WGGiOŚ

Inżynieria Środowiska

Zanieczyszczenia i metody ochrony powietrza.

TEMAT 1

"Przegląd zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego ze względu na sektory ich powstawania CO₂, CO, SO_2, NO_X, WWA, NH_3, pyły, metale ciężkie, freony, halony, odory."

Barbara Mierniczek

Mikołaj Pamuła

SPIS TREŚCI

1. Zanieczyszczenia powietrza

1.1. Opis powietrza i zanieczyszczeń

1.2. Skutki występowania zanieczyszczeń

1.2.1. Kwaśne deszcze

1.2.2. SMOG

1.2.3.Dziura ozonowa

2. Sektory powstawania zanieczyszczeń

2.1. Przemysł

2.1.1. Przemysł transportowy

2.1.1.1. Transport drogowy

2.1.1.2. Transport lotniczy

2.1.1.3. Transport kolejowy

2.1.1.4. Transport wodny

Obrazek 1. Porównanie emisji dwutlenku węgla.

2.1.2. Przemysł energetyczny

2.1.2.1. Elektrownie węglowe

2.1.2.2. Elektrownie jądrowe

2.1.2.3. Elektrownie wodne

2.1.3. Przemysł budowlany

2.1.3.1. Przemysł cementowy

2.1.3.2. Przemysł wapienniczy

2.1.3.3. Przemysł azbestowy

2.1.4. Hutnictwo

2.1.5. Przemysł chemiczny

2.1.6. Przemysł spożywczy

2.1.7. Przemysł wydobywczy

2.1.8. Hodowle zwierząt

2.2. Zanieczyszczenia naturalne

2.2.1. Wybuchy wulkanów

2.2.2. Inne

3. Krótkie informacje o głównych zanieczyszczeniach

3.1. Dwutlenek węgla

3.2. Metan

3.3. Tlenki azotu

3.4. Dwutlenek siarki

3.5. WWA

3.6. Tlenek węgla

3.7. Amoniak

3.8. Aerozole i pyły

3.9. Halony

3.10. Freony

Tabela 1. Zestawienie zanieczyszczeń i głównych źródeł ich powstawania.

1. Zanieczyszczenia powietrza

1. Opis powietrza i zanieczyszczeń

Powietrze jest to mieszanina gazów i aerozoli składająca się na atmosferę ziemską. Powietrze jest bezbarwne, bez smaku a jego skład chemiczny to: azot N₂ (około78%), tlen O₂ (około 22,9%), argon Ar (około 0,9%).Zanieczyszczenia powietrza natomiast są to substancje znajdujące się w powietrzu, mające negatywny wpływ na środowisko i są głównymi przyczynami globalnych zagrożeń. (Encyklopedia Powszechna PWN, 1985)

2. Skutki występowania zanieczyszczeń powietrza

Zanieczyszczenia powietrza mają poważne skutki. Do głównych i najbardziej odczuwalnych należą:

1. Kwaśne deszcze czyli opady atmosferyczne zawierające w kroplach wody tlenki azotu, dwutlenek siarki oraz ich produkty reakcji w atmosferze np; rozcieńczone roztwory kwasów siarki. Czasami opady kwaśnego deszczu trafiają na obszary bardzo odległe od źródeł zanieczyszczeń, dlatego przeciwdziałanie im stanowi problem międzynarodowy. Działają one niszcząco na florę i faunę , przyspieszają korozję metali oraz niszczenie zabytków a także wiele chorób układu oddechowego.

2. SMOG (ang. "smoke", "fog") - czyli bardzo gęsta zanieczyszczona mgła unosząca się nad wielkimi miastami lub ośrodkami przemysłowymi, niebezpieczna dla człowieka. Wyróżniamy dwa rodzaje smogu: Pierwszy smog typu londyńskiego spowodowany zanieczyszczeniem powietrza w skutek spalania węgla i emisji dwutlenku siarki( SO₂) i pyłów. Drugi smog typu Los Angeles tzw. smog fotochemiczny, występuje w słoneczne dni przy dużym ruchu ulicznym. Tlenki azotu ze spalin samochodowych oraz węglowodory wchodzą w reakcje chemiczne w obecności światła słonecznego i tworzą szkodliwą mieszankę aerozoli i gazów.

3. Dziura ozonowa jest to zjawisko polegające na zmniejszaniu się ilości ozonu w ozonosferze (część stratosfery o podwyższonej ilości ozonu). Jest to zjawisko niebezpieczne, ponieważ ozon jest odpowiedzialny za pochłanianie promieniowania ultrafioletowego docierającego do Ziemi ze Słońca. Promieniowanie to jest szkodliwe dla organizmów żywych. (Wielka Encyklopedia PWN)

2. Sektory powstawania zanieczyszczeń

1. Przemysł- "Dział produkcji materialnej w którym wydobywanie zasobów przyrody oraz ich przetwarzanie w celu dostosowania do potrzeb ludzi prowadzone w dużym wymiarze, na podstawie podziału pracy i powszechnym użyciu maszyn gwarantującym ciągłość procesów wytwórczych i zapewniającym powtarzalność wyrobów." (Encyklopedia Powszechna PWN, 1985)

1. Przemysł transportowy

1. Transport drogowy

Spaliny samochodowe są bardzo szkodliwe jako że zanieczyszczenia znajdujące się w nich rozprzestrzeniają się w dużych stężeniach na niskich wysokościach w bezpośrednim sąsiedztwie ludzi.

Do powietrza emitowane są przede wszystkim:

Dwutlenek węgla, Tlenki azotu, Dwutlenek siarki, Tlenek węgla, Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, Benzen, Pyły, Ołów, Platyna, Ozon, Dioksyny. Według dr. Tadeusza Kopty z Politechniki Krakowskiej, w krajach OECD (Organizacja Współpracy Gospodarczej i Rozwoju, skupiająca wysoko rozwinięte kraje) pojazdy samochodowe są największym źródłem skażenia środowiska. Obciążają one środowisko ponad 15 tysiącami związków chemicznych. (Zielone Mazowsze, Bartosz Suchecki, 2006)

2. Transport lotniczy

Ogromny wkład w zanieczyszczenia powietrza mają również samoloty. Co roku samoloty pasażerskie wyrzucają z dysz ponad 140 ton dwutlenku węgla i 750 kg. tlenków azotu. To wszystko niszczy warstwę ozonową. Zanieczyszczenia, które są ok. 10 km. w górze pozostają w powietrzu 100 razy dłużej niż zanieczyszczenia emitowane przy powierzchni ziemi.

3. Transport kolejowy

Kolej jest jednym z najbardziej przyjaznych środków transportu pod kątem emisji zanieczyszczeń do powietrza. Porównanie na Obrazku 1.

4. Transport wodny

Wytwarza 1000 mln ton dwutlenku węgla rocznie. Transport morski produkuje aż 4,5% zanieczyszczeń przyczyniających się do efektu cieplarnianego. (LaboratoryNews , 2011r.)

2. Przemysł energetyczny

1. Elektrownie węglowe

Produkcja energii oparta na użyciu paliw węglowych jest winna znacznej części światowych emisji dwutlenku węgla (CO2). Kolejnym czynnikiem związanym ze spalaniem węgla są emisje cząstek stałych, które mają bardzo poważny wpływ na zdrowie ludzi. Cząstki stałe pochodzące z elektrowni spalających węgiel mogą być szkodliwe i mieć negatywny wpływ na zdrowie. Istnieją różne rodzaje cząstek stałych, w zależności od składu chemicznego i rozmiarów. Dominującą formą cząstek stałych pochodzących ze spalania węgla jest pył węglowy, kolejnymi są siarczany, i azotany.

2. Elektrownie jądrowe

Energetyka jądrowa nie powoduje emisji zanieczyszczeń powietrza związanych ze spalaniem węgla, m.in. SO₂, NOx, pyłów i metali ciężkich. To dlatego energia otrzymywana z elektrowni jądrowych określana jest jako „czysta energia”.

3. Elektrownie wodne

Do lat 80. ubiegłego wieku panował powszechny pogląd, że elektrownie wodne są źródłem "czystej energii". Uważano, że podczas wytwarzania energii przez elektrownię wodną do atmosfery nie dostają się żadne zanieczyszczenia, a poziom emitowanego hałasu (ze względu na małą prędkość obrotową turbin) jest niski. Ostatnie badania pokazują jednak, że zbiorniki zaporowe mogą być źródłem emisji metanu. (Materiały szkoleniowe dla uczniów, Gajowniczek Z.)

3. Przemysł budowlany

1. Przemysł cementowy

Cement to podstawowy materiał w konstrukcjach budowlanych oraz w inżynierii lądowej. Po wydobyciu, przemiale i homogenizacji surowców pierwszą operacją w procesie produkcji

cementu jest kalcynacja węglanu wapnia. Potem następuje spiekanie w wysokich temperaturach otrzymanego tlenku wapnia z krzemionką, tlenkiem glinu i tlenkiem żelaza w celu otrzymania klinkieru. Następnie klinkier przemiela się z gipsem i innymi składnikami w celu wytworzenia cementu. Przemysł cementowy jest branżą energochłonną. Koszty energii stanowią 30-40% kosztów produkcji. Wypalanie klinkieru ma największe znaczenie dla kwestii ochrony środowiska powiązanych z produkcją cementu; tj. zużycia energii i emisji do atmosfery. Głównymi substancjami emitowanymi do środowiska są tlenki azotu (NOx), dwutlenek siarki (SO2) i pyły. Wiele cementowni podjęło w związku z tym podstawowe działania technologiczne, takie jak: optymalizacja sterowania procesem, zastosowanie nowoczesnych, grawimetrycznych metod dozowania paliw stałych, zoptymalizowane połączenia z chłodnikami oraz zastosowanie systemów zarządzania energią. Działania te podejmuje się zazwyczaj w celu poprawienia jakości klinkieru i obniżenia kosztów produkcji, ale przyczyniają się one także do zmniejszenia zużycia energii i emisji do atmosfery.

2. Przemysł wapienniczy

Wapno jest składnikiem wielu produktów. Stosuje się je np. jako topnik w procesie oczyszczania stali, jako spoiwo w budownictwie, a także jako materiał do wytrącania zanieczyszczeń w procesach uzdatniania wody. Proces wytwarzania wapna polega na wypalaniu węglanu wapnia i/lub węglanu magnezu w celu uwolnienia dwutlenku węgla i uzyskania odpowiedniego tlenku (CaCO3 → CaO + CO2). Przemysł wapienniczy jest branżą bardzo energochłonną, a koszty energii stanowią do 50% całkowitych kosztów produkcji. Piece opala się paliwami stałymi, ciekłymi lub gazowymi. W ciągu ostatnich kilku lat znacznie wzrosło zastosowanie gazu ziemnego. W 1995 r. najczęściej stosowanymi paliwami były: gaz ziemny (48%), węgiel, w tym węgiel kamienny, koks, węgiel brunatny i koks ponaftowy (36%), dalej olej (15%). Proces wypalania wapna jest głównym źródłem emisji i zasadniczym konsumentem energii. Wtórny proces gaszenia i mielenia wapna może mieć także istotne znaczenie. Głównymi substancjami emitowanymi do środowiska są pyły, tlenki azotu (NOx), dwutlenek siarki (SO2) i tlenek węgla (CO). Wielkość emisji NOx zależy głównie od jakości produkowanego wapna i konstrukcji pieca. Palniki o niskiej emisji NOx zainstalowano w niewielu piecach obrotowych. Innych technologii ograniczania emisji NOx w przemyśle wapienniczym nie zastosowano.

3. Przemysł azbestowy

Azbest jest nazwą handlową włoknistych minerałow, ktore pod względem chemicznym są uwodnionymi krzemianami metali, zawierającymi w swoim składzie magnez, sod, wapń lub żelazo. Powszechne stosowanie wyrobow azbestowych, z ktorych włokna azbestu w mniejszym lub większym stopniu mogą się uwalniać do środowiska komunalnego, spowodowało wzrost zainteresowania społecznego zdrowotnymi skutkami środowiskowej ekspozycji na azbest. Ze względu na swoje właściwości i praktycznie niezniszczalność azbest wprowadzony do środowiska otaczającego człowieka utrzymuje się w nim przez czas nieokreślony. Włokna azbestu przedostają się do powietrza atmosferycznego w wyniku degradacji materiałow zawierających surowiec, wietrzenia formacji geologicznych, jak i działalności człowieka. Źrodłami naturalnymi włokien azbestu są zanieczyszczenia skorupy ziemskiej, wod przepływających przez złoża zawierające azbest, a także zanieczyszczenia eksploatowanych złoż węgla kamiennego, rud miedzi, kamieni budowlanych, talku i innych.

4. Hutnictwo

Kolejną branżą gospodarki, wpływającą na jakość powietrza, jest hutnictwo. Podstawowym zanieczyszczeniem wytwarzanym w tym przemyśle są tlenki siarki. Jednak w technologiach hutniczych stosowane surowce i warunki termiczne procesów powodują, że oprócz tlenków siarki do powietrza emitowane są inne związki, takie jak: H₂S, CS₂, COS, które są bardziej toksyczne dla środowiska. Zanieczyszczenia gazowe są groźne ponieważ bardzo trudno je opanować oraz są trwałe. Zawarte w powietrzu atmosferycznym tlenki siarki są substratami dla reakcji chemicznych, tworząc siarczany i kwas siarkowy, są więc prekursorami kwaśnego deszczu. (M.Mazur, 1995)

5. Przemysł chemiczny

  Przemysł chemiczny jest największym „dostawcą” zanieczyszczeń zatruwających atmosferę, jako producent azotowych i fosforowych nawozów, płynnych paliw, olejów, smarów i włókien sztucznych. Do podstawowych zanieczyszczeń ulatujących do atmosfery należą, produkowane przy wytwarzaniu jednego z najpopularniejszych nawozów azotowych, saletry amonowej, pyły samej saletry, a także mocznik, amoniak i tlenek azotu. Innym procesem będącym źródłem ogromnej ilości zanieczyszczeń, szczególnie związków siarki, jest wytwarzanie nawozów fosforowych przy zastosowaniu jako surowca kwasu siarkowego. Innymi toksycznymi związkami są związki fluoru i pyły, stanowiące skutki uboczne produkcji właściwych nawozów sztucznych.

6. Przemysł spożywczy

Na zanieczyszczenia atmosfery wpływa również przemysł spożywczy. Mleczarnie, browary, piekarnie zanieczyszczają powietrze odorami i innymi nieprzyjemnymi zapachami. Emitują one również gazy powstałe w wyniku spalania węgla.

7. Przemysł wydobywczy

Z przemysłem tym związana jest emisja metanu- gazu będącym głównym składnikiem gazu ziemnego. Krakowska Akademia Górniczo-Hutnicza w ramach realizacji Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka w ramach utworzonego konsorcjum z Politechniką Wrocławską i Uniwersytetem Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie opracowały technologię wykorzystania energetycznego metanu emitowanego obecnie z powietrzem wentylacyjnym do atmosfery.

8. Hodowle zwierząt

18% światowej emisji gazów cieplarnianych pochodzi z hodowli i jest to ilość większa nawet od wytwarzanej przez transport. Te dane pochodzą z opublikowanego w 2006 r. raportu Organizacja Narodów Zjednoczonych do Spraw Wyżywienia i Rolnictwa

Hodowle zwierząt takie jak trzoda chlewna lub fermy norek emitują do powietrza również nieprzyjemne zapachy. Odory te są bardzo uciążliwe dla mieszkańców terenów otaczających takie hodowle. (Komisja Europejska, Rynek CO₂ )

2. Zanieczyszczenia naturalne

1. Wybuchy wulkanów

Podczas erupcji popioły, które wydobywają się z krateru tworzą w stratosferze warstwę zasłaniającą przenikanie promieni słonecznych, powodując obniżenie się temperatury na ziemi.
Gazy wulkaniczne, zawierające m.in. dwutlenek węgla, wodór, chlorowodór, fluorowodór, siarkowodór, dwutlenek siarki, metan, amoniak, tlenek węgla, zagrażaja zdrowiu i życiu ludzi. Przyczyniaja sie do znacznego zanieczyszczenia powietrza, a część z nich dostaje sie w różne warstwy atmosfery i rozprzestrzenia na dużych obszarach.

2. Inne

Do naturalnych zanieczyszczeń powietrza należą również powstałe podczas pożarów lasów i stepów, wydzielanie gazów przez tereny bagniste, parowanie słonych wód mórz i oceanów, erozja skał i gleb oraz wytwarzanie pyłków przez rośliny zielone.

3. Krótkie informacje głównych zanieczyszczeniach

1. Dwutlenek węgla: jest najważniejszym gazem cieplarnianym. Wzrost stężenia CO₂ w atmosferze jest w 49% odpowiedzialny za efekt cieplarniany.

2. Metan: powstaje w wyniku beztlenowego rozkładu materii organicznej, jest drugim co do znaczenia gazem po dwutlenku węgla, który może przyczynić się do zmian klimatu.

3. Tlenki azotu (NO, NO₂, N₂O): pełnią bardzo ważną rolę w chemizmie atmosfery. Są bardzo ważnymi gazami cieplarnianymi i razem z tlenkami siarki są głównym składnikiem kwaśnego deszczu.

4. Dwutlenek siarki (SO₂): stanowi najgroźniejsze zanieczyszczenie atmosfery ze względu na powszechną emisję i szkodliwość związku. Wszystkie paliwa, zarówno stałe jak i płynne zawierają siarkę w różnych ilościach

5. WWA (Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne): są to grupy związków, które występują między innymi w dymie papierosowym, spalinach samochodowych, przemyśle koksowniczym i petrochemicznym.

6. Tlenek węgla: powstaje w wyniku procesu niezupełnego spalania węgla. Pojazdy mechaniczne są poważnymi emitentami tego gazu - spaliny zawierają ok. 10% tego gazu.

7. Amoniak: jest to bardzo silnym czynnik zakwaszający środowisko. Powoduje niemal takie samo zakwaszenie powietrza jak cząsteczka SO₂ i 2-krotnie większe niż cząsteczka dwutlenku azotu.

8. Aerozole i pyły atmosferyczne: są to zanieczyszczenia w postaci cząstek stałych i kropelek cieczy. ( Encyklopedia PWN )

9. Halony: związki bromo-, fluoro- i chloropochodnych węglowodorów. Mają wysoki potencjał niszczenia ozonu, wycofane z użycia.

10. Freony: grupa chloro- i fluoropochodnych węglowodorów alifatycznych, ich emisja do środowiska jest jedną z głównych przyczyn zanikania warstwy ozonowej.

Zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego	Główne źródła
Amoniak	koksownie, fabryki nawozów sztucznych, gazowanie
Benzen	koksownie, rafinerie ropy naftowej, transport
benzo(a)piren	koksownie, rafinerie ropy naftowej, transport, piecyki domowe
Chlor	elektrownie, koksownie, przemysł chemiczny, gospodarstwa domowe
Chlorek winylu	przemysł tworzyw sztucznych
czterochlorek ołowiu	Transport
cyjanowodór	koksownie, stalownie, fabryki chemiczne
dwutlenek siarki	procesy spalania, przemysł
Fenol	koksownie, fabryki chemiczne, przemysł materiałów izolacyjnych
formaldehyd	przemysł: chemiczny, maszynowy, materiałów izolacyjnych: transport
Kadm	procesy spalania, metalurgia metali kolorowych
Miedź	huty żelaza i metali kolorowych
Ołów	huty żelaza i metali kolorowych
Pył krzemionkowy	procesy spalania
Sadza	procesy spalania, procesy przemysłowe
siarkowodór	koksownie, stalownie, przemysł chemiczny
tlenek węgla	przemysł metalurgiczny, koksownie, odlewnie, transport, gospodarstwa domowe
tlenki azotu	elektrownie, produkcja kwasu azotowego, produkcja nawozów sztucznych, piecyki domowe, transport
węglowodory aromatyczne	koksownie, wytwarzanie elektrod węglowych, przemysł perfumeryjny, przemysł elektromaszynowy, piecyki domowe, produkcja asfaltu, produkcja niektórych plastików

Zestawienie zanieczyszczeń i głównych źródeł ich powstawania

(Wiąckowski 2000 vide Kapała, Herman, 1987)

Bibliografia

1. Wiąckowski S.K., 2000: "Przyrodnicze podstawy inżynierii środowiska"

2. Mazur M., 1995: "Emisja ..."

3. Szklarczyk M. 2001: "Ochrona atmosfery"

4. Encyklopedia Powszechna PWN, 1985

5. Suchecki B. 2006: Zielone Mazowsze

6. Gajowniczek Z. : "Materiały szkoleniowe dla uczniów"

7. Komisja Europejska, "Rynek CO₂ "

8. Artykuł LaboratoryNews , 2011r

9. "Ochrona Środowiska 2011" Główny Urząd Statystyczny

10. Wielka encyklopedia PWN internetowa

2

Obrazek 1. _{EU Transport in Figures - Statistical Pocketbook 2012}

---