Zanieczyszczenia powietrza

Atmosfera stanowi jeden z trzech podstawowych elementów środowiska.
Różni się on w sposób istotny od pozostałych(hydrosfera i toposfera) zdecydowanie łatwiejszą migracją zanieczyszczeń. Na skutek ruchów mas powietrza zanieczyszczenia mogą
łatwo być przenoszone na duże odległości i podnosić poziom skażenia atmosfery w zupełnie
nieoczekiwanych miejscach, z dala od punktów emisji. Zanieczyszczenia ulegają w ten sposób rozcieńczeniu, ale jednocześnie określony punkt emisji może wpływać na poziom zanieczyszczenia na bardzo dużym obszarze. Ponadto na skutek zjawisk przenoszenia masy noszących nazwę depozycji suchej oraz depozycji mokrej, zachodzących w atmosferycznej warstwie granicznej, zanieczyszczenia atmosfery mają istotny wpływ na poziom degradacji pozostałych elementów środowiska.

Ziemska atmosfera tworzy gazową powłokę, chroniącą życie na Ziemi przed promieniowaniem korpuskularnym i krótkofalowym z kosmosu, kształtującą pogodę i klimat, która jednocześnie jest rezerwuarem wolnego tlenu niezbędnego do oddychania i dla podstawowych procesów produkcyjnych. To także ośrodek, do którego wydala się wiele odpadów produkcyjnych i bytowych. Naruszanie składu chemicznego powietrza atmosferycznego przez te odpady- zanieczyszczenia, niekiedy nawet przy ich niewielkich stężeniach może mieć liczne i poważne konsekwencje.

Ogólnie zanieczyszczeniem powietrza nazywamy takie fizyczne i chemiczne zmiany charakterystyki atmosfery wywołane gospodarczą działalnością człowieka, że wpływają one na stopień wykorzystania powietrza przez istoty żywe w procesach biologicznych. W ustawie z dnia 31.01.1980 o ochronie i kształtowaniu środowiska czytamy: „Zanieczyszczeniem powietrza atmosferycznego jest wprowadzanie do powietrza substancji stałych, ciekłych
lub gazowych w ilościach, które mogą ujemnie wpłynąć na zdrowie człowieka, klimat, przyrodę żywą, glebę, wodę lub spowodować inne szkody w środowisku”.

Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego można sklasyfikować w różnoraki sposób.
Do najpowszechniej stosowanych należą podziały zanieczyszczeń ze względu na:
- rodzaj działalności będącej przyczyną emisji zanieczyszczeń, czyli zanieczyszczenia spowodowane działalnością samej przyrody( naturalne, biogenne, np. wybuchy wulkanów) bądź też związane z różnymi aspektami działalności człowieka ( sztuczne, antropogenne),
- rodzaj emitera - emitery punktowe, liniowe, powierzchniowe oraz objętościowe;
można również mówić o emiterach stacjonarnych oraz emiterach ruchomych, jak np. silniki pojazdów mechanicznych, statków, samolotów,
- typ emisji zanieczyszczeń - emisja zorganizowana bądź też emisja niezorganizowana,
- stan skupienia emitowanych zanieczyszczeń - pyły, aerozole oraz zanieczyszczenia gazowe,
- pochodzenia zanieczyszczeń jeśli chodzi o miejsce emisji ( zanieczyszczenia własne oraz zanieczyszczenia pochodzące z krajów sąsiednich),
- sposób w jaki dane zanieczyszczenie znalazło się w atmosferze - zanieczyszczenia pierwotne ( wyemitowane bezpośrednio do atmosfery z poszczególnych źródeł), zanieczyszczenia wtórne ( powstają w atmosferze na skutek reakcji między określonymi stałymi składnikami atmosfery; często omawiane są łącznie z tzw. efektami wtórnymi).

W niekorzystnych warunkach meteorologicznych występuje smog, który powoduje gwałtowny wzrost absencji chorobowej w pracy, hospitalizacji i śmiertelności.

Zanieczyszczenia powietrza mogą dotrzeć wszędzie i nie dają się ograniczyć do określonego, wybranego obszaru, tak jak można często to uczynić w odniesieniu do zanieczyszczeń wód lub gleb. W powietrzu atmosferycznym zanieczyszczenia mogą się rozprzestrzeniać na wielkie odległości i skażać środowisko w zupełnie nieoczekiwanych miejscach. Najpoważniejszym źródłem emisji zanieczyszczeń pyłowych jest przemysł paliwowo-energetyczny, a w tym zwłaszcza przemysł elektroenergetyczny i ciepłowniczy, przy czym są to prawie wyłącznie popioły lotne. Istotny jest również udział metalurgii żelaza i stali, z czego ponad połowę stanowią pyły metalurgiczne. Emisje pyłów powoduje również przemysł chemiczny, głównie nieorganiczny, nawozów sztucznych i tworzyw sztucznych (przede wszystkim popiołów lotnych) oraz przemysł materiałów budowlanych, głównie przemysł cementowy.

Najpoważniejszym źródłem emisji zanieczyszczeń gazowych jest przemysł paliwowo-energetyczny, a w tym głównie przemysł elektro-energetyczny i ciepłowniczy (ponad 3 gazów to dwutlenek siarki). Znaczący jest także udział emisji gazów przez zakłady metalurgiczne żelaza i stali (ponad 4/5 z tego to dwutlenek węgla, znany jako czad).

Obserwuje się zmianę struktury zanieczyszczeń powietrza. W 1980 roku na zanieczyszczenia pyłowe składał się przede wszystkim popiół lotny(68%) oraz pyły z produkcji cementu (16%) i pyły metalurgiczne(8%). Roku 1990 wzrósł udział popiołu lotnego(80%), a zmalał pyłów cementowych i metalurgicznych( po ok. 5%).

Stopień redukcji zanieczyszczeń jest wysoki w stosunku do zanieczyszczeń pyłowych
(92% w roku 1980 i 95% w roku 1990) i niski w odniesieniu do zanieczyszczeń gazowych
(11% w roku 1980 i 16% w roku 1990). Stosunkowo najwyższą redukcję pyłów realizują przemysły elektroenergetyczny i ciepłowniczy oraz metalurgii niezależnej, chemii organicznej
i przemył materiałów budowlanych. Natomiast niską redukcję pyłów stosuje przemysł elektromaszynowy, nawozów sztucznych i chemicznych mieszanek paszowych, tworzyw sztucznych i włókien chemicznych oraz przemysł lekki( włókienniczy) i spożywczy ( w tym cukrowniczy).
W odniesieniu do zanieczyszczeń gazowych stosunkowo bardzo wysoką( 70-90%) redukcję zanieczyszczeń stosują przemysł metalurgii niezależnej oraz tworzyw sztucznych.
Także wysoki wskaźnik redukcji wykazują przemysł chemii organicznej nawozów sztucznych, w mniejszym stopniu natomiast przemysł rafineryjny i koksowniczy. Bliskie zera wartości redukcji zanieczyszczeń gazowych w stosunku do ilości wytworzonych są typowe dla licznych przemysłów, w tym także tych odpowiedzialną za stosunkowo największą emisję jak przemysł elektroenergetyczny i ciepłowniczy, metalurgii żelaza i stali, elektromaszynowy, materiałów budowlanych oraz przemysł lekki i spożywczy.

Istotne znaczenie dla większości zagrożenia i kształtowania określonych warunków zdrowotnych i życia społecznego środowiska, ma stopień koncentracji przemysłowych zanieczyszczeń powietrza na określonym obszarze, co stanowi szczególny problem w aglomeracjach miejsko - przemysłowych. Niewłaściwa lokalizacja w pobliżu miast zakładów przemysłowych emitujących znaczne ilości szkodliwych zanieczyszczeń jest przyczyną, że na obszarze miast zajmujących zaledwie 6% powierzchni terytorium Polski i zamieszkiwanych przez 56% ogółu ludności naszego kraju koncentrowało się aż 63% ogólnej emisji pyłów
i około 70% zanieczyszczeń gazowych. Jest to zrozumiałe, jeżeli uwzględnimy, że blisko 80% zakładów uznanych za uciążliwe jest zlokalizowanych w odległości zaledwie do 0,5 km od budynków mieszkalnych, a około 15% w odległości do 2 km.

Na rozprzestrzenianie się wyemitowanych zanieczyszczeń oraz na wielkość emisji przy powierzchni ziemi istotny wpływ wywiera wysokość emitora i parametry wyrzutu.
Istnieje wyraźna zależność pomiędzy wysokością komina a wielkością emisji. Przeciętny polski komin o wysokości ponad 100m wyemitowany w 1990 roku ok. 10 tys. ton gazów i 2,5 tys. ton pyłów. Kominy o wysokościach 50-100m emitowały średnio po 670 ton gazów i 260 ton pyłów, zaś kominy niższe od 50m emitowały po ok. 12 ton gazów i 5 ton pyłów rocznie.

W strukturze emisji zanieczyszczeń powietrza rosnący jest udział transportu Z bilansu sprzedawanych paliw wynika, że szacunkowy udział emisji z transportu wynosi ok. 10-15%. Stopień uciążliwości tej emisji jest jednak większy ze względu na toksyczność tych zanieczyszczeń oraz emisje nisko nad ziemią.


Tlenki węgla, azotu, lotne węglowodany i inne zanieczyszczenia powietrza

1. Tlenki azotu
Związki należące do grupy podstawowych zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego powstają w procesach przemysłowych, które przebiegają w wysokiej temperaturze:
- w procesie energetycznym spalania paliw,
- w procesie koksowania węgla (w trakcie spalania gazu w komorach grzewczych baterii
koksowniczych),
- w silnikach spalinowych pojazdów mechanicznych.

Tworzące się w procesie spalania związki azotu to tlenek azotu (NO) oraz dwutlenek azotu (NO 2). Tlenek azotu jest związkiem nietrwałym i w zależności od istniejących warunków albo ulega rozkładowi albo dąży do tworzenia trwałego związku jakim jest dwutlenek azotu. Czynnikiem sprzyjającym przechodzeniu NO w NO2 jest szybkie obniżenie temperatury spalin przy równoczesnej zawartości w nich wolnego tlenu.

Innym źródłem zanieczyszczenia powietrza związkami azotu jest rozpowszechnienie niektórych typów nawozów sztucznych. Z pól uprawnych nawożonych chemicznie, ale także i gnojowicą, unosi się w powietrze duża ilość amoniaku.

2.Dwutlenek siarki

Występuje w powietrzu w różnych postaciach. Największym zagrożeniem jest kwas siarkowy, który powstaje w wyniku rozpuszczenia suchego kwasu w wodzie. Powoduje to powstanie tzw. kwaśnych opadów atmosferycznych. Dla wielu obszarów Polski problem tzw. kwaśnych deszczy jest bardzo poważny, zwłaszcza dla świata roślinnego. Dla przykładu: stężenie rzędu 20 g/m3 jest szkodliwe dla lasów szpilkowych, a powyżej 50 g/m3 powoduje drugi stopień uszkodzenia lasów, gdy dopuszczalne u nas stężenie SO2 wynosi 100 g/m3.

Stężenie dwutlenku siarki osiąga różne wartości. Największe stężenie jest zimą ze względu na pogarszanie się warunków meteorologicznych (brak wiatrów, gęsta mgła itp.). Może być on przenoszony przez wiatr na znaczne odległości (nawet ponad 1000 km) w ciągu 2-4 dni. Jako związek chemicznie niestabilny przechodzi w procesach fotochemicznych do utlenionej postaci SO3. Jako bezwodnik kwasu reaguje z wodą przechodząc w kwas siarkowy. W rejonach przemysłowych stężenie SO2 w powietrzu zwykle nie przekracza
w pewnej odległości od emitera 105 mg/m3. Jednak stężenie SO2 w niektórych punktach wielu miast przekracza w krytycznych warunkach 2 i 3-krotnie dopuszczalną formę
0,35 mg/m3.

3.Tlenki węgla.
W procesie spalania niezupełnego wywiązuje się tlenek węgla. Powstaje on praktycznie we wszystkich procesach energetycznych spalania paliw. Szczególne zagrożenie stanowi jako składnik paliw pojazdów mechanicznych, które wytwarzają ok. 70-80% ogólnej emisji CO. W gazach odlotowych silników pojazdów samochodowych znajdują się: tlenek węgla, węglowodory, tlenek azotu, cząstki stałe( koksy, opiłki metali), a także związki ołowiu, które wprowadza się do benzyny dla podniesienia liczby oktanowej. Tlenek węgla jest gazem bezbarwnym i nie działa drażniąco na drogi oddechowe, co utrudnia wykrycie jego obecności w powietrzu.

Najwięcej z procesów spalania emituje się dwutlenku węgla, który nie stanowi bezpośredniej groźby pod warunkiem, że nie nastąpi naruszenie równowagi biologicznej.
W przyrodzie dwutlenek węgla spełnia oprócz roli naturalnej izolacji termicznej, również niezwykle ważną rolę jako materiał do budowy substancji organicznej w roślinach zawierających chlorofil. Jest on podstawowym źródłem węgla pobieranego przez rośliny z powietrza lub wody w procesach fotosyntezy. Systematyczne dokonywanie bilansu CO2 w powietrzu atmosferycznym jest podstawą do określania stanu zanieczyszczenia powietrza.

Dwutlenek węgla z uwagi na swoje właściwości izolacyjne ma ogromne znaczenie jako swoisty regulator średniorocznej temperatury. Gdyby istniejąca warstwa CO2 zniknęła z atmosfery, średnia roczna temperatura powietrza Ziemi spadła by do -70C, natomiast przy dwukrotnym wzroście warstwy CO2 przyrost temperatury wyniósłby 40C. Gaz ten, jako cięższy od powietrza, gromadzi się w pobliżu gruntu i działa tak, jak szyba w cieplarni, przez co zwiększa się zachmurzenie( przyśpiesza topnienie lodowców oraz odparowanie do hydrosfery i gleb), a to z kolei odcina Ziemię od znacznej części promieni słonecznych i zamknięciem cyklu staje się obniżenie temperatury. Powstaje w ten sposób tzw. piekielny cykl, którego działanie według prognoz może doprowadzić do nowej epoki lodowcowej.

4.Wielopierścieniowe węglowodany aromatyczne (WWA)

Wielopierścieniowe węglowodany aromatyczne stanowią grupę związków, które wraz z rozwojem procesów przetwórczych i związanych z tym od lat niekontrolowanym zanieczyszczeniem środowiska, towarzyszy człowiekowi praktycznie wszędzie.
WWA to grupa związków chemicznych o charakterze wysoce lipofobowym.
Wiele związków z tej grupy występuje w dymie tytoniowym, powietrzu, wodzie, pożywieniu, glebie, osadach wodnych, wodnych organizmach, olejach mineralnych i rafinowanych produktach naftowych. Naturalnymi źródłami WWA są biosynteza, naturalne pożary i procesy degradacji materiału organicznego. Głównym jednak źródłem zanieczyszczeń środowiska naturalnego są produkty niepełnego spalania paliw kopalnych i ich przetwórstwo. Emisja WWA w spalinach może się zmieniać i zależy głównie od spalanego paliwa i warunków spalania. Dodatkowym źródłem są lotne pyły i popioły powstające ze spalania paliw lub utylizacji śmieci.
Wybitna szkodliwość WWA dla ludzi przejawia się w tym, że wiele z pośród nich po wchłonięciu drogą oddechową lub przez skórę ulega metabolizmowi tworząc pochodne o działaniu mutagennym i kancerogennym.


5. Związki siarki

Związek ten (H2S) emitowany głównie przez przemysł wiskozowy, koksownie, garbarnie i gazownie może być przyczyną porażenia układu nerwowego. Podobne działanie na organizm wykazuje dwusiarczek węgla (CS2), powstający przy produkcji tworzyw sztucznych oraz włókien wiskozowych. Znaczne stężenie CS2 może być przyczyną ślepoty albo nawet śmierci.

6. Fluorowodór

Silnie toksycznymi, zanieczyszczającymi powietrze atmosferyczne substancjami o właściwościach kumulacyjnych są związki fluoru, a głównie fluorowodór (HF). Emitowanie fluoru i jego związków związane jest z produkcją aluminium, nawozów sztucznych oraz z działalnością przemysłu szklarskiego i ceramicznego.

7. Ozon

Naturalnym źródłem ozonu (O3) jest po części proces przenikania z dolnej warstwy stratosfery, głównie zaś procesy fotochemiczne z udziałem tlenków azotu, węglowodorów i tlenku węgla zachodzące w przyziemnej warstwie granicznej. Zawartość O3 w powietrzu wzrasta w tempie 2% w ciągu roku. Jest głównym składnikiem smogu. Blisko powierzchni ziemi ozon jest trucizną, która współuczestniczy w tworzeniu smogu fotochemicznego i kwaśnego deszczu. Już 15-50 km. w górę od powierzchni ziemi ozon staje się pożyteczny, tworzy warstwę ochronną dla życia. Ozon jest bowiem jedynym gazem w atmosferze, który zatrzymuje nadmiar promieniowania ultrafioletowego - zawartą w promieniowaniu energię przetwarza na ciepło, dzięki czemu spełnia też funkcję atmosferycznego termoregulatora.


8. Aerozole i pyły

Bardzo często pod pojęciem „pył” rozumie się dwa różne materiały:
- pył atmosferyczny - zwany także aerozolem atmosferycznym,
- pył powierzchniowy (kurz) - materiał podlegający akumulacji na powierzchni dróg publicznych, w pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt stały ludzi oraz na stanowiskach pracy.

Pyły powszechnie uznawane są za mało groźne zanieczyszczenie. W rzeczywistości jednak stanowią poważny czynnik chorobotwórczy. W zależności od stopnia ich rozdrobnienia oddziaływują na cały organizm ludzki - oczy, drogi oddechowe i płuca oraz skórę.





9. Biologiczne zanieczyszczenia

Istotne dla organizmu człowieka jest biologiczne zanieczyszczenie powietrza (bakterie chorobotwórcze, saprofity, wirusy i cząstki pleśni, glony, płytki kwiatów i nasion). Najbardziej niebezpieczne są układy w postaci pyłków bakteryjnych, powstające po wyschnięciu cząstek śluzu, śliny.

10. Kwaśne deszcze

Dwutlenek siarki i tlenek azotu tworzą w kontakcie z wodą silne kwasy: siarkowy i azotowy. Dzieje się tak, gdy tlenki te rozpuszczają się w kropelkach wody w atmosferze. Gdy następnie pada deszcz lub śnieg, zanieczyszczenia spadają na ziemię i na roślinność w postaci opadu zwanego „depozycją mokrą”. Tlenki te mogą osiadać na cząsteczkach pyłu zawieszonego w powietrzu, które to cząsteczki z czasem opadają. Mówi się wtedy o depozycji suchej. Ten typ opadów prowadzi również do tworzenia się kwasów w momencie, gdy zanieczyszczenia wejdą w kontakt z wodą. Kwasy dostają się do wody, gleby, płuc ludzi i zwierząt.
Normalnie woda deszczowa ma pH około 5,6. Deszcze o niższym pH uznaje się za deszcze kwaśne. Zupełny rekord pobił deszcz, który w 1974 r. spadł w Szkocji - pH 2,4 - był kwaśniejszy od soku z cytryny.

11. Smog

Występowanie w dużych miastach niekorzystnych warunków meteorologicznych, jak mgła, bezwietrzność może być przyczyną występowania zjawiska tzw. smogu, które charakteryzuje się dużym stężeniem substancji szkodliwych, niebezpiecznych dla mieszkańców lub drzewostanu.
Zjawisko to wiąże się z istnieniem inwersji termicznej powietrza, która wpływa na tworzenie wielu niekorzystnych warunków lokalnego klimatu. Powstające zjawiska meteorologiczne w postaci niskich chmur warstwowych, utrzymywania mgieł, a przede wszystkim brak pionowych ruchów powietrza mają zasadniczy wpływ na rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń, głównie: SO2, CO2, CO, sadzy, dymów.
Skład i struktura fizyczna smogu zależy od: topografii, nasłonecznienia, rodzaju technologii, rodzaju opału.
Klasyczne przykłady smogu stanowią tzw.: smog londyński, smog „typu Los Angeles”, zwany fotochemicznym.

Zagadnienia związane ze smogiem i inwersją temperatury powietrza oscylują wokół możliwości rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń. Niektóre warunki klimatu lokalnego wywołane inwersją cieplną powodują groźną koncentrację emitowanych substancji wokół źródła, jeżeli emitor punktowy jest zbyt niski (znajduje się poniżej warstwy inwersyjnej). Zagrożone smogiem są rejony silnie uprzemysłowione, gęsto zaludnione, położone w głeboko wciętych dolinach rzecznych lub górskich kotlinach np. Kotlina Jeleniogórska, okręg wałbrzyski.