DEBRECENI EGYETEM
MŰSZAKI KAR
TELEPÜLÉSI KÖRNYEZETVÉDELEM
Települési környezetvédelem Tárgya: városi területek jellegzetes környezeti, közegészségügyi problémáiról és azok műszaki megoldásaira, elsősorban a vízhez, talajhoz, Talajvízhez, levegőhöz és a zajhoz kötődő területeken. Tárgyalja a város szerepét a környezeti problémák kialakulásában, az okokat és következményeket, és a települési környezetvédelmi program jellemzőit. A levegőszennyezés területén a közlekedés szerepét és a csatornahálózatok okozta bűzképződést részletezi és bemutatja a csapadék savasodásához vezető okokat, valamint ennek következményeit a belterületi felszíni lefolyás szennyeződésének alakulásában.
A települési környezetvédelmi program tartalma a) a települési környezet tisztasága, b) a csapadékvíz-elvezetés, c) a kommunális szennyvízkezelés, -gyűjtés, -elvezetés, -tisztítás, d) kommunális hulladékkezelés, e) a lakossági és közszolgáltatási (vendéglátás, település- üzemeltetés, kiskereskedelem) eredetű zaj-, rezgés- és légszennyezés elleni védelem, f) a helyi közlekedésszervezés, g) az ivóvízellátás, h) az energiagazdálkodás, i) a zöldterület-gazdálkodás, j) a feltételezhető rendkívüli környezetveszélyeztetés elhárításának és a környezet-károsodás csökkentésének, településre vonatkozó feladatait és előírásait.
Jelentősége • Az anyagcsere egyik összetevője • Az ipar és a mezőgazdaság egyik legfontosabb nyersanyaga • A repülés közege
A légkör keletkezése A Föld keletkezésekor: Őslégkör: • Hidrogén + hélium
• Csekély gravitáció
gázok elszöktek
a Föld légkör nélkül maradt Második őslégkör: • Felszín hűlése Feltörő gázok
Földkéreg megszilárdulása
• Összetétele: 80% vízgőz, 17% CO2, NH3, CHx
A légkör keletkezése 4-4,5 milliárd évvel ezelőtt a felszín hőmérséklete 100 oC alá hűlt • Vízgőz kondenzálódott • Óceánok tengerek kialakultak • H2O → fotodisszociáció: O2 → UV hatására: O3 → élet kialakulhat a tengerekben 3,2-3,5 milliárd éve megjelent a földi élet • Élet a tengerekben → fotoszintézis: O2-t termel • Növények kivonják a légkörből a CO2-ot és O2-t bocsájtanak ki. Oxidáló hatású légkör • ⇓ kb. 300 millió éve a maihoz hasonló O2 szint • CO2 szint: csökken a földtörténet során
Összetétele Alkotók Nitrogén (N2) Oxigén (O2)
Arány 78 (V/V)% 21 (V/V)%
Argon (Ar) CO2 CH4
0,9 (V/V)%
SO2 NOx NH3
Állandó alkotók
Változó alkotók
0,1 (V/V)% Erősen változó alkotók
A légkör szerkezete • • • •
Troposzféra (10 km-ig) Sztratoszféra (10-50 km) Mezoszféra (50-80 km) Termoszféra vagy ionoszféra (500 km) • Exoszféra vagy magnetoszféra (500 km felett)
A légkör szerkezete • Troposzféra (10 km-ig) • • • • •
légkör anyagának 80%-a, vízgőz majdnem 100%-a, időjárási folyamatok, szennyezések dinamikai színtere, hőmérséklet csökken a felső határáig
• Sztratoszféra (10-50 km) • vízszintes légmozgások, • hőmérséklet csökkenés, majd emelkedés • Ózonréteg
Exoszféra (magnetoszféra)
• Mezoszféra (50-80 km)
HETEROSZFÉRA
A légkör szerkezete • -120°C°-ig csökken a hőmérséklet, Termoszféra • sűrűség nagyon kicsi
(ionoszféra)
• Termoszféra vagy ionoszféra (500 km) :
HOMOSZFÉRA
• UV sugárzás nagy részét elnyeli (ionizációs folyamatok) • → nő a hőmérséklet (1200°C-ig) Mezoszféra • rövid- és hosszúhullámú rádióadásokat rétegei ózonrétegvisszaverik
• Exoszféra vagy magnetoszféra (500 km felett) • számos elektromágneses jelenség színtere • fokozatosan megy át aHőmérséklet bolygóközi térbe
Sztratoszféra Tropopausa
Troposzféra
Globális háttérszennyezés • Óceánokból diszpergálódással – cseppfolyós és szilárd aeroszol részecskék – 1 cm3 - 250 - 500 db
• Radioaktív anyagok közül : – 222 Rn, 283U, Ra
Légszennyező források • pontszerű források pl. kémény, kürtő, szellőző
• diffúz források • vonalas légszennyező források pl. közút, vasút, légifolyosó, vízi út
• Területileg megoszló – pl. iparterület
Légszennyező anyagok Antropogén eredetű • Elsődleges szennyezők CO2, CO NOx, NO, NO2 SO2 Szerves illékony (illékony szénhidrogének) Nehézfémek: Hg, Cd, Cu, Zn Por, korom Azbeszt
Légszennyező anyagok Antropogén eredetű • Másodlagos szennyezők Ózon Peroxi-acetilnitrát Aldehidek – formaldehid, acetaldehid
Biológiai – természetes eredetű szennyezők Pollenek N2O (dinitrogén-oxid) NH3 (ammónia) CH4 (metán) Atka ürülék Radon (belső terekben)
Emisszió forrásai Időtartalma szerint: • Folyamatos • Időszakos Mennyisége: • Állandó mennyiségű • Változó mennyiségű
A légszennyezők koncentrációja • A légszennyező anyagok mennyisége • A befogadó levegő térfogata • A légszennyező anyagok kikerülése a levegőből
A szennyezés folyamata • Emisszió: elsődleges légszennyezők • Transzmisszió: másodlagos légszennyezők • Keveredés • Hígulás • Fizikai kémiai átalakulás
• Immisszió: a szennyezés koncentrációja a természeti elemekben KILÉPÉS → TERJEDÉS → SZENNYEZETTSÉG
Öntisztulás folyamata Öntisztulás: olyan természetes folyamat, melynek során a szennyezők a továbbító közegben átalakulnak, belőle kiválnak, vagy elnyelődnek. • Ülepedés, szedimentáció • Impakció, precipitáció – Termoprecipitáció – Elektroprecipitáció
• Ad- és abszorpció • Kondenzáció, kimosódás
A levegő öntisztulása A) a szennyező anyag eltávozik a légtérből • (és egy másik szférát szennyez!) • pl. ülepedés, kimosódás, kondenzáció, adszorpció, abszorpció B) a szennyező anyagok kevéssé ártalmas anyagokká alakulnak át
C) a szennyező anyagok koncentrációja csökken, felhígul
A levegő fizikai állapothatározói • Léghőmérséklet (vertikális rétegződés) • Légnyomás • Nedvességtartalom • Szélsebesség (8-10 m/s) Inverziós réteg: az a légréteg, amely melegebb az alatta fekvő légrétegeknél
Hőmérsékleti inverzió
• Leggyakrabban a hegyekkel körbevett területeken alakulhat ki hideg, felhős időjárás során; légszennyező anyagok csapdába ejtése. • hőmérsékleti inverzió kialakulhat napos éghajlattal rendelkező területeken is, (gyenge szelek, három oldalon levő hegyek és egy a másikon levő óceán).
Füstköd (szmog) • Londoni típusú (téli) – Szén- és olajtüzelés következménye • SO2 , CO2, korom
• Los Angeles-i típusú (nyári)
The Great London Smog (1952)
– Gépjárműforgalom erős besugárzás hatására, magas nedvességtartalomnál • NOx , szénhidrogének • O3 , peroxiacil-származékok
Füstköd (szmog)
Los Angeles típusú szmog Szmogot alkotó főbb komponensek időbeli alakulása
• A fotokémiai folyamatokban a napsugárzás jelentős szerepe miatt a nyálkahártya irritáló vegyületek (ózon, PAN, aldehidek) koncentrációja a déli órákban éri el a maximumát és napnyugtával jelentősen csökken. • A fotokémiai szmog erősödésével a levegő vöröses-barna árnyalatú lesz, mivel a napsugárzás kék komponensét a NO2 elnyeli.
Aeroszolok • Diszperziós – szilárd, vagy folyékony anyagok aprítása ill. porlasztása révén • Kondenzációs aeroszolok – gőzők kondenzációja, gázok kémiai reakciója révén • Por – szilárd részecskéket tartalmazó aeroszol • Füst – folyékony és diszperz fázist tartalmazó aeroszol • Köd – csak folyékony részecskéket tartalmazó aeroszol
Aeroszolok • Természetes eredetű: – Hullámveréssel • NaCl, KCl, • Gáz halmazállapotú
– Széllel felkavart homok • SiO2
– Ásványok pora • CaCO3 , CaSO4 , MgCO3 , Al2O3 , Fe2O3 .
– Növények és állatok bomlástermékei • NH3, H2S
Légszennyezést okozó emberi tevékenység • Égéstermékek: – Szén-monoxid, szén-dioxid, kén-dioxid
• Közlekedés: – OTTO, és dízelmotorok • Szikragyújtás, kompressziós gyújtás
• Ipar: – Cementgyárak: por – Műtrágyagyártás: HF, fluorapatit
• Mezőgazdaság: – Por, biológiailag aktív anyagok
Káros hatás • Befolyásoló tényező: • Koncentráció • Expozíció
Egészségkárosító hatás: • Szén- monoxid – Karboxi-hemoglobin • Munkaképtelenség, öntudat tompulása, reakcióképesség csökkenése
Egészségkárosító hatás • Kén-dioxid: – Szem és a felső légutak nyálkahártyáját izgatja – Fehérje anyagcsere zavarása
• Nitrogén-dioxid: – Tüdőben vízzel savat képez – Vérerek erős tágulása
• Szénhidrogének – Karcinogén (rákkeltő)
• Klór: oxidáló, roncsoló
Egészségkárosító hatás • Hidrogén-fluorid: – Égéshez hasonló sebeket okoz
• Ammónia: – Könnyezés, szemfájdalom – Légzési, keringési zavarok
• Korom, por, pernye: – 0,25 µm – szilikózis, portűdő – 10 µm - kisebb veszély
Gazdasági károk Állatvilág: • Madarak elvándorlása • Méhek pusztulása
Gazdasági károk Állatvilág: • Madarak elvándorlása • Méhek pusztulása Növényvilág: • Porszennyezés: – Kolloid méretű porok
• Kén- dioxid: klorofillt károsítja, szivacsos parenchimát pusztítja • Indikátor fajok
A közlekedés légszennyezése Komponens
Benzinmotorok
Dízelmotorok
nitrogén
74-77 tf%
76-78 tf%
oxigén
0,1-3 tf%
2-14 tf%
vízgőz CO2 CO
3-6 tf% 5-12 tf% 0,5-10 tf%
1-6 tf% 100-2000ppm
500-3000ppm
szénhidrogének
100-10000 ppm
10-500 ppm
aldehidek
0-200 ppm
0-50 ppm
benzpirén
0-2 mg/m3 10-20 μg/m3
nem mérgező
0,5-6 tf%
NOx
korom
Hatás
mérgező
200-5000ppm
10-1100 mg/m3 0-10 μg/m3
rákkeltő
A közlekedés légszennyezése • a két motortípus különbsége ⇒ különböző égésfolyamatok, más üzemanyag • NOx emisszió döntően a közlekedésből származik
• a kipufogógáz emisszió csökkentésének lehetőségei: gondos karbantartás benzin ólomtartalmának csökkentése, ólommentes benzin (Mo.-on megvalósult) gázolajak kéntartalmának csökkentése
Az energiatermelés légszennyezése • A települések SO2 és szilárd részecske emissziója elsősorban • a kommunális fűtés • és az ipari hőenergia termelés üzemanyagaitól és berendezéseitől függ
• Levegőtisztaság szempontjából legkedvezőbb a gáz és legkedvezőtlenebb a szén (a hagyományos, nem megújuló energiaforrásokat használó fűtési módok közül)
Ipari légszennyező források • szénbányák: szén-, meddőpor • cementgyárak: porszennyezés • kohászat: CO, CH4, vaspor • acélgyártás: vas-oxid • foszforműtrágya-gyártás: HF • timföldgyártás: HF • szerves vegyipar, NaCl • elektrolizáló üzemek: Cl2 • ércek klórozó pörkölése,klórtartalmú hulladékok égetése: HCl • kénsavgyártás, cellulózipar: SO2 • nitrogénműtrágya-, salétromsavgyártás: NOx
A mezőgazdasági tevékenységből származó légszennyezések • szántóterületekről: porszennyezés • Mo.: 70%-a mg-i művelés alatt, ennek kb. fele szántott → hónapokig fedetlen • műtrágyák pora • Biológiailag aktív anyagok, növényvédő szerek (peszticidek): • különösen, ha repülőről szórják őket • pl. klórozott szénhidrogének, szerves foszfátészterek természet biológiai egyensúlyát veszélyeztetik
Kén-dioxid (SO2) • emberi tevékenység: 88 Mt/év (Földön) • legfőbb ok: tüzelési folyamatok • káros hatásai: – légzési nehézségek – klorofil bontása – épületek károsítása
• vízben jól oldódik: H2O + SO2 ↔ H2SO3
• fajlagos kibocsátás: olajtüzelés: 1000 mg/MJ, szén: 600 mg/MJ, földgáz: 10 mg/MJ
Szén-monoxid (CO) • emisszió: 3400 Mt/év • források: – 80%-ban természetes források – tüzelőberendezés, közlekedés
• tökéletlen égési folyamatok eredménye • rendkívül mérgező (CO-hemoglobin)
Szén-dioxid (CO2) • üvegházhatású gáz • légköri koncentráció változásai • jelenleg 370 ppm • forrásai: – fosszilis tüzelőanyagok elégetése – erdőégetés – erdőhiány miatti lekötés csökkenés – mészkőfelhasználás
Freonok és halonok • freonok: pl. CFCl2, CFCl3 – hűtőközeg, vivőanyag
• halonok: C + F + Cl + Br atomokból állnak – tűzoltás
• 1986 Monterali egyezmény: felhasználásuk csökken, Magyarországon megszűnt • stabilak → feljutnak a sztratoszférába • fotokémiai folyamatok → klóratomok → ózont lebontják
Metán (CH4) • üvegházhatású gáz • elmúlt 200 év alatt duplázódott, kb. 2 ppm • természetes forrásai: – bomlás, fermentáció
• antropogén forrásai: – rizstermelés, hulladékok bomlása, bányászat, energia-ipar, biomassza tüzelés, kérődzők
Illékony szerves vegyületek • VOC: Votile Organize Compounds • NOx-kal reakció → fotokémiai füstköd • antropogén források: – tüzelőanyagok, üzemanyagok, oldószerek párolgása • Magyarország: – közlekedés (38%), ipari tüzelés és technológia (23%), oldószerek használata (19%), kommunális fűtés (14%)
Felszínközeli ózon (O3) • fotokémiai szmog fő alkotója • közlekedési eredetű légszennyező anyagokból napfény hatására keletkezik NO2 → NO + O O + O 2 → O3 • sejteket elpusztítja • ember: tüdőszövetek roncsolása, tüdőödéma
Szilárd levegőszennyezők • por • forrásai: természetes, antropogén • ipari üzemekben technológiai folyamatok során, pl.: • ásvány- és ércőrlés • cementgyártás • szilárd energiahordozók (szén) elégetésekor • fafeldolgozás
• keletkezés helyén nagyon nagy koncentráció is lehet • káros hatás nem rögtön, tüdőelváltozások
• korom • tökéletlen égési folyamatok eredménye • nagy fajlagos felületű (6*102 – 6*105 m2/g) grafit kristály részecskék (0,01-0,02 μm) • gázalakú légszennyezőket adszorbeál
Nemzetközi egyezmények 1979 – Genf – Országhatáron átterjedő levegőszennyezésről 1985 – Helsinki – kénkibocsátás csökkentése (1993-ig 30%-os csökkenés 1980-hoz képest) 1988 – Szófia – Nitrogén-oxid kibocsátás csökkentése 1991 – Genf – illékony szerves vegyületek (VOC) kibocsátásának szabályozása 1994 – Oslo – kénkibocsátás további csökkentése (hazánk 2010-ig 60%-os csökkentés 1980-hoz képest) 1998 – Aarhus – nehézfémek légköri kibocsátásának csökkenéséről 1999 – Göteborg – a savasodás, az eutrofizáció és a felszínközeli ózon csökkentéséről 2002 aug. – Kiotó – hazánk 6%-os CO2 csökkenést vállalt 2008-2012ig az 1958-87-es időszakhoz képest
Szagproblémák
Szagproblémák „Bűz: kellemetlen szagú légszennyező anyag vagy anyagok keveréke, amely összetevőivel egyértelműen nem jellemezhető” (21/2001. (II.14.) Korm. Rendelet 3.§) A kellemetlen szagok is légszennyezők Nem okoznak maradandó károsodást Pszichikai érzeten alapuló befolyás
Szagproblémák Szaganyag koncentráció ppm, ppb, mg/Nm3 Szagküszöb szaganyagnak az a legkisebb koncentrációja, amely szaghatás keltésére elegendő ingert vált ki a megfigyelő receptoraiban Szagegység (SZE, német: GE, angol: OU) Az adott szag azon hígítása amit a vizsgálatban résztvevők 50%-a még érez, 50%-a már nem Mérése: olfaktometria révén Szagintenzitás Szagerősség meghatározására, melyet tetszőleges skálán mérnek Újabban: ismert szaghatású vegyülethez, a normál oktanolhoz viszonyítva 0-8) adják meg Szaganyag koncentrációjának logaritmusával nő
Szagok keletkezése Szennyvízzel kapcsolatba hozható szaganyagok: Csatornahálózat Szennyvíztisztító telep Szaghatást okozó folyamatok Illékony anyagok emissziói Biológiai lebontódás Adszorpció csökkenése a szilárd anyagok felszínén Transzportálódás Anyagok keletkezése az oxidáció, redukció és fertőtlenítés hatására vagy a prekurzor vegyületek lebontódása oxidációs melléktermékekkel Kétféle bűzanyag (anyagi tulajdonság szerint) Szerves és szervetlen
Szagok keletkezése Legjellemzőbb szaghatást a szervetlen gázok okozzák Hidrogénszulfid Ammónia Szerves gázok: Merkaptán – legnagyobb szaghatással bíró, szennyvíztisztító telepekre jellemzőbb Indol, szkatol – fekália szagú
Csatornahálózati szagemisszió 3 állapot: Aerob – oldott oxigén (O2) jelenléte Anoxikus – O2 nincs, oxigénforrás pl. NO2NO3Anaerob - se O2, se oxigénforrás nincs
Csatornahálózati szagemisszió Tartózkodási idő Túl hosszú ideig tartózkodik a hálózatban Átemelők, fogadóaknák környezetében van lehetőség az átszellőzésre – bűzanyagok kilevegőzése Kémiai-biológiai folyamatok a csatornában Mikroorganizmusok, biofilm tevékenysége következtében az oldott oxigénszint gyorsan csökkenhet – anaerob folyamatok indulnak be bűzképződés
Csatornahálózati szagemisszió Oldott oxigén szerepe Szennyvízcsatorna egyik feladata az aerob állapot fenntartása Nyers szennyvíz oldott oxigéntartalma: 0-5 mg/l Szennyvízcsatornában fizikai-kémiai-biológiai reakciók játszódnak le. Egyfajta reaktornak tekinthető a csatornahálózat
Some Important Indoor Air Pollutants
INDOOR AIR POLLUTION • Indoor air pollution usually is a greater threat to human health than outdoor air pollution. • According to the EPA, the four most dangerous indoor air pollutants in developed countries are: – Tobacco smoke. – Formaldehyde. – Radioactive radon-222 gas. – Very small fine and ultrafine particles.
Air Pollution is a Big Killer • Each year, air pollution prematurely kills about 3 million people, mostly from indoor air pollution in developing countries. – In the U.S., the EPA estimates that annual deaths related to indoor and outdoor air pollution range from 150,000 to 350,000. – According to the EPA, each year more than 125,000 Americans get cancer from breathing diesel fumes.
