Emise, složení a škodliviny: Komplexní pohled na znečištění ovzduší

Znečištění ovzduší představuje závažný globální problém s dalekosáhlými dopady na lidské zdraví a životní prostředí. Jedná se o chemicko-fyzikálně-biologický stav v zemské atmosféře vyvolaný přírůstkem znečišťujících látek, na nějž navazují procesy a reakce, které negativně ovlivňují vlastnosti atmosféry.

Zdroje znečištění ovzduší

Mezi nejčastější zdroje znečišťujících látek patří:

• Stacionární zdroje: Velké teplárny a tepelné elektrárny, malé lokální topeniště.
• Mobilní zdroje: Automobilová, železniční a lodní doprava.
• Antropogenní zdroje: Spalování paliv (benzín, uhlí, dřevo, plyn), rafinace ropy, průmyslové areály, vojenské zdroje, nevhodné obdělávání půdy.
• Přírodní zdroje: Uvolňování bioplynu (metanu), sopečná aktivita.

Složení výfukových plynů a jejich škodlivost

Komplexní směsí chemických látek, které unikají ze spalovacích zařízení jako jsou např. spalovací motory automobilů, lodí či letadel, turbíny vozidel či elektráren. Součástí výfukových plynů jsou obvykle vodní pára, plynný dusík, oxid uhličitý. Výfukové plyny se významně podílejí na znečištění ovzduší a obsahují látky postihující převážně dýchací cesty (např. oxidy dusíku, prachové částice), látky s toxickými účinky (např. oxid uhelnatý blokující schopnost hemoglobinu přenášet kyslík) a látky vyvolávající rakovinu (např. Výfukové plyny přestavují významný ekologický problém, neboť se podílejí na vzniku smogu a přízemního ozonu. Vysoký počet všech motorových vozidel, stavebních a jiných strojů v ČR produkuje značné množství použitých motorových olejů (např. v roce 1998 uvádí statistické informace celkovou produkci 68 445 tun odpadních olejů v ČR).

Způsob jejich využití energetickým spalováním má své opodstatnění v jejich vysokém spalném teple (nad 40 MJ /kg-1). Ve větším rozsahu se spalují použité oleje v cementářských rotačních pecích a pod. Nabízí se spalování odpadních motorových olejů na místě jejich výměny z motoru pro účely vytápění budov. Podle platné legislativy je lze provádět ve schválených agregátech k vytápění odpadními oleji. V ČR je v současné době schváleno státními orgány k používání několik desítek typů kotlů na tekutá paliva. Drtivá většina schválených agregátů je určena ke spalování topného oleje "extra lehkého". Ke spalování použitých olejů je schváleno jen několik typů kotlů.

Spalování zde probíhá buď způsobem odpařovacím (pánvovým) s výkony do 0,029 MW nebo v rozprašovacím hořáku s výkonem do 0,195 MW. Z hlediska zákona o ovzduší je agregát jakéhokoliv výkonu, který spaluje odpadní oleje, spalovnou nebezpečného odpadu. Při výkonu menším než 0,2 MW je tento zdroj ve smyslu zákona malým zdrojem znečištění ovzduší. Pro kategorii malých zdrojů nejsou vyhláškou č. 117/97 Sb. limity znečišťujících látek stanoveny. Příslušná směrnice ES předpokládá předpis limitů jen pro spalovny nebezpečného odpadu s výkonem větším než 1 t/hod spalovaného odpadu.

Čtěte také: Vše o emisních normách

Stanovením obsahu persistentních organických znečisťujících látek (POP) a kovů v emisích ze spalování použitých olejů v malých komerčně dostupných agregátech výkonů od 20 do 100 kW se zabývalo několik skupin autorů. Zjištěná data o analýzách emisí polychlorovaných dibenzo-p-dioxinů a dibenzofuranů (PCDD/F), polychlorovaných bifenylů (PCB), a karcinogenních polyaromatických uhlovodíků (PAU) ze spalování použitých olejů jsou velmi různorodá v závislosti na použitém palivu i typu zařízení. ů . Nutno konstatovat, že údajů o toxických látkách v emisích ze spalování použitých olejů bylo v odborné literatuře nalezeno jen velmi málo a údaje se kvantitativně značně liší. V literatuře nebyl nalezen souborný údaj o všech limitovaných toxických složkách emisí změřených u jediného paliva. To byly důvody, pro které jsme přistoupili k vlastnímu měření všech předpisy limitovaných a některých dalších složek emisí ze spalování dostatečně definovaného paliva.

Topné agregáty ke spalování upotřebených minerálních olejů schválené k provozu v ČR pochází m.j. od firmy Kroll v NSR (licence firmy Clean Burn, USA). Jedná se o kotle jak odpařovací, výkonů do 29 kW, tak hořákové v řadě do 195 kW. Dále jsou schváleny v ČR k provozu holandské odpařovací kotle Confoma Thermobile Industries výkonové řady do 44 kW. Pro sledování emisí ze spalování použitých olejů byl zvolen teplovzdušný ohřívač SZ100 s hořákem Kroll KG20100 o výkonu 102 kW, který je užíván k teplovzdušnému vytápění montážní haly opravny kamionů. Funkce hořáku na odpadní motorové oleje vyžaduje vzduch o tlaku 0,8 baru. Potřebná teplota oleje (100 řC) a hladina v nádržce u hořáku jsou automaticky regulovány. Horký olej je pod tlakem v proudu vzduchu nasáván do hořáku, tlakovým vzduchem je v rotující trysce hořáku rozprašován do plamene, naráží na odpařovací štítek a hoří dále v sekundárním vzduchu vháněném ventilátorem.

Hořák se zapaluje jiskrou elektrického výboje a jeho funkce může být regulována automatickým systémem topí/netopí dle žádané teploty ve vytápěném prostoru. K experimentálnímu spalování byla zvolena dvě paliva. Palivo 1 je směs použitých motorových olejů (nejméně 90 %) a převodových olejů převážně z Dieselových motorů, která pochází z velké opravny. Palivo 2 je směs použitých olejů viskositní kvality 15W40 firmy AMV z Dieselových motorů dopravních kamionů. Na přírubách odběrového komínového nástavce na desetimetrovém komíně o průměru 180 mm teplovzdušného kotle SZ 100 s univerzálním olejovým hořákem Kroll byly odebírány vzorky emisí pro stanovení obsahu kyslíku a škodlivin.

Vytápěná odběrová sonda sloužila k zachycení chloridů a fluoridů v emisích do roztoku NaOH. Na druhou přírubu byl připojen vytápěný teflonový svod délky 15 m do přístrojů ke kontinuálnímu stanovení O2 , CO, SO2, NO (NO2 se redukuje katalyticky na NO) a uhlovodíků v měřicím voze. Do třetí příruby byla instalována vytápěná isokinetická sonda s Prandtlovou trubicí napojená na filtračně kondenzační a absorpční aparaturu. Ta se sestává z nosiče se skleněným filtrem ve vytápěném pouzdře, z chladiče ke kondenzaci vody a z dvou promývaček v sérii.

V prvém běhu aparatura zachytí na skleněný filtr tuhé znečišťující látky. V promývačkách s roztokem 0,25 mol HNO3 jsou zachyceny kovy. Ve druhém běhu jsou zachycovány na skleněný filtr i v promývačkách 2-ethoxyethanolem látky POP. Za aparaturou je připojen suchý plynoměr k určení objemu odebraných emisí vysušených vymražením. Objem kondenzátu se změří k určení obsahu vlhkosti ve spalinách. Skleněné filtry, kondenzát a absorbát byly v laboratoři extrahovány a extrakt se analyzoval na látky POP. Obsahy látek, stanovené ve spalinách, byly přepočteny na normální stavové podmínky pro plyn, tj. teplotu 0 oC a normální tlak 101,32 kPa a na vztažný obsah 11 objemových % kyslíku. Koncentrace kyslíku byla průběžně měřena během všech odběrů ostatních složek spalin.

Čtěte také: Více o pamětních emisích

Během měření byl pořízen nepřetržitý záznam obsahu vybraných anorganických plynů (O2, CO, SO2, NOx) a uhlovodíků vyjádřených jako uhlík kontinuálním analyzátorem. Z měření byly vypočteny střední hodnoty. Obsah tuhých znečišťujících látek byl stanoven vážením látek zachycených na filtru. Obsah fluoru a chloru vyjádřených jako HF a HCl byl stanoven odměrnou analýzou ze samostatně odebraných vzorků spalin. Analýzou stanovené obsahy spalitelné síry v použitých olejích odpovídají emisním faktorům SO2. Z porovnání emisních faktorů ve sloupcích 3 a 5 tab. 3 se složením olejových směsí v tab. 2 je zřejmé, že v emisích detekujeme pouze 30 až 80 % toxického kovu nalezeného v palivu. Důvodem je, že určitá část popela z použitých olejů sedimentuje do retardérů ve dvou částech teplovzdušného výměníku a do záchytu spadu na dně komína.

Polychlorované bifenyly (PCB)

Tab. 4 uvádí koncentrace PCB určené v emisích ze spalování použitých olejů. Odstavec "Celková koncentrace PCB" uvádí obsah součtů koncentrací sloučenin v jednotlivých stupních chlorace od 4 do 10 chlorů na jádře bifenylu. Celkem je všech PCB (od 1 do 10 stupně chlorace) 209 sloučenin, z nichž 13 je toxických. Zde je vyčíslen příspěvek k celkové toxicitě TEQ ve vztahu k toxicitě 2,3,7,8 tetrachlordibenzo-p-dioxinu obdobně, jako se vyčísluje u PCDD/F. Při analýzách byl rovněž stanovován obsah polycyklických aromatických karcinogenních látek v emisích (polycyklické aromatické uhlovodíky -PAU).

Benz(a)pyren byl původně považován za nejtoxičtější z polycyklických aromatických uhlovodíků, pozdější výzkumy potvrdily pětinásobně vyšší nebezpečnost dibenzo(a,h)anthracenu vůči benz(a)pyrenu. Bylo zjištěno, že při spalování směsi použitých olejů označené 1 se produkuje desetinásobné množství polycyklických aromatických uhlovodíků než při spalování směsi 2. Součet toxických ekvivalentů PAU v emisích ze směsi olejů 1 je 2,8 krát vyšší než ze směsi 2. Nalezené hodnoty součtů obsahu PAU jsou v řádu srovnatelné s údaji z literatury.

Polychlorované dibenzo-p-dioxiny a dibenzofurany

Při sledování kongenerového složení obsahu toxických PCDD/F a obsahu všech PCDD/F ve spalinách bylo zjištěno překročení limitu 0,1 ng TEQ.m-3 předepsaného pro velké spalovny odpadu. Pro použitý olej 2 je překročení relativně malé (naměřeno 0,136 ng TEQ.m-3). Podle vyhlášky MŽP č. 117/97 Sb. (příloha 2 odst.1.1.3 Kotle na kapalná paliva) se předepisuje obsah síry v palivu menší než 1 %, což je podle tab. 2 v obou směsích použitých olejů splněno.

Je známo, že přídavkem tzv. Zinthiolu (dialkyl-dithiofosfát zinečnatý) do motorových olejů ke zlepšení jejich mazacích schopností se ovlivní obsah síry a zinku v oleji (je patrné v použitých palivech 1 i 2). Imisní limit 500 mg.m-3 oxidů dusíku, předepsaný pro výkony kotlů nad 200 kW, je zde splněn, i když se jedná o kotel s výkonem menším než 200 kW. Limit 175 mg.m-3 CO předepsaný pro kotle s výkonem 200kW je pro oba oleje splněn. Pro tuhé znečišťující látky není v citované vyhlášce limit stanoven.

Čtěte také: CIM Ministerstvo Emise: Vysvětlení

Chlor v použitých olejích je na podstatně vyšší hladině, než v motorových olejích nových, minerálních i syntetických. Výsledky stanovení chloru v palivech 1 a 2 dvěma laboratořemi se značně liší. V obou případech však obsah chloru značně převyšuje stechiometrickou potřebu chloru ke tvorbě nalezených polychlorovaných aromátů v emisích. Obsah chloru ve spalinách překračuje o 15% limit 30 mg.m-3 u prvého paliva a splňuje limit u druhého paliva. Toxické kovy jsou ve spalinách na velmi nízkých hladinách proti limitním hodnotám (tab. 3). Obsah chromu zde zařazujeme do skupiny II toxických kovů v šestimocné valentnosti. V emisích však nebylo stanoveno, zda jde skutečně o chrom v šestimocné formě.

Při tvorbě PCDD/F hraje významnou roli především chemické působení mědi prostřednictvím Ullmanových reakcí. V palivu 1 je mědi trojnásobek proti palivu 2 a v poměru 2,5 ku 1 je i celkový obsah PCDD/F ve spalinách z paliv 1 a 2. Obsah PCB je v emisích z paliva 1 o 22 % vyšší než z paliva 2. Jen vybrané polychlorované bifenyly, z těch kongenerů, které vykazují specifické polohy chlorů na aromatickém jádře bifenylu (nonortho-, monoortho-a diortho-) jsou toxické a byly stanoveny zvlášť. Nalezený obsah sumárních PCB leží v intervalu uváděném v literatuře. Nalezené obsahy PAU leží na dvojnásobku nejvyšší hodnoty uváděné v literatuře pro případ prvého paliva a zcela v mezích jiných údajů pro palivo 2. Toxicita PAU se posuzuje samostatně.

Vzhledem k odlišnému toxickému působení PAU a chlorovaných polyaromátů není definován jejich vzájemný přepočítací faktor toxicit. Pro směs použitých olejů 1 jsou nalezené hladiny PCDD/F v souladu s údaji v literatuře. Nižší obsahy PCDD/F námi nalezené u paliva 2 jsou v souladu s hodnotami, které byly zjištěny pro odpařovací kotle. Prudké ochlazení spalin pod 2300C v proměřovaném horkovzdušném kotli a v jeho komíně podle současných znalostí nepodporuje vznik uvedených látek. U spalovaných použitých motorových olejů v zařízení hořákového typu emise sledovaných látek nepřekračují současně platné limitní hodnoty až na mírnou odchylku v obsahu chloru. Z provedených měření vyplývá překvapivé zjištění, že nový limit pro PCDD/F, který v ČR bude uplatňován od dubna roku 2002, je jen mírně překračován (limit 0,1 ng TEQ/m3, naměřeno 0,295 a 0,136 ng TEQ/m3).

Účinky znečištění ovzduší na lidské zdraví

Znečištění ovzduší tak přispívá k faktorům zkracujícím délku lidského života, je příčinou rozvoje nemocí, např. dýchacích cest, rakoviny a srdečních onemocnění. Účinky znečištění se dělí na krátkodobé a dlouhodobé. Mezi krátkodobé vlivy patří například zvýšení výskytu zánětlivých onemocnění plic. Americký výzkum v New Yorku např. ukázal na možnou spojitost mezi inteligencí dětí (IQ) a tím, nakolik byly jejich matky během těhotenství vystaveny znečištění ovzduší polyaromatickými uhlovodíky.

Výsledky monitorování kvality ovzduší v České republice potvrzují přetrvávající význam dopravy jako hlavní příčiny znečištění ovzduší měst prachovými částicemi (PM10, PM2,5) a oxidem dusičitým (NO2). Z hlediska vlivu na zdraví má v České republice největší význam znečištění ovzduší prachovými částicemi (PM) a polycyklickými aromatickými uhlovodíky (PAU), v silně dopravně zatížených lokalitách také oxid dusičitý.

Státní zdravotní ústav odhaduje ze středních hodnot koncentrací PM10 v prostředí měst, že znečištění ovzduší touto škodlivinou se může podílet na zvýšení předčasné úmrtnosti v průměru o 2 %. V souhrnu lze konstatovat, že působení oxidu dusičitého je spojené se zvýšením celkové, kardiovaskulární a respirační úmrtnosti. Pro děti znamená expozice NO2 zvýšené riziko onemocnění dýchacího ústrojí v důsledku snížené obranyschopnosti vůči infekci a snížení plicních funkcí. Hlavním efektem NO2 je nárůst reaktivity dýchacích cest. Oxidu dusičitému jsou nejvíce vystaveni obyvatelé městských částí silně zatížených automobilovou dopravou.

Podle doporučení Světové zdravotnické organizace by úroveň expozice ozonu neměla překročit hodnotu 100 µg.m-3 pro osmihodinový průměr. Tato hodnota poskytuje odpovídající ochranu zdraví, ale některé nežádoucí zdravotní účinky (např. vzestup denní úmrtnosti o 1 až 2 %) se mohou objevit při nižší než doporučené úrovní. V České republice v roce 2005 pozaďové koncentrace ozonu podle Státního zdravotního ústavu činily 67,5 a 75,1µg.m-3 v celoročním průměru. Rozsah ročních aritmetických průměrů ozónu ze stanic ve městech se pohyboval od 32,5 do 67,1 µg.m-3 .

Jako polétavý prach nebo prachové částice jsou obvykle označovány tuhé pevné částice unášené vzduchem s průměrem pod 10 µm. Jejich obsah v ovzduší se vyjadřuje jako hodnota PM10. Výzkumu zdravotních účinků polétavého prachu je věnována značná pozornost vědců na celém světě už po řadu desetiletí. Významně se zvyšoval objem nákladní automobilové dopravy (včetně tranzitní), což vzhledem k poloze České republiky uprostřed Evropské unie představuje do budoucna vážnou hrozbu. Zatím je obtížné stanovit podíl jednotlivých spalovacích procesů či jednotlivých druhů prachových částic na expozici polétavému prachu a na jeho zdravotních rizicích pro člověka. Řada epidemiologických studii v nejrůznějších zemích světa prokázala rozmanité vlivy na lidské zdraví.

Možnosti snižování znečištění ovzduší

Některé antropogenní zdroje je možné vybavit zařízeními pro zachycování emisi (např. prachovými filtry, katalyzátory, odsiřovacími či denitrifikačními zařízeními). V průmyslu a v dopravě se může jednat o změnu paliva, ústup od vysoce znečišťujících technologií k méně znečišťujícím, např. přechod na nízkouhlíkové technologie. Dosahovat nižších přírůstků znečištění lze efektivnějšími činnostmi. V dopravě např. omezením rychlosti, či zlepšením plynulosti provozu.

Ke snižování přírůstků znečištění vyvolaných stavební činností může přispívat plánovitá koordinace stavebních zásahů do krajiny, např. koordinace výstavby pro osídlení s výstavbou dopravních staveb, plynovodů, teplovodů, vodních staveb, a související právní předpisy. Některé evropské země jako Švédsko nebo Německo zavádějí v centrech velkých měst tzv. nízkoemisní zóny, do kterých mohou vjíždět jen automobily, jež vypouštějí jen malé množství škodlivin. Další možností je použití fotokatalytických materiálů pro povrchy staveb. které jsou schopny rozkládat plynné škodliviny z ovzduší pomocí světla.

Vzrostlá zeleň působí jako filtr, neboť zachycuje část jemných prachových částic (PM2,5), které představují největší zdravotní riziko. Kvalitu ovzduší monitoruje Český hydrometeorologický ústav, který provozuje Státní síť imisního monitoringu. Výroční zprávy o kvalitě ovzduší zpracovává Ministerstvo životního prostředí, Český hydrometeorologický ústav vydává každoročně ročenku kvality ovzduší, velmi podrobnou analýzu aktuálního stav znečištění ovzduší v České republice.

tags: #emise #složení #a #škodliviny

Oblíbené příspěvky:

• České environmentální NGO
• Zábavná hra BrainBox pro malé přírodovědce
• Monitoring ovzduší v Oderském koridoru
• Tipy pro šetrný úklid
• Továrna Nemak a životní prostředí