Komponenty środowiska
POWIETRZE
Powietrze
jest to bezbarwna
i bezwonna mieszanina gazów
stanowiąca atmosferę
ziemską.
Tropopauza – 10-17km
Stratopauza – 50-55km
Mezopauza – 80-90km
Pionowy podział atmosfery z zaznaczeniem
temperatur (źr.www.matura.net.pl)
Składniki stałe:
(skład niezmienny do wysokości 80 km, w stanie suchym czyli 0% pary
wodnej)
- 78,09% azot
- 20,95% tlen
- 1% argon, neon, hel, metan, krypton, wodór i inne
Składniki zmienne:
(róŜne, w zaleŜności od połoŜenia geograficznego lub teŜ sytuacji, np.
erupcji wulkanu)
- para wodna (ok. 0-4%)
- dwutlenek węgla (ok. 0,02-0,04%)
- dwutlenek siarki
- dwutlenek azotu
- ozon
- składniki mineralne: pył, sadza
- składniki organiczne: drobnoustroje, zarodniki roślin
Suche powietrze posiada średnią masę molową 29 g/mol
Wilgotność
Powietrze zawiera róŜną, zaleŜną od warunków otoczenia, ilość pary
wodnej.
Do oceny stopnia wilgotności powietrza stosuje się dwie
wielkości:
-
wilgotność bezwzględną
określającą ilość wody w gramach zawartej
w 1 m
3
powietrza, przy określonym jego ciśnieniu i temperaturze
-
wilgotność względną
określającą stosunek ilości pary wodnej
zawartej w 1 m
3
powietrza, przy określonym ciśnieniu i temperaturze, do
ilości pary wodnej maksymalnie moŜliwej do pochłonięcia w tych warunkach
przy zupełnym nasyceniu powietrza.
Stosunek ten podaje się zwykle w procentach.
Zanieczyszczenie powietrza
następuje wskutek
wprowadzenia substancji stałych, ciekłych lub gazowych
w ilościach, które mogą oddziaływać szkodliwie na zdrowie
człowieka, klimat, przyrodę Ŝywą, glebę, wodę lub powodować
inne szkody w środowisku.
Substancje zanieczyszczające atmosferę, ze względu na swój
charakter i łatwość rozprzestrzeniania się, oddziałują na
wszystkie elementy środowiska: zasoby przyrody, zdrowie
człowieka i wytwory jego działalności.
Źródła zanieczyszczeń powietrza
1.
Naturalne
-
Wybuchy wulkanów
-
PoŜary lasów i łąk
-
Rozkład materii organicznej
-
Emisja z bagien
2.
Antropogeniczne
-
Produkcja energii (elektrownie)
-
Zakłady przemysłowe
-
Transport (głównie samochody)
-
Ogrzewanie mieszkań
-
Wysypiska śmieci
-
Wydobycie węgla
-
Gospodarstwa rolne
Źródła emisji mogą być:
- punktowe
- liniowe
- powierzchniowe
Ze względu na przemiany jakim podlegają w atmosferze
zanieczyszczenia moŜna podzielić na:
- pierwotne
– występują w powietrzu w takiej postaci, w jakiej
zostały uwolnione
- wtórne
– są wynikiem przemian fizycznych i reakcji
chemicznych, zachodzących między składnikami atmosfery
a jej zanieczyszczeniem oraz pyłami uniesionymi ponownie do
atmosfery po wcześniejszym osadzeniu na powierzchni ziemi.
Główne zanieczyszczenia powietrza
- SO
2
- NOx
- Pyły zawieszone
- CO
2
- HF
- Metan
- Cyjanowodór i cyjanki
- Chlorek winylu
- H
2
S
- Toluen
- Styren
- Fenol
- Formaldehyd
- CO
- WWA
- Ozon
- Freony (CFC -
chlorofluorowęglowodory)
- Benzen
Charakterystyka wybranych zanieczyszczeń
powietrza
Głównymi gazowymi zanieczyszczeniami powietrza są:
związki siarki (SO
2
, SO
3
, H
2
S), związki azotu (NO, NO
2
,
N
2
O, NH
3
) tlenki węgla (CO, CO
2
), węglowodory (C
x
H
y
, np.
metan).
Związki siarki
Zanieczyszczenie atmosfery powodują gazowe związki siarki
- SO
2
, SO
3
, H
2
S, kwas siarkowy H
2
SO
4
i siarczany róŜnych
metali.
Dwutlenek siarki (SO
2
)
jest bezbarwnym, silnie toksycznym
gazem o duszącym zapachu. Wolno rozprzestrzenia się w atmosferze ze
względu na duŜy cięŜar właściwy (2,93 kG/m
3
).
Powstaje m. in. w wyniku spalania zanieczyszczonych siarką paliw stałych
i płynnych (np. węgla, ropy naftowej) w silnikach spalinowych, w
elektrociepłowniach.
Największy udział w emisji SO
2
ma przemysł paliwowo-energetyczny.
Opalana węglem elektrownia o mocy 1000 MW emituje do atmosfery
w ciągu roku 140 000 ton siarki, głównie w postaci SO
2
.
Dwutlenek siarki utrzymuje się w powietrzu przez 2-4 dni i w tym czasie
moŜe się przemieścić na bardzo duŜe odległości. W powietrzu SO
2
utlenia
się do SO
3
, a ten z kolei łatwo reaguje z wodą ( z parą wodną zawartą w
powietrzu) tworząc kwas siarkowy - H
2
SO
4
, jeden ze składników
kwaśnych deszczy.
Tlenek węgla
powstaje w wyniku niezupełnego spalania węgla lub
jego związków.
Głównym źródłem tego gazu są:
- spaliny z silników pojazdów mechanicznych, w szczególności
benzynowych (70-80% ogólnej emisji CO)
- przemysł metalurgiczny, elektromaszynowy i materiałów budowlanych;
- elektrociepłownie
- koksownie, gazownie
- paleniska domowe
Tlenek węgla jest gazem silnie toksycznym.
Ze względu na mały cięŜar właściwy (1,25 kG/m
3
) łatwo rozprzestrzenia
się w powietrzu atmosferycznym, łatwo miesza się z powietrzem we
wszystkich proporcjach.
Jest szczególnie niebezpieczny, poniewaŜ jest to gaz bez smaku, zapachu,
barwy.
Dwutlenek węgla
powstaje podczas wszelkich procesów
spalania paliw stałych, ciekłych i gazowych, a takŜe w procesie
oddychania organizmów Ŝywych.
Dwutlenek węgla w atmosferze nie stanowi bezpośredniego
zagroŜenia pod warunkiem, Ŝe nie nastąpi naruszenie
równowagi biologicznej, spowodowane nadmierną jego emisją
do atmosfery.
Dwutlenek węgla - oprócz roli naturalnej izolacji termicznej -
spełnia w przyrodzie równieŜ niezwykle waŜną rolę jako
materiał do budowy substancji organicznej roślin.
Jest on podstawowym źródłem węgla pobieranego przez
rośliny z powietrza w procesie fotosyntezy.
Corocznie stęŜenie CO
2
w atmosferze wzrasta o 1ppm
co prowadzi do globalnego
ocieplenia –
efekt cieplarniany.
Związki azotu
W atmosferze występuje wiele związków azotu:
- tlenek azotu II (NO)
- tlenek azotu IV (NO
2
)
- tlenek azotu I (N
2
O)
- nadtlenek azotu (NO
3
)
- tritlenek diazotu (N
2
O
3
)
- tetratlenek diazotu (N
2
0
4
)
_
- tlenek azotu V (N
2
O
5
)
- amoniak (NH
3
)
oraz kwasy:
- azotowy III (HNO
2
)
- azotowy V (HNO
3
)
Wiele z nich, głównie tlenki azotu, to naturalne składniki
atmosfery, tworzące się w efekcie np. wybuchów wulkanów.
W niewielkich ilościach nie są substancjami toksycznymi,
jednak ich nadmiar powstający podczas procesów
produkcyjnych oraz w silnikach spalinowych powoduje, Ŝe
stają się one niebezpiecznymi zanieczyszczeniami atmosfery.
W szczególności groźne są bezbarwny i bezwonny
tlenek
azotu
oraz brunatny o duszącej woni
dwutlenek azotu.
Mogą się one kolejno utleniać do pięciotlenku azotu, który w
obecności pary wodnej tworzy kwas azotowy - HNO
3
, jeden
ze składników kwaśnych deszczy.
NO
2
pod wpływem światła w reakcji
fotochemicznej po absorpcji
promieniowania krótszego niŜ 430nm
dysocjuje, tworząc bardzo reaktywny
tlen atomowy.
Jest to pierwszy etap tworzenia się
smogu fotochemiczego.
METAN – CH
4
Gaz uwalniany ze źródeł naturalnych –
złoŜa gazu ziemnego, fermentacji materii
organicznej.
Najbardziej istotnymi ze względu na zdolność
zanieczyszczania atmosfery są te, które pochodzą
z układów wydechowych pojazdów mechanicznych,
a takŜe z innych źródeł np. roślin (drzewa sosnowe,
cytrusowe).
W obecności NO, w warunkach inwersji temperatury
(wzrost temperatury wraz z wysokością), która
utrzymuje masy powietrza w bezruchu przez kilka
dni oraz małej wilgotności i przy udziale światła
słonecznego powstaje z tych węglowodorów
niepoŜądany
smog fotochemiczny.
Smog (ang. „Smoke”- dym, „fog”- mgła)
Wielopierścieniowe węglowodory
aromatyczne (WWA)
to związki chemiczne zbudowane z węgla i wodoru,
zawierające w cząsteczce kilka pierścieni aromatycznych.
Węglowodory pojawiają się w powietrzu w wyniku
parowania lub spalania paliw, głównie węgla, ropy
naftowej i ropopochodnych.
Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne powstają
takŜe podczas palenia tytoniu.
Jednym z bardziej niebezpiecznych węglowodorów jest
3,4-benzopiren, będący substancją kancerogenną.
Rozporządzenie Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów
Naturalnych i Leśnictwa z 28 kwietnia 1998 r. w sprawie
dopuszczalnych wartości stęŜeń substancji
zanieczyszczających w powietrzu
(Dz. U. Nr 55, poz. 355)
Ministerstwo określiło pięć list substancji zanieczyszczających, podając
dopuszczalne wartości ich stęŜeń, obszary oraz czas ich obowiązywania:
-
Lista 1- obejmuje prawie 180 substancji i odnosi się do większości
terytorium kraju
-
Lista 2- obejmuje NO2, SO2, HF, O3 i odnosi się do obszarów parków
narodowych
-
Lista 3- obejmuje te same 4 substancje, ale dotyczy obszarów leśnych,
kompleksów promocyjnych
-
Lista 4- dotyczy obszarów ochrony uzdrowiskowej i obejmuje 12
substancji
-
Lista 5- obejmuje obszary, na których znajdują się pomniki historii
wpisane na „Listę dziedzictwa światowego” (dotyczy tylko SO2)
Dopuszczalne wartości stęŜeń substancji
zanieczyszczających w powietrzu
43
300
1000
Węglowodory aromatyczne
(poza wymienionymi
w pozycjach)
1000
2000
3000
Węglowodory alifatyczne do
C12 (poza wymienionymi
w pozycjach i metanem)
5
7
20
Siarkowodór
3,8
20
50
Cynk
0,01
0,22
0,52
Kadm
0,01
0,05
0,2
Arsen
rok
24h
30min
Dopuszczalne wartości stęŜeń substancji
zanieczyszczających w powietrzu
µg/m
3
Badany składnik
Dopuszczalny opad
• Kadm 0,01
g/(m
2
rok)
• Ołów 0,1
g/(m
2
rok)
• Pył ogółem 200
g/(m
2
rok)
-
65
150
O
3
0,05
0,8
6
HF
20
100
200
SO
2
30
60
150
NO
2
rok
24h
30min
Dopuszczalne wartości stęŜeń
w odniesieniu do czasu emisji, na
terenach promocyjnych
kompleksów leśnych
µg/m
3
Badany składnik
-
65
150
O
3
0,02
0,4
3
HF
15
75
150
SO
2
20
50
90
NO
2
rok
24h
30min
Dopuszczalne wartości stęŜeń
w odniesieniu do czasu emisji, na
terenach parków narodowych
µg/m
3
Badany składnik
Dopuszczalne wartości stęŜeń
w odniesieniu do czasu emisji, na
terenach z pomnikami wpisanymi na
„Listę dziedzictwa światowego”
SO
2
35 µg/m
3
Od 2005
30 µg/m
3
Kraj
SO
x
NO
x
CO
2
Pyły
Wielka Brytania
2 028
2 060
539 344
213
Węgry
657
197
58 498
136
Niemcy
1 468
1 803
834 379
316
Francja
989
1 691
344 666
211
Polska
2 368
1 154
348 260
1 282
Korea Południowa
1 500
1 258
424 119
423
Japonia
903
1 409
1 164 518
-
Stany Zjednoczone
18 481
21 394
5 444 794
3 393
Australia
1 842
2 166
316 704
38
Emisje w róŜnych krajach
Emisje dwutlenku węgla według
kontynentów
Emisje wg sektorów gospodarki
Skład powietrza w pomieszczeniach zamkniętych zaleŜy głównie
od:
- jakości powietrza atmosferycznego w rejonie, w którym stoi
budynek
- rodzaju i ilości zanieczyszczeń emitowanych w procesach
zachodzących w pomieszczeniu
- 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 budowlane lub wykończeniowe,
3) procesy technologiczne
Skutki zanieczyszczenia powietrza w skali globalnej
- Dziura ozonowa – spadek zawartości ozonu do 90% (freony)
- Efekt cieplarniany – powodują go gazy absorbujące
promieniowanie podczerwone odbite od powierzchni Ziemi
(para wodna, dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu)
Skutki zanieczyszczenia powietrza w skali lokalnej
- Kwaśne deszcze – opady atmosferyczne, najczęściej
deszcze, o odczynie kwaśnym
- Smog – połączenie dymu i mgły
- Pył i sadza
Smog typu londyńskiego
– spowodowany głównie
zanieczyszczeniem powietrza wskutek spalania
węgla, emisji dwutlenku siarki i pyłów.
Takie zanieczyszczenie w połączeniu z mgłą
powoduje powstawanie kropelek kwasu siarkowego
zawieszonych w powietrzu.
1. Londyn 1952 r. -
3500µg/m
3
(dop. 20µg/m
3
)
2. Rok 2001:
- Barcelona 3µg/m
3
- Monachium 4µg/m
3
- Londyn 7µg/m
3
- Warszawa 13µg/m
3
Zdarza się, Ŝe w niektórych dniach stęŜenie
SO
2
osiąga znacznie wyŜsze wartości.
NajwyŜsze średnie stęŜenia godzinne w 2001
r. wynosiły:
- Warszawa 211µg/m
3
- Londyn 106 µg/m
3
(dane z 1999 r.)
- Barcelona 70 µg/m
3
- Monachium 17 µg/m
3
Smog typu Los Angeles (smog fotochemiczny)
występuje w słoneczne dni, przy duŜym ruchu
ulicznym. Tlenki azotu i węglowodory wchodzą
w reakcje chemiczne w obecności światła
słonecznego i tworzą szkodliwą mieszaninę
aerozoli i gazów.
PYŁ I SADZA
W 1999 r. średnie roczne stęŜenie pyłu zawieszonego
o średnicy ziaren poniŜej 10 µm wynosiło:
- Londyn 21,8 µg/m
3
- Budapeszt 29,5 µg/m
3
- Rzym 43,3 µg/m
3
- Sewilla 44,4 µg/m
3
- Kraków 45,5 µg/m
3
W Krakowie w latach 70-tych i 80-tych średnie
roczne stęŜenie przekraczało 100µg/m
3
, w zimie
nawet 200µg/m
3
StęŜenia dopuszczalne w krajach Unii
Europejskiej
- dwutlenek azotu (NO
2
) - 40 µg/m3
- dwutlenek siarki (SO
2
) - 20 µg/m3
- ołów (Pb) – 0,5 µg/m3
- PM10 - 40 µg/m3 – pył zawieszony o średnicy do 10 µm
- ozon (O
3
) – 120 µg/m3
- tlenek węgla (CO) – 10000 µg/m3
Dla NO
2
, SO
2
, Pb i PM10, stęŜenia dopuszczalne zostały
ustalone jako średnie roczne stęŜenia.
Dla O
3
i CO dopuszczalne wartości są określone jako
średnie stęŜenia 8 - godzinne
Wartości alarmowe
(średnie stęŜenia 1 – godzinne)
w krajach Unii Europejskiej
- dwutlenek azotu (NO
2
) - 400 µg/m3
- dwutlenek siarki (SO
2
) - 500 µg/m3
- ozon (O
3
) – 240 µg/m3
Ozon a Ŝycie na Ziemi
RóŜne postacie zmian nowotworowych skóry
Ozon a Ŝycie na Ziemi
Zniekształcone ciała
Ŝ
ab z Minnesoty
Zanieczyszczenie powietrza – problem
międzynarodowy
• Obszar tzw. Czarnego Trójkąta (Polska,
Czechy, Niemcy) – znajdują się tu 3
zagłębia węgla brunatnego i 7 duŜych
elektrowni.
Z tego regionu w 1989 r. pochodziło 30%
siarki (SO
2
) w Europie – kwaśne deszcze
Obecnie głównym celem polityki ekologicznej
państwa w zakresie ochrony atmosfery jest:
1. Przeprowadzenie restrukturyzacji i modernizacji przemysłu;
2. Zlikwidowanie lub udoskonalenie uciąŜliwych technologii
oraz instalacji produkcyjnych o znacznej emisji pyłów i gazów;
3. WyposaŜenie krajowych pojazdów mechanicznych
w katalizatory przy równoczesnym wprowadzeniu na rynek
benzyny bezołowiowej;
4. Wykorzystanie alternatywnych źródeł energii w stosunku do
węgla kamiennego i brunatnego.
5. Zamykanie obiegu surowców i energii, np.
zagospodarowanie odpadowego metanu z pokładów węgla,
czego efektem będzie uzyskiwanie wysokowartościowego, mało
zanieczyszczonego gazu energetycznego;
6. Poprawa jakości paliw energetycznych przez odpirytowanie
najbardziej zasiarczonych gatunków węgla kamiennego;
7. Instalowanie kotłów fluidalnych;
8. Zaopatrzenie wszystkich emiterów energetycznych,
przemysłowych, komunalnych w odpowiedniego rodzaju
urządzenia odpylające;
9. Zweryfikowanie kryteriów oceny zanieczyszczeń
i wprowadzenie surowych kar dla trucicieli