Zanieczyszczenia powietrza

Zanieczyszczenia powietrza, wynikające w głównej mierze z działalności ludzkiej, mają poważne konsekwencje zdrowotne, ekologiczne i społeczne, wymagając skutecznych środków regulacyjnych i działań dążących do poprawy jakości powietrza.

Dwutlenek węgla

Właściwości

Tlenek węgla (IV), nazywany powszechnie dwutlenkiem węgla, jest gazem o charakterze bezwonnym i bezbarwnym. Ze względu na swoje właściwości chemiczne cechuje się dobrą rozpuszczalnością w wodzie, tworząc roztwór o kwaśnym smaku. Jest o około 1,5 razy cięższy od powietrza, więc głownie gromadzi się przy powierzchni. Tlenek węgla (IV) ma strategiczne znaczenie m.in. w: budownictwie (przy twardnieniu zaprawy wapiennej), przemyśle spożywczym (gazowanie napojów, przyspieszenie procesu dojrzewania warzyw i owoców) czy jako wyrób nazywany „suchym lodem”.

Pochodzenie zanieczyszczeń

Tlenek węgla (IV) w stężeniach wyższych niż naturalne jest uznawany za substancję zaliczaną do składowej zanieczyszczeń powietrza. Jego pochodzenie możemy podzielić na naturalne oraz antropogeniczne, czyli powstałe w wyniku działalności gospodarczej człowieka.

Pochodzenie naturalne

Źródeł pochodzenia naturalnego wysokich stężeń tlenku węgla (IV) w powietrzu można upatrywać w przypadku: klęsk żywiołowych (m.in. wybuchy wulkanów, burze piaskowe, rozległe pożary terenów zielonych), emisji gazów z bagien i torfowisk, przy oddychaniu organizmów żywych, przy fotosyntezie roślin czy w przypadku rozkładu organizmów żywych.

Pochodzenie antropogeniczne

Pochodzenie antropogeniczne wysokich stężeń tlenku węgla (IV) następuje w wyniku systematycznej oraz długookresowej działalności człowieka przyczyniającej się do emisji czynników degradujących środowisko naturalne. Do takich działań można zaliczyć m.in. przemysł energetyczny, hutnictwo, przemysł chemiczny, transport drogowy oraz lotniczy czy tzw. „niska emisja”.

Niska emisja

Zanieczyszczenia powietrza pochodzące ze źródeł tzw. „niskiej emisji” (termin określający kominy niższe niż 40m) dotyczą głównie procesu spalania w paleniskach domowych paliw kopanych w celu wytworzenia ciepła niezbędnego do ogrzania budynków mieszkalnych. Do głównych zanieczyszczeń emitowanych z wymienionego źródła zaliczamy takie związki chemiczne jak: CO, CO2, NOx, SO2, ponadto również pyły zawieszone czy zanieczyszczenia organiczne (w tym węglowodory aromatyczne zaliczane do związków rakotwórczych). Wielkość emisji substancji zanieczyszczających jest uzależniona od wykorzystywanego źródła pozyskania ciepła (opału, paliwa), stanu technicznego budynków mieszkalnych (izolacji termicznej przeciwdziałającej utracie ciepła) oraz stanu eksploatacji pieca. Na rozchodzenie się zanieczyszczeń duży wpływ mają również ukształtowanie terenu oraz  warunki meteorologiczne (takie jak opady, kierunek i prędkość wiatru, temperatura otoczenia), które mogą doprowadzić do kumulacji substancji w najbliższym otoczeniu.

Wpływ na zdrowie

Stężenia tlenku węgla (IV) a zdrowie – w jaki sposób wpływa na nasz organizm?

Wdychając powietrze z otoczenia, zawarty w nim dwutlenek węgla rozpuszcza się we krwi i reagując z wodą tworzy kwas węglowy [H2CO2]. Kwas węglowy rozkłada się na jony wodorowy [H+] i wodorowęglanowy [HCO3]. Wzrost ilości jonów wodorowych prowadzi do obniżenia pH krwi i zaburzenia równowagi elektrolitów, a w rezultacie do pogorszenia naszego samopoczucia i spadku wydajności intelektualnej.

Wpływ tlenku węgla (IV) na jakość snu – problemy z zasypianiem oraz chroniczne zmęczenie

Według licznych badań w ciągu nocy stężenia tlenku węgla (IV) w zamkniętej sypialni potrafią wzrosnąć 6-8 krotnie. Szybkość przyrostu jest zależna od ilości osób (również i zwierząt) przebywających w danym pomieszczeniu. Tak wysokie stężenia skutkują brakiem odpowiedniego wypoczynku, czego konsekwencje możemy odczuwać dnia następnego w postaci bólów głowy czy braku koncentracji.

Stężenia tlenku węgla (IV) a wydajność w pracy oraz efektywność przyswajania wiedzy

Do głównych źródeł zanieczyszczeń gazowych w biurach i innych budynkach użyteczności publicznej (np. szkoły, banki, sklepy spożywcze) należą przebywający w nich ludzie. Wysokie stężenia tlenku węgla (IV) powodują dyskomfort poprzez poczucie duszności, czego efektem jest spadek koncentracji oraz wydajności pracy. Właśnie dlatego bardzo istotna jest dbałość o stałą wymianę powietrza w pomieszczeniach zamkniętych.

Wpływ wysokich stężeń tlenku węgla (IV) na rozwój dzieci

Dwutlenek węgla, będąc cięższym od powietrza, gromadzi się przy podłodze w pomieszczeniach i jest szczególnie niebezpieczny dla niemowląt poruszających się tuż przy poziomie podłogi, gdyż może doprowadzić do niewyjaśnionych zasłabnięć dziecka.

Standardy

Polskie standardy stężeń dwutlenku węgla w pomieszczeniach zamkniętych oraz wpływ na organizm człowieka.

Za próg bezpieczeństwa, podczas 8 godzin w pracy w ciągu dnia przyjmuje się stężenie CO2 równe 5000ppm (0,5%). Jest to jednak próg bezpieczeństwa, a nie komfortu i wpływu na zdrowie człowieka. Narzekanie na jakość powietrza, pojawia się w sytuacji, w której stężenie CO2 przekracza 600-800ppm, a nasilają powyżej 1000ppm. Według różnych standardów międzynarodowych zalecane stężenie CO2 dla bardzo dobrej jakości powietrza to poniżej 600ppm, dla dobrej jakości powietrza jest rzędu 600-1000ppm, a akceptowalne 1000-1400ppm, przy czym stężenie CO2 przekraczające 1000ppm często interpretuje się, jako powód konieczności poprawy wentylacji w budynku.

Stężenia

Wpływ na zdrowie

350-450ppm

„Świeże” powietrze

Poniżej 600ppm

Akceptowalne warunki świeżości powietrza w pomieszczeniach mieszkalno-biurowych.

1000ppm (0,1%)

Górna granica świeżości powietrza wg norm WHO (World Health Organisation), standardów UE oraz standardów PL.

Lotne związki organiczne

Właściwości

Lotne związki organiczne (w skrócie LZO) lub (ang. Volatile Organic Compounds – VOC) należą do grupy związków organicznych charakteryzujących się łatwością w przechodzeniu w postać pary lub gazu oraz niską rozpuszczalnością w wodzie.

Klasyfikacja

Lotne związki organiczne można sklasyfikować ze względu na:

1. Liczbę cząsteczek węgla w wiązaniu

Klasa

Temperatura wrzenia [°C]

Liczba cząsteczek węgla

Przykład

VVOC

< 0 to (50-100)

< C6

Formaldehyd

VOC

(50-100) to (240-260)

C6 to C16

Benzen

SVOC

(240-260) to (380-400)

> C16

Ftalan diizononylu

TVOC

Sumaryczna wielkość

2. Grupy opisanych związków wyróżniających się własnościami chemicznymi oraz fizycznymi

Nazwa

 

Przykłady

Węglowodory

Alifatyczne

alkany, alkeny, alkiny, np. etan, etylen, acetylen, izobutan

Pierścieniowe

cykloalkany

Aromatyczne

BTEX czyli benzen, toluen, etylobenzen i ksyleny

Halogenowe

chlorometan, trichloroetan

Nitrowane

nitrobenzen

Alkohole i fenole

 

metanol, etanol, propanol, butanole, fenol, krezole

Karbonylowe pochodne

 

formaldehyd, acetaldehyd, akroleina, aceton

Kwasy karboksylowe i estry

 

kwas mrówkowy, octowy, masłowy, octan etylu,

maślanmetylu

Heterocykliczne związki organiczne

 

zawierające m.in. azot, tlen, siarkę (np. indol, skatol, pirydyna); większość z nich to tzw. odory

Alifatyczne związki siarki

 

merkaptany

Aminy

Alifatyczne

trietyloamina

Aromatyczne

anilina

Pochodzenie

Lotne związki organiczne nie są emitowane jedynie w przypadku procesu spalania, mogą również występować w produktach używanych na co dzień.

Materiały budowlane i wyposażenie wnętrz

Klej do podłóg, farby, zmywacze, uszczelniacze, materiały polimerowe (wykładziny winylowe, PCV i gumowe), meble i wyroby drewniane zawierające żywice na bazie formaldehydu (płyta wiórowa, sklejka, płyta pilśniowa o średniej gęstości), materiały izolacyjne, tekstylia

Garaże przydomowe (bezpośrednio łączone z domem)

Potencjalne źródło oparów z benzyny z powodu emisji spalin, przechowywane artykuły hobbystyczne (np. kleje)

System ogrzewania i gotowania

Kominki domowe, piece na paliwa stałe (drewno, odpady rolne, węgiel), techniki gotowania (opalanie mięsa, smażenie na głębokim tłuszczu)

Produkty konsumenckie

Chemia domowa (detergenty, środki dezynfekujące, zmiękczacze, środki do czyszczenia dywanów), kosmetyki (mydła w płynie, szampony, lakiery do paznokci, zmywacze do paznokci), sprzęt elektroniczny (kserokopiarki), środki owadobójcze (odstraszające komary), artykuły papiernicze

Kadzidła i świece zapachowe

Wykorzystywane w miejscach kultu religijnego

Energetyka, procesy produkcyjne, zanieczyszczenia komunikacyjne, koksownie

Produkty niepełnego spalania paliw stałych, biomasy i biopaliw

Wpływ na zdrowie

Lotne związki organiczne biorą udział w wielu reakcjach fotochemicznych, w których powstają szkodliwe, a nawet toksyczne produkty. Mogą wywoływać poważne skutki zdrowotne, gdyż wiele z nich wykazuje właściwości mutagenne, kancerogenne lub neurotoksyczne.

Ze względu na bardzo zróżnicowane właściwości lotnych związków organicznych ciężko jest w sposób zwięzły opisać ich wpływ na ludzkie zdrowie. Zdecydowana większość z nich doprowadza do podrażnienia błon śluzowych oraz dróg oddechowych. Do skutków długotrwałej ekspozycji na lotne LZO można zaliczyć m.in.: uszkodzenie płuc, obrzęk krtani, zawroty głowy, uszkodzenie układu nerwowego, uszkodzenie płodu (w przypadku ciąży), utratę przytomności, a nawet zmiany nowotworowe.

Standardy

Nazwa

Standardy WHO

Standardy UE

Standardy PL

Benzen

Niemożliwy do określenia konkretny poziom szkodliwy dla ochrony zdrowia

5µg/m3 – średnia roczna

30 µg/m3 – 1h

5µg/m3 – średnia roczna

Formaldehyd

0,1mg/m3 – 30min

Brak danych

50µg/m3 – średnia 1h

4µg/m3 – średnia roczna

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA)

Nie można określić progu narażenia ludzi na stężenia WWA, wszelkie ekspozycje są szkodliwe

1 ng/m3 – średnia roczna

1000µg/m3 – 1h

43 µg/m3 – średnia roczna

Trichloroetylen

Brak danych

Brak danych

400µg/m3 – 1h

60µg/m3 – średnia roczna

Tetrachloroetylen

0,25 mg/m3 – średnia roczna

Brak danych

600µg/m3 – 1h

70µg/m3 – średnia roczna

Poziom

Komentarz

TVOC [mg/m3]

TVOC [ppm]

Na zewnątrz

Nieakceptowalny

> 3.0

> 0.61

4

Tylko czasowa ekspozycja

1.0 – 3.0

0.20 – 0.61

3

Niegroźny

0.5 – 1.0

0.10 – 0.20

1

Poziom docelowy

> 0.25

0 – 0.05

Pyły zawieszone

Właściwości

Pyłem zawieszonym określone są cząstki stałe różniące się pod względem rodzaju, wielkości czy składu chemicznego, uzależnionego od źródeł ich emisji. Powstają we wszystkich procesach technologicznych, wskutek erozji gleby czy wszędzie tam gdzie występuje tarcie. Na utrzymanie się i przemieszczanie pyłów w powietrzu, jak i przechodzenie w stan zawieszony, ogromny wpływ mają warunki pogodowe, takie jak: prędkość i kierunek wiatru, temperatura czy wilgotność powietrza.

Klasyfikacja

Istnieje wiele sposobów klasyfikacji cząstek stałych w zależności od:

1. Sposobu ich zachowywania się w powietrzu

  • pył opadający – charakteryzuje się bardzo grubymi cząstkami o średnicy większej niż 10μm;
  • pył zawieszony – frakcje o średnicy od 2,5μm do 10μm, charakteryzujący się zdolnością do utrzymywania się w atmosferze oraz do przenoszenia na duże odległości, nie tylko w obrębie jednego państwa.

2. Składu chemicznego i wielkości ziaren

  • cząstki grube (PM10) – o średnicy większej od 2,5μm, a mniejszej lub równej 10μm;
  • cząstki drobne (PM5) – o średnicy większej od 0,1μm, a mniejszej lub równej 2,5μm;
  • cząstki bardzo drobne (PM1) – o średnicy mniejszej lub równej 0,1μm;
  • Całkowity pył zawieszony (ang. Total Suspended Particles).

3. Źródła ich pochodzenia w powietrzu

  • pyły pierwotne – emitowane bezpośrednio do atmosfery
    • naturalne – związane z występowaniem klęsk żywiołowych takich jak: wybuchy wulkanów, pożary lasów itp.;
    • antropogeniczne – związane z działalnością człowieka w procesach produkcyjnych, procesach spalania paliw, przemyśle energetycznym, wydobywczym, metalurgicznym, chemicznym, budowlanym.
  • pyły wtórne – powstające w wyniku reakcji chemicznych związków w atmosferze.

 

Schemat powstawania pyłu wtórnego

Pochodzenie zanieczyszczeń

Nazwa

Źródło

Substancje

Pyły grube

PM10

PM2.5

Transport drogowy (źródła mobilne)

Silniki

Sadza oraz zaadsorbowane na niej związki organiczne i nieorganiczne (spalanie zwłaszcza Diesla)

Układy trące hamulców i sprzęgieł

Metale, w tym ciężkie i związki organiczne

Ogumienie kół

Guma, związki organiczne i metale

Inne części pojazdów

Metale

Nawierzchnia jezdni

Związki organiczne i nieorganiczne

Wzniecany pył

Np. ditlenek krzemu

Zanieczyszczenia komunikacyjne

Produkty niepełnego spalania paliw stałych, biomasy i biopaliw

WWA

Energetyka zawodowa (elektrownie parowe i elektrociepłownie)

Energetyka przemysłowa

Technologie przemysłowe

Koksownie węgla

Bateria koksownicza (piecownia)

Sektor bytowo-komunalny (źródła stacjonarne)

Kotłownie lokalne (ogrzewanie pomieszczeń), paleniska domowe, warsztaty rzemieślnicze, rolnictwo

 

Inne źródła przemysłowe

Przemysł materiałów budowlanych

 

Przemysł metalurgiczny (cięcie, szlifowanie)

 

Pyły drobne

PM1

Procesy chemiczne

Lakierowanie, polerowanie powierzchni

 

Wpływ na zdrowie

Według przeprowadzonych badań nie jest możliwe jednoznaczne określenie wpływu pyłów zawieszonych na zdrowie ze względu na różnorodność substancji, które wchodzą w jego skład.

Francje drobne (np. PM2.5) od cząstek grubych różnią się wolniejszym osadzaniem, dłuższym przebywaniem w stanie zawieszonym oraz są uznawane za szczególnie niebezpieczne dla człowieka, ze względu na ich osadzanie się w układzie oddechowym. Mniejsze cząstki (PM1) mają zdolność bezpośredniego wnikania do pęcherzyków płucnych, skąd transportowane są do krwioobiegu.

W przypadku osadzania się pyłów zawieszonych w układzie oddechowym człowieka można wyróżnić frakcje:

  • wdychaną – absorbowaną przez nos i usta;
  • tchawiczną – wnikająco poza krtań;
  • respiracyjną – wnikającą aż do pęcherzyków płucnych.

Skutki ekspozycji na pyły zawieszone możemy podzielić ze względu na długość narażenia człowieka na zanieczyszczenia:

  1. długotrwałe narażenie – wiążą się z przewlekłymi skutkami takimi jak zapalenia oskrzeli, pogorszeniem czynności płuc, a nawet śmiertelnością;
  2. krótkookresowe narażenie – szczególnie na wysokie stężenia może prowadzić do gwałtowną i ostrą reakcję organizmu najbardziej wrażliwych grup społeczeństwa.

 

Standardy

Nazwa

Standardy WHO

Standardy UE

Standardy PL

PM1

Brak danych

Brak danych

Brak danych

PM2.5

10 μg/m3 – średnia roczna

25µg/m3 – średnia roczna

25µg/m3 – średnia roczna

25 μg/m3 – 24h

  

PM10

20 μg/m3 – średnia roczna

40µg/m3 – średnia roczna

40µg/m3 – średnia roczna

50 μg/m3 – 24h

50µg/m3 – 24h

50µg/m3 – 24h

de_DEGerman