Zanieczyszczenia powietrza

 

Atmosfera jest powłoką gazową otaczającą kulę ziemską. Składa się ona z kilku warstw różniących się gęstością, temperaturą, ciśnieniem i składem powietrza. Najistotniejsze funkcje atmosfery polegają na umożliwieniu rozwoju życia poprzez osłonę przed ucieczką ciepła w przestrzeń kosmiczną oraz przed jonizującym promieniowaniem kosmicznym i słonecznym. Atmo­sfera jest zarazem jednym z elementów cykli biogeochemicznego obiegu substancji w biosferze. Aerosfera obejmuje najniższą warstwę atmosfery - troposferę i niewielką część stratosfery — do wysokości ok. 22 km.

Istota zagrożeń związanych z zanieczyszczeniem powietrza wynika z koniecz­ności oddychania powietrzem aktualnie dostępnym, niezależnie od jego jakości. Dla człowieka najistotniejszy jest stan czystości  powietrza w dolnej części troposfery, przy czym za zanieczyszczenie należy uznać wszystkie składniki, które zniekształcają naturalny skład powietrza w troposferze. Podkreś­lić należy, że rola poszczególnych składników aerosfery nie jest proporcjonalna do ich udziału w budowie atmosfery. Wynika z tego, iż równowaga procesów fizyczno-chemicznych w atmosferze jest nad wyraz krucha, gdyż ojej zaburzeniu łatwo mogą zdecydować mikroskładniki (np. zmiany ilości CO₂ lub O₃). Z tej przyczyny również i procesy antropogenicznego zanieczyszczenia aerosfery mogą łatwo przyczyniać się do degradacji atmosfery. Skutki zanieczyszczenia aerosfery mają  charakter  rozległy  w  związku  z  przenoszeniem  zanieczyszczeń  wraz z masami powietrza, przy czym jej degradacja ma zawsze reperkusje w de­gradacji innych części biosfery (hydrosfery, litosfery).

Źródła zanieczyszczenia aerosfery dzieli się, zależnie od pochodzenia, na naturalne i antropogeniczne. Źródła naturalne to wybuchy wulkanów, pożary lasów i stepów oraz unoszenie pyłu pustynnego i cząstek gleby, a także rozmaite pyły organiczne, na które składają się pyłki roślin i rozpylone cząstki obumarłych organizmów. Wydajnym źródłem naturalnym jest proces zasilania atmosfery  w  sól   morską  podczas   unoszenia  pyłu   wodnego   przez  wiatr i turbulencje atmosfery. Należy tu podkreślić, że naturalne źródła biologiczne są bardzo wydajne, jeśli chodzi o związki azotu. Wśród antropogenicznych źródeł emisji zanieczyszczeń powietrza najwydajniejsze jest wytwarzanie energii oparte na paliwach konwencjonalnych (węgiel, ropa naftowa), przemysł meta­lurgiczny (zwłaszcza żelaza), górnictwo naftowe i przerób ropy, transport samochodowy, przemysł materiałów budowlanych (produkcja cementu) oraz przemysł chemiczny, ale także rolnictwo i hodowla (pylenie z pól, metan z hodowli parzystokopytnych). Globalna wydajność źródeł naturalnych jest większa, ale bardziej szkodliwe dla środowiska są źródła antropogeniczne, ponieważ oddziałują na mniejszych obszarach, na ogół gęsto zaludnionych. W przypadku niektórych rodzajów zanieczyszczeń wydajność źródeł antro­pogenicznych stała się porównywalna ze źródłami naturalnymi. Na przykład za ponad połowę globalnej ilości wyemitowanych tlenków siarki i tlenku węgla odpowiedzialne są źródła antropogeniczne, które w odniesieniu do NO_x lub CO₂ odpowiadają tylko za kilka procent globalnej emisji tych zanieczyszczeń. Na półkuli północnej, według danych  UNESCO, przemysłowe źródła antropogeniczne są 30-krotnie wydajniejsze od źródeł na półkuli południowej. Źródła rolnicze są wydajniejsze ok. 4-5-krotnie, zaś kontynentalne źródła naturalne są wydajniejsze ok. 2-krotnie. Oznacza to, że o stanie zanieczysz­czenia atmosfery Ziemi decyduje głównie emisja z półkuli północnej, co wynika z planetarnego rozkładu kontynentów i oceanów oraz wyższego stopnia rozwoju gospodarczego w Europie, Ameryce Północnej i Wschodniej Azji.

Zanieczyszczeniami antropogenicznymi emitowanymi w Polsce w najwięk­szych ilościach (w liczbach bezwzględnych) poza CO, są: SO₂, NO, i pyły.

W zależności od stanu skupienia zanieczyszczenia powietrza dzieli się na stale (np. pyły),gazowe (np. tlenki azotu, węgla, siarki) oraz ciekłe (po po­łączeniu się zanieczyszczeń gazowych z wilgocią atmosferyczną, np. mgły kwasu siarkowego). W rzeczywistości w atmosferze wytwarza się mieszanina składników stałych, ciekłych i gazowych tworzących aerozol. Może to być układ dwufazowy (ciało stałe — gaz) lub trójfazowy (ciało stałe — ciecz — gaz), w którym faza powodująca zanieczyszczenie jest rozproszona, a atmosfera jest fazą rozpraszającą. Warunkiem uznania tej mieszaniny za aerozol jest tak duże rozdrobnienie fazy rozpraszanej, aby mogła się ona dostatecznie długo utrzymywać w ziemskim polu grawitacyjnym (wykonując ruchy Browna) lub opadać z prędkością mniejszą od 5 m/s. Wśród aerozoli atmosferycznych, w zależności od cech fazy rozpraszanej, wyróżnia się:

a.  pyły kondensacyjne, kuliste w kształcie, o rozmiarach fazy stałej rzędu 0,03 do 0,02 /µm, powstające wskutek skraplania się i zestalania par, np. pary chlorku amonowego, tlenku cynku;

b.Pyły dyspersyjne, o różnych kształtach, o rozmiarach rzędu 0,01 do l µm (np. spaliny oleju i tytoniu, sadza);

c)         Pyły o rozdrobnieniu mechanicznym, o różnych kształtach i o roz­miarach zróżnicowanych od l do 2000/µm (popiół lotny, nawozy sztuczne, pył

węglowy, piasek odlewniczy, ale także pyłki kwiatowe, bakterie);

d)         mgły wodne i mgły związków chemicznych (np. kwasu siarkowego)

o rozmiarach kropel rzędu 0,5 do 500 µm oraz krople deszczu — do 5000 / µm.

Można stosować również inne kryteria podziału aerozoli. Spotyka się podziały związane z pochodzeniem (antropogeniczne, naturalne nieożywione, aerozole biologiczne) lub z ich składem i oddziaływaniem chemicznym (działa­nie biochemiczne, toksyczne). Najczęściej stosuje się podziały według kryteriów higieniczno-zdrowotnych, uwzględniające zdolność fazy penetracji rozproszonej w głąb dróg oddechowych człowieka. Generalnie uznaje się, że zanieczysz­czenia o mniejszej średnicy cząstek są bardziej szkodliwe. W odniesieniu do pyłów za granicę szkodliwości uznaje się frakcje mniejsze od 10 / µm, a za granicę szczególnej szkodliwości — frakcje mniejsze od 5 / µm. W odniesieniu do mgieł przemysłowych średnica kropel nie jest już tak istotna, bowiem najważ­niejszą rolę odgrywa skład chemiczny aerozolu i jego bezpośrednie szkodliwe działanie.

Specyficznym rodzajem zanieczyszczeń antropogenicznych są pyły promie­niotwórcze pochodzące z naziemnych eksplozji nuklearnych. Potężne prądy wstępujące wynoszą pyły do górnej części troposfery i do stratosfery, wskutek czego mogą one przebywać w atmosferze przez wiele lat. W pyłach tych znajduje się ponad 20 radioizotopów (m.in. stront-90, cez-137), które długo są źródłem emisji promieniowania jonizującego o charakterze korpuskularnym i elektromagnetycznym, a także są źródłem neutronów.

Monitoring środowiska atmosferycznego jest jednym z podsystemów w systemie Państwowego Monitoringu Środowiska. Realizacja programu monitoringu powietrza atmosferycznego ma pozwolić na planowanie sku­tecznych działań na rzecz ograniczenia emisji i poprawy stanu emisji za­nieczyszczeń powietrza. Ma ona pozwolić również na ocenę depozycji trans-granicznych oraz na ocenę zagrożeń dla ludzi, ekosystemów i obiektów technicznych.

Wewnętrzna struktura monitoringu atmosfery składa się z sieci krajowej, regionalnej i lokalnej. Do sieci krajowej należą stacje realizujące progra­my międzynarodowe (tzw. stacje podstawowe) oraz stacje nadzoru ogólne­go pracujące pod kontrolą Państwowej Inspekcji Sanitarnej (PIS). Stacje PIS wykonują pomiary opadu pyłu oraz mierzą średnie dobowe stężenia pyłu, SO₂ i NO_x w powietrzu. Oprócz tego badają one występowanie zanieczyszczeń charakterystycznych, stwarzających w danym miejscu najwięk­sze zagrożenie (np. fenol, formaldehyd, fluor, substancje smołowe, metale ciężkie w powietrzu i w pyle, amoniak, benzo-a-piren, dwusiarczek węgla, tlenek węgla, siarkowodór, węglowodory alifatyczne i aromatyczne, benzen, anilina i in.).

Zadaniem regionalnych sieci monitoringu powietrza jest utworzenie sieci alarmowych (dla ostrzegania przed nadzwyczajnymi zagrożeniami przenoszo­nymi drogą atmosferyczną), a także przygotowanie materiałów do weryfikacji regionalnych planów zagospodarowania przestrzennego.

Lokalne sieci monitoringu atmosfery prowadzone są przez podmioty gospodarcze, zwłaszcza w odniesieniu do kontroli poziomu emisji.

Specyficzną i komplementarną formą monitoringu atmosfery jest bioindykacja, polegająca na obserwowaniu jakościowych i ilościowych zmian w ekosystemach pod wpływem zanieczyszczeń powietrza. Stosunkowo naj­większy rozmiar ma ocena zmian w ekosystemach leśnych (badanie defoliacji i odbarwienia aparatu asymilacyjnego). W miastach szersze zastosowanie jako bioindykatory znalazły porosty.

 

Do planetarnych zagrożeń wynikających z degradacji atmosfery należy degradacja warstwy ozonowej stratosfery oraz zapoczątkowanie globalnych zmian klimatu. W skali regionalnej (kontynentalnej) problemem jest za­kwaszenie środowiska spowodowane kwaśnymi opadami atmosferycznymi.

Podstawową przyczyną przewidywanego na najbliższe dziesięciolecia glo­balnego ocieplenia jest wzrost funkcji ciepłochronnych atmosfery na skutek wzmożonej emisji gazów będących silnymi absorbentami promieniowania długofalowego Ziemi.

Do tzw. Wielkiej Piątki gazów cieplarnianych decydujących o potencjale ocieplania globalnego należą CO₂ (ok. 50% udziału w efekcie cieplarnianym), metan (ok. 15% udziału), ozon troposferyczny (ok. 12%), podtlenek azotu (ok. 6%) i freony (ok. 14%). Rola poszczególnych gazów w tworzeniu efektu cieplarnianego jest funkcją wielkości emisji, właściwości radiacyjnych oraz długotrwałości ich przebywania w atmosferze. Głównym źródłem wzrostu emisji gazów cieplarnianych jest spalanie paliw kopalnych, a następnie masowy wyrąb lasów, hodowla bydła, górnictwo oraz wytwarzanie i stosowanie freonów i halonów.

Dotychczas zaobserwowany wzrost średniej temperatury powietrza w skali globu wynosi ok. 0,5°C w ciągu kilkudziesięciu lat. Prognozy dla niekorzyst­nego scenariusza dalszego wzrostu emisji gazów szklarniowych przewidują wzrost temperatury globalnej o

3-4°C do połowy XXI w. Tak duże ocieplenie może spowodować m.in. przesuwanie się stref klimatyczno-roślinnych na Ziemi oraz stref klimatyczno-wysokościowych w górach, tajanie lodowców i pod­noszenie się poziomu wód oceanicznych, zmiany w atmosferycznej i oceanicz­nej cyrkulacji globalnej, a także - znaczne zmniejszenie ilości opadów na przeważającej części kontynentów. Efektem tych zmian będą przekształcenia warunków agroklimatycznych.

Tak szeroki wachlarz prawdopodobnych zmian planetarnych spowodował podjęcie licznych wysiłków międzynarodowych dla ochrony klimatu (Ramowa Konferencja Zmian Klimatu).

Za degradację stratosferycznej warstwy ozonowej odpowiedzialna jest antropogeniczna emisja chlorofluoroweglowodorów, w mniejszej mie­rze — niektórych węglowodorów (np. metan, czterochlorek węgla oraz chloroetylen i chloroetany). Freony i halony w zwykłych warunkach są chemicznie nieaktywne, ale przedostając się stopniowo do stratosfery ulegają tam pod wpływem intensywniejszego krótkofalowego promieniowania słonecz­nego rozpadowi z równoczesnym uwolnieniem substancji aktywnych (np. chlor, brom).

Stężenie ozonu stratosferycznego zależy od stałej konkurencji procesów powstawania i rozpadu ozonu. Produkty rozpadu freonów i halonów włączają się w procesy niszczenia ozonu na zasadzie katalizatora, który kolejno prowadzi do rozpadu dziesiątków tysięcy cząsteczek ozonu, co powoduje w konsekwencji spadek stężenia ozonu w stratosferze. Największą intensyw­ność procesów ubytku ozonu stratosferycznego obserwuje się w obszarach zasięgu nocy polarnych. Na przełomie zimy polarnej i wiosny stężenia ozonu w ozonosferze nad biegunami są obecnie 3 — 4 razy niższe od stężeń w innych obszarach. Zasadniczym efektem zmniejszania się całkowitej zawartości ozonu jest wzrost natężenia promieniowania ultrafioletowego, zwłaszcza w części UVB. W umiarkowanych szerokościach geograficznych spadek zawartości ozonu o 1% skutkuje wzrostem natężenia UVB o 2%.

Dalsza degradacja stratosferycznej ozonosfery oraz rozszerzenie się zasięgu „dziury ozonowej" grozi poważnymi konsekwencjami dla biosfery. Wśród przewidywanych skutków wymienia się głównie duży wzrost liczby przypad­ków chorób skóry i oczu oraz niekorzystny wpływ na stan i wzrost roślin.

Wynikiem intensywnej współpracy międzynarodowej (tzw. Protokół montrealski z późniejszymi zmianami) jest uzgadnianie terminów całkowi­tego zaprzestania produkcji i stosowania licznych chlorofluoroweglowodorów oraz propozycje tzw. zamienników freonów. Odbudowa warstwy ozonowej trwać będzie jednak kilkaset lat, nawet przy założeniu najkorzystniejszego scenariusza wydarzeń. Wynika to z długotrwałości chlorofluoroweglowodorów w atmosferze.

Zjawisko kwaśnych opadów atmosferycznych jest wynikiem zmasowanej antropogenicznej emisji substancji kwasotwórczych, jakimi są tlenki siarki i azotu. W warunkach naturalnych, kiedy w atmosferze znajdują się małe ilości kwasu węglowego, pH opadów wynosi 6 — 6,5. Za granicę kwaśnych opadów przyjmuje się pH 5,6. Tymczasem w wielu krajach uprzemysłowionych odczyn pH opadów atmosferycznych wynosi 4,0 — 5,0, czasem jest mniejszy od 3,0. Substancje kwasotwórcze w atmosferze w kontakcie z wilgocią i w obecności katalizatorów (np. metale, węglowodory) ulegają przemianom chemicznym, po czym są deponowane na powierzchni ziemi jako opad kwaśny suchy lub mokry wraz z deszczem czy śniegiem. Po depozycji duża część kwasów ulega neutralizacji w wyniku reakcji buforowych w glebie (np. z jonem wapniowym) lub w wodzie (z jonem dwuwęglanowym). Cześć kwaśnych opadów bezpośrednio oddziałuje na biocenozy i budowle. Kiedy jonów buforujących brakuje, zakwaszenie środowiska postępuje szybko. Dodatko­wym skutkiem ujemnym jest wtedy przemiana nierozpuszczalnych uprzed­nio związków glinu w związki rozpuszczalne, co prowadzi do uszkodze­nia korzeni roślin, a także zmniejszenia pogłowia organizmów żyjących w jeziorach.

Negatywne skutki kwaśnych opadów atmosferycznych najsilniej zaznaczyły się w uszkodzeniach lasów, zwłaszcza iglastych. W skali globalnej zagrożenie kwaśnymi opadami jest największe w krajach skandynawskich, krajach za­chodniej i środkowej Europy (w tym Polski) oraz USA i Kanadzie. W krajach, które naprawę stanu czystości atmosfery rozpoczęły od intensywnego ograni­czania emisji pyłów (poprzez montaż elektrofiltrów), doszło do wzrostu zagrożeń kwaśnym opadem atmosferycznym, gdyż zasadowe pyły przyczyniały się poprzednio do procesu buforowania atmosfery.

W ramach współpracy międzynarodowej (np. EMEP, Acid Rain) realizuje się programy badawcze i ochronne dla zmniejszania zagrożeń kwaśnym opadem atmosferycznym.

Bezpośrednie działanie pyłów nietoksycznych na organizmy żywe zależy głównie od rozmiarów ziaren. Najdrobniejsze, o wielkości poniżej 5 / µm, wnikają do wnętrza organizmów przez drogi oddechowe zwierząt i ludzi oraz przez szparki roślin. U roślin pyły te osiadają w przestrzeniach międzykomór­kowych miękiszu asymilacyjnego i wywołują plazmolizę komórek. U ludzi i zwierząt drobne pyły osiadają na ściankach pęcherzyków płucnych i utrud­niają wymianę gazową.

Rośliny narażone są również na negatywne oddziaływania pyłów, które nie wnikają do ich wnętrza. Pyły te, osiadając na powierzchni liści (igieł), tworzą powłokę, która w miarę narastania coraz bardziej ogranicza dostęp światła, a także dostęp gazów do miękiszu asymilacyjnego. Pod wpływem wilgoci pyły cementowe tworzą na liściach (igłach) trwałą skorupę. Pokrycie powierzchni liści (igieł) tzw. woskiem sprzyja osiadaniu na nich pyłów. Drzewa liściaste są mniej narażone od drzew iglastych dzięki corocznej wymianie aparatu asymila­cyjnego oraz osiadaniu pyłu na górnej powierzchni liści.

Pośrednie działanie pyłów na zbiorowiska roślinne odbywa się poprzez chemiczną degradację gleb. W zależności od rodzaju pyłu może dochodzić do zakłóceń proporcji pomiędzy poszczególnymi składnikami gleby (np. między wapniem a magnezem) lub do alkalizacji gleby (np. pyłami cementowymi).

Przy dużym zapyleniu powietrza może nastąpić zmętnienie atmosfery i obniżenie natężenia promieniowania ultrafioletowego i świetlnego, co wpływa na efektywność fotosyntezy roślin.

Jeśli pyły mają charakter toksyczny (np. pyły metali ciężkich), ich szkodliwe oddziaływanie polega głównie na wprowadzaniu w obiegi biochemiczne, a więc i w łańcuchy pokarmowe, substancji bezpośrednio działających destrukcyjnie na organizmy żywe. Pyły radioaktywne również bezpośrednio wpływają na promieniotwórcze skażenie ekosystemów.

Negatywne bezpośrednie działanie zanieczyszczeń gazowych odbywa się albo poprzez wprowadzenie do organizmów żywych substancji toksycznych powo­dujących zatrucia, albo przez wywoływanie poparzeń powierzchniowych lub wewnętrznych.

Pośrednie oddziaływanie zanieczyszczeń gazowych na biosferęodbywa się poprzez zmiany składu chemicznego gleb, wód oraz poprzez wprowadzenie do obiegów biogeochemicznych licznych pierwiastków i sub­stancji w ilościach większych od potrzeb i większych od możliwości ich bezpośredniego wchłonięcia lub dostatecznie szybkiego wydalenia. Szczególnie groźny dla organizmów jest dwutlenek siarki, nawet gdy nie uległ jeszcze przekształceniu w kwas siarkowy. Po dostaniu się do wnętrza organizmu hydrolizuje on na kwas siarkowy, niekorzystnie oddziałując na tkanki. Długotrwale oddziaływanie na rośliny objawia się stopniowym ob­umieraniem aparatu asymilacyjnego, a w dalszym etapie — obumieraniem całych roślin (np. drzew). Podobnie NO₂ może być pobierany przez rośliny wraz z powietrzem, a następnie ulegać przemianom aż do toksycznych azotanów i azotynów.

Na takich samych zasadach oddziałuje na rośliny fluorowodór, z tym że jest on o wiele bardziej toksyczny od wyżej wymienionych związków. W obec­ności wody natychmiast reaguje z większością metali i niemetali, przyczyniając się do szybkiej korozji konstrukcji metalowych i budowli. Podobne jest działanie SO₂.

Konsekwencją niekorzystnego działania różnych zanieczyszczeń powietrza na biosferę jest postępująca degradacja biocenoz oraz ich siedlisk — biotopów, co niekorzystnie wpływa na następne pokolenia składników biocenoz.

Wpływ zanieczyszczeń powietrza na stan zdrowia społeczeństw jest uzależ­niony od rodzaju zanieczyszczeń, ich toksyczności oraz długotrwałości od­działywania. W skrajnych warunkach może prowadzić do szybkich zgonów ludzi narażonych na bardzo wysokie stężenia określonych zanieczyszczeń, np. w sytuacjach smogu lub awarii w zakładach chemicznych.

Stałe zamieszkiwanie na obszarach o zdegradowanej aerosferze przy­czynia się głównie do osłabienia naturalnych zdolności adaptacyjno-odpornościowych, zwiększając podatność na zachorowania. Na obszarach, gdzie wszystkie elementy środowiska są silnie skażone (np. Górnośląski Okręg Przemysłowy), dłuższe przebywanie może powodować poważne zmiany w sta­nie zdrowia.

 

Stan zanieczyszczenia powietrza w Polsce

Polska należy do krajów, w których procesy degradowania aerosfery są nasilone w stopniu wysokim. W Europie sytuację porównywalną mają jedynie Czechy i była NRD. Na taki stan aerosfery w Polsce składa się wiele przyczyn, w tym duża emisja krajowa, duży transgraniczny wpływ zanieczyszczeń, błędy lokalizacyjne emitorów, oparcie energetyki na węglu, zła struktura gospodarki narodowej, wysoka jej energochłonność i materiałochłonność, a także zła realizacja polityki ekologicznej, czego przejawem są opóźnienia w inwestycjach ochronno-naprawczych.

Zarówno wielkość emisji, jak i poziom emisji ulegały w ostatnich latach wyraźnemu obniżeniu. Jest to sumaryczny efekt recesji gospodarczych, po­stępującej restrukturyzacji przemysłu, sukcesywnie realizowanych działań ochronnych oraz zmniejszania się depozycji zagranicznych na skutek zmniej­szenia się emisji zanieczyszczeń w innych krajach.

Szacunkowa ocena oparta na bilansie paliw i wskaźników emisji techno­logicznych wskazuje, że w Polsce w roku 1992 całkowita emisja głównych zanieczyszczeń (poza CO₂) wynosiła ok. 5,5 mln ton, z czego 51% to SO₂, ok. 28% - pyły, zaś ok. 21% - NO₂.

Główne źródło emisji zanieczyszczeń to energetyka zawodowa i przemy­słowa, która odpowiada za: 65% emisji krajowej SO₂, ponad 50% pyłów i ponad 40% NO₂. Kotłownie lokalne i paleniska domowe odpowiedzialne są za ponad 30% krajowej emisji pyłów, za 25% emisji SO₂ i za 10% emisji NO₂. Pojazdy mechaniczne systematycznie zwiększają swój udział w krajowej emisji NO₂ (obecnie już ponad 30%).

W strukturze wyemitowanych pyłów aż 84% stanowią popioły lotne, ok. 3% pyły cementowe i ok. 5% pyły metalurgiczne. Stopień redukcji wy­twarzanych w Polsce zanieczyszczeń pyłowych — od lat wysoki — obecnie przekracza 95%, zaś zanieczyszczeń gazowych jest niski (mimo sukcesywnego wzrostu) — ok. 21%. Najniższe wskaźniki redukcji gazów (rzędu poniżej 1%!) mają dziedziny gospodarki odpowiedzialne za ich największą emisję (ener­getyka zawodowa, ciepłownictwo, metalurgia żelaza).

W związku ze spalaniem paliw Polska jest źródłem dużej ilości gazów cieplarnianych. Emisja CO₂ wynosi w Polsce aż ok. 393 mln ton rocznie, a metanu ok. 14 tyś. ton rocznie. W bilansie, emisji zanieczyszczeń gazowych znaczącą pozycję (2,2 mln ton rocznie) zajmuje tlenek węgla, którego źródłem w ok. 70% są silniki spalinowe, a reszta pochodzi z zakładów przemysłowych, w tym głównie związanych z przemysłem metalurgii żelaza i stali.

Charakterystyczną cechą zanieczyszczeń aerosfery w Polsce jest duża koncentracja źródeł i wielkości emisji. Wynika to z nierównomiernego roz­mieszczenia zakładów szczególnie uciążliwych dla czystości powietrza, a także z ogromnego udziału elektroenergetyki w krajowym bilansie emisji, najwyższym w aglomeracjach miejsko-przemysłowych (elektrownie, ciepłownie, zakłady przemysłowe). Istotną rolę w degradacji aerosfery odgrywają również, zanieczyszczenia emitowane w krajach sąsiednich. Ze względu na panujące w Europie Środkowej warunki klimatyczne najczęściej docierają do Polski zanieczyszczenia wyemitowane na terenie Niemiec i Czech. Równocześnie wraz z ruchem mas powietrza zanieczyszczenia wyemitowane w Polsce przenoszone są na tereny Ukrainy, Białorusi, Litwy i Rosji. Ogólny bilans tej wymiany jest zrównoważony, ale w Polsce południowo-zachodniej dochodzi do nakładania się dużej emisji lokalnej z dużym napływem zanieczyszczeń.

Stan zanieczyszczenia powietrza w Polsce jest wypadkową procesów emisji oraz rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń wyemitowanych u nas i w krajach sąsiednich. Ocenę sytuacji należy przy tym odnosić do obowiązującego rozpo­rządzenia Ministerstwa Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśni­ctwa z 12.02.1990 r. Określa ono dopuszczalne stężenia dla 44 substancji ze zróżnicowaniem wartości dla obszarów specjalnie chronionych (parki narodo­we, rezerwaty, uzdrowiska) i dla obszarów pozostałych, przy czym rozróżnia się stężenia chwilowe (30 min), średnie dobowe i średnie roczne. Ocenę sytua­cji przeprowadza się w odniesieniu do każdej substancji oddzielnie, cho­ciaż w rzeczywistości powietrze jest zanieczyszczane równocześnie licz­nymi substancjami, których negatywne oddziaływanie może się wzajemnie wzmacniać.

Uogólniając można powiedzieć, że ocena stanu zanieczyszczenia powietrza w Polsce za rok 1996 jest następująca:

a.  normy opadu pyłu były przekraczane na niewielu stanowiskach pomia­rowych w centrum dużych miast;

b.dopuszczalne stężenia pyłu w powietrzu były przekraczane w ponad 30% stanowisk pomiarowych, przy czym najwięcej w województwach: kato­wickim, wałbrzyskim i bydgoskim;

c.  dopuszczalne stężenia SO₂, były przekraczane w prawie 30% stanowisk, najczęściej w województwach: katowickim, wałbrzyskim, krakowskim i jelenio­górskim;

d.najwięcej  przypadków  przekroczeń  wartości  normatywnych, a  także najwyższe wartości emisji notowano na stacjach pomiarowych w aglomera­cjach miejsko-przemysłowych,  zwłaszcza  w  centrum  miast  Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego;

e.  stężenia zanieczyszczeń przemysłowych były najwyższe i wielokrotnie przekraczały   wartości dopuszczalne w obszarach wokół zakładów przemy­słowych, np. metalurgicznych, cementowych, nawozów sztucznych, farmaceu­tycznych, koksowniczych i chemicznych;

f.   w strefach śródmiejskich dużych miast wysokie poziomy stężeń osiągały substancje pochodzące ze spalania paliw, emitowane przez pojazdy samo­chodowe;

g) w obszarach specjalnie chronionych najczęściej były przekraczane stęże­nia normatywne w odniesieniu do SO₂ i pyłów.

Z oceny tej wynika znaczna degradacja atmosfery w dużych aglomeracjach przemysłowych. Ta niekorzystna ocena jest jednak uwarunkowana nie tyle bilansem emisji, ile gorszymi warunkami rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w gęstej zabudowie. Szczególnie niekorzystna sytuacja powstaje w centrum tych dużych miast, w których ogrzewanie mieszkań jest indywidualne (paleni­ska domowe).

Poprawa stanu sanitarno-higienicznego powietrza w Polsce jest możliwa poprzez podjęcie szerokiego frontu działań o charakterze politycznym, organizacyjnym, gospodarczym i prawnym. Do zadań najpilniejszych i naj­efektywniejszych należy zaliczyć:

a.       dalszą restrukturyzację gospodarki;

b.podjęcie działań prowadzących do zmniejszania jej energochłonności i materiało-chłonności;

c.podjęcie  programu   restrukturyzacji  energetyki  w  celu  zmniejszenia mono-polistycznej roli węgla jako paliwa (w tym także podjęcie programu rozwoju energetyki jądrowej);

d.rozwój zdalnych sieci ciepłowniczych (lub zmianę medium grzewczego) w centrach dużych miast;

e.szybką realizację programu ograniczania emisji gazów (zwłaszcza SO₂) z zakładów energetyczno-ciepłowniczych;

f.   poprawę skuteczności urządzeń odpylających w zakładach energetyki zawodowej i przemysłowej;

g.       rozbudowę zakładów wzbogacania i odsiarczania paliw;

h) wprowadzanie zakazu rejestrowania pojazdów bez katalizatorów i stop­niowe wycofywanie benzyn ołowiowych;

i) wprowadzanie w przemyśle nowych technologii o znacznie niższych wskaźnikach emisji zanieczyszczeń;

j) realizację programu znacznego wzrostu lesistości obszaru Polski;

k) doskonalenie mechanizmów prawnych i ekonomicznych wymuszających dbałość o stan środowiska;

Wśród środków prawnych służących ochronie atmosfery do najważniej­szych należą:

-obowiązek stosowania technologii i środków ograniczających emisję;

-ustalanie dopuszczalnych poziomów emisji przez zakłady przemysłowe, urządzenia energetyczne i silniki spalinowe;

-prawne określenie dopuszczalnych poziomów emisji;

-możliwość   ograniczania   działalności   zakładów   w   sytuacjach   wy­jątkowych;

-obowiązek wnoszenia opłat za gospodarcze korzystanie ze środowiska;

-istnienie prawnych środków represyjnych (m.in. kary pieniężne);

-istnienie   instrumentów   finansowych   promujących   przedsięwzięcia ochronno-naprawcze (dotacje, ulgi podatkowe, kredyty preferencyjne);

-możliwości dochodzenia odszkodowań za straty spowodowane przez jednostkę emitującą zanieczyszczenia.

W najbliższej przyszłości konieczne będzie dostosowanie polskiego prawa ekologicznego do standardów i zasad obowiązujących w Unii Europejskiej.

Rola techniki i technologii w ochronie powietrza może być rozpatrywana na różnych poziomach decyzyjnych. Najlepiej gdy jest formułowana już na etapie kształtowania krajowych i regionalnych planów gospodarczych. Możliwe jest wtedy maksymalne wykorzystanie najnowszych osiągnięć nauki i zminimalizo­wanie negatywnych wpływów procesów wytwórczych na środowisko. Na przykład problemy restrukturyzacji gospodarki czy też zmiany struktury paliw dla krajowej energetyki są decyzjami politycznymi, na których kształt powinny mieć również wpływ środowiska inżynierskie i ekologiczne. Podobnie jest z decyzjami lokalizacyjnymi wielkich zakładów przemysłowych.

Jeżeli zakłady uciążliwe dla zachowania czystości powietrza atmosferycz­nego już funkcjonują, to możliwości techniki i technologii sprowadzają się do zmian:

-w asortymencie  produkcji (wyeliminowanie produkcji  najsilniej  de­gradującej środowisko);

-w stosowanych surowcach (np. zmiana paliw na mniej zasiarczone);

-w technologii wytwarzania (np. zmiana technologii produkcji cementu z suchej na mokrą);

-w urządzeniach służących do wytwarzania (np. zmiana kotłów ener­getycznych tradycyjnych na fluidalne), a także hermetyzacji procesów (likwida­cja emisji niezorganizowanej, jej skolektorowanie i utylizacja), racjonalizacji zużycia  surowców  produkcyjnych   i  czynników  energetycznych  (w  całym zakładzie) oraz instalacji urządzeń do redukcji wytworzonych zanieczyszczeń (oraz ewentualne zmiany w konstrukcji emitora).

Metody usuwania zanieczyszczeń pyłowych wykorzystują rozmaite zjawiska fizyczne, m.in. działanie sił ciążenia, bezwładności i odśrodkowej, a także osadcze (opadanie pyłu pod wpływem sił ciężkości), stosowane do oczyszczania zgrubnego przy bardzo dużych ilościach pyłu, np. cementowego, metalurgicznego.

Wybranie metody odpylania jest uzależnione od konkretnych warunków w danym procesie produkcyjnym (np. ilości pyłu i zapylonego gazu, rodzaju pyłu, kosztów eksploatacji, w związku ze zużyciem energii, wody lub części zamiennych), a także - od wymaganej skuteczności jej działania.

W Polsce funkcjonuje ok. 8000 cyklonów i multicyklonów, ok. 3400 filtrów tkaninowych, ok. 2700 odpylaczy mokrych i ok. 750 elektrofiltrów. Wysoką skuteczność odpylania osiąga zaledwie 39% cyklonów, 27% filtrów tkanino­wych, 46% urządzeń mokrych i 41% elektrofiltrów, w pozostałych urządze­niach skuteczność działania jest umiarkowana lub wręcz niska.

Metody usuwania zanieczyszczeń gazowych są bardzo zróżnicowane, a jeżeli nawet wykorzystują tę samą zasadę fizykochemiczną i to samo urządzenie, to mogą różnić się rodzajem substancji czynnej, dostosowanej do konkretnego rodzaju zanieczyszczenia gazowego.

Metody absorpcyjne polegają na przenoszeniu masy z fazy gazowej do ciekłej przez warstwę graniczną. Stosuje się przy tym absorbery powierzch­niowe, rozpryskowe, absorbery mechaniczne, absorbery barbotażowe i kolum­ny wypełnione. Metody te stosuje się do usuwania gazów zarówno dobrze, jak i źle rozpuszczalnych.

Metody adsorpcyjne polegają na koncentracji zanieczyszczeń na po­wierzchni ciała stałego. Najczęściej jako adsorbent stosuje się węgiel aktywny oraz silikażel. Proces przebiega w zbiornikach cylindrycznych ustawionych poziomo lub pionowo. Metody te służą do usuwania różnych zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych.

Metody katalitycznego utleniania i redukcji wykorzystują zjawisko ka­talitycznego przyspieszania reakcji chemicznych. Jako katalizatory stoso­wane są niektóre metale, półprzewodniki oraz niektóre sole. Metody te stosuje się do usuwania tlenków węgla i azotu, formaldehydu i siarki w związkach organicznych.

Metody spalania płomieniem bezpośrednim prowadzą do przekształcenia palnych składników zawartych w odgazach, a stosowane są głównie do usuwania par węglowodorów.

Metoda kondensacyjna polega na oziębieniu substancji zanieczyszczają­cych do temperatury kondensacji. Metoda jest bardzo skuteczna, ale droga, dlatego jest stosowana tylko sporadycznie.

Metoda kompresyjna polega na zmniejszeniu objętości odgazów przez sprężanie, aż do przekroczenia koncentracji nasycenia, co umożliwia kondensa­cję. Wady i zalety tej metody są takie same jak kondensacyjnej.

Z punktu widzenia ochrony atmosfery najistotniejsze jest oczyszczanie spalin z dwutlenku siarki, który stanowi zanieczyszczenie występujące powszechnie i emitowane w największych ilościach. Odsiarczanie spalin realizowane jest kilkudziesięcioma metodami opartymi na procesach absorpcji lub adsorpcji, rzadziej utleniania katalitycznego. Metody te dzieli się na tzw. suche i mokre; niekiedy w różnych fazach procesu stosuje się obie.

Wśród obecnie stosowanych metod odsiarczania spalin, zarówno w kraju, jak i na świecie, największą popularność — zwłaszcza w elektroenergetyce - zdobyła mokra metoda wapniakowa. Jej zalety to wysoka (ponad 90%) skuteczność odsiarczania i wysoka pewność ruchu przy prawie całkowitym wykorzystaniu absorbenta. Ujemną cechą metody jest nagromadzanie się wielkich ilości gipsu jako produktu końcowego.

Obecnie coraz śmielej sięga się do metod hybrydowego łączenia różnych sposobów usuwania zanieczyszczeń, czasami kilku rodzajów zanieczyszczeń w kolejnych fazach procesu.

W ostatnich latach w elektrociepłowni Kawęczyn testowano polską, nowatorską, rewelacyjnie skuteczną metodę jednoczesnego usuwania SO₂ i NO_x w gazach odlotowych przy użyciu wiązki elektronów przyspieszo­nych w polu elektrycznym. Instalacja przemysłowa budowana jest w elektrow­ni Pomorzany przy współudziale Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej. Jeżeli jej skuteczność będzie równie wysoka jak instalacji pilotażo­wej, to metoda ta może zrobić karierę światową, tym bardziej że produktem końcowym są siarczan amonu i azotan amonu, czyli dobre nawozy sztuczne.

Oddzielnym zagadnieniem jest oczyszczanie spalin z silników spalinowych. Od kilku lat w powszechnym użyciu są tzw. platynowo-rodowe katalityczne dopalacze spalin stosowane w silnikach samochodowych napędzanych ben­zyną bezołowiową, a ostatnio także w silnikach z zapłonem samoczynnym. Zmniejszeniu emisji spalin służy także zmniejszanie zużycia paliwa oraz dokładniejsze spalanie mieszanki.