Széchenyi István Főiskola
A földi magnetoszférának a napszél által deformált erőtere
Levegőtisztaság-védelem jegyzet Dr. Nagy Géza Dr. Papp Zoltán
1. Légkörtani alapismeretek
A légkör gázalkotóinak megoszlása és tartózkodási ideje
1.1 A légkör
Légkör: Légkör: az égitesteket körülzáró gázkegázkeverékek és plazmák alkotják, melyeket a gravitációs és a mágneses erőtér tart fogva.
1
A légkör vertikális szerkezete
Sztratoszféra Átlagos magassága 50 km. A hőmérséklet emelkedik → ózon hatása. MezoMezo- és termoszféra Mezoszférában a hőmérséklet újra csökcsökken (-120º 120ºC), a termoszférában azonban a hőmérséklet gyorsan emelkedik (500(5001750º 1750ºC).
A troposzféra
Föld hőmérsékletszabályozásának változaváltozatos kapcsolatrendszere
Vastagsága: · Egyenlítő felett 1717-18 km · Sarkoknál 77- 8 km Ebben szférában zajlanak a metorológiai folyamatok. A léghőmérséklet felfelé átlagosan 6,06,06,5 ºC-ot csökken kmkm-enként.
Bolygóhőmérséklet - Naptávolság
2
A Föld sugárzási és hőháztartási mérlegémérlegének vázlata
A Nap sugárzása · legfontosabb éghajlatformáló tényező · földi élet feltétele · földfelszín és a légkör primer energiaforrása.
Atmoszféra felső határára átlagosan 1370 W/m² W/m² energia érkezik → 342 W/m² W/m² jut le a földfelszínre.
A léghőmérséklet 1.2 A légkör állapota és annak válzozásai Alapfogalmak: · idő: a légkör pillanatnyi fizikai állapota · időjárás: fizikai állapot változása · éghajlat: egy földrajzi térség időjárási rendszere
Fizikai alapmennyiség. A légkört alapvetően a Föld felszíne melemelegíti fel · a hővezetés · a konvekció · az advekció · a turbulens áramlás összetett folyamatai révén. Hazánk évi középhőmérséklete 11º 11ºC körüli.
3
Kapcsolódó fogalmak:
Kapcsolódó fogalmak:
· izotermák
· izobár
· anomáliák
· izobártérkép
· empirikus skálák
A légnyomás A kiválasztott felületegység fölötti légoszlop (ön)súlya. (ön)súlya. 1 Pa = 1N/m² 1N/m² = 1kgm/s² 1kgm/s²m² Mérésére háromféle elvet alkalmaznak: · folyadékos barométereket
· ciklon · anticiklon
A szél A levegő vízszintes irányú mozgásai. Szél sebesség: a szélmezőben mozgó levegő által időegység alatt megtett út. m/sm/s-ban vagy km/hkm/h-ban kifejezve.
· aneroid barométereket · forráspontmérőket
4
A légkör általános cirkulációja
Helyi jellegű szélfajták: · parti szél · hegyihegyi-völgyi szél · főn, blizzard, blizzard, misztral, misztral, sirokkó Keletkezési helyük szerinti elnevezéssel. · hurrikánok (Karib(Karib-tenger) · tájfunok (DK(DK-Ázsia) · forgó viharok (mérsékelt öv)
A nagy földi légkörzés vázlata Rossby (felfelső ábra), ill Palmén szerint.
- mauritiusmauritius-orkánok - tornádók
Egy ciklon sematikus metszete A légkör vízháztartásának elemei Levegő víztartalmával kapcsolatos mérőmérőszámok: · abszolút légnedvesség vagy páratartapáratartalom · fajlagos vízgőztartalom · páranyomás · relatív nedvesség · harmatpont, dérpont
5
Felhő A kicsapódási magvakon összeállt cseppfolyós vagy szilárd víz hármasát felhőelemeknek hívják.
Éghajlatalakító tényezők:
Anyaguk szerint megkülönböztetünk: · vízfelhőket · három halmazállapotú felhőket · jégfelhőket
· óceántól mért távolság
Alakjuk szerint megkülönböztetünk: · stratuszok (rétegfelhőket) · kumuluszok (gomolyfelhőket) · nimbuszok (háromirányú kiterjedés)
· Nap sugárzása és annak veszteségei · földrajzi szélesség · a (Föld)felszín (Föld)felszín anyaga · óceánok áramlataitól mért távolság · tengerszint feletti magasság · felszínformák, növényzet · hegyláncok légtömegmozgáslégtömegmozgás-eltérítő hatásai · emberi tevékenység által kiváltott követkövetkezmények. kezmények.
Légkör hanghang- és fénytüneményei Alapfogalmak: · villámlás: elektromos ívkisülés, a jelenjelenség hangja a mennydörgés · gömbvillám: nem megmagyarázható égi jelenség · délibáb: felmelegedés által okozott fényfénytörés · szivárvány: a Nap fehér fényének az esőesőcseppeken történő megtörése · halohalo-jelenség: jelenség: Nap és Hold körül megfimegfigyelhető kékkék-ibolya színű koncentrikus gyűrű
Magyarország éghajlatának főbb jellemzői
Éghajlata: mérsékelten szárazföldi. Évi átlagos csapadék 580mm. Havas napok száma 1515-30. Napsütéses órák átlag 17001700-2100/év. Leggyakoribb és legerősebb az északnyuészaknyugati szél.
6
1.3 Az antropogén légkörszennyezés globális folyamatai A légkör felmelegedése Üvegházhatás (greenahous (greenahous--effect): effect): légkör hővisszatartó, hővisszatartó, hőtároló szerepe. Jelenség oka a légkör vízgőztartalvízgőz- ill. CO2 tartal-
A savas esők Különböző kontakt szférák közötti kölcsönkölcsönhatások következményeként a légköri nyomnyomgázok erősen változó tartózkodási idejű komponenseihez kötődik. Keletkezésül kb. 5050-50%50%-ban természetes ill. mesterséges eredetű.
ma. ma.
Példa a légkör felmelegedésekor fellépő negatív, ill. pozitív éghajlati visszacsatolási mechanizmusokra
Savas esőknél a kénvegyületek forrásai: Természetes: · bioszféra bomlási folyamata · vulkanizmus · óceánok felszíne Mesterséges: · széntüzelés · nyerskőolaj kéntartalma · kohászat, kénsavgyártás
7
Savas esőknél a nitrogénvegyület forrásai: Természetes: · talajok NOx tartalma · villámlás · biomasszabiomassza-égetés Mesterséges: · tüzelőanyagok égetése · belső égésű motorok kipufogógázai
Savas esők elleni védekezés lehetőségei: · olajok, szenek kéntartalmának csökkencsökkentése · magasabb kibocsátók · technológiai változtatások · meszezés · savasodást tűrő (növény)fajok (növény)fajok · speciális védőbevonatok előállítása, alkalmazása
Savas esők hatásai
Ozonoszféra (ózonpajzs) sérülése
Közvetett:
Ózon: színtelen, mérgező, vízben oldódó
· erdők és szántóföldek savasodása · édesvizek savasodása Közetlen: · növénypusztulás · embert érintő hatások
gáz, erősen oxidatív. oxidatív. A Földet 1010-50 km közötti magasságban veszi körül. Antarktisz fölött a vékonyodása 40%40%-os, hazánk felett a csökkenés mértéke 10%.
· fémek, építmények, műemlékek korroziója
8
2.2 Légkör gázhalmazállapotú szennyezői A megnövekedett UVUV-sugárzás következkövetkezményei: ményei:
Elsődleges légszennyezők: CO ; SO2 ; NOx ; HF ; C2H4 ; CnHm
· bőrrák · szürkehályog · immunhiány
Másodlagos légszennyezők: Oxidáló anyag, sugárzási hő és nedvesség hatására keletkeznek a primer szennyezőkszennyezőkből. ből.
2. LevegőtisztaságLevegőtisztaság-védelem
A légkör gázhalmazállapotú szennyezői
2.1 Antropogén légszennyezés Emisszió: levegőbe jutó szennyezőanyagok kibocsátása. Imisszió: levegőminőség. Imisszió mértéke függ: · emisszióforrások koncentrációjától · tovább terjedési körülményektől · emissziók fajtájától · szennyezőanyagok átalakulási folyamafolyamataitól
9
Gázok élettartama a levegőben
KénKén-oxidok
SO2 szennyezés területi megoszlása MoMo-n (1994)
SzénSzén-oxidok
Légkörben a SO2 és SO3 fordul elő. Évente kb. 440 Mt kénkén-dioxid kerül a Föld légkörébe → 80%80%-a természetes eredetű (bomlási folyamatok, vulkánkitörés).
CO rendkívül mérgező gáz, alapvetően
SO2 káros hatásai: · állatoknál, embereknél légzési nehézségnehézséggel járó mérgezés · növényzet különösen érzékeny rá · épületek tartóssága szempontjából is káros.
A Föld éves CO emissziója kb. 3400 Mt →
tökéletlen égési folyamatok eredménye.
79%79%-a természetes forrásból származik.
10
(1994)
y
g
NO képződését befolyásoló legfontosabb tényezők: · lánghőmérséklet · égéstermékek tartózkodási ideje a tűztérben · tüzelésnél alkalmazott levegőfelesleg.
x
NitrogénNitrogén-oxidok
(1994)
Vízben kevésbé oldódó, igen reakcióképes gáz. Toxikus légszennyező anyag. Évente kb. 177 Mt NOx kerül a Föld légterébe. Fejlett ipari országok NO kibocsátása: · 40%40%-a közlekedésből · 50%50%-a háztartási és ipari tüzelőberendetüzelőberendezésekből · 10%10%-a vegyipari és természetes forráforrásokból
11
· · · · · ·
Gáz halmazállapotú nyomanyagok illékony szerves vegyületek (VOC) policiklikus aromás szénhidrogének (PAH) dioxinok (PCDD) freonok halonok egyéb, szórványosan előforduló antropogén légszennyező gázok - kénkén-hidrogén H2S - etilén C2H4 - szénhidrogének CnHm - hidrogénhidrogén-fluorid HF - ózon O3
Nedves eljárások Előnye: · független a tisztítandó gáz vízgőztartalmávízgőztartalmától · lekötő abszorbens folyadék hatásossága fizkiai és kémiai úton fokozható · többféle igényhez lehet alkalmazni Hátránya: · nagyobb hőmérsékletnél fellép a lekötő oldat párolgása · korróziós veszélyt jelent · kezeléstechnikai problémák jelentkezhetjelentkezhetnek. nek.
Légkör antropogén gázhalmazállapotú szennyezőinek csökkentése Két úton csökkenthető: · primer eljárások - tüzelőanyagok elégetés előtti kéntelekéntele-
Nedves eljárások berendezései: · mosótornyok · Rotoclone gáztisztítók · Ventúri tisztítók
nítése - tüzelési módszerek fejlesztése · szekunder eljárások - nedves eljárás - száraz eljárás
12
Elégetéses eljárások Száraz eljárások Három csoportba sorolhatók: · adszorpciós eljárások · kondenzációs eljárások · elégetéses eljárások
Adszorpciós légtisztítás Adszorpció: gázok szilárd felületen történő megkötődése. Adszorpción alapuló légtisztító berendezéberendezéseknél a megoldási lehetőségek: · nyugvó ágyas adszorpció · mozgó ágyas adszorpció · fluidágyas adszorpció · porlasztásos adszorpció
Három alaptípus: · nyílt lánggal történő elégetés · közvetlen elégetés utánégetőben, nagy hőmérsékleten · katalitikus elégetés, kis hőmérsékleten Bármely technikus elégetési rendszert 4 paraméter határoz meg döntően: · szennyezőanyagok tartózkodási ideje az oxidációs hőmérsékleten · elegendő oxigén jelenléte · gázok hőmérséklete · jó keveredés
Az égéstermékek tisztításának gyakorlati technológiái Legnagyobb antropogén eredetű légszenylégszenynyezést: nyezést: · energiaipar · ipari · közlekedési és kommunális tüzelőberentüzelőberendezések · motorok okozzák. A füstgáztisztítás alapvetően az SO2 és NOx csökkentésére irányul.
13
Az SO történő eltávolításához számos eljárást
Szilárd légszennyező anyagok területi megoszlása MoMo-n (1994)
dolgoztak ki; ezek elsősorban az abszorbens anyag tekintetében térnek el: · H2O2 abszorbens (Degussa (Degussa Ag technológia) · Ca(OH)2 abszorbens · KMnO4 abszorbens · szulfacid abszorbens · aktív koksz abszorbens (Bergbau (Bergbau--eljárás) eljárás) · KatKat-Ox eljárás
2.3 Légkör antropogén szilárd szennyezői Porok eredete és hatása a környezetre Származás szerint megkülönbözetünk: · természetes porokat - kozmikus eredetűek - földi eredetűek · mesterséges porokat Hatásuk a környezetre: · élővilágra súlyos következmények · műszaki berendezésekre, épületekre korróziós hatás
Porok környezetvédelmi definíciója Apró, tetszőleges alakú, struktúrájú és sűrűsűrűségű szilárd vagy cseppfolyós részekből álló anyag. A közbenső teret kitöltő gázzal vagy folyadékfolyadékkal kétkét- vagy többfázisú diszperz rendszert alkot. 1 bar nyomású, 20º 20ºC-os hőmérsékletű, nyuganyugalomban lévő levegőben rövid gyorsulási szaszakasz után közel állandó, 3 m/ssem/s-nál kisebb sebességgel süllyednek és legnagyobb vetületi méretük 2000 µm-nél kisebb.
14
Porok szemcsézete
Porok felületi jelenségei Porok nedvesedése
A részecskéket jellemző szemcseméretet csak a gömbalakú szemcsék esetén lehet egyértelműen megadni. A szemcseösszetétel megadása lehetséges: · táblázatos · grafikus formában.
Szilárd részecskék fajlagos elektromos ellenellen-
· annál nehezebben nedvesíthető a por minél kisebbek a részecskék méretei · a por felületére adszorbeált gázréteg erőerősen akadályozza a nedvesedést. Porok tapadása és koagulálása · tapadás: porrészecskék idegen anyagú, felülethez való kötődése. · koaguláció: porrészecskék csoportosulása
állása
Szilárd részecskék koptató hatása
Az elektrofilterek porleválasztási hatásfokát
Kopás intenzitását alapvetően a por keke-
erősen befolyásolja a leválasztandó por fajlafajlagos elektromos ellenállása.
ménysége és a szilárd részecskék sebessebessége befolyásolja.
Fajlagos ellenállás növekszik 5050-200º 200ºC köközött. zött. Fajlagos ellenállás csökken 200200-400º 400ºC fölött.
Porleválasztó berendezések tervezésekor, kiválasztásakor feltétlenül figyelembe kell venni a por koptató hatását.
15
Porrobbanás Oxidációra hajlamos, éghető anyagok por alakban könnyen gyulladnak, robbanásverobbanásveszélyesek. szélyesek. Porrobbanás szempontjából általában a 100 µm-nél kisebb frakciójú porok a veszélyesek. Alsó gyulladási határ: az a porkoncentráció, ami alatt még nem gyújtható be az aeroszol. Felső gyulladási határ: ennél nagyobb konkoncentrációjú keverék már nem képes égni.
Szilárd antropogén légszennyezők leválaszleválasztása
I. Száraz mechanikus porleválasztók Porkamrák: · előleválasztóknak alkalmazzák · porkamrákban a gáz áramlási sebessége annyira lecsökken, hogy a porszemcsék a nehézségi erők hatására le tudnak üleülepedni. pedni. Ciklonok: · működése a centrifugális erőtér mozgásmozgástörvényein alapul.
II. Nedves mechanikus porleválasztók Külön csak porleválasztásra ritkán alkalmazalkalmazzák a nedves mosókat:
Porleválasztó berendezések fő típusai:
· folyadék kezelése nehézkes
I. Száraz mechanikus leválasztók
· korróziót okoznak
II. Nedves mosók
· télen fagyveszélyesek
III. Elektrosztatikus gáztisztítók IV. Szűrőbetétes porleválasztók
Porleválasztásra alkalmazott berendezések: · Roto Clone típus · Ventúri mosó
16
III. Elektrosztatikus porleválasztók Működési elve: a töltéssel rendelkező rérészecskék elektromos erőtérben az ellentétes polaritású elektróda felé vándorolnak. Porleválasztóban végbemenő legfontosabb folyamatok: · gézionok képződése a gázmolekulák feltölfeltöltődése révén a szóróelektróda közelében → ”korona”korona-kisülés” · szilárd részecskék feltöltődése a gázionokgázionokkal történő ütközéskor
· gázionok és töltött részecskék áramlása az ellentéte polaritású elektróda felé · töltéskicserélődés az elektródákon, por feltapadása · feltapadt por eltávolítása Szóróelektróda: ionizációt létrehozó elektróelektróda. da. Leválasztó elektróda: szóróelektródával ellenellentétes polaritású elektróda, ide tapad fel a por döntő része.
IV. Porleválasztás szűrőberendezésekkel Szűrőberendezések esetében a következő erők hatnak: · tehetetlenségi erő · molekuláris diffúzió · villamos erő · háló hatás Szűrőközeg felépítése szerint lehetnek: · szövet · rostszemcsés rétegű · pórusos anyagúak.
Szűrőközeg kialakítási formája szerint lehetnek: · tömlős (zsák) · táskás (felületi) · szemcsés anyagok zsugorításával készült merev testű szűrők. Szűrőréteg készülhet: · természetes anyagból (növényi, állati eredetű) · mesterséges anyagból (műszál)
17
Szűrőanyagok felépítésük szerint lehetnek: · szövetek · filcek → jobb szűrési tulajdonságú Szűrők tisztítása és szerkezet: · mechanikus módszerek · pneumatikus módszerek
2.4 Antropogén légszennyezés főbb forrásai · energiaipar · kohászat · alumíniumipar · szervetlen vegyipar · szerves vegyipar · kőolajkőolaj-feldolgozó ipar · építőanyagépítőanyag-ipar · élelmiszeripar · gépipar · közlekedés · kommunális tüzelések · mezőgazdaság
Az égési folyamat jellemzői és meghatámeghatározásuk a tüzelőanyagok energetikailag optimális eléelégetése adott égetőberendezésben, égetőberendezésben, az adott tüzelőanyag égéselmélet jellemzőinek ismeismeretét, retét, s ezek figyelembevételét igényli. A tüzelőanyagok égése lehet tökéletes és tökéletlen. Tökéletes égés feltétele: · szükséges mennyiségű oxidálóanyag jelenléte · gyulladási hőmérséklet megléte
Gázhalmazállapotú tüzelőanyagok égéselégéselméleti jellemzői: · fajlagos oxigénoxigén-, ill. égésilevegőégésilevegő-szükségszükséglet meghatározása · fajlagos füstgáztérfogat meghatározása · füstgáz összetételének meghatározása · égési hőmérséklet meghatározása
18
Szilárd és folyékony tüzelőanyagok égéselégéselméleti jellemzői Szilárd és folyékony tüzelőanyagoknál is a tökéletes égésre törekszünk. Éghető komponensek: · karbon · hidrogén · kén Éghető komponenseken kívül tartalmazott anyagok: · oxigén · nitrogén · víz · hamu
Tüzeléstechnikai hatásfok: hatásfok: kemence tűztűzterének hőhasznosítási hatásfokát adja meg. Tüzelőanyagok égésének ellenőrzése Feladata meggyőződni az égés tökéletes voltáról, valamint az égéshőmérséklet tényleges értékéről. Tüzelésellenőrzési módszerek: · tényleges levegőtényező meghatározása és összevetése az elmélettel · füstgázelemzéssel kapott CO2 összeveösszevetése a számított CO2 max. max. értékével.
2.5 Munkahelyi légtisztítás Üzemi porszennyezések csökkentésének általános szempontjai: · megfelelő távolság lakott településtől · erdősáv telepítése · völgybe ne telepítsünk jelentősebb porkibocsátót · uralkodó szélirány figyelembe vétele · kisebb porképződéssel járó technológiák kiépítése
Munkahelyek portalanítása helyi elszíváselszívással Elszívó rendszer magába foglalja: · elszívó szerkezetet · légvezetéket · porleválasztó egységet · ventilllátort. ventilllátort. Pontforrásokat lehetőség szerint le kell burkolni! Legegyszerűbb burkolat típus: az elszívó ernyő.
19
Az Európai Unió követelményrendszere 3. A levegő szennyezésének szabályozása
A levegőtisztaságlevegőtisztaság-védelmi szabályozás fő célja a megfelelő minőségű légköri levegő biztosítása.
Ezért szükséges meghatározni és jogszajogsza-
Határozatokkal és irányelvekkel szabályozszabályozza a tagországok kötelezettségeit és jogait a levegőminőség mérésével kapcsolatban. Szabályozás főbb vonásai: · különböző szennyezettségű régiók kijelökijelölése → régionként intézkedési tervek készítése.
bályban rögzíteni az elérendő célt!
· szennyező anyagok határértékei időtaridőtartalmuk szerint nem egységesek (1, 6, 8, 24, 48 órás)
Az immissziós normák megállapítása során
· kötelező ellenőrző mérések (SO2, NO2,
sokféle követelménynek kell eleget tenni: · egészségügyi szempontok · környezetvédelmi szempontok · gazdasági szempontok · jogi szempontok
CO, O3 és benzol komponensekre) · megfelelő mérőhálózat kiépítése · hangsúlyt kell fektetni a mérések minőminőségbiztosítására → referencia laboralaboratóriumok, akkreditáció · információcsere az EU államok között
20
Légszennyező anyagok kibocsátásának szabályozása A magyarországi emisszió szabályozása 19741974-ben kezdődött, majd a 21/1986. MT.
· tevékenységek során biztosítani kell, hogy a légszennyező anyagok kibocsátása ne okozza a levegő jelentős szennyezését · létesítményeket, tevékenységeket és a lele-
sz. rendelettel folytatódott → a jogi szabászabá-
vegőtisztaságvegőtisztaság-védelmét szolgáló intézkeintézke-
lyozás a gazdasági fejlődés gátjává vált,
déseket az integrált szennyezésmegelőszennyezésmegelő-
nem volt olyan rossz technológia ami nem
zés és csökkentés elvének figyelembefigyelembe-
felelt volna meg a jogszabályoknak!
vételével kell megvalósítani
Általános és egyéb előírások Az új jogszabályozás a 21/2001. Korm. Korm. szászá-mú rendelet a LevegőtisztaságLevegőtisztaság-védelemről. Levegőtisztaság védelem alapelvei · légszennyezést okozó tevékenység tervetervezése, zése, működtetése során minden lehetlehetséges intézkedést meg kell tenni, hogy a légszennyező anyagok keletkezését megelőzzék, ill. mértékét csökkentsék · ennek érdekében a rendelkezésre álló leglegjobb technológiát kell alkalmazni (BAT)
· légszennyező hatású létesítmény építéséépítéséhez, hez, működtetéséhez a környezetvédelmi hatóság engedélyezése szükséges. · meglévő létesítményeknek türemli idő után kell a kibocsátási határértéket betartani. · jelentős légszennyező források köré védelvédelmi övezetet kell kialakítani. · jelentős határérték túllépésnél szennyezésszennyezéscsökkentési tervet kell készíteni. · légszennyező források szennyezőanyag kikibocsátását rendszeresen ellenőrizni kell.
21
· légszennyező források jellemzőiről és a kiki-
Levegőtisztaság szabályozása MagyarorszáMagyarországon
bocsátásokról rendszeresen adatokat kell szolgáltatni. · bűzzel járó tevékenység során meg kell akadályozni, hogy az a lakosságot ne zazavarja. · környezeti levegő minőségét, szennyezettszennyezettségét az ország területén rendszeresen ellenőrizni, mérni kell.
Törvényi alapok · 1995. évi LIII. Törvény a környezet védelvédelmének általános szabályairól · 2000. évi CXXIX. Törvény a környezetvédelkörnyezetvédelmi törvény módosításáról · 2001. évi LV. Törvény egyes törvények körkörnyezetvédelmi jogharmonizációs módosímódosítása
Kibocsátási határértékek · technológiai kibocsátási határértékek - általános - eljárás specifikus · egyedi kibocsátási határértékek
3. Fejezetet lásd bővebben: http://fk.sze.hu/doc/segedletek/levegotisztasa http://fk.sze.hu/doc/segedletek/levegotisztasa g.pdf
· össztömegű kibocsátási határértékek
22
