OCHRONA ATMOSFERY, zapobieganie przekraczaniu w powietrzu atmosf. dopuszczalnych stężeń substancji zanieczyszczających i ograniczanie ilości (lub usuwanie) substancji wprowadzanych do powietrza atmosf. przez zakłady produkcyjne i usługowe, pojazdy mech., hałdy, wysypiska i inne źródła zanieczyszczeń.
Ograniczenie emisji zanieczyszczeń ze źródeł antropogenicznych uzyskuje się w wyniku: 1) wzbogacania paliw, np. odsiarczanie węgli energ., 2) zmiany stosowanych surowców, np. spalania paliw o wyższej jakości w okresie niekorzystnych warunków meteorol., 3) zmiany procesów technol., 4) hermetyzacji procesów technol. i oczyszczania gazów odlotowych, 5) oczyszczania gazów spalinowych, m.in. odpylania i odsiarczania spalin, 6) utylizacji odpadów przem. i komunalnych, 7) wykorzystania niekonwencjonalnych źródeł energii, np. energii słonecznej, energii wiatru.
Do oczyszczania gazów z substancji toksycznych lub uciążliwych dla środowiska (pyłów, związków siarki i azotu oraz węglowodorów, substancji zapachowych) wykorzystuje się różne procesy mech., fiz., chem. lub biochem., najczęściej: filtrację, absorpcję w cieczach, adsorpcję na ciałach stałych, chem. przemiany gazów w inne, mniej uciążliwe substancje.
Ograniczenie emisji pyłów następuje przez zmniejszenie ilości pyłów powstających w procesie technol., zwiększenie wielkości cząstek pyłu, hermetyzację procesów pyłotwórczych i stosowanie wysokosprawnych urządzeń odpylających. Urządzenie odpylające składa się z odpylacza, w którym następuje wydzielenie ziaren pyłu z gazu, oraz urządzeń pomocniczych (przewody ssące i tłoczące, wentylatory lub dmuchawy, silniki, pompy, zbiorniki na pył itp.). Odpylacze wykorzystują siły: ciążenia (komory osadcze), bezwładności (odpylacze inercyjne), odśrodkową (cyklony), elektrostatyczną (elektrofiltry) lub współdziałanie tych sił (odpylacze z warstwą filtracyjną, płuczki). Warstwa filtracyjna może być utworzona z materiałów sypkich lub ceram., tkanin naturalnych lub syntet., włókien szklanych, miner. lub metalowych oraz papieru, kartonu i in. Rozwiązania konstrukcyjne i wielkość urządzeń odpylających mogą być b. różnorodne, a ich dobór zależy od natężenia przepływu, temperatury, wilgotności i ciśnienia gazu, jego zapylenia na wejściu do odpylacza, składu ziarnowego i składu chem. pyłu, jego właściwości fiz. oraz wymaganej skuteczności działania. Odpylacze tzw. mokre oprócz pyłu usuwają z gazów odlotowych część zanieczyszczeń gazowych i toksycznych par, zwł. o dużym współczynniku absorpcji w wodzie, np. tlenków siarki, kwasu siarkowego, chlorowodoru i dwutlenku azotu. Skuteczne oczyszczanie gazów odlotowych ze składników lotnych wymaga stosowania specjalnych procesów oczyszczających.
Odsiarczanie spalin i gazów odlotowych ma na celu ograniczenie emisji do atmosfery tlenków siarki (zwł. dwutlenku siarki) powstających w procesach energ. spalania paliw i procesach technologicznych. Metody odsiarczania wykorzystują procesy absorpcji w roztworach (tzw. odsiarczanie mokre) i adsorpcji (tzw. odsiarczanie suche); jako adsorbenty mogą być stosowane m.in. tlenki wapnia i magnezu, węglany, węgiel aktywowany; jako absorbenty wykorzystuje się zwykle roztwory zasadowe (np. wodorotlenek wapnia, sodu). W celu utlenienia związków siarki stosuje się także metody katalityczne. Aby usunąć z gazów odlotowych związki org., stosuje się następujące metody: adsorpcję, np. na węglu aktywowanym, dopalanie termiczne lub katalityczne, absorpcję w roztworach lub biofiltrację. Wszystkie te metody, jak również utlenianie w wyniku ozonowania lub chlorowania (metodą Kurmeiera) są jednocześnie metodami dezodoryzacji gazów odlotowych, czyli usuwania z nich substancji zapachowych.
Oceny i doboru metody oczyszczania zanieczyszczonych gazów dokonuje się na podstawie kilku kryteriów, jak: niezawodność, wielkość kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych, stopień redukcji zanieczyszczeń. Z punktu widzenia ochrony środowiska ważnym zagadnieniem jest końcowa postać fiz. i chem. zatrzymanego zanieczyszczenia — w najlepszym przypadku może to być surowiec do dalszych procesów technol., np. siarka z instalacji odsiarczających, w najgorszym — ciekły lub stały odpad uciążliwy dla środowiska. Stopień redukcji zanieczyszczeń , tj. sprawność lub skuteczność oczyszczania gazu (procentowy stosunek ilości zanieczyszczeń zatrzymanych w urządzeniach do ilości zanieczyszczeń do nich wprowadzonych w określonym przedziale czasowym) w prawidłowo eksploatowanych urządzeniach oczyszczających wynosi 90-99,5%. Ilość zanieczyszczeń zatrzymanych i zneutralizowanych w urządzeniach oczyszczających w Polsce (1991), wyrażona w tys. t/rok, przedstawia się następująco: pył — 21 666, dwutlenek siarki — 374, tlenek azotu — 14, tlenek węgla — 262, węglowodory — 80, inne zanieczyszczenia gazowe — 57. W przypadku zanieczyszczeń pyłowych stanowi to ok. 96% wytworzonych zanieczyszczeń, a w przypadku zanieczyszczeń gazowych — ok. 18%.
Ochronę powietrza atmosf. na terenach zamieszkanych i specjalnie chronionych można realizować (oprócz stosowania procesów technol. o małej emisji zanieczyszczeń i eksploatacji wysokosprawnych urządzeń oczyszczających) przez właściwą lokalizację zakładów przem. oraz ochronę bierną, np. w formie izolacyjnych pasów zieleni. Ponieważ zanieczyszczenie powietrza może stanowić problem lokalny, regionalny lub międzynar., również w tej skali są podejmowane działania ochronne, np. 13 XI 1979 w Genewie 35 krajów (w tym Polska) podpisało Konwencję o Transgranicznym Zanieczyszczeniu Powietrza, której sygnatariusze powinni ograniczać ilość i zasięg rozprzestrzeniania zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego
ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA, gazy, ciecze i ciała stałe obecne w powietrzu, nie będące jego naturalnymi składnikami, lub też substancje występujące w ilościach wyraźnie zwiększonych w porównaniu z naturalnym składem powietrza; do zanieczyszczeń powietrza należą: 1) gazy i pary związków chem., np. tlenki węgla (CO i CO2), siarki (SO2 i SO3) i azotu (NOx), amoniak (NH3), fluor, węglowodory (łańcuchowe i aromatyczne), a także ich chlorowe pochodne, fenole; 2) cząstki stałe nieorg. i org. (pyły), np. popiół lotny, sadza, pyły z produkcji cementu, pyły metalurg., związki ołowiu, miedzi, chromu, kadmu i in. metali ciężkich; 3) mikroorganizmy — wirusy, bakterie i grzyby, których rodzaj lub ilość odbiega od składu naturalnej mikroflory powietrza; 4) kropelki cieczy, np. kwasów, zasad, rozpuszczalników. Zanieczyszczenia powietrza mogą ujemnie wpływać na zdrowie człowieka, przyrodę ożywioną, klimat, glebę, wodę lub powodować inne szkody w środowisku, np. korozję budowli; lotne zanieczyszczenia powietrza będące substancjami zapachowymi mogą być dodatkowo uciążliwe dla otoczenia.
Wartość emisji zanieczyszczeń to ilość zanieczyszczeń wydalana do atmosfery w jednostce czasu, wyrażana w g/s, kg/h lub t/rok.
Do naturalnych źródeł zanieczyszczenia powietrza należą: wulkany (ok. 450 czynnych), z których wydobywają się m.in. popioły wulk. i gazy (CO2, SO2, H2S — siarkowodór i in.); pożary lasów, sawann i stepów (emisja CO2, CO i pyłu); bagna wydzielające m.in. CH4 (metan), CO2, H2 S, NH3; powierzchnie mórz i oceanów, z których unoszą się duże ilości soli (globalnie 0,7-1,5 mld t/rok); gleby i skały ulegające erozji, burze piaskowe (globalnie do 700 mln t pyłów/rok); tereny zielone, z których pochodzą pyłki roślinne. Źródła antropogeniczne (powstające w wyniku działalności człowieka) można podzielić na 4 grupy: 1) energ. — spalanie paliw, 2) przem. — procesy technol. w zakładach chem., rafineriach, hutach, kopalniach, cementowniach, 3) komunik., gł. transport samochodowy, ale także kol., wodny i lotn., 4) komunalne — gospodarstwa domowe oraz gromadzenie i utylizacja → odpadów i → ścieków (np. wysypiska, oczyszczalnie ścieków). Źródła emisji zanieczyszczeń mogą być punktowe (np. komin), liniowe (np. szlak komunik.) i powierzchniowe (np. otwarty zbiornik z lotną substancją).
Zanieczyszczenia powietrza można podzielić na zanieczyszczenia pierwotne, które występują w powietrzu w takiej postaci, w jakiej zostały uwolnione do atmosfery, i zanieczyszczenia wtórne, będące produktami przemian fiz. i reakcji chem., zachodzących między składnikami atmosfery i jej zanieczyszczeniem (produkty tych reakcji są niekiedy bardziej szkodliwe od zanieczyszczeń pierwotnych) oraz pyłami uniesionymi ponownie do atmosfery po wcześniejszym osadzeniu na powierzchni ziemi. Zanieczyszczenia powietrza ulegają rozprzestrzenianiu, którego intensywność zależy m.in. od warunków meteorol. i terenowych. Następnie zachodzi proces samooczyszczania w wyniku osadzania się zanieczyszczeń (sorpcja) lub ich wymywania przez wody atmosferyczne. Cząstki zanieczyszczeń, których średnica nie przekracza 200 µm, utrzymują się w powietrzu dość długo w postaci aerozoli, po czym cząstki o średnicach mniejszych niż 20 µm są usuwane gł. wskutek wymywania, większe opadają na powierzchnię ziemi pod wpływem siły ciężkości. Wszystkie składniki powietrza w wyniku nieustannego ruchu ulegają ciągłemu mieszaniu; przy niekorzystnym ukształtowaniu terenu i bezwietrznej pogodzie, na niewielkiej przestrzeni (miasta, okręgi przem.) gromadzi się duża ilość zanieczyszczeń — wzrost ich stężenia powoduje niekiedy powstanie gęstej mgły zw. → smogiem.
Występujące w atmosferze gazy absorbujące promieniowanie podczerwone odbite od powierzchni Ziemi — para wodna, dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu oraz freony, zw. gazami cieplarnianymi lub szklarniowymi, powodują tzw. efekt → cieplarniany. Emisja globalna CO2 wynosi ok. 1011 t/rok; stężenie tego gazu wzrosło od ok. 270 ppm na pocz. XX w. do 360 ppm w latach 80. Gazy tzw. kwaśne (CO2, SOx, NOx, HCl) wywołują zakwaszenie wody w atmosferze (→ kwaśne opady). Związki reagujące z ozonem, tj. freony i tlenki azotu, są przyczyną ubytku ozonu w ozonosferze; tzw. dziura ozonowa wykryta nad Antarktydą 1983 (→ ozonosfera) rozszerza się, zwiększając ilość szkodliwego dla organizmów żywych promieniowania ultrafioletowego docierającego do powierzchni Ziemi.
Skład powietrza w pomieszczeniach zamkniętych zależy gł. od: jakości powietrza atmosf. w rejonie, w którym stoi budynek, rodzaju i ilości zanieczyszczeń emitowanych w procesach zachodzących w pomieszczeniu oraz rodzaju i efektywności systemu wentylacji pomieszczenia. Źródłami zanieczyszczeń są: 1) procesy utleniania: bezpośrednie spalanie paliw (gotowanie posiłków, ogrzewanie wody), palenie tytoniu, procesy oddychania, 2) materiały bud. lub wykończeniowe, 3) procesy technologiczne. Najbardziej szkodliwe związki chem. stosowane w budownictwie to: aldehyd mrówkowy (formaldehyd), fenole, toluen, ksylen i styren, znajdujące się gł. w lepikach, klejach, lakierach i materiałach impregnacyjnych; toksyczny formaldehyd (szczególnie niebezpieczny dla dzieci i młodzieży) jest emitowany z wełny miner. oraz płyt paździerzowych, do produkcji których są stosowane kleje i lakiery zawierające ten składnik.
W warunkach przem., gł. w górnictwie węglowym, przemyśle miner. i ceram., odlewnictwie żelaza, produkcji materiałów bud., przetwórstwie azbestu oraz przy spawaniu i piaskowaniu, poważne zagrożenie stanowią pyły powodujące pylicę płuc. Wśród czynników toksycznych wywołujących zatrucia zaw. dominują: ołów i jego związki, dwusiarczek węgla (CS2), związki fluoru i tlenek węgla.
Oddziaływanie zanieczyszczenia powietrza na środowisko może obejmować krótkotrwałe (epizodyczne) oddziaływanie zanieczyszczeń o dużym stężeniu lub długotrwałe (chroniczne) działanie zanieczyszczeń o małym stężeniu; zwykle obserwuje się wzmożone jednoczesne działanie wielu zanieczyszczeń powietrza (synergizm). Dwutlenek siarki wywołuje u ludzi silne podrażnienie błon śluzowych (kaszel, obrzęk błon śluzowych i skurcze mięśni oskrzelowych); w stężeniu 10-500 µg/m3 powoduje uszkodzenie liści wielu roślin — lucerna, jęczmień, owies, pszenica, szpinak, tytoń, sosna zwyczajna są b. wrażliwe, winorośl, truskawka, mieczyki, róże, sosna czarna są bardziej odporne. Szczególnie zagrożone degradacją są lasy, gdzie jako zanieczyszczenia powietrza występują związki siarki, azotu, chloru, fluoru, cynku, ołowiu, miedzi oraz węglowodory (szkodliwość fluoru dla roślinności jest ok. 100-krotnie większa niż szkodliwość dwutlenku siarki).
Dopuszczalne stężenia zanieczyszczenia powietrza są ustalane odrębnie dla obszarów specjalnie chronionych (tereny uzdrowisk, parków nar., rezerwatów przyrody i parków krajobrazowych) oraz pozostałych obszarów. Dodatkowe przepisy prawne regulują dopuszczalny stopień zanieczyszczenia powietrza na stanowiskach pracy.
Nad ponad 20% pow. Polski, gł. nad terenami dużych ośr. miejskich lub miejsko-przem., występuje nadmierne zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego. Szacuje się, że w Polsce ogólna emisja zanieczyszczeń gazowych 1993 wynosiła co najmniej 10,0 mln t, w tym CO — 4,4 mln t, SO2 — 2,7 mln t (1991 — 3,0 mln t, 1989 — 3,9 mln t), lotnych substancji org. — 1,7 mln t, NOx — 1,1 mln t (1991 — 1,2 mln t, 1989 — 1,5 mln t), CS2 — 20 tys. t, H2S — 9 tys. t, związków fluoru — 4 tys. t, emisję CO 2 szacuje się na ok. 400 mln t. Emisja pyłów 1989-93 zmniejszyła się z 2,4 mln t do 1,5 mln t rocznie. Obserwuje się ogromne zniszczenia lasów, np. w G. Izerskich, okolicach Puław, Rybnika.
OZONOSFERA [gr.], warstwa w → atmosferze ziemskiej na wys. 10-50 km, o podwyższonej koncentracji ozonu (O3); maks. koncentracja ozonu występuje średnio na wys. 23 km. Ozon zawarty w ozonosferze powstaje z tlenu w wyniku reakcji fotochem. zachodzących pod wpływem nadfioletowego promieniowania słonecznego (o długości mniejszej od 240 nm); jednocześnie wskutek pochłaniania przez ozon bardziej długofalowego promieniowania słonecznego zachodzi proces odwrotny — przemiana ozonu w tlen. Bardzo silne pochłanianie przez ozon promieniowania słonecznego powoduje wzrost temperatury, co jest źródłem energii niezbędnej do podtrzymywania cyrkulacji powietrza w górnej stratosferze i mezosferze. Ozonosfera pochłania całkowicie promieniowanie nadfioletowe o długości fali poniżej 295 nm, b. szkodliwe dla organizmów żywych.
Pomiarów całkowitej zawartości ozonu i jego pionowego rozkładu w atmosferze dokonuje się metodami opt. (gł. za pomocą spektrofotometru Dobsona), chem. i in., z powierzchni Ziemi oraz z samolotów, sond, satelitów itp. Pomiary te wykazują systematyczny spadek całkowitej zawartości ozonu w atmosferze w okresie ostatnich kilkunastu lat (od końca lat 70.). Największy spadek, powiększający się z roku na rok, obserwuje się na półkuli pd., w rejonie bieguna pd. (nad Antarktydą) w okresie wczesnowiosennym (przełom września i października); w okresie 1987-92 całkowita zawartość ozonu spadała tam o ponad 50% w stosunku do wartości z 1979 (tzw. dziura ozonowa). Na półkuli pn. największe spadki zawartości ozonu występują w średnich szer. geogr.; 1991-92 średnie miesięczne wartości koncentracji ozonu w tych rejonach różniły się od odpowiednich średnich wieloletnich o ok. 10 do 20% (w Polsce na stacji w Belsku Dużym, I 1992 spadek ten osiągnął 22% w porównaniu ze średnią 29-letnią dla tego miejsca).
Dotychczasowe wyniki badań nie pozwalają na jednoznaczne określenie przyczyn zmniejszania się koncentracji ozonu w atmosferze ziemskiej. Wiele danych przemawia jednak za tym, że gł. przyczyną są substancje przedostające się do atmosfery w wyniku gosp. działalności człowieka, zwł. freony i halony (produkowane na skalę przem. i stosowane jako składniki aerozoli, czynniki chłodnicze i in.), a także tlenki azotu (powstające w wyniku spalania paliw przez silniki samolotów i rakiet oraz podczas wybuchów jądr.); substancje te w pewnych warunkach powodują łańcuchowy proces rozpadu ozonu.
KWAŚNE OPADY, opady, gł. deszczowe, o kwaśnym odczynie (pH do ok. 4-4,5), powstające w wyniku pochłaniania przez kropelki wody gazowych zanieczyszczeń powietrza tworzących z nią kwasy (tzw. bezwodników kwasowych), gł. dwutlenku siarki (SO 2; szacuje się, że w Europie jest on w 60% sprawcą kwaśnych opadów), tlenków azotu (NOx ), siarkowodoru (H2S), dwutlenku węgla (CO2; jego naturalna obecność w powietrzu powoduje zakwaszenie wody deszczowej do pH ok. 5,6), chlorowodoru (HCl); „kwaśne” zanieczyszczenia powietrza pochodzą ze źródeł naturalnych (gł. wybuchy wulkanów, pożary lasów) i antropogenicznych (powstają m.in. w wyniku spalania paliw, procesów technol., transportu); zanieczyszczenia mogą być przenoszone na duże odległości (nawet do 500 km) i w postaci kwaśnych opadów powodują obumieranie lasów, zakwaszanie wód powierzchniowych (ustalono, że przy pH = 5,4 ustaje reprodukcja wszystkich gat. ryb) i gleb (uwalnianie toksycznego glinu; wymywanie substancji odżywczych), niszczenie materiałów konstrukcyjnych.