Levegőtisztaság-védelem 4. előadás Elsődleges és másodlagos légszennyező anyagok, ezek hatása az élővilágra és művi környezetre

Légszennyező anyagok osztályozása Eredetük szerint megkülönböztetünk elsődleges és másodlagos légszennyező anyagokat. Elsődleges (primer) légszennyező anyagoknak nevezzük a technikai berendezésekből vagy természetes eljárások során a környezeti levegőbe bocsátott anyagokat, másodlagosnak (szekunder) nevezzük, a légkörben a primer légszennyező anyagokból keletkezett anyagokat vagy azokat az anyagokat, amelyek leválasztás után ismét a környezeti levegőbe kerülnek. 2009. szeptember 30.

Légszennyező anyagok osztályozása Halmazállapotuk szerint lehetnek gáznemű légszennyező anyagok, illetve részecskék. A 10 m-nél kisebb részecskék terjedési mechanizmusa szinte megegyezik a gázokéval, viszont az ennél nagyobb részecskék terjedésének vizsgálatára célszerű külön figyelembe venni a gravitációs ülepedést. 2009. szeptember 30.

Légszennyező anyagok csoportosítása 2009. szeptember 30.

Emitált légszennyező anyagok 90 %-a gáznemű, 10 %-a szilárd anyag; kb. fele a közlekedésből; kb. egynegyed része az ipari folyamatokból (beleértve az oldószer elpárolgást); kb. egynegyed része a fosszilis tüzelőanyagok elégetéséből ered. 2009. szeptember 30.

Szilárd anyagok Keletkezés: kémiai és fizikai folyamatok során. Forrás: tüzelés, ipari illetve mezőgazdasági tevékenységek, természetes út. Méret: ülepedő (szedimentum) - lokális hatás, lebegő PM 10, PM 2,5 – regionális, globális hatás. Toxicitás: inert, nem toxikus (7), mérgező (peszticidek, fungicidek, herbicidek, ólom, benzpirén, PAH-ok, dioxinok stb.) - táplálékláncban. Káros hatás: növényekre ülepedve; állatoknál, embernél légzőszervi problémák (aeroplanktonok is); épített környezetre az agresszív anyagok vagy vízzel azzá váló anyagok porai fejtik ki kedvezőtlen hatásukat. 2009. szeptember 30.

Kén-dioxid (SO2) (1) Színtelen, jellegzetesen szúrós szagú, köhögésre ingerlő gáz. A levegőnél nehezebb, relatív gázsűrűsége: 2,26 (levegő = 1). A levegő nedvességtartalmával ugyanúgy, mint vízben történt oldódása után maró kénessavat képez:  SO2 + H2O  H2SO3. Oxigénnel csak katalizátorok jelenlétében vegyül:  2SO2 + O2  2SO3. A kén a „megkövült” tüzelőanyagban mindig kémiailag kötött alakban van jelen. Szervetlen formában, pl. szulfátkénben CaSO4, szulfidos alakban túlnyomórészt a piritben (FeS2). Ezen kívül a kén előfordul gáz halmazállapotú kén-hidrogénként (H2S), elemi kénként a kőolajban, továbbá az összes szerves kötési alakkal is a kőolajban, valamint a kő- és barnaszenekben. 2009. szeptember 30.

Kén-dioxid Fosszilis tüzelőanyagok tüzelése során a tüzelőanyag kéntartalmának egy része kéndioxiddá ég el: S + O2 = SO2. A kén-dioxid mellet, ha kevesebb mennyiségben is, keletkezik kén-trioxid (SO3), ami környezetkárosító hatásán túl károsítja a nitrogén-oxidok leválasztásánál használt katalizátorok egyes típusait. Természetes kibocsátás: 18 – 70 Mt/év. Antropogén kibocsátás: 70 – 80 Mt/év. Teljes kibocsátás 80 – 90 %-a energiahordozók felhasználásához, kétharmad része a szénfelhasználáshoz kapcsolódik. Élő szervezetekre erősen mérgező hatású. Nagyobb koncentrációkban a szem és a felső légutak nyálkahártyáját izgatja, kisebb koncentrációban az alsó légutak csillószőreit és nyálkahártyáját károsítja, így a védekezőképesség csökkenésével gyulladásos betegségek kialakulását teszi lehetővé. 2009. szeptember 30.

Kén-dioxid Zavarja a fehérje-anyagcserét, izgatja az idegvégződéseket. Akut mérgezés esetén a halálos kimenetel ritka, viszont tisztán belélegezve fulladásos halált okoz. Különösen érzékeny rá a növényzet. A vízzel kénessavvá, majd kénsavvá alakult kén-dioxid roncsoló hatást fejt ki, másrészt közvetlenül a klorofillal is reagálva a fotoszintézist bénítja. A kén-dioxid erősen stimuláló hatással rendelkezik a szerkezeti acél korróziójára. A légkör víztartalmával alkotott savas oldat a fémek felületén elektrokémiai folyamatokat indít meg. Az acél korróziója a szennyezett városi, ipari levegőben ötször gyorsabb, mint tiszta helyeken. Vas esetében ez a szám 40-szeres is lehet. A savas aerosolok az építőanyagok kalcium-karbonátjával reakcióba lépnek, oldják azt. Legfeltűnőbbek a kőszobrokon jelentkező károk. Sok évszázadot jó állapotban átvészelt művészeti alkotások napjainkban néhány év alatt a felismerhetetlenség határáig tönkremennek szennyezett levegőjű területeken. 2009. szeptember 30.

Szén-monoxid (CO) (2) Források: erőművek, kohók, gépjárművek. Színtelen, szagtalan, vízben kevésbé oldódó szobahőmérsékleten nehezen oxidáló gáz. A levegőnél kissé könnyebb, relatív gázsűrűsége: 0,97 (levegő = 1). Tökéletlen égés terméke. Jellegzetes és régóta ismert károsító hatást gyakorol az emberi szervezetre. A koncentrációtól és expozíciós időtől függően a vér oxihemoglobinjából az oxigént karboxi-hemoglobin képződése mellett kiszorítja, ezáltal csökkenti a testszövetekhez szállított oxigén mennyiséget. Végső soron fulladást okoz. Veszélyességét fokozza, hogy szagtalan. Nagyvárosok közlekedési csomópontjaiban (Pécsett elsősorban a Rákóczi úton) a szén-monoxid a károsító szintet általában eléri, ami az öntudat tompulásában, a reakcióképesség csökkenésében nyilvánul meg. Források: erőművek, kohók, gépjárművek. Természetes kibocsátás: 50 Mt/év. Antropogén kibocsátás: 380 Mt/év. 2009. szeptember 30.

Nitrogén oxidok (NOx) (3) A környezetbe kibocsátott nitrogén-oxidok (NOx) és a belőlük keletkező káros anyagok sokáig képesek a légkörben tartózkodni, így nagy távolságokra és magasságokba eljutva globális környezeti kárt okoznak. A nitrogén-oxidok által okozott legfőbb globális hatás az üvegházhatás erősítése és a földet védő ózonréteg pusztítása. A kibocsátó forrás közelében úgynevezett regionális hatás érvényesül, ami legfőképp a fotokémiai szmog és a földfelszín elsavasodását jelenti. A nitrózus gázok belélegezve rendkívül mérgezőek. Már kis mennyiség belélegzése esetén is komolyan fenyeget a tüdőödéma veszélye, amely kezdeti, szinte panaszmentes időszak után 1-2 nap késéssel is bekövetkezhet. 2009. szeptember 30.

Nitrogén-oxidok A szem és a légutak nyálkahártyáin, ill. a tüdőben lévő nedvesség hatására maró salétromsav, továbbá salétromossav keletkezik, s a tüdő szövetének elroncsolásán kívül a vérerek erős tágulását is előidézi. Növényvilágra és épített környezetre gyakorolt hatása nagyban megegyezik az előbb részletezett kén-dioxid okozta hatásokkal. Nitrogén-oxid a légkörbe több úton kerülhet. Természetes módon jelentős mennyiségű NOx keletkezik a talaj és felszíni vizek mikro-organizmusainak tevékenysége folytán, valamint az atmoszférában villámlások során vagy szerves- és műtrágyák révén. A legnagyobb mértékű és egyre növekvő NOx emisszió azonban emberi tevékenységekhez kötődik. A fosszilis tüzelőanyagok elégetése közlekedési eszközökben és erőművekben, valamint nagy kiterjedésű erdők felégetése a legjelentősebb forrásai a légköri NOx-nek. 2009. szeptember 30.

Nitrogén-oxidok A szervesen kötött nitrogénből és magas hőmérsékletnél a levegő nitrogénjéből származnak. Itt az oxigén segíti a reakciót. A nitrogén-oxidok képződése nem egyszerű folyamat, a keletkezésére az elmúlt évtizedekben születtek az elméletek. A „termikus NOx” magas hőmérsékletnél jön létre; a „gyors NOx” a tüzelőanyag atomi eredetű oxigéndús környezetében képződik és a szénhidrogénen keresztül katalizálják. A „tüzelőanyag NOx” kötött a tüzelőanyagban, és onnan már közepes hőmérsékletnél felszabadul. Azok a faktorok, amelyek az NOx keletkezését, és mennyiségét befolyásolják, a következők: légfelesleg, tüzelőanyag nitrogéntartalma, üzemmód (alapterhelés, indulás, terhelési sorozat), szennyezés foka, más tüzelőanyagok része, egyéb emissziók lehetséges katalitikus effektusokkal. Természetes kibocsátás: 600 Mt NO2/év. Antropogén kibocsátás: 80 Mt NO2/év. 2009. szeptember 30.

Nitrogén-monoxid (NO) Színtelen, szagtalan, vízben kevésbé oldódó gáz. A levegőnél valamivel nehezebb, relatív gázsűrűsége: 1,04 (levegő = 1). A légkörben az NO a levegő oxigénjével reagál, ennek során nitrogén-dioxid és nitrogén-tetroxid keletkezik: 2NO + O2  2NO2 2NO2  N2O4. Erélyes oxidálószer, vízzel és a levegő oxigénjével érintkezve reakcióba lép, ennek során salétromsav és salétromossav keletkezik. Szénhidrogénekkel reagálva az NO organikus peroxi gyököt hoz létre, amely a fotokémiai szmog okozója. RO2 + NO → RO + NO2 2009. szeptember 30.

Nitrogén-dioxid (NO2) Sárgásvörös-vörösesbarna színű, szúrós, savakhoz hasonló szagú, maró, vízben rosszul oldódó gáz. A levegőnél nehezebb, relatív gőzsűrűsége: 3,2 (levegő = 1). A nitrogén-monoxidhoz hasonlóan nagyon reakcióképes, erélyes oxidálószer. A nitrogén-dioxid alacsonyabb hőmérsékleten nitrogén-tetroxiddá alakul: már szobahőmérsékleten is jelentős a nitrogén-tetroxid aránya. Az NO2 visszaalakulása NO-vá hozzájárul a fotokémiai szmog kialakulásához. A fotolízis folyamán NO és szabad oxigén gyök keletkezik. Az oxigén gyök ezután gyorsan reagál molekuláris oxigénnel ózont alkotva. Az ózonképződést fokozzák a városi levegőben jelen lévő reaktív szénhidrogének. Az ilyen módon termelődött troposzférikus ózon fotokémiai szmogot és üvegházhatást okoz. Az ózon szintén toxikus az emberi szervezetre magasabb koncentráció esetén. 2009. szeptember 30.

Nitrogén-dioxid NO2→NO + O O + O2 → O3 A savas esőkhöz és a talaj elsavasodásához hozzájárul, hogy a nitrogén dioxid hidroxil gyökkel reagálva salétromsavat hoz létre, ami száraz vagy nedves kirakódás útján kerül a földfelszínre. NO2 + OH → HNO3 Ha a levegőben lévő vízcseppek kimossák onnan az NO2 és NO molekulákat, akkor salétrom- és salétromossav keletkezése a következő reakciók által is a földfelszín elsavasodását erősíti. 2NO2 +H2O → HNO3 + HNO2 NO2 + NO + H2O → 2HNO2 2009. szeptember 30.

Dinitrogén-oxid (N2O) Igen stabil molekula, aminek az élettartama a légkörben több mint 100 év. A hosszú élettartam azt jelenti, hogy légköri koncentrációja jelentősen növekedhet az emberi tevékenységek révén. Minthogy az infravörös sugárzást könnyen elnyeli, hozzájárul az üvegházhatás erősítéséhez. Az élettartama végén az N2O 90%-a a troposzférában elbomlik fény hatására atomos oxigén felszabadítása révén. N2O→N2 + O 2009. szeptember 30.

Dinitrogén-oxid Körülbelül 5% N2O viszont reakcióba lép a szabad oxigén gyökkel NO-t termelve. Ez a legfőbb forrása a sztratoszférikus NO-nak, így az N2O közvetlenül az ózonpajzs bontásához is hozzájárul. N2O + O → 2NO NO + O3 → NO2 + O2 vagy N2O + O3 → 2NO + O2 A maradék 5 % N2O szabad oxigén gyökkel reagálva molekuláris oxigént és nitrogént hoz létre. 2009. szeptember 30.

Korom (99) Nagyon finom, mélyfekete, víztaszító por, amelynek szemcsealakja megközelítőleg gömb alakú, egymáshoz láncformában kapcsolódó részecskékből álló, laza aggregátumok tömege, illetve olyan széntartalmú aeroszol, amely többnyire a fosszilis tüzelőanyagok elégetésekor keletkezik, a nyílt láncú szénhidrogénekből. Mivel aromás vegyületekből polikondenzált szénhidrogének (pirének), a „koksz” is keletkezik, valójában a korom ezek keveréke. Roppant nagy fajlagos felületük miatt adszorbeálják a poliklórozott szénhidrogéneket, piréneket stb., amely még inkább fokozza a karcinogén hatását. 2009. szeptember 30.

Illékony szerves vegyületek (VOC-k) Szenet, hidrogént valamint nitrogént, oxigént, kenet tartalmazó, 20 oC-on 10 Pa-nál nagyobb gőznyomás értékkel rendelkező vegyületek. Forrás: ipar (festés, nyomtatás, bevonatolás, oldás, petrolkémia). Toxicitás: döntően toxikusak, teratogén, karcinogén hatások. 2009. szeptember 30.

Toxikus fémek Keletkezés: kémiai illetve termikus folyamatok során. Forrás: ipari tevékenységek (kohászat, fém feldolgozás, klór-alkáli elektrolízis), hulladékégetés, szén- és olajtüzelés. Megjelenési forma: illékony (higany-klorid) illetve szilárd fázisú. Toxicitás: elnevezésből következik. Káros hatás: táplálékláncba kerülve vérképzőszervi és egyéb szervi illetve tumoros betegségekért felelős. 2009. szeptember 30.

Dioxinok Keletkezés: termikus folyamatok során. Forrás: hulladékégetés, szilárd anyag tüzelés. Szám: 210 (75+135), 16 Megjelenési forma: szobahőmérsékleten szilárd anyagok. Toxicitás: TEQ (1 – 0,001) Káros hatás: nem bizonyított karcinogén, mutagén és teratogén hatás. 2009. szeptember 30.