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:
- długotrwałe narażenie – wiążą się z przewlekłymi skutkami takimi jak zapalenia oskrzeli, pogorszeniem czynności płuc, a nawet śmiertelnością;
- 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 |
