Factorii ce determina poluarea si autopurificarea aerului

Factorii ce determina poluarea si autopurificarea aerului

Poluantii emisi in atmosfera, aflati in concentratii mari la emisie, sunt antrenati de curentii de aer, indepartati de sursa, diluati si supusi unor fenomene fizico-chimice - sedimentare pentru particule si aerosoli, absorbtie pe particulele in suspensie, sau transformari chimice pentru gaze si vapori - care duc la scaderea concentratiei lor, realizandu-se intr-o anumita masura, autopurificarea atmosferei. In aceste conditii persistenta in atmosfera a unor poluanti este relativ mica (Tab. 3.2.)

In afara de deplasarile maselor de aer, care disperseaza poluantii, contactul acestora cu solul si cu suprafata apelor in care se dizolva contribuie intr-o masura apreciabila la fenomenul de autopurificare. Daca procesele de diluare, dizolvare si sedimentare duc intotdeauna la scaderea concentratiei poluantilor din aer, reactiile chimice la care acestia pot participa duc uneori la formarea unor substante noi cu agresivitate crescuta.

Tabelul 3.2. Persistenta in atmosfera a unor poluanti

Procesul de autoepurare nu poate asigura mentinerea calitatii aerului decat in cazul in care cantitatea de poluanti deversati in bazinul aerian nu depaseste o anumita limita.

Atat producerea poluarii cat si autopurificarea, care presupune restabilirea proprietatilor naturale ale aerului, sunt conditionate de o serie de factori, dintre care cei mai importanti sunt: natura si volumul emisiilor, factorii meteorologici, factorii geografici si factorii urbanistici.

a) Natura si volumul emisiilor

Concentratia poluantilor la sol, la nivelul la care se desfasoara viata in general, variaza in functie de starea fizica a acestora: pulberi sau gaze. In cazul pulberilor, concentratiile sunt dependente de dimensiunile acestora, iar in cazul poluantilor gazosi, de densitatea lor. De exempliu, monoxidul de carbon, avand densitatea mica, va difuza mai usor, pe cand clorul (densitatea fata de aer la 0 ⁰C = 3,22), fiind mult mai greu decat aerul, se va acumula la nivelul solului.

Volumul emisiilor joaca de asemenea un rol important, deoarece emisii masive de poluanti ingreuneaza capacitatea de difuziune si duc la cresterea concentratiei lor.

Temperatura poluantilor emisi si mai ales diferenta dintre temperatura lor si temperatura atmosferei ambiante influenteaza difuzia. Daca temperatura poluantului la emisie este apropiata sau egala cu temperatura aerului ambiant, acesta va stagna si se va acumula in jurul sursei, in schimb daca temperatura poluantului la emisie este mai mare decat temperatura mediului ambiant, viteza ascensionala a acestuia va creste.

De asemenea, importanta este viteza de eliminare a poluantilor si inaltimea la care se face eliminarea. Cu cat raportul dintre viteza de iesire a poluantilor si viteza vantului este mai mare, cu atat poluantii se vor ridica mai sus in atmosfera.

Inaltimea cosului are o importanta deosebita in mentinerea, la nivelul solului, a unor concentratii scazute; pentru aceasta inaltimea trebuie sa depaseasca zona de inversie termica care se gaseste de obicei la mica inaltime.

b) Factorii meteorologici

Factorii meteorologici influenteaza in mare masura fenomenul de poluare si procesele de autopurificare. Principalii factori sunt: temperatura aerului, umiditatea si precipitatiile, curentii de aer si iradierea solara.

Temperatura aerului scade cu altitudinea si acest fapt creeaza o instabilitate a aerului pe verticala, mai ales in zilele de vara cand incalzirea rapida a solului de catre soare incalzeste straturile de aer de la suprafata.

In aceste conditii iau nastere puternici curenti ascensionali, care antreneaza poluantii la altitudine. In anumite conditii, in special in noptile senine, se poate intampla ca solul si atmosfera de contact sa se raceasca mai repede decat stratul atmosferic mai ridicat, care ramane cald. O astfel de patura de aer cald actioneaza ca un ecran care se opune difuziei poluantilor - inversie termica ( Fig.3.3.).

Fig. 3.3. Fenomenul de inversie termica

O emisie de aer cald incarcat cu poluanti intalnind in drumul sau ascensional acest ecran, opreste ascensiunea si poluantii sunt blocati sub stratul de inversie termica. Miscarea ascendenta a aerului se opreste deci la nivelul stratului de inversie termica si daca acesta se afla la mica altitudine, in cazul emisiilor importante de poluanti, concentratia acestora poate creste pana la niveluri periculoase. De regula, primele raze ale soarelui distrug inversia si restabilesc circulatia aerului pe verticala, dar, in cazul in care cerul este acoperit, soarele nu mai poate incalzi pamantul si inversia termica poate dura ziua intreaga sau chiar mai multe zile in sir.

Inversia termica poate apare cu regularitate in unele zone cu o pozitie geografica deosebita, ca de exemplu la Los Angeles. Orasul, asezat pe coasta Pacificului este marginit la est de un platou puternic insorit. Inversia se stabileste la altitudinea platoului datorita aerului cald care circula dinspre platou spre mare. In aceasta regiune numarul zilelor cu inversie termica este de aproape 200 pe an. Orasul este cunoscut pentru gradul ridicat de poluare a aerului - asa numita ceata fotochimica, care apare si datorita existentei acestui fenomen, ce impiedica dispersia poluantilor.

Umiditatea aerului impiedica difuzia poluantilor, iar umiditatea crescuta duce la formarea cetei, care de obicei este un fenomen meteorologic favorabil acumularii poluantilor. Intr-o atmosfera cu umiditate crescuta, particulele in suspensie se racesc mai repede decat aerul si devin nuclee de condensare, in jurul carora vaporii de apa din atmosfera se condenseaza chiar daca temperatura nu a atins punctul de roua. Formandu-se in straturile inferioare ale atmosferei, ceata duce pe de o parte la cresterea concentratiei poluansilor, iar pe de alta parte, picaturile de ceata dizolva poluantii solubili si capata proprietati nocive.

Umiditatea atmosferei - picaturile fine de apa - permite dizolvarea unor poluanti, limitand viata lor in atmosfera. Astfel, dioxidul de sulf fiind foarte solubil in apa trece in acid sulfuros

SO₂ + H₂ = H₂SO₃

Acidul sulfuros fiind putin stabil, mai ales in prezenta unor catalizatori (oxizi metalici) frecvent intalniti in zonele poluate, se oxideaza la acid sulfuric, poluant cu ac'iune mult mai nociva decat dioxidul de sulf.

Dioxidul de azot se dizolva de asemenea cu usurinta si formeaza acid azotic si azotos, care cu un exces de dioxid de azot trece in acid azotic si monoxid de azot.

2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂

HNO₂ + NO₂ = HNO₃ + NO

-------- ----- ------ -------

3NO₂ + H₂O = 2 HNO₃ + NO

Aceste fenomene confera picaturilor de apa un caracter acid si efectul binefacator al ploii asupra purificarii atmosferei devine, in zonele intens poluate cu astfel de gaze, daunator pentru vegetatie si sol.

Precipitatiile favorizeaza purificarea atmosferei prin antrenarea si depunerea pe sol a particulelor in suspensie, dar eficacitatea acestei epurari diminueaza cu scaderea dimensiunii particulelor si devine neglijabila pentru particulele cu diametrul egal sau mai mic de 2 m.

Curentii de aer si in special curentii orizontali pot fi considerati ca cei mai importanti factori de dispersie a poluantilor in atmosfera. Dispersia poluantilor incepe de la viteze relativ slabe (2m/sec) ale curentilor de aer si creste direct proportional cu viteza acestora. Obstacolele din calea curentilor de aer, denivelari de teren, cladiri, paduri etc. favorizeaza dispersia poluantilor.

In acelasi timp curentii de aer pot transporta mase importante de poluanti la distante considerabile, poluand zone fara surse de poluare.

Lipsa curentilor de aer - calmul atmosferic - este cea mai nefavorabila conditie meteorologica pentru poluarea aerului, deoarece, pe masura producerii, poluantii se acumuleaza si concentratia lor creste progresiv.

Iradierea solara permite producerea unor reactii fotochimice la care participa unii poluanti si unii constituenti normali ai aerului si din care rezulta compusi noi, cu toxicitate mai mare decat a poluantilor primari.

Un rol important in producerea acestor reactii il au radiatiile ultraviolete. Sub actiunea lor, de exemplu, oxizii de azot reactioneaza cu hidrocarburile si aldehidele eliminate de autovehicule si rezulta o serie de substante noi, ca nitrat de peroxiacetil, ozon, precum si o serie de radicali liberi care participa in continuare la alte reactii. Acest fenomen cunoscut sub numele de "smog oxidant" sau ceata fotochimica a fost observat pentru prima data in 1944 la Los Angeles si este specific zonelor cu circulatie intensa a autovehiculelor, deci eliminari masive de oxizi de azot si hidrocarburi, insorire puternica si posibilitatea aparitiei la o anumita inaltime a unui strat de aer mai cald - inversia termica.

c) Factorii geografici

Factorii geografici fiind in stransa legatura cu factorii meteorologici influenteaza, de asemenea, fenomenul de poluare.

Relieful, influentand conditiile meteorologice, poate favoriza dispersia sau acumularea poluantilor. Astfel, prezenta unei vai sau depresiuni este de regula defavorabila dispersiei poluantilor. Aerul rece, mai dens, se acumuleaza in depresiune si temperatura scazuta determina formarea frecventa a cetei care, dupa cum s-a aratat mai sus, favorizeaza acumularea poluantilor. In plus, in vai pot apare fenomene de inversie termica, creand astfel conditiile stagnarii poluantilor la nivelul surselor de emisie ( Fig. 3.4.). Vaile in care sunt amplasate activitati industriale sunt cunoscute prin frecventa cu care se formeaza smogul. In schimb, un relief plat, permitand circulatia aerului, faciliteaza dispersia poluantilor.

Lacurile contribuie la reducerea poluarii prin posibilitatea de a fixa suspensiile din aer, cat si prin dizolvarea unor poluanti gazosi. De asemenea, marile si oceanele au o importanta deosebita in purificarea atmosferei, prin dizolvarea si fixarea poluantilor.

Fig. 3.4. Asocierea factorilor meteorologici si geografici in mentinerea poluarii la sol

Zonelor de litoral le sunt caracteristici curentii locali - brizele - care ziua, datorita incalzirii mai accentuate a uscatului, circula dinspre mare spre uscat - briza de mare (Fig. 3.5.), iar noaptea, datorita racirii rapide a uscatului, circula dinspre uscat spre mare - briza de uscat (Fig. 3.6.).

Figura 3.5. Briza de mare

Figura 3.6. Briza de uscat

Briza de uscat transporta poluantii deasupra marii unde acestia sunt fixati prin dizolvare si sedimentare. WiIlliston S.H. masurand concentratia mercurului in aerul purtat de brize a stabilit ca deasupra oceanului concentratia este mai mica decat deasupra solului. Astfel, briza marina contine cca 2 mg Hg /m³ aer, in timp ce briza de uscat, provenind din zone industriale, contine intre 8 si 20 mg Hg /m³ aer.

Vegetatia contribuie in mod deosebit la purificarea atmosferei, atat prin fixare de dioxid de carbon si degajare de oxigen, cat si prin umidificarea aerului si influenta acestuia asupra climatului local. In afara de CO₂, zonele verzi si in special padurile, au posibilitatea sa retina si alti poluanti ca SO₂ si in special pulberile. Efectul purificator al vegetatiei este exploatat prin crearea de zone tampon intre industrie si zonele rezidentiale, plantate cu arbori rezistenti poluantilor emisi de industrie. Astfel de zone retin si undele sonore, reducandu-se astfel si poluarea sonora.

d) Factorii urbanistici

Principalele elemente care afecteaza climatul unui oras si de care depinde persistenta poluantilor in aer sunt: caracteristicile regiunii in care este situat orasul, densitatea si inaltimea cladirilor, largimea strazilor, orientarea lor fata de curentii dominanti si suprafata spatiilor verzi intravilane.

Aceste principale elemente, corelate cu numarul si potentialul surselor industriale de poluare, cu numarul autovehiculelor si intensitatea circulatiei si cu modalitatea de incalzire a orasului, pot da o imagine asupra nivelului de poluare.

Temperatura aerului in zonele urbane este mai ridicata decat a zonelor inconjuratoare. Aceasta situatie favorizeaza crearea unor curenti ascendenti care antreneaza poluantii. De asemenea, strazile largi si cladirile inalte permit crearea curentilor de aer care disperseaza poluantii atmosferici din zona respectiva.