Zanieczyszczenie powietrza


Spis treści:
Czym są zanieczyszczenia powietrza?
Źródła zanieczyszczeń powietrza
Skutki zanieczyszczania powietrza
Ochrona powietrza



Czym są zanieczyszczenia powietrza?

Zanieczyszczeniami powietrza nazywamy wszelkie substancje (gazy, ciecze, ciała stałe), które znajdują się w powietrzu atmosferycznym, ale nie są jego naturalnymi składnikami. Do zanieczyszczeń powietrza zalicza się również substancje będące jego naturalnymi składnikami, ale występujące w znacznie zwiększonych ilościach.

Zanieczyszczenia powietrza zostały podzielone na cztery grupy:

1. Gazy i pary związków chemicznych, np. tlenki węgla (CO, CO2), siarki (SO2, SO3) i azotu (NOx), fluor (F2), ozon (O3), radon (Rn), amoniak (NH3), węglowodory i ich pochodne chlorowe, fenole
2. Drobne kropelki cieczy, np. kropelki zasad, kwasów, rozpuszczalników
3. Drobne ciała stałe, np. popioły, pyły, związki metali ciężkich, sadze, stałe związki organiczne, azbest, pestycydy
4. Mikroorganizmy, których ilość lub rodzaj nie jest charakterystyczny dla naturalnego składu powietrza, makroorganizmy (np. grzyby) wraz z produktami ich metabolizmu
Myślę, że przy omawianiu zanieczyszczeń powietrza należy również uwzględnić zanieczyszczenia akustyczne - hałas. Dotyczy on głównie dużych miast, gdzie jego natężenie wynosi 65 - 75 dB.



Źródła zanieczyszczeń powietrza

Źródła zanieczyszczeń powietrza możemy podzielić ze względu na pochodzenie na dwie grupy: pochodzenia naturalnego oraz antropogenicznego.
Do momentu gwałtownego rozwoju przemysłowego praktycznie wszystkie zanieczyszczenia powietrza były pochodzenia naturalnego. Powstawały one m.in. w wyniku wybuchów wulkanów, pożarów lasów i stepów, sawann i stepów, wydzielania gazów przez tereny bagniste, parowania słonych wód mórz i oceanów, erozji skał i gleb, burz piaskowych na pustyniach, wytwarzania pyłków przez rośliny zielone, opadania pyłu kosmicznego.
Jednak mniej więcej od połowy XVIII w. (rewolucja przemysłowa) znacznie wzrosło znaczenie zanieczyszczeń antropogenicznych (powstałych na skutek działalności człowieka).

Poniższa tabela przedstawia wartości całkowitej emisji głównych zanieczyszczeń powietrza.

Zanieczyszczenie Wartość emisji w tys. ton (1997)
Dwutlenek siarki (SO2) 2368
Dwutlenek azotu (NO2) 1154
Dwutlenek węgla (CO2) 373200
Niemetanowe lotne związki organiczne 1089
Amoniak (NH4) 364
Pyły 1250

Źródło: GUS (1998)

Najwięcej zanieczyszczeń powietrza wytwarza przemysł paliwowo - energetyczny (ponad 50%), przemysł metalurgiczny (ok. 20%) oraz przemysł chemiczny.
Największe ilości substancji zanieczyszczających powietrze powstaje w wyniku spalania paliw kopalnych (węgiel kamienny, węgiel brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny itp.). Skutkiem tego jest wydzielenie do atmosfery olbrzymich ilości gazów spalinowych (tlenki węgla (CO, CO2), tlenki siarki (SO22, SO3), tlenki azotu (NOx) i inne) oraz pyłów, popiołów, sadz.
Zanieczyszczenia powietrza są ubocznym skutkiem wielu przemysłowych procesów technologicznych. Szkodliwe substancje chemiczne są wydzielane do atmosfery przez gałęzie przemysłu chemicznego. Rafinerie i petrochemie wydzielają do powietrza niektóre uboczne produkty przeróbki ropy naftowej. Huty, kopalnie i cementownie wytwarzają duże ilości pyłów i innych drobnych ciał stałych zanieczyszczających powietrze atmosferyczne. Z przemysłem wydobywczym związana jest również emisja metanu - gazu będącym głównym składnikiem gazu ziemnego. Na zanieczyszczanie atmosfery wpływa nawet przemysł rolno - spożywczy. Wraz z wytwarzaniem niektórych produktów (np. mączka rybna, krochmal) emitowane są odory - substancje o bardzo nieprzyjemnym zapachu.
Znaczny udział w zanieczyszczaniu powietrza ma komunikacja, głównie transport kołowy. Obliczono, że wraz ze spalinami samochodowymi wydzielana jest w Ameryce Północnej trzecia część całkowitej emisji dwutlenku węgla do atmosfery. Ponadto spaliny pojazdów zawierają m.in. tlenki azotu, siarki, związki ołowiu. Transport lotniczy przyczynia się do zanieczyszczania dolnych warstw stratosfery, co niekorzystnie wpływa na stan ozonosfery i może być jedną z przyczyn powstania dziury ozonowej. Nie należy również zapominać o transporcie wodnym, który oprócz powietrza zanieczyszcza również wody.
Na stan powietrza atmosferycznego niekorzystnie wpływa również składowanie i utylizacja ścieków i odpadów. Rozkład substancji organicznych przez mikroorganizmy prowadzi do emisji metanu (jednego z gazów cieplarnianych) oraz gazów będących substancjami zapachowymi, które są uciążliwe dla środowiska.
Ostatnim źródłem zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego są gospodarstwa domowe. Emitują one do atmosfery gazy powstałe w wyniku spalania węgla służącego do ogrzewania budynków mieszkalnych.



Skutki zanieczyszczania powietrza

Zanieczyszczenia powietrza wpływają ujemnie na całe środowisko przyrodnicze. Niszczy zasoby przyrody ożywionej i nieożywionej.

Jak już wspomniałem, przemysł spożywczy, duże fermy hodowlane oraz tuczarnie trzody chlewnej, jak również przemysł chemiczny, petrochemiczny oraz celulozowy zanieczyszczają powietrze odorami i innymi nieprzyjemnymi zapachami. Wonne substancje są uciążliwe dla organizmów ludzi i zwierząt. Bardzo często substancjami tymi są węglowodory aromatyczne (związki węgla i wodoru o budowie pierścieniowej). Są to związki chemiczne szczególnie niebezpieczne dla organizmu ludzkiego, gdyż mają właściwości kancerogenne (rakotwórcze). Podwyższone stężenie dwutlenku siarki w powietrzu atmosferycznym powoduje u ludzi podrażnienie błon śluzowych. Objawia się to występowaniem kaszlu, obrzęku błon śluzowych oraz skurczów mięśni oskrzelowych.
Jedną z najbardziej toksycznych substancji emitowanych do atmosfery jest ołów. Jego szkodliwość polega na zatrzymywaniu wytwarzania enzymów niezbędnych do syntezy hemoglobiny. Ponadto ołów może uszkadzać ośrodkowy i obwodowy układ nerwowy oraz zakłócać pracę wątroby, serca i nerek. Do organizmu dostaje się głównie drogą pokarmową i oddechową. Ołów ujemnie wpływa również na rośliny. Najbardziej wrażliwe na ołów są drzewa iglaste. Osłabia przede wszystkim ich wzrost i rozwój.
Na zdrowie człowieka wpływają również niekorzystnie wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia pyłowe. Długotrwałe wdychanie pyłów nieorganicznych prowadzi do powstania pylicy płuc - przewlekłej choroby układu oddechowego. Zanieczyszczenia powietrza mogą również powodować zaburzenia reprodukcji oraz alergie.
Występowanie w powietrzu gazów absorbujących promieniowanie podczerwone, takich, jak dwutlenek węgla, metan, tlenki azotu, freony oraz para wodna jest przyczyną występowania efektu cieplarnianego. Ponadto występujące w atmosferze freony są główną przyczyną zmniejszania warstwy ozonu i powstawania dziury ozonowej. Konsekwencje tych poważnych problemów ekologicznych opisałem na oddzielnych podstronach tego serwisu.
Niektóre gazy wydzielane przez przemysł (SO2, CO2, NOx, H2S, HCl) są z pod względem chemicznym bezwodnikami kwasów nieorganicznych. W reakcji z cząsteczkami wody zawartej w atmosferze tworzą słabe kwasy nieorganiczne. Na skutek tego powstają kwaśne opady atmosferyczne. Słabe kwasy nieorganiczne w obecności wody ulegają dysocjacji elektrolitycznej (rozpadają się kationy wodorowe i aniony reszt kwasowych) i wchodzą w reakcje z metalami, powodując podwyższenie ich stopnia utlenienia. Widocznym skutkiem tych reakcji jest rozpoczynające się od powierzchni i postępujące w głąb niszczenie metalowych elementów konstrukcyjnych - korozja. Bezwodniki kwasowe mogą być przenoszone na znaczne odległości (nawet 500 km). Działają więc nawet w bardzo odległych miejscach od ośrodków przemysłowych. W postaci kwaśnych deszczy powodują zakwaszanie wód powierzchniowych i gleb. Ma to ujemny wpływ na faunę i florę. Ustalono, że już przy pH wody równym 5,4 zatrzymuje się reprodukcja wszystkich gatunków ryb. Zakwaszanie gleb może powodować przemiany glinokrzemianów i uwalnianie toksycznego dla organizmów glinu. W glebach kwaśnych szybciej zachodzi wymywanie składników odżywczych. Myślę, że nietrudno domyśleć się skutków zakwaszenia środowiska. Wiele organizmów o wąskim zakresie tolerancji ekologicznej na zmiany odczynu środowiska zniknie z powierzchni Ziemi. W lasach pozostaną jedynie niektóre gatunki drzew iglastych, które mogą utrzymywać się przy życiu w lekko kwaśnym środowisku glebowym.
Dwutlenek siarki ma negatywny wpływ na rośliny. Już w stężeniu 10–500 µg/m3 powoduje niszczenie liści wielu gatunków roślin. Do najbardziej wrażliwych należą: pszenica, jęczmień, owies, tytoń, lucerna, szpinak oraz sosna zwyczajna. Są to więc głównie rośliny uprawne. Szczególnie narażone na zanieczyszczenia powietrza są lasy. Są one wrażliwe na związki fluoru, siarki, azotu, chloru, cynku, ołowiu, miedzi oraz węglowodory. Obliczono, że szkodliwość fluoru na rośliny jest aż ok. 100 razy większa od szkodliwości dwutlenku siarki.
Zwiększanie poziomu zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego przez przemysł paliwowo - energetyczny, wydobywczy, rafineryjny, petrochemiczny, itd.  znajdzie zatem odzwierciedlenie w innych działach gospodarki. Na skutek zmniejszania się ilości plonów rolnych, ilości i jakości drzew oraz zwierzyny ucierpi przede wszystkim rolnictwo, leśnictwo, łowiectwo i rybołówstwo.
Nadmierne zanieczyszczenie powietrza występuje obecnie nad ponad 20% powierzchni Polski, głównie w okolicach okręgów przemysłowych oraz dużych ośrodków miejskich.

Klasyczny już przykład zniszczenia środowiska naturalnego na skutek zanieczyszczania powietrza można zaobserwować na terenie Gór Izerskich w zachodniej części Sudetów. W wyniku działania transgenicznych gazów, lasy porastające zbocza gór uległy ogromnym zniszczeniom. Obecnie tylko od nas zależy, czy zjawiska takie będą pojawiać się w innych częściach naszego kraju. Aby nie dopuścić do zwiększania się powierzchni obszarów katastrofy ekologicznej, należy chronić powietrze atmosferyczne.



Ochrona powietrza

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. W celu zmniejszenia emisji odorów, rafinerie powinny być zaopatrzone w urządzenia służące do dezodoryzacji gazów, umieszczone najlepiej tuż przy emitorach. 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. Praktycznie każdy człowiek może wpłynąć na zmniejszenie poziomu emisji spalin samochodowych poprzez korzystanie ze środków transportu publicznego oraz pojazdów nie zanieczyszczających powietrza atmosferycznego, takich, jak rowery.
Bardzo skuteczną metodą ograniczenia emisji dwutlenku siarki SO2 do atmosfery jest proces odsiarczania węgla. Jednym ze sposobów na odsiarczenie węgla jest doprowadzenie do reakcji chemicznej między związkami siarkowymi, a dodanym Fe3O4:
Fe3O4 + 3H2S + H2 Strzałka 3FeS + 4H2O
Następnie otrzymany siarczek żelaza (II) jest poddawany spalaniu, w wyniku czego powstaje dwutlenek siarki:
4FeS + 7O2 Strzałka 2Fe2O3 + 4SO2
Powstały dwutlenek siarki jest redukowany za pomocą węgla do czystej chemicznie siarki:
C + SO2 Strzałka CO2 + S
Przedstawiony powyżej sposób odsiarczania węgla jest bardzo skuteczny, ale niestety również kosztowny.

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. Można także stosować materiały izolacyjne chroniące budynki przed nadmierną utratą ciepła, dzięki czemu możliwe będzie ograniczenie spalania węgla, a tym samym zmniejszy się emisja CO2 i CO. Należy również zastanowić się nad wykorzystywaniem do ogrzewania budynków paliw nie powodujących wydzielania tak dużych ilości pyłów, jak węgiel kamienny. Mam tu na myśli oleje oraz gaz ziemny.
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 nowych zakładów przemysłowych. W dużych miastach ważną rolę pełnią również izolacyjne pasy zieleni, które, oprócz pochłaniania pewnych ilości zanieczyszczeń powietrza, tłumią hałas (pas zieleni o szerokości 50 m zmniejsza natężenie hałasu o 20 dB).

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.

Z pewnością pocieszającym zjawiskiem jest fakt, iż emisja pyłów w Polsce w latach od 1989 do 1993 zmniejszyła się z 2,4 mln ton do 1,5 mln ton rocznie. Może to być dowodem troski o stan powietrza atmosferycznego.



Powiązane tematy:
Zanieczyszczenia wody
Zanieczyszczenia gleby
Efekt cieplarniany
Dziura ozonowa
Rabunkowa gospodarka człowieka