OCHRONA ATMOSFERY

Dr hab. inż. Krzysztof GOSIEWSKI 

                                      Profesor AJD

Wprowadzenie w zagadnienia 

ochrony atmosfery

 

- Homeostaza środowiska 

naturalnego

 

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

RECYKLING

(Recycling)

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

Nie istnieją procesy całkowicie 

odwracalne !!!

• ZASADY TERMODYNAMIKI

• I zasada  -  Zasada zachowania energii: zmiana 

energii wewnętrznej układu równa jest różnicy ciepła 

dostarczonego do układu i pracy wykonanej przez ten 

układ. Jest to zasada najbardziej oczywista !

• II zasada  -   Ciepło nie może samorzutnie 

przejść od ciała zimniejszego do cieplejszego

    Istnieje entropia będąca funkcją stanu układu, stałą w 

odwracalnych procesach adiabatycznych i rosnącą we 

wszystkich innych. Clausius (1854) 

• III zasada: - entropia układu o ustalonych 

parametrach (np. o stałym ciśnieniu lub objętości) i 

temperaturze zmierzającej do zera bezwzględnego 

zmierza również do zera. Dla naszych rozważań zasada 

mniej ważna!

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

Entropia   ??????

-1

[J K ]

dQ

ds

T



Entropia molowa S  
              (odniesiona do mola substancji)   

  

[J K

-1

 

mol

-1

]

0

S

D >

Wykazano, że w praktyce:   

Czyli zawsze wystąpi pewne rozpraszanie energii !!!

0

S

 

Z drugiej zasady termodynamiki wynika:

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

1

ln

k

i

i

i

S

R

y

y

=

D

=-

�

�

Dla mieszanin chemicznych:

gdzie:
 R   -   uniwersalna stała gazowa   [J  mol

-1

  K

-1

]

y

i

   -   ułamek molowy składnika i     [ -]

ujemn
e

dodatni
e

                      Ponieważ:

0  <   y

i

  <  1

Czyli zawsze wystąpi pewne rozpraszanie materii !!!

Wniosek:

W przyrodzie nie ma procesów całkowicie odwracalnych !!

CZYLI, INACZEJ:

ZAWSZE POJAWIĄ SIĘ STRATY ENERGII I ODPADY !!

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

Każdy pierwiastek zabrany 

Ziemi, wodom, czy powietrzu, 

prędzej czy później, po pewnej 

ilości przemian powrócić może 

już tylko jako bezużyteczny 

odpad. 

Potocznie procesami bezodpadowymi nazywamy te, 

w których krążenie pierwiastków w przemianach 

trwa wyjątkowo długo

 i przy każdym cyklu ilość odpadu jest niewielka.

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

Ziemia

Paliwo kopalne

SPALANIE

CO

2

  emitowane

do atmosfery

Przykład: 
Spalanie paliw kopalnych 

Dwutlenek węgla wyprodukowany podczas tego spalania 
będzie się kumulował w atmosferze (praktycznie mamy tu 
do czynienia z zerowym stopniem recyklingu). 

Z H

2

O jest mniejszy problem, gdyż w końcu się wykropli 

i spłynie do zbiorników wodnych (recykling).

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

CO

2

 zużywane w procesach 

fotosyntezy

Ziemia

Biopaliwo

SPALANIE

CO

2

  

emitowane 
do atmosfery

Spalanie bio-
paliw

Z drugiej zasady termodynamiki wynika, 

że aby zmniejszyć przyrost entropii 

(tzn. zmniejszyć ilość odpadów) 

musimy zawsze dostarczyć energii.

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

• proces syntezy prostych związków organicznych 

(węglowodanów) z dwutlenku węgla i wody przebiegający 

dzięki wykorzystaniu energii świetlnej pochłanianej przez 

barwniki asymilacyjne (np. chlorofil).

• Ogólne równanie stechiometryczne procesów 

spalania paliw organicznych:

•     Pełne spalanie większości węglowodorów pochodzących z 

przeróbki ropy naftowej przebiega wg następującej reakcji:

C

n

H

m

   +   (n  +  m/4) O

2

        n CO

2

    +  m/2 H

2

O    

•     Pełne spalanie alkoholi i estrów powstałych na bazie 

alkoholi i kwasów organicznych:

C

n

H

m

O

k

  +  (n  + m/4-k/2) O

2

   n CO

2

 + m/2 H

2

O

•               Fotosynteza jest więc procesem odwrotnym   

do spalania !!!!

Fotosynteza

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

• Wg Encyklopedii Britannica:

lub :

Wg Encyklopedii  Wiem 2004 :

Ogólne równania stechiometryczne 
procesów fotosyntezy:

(

)

2

2

2 

2

energia  swietlna

chlorofil

CO

2 H O

O + H O

+

�������

�

+

2

CH O

(

)

2

2

2

2

energia  swietlna

chlorofil

6 CO

12 H O

6 O

6H O

+

�������

�

+

+

6

12

6

C H O

(

)

2

2

2

energia  swietlna

chlorofil

6 CO

6 H O

6 O

+

�������

�

+

6

12

6

C H O

UWAGA !!!!
W procesach spalania uzyskujemy energię 
(cieplną) zaś w procesach fotosyntezy musimy 
ją dostarczyć !

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

Źródłem energii dla 

procesów fotosyntezy jest 

energia słoneczna, nie ma 

tu więc perpetuum mobile. 

W PROCESACH TYCH  

ZACHODZI JEDNAK ZAWSZE 

PEWNE ROZPROSZENIE 

ENERGII  !!!

 

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

Fotosynteza - schemat 

ogólny

• W przebiegu fotosyntezy wyróżnia się dwie fazy: 
• fazę jasną (energia słoneczna pochłaniana jest 

przez chlorofil - w wyniku fosforylacji 

fotosyntetycznej powstaje ATP (ATP, 

adenozynotrójfosforan), a u roślin wyższych w 

tej fazie następuje redukcja NADP+ 

(Ortofosforan(V) dinukleotydu 

nikotynoamidoadeninowego) i rozpad wody) 

• fazę ciemną (wbudowanie CO

2

 do związków 

organicznych i powstanie glukozy (C

6

H

12

O

6

)- 

proces ten zachodzi z wykorzystaniem energii 

zgromadzonej w ATP) 

• autor: Adam Świergul  (Encyklopedia Wiem 2004)

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

Ogólny schemat recyklingu zachodzącego w obiegu: 

Spalanie węglowodorów – Fotosynteza 

obrazuje poniższy ogólny schemat blokowy obiegu 

związków chemicznych podczas recyklingu:  

spalanie  - fotosynteza

 

FOTOSYNTEZA 

SPALANIE 

Energia słoneczna 

Energia cieplna 

CO

2 

+ 

H

2

O 

paliwo 

 

+ 

O

2

 

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

• ODPADY:

odpady przemysłowe

ODPADY KOMUNALNE

ODPADY NIEBEZPIECZNE 

(np. szpitalne)

• odpady stałe
• odpady ciekłe (tzw. ścieki)
• odpady gazowe 

Klasyfikcja 

odpadów:

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

Emisja i imisja

• Emisja         kilkadziesiąt  ppm do kilku %

• Imisja  [ppb] lub kilka [ppm]

(maksymalnie do kilkunastu  [ppm])

Pomiar imisji 

pozwala tylko

monitorować

zagrożenia

 

Emisja 

kilkadziesiąt  ppm do 

kilku % 

Imisja 

[ppb]  

lub kilka [ppm] 

(maksymalnie do 
kilkunastu  [ppm])  

K

om

in

 

Pomiar emisji

pozwala karać

trucicieli

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

• [

ppm

]   PARTS PER MILLION  

(CZĘŚCI NA MILION)

• [

ppb

]   PARTS PER BILLION  

(CZĘŚCI NA MILIARD)

• JEDNOSTKI [

ppm

] ORAZ [

ppb

] 

DEFINIUJE SIĘ OBJĘTOŚCIOWO 
(np.. [

ppm vol.

] ) LUB WAGOWO 

([

ppm wt

] ).

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

Homeostaza TO:  NATURALNA 

TENDENCJA UKŁADÓW 

BIOLOGICZNYCH (NP. 

EKOSYSTEMÓW) DO 

OPIERANIA SIĘ ZMIANOM 

ŚRODOWISKA 

I TRWANIA W STANIE 

RÓWNOWAGI.

DESZCZ WYMYWAJĄCY PYŁY 

Z POWIETRZA ATMOSFERYCZNEGO 

JEST NP. ELEMENTEM HOMEOSTAZY

.

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

W ATMOSFERZE MECHANIZMY 

HOMEOSTAZY ZAPEWNIA 

OCZYSZCZANIE NA ZASADZIE REAKCJI 

FOTOCHEMICZNYCH.

A   +  hv   



  A*

gdzie:

A  

-

  cząstka niewzbudzona

A*   -

  cząstka wzbudzona

hv

-

absorbowana energia 

promieniowania

• fluorescencja:     A* 



 A +  hv

• dezaktywacja zderzeniowa:

                     A*  +  M



 A+  M*

 

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

•     dysocjacja:

            

A* 



   B  +  C

•     bezpośrednia reakcja:

            

A* +   B  



    C   +   ....

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

Substancje absorbujące i nie 

absorbujące w zakresie 

promieniowania 300-700 [nm]

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

Przykład: Reakcja utleniania SO

2

 

do SO

2

• Globalnie:  

• Szczegółowo:

2

2

3

2SO +O

2SO

hv

 

 

*

2

2

300nm

SO

SO

hv

  

 

 

 

*

2

2

3

SO +SO

SO +SO



   

 

*

2

2

3

SO + O

SO + O



 

 

 

2

3

SO

O

SO





   

 

 

2

3

O

O

O





   

 

 

                                              

2

3

SO

O

SO





 

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

Dopuszczalne stężenia wybranych substancji zanieczyszczających powietrze. 

Dz. U. Nr. 15 z 1990r. z późniejszymi poprawkami.  

Dopuszczalne stężenie zanieczyszczeń μg/m³ 

Obszary 

Obszary specjalnie 

chronione 

Lp.  Nazwa substancji 

30 min  24 h 

Śred. 

Roczne 

30 

min. 

24 h 

Śred. 

Roczne 

1  Arsen 

(w 

pyle 

zaw.) 

– 

0,05 

0,01 

– 

0,05 

0,01 

2  Azbest 

włókien/m³ 

(w pyle zaw.) 

– 

1000,0 

– 

– 

1000,0 

– 

3  Azotu dwutlenek 

500,0  150,0 

50,0 

150,0 

50,0 

30,0 

4  Benzo/a/piren 

[ng/m

3

] 

- 

5,0 

1,0 

- 

5,0 

1,0 

5  Chlor 

100,0 

30,0 

4,3 

30,0 

10,0 

1,6 

6  Chrom (+6) 

– 

2,0 

0,4 

– 

0,5 

0,08 

7  Fluor (suma fluoru i 

fluorków) 

30,0 

10,0 

1,6 

10,0 

3,0 

0,4 

8  Kadm (i jego zw.) 

(w pyle zaw.) 

– 

0,22 

0,01 

– 

0,2 

0,001 

9  Kwas siarkowy 

200,0  100,0 

16,0 

100,0 

50,0 

7,9 

 

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 1

 

Dopuszczalne stężenie zanieczyszczeń μg/m³ 

Obszary 

Obszary specjalnie 

chronione 

Lp.  Nazwa substancji 

30 min  24 h 

Śred. 

Roczne 

30 

min. 

24 h 

Śred. 

Roczne 

 

10  Miedź (w pyle zaw. 

jako zw. Cu) 

20,0 

5,0 

0,6 

6,0 

2,0 

0,3 

11  Ołów (całkowity) 

– 

1,0 

0,2 

– 

0,5 

0,1 

12  Pył zawieszony 

– 

120,0 

50,0 

– 

60,0 

20,0 

13  Rtęć (całkowita) 

– 

0,3 

0,04 

– 

0,1 

0,02 

14  Siarki dwutlenek 

  do roku 1998 

  od roku 1999 

 

600,0 

440,0 

 

200,0 

150,0 

 

32,0 

32,0 

 

250,0 

150,0 

 

75,0 

75,0 

 

11,0 

11,0 

15  Siarkowodór 

30,0 

5,0 

1,0 

4,0 

1,0 

0,5 

16  Tlenek węgla 

5000,0  1000,0  120,0  3000,

0 

500,0 

61,0 

17  Wanad  (w  pyle 

zaw.) 

– 

1,0 

0,25 

– 

0,1 

0,0005 

18  Mangan  (w  pyle 

zaw.) 

– 

4,0 

1,0 

– 

2,0 

0,5 

19  Nikiel  (w  pyle 

zaw.) 

– 

100,0 

25,0 

– 

100,0 

25,0 

20  Węgiel elementarny  150,0 

50,0 

8,0 

50,0 

20,0 

4,0