œci¹gaa

Ozon tworzy się w górnych warstwach
atmosfery pod wpływem
promieniowania słonecznego.
Cząsteczki tlenu O2 są tam
rozszczepiane przez promieniowanie
ultrafioletowe na atomy, które po
trzykrotnym zderzeniu z innymi
cząstkami O2 tworzą cząstki ozonu: O2
+ O = O3 + 100 483,2 J. Cząsteczki O3
są z kolei częściowo rozszczepiane
przez światło i znów wskutek zderzania
się powstają cząsteczki O2 i atomy O.
Dzięki równoczesnemu powstawaniu i
rozkładowi cząsteczek ozonu w
atmosferze utrzymuje się stałe stęŜenie
tego gazu.
Atmosfera ziemska zawiera małe ilości
ozonu. Znajduje się on głównie w
stratosferze, gdzie tworzy cienką
warstwę (2,5-3,0 mm) – ozonosferę,
której odległość od powierzchni Ziemi
wynosi od 10 do 50 km. Na obszarach
równikowych warstwa ozonowa jest
najcieńsza (2 mm) i rośnie wraz z
szerokością geograficzną (do 4 mm).
Reakcje chemiczne odpowiedzialne
za powstawanie i rozpad ozonu w
stratosferze -Dwuatomowa cząsteczka
tlenu rozpadnie się po dostarczeniu
odpowiedniej dawki energii (hv).
Swobodne atomy tlenu mogą wtedy
stosunkowo łatwo łączyć się z
cząsteczkami dwuatomowymi.
Powstają trójatomowe cząsteczki
ozonu. Rozpad cząsteczki ozonu moŜe
przebiegać analogicznie, w drugą
stronę. Katalizatorem w tej reakcji,
dostarczycielem energii potrzebnej by
ją przeprowadzić, jest słoneczne
promieniowanie ultrafioletowe
Warstwa ozonowa
Od lat siedemdziesiątych ubiegłego
wieku obserwuje się znaczne zuboŜenie
stratosferycznej warstwy ozonowej
Ziemi, chroniącej przed słonecznym
promieniowaniem nadfioletowym
UVB. Ma ono miejsce zwłaszcza w
duŜych i średnich szerokościach
geograficznych, w okresie wiosny i
zimy, kiedy przewaga reakcji rozpadu
ozonu nad reakcjami prowadzącymi do
jego syntezy jest szczególnie widoczna.
Odtwarzaniu cząstek ozonu sprzyja
bowiem zwiększone natęŜenie
promieniowania słonecznego.
Tworzenie się dziury ozonowej jest
wynikiem działalności przemysłowej
człowieka (freony, halony, metan,
tlenki azotu), a w mniejszym stopniu
czynników naturalnych (np. wybuchy
niektórych wulkanów). Szczególnie
niebezpieczne dla warstwy ozonowej
są freony, których trwałość wynosi 70-
80 lat. Te wytwarzane w sposób
sztuczny gazy stosowane były w
urządzeniach chłodniczych i do
napełniania opakowań aerozolowych.
O ile dotychczas niszczenie warstwy
ozonowej dotyczyło przede wszystkim
niezamieszkałych obszarów bieguna
południowego, o tyle teraz zaczyna ono
zagraŜać gęsto zaludnionej Północy:
północno-wschodniej Ameryce,
Europie Zachodniej, Chinom.

W 1985 r. w Wiedniu podjęto
międzynarodową uchwałę o ochronie
warstwy ozonowej oraz opracowano
Protokół Montrealski w sprawie
substancji zubaŜających warstwę
ozonową, który obowiązuje od 1
stycznia 1989 r.
Zgodnie z Protokołem Montrealskim
kraje, które produkują substancje
niszczące ozon, powinny zredukować
ich produkcję o 50% do końca
ubiegłego stulecia. Na spotkaniu w

Helsinkach (maj 1989) przedstawiciele
krajów uczestniczących w Konwencji
Wiedeńskiej zaproponowali jeszcze
bardziej radykalne rozwiązanie -
całkowity zakaz produkcji freonów do
końca lat dziewięćdziesiątych.
Znaleziono juŜ materiał zastępujący
freony, którym są związki propanu i
butanu, dzięki czemu moŜliwe jest
całkowite wyeliminowanie
zastosowania freonów w produktach
chemii gospodarczej. ChociaŜ dzięki
wypełnieniu zaleceń Protokołu
Montrealskiego tempo dopływu do
stratosfery związków zawierających
chlor i brom (freonów i halonów)
uległo zahamowaniu, to jednak ze
względu na długi czas Ŝycia tych
substancji w powietrzu, ich
koncentracja w stratosferze nadal
wykazuje tendencję wzrastającą.
Zahamowanie, a następnie odwrócenie
niekorzystnego trendu wymaga
niestety, całych dziesięcioleci, a
przywrócenie poŜądanego stanu
wydaje się nie być moŜliwe wcześniej
niŜ w drugiej połowie obecnego
stulecia. Tymczasem, według raportu
ONZ z listopada 1991, spadek
zawartości ozonu o 5% w stratosferze
pociąga za sobą wzrost liczby
przypadków nowotworów skóry o
26%, co oznacza 300 tysięcy nowych
zachorowań na całym świecie.
Ustalono takŜe w sposób
jednoznaczny, Ŝe zmniejszenie
warstwy ozonu chroniącej przed
promieniowaniem UVB wywołuje
wiele uszkodzeń wzroku, m.in. zaćmę,
nadwzroczność, a w skrajnych
przypadkach nawet ślepotę.
Spadek ilości ozonu zaburza ponadto
łańcuch pokarmowy i zmniejsza
produkcję rolną (większa ekspozycja
kukurydzy, zboŜa, czy ryŜu na
promieniowanie UV obniŜa zarówno
jakość jak i obfitość plonów).
Zwiększone promieniowanie zagraŜa
równieŜ Ŝyciu w oceanach – moŜe
zniszczyć nie tylko wraŜliwy na nie
fitoplankton, ale ikrę ryb pływających
blisko powierzchni oceanu. Ubytek
ozonu moŜe wreszcie powodować
nasilenie wielu niekorzystnych zmian
klimatycznych, gdyŜ wzrost ilości
nadfioletu docierającego do Ziemi
wzmaga synergiczne działanie efektu
cieplarnianego.
Efekt cieplarniany jest wynikiem
kumulowania się w atmosferze gazów:
dwutlenku węgla (CO2), metanu
(CH4), freonów i halonów (CFC),
podtlenku azotu (N2O) i ozonu
troposferycznego (O3).
Blisko 30% docierającego do Ziemi
promieniowania słonecznego odbija się
od jej powierzchni, chmur i atmosfery,
pozostała część zatrzymana przez
Ziemię jest następnie
wypromieniowana w otaczającą
przestrzeń kosmiczną w postaci
promieniowania podczerwonego.
W trakcie  wymiany Słońce – Ziemia –
przestrzeń kosmiczna, wymienione
wyŜej gazy zachowują się jak „kopuła
szklana” umoŜliwiająca przejście
ś

wiatłu słonecznemu, zatrzymująca

natomiast podczerwień i wywołująca
tzw. efekt cieplarniany, analogiczny do
tego jaki powstaje w szklarni.
Koncentracja gazów powiększa się
nieustannie. Szacuje się, iŜ rocznie
ludzkość emituje do atmosfery około
18 mld ton samego tylko CO2, z czego
10 mld ton jest absorbowane przez
oceany, a 8 mld ton w niej pozostaje.
Gdyby emisja gazów cieplarnianych

rosła nadal w tym samym tempie,
temperatura globu przyrastałaby o
0,30C w ciągu dziesięciu lat.
Rezultatem byłby jej wzrost o 30C
przed końcem XXI wieku, a tym
samym pojawiłaby się wyraźna
perspektywa radykalnych zmian
klimatycznych. Oznacza to, Ŝe niektóre
regiony mogą stracić znaczne ilości
opadów, a inne mogą je zyskać.
Konsekwencją tych zjawisk byłyby teŜ
zmiany w strukturze produkcji rolnej
na świecie, zmiany warunków Ŝycia,
przemieszczanie się całych populacji
oraz wzrost napięć międzynarodowych.
Tendencja do ocieplania całej planety
(w czasie ostatnich 100 lat
ś

rednioroczna temperatura Ziemi

wzrosła o 0,3-0,70C) spowodowała do
tej pory podniesienie się średniego
poziomu mórz o prawie 10 cm.
Gdyby ta tendencja utrzymała się i
poziom wód wzrósł o 1 m, z
powierzchni lądu zniknęłaby jedna
czwarta Bangladeszu, pod wodą
znalazłyby się Malediwy, częściowo
zatopione zostałyby Camargue,
Wenecja, Aleksandria, Nowy Jork,
Holandia i Floryda. Zalane zostałyby
delty Gangesu, Nilu i wielu rzek płd.
Chin.
PowyŜsze hipotezy są elementem
scenariusza „katastroficznego”, ze
względu na to, Ŝe w symulacjach
komputerowych uwzględniono sytuacje
skrajne. MoŜna na szczęście
przypuszczać, Ŝe w wyniku działań
zmierzających do ograniczenia efektu
cieplarnianego i na skutek znacznej
bezwładności oceanów – zaistnieje
sytuacja pośrednia.
Tlen
U zarania rozwoju naszej planety tlen
dostawał się do atmosfery ziemskiej
wyłącznie dzięki procesom
endogenicznym, czyli w wyniku
degradacji magmy bazaltowej. W
późniejszym etapie rozwoju Ziemi w
atmosferze zaczął pojawiać się tlen
fotosyntetyczny, związany z rozwojem
roślinności.

Podstawowym źródłem tlenu
niezbędnego dla zapewnienia Ŝycia i
działalności człowieka jest troposfera.
Zawartość tlenu w suchym powietrzu
wynosi 20,9% obj., czyli 23% wag.
Oprócz powietrza atmosferycznego
równieŜ woda zawiera tlen w ilości
88,81%. W oceanie światowym jest
około 85,8% tlenu, a w dostępnej dla
człowieka części stałej skorupy
ziemskiej 47,3% wag. Ogólną ilość
tlenu w skorupie ziemskiej, morzach i
oceanach oraz w powietrzu ocenia się
w przybliŜeniu na 50% wag.
W ostatnich latach obserwuje się
katastrofalne zakłócenie bilansu
tlenowego, spowodowane
wzrastającym uprzemysłowieniem i
znacznym zmniejszeniem zielonych
obszarów Ziemi, a co za tym idzie – jej
pustynnieniem, a takŜe duŜym
zanieczyszczeniem oceanu
ś

wiatowego. W kaŜdej sekundzie

wyrąbywany jest na Ziemi obszar lasu
równy w przybliŜeniu powierzchni
boiska do piłki noŜnej. Jeśli takie
tempo niszczenia lasu utrzyma się, to
za 40-50 lat w Ameryce Południowej i
w Afryce praktycznie nie będzie juŜ
lasów. Według specjalistów badających
przez 2 lata stan masywów leśnych
Europy, np. drzewa liściaste w Grecji
masowo chorują na skutek
zanieczyszczenia atmosfery. Średnio co
siódme drzewo ma uszkodzoną koronę,

zmienione zabarwienie liści. Giną
takŜe drzewa iglaste. Podobne
symptomy obserwuje się w lasach w
Polsce, byłym RFN, Anglii, Francji, we
Włoszech i innych państwach Unii
Europejskiej.
NaleŜy zauwaŜyć, Ŝe samochód do
pokonania 1000 km zuŜywa roczną
normę tlenu potrzebnego człowiekowi.
Oprócz tego benzynowy silnik emituje
w tym czasie do atmosfery średnio
około 40 g substancji trujących, tj.
pięciokrotnie więcej niŜ emitują
elektrownie  cieplne przy produkcji
takiej samej ilości energii. Paliwo do
silnika diesla jest jeszcze bardziej
toksyczne. Zanieczyszcza ono
dodatkowo atmosferę benzopirenem,
który ma bardzo silne działanie
rakotwórcze.
Współczesny pasaŜerski samolot
odrzutowy w ciągu 8 godzin lotu
zuŜywa 50-75 t tlenu atmosferycznego.
Do jego wytworzenia w tym samym
czasie potrzeba 25-50 ha zalesionej
powierzchni.
Budowa samochodów i samolotów to
obecnie najbardziej prestiŜowe gałęzie
przemysłu na świecie. Ich intensywny
rozwój stawia przed nauką potrzebę
opracowania alternatywnych rodzajów
paliwa. W najbliŜszej przyszłości będą
to z pewnością benzyna oraz gaz
ziemny – spręŜony i skroplony.
Dwutlenek węgla
Dwutlenek węgla (bezwodnik kwasu
węglowego – CO2) powstaje i dostaje
się do atmosfery z róŜnych źródeł
naturalnych i technogenicznych. Jego
zawartość w atmosferze jest niewielka
– zmienia się w granicach 0,02-0,04%
dla róŜnych warunków
atmosferycznych.
StęŜenie CO2 zaleŜy przede wszystkim
od fotosyntezy roślin i oddychania
zwierząt Ŝyjących na Ziemi,
rozpuszczalności w wodzie morskiej
(wymiany gazowej między atmosferą i
wodami oceanów) oraz zanieczyszczeń
przemysłowych.
Dwutlenek węgla jest pochłaniany
przez rośliny zielone, które za pomocą
chlorofilu tworzą z niego i z wody
niezbędne do Ŝycia węglowodany.
Energia potrzebna do przebiegu tego
procesu czerpana jest ze światła
słonecznego. W organizmie Ŝywym
węglowodany rozkładają się z kolei na
dwutlenek węgla i wodę (proces
odwrotny). W ten sposób, dzięki
oddychaniu roślin zielonych, węgiel w
postaci CO2 odbywa ciągłą cyrkulację
między atmosferą i światem
organicznym.
Dwutlenek węgla jest cięŜszy od
powietrza, koncentruje się więc w
dolnej jego warstwie. Stwarza to
ś

miertelne niebezpieczeństwo dla

człowieka, gdyŜ CO2 nie podtrzymuje
oddychania.
Siarka
Siarka występuje zarówno w stanie
wolnym (jako pierwiastek), jak i w
postaci związków (siarczków i
siarczanów). Poza tym jest stale obecna
we wszystkich organizmach Ŝywych
(siarka organiczna), pełniąc waŜne
funkcje fizjologiczne. W skorupie
ziemskiej siarka występuje w postaci
duŜych złóŜ (Sycylia, Japonia),
siarczków metali: dwusiarczku Ŝelaza
(FeS2) – pirytu, chalkopirytu
(CuFeS2), galeny (PbS), sfalerytu
(ZnS) oraz siarczanów: siarczanu
wapnia (gips i anhydryt), siarczanu
magnezu (sól gorzka i kizeryt),
siarczanu baru (baryt), siarczanu

strontu (celestyn) i siarczanu sodu (sól
glauberska). W miejscach działalności
wulkanicznej wydziela się ona w
postaci siarkowodoru oraz
rozpuszczona jest w wodach
wulkanogenicznych. RównieŜ gazy
wulkaniczne zawierają dwutlenek
siarki. W górnej, dostępnej do badań,
części skorupy ziemskiej znajduje się
około 0,03% wag. siarki. Ocean
ś

wiatowy zawiera około 0,09% wag.

siarki (w postaci siarczanów).
Obecnie do atmosfery trafia corocznie
około 150 mln t siarki. Głównym
ź

ródłem jej emisji jest energetyka

cieplna. Pod koniec lat
osiemdziesiątych sprawcami wysokich
emisji SO2 były przede wszystkim
państwa Europy Środkowowschodniej:
Bułgaria, była Czechosłowacja i NRD,
Polska, Rumunia, europejska część
dawnego ZSRR. Spośród państw
Europy Zachodniej „zbliŜyły się” do
nich jedynie Wielka Brytania i Włochy.
W Bułgarii, Rumunii, Polsce i byłej
Czechosłowacji wytworzeniu produktu
krajowego brutto o wartości 1 mln
USD towarzyszy emisja czystej siarki
w ilości, odpowiednio: 59,7 t, 57,6 t,
33,2 t, 30,2 t. W krajach gospodarczo
rozwiniętych energochłonność
gospodarki jest zdecydowanie niŜsza.
Dla porównania emisja siarki w relacji
do wytworzonego produktu krajowego
brutto wynosi: w Grecji 7,5 t, Wielkiej
Brytanii 3,7 t, Danii 2 t, Francji 1,1 t,
Austrii 0,9 t, RFN przed
zjednoczeniem 0,1 t.
Omawiając zanieczyszczenia
związkami siarki nie moŜna pominąć
wskaźnika imisji, charakteryzującego
wielkość stęŜenia zanieczyszczenia
powietrza atmosferycznego w
określonym miejscu i czasie,
pochodzącego zarówno z własnych
emitorów, jak i ze źródeł
zewnętrznych. W Austrii i Norwegii
udział imisji pochodzącej ze źródeł
umiejscowionych poza granicami
przekracza 90%.
Kwaśne deszcze
Przy spalaniu paliw organicznych, w
których siarka jest stałym składnikiem,
trafia ona do atmosfery w postaci
dwutlenku siarki. W atmosferze SO2
przechodzi w SO3, który w zetknięciu
z mgłą powoduje powstawanie
kwaśnych deszczów:

SO3 + H2O

→

H2SO4

Obok siarki, aktywne składniki
kwaśnych deszczów stanowią tlenki
azotu. Do niedawna przypuszczano, Ŝe
kwaśne deszcze w 90-92%
spowodowane są obecnością w
atmosferze tlenków siarki, a tylko w 8-
10% - tlenków azotu. Obecnie
wiadomo, Ŝe udział tlenków azotu w
tym procesie jest znacznie większy
(20-57%). Powstałe w wysokich
temperaturach tlenki azotu (NO) pod
wpływem oziębiania przechodzą w
dwutlenki (NO2). W atmosferze
ziemskiej NO2 aktywnie reaguje z parą
wodną (mgłą), tworząc jednocześnie
kwas azotawy (HNO2), jak i azotowy
(HNO3).
Ś

wiadomość skali zniszczeń

spowodowanych kwaśnymi deszczami
pojawiła się juŜ w latach
siedemdziesiątych w Szwecji i innych
państwach skandynawskich, gdzie
zakwaszenie wód w jeziorach
powodowało giniecie fauny i flory.
Obecnie zjawisko to w Europie ma
charakter masowy, a jego wyrazem,
obok szkód gospodarczych i szkód w

produkcji rolnej, jest ginięcie lasów na
niespotykaną dotąd skalę.
Za główne kryterium degradacji lasów
przyjmuje się poziom defoliacji drzew,
przy czym wyróŜnia się pięć kategorii
natęŜenia tego zjawiska:
*kategoria 0 – poziom defoliacji: 0-
10%
*kategoria 1 – poziom defoliacji: 11-
25%
*kategoria 2 – poziom defoliacji: 26-
60%
*kategoria 3 – poziom defoliacji: >60%
*kategoria 4 – poziom defoliacji: 100%
(las ginie).
Warto dodać, Ŝe tlenki siarki i azotu
znajdują się w atmosferze przez dwie
do pięciu dób i przemieszczają się z
prądami powietrza na odległość do
1000 km.
Azot
Powietrze atmosferyczne w 4/5
objętości składa się z wolnego azotu.
Oprócz tego w powietrzu znajdują się
niewielkie ilości amoniaku NH3,
powstającego w procesie gnicia
substancji organicznych zawierających
azot, a po burzach – kwas azotowy
(HNO3). Azot, w niewielkich
ilościach, stanowi teŜ nieodłączną
część składową organizmów Ŝywych, a
takŜe występuje w skorupie ziemskiej
w postaci azotanu sodu (NaNO3),
będącego produktem rozkładu
organizmów roślinnych i zwierzęcych.
Zanieczyszczenie atmosfery powodują
tlenki (NOx) i podtlenki (N2O) azotu.
Głównymi źródłami emisji tych
związków do atmosfery są elektrownie
cieplne (przede wszystkim węglowe)
oraz transport samochodowy.
Tlenki azotu, podobnie jak dwutlenek
siarki, charakteryzuje wysoki
współczynnik imisji pochodzącej z
tzw. źródeł obcych, zlokalizowanych
poza granicami państw. Dla Austrii,
Bułgarii, Danii i Norwegii wynosi on
ponad 90%. .

Problemy

transgranicznego transportu
zanieczyszczeń w Europie są
przedmiotem badań prowadzonych w
ramach Międzynarodowego Programu
Współpracy w Dziedzinie Monitoringu
i Ocen Przenoszenia Zanieczyszczeń
Powietrza na Dalekie Odległości
EMEP, utworzonego na podstawie
Konwencji Genewskiej z 1979 roku.
Podtlenek azotu (N2O) dostaje się do
atmosfery ze źródeł naturalnych
(powierzchnia Ziemi i ocean światowy)
oraz technogenicznych, z których
pochodzi około 1/3 ilości N2O
emitowanego do atmosfery (do 20 mln
t rocznie).
W ostatnich latach stwierdzono, Ŝe
N2O znajduje się w odpadach
gazowych ze spalania paliw
organicznych w elektrowniach
cieplnych oraz w transporcie
samochodowym. Jest on obecny takŜe
w odpadach wielu innych branŜ
przemysłu, jak produkcja sztucznego
jedwabiu, azotku sodowego, propylenu,
estru niszczącego warstwę ozonową
Ziemi. Jak wspomniano juŜ wcześniej,
podtlenek azotu sprzyja równieŜ
powstawaniu efektu cieplarnianego.
Rzeczywisty czas jego przebywania w
atmosferze ocenia się na 100 lat.
Smog letni– terminem tym określa się
wysoką koncentrację fotoutleniaczy
(tlenków azotu i lotnych związków
organicznych) w atmosferze. Są one
odpowiedzialne za powstawanie ozonu
troposferycznego w procesach
przemian fotochemicznych,
zachodzących szczególnie intensywnie

w okresie lata pod wpływem światła
słonecznego.
StęŜenie ozonu w czystym powietrzu,
w przyziemnej warstwie atmosfery
wynosi do 120 µg/m3, podczas gdy w
obecności tlenków azotu i
węglowodorów (tzw. prekursorów
ozonu) osiąga znacznie większe
wartości.
Aerozole
Szczególnie niebezpiecznym
zanieczyszczeniem powietrza
atmosferycznego są aerozole,
składające się z cząsteczek stałych lub
płynnych, znajdujących się w stanie
zawieszonym. Są one obecne w
powietrzu zakładów górniczych i
wzbogacających, energetycznych oraz
wielu innych przedsiębiorstw
przemysłowych.
Ogromne niebezpieczeństwo dla Ŝycia
ludzkiego stanowią aerozole
radioaktywne oraz pył węglowy,
wywołujący chorobę płuc – pylicę i pył
zawierający krzemionkę, powodujący
pylicę krzemową. Niemniej
niebezpieczne są teŜ inne rodzaje
pyłów, m.in. pyły berylowy, ołowiowy,
chromowy, a takŜe aerozole
zawierające bakterie chorobotwórcze.
Dlatego walka z zanieczyszczeniami
aerozolowymi powinna być zadaniem
priorytetowym.
Ze względu na sposób powstawania
wyróŜnia się aerozole dyspersyjne i
kondensacyjne.
Aerozole dyspersyjne powstają w
wyniku rozpryskiwania wody i innych
substancji płynnych, a takŜe
rozdrabniania ciał stałych, przy
produkcji proszków, kruszeniu
masywów skalnych (wiercenie
otworów wiertniczych, stosowanie
materiałów wybuchowych, praca
urządzeń rozdrabniających,
kombajnów górniczych, koparek).
Aerozole kondensacyjne powstają w
wyniku skraplania się pary wodnej z
dymu powstałego przy spalaniu paliw
organicznych oraz wskutek
róŜnorodnych procesów np.
metalurgicznych.
W ciągu roku dostaje się do atmosfery,
z powierzchni mórz i oceanów, około
1010 t soli w postaci aerozoli. Oznacza
to, Ŝe przy bezwietrznej i bezchmurnej
pogodzie w litrze powietrza z terenów
pozamiejskich znajduje się
kilkadziesiąt tysięcy cząsteczek o
masie poniŜej 10-4 mg, podczas, gdy w
kopalni węgla, w pobliŜu pracującego
kombajnu, są miliardy cząsteczek o
masie do kilkudziesięciu miligramów.
Pod względem stopnia dyspersji
cząsteczki stałe moŜna podzielić na
dwie grupy:
1. grubodyspersyjne – cząsteczki
opadające na powierzchnię Ziemi pod
wpływem działania sił grawitacyjnych,
2. drobnodyspersyjne – cząsteczki
znajdujące się w atmosferze w stanie
zawieszonym, stanowiące jądra
kondensacji dla wilgoci
atmosferycznej.
Ogromna objętość emitowanych do
atmosfery cząsteczek stałych stanowi
powaŜne zagroŜenie, szczególnie w
przypadku emisji z elektrowni
cieplnych i innych urządzeń
przemysłowych, pracujących na
paliwie organicznym. We współczesnej
węglowej elektrowni cieplnej o mocy
3000 MW, spalającej w ciągu doby 32
tys. t węgla donieckiego, powstaje 11,6
tys. t odpadów stałych, w tym 10 tys. t
popiołów lotnych i 1,6 tys. t ŜuŜla
paliwowego. NaleŜy dodać, Ŝe

efektywność eksploatacyjna
zatrzymywania popiołu nie powinna
być obecnie niŜsza niŜ 99%.
Zanieczyszczenia obejmują praktycznie
całą tablicę pierwiastków
Mendelejewa, przy czym na pewno nie
moŜna nie wspomnieć o związkach
fluoru (HF4, FSi4) i amoniaku (NH3).
Na uwagę zasługuje równieŜ
benzopiren, stanowiący produkt
odpadowy przedsiębiorstw o profilu
chemicznym, transportu oraz małych
cieplnych urządzeń przemysłowych.
Stwierdzono, Ŝe jego zawartość w
gazach, wchodzących w skład dymów
z kotłów elektrowni cieplnych, wynosi
w kg/1000m3 dla: gazu 1-4, mazutu 2-
40, węgla 30-140.
NajwaŜniejsze zadania zmierzające do
ograniczenia szkodliwej emisji z
przedsiębiorstw przemysłowych
polegają obecnie na:
*wdroŜeniu urządzeń, sprzętu,
aparatury o wysokiej efektywności,
zatrzymujących emitowane
zanieczyszczenia i umoŜliwiających
ich późniejszą utylizację,
*opracowaniu wymagań dotyczących
poziomu ekologicznego istniejących i
nowo budowanych przedsiębiorstw
oraz zapewnieniu w trybie prawnym
ich przestrzegania,
*utworzeniu międzypaństwowych
struktur naukowo-inŜynieryjnych
kompetentnych w zakresie
problematyki ochrony powietrza
atmosferycznego.
Tlenek węgla
Tlenek węgla powstaje w procesie
spalania paliwa organicznego przy
niedostatecznej obecności tlenu. Jest
nieco lŜejszy od powietrza, co sprawia,
Ŝ

e koncentruje się w górnych

warstwach atmosfery.
Transport samochodowy stanowi
bardzo często jedno z głównych źródeł
zanieczyszczenia powietrza tlenkami
węgla. Duszący smog wytwarzany
przez samochody, głównie cięŜarówki
o napędzie dieslowskim i autobusy, w
wielu miastach świata osiągnął juŜ
ś

miertelne stęŜenie.

wiatowy park samochodowy cały czas

rośnie. W USA na 1000 osób przypada
juŜ 700 samochodów. Istnieją, co
prawda środki zmniejszające
toksyczność spalin samochodowych,
brakuje jednak odpowiedniej kontroli
stanu transportu samochodowego.
Emisję gazów do atmosfery moŜna
zmniejszyć m.in. dzięki:
*bardziej efektywnemu wykorzystaniu
paliwa, a szczególnie obniŜeniu jego
zuŜycia na 100 km przebiegu,
*stosowaniu benzyny bezołowiowej,
*wykorzystaniu urządzeń
zatrzymujących składniki toksyczne
W ramach programu zastosowania
spirytusu jako paliwa, w Brazylii
wyprodukowano z trzciny cukrowej
około 10 mld litrów etanolu. Paliwo
okazało się bardzo efektywne pod
względem ekologicznym, jednakŜe
przy niskich cenach ropy naftowej,
program ten jest nierentowny. Uczeni
amerykańscy zaproponowali
zastosowanie mieszaniny benzyny ze
spirytusem w charakterze paliwa
samochodowego. Mieszanina ta
okazała się równieŜ bardzo efektywna,
gdyŜ znacznie zmniejsza zawartość
składników toksycznych w spalinach
samochodowych. Poza tym, w
odróŜnieniu od paliwa spirytusowego,
nie wymaga ona przeróbki silnika
samochodowego .
Odpylacze inercyjne

Zasada działania odpylaczy
inercyjnych polega na wykorzystaniu
większej bezwładności cząstek pyłu niŜ
cząstek gazu, w którym ten pył jest
transportowany. Praktyczna realizacja
tego typu odpylaczy polega na
wymuszeniu zmiany kierunku
przepływu zapylonego gazu z
równoczesnym zmniejszeniem jego
prędkości (rozszerzeniem kanału) –
obydwa te czynniki powodują
wytrącanie cząstek pyłu z toru ruchu
gazu i ich opadanie na spód odpylacza.
Typowymi odpylaczami tego typu są
komory osadcze róŜnego kształtu i
wielkości, mogą to być jedynie
załamania przewodu transportującego
gaz lub specjalnie zabudowane
komory. Zaletą tego typu urządzeń jest
prosta konstrukcja, jednak ich
skuteczność jest niewielka i ogranicza
się jedynie do cząstek o duŜych
rozmiarach, które nie zdołają zmienić
kierunku prędkości wraz z gazem.
Odpylacze inercyjne stosuje się do
odpylania gazu, np.: w metalurgii
Ŝ

elaza, metali kolorowych,

cementowniach, zakładach przeróbki
surowców mineralnych.
Odpylacze cyklonowe
Podobnie jak w odpylaczach
inercyjnych, w odpylaczach
cyklonowych wykorzystywana jest
bezwładność cząstek pyłu z tym, Ŝe jest
to siła odśrodkowa spowodowana
wirowym ruchem gazu w cylindrycznej
komorze urządzenia. Zapylony gaz
dopływa stycznie do cylindrycznej
części cyklonu, przez co wymuszany
jest jego ruch wirowy. Cząstki stałe
odrzucane są siłą odśrodkową w
kierunku ścianki i zsuwają się w dół do
zbiornika pyłu. Dolna część komory
zwęŜa się stoŜkowo dzięki czemu
szybkość wiru rośnie i następuje dalsza
separacja pyłu. Z dolnej części gaz
zawraca do kanału wylotowego
umieszczonego centralnie w górnej
części cyklonu. Zaletami odpylaczy
cyklonowych jest prosta konstrukcja
oraz mały opór stawiany
przepływającym gazom (mały spadek
ciśnienia), co obniŜa koszt energii
elektrycznej uŜywanej do napędu
wentylatora tłoczącego gaz.
Do wad odpylaczy cyklonowych
naleŜy zaliczyć:
*stosunkowo małą skuteczność dla
cząstek o średnicy poniŜej 5 µm, stąd
ś

rednia skuteczność dla pyłu o róŜnych

cząstkach wynosi 65-80%,
*erozję ścianek zbiornika cyklonu
wywołaną tarciem cząstek pyłu,
*zagroŜenie wybuchem cząstek
palnych w przypadku powstania
mieszaniny o stęŜeniu wybuchowym i
iskry z naelektryzowanych części
urządzenia,
*wraŜliwość na wielkość strumienia
gazu (prędkość wpływa na wartość siły
odśrodkowej w kwadracie) – poprawę
elastyczności uzyskuje się przez
budowę baterii kilku cyklonów oraz
baterii multicyklonów o małej
ś

rednicy.

Odpylacze cyklonowe znajdują
zastosowanie przy odpylaniu spalin z
kotłów, przy produkcji sypkich
materiałów budowlanych, w przemyśle
koksowniczym, węglowym, itp.
Elektrofiltry
Zasada działania
Elektrofiltry są najczęściej stosowanym
sposobem usuwania cząstek stałych z
gazów, w tym gazów spalinowych.
Zasada działania opiera się na
przyciąganiu elektrostatycznym

naładowanych elektrycznie cząstek
pyłu. Gaz zapylony dopływa do
komory elektrofiltru, w której cząstki
stałe elektryzują się ujemnie dzięki
strumieniowi wolnych elektronów
wysyłanych przez elektrody ulotowe w
silnym polu elektrycznym. Naładowane
cząstki są przyciągane przez dodatnio
naładowane elektrody zbiorcze i
gromadzą się na nich. Elektrody
zbiorcze są regularnie oczyszczane z
pyłu przez ich wstrząsanie, dzięki
czemu pył opada na dno komory
elektrofiltru.
Elektrody zbiorcze
Jednym z najwaŜniejszych elementów,
decydujących o przebiegu procesu
elektrostatycznego odpylania są
elektrody zbiorcze elektrofiltru.
Znaczenie to wynika z faktu, Ŝe
zbieranie i odprowadzanie
nagromadzonego pyłu przebiega
właśnie na ich powierzchniach.
Uwzględniając technologię pracy dobre
elektrody powinny charakteryzować
się:
*duŜą powierzchnią zbiorczą,
*gładką, mało przyczepną
powierzchnią zewnętrzną,
*osłonięciem powierzchni zbiorczej od
głównego strumienia przepływających
gazów,
*zdolnością odprowadzania pyłu do
zbiorników bez przeszkód
konstrukcyjnych na czynnych
powierzchniach,
*zdolnością do oczyszczania z pomocą
udarów lub drgań mechanicznych,
*odpowiednią spręŜystością i
sztywnością w kierunku prostopadłym i
równoległym do powierzchni zbiorczej,
*prostą budową,
*małym cięŜarem.
W elektrofiltrach pracujących „na
sucho” stosuje się prawie wyłącznie
elektrody wykonane w postaci
elementów o długości 200–400 mm i
wysokości pola elektrycznego 3–10 m,
które zestawia się następnie w rząd
powierzchni zbiorczej. Wykonanie
takich wąskich elektrod podyktowane
jest dwoma względami:
konstrukcyjnym i technologią
oczyszczania. Wykonanie równej
płaszczyzny o powierzchni 15–30 m2
jest niezmiernie trudne, a utrzymanie
tej prostolinijności w czasie pracy jest
wręcz niemoŜliwe. Podział całego
rzędu na kilka lub kilkanaście
elementów umoŜliwia ponadto
stosowanie indywidualnego udaru dla
kaŜdej z elektrod, co ma istotny wpływ
na skuteczność odpylania elektrofiltru.
W zaleŜności od budowy elektrody,
dopuszcza się określoną największą
prędkość gazu w elektrofiltrze:
*dla elektrod mało powierzchniowych
(siatkowe, prętowe): 0,5–0,6 m/s,
*dla gładkich blach bez osłon: 1,0 m/s,
*dla elektrod z osłonami do 1,5 m/s,
*dla elektrod przestrzennych
(skrzynkowych) i specjalnych: 2,0–3,5
m/s.
W przypadku bardzo wysokich
temperatur gazu, rzędu 350-550 0C,
stosuje się elektrody prętowe, gdzie
powierzchnię zbiorczą stanowią
stalowe pręty o średnicy 8 mm,
ustawione w prowadzących
płaskownikach w podziałce co 15 mm.
W większości wypadków elektrody
zbiorcze wykonywane są z blachy
stalowej, przy czym rodzaj stali wynika
z konstrukcji elektrody, składników i
parametrów gazu. Przy nieznacznej
zawartości SO2, takiej jaką spotyka się
w spalinach i pracy w temperaturze

powyŜej punktu rosy, nie ma potrzeby
stosowania innych materiałów.
Podobnie nawet przy gazach
praŜalnych w wysokiej temperaturze
2800C elektrody wykonuje się ze
zwykłej stali. Dopiero jeśli elektrofiltr
stosowany jest dla gazów
agresywnych, zachodzi potrzeba
stosowania innych materiałów, np.
aluminium (dla kotłów sodowych),
ołów (gazy zimne), grafit lub
ferrokrzem w specjalnych
przypadkach.
Elektrody ulotowe
Elektrodą ulotową nazywamy taki
element konstrukcyjny, który
podłączony do źródła prądu stałego
wysokiego napięcia wywołuje wokół
siebie zjawisko ulotu elektrycznego. W
większości przypadków elektrody
ulotowe wykonane są w postaci
drutów, prętów lub innych profili
zaopatrzonych w krawędzie lub ostrza
o małym promieniu krzywizny. W
zasadzie rozróŜnia się elektrody o
ciągłych krawędziach lub
powierzchniach czynnych, albo
elektrody ostrzowe o skupionych i
umiejscowionych punktach zasadniczej
emisji.Najczęściej stosowane są druty
okrągłe o średnicach od 1 do 4 mm, w
zaleŜności od potrzebnej intensywności
spływu prądu.
Dla pyłów łatwo tworzących narosty
stosowane są elektrody z ostrymi
krawędziami lub elektrody ostrzowe
(drut kolczasty, kątowniki, płaskowniki
z naciętymi ostrzami), charakteryzujące
się większym spływem prądu w
porównaniu do okrągłych drutów
większej średnicy. Szczególnie
szerokie rozpowszechnienie, specjalnie
dla spalin kotłowych, znalazły
elektrody prętowe o przekroju
bagnetowym. Elektroda taka odznacza
się znaczną sztywnością i zabezpiecza
spływ prądu takŜe przy pewnym jej
zanieczyszczeniu.
Tam, gdzie duŜo pyłu i chłodne gazy
zaleca się stosować elektrody o duŜym
spływie prądu; przy małej koncentracji
pyłu i wysokich temperaturach uŜywa
się elektrody o ograniczonym spływie
prądu.
Dla wzmoŜenia efektu
samooczyszczania się elektrody
podczas pracy niektóre firmy stosują
spiralnie zwinięte druty o przekroju
okrągłym. Części drutu zbliŜone do
elektrod zbiorczych stanowią jak gdyby
punkty wzmoŜonej emisji.
Samooczyszczanie elektrod opiera się
na zjawisku wibracji drutów
elektrodowych podczas wyładowania
ulotowego. Na tej zasadzie opiera się
takŜe samooczyszczanie układu dwóch
blisko siebie połoŜonych drutów –
druty uderzając o siebie oczyszczają
się. Konstrukcja ta o tyle jest
niebezpieczna, Ŝe przy duŜej
przyczepności i korozji materiału
elektrod, druty mogą się sklejać.
Druty elektrodowe, w zaleŜności od
warunków pracy, wykonywane są z
róŜnych materiałów: od zwykłej stali
St3, przez stale specjalne: 1H18N9T,
H13, chromonikielinę, nikielinę, do
miedzi i ołowiu.
Dla spalin kotłowych uŜywana jest
zwykła stal, albo stal stopowa, która
zapewnia większą trwałość i odporność
na elektroerozję i ścieralność w
miejscach połączeń z ramami.
Dodatkowo stal nierdzewna
przeciwdziała korozji, zabezpiecza
więc większą gładkość powierzchni, a

tym samym lepsze warunki do
oczyszczania.
Ponadto naleŜy stosować:
*materiały Ŝaroodporne – dla gazów
gorących (powyŜej 3500C),
*stal nierdzewną – dla mokrego
odpylania smoły, olejów, gorących
gazów,
*miedź – dla gazów wielkopiecowych,
*bimetal – dla mokrego odpylania
gazów praŜalnych w procesie produkcji
kwasu siarkowego.
UŜywane są dwa zasadnicze sposoby
mocowania drutów elektrodowych.
Pierwszy układ stanowią dwie ramy –
górną nośną i dolną prowadzącą,
połączone za pomocą drągów, które
ustalają wzajemne połoŜenie. Rama
górna znajduje się nad polem
elektrycznym, a rama dolna poniŜej
elektrod zbiorczych. Druty elektrodowe
zamocowane na górnej ramie zwisają
swobodnie, obciąŜone cięŜarkami
umieszczonymi na dolnym końcu drutu
pod ramą ustalającą. W ten sposób
obciąŜone druty zwisają swobodnie
prostopadle do poziomu i równolegle
do płaszczyzn elektrod zbiorczych.
Drugi system zawieszenia drutów
ulotowych polega na napinaniu ich na
ramę, wykonaną zwykle z rury
gazowej. Ramy elektrodowe
zawieszone są na głównych ramach
nośnych. Dla uzyskania lepszych
wyników stosuje się ramy dzielone,
które moŜna montować wprost w
fabryce.
Urządzenia strzepujące dla elektrod
zbiorczych
W celu uzyskania duŜej skuteczności
działania elektrofiltrów naleŜy
moŜliwie najdokładniej usunąć pyły z
powierzchni elektrod zbiorczych. Do
tego celu słuŜą specjalne urządzenia,
które w instalacji „suchych”
elektrofiltrów noszą nazwę
strzepywaczy elektrod zbiorczych.
Działanie urządzenia strzepującego
polega na tym, aby na płaszczyznę
zbiorczą elektrody przyłoŜyć siły
mechaniczne oddzielające pył o takich
wartościach, które przekraczają siły
przyczepności. DuŜe siły
przyczepności mogą kilkakrotnie
przekroczyć cięŜar zebranego pyłu. W
odniesieniu do płaszczyzny zbiorczej
rozróŜnić moŜna dwa zasadnicze
kierunki działania sił strzepujących:
równoległe i prostopadłe, a zatem
strzepywanie moŜe być wzdłuŜne lub
poprzeczne (bezsprzecznie
skuteczniejsze).
Na skuteczność strzepywania duŜy
wpływ wywiera częstotliwość drgań,
przy czym wydajniejsze są większe
częstotliwości drgań, a nie
częstotliwości podstawowe.

Znaczne wartości szczytowych sił
strzepujących uzyskuje się przy
drganiach nieuporządkowanych,
natomiast uporządkowane drgania,
mimo wysokich wartości średnich, nie
dają potrzebnych wysokich wartości
maksymalnych.
W przypadku długich elektrod
zbiorczych strzepywanie elektrod z
jednego końca moŜe okazać się
niedostateczne. W takich przypadkach
albo trzeba podzielić je na ich długości,
albo stosować strzepywanie górne i
dolne. W takim przypadku w dolnej
części stosuje się najczęściej
strzepywanie udarowe, w górnej części
bezwładnościowe.
Urządzenia strzepujące dla elektrod
ulotowych

W celu zabezpieczenia ciągłości pracy
elektrofiltru naleŜy utrzymywać w
czystości elektrody ulotowe. Jeśli na
powierzchni ich zbierze się duŜo pyłu,
moŜe zniknąć lub zmniejszyć się
intensywność spływu prądu ulotu
warunkującego dobrą skuteczność
odpylania.
Strzepywanie odbywa się drogą
pośrednią – druty ulotowe przejmują
drgania od elementów zawieszenia.
Mimo, Ŝe druty ulotowe podczas
procesu wyładowania ulegają własnym
drganiom związanym ze spływem
prądu, elektrody ulotowe poddaje się
systematycznym udarom strzepującym.
Ilość pyłu jaka moŜe się zgromadzić na
niewielkiej powierzchni drutów
ulotowych jest nieznaczna, nie ma więc
obawy, aby strącona ilość mogła
widocznie wpłynąć na wyrzut pyłu z
elektrofiltru.
Izolatory w elektrofiltrach
Izolatory uŜywane w technice
elektrostatycznego odpylania podzielić
moŜna na dwie grupy. Do pierwszej
grupy naleŜą izolatory uŜywane w
stacji rozdzielczej i zasilającej, a do
drugiej izolatory stosowane w
komorach elektrofiltrów do
odizolowania od konstrukcji komory
odpylacza i zawieszenia układu
ulotowego, a takŜe w układach
strzepywaczy elektrod ulotowych.
Istotną zasadą jaką kierować się naleŜy
przy wyborze miejsca na izolatory, jest
usunięcie ich z przestrzeni, przez którą
przepływa główny strumień
zapylonego gazu. Takim najprostszym
rozwiązaniem w układzie poziomych
elektrofiltrów jest podniesienie
izolatorów ponad strop komory, bądź
teŜ zasłonięcie przepływu w górnej
części komory, w której umieszczono
izolatory. Stosowanie tego drugiego,
pozornie gorszego rozwiązania, wynika
z chęci umieszczenia izolatora w
przestrzeni, gdzie nie ma zbyt duŜych
wahań temperatury.
Zaletami elektrofiltrów są:
*bardzo duŜa skuteczność (często
ponad 99,5 %), szczególnie dla cząstek
o średnicach poniŜej 1 µm,
*mały opór stawiany przepływającemu
gazowi – mały spadek ciśnienia, dzięki
czemu zmniejsza się zuŜycie energii na
napęd wentylatora,
*elektrofiltry usuwają równieŜ drobne
krople węglowodorów i cieczy
zawieszone w gazie, przez co
zmniejsza się szkodliwość
zanieczyszczeń emitowanych do
otoczenia.
Do wad elektrofiltrów naleŜy zaliczyć:
*wysokie napięcia powodujące
powstawanie problemów z
upływnością, przebiciami itp.,
*znaczna moc zasilaczy wysokiego
napięcia, mimo niewielkich wartości
prądu przepływającego między
elektrodami,
*znaczne rozmiary i wynikający stąd
znaczny koszt inwestycyjny,
*ze względu na niebezpieczeństwo
powstania wyładowania elektrycznego
elektrofiltry nie nadają się do pyłów i
gazów palnych.
Odpylacze elektrostatyczne znajdują
zastosowanie:
*w produkcji energii cieplnej i
elektrycznej,
*w produkcji materiałów budowlanych,
magnezytu i łupków,
*w produkcji metali Ŝelaznych i
pigmentów,
*w przemyśle szklarskim, chemicznym
i papierniczym,

*podczas spalania odpadów stałych,
*podczas spalania odpadów
drzewnych,
*w odpylaniu kotłów węglowych
Filtry tkaninowe
Filtry tkaninowe zbudowane są z
szeregu długich „worków”
wykonanych z materiału (np. tkaniny,
dzianiny), przez które przepływa
zapylony gaz. Cząstki pyłu
zatrzymywane są na włóknach tkaniny,
a skuteczność zaleŜy od rozmiarów
„szczelin” w tkaninie i rozmiarów
cząstek. Zatrzymane cząstki tworzą
warstwę na powierzchni tkaniny, która
z jednej strony poprawia skuteczność
odpylania („uszczelnia” pory), a z
drugiej zwiększa opór dla przepływu
gazu.
Gaz przepływa od zewnątrz worków
do ich wnętrza, w przeciwnym razie
niemoŜliwe byłoby usunięcie pyłu z
powierzchni worków. Nagromadzone
cząstki muszą być okresowo usuwane z
powierzchni worków, co osiągane jest
przez wdmuchiwanie do wnętrza
spręŜonego powietrza. Liczba worków
w jednej sekcji sięga stu, a filtr
zbudowany jest z kilku sekcji.
Skuteczność filtrów tkaninowych jest
bardzo duŜa – przekracza często 99%.
Jednak materiał tkaniny musi być
odporny na działanie temperatury,
zanieczyszczeń chemicznych
znajdujących się w gazie oraz odporny
na napręŜenia mechaniczne wynikające
ze spadku ciśnienia.
Filtry workowe stosowane są w
instalacjach średnich i duŜych, w
sytuacji gdy wymagane jest dokładne
oczyszczenie gazu z pyłu.
Do zalet filtrów workowych naleŜy
zaliczyć:
*duŜą skuteczność dla małych cząstek
(poniŜej 1 µm),
*małą wraŜliwość na zmiany
przepływu gazu,
*mniejsze rozmiary niŜ elektrofiltrów.
Wadami są natomiast:
*wraŜliwość na wysoką temperaturę,
*wraŜliwość na wilgoć w gazie – mogą
być stosowane jedynie do gazów
suchych, w przeciwnym razie na ich
powierzchni tworzy się skorupa nie
przepuszczająca gazu,
*duŜy spadek ciśnienia gazu,
wymagający stosowania wentylatorów
o stosunkowo duŜej mocy.
Filtry tkaninowe stosowane są między
innymi w cementowniach,
wapiennikach i kamieniołomach.