OVZDUŠÍ
OVZDUŠÍ Ovzduší (atmosféra) základní složka ekosystému Členění atmosféry podle teploty chemizmu Složky atmosféry dusík (N 2, N 2 O) kyslík (O 2, O 3 ) oxid uhličitý (CO 2 ) další plyny tuhé látky 2
OVZDUŠÍ Chemizmus škodlivin Emise Exhalace, které byly emitovány do ovzduší a nevstoupily do chemické reakce, se nazývají emise. látky znečišťující troposféru. látky ovlivňující chemizmus. Druh a množství emisí závisí na použitém palivu, způsobu spalování, řízení spalovacího procesu Imise Jakmile emise v atmosféře zareagují dojde k jejich kvalitativní změně (mění se na imise). imise ovlivňuje: počet ledových dnů, charakter terénu, způsob vytápění,... 3
OVZDUŠÍ Část imisí zůstává ve vzduchu, část se jich usazuje na zemském povrchu. Tomu co se usazuje na zemi se říká atmosférická depozice. Udává se v g.m -2.rok -1. Podle cesty jak se dostává na zemský povrch se dělí na depozici: mokrou suchou. Mokra depozice je spojena se srážkami. Při suché depozici se škodliviny přenášejí na zemský povrch sedimentací (např. polétavým prachem). emise imise propad SO 2 + O SO 3 + H 2 O H+ + SO 4 2- H 2 SO 4 4
OVZDUŠÍ Úroveň znečištění Přípustné koncentrace [ug.m2, g.m2, ppb, ppm] SO 2 1ug.m -3 = 0,38 mm 3.m -3 /ppb krátkodobé (3 hodinové) denní (24 hodinové) roční Překročení imisního limitu na několika monitorovacích stanovištích = smogové varování 5
ZDROJE ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ Procesy znečišťující ovzduší: Spalování v ohništích (elektrárny, výtopny, lok. Topeniště). Tepelné procesy v průmyslu. Spalování odpadů. Dopravní prostředky Nekontrolované spalování (skládky, haldy). 6
ZDROJE ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ Hlavní znečišťující látky, které se dostávají do ovzduší: částice, převážné tuhé, z malé části i kapalné, oxidy síry SO x, převážně SO 2, z malé části SO 3, oxidy dusíku NO x, převážně NO, z malé části NO 2, těkavé organické látky, především uhlovodíky C x H y, oxid uhelnatý CO a uhličitý CO 2. 7
ZDROJE ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ Koncentrace škodlivin se posuzuje z hlediska: hygienického, ekologického, vlivu na technické materiály. Pro hlavní znečišťující látky se stanovují roční imisní limity. Např. pro SO 2 je tento imisní limit 60 µg.m -3, pro NO x 80 µg.m -3 a pro prašný aerosol 60 µg.m -3. 8
Přípustné koncentrace dalších vybraných škodlivin 9
Registr Emisí Zdrojů Znečišťujících Ovzduší REZZO1 velké zdroje s tepelným výkonem nad 5MW vybrané technologie REZZO2 střední zdroje 0,2-5 MW a vybrané technologie REZZO3 zdroje do 0,2 MW kotelny a lokální topeniště REZZO4 mobilní zdroje (zejména automobily) 10
Emisní limity pro ekosystém 11
POPIS HLAVNÍCH ŠKODLIVIN Oxid siřičitý SO 2 Vzniká převážně při spalování uhlí a ropy u nichž obsah síry kolísá v rozmezí 0,5 až 6 %. Při spalování se do ovzduší dostává v relativně malé míře i oxid sírový SO 3 Proces přeměny 2 4 dny Způsobuje u lidí dýchací potíže, narušuje fotosyntezu, mění chemizmus půdy, způsobuje korozi. 12
Oxidy dusíku NOx POPIS HLAVNÍCH ŠKODLIVIN Zdroj primárních NO x polutantu: spalování fosilních paliv, spalování biomasy, působení elektrického výboje (blesk), mikrobiální aktivita v půdách, oxidace amoniaku, fotolytické a biologické procesy v oceánu, transport ze stratosféry. 13
POPIS HLAVNÍCH ŠKODLIVIN Na mnoha reakcích v atmosféře se podílejí sloučeniny dusíku, obsahující ve své molekule kyslík označovaných jako NO x. Oxid dusný (N 2 O) je do atmosféry emitován v převážné míře z přírodních zdrojů. Oxid dusnatý (NO) je do atmosféry emitován jak z přírodních, tak z antropogenních zdrojů (spalování). Oxid dusičitý (NO 2 ) je společně s oxidem dusnatým emitován do atmosféry při spalovacích procesech. 14
POPIS HLAVNÍCH ŠKODLIVIN Důsledky: Oxid dusičitý je základní příčinou fotochemického smogu, podílí se na vzniku kyselých dešťů a podporuje rozvoj korozních procesů. U lidí působí dráždivě na oči a dýchací cesty. U rostlin narušuje buněčnou strukturu. Podílí se nepřímo (jako chloran nitrilu ClONO 2 na tvorbě ozonové díry). 15
Oxidy uhlíku Oxid uhličitý zajišťuje přirozené podmínky existence živých organizmů na Zemi. Rostliny využívají oxidu uhličitého s přispěním slunečního záření (fotosyntézy) k tvorbě uhlohydrátových sloučenin a k produkci kyslíku. Na druhé straně oxid uhličitý je přirozený skleníkový plyn, zajišťující rovnoměrnou teplotu v zemské atmosféře. Zdrojem CO 2 jsou spalovací procesy, doprava. Ke zvýšenému výskytu oxidu uhličitého přispívá i kácení stromů, zejména v tropickém deštném pralese Spalováním tohoto dříví se jednak zvyšuje emise CO 2, ale zároveň se snižuje možnost fotosyntézy (produkce kyslíku). 16
Oxid uhelnatý CO vzniká při nedokonalém spalování, které může být způsobeno vlivem: nedostatku kyslíku, nízké teploty plamene, krátké doby setrvání spalin při dostatečně vysoké teplotě, nízké turbulence ve spalovacím prostoru. Při vdechování se CO váže v krvi s hemooglobinem na karboxyhemoglobin (COHb). Důsledkem je nedostatečné okysličování krve. Při rostoucí koncentraci CO v ovzduší a chemických přeměnách podněcuje skleníkový efekt. 17
Částice Pod pojem částice zahrnujeme jakýkoliv tuhý (pevný) nebo kapalný dispersní materiál, jehož elementy mají rozměr větší než řádový rozměr molekul. 18
Lidský organizmus se brání proti prachovým částicím tak, že částice větších rozměrů než 10 µm a podstatná část částic v mezích 2 až 5 µm se zachytí při vdechování v nose. Do plicních sklípků se dostávají částice menší než 1 µm. Část jemných částic je zpět vydechována. Rozpustné částice jsou krví zanášeny do ostatních částí těla. Nerozpustné částice se usazují v lymfatických žlázách. Účinky prachových částic se odvozují od chemického složení (toxické, fibrogenní). Prach se podílý na korozních procesech, zhoršuje odvod tepla. 19
Těkavé organické látky (VOC) Těkavé organické látky je souhrnné označení pro snadno odpařitelné, převážně zdraví škodlivé látky. Typickým představitelem VOC jsou uhlovodíky C x H y (organické sloučeniny složené pouze z uhlíku a vodíku). K znečišťování ovzduší dochází při jejich výrobě a skladování. V rafineriích uniká z nádrží 1 až 2 % skladovaného množství. Velké množství VOC se dostane do ovzduší jako důsledek provozu motorových vozidel. 20
DŮSLEDKY ZNEČIŠTĚNÍ Kyselé deště Rostoucí vliv antropogenní činností způsobuje nárůst kyselých dešťů. U nás se pohybuje hodnota ph dešťů od 4,0 do 4,3. Normální kyselost srážek se pohybuje okolo hodnoty 5,6. 21
DŮSLEDKY ZNEČIŠTĚNÍ Vlivem sirnatých polutantů v ovzduší stoupá kyselost dešťů. Důsledkem je: Acidifikace půdy (nižší zemědělské výnosy). Zvýšená kyselost povrchových a podzemních vod. Degradace vápenců a pískovců (kulturní památky)- Rozvoj korozních procesů u kovových konstrukcí. 22
DŮSLEDKY ZNEČIŠTĚNÍ Ozon a ozónová vrstva Ozon se v zemské atmosféře vyskytuje ve dvou úrovních: V přízemní vrstvě jako škodlivina Ve vrchní vrstvě jako ochranný štít (90 % se O 3 se nachází ve stratosféře) 23
Přízemní vrstva Ozón se tvoří tehdy, jestliže na sebe vzájemně působí na slunečním světle určité znečišťující látky (primární polutanty). Mechanizmus vzniku ozónu je následující: 24
DŮSLEDKY ZNEČIŠTĚNÍ Vysoké koncentrace ozonu v přízemní vrstvě jsou příčinou fotosmogu: 25
DŮSLEDKY ZNEČIŠTĚNÍ 26
DŮSLEDKY ZNEČIŠTĚNÍ Co způsobuje přízemní ozon: Může působit degradačně na různé materiály.vyšší koncentrace O 3 má vliv na zvýšení degradace především organických materiálů (nátěry, dřevo). Může narušovat tkaniny a další textilní výrobky. Může způsobovat vyblednutí barev. Zvlášť náchylná na poškození ozónem je pryž, která vlivem O 3 tvrdne a praská (ozónové praskání). Ozón se významně podílí na korozi materiálů. Synergický účinek SO 2 v kombinaci s O 3 a NO 2 vede k výraznému zvýšení koroze některých anorganických materiálů. 27
DŮSLEDKY ZNEČIŠTĚNÍ Zdravotní potíže vyvolané různou koncentrací ozonu: 28
Vrchní vrstva Sluneční záření dopadající na zemský povrch 29
DŮSLEDKY ZNEČIŠTĚNÍ Část UV záření je zachycována ve stratosféře: Vrchní ochranná ozónová vrstva, tvoří pruh široký 25 kilometrů. Celkové množství stratosférického ozónu se udává v Dobsonových jednotkách. Dobsonova jednotka (DU) je celkové množství ozónu, které by při tlaku na zemském povrchu tvořilo na zemském povrchu vrstvičku 0,01 mm. Na povrchu Země by tvořila ozonová vrstva pouhé tří milimetry (300 DU) 30
DŮSLEDKY ZNEČIŠTĚNÍ Celkové množství ozónu se mění v závislosti na čase i zeměpisné poloze. Krátkodobě, ze dne na den se množství ozónu mění v souvislosti s vývojem počasí. Dlouhodobý průměr má maximum na jaře (kolem 390 DU), zatímco koncem léta a začátkem podzimu klesá až pod 300 DU. Nejméně ozónu je nad rovníkem (méně než 200 DU). Směrem k pólům celkové množství ozónu vzrůstá. V posledních desetiletích se ozonová vrstva ztenčuje (vzniká ozonová díra). 31
32
DŮSLEDKY ZNEČIŠTĚNÍ Důsledky ozonové díry: Záření, které není zachyceno ozónovou vrstvou má přímý dopad na lidské zdraví: Vyvolává snižování imunitního systému, Je příčinou nejrozšířenějšího druhu rakoviny (kůže). Významně ohrožuje zrak (sněžná slepota). Vyšší hodnoty ultrafialového záření: Poškozuje plankton v mořích, jezerech a řekách a tak dochází k narušení potravního řetězec. Působí neblaze na buněčnou strukturu rostlin. 33
Látky ohrožující ozonovou vrstvu: Chlorfluoruhlovodíky (freony) 34
DŮSLEDKY ZNEČIŠTĚNÍ Jak působí 35
Další plyn oxid dusný Určitá část rajského plynu se dostává do atmosféry i z umělých hnojiv, obsahujících dusík. Stejně jako freony má i oxid dusný poměrně dlouhou životnost. V atmosféře může přečkat až 150 let. Do stratosféry se dostává obdobně jako freony. Jak bojovat proti poškozování ozonové vrstvy: V září 1987 podepsali zástupci 24 států na konferenci Organizace Spojených národů v Montrealu mezinárodní dokument o postupném snižování používání chemických látek, které narušují ochranný ozónový obal ve vrchních vrstvách atmosféry. 36
DŮSLEDKY ZNEČIŠTĚNÍ Československo podepsalo Montrealský protokol v červnu 1990. V prosinci 1991 se členské státy Evropského společenství zavázaly, že do roku 1995 zastaví výrobu freonů úplně. Totéž opatření přijaly v únoru 1992 i Spojené státy, země s největší spotřebou i výrobou freonů, a Japonsko. 37
Skleníkový efekt: Pokud by byl zemský povrch stejnorodý, teplý vzduch by stoupal z oblasti rovníku a rozléval by se směrem k pólům. Na jeho místo by se tlačil studený vzduch z vyšších zeměpisných šířek. Cirkulace vzdušných mas na obou polokoulích by byla podobná. Proudění vzdušných mas je složitější. Část slunečního záření se odrazí od vrchních vrstev atmosféry, část od povrchu Země (vodní plochy). Většina je pohlcena povrchem zahřívá Zemi. Ta se chová jako zdroj infračerveného záření (IČZ) 38
Teplo zemského povrchu prochází atmosférou, kde ho některé plyny zachycují a posílají zpět k povrchu Země. Nejde o hromadění tepla v atmosféře ale o snížení úniku do kosmického prostoru. 39
Podíl plynů na přirozeném skleníkovém efektu: 40
Přirozená a nepřirozená produkce skleníkových plynů 41
Skleníkové plyny: Oxid uhličitý Chlorfluorouhlovodíky Oxid dusný Metan 42
Legislativa a snižování skleníkových plynů 1988 Ženeva Světová klimatická konference 1997 Kyoto (Kjotský dokument) 2005 Ratifikace dokumentu Kjótský protokol předpokládal redukci emisí do prvního kontrolního období (2008 2012) nejméně o 5,2 % v porovnání s rokem 1990. Bilance emisí CO 2, CH 4, N 2 O, PFC, HFC, SF 6, ve formě agregovaných emisí CO 2. Sestavení propadů emisí pro průmyslově vyspělé státy světa a dohoda o emisním obchodování. Kompenzace emisí skleníkových plynů výsadbou lesních porostů. 43
Česká republika spolu s Německem, Švédskem, Velkou Británii a dalšími státy (celkem 26 zemí z Evropy), tvoří skupinu států s 8% propadů skleníkových plynu. Pro USA byla stanovena hodnota 7 %, Japonsko, Kanada, Maďarsko, Polsko 6% Nový Zéland, Ruská federace a Ukrajina 0 %. 44
DŮSLEDKY ZNEČIŠTĚNÍ Degradace technických a uměleckých děl Znečištěná atmosféra se podílí na znehodnocování (degradaci) technických a uměleckých děl. My znehodnocujeme přírodu příroda ničí naše výtvory. Technická a umělecká díla nemají adaptační schopnosti - jejich znehodnocení vyvolá i minimální znečištění 45
SNIŽOVÁNÍ ŠKODLIVIN Přirozené odstraňování škodlivin 46
SNIŽOVÁNÍ ŠKODLIVIN Rozptyl škodlivin Relativně jednoduchý, účinný a ekonomicky přijatelný způsob Z ekologického hlediska né zcela dokonalý (škodliviny se odvádějí od místa zdroje a o jejich likvidaci se musí postarat příroda) Faktory ovlivňující rozptyl: Členitost terénu Klimatické poměry Charakter vystupujícího kouře 47
Vlečka má hadovitý tvar, značná přízemní koncentrace Vlečka má tvar kužele, začištění ve větší vzdálenosti Vějířová vlečka vzniká při inverzní situaci Vysoká inverze, exhalace jsou rozptýleny ve větší vzdálenosti Nízká inverze, zadýmování velké plochy 48
49
Snižování škodlivin technickými prostředky Odlučování tuhých emisí Vydělení částic z nosného plynu Odstranění částic z odlučovacích ploch Přesun odloučených částic do zásobníku Základní typy odlučovačů Suché mechanické Mokré mechanické Elektrické Atmosférické filtry 50
51
Snižování plynných škodlivin Obecný princip: Suchý (adsorpce, termická/katalytická oxidace) Mokrý (absorpce) Biologický Vymrazovací Adsorpce Zachytávání látky na povrchu pevného sorbentu (fyzykální/chemické). Sorbované množství = f (T,t) Provedení sorbent granulát plyn 52
SNIŽOVÁNÍ ŠKODLIVIN Desorpce (regenerace sorbentu): termická (za zvýšené teploty), spálení (malé koncentrace plynu). Sorpce x Desorpce = cyklický proces Výhody široké uplatnění další zpracování škodlivin Nevýhody vhodné pro velké koncentrace rozměrná zařízení obtížné odstraňování náplně 53
Termická a katalytická oxidace Vhodné pro nízké koncentrace škodlivin Škodliviny nejsou dále využívány Provedení: Spalování plynu v energetické jednotce: snadná spalitelnost plynu vysoká teplota 600 1000 o C Oxidační katalyzátor snížení spalovací teploty katalyzátor: platinového typu (200-400 o C) oxidového typu (500 900 o C) 54
SNIŽOVÁNÍ ŠKODLIVIN Absorpce Rozpuštění škodliviny v kapalině. Absorpční schopnost: koncentrace škodliviny teplota objem doba zadržení Spalovaní patrové kolony sprchové kolony 55
Biologické postupy Likvidace škodlivin ve vodní fázi pomoci mikroorganizmů Provedení: biologické filtry (kompost, rašelina), biologické pračky (škodliviny do vodního roztoku), biologické kolony (kombinace). Podmínky: škodlivina musí být převoditelná do vody, musí být biologicky odpouratelná, nesmí ovlivňovat bioproces. 56
Výhody: vysoká účinnost (90 95 %) relativně nízá teplota vyčištěného plynu Vymrazovací postupy Ochlazování vzdušniny pod rosný bod škodliviny. Výhody: využití odstranované škodliviny Nevýhody: nákladná zařízení vhodné pro velké koncentrace škodliviny v malém objemu vzdušniny 57
Snižování plynných škodlivin - energetika Snižování emisi SO 2 Regenerační procesy (vypírání SO 2 suspenzí s oxidem hořečnatým na síran hořečnatý. Ten se tepelně rozloží na MgO a SO 2 který se zpracovává na kyselinu siřičitou). Neregenerační procesy mokré, polosuché, suché. Aktivní látka je vápno, vápenec. Konečný produkt je sádrovec. Snižování emisí NO x Technologicky složitější než u síry: Primární postupy řízení spalovacího procesu Sekundární postupy katalitické, nekatalitické (redukční činidlo - amoniak do spalin) 58