Povaha a vlastnosti znečišťujících látek Praha 2006
Pod pojmem znečišťující látky jsou v naší současné legislativě označovány tuhé, kapalné a plynné látky, které přímo anebo po chemické či fyzikální změně v ovzduší, nebo po spolupůsobení s jinou látkou nepříznivě ovlivňují ovzduší, a tím ohrožují a poškozují zdraví lidí, ostatních organismů nebo majetek. Látky znečišťující (dále jen ZL) ovzduší jsou tedy hmotné látky, které nepříznivým způsobem ovlivňují životní prostředí. Nepříznivé ovlivňování se může projevovat různými způsoby, např.: škodami na zdraví lidí a zvířat; poškozováním prostředí (nebo některé jeho složky); nepříznivými změnami přirozeného ovzduší; obtěžováním okolí, zhoršením pohody prostředí (pachem, snížením viditelnosti atd.). Nejčastěji se ZL rozdělují podle: skupenství; chemického složení; míry škodlivosti (nebezpečnosti, rizikovosti). Podle skupenství se ZL rozdělují na tuhé, kapalné a plynné. Tyto tři skupiny látek se v praxi někdy spojují do skupin podle různých hledisek (způsobu odlučování, stanovení úletu atd.). Z hlediska chemického složení ZL se rozdělují do skupin podle sloučenin jednotlivých prvků.
Tuhé a kapalné znečišťující látky Tuhé a kapalné znečišťující látky jsou částečky těchto látek, které mohou vytvářet se vzduchem dvojfázové disperzní systémy, v nichž je vzduch disperzním prostředím a tuhé a kapalné částice - dispergovanou látkou. Podle stability disperzního systému dělíme zhruba tyto látky na prachy a aerosoly. Pod pojmem prach jsou tedy zahrnuty malé částice tuhých látek, které po rozptýlení v klidném disperzním systému mají pádovou rychlost, která odpovídá zákonům volného pádu. Patří sem polétavé prachy, hrubé prachy, jemné prachy a různé nečistoty. Pod pojmem aerosol jsou zahrnovány tuhé a kapalné částice, které po rozptýlení v klidném disperzním systému tvoří stabilní systém. V praxi užíváno termínu "mají zanedbatelnou sedimentační rychlost".
Aerosoly podle vzniku rozdělujeme na: disperzní, vzniklé rozmělněním nebo destrukcí látek (prachové aerosoly, kouře); kondenzační, vzniklé srážením par nebo reakcemi v ovzduší (mlhy, dýmy, opary). Velikosti částic aerosolů jsou v rozmezí od 10-2 do 102 µm, tj. od makromolekul až po jemné částice prachu (při silném větru). Menší částice než 0,1 µm ulpívají po nárazu na předmětu (špinění budov, textilu atd.) nebo na zemském povrchu. V ovzduší vykonávají nepravidelný pohyb (Brownův pohyb) a při vzájemných nárazech se shlukují do větších celků (koagulují). Větší částice než 0,l - 0,5 µm se z ovzduší usazují (sedimentují). Částice větší než 5 µm jsou při vdechování zadrženy v dýchacích cestách (nosem). Částice 0,25-5 µm jsou zadrženy v alveolách (plicních sklípcích) a částice < 0,25 µm vydechujeme. Z hlediska lidského zdraví jsou nejnebezpečnější částice v uvedeném středním intervalu. Z hlediska ochrany životního prostředímajíznačný význam aerosoly, které mohou mít buď inertní, ale i toxický nebo karcinogenní charakter. Původ vzdušných aerosolů může být: přirozený (zvířený prach ze zemského povrchu, mořské soli, popel z lesních požárů, mimozemské částice atd.); umělý (zemědělská, průmyslová činnost, doprava atd.)
Plynné znečišťující látky a částice Různé plyny a páry se do ovzduší dostávají přírodní cestou. Plynné škodliviny se do ovzduší dostávají následkem různých fotochemických reakcí, elektrickými výboji, vulkanickou činností apod. Mimo bezprostřední výskyt je však koncentrace těchto plynů a par velmi nízká. Nejvyšší množství těchto škodlivin se do ovzduší dostává následkem lidské činnosti. Jsou to především zplodiny spalování, vznikající ze stále rostoucího množství paliv, používaných k vytápění domácností, průmyslu, v energetice, dopravě a k jiným účelům. Dalším důležitým zdrojem těchto škodlivin jsou průmyslové technologie, zejména hutnického a chemického průmyslu a koksárenství
Sloučeniny síry Oxid siřičitý je bezbarvý plyn, který reaguje na povrchu různých tuhých suspendovaných částic. Snadno se rozpouští ve vodě a může být oxidován uvnitř vodních kapiček rozptýlených vovzduší. K emisím, které lze do této skupiny zařadit patří oxid siřičitý, sírový, sulfan, sirouhlík a různé organické sloučeniny síry. Hlavní složkou přírodního původu je sulfan. V přepočtu na síru činí jeho podíl na emisích 46,1% zatímco oxidu siřičitého 33,2% a síranu a siřičitanů 20,7%. Z antropogenních zdrojů se na znečišťování atmosféry sirnými sloučeninami nejvíce podílí oxid siřičitý. Oxid siřičitý SO 2 je hlavní znečišťující látkou v ovzduší, a to co do množství i co do účinků na životní prostředí. Oxid siřičitý během určité doby přechází fotochemickou nebo katalytickou reakcí na oxid sírový: SO 2 + 0,5 O 2 = SO 3 SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4
Rychlost oxidace závisí na povětrnostních podmínkách, tj. na teplotě, na slunečním svitu, na přítomnosti katalyzujících částic atd. Běžně se odstraní během jedné hodiny z ovzduší 0,l % až 2 % přítomného SO 2. Vzniklý oxid sírový je okamžitě hydratován vzdušnou vlhkostí na aerosol kyseliny sírové, který může reagovat s prachovými alkalickými částicemi v ovzduší za vzniku síranů. Sírany se postupně usazují na zemský povrch, nebo jsou z ovzduší vymývány srážkami. Při nedostatku alkalických částic v ovzduší dochází k okyselení srážkových vod až na ph < 4,0. Kyselé deště uvolňují z půdy hliníkové a další kovové ionty (Cu, Pb, Cd), které potom poškozují půdní mikroorganismy, znehodnocují vodu a způsobují úhyn ryb atd.
Oxid siřičitý negativně působí na zdraví živočichů, zejména na zdraví lidské a na rostlinstvo, SO 2 poškozuje především dýchací systém. U člověka zvyšuje výskyt akutního a chronického astmatu, bronchitidy a plicního emfyzému (rozedmu plic). Při vyšších koncentracích způsobuje a působí: 100 µg.m -3 - dráždění očí, horních cest dýchacích; 500 µg.m -3 -na činnost mozkové kůry; 2 500 µg.m -3 - na snížení průchodnosti v plících. Dlouhodobé působení SO 2 při koncentraci 50 µg.m -3 vede ke zvýšení úmrtnosti na choroby krevního oběhu a chronickou bronchitidu. Absorpce oxidu siřičitého na povrchu nosních sliznic a sliznic horních cest dýchacích je důsledkem jeho rozpustnosti ve vodném prostředí. Tato absorpce závisí na koncentraci: v nosní dutině dochází k 85 % absorpci při 4-6 µg.m -3 a k přibližně 99 % absorpci při 46 mg/m3. Pouze minimální množství oxidu siřičitého pronikne až do dolních cest dýchacích. Z dýchacích cest se oxid siřičitý dostává do krve. Vylučování oxidu siřičitého se děje hlavně močí (po biotransformaci na sírany, k níž dochází v játrech).
Přítomnost SO 2 už ve velmi malých koncentracích působí na rostlinstvo. Jedny z nejcitlivějších jsou lišejníky, které rychle hynou. Účinky SO 2 však působí i na vyšší rostliny, je poškozován jejich fotosyntetický aparát, což vede k poškození a odumírání keřů a stromů a hynutí celých lesních porostů (nejvíce jsou napadeny rostliny s neopadavými listy, tedy jehličnany). Emisní limity SO 2 pro elektrárny a teplárny jsou v ČR stanoveny podle jejich výkonu v rozmezí od 500 do 1 700 mg.m -1 spalin (pro velké > 300 MW, platí nižší hodnota). Nejvyšší přípustné přízemní koncentrace (imisní limity) jsou pro SO2 IHd (denní) 150 µg.m -3 a pro IHk (krátkodobý - 30 minut) 500 µg.m -3. Oba uvedené IL mají stejnou hodnotu jak pro SO 2, tak pro polétavý prach (prachový aerosol). Koncentrace SO 2 ve znečištěné atmosféře se pohybují v rozsahu 500-2600 µg.m -3. Střední čas setrvání SO 2 v čisté atmosféře je 2-6 dní. V tomto časovém úseku se může přemístit až na vzdálenost 1000 km. Studium chemických transformací však potvrdilo, že jeho koncentrace v ovzduší rychle klesá, hlavně v důsledku oxidace na oxid sírový, který se za přítomnosti vodní páry mění na kyselinu sirovou.
Oxid sírový vzniká při spalování vedle oxidu siřičitého v množství 1-2 % a dále již uvedenou oxidací oxidu siřičitého v ovzduší. Někdy bývají s SO 2 ve spalinách označovány jako oxidy síry SO x. Oxid sírový okamžitě reaguje se vzdušnou vlhkostí a vytváří aerosol kyseliny sírové. Mlha kyseliny sírové je tvořena v převážné míře částicemi menšími než 1 µm. Částice tohoto rozměru mohou pronikat hluboko do plic s dráždivým účinkem ještě horším než SO 2. Aerosol H 2 SO vyvolává spasmy (vůlí neovlivnitelná svalová kontrakce, křeč) a poškozuje sliznici průdušek.
Kyselina sírová (H 2 SO 4 ) je silná kyselina, která vzniká reakcí oxidu sírového (SO 3 ) s vodou. Kyselina sírová je silně hygroskopická. V čistém stavu je to průzračná bezbarvá kapalina s bodem varu 330 C. Hydrogensíran amonný (NH 4 HSO 4 ), který je méně kyselý než kyselina sírová, je v čistém stavu krystalická tuhá látka s bodem tání 147 C. Suspendované částice představují složitou směs organických a anorganických látek. Jejich hmota a složení vede obvykle k rozdělení do dvou hlavních skupin: hrubé částice s aerodynamickým průměrem větším než 2,5 µm a jemné částečky s aerodynamickým průměrem menším než 2,5 µm. Menší částečky obsahují sekundárně vytvořené aerosoly (vzniklé kondenzací plynných složek), částice ze spalování a znovu zkondenzované organické či kovové páry. Větší částice obvykle obsahují materiál zemského povrchu a zvířený prach ze silnic a průmyslových závodů. Kyselá složka suspendovaných částic a většina jejich mutagenního účinku je obecně obsažena v jemné frakci, ačkoliv jistý podíl hrubých kapiček kyselin je přítomný i v mlhách.
Sloučeniny uhlíku Většina plynných sloučenin uhlíku se do ovzduší dostává z přírodních zdrojů. Převážně se jedná o biologické procesy, lesní a stepní požáry apod. K antropogenním zdrojům významně přispívá průmysl a doprava. Oxid uhelnatý Oxid uhelnatý (CO) je bezbarvý plyn bez zápachu a chuti, o něco málo lehčí nežvzduch. Reaguje s hemoglobinem za vzniku karboxyhemoglobinu (COHb). Afinita hemoglobinu k oxidu uhelnatému je více než 200krát vyšší než ke kyslíku. K hlavním přírodním zdrojům oxidu uhelnatého v atmosféře patří oxidace methanu, rozklad chlorofylu, fotooxidace terpenů, lesní požáry, vulkanická činnost, bakteriální rozklad organických látek zejména v oceánech atd.
Vdechnutý oxid uhelnatý reaguje s železem protohemu hemoglobinu a vytváří s ním velmi pevnou vazbu. Rozdělení oxidu uhelnatého v organismu je ovlivněno perfuzí orgánů, zejména v počátečních fázích příjmu oxidu uhelnatého nebo při zvýšení koncentrací oxidu uhelnatého ve vnějším ovzduší. Výsledný karboxyhemoglobin je u člověka přibližně 250krát stabilnější než oxyhemoglobin, u většiny druhů zvířat je tato stabilita nižší. Koncentrace karboxyhemoglobinu v krvi roste velmi rychle v srdečních a mozkových arteriích a pomaleji v periferních orgánech a končetinách. Po dosažení ustáleného stavu je rozdělení oxidu uhelnatého určeno parciálním tlakem kyslíku a oxidu uhelnatého v orgánech a tkáních a rovněž různou afinitou ve vztahu k množství jednotlivých hemoproteinů.
Účinky na lidské zdraví spojeno s expozicemi oxidu uhelnatého při nízkých koncentracích: nejnižší koncentrace, při které byly pozorovány účinky. Koncentrace CO (%) 2,3-4,3 2,9 4,5 5 5,5 Účinky statisticky významné snížení (3-7 %) ve vztahu mezi dobou práce a stavem vyčerpání při fyzické zátěži zdravých mladých mužů statisticky významné snížení schopnosti cvičit {zkrácení doby fyzické zátěže do nástupu bolesti) u pacientů s anginou pectoris a prodloužení doby trvání příznaků statisticky významné snížení maximální spotřeby kyslíku a doby výdrže fyzické zátěže mladých zdravých mužů během usilovné až namáhavé fyzické zátěže < 5 žádné statisticky významné snížení pozornosti po expozicích oxidu uhelnatému 5 7,6 statisticky významné snížení pozornosti u zdravých testovaných osob 5 17 7 20 statisticky významné snížení vizuálního vnímání, manuální obratnosti, schopnosti učit se nebo výkonnosti při složitých senzomotorických úlohách (např. při řízení vozidel a pilotování letadel) statisticky významné snížení maximální spotřeby kyslíku během intenzivní fyzické zátěže zdravých mladých mužů
Oxid uhelnatý vzniká při nedokonalém spalování. Je součástí kouřových a výfukových plynů, koksárenského, vysokopecního a generátorového plynu. Cigaretový kouř obsahuje až 2 % CO. Ve výfukových plynech aut se nachází asi 3,5 % CO a je jejich nejškodlivější složkou. Snížení obsahu CO ve spalinách je technicky náročné a obvykle spočívá v dohoření spalin. V ovzduší přechází CO fotochemickou oxidací na oxid uhličitý. Oxidace probíhá poměrně pomalu, poločas se odhaduje na několik měsíců až několik let. V troposféře i ve stratosféře se na transformaci oxidu uhelnatého podílí reakce s volnými OH radikály.
Část CO spotřebují půdní bakterie, váže se na rostliny rozpouští se v oceánech. Oxid uhelnatý je silně toxický. S krevním barvivem vytváří velmi pevný karboxyhemoglobin, což vede k omezení přenosu kyslíku z plic do krevního oběhu. K akutní otravě, která se projevuje bolestmi hlavy, nevolností, zvracením, hučením v uších, dýchacími těžkostmi, zvýšenou srdeční činností, spánkem až bezvědomím (poškození mozku), dochází při expozici 0,06-0,12% CO ve vzduchu za hodinu. Při expozicí 0,35 % CO za hodinu nastává smrt. Oxid uhelnatý se všeobecně nezařazuje mezi hlavní skleníkové plyn, protože nepohlcuje tepelné záření (dvou atomové molekuly plynů prakticky neabsorbují IR a tepelné záření, jsou průteplivé). Oxid uhelnatý v atmosféře se poměrně rychle oxiduje na CO 2.
Z posledních analýz a výzkumu vyplývá, že potenciál globálního oteplování, pocházejícího z množství CO (i když není přímým skleníkovým plynem), je vyšší než ze stejného množství CO 2. Je to způsobeno tím, že CO má v atmosféře dvojí účinek. Za prvé prodlužuje průměrnou dobu přetrvání CH 4 vatmosféře o 20%. Za druhé se v konečné fázi CO přemění na CO 2. Spolupůsobením těchto dvou účinků je celkový vliv emisí CO cca 2,2krát vyšší než stejné množství emisí CO 2. Z toho vyplývá, že snižování emisí CO má větší význam než snižování emisí CO 2.
Oxid uhličitý Oxid uhličitý je stálou složkou koloběhu uhlíku v přírodě. Jeho výměna mezi biosférou a atmosférou probíhá kontinuálně. K hlavním zdrojům CO 2 patří respirace a oxidace odumřelého rostlinného materiálu. Emise z nejdůležitějšího antropogenního zdroje spalování fosilních paliv, představuje pouze kolem 4 % z celkového množství CO 2 přicházejícího do ovzduší. V důsledku spalování fosilních paliv stoupá jeho obsah v ovzduší, což se nepříznivě projevuje v oteplování Země, v tzv. skleníkovém plynu.
Oxid uhličitý nepodléhá v atmosféře žádným chemickým reakcím a setrvává v ní několik let. K jeho fotolytickému rozkladu dochází částečně ve stratosféře a zejména pak v termosféře. V nízkých koncentracích není CO 2 jedovatý. V krvi je trvale přítomný. Vzniká oxidačními pochody v organismu a vylučuje se dýcháním. Při vdechování většího množství oxidu uhličitého může dojít k udušení.
Za posledních 120 let se zvýšil obsah CO 2 v ovzduší přibližně o 14% tj. z 530 mg.m -3 na 606 mg.m -3. Z tohoto důvodu se CO 2 pokládá z celosvětového hlediska za nejzávadnější znečišťující látku. Další vzrůst jeho obsahu v atmosféře může vést k dlouhodobým nepříznivým klimatickým změnám. Numerické modely dlouhodobého vývoje světových emisí CO 2 naznačují, že ke stabilizaci současného stavu by bylo zapotřebí snížení celkových emisí CO 2 o 60 až 70%. Antropogenní oxid uhličitý je uvolňován do atmosféry prakticky dvěma základními technologickými procesy; oxidací látek obsahující uhlík (spalovací procesy, energetika atd.), rozkladem uhličitanů (vápenky, cementárny atd.) a cukrů (kvasné procesy v potravinářském průmyslu).
Polycyklické aromatické uhlovodíky Polycyklické aromatické uhlovodíky /PAU/ jsou velmi bohatě zastoupeny skupinou organických látek obsažených v troposféře znečištěné emisemi produktů nedokonalého hoření. K jejich antropogenním zdrojům patří zejména spalování tuhých paliv při výrobě tepelné a elektrické energie, doprava a některé průmyslové technologie jako např. výroba železa, koksu a zpracování ropy a dehtu. K přírodním zdrojům patří sopečná činnost a velké lesní požáry.
Mezi doposud identifikovanými PAU ve znečištěném ovzduší se vyskytuje 12 sloučenin prokazatelně karcinogenních při testování na pokusných zvířatech. Jedním z nejsilnějších a nejčastěji sledovaných karcinogenů z této skupiny je benzo/a/pyren. První členy řady PAU se vyskytují v troposféře v plynné fázi, se zvětšující se molekulou se nachází stále větší procento PAU v sorbavaném stavu na tuhých částicích: naftalen 100 % v plynně fázi, anthracen, fenanthren 97 %, fluoranthen 75 % pyren 50 %, benzofluoren %, benz/a/anthracen 30 % v plynné fázi, benzo/a/pyren 10 %, benzo/k/fluoranthen 9 %, karonen 3 %.
Transformace přímo emitovaných mateřských PAU na polárnější deriváty nebo rozkladné produkty jsou velmi důležité z hlediska jejich biologické aktivity. Donedávna se předpokládalo, že samy mateřské PAU odpovídají za převážnou část karcinogenní a mutagenní aktivity městského ovzduší. Dnes je však jasné, že doposud identifikované nejaktivnější mutagenní komponenty jsou deriváty PAU, obsažené v méně i více polárních frakcích získaných dělením extraktů hlavně z částic pocházejících z výfukových plynů. Předpokládá se, že vedle kyslíkových derivátů způsobují nitroderiváty FAU 50-60 % přímé mutagenní aktivity extraktů tuhých aerosolových částic, zejména popílku a sazí
Dioxiny Dioxin je název pro dvě skupiny sloučenin blízkých si strukturou a chemickým chováním. Tyto skupiny jsou polychlorované dibenzo-p-dioxiny (PCDD) a polychlorované dibenzofurany (PCDF), přičemž první skupina zahrnuje asi sedmdesát a druhá asi sto-třicet jednotlivých látek. Dioxiny patří k nejjedovatějším látkám na zemi vůbec, dokonce ještě v koncentracích jedna ku miliardě jsou životu nebezpečné (jsou sedmdesátkrát jedovatější než kyanid draselný). Navíc jsou látkami karcinogenními a teratogenními (schopnými poškozovat nenarozený plod). Dioxiny jsou nerozpustné ve vodě, málo v tucích, nejlépe pak v chlorovaných organických rozpouštědlech. Organismem jsou zpracovávány a vylučovány velice pomalu, takže může docházet k jejich kumulaci v organismu (zejména v tukových tkáních), což vede ke kontaminaci potravních řetězců.
PCDD/F jsou v čistém stavu bílé krystalické látky, pouze velmi málo těkavé (teplota tání tt = 305-306 C, teplota varu tv = 446 o C). Dioxiny jsou vysoce nepolární hydrofobní sloučeniny ve vodě špatně rozpustné, rozpustnost klesá se zvyšujícím se stupněm chlorace. Vyznačují se vysokou chemickou stabilitou. Jsou dobře rozpustné v organických rozpouštědlech a v koncentracích obvyklých v biologických materiálech se rozpouštějí a hromadí v tucích (přesněji v lipidech). Jsou vysoce termostabilní, úplný tepelný rozklad 2,3,7,8 TCDD nastává při teplotě nad 850 C. Na světle dioxiny podléhají fotochemické destrukci molekul. Ultrafialové, sluneční i umělé světlo vyvolává fotolytickou dechloraci dioxinů. V pevné fázi jsou PCDD/F stabilnější než v roztoku. Mohou být odbourány ozónem při minimální koncentraci 3% objemu v plynu
Situace, při nichž jsou obyvatelé této planety ohroženi dioxiny existují v zásadě tři: při použití chemických zbraní (byly jejich nechtěnou součástí), při haváriích v chemickém průmyslu a použitím jejich nesprávně vyrobených produktů (dioxiny vznikají jako nežádoucí vedlejší produkty, zejména při výrobě všech druhů pesticidů, bělení papíru chlorem a řady dalších látek) a konečně jejich emisemi do ovzduší v důsledku spalování látek obsahujících chlór. Mezi nejvýznamnější zdroje vzdušných emisí dioxinů patří spalování uhlí, spalovny odpadů, spalování dřeva konzervovaného pentachlorfenolem (kdysi užívaný nátěr proti hnilobě, dovážen do ČR do r. 1986) a chlórem běleného papíru. Dále vznikají dioxiny při výrobě železa a neželezných kovů, při požárech, hoření kabelů a elektromotorů, při kremacích. Rovněž někdejší užívání tzv. vynašečů (chlorované a bromované uhlovodíky, v ČSFR zakázané roku 1992) přidávaných do olovnatých benzinů, přispělo k celkové dioxinové zátěži. Při spalování se do ovzduší uvolňují dioxiny buď již přítomné ve spalovaném materiálu, nebo vznikající z prekursorů (sloučenin schopných přeměnit se na dioxiny) jakými jsou polychlorované bifenyly (PCB), polyvinylchlorid (PVC), pentachlorofenoly a některé chlorované pesticidy (v ČR se řadu let neužívají). Dioxiny vznikají nejvíce při teplotách 200 400 o C, proto každá vteřina hoření v tomto teplotním rozmezí je nežádoucí. Naopak 2 sekundy hoření při teplotě 1050 o C by každý dioxin měly spolehlivě zneškodnit. Kontaminaci vody dioxiny způsobuje především bělení papíru chlórem.
Dioxiny mohou vyvolat poškození kůže, jater, různé neurologické účinky, poruchy imunity a některé studie naznačují podíl na odchylkách v sexuálním vývoji (poruchy plodnosti, opožděný vývoj). Dioxiny snižují hladinu mužských pohlavních hormonů a inzulínu (snižuje hladinu cukru v krvi), ovlivňují hladinu hormonů štítné žlázy (podílejí se na řízení tělesného růstu, vývoji mozku), glukokortikoidů (regulují hladinu cukru v krvi) a melatoninu (nastavuje denní rytmus). Do skupiny pravděpodobných kancerogenů (látky způsobující rakovinu) se dosud zařazuje jen TCDD. Popisuje se zvýšený výskyt zhoubných nádorů plic (karcinomů), měkkých tkání (sarkomů), žaludku a lymfatické tkáně (lymfomů).
Dusík Dusík je bezbarvý plyn bez chuti a bez zápachu. Je lehčí než vzduch. Ve vodě je méně rozpustný než kyslík. Nejdůležžitější fyzikální konstanty dusíku jsou uvedeny v tab. Fyzikální konstanty dusíku Hustota (0 o C, 0,1 MPa) 1,250 46 kg.m -3 Teplota tání Teplota varu Kritická teplota Kritický tlak - 209,99 o C - 195,82 o C -147,2 o C 3,35 MPa Kritická hustota 0,3110 g.cm -3
Oxidy dusíku Oxidy dusíku se vyskytují v atmosféře převážně v následujících formách. Jako N 2 O oxid dusný, NO oxid dusnatý, NO 2 oxid dusičitý, popř. jako dimer N 2 O 4. Vedle nich se nalézá v ovzduší ještě menší množství N 2 O 3 oxidu dusitého. Z uvedených plynů není N 2 O (označovaný jako rajský plyn) považován za škodlivinu. Vzniká převážně bakteriálním rozkladem dusíkatých látek, není reaktivní a ve velkých výškách se fotochemicky rozkládá na kyslík a dusík. Pokud hovoříme o oxidech dusíku jako o škodlivých látkách, jsou tím míněny NO a NO 2 a označovány jako NO x. Při stechiometrických výpočtech vyjadřujeme NO x jako NO 2.
Oxid dusičitý Oxid dusičitý je červenohnědý plyn rozpustný ve vodě a silné oxidační činidlo. Oxid dusičitý má štiplavý dusivý zápach. Menší část NO x je produkována bakteriálními procesy. Převážná část NO x pochází ze spalování fosilních paliv při vysokých teplotách, z výroby kyseliny dusičné, z nitrace organických látek apod. Produkce je soustředěna do průmyslových center a velkých městských aglomerací, kde koncentrace NO x převyšuje průměrnou hodnotu naměřenou ve volné krajině. Mezi zdroje patří také výfukové plyny ze spalovacích motorů. Většina oxidu dusičitého vzniká přímo ve znečištěné atmosféře oxidací oxidu dusnatého. Tvoří se taképři různých procesech jako např. nitraci, výrobě kyseliny dusičné, NPK hnojiv, při úpravě kovů atd. Oxidy dusíku zvyšují oxidační potenciál atmosféry a působí nepříznivě na vnitřní orgány lidí. NO x se v krvi váže na červené krevní barviva zhoršuje přenos kyslíku z plic do krevního oběhu. Dále zhoršují choroby srdce, vyvolávají cyanózu (modrofialové zbarvení kůže a sliznic způsobené nedostatečným okysličováním krve), rozšiřuje krevní cévy a tím snižují krevní tlak. Škodlivě působí na rostliny listy blednou, osychají a odumírají.
Při spalovacích pochodech se NO x tvoří v zásadě třemi základními mechanismy: oxidací dusíku ze spalovacího vzduchu za vysoké teploty (tzv. vysokoteplotní NO x ), oxidací chemicky vázaného dusíku v palivu (tzv. palivový NO x ), z chemicky vázaného dusíku radikálovými reakcemi na rozhraní plamene (tzv. promptní NO x ). Množství tvorby NO x je tím větší, čím je vyšší spalovací teplota, čím je větší poměr vzduchu (přebytek vzduchu) a čím je delší doba zdržení spalin v pásmu spalné teploty (ve spalovacím prostoru). Jejich množství závisí na druhu paliva (uspořádání) spalovacího zařízení. Obsah NO x ve spalinách se proto pohybuje ve velmi širokém rozmezí podle uvedených podmínek spalování.
Vzhledem k vysokým teplotám při spalování je do ovzduší emitován pouze NO. Konverzi NO na NO 2 urychlují volné hydroxylové radikály. Důležitá je přitom přítomnost oxidu uhelnatého, aldehydů a uhlovodíků při současné exposici slunečnímu záření. Emise NO x se významným způsobem podílejí na vzniku fotooxidačního smogu, vznikající např. v době dopravních špiček za teplých slunečních dnů. Zbarvený NO x absorbuje sluneční záření v širokém rozsahu. Přitom dochází k jeho fotodisociaci na oxid dusnatý NO a atomární kyslík. Vzniklé atomy kyslíku reagují dále s molekulárním kyslíkem za vzniku ozonu. Obsah NO x v kouřových plynech domácích topenišť se odhaduje v rozmezí 1,5-2,0.10-3 % obj., v kouřových plynech z průmyslových procesů asi 0,05 % obj. a ve výfukových plynech automobilových motorů 0,005-0,3 % obj. NO x jsou rovněž významné skleníkové plyny. Nárůst jeho koncentrace v atmosféře od doby preindustriální je pouze 8% a to proto, že především vzniká při přírodním rozkladu dusíkatých látek. Vatmosféře přetrvá 100 let.
Oxid dusný Oxid dusný N 2 O je nejrozšířenějším oxidem dusíku v atmosféře. Prakticky jediným jeho zdrojem jsou přírodní procesy. Podílejí se na nich denitrifikační bakterie v půdě a v povrchových vrstvách oceánů. Vzhledem k malé reaktivitě je jeho množství v troposféře rovnoměrně rozděleno. N 2 O nemá prakticky žádný vliv na chemické reakce ve volném ovzduší, ani nemá nepříznivé účinky na životní prostředí. K jeho rozkladu dochází až ve stratosféře, kde rychlost úbytku vzrůstá se vzrůstající výškou.
Amoniak Většina plynných škodlivin vykazuje v atmosféře kyselé vlastnosti. Jediným plynem se zásaditou reakcí je amoniak. K hlavním zdrojům amoniaku v ovzduší patří spalovací procesy, výroba syntetických hnojiv, mikrobiologické procesy. Amoniak reaguje v troposféře velmi rychle s kyselinami kyselinou sírovou a dusičnou. V nižších vrstvách atmosféry je amoniak oxidován ozonem, volnými hydroxylovými radikály a fotolýzou.
Limity znečišťování ovzduší Podle současné legislativy (zákona č. 309/1991 Sb., o ovzduší) rozeznáváme tři limity: Emisní limit je nejvýše přípustné množství znečišťující látky vypouštěné do ovzduší ze zdroje znečišťování vyjádřené jako hmotnostní nebo objemová koncentrace znečišťující látky v odpadních plynech nebo hmotnostní tok znečišťující látky za jednotku času nebo hmotnostní množství znečišťující látky vztažené na jednotku produkce. Imisní limit je nejvýše přípustná hmotnostní koncentrace znečišťující látky obsažená v ovzduší. Depoziční limit je nejvýše přípustné množství znečišťující látky usazené po dopadu na jednotku zemského povrchu za jednotku času. Emisní faktory (součinitele) používané v praxi vyjadřují hmotnostní koncentraci znečišťující látky vztaženou na objemovou jednotku odpadního plynu (obvykle na 1 m 3 ) nebo vztaženou na hmotnostní jednotku výroby (obvykle 1 t).