Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego „Zanieczyszczeniem powietrza atmosferycznego jest wprowadzenie do powietrza substancji stałych, ciekłych lub gazowych w ilościach, które mogą ujemnie wpłynąć na zdrowie człowieka, klimat, przyrodę żywą, glebę, wodę lub spowodować inne szkody w środowisku” Taką definicję podano w Ustawie z dnia 31.01.1980r „O ochronie i kształtowaniu środowiska” (Dz.U.Nr 3, poz. 6).

Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego można podzielić ze względu na sposób w jaki dane zanieczyszczenie znalazło się w atmosferze: - zanieczyszczenie pierwotne, - zanieczyszczenie wtórne. Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego można podzielić ze względu na ich stan skupienia:    aerozole,    pyły, zanieczyszczenia gazowe.

Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego Jest pięć zasadniczych zanieczyszczeń, które stanowią nieco więcej niż 90% zanieczyszczeń środowiska atmosferycznego : 1. Cząstki stałe w postaci dymów i pyłów 2. Tlenki azotu 3. Tlenki siarki 4. Tlenki węgla 5. Węglowodory

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO Cząstki stałe wchodzące w skład dymów i pyłów. od 0,01 do 100 mikrometrów określa się dymy (aerozol atmosferyczny) powyżej 100 mikrometrów określa się jako cząstki pyłów. Najbardziej groźne dla życia ludzi i zwierząt o wymiarach rzędu 1,5 do 5 mikrometrów.  Węglowodory kancerogenne osadzają się na jednym gramie pyłu w ilości od 15 do 25 mikrogramów.  Pyły absorbują i rozpraszają promieniowanie słoneczne, szczególnie w paśmie UV   Ze względu na oddziaływanie na środowisko pyły dzieli się na trzy grupy: 1. Toksyczne - metale ciężkie (w tym kadm, ołów, miedź, cynk i inne) 2. Szkodliwe - pyły krzemowe i glinokrzemowe 3. Neutralne - związki wapnia, magnezu, węgla

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO Ditlenek siarki Ditlenek siarki jest przyczyną powstawania „smogu kwaśnego”   SO2 + 1/2O2  SO3 SO3 + H2O  H2SO4   „ kwaśnych deszczy”

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO Tlenki azotu N2O, NO, N2O3, NO2, N204, N2O5, NO3, N2Oó.  dolne warstwy atmosfery - tzw. utleniający smog fotochemiczny. Reakcje NO2 z węglowodorami znajdującymi się w atmosferze powodują powstawanie azotanu nadtlenku acetylu oraz ozonu NO2+hv (A <415nm)  NO+O• O• + O2  O3 NO2 + LZO + O2  CH3COONO2 + inne produkty

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO Tlenki azotu górne warstwy atmosfery tlenki azotu reagują z ozonem NO + O3  NO2 + O2 NO2 + O3  N2O5 + O2 Zanika warstwa ozonu, która zatrzymuje bardzo niebezpieczne dla życia promieniowanie nadfioletowe – „ dziura ozonowa”

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO „kwaśne deszcze” 180 lat temu wartość pH opadów wynosiła 6-7,6. Za granicę kwaśnych opadów przyjmuje się wartość pH 5,7 W krajach uprzemysłowionych pH opadów zawiera się w granicach 3-5, a nawet poniżej 3. W Szkocji w roku 1974 w jednej miejscowości pH wynosiło 2,4. W Stanach Zjednoczonych takim regionem była Wirginia, pH wynosiło 1,5. pH chmur nad Nowym Jorkiem ustala się w zakresie 3-3,5. pH kwaśnych opadów w Polsce to jest rząd wielkości 4,2-4,6.

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO Dwutlenek węgla - materiał do budowy substancji organicznej w roślinach zawierających chlorofil. -         tworzy naturalną warstwę izolacji termicznej wokół kuli ziemskiej. -         powyżej stężenia 300 cm3/m3 staje się on zanieczyszczeniem - tzw. efekt cieplarniany. Średnia roczna temperatura ziemi w ciągu ubiegłego stulecia wzrosła o 0,5oC modele komputerowe przewidują przy podwojeniu obecnego poziomu CO2 wzrost temperatury o 3oC. Emisje CO2 w roku 2001 wg kontynentów i regionów źródło: www.eia.doe.gov/emeu/iea/

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO Gazy cieplarniane Udział w powstawaniu efektu cieplarnianego: dwutlenek węgla 50%. metan 18%. tlenki azotu 6% ozon 12% freony 4% Legenda

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO OZON Ozon w stężeniach do 80 μg/m3 jest składnikiem czystego powietrza atmosferycznego. 10% ozonu - w niższej warstwie atmosfery - troposferze – niebezpieczny dla ludzi 90% ozonu – w górnej warstwie atmosfery - stratosferze - tworzy warstwę ochronną dla życia   tzw. „dziura ozonowa” – powód zmian klimatu

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO OZON Rodnik wodorotlenowy (HO•) - udział w niszczeniu ozonu oceniany na 30 – 50%. Tlenki azotu (NOx) - niszczenie ozonu w niecałych 20%. Chlor, fluor i brom (Cl, F i Br) - niszczenie ozonu w 20 – 25%.  CH2F + hv  CH2* + F* F* + O3  FO* + O2 FO* + O3  2O2 + F*  

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO Węglowodory Do szkodliwych związków organicznych zaliczamy węglowodory nasycone, nienasycone, aromatyczne, zawierające grupy funkcyjne.  Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) – powodują choroby nowotworowe. Międzynarodowa Agencja do Badań nad Rakiem (IARC) w 1983 uznała za rakotwórcze w stosunku do ludzi i zwierząt 30 WWA, między innymi benzo[a]piren i benzo[a]antracen. Wykazują silną tendencję do adsorpcji na powierzchni cząstek pyłowych

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO Węglowodory   Dioksyny to grupa związków w skład której wchodzą polichloro- i polibromopochodne dibenzo-p-dioksyny i dibenzofuranu. Dioksyny działają silnie mutagennie, naruszając właściwą strukturę kodu genetycznego rozmnażających się komórek żywych organizmów Działają również teratogennie czyli uszkadzają płód.

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ ATMOSFERY NA ŚRODOWISKO Skutki zanieczyszczenia atmosfery:  a) efekty globalne: - zmiany klimatyczne, efekt cieplarniany - destrukcja warstwy ozonowej  b) efekty transgraniczne: - kwaśne deszcze - eutrofizacja, defoliacja, zakwaszenie gleb, jezior, rzek - perturbacje klimatyczne i meteorologiczne  c) efekty lokalne: - choroby zwierząt i roślin, zdrowie ludzi i zwierząt - korozja, destrukcja powierzchni budowlanych - smogi miejskie

ŹRÓDŁA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego mogą być emitowane do atmosfery z różnych źródeł: naturalnych czyli biogennych oraz sztucznych, związanych z działalnością człowieka czyli antropogennych.  

ŹRÓDŁA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH Pyły i dymy – źródła antropogenne ·        w procesach spalania paliw, głównie stałych - energetyka przemysłowa - elektrownie i elektrociepłownie ·        procesach metalurgicznych (wielkie piece), ·        w koksowniach, ·        przy produkcji materiałów budowlanych (w cementowniach), ·        przemysł chemiczny, w szczególności przy produkcji sody, ·        źródła grzewcze lokalne, w tym także domki jednorodzinne. Źródła naturalne – burze piaskowe, korozja skał, wybuchy wulkanów

ŹRÓDŁA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH Dwutlenek siarki, który występuje w powietrzu atmosferycznym ma swoje pochodzenie z dwóch źródeł:  60% SO2 w powietrzu atmosferycznym jest pochodzenia naturalnego - głownie powstającego w wyniku utleniania siarkowodoru do SO2.  40% SO2 pochodzi ze źródeł sztucznych:     spalanie paliw stałych przez źródła stacjonarne jest powodem emisji ok. 75% całkowitej emisji SO2. (elektrownie przemysłowe, zawodowe, elektrociepłownie, które używają węgla jako paliwa),      przemysł kwasu siarkowego – emisja tlenków siarki nie przekracza 1%.   Tlenki siarki emitowane są do powietrza atmosferycznego głównie pod postacią SO2, towarzyszą im stosunkowo małe ilości SO3, to jest rząd wielkości do 3,5%.

ŹRÓDŁA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH W sposób naturalny tlenki azotu powstają wskutek wyładowań elektrycznych w atmosferze, działalności wulkanicznej oraz utleniania amoniaku pochodzącego z rozkładu białek i pożarów lasów. Główne sztuczne źródła emisji tlenków azotu: Transport – do 50%, Spalanie paliw - 40 – 50%, Fabryki zwiąków azotowych (kwasu azotowego, amoniaku), instalacje wytwarzające kwas siarkowy metodą nitrozową - 0,4-0,5%,   Przy spalaniu paliw w płomieniu tlenki azotu mogą tworzyć się: 1)    przez utlenianie azotu atmosferycznego, 2)    przez utlenianie związków azotu, zawartych w paliwie,

ŹRÓDŁA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH Źródła emisji tlenków węgla (CO2, CO) Sztuczne - procesy spalania: elektrownie węglowe, elektrociepłownie, huty, paleniska domowe i transport. Naturalne - wybuchy wulkanów, pożary lasów, procesy gnilne. Emisje CO2 w roku 2001 wg kontynentów i regionów Źródło: www.eia.doe.gov/emeu/iea/

ŹRÓDŁA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH Emisja par związków organicznych może pochodzić ze: ·        źródeł naturalnych - np. procesy gnilne, ·        przemysłowych - procesy technologiczne, z których wydzielają się pary różnych związków organicznych, a w szczególności rozpuszczalników ·        wtórnych - spaliny samochodowe oraz pary uchodzące w trakcie magazynowana, transportowania i dystrybucji paliw  

ŹRÓDŁA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH Źródła wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) : elektrociepłownie i gospodarstwa domowe (ogrzewanie i gotowanie) (51%), spalanie na wolnym powietrzu (28%) przemysł (np. huty aluminium) (20%) transport samochodowy (0.9%).  Źródłem dioksyn jest produkcja niektórych herbicydów i fungicydów (np.2,4,5-T i pentachlorofenolu) pożary i eksplozje dużych transformatorów elektrycznych, spalanie różnych odpadków organicznych, zwłaszcza śmieci z wysypisk komunalnych.

METODY ZAPOBIEGANIA ZANIECZYSZCZANIU ATMOSFERY q       ograniczenie emisji zanieczyszczeń gazowych do atmosfery w trakcie projektowania procesu technologicznego ( w tym także procesu spalania paliw)- metody pierwotne -         odpowiedni dobór surowców, -         ich wstępne oczyszczanie, -         hermetyzacja i automatyzacja procesów przemysłowych. q       oczyszczanie gazów odlotowych - gdy nie jest możliwe całkowite zredukowanie emisji zanieczyszczeń w trakcie procesu technologicznego lub spalania paliw – metody wtórne.

OGRANICZENIE EMISJI DITLENKU SIARKI DO ATMOSFERY Ograniczenie emisji ditlenku siarki z procesów spalania paliw realizuje się głownie na etapie 1.    oczyszczania paliw 2.    zapobiegania wydzielania się SO2 z procesów spalania.   Odsiarczanie paliw - paliwa płynne lub gazowe, katalityczne uwodornienie związków siarki do H2S, - z węgla usuwanie pirytu metodami: flotacyjnymi, przez separacje elektryczną lub magnetyczną - usuwa tylko 40-65% pirytu i powoduje duże straty węgla, - badania nad metodami odsiarczania węgla za pomocą bakterii.

OGRANICZENIE EMISJI DITLENKU SIARKI DO ATMOSFERY Usuwanie siarki podczas spalania węgla - Proces spalania w złożu fluidalnym z dodatkiem wapienia

OGRANICZENIE EMISJI DITLENKU SIARKI DO ATMOSFERY

OGRANICZENIE EMISJI TLENKÓW AZOTU DO ATMOSFERY Metody ograniczenia emisji NOx z procesów spalania. Tę grupę metod określa się jako pierwotne lub czyste Są trzy dominujące mechanizmy powstawania tlenków azotu podczas spalania: Reaguje azot z powietrza ‹ termiczny ‹ szybki Reaguje azot zawarty w paliwie ‹ paliwowy  

OGRANICZENIE EMISJI TLENKÓW AZOTU DO ATMOSFERY Termiczne tlenki azotu mechanizm termicznej reakcji. Temp. powyżej 1500C O2  2O* O* + N2  NO + N* N* + O2  NO + O* N* + OH  NO + H* Szybkie tlenki azotu   CHx + N2  (HCN, CN, N, NH) + O2  NOx + CO2 + H2O CH + N2  HCN + N Paliwowe tlenki azotu CxHyN  xHCN

OGRANICZENIE EMISJI TLENKÓW AZOTU DO ATMOSFERY Ograniczenie emisji tlenków azotu z procesów spalania paliw: właściwy dobór parametrów prowadzenia procesu spalania dodawanie do komory spalania substancji reagujących z powstającymi NOX.  

OGRANICZENIE EMISJI TLENKÓW AZOTU DO ATMOSFERY  Parametry procesu spalania: 1) temperatura strefy spalania – poniżej 1000oC. w wysokich temperaturach stężenie NOx wzrasta. W temp. 1200oC powstaje 100ppm NOx, w temp. 1800oC K – 1000ppm, 2) stosunek ilości powietrza do paliwa w strefie spalania - optymalny jest stechiometryczny, 3) dobre wymieszanie paliwa, powietrza i produktów spalania; recyrkulacja spalin, 4) duża szybkość odbierania ciepła – dodatek wody 5) spalanie dwustrefowe.

OGRANICZENIE EMISJI TLENKÓW AZOTU DO ATMOSFERY Dodawanie do komory spalania substancji alkalicznych: 1. Selektywna termiczna redukcja NOx ( selektywna niekatalityczna redukcja): Iniekcja amoniaku do komory spalania. W obecności tlenu zachodzą następujące reakcje: NO + NH3 + 1/4O2  N2 + 3/2H2O Powyżej 1370 K : NH3 + 5/4O2  NO + 3/2H2O Proces redukcji NO z największą wydajnością przebiega w stosunkowo wąskim zakresie temp. 1240 ± 50 K.

OGRANICZENIE EMISJI TLENKÓW AZOTU DO ATMOSFERY 2. Stosowany jest także proces oparty na iniekcji sproszkowanego wapna i mocznika do górnej strefy spalania paliwa w zakres temp. 850 - 11000C. Z badań wynika, że jednoczesne usuwanie SO2 i NOx w 65% uzyskuje się przy stosunkach: Ca/S = 3,0 i mocznik/O2 = 1,5.

PROCESY STOSOWANE DO OCZYSZCZANIA GAZÓW ODLOTOWYCH Ze względu na stan skupienia zanieczyszczeń gazów odlotowych, urządzenia do oczyszczania dzielimy na: 1 urządzenia do oddzielania z gazu rozdrobnionych zanieczyszczeń stałych (pyłu) zwane odpylaczami, 2. urządzenia do oddzielania kropelek cieczy (mgieł), 3. urządzenia do redukcji zanieczyszczeń gazowych.   Usuwanie pyłów i mgieł Odpylacze mogą być suche i mokre. Odpylacze dzielimy według wykorzystania w nich zjawisk: siły ciążenia, sił bezwładności, siły odśrodkowej, zjawisk elektrostatycznych zjawisk filtracji

URZĄDZENIA ODPYLAJĄCE Komory osadcze - wykorzystane jest tutaj zjawisko opadania ziaren pyłu w polu ciężkości. Komora osadnicza. 1- komora osadnicza; 2 – zasobnik pyłu; 3 – tory ziaren o dużych średnicach; 4- tory ziaren o małych średnicach; 5 – wlot gazów; 6 – wylot gazów. Zalety komór osadczych: Niskie koszty wykonania. Małe opory przepływu ( w zakresie 20-50 Pa). Zapotrzebowanie mocy w zakresie 0,05-0,3 . Możliwość zastosowania do odpylania gazów gorących bez ich uprzedniego ochładzania

URZĄDZENIA ODPYLAJĄCE Odpylacze odśrodkowe – cyklony wir zewnętrzny wir wewnętrzny tor ruchu ziarna Schemat budowy i działania cyklonu. a – przekrój pionowy; b – przekrój poprzeczny na wysokości wlotu gazów 1 – wlot gazów zapylonych; 2 – wylot gazów oczyszczonych;

URZĄDZENIA ODPYLAJĄCE Odpylacze odśrodkowe – cyklony Zalety: Prosta budowa. Niewielkie gabaryty. Niskie koszty inwestycyjne. Wady: Znaczne opory przepływu (300-1300Pa), Stosunkowo szybkie zużywanie się w wyniku erozji, 3. Niska skuteczność w zakresie ziaren poniżej 10-20 mikrometrów.

URZĄDZENIA ODPYLAJĄCE Odpylacze elektrostatyczne (Elektrofiltry) Schemat procesu odpylania w elektrofiltrze.

URZĄDZENIA ODPYLAJĄCE Odpylacze elektrostatyczne (Elektrofiltry) Schemat elektrofiltru rurowego 1 – elektroda emisyjna (katoda) 2 – elektroda zbiorcza (anoda) 3 – przewód wysokiego napięcia 4 – układ zasilania

URZĄDZENIA ODPYLAJĄCE Odpylacze elektrostatyczne (Elektrofiltry) Ilość pyłu odbierana w czasie godziny 40 - 140 ton (7 wagonów towarowych).  Zalety: Wysoka skuteczność, nawet dla pyłów o rozdrobnieniu koloidalnym. Możliwość odpylania gazów gorących (nawet do 450oC). Niewielkie opory przepływu oraz niskie zapotrzebowanie energii.  Wady: Wysokie koszty inwestycyjne. Duże gabaryty. Wrażliwe na zmiany charakterystyki oczyszczanego gazu i pyłu (temperatura, wilgotność gazu, oporność właściwa pyłu, natężenia przepływu). Niebezpieczeństwo wybuchu pyłów palnych.

URZĄDZENIA ODPYLAJĄCE Odpylacze filtracyjne - zakładają przepuszczanie strumienia zapylonego gazu przez filtry tkaninowe, papierowe, ceramiczne lub bibuły, gdzie ziarna pyłu są wychwytywane. Ich skuteczność jest duża (99%). Schemat filtra workowego: 1 – wlot powietrza zapylonego; 2 – wylot powietrza oczyszczonego; 3 – worki filtracyjne; 4 – zasobnik pyłu; 5 – nadmuch powietrza sprężonego; 6 – zasobnik sprężonego powietrza. Sprawmość – 99.9% Wady: bardzo wysoki koszt, duże opory przepływu.

URZĄDZENIA ODPYLAJĄCE Odpylacze mokre (skrubery lub płuczki) Płuczka bez wypełnienia Kolumna z wypełnieniem nieruchomym Odpylacze mokre są bardzo skuteczne – SPRAWNOŚĆ 90%

URZĄDZENIA ODPYLAJĄCE