HLAVNÍ SLOŽKY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ • • • •
Ovzduší Voda Půda Odpady
1
OVZDUŠÍ Ovzduší (atmosféra) základní složka ekosystému •Členění atmosféry podle: –teploty, –chemizmu.
•Složky atmosféry: –dusík (N2, N2O), –kyslík (O2, O3), –oxid uhličitý (CO2 ), –další plyny, – tuhé látky. 2
Chemizmus škodlivin: – Emise Exhalace, které byly emitovány do ovzduší a nevstoupily do chemické reakce
• látky znečišťující troposféru • látky ovlivňující chemizmus Druh a množství emisí závisí na použitém palivu, způsobu spalování, řízení spalovacího procesu.
– Imise Jakmile v atmosféře zareagují dojde k jejich kvalitativní změně (mění se na imise).
imise ovlivňuje: – počet ledových dnů, – charakter terénu, – způsob vytápění. 3
Část imisí zůstává ve vzduchu, část se jich usazuje na zemském povrchu. Tomu co se usazuje na zemi se říká atmosférická depozice. (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 SO2 + O SO3 + H2O H+ + SO42H2SO4 4
ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ Procesy znečišťující ovzduší: – spalování v ohništích (elektrárny, výtopny, lok. topeniště), – tepelné procesy v průmyslu, – spalování odpadů, – dopravní prostředky, – nekontrolované spalování (skládky, haldy).
5
Hlavní znečišťující látky, které se dostávají do ovzduší: – částice, převážné tuhé, z malé části i kapalné, – oxidy síry SOx, převážně SO2, z malé části SO3, – oxidy dusíku NOx, převážně NO, z malé části NO2, – těkavé organické látky, především uhlovodíky CxHy, – oxid uhelnatý CO a uhličitý CO2.
6
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) 7
Měrné emise podle REZO
8
9
Koncentrace škodlivin se posuzuje z hlediska: – hygienického, – ekologického, – vlivu na technické materiály. Hygienické hledisko Úroveň znečištění přípustné koncentrace [ug.m3, g.m3, ppb, ppm] SO2 1ug.m-3 = 0,38 mm3.m-3/ppb – krátkodobé (3 hodinové), – denní (24 hodinové), – roční. 10
Pro hlavní znečišťující látky jsou stanoveny roční imisní limity: • SO2 je imisní limit 60 µg.m-3, • NOx 80 µg.m-3, • prašný aerosol 60 µg.m-3. Překročení imisního limitu na několika monitorovacích stanovištích = smogové varování
11
Přípustné koncentrace dalších vybraných škodlivin 12
Ekologické hledisko
13
Degradace technických a uměleckých děl My znehodnocujeme přírodu – příroda ničí naše výtvory. Znečištěná atmosféra se podílí na znehodnocování (degradaci) technických a uměleckých děl. Technická a umělecká díla nemají „adaptační schopnosti“ - jejich znehodnocení vyvolá i minimální znečištění 14
15
16
POPIS HLAVNÍCH ŠKODLIVIN Oxid siřičitý SO2 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 SO3 Proces přeměny 2 – 4 dny U lidí způsobuje dýchací potíže, narušuje fotosyntezu, mění chemizmus půdy, způsobuje korozi. 17
18
3,5
Praha Kopisty Kasperske Hory
3,0
SO 2 /NO x poměr
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0 1987/1988
1990/1991
1993/1994
1996/1997
roky
1999/2000
2002/2003 19
Oxidy dusíku NOx Zdroj primárních NOx 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.
20
Na mnoha reakcích v atmosféře se podílejí sloučeniny dusíku, obsahující ve své molekule kyslík (sloučeniny označované jako Nox): – Oxid dusný (N2O) 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 (NO2) je společně s oxidem dusnatým emitován do atmosféry při spalovacích procesech. 21
Oxid dusičitý je základní příčinou: • fotochemického smogu, • podílí se na vzniku kyselých dešťů, • podporuje rozvoj korozních procesů. U lidí působí dráždivě na oči a dýchací cesty. U rostlin narušuje buněčnou strukturu. Podílí se nepřímo (jako chloran nitrilu ClONO2 na tvorbě ozonové díry). 22
Oxidy uhlíku CO2, CO 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.
23
Oxidy uhlíku CO2, CO Hlavním zdrojem CO2 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 CO2, ale zároveň se snižuje možnost fotosyntézy (produkce kyslíku). 24
Oxid uhelnatý 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. 25
Částice Pod pojem částice zahrnujeme jakýkoliv tuhý (pevný) nebo kapalný dispersní materiál, jehož elementy mají rozměr větší než řádový rozměr molekul.
26
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. 27
Těkavé organické látky Těkavé organické látky (VOC) je souhrnné označení pro snadno odpařitelné, převážně zdraví škodlivé látky. Typickým představitelem VOC jsou uhlovodíky CxHy (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. 28
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.
29
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.
30
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 O3 se nachází ve stratosféře).
31
Přízemní vrstva Ozón se tvoří tehdy, jestliže na sebe vzájemně působí na slunečním světle určité znečišťující látky (primární polutanty).
Mechanizmus vzniku ozónu:
32
Vysoké koncentrace ozonu v přízemní vrstvě jsou příčinou fotosmogu
33
34
Co způsobuje přízemní ozon: – Může působit degradačně na různé materiály. – Vyšší koncentrace O3 má vliv na zvýšení degradace především organických materiálů (nátěry, dřevo). – Může narušovat tkaniny a textilní výrobky. – Může způsobovat vyblednutí barev.
35
Co způsobuje přízemní ozon: – Zvlášť náchylná na poškození ozónem je pryž, která vlivem O3 tvrdne a praská (ozónové praskání). – Ozón se významně podílí na korozi materiálů. – Synergický účinek SO2 v kombinaci s O3 a NO2 vede k výraznému zvýšení koroze některých anorganických materiálů.
36
Zdravotní potíže vyvolané různou koncentrací ozonu:
37
Vrchní vrstva Sluneční záření dopadající na zemský povrch
38
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) 39
– 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). 40
41
42
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 (narušení potravního řetězece). – Působí neblaze na buněčnou strukturu rostlin.
43
Látky ohrožující ozonovou vrstvu Chlorfluoruhlovodíky (freony)
44
Jak působí:
45
Jaká je souvislost mezi úbytkem ozonu a produkcí freonů:
46
Oxid dusný – rajský plyn Určitá část rajského plynu se dostává do atmosféry 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. Metan 47
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.
48
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.
49
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)
50
IČZ 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.
51
52
Podíl plynů na přirozeném skleníkovém efektu
53
Rovnovážná efektivní teploty Země by měla být 255K Skutečná teplota je o 33 oC vyšší.
Zvýšení teploty
skleníkový efekt 54
Přirozená a nepřirozená produkce skleníkových plynů
55
Další skleníkové plyny: – Chlorfluorouhlovodíky, – Oxid dusný, – Metan.
56
Jiná teorie Pravidelný cyklus koncentrace CH4 a CO2 přerušen (před 8000 lety) Nový faktor = zemědělství – Zrod zemědělství: východní Středomoří (11 tis. let), poté Čína, S a J Amerika (později) – Vytváření methanu zejména vlivem: – zavlažování rýžových polí = zvrat trendu (před 5 tis. lety v jižní Asii) – vypalování luk, rozsáhlé odlesňování -> CO2 – chov zemědělských zvířat
Legislativa a snižování skleníkových plynů 1988 Ženeva Světová klimatická konference 1997 Kyoto (Kjótský dokument) 2005 Ratifikace dokumentu Kjótský protokol předpokládá redukci emisí do prvního kontrolního období (2008 –2012) nejméně o 5,2 % v porovnání s rokem 1990. – Bilance emisí CO2, CH4, N2O, PFC, HFC, SF6, ve formě agregovaných emisí CO2. – Sestavení propadů emisí pro průmyslově vyspělé státy světa a dohoda o emisním obchodování. – Kompenzace emisí skleníkových plynů výsadbou lesních porostů. 60
●
● ● ●
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 %.
61
62
SNIŽOVÁNÍ ŠKODLIVIN Přirozené odstraňování škodlivin:
63
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.
64
Vlečka má hadovitý tvar, značné přízemní koncentrace Vlečka má tvar kužele, znečištění ve větší vzdálenosti Vějířová vlečka, vzniká při inverzní situaci Vysoká inverze, exhalace jsou rozptýleny ve větší vzdálenosti Nízká inverze, zadýmování velké plochy 65
66
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. 67
68
Snižování plynných škodlivin – obecně Princip: – Suchý (adsorpce, termická/katalytická oxidace), – Mokrý (absorpce), – Biologický, – Vymrazovací. Adsorpce Zachytávání látky na povrchu pevného sorbentu (fyzykální/chemické). Sorbované množství = f (T,t) sorbent granulát Provedení plyn
69
70
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 71
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 oC – Oxidační katalyzátor – snížení spalovací teploty katalyzátor: platinového typu (200 - 400 oC) oxidového typu (500 – 900 oC) 72
Absorpce Rozpuštění škodliviny v kapalině. Absorpční schopnost: – koncentrace škodliviny – teplota – objem – doba zadržení Regenerace za zvýšené teploty(vyvaření/destilace,oxidace,redukce, krystalizace) Spalovaní Provedení: – patrové kolony – sprchové kolony 73
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.
74
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. 75
Permeační membrány Mezistupeň pro zvýšení koncentrace škodlivin
vzdušnina
přetlak
škodlivina
podtlak
76
Snižování plynných škodlivin - energetika Snižování emisi SO2 – Regenerační procesy (vypírání SO2 suspenzí s oxidem hořečnatým na síran hořečnatý. Ten se tepelně rozloží na MgO a SO2 který se zpracovává na kyselinu siřičitou) – Neregenerační procesy – mokré, polosuché, suché. Aktivní látka je vápno, vápenec. Konečný produkt je sádrovec. Snižování emisí NOx Technologicky složitější než u síry: – Primární postupy – řízení spalovacího procesu – Sekundární postupy – katalitické, nekatalitické (redukční činidlo - amoniak do spalin) 77
PRODUKCE ŠKODLIVIN V ČR
78
79
80
81
82
