1. Definicja substancji zanieczyszczającej powietrze. W jakich stężeniach występuje w atmosferze większość zanieczyszczeń (rząd wielkości)?

Substancja zanieczyszczająca powietrze - każda substancja stała, ciekła lub gazowa, która znajduje się w powietrzu w ilości większej od jej zawartości naturalnej, występująca w atmosferze w stężeniu powodującym szkodliwe efekty w zdrowiu człowieka.

Główne zanieczyszczenia: gazowe (organiczne i nieorganiczne), pyłowe (mieszanina małych cząstek stałych lub ciekłych zawieszonych w powietrzu).

Stężenie zanieczyszczeń powietrza wyrażone jest w masie danego zanieczyszczenia na jednostkę objętości powietrza, np. $\frac{\text{mg}}{m^{3}}$, $\frac{\text{μg}}{m^{3}}$ lub w jednostce objętości zanieczyszczenia na jednostkę objętości powietrza, np. $\frac{\text{cm}^{3}}{m^{3}}$, $\frac{\text{mm}^{3}}{m^{3}}$, przy czym używa się w takim przypadku jednostek ppm (1 cm³/m³=1ppm) i ppb (1mm³/m³=1 ppb).

Większość zanieczyszczeń w powietrzu w rzędach mln ton?

1. Możliwe podziały zanieczyszczeń powietrza – definicja i 2 przykładowe zanieczyszczenia dla każdej kategorii.

• Ze względu na ilości w jakich emitowane są do atmosfery (presja)

- Podstawowe –występujące w dużych ilościach, np. CO₂, SO₂, NO_x, pyły

- Specyficzne – występujące w małych ilościach, metale ciężkie, np. Zn, Pb, dioksyny/furany

• Ze względu na rodzaj substancji

- Gazy - główne zanieczyszczenia gazowe pow. w skali reg. i lok. to tlenki azotu (NO_x), dwutlenek siarki (SO₂), tlenek węgla (CO) oraz wiele różnych węglowodorów (tzw. lotne związki organiczne).

- Pyły + aerozole – Pył to mieszanina drobnych cząstek stałych i ciekłych zawieszona w gazie. Aerozole to najmniejsze frakcje pyłu zawieszonego.

• Ze względu na przemiany

- Pierwotne – wyemitowane bezpośr. do atm. ze źródeł emisji

- Wtórne – nie są emitowane bezpośrednio, powstają na skutek przemian fizyczno-chemicznych zachodzących między zanieczyszczeniami pierwotnymi, nie powstają ze źródeł emisji, są trudne do ograniczenia (ozon jest głównym zanieczyszczeniem wtórnym - nie ma emisji)

• Ze względu na pochodzenie:

-Naturalne
* nieorganiczne, np. pyły i gazy z erupcji wulkanicznych, cząstki soli z wody morskiej, pył kosmiczny, 
*organiczne, na które składają się dymy i pyły z pożarów lasów, niewielkie cząstki roślinne (np. pyłki roślin, zarodniki grzybów), organizmy żywe (np. bakterie

- Antropogeniczne

*kontrolowane emisje, które odbywają się wg określonych przepisów, pod nadzorem wykwalifikowanego personelu
* przypadkowe emisje, występujące w czasie np. wyburzania budynków, eksploatacji kamieniołomów, katastrof przemysłowych, wskutek wycieków w instalacjach przemysłowych. 

1. Definicja wtórnych i pierwotnych zanieczyszczeń powietrza. W jaki sposób zanieczyszczenia pierwotne różnią się od wtórnych w aspekcie ochrony środowiska?

Pierwotne – wyemitowane bezpośrednio do atmosfery ze źródeł emisji

Wtórne – nie są emitowane bezpośrednio, powstają na skutek przemian fizyczno-chemicznych zachodzących między zanieczyszczeniami pierwotnymi obecnymi w atmosferze, nie powstają ze źródeł emisji, są trudne do ograniczenia (ozon jest głównym zanieczyszczeniem wtórnym - nie ma emisji)

1. Stężenia którego z zanieczyszczeń powietrza najczęściej przekraczają wartości dopuszczalne w UE? Jaka jest tego przyczyna?

Ozonu. W naturalnych warunkach, niezakłóconych działalnością człowieka, ozon występował w bardzo małych stężeniach. Jako normalne stężenie uważa się występowanie 30 części ozonu na miliard części powietrza (0,03 ppm). Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) określiła dopuszczalny poziom stężenia ozonu ze względu na szkodliwość dla zdrowia na 0,08 ppm, jako średnią wartość stężenia w czasie 1 h ( stężenie godzinowe). Ozon jest wtórnym zanieczyszczeniem powietrza i jego szkodliwość polega na znacznie większej agresywności wobec środowiska niż zanieczyszczeń pierwotnych, z których powstaje. Głównymi źródłami powstawania ozonu są tlenki azotu (NOx) i węglowodory (CH). Równoczesna emisja tlenków azotu i węglowodorów powoduje powstawanie fali zwiększonego stężenia ozonu. Kierunki wiatrów i ukształtowanie terenu mogą powodować, że duże stężenia ozonu występują daleko od miejsca emisji zanieczyszczeń pierwotnych po okresie koniecznym do przebiegu reakcji między składnikami. Ozon zatem może być przenoszony na duże odległości, a jak wskazały badania, mogą one przekraczać nawet . Drugim z ważnych czynników klimatycznych mający wpływ na lokalny wzrost stężenia ozonu jest inwersja temperatury. W warstwie przyziemnej powietrza obserwuje się spadek temperatury wraz ze wzrostem wysokości - o 1° C na każde . Długotrwałe okresy słonecznej pogody i dni bezwietrzne mogą spowodować, że temperatura powietrza spada tylko do pewnej wysokości. Napotykając na warstwę powietrza cieplejszego, przestaje spadać lub nawet rośnie aż do górnej granicy tej warstwy. Dopiero od niej następuje dalszy równomierny spadek temperatury. Występowanie przemienne warstw powietrza o opisanym charakterze, powoduje inwersję temperatury, ogranicza wznoszenie się zanieczyszczeń. Zanika bowiem różnica gęstości gazów zanieczyszczonych i powietrza (powietrze cieplejsze jest lżejsze), która jest, siłą napędową rozprzestrzeniania się i rozpraszania zanieczyszczeń. Pozostają one w warstwie powietrza leżącej do kilkuset metrów nad powierzchnią Ziemi i w warunkach ciągłej emisji zanieczyszczeń ich koncentracja może niebezpiecznie wzrosnąć.

1. Jakość powietrza atmosferycznego na świecie – aktualnie.

W pierwszej dekadzie XXI w zanieczyszczenie powietrza występowało z różnym nasileniem, we wszystkich rejonach kuli ziemskiej – mimo znacznej redukcji emisji zanieczyszczeń w krajach rozwiniętych. W troposferze nad obszarami zurbanizowanymi stwierdzono obecność 70tys substancji.

Najgorszy stan jakości powietrza stwierdzono na półkuli północnej, zwłaszcza w intensywnie rozbudowujących się megamiastach Azji.

Nowoczesne przyrządy pomiarowe pokazują zanieczyszczenie atmosfery na obszarach uznawanych za najczystsze na świecie.

LRT + opady powodują przedostawanie się zanieczyszczeń powietrza do wszystkich regionów świata wszędzie i włączanie do łańcucha pokarmowego.

W Europie najgorszy stan powietrza obserwuje się w miastach, gdzie żyje prawie ¾ populacji Europy.

W Polsce w dużych miastach (Górny i Dolny Śląsk, Kraków, Warszawa) i miastach gdzie dominuje indywidualne (osiedlowe) ogrzewanie domów.

1. Główne siły sprawcze zanieczyszczenia powietrza.

- Spalanie paliw!!

- energetyka zawodowa

- sektor komunalno-bytowy

-transport

Oraz przemysł metalurgiczny

1. Proszę wyjaśnić jakie cechy gospodarki polskiej i dlaczego stwarzają poważne zagrożenie dla czystości środowiska.

• energochłonność gospodarki narodowej jest bardzo wysoka

• podstawowym nośnikiem energii pierwotnej w Polsce jest węgiel.

W procesie spalania węgla powstaje wiele toksycznych substancji, które są emitowane do atmosfery (SO₂, CO₂, NO_x, pyły, CO, WWA)

Oznacza to, że zużywamy dużo więcej nośników energii na wytworzenie PKB niż kraje rozwinięte, a nośnikami tymi są w ponad 70% paliwa stałe, których wykorzystywanie skutkuje zagrożeniem dla środowiska i zdrowia ludzkiego. Zużycie węgla w Polsce maleje, lecz wciąż stawia kraj na jednym z pierwszych miejsc w Europie. W procesie spalania węgla powstaje wiele toksycznych substancji, które są emitowane do atmosfery (dwutlenek siarki, dwutlenek węgla, tlenki azotu, pyły, tlenek węgla, wwa.

1. Powody dla których ochrona atmosfery w XXI wieku jest ważna

- bezpośredni wpływ na zdrowie

- jakość powietrza atmosferycznego

- ogromna ilość emitowanych zanieczyszczeń

-rozległy zasięg oddziaływania – skala od lokalnej go globalnej (transgeniczne przenoszenie zanieczyszczeń powietrza, czarny smog, smog fotochemiczny, zakwaszenie środowiska, skażenie środowiska metalami ciężkimi)

- szkodliwe efekty pośrednie mające wpływ na glebę, roślinność, wody powierzchniowe i podziemne

- powietrze jest jednym z komponentów środowiska, który łączy się bezpośrednio z pozostałymi, a co za tym idzie – każde z emitowanych zanieczyszczeń może oddziaływać po jakimś czasie na pozostałe elementy środowiska

- zanieczyszczenia mogą powodować zjawiska o zasięgu ogólnoświatowym (efekt cieplarniany, zubożenie warstwy ozonowej), które wpływają na klimat Ziemi

1. Najpoważniejsze problemy związane z OA w skali kraju.

Szczególnie istotne zagrożenia i problemy w skali kraju to:

• wysoka emisja zanieczyszczeń: SO₂, pyłów i CO₂.

• epizody bardzo wysokich stężeń zanieczyszczeń, zwłaszcza pyłów – PM – 680 µg/m3 Rybnik; LV = 50µg/m3

• emisja z gospodarstw domowych – brak oczyszczania spalin

• Transport drogowy i bardzo zły stan dróg

1. Miasta na świecie, w których w latach 2012-2014 odnotowano epizody wysokich stężeń zanieczyszczeń pyłowych. Proszę wybrać jeden przypadek i omówi jego przyczyn i przebieg.

-Chongqing

-Pekin

-Szanghaj

-Ateny

Przyczyny:

- kryzys ekonomiczny

- drastyczny wzrost cen oleju opałowego o 40%

- ogrzewanie domów drewnem opałowym niskiej jakości -80% domów wyposażonych w indywidualne piece (kominki)

- sektor komunalno-bytowy „niska emisja”

Skutki:

- poziomy dopuszczalne PM₁₀ przekroczono 3-4 krotnie

1. Jakie zanieczyszczenia stanowią obecnie największe bezpośrednie zagrożenie dla zdrowia ludzkiego? W którym rejonie świata zagrożenie to jest największe, a w którym najmniejsze?

• Ozon może wywoływać następujące objawy zdrowotne: kaszel, podrażnienie oczu, nasilenie astmy, zapalenie płuc, zmniejszenie wydajności płuc, uszkodzenie struktury płuc. Występuje w okolicach dużych rafinerii

• Dwutlenek azotu (NO₂)- wpływ przede wszystkim na układ oddechowy

• Tlenek węgla CO - choroby układu krążeniowo- naczyniowego.

• Zanieczyszczenia pyłowe:

- cząstki o średnicach większych od 10 µm zatrzymują się w górnych odcinkach dróg oddechowych, skąd są wydalane;

- PM10 ( z wykluczeniem PM2.5) przenikają do płuc, ale się tam nie akumulują, mogą się akumulować w górnych odcinkach dróg oddechowych;

- PM2.5 przenikają do najgłębszych partii płuc, gdzie są akumulowane.

• Zanieczyszczenia organiczne czyli formaldehyd (HCHO),Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), Dioksyny, Polichlorowane bifenyle (PCB).

Najgorszy stan jakości powietrza- Półkula Północna zwłaszcza w rozbudowujących się bardzo intensywnie megamiastach azjatyckich. Azjatyckie ABC- azjatycka brązowa chmura : emisja zanieczyszczeń powstających na skutek naturalny oraz antropogeniczny. W Europie- najgorszy stan jakości powietrza obserwuje się w miastach, gdzie żyje prawie ¾ populacji Europy. Najczystszym krajem w Europie jest Estonia.

1. Proszę podać definicję i charakterystykę pyłu oraz przykład cząstki wtórnej.

Pył - mieszanina małych cząstek stałych zawieszonych w powietrzu. Stosuje się następujący podział pyłów, ze względu na rozmiar cząstek:

• Całkowity pył zawieszony- oznacza całkowitą zawartość pyłu w powietrzu

• Pył drobny PM10- oznacza frakcję pyłu zawieszonego, której cząstki mają średnice mniejsze od 10µm,

• Pył bardzo drobny PM2.5- frakcja pyłu zawieszonego o rozdrobnieniu koloidalnym, w której cząstki mają średnice mniejsze od 2,510µm. Mają znaczny wpływ na zdrowie ludzkie powodując w niektórych przypadkach nawet przedwczesną śmierć.

Wpływają na zmiany bilansu radiacyjnego atmosfery a także są przyczyną zmniejszenia przejrzystości atmosfery.

Pył znajdujący się w powietrzu atmosferycznym zmienia swoje właściwości zmienia się ośrodek dyspersyjny. Pyły różnią się między sobą: pochodzeniem, morfologią, składem frakcyjnym, składem chemicznym.

Pyły są zawsze mieszaniną związków organicznych i nieorganicznych.

Przykłady cząstki wtórnej:

- freony CFC, halony, PFC

- ozon- największe zanieczyszczenie wtórne

1. Pyły ultradrobne/PM_2,5/coarse – skład, czas przebywania w atmosferze, najważniejsze procesy usuwania z atmosfery.

Ultradrobne (d_z<0,1μm) -> PM_0,1 – składa się z węgla

Bardzo drobne cząsteczki PM_2,5 - składa się z siarczanów, azotanów, amonu, organicznego i pierwiastkowego węgla, metali ciężkich, iłów (?!),W powietrzu może pozostawać przez wiele dni lub tygodni, a sedymentacja i opady nie usuwają go z atmosfery.

Coarse (d_z 2,5-100 μm)– składa się z materiału geologicznego, pyłków

1. Dlaczego PM klasyfikuje się za pomocą średnicy zastępczej?

Właściwości aerodynamiczne cząstek:

-decydują o transporcie danej cząsteczki w atmosferze oraz możliwości jej usunięcia z atmosfery

- odpowiadają za depozycję cząstek w układzie oddechowym człowieka,

- są powiązane ze składem chemicznym cząstek i źródłem ich pochodzenia

1. Co to jest BC? Źródła, wpływ na zdrowie.

Czarny węgiel – powstaje przy niekompletnym spalaniu paliw kopalnych, biopaliw i biomasy. Jego emisja ma źródła zarówno antropogeniczne jak i naturalne. Czarny węgiel ociepla planetę absorbując ciepło i redukując albedo, zdolność do odbijania promieni słonecznych skierowanych na śnieg czy lód. Czarny węgiel pozostaje w atmosferze od kilku dni do kilku tygodni podczas gdy CO₂ pozostaje w atmosferze ponad 100 lat.

Około 20% czarnego węgla emitowane jest ze spalanych biopaliw, 40% z kopalnych paliw, 40% ze spalania łak, pól i lasów.

Wpływ na zdrowie

Czarny węgiel jest częścią PM. Czarno węgielna część PM jest bardzo szkodliwa, ponieważ jest mieszanką bardzo drobnych, częściowo kancerogenncyh frakcji, wystarczająca małych, aby dostać się bezpośrednio do krwioobiegu.

1. Ozon troposferyczny/stratosferyczny – charakterystyka.

Ozon troposferyczny (smog fotochemiczny, ozon przypowierzchniowy, ozon przygruntowy) – ozon znajdujący się w troposferze, zwany również "złym ozonem", ponieważ w bezpośrednim kontakcie jest on toksyczny dla organizmów żywych. W XIX wieku średnie stężenie ozonu w troposferze (tzw. wartość tła) wynosiło około 10 ppb. Aktualnie jest ono 2,5-krotnie wyższe i wynosi około 25 ppb. W Europie to stężenie jest jeszcze wyższe i przy powierzchni ziemi szacuje się na około 30–35 ppb, natomiast w wolnej troposferze (powyżej warstwy granicznej) stężenie to jest jeszcze wyższe i osiąga 40–50 ppb w zimie i 50–70 ppb latem.

Ozon jest zanieczyszczeniem wtórnym, co oznacza, że powstaje w troposferze wskutek przemian chemicznych innych związków (zanieczyszczeń pierwotnych), a nie wskutek emisji wynikającej z działalności antropogenicznej. Prekursorami powstawania ozonu w troposferze są tlenki azotu (NO_x), niemetanowe lotne związki organiczne (NMLZO), a także tlenek węgla i metan. Ozon powstaje w wyniku przemian fotochemicznych utleniania (pod wpływem ultrafioletowego promieniowania słonecznego) tlenków azotu w obecności CO, CH4 i NMLZO.

Ozon stratosferyczny pochłania część promieniowania ultrafioletowego docierającego do Ziemi ze Słońca. Niektóre rodzaje promieniowania ultrafioletowego są szkodliwe dlaorganizmów żywych, ponieważ mogą uszkadzać komórki (oparzenia) oraz materiał genetyczny komórek. U ludzi i zwierząt mogą wywoływać zmiany nowotworowe.

Ozon stratosferyczny powstaje w wyniku oddziaływania promieniowania ultrafioletowego Słońca na cząsteczki atmosferycznego tlenu. Powstały ozon zanika w reakcji katalitycznego rozpadu z atomami chloru, uwolnionymi po rozpadzie freonów.

W czasie nocy polarnej duże obszary podbiegunowe znajdują się w półmroku albo są całkowicie nieoświetlone przez Słońce, dlatego wytwarzanie ozonu w tym obszarze ulega redukcji. Naturalny oraz wywołany zanieczyszczeniami rozpad trójatomowej cząsteczki tlenu nie zatrzymuje się w tym okresie, co prowadzi do zmniejszenia „grubości” warstwy ozonowej.

1. Czy stężenia ozonu są wyższe w Warszawie, czy w Puszczy Kampinowskiej? Odpowiedź proszę uzasadnić.

Stężenie ozonu jest wyższe w Puszczy Kampinowskiej. Maksymalne stężenia ozonu występują po stronie zawietrznej, w pewnym oddaleniu od miejsc emisji prekursorów ozonu. Rejonami narażonymi na najwyższe stężenia ozonu będą zatem obszary na zawietrznej stronie miasta, znajdujące się w takiej odległości, że czas wędrówki mas powietrza znad obszaru o dużej emisji tlenków azotu i węglowodorów jest dostatecznie długi, by w wyniku reakcji fotochemicznych doszło do wzrostu stężeń.

1. Wymienić zanieczyszczenia prekursorskie dla ozonu troposferycznego i jego główne źródła emisji.

CO, metan, tlenki azotu, węglowodory. Główne źródła emisji: zanieczyszczenia przemysłowe, silniki spalinowe.

1. Jakie związki należą do grupy NMLZO i które z nich mają negatywny wpływ na zdrowie ludzkie?

Do NMLZO należą:

• etan, etylen, acetylen (toksyczny)

• propan, propylen

• butan, butadien (1,3-butadien -toksyczny, rakotwórczy i mutagenny)

• pentan (toksyczny), izopren

• heksan (toksyczny), heptan, oktan

• benzen (toksyczny), toluen (toksyczny), styren (toksyczny)

1. Jakie grupy zanieczyszczeń należą do TZO i które z nich mają negatywny wpływ na zdrowie ludzkie?

Stanowią pozostałości po stosowanych dawniej środkach ochrony roślin, preparatach owado- i grzybobójczych, środkach do konserwacji drewna. Poprzez środowisko – z żywnością, przez skórę i drogą oddechową – dostają się do organizmów ludzi i zwierząt. Nie są wydalane i nie ulegają rozkładowi, gromadzą się w organizmach, powodując z czasem ciężkie choroby.

Do TZO należą:

• WWA (toksyczny) - wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne

• dioksyny (toksyczny)

• PCB (toksyczny) - polichlorowane bifenyle

1. Jakie związki należą do halogenowych pochodnych węglowodorów, jakie są ich właściwości i jaki jest ich wpływ na środowisko ziemskie?

Pochodzenia wyłącznie antropogenicznego!

HC -> Przede wszystkim metanu, etanu i propanu

Należą to TZO, nie są toksyczne, ale:

- niektóre są gazami cieplarnianymi, co powoduje zmiany klimatu

- niektóre są substancjami zubażającymi WOwS ->(Cl, Br)

Jakie to związki?

-CFCs – ChloroFluoroCarbons (C,Cl,F)

Np. CFC-11->CCl₃F (CH₄)

- Halony – BromoFluoroCarbons (C, Br, Cl, F)

- PFCs – PerFluoroCarbons (C,F)

Zastępniki

-HCFCs –HydroChloroFluoroCarbons (H, C, Cl, F) częściowy rozkład w atmosferze

-HFCs – HydroFluoroCarbons (H,C, F) – bez Cl!

1. Naszkicować i omówić powiązania podanego zanieczyszczenia powietrza z 5 wymienionymi na wykładzie grupami zanieczyszczeń oraz wpływem na środowisko, zdrowie ludzkie i klimat (schemat z raportu EEA 2012)

(na kartce)

1. Omówić zdrowotne, środowiskowe i klimatyczne skutki oddziaływania podanego zanieczyszczenia (PM, O₃, NO_X, SO₂, CO, Pb, Hg, benzen, Ba)

2. Załóżmy, że Pan X był eksponowany przez 2h na zanieczyszczenie Y w stężeniu 100μm/m³.Jakie jeszcze dane musimy zgromadzić, aby ocenić potencjalny wpływ tej ekspozycji na Pana X?

3. Rola rodników w atmosferze

Rodnik OH- najważniejszy utleniacz w atmosferze

Rodnik azotanowy NO₃, oraz cząsteczka ozonu O₃ również są ważnymi utleniaczami w atmosferze.

Również rodniki HO₂ odgrywają ważną rolę i czasami suma OH i HO₂ jest nazywana HO_x. Najważniejszym utleniaczem jest jednak rodnik hydroksylowy OH. Bardzo łatwo wchodzi w reakcje chemiczne i jest w stanie utlenić większość substancji chemicznych tworzących się w troposferze.  Dlatego też OH jest nazywany "proszkiem do prania atmosfery".

1. Prekursorzy zanieczyszczeń fotochemicznych/ zakwaszających cząstek wtórnych.

Prekursorzy – związki, które ulegają w atmosferze tworzą zanieczyszczenia wtórne
dla zanieczyszczeń fotochemicznych -> tlenek węgla, metan, niemetalowe lotne związki organiczne, tlenki azotu
dla substancji zakwaszających -> (podstawowe związki zakwaszające: związki siarki, aerozol siarczanowy, azotanowy, amonowy)
ich redukcja jest konieczna dla ograniczenia skutków oddziaływania zanieczyszczeń wtórnych. Proces nie jest procesem liniowym, a czasami może mieć odwrotny do zamierzonego skutek.

1. Dlaczego niektóre zanieczyszczenia powietrza przenoszone są na tzw. dalekie odległości (LRT)/ do górnych warstw atmosfery?

Transport na dalekie odległości zanieczyszczeń odpowiedzialnych za kwaśną depozycję wynika z faktu, że:

• SO₂ jest emitowany przede wszystkim z wysokich źródeł energetycznych i przemysłowych (wartość H)

• NO_x są usuwane tylko w niewielkim stopniu w wyniku depozycji, cechuje je relatywnie długi czas potrzebny do utlenienia do kwasów azotowego i azotawego, które są deponowane znacznie szybciej

• NH₃ jest emitowany w głównej mierze z sektora rolnictwa, jego prędkość suchego osiadania jest stosunkowo dużą, więc nie ulega on transportowi na dalekie odległości: jednakże w ciągu godziny ok 30% emitowanego NH3 ulega w atmosferze konwersji do jonu amonowego NH+, który w odróżnieniu od NH₃ ma niewielką wartość prędkości suchego osiadania i w związku z tym ulega transportowi na dalekie odległości

1. Jakie zanieczyszczenia są emitowane do atmosfery ze spalania: węgla/ ropy naftowej/gazu ziemnego

Węgiel ---> NOx+ CO2(CO) , SO2, PM, LZO, TZO w tym WWA, PCDD/F

ROPA --> NOx +CO2 (CO) , SO2, VOCs , PM 2,5 (z oleju napędowego , samochodów z silnikiem diesla)

GAZ --> NOx+CO2(CO) , CH4 , inne LZO

1. O ile procent jest mniejsza emisja CO2, NOx, SO2 i pyłów z elektrowni gazowej w porównaniu do elektrowni węglowej

Elektrownia gazowa a węglowa przy wytwarzaniu tej samej ilości energii elektrycznej emituje : CO2 - o 50% mniej , NOx - 75% mniej SO2 - o 99,9% mniej, pyłów- 99,6 % mniej.

1. Rząd wielkości emisji zanieczyszczeń powietrza w Polsce

a) zanieczyszczeń podstawowych w ilościach bardzo dużych i powszechnie 328 mln ton na rok.
b) zanieczyszczeń specyficznych w mniejszych ilościach i tylko z niektórych źródeł
0,3-2,5 mln ton na rok

1. SNAP 97 (co to jest, jakie zanieczyszczenia, ile i jakie działy gospodarki?)

SNAP – Selected Nomenclature for Air Pollution

Europejska systematyka rodzajów działalności zagregowanych w 11 głównych kategorii, wykorzystywana do celów inwentaryzacji emisji zanieczyszczeń, przejęta z systemu CORINAIR.

Dotyczy całkowietj emisji zanieczyszczeń: SO₂, NO_x, CO, NMLZO, NH₃, PM (+TM w PM), WWA, PCDD/F

SNAP97	TRADYCYJNE
Procesy spalania w sektorze produkcji i transformacji energii	ENERGETYKA
Procesy spalania w sektorze komunalnym i mieszkaniowym	KOM-BYT
Procesy spalania w przemyśle	PRZEMYSŁ PRZEMYSŁ
Procesy produkcyjne
Wydobywanie i dystrybucja paliw
Zastosowanie rozpuszczalników
Transport drogowy	TRANSPORT TRANSPORT
Inne pojazdy i urządzenia
Zagospodarowanie i unieszkodliwianie odpadów	SPALANIE ODPADÓW
Rolnictwo, leśnictwo i zmiana użytkowania gruntów	ROLNICTWO

1. Metoda inwentaryzacji emisji ze źródeł punktowych/liniowych/powierzchniowych.

Dla źródeł punktowych zaleca się indywidualne uzyskanie wielkości emisji i charakterystyki źródła.

Dla źródeł powierzchniowych należy dokonać oszacowania emisji na podstawie danych lokalnych i krajowych, uzupełnionych informacjami z innych systemów (inwentaryzacje branżowe, pozwolenie na emisję, system opłatowy itp.) oraz odpowiednich wskaźników emisji.

Dla źródeł liniowych stosuje się zazwyczaj metodę szacowania w oparciu o program komputerowy, który wykorzystuje:

- dane o strukturze i natężeniu ruchu pojazdów,

- odpowiednie międzynarodowe wskaźniki emisji,

1. Dwa/trzy (aby razem stanowiły 75-80% emisji) najważniejsze sektory w strukturze emisji podanych zanieczyszczeń powietrza w Polsce:

a)SO₂

b)pył PM₁₀

c)CO₂, CO

Elektryka i ciepłownictwo (41%), Transport (22%), Przemysł (20%)

d)WWA

Procesy spalania w sektorze komunalnym i mieszkaniowym (85,49%), Procesy produkcyjne (12,35%)

e)PCDD/F

Procesy spalania w sekrtorze komunalnym i mieszkaniowym (50,4%), Inne źródła emisji i pochłaniania zanieczyszczeń (27,8%)

f)Pb,Hg

1. Dla których zanieczyszczeń struktura emisji w PL istotnie różni się od uśrednionej struktury w UE. Co jest tego przyczyną?

2. Omówić rozkład przestrzenny emisji SO₂ i pyłów w Polsce.

3. Trendy emisji zanieczyszczeń powietrza w Polsce/UE w latach 1900-20012

4. Od czego zależy wielkość emisji zanieczyszczeń do atmosfery. Narysuj zależność wskaźnika emisji wybranego zanieczyszczenia od V [km/h]

a) z energetyki:
aktywność (np. wielkość produkcji, rodzaj i zużycie paliw, zużycie surowców)
czas i rodzaj pracy (system zmianowy, ciągły, sezony pracy)
liczba kominów i ich wysokość
rodzaj i skuteczność urządzeń do redukcji emisji
b) w sektorze komunalno-bytowym
- ilość mieszkań wyposażonych w systemy centralnego ogrzewania
- gęstość zaludnienia

c) w transporcie

Wielkość emisji ze źródeł komunikacyjnych zależna jest od ilości i rodzaju samochodów oraz rodzaju stosowanego paliwa jak również od procesów związanych ze zużyciem opon, hamulców a także ścierania nawierzchni dróg.

1. Emisja SO₂, pyłów, NO_x i CO od temperatury spalania w LCP

1. Od jakich parametrów i czynników zależy stężenie zanieczyszczeń w gazach odlotowych elektrowni dla danego rodzaju paliwa (np. węgiel kamienny)

Emisja zanieczyszczeń powietrza zależy od:

1. Typu paleniska i techniki spalania

2. Warunków spalania

3. Temperatury spalania

4. Typu i właściwości paliwa

   1. Paliwa stałe:

      1. Mineralne: węgiel kamienny + brunatny, torf

      2. Biomasa stała: odpady drzewne i roślinne, odpady rolnicze

   2. Paliwa płynne:

      1. Ropa

      2. Benzyny, olej napędowy, paliwa syntetyczne, biodiesel, alkohole…

   3. Paliwa gazowe

5. Niezależne od typu paliwa NO_X!!!

6. Węgiel NO_X + CO₂, (CO), SO₂, PM, LZO, TZO (trwałe zanieczyszczenia organiczne) w tym: WWA, PCDD/F (dioksyny i furany)

7. Ropa NO_X + CO₂, (CO), SO₂, VOC_S (lotne odpady organiczne), PM_2,5 ( z oleju napędowego, samochody diesel)

8. Gaz NO_X + CO₂, (CO), SO₂, CH₄, inne LZO (lotne związki organiczne)

1. Dla jakich zanieczyszczeń oraz w jakim podziale źródeł emisji normowana jest emisja do atmosfery z dużych źródeł spalania/transportu? Jakie jednostki standardów emisyjnych?

SNAP97

• SNAP – Selected Nomenclature for Air Pollution

• Europejska systematyka rodzajów dzielności zagregowanych w 11 głównych kategorii, wykorzystywana do celów inwentaryzacji emisji zanieczyszczeń, przejęte z system CORINAIR

• Dotyczy całkowitej emisji zanieczyszczeń: SO₂, NO_x, CO, NMLZO (niemetalowe lotne związki organiczne), NH₃, PM (+TM w M), WWA (wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne), PCDD/F (dioksyny i furany)

Inwentaryzacja emisji zanieczyszczeń powietrza w układach klasyfikacji SNAP97 i TRADYCYJNEJ

SNAP97	TRADYCYJNE
Procesy spalania w sektorze produkcji i transformacji energii	ENERGETYKA
Procesy spalania w sektorze komunalnym i mieszkaniowym	KOM-BYT
Procesy spalania w przemyśle	PRZEMYSŁ PRZEMYSŁ
Procesy produkcyjne
Wydobywanie i dystrybucja paliw
Zastosowanie rozpuszczalników
Transport drogowy	TRANSPORT TRANSPORT
Inne pojazdy i urządzenia
Zagospodarowanie i unieszkodliwianie odpadów	SPALANIE ODPADÓW
Rolnictwo, leśnictwo i zmiana użytkowania gruntów	ROLNICTWO
Przyroda/ inne źródła emisji	PRZYRODA

W transporcie jest emisja ze spalania paliw jak i ze ścierania hamulców, powierzchni ziemi, drogi i ze ścierania opon.

Jednostką standardów emisji jest [mg/m³]

1. Na jakich ustaleniach opiera się zintegrowana polityka ochrony powietrza i klimatu w UE ?

Regulacje:

Limity krajowe (Konwencja LRT)

Standardy emisyjne

Standardy „produktowe”

SNAP97

• SNAP – Selected Nomenclature for Air Pollution

• Europejska systematyka rodzajów dzielności zagregowanych w 11 głównych kategorii, wykorzystywana do celów inwentaryzacji emisji zanieczyszczeń, przejęte z system CORINAIR

• Dotyczy całkowitej emisji zanieczyszczeń: SO₂, NO_x, CO, NMLZO, NH₃, PM (+TM w M), WWA, PCDD/F

Inne klasyfikacje

• NFR09 (The Nomenclature for reporting)

  • EKG ONZ/EMEP (EMEP - europejski program monitoringu i oceny)

  • 100 kategorii źródeł emisji

  • 15 zanieczyszczeń

  • UNFCCC CRF (Common Reporting Format) GHG

• Konwersja

  • NFR09 SNAP97

• Konwencja Klimatyczna UNFCCC CRF GHG

• NFR09 – oparta na CRF!!

• EEA

  • Na podstawie NFR09

  • 10 zagregowanych kategorii źródeł emisji

POP

• Program Ochrony Powietrza

• potrzebny, kiedy poziomy zanieczyszczeń są przekraczane

• Cel- ocena, które źródła są odpowiedzialne za przekroczenia stężeń dopuszczalnych i jakie są możliwości zmniejszenia emisji zanieczyszczeń

• Opracowanie POP wymaga:

  • Przeprowadzenia inwentaryzacji emisji

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 8 lutego 2007r. w sprawie szczegółowych wymagań, jakim powinny odpowiadać programy ochrony powietrza, Dz. U.2008 Nr 38, poz. 221

1. Co musimy rozważyć przed dokonaniem wyboru konkretnej metody odsiarczania/odpylania dla danego zakładu przemysłowego?

Metody i technologie ochrony atmosfery są to urządzenia, procesy i działania wykorzystywane do redukcji emisji zanieczyszczeń. Wybór metody zależy od: uwarunkowań środowiskowych, inżynierskich i ekonomicznych, rodzaju i ilości zanieczyszczeń, kosztów inwestycyjnych.

1. Jakie są istotne wpływy rodzaju kotła i warunków spalania na emisję zanieczyszczeń do powietrza?

2. Jakie metody zapobiegania emisjom do atmosfery, i z jaką skutecznością możemy zastosować dla pyłów/SO2/ NOx:

a) przed spalaniem paliwa – zapobieganie zanieczyszczeniom
Metody: poprawa wydajności energetycznej w zakresie wytwarzania i zużycia energii
Jak?: zwiększenie energetycznej sprawności urządzeń, wydajniejsza konwersja energii w przemyśle, transporcie, mieszkaniach, usługach, zmniejszenie strat w dystrybucji, wzrost efektywności wykorzystania energii finalnej, większa oszczędność energii finalnej
b) w trakcie palenia paliwa - czyli redukcja u źródła
rodzaje:
-konwersja paliw- zmiana paliwa, przeróbka paliwa( przerób węgla kamiennego na paliwa płynne, gazyfikacja paliw , do niedawna z konieczności, niedostępność określonych typów paliw kopalnianych np. przez wojny lub ceny. A aktualnie USA, UE i gospodarka wodorowa)
-zmiany paliwa- przykłady
• Węgiel -> węgiel o mniejszej zawartości siarki ( SO2 maleje)
• Węgiel -> węgiel o mniejszej zawartości popiołu ( PM, HM maleje)
• Węgiel -> gaz ( wszystko maleje)
Elektrownia gazowa a węglowa przy wytwarzaniu tej samej ilości energii emituje o 50% mniej CO2, o 75% NOx, o 99,9% mniej SO2 i o 99,6% mniej pyłów.
-Wzbogacenie paliw- dotyczy przed wszystkim węgla kamiennego , wzbogacenie=częściowe usunięcie S i popiołu
Technologie:
Metody fizyczne (etapy): rozdrobnienie węgla, mechaniczny rozdział popiołu i S od węgla,
Metody chem i biol: mogą usunąć do 90%S

c) po spaleniu paliwa absorpcja adsorpcja kondensacja, konwersja mniej zanieczyszczonego gazu

odsiarczenie gazów spalinowych

1. Na czym polega i czemu ma służyć wzbogacenie węgla?

Wzbogacenie węgla ma na celu częściowe lub niemal całkowite usunięcie substancji mineralnej która stanowi balast obniżający efekt kaloryczny oraz wartość technologiczną paliw stałych w procesach przeróbki chemicznej.

Z punktu widzenia wzbogacania w węglu występują dwa rodzaje domieszek mineralnych:

a) pochodzące z praroślin węglotwórczych oraz związki z substancją organiczną paliw w postaci związków chemicznych - tzw. wewnętrzna substancja mineralna,

b) pochodzenia przypadkowego w postaci przerostów skał towarzyszących oraz zanieczyszczeń urobku odłamkami skał stropowych i spągowych – tzw. zewnętrzna substancja mineralna.

Domieszki pierwszego rodzaju występują w postaci różnych pierwiastków metalicznych (Ca, Mg, Fe, Al, Na, K) wprowadzonych na miejsce wodoru w grupach funkcyjnych złożonego polimeru paliw stałych. Typowymi domieszkami tego typu są sole kwasów huminowych, żywicznych i woskowych występujące w znacznych ilościach w niżej uwęglonych paliwach stałych. Domieszek tych nie można oddzielić przez przeróbkę mechaniczną.

Usunięcie domieszek mineralnych drugiego rodzaju jest głównym zadaniem procesu wzbogacania. Wzbogacanie tzw. mechaniczne jest stosowane głównie dla węgli kamiennych oraz dla twardych odmian petrograficznych węgla brunatnego.

Wyróżnia się następujące sposoby wzbogacania:

1) wzbogacanie ręczne,

2) wzbogacanie grawitacyjne na zasadzie różnicy ciężaru właściwego (gęstości) i różnicy prędkości opadania ziaren węgla i skały płonnej:

a) w wodzie,

b) w cieczach ciężkich jednorodnych lub zawiesinowych (suspensyjnych),

c) w strumieniu powietrza,

3) wzbogacanie na zasadzie różnicy właściwości powierzchniowych węgla i skały płonnej (flotacja),

4) wzbogacanie metodami specjalnymi.

1. Zasady działania kotłów fluidalnych, zalety, zastosowania w PL.

Fluidyzacja - procs tworzenia sie zawiesiny drobnych czastek cial stalych w przeplywajacym z dolu ku gorze gazie
Korzyści z kotłów fluidalnych
- wieksza sprawnosc procesu spalania
-bardzo dobre warunki spalania -> mozna spalac "wszystko" (odpady)
-niższa temperatura spalania
-mniejsza emisja NOx
- mniejsza emisja PM (WWA)
- możliwa redukcja emisji SO2
Zastosowanie w PL
-Elektrownia Konin AFBC
-Elektrownia Torów CFBC
-Elektrownia Jaworzno III CFBC
-elektrownia żerań
- elektrownia zagisza

1. Jaką redukcję i jakich zanieczyszczeń możemy uzyskać stosując kotły fluidalne?

Usuwanie SO2
wraz z węglem dodaje się sorbent
Redukcja emisji SO2 80-95%
Redukcja emisji NOx o 50-80% w stosunku do paleniska pyłowego
Redukcja emisji pyłu (TSP, PM10, PM2.5) ok 80% w stosunku do paleniska pyłowego
Redukcja emisji BaP ok 20% w stosunku do paleniska pyłowego
Redukcja emisji HCl, HF ok 99,8% w stosunku do paleniska pyłowego.

1. Proszę omówić jeden z dwóch podstawowych procesów stosowanych do oczyszczania spalin z zanieczyszczeń gazowych.

Do oczyszczania gazów z zanieczyszczeń gazowych wykorzystuje się prawie wszystkie podstawowe procesy wymiany masy są to tzw: procesy fizyczne:

1. absorpcję,

2. adsorpcję,

3. kondensację,

Absorpcja jest to dyfuzyjne przenoszenie cząsteczek substancji z jednej fazy (gazowej) przez granicę faz w objętość drugiej fazy (cieczy) wywołane gradientem stężenia w obu fazach. Absorpcja polega na pochłanianiu zanieczyszczeń gazowych przez ciecz (absorbent).

W celu przeniesienia określonej masy zanieczyszczeń z gazu do cieczy konieczne jest przeniknięcie cząstek przez strefę przyległą do granicy faz i przez granicę faz, tj. przez powierzchnię międzyfazową. Przenoszenie cząsteczek do granicy faz zarówno w fazie gazowej, jak i ciekłej nazywamy dyfuzją. Szybkość absorpcji zwiększa się przez zwiększenie powierzchni międzyfazowej oraz zwiększenie szybkości dyfuzji. Zwiększenie powierzchni międzyfazowej można osiągnąć przez rozproszenie jednej fazy w drugiej np. rozproszenie fazy gazowej w cieczy przez zastosowanie bełkotki lub mieszania. Zwiększenie etapu dyfuzji realizuje się przez odpowiednio długi czas zetknięcia faz oraz przez zwiększenie burzliwości przepływu w obu fazach np.: gwałtowne mieszanie. Podczas absorpcji może zachodzić bezprzeponowa wymiana ciepła, kondensacja oraz nawilżanie gazów. Jeżeli stężenie zanieczyszczeń jest odpowiednio duże, absorpcja stanowić może metodę odzysku wartościowych substancji. Może stanowić wstępny etap oczyszczania gazu w procesie kompleksowego oczyszczania lub końcowy, gdy absorpcja jest połączona z reakcją chemiczną. Absorpcja 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 kwasów, zasad, soli o właściwościach utleniających lub redukujących. Szybkość absorpcji zwiększa się wówczas, gdy zachodzi reakcja chemiczna między cieczą i zanieczyszczeniem w gazie. Podczas absorpcji z reakcją chemiczną składnik ze strumienia gazu reaguje z substancją zawartą w cieczy, w wyniku, czego powstaje produkt o właściwościach odmiennych od substancji wyjściowej. Produkt ten powinien być obojętny dla środowiska nie stanowić ponownego problemu do utylizacji. Przy oczyszczaniu gazów odlotowych absorpcja z reakcją chemiczną jest jedną z zasadniczych metod usuwania zanieczyszczeń kwaśnych, takich jak SO2, SO3, H2S, NOx, HF, C12, HCl i in. Metody absorpcyjne stosowane są często w połączeniu z utlenianiem albo z biodegradacją. W metodach absorpcyjnych połączonych z utlenianiem można stosować jako absorbenty roztwory utleniaczy takich jak chlor, dwutlenek chloru, podchloryn sodowy, nadmanganian potasu oraz obecnie najbardziej popularny ozon. Ozon rozpuszczony jest w absorbencie. Reakcja pomiędzy ozonem i zaabsorbowanym zanieczyszczeniem przebiega bardzo szybko. Jednocześnie następuje likwidacja drobnoustrojów, co często ma duże znaczenie. Zastosowanie ozonu nie powoduje powstawania kłopotliwych odpadów, ponieważ produktem jego rozpadu jest tlen. Niektóre substancje zanieczyszczające gazy odlotowe można skutecznie likwidować na drodze biodegradacji za pomocą mikroorganizmów, które utleniają związki organiczne do ditlenku węgla i wody lub mineralizują zawarte w nich heteroatomy. Wytwarzana w tym procesie energia jest zużywana przez bakterie.

Adsorpcja polega na wydzielaniu i zatrzymywaniu składników gazu na powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej (w porach) ciała stałego zwanego adsorbentem. Zatrzymywanie cząsteczek na powierzchni zachodzi w wyniku dziabania sił fizycznych i chemicznych bliskiego zasięgu.

Typy adsorpcji:

1) adsorpcja fizyczna (fizysorpcja)

2) adsorpcja chemiczna (chemisorpcja)

Adsorpcja fizyczna - związanie siłami oddziaływań międzycząsteczkowych typu Van der Waalsa. Zjawisko pokrewne do skraplania gazów i par. Energia wiązania adsorbowanych cząsteczek z powierzchnią jest porównywalna z ciepłem kondensacji. Proces adsorpcji jest egzotermiczny. Proces odwrotny, usuwanie cząsteczek zaadsorbowanych z powierzchni do przestrzeni otaczającego płynu zwany desorpcją wymaga, więc doprowadzenia ciepła. Liczba cząsteczek możliwa do zaadsorbowania na powierzchni adsorbentu jest ograniczona i maleje ze wzrostem temperatury. Efektywnej adsorpcji sprzyjać, więc będzie duża powierzchnia właściwa adsorbentu i niska temperatura. Adsorpcja jest selektywna i największą zdolność do adsorpcji wykazują cząsteczki gazów o dużej masie i niskiej temperaturze wrzenia. Ulegając adsorpcji, wypierają przy tym inne cząsteczki o mniejszej energii wiązania.

Adsorpcja chemiczna - dla której energia wiązania cząsteczek na powierzchni jest tu tak duża, że zaadsorbowana substancja może być zdesorbowana tylko w postaci związku chemicznego lub usunięta jak substancja stała.

Adsorpcja umożliwia oczyszczanie dużych strumieni gazów o małym stężeniu zanieczyszczeń do poziomu ppm. Podczas adsorpcyjnego oczyszczania gazów zanieczyszczenia o małym stężeniu, nawet 20ppm, są zatężane, co w dalszym etapie umożliwia ich spalenie lub regenerację. Ponadto tą metodą można jednocześnie usuwać z gazu więcej zanieczyszczeń, zwłaszcza substancje organiczne.

1. Proces absorbcji w oczyszczaniu gazów odlotowych. Jakie absorbenty stosowane są dla CO₂, SO₂, NO_x.

Zanieczyszczenia najczęściej usuwane przez proces absorpcji: SO₂, H₂S, HCl, Cl, NH₃, NO_x, niektóre HC.

Problemem są powstające ścieki.

Adsorbcji – proces, w którym zanieczyszczenia gazowe zostają związane na powierzchni innej substancji.

Najczęściej stosowane adsorbenty to:

- węgiel aktywny,

- żel krzemionkowy,

- glin

Charakteryzują się one bardzo dużymi powierzchniami w przeliczeniu na jednostkę masy.

Większość adsorbentów na początku ma sprawnoś~100% i sprawność ta pozostaje wysoka aż do tzw. punktu przegięcia. W punkcie przegięcia adsorbent zostaje nasycony asorbatem. W punkcie przegięcia adsorbent powinien zostać wymieniony lub zregenerowany.

1. Która z metod odsiarczania spalin jest obecnie najczęściej wykorzystywana w dużych źródłach spalania i dlaczego?

Zmiana paliwa/ adsorbcja?

Jest to metoda mokra wapienno – gipsowa

Zalety:

• duża skuteczność odsiarczania > 90%;

• stosunkowo niskie koszty eksploatacyjne;

• duża elastyczność układu (szybka reakcja na duże różnice zawartości SO₂ w spalinach nieoczyszczonych od ok. 2000 do 10 000 mg/Nm³);

• duża niezawodność technologii i urządzeń;

• dostępność sorbentu i jego niskie koszty;

• możliwość zagospodarowania gipsu jako odpadu wysokiej jakości;

• zapisy w „Krajowym Programie Redukcji SO₂ do roku

• powszechność tej metody na świecie, duża wiedza na temat technologii i jej zastosowanie na wielkich obiektach energetycznych;

1. Mokre metody odsiarczania spalin; zasada działania, wady i zalety zastosowania

metody mokre gdzie sorbent i produkt są wilgotne

Odsiarczenie spalin metodą mokrą wapienną jest najbardziej powszechną spośród dotychczas znanych skutecznych metod usuwania SO2 ze spalin. Skuteczność odsiarczania tą metodą kształtuje się w granicach 90-95%.

Metoda ta polega na przemywaniu spalin wodną zawiesiną wapna lub kamienia wapiennego w wieży absorpcyjnej tworząc w efekcie siarczyn wapnia CaSO3. Dodatkowe natlenienie CaSO3 powoduje jego konwersję do CaSO4, który po wytrąceniu z roztworu zostaje poddany obróbce tworząc w efekcie gips. Mączka kamienia wapiennego lub wapna palonego jest wstępnie przygotowana w formie zawiesiny wodnej w odpowiedniej instalacji. Za pomocą pomp jest następnie przetłaczana do absorbera. Specjalny układ pomp cyrkulacyjnych, rurociągów i systemu dysz zapewnia intensywne przemywanie spalin wewnątrz kolumny absorpcyjnej.

Zaleta: wysoka wydajność, możliwość odsiarczenia spalin.

1. Proszę wymienić 3 typy odpylaczy i dla każdego z nich podać siły wykorzystywane do oddzielenia pyłu od spalin.

Typy odpylaczy:

- inercyjne, grawitacyjne, uderzeniowe

- cyklony (multicyklony)

- elektrofiltry

- odpylacze filtracyjne

- skrubery (odpylacze mokre)

Komory pyłowe – najprostsze odpylacze grawitacyjne, działają siły grawitacji i bezwładności, najbardziej skuteczne dla zanieczyszczeń 30-40mikrom, wstępne oczyszczanie dużych strumieni gazów, temperatura 300 stopni, prędkość gazu 1-2 m/s, cząstki są osadzane na dnie zbiornika pyłu. Zalety – niskie koszty wykonania, niewielkie zapotrzebowanie mocy, małe opory przepływu, możliwość odpylania gazów gorących bez ich ochładzania, sprawność nie przekracza 70%

Cyklony – cząstki na wlocie cyklonu wprowadzane są w ruch wirowy i podlegają działaniu siły odśrodkowej i tarcia, sprawność wzrasta ze wzrostem rozmiarów i gęstości cząstek, z długością rury wylotowej gazu, ze wzrostem prędkości gazu (potem przy ruchu burzliwym sprawność spada). Sprawność zmniejsza się ze wzrostem średnicy cyklonu, ze zmniejszeniem rozmiarów cząstek. W praktyce cyklony działają efektywnie (sprawność powyżej 90%)przy rozmiarach cząstek powyżej 10 mikro metrów

Multicyklony – zespoły małych cyklonów osiowych usytuowanych we wspólnej obudowie. Problemem jest rozdział strumienia gazu na równe strumienie na poszczególne małe cyklony wchodzące w skład multicyklonu, ogólna sprawność 70-90%, można łączyć cyklony w baterie cyklonów równolegle (cel podobny jak w multicyklonach) i szeregowo (w celu lepszego oczyszczenia gazu)

Odpylacze elektrostatyczne – działają siły pola elektrostatycznego i przyczepności, rozmiar cząstek – wszystkie, poza ultra-drobnymi, sprawność 96-99,9%. Najczęściej wykorzystywane w elektrowniach i elektrociepłowniach. Proces obejmuje jonizację gazu nośnego i elektryzację cząstek przepływających między elektronami katodą (elektroda emisyjna) i anodą (elektroda osadcza). Cząstki wydzielają się na przeciwnie naładowanych elektrodach pyłowych, a następnie są strząsane do zbiorników i usuwane. Zalety – wysoka sprawność przy małych cząstkach, odpylanie dużych strumieni gazu przy małych spadkach ciśnienia (siły działają jedynie na cząstki), możliwość stosowania w dużym zakresie temperatur, niskie koszty eksploatacyjne. Wady – wysoki koszt inwestycyjny, brak możliwości usunięcia zanieczyszczeń gazowych, mała elastyczność zmian parametrów procesu, duża przestrzeń zabudowy, trudności w wydzieleniu cząstek o wysokiej oporności elektrycznej.

Odpylacze fitracyjne - Najskuteczniejsze : wszystkie rozmiary cząstek, łącznie z utra drobnymi, sprawność 99-99,9%, umiarkowany spadek ciśnienia gazu, drogie. Wydzielenie cząstek zachodzi na porowatej przegrodzie filtracyjne. Filtr stanowi worek wykonany z bawełny, wełny, tworzyw sztucznych, włókna szklanego i innych materiałów. Strumień gazu przenika przez pory tkaniny, a cząstki o większych rozmiarach zostają zatrzymane na tkaninie. Wady – duża przestrzeń zabudowy, materiały filtracyjne są kosztowne, mają różną odporność na wysoką temperaturę, wilgoć i korozję, potencjalna możliwość pożaru i eksplozji

Skrubery – wydzielanie cząstek pyłu na kroplach cieczy, wydzielone cząstki piwstają w cieczy, tworząc zawiesinę

1. Jakie są najważniejsze wielkości charakterystyczne odpylaczy?

- sprawność odpylania (%)

- opory hydrauliczne (spadek ciśnienia gazu w Kpa)

- rozchód energii KJ lub KWh zużywanej na oczyszczenie 1000³ gazu na godzinę,

- zużycie wody dla odpylaczy mokrych

- koszty oczyszczania (inwestycyjne + eksploatacyjne)

- częste kryterium wyboru danej metody oczyszczania

1. W jaki sposób można przeprowadzić modernizację istniejącego elektrofiltru w celu podniesienia jego sprawności?

Można zastosować kilka rodzajów odpylaczy współpracujących ze sobą w różnych układach. W celu podniesienia sprawności można również zwiększyć udział jednego z działających mechanizmów (najczęściej wzrost rozmiarów cząstek lub zwiększenie ich ładunku elektrostatycznego.

n=pow gazu oczyszczonego/pow projekcyjna kolektora;

n=(QVP*CP-QVK*CK)/QVP*CP

1. Odpylacze

a) Odpylacze elektrostatyczne

Działają tam siły pola elektrostatycznego, siły przyczepności

Rozmiar cząstek: wszystkie poza ultra drobnymi

Sprawność: 96-99,9%

Najczęściej wykorzystywane w polskich elektrowniach.

Proces odpylania elektrostatycznego obejmuje jonizację gazu nośnego i elektryzację cząstek przepływających między elektrodami. Katoda(elektroda emisyjna) i anodą(elektroda osadcza).

Cząstki wydzielają się na przeciwnie rozkładanych elektrodach pyłowych, a następnie są strząsane do zbiorników i usuwane.

Zalety:

• Wysoka sprawność przy małych cząsteczkach

• Odpylanie dużych strumieni gazu przy małych spadkach ciśnienia

• Możliwość stosowania w dużym zakresie temperatur

• Niskie koszty eksploatowania

Wady:

• Wysokie koszty inwestycyjne

• Brak możliwości usuwania zanieczyszczeń gazowych

• Mała elastyczność zmian parametrów procesu

• Duże przestrzenie zabudowy

• Trudność w wydzielaniu cząstek o wysokiej oporności elektrycznej

b) Odpylacze filtracyjne

Najskuteczniejsze.

Rozmiary cząstek- wszystkie łącznie w ultra drobnymi

Sprawność 99%

Wydzielanie cząstek zachodzi na porowatej przegrodzie filtracyjnej. Filtr stanowi worek wykonany z bawełny, wełny, tworzyw sztucznych, włókna szklanego i innych materiałów.

Strumień gazu przenika przez pory tkaniny, a cząstki o większych rozmiarach zostają zatrzymane na tkaninie.

Wady:

• Duża przestrzeń zabudowy

• Materiały filtracyjne są kosztowne, maja różne odporności na występowanie temperatury wilgoci i korozji

• Potencjalna możliwość pożaru i eksplozji

1. Na czym polegają pierwotne i wtórne metody redukcji tlenków azotu w spalinach.

Redukcja NOx

- metody pierwotne – modyfikacja procesu spalania dla zapobieżenia powstawania NOx

Sprawność ok 40%, obniżenie temperatury spalania, zmniejszenie nadmiaru powietrza spalania, stopniowanie spalania, recyrkulacja spalin, stosowanie palników o specjalnej konstrukcji, redukcja tlenków azotu w palenisku, dobór odpowiedniego rodzaju paliwa – zdolność do tworzenia NOx maleje w kolejności: węgiel, ropa, gaz

-metody wtórne – SCR – selektywna redukcja katalityczna z amoniakiem i SNCR – selektywna redukcja nie-katalityczna tańsza, sprawność mniejsza, również amoniak, kwas cyjanurowy.

1. Porównać katalityczne i niekatalityczne metody redukcji NO_x.

Selektywna redukcja katalityczna (SCR – Selective Catalyctic Reduction) , sprawność 80—90%

NH₃ + NO->N₂+H₂O

Katalizatory:

Metale: np. Pt, Pd

Tlenki: np. Fe₂O₃,/Cr₂O₃, V₂O_5­/TiO₂

Selektywna redukcja nie-katalityczna (NSCR – Non-Selective Catalyctic Reduction), sprawność 30-50%

NH₃+NO->N₂+H₂O

(HOCN)₃+NO->N­2₂+H₂O

1. Narysować schemat ciągu technologicznego elektrowni z urządzeniami do oczyszczania gazów odlotowych dla podanego przypadku (uwaga: stosując standardy oznaczeń graficznych)

2. Które z metod redukcji emisji CO₂ należy uznać za najbardziej polecane do zastosowania w Polsce.

-Podstawowym sposobem redukcji emisji CO₂ w energetyce węglowej powinny być inwestycje w nowe wysokosprawne bloki energetyczne na parametry nadkrytyczne (600/620 w przyszłości 700/720tzw + bloki 50)

-Ze względu na prawodawstwo UE większe ograniczenie emisji będą wymagać stosowania technologii CCS.

-Technologie CCS nie są obecnie dostępne komercyjnie dla dużych bloków energetycznych!

-Prowadzenie wychwytu CO₂ z analizowanych bloków węglowych wiąże się ze spadkiem sprawności netto generacji elektryczności, w odniesieniu do nowoczesnego nadkrytycznego bloku węglowego bez wychwytu CO₂ o sprawności 44,3%, do poziomu 32- 36%.

1. Wyjaśnić co oznacza CCS oraz podać dla jakich mocy i gdzie takie instalacje aktualnie działają w skali technicznej.

2. Proszę naszkicować schemat podłączania instalacji oczyszczania spalin dla elektrowni spalającej węgiel kamienny o p=X% i s=Y% przy zastosowaniu metody SCR do redukcji NOx.

Ponieważ ta metoda SCR opiera się na oczyszczaniu spalin po spaleniu paliwa, narysowałbym ten schemat w taki sposób, ale głowy sobie uciąć nie dam, za co przepraszam, ale lepiej nie wymyśle:

Konwersja NOx do N₂ z wykorzystaniem amoniaku jako gazu redukcyjnego w obecności katalizatora (np. V₂O₅, Pt, Rh) w temperaturach 300 – 400 ^oC

Reakcje procesowe

6NO + 4NH3 ⇒ 5N2 + 6H2O

4NO + 4NH3 + O2 ⇒ 4N2 + 6 H2O

6NO2 + 8NH3 ⇒ 7N2 + 12H2O

2NO2 + 8NH3 + 4O2 ⇒ 5N2 + 12H2O

Jeśli chodzi o tą metodę to można zredukować zaw. tlenków azotu o 85-90% czyli to nasze X% będzie zredukowane do X%-(80-90zX%)= Y% tez chyba.

1. Produkty spalania węgla i metody ich zagospodarowania: 

WĘGIEL--> NOX + CO2, (CO), SO2, PM, LZO, TZO w tym WWA, PCDD/F

Metody ich zagospodarowania:
1)SO2--> odsiarczanie spalin (neutralizowanie /wiązanie SO2) Metody: 1. ze względu na rodzaj srobentu, 2. ze względu na sposób doprowadzenia sorbentu i sposób kontaktu z nimi spalin,3. ze względu na rodzaj i użyteczność powstającego odpadu (produktu odsiarczania)
1-technologia wapienna
2-metody suche, półsuche i mokre
3-technologie bezodpadowe, regeneracyjne i odpadowe

2)NOx --> modyfikacja procesu spalania do zapobiegania powstawania NOx i metody wtórne SCR (selektywna redukcja katalityczna, katalizatory: metale: Pt, Pd i tlenki: Fe2O3/Cr2O3, V2O5) i SNCR (selektywna redukcja niekatalityczna, z użyciem kwasu cyjanurowego)

3) pyły - odpylacze (suche i mokre), komory pyłowe, cyklony, multicyklony i elektrofiltry

1. Co oznacza skrót „R/P”? Jaka jest wartość R/P dla ropy naftowej (gazu, węgla kamiennego)

Skrót R/P – oznacza wskaźnik pokazujący, na jak długo wystarczy danego paliwa (ropa, gaz, węgiel). Jest to stosunek aktualnego poziomu rezerw do aktualnego rocznego poziomy wydobycia (produkcji). Wartość tego wskaźnika to liczba lat, jaka pozostała do wyczerpania się zasobu.

Wartość wskaźnika „R/P” dla:

1. ropy naftowej – około 41 lat

2. gazu ziemnego – około 64 lata

3. węgla kamiennego ok. 133 lata

1. Proszę scharakteryzować WODÓR jako uniwersalny nośnik energetyczny.

Wodór jako uniwersalny nośnik energetyczny jest nie tylko łatwo dostępny, ale także przyjazny dla środowiska. Wodór jest pierwiastkiem najbardziej rozpowszechnionym we wszechświecie – stanowi 79% jego masy. Jest praktycznie niewyczerpanym surowcem energetycznym, charakteryzującym się najwyższą wartością energii spalania z jednostki masy. Podczas jego spalania nie są emitowane do atmosfery żadne gazy cieplarniane, gdyż jedynym produktem spalania jest woda:
2H₂ + O₂ = 2H₂O

Zastosowanie wodoru obejmie:

- wytwarzanie energii elektrycznej w ogniwach paliwowych, zarówno stacjonarnych jak i przewoźnych. Szczególnie obiecujące wydaje się wykorzystanie ogniw paliwowych w środkach transportu. Ogniwa paliwowe są obiecującą technologią wytwarzania energii elektrycznej w układach rozproszonych. Mają budowę modularną i ich sprawność nie zależy od mocy instalacji, co jest cechą elektrowni cieplnych.

- wodór będzie wykorzystywany do produkcji energii elektrycznych dla celów komunalnych przy użyciu turni gazowych. Możliwa jest modyfikacja konwencjonalnych turbin gazowych do zasilania ich wodorowym lub mieszaniną wodoru z gazem ziemnym.

- Wodór może być stosowany do zasilania silników z wewnętrznym spalaniem w samochodach osobowych, autobusach i statkach. Podobnie jak w przypadku turbina gazowych możliwe jest wykorzystanie do tych celów czystego wodoru lub jego mieszaniny z metanem.

Wysoka wydajność oraz przyjazność

Wysoka wydajność oraz przyjazność środowisku, pozwala śmiało nazwać go paliwem przyszłości. Głównymi zaletami wodoru jako paliwa są:

• wysoka wartość energii spalania z jednostki masy

• wysoka sprawność spalania przy małej inicjacji zapłonu

• wysoka wartość opałowa 120MJ/kg

• sprawniejsze spalanie niż innych paliw

• produktem spalania jest woda więc jest przyjazny dla środowiska

• pozyskuje się go z wody a po spaleniu z powrotem tworzy wodę jest więc praktycznie nie do wyczerpania

produktem spalania jest woda jest więc całkowicie przyjazny środowisku

1. Jakie są czyste technologie węglowe? Na czym polega ich wyższość nad tradycyjną energetyką węglową?

Zastosowania w PL. Czyste technologie węglowe (CTW) są to technologie zaprojektowane w celu poprawy skuteczności wydobycia, przeróbki, przetwarzania oraz utylizacji węgla i zwiększenia akceptowalności tych procesów z punktu widzenia wpływu na środowisko naturalne. Termin ten dotyczy całego łańcucha węglowego od wydobycia do utylizacji pozostałości jego wykorzystania. Wyróżniono cztery główne podobszary CTW:

• Wydobycie węgla, uwzględniające zrównoważoną gospodarkę zasobami, wraz z przeróbką węgla, rozumianą jako proces przygotowania węgla do użytkowania, najczęściej jest to tzw. Mechaniczna przeróbka węgla;

• Transport i składowanie węgla;

• Wykorzystanie węgla (w energetyce oraz w przetwórstwie węgla), wraz z wszelkimi działaniami zmniejszającymi wpływ wykorzystania węgla na środowisko (poza zagadnieniem odpadów i „półproduktów”);

• Zagospodarowanie pozostałości z wykorzystania węgla, czyli różnego rodzaju odpadów, a także półproduktów, nadających się do dalszego gospodarczego wykorzystania.

Kluczowymi działaniami w ramach CTW w ostatnich latach stały się kwestie związane z ograniczeniem emisji CO₂ Działania te dzieli się na:

• Wychwytywanie ( w odniesieniu do wychwytywania CO₂ w energetyce wyróżnia się trzy ścieżki technologiczne: po procesie spalania, spalanie w atmosferze wzbogaconej tlenem, przed spalaniem)

• Transport

• Składowanie

Zalety CTW:

• Lepsza sprawność energetyczna wykorzystywania węgla

• Lepsza efektywność ekonomiczna

Zastosowanie w Polsce:

W Polsce czyste technologie węglowe znajdują się w fazie wdrażania. Szereg znaczących firm uruchamia pilotażowe instalacje wraz z testowaniem podziemnych magazynów. Ze względu na swoją strukturę geologiczną Polska ma ogromny potencjał podziemnego składowania CO_{2 .} W zachodniej i centralnej Polsce głęboko pod ziemią występują porowate skały, które mogłyby zmagazynować olbrzymie ilości CO_2.

Wysokosprawne czyste technologie węglowe:

1. Bloki gazowo – parowe: oparte na zagazowaniu węgla (IGCC)

η = 60 – 65%

Wodór – uniwersalny nośnik energetyczny:

• Bardzo wysoka wartość opałowa (120 MJ/kg)

• Nie jest nośnikiem energii pierwotnej, gdyż nie występuje na Ziemi w stanie wolnym

• Aby go uwolnić (z wody, węglowodanów) potrzebna jest energia pierwotna

• Może być wykorzystywany jako paliwo: w silnikach spalinowych i paliwowych

• Emisja: wodór oddaje do środowiska jedynie wodę

Energetyka wodorowa:

- przyszłość energetyczna świata ?

- problemy: technologie pozyskiwania, transport, magazynowanie

1. Bloki kocioł – turbina: na nadkrytyczne parametry pary

η = 45 – 50%

w Polsce:

• Pątnów II - blok 464 MW (węgiel brunatny), parametry: 51,3 bar, 544/568°C; η = 44% brutto

• Bełchatów – największy blok na parametry nadkrytyczne: 858 MW (węgiel brunatny); η = 44,4% brutto (42% netto)

• Budowa instalacji pilotażowej CCS (Carbon Capture Storage)

1. Bloki gazowo – parowe: z ciśnieniowymi kotłami fluidalnymi

1. Kogeneracja – co oznacza, jakie korzyści daje dla czystości powietrza?

Kogeneracja (także skojarzona gospodarka energetyczna lub CHP – Combined Heat and Power) jest to proces technologiczny jednoczesnego wytwarzania energii elektrycznej i użytkowej energii cieplnej w elektrociepłowni. Ze względu na mniejsze zużycie paliwa, zastosowanie kogeneracji daje duże oszczędności ekonomiczne i jest korzystne pod względem ekologicznym – w porównaniu z odrębnym wytwarzaniem ciepła w klasycznej ciepłowni i energii elektrycznej w elektrowni kondensacyjnej.

ZDROWSZE ŚRODOWISKO :

• Ograniczenie znaczącej ilości zużywanego paliwa (nawet do 50 %)

• Możliwość stosowania dowolnego paliwa w tym biopaliw/biogazów/biomasy

• Zmniejszenie emisji dwutlenku węgla

• Zmniejszenie emisji tlenków siarki i azotu

• Zmniejszenie zużycia energii na potrzeby własne

1. Scharakteryzować podane zanieczyszczenia powietrza X (X: O₃, PM₁₀, NO_x,SO₂, CO, Pb, BaP) wg wzoru:

a) Charakterystyka (7cech)

b) Rząd wielkości emisji w RP + 2/3 główne sektory (jak w pyt 33)

c) Wpływ na : zdrowie, środowisko i klimat

d) W jaki sposób można zredukować jego stężenie w powietrzu.

O₃ – ozon

Charakterystyka

Ozon- bezbarwny gaz o charakterystycznym zapachu; doskonale rozpuszczalny w wodzie (2 razy lepiej niż tlen); odmiana aleotropowa tlenu; naturalny składnik atmosfery; może występować zarówno jako ciecz, ciało stałe oraz ciecz; wykazuje dosyć duża niestabilność; jako ciecz lub ciało stałe jest materiałem wybuchowym. Jest bardzo reaktywny chemicznie, substancje organiczne pod wpływem jego działania chętnie się przekształcają w inne.

Rząd wielkości emisji

Wpływ na zdrowie

Ozon jest gazem drażniącym, powoduje uszkodzenie błon biologicznych przez reakcje rodnikowe z ich składnikami. Po dostaniu się do komórek może hamować działanie enzymów komórkowych, wstrzymując oddychanie wewnątrzkomórkowe. Pierwszymi objawami podrażnienia ozonem (obserwowanym w stężeniach 0,2 μg/dm³) są kaszel, drapanie w gardle, senność i bóle głowy. W większych stężeniach może prowadzić do wzrostu ciśnienia tętniczego, przyspieszenia tętna i obrzęku płuc prowadzącego do zgonu (w stężeniach 9-20 μg/dm³). Najwyższe dopuszczalne stężenie ozonu w miejscu pracy wynosi 0,1 μg/dm³_.

Wpływ na środowisko

Wpływ na klimat

Sposoby redukcji

PM₁₀

Charakterystyka

Rząd wielkości emisji

Wpływ na zdrowie

Wpływ na środowisko

Wpływ na klimat

Sposoby redukcji

NO_x

Charakterystyka

Rząd wielkości emisji

Wpływ na zdrowie

Wpływ na środowisko

Wpływ na klimat

Sposoby redukcji

CO

Charakterystyka

Rząd wielkości emisji

Wpływ na zdrowie

Wpływ na środowisko

Wpływ na klimat

Sposoby redukcji

Pb

Charakterystyka

Rząd wielkości emisji

Wpływ na zdrowie

Wpływ na środowisko

Wpływ na klimat

Sposoby redukcji

BaP

Charakterystyka

Rząd wielkości emisji

Wpływ na zdrowie

Wpływ na środowisko

Wpływ na klimat

Sposoby redukcji