Chemie životního prostředí: Holoubek a znečištění ovzduší

Skripta s názvem „Chemie životního prostředí - úvod do chemie atmosféry, hydrosféry a geosféry jsou primárně určena studentům bakalářského předmětu Chemie životního prostředí, který se na VŠCHT Praha vyučuje téměř deset let. Náplní předmětu je studium zdrojů, reakcí, transportu, účinku a osudu významných chemických látek ve vodě, půdě a atmosféře.

Text odborně posoudil prof. RNDr.

Oxidy síry jako znečišťující látky ovzduší

Do této skupiny látek patří oxid siřičitý (SO₂) a oxid sírový (SO₃). Oxid siřičitý je bezbarvý štiplavý plyn s teplotou varu -10,2 °C. Je nehořlavý a rozpouští se ve vodě za vzniku kyselého roztoku, přičemž jeho rozpustnost je silně závislá na teplotě: při 20 °C činí 113 g.l^-1, zatímco při 0 °C již 228 g.l^-1. Oxid sírový je meziproduktem při výrobě kyseliny sírové a jedná se o tuhou nebo kapalnou látku dobře rozpustnou ve vodě za vzniku kyseliny sírové.

Jednou z významných vlastností oxidu siřičitého je schopnost působit jako redukční činidlo. Proto je využíván v mnoha aplikacích, jako je například bělení nebo ochrana dřeva. V potravinářství je využíváno oxidu siřičitého jako konzervačního prostředku v alkoholických nápojích a sušeném ovoci. Primárním místem výskytu oxidu siřičitého je ale průmysl výroby kyseliny sírové, kde je využíván ve velkých množstvích. Kapalný oxid siřičitý byl v minulosti využíván k rafinaci ropných produktů.

Zdroje emisí oxidů síry

U oxidů síry můžeme zmínit několik zdrojů emisí. Jedním je spalování paliv obsahujících síru, dále jsou to úniky z průmyslu a pak také zdroje neantropogenního charakteru. Antropogenní zdroje emisí můžeme shrnout následovně:

Čtěte také: Základní pojmy environmentální chemie

Dnešní společnost spotřebovává velká množství paliv v mnoha různorodých aplikacích, jako jsou například: výroba elektrické energie, výroba tepelné energie, rafinerie ropy, dopravní prostředky nebo zpracování kovů. Ve všech těchto zařízeních může při spalování paliv obsahujících síru docházet k její oxidaci na SO_x a následnému úniku do ovzduší. Při spalování tuhých paliv asi 95 % přítomné síry přechází na SO₂, u kapalných paliv je to prakticky 100 %. Oxid siřičitý je ve spalinách částečně oxidován na SO₃.

V kouřových plynech z elektráren před odsířením dosahuje poměr SO₃/SO₂ 1/40 až 1/80. Mnohdy lze ale použít účinná odsiřovací zařízení či jiné technologie, které mohou u některých zdrojů emise oxidů síry omezit nebo dokonce prakticky zcela zlikvidovat. Hlavní význam mají emise oxidu siřičitého, protože oxidu sírového se ve spalinách běžně nachází jen asi 2 % (z celkového obsahu sloučenin síry). Oxid sírový v ovzduší následně vzniká oxidací oxidu siřičitého.

V průmyslu výroby kyseliny sírové jsou užívána velká množství oxidu siřičitého. Koncentrace oxidu sírového jsou v ovzduší obvykle podstatně menší než koncentrace oxidu siřičitého. Oxid siřičitý může způsobovat širokou škálu negativních dopadů jak na životní prostředí, tak na zdraví člověka.

Dopady oxidů síry na životní prostředí a zdraví

Během určité doby v ovzduší přechází fotochemickou nebo katalytickou reakcí na oxid sírový, který je hydratován vzdušnou vlhkostí na aerosol kyseliny sírové. Rychlost oxidace závisí na povětrnostních podmínkách, teplotě, slunečním svitu, přítomnosti katalyzujících částic atd. Běžně se během jedné hodiny odstraní 0,1 až 2 % přítomného SO₂. Kyselina sírová může reagovat s alkalickými částicemi prašného aerosolu za vzniku síranů. Sírany se postupně usazují na zemský povrch nebo jsou z ovzduší vymývány srážkami. Při nedostatku alkalických částic v ovzduší dochází k okyselení srážkových vod až na pH < 4. Tímto způsobem oxidy síry společně s oxidy dusíku tvoří takzvané kyselé deště.

Ty pak mohou být větrem transportovány na velké vzdálenosti a způsobit značná poškození lesních porostů i průmyslových plodin, uvolňují z půdy kovové ionty, poškozují mikroorganismy, znehodnocují vodu a mohou způsobit úhyn ryb.Oxidy síry byly také podstatnou příčinou vzniku tzv.

Čtěte také: Česká republika a kvalita ovzduší

Oxid siřičitý je smyslovými orgány rozpoznán až při koncentraci 2 až 3 mg.m^-3 (sladká chuť v ústech). Při běžných koncentracích kolem 0,1 mg.m^-3 oxid siřičitý dráždí oči a horní cesty dýchací. Při koncentraci 0,25 mg.m^-3 dochází ke zvýšení respirační nemocnosti u citlivých dospělých i dětí. Koncentrace 0,5 mg.m^-3 vede k vzestupu úmrtnosti u chronicky nemocných lidí. Významně ohroženou skupinou lidí jsou především astmatici, kteří bývají na působení oxidů síry velmi citliví (zúžení průdušek). Chronická expozice negativně ovlivňuje řadu životně důležitých funkcí - krvetvorbu, metabolismus glycidů, poškozují plíce (CHOPN) a srdce.

Při kontaktu s vyššími koncentracemi oxidu siřičitého (SO₂) dochází u exponované osoby zejména k následujícím konkrétním projevům:

• poškození očí;
• poškození dýchacích orgánů (kašlání, ztížení dechu);
• při velmi vysokých koncentracích tvorba tekutiny v plicích (edém).

Opakovaná expozice způsobuje ztrátu čichu, bolesti hlavy, nevolnost a závratě.

Stanovení oxidů síry v ovzduší

Základní představu o emisích oxidů síry (SO_x) si lze udělat z bilance daného průmyslového provozu. U spalovacích procesů může být vodítkem obsah síry v palivu, ze které oxid siřičitý vzniká. Množství unikajících oxidů síry můžeme zjistit i pomocí měření koncentrace ve vzduchu či spalinách a z jeho vypuštěného objemu.

Obsah oxidů síry ve zkoumaném odebraném vzorku (vzniklého prosytím známého množství vzduchu roztokem vhodného činidla) je možné stanovit celou řadou analytických metod. Můžeme uvést například:

Čtěte také: Fotosoutěž: Chemie a Příroda

• spektrofotometrické stanovení;
• stanovení iontovou chromatografií;
• coulometrické stanovení.

Je možné také využít plamenovou emisní spektrometrii, na které jsou založeny i terénní analyzátory celkové síry v ovzduší.

Pro stanovení hmotnostní koncentrace emisí SO₂ je k dispozici řada normovaných postupů:

Pro stanovení oxidu siřičitého lze rovněž využít mobilní přístroje. Služby poskytují komerční laboratoře.

Ohlašovací práh 150 000 kg/rok lze přiblížit následujícím příkladem: v případě hypotetického obsahu oxidu siřičitého ve vzduchu unikajícím z výroby 5 % obj.

Snahy o snižování emisí oxidů síry

Emise oxidů síry (oxidu siřičitého) představují v dnešním průmyslovém světe značný problém. V roce 1980 se bývalé Československo zavázalo snížit emise oxidu siřičitého z tehdejších 2 500 000 tun/rok o 30 % a dále pak dosáhnout v roce 2010 celkového snížení emisí na konečnou hodnotu maximálně 500 000 tun/rok.

RECETOX a výzkum v oblasti životního prostředí

Centrum RECETOX založil před více jak 35 lety prof. Holoubek se zaměřením na výzkumnou a pedagogickou činnost v oblasti životního prostředí. V současné době se RECETOX zabývá výzkumem a výchovou odborníků v oblasti environmentálních a zdravotních rizik souvisejících s chemickými látkami kolem nás.

Výzkumné skupiny centra jsou rozděleny do pěti programů, kterými jsou Environmentální chemie a modelování, Environmentální toxikologie, Environmentální epidemiologie, Chemické nástroje pro diagnostiku a terapii a Proteinové inženýrství. Součástí centra je také výzkumná infrastruktura, kterou tvoří akreditované Laboratoře stopové analýzy, Populační studie, Informační systémy a analýza dat.

„Nové“ znečišťující látky

Jedna z přednášek na hvězdárně se zaměřila na „nové“ znečišťující látky. Jedná se o chemické látky, pro které zatím nejsou žádné limity v Zákonu o ochraně ovzduší, ale jsou regulovány mezinárodními úmluvami, jako je např. Stockholmská úmluva a mnohé další. Další výzvou v této oblasti je vývoj nových vzorkovacích a analytických technik, které nám umožňují tyto nové potencionálně nebezpečné látky měřit a předvídat možná rizika.

Perzistentní organické znečišťující látky

Mimo jiné jsi také hovořil o perzistentních organických znečišťujících látkách. Co se skrývá pod tímto složitějším názvem za chemické látky? Perzistentní látky jsou obecně odolné vůči rozkladu a dlouhodobě setrvávají v životním prostředí. Tyto látky se mohou v prostředí kumulovat i včetně živých organismů, člověka nevyjímaje, a mají také široké spektrum toxických účinků. Díky své odolnosti mohou být tyto látky v prostředí transportovány i na značné vzdálenosti, kde pak, ač na daném místě nebyly nikdy vyráběny nebo používány, dochází k jejich zakoncentrování neboli kumulaci (např.

Existují skupiny látek, jako jsou např. organochlorové pesticidy nebo polychlorované bifenyly, kde díky zákazu používání zejména v 70. a 80. letech minulého století došlo k výraznému poklesu koncentrací těchto polutantů v prostředí. U dalších skupin tzv. nových látek, jako je například skupina současně používané pesticidů, polybromovaných difenyletherů, produktů denní péče nebo perfluorovaných látek, bude vždy záležet na potencionálním zdroji, formě látky a jejího rozšíření, koncentraci a prostředí, případně dalších podmínkách (reliéf krajiny, zastavěnost budovami, meteorologické podmínky apod.), zda bude situace lepší nebo horší. V mnoha případech si můžeme potencionální zatížení chemickými látkami ovlivnit i sami např.

Pasivní vzorkování

V rámci vašich měření používáte také tzv. „pasivní vzorkování“. Pro stanovení průměrné koncentrace škodlivin za delší časové období, zpravidla jeden až tři měsíce, je metoda využívají certifikovanou techniku pasivní vzorkování neocenitelná. Jedná se o zpravidla velmi malé, jednoduché a levné zařízení, které nepotřebuje elektrickou energie, servis, kalibrace nebo vyškolenou obsluhu a které lze umístit praktický kdekoliv i včetně velmi odlehlých a nedostupných míst.

Nevýhodou této pasivní techniky může být menší časové rozlišení, případně nemožnost exaktních stanovení prošlého objemu vzduchu, a tudíž nižší přesnost ve srovnání s konvenční technikou aktivního odběru. Další nevýhodou pasivního měření může být jisté podcenění částicové frakce ovzduší. V ČR lze pasivní vzorkovače použit na místech, která jsou nedostupná, jako doplnění stávající sítě imisního monitoringu anebo pro monitoring ovzduší s velmi omezeným rozpočtem.

Kvalita ovzduší ve vnitřním prostředí

Kromě venkovního ovzduší se zaměřujete také na kvalitu ovzduší uvnitř. Většina dnešní populace tráví ve vnitřním prostoru kanceláří, škol, výrobních případně obchodních zón, dopravních prostředcích a zejména doma nejvíce času. Z tohoto pohledu je velice významné sledovat kvalitu vnitřního prostředí, respektive typy a koncentrace látek, kterou se mohou do toho prostředí uvolňovat.

Zdrojů potencionálně nebezpečných látek ve vnitřním prostředí je mnoho a každý z nás by měl ideálně tyto zdroje eliminovat nebo se snažit používat ochranné prostředky v případě pracovního prostředí anebo minimalizovat dobu strávenou v tomto prostředí apod. Zdroje jsou primárně závislé na tom, v jakém konkrétním vnitřním prostředí se člověk nachází. V případě domácnosti to mohou být samotní lidé, stavební materiály, nábytek, čisticí a dezinfekční přípravky, klimatizace, rekuperace, větrání, vytápění, vaření, kouření, domácí mazlíčci, ochrana rostlin atd.

Pokud je součásti nemovitosti garáž tak tu máme další zdroje jakou jsou: paliva, čalounění, těsnící materiály, spalovací motory, ale i samotné venkovní ovzduší.

Projekty centra RECETOX

V současné době je na našem centru v realizaci více jak 100 nejrůznějších projektů. Pokud bych to měl vztáhnout na Brno nebo případně jihomoravský kraj tak asi nejaktuálnější projekt, na kterém se podílím, je průzkum hladin směsí pesticidů v Evropě v rámci studie CELSPAC - SPECIMEn. Jedná se o projekt Evropské iniciativy pro lidský biomonitoring HBM4EU (Human Biomonitoring for Europe), kde se zabýváme lidskou expozici těmto potenciálně škodlivým chemickým látkám a výzkumem jejich následných vlivů na zdravotní stav v lidské populaci.

Pomocí lidského biomonitoringu jsou měřeny hladiny specifických chemických látek nebo jejich metabolitů v biologických vzorcích získaných od lidí. V rámci ovzduší pracujeme na vývoji nové vzorkovací techniky, její kalibraci a srovnáním s konvenčními metodami měření.

Monitorovací systémy

Monitorovací systémy v ČR a ve světě (Hygienické stanice, Hydrometeorologický ústav, Státní veterinární správa, projekty MŽP, MZe, WHO, získávání informaci, možnosti využití Internetu). Praktické postupy měření a odběru vzorků v terénu.

Aplikovat znalosti o systému monitoringu životního prostředí, monitoringu ovzduší, vod a sedimentů, monitoringu půd a biomonitoringu v ČR.

tags: #chemie #zivotniho #prostredi #holoubek #ovzdusi

Oblíbené příspěvky:

• Pražské dřevěné chodníčky
• Třídění odpadu: Kompletní průvodce
• Spor o Macinku na MŽP
• Definice komunálního odpadu
• Recyklace vozidel: Český pohled