Környezetvédelem (KM002_1)

Széchenyi István Egyetem

Környezetvédelem (KM002_1) 3a. Antropogén légszennyezés, levegőtisztaság-védelem 2016/2017-es tanév I. félév Dr. habil. Zseni Anikó egyetemi docens

SZE, AHJK, Környezetmérnöki Tanszék


A légkör 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


(logaritmikus skála!)

present atmospheric level

légzésre lehetőség van

UV szűrés már hatékony


A légkör összetétele 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

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


A légkör 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


•

•

Levegőszennyezők

Levegőszennyező: származásától és állapotától függetlenül az az anyag, amely olyan mértékben jut a levegőbe, hogy azzal az embert és a környezetét kedvezőtlenül befolyásolja vagy anyagi kárt okoz természetes légszennyező anyagok – a Föld felszínén egyenletesen helyezkednek el – a képződési sebesség kb. egyenlő az atmoszférából történő távozás sebességével

•

antropogén légszennyező anyagok – az emberi források általában koncentráltak – a képződés sebessége általában gyorsabb, mint a távozásé • Elsődleges

gázhalmazállapotú légszennyezők

• Másodlagos szennyezőanyagok


Légszennyező források

 pontszerű források pl. kémény, kürtő, szellőző

 diffúz források hulladéklerakók felszíne, pernyehányók, meddőhányók vonalas légszennyező források

pl. közút, vasút, légifolyosó, vízi út

4


Légszennyező emberi tevékenységek

 • • • • • •

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.

   

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

származik

azaz oxidációs, égési folyamatokból!


A közlekedés légszennyezése A gépkocsik kipufogó gázainak 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 benzpirén

0-2

mg/m3

10-20 μg/m3

Hatás

nem mérgező

mérgező

10-1100 mg/m3 0-10 μg/m3

rákkeltő

5

Széchenyi Környezetvédelem István Egyetem A közlekedés

légszennyezése (folyt.)

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


Gépkocsik számának és életkorának alakulása hazánkban (KSH)

6


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


A nehéz tehergépjárművek és autóbuszok szennyezőanyag kibocsátására vonatkozó követelmények alakulása

7


A nehéz tehergépjárművek és autóbuszok szennyezőanyag kibocsátására vonatkozó követelmények alakulása


A szállított áru mennyiségének változása

8


Az áruszállítás teljesítményének változása

1 árutonna km = 1 tonna áru 1 km-re történő elszállítása XY árutonna km = X tonna áru Y km-re történő elszállítása ( = XY)


A vasúti és légi közlekedés személyszállítási teljesítménye

9



A közösségi közlekedés teljesítményének változásai a helyi személyszállításban (Mo.)

Az energiatermelés légszennyezése

Az 1000 MW teljesítményű erőművekben elégetett tüzelőanyagokból származó gáz-emissziók átlagos mennyisége (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

10


Az energiatermelés légszennyezése (folyt.)

 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

Rendkívül változatos szennyező anyagok, 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

11


A mezőgazdasági tevékenységből származó légszennyezések

 szántóterületekről: porszennyezés •

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

 műtrágyák pora  növényvédőszerek (peszticidek): •

különösen, ha repülőről szórják őket

•

pl. klórozott szénhidrogének, szerves foszfátészterek  természet biológiai egyensúlyát veszélyeztetik


Légszennyező anyagok

• üvegházhatású gázok (ÜHG): CO2, N2O, CH4, fluorozott szénhidrogének (HFC-k), perfluorkarbonok (PFC-k), kén-hexafluorid (SF6) – ezeken kívül: vízgőz, halonok, ózon, egyéb klór-flourkarbon vegyületek (CFC-k)

• savasodást okozó gázok: SO2, NOx, NH3 • ózonprekurzorok: NMVOC, NOx, CO, CH4 • szálló por

12


•

CO2, CH4, N2O

CO2: szén-dioxid – fosszilis tüzelőanyagok elégetése – erdőégetés – erdőhiány miatti lekötés csökkenés – mészkőfelhasználás

•

CH4: metán – természetes forrásai: bomlás, fermentáció – antropogén forrásai: rizstermelés, hulladékok bomlása, bányászat, energia-ipar, biomassza tüzelés, kérődzők

•

N2O: dinitrogén-oxid – műtrágyázás, gyártási folyamatok (salétrom, adipin, glioxil, glioxálsav)


•

HFC, PFC, SF6

HFC-k: fluorozott szénhidrogének – freonok kiváltására alkalmazzák az 1990-es évek 2. felétől hazánkban (hűtőberendezések hűtőközegeként)

•

PFC-k: perfluorkarbonok – CF4 és C2F6 – primer Al előállításakor – 2006-ban megszűnt hazánkban az Al előállítás  kibocsátás megszűnt

•

SF6: kén-hexafluorid – sűrűsége a levegő 5-szöröse – nagy villamos szilárdság – nagy zárlati teljesítményű hálózatok megszakítóiban gáztöltet

13


Freonok és halonok • freonok (fluorozott, klórozott szénhidrogének): 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 • sztratoszférikus ózon mennyiségét hazánk felett továbbra is csökkentik


•

A magyar nemzetgazdaság és a háztartások üvegházhatásúgáz-kibocsátásának megoszlása összetevők szerint

2011-ben összesen: 73,4 M t CO2 egyenérték, ebből: – 60,5 M t: nemzetgazdaság termelő ágazatokból (82%) – 12,9 M t: lakossági eredetű (18%)

14


A magyar nemzetgazdaság üvegházhatású gázkibocsátásának mennyisége és szerkezete

28% 23% 17% 15% 17%


Üvegházhatású gázok kibocsátása hazánkban (KSH)

15



CO2 kibocsátó források hazánkban, 2010 (KSH)

N2O kibocsátó források hazánkban, 2010 (KSH)

főként műtrágyázás (NH4NO3 bomlásakor)

16


CH4 kibocsátó források hazánkban, 2010 (KSH)

szennyvíziszap rothasztók, hulladéklerakók: kevés helyen hasznosítják a keletkező metánt állattenyésztés: technológiailag nemigen csökkenthető…


Egy főre jutó bruttó CO2-kibocsátás Európa országaiban, 2011

EEA

17


Ózonréteg károsító gázok felhasználása hazánkban (KSH)

Az igényeket importból fedeztük, előállítás hazánkban nem volt


Kén-dioxid (SO2) • 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

18



Kén-dioxid kibocsátás hazánkban (forrás: VM)

Nitrogén-oxidok (NOx) • 2NO + O2 = 2NO2 • 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO • legfőbb források: égési folyamatok (közlekedés!) • káros hatások: – tüdő- és légúti ártalmak – savas esők – szmogképződés

19


Nitrogén-oxid kibocsátás hazánkban (forrás: VM)

~60%


Nitrogén-oxidok kibocsátása hazánkban, 2010 (forrás: VM)

20



• • •

Nitrogén-dioxid éves terheltségi szint alakulása hazánkban (forrás: OMSZ)

A magyar nemzetgazdaság és a háztartások savasodást okozó gázkibocsátásának megoszlása összetevők szerint

NH3: 98%-a mezőgazdaságból NOx: 65%-a szállítás, raktározás háztartások: 15% az összes emisszióból

21



22



Illékony szerves vegyületek • VOC: Volatile Organic Compounds • NMVOC: No Metan Volatile Organic Compounds: nem metán illékony szerves vegyületek • NOx-kal reakció → fotokémiai füstköd

• antropogén források: – tüzelőanyagok, üzemanyagok, oldószerek párolgása

23


Policiklusos 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 – fitomassza égetés • rákkeltők • NOx jelenlétében → Nitro-PAH


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

• tökéletlen égési folyamatok eredménye

• rendkívül mérgező (CO-hemoglobin)

24



Felszínközeli ózon (O3) • fotokémiai szmog fő alkotója • közlekedési eredetű légszennyező anyagokból napfény hatására keletkezik NO2 → NO + O O + O2 → O 3

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

25



• • • • •

• •

Szálló por

PM10: 10 μm és az az alatti átmérőjű részecskék (10-5 m) PM2,5: 2,5 μm és az az alatti átmérőjű részecskék (2,5 x 10-6 m) (1 mm = 1000 μm) forrásai: természetes, antropogén ipari üzemekben technológiai folyamatok során, pl.: • ásvány- és ércőrlés • cementgyártás • szilárd energiahordozók (szén) elégetésekor • fafeldolgozás • dízelüzemű járművek keletkezés helyén nagyon nagy koncentráció is lehet káros hatás nem rögtön, tüdőelváltozások – minél kisebb méretű, annál nagyobb az egészségügyi kockázat – különösen ha nehézfémeket, nehezen lebomló szerves anyagokat tartalmaz

26



27


A PM2,5 koncentráció éves átlagai (forrás: OMSZ)

WHO irányelv: 10 μg/m3


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 légszennyező forrássá: 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

28


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 (de az összmennyiség nem változik!)


Füstköd (szmog) képződés

• nagyvárosok és ipari területek fölött esetenként létrejövő, füstből, porból, reaktív kémiai komponensekből álló szennyeződés • meteorológiai viszonyok (szélsebesség, turbulencia, diffúziós paraméterek, inverziós időjárási helyzet) fontos szerepe • redukáló (Londoni típusú) füstköd • oxidáló (Los Angeles típusú) füstköd

29


).

Gázterjedési módok összehasonlítása

a) szétterjedés normális körülmények között b) szétterjedés inverziós időjárási körülmények között


Az inverziós réteg kialakulása (Environmental Science alapján)

30


Londoni 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, korom, SO2-tartalma általában hajnalban jelentkezik redukáló típusú 1952. London: kb. 1600 haláleset, hirtelen halál (SO2, kénsav a tüdőbe jut → tünetek: kötőhártya-gyulladás, fejfájás, mellkasi fájdalom, köhögés, légszomj, hányás, hasi görcs voltak)


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

31


Fotokémiai 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)


A fotokémiai szmog jellegzetes reakciói

32


Fotokémiai szmog (folyt.)

• 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) • PAN koncentrációja 0,02 ppm fölötti: órákon belül károsodik a vegetáció


A fotokémiai szmog komponensei koncentrációjának időbeli változása

növekvő UV sugárzás redukáló komponensek fogyasztják az ózont

33



34



35



36



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

37


Légszennyező 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  a szennyező komponenseket ártalmatlan anyagokká alakítják  vagy a szennyező anyagokat hasznosítható alakban nyerik vissza, újra felhasználják  vagy a tisztítás során csak dúsulnak a szennyező anyagok, további kezelésükről vagy elhelyezésükről gondoskodni kell


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

38


Tömegerőn alapuló leválasztás

Porkamrák (Moser-Pálmai 1992)


Porszűrők

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

39


Centrifugális erőn alapuló leválasztás

Multiciklon

Örvénycsövek

(Moser-Pálmai 1992)

(Moser-Pálmai 1992)


Elektrosztatikus leválasztás

Elektrosztatikus leválasztók szerkezeti megoldásai (Moser-Pálmai 1992)

40


Nedves 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)


Permetező mosótorony (Moser-Pálmai 1992)

41


Töltetes tornyok (Moser-Pálmai 1992)


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

42

Környezetvédelem (KM002_1)

Recommend Documents