Emise prachu do ovzduší a jejich zdroje

Imise vznikají jako následek emisí, při kontaktu emise s životním prostředím. Imise se ukládají v půdě, rostlinách a organismech.

Tuhé imise: prach a aerosoly

Mezi tuhé imise patří zejména prach a aerosoly. Častými zástupci jsou různé anorganické prachy, jako kovové částice, křemičitany, fluoridy, chloridy nebo sírany. Prachy organického původu pak obsahují například dehty, bakterie a pyly.

Škodlivost tuhých imisí

Obecná škodlivost tuhých imisí spočívá hlavně ve snižování viditelnosti, toxicitě pro živé organismy a korozivním účinku na materiály. Tyto látky také adsorbují plynné částice a podílejí se tak na zvýšení reaktivity částic a vzniku sekundárních emisí. Specifická míra jejich škodlivosti závisí na mnoha faktorech.

Faktory ovlivňující škodlivost

• Velikost částic: Na ní závisí retence látky v plicích. Částice větší než 100 μm mají relativně malý význam pro zdraví jedince, protože díky své značné hmotnosti rychle sedimentují. Z tohoto důvodu je značně omezená i jejich interakce s ostatními polutanty v ovzduší.
• Chemické složení: Dle chemického složení rozlišujeme biologicky inertní prach, který způsobuje prosté zaprášení plic a biologicky agresivní prach, v důsledku jehož inhalace vznikají plicní koniózy.
• Fyzikální vlastnosti: Hlavně tvar částic, smáčivost nebo krystalická struktura.

Aerosolové částice a jejich vliv na zdraví

Částice prachu o velikosti do 10 μm se označují jako aerosol. Hmotnostně je jejich obsah ve vzduchu poměrně malý, ale mají velký biologický význam. Jsou člověkem vdechnuty, ale z velké části jsou zachyceny již v horních cestách dýchacích. Zde se usadí ve vrstvičce hlenu, který je řasinkami posouván směrem do nosohltanu a nakonec dojde k jeho spolknutí. Pokud tyto částice svou chemickou povahou patří mezi toxické prachy, má jejich spolknutí značný zdravotní význam.

Částice menší než 10 μm se ve vzduchu vyskytují v malém množství, ale zato mají velký biologický význam. Do respiračního traktu se jich za 24 hodin dostane až 0,01 g. Molekuly o velikosti 1-2 μm pronikají průdušinkami až do plicních sklípků, kde je jich zachyceno někdy i více než 90 %. Tyto částice jsou tedy z hlediska retence aerosolu v plicích nejnebezpečnější.

Čtěte také: Stromy a čistší vzduch

Biologicky inertní vs. agresivní prach

Biologicky inertní prach nemá specifické biologické účinky a způsobuje prosté zaprášení plic. Naopak biologicky agresivní prach tyto specifické účinky má, a to právě díky svému chemickému složení. Například při inhalaci křemičitého prachu (SiO2) jsou pozorovány fibroplastické účinky. Pokud ovzduší obsahuje okolo 10 % tohoto prachu, dochází při jeho dlouhodobé inhalaci postupně k chronickým zánětům průdušek, zmnožení vaziva v plicích, rozedmě plic, zvýšení odporu v krevním řečišti plicního oběhu a v důsledku toho až k zbytnění pravého srdce. Tyto projevy jsou shrnovány pod názvem silikóza plic. Podobně při dlouhodobé inhalaci vláknitého azbestového prachu dochází k rozvinutí azbestózy a stoupá také riziko mezoteliomu pleury. Prach obsahující beryllium při imunosupresi může způsobit obávanou berylliózu.

Fyzikální vlastnosti a škodlivost prachu

Fyzikální vlastnosti částic jsou odpovědí na otázku, proč křemičitý prach ve sklárnách způsobuje silikózu, zatímco obyvatelstvo Sahary, které je vystaveno inhalaci velkého množství křemičitého prachu silikózou netrpí. Prach Sahary je sice převážně oxid křemičitý, nicméně díky stáří částic a jejich vzájemnému obrušování je tvar molekul kulovitý. Částice prachu ve sklárnách jsou čerstvě vzniklé, převážně jehlicovité a mají mnoho hran a hrotů.

Plynné imise

Do této skupiny patří sloučeniny různých prvků. Jde hlavně o sloučeniny síry, sloučeniny dusíku, oxidy uhlíku, halogenové sloučeniny a různé organické sloučeniny.

• Oxidy uhlíku (CO2 a CO): Vznikají při nedokonalém spalování uhlíkatých paliv (hlavně automobilová doprava).
• Sloučeniny dusíku: Jsou pro organismus značně dráždivé, po inhalaci a přestupu do krve jsou příčinou vzniku methemoglobinu. Účastní se také ve fotochemických reakcích, které vedou ke vzniku sekundárních emisí.
• Organické sloučeniny: V ovzduší se vyskytují ve velkém množství, hlavně nasycené i nenasycené uhlovodíky alifatické i aromatické a jejich kyslíkaté i halové deriváty. Jsou emitovány jako páry nebo prchavé sloučeniny. Škodlivost většiny těchto látek je značná.

Radioaktivní polutanty

Mezi radioaktivní polutanty patří např. stroncium, izotopy jódu nebo cézium a další látky. Tyto imise však cestou ovzduší ohrožovaly člověka prakticky výhradně v době jaderných havárií - například při havárii jaderné elektrárny v Černobylu v roce 1986.

Smog

Tento termín vznikl spojením anglických slov smoke (kouř) a fog (mlha). Jde o spojení tuhých imisí, plynných imisí a sekundárních imisí, které společně vytvářejí celkové chemické znečištění atmosféry.

Čtěte také: Ochrana ovzduší: Emise, imise a depozice v kontextu

Redukční typ smogu (londýnský smog)

Jinak nazývaný také redukční typ smogu. Jde o směs kouře, oxidů síry a splodin spalování uhlí v kombinaci s vysokou relativní vlhkostí vzduchu. Vyznačuje se redukčními vlastnostmi a je doprovázen hustou mlhou. Škodlivost plynných součástí je zvyšována přítomností popílku, který umožňuje jejich proniknutí do dolních cest dýchacích.

Oxidační typ smogu (Los Angeles smog)

Oxidační typ smogu, dnes zvaný letní smog. Je spojen se znečišťováním ovzduší výfukovými plyny automobilů. Ty obsahují zplodiny spalování kapalných a plynných paliv. Pro jeho vznik jsou důležité reakce potencované slunečním zářením. Proto se tomuto typu smogu říká fotochemický.

Polétavý prach (PM)

Polétavý prach neboli pevné částice (PM - particulate matter) jsou drobné částice menší než 10 μm schopné volného pohybu v atmosféře. Přirozeně se částice do atmosféry uvolňují při vulkanické činnosti, požárech, erozi, nebo z mořské vody. Mezi antropogenní zdroje pak patří především spalovací procesy. K nejvýznamnějším primárním zdrojům prašnosti patří domácí topeniště a doprava.

Velikost a tvar částic se mění. Částice PM10 jsou tvořeny komplexní směsí mnoha různých druhů látek včetně sazí (uhlíku), částic síranů, kovů a anorganických solí jako je i mořská sůl. Významný zdrojem je tzv. sekundární prašnost, zvíření již usazeného prachu (těžba, doprava, stavebnictví). V domácnosti může být zdrojem polétavého prachu například svíčka, lak na vlasy, nebo jen hořící vařič.

Vliv prachu na lidské zdraví

Vliv prachu na lidské zdraví závisí na velikosti částic, jejich tvaru a chemickém složení. PM10 jsou schopny pronikat do dolních cest dýchacích, částice PM2,5 pronikají do průdušinek, částice PM1 do plicních sklípků.

Čtěte také: Definice Emisí a Imisí Zvuku

Aerosolové částice obsažené ve vdechovaném vzduchu mají široké spektrum účinků na srdečně-cévní a respirační ústrojí. Dráždí sliznici dýchacích cest, mohou způsobit změnu struktury a funkce řasinkové tkáně, zvýšit produkci hlenu a snížit samočistící schopnosti dýchacího ústrojí. Tyto změny omezují přirozené obranné mechanismy a usnadňují vznik infekce. U prašného aerosolu nebyla zjištěna prahová hranice jeho působení. Předpokládá se, že působení částic PM2,5 se začne projevovat už od koncentrací 5 µg.m-3.

Státní zdravotní ústav každoročně vyhodnocuje dopad znečištění ovzduší na lidské zdraví.

Legislativní omezení a limity

Obecný emisní limit pro PM10 není stanoven. Zdroje znečišťování musí být zřizovány a provozovány tak, aby při hmotnostním toku tuhých znečišťujících látek 2,5 kg/h a menším, hmotnostní koncentrace tuhých znečišťujících látek v odpadním plynu nepřekročila hodnotu 200 mg/m3.

Pro regiony, kde byly překročeny imisní limity, musí být zpracován program zlepšování kvality ovzduší.

Tabulka: Zařazení látky v seznamu látek pro integrovaný registr znečišťování dle Nařízení Evropského parlamenu a Rady (ES) č. 166/2006, dle Nařízení vlády č. 145/2008 Sb. a dle Nařízení vlády č.

* Nejedná se o skupinu látek, ale o soubor všech částic určité velikosti.

Atmosférický aerosol

Atmosférický aerosol je všudypřítomnou složkou atmosféry Země. Je definován jako soubor tuhých, kapalných nebo směsných částic o velikosti v rozsahu 1 nm - 100 μm. Významně se podílí na důležitých atmosférických dějích, jako je vznik srážek a teplotní bilance Země.

Velikostní skupiny aerosolu

Z hlediska zdravotního působení atmosférického aerosolu na člověka byly definovány velikostní skupiny aerosolu označované jako PMx (Particulate Matter), které obsahují částice o velikosti menší než x μm. Běžně se rozlišují PM10, PM2,5 a PM1,0. Částice PM10 mají průměr 10 μm nebo méně a jsou schopny volného pohybu v atmosféře. Pevné částice často obsahují popílek, saze a horniny.

Částice se testují i na obsah polyaromatických uhlovodíků (PAH), polychlorovaných bifenylů (PCB), pesticidů (jako např. DDT) a těžkých kovů, protože tyto látky se snadno váží právě na tyto pevné částice obsažené v ovzduší, vodě a půdě.

Zdroje atmosférického aerosolu

Atmosférický aerosol může být přirozeného i antropogenního původu.

• Přirozené zdroje: Výbuchy sopek, lesní požáry a prach unášený větrem. Tyto částice mají velikost přibližně 10 μm. Významné jsou také kapičky mořské vody, třebaže většina z nich spadne poměrně brzy zpět do oceánu. Přirozeného původu je i tzv. bioaerosol, zahrnující organismy jako jsou viry, bakterie, houby a případně jejich části a živočišné a rostlinné produkty (spory a pyl).
• Antropogenní zdroje: Nejvýznamnějším antropogenním zdrojem jsou spalovací procesy, hlavně v dieselových motorech a elektrárnách a další vysokoteplotní procesy, jako je tavení rud a kovů nebo svařování. Tyto procesy produkují částice o velikosti kolem 20 nm. Aerosol může také vznikat odnosem částic větrem ze stavebních ploch nebo v důsledku odstranění vegetačního pokryvu z půdy. Dalším zdrojem mohou být zemědělské operace, nezpevněné cesty, těžební činnost a jakékoliv procesy, při kterých se vyskytují částice o dané velikosti (např. výroba a použití cementu a vápna, nakládání s popílky v suchém ). Atmosférický aerosol může také vznikat chemickou reakcí plynných složek.

Chování aerosolových částic

Chování aerosolových částic je ovlivňováno nejvíce jejich velikostí, která určuje vliv různých sil na tyto částice. Z ovzduší se aerosol dostává do ostatních složek životního prostředí pomocí suché nebo mokré atmosférické depozice. V principu platí, že čím menší průměr částice má, tím déle zůstane v ovzduší.

Složení jemného a hrubého aerosolu

Částice jemného a hrubého aerosolu mají odlišné složení. Materiál zemské kůry (částice půd, zvětraných hornin a minerálů, prach) a bioaerosol tvoří většinu hmotnosti hrubého aerosolu, zatímco jemný aerosol je tvořen hlavně sírany, amonnými solemi, organickým a elementárním uhlíkem a některými kovy. Dusičnany jsou významnou složkou jak hrubého, tak jemného aerosolu. Prašný aerosol může také sloužit jako absorpční medium pro těkavé organické látky.

Vliv aerosolu na organismy a klima

Aerosol může působit na organismy mechanicky zaprášením. Zaprášení listů rostlin snižuje jejich aktivní plochu, u živočichů a člověka prach vstupuje do dýchacích cest.

Pevné částice v atmosféře ovlivňují energetickou bilanci Země, protože rozptylují sluneční záření zpět do prostoru. Podnebí ovlivňují tyto částice také svým účinkem na tvorbu oblaků. Jsou-li při tvorbě oblaků přítomny pevné částice ve velkém množství, bude výsledný oblak sestávat z velkého množství menších kapek. Takový oblak bude odrážet sluneční záření mnohem více, než oblak sestávající z částic větších.

Usazování částic v dýchacích cestách

Částice atmosférického aerosolu se usazují v dýchacích cestách. Místo záchytu závisí na jejich velikosti. Větší částice se zachycují na chloupcích v nose a nezpůsobují větší potíže. Částice menší než 10 µm (PM10) se mohou usazovat v průduškách a způsobovat zdravotní problémy. Částice menší než 1 µm mohou vstupovat přímo do plicních sklípků, proto jsou tyto částice nejnebezpečnější.

Zdravotní rizika inhalace PM10

Inhalace PM10 poškozuje hlavně kardiovaskulární a plicní systém. Dlouhodobá expozice snižuje délku života (předčasná smrt u lidí se srdečním a plicním onemocněním), může způsobovat chronickou bronchitidu a chronické plicní choroby (např. CHOPN) a vznik astmatu. Toxicky působí chemické látky obsažené v aerosolu (sírany, amonné ionty, PAH, těžké kovy aj.). V důsledku adsorpce organických látek s mutagenními a karcinogenními účinky může expozice PM10 způsobovat rakovinu plic. Dle hodnocení IARC (Agentura pro výzkum rakoviny) patří polétavý prach PM10 mezi látky s prokázaným karcinogenním působením (skupina 1). Z těchto důvodů Státní zdravotní ústav každoročně vyhodnocuje dopad znečištění ovzduší i částicemi PM10 na lidské zdraví. Toxicitu PM10 způsobují hlavně chemické látky obsažené v aerosolu. Některé organické látky adsorbované na povrchu polétavého prachu mohou mít karcinogenní nebo mutagenní účinky.

Měření emisí aerosolových částic

Přítomnost prachových částic ve vypouštěné vzdušině lze při jejich vyšším obsahu indikovat vizuálně. Malé koncentrace však takto pozorovatelné být nemusí. Měření emisí aerosolových částic a látek na ně vázaných představuje jednu z nejkomplikovanějších výzev analýzy ovzduší.

Vzorkování aerosolových částic

Prvním a nejnáročnějším krokem analýzy je shromáždění reprezentativního, celistvého a dostatečného vzorku těchto aerosolových částic, které se zpravidla provádí jejich oddělením od nosného plynu a zachycením na vhodném materiálu. Vzorkování aerosolových částic v odpadních plynech se týká všech velikostí bez výjimky. Množství PM10 se zjišťuje pomocí čerpání analyzovaného vzduchu přes filtr o velikosti pórů 10 μm. Množství zachyceného aerosolu se stanovuje gravimetricky vážením (mezinárodní norma ČSN ISO 9096). Další možností je metoda Black Smoke (BS). Tato metoda využívá změny reflektance (odrazivosti) světla v závislosti na množství zachyceného aerosolu. Měření mohou provést komerční laboratoře či specializovaná výzkumná pracoviště.

Normy pro měření emisí

Ke stanovení nízkých hodnot hmotnostní koncentrace aerosolových částic v plynech proudících potrubím při hmotnostních koncentracích nižších než 50 mg/m3 po přepočtu na normální stavové podmínky je určena normovaná manuální gravimetrická metoda používaná jako metoda referenční ČSN EN 13284-1. Tato metoda byla ověřena na obsah aerosolových částic okolo 5 mg/m3 a průměrnou dobu odběru vzorku 30 minut. Tato norma byla vypracována především pro odpadní plyny ze spaloven odpadů. Obecně ji však lze použít i pro odpadní plyny jiných stacionárních zdrojů a pro vyšší hmotnostní koncentrace.

Pro účely měření emisí stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší, především však pro měření emisí spaloven odpadů, byla vypracována evropská norma ČSN EN 13284-2. Tato norma uvádí postupy prokazování jakosti potřebné k zajištění toho, aby automatizované měřicí systémy (AMS) instalované k měření obsahu prachu ve spalinách zabezpečily požadované hodnoty nejistoty stanovené legislativou (např. směrnice EU, národní předpisy). Ke splnění vytčených požadavků stanoví norma tři rozdílné úrovně prokazování jakosti (Quality Assurance Level QAL1, QAL2 a QAL3). Tyto požadavky slouží k prokazování, že emise prachu ze zařízení splňují emisní limit menší než 50 mg/m3 v odpadním plynu vedeném potrubím.

Pro stanovení frakce PM10 z venkovního ovzduší lze použít metodu ČSN EN 12341. Tato evropská norma uvádí požadovanou účinnost zařízení pro odběr vzorků PM10 s cílem sjednotit monitoring v souladu s ustanovením Směrnice 96/62/ES Rady EU o hodnocení a řízení kvality venkovního ovzduší. Norma stanoví protokol o zkoušce porovnáním výsledků získaných hodnoceným zařízením pro odběr vzorků PM10 a referenčním zařízením pro odběr PM10 v terénních podmínkách.

Druhy aerosolu

Existují různá označení pro jednotlivé druhy aerosolu. O mlze lze hovořit v případě kapalného aerosolu, vzniklého kondenzací přesycených vodních par nebo atomizací kapaliny. Za opar se označuje obdobný aerosol, který má vliv zejména na viditelnost v atmosféře. Jako dým se označuje aerosol z pevných částic menších než 0,05 μm. Podobně lze definovat kouř, který navíc obsahuje kapalné částice a je výsledkem nedokonalého spalování. Soubor hrubých částic větších než 0,5 μm, vzniklých z pevné hmoty, se označuje jako prach. Sprej nebo tříšť vzniká působením sil na kapalinu.

Emisní inventury a projekce

Odhadováním hmotnostního toku aerosolových částic z různých zdrojů emisí do atmosféry se zabývá řada institucí a výsledky svých výpočtů založených často na existenci národních emisních inventur pak pravidelně zveřejňuje ve svých ročenkách.

Evropská agentura pro životní prostředí ve formě pravidelně vydávané ročenky uvádí informace získané společným programem European Monitoring and Evaluation Programme.

Legislativa v České republice

Zákon č. 201/2012 Sb. o ochraně ovzduší upravuje podmínky pro ochranu ovzduší před znečišťujícími látkami. Tento zákon stanovuje imisní limity, emisní limity a emisní stropy pro stacionární zdroje znečišťování.

Imisní limity

(1) Imisní limity jsou uvedeny v příloze č. 1 k tomuto zákonu. Imisní limity jsou závazné pro orgány ochrany ovzduší při výkonu jejich působnosti podle tohoto zákona a pro obce a kraje při výkonu jejich samostatné působnosti s dopadem na ovzduší.

Emisní limity

(2) Emisní limity musí být dodrženy na každém komínovém průduchu nebo výduchu do ovzduší.

(3) Pokud je pro stacionární zdroj stanoven jeden nebo více specifických emisních limitů nebo jeden nebo více emisních stropů, nevztahují se na něj obecné emisní limity. Specifický emisní limit stanovený v povolení provozu nesmí být stejný nebo vyšší než specifický emisní limit stanovený prováděcím právním předpisem pro daný stacionární zdroj.

(5) Emisní stropy doplňují emisní limity s výjimkou stacionárních zdrojů uvedených pod kódy 9.1. až 9.24. v příloze č. 2.

Stacionární zdroje

(1) Stacionární zdroje se dělí na stacionární zdroje uvedené v příloze č. 2 k tomuto zákonu a na stacionární zdroje neuvedené v příloze č. 2.

(2) Stacionární zdroje uvedené v příloze č. 2 k tomuto zákonu se zařazují pod příslušné kódy uvedené v této příloze na základě typu činnosti nebo typu stacionární technické jednotky s ohledem na celkové projektované parametry, jsou-li v příloze č. 2 k tomuto zákonu uvedeny.

Národní program snižování emisí

(1) Za účelem snížení celkové úrovně znečištění a znečišťování v České republice ministerstvo ve spolupráci s příslušnými ústředními správními úřady zpracovává Národní program snižování emisí České republiky (dále jen „národní program“). Národní program schvaluje vláda.

(2) Ministerstvo národní program zpracuje a oznámí Evropské komisi nejméně jednou za 4 roky.

Program zlepšování kvality ovzduší

(1) Program zlepšování kvality ovzduší pro zónu nebo aglomeraci vydává ministerstvo v případě, že je v dané zóně nebo aglomeraci překročen imisní limit stanovený v bodech 1 až 3 v příloze č. 1 k tomuto zákonu nebo v případě, že není dosažen národní cíl snížení expozice. Obsahové náležitosti programu zlepšování kvality ovzduší jsou uvedeny v příloze č. 5.

(2) Program zlepšování kvality ovzduší zpracuje ministerstvo ve spolupráci s příslušnými ústředními správními úřady, jinými příslušnými správními orgány, příslušným krajem a příslušnými obcemi bez zbytečného odkladu, nejpozději však do 24 měsíců od konce kalendářního roku, ve kterém došlo k překročení imisního limitu nebo nebyl dosažen národní cíl snížení expozice.

(3) Součástí programu zlepšování kvality ovzduší jsou taková opatření, která zajistí, aby bylo imisního limitu nebo cíle snížení expozice dosaženo co nejdříve. Pro dosažení imisních limitů a cíle snížení expozice se opatření uvedená v programu zlepšování kvality ovzduší a opatření uvedená v národním programu navzájem doplňují.

tags: #emise #prachu #do #ovzduší #zdroje

Oblíbené příspěvky:

• Český lesní ekosystém
• Kompost a sousedské vztahy
• Tipy na listopadovou dovolenou
• Harmonogram odvozu odpadu Brušperk
• Zemědělská fakulta a znečištění vod