Rodzaje zanieczyszczeń powietrza i ich źródła
Powietrze jest mieszaniną gazów, z których składa się atmosfera ziemska. Głównymi jego składnikami są; azot stanowiący ok. 78% i tlen ok. 21%. Pozostałą część stanowią inne gazy: argon, dwutlenek węgla oraz w niewielkich ilościach; neon, hel, krypton, ksenon i wodór. Ponadto powietrze zawiera różną, zależną od warunków otoczenia ilość pary wodnej.
Procentowa zawartość głównych składników powietrza nie ulega zmianie od poziomu morza do wysokości 80 km nad powierzchnią Ziemi; wyjątek stanowią: para wodna i aerozole atmosferyczne, występujące głównie w warstwach powietrza znajdujących się bliżej powierzchni Ziemi. Połowa zawartej w atmosferze pary wodnej występuje poniżej wys. 1,5 km oraz ozon, który koncentruje się na wys. 20-30 km. Powyżej wys. 80 km powietrze staje się bardziej rozrzedzone, a jego skład ulega zmianie w wyniku procesów zachodzących pod wpływem krótkofalowego promieniowania słonecznego i promieniowania kosmicznego (dysocjacji cząsteczek, jonizacji cząsteczek i atomów oraz reakcji fotochemicznych).
Powietrze wywiera ciśnienie na powierzchnię Ziemi i przedmioty w nim się znajdujące (ciśnienie atmosferyczne). Stanowi ośrodek, w którym przebiegają najważniejsze procesy życiowe organizmów: procesy utleniania i spalania. Jest surowcem dla przemysłu azotowego, a także stosowane jako środek przenoszący ciepło lub masę w procesach ogrzewania, chłodzenia, suszenia, nawilżania; sprężone powietrze jest używane do poruszania maszyn pneumatycznych.
Zanieczyszczenia powietrza stanowią gazy, ciecze i ciała stałe obecne w powietrzu, ale nie będące jego naturalnymi składnikami, lub też substancje występujące w ilościach wyraźnie zwiększonych w porównaniu z naturalnym składem powietrza.
Do zanieczyszczeń powietrza należą:
1) gazy i pary związków chemicznych, np. tlenki węgla (CO i CO2), siarki (SO2 i SO3) i azotu, amoniak (NH3), fluor, węglowodory (łańcuchowe i aromatyczne), a także ich chlorowe pochodne, fenole;
2) cząstki stałe nieorganiczne i organiczne (pyły), np. popiół lotny, sadza, pyły z produkcji cementu, pyły metalurgiczne, związki ołowiu, miedzi, chromu, kadmu i innych metali ciężkich;
3) mikroorganizmy - wirusy, bakterie i grzyby, których rodzaj lub ilość odbiega od składu naturalnej mikroflory powietrza;
4) kropelki cieczy, np. kwasów, zasad, rozpuszczalników.
Wartość emisji zanieczyszczeń to ilość zanieczyszczeń wydalana do atmosfery w jednostce czasu, wyrażana w g/s, kg/h lub t/rok.
CHARAKTERYSTYKA POSZCZEGÓLNYCH ZWIĄZKÓW CHEMICZNYCH
Związki siarki. Zanieczyszczenie atmosfery powodują gazowe związki siarki - SO2, SO3, H2S, kwas siarkowy H2SO4 i siarczany różnych metali.
Dwutlenek siarki (SO2) jest bezbarwnym, silnie toksycznym gazem o duszącym zapachu. Wolno rozprzestrzenia się w atmosferze ze względu na duży ciężar właściwy (2,93 kg/m3, gęstość względna 2,26). Powstaje m. in. w wyniku spalania zanieczyszczonych siarką paliw stałych i płynnych (np. węgla, ropy naftowej) w silnikach spalinowych, w elektrociepłowniach, elektrowniach cieplnych. Największy udział w emisji SO2 ma przemysł paliwowo-energetyczny. Opalana węglem elektrownia o mocy 1000 MW emituje do atmosfery w ciągu roku 140 000 ton siarki, głównie w postaci SO2. Dwutlenek siarki utrzymuje się w powietrzu przez 2-4 dni i w tym czasie może si przemieścić na bardzo duże odległości. W powietrzu SO2, utlenia się do SO3, a ten z kolei łatwo reaguje z wodą ( z parą wodną zawartą w powietrzu) tworząc kwas siarkowy - H2SO4, jeden ze składników kwaśnych deszczów.
SO2 + 1/2 O2 => SO3 +H2O+ H2SO4
Średnioroczne wartości zanieczyszczenia powietrza w porównaniu z normą (jasna linia)
Związki azotu. W atmosferze występuje wiele związków azotu: tlenek azotu (NO), dwutlenek azotu (NO2), podtlenek azotu (N2O), nadtlenek azotu (NO3), trójtlenek azotu (N2O3, pięciotlenek azotu (N2O5), amoniak (NH3) oraz kwasy: azotawy (HNO2 i azotowy (HNO3). 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 (obróbka wysokotermiczna, komory paleniskowe elektrowni) oraz w silnikach spalinowych powoduje, że 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 - HNO3, jeden ze składników kwaśnych deszczów.
Średnioroczne wartości zanieczyszczenia powietrza w porównaniu z normą (górna linia)
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, elektrownie cieplne;
- koksownie, gazownie;
- paleniska domowe.
Tlenek węgla jest gazem silnie toksycznym. Ze względu na mały ciężar właściwy (1,25 kG/m3, gęstość względna 0,970) łatwo rozprzestrzenia się w powietrzu atmosferycznym. Jest szczególnie niebezpieczny, ponieważ jest to gaz bez smaku, zapachu, barwy, a więc zmysły ludzkie nie ostrzegają przed nim.
Dwutlenek węgla powstaje podczas wszelkich procesów spalania paliw stałych, ciekłych i gazowych, a także w procesie oddychania organizmów żywych. Dwutlenek węgla w atmosferze nie stanowi bezpośredniej groźby pod warunkiem, że nie nastąpi naruszenie równowagi biologicznej, spowodowane nadmierną jego emisją do atmosfery. Dwutlenek węgla - oprócz roli naturalnej izolacji termicznej - spełnia w przyrodzie również niezwykle ważną rolę jako materiał do budowy substancji organicznej roślin. Jest on podstawowym źródłem węgla pobieranego przez rośliny z powietrza w procesie fotosyntezy.
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 także podczas palenia tytoniu. Jednym z bardziej niebezpiecznych węglowodorów jest 3,4-benzopiren, będący substancją kancerogenną.
ŻRÓDŁA ZANIECZYSZCZEŃ POWIETRZA
a) źródła naturalne, do których należą:
- wulkany (ok. 450 czynnych), z których wydobywają się m.in. popioły wulkaniczne i gazy (CO2 , SO2, H2S - siarkowodór i in.);
- pożary lasów, sawann i stepów (emisja CO2, CO i pyłu);
- bagna wydzielające m.in. CH4 (metan), CO2, H2S, NH3;
- gleby i skały ulegające erozji, burze piaskowe (globalnie do 700 mln. t pyłów/rok );
- tereny zielone, z których pochodzą pyłki roślinne.
b) źródła antropogeniczne (powstające w wyniku działalności człowieka) można podzielić na 4 grupy:
- energetyczne - spalanie paliw;
- przemysłowe - procesy technologiczne w zakładach chemicznych, rafineriach, hutach, kopalniach i cementowniach;
- komunikacyjne - głównie transport samochodowy, ale także kołowy, wodny i lotniczy;
- komunalne - gospodarstwa domowe oraz gromadzenie i utylizacja odpadów i ścieków (np. wysypiska, oczyszczalnie ścieków).
Źródła emisji zanieczyszczeń mogą być punktowe (np. komin), liniowe (np. szlak komunikacyjny) i powierzchniowe (np. otwarty zbiornik z lotną substancją).
Zanieczyszczenia powietrza można podzielić na zanieczyszczenia pierwotne, które występują w powietrzu w takiej postaci, w jakiej zostały uwolnione do atmosfery, i zanieczyszczenia wtórne, będące produktami przemian fizycznych i reakcji chemicznych, zachodzących między składnikami atmosfery i jej zanieczyszczeniem (produkty tych reakcji są niekiedy bardziej szkodliwe od zanieczyszczeń pierwotnych) oraz pyłami uniesionymi ponownie do atmosfery po wcześniejszym osadzeniu na powierzchni ziemi.
Zanieczyszczenia powietrza ulegają rozprzestrzenianiu, którego intensywność zależy m.in. od warunków meteorologicznych i terenowych. Następnie zachodzi proces samooczyszczania w wyniku osadzania się zanieczyszczeń (sorpcja) lub ich wymywania przez wody atmosferyczne. Wszystkie składniki powietrza w wyniku nieustannego ruchu ulegają ciągłemu mieszaniu; przy niekorzystnym ukształtowaniu terenu i bezwietrznej pogodzie, na niewielkiej przestrzeni (miasta, okręgi przemysłowe) gromadzi się duża ilość zanieczyszczeń - wzrost ich stężenia powoduje niekiedy powstanie gęstej mgły zwanej - smogiem.
Występujące w atmosferze gazy absorbujące promieniowanie podczerwone odbite od powierzchni Ziemi - para wodna, dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu oraz freony, zwane gazami cieplarnianymi lub szklarniowymi, powodują tzw. efekt cieplarniany.
Gazy tzw. kwaśne np.; dwutlenek siarki, tlenki azotu wywołują zakwaszenie wody w atmosferze (kwaśne opady).
Związki reagujące z ozonem, tj. freony i tlenki azotu, są przyczyną ubytku ozonu w ozonosferze tworząc tzw. dziurę ozonową.
Skład powietrza w pomieszczeniach zamkniętych zależy głównie od: jakości powietrza atmosferycznego w rejonie, w którym stoi budynek, rodzaju i ilości zanieczyszczeń emitowanych w procesach zachodzących w pomieszczeniu oraz 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.
Najbardziej szkodliwe związki chemiczne stosowane w budownictwie to: aldehyd mrówkowy (formaldehyd), fenole, toluen, ksylen i styren, znajdujące się głównie w lepikach, klejach, lakierach i materiałach impregnacyjnych; toksyczny formaldehyd (szczególnie niebezpieczny dla dzieci i młodzieży) jest emitowany z wełny mineralnej oraz płyt paździerzowych, do produkcji których są stosowane kleje i lakiery zawierające ten składnik.
Średnioroczne wartości zanieczyszczenia powietrza w porównaniu z normą (prosta linia)
Człowiek sam w sobie jest także źródłem zanieczyszczeń - poza dwutlenkiem węgla w powietrzu wydychanym, wydziela 150 różnych substancji lotnych. Przyczyniają się do tego także zwierzęta domowe. Duża część z nich mieszka pod jednym dachem z ludźmi, będąc dodatkowym źródłem czynników alergicznych . Są nimi zwłaszcza sierść i złuszczony naskórek oraz włosy a także gazy trawienne - siarkowodór, amoniak, metan - tym obficiej wydzielane przez zwierzę - im gorszy rodzaj pokarmu jest stosowany.
Na złą jakość powietrza ma wpływ również niski poziom wilgotności. Wskazana wilgotność to 50-65%. Często, zwłaszcza zimą zmniejsza się ona wyraźnie na skutek działania centralnego ogrzewania. Podrażnia to delikatną śluzówkę dróg oddechowych powodując jej wysychanie i większą wrażliwość na drobnoustroje i alergeny szkodliwe.
Także kurz domowy który w 80% stanowią martwe komórki ze złuszczającego się stale naskórka człowieka i zwierząt domowych jest pokarmem roztoczy. Roztocza to mikroskopijne pajęczaki, które gnieżdżą się w dywanach, fotelach, zasłonach, łóżkach oraz unoszą się w powietrzu. Uważa się, że roztocza a dokładniej proteiny wydalane przez nie są jednym z najpoważniejszych źródeł czynników wywołujących alergię. Sześcioletnia poduszka może zawierać żywe i martwe roztocza w ilości 10% swojej wagi, będąc przyczyną porannego kaszlu u osoby ją używającej.
Tak więc powodami zanieczyszczenia powietrza są: hermetyczne uszczelnianie budynków, tworzywa sztuczne wyposażenia, słaba wentylacja, wydzieliny biologiczne człowieka i zwierząt z nim mieszkających pod jednym dachem. W latach osiemdziesiątych w USA, Kanadzie, Europie, gdzie szeroko stosowano nowe technologie stwierdzono wiele nowych objawów chorobowych. Nazwano je "zespołem chorego budynku". Objawy tego zespołu to alergie, astma, podrażnienie oczu, nosa, gardła, zapalenie zatok i oskrzeli, trudności w oddychaniu, objawy chronicznego zmęczenia, bóle głowy, zaburzenia snu i inne zaburzenia systemu nerwowego jak depresje czy stany lękowe.
W środowisku kulturowym człowieka zanieczyszczenia powietrza powodują korozję metali i materiałów budowlanych. Wtórnie skażają wody i gleby. Działają niekorzystnie również na świat roślinny, zaburzając procesy fotosyntezy, transpiracji i oddychania. W skali globalnej mają wpływ na zmiany klimatyczne.
ZJAWISKA WPŁYWAJĄCE NA STAN POWIETRZA
Smog [ang.]- utrzymujące się nad terenami wielkich miast i okręgów przemysłowych zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego.
Smog tworzą zanieczyszczenia pierwotne (pyły, gazy i pary emitowane przez zakłady przemysłowe, energetyczne, silniki spalinowe pojazdów mech. itp.) i ich produkty fotochemiczne i chemiczne przemian zachodzących w warunkach inwersji temperatury, podczas braku ruchów powietrza (przy bezwietrznej pogodzie).
Średnioroczne wartości zanieczyszczenia powietrza w porównaniu z normą (jasna linia)
Powstawaniu smogu sprzyja położenie zagrożonych nim obszarów w obniżeniach; rozróżnia się smog fotochemiczny i smog kwaśny.
Smog fotochemiczny, zwany też utleniającym, tworzy się w czasie silnego nasłonecznienia w wyniku fotochemicznych przemian występujących w dużym stężeniu tlenków azotu, węglowodorów, zwłaszcza nienasyconych (alkeny) i innych składników spalin (głównie samochodowych). Ze związków tych powstają bardzo reaktywne rodniki, które z kolei ulegając przemianom chemicznym tworzą toksyczne związki, głównie nadtlenki, np. azotan nadtlenku acetylu. Składnikami tego typu smogu są także: ozon, tlenek węgla (czad), tlenki azotu, aldehydy, węglowodory aromatyczne.
Smog kwaśny, zwany też mgłą przemysłową, powstaje w wilgotnym powietrzu silnie zanieczyszczonym tzw. gazami kwaśnymi, głównie dwutlenkiem siarki (SO2) i dwutlenkiem węgla (CO2), oraz pyłem węglowym. Smog, ze względu na dużą koncentrację agresywnych czynników chemicznych, stanowi zagrożenie dla zdrowia ludzi i zwierząt, wywołuje choroby roślin i powoduje niszczenie materiałów.
Smog kwaśny obserwowano już w 1 poł. XX w., m.in.: 1930 w dolinie Mozy (Belgia), 1948 w Donorze (USA), oraz 1948, na przeł. 1952 i 1953, 1956 w Londynie, gdzie 1952/53 w ciągu 7 dni wskutek smogu (przyczyna bezpośrednia lub pośrednia) zmarło 4000 osób, 1956 - 1000 osób, nieco później wystąpił smog fotochemiczny w Los Angeles, Atenach i in. miastach. W Polsce smog kwaśny występuje w Krakowie i niektórych miastach Górnego Śląska.
Jeśli nad warstwą zimnego powietrza zalegnie masa ciepłego powietrza, wtedy zimne, cięższe powietrze nie może przedostać się do góry. Takie zjawisko w meteorologii określa się jako "inwersję temperatury", a to sygnalizuje, że z powodu warunków pogodowych możliwe jest utworzenie się smogu, jeśli jednocześnie w pobliżu powierzchni gleby będą pozostawały przez dłuższy czas szkodliwe substancje zanieczyszczające powietrze.
Efekt cieplarniany - to wzrost średniej temperatury przy powierzchni Ziemi wywołany zmianą bilansu energetycznego promieniowania słonecznego pochłanianego przez Ziemię i promieniowania wysyłanego przez Ziemię.
Gazy i pyły zanieczyszczające atmosferę zatrzymują część promieniowania emitowanego przez powierzchnię Ziemi, w związku z czym temperatura tej powierzchni wzrasta. W ostatnich dwóch stuleciach człowiek wywarł istotny wpływ na skład atmosfery. Przede wszystkim doszło do zwiększenia o około 25% ogólnej zawartości dwutlenku węgla (CO2). Stało się to wskutek uprzemysłowienia i zurbanizowania oraz ogromnego rozwoju motoryzacji (transport: kołowy, morski, lotniczy).
Najważniejszym gazem atmosferycznym przyczyniającym się do powstawania efektu cieplarnianego jest dwutlenek węgla, a także metan, tlenek azotu, ozon i freony.
Raport Międzynarodowego Zespołu do Zmian Klimatycznych (1995) przewiduje, że w wyniku efektu cieplarnianego w następnym stuleciu na skutek topnienia lodów poziom wód morskich może wzrosnąć o ok.1 m, zalewając większość delt rzecznych, wysp na atlantyckim wybrzeżu USA, część Chin, wyspy na Oceanie Indyjskim i Spokojnym. Zimy będą cieplejsze, a lata niebezpiecznie dla życia upalne. Zaostrzą się susze, opady deszczu będą prowadziły do nieustających powodzi.
Aby zapobiec rozszerzaniu się efektu cieplarnianego należy podejmować działania mające na celu dostosowanie przemysłu, transportu i mentalności społeczeństwa do tego problemu. Narody Świata będą musiały spalać mniej węgla, gazu i ropy. Dokonać tego należy przez bardziej oszczędne korzystanie z energii, zarówno w przemyśle, jak i w domu. Ważne jest również, aby poprawić efektywność samych elektrowni. Za dużą część emitowanego na Świecie dwutlenku węgla są odpowiedzialne pojazdy silnikowe.
Poza możliwościami ograniczenia przez człowieka emisji gazów cieplarnianych, można także zmierzać do usunięcia CO2 z atmosfery. Należy zahamować wyrąb i wypalanie lasów oraz sadzić co najmniej tyle nowych drzew, ile ulega niszczeniu. Drzewostan ma bardzo istotny wpływ na regulację ilości CO2 w atmosferze, gdyż 1 hektar lasu pochłania 250kg CO2.
Dziura ozonowa.Wokół Ziemi rozciąga się warstwa ozonu (ozonosfera) pochłaniająca część promieniowania ultrafioletowego Słońca, bardzo szkodliwego dla organizmów żywych. Ozon to trójatomowy tlen O3 o charakterystycznym "świeżym" zapachu, który powstaje podczas wyładowań atmosferycznych. Ozon jest gazem nietrwałym. Działa silnie utleniająco (bakteriobójczo), co znalazło zastosowanie do dezynfekcji powietrza i wody. W większych ilościach działa szkodliwie na organizm ludzki. Ozon występuje w atmosferze przy powierzchni Ziemi, co jest zjawiskiem negatywnym, oraz w górnych warstwach stratosfery (50 km nad Ziemią), co jest zjawiskiem pozytywnym. Ozon w stratosferze odgrywa rolę pozytywną. Chroni ludzi, zwierzęta i rośliny przed promieniowaniem ultrafioletowym docierającym na Ziemię ze Słońca.
Przez ostatnie dziesięciolecie człowiek stale przyczynia się do degradowania warstwy ozonowej. Spadkowi grubości warstwy ozonowej winny jest chlor. Chlor rozkłada ozon do zwykłych, dwuatomowych cząsteczek tlenu. Część chloru, docierającego do górnych warstw atmosfery, pochodzi z gazów wulkanicznych. Głównym źródłem chloru niszczącego warstwę ozonową są freony - związki organiczne, zawierające chlor i fluor). Do niedawna były one powszechnie stosowane do wyrobu farb, kosmetyków, lakierów i innych produktów w rozpylaczach (aerozolach), sprężonymi gazami dzięki którym tworzyła się mgiełka toaletowa. Były to właśnie freony. Używa się ich również w instalacjach chłodniczych, m.in. w lodówkach i zamrażarkach, a także do wyrobu pianek poliuretanowych, np. styropianu. Freony są niepalne i w normalnych warunkach nieaktywne chemicznie. Jednak wysoko w atmosferze rozkładają się pod wpływem ultrafioletu, wydzielając chlor.
Średnioroczne wartości zanieczyszczenia powietrza w porównaniu z normą (prosta linia)
W następstwie spadku zawartości ozonu powstaje dziura ozonowa, która jest zjawiskiem groźnym dla życia na Ziemi. Największa dziura ozonowa rozciąga się nad Antarktydą. Niepokojący spadek zawartości ozonu w atmosferze zaobserwowano także na innych szerokościach geograficznych, m.in. nad Polską.
Naukowcy twierdzą, że jeżeli freon zwiąże kilka procent ozonu z ozonosfery, to może dojść do znacznego zniszczenia życia na Ziemi. Już strata 1% ozonosfery spowodować może wzrost promieniowania UV na Ziemi, a przez to niszczenie chlorofilu, zmiany klimatyczne, wzrost liczby zachorowań na raka skóry i choroby oczu (głównie na zaćmę). A w atmosferze jest już ponad 20 mln ton freonu.
Dziura ozonowa i procesy powodujące jej powstawanie.
Kwaśne deszcze, deszcze zawierają w kroplach wody dwutlenek siarki, tlenki azotu oraz ich produkty reakcji w atmosferze: rozcieńczone roztwory kwasów siarki, głównie kwasu siarkawego oraz najbardziej szkodliwego kwasu siarkowego a także kwasu azotowego. Powstają nad obszarami, gdzie atmosfera jest zanieczyszczana długotrwałą emisją dwutlenku siarki i tlenków azotu (ze źródeł naturalnych, jak czynne wulkany, albo sztucznych, jak spaliny z dużych elektrowni i elektrociepłowni zasilanych zasiarczonym - tzn. zawierającym siarkę i jej związki - paliwem, zazwyczaj węglem kamiennym lub brunatnym).
Czasami opady (kwaśnego deszczu, a także kwaśnego śniegu) trafiają na obszary bardzo odległe od źródeł zanieczyszczeń atmosfery, dlatego przeciwdziałanie kwaśnym deszczom stanowi problem międzynarodowy. Kwaśne deszcze działają niszcząco na florę i faunę, są przyczyną wielu chorób układu oddechowego, znacznie przyspieszają korozję konstrukcji metalowych (np. elementów budynków, samochodów) oraz zabytków.
Zapobieganie polega na budowaniu instalacji wyłapujących tlenki siarki i azotu ze spalin emitowanych do atmosfery (odsiarczanie gazu) oraz rezygnacji z paliw o znacznym stopniu zasiarczenia.
Średnioroczne wartości zanieczyszczenia powietrza w porównaniu z normą (jasna linia)
Ograniczenie emisji zanieczyszczeń ze źródeł antropogenicznych uzyskuje się w wyniku:
1) wzbogacania paliw, np. odsiarczanie węgli energetycznych,
2) zmiany stosowanych surowców, np. spalania paliw o wyższej jakości w okresie niekorzystnych warunków meteorologicznych,
3) zmiany procesów technologicznych,
4) hermetyzacji procesów technologicznych i oczyszczania gazów odlotowych,
5) oczyszczania gazów spalinowych, m.in. odpylania i odsiarczania spalin,
6) utylizacji odpadów przemysłowych i komunalnych,
7) wykorzystania niekonwencjonalnych źródeł energii, np. energii słonecznej, energii wiatru.
Do oczyszczania gazów z substancji toksycznych lub uciążliwych dla środowiska (pyłów, związków siarki i azotu oraz węglowodorów, substancji zapachowych) wykorzystuje się różne procesy mechaniczne, fizyczne, chemiczne lub biochemiczne.
Ograniczenie emisji pyłów następuje przez zmniejszenie ilości pyłów powstających w procesie technologicznym, zwiększenie wielkości cząstek pyłu, hermetyzację procesów pyłotwórczych i stosowanie wysokosprawnych urządzeń odpylających.
Odsiarczanie spalin i gazów odlotowych ma na celu ograniczenie emisji do atmosfery tlenków siarki (zwłaszcza dwutlenku siarki) powstających w procesach energetycznych spalania paliw i procesach technologicznych.
Z punktu widzenia ochrony środowiska ważnym zagadnieniem jest końcowa postać fizyczna i chemiczna zatrzymanego zanieczyszczenia - w najlepszym przypadku może to być surowiec do dalszych procesów technologicznych, np. siarka z instalacji odsiarczających, w najgorszym - ciekły lub stały odpad uciążliwy dla środowiska.
Ochronę powietrza atmosferycznego na terenach zamieszkanych i specjalnie chronionych można realizować również przez właściwą lokalizację zakładów przemysłowych oraz ochronę bierną, np. w formie izolacyjnych pasów zieleni.
Ponieważ zanieczyszczenie powietrza może stanowić problem lokalny, regionalny lub międzynarodowy, również w tej skali są podejmowane działania ochronne, np. 13 XI 1979 w Genewie 35 krajów (w tym Polska) podpisało Konwencję o Transgranicznym Zanieczyszczeniu Powietrza, której sygnatariusze powinni ograniczać ilość i zasięg rozprzestrzeniania zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego.
ŹRÓDŁA ZANIECZYSZCZEŃ POWIETRZA W POLSCE
Odstępstwa od składu czystego powietrza świadczą o jego zanieczyszczeniu, substancje, które w wyniku naturalnych zdarzeń przyrodniczych lub działalności ludzkiej dostają się do powietrza zmieniając ilościowo lub jakościowo jego skład naturalny uważane są za zanieczyszczenia. Im bardziej skład powietrza będzie różny od składu powietrza czystego, tym bardziej będzie ono zanieczyszczone, a tym samym będzie uciążliwe dla środowiska biologicznego.
Powietrze jest komponentem środowiska ważnym nie tylko na zawarty w nim tlen, bez którego życie organiczne byłoby niemożliwe, ale także dlatego, że ma decydujący wpływ na zdrowie człowieka. Obliczono, że człowiek wydycha dziennie ok.16 kg powietrza, tj. kilkakrotnie więcej niż wypija w tym czasie wody i spożywa żywności. Z tego powodu aktywne chemiczne zanieczyszczenia powietrza, nawet w niewielkich stężeniach, mogą wywołać negatywne skutki w organizmie ludzkim. Jest to tym bardziej istotne, że w procesie oddychania wiele zanieczyszczeń jest wchłanianych przez płuca bezpośrednio do krwiobiegu. Zanieczyszczenia powietrza mogą dotrzeć wszędzie, jednak największe ich stężenie znajduje się w rejonach przemysłowych. Tam też obserwuje się ich wpływ na zdrowie ludzi i zwierząt. Związek ten jest jeszcze bardziej widoczny, gdy rozpatruje się go z innymi czynnikami takimi jak: palenie papierosów, nasłonecznienie, stan psychiczny ludzi.
Ze wszystkich zanieczyszczeń powietrza najgroźniejsze są związki siarki, w szczególności zaś jej dwutlenek (SO2 atakuje najczęściej drogi oddechowe i struny głosowe. Duże stężenie SO2 w powietrzu może prowadzić do zmian w rogówce oka).
Substancje zanieczyszczające powietrze atmosferyczne we wszystkich trzech stanach skupienia. Istnieje więc możliwość tworzenia przez nie, z udziałem powietrza, układów wieloskładnikowych i wielofazowych. Postęp, realizowany rzekomo w imię dobra człowieka, zaczął bezpośrednio zagrażać jego zdrowiu i życiu, czego najlepszym wyrazem są ostatnie doniesienia o grożących katastrofach, takich jak zanieczyszczenia warstwy ozonowej i globalne ocieplenie klimatu Ziemi.
Polska była jednym z pierwszych krajów, w którym podjęto i rozwinięto akcję ochrony przyrody. Została zapoczątkowana przez naukowców i wkrótce zyskała poparcie społeczeństwa. Dziś Polska należy do krajów o najsilniej znacznie zanieczyszczonym środowisku. Wiele czynników gospodarczych, społecznych, a zwłaszcza politycznych spowodowało, że do końca lat 80 XX wieku stan środowiska systematycznie się pogarszał. Zanieczyszczenie środowiska stało się czynnikiem ograniczającym możliwości dalszego rozwoju. Główne źródło zanieczyszczenia stanowi przemysł, a ponadto transport, rolnictwo i gospodarka komunalna. W wyniku działalności gospodarczej powietrze atmosferyczne jest zanieczyszczane pyłami i gazami. Zarówno pyły jak i gazy oddziałują negatywnie na rośliny, zwierzęta oraz na zdrowie człowieka.
Polska zajmuje III miejsce na świecie w zanieczyszczeniu powietrza. Nadmierne zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego występuje na 20% powierzchni Polski. Przestrzenny rozkład emisji zanieczyszczeń jest bardzo nierównomierny, największy poziom osiąga ona na obszarach dużych aglomeracji miejskich oraz głównych okręgach przemysłowych. Zdecydowanie najgorsza sytuacja występuje w województwie śląskim. Głównymi źródłami zagrożeń są zakłady przemysłowe. Od wielu lat są przekraczane wartości dopuszczalnych stężeń wszystkich ważniejszych zanieczyszczeń atmosfery, w tym metali ciężkich, tlenku węgla i węglowodorów. Na obszarach zurbanizowanych, zwłaszcza przy ruchliwych ulicach miejskich występuje podwyższone w stosunku do poziomu dopuszczalnego zapylenie oraz stężenie szkodliwych gazów.
Żeby oczyścić powietrze należy:
- Dokonać zmian technologicznych (zmniejszyć lub wykluczyć unoszenie zanieczyszczeń).
- Zamontować skuteczne urządzenia oczyszczające na wszystkich monitorach zanieczyszczeń (cyklony, odpylacze, absorbery piece do spalania.
- Ustalić prawidłowe kryteria oceny zanieczyszczeń.
Od początku lat 90-tych obserwuje się zmniejszenie emisji zanieczyszczeń powietrza, co początkowo było spowodowane spadkiem produkcji przemysłowej, obecnie - postępem w instalowaniu urządzeń ochronnych. Wzrasta liczba urządzeń odpylających i ich średnia skuteczność. Powstają nowe instalacje odsiarczania spalin i usuwanie z nich tlenków azotu. Ilość zanieczyszczeń zatrzymanych i zneutralizowanych w urządzeniach oczyszczających w przypadku pyłów stanowi ok. 90 % zanieczyszczeń wytworzonych a w przypadku siarki - ok. 26% . Prędkość samooczyszczania się powietrza trwa kilka dób.
MONITORING SKUTKÓW ZANIECZYSZCZEŃ POWIETRZA
Zanieczyszczenie powietrza negatywnie oddziałuje na całą przyrodę, a w szczególności na ekosystemy leśne. Obserwuje się zahamowanie przyrostu drzew, degradację siedlisk, ustępowanie najwrażliwszych na zanieczyszczenia gatunków roślin oraz zmiany w krajobrazie. W wyniku oddziaływania zanieczyszczeń następuje obniżenie wartości przyrodniczych środowisk leśnych oraz ograniczenie ich funkcji ochronnych i rekreacyjnych.
Dobrym wskaźnikiem stopnia zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego jest jakość opadów atmosferycznych. Podczas opadów znaczna część zanieczyszczeń zawieszonych w powietrzu zostaje wymyta i trafia do podłoża. Jakość opadów jest zatem odzwierciedleniem stanu zanieczyszczenia powietrza. Opady są źródłem składników mineralnych pochodzących nie tylko bezpośrednio z atmosfery, ale również spłukiwanych z powierzchni roślin i innych obiektów. Należy przy tym pamiętać, że wielkość stężeń poszczególnych substancji zależy od wielu czynników, m.in. takich jak czas trwania opadów, ich intensywność lub długość okresu bezdeszczowego poprzedzającego opad. Jakość opadów atmosferycznych na obszarze parku i na terenach do niego przylegających, w tym na terenie Suwałk, jest zróżnicowana, ale wyraźnie wskazuje na niewielki stopień zanieczyszczenia powietrza. Nieco większe stężenia niektórych związków chemicznych w opadach z okresu zimowego związane są z sezonem grzewczym, a zatem większą ilością zanieczyszczeń w powietrzu.
Do najważniejszych zjawisk związanych z zanieczyszczeniem powietrza należy zakwaszenie gleb i wód. Powodowane jest ono głównie przez emitowane do atmosfery dwutlenki siarki i azotu, które następnie wymywane są z powietrza i docierają do podłoża w postaci tzw. kwaśnych deszczów. Odczyn pH zwykłego deszczu wynosi 5,6-5,8. Jest on zatem lekko kwaśny z uwagi na obecność słabego kwasu węglowego, który pochodzi z rozpuszczonego dwutlenku węgla. Opady z terenu parku charakteryzują się obecnie z reguły kwaśnym odczynem. Średnie miesięczne wartości pH wahają się w granicach od prawie 4,0 do ponad 6,0. Najniższe wartości pH rejestrowano w opadzie styczniowym, a najwyższe w opadzie z sierpnia. W Suwałkach pady mają odczyn zasadowy, a wartości pH dochodzą niekiedy do 8,9. Alkaliczny charakter tych opadów wynika prawdopodobnie ze znacznie wyższych stężeń wapnia w opadzie z terenu zurbanizowanego.
Dobrym wskaźnikiem stanu czystości powietrza są również porosty, które odznaczają się bardzo wysoką wrażliwością na zanieczyszczenie, zwłaszcza dwutlenkiem siarki. Już nawet niewielkie stężenia zanieczyszczeń w powietrzu mogą spowodować daleko idące zmiany w biologii porostów, a nawet ich wymieranie. W pierwszej kolejności wymierają porosty krzaczkowate, głównie brodaczki, następnie porosty listkowate i na końcu skorupiaste. Bardzo liczne występowanie porostów na terenie parku, w tym form krzaczkowatych, świadczy niskim skażeniu powietrza. Potwierdzają to również badania zawartości metali ciężkich w plechach porostów. Porosty nie mają tkanki okrywającej, pobierają wodę bezpośrednio z opadów atmosferycznych lub z powietrza, zatem to, co jest w powietrzu, łatwo przenika do ich wnętrza. Bardzo niskie stężenia metali ciężkich w porostach, niskie stężenia innych substancji w powietrzu i opadach atmosferycznych oraz dobra kondycja porostów świadczą, o tym, że badany obszar położony jest w strefie "czystego" powietrza. Efektem tego jest bogata flora i fauna tego regionu, czyste wody, gleby oraz zdrowe i dorodne lasy. Taki stan rzeczy pozytywnie wpływa na człowieka, który znajduje tu odpowiednie warunki do życia i wypoczynku.
POROSTY JAKO BIOWSKAŹNIK ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA
Porosty (Lichenes) są niezwykłymi organizmami składającymi się z dwóch części: grzyba i glonu. Takie powiązanie pozwala porostom rosnąć na nagich skałach, drzewach, płotach a nawet na murach domów. Grzyb dostarcza z podłoża, na którym rośnie, wodę wraz z solami mineralnymi oraz chroni glon przed wysychaniem. Glon z kolei, dzięki zdolności do fotosyntezy, produkuje substancje organiczne będące pokarmem dla obydwu organizmów. Porosty mogą pobierać również substancje odżywcze prosto z atmosfery-zawarte w pyłach i gazach, a wraz z nimi związki trujące, akumulując je w sobie. Z tego powodu porosty okazały się bardzo dobrymi organizmami określającymi zanieczyszczenie atmosfery (biowskaźnikami, bioindykatorami).
Głównym źródłem zanieczyszczenia powietrza jest dwutlenek siarki emitowany do atmosfery, produkt spalania węgla, benzyny, ropy. SO2 reaguje z tlenem atmosferycznym i przechodzi w SO3. Ten zaś wraz z cząsteczkami wody tworzy H2SO4 i w ten sposób powstają tzw. kwaśne deszcze, niszcząco działające na roślinność (umieranie lasów). W wyniku obserwacji okazało się, że porosty są szczególnie wrażliwe na kwaśne deszcze.
W strefie umiarkowanej porosty rosną na czterech zasadniczych typach podłoży. Są to:
- kora drzew, krzewów i krzewinek (porosty epifityczne - epifity);
- drewno (porosty epiksyliczne - epiksyle);
- ziemia (porosty naziemne);
- skały (porosty naskalne - epility).
Do monitoringu powietrza wykorzystuje się przede wszystkim porosty nadrzewne (epifityczne). Porosty epifityczne występują na wszystkich gatunkach drzew.
Prowadząc monitoring powietrza przy pomocy porostów, nie uzyskujemy informacji o składzie chemicznym zanieczyszczeń ani o wpływie poszczególnych związków. Otrzymane wyniki są świadectwem kompleksowego oddziaływania mieszaniny szkodliwych związków.
Substancje toksyczne powodują przy oddziaływaniu bezpośrednim na porosty, że najbardziej wrażliwym jest aparat fotosyntetyczny glonów porostowych, w którym chrolofil ulega degradacji i zostaje unieczynniony. Duże stężenie SO2 w krótkim czasie powoduje obumarcie wszystkich glonów w plesze i śmierć porostu. Przy mniejszych stężeniach SO2 następują zmiany w budowie wewnętrznej komórek i przepuszczalności błon plazmatycznych, co ułatwia wnikanie toksyn do wnętrza. Pyły, jeśli są emitowane w dużych ilościach, niszczą plechy porostów w sposób mechaniczny; okrywając je grubą warstwą uniemożliwiającą wymianę gazową i ograniczają dostęp światła do komórek glonów.
SKALA POROSTOWA MONITORINGU POWIETRZA (Skala Hawkswortha i Rosa)
Strefa I > 170 mikrogram SO2/m3
Strefa II 150-170 mikrogram SO2/m3
Strefa III 100-150 mikrogram SO2/m3
Strefa IV 70-100 mikrogram SO2/m3
Strefa V 40-70 mikrogram SO2/m3
Strefa VI 10-40 mikrogram SO2/m3
Strefa VII < 10 mikrogram SO2/m3
Opis stref:
Strefa I - o szczególnie silnie zanieczyszczonym powietrzu (=bezwzględna pustynia porostowa), która charakteryzuje się całkowitym brakiem porostów nadrzewnych.
Strefa II - o bardzo silnie zanieczyszczonym powietrzu (=względna pustynia porostowa), w której występują tylko najbardziej odporne na zanieczyszczenia porosty o plechach skorupiastych: np. (Lecanora conizaeoides) i (Lepraria incana)
Strefa III - o silnie zanieczyszczonym powietrzu (=wewnętrzna strefa osłabionej wegetacji), w której, poza gatunkami skorupiastymi, rosną również porosty o plechach łuseczkowatych, gatunkami wskaźnikowymi dla tej strefy są: brunatka kropkowata (Amandinea punctata), obrost wzniesiony Physcia adscendens), złotorost postrzępiony (Xanthoria candelaria).
Strefa IV - o średnio zanieczyszczonym powietrzu (=środkowa strefa osłabionej wegetacji), w której występują już porosty o plechach listkowatych; strefę tę wyróżniają porosty listkowate: pustułka pęcherzykowata (Hypogymnia physodes), tarczownica bruzdkowana (Parmelia sulcata).
Strefa V - o względnie mało zanieczyszczonym powietrzu (=zewnętrzna strefa osłabionej wegetacji), którą charakteryzuje obecność mniej wrażliwych na zanieczyszczenia porostów krzaczkowatych. Są to: mąkla tarniowa( Evernia prunastri), mąklik otrębiasty (Pseudevernia furfuracea) i gatunki z rodzaju (Ramalina).
Strefa VI - o nieznacznie zanieczyszczonym powietrzu (=wewnętrzna strefa normalnej wegetacji), rosną tu porosty listkowate i krzaczkowate wrażliwe na zanieczyszczenia, takie jak: włostka brązowa (Bryoria fuscescens), brodaczka kępkowa (Usnea hirta), płucnik modry (Platismatia glauca).
Strefa VII - o powietrzu czystym lub ze znikomą zawartością zanieczyszczeń (=typowa strefa normalnej wegetacji), w której czynnikiem ograniczającym są naturalne warunki siedliskowe. Strefę tą wyróżniają bardzo wrażliwe na zanieczyszczenia gatunki z rodzajów: włostka (Bryoria), granicznik (Lobaria), pawężniczka (Nephroma), brodaczka (Usnea).
Do wyróżnienia powyżej wyliczonych stref wykorzystuje się wyłącznie porosty rosnące na korze drzew!!
OCHRONA POWIETRZA - PODSUMOWANIE
Zagadnienia związane z ochroną powietrza reguluje ustawa z dnia 31 stycznia 1980 r. o ochronie i kształtowaniu środowiska. Ustawa ta określa zasady ochrony i racjonalnego kształtowania środowiska, zmierzające do zapewnienia współczesnemu i przyszłym pokoleniom korzystnych warunków życia.
Z pewnością nigdy nie będzie możliwe całkowite zatrzymanie emisji szkodliwych substancji. Aby chronić nasze powietrze, należy więc podejmować działania mające na celu ograniczenie emisji zanieczyszczeń do atmosfery. Wszystkie fabryki, huty i inne ośrodki przemysłu posiadające kominy odprowadzające gazy spalinowe powinny stosować filtry kominowe. Spadek poziomu emisji szkodliwych gazów będzie również następował wraz z doskonaleniem hermetyzacji produkcji (produkcji całkowicie odizolowanej od środowiska).
Ważną rolę w zanieczyszczaniu powietrza odgrywa komunikacja. Aby ograniczyć emisję szkodliwych składników spalin samochodów silnikowych, należy zamontować w swych autach różnego rodzaju katalizatory, które wpływają na jakość spalania benzyny. W celu ograniczenia emisji tlenku ołowiu, należy stosować benzynę bezołowiową, całkowicie pozbawioną czteroetylku ołowiu.
Aby chronić atmosferę przed nadmiernym zanieczyszczaniem tlenkiem węgla należy również wyeliminować z ruchu ulicznego często spotykane samochody o bardzo złym stanie technicznym, które nie spalają całkowicie paliw. Znaczne ilości gazów zanieczyszczających powietrze atmosferyczne są emitowane również w wyniku spalania paliw w celu ogrzewania budynków mieszkalnych. Należy w tym przypadku używać filtrów służących do oczyszczania gazów odprowadzanych przez kominy do atmosfery. W celu ograniczenia emisji gazów powstających w wyniku rozkładu substancji organicznych znajdujących się na wysypiskach śmieci, należy opracować nowe metody utylizacji śmieci.
W ośrodkach miejskich można chronić powietrze poprzez właściwe lokowanie nowych zakładów przemysłowych. W dużych miastach ważną rolę pełnią również izolacyjne pasy zieleni, które, oprócz pochłaniania pewnych ilości zanieczyszczeń powietrza, tłumią hałas.
Obecnie zanieczyszczenie powietrza nie jest już niestety tylko problemem lokalnym. Stanowi problem międzynarodowy. W związku z tym podpisywane są umowy międzynarodowe dotyczące ograniczania emisji szkodliwych gazów i pyłów. Dnia 13 listopada 1979 roku 35 krajów (w tym Polska) podpisało Konwencję o Transgranicznym Zanieczyszczeniu Powietrza. Ma ona na celu ograniczanie ilości i zasięgu rozprzestrzeniania zanieczyszczeń powietrza.