Környezetvédelem (KM002_1)

Széchenyi Környezetvédelem István Egyetem

Környezetvédelem (KM002_1) 3a. Antropogén légszennyezés, levegőtisztaság-védelem 2007/2008-as tanév I. félév Dr. Zseni Anikó egyetemi docens SZE, MTK, BGÉKI, Környezetmérnöki Tanszék

Széchenyi Környezetvédelem István A légkör Egyetem

keletkezése

• A Föld keletkezésekor: főleg H2, He, CO2 , NH3, CH4, N2, CO, H2O alkotja (redukáló hatású légkör) • vulkáni működés: gázok • H2O → fotodisszociáció: O2 → UV hatására: O3 → élet kialakulhat a tengerekben → fotoszintézis: O2-t termel (oxidáló hatású légkör) • ⇓ kb. 300 millió éve a maihoz hasonló O2-szint • CO2-szint: csökken a földtörténet során

1

Széchenyi István Egyetem

(logaritmikus skála!)

present atmospheric level

légzésre lehetőség van

UV-szűrés már hatékony


Koncentráció térfogat% ppm

Gáz Állandó nitrogén oxigén argon neon hélium Változó szén-dioxid metán hidrogén ózon Erősen változó vízgőz szén-monoxid nitrogén-dioxid ammónia kén-dioxid

összetétele

N2 O2 Ar Ne He

Tartózkodási idő 106 év 5*103 év

78 20,9 0,934 18,18 5,24

107 év

CO2 CH4 H2 O3

350 2 0,5 (0-5)*10-2

15 4 6,5 2

év év év év

H2O CO NO2 NH3 SO2

40-40 000 (1-20)*10-2 (0-3)*10-3 (0-2)*10-2 (0-2)*10-3

10 4 6 7 4

nap hónap nap nap nap

2


szerkezete

elektromágneses jelenségek

UV-elnyelés, rövid- és hosszúhullámú rádióadások visszaverése

vízszintes légmozgás, O3 réteg (20-25 km-en) meteorológiai folyamatok, szennyezések színtere (László Ferenc: Környezetvédelem korszerűen nyomán)


A légkör tömegarányos és térfogatarányos összetétele (Bolygónk születése nyomán)

3

Széchenyi Környezetvédelem István Egyetem Légszennyező

források

¾ pontszerű források pl. kémény, kürtő, szellőző ¾ diffúz források • vonalas légszennyező források pl. közút, vasút, légifolyosó, vízi út

• Elsődleges

gázhalmazállapotú légszennyezők

• Másodlagos szennyezőanyagok

Széchenyi Környezetvédelem István Egyetem Légszennyező

emberi tevékenységek

¾ • • • • • •

Az emisszió fajtája és mennyisége számos tényezőtől függ: lakosság száma az energiatermeléshez és fűtéshez használt tüzelőanyag fajtája az ipari termelés mértéke, korszerűsége a légszennyező anyagok leválasztásának foka gépjárművek száma és műszaki színvonala éghajlat stb.

¾ 9 9 9

emisszió: 50%-a a közlekedésből 25%-a a fosszilis tüzelőanyagok égetéséből 25%-a az iparból

származik

azaz oxidációs, égési folyamatokból!

4

Széchenyi Környezetvédelem István Egyetem A közlekedés

légszennyezése

A gépkocsik kipufogógázainak összetétele Komponens

Benzinmotorok

Dízelmotorok

nitrogén

74-77 tf%

76-78 tf%

oxigén

0,1-3 tf%

2-14 tf%

vízgőz

3-6 tf%

0,5-6 tf%

CO2

5-12 tf%

1-6 tf%

CO

0,5-10 tf%

100-2000 ppm

NOx

500-3000 ppm

200-5000 ppm

szénhidrogének

100-10000 ppm

10-500 ppm

aldehidek

0-200 ppm

0-50 ppm

korom

0-2 mg/m3

10-1100 mg/m3

benzpirén

10-20 µg/m3

0-10 µg/m3

Széchenyi Környezetvédelem István Egyetem A közlekedés

Hatás

nem mérgező

mérgező

rákkeltő

légszennyezése (folyt.)

• a két motortípus különbsége ⇒ különböző égésfolyamatok, más üzemanyag ⇒ eltérő kibocsátás • a NOx-emisszió döntően a közlekedésből származik • a kipufogógáz-emisszió csökkentésének lehetőségei: 9 műszaki fejlesztések 9 gondos karbantartás 9 a benzin ólomtartalmának csökkentése, ólommentes benzin (Mo-on megvalósult) 9 gázolajak kéntartalmának csökkentése

5


A levegő-benzin arány hatása a kipufogógáz összetételére és az égetés hatásfokára (Moser-Pálmai 1992)


Magyarország

6


Magyarország


Magyarország

7


Magyarország


Magyarország

8

Széchenyi Környezetvédelem István Az energiatermelés Egyetem

légszennyezése

Az 1000 MW teljesítményű erőművekben elégetett tüzelőanyagokból származó gázemissziók átlagos mértéke (Kerényi, 1988 nyomán) Emisszió

Széntüzelésű erőmű

Olajtüzelésű erőmű

Földgáztüzelésű erőmű

t/év

%

t/év

%*

t/év

%*

SO2

480 000

100

130 000

27

12

0

NOx

66 000

100

60 000

91

36 000

55

CO

1 400

100

12

1

0

0

szénhidrogének

600

100

980

163

0

0

aldehidek

39

100

160

410

44

0

összes gázemisszió

548 039

100

191 000

35

36 056

7

szilárd részecskék

100 000

100

2 000

2

420

0

*: a széntüzelésűek kibocsátásának %-ában

Széchenyi Környezetvédelem István Egyetem Az energiatermelés

légszennyezése (folyt.)

¾ A települések SO2- és szilárdrészecske-emissziója elsősorban • a kommunális fűtés • és az ipari hőenergia-termelés üzemanyagaitól és berendezéseitől függ ¾ levegőtisztaság szempontjából legkedvezőbb a gáz, legkedvezőtlenebb a szén (a hagyományos, nem megújuló energiaforrásokat használó fűtési módok közül)

9

Széchenyi Környezetvédelem István Ipari légszennyező Egyetem

források

Rendkívül változatos szennyezőanyagok, pontszerű források, pl.: • • • • • • • •

szénbányák: szén-, meddőpor cementgyárak: porszennyezés kohászat: CO, CH4, vaspor acélgyártás: vas-oxid foszforműtrágya-gyártás: HF timföldgyártás: HF szerves vegyipar, NaCl-elektrolizáló üzemek: Cl2 szerves vegyipar, ércek klórozó pörkölése, klórtartalmú hulladékok égetése: HCl • kénsavgyártás, cellulózipar: SO2 • nitrogénműtrágya-, salétromsavgyártás: NOx

Széchenyi Környezetvédelem István Egyetem A mezőgazdasági

tevékenységből származó légszennyezések

¾ szántóterületekről: porszennyezés • Mo.: 70%-a mg-i művelés alatt, ennek kb. fele szántott → hónapokig fedetlen

¾ műtrágyák pora ¾ növényvédőszerek (peszticidek): • különösen, ha repülőről szórják őket • pl. klórozott szénhidrogének, szerves foszfátészterek ⇒ a természet biológiai egyensúlyát veszélyeztetik

10

Széchenyi Környezetvédelem István Egyetem Magyarország


Magyarország

11

Széchenyi Környezetvédelem István Kén-dioxid Egyetem

(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


A kén-dioxid kibocsátásának alakulása 1990 és 2002 között (KSH, 2005 alapján) 1990

Lakosság

1995

Szolgáltatás

1998

Közlekedés Hőerőművek

1999

Egyéb hőtermelés

2000

Ipar, fűtés eredetű

2001

Ipar, technológiai Mezőgazdaság

2002 0

250

500

750

1000

ezer tonna

12


SO2 éves határérték: 50 µg/m3


SO2 éves határérték: 50 µg/m3, NO2 éves határérték: 40 µg/m3

13

Széchenyi Környezetvédelem István Nitrogén-oxidok Egyetem

(NOx)

• 2NO + O2 = 2NO2 • 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO • emisszió: 177 Mt/év (Földön) • legfőbb források: égési folyamatok (közlekedés!) • káros hatások: – tüdő- és légúti ártalmak – savas esők – szmogképződés


A nitrogén-oxidok kibocsátásának alakulása 1990 és 2002 között (KSH, 2005 alapján) 1990 Lakosság

1995

Szolgáltatás

1998

Közlekedés

1999

Hőerőművek

2000

Egyéb hőtermelés Ipar, fűtés eredetű

2001

Ipar, technológiai

2002

Mezőgazdaság 0

50

100

150

200

250

ezer tonna

14


SO2 éves határérték: 50 µg/m3, NO2 éves határérték: 40 µg/m3

Széchenyi Környezetvédelem István Szén-monoxid Egyetem

(CO)

• emisszió: 3400 Mt/év (Földön) • források: – 80%-ban természetes források – tüzelőberendezés, közlekedés

• tökéletlen égési folyamatok eredménye • rendkívül mérgező (CO-hemoglobin)

15


A szén-monoxid kibocsátásának alakulása 1990 és 2002 között (KSH, 2005 alapján) 1990

Lakosság

1995

Szolgáltatás

1998


1999

Egyéb hőtermelés Ipar, fűtés eredetű

2000

Ipar, technológiai

2001

Mezőgazdaság

2002 0

200

400

600

800

Széchenyi Környezetvédelem István Szén-dioxid Egyetem

1000

ezer tonna

(CO2)

• üvegházhatású gáz • légköri koncentráció változásai • jelenleg 370 ppm • forrásai: – fosszilis tüzelőanyagok elégetése – erdőégetés – erdőhiány miatti lekötés csökkenése – mészkőfelhasználás

16



17



A szén-dioxid kibocsátásának alakulása 1990 és 2002 között (KSH, 2005 alapján) 1990 Lakosság

1995

Szolgáltatás

1998

Közlekedés

1999

Hőerőművek Egyéb hőtermelés

2000

Ipar Mezőgazdaság

2001 2002 0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

ezer tonna

18


A főbb fogyasztói szektorok részesedése a világ CO2kibocsátásában (forrás: IPCC 2001) Felhasználói szektor

részesedés

Ipar

43%

Lakóépületek

21%

Egyéb épületek

10%

Közlekedés

22%

Mezőgazdaság

4%

Összes felhasználó

100%

Ezen belül a fenti fogyasztókat kiszolgáló villamosenergia-ipar mint primerenergia32% felhasználó A villamosenergia-ipar nem magának, hanem a fenti felhasználók kiszolgálása érdekében használ fel fosszilis tüzelőanyagokat!

Széchenyi Környezetvédelem István Freonok Egyetem

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 is • fotokémiai folyamatok → klóratomok → ózont lebontják • a sztratoszférikus ózon mennyiségét hazánk felett továbbra is csökkentik

19


Metán (CH4)

• üvegházhatású gáz • elmúlt 200 év alatt duplázódott, kb. 2 ppm • természetes forrásai: – bomlás, fermentáció • antropogén forrásai: – rizstermelés, hulladékok bomlása, bányászat, energiaipar, biomasszatüzelés, kérődzők • metánemisszió csökken, immisszió nő Mo-on


Magyarország

20

Széchenyi Környezetvédelem István Illékony Egyetem

szerves vegyületek

• VOC: Votile Organize Compounds • NOx-kal reakció → fotokémiai füstköd • antropogén források: – tüzelőanyagok, üzemanyagok, oldószerek párolgása • Magyarország (2002): – közlekedés (38%) – ipari tüzelés és technológia (23%) – oldószerek használata (19%) – kommunális fűtés (14%)


Magyarország

21

Széchenyi Környezetvédelem István Policiklusos Egyetem

aromás szénhidrogének

• PAH: Policyclic Aromatic Hydrocarbons • nagy molekulasúlyú, 4-7 benzolgyűrű összekapcsolódásából eredő vegyületek • források: – gépkocsik kipufogógáza (mintegy 30 PAH) – szerves anyagok magas T-n történő kezelése – fitomasszaégetés • rákkeltők • NOx jelenlétében → Nitro-PAH

Széchenyi Környezetvédelem István Felszínközeli Egyetem

ózon (O3)

• a fotokémiai szmog fő alkotója • közlekedési eredetű légszennyezőanyagokból napfény hatására keletkezik NO2 → NO + O O + O2 → O 3

• sejteket elpusztítja • ember: tüdőszövetek roncsolása, tüdőödéma • Mo: a felszínközeli ózonkoncentráció nőtt

22

Széchenyi Környezetvédelem István Szilárd Egyetem

levegőszennyezők

¾ 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


A szilárd anyagok kibocsátásának alakulása 1990 és 2002 között (KSH, 2005 alapján) 1990

Lakosság

1995

Szolgáltatás

1998


1999

Egyéb hőtermelés

2000

Ipar, fűtés eredetű Ipar, technológiai

2001

Mezőgazdaság

2002 0

40

80

120

160

200

ezer tonna

23



24



25

Széchenyi Környezetvédelem István Szilárd Egyetem

levegőszennyezők

¾ korom • tökéletlen égési folyamatok eredménye • nagy fajlagos felületű (6*102 – 6*105 m2/g) grafitkristály-részecskék (0,01-0,02 µm) • gázalakú légszennyezőket adszorbeál


Magyarországi légszennyezettségi helyzet összefoglalva

• A légszennyező anyagok kibocsátása a rendszerváltozást követő években a gazdasági visszaesés és szerkezetváltás hatására csökkent, az ország légszennyezettsége általában javult • 1990-es évek: közlekedés vált a legnagyobb légszennyezőforrássá: a közlekedési eredetű NOx-, szilárd anyag-, CO-, CO2-kibocsátás, felszínközeli O3-terhelés nőtt • Korábban jelentős iparral rendelkező területek: légszennyezés csökkent • A települések forgalmas területeinek légszennyezése növekedett: különösen a NOx, a por és a felszínközeli O3 • A nagyobb településektől, szennyezőanyag-kibocsátásoktól távol, a mezőgazdasági területeken, erdőkben, természetvédelmi területeken a levegő minősége általában kifogástalan

26

Széchenyi Környezetvédelem István Egyetem A levegő

öntisztulása

¾ A, a szennyezőanyag eltávozik a légtérből (és egy másik szférát szennyez!) pl. ülepedés, kimosódás, kondenzáció, adszorpció, abszorpció ¾ B, a szennyezőanyagok kevéssé ártalmas anyagokká alakulnak át ¾ C, a szennyezőanyagok koncentrációja csökken, felhígul (de az összmennyiség nem változik!)

Széchenyi Környezetvédelem István Fotokémiai Egyetem

szmog (Los Angeles típusú)

• nagyvárosokra jellemző • meleg, napsütéses napokon: 25-35°C • alacsony páratartalom, kis szélsebesség • fő kiváltó ok: autók kipufogógázai (autópályák, autóutak!) ⇒ NOx, CO, szénhidrogének • oxidáló típusú • UV-sugárzás hatására: NO2 → NO + O (atomos) O2 + O → O3 → → gerjesztett O-atomok → → OH- → → szénhidrogének lebontása → szerves gyökök → → peroxi-acetil-nitrát (PAN)

27

Széchenyi Környezetvédelem István Fotokémiai Egyetem

szmog (folyt.)

• legveszélyesebb: az ózon • csökken a tüdő vitálkapacitása, a látásélesség, koncentrálóképesség • szemirritáció, köhögés, ingerlékeny légutak, fejfájás, torokfájás, légzési nehézség, asztmás roham • növények is károsodnak (csökken a fotoszintézis és a gyökérlégzés) • Európában: az 1970-es évektől észleltek • 1985, 1989: Budapesten is gyanú, de ezt megfelelő mérések híján nem tudták megerősíteni

Széchenyi Környezetvédelem István Londoni Egyetem

típusú szmog

Kialakulása: • • • • •

főleg télen jön létre (3-5°C) magas páratartalom (>80%) szélcsend inverziós légréteg fő kiváltó ok: fűtés (szén) ⇒ a szennyezett, el nem távozott levegőnek magas a CO-, por- és SO2-tartalma • redukáló típusú • 1952. London: kb. 1600 haláleset, hirtelen halál • (SO2, kénsav a tüdőbe jut → tünetek: kötőhártyagyulladás, fejfájás, mellkasi fájdalom, köhögés, légszomj, hányás, hasi görcs voltak)

28


Az inverziós réteg kialakulása (Environmental Science alapján)


A halálozások száma, valamint a levegő kéndioxid- és füstkoncentrációja, London, 1952. dec. (Moser-Pálmai 1992)

29


A levegőszennyezés elleni védekezés műszaki lehetőségei

• az energiahordozók struktúrájának megváltoztatása (szénről földgázra: SO2-emisszió csökkenne) • a tüzelőanyagok vagy a füstgázok kéntelenítése • magas kémények építése (mennyiség nem csökken!) • zárt technológiák alkalmazása • üzemek áttelepítése (mennyiség nem csökken!) • gépkocsik emissziójának szabályozása stb. • porleválasztás • gáztisztítás

szennyező anyagok leválasztása levegőből

Széchenyi Környezetvédelem István Légszennyező Egyetem

anyagok leválasztása

• a tisztítás mértékét környezetvédelmi előírások határozzák meg • tisztítási hatásfok nő ⇒ költség exponenciálisan nő • további feladat: mi legyen a leválasztott komponenssel a tisztítás után • a tisztítás során 9 a szennyező komponenseket ártalmatlan anyagokká alakítják 9 vagy a szennyező anyagokat hasznosítható alakban nyerik vissza, újra felhasználják 9 vagy a tisztítás során csak dúsulnak a szennyező anyagok, további kezelésükről vagy elhelyezésükről gondoskodni kell

30

Széchenyi Környezetvédelem István Egyetem Szilárd szennyezők

leválasztása levegőből

Szilárd szennyezők Száraz leválasztás

Nedves leválasztás

tömegerőn alapuló leválasztás

leválasztó mozgó alkatrész nélkül

centrifugális erőn alapuló leválasztás

leválasztó mozgó alkatrésszel

elektrosztatikus leválasztás

nedves elektrosztatikus leválasztás

Széchenyi Környezetvédelem István Egyetem Tömegerőn

alapuló leválasztás

Porkamrák (Moser-Pálmai 1992)

31


Porszűrők

Tömlős szűrő porleverő berendezéssel és ellenáramú öblítő gázvezetéssel 1: tömlőtartó, 2: pillangószelep, 3: tisztítás alatti kamra (Moser-Pálmai 1992)

Széchenyi Környezetvédelem István Centrifugális Egyetem

erőn alapuló leválasztás

Multiciklon

Örvénycsövek

(Moser-Pálmai 1992)

(Moser-Pálmai 1992)

32

Széchenyi Környezetvédelem István Egyetem Elektrosztatikus

leválasztás

Elektrosztatikus leválasztók szerkezeti megoldásai (Moser-Pálmai 1992)

Széchenyi Környezetvédelem István Nedves Egyetem

leválasztás

• a porszemcséket folyadékkal nedvesítik, a mosófolyadékhoz kötődve azok a gázfázisból távoznak • berendezései pl.: – permetes mosók – töltetes tornyok – nedves dinamikus berendezések – tányéros tornyok – nedves centrifugális berendezések – Venturi-mosók (gázporlasztásos mosók)

33


Permetező mosótorony (Moser-Pálmai 1992)


Töltetes tornyok (Moser-Pálmai 1992)

34


Gáz halmazállapotú szennyezők leválasztása levegőből Gáz halmazállapotú szennyezők

Szennyező anyag leválasztása

Szennyező anyag átalakítása

adszorpció

termikus égetés

abszorpció

katalitikus égetés

kondenzáció

katalitikus redukció véggázok biológiai tisztítása

35

Környezetvédelem (KM002_1)

Recommend Documents