Levegőtisztaság-védelem A közlekedés levegőtisztaság-védelmi vonatkozásai.

Az előadások a következő témára: "Levegőtisztaság-védelem A közlekedés levegőtisztaság-védelmi vonatkozásai."— Előadás másolata:

1 Levegőtisztaság-védelem A közlekedés levegőtisztaság-védelmi vonatkozásai

2 Az atmoszféra szerkezete

3 A Föld troposzférája 10-12 km rétegvastagságú a földi élet színtere az időjárási jelenségek nagy részének színtere alkotó gázok: N 2, O 2, H 2 O, CO 2, Ar hőmérséklet fokozatosan csökken csökkenés mértéke: átlag 0,65 °C / 100 m felső határán kb.-56 °C nyomás csökken felső határa: tropopauza

4 A sztratoszféra a Föld felszíne feletti 12-50 km közötti távolságban van az ózonréteg itt található a felszín feletti 15-30 km-es rétegben helyezkedik el elnyeli az élőlényekre veszélyes röntgen- és ultraibolya sugarakat (λ < 310 nm) vastagsága ~300 Dobson (DU), ami 3 mm-nek felel meg (1 DU ózontartalom = 0,01 mm vastag standard állapotú ózonrétegnek) gázok: N 2, O 2, O 3, (NH 4 ) 2 SO 4 hőmérséklet emelkedik a sztratopauzánál eléri a földfelszíni értéket a nyomás tovább csökken felső határa: sztratopauza

5 A mezoszféra a Föld felszíne feletti 50-80 km közötti távolságban található gázok: N 2, O 2, O 2 +, NO + (ionizált gázrészecskék) hőmérséklet ismét csökken egészen -93 °C-ig (a légkör leghidegebb rétege) a nyomás még tovább csökken (80 km-es magasságban kb. 1 Pa) felső határánál: mezopauza

6 A termoszféra a Föld felszíne feletti 80 - 500 km között van gázok: N 2, O 2, O +, O, O 2 +, NO +, e - hőmérséklet növekszik >1 000 °C (elérheti akár a 3 500 °C-ot is) a naptevékenység erősen befolyásolja Ionoszférának is nevezik, mert itt a gázokat a Nap sugárzása erősen ionizálja, emiatt egyes rétegei elektromosan vezetővé válnak, így képesek visszaverni az elektromágneses hullámokat, aminek a távközlésben van nagy szerepe. a nyomáscsökkenés tovább folytatódik

7 Levegőszennyezés - levegőterhelés Légszennyezés: légszennyező anyag kibocsátási határértéket meghaladó mértékű levegőbe juttatása. Valamely légszennyező anyag vagy energia levegőbe juttatását levegőterhelésnek nevezzük.

8 Az emisszió (levegőterhelés): valamely anyag vagy energia levegőbe juttatása. A transzmisszió folyamata során a légszennyező anyagok a légtérben terjednek, felhígulnak. Az immisszió (légszennyezettség): a levegőben a levegőterhelés hatására kialakult légszennyező anyag koncentrációja, ill., ülepedő anyagok esetén a légszennyező anyag adott időtartam alatt felületekre történt kiülepedése.

9 Légszennyező anyagok A levegőben lévő és az emberi egészségre vagy a környezet egészére valószínűsíthetően káros hatást gyakorló anyag. (A levegő természetes minőségét hátrányosan befolyásoló olyan anyag, amely természetes forrásból vagy az emberi tevékenység közvetlen vagy közvetett eredményeként kerül a levegőbe, és amely káros vagy káros lehet az emberi egészségre, a környezetre, illetve károsítja vagy károsíthatja az anyagi javakat. Mindazon szilárd, cseppfolyós, gáz vagy gőz halmazállapotú anyagok, amelyek a levegő minőségét hátrányosan befolyásolják.)

10 Természetes eredetű légszennyezők Független az emberi tevékenységtől vulkáni tevékenység (por, hamu, H 2 S, SO 2, HCl, CO) katabolikus folyamatok (föld- és vízfelszínről) (CO 2, CH 4, H 2 S, NH 3, aminok, merkaptánok) mikroorganizmusok tevékenysége (NO x ) hidroszféra mozgása (aeroszol, Na +, K +, Cl -, SO 4 2- ) litoszféra mozgása (SiO 2, CaCO 3, CaSO 4, MgSO 4, Al 2 O 3, Fe 2 O 3 ) bozót-, erdőtüzek (CO, CO 2, korom, C x H y ) villámlások (NO x, O 3 )

11 Antropogén eredetű légszennyezők Olyan levegőterhelés, amelyek az emberi tevékenység következtében jön létre (pl. ipari folyamatok vagy azokkal összefüggő kisegítő folyamatok során). Légszennyező forrás minden berendezés, épület, jármű, vagy szabadban elhelyezkedő anyag (meddőhányó, széntároló, szemétlerakó hely), amely levegőterhelést okoz. A légszennyező források fő típusai: pontforrások (ún. koncentrált paraméterű források) – olyan levegőterhelést okozó források, amelynél a légszennyező anyag kibocsátási jellemzői (koncentráció, térfogatáram) méréssel vagy műszaki számítással egyértelműen meghatározhatók. kémények, kürtők, kivéve háztartási berendezések forrásai, 140kW alatti kizárólag füstgázt kibocsátó berendezések forrásai

12 Antropogén eredetű légszennyezők felületi (ún. szórt paraméterű vagy diffúz) forrás olyan levegőterhelést okozó tevékenység vagy kibocsátó felület, amelynél a légszennyező anyag kibocsátási jellemzői méréssel vagy műszaki számításnál egyértelműen nem határozhatók meg. pontforrásnak nem minősül, biztonsági lefúvató szelep, nyitott ablak ajtó a diffúz források lényeges alcsoportját képezik az ún. vonalas légszennyező források (vonalforrások). A nyomvonalas közlekedési létesítmény (közút, vasút) vagy annak vizsgált szakasza, amelynél az elhaladó járművek jellemzői határozzák meg az egységnyi szakaszból származó légszennyező anyag kibocsátott mennyiségét. mozgó légszennyező forrás: közúti, nem közúti jármű, vasúti jármű, vízi, légi vonalforrás nyomvonalas közlekedési létesítmény, elhaladó járművek jellemzői határozzák meg az egységnyi szakaszból származó légszennyezőanyag kibocsátást

13 Légszennyező anyagok osztályozása Eredetük szerint elsődleges (primer) légszennyező anyagok a technikai berendezésekből vagy természetes eljárások során a környezeti levegőbe bocsátott anyagok másodlagos (szekunder) légszennyező anyagok a légkörben a primer légszennyező anyagokból keletkezett anyagokat vagy azokat az anyagokat, amelyek leválasztás után ismét a környezeti levegőbe kerülnek.

14 Légszennyező anyagok osztályozása Halmazállapotuk szerint gáznemű szilárd 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.

15 Légszennyező anyagok csoportosítása

16 Emittált 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

17 17 Szén-monoxid (CO) 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 oxi-hemoglobinjából 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. http://biokemia.blog.hu/2009/07/11/hogyan_ol_ii_a_co

18 Nitrogén-formák az atmoszférában Formái N 2, NO, NO 2, NO 3, N 2 O, N 2 O 3, N 2 O 4, N 2 O 5, NH 3 N 2 O troposzférában fotokémiai reakcióban nem vesz részt, élettartama kb. 120 év rendkívül stabil üvegházhatású, illetve közvetett módon ózonréteg károsító hatása is van antropogén tev. eredményeként: mezőgazdasági tevékenység; talaj szerves és N tartalmú szervetlen trágyázás közlekedés (katalizátoros autók) fosszilis alapa. erőművek vegyipar (pl.: salétromsav, adipinsav (nejlon alapany.)

19 atmoszférikus eredetű NO bioszféra tartja fenn, élő szervezetbe beépült N-t, szerves anyagot → talajlakó mikroorganizmusok lebontják → NO, N 2 O, N 2 vagy NH 3 formájában visszakerül az atmoszférába légkörben zajló elektromos tevékenységnek (villámlás) kb. 20 ppb NO → HNO 3 alakul → távozik így a levegő nitrogéntartalmának előbb utóbb el kellene fogyni… N 2 + O 2 → 2NO antropogén tev. eredményeként: fosszilis alapa. erőművek közlekedés (főképpen NO) mezőgazdasági tevékenység - talaj szerves és N tartalmú szervetlen trágyázás következtében megnövekedett biológiai aktivitás

20 Nitrogén-monoxid (NO) Színtelen, szagtalan, vízben kevésbé oldódó gáz. A levegőnél valamivel nehezebb, relatív gázsűrűsége: 1,04 (levegő = 1). A légkörben a NO a levegő oxigénjével reagál, ennek során nitrogén-dioxid és nitrogén-tetroxid keletkezik: 2NO + O 2  2NO 2 2NO 2  N 2 O 4. Erélyes oxidálószer, vízzel és a levegő oxigénjével érintkezve reakcióba lép, ennek során salétromsav és salétromossav keletkezik. Szénhidrogénekkel reagálva a NO organikus peroxi-gyököt hoz létre, amely a fotokémiai szmog okozója. RO 2 + NO → RO + NO 2

21 Nitrogén-dioxid (NO 2 ) 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 NO 2 visszaalakulása NO-dá 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.

22 Nitrogén-dioxid NO 2 →NO + O O + O 2 → O 3 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. NO 2 + OH → HNO 3 Ha a levegőben lévő vízcseppek kimossák onnan az NO 2 és NO molekulákat, akkor salétrom- és salétromossav keletkezése a következő reakciók által is a földfelszín elsavasodását erősíti. 2NO 2 +H 2 O → HNO 3 + HNO 2 NO 2 + NO + H 2 O → 2HNO 2

23 Nitrogén oxidok (NO x ) A környezetbe kibocsátott nitrogén-oxidok (NO x ) 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 hatások az üvegházhatás erősítése 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.

24 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 NO x ” magas hőmérsékletnél jön létre a „gyors NO x ” a tüzelőanyag atomi eredetű oxigéndús környezetében képződik és a szénhidrogénen keresztül katalizálják a „tüzelőanyag NO x ” kötött a tüzelőanyagban, és onnan már közepes hőmérsékletnél felszabadul. A NO x keletkezését, és mennyiségét befolyásoló faktorok légfelesleg tüzelőanyag nitrogéntartalma üzemmód (alapterhelés, indulás, terhelési sorozat) szennyezés foka más tüzelőanyagok része egyéb emissziók lehetséges katalitikus effektusokkal. Természetes kibocsátás: 600 Mt NO 2 /év. Antropogén kibocsátás: 80 Mt NO 2 /év.

25 Nitrogén-oxidok képződése a lángban Σ Egyszerűsített átalakulásMegjegyzés Termikus NO 1400 0 C felett képződik, erősen hőmérsékletfüggő, oxidációs zónában képződik Prompt NO 1000 0 C felett képződik, kismértékben hőmérsékletfüggő, redukciós zónában képződik NO a tüzelőanyagból 1000 0 C felett képződik, kismértékben hőmérsékletfüggő, oxidációs zónában képződik. NO 2 A láng hidegebb részein képződik, melegebb részeken elbomlik. N2ON2O 800 0 C – 900 0 C –on képződik, nagyobb hőmérsékleten elbomlik Emberi tevékenység

26 Magas hőmérsékleten [termikus] N 2 + O 2 → 2NO N 2 + 2O 2 → 2NO 2 Nagy magasságban (20 km fölött) – [fotokémiai] NO 2 → hv → NO + O N 2 O → hv → N 2 + O N 2 O +O → 2NO Reakció oxigénnel vagy ózonnal 2NO + O 2 → 2NO 2 NO + O 3 → NO 2 → H 2 O → HNO 3 troposzférikus ózon mennysége a levegőben lévő [NO 2 ] ⁄ [NO] aránytól függ, ezért minden olyan anyag, ami gyorsítja az NO → NO 2 átalakulást, az ózon koncentrációt növeli A képződött HNO 3 szabad sav formájában vagy NH 3 -val reagálva NH 4 NO 3 -ként kerülhet az esővízbe. Nitrogén-oxidok átalakulásai Atmoszféra

27 A NO x reakciója HO· (hidroxi-), HO 2 · (peroxi-) és CH 3 -COO-O· (peroxi-acetil-) gyökökkel: a keletkező vegyületek szerepet játszanak a füstköd kialakulásában. Az NH 3 és a N-H kötést tartalmazó szerves vegyületek reakciói: karcinogén hatású nitrózaminok (R 2 -N-NO) keletkezhetnek.

28 A telítetlen szénhidrogének fotokémiai oxidációjakor képzőnek Környezetvédelmi szempontból problémásak!

29 Nitrogén-oxidok hatása Növényekre NO expozíció fotoszintézis csökkenést okoz (reverzibilis hatás) NO 2 erőteljes roncsoló hatás levelek széle barnás, barnásfekete lesz levélfelületen foltosodás jelentkezik növényi sejt kezd összehúzódni és a protoplazma elválik a sejtfaltól sejt teljes kiszáradása Emberre NO 2 kb. 4x olyan mérgező, mint a NO nyálkahártya irritáció tüdővizenyő léghólyagocskákban salétromsav keletkezik léghólyagocskák féligáteresztő falán történik a szén-dioxid oxigén gázcsere salétromsav : fehérje denaturáló hatású → féligáteresztő képesség megszűnik → folyadékkal töltődik fel gázcserefelület vesztés → halál

30 Ózonciklus

31 1960-as évek: nem egyezik a mért és a Chapman-mechanizmussal számított ózon- eloszlás kétszer kisebb a valódi ózonkoncentráció valami fogyasztja az ózont a troposzférában keletkező természetes, ill. antropogén eredetű molekulák a sztratoszférába diffundálnak az ózont leépítő katalitikus ciklusok egymással összekapcsolódva fejtik ki hatásukat ózonpajzs elvékonyodása! gyökrekombináció, inaktív molekulák troposzfárába diffundálnak ott troposzférikus ózon keletkezik! Paul J. Crutzen Mario J. Molina F. Sherwood Roland Forrás: http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1995/

32 1970-es évek eleje: a sztratoszférában zajló katalitikus ózon- bomlás reakciómechanizmusának megismerése (Crutzen – Molina – Roland, Nobel-díj [1995]) R5: O 3 + X → XO + O 2 R6: XO + O → X + O 2 O 3 + O → 2 O 2 Ez olyan, mintha a Chapman-mechanizmus 4. lépése sokkal gyorsabb lenne! X = OH, NO, Cl, Br, F,...

33 OH forrása: H 2 O és CH 4 O * + H 2 O → 2 OH O * + CH 4 → OH + CH 3 O 3 + hν → O * + O 2 N 2 O + hν → N 2 + O * O 2 + hν → O * + O O 3 szempontjából nem jelentős ez a domináns reakció! NO forrása: N 2 O és közvetlen bevitel (repülőgépek) O * + N 2 O → 2 NO NO 2 + hν → NO + O* NO 2 + hν → NO + O Cl forrása: CH 3 Cl és halogénezett szénhidrogének CH 3 Cl + hν → CH 3 + Cl CFCl 3 + hν → CFCl 2 + Cl CF 2 Cl 2 + hν → CF 2 Cl + Cl F forrása: halogénezett szénhidrogének Br forrása: halogénezett szénhidrogének (halonok) Szénhidrogének Los Angeles város levegőjében (1965) Szénhidrogé n Képlet Koncentráció (ppm) metánCH 4 3,22 toluolC7H8C7H8 0,05 n-butánC 4 H 10 0,06 i-pentánC 5 H 12 0,04 etánC2H6C2H6 0,1 benzolC6H6C6H6 0,03 n-pentánC 5 H 12 0,03 propánC3H8C3H8 0,05 etilénC2H4C2H4 0,06 http:/kkft.bme.hu/sites/default/files/5.%20szén-hidrogének.ppt

34 Kölcsönhatások a katalitikus ciklusok között ClONO 2 egyszerre két katalizátort tárol: ClO és NO 2 Csatolt katalitikus ciklusok

35

36 Következmények I. Pozitív hatások: D-vitamin szintézis, csontosodási folyamat Tavaszi depresszió ellen (hormonszintézis) Zsíros, aknés bőr kezelésében Negatív hatások: DNS defektus – átörökítő anyag módosulás UV sugárzás fokozódás – bőrrák, szürkehályog Fényöregedés, szabadgyök képződés Immunrendszer gyengítése…

37 Következmények II. Potenciális lehetőség, kártétel: napégés Jellegzetes tünetei alapján könnyen felismerhető. Egyes környezeti tényezők megjelenését fokozhatják: pl. harmat. Védekezés: helyes agrotechnika (öntözési időpont választás), termőhely megválasztás. Forrás: www.images.google.com

38 Kén-dioxid ( SO 2 ) színtelen, szúrós szagú, köhögésre ingerlő gáz levegőnél 2,5-ször nehezebb gáz könnyen cseppfolyósítható dipólus molekula kénessav valódi savanhidridje SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 vízben kitűnően oldódik (35 dm 3 /1 dm 3 víz) Forrás: http://hu.wikipedia.org/wiki/K%C3%A9n-dioxid

39 Kén-dioxid (SO 2 ) Forrás Oxidációs folyamatok stabil terméke Nyelők Oxidáció Redukált vegyületek oxidációjaA., SO 2 + OH + M→ HSO 3 + M HSO 3 + O 2 → HO 2 + SO 3 SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 a kénsav kondenzálódhat B.; H 2 SO 4 + 2 NH 3 → (NH 4 ) 2 SO 4 kondenzálódik, szilárd részecske C.; a sztratoszférában kevés NH 3, maradhat cseppfolyós a kénsav D.; SO 2, (NH 4 ) 2 SO 4 vízben jól oldódik → száraz és nedves ülepedés τ (SO 2 ) = 2-3 nap; τ (SO 4 2- ) = 4-6 nap a troposzférában (magasság függő), a sztratoszférában több hónap Vulkáni tevékenység (vulkáni gázok ~ 90%-a vízgőz és CO 2, 1-10 %-a SO 2 ) Biomassza égés Antropogén források a természetes források 3-szorosa pl. fosszilis tüzelőanyagok égetése Forrás: http://kkft.bme.hu/sites/default/files/4.%20k%C3%A9n-oxidok.ppthttp://kkft.bme.hu/sites/default/files/4.%20k%C3%A9n-oxidok.ppt

40 A kén-dioxid kibocsátásának változása az 1850-es évektől (Smith, 2011) Forrás: http://www.tankonyvtar.hu/en/tartalom/tamop412A/2010-0012_levegokornyezet/ch03.html A globális kén-dioxid emisszió forrásonkénti eloszlása (Smith, 2011) Forrás: http://www.tankonyvtar.hu/en/tartalom/tamop412A/2010-0012_levegokornyezet/ch03.html Problémák Ha növekszik a kén-dioxid kibocsátás H 2 SO 4, SO 4 2- részecskék mennyisége nő  Kondenzációs mag-képződés változása → felhő- és csapadékképződés  Környezet savasodása → korróziós károk, erdő- és halpusztulás  Egészségügyi problémák  Légköri albedó növekedése → hűtő hatás - éghajlati hatás  Látástávolság csökkenése

41 A savas eső Az esővíz pH-ját a természetes eredetű savas és bázikus források aránya szabja meg. az esővíz általában savas oka: a levegőből beoldódó szén-dioxid tartalom miatt (pH=5.56 lenne) pH=5 alatt az esővíz savas jellegéért az emberi tevékenység felelős … az esővíznél jóval alacsonyabb pH értéket lehet mérni a ködszemcsékben a savassági többlet okozója 60-70%-ban a kén-oxidokból képződő kénsav a nitrogén-oxidokból származó salétromsav néhány % a sósav

42 A savas eső hatása növényzetreállatvilágraemberreépített környezetre a talajban okozott változások sok szabad H + kerül a vizekbe, ami az egyensúlyt megbontja jó vízoldhatósága → kedvezőtlen hatását a felsőlégutakra és a szem nyálkahártyájára fejti ki Mészkő (CaCO 3 ) vagy dolomit (CaMg(CO 3 ) 2 –ból készült épületek, szobrok korróziója a kénsav által a növények számára fontos tápanyagok mobilizációja, pl. nitrogén § a fizikailag oldott CO 2 nehezíti az élőlények légzését, O 2 / CO 2 aránya romlik § gyakori tavasszal, amikor a savas hólé a természetes vízgyűjtőkbe kerül § normális légzés esetén ~ 25 ppm koncentrációig nem tud mélyen lejutni a tüdőbe § érzékelhetőség: néhány tized ppm § irritáló: 10 ppm felett § CaSO 4 jobban oldódik vízben § a CaCO 3 kristályok között képződő CaSO 4 kristály nagyobb kristálytérfogattal rendelkezik, így a szilárd anyagban jelentős feszítő erők ébrednek repedések, morzsalékos felület esővíz általi gyors kimosódás, ami tápanyaghiányhoz vezet; a talaj pH csökkenésével az anyagásványokból Al 3+ szabadul fel, ami gyökérméreg nagy pufferkapacitású természetes víztestekben (mészkő, dolomit jelenléte) a pH nem változik, az élőlények pusztulását a képződő CO 2 okozza gyenge puffer hatás esetén (kevés Ca- és Mg-hidrokarbonát tartalom) a megváltozott pH okozza az egyedek pusztulását § városi kén-dioxiddal szennyezett levegő: krónikus hatású, a felső légutak irritációja: elősegítheti a légutak gyakoribb fertőződését § ha szájon keresztül lélegeznek, a SO 2 sokkal mélyebben tud behatolni a légzőszervrendszerbe fémes szerkezeti anyagokra való káros hatás elektrokémiai korrózió H + + HCO 3 ─ ↔ H 2 O + CO 2 CaCO 3 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + H 2 O + CO 2

43 Vizi élőlények pH tűrőképessége pH 19081969 Forrás: http://nimbus.elte.hu/oktatasi_anyagok/levegokemia/10_Ken-vegyuletek.pdf Forrás: http://kkft.bme.hu/sites/default/files/4.%20k%C3%A9n-oxidok.ppthttp://kkft.bme.hu/sites/default/files/4.%20k%C3%A9n-oxidok.ppt Forrás: http://kkft.bme.hu/sites/default/files/4.%20k%C3%A9n-oxidok.ppthttp://kkft.bme.hu/sites/default/files/4.%20k%C3%A9n-oxidok.ppt

44 Javasolt intézkedések Széntüzelésű erőművekben kéntelenítő berendezések felszerelése Folyékony tüzelőanyagok kéntartalmának csökkentése Motorhajtó üzemanyagok kéntartalmának csökkentése (A közlekedésből származó emisszió az erőművinél jóval kevesebb) Csökkent a kén-vegyületek kibocsátása lakossági széntüzelés gyakorlatilag megszűnt széntüzelésű erőművek nagyrészt megszűntek kéntartalmú fűtőolaj használata csökkent, az olajfűtés gyakorlatilag megszűnt diesel-olaj kénmentesítése Kénvegyületek kibocsátásának korlátozása vált szükségessé Forrás: http://nimbus.elte.hu/oktatasi_anyagok/levegokemia/10_Ken-vegyuletek.pdf Még problémás : DK-Ázsia, Kína, India

45 Por A por apró, tetszőleges alakú, struktúrájú és sűrűségű alapvetően szilárd részekből álló anyag A porszemcse az a részecske, amely 1bar nyomású, 20 o C-os hőmérsékletű, nyugalomban lévő levegőben rövid gyorsulási szakasz után közel állandó, 3m/s-nál kisebb sebességgel süllyed és legnagyobb vetületi mérete 2000  m-nél kisebb Eredet szerint a por lehet: természetes : kozmikus, földi (talaj erózió, vulkánkitörés)‏ mesterséges eredetű : ipari eredetű (cement gyártás..), közlekedés A porok csoportosítása szemcseméretük szerint: Ülepedő por (10  m felett)‏ Szálló por (10  m alatt)‏

46 A porok hatása az emberi szervezetre Az emberi szervezetre A 0,2-5  m szemnagyságú szilárd részecskék a legveszélyesebbek, mert nem tudnak eltávozni a tüdő léghólyagocskáiból, és hurutos állapotot idéznek elő. Az ennél nagyobb részecskék nem jutnak a tüdőhólyagokba, a kisebbek pedig a kilégzéskor eltávoznak a tüdőből. A belélegzett poros levegő tüdőelváltozásokat okoz. Az egyik legsúlyosabb megbetegedés a szilikózis, amelyet a SiO 2 módosulatai okoznak. Az alumínium porok aluminózist, az azbeszt porok azbesztózist okoznak. Egyes porok allergén hatásúak lehetnek

47 A porrészecskék elnyelik az ibolyántúli sugárzás egy részét, megváltoztatják a klímaviszonyokat,(frontátvonulás) amely közérzeti ingadozásokat okoz az emberekben. A porok tartalmazhatnak kormot, szerves anyagokat, nehézfémeket, azbesztet. A por hatása a növény- és állatvilágra A kisméretű (3-6  m) részecskék felületére lecsapódó víz oldja a légkör savas komponenseit, ez a por eltömi a levelek pórusait, amely a fák pusztulását, az erdők károsodását okozza. A toxikus porok a talajra lerakódva bekerülnek a táplálékláncba, gátolják a növények és állatok egészséges fejlődését. Korróziós károk, veszteségek A por korróziós hatást fejthet ki, vagy rárakódva a berendezésekre zárlatot is okozhat, egyes anyagok porai értékesek lehetnek, ezért azokat visszaforgatják(cementgyártás)‏

48 Korom nagyon finom, mélyfekete, víztaszító por szemcsealakja megközelítőleg gömb alakú, egymáshoz láncformában kapcsolódó részecskékből álló, laza aggregátumok tömege 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 nagy fajlagos felületük miatt adszorbeálják a poliklórozott szénhidrogéneket, piréneket stb., amely még inkább fokozza a karcinogén hatását

49 Füstködök (szmog) kialakulása 1950-es években néhány angliai nagyvárosban borult, felhős időben alkalmanként drámai mértékben megnőtt a levegő szennyezőanyag tartalma megnőtt a légúti megbetegedések és a halálozások száma is szmog ~ füstköd (füst (smoke) és a köd (fog)) a szmog, speciális légállapotokhoz kapcsolódóan kialakuló, extrém magas szennyezettségű városi levegőre utal alap okok: a troposzférába emittált elsődleges légszennyezők (pl. NOx, CO, CHx, SO 2, aeroszolok) és a körülményektől függően belőlük képződő másodlagos légszennyezők (pl. O 3, aldehidek, peroxiacil-nitrátok) összessége két típusa London-típusú (londoni, ipari, reduktív) Los-Angeles típusú (los-angelesi, fotokémiai, oxidatív)

50 London-típusú (londoni, ipari, reduktív) füstköd 1952 decemberében Londonban a látótávolság néhány 10 méterre csökkent 5 nap alatt több mint 4000 lakos hunyt el a szmog okozta felső légúti betegségekben emisszió források: nehézipari üzemek, széntüzelésű kályhák miatt a télen alakult ki Forrás: http://www.erdekesvilag.hu/tobb-mint-4000-ember-halalat- okozta-a-londoni-nagy-szmog-1952-ben/ Forrás: http://www.tankonyvtar.hu/en/tartalom/tamop425/0032_fenntarthato_fejlodes/ch01s02.html

51 London-típusú (londoni, ipari, reduktív) füstköd Jellemzői ősszel-télen, kora reggeli órákban meteorológiai jellemzők magas relatív páratartalom (85% feletti légnedv., köd) szélcsendes időben (széls: 0 m/sec) léghőmérséklet -3 – +5  C magas légnyomás napsütés nélkül összetevői szén-monoxid, kén-dioxid, por, korom Kialakulásának okai légszennyezők (legfőbb: széntüzelésből adódó sz.a.) troposzférikus hőmérséklet inverzió kialakulása (meteorológiai állapot) felhőtlen éjszakákon a talajnak az égbolt felé irányuló energia kisugárzása olyan mértékű, hogy a lehűlt talaj lehűti a közelében lévő levegőt, amelyből párakicsapódás történik talaj menti ködképződés a lehűlt hideg levegő felett melegebb levegő helyezkedik el, így a természetes vertikális hígítási effektus elmaradása és a szél hiánya miatt, a légszennyező anyagok koncentrációja gyorsan nő a talaj közelben a szilárd korom és kondenzált kőszénkátrány szemcséken kialakuló ködszemcsékben jelentős mennyiségű kén-dioxid is oldódik (a köd sárga színű l.)

52 Los-Angeles típusú (los-angelesi, fotokémiai, oxidatív) füstköd Jellemzői nyári hónapokban, déli órákban meteorológiai jellemzők alacsony relatív páratartalom gyenge légmozgás (széls: 3 m/sec - ig) léghőmérséklet +24 – +32  C erős napsugárzás (UV sugárzás) összetevői NO x, CO, szénhidrogének és a másodlagosan kialakult légszennyezők, pl. ózon, aldehidek, PAN Kialakulásának okai közlekedés által kibocsátott légszennyezők

53 Forrás: http: mkweb.uni-pannon.hu/tudastar/anyagok/07-Kornyezettan.pdf http://www.nyf.hu/others/html/kornyezettud/Kemia-I/nitrogen.htm Forrás: http://kkft.bme.hu/sites/default/files/4.%20k%C3%A9n-oxidok.ppthttp://kkft.bme.hu/sites/default/files/4.%20k%C3%A9n-oxidok.ppt

54 Gáz halmazállapotú légszennyező anyagok emissziója

55 Légszennyezés folyamata A légszennyezés folyamata három jól elkülöníthető szakaszból áll: emisszió transzmisszió – szennyező anyagok terjedése, hígulása, ülepedése, fizikai ill. kémiai változása; immisszió – emittált szennyező anyagok talajközeli koncentrációja (levegőterheltségi szint vagy környezeti levegőminőség).

56 Hőmérsékleti gradiens Hőmérsékleti gradiens:  a hőmérsékletváltozás és a magasságváltozás hányadosa (Δt/Δz) [ o C/100 m]  értéke nagy hatással van a troposzféra alsó részében a levegő vertikális mozgására.  a jó vertikális keveredés minimalizálja a talajközeli szennyezőanyag koncentrációt  a rossz keveredés kedvez a magas talajközeli koncentrációk kialakulásához.

57 57 Légállapoti változatok Labilis (bizonytalan) ha a függőleges irányban elmozduló levegőelemre gyorsítóerő hat Stabilis (biztos) ha a függőleges irányban elmozduló levegőelemre fékezőerő hat Indifferens [semleges] (közömbös) ha a függőleges irányban elmozduló levegőelemre nem hat erő.

58 Gauss-modell Folytonos vonalforrás gázállapotú szennyező anyag kibocsátása következtében a rövid idejű (1 óra) átlagolási időtartamra vonatkozó koncentrációt (C) a felszínközeli receptorpontban (az MSZ 21459/2-81 3.3.1 alapján) a következő összefüggéssel határozzuk meg:

59 Az immisszió Az immisszió (légszennyezettség) a keveredés során a környezeti levegőbe került gázok és porok (aeroszolok) koncentrációja, ill. a kiülepedés mértéke. Gázok és szálló por esetén  g/m 3 -ben, ülepedő anyagok esetén g/m 2 /30nap, ill. t/km 2 /év egységben szokás megadni. A légszennyezettség időbeli és szezonális alakulását az ÁNTSZ felügyelte Országos Immissziómérő Hálózat keretében működő mérőállomásokon mérik. A levegőminőségi mérésekre kétféle mérőállomás típust alkalmaznak Off line félautomata mintavevők, 24 órás vagy 30 napos átlagokat reprezentálnak On line : mintavevő buszok, telepített berendezések 30 perces átlagok

60

61 A levegő öntisztulása Az öntisztulás a természeti környezet elemeinek azon képessége, hogy a szennyeződések bizonyos hányadát külső beavatkozás nélkül képes elhárítani A levegő öntisztulásának főbb folyamatai: szedimentáció (ülepedés) adszorpció (felületi megkötődés) abszorpció (elnyelődés) kimosódás kondenzáció a kozmikus- és UV sugarak valamint a hőmérséklet által kiváltott kémiai reakciók.

62 Levegőtisztaság-védelmi határértékek A levegőtisztaság-védelmi határértékek fajtái: Immissziós határértékek (A légszennyezettség határértékei)‏ Emissziós határértékek (Helyhez kötött pontforrásokra vonatkozik)‏

63 Emissziós határértékek A helyhez kötött légszennyező pontforrás kibocsátási határértéke lehet: technológiai kibocsátási határérték egyedi kibocsátási határérték össztömegű kibocsátási határérték A technológiai kibocsátási határérték fajtái: általános technológiai kibocsátási határérték eljárás specifikus technológiai kibocsátási határérték A légszennyezettség határértékei A légszennyezettség határértéke lehet:  egészségügyi határérték: a légszennyezettségnek a tudomány mindenkori szintje alapján megállapított azon mértéke, amely tartós egészségkárosodást nem okoz  ökológiai határérték: a légszennyezettség azon szintje, amely túllépése esetén az ökológiai rendszer károsodhat

64 Közlekedés A belső égésű motorok olyan energia-átalakító berendezések amelyek a hajtóanyag elégetésével nyert hőenergiát mechanikai munkává alakítják át miközben a légtérbe kipufogógázt bocsátanak jelentős mennyiségű levegőt használ fel működése során. az Otto-motoroknál 1 kg benzinhez megközelítőleg 15 kg (12 m 3 ) levegő a dízelmotornál pedig 1 kg gázolajhoz 18 – 26 kg (14 – 20 m 3 ) levegő szükséges. A kipufogógázban mintegy négyszáz féle összetevő mutatható ki.

65 Belső égésű motorok A kipufogógáz összetételét az alábbi tényezők befolyásolják: a motor típusa (Otto-motor, dízel motor) a motor szerkezeti kialakítása az égéstér a motor beállítása a levegőszűrés a hajtóanyag összetétele tüzelőanyag-égéslevegő keverési arány, stb.

66 Belső égésű motorok

67 Sajátos szennyezések: inverziós szmog (ősszel-télen) Los-Angeles típusú szmog (nyáron) ld. előző diák

68 Belső égésű motorok Szennyezőanyag csökkentési törekvések a 70-es évektől Magyarországon 1977-től „zöld-kártya” jelenleg „környezetvédelmi igazoló lap”, rendszámra piros, sárga, kék vagy zöld hatszög alakú plakett. λ – légfelesleg tényező Otto-motoroknál λ=0,8 maximális teljesítmény λ=1 minimális emisszió Szabályozott keverékképzés, hármas hatású katalizátor, λ-szonda

69 Katalizátorok

70 Köszönöm a megtisztelő figyelmet!