KURZUS: Környezetvédelem
MODUL: III. modul: A levegő és védelme
8. lecke A légkör szennyezői
Cél: A lecke célja, hogy a hallgató megismerje a legfontosabb természetes és antropogén levegőszennyező anyagokat, azok eredetét és humán egészségre való hatását. | |||
Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes | |||
| |||
Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 70 percre lesz szüksége. | |||
Kulcsfogalmak: | |||
| |||
1. Légszennyező anyagok | |||
| |||
Légszennyező minden olyan anyag, amely (származásától és állapotától függetlenül) olyan mértékben jut a levegőbe, hogy az embert és környezetét károsítja, vagy anyagi kárt okoz. | |||
A levegő szennyezői lehetnek természetesek vagy mesterséges (antropogén) forrásból származók. Természetes légszennyezők a vulkánok (kén-oxidok és porok), az erdőtüzek (szén-monoxid, szén-dioxid, nitrogén-oxidok és porok), a szélviharok (por), az élő növények (szénhidrogének, pollen), a lebomló növények (metán, hidrogén-szulfid), a talaj (vírusok, por) valamint a tenger (só). Az antropogén légszennyezők három fő területről származnak: szállítás, energiatermelés és ipar. A fosszilis energiahordozók égetése a legjelentősebb forrás ezekben a szektorokban. Az antropogén légszennyezők kémiailag igen sokfélék. A legfontosabb antropogén légszennyezők a kén-oxidok, a nitrogén-oxidok, a szén-dioxid és szén-monoxid, az ózon, a szálló por és a policiklikus aromás szénhidrogének. | |||
Tájékozódjon lakóhelye, Európa és a világ aktuális légszennyezettségi állapotáról a World Air Quality Index weboldalán: http://aqicn.org/map/ | |||
A levegőtisztaság-védelem feladata a szennyező anyagok légtérbe történő jutásának a megakadályozása, ill. koncentráció-szintjük olyan alacsony értéken történő tartása, amely még tartós vagy folyamatos jelenlét esetén sem okoz károsodást az ember szervezetében és környezetében. | |||
A légszennyező anyagok többsége gáz halmazállapotú, emellett szilárd halmazállapotú légszennyezők is komoly problémákat okoznak. | |||
1.1. Gáz-halmazállapotú légszennyezők | |||
Az 1. táblázat a légkör legfőbb gázhalmazállapotú szennyezőit foglalja össze, megjelölve a szennyezés eredetét is. | |||
| |||
A levegőben a felsoroltakon kívül még számos természeti vagy antropogén eredetű szerves vagy szervetlen komponens található nyomnyi mennyiségben, ezek közül csak a legjelentősebbeket ismertetjük. | |||
Készítsen táblázatot, amelyben összefoglalja a kén-dioxid, a nitrogén-oxidok, a szén-monoxid és -dioxid, a freonok és a halonok, a VOC, a PAH, az ózon, a por és a korom forrásait és hatásait, emissziójuk és immissziójuk jellemző trendjeit! | |||
Kén-dioxid (SO2) | |||
Jegyezze meg a kén-dioxid kibocsátás trendjeit! Tanulmányozza az első ábrát, ügyeljen a skálák különbségére! | |||
A kén oxidjai közül a légkörben SO2 és SO3 fordul elő, ezek közül is nagyobb részben SO2. Az emberi tevékenységből származó kén-dioxid kibocsátás a Földön évente kb. 100 Mt. Az elmúlt évtizedekben Európa és Észak-Amerika töredékére csökkentette kibocsátását, míg Kínában és Indiában többszörösére nőtt a szennyezés. | |||
| |||
Az SO2 szennyezés legfőbb okozói a tüzelési folyamatok. A tüzelési folyamatokból származó kén-dioxid kibocsátás elsősorban az elégetett tüzelőanyag kéntartalmától függ. | |||
Az SO2 az állatoknál és az embereknél légzési nehézséggel járó mérgezési tüneteket okoz, a nyálkahártya gyulladásos megbetegedésének egyik okozója. A kén oxidjai és a másodlagos reakciókban képződött származékaik a kibocsátás helyétől 100 km távolságban is károsíthatják a növényzetet, szennyezhetik a talajt és a vízkészleteket. A növényzet különösen érzékeny SO2-re. A levelekre lecsapódó nedvesség oldja a levegő SO2 tartalmát, amely a klorofill megbontása útján gátolja a növényzet CO2-asszimilációját. Az SO2 jelenléte az épületek tartóssága szempontjából is káros, mert az esővel, hóval odakerülő kénessav reakcióba lép az építőipari kötőanyagokkal (pl.: CaCO3-mal). | |||
A fosszilis tüzelőanyagok elégetése során kibocsátott kén-dioxid fajlagos értékei (olajtüzelésnél 1000 mg/MJ, széntüzelésnél 600 mg/MJ, földgáztüzelésnél 10 mg/MJ) egyértelművé teszik a földgáz előnyét a légtér SO2 terhelése szempontjából. Itt jegyezzük meg, hogy a fosszilis tüzelőanyagok helyettesítésére alkalmas fitomassza (növényi eredetű hulladék) energetikai célú elégetése során a földgázzal azonos nagyságrendű SO2 terheléssel (levegőszennyezéssel) számolhatunk. | |||
A kén-dioxid kibocsátás legnagyobb része ma is a hőerőművekből származik, a második legjelentősebb szektor a háztartások és irodák, üzemek fűtése. | |||
Nitrogén-oxidok (NOx) | |||
Gyűjtse ki a nitrogén oxidok az emberi szervezetre és az élővilágra gyakorolt hatását! | |||
A kültéri levegőben szennyezőanyagként nagyrészt nitrogén-monoxid (NO) és nitrogén-dioxid (NO2) keveréke található, amelyek együttes mennyiségét NOx-szel jelölik. | |||
A NO vízben kevésbé oldódó, igen reakcióképes gáz. A levegő oxigénjével már szobahőmérsékleten reagál nitrogén-dioxidot képezve. | |||
A NO2 ugyancsak reakcióképes gáz, a nedves légúti nyálkahártyához kapcsolódva salétromos- ill. salétrom-savvá alakul, és helyileg károsítja a szövetet. Másrészt felszívódva a véráramba jut, ahol a hemoglobin molekulát methemoglobinná oxidálja, így az nem képes oxigént szállítani a szervekhez. Hosszabb távon az NO2 csökkenti a tüdő ellenálló képességét a fertőzésekkel szemben, súlyosbítja az asztmás betegségeket, gyakori légúti megbetegedéshez, idővel pedig a tüdőfunkció gyengüléséhez, vérkép elváltozásokhoz vezethet. | |||
Évente kb. 177 Mt NOx kerül a Föld légterébe. Az NOx kibocsátás forrásai szempontjából az égési folyamatok meghatározóak (közlekedés, háztartási és ipari tüzelőberendezések: a fűtő-olajok és a szenek nitrogénvegyületeket is tartalmaznak), valamint kisebb részben vegyipari és természetes forrásokból (biomassza, ásványi trágyák, fotokémiai reakciók) származnak. | |||
A kén-oxidok mellett a nitrogén-oxidok jelentősen hozzájárulnak a savas esők kialakulásához is. A szmogképződés egyik fő okozói is a nitrogén-oxidok. Az NO2 a napsugárzás hatására disszociál. | |||
A nitrogén-oxidok kibocsátása hazánkban csak az 1990-es évek elején csökkent számottevően. 1993 óta lassú növekedés figyelhető meg, ami azonban 2000-től megtorpant (2. ábra). Az ipari és erőművi eredetű kibocsátás jelentősen visszaesett a rendszer-változást követő időszakban. A nitrogén-oxidok kibocsátásában a legnagyobb - és egyre inkább növekvő - szerepe a közlekedésnek, azon belül is a közúti közlekedésnek van. Igaz ugyan, hogy a gépjárműállomány korszerűsödött, azonban a gépjárműállomány növekedése nagyobb ütemű, mint a korszerűbb gépjárművek üzembeállításával elérhető szennyezőanyag-kibocsátás csökkenés. | |||
| |||
Ezek a viszonylag magas emissziós értékek, elsősorban a közlekedésből és az energiaelőállításból eredő kibocsátás, magyarázzák a nagyobb városainkban tapasztalható immissziós értékeket (3. ábra). | |||
| |||
Szén-monoxid (CO) | |||
| |||
A szén oxidvegyületei közül egyedül a szén-monoxid (CO) tekinthető emberi és állati szervezetre mérgező hatású légszennyező anyagnak. | |||
Az összes kibocsátás közel 80%-át a természetes források képezik (fotokémiai reakciók a troposzférában, vulkánok, erdőtüzek), a maradó rész írható az ipari és háztartási tüzelőberendezések, valamint a közlekedés rovására. Tökéletlen égéskor keletkezik. | |||
A CO rendkívül mérgező gáz, huzamosabb időn át kis mennyiségben való belégzése is halálos mérgezést okozhat. Affinitása a vörösvérsejthez háromszázszor nagyobb, mint az oxigéné. A vérben stabilis szén-monoxid hemoglobin (CO-Hb) alakjában halmozódik fel. A növények a CO-ra nem reagálnak, az állatok életterében rendszerint hatástalan koncentrációban lép fel. | |||
A szén-monoxid kibocsátás hazánkban a rendszerváltozást követő időszaktól napjainkig csökkent (4. ábra). A szén-monoxid kibocsátás fő forrásai a feldolgozóipar és a közlekedés, valamint az energia-szektor. | |||
| |||
Szén-dioxid (CO2) | |||
| |||
A szén-dioxid a legjelentősebb üvegházhatású gáz a vízgőz után (lásd még 28. lecke 2.2.1. részét!). A légkör CO2 tartalma már a múltban is ingadozott, az utóbbi 400 ezer év során 180-280 ppm közötti volt, szoros kapcsolatban a klímaingadozásokkal. Az 1800-as évek elején 280 ppm, 2000-ben azonban már 370 ppm körüli az értéke, 2015-ben meghaladta a 400 ppm-et, 2017-ben 410 ppm körüli. | |||
| |||
A szén-dioxid kibocsátás részben a fosszilis tüzelőanyagok elégetéséből származik (hőerőművek, lakossági fűtés, ipari fűtés, közlekedés), valamint az erdőégetés, erdőhiány miatti lekötés csökkenés, mészkőfelhasználás növelik a mennyiségét. A prognózisok szerint a 21. század végére 1200 ppm is lehet a mennyisége, ami a Föld egészét tekintve akár +3 °C hőmérsékletnövekedést eredményezhet. Mivel a CO2-nek igen hosszú a légköri tartózkodási ideje, így ha a csökkentés el is kezdődik, légköri koncentrációja sokára kezd el csökkeni. | |||
A levegő megnövekedett szén-dioxidtartalmából több oldódik a természetes vizekbe (tavakba, tengerekbe), így azok savasodásához vezet (szénsav keletkezik, akárcsak a szódavízben). A korallokat már a jelenlegi állapot is veszélyezteti. | |||
Magyarországon a rendszerváltozást követő gazdasági visszaeséssel együtt járt a szén-dioxid kibocsátás csökkenése: az ezredfordulóra az 1985-1987-es időszakhoz képest közel 1/3-ára csökkent. A kiotói jegyzőkönyvben 2012-re vállalt 6%-os kibocsátás csökkentést az ország már elérte, sőt, többszörösen teljesítette. | |||
| |||
Bár a szén-dioxid emisszió csökkent, Magyarországon a légköri szén-dioxid koncentráció (immisszió) nőtt, a globális trendeknek megfelelően. | |||
Freonok és halonok | |||
Gyűjtse ki a freonok és halonok felhasználási területeit! | |||
A freonok (fluor-klór-szénhidrogének) hosszú atmoszferikus élettartalmú komponensek, legjelentősebbek a difluor-diklór-metán (CF2Cl2) és a fluor-triklór-metán (CFCl3). Kémiai és hőhatásnak ellenállnak, nem égnek és kevéssé mérgezőek, ezért kiterjedten alkalmazták ezeket az anyagokat hűtőközegként és vivőanyagként. Az 1986-os montreali egyezmény eredményeként azonban alkalmazásuk egyre több országban teljesen megszűnt. A halonok (halogénezett szénhidrogének) szén (C), fluor (F), klór (Cl) és bór (Br) atomokból állnak. Magas kémiai és hőstabilitással rendelkeznek. Éghetetlenségük következtében elsősorban tűzoltásra - "habbal oltásra" - használják. A fluor-tartalom csökkentésével mérgező hatásuk csökkenthető. | |||
A freonok és halonok a troposzférában rendkívül inertek, stabilitásuk miatt feljutnak a légkör felső rétegeibe. A sztratoszféra ózonrétegének elsődleges károsítói: összetett vegyi reakciók közben az ózont lebontják (ózonlyuk). | |||
Magyarországon használatuk gyakorlatilag teljesen megszűnt, ám hosszú légköri tartózkodási idejük miatt a sztratoszférikus ózon mennyisége hazánk felett továbbra is csökken. | |||
Metán (CH4) | |||
Gyűjtse ki a metán fő forrásait, emissziójának és immissziójának trendjét, jelenlegi légköri koncentrációját! | |||
A metán mennyisége az elmúlt 200 év alatt megduplázódott. A légkörben jelenleg 1800 ppb körüli a metán koncentrációja, a 20. század előtti azonban csak 600-800 ppb volt (ppb: parts pert billion az összes részecske milliárdod része). Üvegházhatású gáz, hatékonysága jelentős. 1 db CH4 molekula 23-szor, tömegét tekintve pedig 95-ször hatékonyabb, mint a CO2. Természetes forrásai: bomlás, fermentáció (pl. mocsarak); antropogén forrásai: rizstermelés (vízborítás miatti rothadás), hulladékok bomlása, bányászat, energiaipar, biomassza tüzelés, szarvasmarha, juh stb. bélgáza. | |||
Magyarországon a metán fő forrását az üzemanyagok elillanó kibocsátása jelenti, de a települési szilárd hulladék lerakók, a szennyvíztisztító telepek és a mezőgazdaság (elsősorban állattenyésztés) is hozzájárulnak a kibocsátáshoz. A metánkibocsátás ugyan csökken az országban, ám a légköri metán-koncentráció nem tükrözi ezt: az elmúlt 10 évben kb. 40 ppb-vel nőtt a koncentráció hazánk légterében. | |||
Illékony szerves vegyületek | |||
Jegyezze meg, mit jelent a VOC rövidítés! | |||
A szakirodalomban VOC (Volatile Organic Compounds) néven emlegetett vegyületek gyűjtőfogalma alatt a levegőben előforduló szennyező szénhidrogén származékokat értjük a metán kivételével (ezt hangsúlyozva nem metán VOC-ként is jelölik: NMVOC). A levegőben a napsugárzás hatására a VOC-vegyületek a nitrogén-oxidokkal reakcióba lépve részt vesznek a fotokémiai füstköd kialakulásában. Egy részük rákkeltő hatású, kibocsátásukat nemzetközi szerződések szabályozzák. Forrásuk részben természetes, de elsősorban a tüzelő- és üzemanyagok, valamint az oldószerek párolgásával kerülnek a légkörbe: az autók kipufogó gázaiból, az üzemanyagok tökéletlen elégésével összefüggésben, valamint az üzemanyagok tankolása, esetleges elfolyása, illetve az üzemanyag tankokból történő párolgásából származnak. | |||
| |||
A kibocsátás közel felét a háztartások adják (kb. 47%, 2014), a gazdasági ágazatok közül a feldolgozóipar és a szállítás, raktározás a legjelentősebb kibocsátók (a teljes kibocsátás kb. 20-20%-át adva, 2014). | |||
Policiklikus aromás szénhidrogének | |||
Jegyezze meg, mit jelent a PAH rövidítés! | |||
A szakirodalomban általában rövidített névvel (PAH=Policyclic Aromatic Hydrocarbons) szereplő policiklikus aromás szénhidrogének nagy molekulasúlyú, 4-7 benzolgyűrű összekapcsolódásából eredő vegyületek gyűjtőfogalma. | |||
Főleg a gépkocsik kipufogógázaiban (mintegy 30 féle PAH vegyület fordul elő), a különböző szerves anyagok nagyobb hőmérsékletű (T > 700 °C) kezelésénél (égetés, elgázosítás, hőbontás stb.) képződnek. Az utóbbi idők felismerése, hogy az egyébként környezetvédelmi szempontból előnyös fitomassza égetés során is keletkezhetnek PAH vegyületek, ha a tüzelő-anyag nedves, az égtérben lévő hőmérséklet kicsi (<100 °C) és az oxigénellátás tökéletlen. | |||
A vegyületcsalád több tagja bizonyítottan rákkeltő. Nitrogén-oxidok jelenlétében Nitro-PAH keletkezik belőlük, amik veszélyes mutagén vegyületek. A PAH-ok rövid távú emberre gyakorolt hatása (természetesen más légszennyezőkkel együttesen): fejfájás, nehézlégzés, mellkasi fájdalom, köhögés, hányás, hasi görcsök stb. | |||
Felszínközeli ózon (O3) | |||
Gyűjtse ki az ózon forrásait, az emberi szervezetre és az élővilágra gyakorolt hatásait, immissziójának trendjét! | |||
Az elsődleges légszennyezők közvetlen emisszióval kerülnek a légkörbe. Az elsődleges légszennyezőkön kívül a városi környezetet jelentősen befolyásolják az ezen szennyezők kölcsönhatásából keletkező származékos vegyületek is, az ún. másodlagos légszennyezők. Ezek közé tartozik a felszínközeli ózon, amely részt vesz a szmogképződésben. A széntüzelés háttérbe szorulásával nem a téli, hanem a nyári, ún. fotokémiai szmog kialakulásával kell számolnunk. A fotokémiai szmog fő összetevője a napfény hatására, döntően közlekedési eredetű légszennyező anyagokból keletkező felszínközeli ózon. | |||
A felszínközeli ózon NO2-ból és O2-ből képződik. A NO2 abszorbeálja az ultraibolya sugarakat, NO-ra és oxigén atomra bomlik. Az oxigén atomok a levegőben lévő oxigén molekulákkal ózonná alakulnak. A nagy ózonkoncentráció mindenfajta szervezet sejtjeit elpusztítja. Hatására a növényeken rozsdabarna foltok jelennek meg, a levél felszíne elszíntelenedik. Az emberben elpusztítja a tüdőszöveteket, tüdőödémát okoz, azaz a tüdőhólyagocskák vizes folyadékkal telnek meg. | |||
Hazánkban a felszínközeli ózonkoncentráció a városi és a vidéki területek levegőjében egyaránt növekedett. Az emelkedő tendenciájú felszínközeli ózonterhelés elsősorban (a nyári időszakban) az ország nyugati határmenti részén és a Duna-Tisza-köze középső részén a legnagyobb. Azért ezeken a helyeken, mert az ózon több órával a primer légszennyező anyagok emissziója után alakul ki, és az uralkodó szélirányoknak megfelelően Bécs ill. Budapest légszennyezése itt csapódik le. | |||
| |||
1.2. A szilárd levegőszennyezők eredete és környezeti hatása | |||
Por | |||
Földünk atmoszférikus porszennyezői természetes és antropogén eredetűek egyaránt lehetnek. A természetes porok kozmikus és földi eredetűek lehetnek. A Föld légterébe nagy mennyiségű organikus por jut a vegetációból, a növények és állatok maradványaiból. Tavasztól őszig jelentős mennyiségű virágpor kerül a levegőbe, melyek az arra érzékeny emberekben allergiás betegségeket váltanak ki. Tágabb értelemben az organikus porok közé sorolják a mikrobákat is. | |||
Tájékozódjon az aktuális pollen helyzetről az ÁNTSZ honlapján! | |||
Az ipari termelés folyamán keletkezett (antropogén) porok jelentősége azért nagy, mert a keletkezés helyén nagyon nagy koncentrációt is elérhetnek a szilárd szennyezők. Gyakorlatilag minden ipari tevékenység porképződéssel jár, vagy potenciálisan magában hordozza a szilárd levegőszennyezők képződésének lehetőségét. | |||
A hosszabb időn keresztül belélegzett poros levegő tüdőelváltozásokat - pneumonokoniosist - okoz. A porok közül a legsúlyosabb megbetegedést - szilikózist - a kovasavat tartalmazó anyagok okozzák. A porok egyéb toxikus anyagokat is hordozhatnak, például fémeket vagy karcinogén és mutagén anyagokat. | |||
A porártalom nagy részének legjellegzetesebb tulajdonsága, hogy káros hatása alig észlelhető, sőt, komoly megbetegedés tünetei sokszor éveken keresztül nem mutatkoznak. Ezért a védőberendezéseket még maguk a dolgozók sem szívesen veszik igénybe. Az ártalmak azonban napról napra, sőt évről évre apránként adódnak össze, és legtöbbször úgy, hogy az egészség többé nem állítható helyre. | |||
| |||
A levegőben a szálló por-részecskék mérete széles tartományban mozog. A mérések során az összes lebegő portartalmat (TSPM), a 10 mikron átmérőnél kisebb részecskék (PM10) és 2,5 mikron átmérőnél kisebb részecskék (PM2.5) tömegét vizsgálják. Az egészségre a kisebb méretű porszemcsék jelentenek nagyobb veszélyt, mert a légutakban mélyebbre lejutnak. Újabban az 1 mikronnál kisebb részecskéket is mérik, ezek a sejtekbe is képesek bejutni. | |||
| |||
| |||
| |||
Korom | |||
Gyűjtse ki a korom forrását, fő tulajdonságait! | |||
A CO képződéshez vezető okok földgáz, de különösen olaj-tüzelésnél koromkiválást is okoznak. A korom finom eloszlású, 0,01-0,02 nagyságú részecskékből áll, amely kémiai összetétele szerint túlnyomórészt grafit kristály. Nagy mennyiség tartós belégzése tüdőben való lerakódáshoz vezet. Fajlagos felülete igen nagy (6*102- 6*105 m2/g), erős felületi aktivitása következtében gyakran gázalakú légszennyező anyagokat adszorbeál, amelyek a kormot veszélyes szennyezőanyaggá tehetik. |
Önellenőrző kérdések | |||||||||
1. Definiálja a légszennyező anyagok fogalmát! | |||||||||
2. Melyek a légszennyező anyagok forrásai? Adjon példát mindkettőre! | |||||||||
3. Milyen antropogén forrásai vannak a kén-dioxidnak? | |||||||||
4. Melyek a kén-dioxid élettani hatásai? | |||||||||
5. Melyek a nitrogén-oxidok legfontosabb antropogén forrásai? | |||||||||
6. Milyen hatása van a nitrogén-dioxidnak az emberi szervezetre? | |||||||||
7. Egészítse ki a mondatokat! 1: tüzelési folyamatokból ![]() | |||||||||
8. Párosítsa az anyagokat a rájuk vonatkozó állításokkal! 1: a legjelentősebb üvegházhatású gáz ![]() | |||||||||
9. Milyen forrásokból származik szén-dioxid? Milyen hatása van a Földre? | |||||||||
10. Mire használták a freonokat? Miért kellett korlátozni a használatukat? | |||||||||
11. Hogyan kerül metán a levegőbe? | |||||||||
12. Mit jelent a VOC rövidítés?
![]() | |||||||||
13. Mit jelent a PAH rövidítés?
![]() | |||||||||
14. Mi a fő különbség az elsődleges és a másodlagos légszennyezők között? | |||||||||
15. Honnan származik a felszínközeli ózon? | |||||||||
16. Milyen élettani hatásai vannak az ózonnak? | |||||||||
17. Mit jelent a PM10 és a PM2,5? |