Meteorologia

Atmosfera ziemska- powłoka gazowa otaczająca kule ziemską . Mieszanina gazów składająca się na atmosferę nazywana jest powietrzem atmosferycznym. Cechą atmosfery jest nieustanna zmienność w czasie i przestrzeni jej parametrów fizycznych.

Gęstość powietrza

-przy powierzchni Ziemi wynosi 1250g/m³

-na wysokości 20km osiąga zaledwie 87g/m³

-na wysokości 500km stanowi niemal próżnię

Zmiana cisnienia

-na poziomie morza wynosi średnio 1013hPa

-na wysokości 10km osiąga około 270-300hPa

-na od powierzchni Ziemi wartość cisnienia spada do około 50hPa

- powyżej górnej granicy stratosfery (50km) jest niższa od 1hPa

Warstwy atmosfery:
- Troposfera – wyróznia się wewnętrzny podział warstw obejmujacy :warstwe przyziemną(graniczna, tarciowa) warstwa ta ma grubość od 100m do 1,5-2km. W warstwie tej zachodzą główne procesy kształtujące pogodę i klimat. Podłoże ma bardzo duzy wpływ. Zmiana temp w tej warstwie zależy od:

-pory roku, dnia i szerokości geograficznej

-rodzaju podłoża i jego pokrycia

-rzeźby terenu

-stanu zachmurzenia

-prędkości wiatru

Średnia troposfera (1-6km) zachodzą na niej zjawiska pogodowe

Górna troposfera- warstwa powyżej 6km do , występują temp ujemne. Kierunek wiatru związany jest z ruchem obotowym Ziemi
-Tropopauza - jest to warstwa przejściowa pomiędzy stratosferą a troposferą. Znajduje się na wysokości między 10 . Temperatura wynosi od- 40^oC do - 70^oC. N a nieciągłości tropopauzy występuja prądy strumieniowe przekładające się na zwiekszona wymiane masy między troposferą a stratosferą.
 -Stratosfera – dolna(temp niemalże stała ,-),

Górna(temp wzrasta wraz z wysokością i na granicy ze strato pauzą wynosi ok )Wzrost temp związany jest z obecnością ozonu.

- Ozonosfera -  występuje na wysokości  10–50 km, o podwyższonej koncentracji ozon maksymalna koncentracja ozonu występuje średnio na wysokości. .
Ozonosfera pochłania całkowicie promieniowanie nadfioletowe - bardzo szkodliwe dla organizmów żywych.
- Stratopauza - znajduje się pomiędzy .
Temperatura wynosi w granicach od -10 do 10^oC
-Mezosfera - od 10 do , drastyczny spadek temperatury wraz z wysokością
-Mezopauza - znajduje się pomiędzy 80  a .
Temperatura wynosi około  -
-Jonosfera - występuje powyżej 50- nad powierzchnią Ziemi do . W obszarze tym na skutek pochłaniania promieniowania ultrafioletowego następuje jonizacja powietrza , powstają wówczas jony dodatnie i ujemne.

-Termosfera- od 80 do , strefy jonowe (niżej dodatnie, wyżej ujemne), zjawisko zorzy polarnej, wzrost temperatury nawet do ( wyżej do ), granica atmosfery meteorologicznej- 2000km
- Egzosfera - 500 - - brak tlenu; słabe oddziaływanie grawitacyjne

Ciśnienie w atmosferze spada wraz ze wzrostem wysokości. Temperatury w poszczególnych warstwach wahają się w następujący sposób:
- troposfera od 5 do
-stratosfera od -50 do
-mezosfera od 0 do -50,-
- termosfera od -50 do

Energetyka atmosfery.

Promieniowanie dociarajace do powierzchni Ziemi

-ultrafioletowe 250-400nm(7% dociera, opalenizna)

-nadfiolet A 400-320nm(oparzenia, rak)

-nadfiolet B 320-280nm

-nadfiolet C 280-200nm

-światło widzialne 400-700nm (45% energii)

-promieniowanie podczerwone 0-1000nm (48%energii)

Okno przezroczystości atmosfery

Promieniowanie (w zakresie od 8,5 do 12,5 mikrometrów) którego źródłem jest Ziemia przechodzi przez atmosfere swobodnie, nie jest pochłaniane przez gazy cieplarniane. Pozwala ma odprowadzenie energii w przestrzeń kosmiczną.

Termodynamika atmosfery i równowaga pionowa

Adiabatyczne zmiany temperatury- w powietrzu atmosferycznym występują zmiany temperatury bez wymiany ciepła z otoczeniem. Zmienia się natomiast cisnienie i objętość .

Unoszące się powietrze trafiające do obszarów o coraz niższym cisnieniu ulega rozprężeniu, wówczas energia wewnętrzna maleje i spada temperatura powietrza wznoszacego. Powietrze osiadające natomiast wchodzące w strefę rosnącego ciśnienia ulega sprężeniu co skutkuje wzrostem energii wewnętrznej a tym samym temperatury. W przypadku powietrza suchego gradient temperatury wynosi 1⁰co 100m. W przypadku powietrza wilgotnego na skutek wyzwalania się ciepła utajonego^{(ciepło uwalniane na skutek kondensacji pary wodnej i jest go tyle ile zostało pochłoniete w procesie parowania)}zmiany temp są mniejsze i wynoszą 0,6⁰ co 100m w warunkach normalnych.W warunkach rzeczywistych, zmiany temp w kierunku pionowym mogą odbiegać od adiabatycznych zmian temperatury. W atmosferze wystepują określone stany równowagi termodynamicznej. Reakcję temperatury gęstości powietrza otaczającego, są podstawą wyróżnienia trzech stanów równowagi atmosfery.

stan równowagi stałej (atmosfera stabilna)
występuje kiedy aktualny gradient termiczny jest mniejszy od wilgotno adiabatycznego (. C / ), tzn. spadek temperatury wynosi np. . C na wzniesienia; w takich warunkach każda paczka powietrza i tego suchego i tego wilgotnego stanie się ostatecznie chłodniejsza od otoczenia i zacznie opadać (brak warunków do konwekcji).

stan równowagi względnej
występuje gdy aktualny gradient termiczny jest pośredni między sucho adiabatycznym (. C / ) a wilgotno adiabatycznym (. C / ) - wynosi np. . C / . Taki stan atmosfery jest najczęściej spotykany. Wnoszenie nienasyconego powietrza w tym stanie najczęściej powoduje front atmosferyczny lub topografia terenu (góry) jeśli powietrze to jest dostatecznie wilgotne, na pewnym poziomie staje się nasycone - dochodzi do kondensacji, powstają chmury (opady). Taki proces często powoduje letnie burze i opady.

stan równowagi chwiejnej (atmosfera niestabilna)
występuje jeśli aktualny gradient termiczny jest większy od sucho adiabatycznego (. C / ), tzn. spadek temperatury wynosi np. . C / . Każdy blok powietrza w tym stanie atmosfery będzie się stale unosić, gdyż zawsze będzie cieplejszy od otoczenia. Taki stan atmosfery najczęściej ma miejsce w warstwie atmosfery przy powierzchni ziemi w upalny i słoneczny dzień.

Dlaczego w stanie równowagi stałej powstaje smuga wentylacyjna?

Wynika to z wzajemnych relacji parametrów powietrza przemieszczającego się i otaczającego (temp i pary wodnej), powietrze otaczające gradient musi mieć mniejszą temperaturę niż powietrze przemieszczające się.

Inwersja temperatury

Gdy warstwa ciepłego powietrza zalega powyżej warstwy powietrza chłodniejszego tworzy się tzw. Inwersja temperatury. Konsekwencją jej wystepowania jest zahamowanie ruchów wstępujących.

Dynamika atmosfery

Ciśnieniem atmosferycznym nazywamy nacisk słupa powietrza na jednostkę powierzchni ziemi . ciśnienie to zmienia się wraz z wysokością. Na poziomie morze na 45 ? szer.geograf. w temperaturze wynosi 1013 hPa-Ciśnienie normalne

Przemieszczanie się powietrza względem pow. Ziemi w kierunku poziomym nazywane jest wiatrem. Przyczyną powst. wiatru jest nierównomierny rozklad cisnienia na ziemi, który warunkowany jest rozkładem temp. Im większa róznica tym szybciej przemieszcza się masa powietrza. Kierunek wiatru jest zgodny z kierunkiem gradientu cisnienia co oznacza że wiatr wieje od wyzu do nizu natomiast przedkosc wiatru zalezy od wielkości gradientu cisnienia(im wieksza roznica cisnien tym silniejszy wiatr).Na przemieszczająca się mase powietrza ma wpływ zarówno roznica cisnien jak i sila Coriolisa oraz sila odsrodkowai sila tarcia

. Sila Coriolisa-jest efektem obrotu ziemi wokół wlasnej osi i powoduje ona zakrzywienie toru ruchu obiektow poruszających się w pobliżu ziemi w tym atmosfery na polkuli polnocnej w prawo względem obiektu (z jego punktu widzenia )a na polkuli poludniowej w lewo. Dzialania sily Coriolisa: -na polkuli płn.polnocnej wiatry skręcają w prawo na płd odwrotnie, -na polkuli płn mocniej podmywane sa prawe brzegi rzek,na płd odwrotnie, -na polkuli płn. wiry wodne oraz cyklony poruszaja się odwrotnie do ruchu wskazowek zegara na płd zgodnie z ruchem wskazowek zegara. Zarówno kierunek jak i prędkość wiatru mogą ulegac nagłym zmiana których przyczyna jest wystepowanie turbulencji. Tubulencje- są wynikiem nierównomiernego rozkładu prędkości w warstwach powietrza i dodatkowo zwiekszona tarciem o bardziej szorstkie podloze. Warstwa graniczna na rozklad prędkości i kierunku wiatru w tej warstwie istotny wpływ ma topografia terenu oraz charakter pokrycia(np. obecność lasow czy zabudowy)Masa powietrza przy podlozu przemieszcza się znacznie wolniej podczas gdy gorne warstwy poruszaja się szybciej. Z tego względu nad lasem wystep. Silne turbulencje powietrza. Jeżeli powietrze zmuszone jest do przepłynięcia miedzy dwiema górami . dochodzi do zwiekszenia prędkości wiatru wywołanego zagęszczeniem linii prądu.

Przewodnictwo cieplne- rozchodzenie się ciepła na skutek różnicy temp, dotyczy warstwy powietrza bezpośrednio przylegającego do powierzchni ziemi do wysokości 1,5 m.

Konwekcja termiczna- uporządkowany pionowy ruch dużych mas powietrza wywołany nierównomiernym ogrzewaniem się powierzchni ziemi. Ogrzana od podłoża masa powietrza unosi się do góry tworząc pionowe ruchy wstępujące, a na to miejsce napływa powietrze chłodniejsze.

Adwekcja- poziome ruchy mas powietrza powodujące napływanie na dany teren powietrza o innych właściwościach np. wilgotności, temp. Jeżeli napływające powietrze jest cieplejsze od zalegającego wcześniej mówimy o adwekcji ciepła, a w przeciwnym wypadku o adwekcji chłodu.

Cyrkulacja atmosfery

Powietrze atmosferyczne w skali globalnej znajduje się w nieustannym ruchu spowodowanym nierównomiernym nagrzewaniem się poszczególnych obszarów kuli ziemskiej zróznicowaną grubością troposfery w zalezności od szer geograf ruchem obrotowym ziemi liniowe oraz siłą Coriolisa. Efektem tego jest powstawanie stref klimatycznych jak i przemieszczanie się zanieczyszczeń.

Trzy komórkowy model atmosfery

System poziomych ruchów cyrkulacyjnych jest zarówno skutkiem jak i przyczyną pionowych ruchów powietrza w atmosferze, wyrazem tego jest trójwymiarowy model struktury ogólnejcyrkulacji atm i przejawia się występowaniem 3 par komórek cyrkulacyjnych na obu półkulach:

1 komórka Hadleya powstaje nad zwrotnikami z ruchem występujących na równiku i zstępującym w okolicach 30 szer geogr u dolnej części tej komórki powstają wschodnie wiatry pasatowe natomiast w górnych warstwach powyżej 1000 m wiatry zachodnie antypasatowe.

2 Komórka Ferrela obejmuje obszar między 30 a 60 szer geograf komórka ta generowana jest dynamicznie i wynika z konieczności zachowania momentu pędu ziemi i atmosfery. Sumaryczny moment siły tarcia między powierzchnią ziemi i atmosferą musi być równy 0 a to oznacza ze poza strefą wiatrów wschodnich musi istnieć system wiatrów zachodnich.

3 Komórka Polarna występuje w obszarze wysokich szer geograf z ruchem wstępującym na 60 szer geograf i zstępującym na biegunie. W komórce tej przewazają wiatry wschodnie wiejące od biegunów. Skutek lokalnych zmian pola ciśnienia siły tarcia i nierównomiernego nagrzewania się występują lokalne cyrkulacje atmosfery, które zaburzają ogólną cyrkulację atmosfery i prowadzą do wymiany masy pomiędzy komórkami.

Bryza morska

Bryza miejska – okresowy wiatr lokalny wynikający z różnicy temperatury i ciśnienia powietrza dwóch ośrodków: miasta i terenów otaczających miasto. Wieje szczególnie podczas pogody antycyklonalnej na skutek silnego nagrzania terenów miejskich w ciągu dnia (noce są bardzo ciepłe), co powoduje utworzenie się nad miastem lokalnego ośrodka niskiego ciśnienia, do którego napływa chłodniejsze powietrze z obszarów pozamiejskich.

Wiatr zboczowy - lokalny wiatr okresowy wiejący w górach; dolinne i górskie. W słoneczny dzień stoki górskie nagrzewają się. Powietrze nad nimi unosi się, tworząc wiatr dolinny. W nocy powietrze nad stokami jest chłodniejsze niż w dolinach i jako cięższe opada po stoku w dół. Jest to wiatr górski.

Woda atmosferze

Duzy obieg wody w przyrodzie(od jednego roku do 1000lat)

Mały obieg wody w przyrodzie(od doby do roku)

Zawartość pary wodnej w powietrzu określa się jako jego wilgotność.

– wilgotność bezwzględną – tj. zawartość pary wodnej w jednostce objętości (g/m³), która zależy od ilości parującej wody, intensywności parowania i temperatury. Największą wilgotność bezwzględną ma ciepłe powietrze strefy okołorównikowej, najmniejszą zimne powietrze stref okołobiegunowych. Powietrze o określonej temperaturze może wchłaniać parę wodną do momentu nasycenia;

– wilgotność względną jest miarą nasycenia powietrza parą wodną, czyli stanowiacą procentowy stosunek udziału pary wodnej w powietrzu do maksym ilosci pary jaką powietrze o danej temper może wchłonąć Wilgotność względna powietrza nasyconego wynosi 100%.
(%) f = e/E*100%

m - współczynnik objętościowego rozszerzania gazów równy 1/273 (0,00366)
e - aktualna prężność pary
E - maksymalna prężność pary
t - temperatura powietrza w °C

Powstawanie chmur
Gdy temperatura powietrza nasyconego spadnie, nastąpi przesycenie parą wodną. Nadmiar pary musi być z powietrza usunięty – para wodna ulega skropleniu, czyli kondensacji. Temperatura, przy której para wodna skrapla się, nazywana jest temperaturą punktu rosy. Spadek temperatury do punktu rosy może wystąpić:
– w czasie nocnego wychłodzenia podłoża, które pokryje się wtedy osadem atmosferycznym;
– w konwekcyjnych ruchach wznoszących, gdzie zachodzi adiabatyczny spadek temperatury powietrza.

Temp przy której następuje skroplenie pary wodnej określa się mianem punktu rosy. Obnizenie temp ponizej temp punktu rosy jest warunkiem koniecznym, ale nie wystarczajacym do tego aby nastapila kondensacja. W atmosferze muszą wystepować mikroskopijne cząstki tzw jądra kondensacji. Najefektywniejszymi jądrami kondensacji są kryształki lodu.

Efektem kondensacji pary wodnej jest powstawanie chmur. Wewnatrz kropli chmurowej zachodza procesy.

1.Parowanie

2.Rozpuszczanie części jadra kondensacji w wodzie

3. Reakcje chemiczne z wodą wewnątrz kropli.

4.Wymiana materii między kropla a powietrzem.

. Etapy powstawania chmury burzowej:

1.Faza wzrostu- bardzo silny prąd wstępujący unosi wilgotne powietrze w górę w postaci bąbli powietrza, których średnica może dochodzic nawet do półtora kilometra. Nastepuje ciągly proces kondensacji pary wodnej i powstaje chmura Cumulus, która stopniowa przekształca się w Cumulonimbus (chm. Burzowa). Prądy wystepujace w górnej częsci chmury osiagają predkosc 3 m/s a w dolnej 8 m/s. Powietrze wewnątrz chmury jest cieplejsze od otaczącego, ale na jej brzegach na skutek kontaktu z otoczeniem temperatura obniża się, zwalnia w pewnym momencie ruch az do zatrzymania i zaczyna opadac w dół. Powstaja silne prądy zstepujące. Rozbudowująca się śrdokowa czesc chmury może osiągnąc wysokosc nawet do granic troposfery. Górna część chmury rozpływa się na boki tworząc kowadło. 2.Faza dojrzała- W środkowej czesci chmury kropelki wody łączą się ze sobą i przy odpowiedniej masie spadaja w postaci deszczu lub gradu. Opad powoduje wystąpienie prądów zstepujących. Dzieje się tak dlatego ze spadajace krople lub kule gradowe zasysają za sobą powietrze w dół (pociśnienie). Dodatkowym czynnikiem napedzającym prądy zstepujące jest parowanie krpel co schładza otaczjace powietrze i sprawia ze staje się ono cięższe. Prędkosc pradów zstepujacych może sięgać nawet 8 m/s. To sprawia ze przy podstawie chmury różnica temperatur pomiedzy środkiem a brzegami może dochodzic do 4-5 stopni co dodatkowo napedza prądy wstepujące. Prądy zstępujące uderzaja z impetem o powierzchnie ziemi i rozpływają się na boki (porywisty wiatr). 3.Faza zaniku- Bilans energatyczny chmury zbliża się do 0 gdyż zanikają prądy wstępujące i powoli zanika opad. W chmurach burzowych przemieszczające się krople deszczui kule gradowe uderzają o siebie i elektryzują się wzajemnie. Pojawiają się ładunki dodatnie w obszarze prądów wstępujących i ujemne w obszarze prądów zstępujących. Przy odpowiedniej różnicy potencjałów dochodzi do wyładowania pomiędzy chmurą a powierzchnią ziemi jak i między chmurami (pioruny i błyskawice). Pędzący w kierunku Ziemi strumień elelktronów tworzy w nieprzewodzącym powietrzu kanał w którym wystepuje silnie zjonizowane powietrze- przewodnik. Elektrony z chmury biegna w kierunku Ziemi z predkoscia 100 km/s jest to tzw. wyładowanie wstepne często określane mianem lidera. Tym samym kanałem biegną od ziemi do chmury ładunki + tzw powrotne. Jest to wyładowanie zasadnicze, po którym mogą wystepowac kolejne. Podczas wyładowania średni prąd płynący w kanale wynosi 20 tys. Amperów i to powoduje rozgrzanie zjonizowanego powietrza do 30 tys. stopni. To skutkuje gwałtownym rozszerzeniem się gazu i powstaje fala akustyczna czyli grzmot.

Chmury

-kłębiaste(cumulusy)

-pierzaste(cirrusy)

-warstwowe(stratusy)

. Zanieczyszczenia powietrza substancje obecne w powietrzu atmosferycznym w ilości większej niż to wynika ze składu powietrza uznanego za naturalnie czyste lub każda substancja która nie wystepuje w składzie powietrza czystego.

Czynniki wpływające na stopień zanieczyszczenia powietrza: -wielkosc emisji z wszystkich emitorów znajdujących się na tym samym obszarze oraz rodzaju, ilosci rozmieszczenia i wysokosci efektywnej emitorów, -napływ zanieczyszczeń spoza tego obszaru, -warunki klimatyczne i meteorologiczne regionu na którym znajduje się rozpatrywany obszar, -ukształtowanie terenu, -zagospodarowanie terenu.

Emisja charakteryzuje dany emitor, okresla skuteczność działania urzadzeń oczyszczających, okresla ilość zanieczyszczeń unoszących się do atmosfery

Imisja opisuje rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń poprzez okreslenie ich stężenia

Ładunek krytyczny-graniczna depozycja zanieczyszczan powietrza, poniżej której nie wystepują szkodliwe skutki dla danego elementu środowiska

Wartość zalecana stężenie zanieczyszczenia powietrza w odniesieniu do czasu ekspozycji poniżej którego nie wywoływane są żadne negatywne skutki zdrowotne

Jednostkowe ryzyko wartość oznaczajaca prawdopodobieństwo wystąpienia choroby nowotworowej związane z ekspozycją człowieka na stężenie substancji kancerogennej w powietrzu w ciagu całego życia.

Główne kierunki działania w zakresie ochrony atmosfery

-prawne (konstytucja, prawo miedzynarodowe:konwencje, umowy, : uregulowania ustawowe oraz wykonawcze akty prawne)

-ekonomiczne(stosowanie urzadzeń technologii niskoemisyjnych o niskim zapotrzebowaniu na energię , dotacje na działania zmierzające do ograniczenia emisji, oszczędnośc paliw, opłaty, kary za emisje)

-techniczno-organizacyjne(ograniczenie emisji i zmniejszenie strumienia gazów odlotowych:oczyszczanie gazów odlotowych:substytucja surowców :poprawa warunków rozprzestrzeniania ^{(zwiekszenie efektywnej wysokości emitorów.likwidacja przeszkód terenowych)})

Podział źródeł emisji

-antropogeniczne (związane z działalnością człowieka)

Antropogeniczne źródła zanieczyszczeń powietrza (zorganizowane i niezorganizowane):

chemiczna konwersja paliw,wydobycie i transport surowców,przemysł chemiczny,przemysł rafineryjny,przemysł metalurgiczny,cementownie,składowiska surowców i odpadów,motoryzacja.

-naturalne źródła zanieczyszczeń powietrza (niezorganizowane):wybuchy wulkanów,erozja wietrzna skał,pożary lasów i stepów,pył kosmiczny,

niektóre procesy biologiczne

Podział emitorów wg organizacji emisji

-punktowe

-powierzchniowe (rozproszone)

-liniowe(drogi, kanały ściekowe)

Zanieczyszczenia powietrza dzielą się :

ze względu na sposób wprowadzania i występowania :

-pierwotne(SO wpływa i SOwypływa bez zmian)

-wtórne(na skutek przemian fizycznych i chemicznych z pierwotnych)

ze względu na stan skupienia:

-stałe (pył – zapylenie, opad pyłu)

-ciekłe (mgła, aerozol)

-gazowe (gazy, pary)

Źródła emisji NO_X i SO₂ do powietrza

↓ ↓

Wszystkie procesy spalanie paliw kopalnych

spalania zawierających siarkę palną

Przemiany chemiczne NO_X

O₃+NO₂ → NO₃+O₂

2NO₂ → N₂O₄

NO₃+NO₂ → N₂O₅

N₂O₅+H₂O → 2HNO₃

NH₄⁺+2O₂ → 2H⁺+NO₃^-+H₂O

Przemiany chemiczne SO₂

SO₂+ hγ → SO₂^*

SO₂^*+SO₂ → SO₃+SO

SO₂^*+O₂ → SO₄+O

SO₂+O → SO₃

O₂+O → O₃

SO+O₂ → SO₃

SO₃+H₂O → H₂OSO₄

Depozycja mokra

HNO₃+H₂O ↔ H₃O⁺+NO₃^-

H₂SO₄+2H₂O ↔ 2H₃O⁺+SO₄^2-

H₃O -skutki bezpośrednie

Kwaśne opady(zakwaszenie wód i gleb, uszkodzenie lisci,igliwia, korozja materiałów, schorzenia układu oddechowego,smog kwaśny)

-Skutki pośrednie(obniżenie zdolności buforowych gleb, wypłukiwanie składników odżywczych, wzrost mobilności metali ciężkich, pogorszenie jakości żywności, pogorszenie zdrowia

NO₃ , SO₄^2-

Efekt cieplarniany, zmniejszenie widzialności, dziura ozonowa, smog kwaśny,schorzenia układu oddechowego

Ochrona powietrza

.

Smog fotochemiczny(utleniający)- powstaje podczas silnego nasłonecznienia; procesom fotochemicznym ulegają tlenki azotu, węglowodory (przeważnie nienasycone -alkeny) i inne składniki spalin (w większości samochodowych). Tworzą się podczas tych przemian reaktywne rodniki. Te z kolei wskutek chemicznych przemian przeobrażają się w związki toksyczne. Są to przeważnie nadtlenki (np. azotan nadtlenku acetylu).W składzie S.F możemy również znaleźć: O_3, CO, NO_x, aldehydy, węglowodory aromatyczne.

SKUTKI SMOGU- duszność, łzawienie,zaburzenia pracy układu krazenia,odraznienie skory,wywieranie również silnych działań korozyjnych na środowisko

Smog fotochemiczny typu Los Angeles ma charakterystyczne brązowe zabarwienie, może wystąpić od lipca do października przy temp 24-35 stopni przy niskiej prędkości wiatru, powodując ograniczenie widoczności do 0,8-1,6 km. Głównymi zanieczyszczeniami są:tlenek węgla, tlenki azotu, węglowodory aromatyczne i nienasycone, związki nadtlenoorganiczne, ozon, pyły przemysłowe. Do wytworzenia się tego typu smogu konieczne jest silne nasłonecznienie powietrza, natomiast ani dym ani mgła nie mają większego znaczenia. Skutki: duszność, łzawienie, zaburzenia pracy układu krążenia, podrażnienia skóry, działanie korozyjne na środowisko.

Cykl fotochemiczny NO₂

NO₂ + hγ → NO + O,

O + O₂ + M → O₃ + M ,

O₃ + NO →NO₂ + O₂

Powstawanie smogu fotochemicznego (typu Los Angeles)

CxHy + hγ → R*

RCOO* + NO →RCO* + NO₂

RCO* + O₂ →RCOOO*

RCOOO* + NO →RCOO* + NO₂

RCOOO* + NO₂ →RCOOONO₂

(azotan nadtlenoacylowy PAN)

Tlenki siarki

SO₂ + NO₂ →SO₃ + NO

SO₂ + NO₃ → SO₃ + NO₂

SO₂ + N₂O₅ → SO₃ +N₂O₄

W miastach i rejonach uprzemysłowionych (CxHy > 0,1 ppm) dodatkowo zachodzą reakcje:

R*(RO*, ROO*) + SO₂ →RSO₂(ROSO₂ , ROOSO₂)

RO*(ROO*) + SO₂ → SO₂ + R*(RO*)

Smog kwaśny (mgła przemysłowa) - powstaje w wilgotnym powietrzu silnie zanieczyszczonym tzw. gazami kwaśnymi, głównie dwutlenkiem siarki (SO2) i dwutlenkiem węgla (CO2), oraz pyłem węglowym, przy niskich temperaturach i słabych wiatrach. Charakterystyczny dla wielkich aglomeracji miejskich, strefy klimatu umiarkowanego Smog, ze względu na dużą koncentrację agresywnych czynników chemicznych, stanowi zagrożenie dla zdrowia ludzi i zwierząt, wywołuje choroby roślin i powoduje niszczenie materiałów.

CaCO₃ + 2H⁺    Ca²⁺ +CO₂ + H₂O Ca²⁺ +SO₄^2- + 2H₂O  CaSO₄ * 2H₂O CaCO₃ + 2HNO₃(aq) -> Ca²⁺(aq) + 2NO^-₃(aq) + H₂O + CO₂

Depozycja - procesy, w których różne składniki powietrza są usuwane z atmosfery 

mokra depozycja - proces, w którym substancje chemiczne są usuwane z atmosfery i osadzane na powierzchni ziemi wraz z deszczem, mżawką, śniegiem, wodą chmurową i mgłą 

sucha depozycja - osiadanie na powierzchni ziemi  gazów i cząstek stałych znajdujących się w powietrzu 

Kwaśne deszcze zakwaszona woda opadowa poniżej progu naturalnego (pH<5,6) pod wpływem mokrej i suchej depozycji związków zakwaszających. Kwaśną depozycję wyraża się w równoważnikach kwasowości (ekwiwalentach) na jednostkę powierzchni, w jednostce czasu
SO₂ + O₂ =(kat, UV) SO₃ + H₂O = 2H++SO₄^2- pyły metali ciężkich. Równoważnik kwasowości (eq) – odpowiada 1 molowi kationów H₃O⁺ powstałych z dysocjacji związków zakwaszających: 1 eq H+ = 16 g S (H₂SO₄ w przel. na S); 1 eq H+ = 14 g N (HNO₃ w przel na N)

Jakie są konsekwencje emisji węglowodorów do atmosfery?? Węglowodory są emitowane głównie przez samochody. Najprostszy z nich, metan, powstaje także w dużych ilościach na obszarach intensywnej hodowli zwierząt czy uprawy ryżu. Niektóre węglowodory są silnie kancerogenne, metan jest gazem silnie wpływającym na efekt cieplarniany. Duża koncentracja węglowodorów i tlenków azotu występująca w miastach prowadzi do powstania smogu fotochemicznego. W dzień, pod wpływem promieniowania słonecznego, substancje te reagują ze sobą, w wyniku czego powstaje ozon i inne bardzo aktywne chemicznie związki, zabójcze dla procesów biologicznych. Pyły mogą zawierać wiele groźnych substancji. Działając jako jądra kondensacji pary wodnej, powodują wzrost koncentracji cząstek chmurowych (kropelek wody i kryształków lodu), modyfikując warunki powstawania opadu. W obszarach przemysłowych koncentracja cząstek chmurowych (szczególnie w chmurach kłębiastych) jest często kilkadziesiąt razy większa niż w obszarach niezapylonych, a same cząstki są odpowiednio mniejsze. Rozpuszczone w nich związki chemiczne też wpływają na warunki powstania opadu. CO2 jest gazem odgrywającym dużą rolę w powstawaniu efektu cieplarnianego. Wzrost koncentracji CO2 w atmosferze może mieć poważny wpływ na klimat w skali globalnej. Para wodna zawarta w spalinach reaguje z tlenkami siarki i azotu tworząc kwasy: siarkowy i azotowy..

Efekt cieplarniany jest to zjawisko maturalne i umożliwia życie na ziemi, które spowodowane jest zdolnością atmosfery do przepuszczania dużej, często wprost ogromnej ilości promieniowania słonecznego (UV) oraz zatrzymywania promieniowania Ziemi, czyli między innymi cieplnego. przyczyny efektu cieplarnianego

-zanieczyszczenie powietrza wywołane spalaniem paliw kopalnych, węgla, ropy naftowej, emisji metali

– wycinanie wypalanie lasów

–motoryzacja chłodnictwo pożarnictwo

–wysypywanie śmieci elektrownie cieplne

– rolnictwo hodowla bydła

-emisja freonów(pochodz. z przemysłu)

Skutki:

-globalne ocieplenie(topnienie lodowców podniesienie się poziomu mórz ,

-zatapianie wysp i lądów)

–wymieranie roslin i zwierzat

Dziura ozonowa –

Ozon to trójatomowy tlen O3 o charakterystycznym "świeżym" zapachu, który powstaje podczas wyładowań atmosferycznych.
Ozon jest gazem nietrwałym. Działa silnie utleniająco (bakteriobójczo), chroni ludzi, zwierzęta i rośliny przed promieniowaniem ultrafioletowym docierającym na Ziemię ze Słońca.

Spadkowi grubości warstwy ozonowej winny jest chlor. 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. Były to właśnie freony. Używa się ich również w instalacjach chłodniczych, m.in. w lodówkach i zamrażarkach, a także do wyrobu pianek poliuretanowych, np. styropianu. Freony są niepalne i w normalnych warunkach nieaktywne chemicznie. Jednak wysoko w atmosferze rozkładają się pod wpływem ultrafioletu, wydzielając chlor.
W następstwie spadku zawartości ozonu powstaje dziura ozonowa, która jest zjawiskiem groźnym dla życia na Ziemi.

Ozon jest niebieskim gazem, o większej gęstości od powietrza. Ma zapach powietrza po burzy (powstaje w temperaturze łuku elektrycznego podczas uderzeń piorunów). W stanie wolnym występuje w atmosferze, powstaje w wyniku rozpadu cząsteczek O₂ pod wpływem światła i dalszego łączenia się ich, wg równań:Jest gazem niepalnym (ma jednak zdolność, podobnie, jak ditlen – O₂, podtrzymywać proces spalania), dobrze rozpuszczalnym w wodzie, dość nietrwałym:

Pył — substancja mineralna, pozostałość procesu spalania, a także ścierania lub kruszenia substancji stałych takich jak minerały nieorganiczne, organiczne oraz metale.

Pyły stanowią układy dwufazowe:

-pył osiadajacy

-pył zawieszony ^{(pył raspirabilny)}

Miarą zapylenia atmosfery mogą być:

-stopien zapylenia(emisja i imisja) okresla się:

*liczbe ziaren fazy rozproszonej w objętości gazu l/m^3

*mase fazy rozproszonej w jednostce objętości gazu mg/m^3

*opad pylu-masa pyłu opadającego na jednostke powierzchni ziemi w jednostce czasu g/m *rok

Pył

↓ ↓

Pył o rozdrobnieniu pył o rozdrobnieniu

Makroskopowym 1000 – 1µm koloidalnym 1 – 0,002µm

↓

Subkoloidalnym 0,002 – 0,001µm

Skutki zapylenia atmosfery:

-schorzenia dróg oddechowych

-zmniejszenie napływu promieniowania słonecznego do powierzchni Ziemi

- zmniejszenie opadów

-sorpcja zanieczyszczeń i katalizowanie reakcji chemicznych

-powstawanie smogu

-zanieczyszczenie wód i gleb

-zmniejszenie plonów

-korozja urządzeń

Szkodliwe oddziaływanie pyłu przemysłowego na organizm ludzki zależy od:

-rodzaju pyłu, wielkości poszczególnych cząstek

-stężenia pyłu w powietrzu

-czasu narazenia

-rozpuszczalnosci pyłu w cieczach ustrojowych

-kształtu cząstek

-zawartości wolnej krystalicznej krzemionki (np. azbest)

Pyły w zalezności od oddziaływania na organizm można podzielic na:

-pyły czynne(pochłonięciu do organizmu są rozpuszczane w płynach ustrojowych, mogą wywoływać działanie toksyczne)

-pyły obojętne(nie ulegaja rozpuszczeniu ale mogą mechanicznie uszkodzić błony śluzowe oraz blokować powierzchnię czynną płuc)

-pylicotwórcze

-alergiczne

-toksyczne

-rakotwórcze

Zjawiska fizyczne wykorzystywane w urządzeniach odpylających: opadanie ziaren pyłu (grawitacja), zderzenia bezwładnościowe, siła odśrodkowa, siły elektrostatyczne, zwilżanie, koagulacja, efekt sitowy

Podział urządzeń odpylających:

- odpylacze suche – odpylany gaz nie będzie miał kontaktu z wodą

- odpylacze mokre – do usunięcia pyłu warunkiem jest kontakt z wodą (zwilżenie pyłu)

Podział odpylaczy suchych:

- grawitacyjne – odpylanie następuje na skutek działania siły grawitacji

- bezwładnościowe – siła inercji (lub inercji i grawitacji)

- odśrodkowe (na przykładzie cyklonu)

- elektrostatyczne (elektrofiltry)

- filtracyjne (odkurzacz)

Podział odpylaczy mokrych:

- barbotażowe – gaz przechodzi przez objętośc cieczy (piana – bulgocze)

- płuczki (skrubery) bez wypełniania (płuczki wieżowe)

-płuczki z wypełnieniem nieruchomym

- płuczki z wypełnieniem ruchomym (ze złożem fluidalnym)

- odpylacze Venturiego (ze zwężką Venturiego)

TYPY ODPYLACZY MOKRYCH

-odpylacze natryskowe

-odpylacze odśrodkowe

-odpylacze uderzeniowo – inercyjne

-odpylacze półkowe barbotażowo – pianowe

-odpylacze z wypełnieniem ruchomym i nieruchomym

-odpylacze Venturiego

SUCHE -Komory osadcze 80um -odpylacze inercyjne 20-1000um -cyklony 5-100um -elektrofiltry 0,01-100 um -filtry ziarniste 0,1-100 um -filtry tkaninowe i bibulowe 0,001-10 um sposoby zwiększania sprawności odpylania w odpylaczach mokrych: -modyfikacje procesu w źródle emisji tzn zmniejszenie strumienia obj gazu oraz zwiększenia rozmiarów emitowanych cząstek; -wzrost energii doprowadzanej do skrubera w zależności od jego typu lub zastosowania skrubera bardziej sprawnego; -wzrost energii obniża się przez zwiększenie prędkości gazu lub przez odpowiednią modyfikację wnętrza konstrukcji skrubera; -zwiększenie VL/VG ; -kondensacja; -elektryzacja cząstek i kolektora; -zwiększenie zwilżalności cząstek Czynniki decydujące o odpylaczy mokrych do procesu odpylania gazu : -brak przeciwwskazań dla obecności cieczy w strumieniu gazu oczyszczanego -produkt odpylania – zawiesina nie stwarza problemu wtórnego zanieczyszczenia środowiska -cząstki lub gaz powodują zagrożenie pożarowe lub eksplozyjne -konieczność chłodzenia gazu -konieczność jednoczesnego oczyszczania gazu od zanieczyszczeń aerozolowych i gazowych W odpylaczach mokrych strumień zapylonego gazu jest odpylany wskutek kontaktu z cieczą
Schemat ogólny procesu odpylania mokrego: GZ – gaz zanieczyszczony, Z – zawiesina, C – ciecz Mechanizmy odpylania -zdarz enia inercyjne i bezpośrednie zaczepienia (cząstki >1µm) -termoforeza i dyfuzjoforeza -kondensacja pary wodnej, koagulacja cząstek oraz oddziaływania elektrostatyczne Odpylacze natryskowe • zderzenie inercyjne i bezpośrednie zaczepienie • średnice kropli 100-500 µm • średnica cząstek 2 µm • 4-12 dm^3wody/m^3 gazu Odpylacze natryskowe z przepływem: a) przeciwprądowym, b) krzyżowym, c) współprądowym Schemat skrubera z rewersyjnym przepływem strumienia cieczy: 1 – dysza rozpylająca, 2 - separator Charakterystyczne parametry skruberów odśrodkowych: -duże średnice kropli -średnica cząstki 2 – 5 μm -skuteczność odpylania dla cząstek większych od 5 μm – około 90 % -duża prędkość gazu w przewodzie wlotowym 15 – 45 m/s -spadek ciśnienia gazu 400 – 1500 Pa -małe zużycie wody przy ciśnieniu rozpylania 275 – 700 kPa -wydajność oczyszczanego gazu Sposoby zwiekszenia skuteczności odpylania -wzrost cisnienia cieczy -wzrost dysz rozpraszających -wzrost prędkości kropel cieczy i strumienia gazu -wzrost gęstości strumienia Charakterystyczne parametry odpylaczy uderzeniowo-inercyjnych -średnica cząstki ponizej 2-5 μm, -duża prędkość gazu w przewodzie wlotowym -duża średnica kropel -duzy spadek ciśnienia gazu -małe zużycie wody ODPYLACZE PÓŁKOWE BARBOTAŻOWO-PIANOWE Należą do grupy odpylaczy barbotażowych, w których wykorzystuje się zjawisko barbotażu.Gaz przechodząc przez ciecz powoduje intensywne mieszanie pyłu z cieczą co skutkuje pojawieniem się piany. Tego typu odpylacze są bardzo wydajne a zuzycie wody jest małe. Sprawność odpylania zwiększa się ze wzrostem liczby półek, powoduje to jednak znaczny wzrost spadku ciśnienia gazu.Zaletą jest odpylanie gazów o wysokich temperaturach ODPYLACZE Z WYPEŁNIENIEM materiały stałe – rozdrobniony kamień, żwir, koks elementy specjalnie wytworzone w tym celu - kule, pierścienie, siodełka i inne różnego rodzaju warstwy włókien lub wiórów w postaci siatek lub różnego kształtu pakietów odkraplanie gazów i odpylanie cząstek rozpuszczalnych w wodzie – NH4NO3, Na2CO3, borokrzemiany, PO4^3- PARAMETRY PRACY Kolumna z przeciwprądowym przepływem gazu i cieczy: - małe prędkości -duże zużycie w celu zapewnienia właściwego zwilżenia elementów warstwy -mały spadek ciśnienia -prędkość gazu w kolumnie z przepływem przeciwprądowym jest ograniczona zalewaniem wypełnienia Wada kolumn z wypełnieniem: -blokowanie niektórych wypełnień wydzielonym pyłem (adhezja, cementowanie) -ograniczone zastosowanie w procesach odpylania Parametry pracy skruberów fluidyzacyjnych przeciwprądowych: -mała prędkość gazu -małe zużycie wody - duża gęstość wypełnienia kulistego - duży spadek ciśnienia gazu -wypełnienie – kule szklane lub ceramiczne o duzych średnicach -mała prędkość ruchu gazu w kolumnie - małe zapotrzebowanie wody - małyspadek ciśnienia gazu ODPYLACZE VENTURIEGO Rura Venturiego 1- konfuzor, 2 – gardziel, 3 - dyfuzor Podział odpylaczy Venturiego w zależności od energii strumienia odpylanego gazu i sposobu dostarczania cieczy do aktywnej części rury Venturiego (gardzieli) -ciśnieniowe – rozpraszające - wykorzystuje się energię strumienia oczyszczanego gazu do rozproszenia cieczy na krople i wyrównania ich prędkości z prędkością gazu w obrębie gardzieli -ejekcyjne - zanieczyszczony gaz zasysany jest do gardzieli strumieniem rozpylanych kropel za pomocą ciśnieniowych dysz hydraulicznych o ciśnieniu cieczy 0,6 – 1,2 MPa

OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA ODPYLACZY MOKRYCH

Zalety:

- możliwość odpylania gazów z ich jednoczesnym chłodzeniem

- absorpcja niektórych zanieczyszczeń gazowych

- oddzielanie pyłów nawet o rozdrobnieniu koloidalnym oraz pyłów o właściwościach wybuchowych

- oczyszczanie gazów gorących

-usuwanie niebezpiecznych pyłów

Wady:

- trudności związane z gospodarką ściekową (zanieczyszczenia przechodzą z gazu do cieczy)

- duże koszty eksploatacyjne

- duże zużycie wody

Komora osadcza – pewna przestrzeń w której spowalniamy prędkośc gazów jeżeli < 3 m/s na tyle wolny przepływ, że pył najgrubszy ma czas żeby wypaśc z tego strumienia: zbierany jest w komorze

Odpylacze tkaninowe (filtracyjne) –Ich działanie polega na oddzielaniu pyłu podczas przepływu zapylonego gazu przez materiały filtracyjne tj. warstwy kształtek ceramicznych i metalowych, tkaniny, włókniny, filce, bibuły. Stosowane są w cementowniach, wapiennikach, wytwórniach mączek mineralnych, w produkcji metali i wyrobów z metali, produkcji maszyn i urządzeń a także w produkcji wyrobów ceramicznych

Najbardziej rozpowszechnione są odpylacze filtracyjne tkaninowe w których materiałem filtracyjnym są tkaniny lub włókniny naturalne i sztuczne Tkanina powinna:

- mieć duża zdolnośc do zatrzymywania cząstek

- musi być odporna na korozyjne i erozyjne działanie strumienia aerozolu, na wpływ temperatury

- musi być odporna mechanicznie

Typy materiałow filtracyjnych:

-włokniste

-ziarniste

-porowate ceramiczne

-porowate syntetyczne

Materiały włókniste:

-tkaniny filtracyjne

-włokniny techniczne

Odpylacze odśrodkowe (na przykładzie cyklonu)

Zwane cyklonami wykorzystują działanie siły odśrodkowej do usuwania drobin pyłu. Znajdująszerokie zastosowanie z uwagi na prosta, zwarta budowę, brak części ruchomych, wysoką skutecznośc pracy w warunkach wysokich temperatur i ciśnienia, niskie koszty eksploatacji, prostą obsługę. W cyklonie strumień gazu wpływając stycznie do ściany cyklonu ulega zawirowaniu i spływa spiralnie w dół. Odbija się na przeszkodzie, która jest dno cyklonu i rurą centralną opuszcza cyklon. Pod wpływem działania siły odśrodkowej cząstki pyłu uzyskują określoną prędkośc i poruszają się w kierunku ściany cyklonu i następnie grawitacyjnie pył zsypuje się na dno. Cyklony zazwyczaj pracują w układzie mulicyklonów (kilka połączonych urządzeń) uzyskując sprawnośc usuwania cząsteczek pyłu od 5 – 10 mikrometrów sięgającą 86-88%.

Metody usuwania zanieczyszczeń gazowych

Do oczyszczania gazów z zanieczyszczeń gazowych wykorzystuje się prawie wszystkie podstawowe procesy wymiany masy

-absorpcję,

-adsorpcję,

-procesy spalania bezpośredniego i katalitycznego

-kondensację

Absorpcja polega na pochłanianiu zanieczyszczeń gazowych przez ciecz (absorbent). Stosowana jest wówczas, gdy stężenie zanieczyszczeń wynosi kilka procent, a w przypadku gazów rozcieńczonych, gdy są one łatwo rozpuszczalne w absorbencie.

Absorbentami są: woda, roztwory soli, kwasów, zasad, związki o właściwościach redoks.

Proces absorpcji w roztworach jest połączony zwykle z reakcją chemiczną, wskutek czego zmniejsza się stężenie równowagowe usuwanego składnika nad cieczą.

Absorbery są podobne konstrukcyjnie do odpylaczy mokrych. Rozróżnia absorbery:

1. kolumny z wypełnieniem – różnego kształtu i rozmiarów elementy wypełniające mają za zadanie rozwinąć (zwiększyć) powierzchnię styku (czynną) cieczy i gazu. skrubery – absorbery natryskowe absorbery barbotażowe, Venturiego

Zastosowanie metod absorpcyjnych: Odsiarczanie spalin (usuwanie tlenków siarki So_x), Usuwanie tlenków azotu ze spalin oraz z przemysłowych gazów odlotowych (np. z produkcji HNO₃), Jednoczesne usuwanie NO_x i SO_x z gazów spalinowych, Absorpcja gazów przemysłowych (np. HF, HCl, Cl₂, NH₃), Dezodoryzacja gazów odlotowych (usuwanie odorantów):-(metoda absorpcyjna fizykochemiczna, metoda absorpcyjna połączona zbiodegradacją (tzw. płuczki biologiczne))

Adsorpcja polega na sorpcji zanieczyszczeń gazowych przez adsorbent(sorbent). Adsorpcja umożliwia oczyszczanie dużych strumieni gazów omałym stężeniu zanieczyszczeń do poziomu ppm. Ponadto tą metodąmożna jednocześnie usuwać z gazu wiele zanieczyszczeń, zwłaszcza substancje organiczne. Adsorpcja może mieć charakter chemiczny (chemisorpcja - reakcja chemiczna) lub fizyczny (adsorpcja fizyczna, lub niezbyt precyzyjnie fizysorpcja). Adsorpcja ma charakter powierzchniowy, czym różni się od absorpcji polegającej na pochłanianiu w całej objętości. Często procesy adsorpcji oraz absorpcji występują równocześnie i mówimy wtedy o sorpcji. Termin sorpcja stosujemy również wtedy gdy nie chcemy lub nie możemy sprecyzować mechanizmu zjawiska.

Substancja gromadząca się na powierzchni to adsorbat, substancja przyjmująca to adsorbent. Adsorpcja może zachodzić z fazy nieruchomej w warunkach statycznych lub z fazy ruchomej w warunkach dynamicznych. Cechą charakterystyczną adsorbentów jest ich porowata budowa, na którą składają się mikropory (pory o promieniu poniżej 2 mm), mezopory (pory o promieniu od 2 do 50 mm), makropory ( r>50 mm). O rzeczywistej powierzchni sorpcji a tym samym i skuteczności procesu decydują mezo i mikropory. Makropory spełniają funkcje tylko magistral transportowych. Zdolność adsorpcyjna to masa adsorbatu, która może być zaadsorbowana przez jednostkę masy adsorbentu. Jest ona zależna od wielu zmiennych i wyznaczana doświadczalnie dla danego płynu i warunków ( ciśnienie, temperatura, rodzaj i czas zetknięcia). Zjawisko może mieć charakter monowarstwowy (tzn. jednowarstwowy) - np. chemisorpcja jest z reguły monowarstwowa - lub wielowarstwowy (poliwarstwowy), np. adsorpcja par przy ciśnieniu bliskim ciśnieniu pary nasyconej, gdy następuje samorzutna kondensacja pary. W przypadku sorpcji wielowarstwowej w porach sorbentu dochodzi do zjawiska kondensacji kapilarnej.

Spalanie jest jedną z najczęściej stosowanych metod do usuwania zgazów odlotowych węglowodorów, rozpuszczalników oraz innych organicznych substancji toksycznych poprzez ich utlenianie do CO2 i H2O, bądź wskutek przemian chemicznych tych zanieczyszczeń na substancje mniej toksyczne lub łatwe do wydzielenia ze strumienia gazów. Spalanie stosowane jest wówczas gdy stężenia zanieczyszczeń są małe (<0,3% obj.), a ich odzysk jest ekonomicznie nieopłacalny oraz w przypadku zanieczyszczeń o wysokim stopniu toksyczności. Spalanie realizowane jest jako

-Spalanie bezpośrednie,

-Spalanie termiczne – połączone z odzyskiem ciepła,

-Spalanie katalityczne – jest szczególnym przypadkiem spalania

O efektywności spalania decydują takie czynniki jak:

- czas kontaktu reagentu

- temp spalania

- burzliwośc w strefie spalania (odpowiedni kształt komory i rozmiar decyduje o skuteczności wymieszania paliwa z powietrzem – im lepsze tym większa wydajnośc cieplna)

W spalaniu katalitycznym strumień zanieczyszczonego gazu po wmieszaniu z powietrzem przepływa przez warstwę odpowiedniego katalizatora, którego zadaniem jest obniżenie energii aktywacji. W tym przypadku maleje zapotrzebowanie na nadmiar stosowanego powietrza i dodatkowe paliwo oraz zmniejsza się możliwość tworzenia NOx podczas spalania.

Kondensacja jest metodą usuwania z gazów odlotowych substancji o niskim ciśnieniu par, gdy nie jest wymagane bardzo dokładne oczyszczanie gazu, do stężeń kilku ppm. Konieczność wymrażania gazu w końcowym etapie oczyszczania tą metodą ogranicza jej zastosowanie.

Tą metodę stosuje się szczególnie wtedy gdy zanieczyszczenie stanowią węglowodory i ich pochodne o wysokich temp. wrzenia oraz gdy odzyskujemy cenne substancje. Przy małym ciśnieniu par wymienionych zanieczyszczeń w temp. otoczenia mogą być one kondensowane wskutek chłodzenia wodą lub strumieniem powietrza w wymiennikach ciepła - kondensatorach. W przypadku oczyszczania gazów odlotowych emitowanych do atmosfery metoda ta nie znajduje zastosowania. Do kondensacji zanieczyszczeń gazowych, zwanych oparami, są stosowane dwie zasadnicze metody chłodzenia: bezprzeponowa (w skruberach natryskowych lub półkowych) i przeponowa (w wężownicach)

Ograniczenie emisji tlenków azotu:Źródłem emisji tlenków azotu jest utlenianie azotu z powietrza w wysokich temperaturach. W spalinach powstających w procesie utleniania paliw NO₂ stanowi od 0,5 do 10%. Obecnośc NO₂ w spalinach sprawia, ze maja one kolor pomarańcz –brązowy. Ograniczenie emisji NO_x realizowane jest poprzez odpowiedni dobór warunków procesów spalania i oczyszczania gazów odlotowych. Ograniczenie emisji na etapie spalania jest związane z odpowiednim doborem takich parametrów spalania jak: czas, temperatura, skład gazów.

Obnizenie temperatury procesu spalania prowadzi do obniżenia emisji. Obniżenie procesu spalania jest realizowane poprzez wtrysk wody lub pary wodnej, recyrkulacje spalin, zwiększenie objętości komory spalania i stosowanie palenisk fluidalnych. Prowadzenie procesów spalania w warunkach stechiometrycznych lub przy możliwie najmniejszym nadmiarze tlenu ogranicza ilośc powstających tlenków. Wymaga to jednak dokładnego wymieszania paliwa z powietrza co zapewnia odpowiedni kształt i wielkość komory spalania. Innym sposobem może być stosowanie tzw. Spalania dwustopniowego.

I etap: spalanie przy stechiometrycznej ilości powietrza

II etap: wprowadzenie powietrza ponad strefę spalania w celu całkowitego utleniania paliwa (ta metoda nie ma zastosowania w przypadku spalania węgla kamiennego)

Stosowane są przede wszystkim 2 rozwiazania:

1. Selektywna redukcja katalityczna (SNCR) amoniakiem lub mocznikiem (bez katalizatora) :
   4NO + 4NH₃ + O₂ = 4N₂ + 6H₂O
   2NO₂ + 4NH₃ + O₂ = 3N₂ + 6H₂O

Zredukowac Tl. Azotu do azotu cząsteczkowego Stopień redukcji Tl. Azotu w tej metodzie zalezy od temp. Reakcji, czasu kontaktu, w odpowiednim zakresie temp. (1150 – 1300 K)

2) Metoda selektywnej redukcji katalitycznej – redukcja NOx do N2 za pomocą amoniaku w obecności katalizatorow tj. pięciotlenek wanadu, metale szlachetne( platyna, pallad,rad) , proces prowadzony jest w temperaturze 500 – 800 K

2NO + 2CO = 2CO₂ + N₂
(np. „katalizatory samochodowe”)

W komorach osadowych – siła grawitacyjna

W odpylaczach uderzeniowo-inercyjnych – Fg i Fb

Siła odśrodkowa – w cyklonach

Elektrofiltry – wykorzystywana jest w nich siła elektrostatyczna do usuwania cząstek

Zasada działania polega na:

-ładowaniu cząstek w polu elektrostatycznym

-przemieszczaniu się naładowanych czastek pyłu od katody w stronę anody i wydzielenie czastek pyłu na anodzie

-usuwanie pyłu z powierzchni wydzielania (anody)

zalety tej metody to:

- możliwość wydzielania czastek pyłu o rozmiarach submikronowych (skuteczność 99,9%)

- efektywne wykorzystanie energii

- odpylanie dużych strumieni gazów (miliony m ^3 gazu na godzinę) o wysokich temp

Wady elektrofiltrów:

- wysoka czułość na skład oczyszczonego gazu

- możliwość wyładowania łukowego

- korozja instalacji

ELEKTROFILTRY PYŁOWE

Zasada działania elektrofiltrów:

Zapalany gaz przemieszcza się pomiedzy układem elektrod: pyłowe elektrody zbiorcze(anody) i zamieszczone centralnie pomiedzy anodami prety stanowiace katodę. Przy dostatecznie dużej róznicy potencjałów miedzy anodą i katodą (od 20 do 100kV najczęściej 40 – 50 kV). Wokół katody następuje wyładowanie koronowe (strumień elektronów). W przestrzeni korony cząsteczki gazu ulegają jonizacji uzyskując ładunek ujemny. Pod wpływem przyłozonego napiecia zjonizowane czastki gazu przemieszczają się w kierunku anody zderzając się po drodze z cząstkami aerozolu (pyłu). W wyniku działania sił indukcyjnych cząstki pyłu wraz z jonami gazu tworzą aglomeraty o wypadkowym ładunku ujemnym poruszające się w kierunku anody. Zderzając się z powierzchnią anody aglomeraty tracą ładunke, który spływa do Ziemi, a wydzielone cząstki pyłu opadają grawitacyjnie w dół lub są okresowo usuwane(mechaniczne potrząsanie anodą)a oczyszczony gaz opuszcza elektrofiltr przewodem odlotowym

Przykładowe wymiary elektrofiltrów pyłowych:

-długosć 10 – 20 m

-wysokość 10 – 15 m

dla jednostki o mocy 500MW termicznych powierzchnia czynna płyt wynosi ok. 40 tys m^2. Jeżeli przyłożone napiecie jest zbyt duże to może nastąpić tzw,. Przebicie lub wyładowanie łukowe. Stabilna wartość prądu koronowego, a tym samym i skuteczność odpylania zależy od zdolności przyjmowania elektronów przez obojętne cząsteczki gazów. Przy dużej zdolności istnieją dobre warunki do stabilizacji prądu, natomiast przy małej dochodzi do wyładowań iskrowych. Oznacza to, że skład oczyszczanego gazu ma decydujący wpływ na powstawanie i stabilny przepływ ładunku. Obecność gazów takich jak tlen, chlor, SO2, chloro-wodór, para wodna działają stabilizująco.

Wpływ temp:

Ze wzrostem temp odpylanych gazów zwiększa się ruchliwość Janów i natężenie prądu koronowego, natomiast ulega obniżeniu napięcie przebicia(wyładowania iskrowego)dlatego też wytrysk pary wodnej lub wprowadzenie innych gazów np. SO2 wpływa korzystnie, ponieważ prowadzi do obniżenia temp oraz przesunięcia napięcia przebicia w kierunku wyższych wartości. Krytycznym etapem odpylania gazów w elektrofiltrach jest wydzielania pyłu z elektrod osadczych. Istotnym problemem jest zarówno pylenie wtórne(porywanie pyłu z elektrody) jak i usuwanie pyłu z elektrody(pył przykleja się do elektrody)

Dla rozwiązania tych trudności proponuje się różne konstrukcje elektrod osadowych(różne kształty, elektrody ruchome) oraz metody wytrząsania. W niektórych przypadkach, w tzw elektrofiltrach mokrych powierzchnia elektrody osadczej (anody)jest czyszczona strumieniem cieczy

ODPYLACZE FILTRACYJNE

Zasada ich działania polega na oddzieleniu pyłu podczas przepływu zapylonego gazu przez materiały filtracyjne(tkaniny, filc, ciała stałe, porowate- żwirki, kamyki, bibuły filtracyjne, koks, każdy materiał stały o odpowiedniej konstrukcji – muszą być przestrzenie przez które gaz będzie się przemieszczał)Najbardziej rozpowszechnione są odpylacze filtracyjne tkaninowe, w których materiałem filtracyjnym SA tkaniny z włókien sztucznych i naturalnych. Tkanina powinna charakteryzować się dużą zdolnością do zatrzymywania cząstek, dużą odpornością mechaniczną oraz dużą odpornością na korozję i temp.W odpyl. Filtr. Rzeczywista warstwa filtracyjna jest tworzona na skutek zaczepiania, zahaczania oddziaływań elektrostatycznych drobin pyłu z materiałem co skutkuje zawężeniem(zmniejszeniem średnicy) w przestrzeni filtracyjnej. Odpylacze z warstwą ruchomą – czynnikiem tworzącym warstwę filtru są przemieszczające się drobiny ciała stałego, np.: koks, żwirek.

OGRANICZENIE EMISJI TLENKÓW SIARKI

Osiarczanie paliw lub odsiarczanie gazów odlotowych

Węgiel kamienny

W węglu kam, siarka występuje jako tzw, siarka nieorganiczna w postaci pirytu FeS2(do5%) oraz w postaci zw organicznych(ok95%)siarka nieorgan w procesie spalania przechodzi do popiołu, natomiast siarka organiczna ulega spalanie do SO2

ODSIARCZANIE W PROCESIE SPALANIA:

1)S + O₂ → SO₂

2) SO₂ + ? O₂ → SO₃

V1 >V2

5 – 15 % S + alkalia z węgla →popiół

CaCO₃ →T CaO + CO₂

CaO + SO₂ → Ca SO₃

CaSO₃ + ? O₂ → CaSO₄

CaCO₃ + SO₂ → CaSO₃ + CO₂

2CaSO₃ →CaSO₄ + CaS

Temp 1050 – 1480 K – dla zw wapnia

650 – 1130 K – dla zw magnezu

Duży strumień odpadów stałych!!!

Usuwanie siarki z węgla prowadzi się metodami fiz i chem. W met fiz separacji wykorzystuje się różnicę gęstości, rozmiarach i kształcie cząsteczek oraz właściwościach powierzchniowych i elektromagnetycznych związków zawierających siarkę. W metodach chem odsiarczania paliw stosuje się utlenianie związków siarki a następnie konstyfikację za pomocą roztworów zasad. Razem z paliwem do paleniska wprowadzany jest czynnik sorbujący CaCO3

Metoda wapniowo – wapienna – do odsiarczania spalin:

SO₂(g) → SO₂ (aq)

SO₂ (aq) + H₂O →H₂SO₃ →H + + HSO ₃^-

HSO₃^- → H⁺ + SO₃^2-

Ca(OH)₂ → Ca²⁺ + 2 OH^-

Ca²⁺ + HSO₃^- + H₂O → CaSO₃^- 2H₂O + H⁺

H+ + OH- → H₂P

SO₃^2- + O₂ → SO₄^2-

Ca²⁺ + SO₄ ^2- + 2H₂O →CaSO₄ *2H₂O

LUB

H⁺ + CaCO³ →Ca²⁺ + HCO₃^-

Ca²⁺ + HSO₃^2- + H₂O → CaSO₃*2H₂O + H⁺

H+ + HCO3- →H2CO3 - H2O + CO2

DLA Ca(OH)₂ pH ok. 8

CaCO₃ pH ok. 6

Wady metody wapniowo – wapiennej odsiarczania gazów odlotowych

-trudność w rozpuszczaniu wytrącających się soli;

-przy małym pH CaS03 się tworzy, osadza na ściankach i blokuje aparaturę;

-przy dużym pH CaCo3- miękki blokuje przeloty przewodów

od czego zależy sprawność odsiarczania gazów odlotowych metodą wapniowo-wapienną?:

od pH - przy małym tworzy się CaS03 osadza się na ściankach i blokuje; przy dużym pH CaS03-miękki, blokuje przeloty przewodów. Zwiększenie sprawności odsiarczania - dodanie kwas adypinowy, mrówkowy, benzoesowy, tiosiarczan sodu, HgO, amoniak przy dużym pH

metody usuwania NOx z gazów odlotowych: suche: redukcja za pomocą  amoniaku, metoda miedziowa, jonizacja Zan. powietrza; mokre: absorpcja, utlenianie NOx do jonów amonowych, redukcja

proces jednoczesnego usuwania SO₂ i NO_x z gazów odlotowych

przy użyciu wiązki elektronów, jonizacja głównych składników spalania ułatwia chemiczna neutralizacje substancjami: NH₃ lub mleko wapienne. Odpylone spaliny nawilżamy, chłodzimy, rozpylamy wodę przed wprowadzeniem do właściwej komory, dodajemy NH₃. W komorze reakcyjnej naświetlamy wiązką elektronów. Powstają (reaktywne rodniki: OH(-). O(-) utleniają tlenki siarki i azotu. Proces usunięcia zależy od temp I zawartości pary wodnej. Sprawność80%.