Poluarea aerului - surse de poluare

Poluarea aerului - surse de poluare

Omul consuma zilnic cca 15,5 kg aer (12m³), de 10 ori mai mult fata de consumul de alimente. In schimb, omul nu poate trai mai mult de 3 minute fara aer, a carei calitate conditioneaza sanatatea sa. Prezenta altor substante impurificatoare in concentratie sub 1%, presupune deja poluarea aerului.

Poluarea atmosferei se defineste ca: prezenta in atmosfera a unor substante care in functie de natura, concentratie si timp de actiune afecteaza sanatatea, genereaza disconfort si/sau altereaza mediul. Putem considera poluanti atat unii dintre constituentii normali ai aerului in cazul in care se gasesc in alte concentratii decat cele normale cat si alte substante in afara constituentilor normali ai aerului. CO₂, care in proportie de 0,03% este un constituent normal al aerului, poate deveni poluant cand ajunge la concentratii mai mari (efectul de sera), afectand sanatatea mediului.

Din acest punct de vedere Organizatia Mondiala a Sanatatii OMS) defineste poluarea aerului ca fiind determinata de prezenta unei substante straine de compozitia sa normala sau variatia importanta a proportiilor componentilor sai si care pot avea, tinand cont de cunostintele stiintifice actuale, efecte nocive sau pot produce direct sau indirect alterarea sanatatii omului.

Poluarea poate fi simpla cand este cauzata de un singur poluant sau complexa, intalnita in mod frecvent in jurul marilor platforme industriale sau in zone urbane aglomerate si cu circulatie intensa de autovehicule.

Din punct de vedere al naturii poluantilor se distinge:

poluarea chimica, datorata diversitatii substantelor chimice emise in atmosfera

(industria, transporturile, agricultura etc.);

poluarea fizica in care factorii poluanti sunt radioactivitatea, radiatiile calorice si ultraviolete, zgomotul, vibratiile;

poluarea biologica, datorata germenilor patogeni care pot fi raspanditi de om si animale.

Poluarea de fond a atmosferei este poluarea existenta in zonele in care nu se manifesta direct influenta surselor de poluare.

Evaluarea poluantilor se face in cm³poluant/m³aer ( 1 000 000 cm³), in conditii normale( Nm³), ceea ce inseamna volume per milion ( V.p.m.). Pentru cantitatile mai mici de poluanti se mai utilizeaza: volume per bilion ( V.p.b.) sau volume per trilion ( V.p.t.). Pentru compararea toxicitatii substantelor poluante, se recomanda ca exprimarea concentratiei acestor substante in aer sa se faca si in mg/Nm³

Nivelul de poluare reprezinta concentratia poluantilor in aer, intr-un punct sau intr-o zona, determinata prin masuratori sistematice in raport cu anumiti factori, cum sunt riscul pentru sanatate, poluarea de fond, concentratia maxima admisa etc.

Concentratia maxima admisa ( C.M.A.) este concentratia cea mai mare de poluant, conform legislatiei, pentru anumite zone si intervale de timp, care nu au efecte nocive asupra organismelor vii sau asupra mediului.

Pragul de actiune este concentratia minima a unui poluant in aer, la care apar primele efecte decelabile asupra omului sau asupra mediului.

Toxicitatea unei substante depinde de concentratie (c) si de timpul de expunere (t), deci de doza (W), W = c t.

Zona poluata este o anumita arie din mediu, in care prin masuratori, s-au determinat concentratii ale poluantilor ce depasesc C.M.A.

Sursele de poluare pot fi :

surse naturale ;

surse antropice (artificiale).

a) Sursele naturale mai importante sunt: vulcanii, actiunea de erodare a solului de catre vanturi si transportul particulelor de pe suprafata solului la mari distante, incendiile spontane ale padurilor, descompunerea naturala a materiilor organice etc.

Vulcanii, cu toate ca in timpul eruptiilor arunca in atmosfera mari cantitati de pulberi, monoxidul si bioxidul de carbon, dioxid de sulf si oxizi de azot, nu pun probleme deosebite de poluare decat in zonele apropiate, care in general sunt putin populate.

Pulberile rezultate din erodarea solului de catre vant si transportul lor la mari distante pot produce in unele zone o poluare masiva a atmosferei, este diminuata radiatia solara, iar vizibilitatea se poate reduce cu 50-60 %. Asemenea fenomene sunt mai frecvente in Asia si Africa.

Descompunerea naturala a materiilor organice, cu toate ca volumul poluantilor emisi poate fi foarte mare, nu ridica probleme de poluare deoarece acestea sunt repartizate uniform pe glob. Se estimeaza ca prin actiunea anumitor bacterii asupra compusilor organici naturali care contin azot si prin descarcarile electrice naturale se produce de zece ori mai mult monoxid de azot decat produc toate sursele industriale, contribuind la poluarea de fond a atmosferei.

Incendiile padurilor, care apar in diverse zone in anotimpul secetos, polueaza atmosfera cu mari cantitati de CO₂, fum, hidrocarburi, cenusa etc. Se apreciaza ca incendiile spontane ale savanelor si padurilor din zonele temperate emit anual in atmosfera peste 34 milioane de tone de cenusa si fum si aproximativ 340.000 tone de hidrocarburi.

b) Principalele surse de poluare a aerului sunt insa cele antropice sau tehnologice, care se pot clasifica dupa importanta lor, in procese de combustie in instalatii fixe, transporturile si procesele industriale diverse.

Procesele de combustie in instalatii fixe au loc ca urmare a functionarii electro si termocentralelor, care functioneaza pe baza de carbune, petrol sau gaze naturale, prin arderea carora se formeaza mari cantitati de poluanti. Un combustibil ideal n-ar trebui sa produca prin ardere decat dioxid de carbon si apa sub forma de vapori dar, practic nu exista un asemenea combustibil sau nu pot fi indeplinite conditiile tehnologice care sa duca la asemenea rezultate. Chiar la arderea gazelor naturale care contin in cea mai mare parte metan se elimina in atmosfera oxizi de azot si in functie de conditiile de ardere, oxid de carbon, aldehide, acizi organici si uneori hidrocarburi aromatice si funingine. Utilizarea gazelor naturale in producerea energiei se rastrange pe plan mondial pentru ca acestea au devenit o materie prima valoroasa pentru industria chimica.

Arderea carbunelui si petrolului sunt raspunzatoare de cele mai mari cantitati de poluanti emise in atmosfera. In cazul carbunelui acesti poluanti pot fi pulberi sau gaze ca dioxid de azot, COx, SO₂, aldehide si acizi diversi. Pulberile provin de regula din componenta minerala a combustibilului - carbune sau petrol - care se transforma in procesul de ardere in oxizi, carbonati sau sulfati. Dioxidul de sulf este considerat poluantul major eliminat de instalatiile de ardere a combustibililor fosili. Carbunele si petrolul contin cantitati importante de sulf (carbunii intre 1 si 3%, iar petrolul pana la 5%) sub forma anorganica, de obicei sulfati, sau sub forma organica. In procesul de ardere a combustibililor fosili, prin oxidarea incompleta a hidrocarburilor se formeaza aldehide si acizi organici. La arderea carbunilor se formeaza de exemplu pana la 2,5 g aldehide (exprimate in formaldehida) pe tona de carbune. In general, aparitia acestor poluanti in cantitati apreciabile este legata ca si in cazul monoxidului de carbon de conducerea procesului de ardere, fapt pentru care sursele de poluare cele mai importante sunt combustiile in instalatii locale sau casnice.

Un alt grup de poluanti dependent de asemenea de conditiile de ardere este reprezentat de hidrocarburile nearse sau hidrocarburile aromatice policiclice care pot lua nastere in procesul de distilare - piroliza - ce se petrece in cazul insuficientei oxigenului. Se produc astfel benzo (alfa) piren, piren, fenantren, crizen si altele care se adsorb pe particulele de carbune nears sau pe particulele de funingine si sunt transportate la mari distante.

Funinginea se formeaza de asemenea in conditiile unor cantitati insuficiente de oxigen din combustibilul volatilizat si nears. Este emisa ca particule cu dimensiuni submicronice care in atmosfera se coaguleaza si formeaza agregate care in final se sedimenteaza.

Metanul este un combustibil superior, care prin combustie elimina numai CO₂ si urme de CO.

Transporturile terestre, maritime si aeriene a dus la o crestere accentuata a poluarii aerului. Volumul poluantilor emisi in atmosfera de mijloacele de transport se situeaza imediat dupa cel al combustiilor din surse fixe dar, tinand seama de faptul ca mijloacele rutiere de transport elimina poluantii la nivelul solului, riscul pentru sanatate al acestui tip de poluare, in special in zonele intens populate, este mult mai crescut.

Poluantii emisi, fiind vorba de instalatii mobile de ardere, sunt in general cei specifici arderilor: COx, NO_x, pulberi, funingine, hidrocarburi nearse si produsi de oxidare ai acestora (aldehide si acizi organici) dar si Pb.

Oxidul de carbon rezulta ca urmare a arderii combustibilului intr-o cantitate limitata - insuficienta - de aer. Gazele de esapament contin in medie 4% oxid de carbon in cazul motoarelor cu benzina si numai 0,1% in cazul motoarelor Diesel.

Oxizii de azot se formeaza prin sinteza directa, la temperatura ridicata din camera de ardere, din azotul si oxigenul din aerul din camera de combustie iar gazele de esapament contin in medie 0,06% monoxid de azot la motoarele cu benzina si 0,04% la cele Diesel.

Hidrocarburile nearse din cauza insuficientei oxigenului sau a timpului scurt de stationare in camera de ardere sunt eliminate in atmosfera inaintea inceperii unui nou ciclu; gazele de esapament contin in medie 0,5 % hidrocarburi nearse la motoarele cu benzina si numai 0,02 % la cele Diesel.

Pb este un poluant specific motoarelor cu benzina deoarece acesteia spre a i se imbunatati cifra octanica i se adauga cca 0,5 g/litru tetraetil de plumb. In urma arderii este eliminat Pb, odata cu gazele de esapament, sub forma de halogenuri de plumb. Se apreciaza ca 70-80 % din Pb introdus in benzina se elimina in atmosfera sub forma de aerosoli, in timp ce restul ramane in camera de combustie, in teava de esapament si in filtrul de ulei, de unde nu se elimina decat prin spalarea motorului. Cantitatile de plumb emise in atmosfera sunt foarte mari.

In timpul arderii o parte din hidrocarburi sunt oxidate partial si eliminate ca aldehide, acizi organici sau radicali liberi ai hidrocarburilor, impreuna cu monoxidul de azot si in anumite conditii atmosferice duc la formarea in atmosfera a unor poluanti secundari - peroxiacetilnitratii ( PAN) - deosebit de iritanti.

In afara de poluantii emisi prin tevile de esapament, autovehiculele care functioneaza cu benzina polueaza atmosfera si prin evaporarea combustibilului care se realizeaza atat in rezervor prin vehicularea benzinei cat mai ales dupa oprirea motorului pana la racire. In acest proces de evaporare un rol important il are poluarea cu tetraetil de plumb care are o nocivitate mai mare decat plumbul sub forma de aerosoli.

Un caz special de poluare datorat mijloacelor de transport il reprezinta transporturile aeriene. In general poluarea produsa de acestea nu afecteaza direct sanatatea dar poluantii emisi in cantitati mari pot modifica echilibrul din atmosfera.. Inaltimea la care zboara supersonicele si cantitatile mari de combustibil consumat, deci si cantitatile de poluanti emisi nu pot ramane fara urmari in viitor. Vaporii de apa si dioxidul de carbon aruncati in atmosfera pot modifica balanta termica si pot influenta transparenta. In acelasi timp vaporii de apa si oxizii de azot reprezinta un pericol pentru stratul de ozon care se gaseste in straturile inalte ale atmosferei si care protejeaza viata fata de actiunea nociva a radiatiilor ultraviolete cu lungime de unda mica. Dublarea umiditatii aerului in stratosfera reduce cu 1% concentratia de ozon iar dublarea cantitatii de oxizi de azot pot provoca o reducere de 18% a concentratiei ozonului.

Procesele industriale cu diversitatea de poluanti pe care-i arunca in bazinul aerian, din punct de vedere al volumului emisiilor se situeaza pe locul al treilea, poluarea produsa de aceasta fiind limitata la zone restranse. Cu toate acestea in unele orase sau zone puternic industrializate acest tip de poluare poate ridica probleme foarte serioase pentru confortul si sanatatea populatiei. Poluarea produsa de industrie poate fi analizata in functie de natura poluantilor emisi sau in functie de profilul industriei.

Rafinarea petrolului. Petrolul brut fiind un amestec de hidrocarburi cu mici cantitati de sulf, oxigen, azot si alte elemente, pentru obtinerea gamei largi de produse necesare este supus unor prelucrari: distilare, cracare, tratare chimica, desulfurare etc. In cursul acestor operatii de rafinare se pot elimina in atmosfera diversi poluanti ca oxizi ai sulfului, hidrocarburi, oxizi ai azotului, pulberi funigene, oxid de carbon, aldehide, amoniac. Pe faze de prelucrare poluantii emisi sunt:

la depozitare si manipulare, in functie de volatilitatea produselor si temperatura ambianta, se pot degaja vapori ai hidrocarburilor respective;

la regenerarea cristalizatorilor, operatie in care cocsul format pe suprafata acestora in timpul cracarii catalitice si hidrogenarii este indepartat, se poate polua atmosfera cu pulberi, hidrocarburi diverse, CO, NO₂ si SO₂;

la operatiile de distilare si cracare se elimina dioxid de sulf (din sulful continut in petrol) oxizi de azot, pulberi si mici cantitati de hidrocarburi si acizi organici;

faclele in care se ard gazele reziduale si hidrogenul sulfurat polueaza atmosfera cu funingine si dioxid de sulf;

intr-o serie de operatii de incarcare si descarcare a produselor sau la separarea apelor reziduale, se pot produce scurgeri de hidrocarburi, care se volatilizeaza, in timp ce unele dispozitive din instalatii cum sunt valvele conductelor, pompele, compresoarele, din cauza presiunii, temperaturii ridicate sau a coroziunii, produc pierderi de hidrocarburi in atmosfera.

Industria cimentului. Fabricile de ciment de regula polueaza intens atmosfera cu pulberi. Materiile prime, calcarul, marna si argila sunt concasate, macinate si apoi prin incalzire la temperatura ridicata transformate in clincher din care, in final, prin macinare se obtine cimentul. Se cunosc doua procedee de fabricare a cimentului, procedeul uscat in care materiile prime sunt introduse in cuptoarele rotative de ardere (de transformare in clincher) sub forma uscata si procedeul umed in care amestecul de materii prime este introdus in cuptoarele rotative de ardere in stare umeda sub forma unei suspensii. Pentru obtinerea cimentului, clincherul este macinat in mori cu bile pana se obtine o pulbere in care particulele au diametrul de cca 50 μm. Emisiile cele mai mari de pulberi le dau cuptoarele rotative iar pe ansamblu, fabricile care aplica procedeul uscat. In cazul utilizarii petrolului drept combustibil se emit si mari cantitati de SO₂.

Deoarece majoritatea fabricilor de ciment produc si azbociment sub forma de placi sau tuburi si cum 2/3 din productia de azbest este utilizata la obtinerea produselor de azbociment, poluarea atmosferei cu azbest ridica, pentru zonele respective probleme deosebite.

Industria sticlei si ceramicei. Materiile prime sunt silicatii, carbonatii iar in cazul sticlei dioxidul de siliciu (cuart), iar principalii poluanti sunt pulberile.

In cazul fabricarii sticlei, pentru a obtine sticla incolora nisipul se spala cu acid clorhidric pentru indepartarea urmelor de fier care coloreaza sticla in verde. La uscarea nisipului dupa spalare se elimina in atmosfera acid clorhidric. Pentru obtinerea sticlei de buna calitate, sticla pentru oglinzi sau geamuri clare, in amestecul agregatelor se adauga anhidrida arsenioasa in proportie de 1%_o care in final se elimina pe cos sub forma de aerosoli iar pentru obtinerea sticlei cristal, sticlei optice sau sticlei pentru baloanele becurilor electrice, amestecului i se adauga litarga (PbO) in proportie de pana la 30 %, pe cos putandu-se elimina cantitati de plumb sub forma de aerosoli.

Metalurgia feroasa, siderurgia polueaza atmosfera cu mari cantitati de poluanti ca: pulberi, dioxid de sulf, oxid de carbon, funingine, gudroane, fenoli si altele. Principalele faze generatoare de poluanti sunt:

- prepararea minereului, unde pentru indepartarea unor impuritati si pentru obtinerea de aglomerate cu un continut mai mare de metal, minereul este ars in anumite conditii. In acest proces se degaja praf si dioxid de sulf provenit din sulfurile metalice;

- prepararea cocsului - operatie ce are loc in cocserii. In scopul elimin[rii unor impuritati din carbune acesta este ars in anumite conditii si apoi stins cu apa. In cursul acestor operatii se degaja in atmosfera particule de carbune, cenusa, funingine, gudroane, dioxid de sulf, hidrogen sulfurat, oxid de carbon si fenoli.

- prepararea fontei este operatia in care minereul este redus la metal. In cursul acestei operatii se elimina in atmosfera mari cantitati de pulberi cu compozitie diversa: SiO₂,Al₁₂O₃,CaO, K₂O,Na₂O, ZnO precum si oxid de carbon si dioxid de sulf.

- la obtinerea otelului se degaja pulberi rosii de Fe₂O₃ care fiind foarte fine sunt greu de retinut in dispozitivele de recuperare, dioxid de sulf, precum si oxid de mangan. Pentru dezoxidarea otelului precum si pentru obtinerea otelurilor manganoase se adauga feromangan.

Metalurgia neferoasa. Poluarea produsa de metalurgia neferoasa este deosebit de importanta deoarece topirea minereurilor se face la temperaturi ridicate, eliminandu-se aerosolii metalelor respective, care in general sunt toxici, iar minereurile care sunt bogate in sulfuri si degaja mari cantitati de dioxid de sulf.

Emisiile de poluanti au loc in primul rand la obtinerea concentratelor de minereuri, cand se degaja mari cantitati de pulberi si dioxid de sulf si in al doilea rand la operatiile de topire si rafinare.

La topirea cuprului se degaja aerosoli solizi cu un continut de pana la 15% Cu, 50% Fe, 4 % As si cantitati mici de Pb, Sb, Bi, Cd, P, Hg si Zn. La rafinarea cuprului prin electroliza deosebit de periculos poate sa fie hidrogenul arseniat care se poate forma in mediul acid al baii, din urmele de arsen ramase in cuprul brut.

In metalurgia plumbului, pulberile eliminate in atmosfera pot contine pana la 14% Pb iar la metalurgia zincului in afara de fumuri de zinc (ZnO) se elimina si plumb (pulberile eliminate contin intre 25 si 50 % Pb).

Cu toate ca majoritatea aerosolilor de metale neferoase sunt toxici, cei mai periculosi raman aerosolii de plumb care pot fi raspanditi la mari distante.

Emisiile de SO₂ sunt mult mai mari decat cele de la operatiile de obtinere a fierului. Aceasta se explica prin faptul ca in cazul metalurgiei feroase sulful era continut in carbunele cocsificabil si numai ca urme nedorite in minereu, pe cand in cazul metalelor neferoase minereurile sunt sulfuri.

In cadrul metalurgiei neferoase, un loc deosebit il detine industria aluminiului. Minereul de baza este bauxita (cu un continut de 30-70 % Al₂O₃ ) din care se prepara alumina - materia prima pentru obtinerea aluminiului. Aluminiul se obtine prin electroliza aluminei, dar deoarece aceasta se topeste la o temperatura foarte ridicata, i se adauga criolit (contine F), care coboara punctul de topire la cca 1000 ^o C si permite separarea electrolitica a aluminiului din masa topita de Al₂O₃. Prezenta criolitului determina degajarea fluorului si deci poluarea atmosferei cu acid fluorhidric si floruri sub forma de aerosoli.

Industria chimica organica are la baza industria acizilor sulfuric, clorhidric si azotic. Poluantii sunt de regula acizii respectivi sub forma de gaz sau aerosoli si alti poluanti rezultati din procesele tehnologice.

- La fabricile de acid sulfuric se degaja, in functie de procedeul de obtinere, dioxid si trioxid de sulf alaturi de aerosoli de acid sulfuric. Acidul sulfuric are o larga intrebuintare in industrie, cele mai mari cantitati fiind consumate de industria ingrasamintelor fosfatice. Superfosfatii se obtin prin tratarea minereurilor fosfatice cu acid sulfuric, de unde rezulta ca produsi secundari o serie de substante care pot polua atmosfera: HF, Si F₄, CO₂, SO₂, HCl.

- H₂SO₄ reprezinta materia prima pentru prepararea HF; fluorina (CaF₂) contine ca impuritati Si sau S, alaturi de HF se formeaza acid silicoflorhidric - H₂SiF₄, SO₂ si H₂S.

- La fabricarea HCl, in functie de metoda utilizata, se poate impurifica atmosfera cu Cl si HCl. Industria clorului pune probleme deosebite de poluare a aerului cu clor de lichefiere, la umplerea recipientilor sau cisternelor si la curatirea lor. Avand o larga utilizare in industria chimica, la fabricarea compusilor organici clorurati - triclor si percloretilena, clorura de metilen, tetraclorura de carbon - in industria maselor plastice, la fabricarea clorurii de vinil si de viniliden, la fabricarea pesticidelor clorate, in industria celulozei si hartiei, in industria textila, posibilitatile de poluare a aerului sunt multiple.

- HNO₃ are de asemenea o larga utilizare in industrie dar cele mai mari cantitati sunt folosite la fabricarea ingrasamintelor azotoase. HNO₃ se obtine prin oxidarea catalitica a amoniacului, avand ca produsi intermediari NOx care apoi sunt transformati in acid azotic. O parte din oxizi fiind absorbiti se elimina in atmosfera. Eliminarile acestor acizi sunt de obicei masive, iar in concentratii de 0,13-0,19 % in volume se recunosc dupa culoarea brun roscata pe care o au gazele evacuate.

Industria celulozei si hartiei impurifica atmosfera cu poluanti care in primul rand creeaza disconfort. Astfel, la fabricarea celulozei prin procedeul sulfat, in care lemnul se fierbe cu o solutie de sulfura, hidroxid si carbonat de sodiu la care se adauga mici cantitati de sulfit si de sulfat de sodiu, gruparile metoxi se scindeaza si se transforma in metilmercaptan- CH₃SH si dimetilsulfura - CH₃SCH_3, foarte toxice si cu un miros dezagreabil, care se degaja impreuna cu H₂S rezultat din sulfuri.

Industria este foarte diversa si posibilitatile de poluare a atmosferei de catre industrie sunt multiple insa de regula, se intreprind masuri pentru retinerea sau neutralizarea poluantilor.