W 9-Zanieczyszczenia powietrza, Wykłady
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA Ze względu na powstawanie Ze względu na źródło Pierwotne Wtórne Antropogeniczne Naturalne ZANIECZYSZCZENIA NATURALNE wulkany (ok. 450 czynnych), z których wydobywają się m.in. popioły wulkaniczne i gazy (CO 2 , SO 2 , H 2 S - siarkowodór i inne); pożary lasów, sawann i stepów (emisja CO 2 , CO oraz pyłu); bagna wydzielające m.in. CH 4 (metan), CO 2 , H 2 S, NH 3 ; gleby i skały ulegające erozji, burze piaskowe (globalnie do 700 mln ton pyłów/rok); tereny zielone, z których pochodzą pyłki roślinne; pył kosmiczny. ZANIECZYSZCZENIA ANTROPOGENICZNE energetyczne – spalanie paliw, przemysłowe - procesy technologiczne w zakładach chemicznych, rafineriach, hutach, kopalniach i cementowniach, komunikacyjne (rozwój motoryzacji) - głównie transport samochodowy, ale także kolejowy, wodny i lotniczy, komunalne (zurbanizowanie) - gospodarstwa domowe oraz gromadzenie i utylizacja odpadów i ścieków (np. wysypiska, oczyszczalnie ścieków). GŁÓWNE ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA gazy i pary związków chemicznych, np. tlenki węgla (CO i CO 2 ), siarki (SO 2 i SO 3 ) i azotu, amoniak (NH 3 ), fluor, węglowodory (łańcuchowe i aromatyczne), a także ich chlorowe pochodne, fenole; 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; mikroorganizmy - wirusy, bakterie i grzyby, których rodzaj lub ilość odbiega od składu naturalnej mikroflory powietrza; kropelki cieczy, np. kwasów, zasad, rozpuszczalników. CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA ROZPRZESTRZENIANIE ZANIECZYSZCZEŃ Podstawową cechą atmosfery jest jej ciągłość w przestrzeni. Na rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń w powietrzu mają wpływ różne czynniki, często trudne do przewidzenia, z których do najważniejszych zaliczamy: 1) wiatry (kierunek i siła), 2) opady atmosferyczne (intensywność i czas występowania), 3) konfiguracja terenu, 4) wilgotność, temperatura i ciśnienie otoczenia, 5) czynniki charakterystyczne samego zanieczyszczenia (stan skupienia), wysokość emitera zanieczyszczeń (np. wysokość komina). Niestabilność atmosfery jako środowiska rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń utrudnia ich prognozowanie dla danego terenu. Znane są przypadki przenoszenia zanieczyszczeń na duże odległości, np. około 50% zanieczyszczeń gazowych nad terenami Polski pochodzi z Niemiec, Czech i Słowacji. Zanieczyszczenia emitowane w naszym kraju są przenoszone najczęściej na tereny państw nadbałtyckich i Skandynawię. Uwarunkowane jest to kierunkiem głównych wiatrów. SMOG To nagłe i silne zanieczyszczenie przyziemnej warstwy powietrza (troposfery) spowodowane dużymi, lokalnymi emisjami gazów i pyłów przy jednoczesnym występowaniu specyficznych warunków meteorologicznych i topograficznych. Wyróżnia się: Smog „londyński” (siarkowy; zimowy); Smog „kalifornijski” (fotochemiczny, typu Los Angeles; biały; letni, który związany jest ze wzrostem stężenia ozonu troposferycznego). SMOG LONDYŃSKI Zjawisko to związane jest z występowaniem w atmosferze bardzo wysokich stężeń dwutlenku siarki i drobnego pyłu. Występują też podwyższone stężenia CO, NO 2 . Smog tego typu trwa kilka dni. Nazwa smog londyński pochodzi od opisanego w Londynie w 1952 r. zjawiska podwyższonego stężenia SO 2 i pyłu (po ok. 5000 μg/m 3 ). Odnotowano wtedy ponad 4000 zgonów. Smog trwał wówczas 2 tygodnie. Stężenia mogą przekraczać nawet 10 x dopuszczalne normy. W Polsce wartością alarmową dla SO 2 jest 500μg/m 3 . Wartość dopuszczalna 1h – 350, a dla porównania: średnioroczna – 20 μg/m 3 . Przyczyny: duże emisje SO 2 i pyłu (okres zimowy, paliwa kopalne; paleniska domowe); słaby wiatr – utrudnia to horyzontalne wymieszanie zanieczyszczeń; warstwy inwersyjne – utrudniają wymieszanie zanieczyszczeń w pionie; lokalna topografia terenu (doliny) i zabudowania; procesy samooczyszczania powietrza w okresie zimowym są znacznie spowolnione (niższa depozycja mokra, procesy chemiczne wolniejsze). W Polsce przypadki smogu londyńskiego notowane były przede wszystkim w Krakowie i na Górnym Śląsku. Obecnie poważnych epizodów nie stwierdza się, dzięki znacznej redukcji emisji SO 2 i pyłów. Skutki: zdrowotne (najważniejszy aspekt; tereny zurbanizowane) - osoby najwrażliwsze na oddziaływanie smogu londyńskiego: dzieci, ludzie starsi, osoby przewlekle chore na schorzenia sercowo-naczyniowe i układu oddechowego; wpływ na roślinność; zmniejszona widzialność. SMOG KALIFORNIJSKI Przyczyny: duża emisja prekursorów utleniaczy fotochemicznych: z sektora transportu drogowego i ze źródeł komunalno-bytowych, warunki meteorologiczne: silne nasłonecznienie, wysoka temperatura, „słaby” wiatr (tzw. cisza), inwersja temperatury, topografia terenu (zagłębienia terenu), substancje, przyczyniające się do tworzenia ozonu przyziemnego (troposferycznego) w powietrzu to: tlenki azotu NOx; alkany, alkeny, alkiny np. propan, butan, eten, etyn, benzen, toluen, ksyleny (tzw. BTX); inne węglowodory; pochodne węglowodorów np. alkohole, tlenek węgla CO (w mniejszym stopniu). Skutki: powstawanie ozonu troposferycznego oraz formaldehydu, acetaldehydu, akroleiny i innych związków karbonylowych; PAN (azotanu nadtlenku acetylu); nadtlenku wodoru (H 2 O 2 ). Skutki u ludzi: kaszel, szybki, płytki i bolesny oddech, podrażnienie oczu, nasilenie astmy, zapalenie płuc, uszkodzenie struktury płuc i zmniejszenie wydajności, wzrost wrażliwości na infekcje. KWAŚNE OPADY Są to opady atmosferyczne np. śniegu, deszczu, zawierające m.in. produkty przemian tlenków azotu, dwutlenku siarki. W wyniku wymywania dwutlenku siarki i tlenków azotu z atmosfery następuje szybkie utlenianie tych związków które w postaci kwasów siarkowego i azotowego docierają do powierzchni ziemi. O powstawaniu kwaśnych deszczy decyduje w ok. 70 % tlenek siarki a w ok. 30 % tlenki azotu. Kwaśne deszcze przyczyniają się do zakwaszenia gleby i wód powierzchniowych, wywierają szkodliwy wpływ na szatę roślinną, w tym głównie na lasy (iglaste). Oddziaływanie to ma charakter bezpośredni gdy uszkodzone są nadziemne części roślin oraz pośredni gdy szkody powstają w wyniku zanieczyszczenia gleby. U człowieka kwaśne deszcze mogą wywoływać oparzenia, głównie oczu i powiek, oraz podrażnienia dróg oddechowych. Powodują także korozję metali i niszczenie budowli (wapiennych i z piaskowców). Pyły Zanieczyszczenie substancjami pylistymi jest związane z rodzajem pyłów, które w różny sposób oddziaływają na organizmy żywe. Negatywna działalność pyłów polega na: zatykaniu otworów oddechowych roślin, co ogranicza ich fotosyntezę, przenikaniu do układów oddechowych zwierząt i ludzi, gdzie wywołują groźne choroby, wprowadzaniu do środowiska pierwiastków rzadkich, działających toksycznie na organizmy żywe, zmianie składu chemicznego wody i gleby. Wśród pyłów szczególny udział w zanieczyszczaniu środowiska mają: pyły lotne (powstałe wskutek spalania węgla kamiennego i brunatnego), pyły z cementowni, pyły metalurgiczne (powstałe w hutach żelaza i hutach i metali niezależnych). Pośród pyłów rozróżniamy następujące rodzaje: alkaliczne (z elektrowni i cementowni), zawierające metale (pochodzące z hut) o wysokim stopniu toksyczności. Pyły opadają do wód i gleb zanieczyszczając je. Za szczególnie groźne należy uznać koncentracje metali w glebie. Szczególnie niebezpieczne są cząsteczki cynku, ołowiu, miedzi i kadmu. Nie są one wydalane z organizmu i są przyczyną wielu bardzo ciężkich chorób. ZANIECZYSZCZENIA WÓD Przez zanieczyszczenie wód rozumiemy wprowadzenie przez człowieka do środowiska wodnego substancji i energii szkodliwych dla żywych zasobów i właściwości fizyko- chemicznych wody. W wodach występują substancje pochodzenia naturalnego i wprowadzane do wód w wyniku działalności człowieka. Wody są zanieczyszczane przez odpady: przemysłowe, rolne, hodowlane, górnicze, komunalne. Zanieczyszczenia mogą mieć charakter: fizyczny (np. zanieczyszczenia termiczne), chemiczny (zmiana właściwości chemicznych wody), biologiczny (zakłócenia struktur ekologicznych flory i fauny wodnej). Światowe rolnictwo jest podstawowym konsumentem wód słodkich. Głównie dotyczy to tych terenów, które są nawadniane (upraw wymagających znacznych ilości wody jak: ryż, bawełna, trzcina cukrowa). Zanieczyszczenia wód mogą występować w postaci: Substancji organicznych (białka, oleje, pestycydy, tłuszcze, substancje powierzchniowo czynne, węglowodory, fenole, dioksyny itp.), Substancji nieorganicznych (metale ciężkie, związki fosforu, związki azotu), Zanieczyszczeń fizycznych (ciała stałe, ciepłe wody chłodnicze, substancje radioaktywne), Zanieczyszczeń mineralnych, Zanieczyszczeń organizmami chorobotwórczymi (patogenami). Zanieczyszczenia przemysłowe dostają się do wód bezpośrednio albo pośrednio jako zanieczyszczenia powietrza. Są to głównie różnego rodzaju pyły oraz związki nieorganiczne i organiczne. Duży wpływ na zanieczyszczenia wód na górnictwo i energetyka. Najwięcej substancji toksycznych wprowadza do wód przemysł chemiczny. Specyficznym rodzajem zanieczyszczeń przemysłowych są zanieczyszczenia termiczne związane ze spustem do jezior lub rzek wód ciepłych albo gorących. Są to wody teoretycznie czyste zwane chłodniczymi i wykorzystywane do chłodzenia w różnych procesach przemysłowych. Zawierają one niewielką ilość tlenu, co powoduje masowe śnięcie ryb oraz ograniczenia w samooczyszczaniu wód. Duże ilości ścieków są wprowadzane przez gospodarkę komunalną. Głównym źródłem nadmiernego zanieczyszczenia polskich wód powierzchniowych staje się obecnie gospodarka komunalna, która odprowadza ponad 60% ogólnej objętości ścieków wymagających oczyszczania, w tym ścieków nieoczyszczanych jest ok. pięciokrotnie więcej niż ze źródeł przemysłowych. Bardzo istotnym zagrożeniem są zagrożenia wód powierzchniowych i podziemnych związane z działalnością rolniczą i hodowlaną. Do wód powierzchniowych spływają z wodami opadowymi bezpośrednio nawozy sztuczne oraz środki ochrony roślin. Nawozy mineralne po dostaniu się do wód działają na niektóre rośliny wodne podobnie jak na rośliny lądowe i przyśpieszają ich wzrost. W rezultacie dochodzi do nadmiernej produkcji roślin i znacznie szybszego zarastania jezior i brzegów rzek (eutrofizacja). Eutrofizacja to proces wzbogacania zbiorników wodnych w substancje pokarmowe, głównie w związki azotu i fosforu. Najważniejszym źródłem substancji doprowadzających do eutrofizacji jest człowiek i wytwarzane przez niego ścieki, zanieczyszczenia, nawozy sztuczne spłukiwane do zbiorników wodnych itp. Następstwem tego procesu jest wzmożony rozwój roślin w szczególności glonów i planktonu, oraz zachwianie równowagi tlenowej zbiornika, zwłaszcza w obszarach przydennych, gdzie opadające obumarłe organizmy ulegają rozkładowi. Może to nawet spowodować zupełny zanik tlenu w warstwach dennych zbiornika i rozpoczęcie procesów beztlenowych, z wydzielaniem siarkowodoru, metanu i innych trujących substancji. Gwałtowny rozwój olbrzymich ilości glonów i sinic (tzw. zawity wody) które następnie masowo obumierają mogą doprowadzić do uduszenia się większości organizmów wodnych, w szczególności ryb, co w skrajnym przypadku może spowodować zanik bogatszego życia organicznego w zbiorniku. Eutrofizacja powoduje również szybsze zanikanie zbiorników wodnych - szybko odkładające się osady denne coraz wyżej podnoszą poziom dna, aż zbiornik zupełnie zniknie z powierzchni Ziemi. ZANIECZYSZCZENIA GLEB Wyróżniamy zanieczyszczenia gleb: mechaniczne (są to słabo rozkładalne ciała stałe o rozmiarach cząstek powyżej 1 mm wprowadzone do gleby lub na jej powierzchnię), biologiczne (wiąże się z wyeliminowaniem organizmów glebowych przez stworzenie powierzchni zabudowanych), chemiczne (wiąże się z zachwianiem biogeochemicznej równowagi w środowisku). Do zanieczyszczeń mechanicznych zalicza się: gruz budowlany, odpady budowlane, odpady poeksploatacyjne surowców skalnych, opakowania metalowe, szklane, ceramiczne i z tworzyw sztucznych, stałe odpady z gospodarstw domowych itp. Ich szkodliwość polega na: zmniejszeniu biologicznie czynnej powierzchni, utrudnieniu uprawy i zbioru, ujemnym wpływie na wielkość i jakość płodów, pogorszeniu walorów estetycznych krajobrazu. Techniczna zabudowa powierzchni ziemi ogranicza i zniekształca biochemiczny obieg materii. Dotyczy to krążenia wody i składników pokarmowych oraz wymiany gazów pomiędzy ziemią i atmosferą. Chodzi tu o oddychanie gleby wraz z jej organizmami. Powierzchnie zabudowane technicznie likwidują istniejące życie i wykluczają jego powrót izolując glebę od atmosfery. Zanieczyszczenia chemiczne dzieli się na: składniki fitotoksyczne i zaburzające procesy żywienia (siarka, fluor, metale ciężkie), zasolenie (chlorki, siarczany, węglany), substancje powodujące niekorzystne zmiany odczynu (zakwaszenie), nawozy sztuczne, pestycydy, produkty ropopochodne i inne. Główne przyczyny niszczenia gleb: 1. EROZJA 2. ZMIANA STOSUNKÓW WODNYCH 3. MELIORACJE 4. DEGRADACJA GLEB 5. DEWASTACJA GLEB 1. EROZJA – najbardziej rozpowszechniona przyczyna niszczenia gleb. Polega ona na mechanicznym niszczeniu powierzchni Ziemi przez różne czynniki zewnętrzne połączone z przenoszeniem produktów zniszczenia. Rozróżnia się erozję wodną i powietrzną. Typowym przykładem erozji wodnej jest spłukiwanie cząsteczek gleby przez wody deszczowe. Zjawisko to zachodzi w czasie każdego deszczu, a jego nasilenie zależy od stanu pokrycia powierzchni ziemi przez roślinność. Najlepszą ochroną gleb przed erozja są lasy i zbiorowiska trawiaste. Wycinając lasy i niszcząc naturalne systemy roślinne odsłaniamy gleby, co przyśpiesza zjawisko erozji. Szczególne nasilenie tego zjawiska obserwuje się na terenach górzystych, gdzie nachylenie zboczy sprzyja spłukiwaniu i przemieszczeniu się gleb. Drugim rodzajem erozji wodnej jest tzw. erozja rzeczna. Płynące rzeki przenoszą części [ Pobierz całość w formacie PDF ] |