc\text{\ \ }\text{zanieczyszczenia}\ \text{gazowego}}{\ \text{obj}e\text{to}sc\ os\text{rodka}\ \text{dyspersyjnego}\ (\text{powietrze})}$ [g/m³ ; mg/m³ ; µg/m³]

St. wagowe [g/m³ ; mg/m³ ; µg/m³]

st. objętościowe [%_obj ; ppm, ppb]

ppm = = $\frac{\text{cm}3}{m3}$ = = $\frac{1\ \text{cm}3}{10\hat{}6\ \text{cm}3}$ ppb = $\frac{\text{mm}3}{\ m3}$ = $\frac{1\text{mm}3}{10^{9}\text{mm}3}$

Sg {cm³/m³] * g (‘ro’) * [mg/cm³] = Sg [mg/m³]

$\frac{\text{mg}}{\text{cm}3}$ = $\frac{10^{- 3}g}{10^{- 3}\text{dm}3}$ $= \ \frac{10^{- 3}\text{kg}}{10^{- 3}\text{dm}3}$ = $\frac{\text{kg}}{\text{dm}3}$

Sg= M/ V_A = M/22,41 [g/dm3n]

V_A – obj. Molowa gazu

rów. Clapeyrona pV=nRt

g= $\frac{M}{V}$ $\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ }\frac{\text{pV}}{T}$ = const $\frac{p}{\text{Tg}} = \text{const}$

$\frac{\text{pnVn}}{\text{Tn}} = \ $ $\frac{\text{prVr}}{\text{Tr}}$ Vr = Vn* $\frac{\text{pn}}{\text{pr}}$ *$\frac{\text{Tr}}{\text{Tn}}$

gęstość zmienia się odwrotnie niż objętość

$\frac{\text{pn}}{\text{Tn}*\text{gn}} =$ $\frac{\text{pr}}{\text{Tr}\text{\ \ }\text{gr}}$ Sr = Sn $*\frac{\text{pr}}{\text{pn}}*$ $\frac{\text{Tn}}{\text{Tr}}$

r- rzeczywiste, n- normalne

Imisja – stan jakości powietrza

Emisja – coś co dostaje się do atmosfery E [kg/h ; g/s]

Emisja ^{rozprzestrzenienie} imisja

Źródło zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego – obiekt, z którego są emitowane substancje zanieczyszczeń.

Podział źródeł emisji zanieczyszczeń:

1. wg ich pochodzenia :

- naturalne

- sztuczne (antropogeniczne)

b) wg sposobu wprowadzenia zanieczyszczeń do powietrza:

- zorganizowane

- niezorganizowane

c) wg wymiarów i kształtu źródła:

- punktowe

- liniowe

- powierzchniowe

NATURALNE

kosmiczne ziemskie bioza nieczyszczenia

- odpady meteorytów - wybuchy wulkanów -procesy gnilne subst. org. w

- odpady pyłu kosmicznego - pożary lasów i stepów środowisku naturalnym

- wyładowania atmosferyczne - bioareozole rozproszone

- erozje gleb i skał prądami powietrznymi

- morza i oceany EMITOWANE ZANIECZYSZCZENIA

- masa meteorytowa - pył szkodliwe -pyłki drzew i krzewów,traw

(łączna masa 100000t/rok, - gazy toksyczne (CO,CO₂,SO₂) - igliwie niektórych drzew

0,2kg mm/1km²) - ozon -zarodniki grzybów, bakterie

- wirusy

- gazy toksyczne (H₂S, NH₃)

SZTUCZNE

eksperymenty nukowe przemysłowe bytowe (gospodarcze)

- eksplozje nuklearne - przemysł (chem, energ, -domy mieszkalne

- rozpylanie środków chem. Hutniczy, górniczy, rolno-spoż) -placówki, służby zdrowia

- procesy jądrowe -motoryzacja

- wysypiska śmieci

- fermy hodowlane

EMITOWANE ZANIECZYSZCZENIA

- sztuczne izotopy promieniotwórcze - pyły szkodliwe -pyły szkodliwe

- szkodliwe aerozole chemiczne -gazy toksyczne - toksyczne gazy(CO,H₂S,NH₃)

- pyły i odpady radioaktywne (CO,CO₂,SO₂, HCN,NO₂,H₂S) - zarodniki grzybów

- izotopy promieniotwórcze - bakterie chorobotwórcze

- wirusy

- pyłki kwiatowe

ŹRÓDŁA ZANIECZYSZCZEŃ POWIETRZA

naturalne sztuczne

-niezorganizowane zorganizowane niezorganizowane

*erozja -procesy spalania *hałdy

* pożary lasów *paleniska *wysypiska i inne

* wulkany i inne * silniki spalinowe

- procesy wytwórcze

* hutnictwo

* koksownictwo

* gazownictwo

*chemia

Punktowe źródło emisji zanieczyszczeń - ruchome lub nieruchome źródło, w którym wydzielanie substancji zanieczyszczających odbywa się z objętości o wymiarach znaczniej mniejszych od odległości, dla której rozpatruje się rozprzestrzenianie zanieczyszczeń (emitory przemysłowe, chłodnie przemysłowe, poziome wyrzutnie wentylowe)

Liniowe źródła emisji zanieczyszczeń – źródło emitujące substancje zanieczyszczające z powierzchni, dla której w rozważnej sytuacji szerokość jest odpowiednio mała w stosunku do długości.

Liniowe źródła o emisji ciągłej (autostrady, kanały ściekowe) i nieciągłej (punktowe wyrzutnie wentylacyjne o odległościach między punktowymi źródłami znacznie mniejszej od rozpatrywanej odległości oddziaływania przy łącznej długości źródła porównywalnej z odległością oddziaływania)

Natężenie emisji może być ustalone lub nieustalone w czasie.

Powierzchniowe źródła emisji zanieczyszczeń – źródło, w którym wydzielanie substancji zanieczyszczających odbywa się z płaszczyzny lub cienkiej warstwy przylegającej do płaszczyzny. Źródła o emisji ciągłej (otwarte zbiorniki cieczy, np. oceany, morza, jeziora, osadniki ściekowe, obszary pustynne, bagna, hałdy, wysypiska itp.) i nieciągłej (powierzchnie miast, zakłady przemysłowe)

WYBRANE SZTUCZNE ŹRÓDŁA ZANIECZYSZCZEŃ

Struktura emisji zanieczyszczeń powietrza w Polsce:

-energetyka zawodowa

- przemysł chemiczny 60-70%

- przemysł materiałów budowlanych

- hutnictwo

- kotłownie i paleniska indywidualne - 15-20%

- transport - 10-15%

-reszta: wtórne źródła emisji oraz źródła naturalne

Główne źródła emisji SO₂, NOx i pyłu w Polsce

SO₂: energetyka zawodowa, sektor komunalno-bytowy (kotłownie lokalne, paleniska domowe, warsztaty rzemieślnicze, rolnictwo); energetyka przemysłowa – 93,1% całkowitej emisji SO₂

NOx: transport; energetyka zawodowa – 70,1% całkowitej emisji NOx

Pył: sektor komunalno-bytowy – 60,3%

PRZEMYSŁ ENERGETYCZNY

PODZIAŁ PALIW

PALIWO stałe ciekłe gazowe

- drewno -ropa naftowa -gaz ziemny

NATURALNE - torf

- w. kamienny

- w. brunatny

SZTUCZNE -koks - benzyna - gaz wodny ²³⁵U

-brykiet - olej napędowy -gaz wielkopiecowy

- pył węglowy - nafta - gaz koksowniczy

CHARAKTERYSTYKA PALIW

Węgiel kamienny – kopalina 200-300mln lat temu (rozkład roślin bez dostępu O₂), stopień uwęglenia 76-93%C, wilgotność 5-15%, wartość opałowa 18,4-25 MJ/kg

Węgiel brunatny – kopalina 100mln lat temu, 58-77%C, wilg. Do 30%, w.o. 6,2-21MJ/kg

Torf – 2mln lat temu do teraz, 52-60%C

Drewno – po spaleniu bez dostępu O₂ w mielanach – w. drzewny

Ropa naftowa – swoista fermentacja celulozy roślinnej + słona woda + T,p – ok. 3000

węglowodorów parafinowych, oleinowych, naftalenowych, aromatycznych; 34,4-46,5MJ/kg; produkty destylacji: benzyna, oleje, nafta

Gaz ziemny – mieszanina lekkich węglowodorów szeregu parafinowego, główne składniki: CH4 i jego homologi C₃-C₄ oraz do C₇ oraz składniki niewęglowodorowe: N,CO₂, H₂O, He; w.o. 15-31MJ/kg

Sposoby przedstawiania skł, węgla (prześle)

Węgiel składa się z 3 części:

-substancja organiczne

-substancje mineralne

- woda

Substancje palne (węgiel bezpopiołowy, bezwodny) – czyste substancje organiczne

Popiół – substancje mineralne zawarte w węglu

Balast – substancje mineralne i woda

SPALANIA

Popiół lotny – subst. Stałe unoszone po spaleniu węgla z paleniska przez spaliny

Żużel – subst. Usuwane w stanie stałym lub ciekłym z dołu paleniska

PARAMETRY WĘGLA

*wartość opałowa: 18,4-25 MJ/kg

* zawartość popiołu: 10-60% (najczęściej 20-27%), skład chem: kwarc, minerały ilaste, tlenki, węglany(dolomit, syderyt), siarczki, siarczany, fosforany: określa się w postaci tlenków (SiO₂, AL₂O₃, TiO₂, Fe₂O₃, CaO, MgO i Inne,) decyduje o zapopielaniu spalin, opadzie pyłu na teren oraz ilości usuwanego żużlu.

*zawartość siarki: 0,4-5,3% (0,6-2,7%) całkowita: organiczna i nieorganiczna (siarczany CaSO4; FeSO4 od 40-60%ssiarki całkowitej), stopień konwersji siarki do SO₂ podczas spalania 85-90% (10-15%) wchodzi w skład popiołu lotnego i żużla; decyduje o ilości związków siarki unoszonych do atmosfery.

*zawartość pierwiastków: śladowych i promieniotwórczych: Sb, As, Ba, Pb, Cd, Co, Ni, Hg, Se, AgU, Zn, Cl i inne (60pierwiastków i radionuklidów, części mineralne i organiczne)

*zawartość azotu : 0,7-2,1%wag. (masa organiczna , głównie pirydyna i pirol) – jest spalany

*zawartość tlenu : 4-17%