e d m use Mmmmpm ο -:?λ?ί ί ου :<λ i m ι^λ : ι ι>ι:ι :ilk0il:sri = γ λ» γλ (ΛιΗι'Λ

Transcript

1 e d m use Mmmmpm = γ λ» γλ ι>ι:ι :ilk0il:sri ο -:?λ?ί ί ου :<λ i m ι^λ : ι (ΛιΗι'Λ ΚΑΒΑΛ A 2008

2 1. ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ...4 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ... 6 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΙ ΡΥΠΟΙ... 7 Ρυπαντής...7 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΤΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΟΙ ΡΥΠΟΙ Σωματιδιακή ύλη στην ατμόσφαιρα Συγκέντρωση των σωματιδίων με πρόσκρουση, ανάσχεση και διάχυση ΠΗΓΕΣ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗΣ ΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΡΥΠΩΝ...24 Φυσικές Πηγές...24 Ανθρωπογενείς Πηγές...25 Βιομηχανία...26 Αυτοκίνητο...26 Θέρμανση...28 ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ...29 ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΑΠΟ ΤΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ - ΥΠΑΡΧΟΥΣΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΣΤΟΥΣ ΔΙΑΦΟΡΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ ΕΚΠΟΜΠΕΣ ΑΕΡΙΩΝ ΚΑΙ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ - ΥΠΑΡΧΟΥΣΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ - ΝΟΜΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΟΡΙΑ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ΑΠΟ ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΕΣ ΠΗΓΕΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΤΡΟΠΟΙ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗΣ ΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΡΥΠΩΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ.. 67 Σύγκριση των τεχνολογιών απομάκρυνσης των αιωρούμενων σωματιδίων ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Σελίδα- 2 -

3 2.ΠΕΡΙΛΗΨΗ Είναι γεγονός αδιαμφισβήτητο ότι η ατμοσφαιρική ρύπανση έχει ιδιαίτερα σοβαρές επιπτώσεις στο προσδόκιμο επιβίωσης, το οποίο μειώνεται, εξαιτίας της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Η ατμοσφαιρική ρύπανση των αστικών κέντρων έχει αλλάξει ως προς τη σύνθεση, αφού κάποιοι ρύποι αντιμετωπίστηκαν όπως ο μόλυβδος, ο καπνός και το διοξείδιο του θειου. Υπάρχουν όμως «νέοι» ρύποι όπως τα αζωτοξείδια, το όζον και τα αιωρούμενα σωματίδια PM10, PM2.5 που πρέπει να αντιμετωπιστούν. Οι ρύποι αυτοί προέρχονται είτε από φυσικές πηγές, όπως π.χ διάβρωση εδάφους, σταγονίδια από τη θάλασσα, δράση ηφαιστείων, σωματίδια που σχηματίζονται από φυσικές εκπομπές αερίων όπως H2S, NH3, NOx και υδρογονανθράκων, είτε από ανθρώπινες πηγές όπως, η καύση καυσίμων και βιομηχανικές δραστηριότητες, διαφεύγουσες εκπομπές από βιομηχανικές και μη δραστηριότητες, μεταφορές. Οι επιπτώσεις είναι πολλές και άμεσες. Επιδρούν όχι μόνο στην υγεία των ανθρώπων (αναπνευστικά προβλήματα, καρκίνος των πνευμόνων) αλλά και σε αυτή των ζώων (ελάττωση του πληθυσμού τους), όπως και των φυτών (καταστροφή της ανάπτυξής τους). Οι διατάξεις που χρησιμοποιούνται για την απομάκρυνση των αιωρούμενων σωματιδίων χωρίζονται σε τέσσερις κατηγορίες, τους μηχανικούς συλλέκτες, τους εκπλητές, τα υφασμάτινα φίλτρα και τα ηλεκτροστατικά φίλτρα. Οι κατά περιόδους μετρήσεις που έχουν γίνει σε διάφορες περιοχές μας βοηθούν να συνειδητοποιήσουμε το μέγεθος του προβλήματος και,ίσως, την πρόληψη των όσων θα ακολουθήσουν. Οι πολιτικές επιλογές και οι νομοθετικές ρυθμίσεις για την ατμόσφαιρα και το κλίμα, σε εθνικό, ευρωπαϊκό και διεθνές επίπεδο, έχουν αντίκτυπο και αλληλοσυμπληρώνονται. Στα πλαίσια λοιπόν των Προγραμμάτων Δράσης για το περιβάλλον και τη βιώσιμη ανάπτυξη, που υιοθετεί η Ευρωπαϊκή Ένωση σε τακτά χρονικά διαστήματα, καθορίζονται οι άμεσοι στόχοι και τα συγκεκριμένα (νομικά) μέτρα αντιμετώπισης των περιβαλλοντικών προβλημάτων. Σελίδα- 3 -

4 3.ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ Η ατμόσφαιρα της γης είναι ένα λεπτό αεριώδες περίβλημα το οποίο, όπως φαίνεται στον παρακάτω πίνακα, αποτελείται κυρίως από μοριακό άζωτο και οξυγόνο. Οι επιστήμονες υπολογίζουν την ηλικία της γήινης ατμόσφαιρας σε περίπου 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια. Η αρχική σύσταση της ατμόσφαιρας διέφερε πολύ από την σημερινή και πιθανότατα θα ήταν τοξική για τα περισσότερα σημερινά έμβια όντα. Αυτή η αφιλόξενη πρώτη ατμόσφαιρα υπέστη μεγάλες αλλαγές από την δράση πολλών χημικών, γεωλογικών και βιολογικών μηχανισμών. Μέσα από μια πολύπλοκη εξελικτική πορεία διαμορφώθηκε πριν περίπου από 0,5 δισεκατομμύριο χρόνια μια ατμόσφαιρα της οποίας η σύσταση δεν διέφερε πολύ από την σημερινή. Σημαντικές διαφοροποιήσεις στην σύσταση έχουν παρουσιασθεί, κυρίως μετά την βιομηχανική επανάσταση, μόνο στις συγκεντρώσεις κάποιων αερίων τα οποία έχουν μικρή συμμετοχή στην σύσταση της ατμόσφαιρας. Η σημερινή σύσταση της αρρύπαντης ατμόσφαιρας φαίνεται στον Πίνακα. Η χρήση της έννοιας «αρρύπαντη ατμόσφαιρα» στον πίνακα είναι σχετική λόγω του γεγονότος ότι όταν αποκτήσαμε τα μέσα για τον ακριβή προσδιορισμό της σύστασής της είχε ήδη αρχίσει η συστηματική επιβάρυνση της ατμόσφαιρας με ρύπους. Ένας τρόπος να χωρισθεί η ατμόσφαιρα της γης σε στρώματα είναι με βάση την σύστασή της. Η βασική σύσταση της ατμόσφαιρας σε N2 και O2 παραμένει σταθερή μέσα στην ομοιόσφαιρα, το ατμοσφαιρικό στρώμα το οποίο εκτείνεται από το έδαφος μέχρι το ύψος περίπου των 80 χιλιομέτρων. Στο στρώμα αυτό, η τυρβώδης ροή του αέρα είναι αρκετά έντονη ώστε το μοριακό μίγμα των κυριότερων αερίων να διατηρείται σε σταθερή αναλογία. Η τάση διαχωρισμού των αερίων σύμφωνα με το μοριακό τους βάρος εξουδετερώνεται μέσα στην ομοιόσφαιρα από τον μηχανισμό μίξης. Αξίζει εδώ να σημειωθεί ότι τα πρώτα χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια της γης περιλαμβάνουν τα 99% της συνολικής μάζας του ατμοσφαιρικού αέρα. Το στρώμα που βρίσκεται πάνω από την ομοιόσφαιρα ονομάζεται ετερόσφαιρα και, όπως υποδηλώνει Σελίδα- 4 -

5 το όνομά του, η σύστασή του δεν είναι ομοιογενής καθώς τα βαρύτερα άτομα και μόρια τείνουν να κατακάθονται στο κάτω μέρος του ενώ τα ελαφρύτερα αέρια επιπλέουν στην κορυφή. Πίνακας: Η σημερινή σύσταση της αρρύπαντης ατμόσφαιρας. Αμετάβλητα, αέρια Μ εταβλητά αέρια. Αέριο Σύμβολο Ποσοστό (κατ' όγκο) Αέριο Σύμβολο Ποσοστό (κατ' όγκο) Μοριακό άζωτο Μοριακό οξυγόνο Αργό Ν έον Ήλιο Μοριακό Υδρογόνο Ν ι Υδρατμοί η 2ο 0-4 Ο, Διοξ. του άνθρακα CO? Ατ 0.93 Μεθάνιο CH, Ne He Υποξείδιο του αζώτου ΝιΟ Η: Όζον ο Ένας άλλος τρόπος διαχωρισμού της ατμόσφαιρας στηρίζεται στη μεταβολή της θερμοκρασίας με το ύψος. Κατ αυτό τον τρόπο η ατμόσφαιρα μπορεί να χωριστεί στις εξής βασικές περιοχές (σχήμα-1): Τροπόσφαιρα: Η κατώτερη περιοχή της ατμόσφαιρας που εκτείνεται από το έδαφος μέχρι το ύψος των km. Στην τροπόσφαιρα δημιουργείται ο καιρός. Επίσης εδώ λαμβάνει χώρα σε συντριπτικό ποσοστό η εκπομπή των ρύπων. Στρατόσφαιρα: Το ατμοσφαιρικό στρώμα το οποίο καταλαμβάνει την περιοχή μεταξύ της τροπόπαυσης (δηλαδή του άνω ορίου της τροπόσφαιρας) και των 50 km από το έδαφος. Είναι η περιοχή όπου βρίσκεται το στρώμα του όζοντος. Μεσόσφαιρα: Εκτείνεται από την στρατόπαυση μέχρι τα 80 km περίπου και είναι η πιο ψυχρή περιοχή της γήινης ατμόσφαιρας ΏΘερμόσφαιρα: Εκτείνεται από την μεσόπαυση μέχρι τα 400 km περίπου και χαρακτηρίζεται από την μεγάλη αραίωση του αέρα. Σελίδα- 5 -

6 Σχήμα-1: Στρώματα της ατμόσφαιρας όπως προκύπτουν από την κατακόρυφη μεταβολή της θερμοκρασίας με το ύψος. ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ Ως ατμοσφαιρική ρύπανση ορίζεται η ύπαρξη στην ατμόσφαιρα ουσιών (ρύπων), για αρκετό διάστημα και σε τέτοια συγκέντρωση, ώστε να είναι δυνατόν να είναι βλαβερές για τους ζωντανούς οργανισμούς (άνθρωπος, φυτά, ζώα), τις υλικές κατασκευές ή ακόμα να επηρεάζουν δυσμενώς τις συνθήκες διαβίωσης του ανθρώπου. Για να εκφράσουμε τα επίπεδα ρύπανσης χρησιμοποιούμε συνήθως δύο μονάδες συγκέντρωσης, είτε μg/m3 είτε μέρη ανά εκατομμύριο όγκου ή απλά μέρη ανά εκατομμύριο (πολλές φορές δανειζόμαστε από την αγγλική βιβλιογραφία την σύντμηση ppmv = Parts Per Million by Volume ή απλά ppm). Συγκέντρωση 1 μέρος ανά εκατομμύριο όγκου σημαίνει ότι αντιστοιχεί μία μονάδα όγκου του ρύπου σε κάθε 106 μονάδες όγκου αέρα. Παρ όλο που συγκέντρωση ίση με 1 ppm ακούγεται μικρή, για πολλούς αέριους ρύπους υπερβαίνει κατά πολύ τις συνηθισμένες τιμές που συναντώνται στην ατμόσφαιρα. Γι αυτό τον λόγο σε πολλές περιπτώσεις οι συγκεντρώσεις ενός ρύπου μετρώνται σε μέρη ανά δισεκατομμύριο όγκου (ή ppb). Οι συγκεντρώσεις των σωματιδιακών ρύπων, αλλά και των αερίων ρύπων μετρώνται σε μg/m3. Σελίδα- 6 -

7 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΙ ΡΥΠΟΙ Ρυπαντής Είναι ουσία ρυπαντική του περιβάλλοντος (π.χ. κατά τις ημέρες άπνοιας παρατηρείται αύξηση των ρυπαντών). Οι ρυπαντές είναι γενικά ουσίες, στερεές, υγρές ή αέριες που εκπέμπονται από την ανθρώπινη δραστηριότητα, ή προκύπτουν μετά από αλληλεπίδραση της ανθρώπινης δραστηριότητας με το οικοσύστημα, και οι οποίες επιφέρουν άμεσες ή έμμεσες επιπτώσεις στην άνεση, ευεξία και υγεία τόσο του ανθρώπου, όσο και των ζώντων οργανισμών γενικότερα. Οι ρυπαντές διακρίνονται σε: Πρωτογενείς. Δευτερογενείς. Πρωτογενείς ρυπαντές: είναι οι ρυπαντές που εκπέμπονται άμεσα από την ανθρώπινη δραστηριότητα. Δευτερογενείς ρυπαντές: είναι εκείνοι που προκύπτουν από τους πρωτογενείς ρυπαντές μετά από αλληλεπίδραση τους με το οικοσύστημα. Ρύπος Όρος ο οποίος χαρακτηρίζει την ακαθαρσία, τη βρομιά (τελικά επικράτησε η λέξη ρύπος να σημαίνει ρυπαντής). Μονάδες συγκέντρωσης ρυπαντών στον αέρα 3 Οι συγκεντρώσεις ρυπαντών στην ατμόσφαιρα συνήθως εκφράζονται σε μg/m, ήτοι μάζα του ρυπαντή σε μg ανά μονάδα όγκου αέρα ή καυσαερίων. Ορισμένες φορές η συγκέντρωση των αερίων ρυπαντών στον αέρα εκφράζεται σε ppmv, δηλαδή, σε όγκο 6 ρυπαντή ανά 10 όγκους αέρα, δηλαδή πρόκειται περί ποσοστού όγκου (αν η συγκέντρωση Σελίδα- 7 -

8 εκφραστεί σε ppbv, τότε είναι μέρη όγκου ρυπαντή ανά δισεκατομμύρια όγκους αέρα, 9 δηλαδή 10 ). Οι ατμοσφαιρικοί ρύποι που κατά κύριο λόγο απασχολούν τις ανά τον κόσμο υπηρεσίες προστασίας του περιβάλλοντος είναι: το διοξείδιο του θείου, το μονοξείδιο του άνθρακα, τα οξείδια του αζώτου, οι υδρογονάνθρακες, το όζον, ο καπνός, τα αιωρούμενα σωματίδια και ο μόλυβδος. Ο προηγούμενος κατάλογος δεν εξαντλεί τις επιβλαβείς ουσίες που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα αλλά δεν θα γίνει εδώ αναφορά στις υπόλοιπες διότι είτε οι συγκεντρώσεις τους είναι χαμηλές είτε παρουσιάζουν καθαρά τοπικό χαρακτήρα. ΠΡΩΤΟΓΕΝΕΙΣ ΡΥΠΑΝΤΕΣ Διοξείδιο του θείου (SO2) Το διοξείδιο του θείου είναι αέριο, άχρωμο, άοσμο σε χαμηλές συγκεντρώσεις, αλλά με έντονη ερεθιστική οσμή σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις. Μονοξείδιο του άνθρακα (CO) Το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) είναι άχρωμο, άοσμο και άγευστο. Υ δρογονάνθρακες Μια άλλη κατηγορία ενώσεων, με σημαντική επίδραση στην ανθρώπινη υγεία, είναι οι υδρογονάνθρακες. Με τη συνδρομή τους σχηματίζονται δευτερογενώς, όζον, φορμαλδεΰδη και διάφορα φωτοχημικά οξειδωτικά. Μόλυβδος (Pb) Αποτελεί ένα από τα τοξικά μέταλλα τα οποία βρίσκονται στον αέρα σε μορφή αιωρούμενων σωματιδίων και αποτελούν πραγματικό κίνδυνο για τη δημόσια υγεία. Εκτός από το μόλυβδο, τα υπόλοιπα (βηρύλλιο, κάδμιο, υδράργυρος, νικέλιο) απασχολούν κυρίως τους κατοίκους περιοχών που βρίσκονται κοντά σε τοξικές πηγές (εργοστάσια, χωματερές). Σελίδα- 8 -

9 ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΕΙΣ ΡΥΠΑΝΤΕΣ Οξείδια του αζώτου (NOx) Από τα επτά γνωστά οξείδια του αζώτου (ΝΟ, ΝΟ2, ΝΟ3, Ν2Ο, Ν2Ο3, Ν2Ο4, και Ν2Ο5) μόνο δύο είναι εκείνα που κατέχουν σπουδαίο ρόλο στα προβλήματα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης: το μονοξείδιο και το διοξείδιο του αζώτου. Για το λόγο αυτό έχει επικρατήσει, ο όρος «οξείδια του αζώτου (NOx)», να χρησιμοποιείται για να δηλώσει μόνο τα δύο αυτά οξείδια. Το ΝΟ είναι αέριο, άχρωμο και άγευστο ενώ το ΝΟ2 έχει καστανοκόκκινο χρώμα και ιδιάζουσα οσμή. Όζον (Ο3) Το όζον δεν εκπέμπεται κατευθείαν στην ατμόσφαιρα αλλά παράγεται μετά από μια σειρά αντιδράσεων. Ο συνδυασμός των οξειδίων του αζώτου, των διαφόρων υδρογονανθράκων και του ηλιακού φωτός είναι δυνατό να εκκινήσει μια σειρά πολύπλοκων χημικών αντιδράσεων που σαν προϊόντα έχουν μια σειρά από δευτερογενείς ρύπους, ο κυριότερος από τους οποίους είναι το όζον. Οι διαδικασίες δημιουργίας του όζοντος μπορούν να εκφρασθούν με μια απλή ποιοτική αντίδραση: Υδρογονάνθρακες + Οξείδια του αζώτου + ΟΗλιακό φως >Φωτοχημικό νέφος. Το όζον είναι ο κυριότερος ρύπος της φωτοχημικής ρύπανσης των πόλεων και γι αυτό χρησιμοποιείται ως δείκτης αυτής. Είναι αέριο άχρωμο, με έντονη οσμή και οξειδωτική δράση. Η χρονική κατανομή του ρύπου παρουσιάζει μέγιστο κατά τις πρώτες μεταμεσημβρινές ώρες. Το βράδυ, αντίθετα, παρουσιάζονται οι χαμηλότερες συγκεντρώσεις αυτού κυρίως λόγω της απουσίας φωτός, και συνεπώς λόγω αδυναμίας παραγωγής όζοντος. Οι εποχικές διακυμάνσεις στα επίπεδα του όζοντος έχουν άμεση σχέση με τις αντιδράσεις σχηματισμού του, και ιδιαίτερα με την απαιτούμενη ηλιακή ακτινοβολία. Οι Σελίδα- 9 -

10 μέγιστες συγκεντρώσεις παρουσιάζονται, λοιπόν, την θερμή περίοδο του έτους όπου τόσο η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας, όσο και η διάρκεια της ημέρας είναι μεγαλύτερες. Λόγω των πολύπλοκων χημικών αντιδράσεων που οδηγούν είτε στον σχηματισμό είτε στην καταστροφή του, οι υψηλές συγκεντρώσεις όζοντος δεν συνδυάζονται με υψηλές συγκεντρώσεις οξειδίων του αζώτου. Χαρακτηριστικά μπορούμε να αναφέρουμε για την Αθήνα, ότι υψηλές συγκεντρώσεις των οξειδίων του αζώτου παρατηρούνται συνήθως στο κέντρο της πόλης (λόγω μεγάλων εκπομπών από τα αυτοκίνητα) ενώ τα υψηλότερα επίπεδα όζοντος καταγράφονται στα βόρεια προάστια. Βενζόλιο (C6H6) Το Βενζόλιο είναι μια πτητική οργανική ένωση (VOC) η οποία αποτελεί ένα από τα δευτερεύοντα συστατικά της βενζίνης. Κατατάσσεται στους τοξικούς ρύπους μαζί με τα, αρσενικό και αμίαντος. Στον παρακάτω πίνακα σημειώνονται οι βασικότεροι ρυπαντές που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα ανά κλάδο βιομηχανικής δραστηριότητας. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ ΡΥΠΑΝΤΕΣ Θερμοηλεκτρικοί σταθμοί Καπνός, σωματίδια, οξείδια του θείου, οξείδια του αζώτου, υδρογονάνθρακες Διυλιστήρια πετρελαίου Υδρογονάνθρακες, μονοξείδιο του άνθρακα, οξείδια του θείου, οξείδια του αζώτου, σωματίδια, υδρόθειο Εργοστάσια τσιμέντου Σωματίδια, οξείδια του θείου, οξείδια του αζώτου Χαλυβουργεία Σωματίδια, μονοξείδιο του άνθρακα, οξείδια του θείου, οξείδια του αζώτου, υδρογονάνθρακες Λιπάσματα Σωματίδια, αμμωνία ή / και φθοριούχα ή / και θειϊκά ή / και νιτρικά παράγωγα Βιομηχανία γυαλιού οξείδια του θείου, οξείδια του αζώτου, Σελίδα- 10 -

11 φθοριούχα παράγωγα, σωματίδια Αέρια αιωρούμενα σωματίδια Κυκλοφορία CO, HC, ΝΟx, Διοξείδιο του θείου, Σωματίδια Στον παρακάτω πίνακα παρουσιάζονται οι κύριοι ρυπαντές ανά κλάδο βιομηχανικής δραστηριότητας καθώς και οι επιδράσεις τους στο περιβάλλον και τον άνθρωπο. ΡΥΠΑΝΤΗΣ ΚΥΡΙΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ Mονοξείδιο του άνθρακα CO Μηχανές εσωτερικής καύσης αυτοκινήτων. Πολύ μικρότερη συνεισφορά από βιομηχανικές δραστηριότητες. Πονοκέφαλοι, μειωμένη διαύγεια, θάνατος, καρδιακές αλλοιώσεις Διοξείδιο του θείου (SO2) Υδρογονάνθρακες Στερεά σωματίδια ή αεροσωματίδια Καύση πετρελαίου και γαιανθράκων για ηλεκτροπαραγωγή και θέρμανση κτιρίων. Μικρότερες ποσότητες από βιομηχανικές δραστηριότητες. Μηχανές εσωτερικής καύσης των αυτοκινήτων. Μικρότερες ποσότητες από βιομηχανικές δραστηριότητες. Καύση πετρελαίου και γαιανθράκων για ηλεκτροπαραγωγή βιομηχανικές χρήσεις θέρμανση κτιρίων. Μικρότερες ποσότητες από αυτοκίνητα. Ερεθισμός ματιών, αλλοιώσεις πνευμόνων, καταστροφή υδρόβιας ζωής, όξινη βροχή, καταστροφή δασών, καταστροφή μνημείων Συμβολή στο φωτοχημικό νέφος, μείωση ορατότητας, επίδραση στους πνεύμονες (μόλυβδος από μολυβδομένη βενζίνη επίδραση στα νεφρά και στον εγκέφαλο, είσοδο στην τροφική αλυσίδα) Ζημιές στους πνεύμονες, ερεθισμός ματιών, ζημιές στη γεωργική παραγωγή, μείωση ορατότητας, αλλοίωση χρωμάτων και μνημείων Σελίδα- 11 -

12 Οξείδια του αζώτου κυρίως μονοξείδιο (ΝΟ) και διοξείδιο (ΝΟ ) Μηχανές εσωτερικής καύσης και μεγάλες στάσιμες μονάδες καύσεως όπως εργοστάσια ηλεκτροπαραγωγής. Ζημιές πνευμόνων, όξινη βροχή, καταστροφή μνημείων, καταστροφή δασών, σχηματισμός φωτοχημικής ομίχλης Ο παρακάτω πίνακας παρουσιάζει τις σημαντικότερες ιδιότητες των ατμοσφαιρικών ρύπων. Ονομασία Χημικός Σημαντικότερες Σημασία ως αέριος τύπος ιδιότητες ρυπαντής διοξείδιο του θείου SO2 άχρωμο, χαρακτηριστικής οσμής, διαλυτό στο νερό επιδρά στα φυτά, στις κατασκευές και στην σχηματίζοντας θειώδες υγεία οξύ H SO τριοξείδιο του SO3 διαλυτό στο νερό ιδιαίτερα διαβρωτικό θείου σχηματίζοντας θειικό οξύ HSO, υδρόθειο H2S οσμή χαλασμένου αυγού σε μικρές συγκεντρώσεις, ιδιαίτερα δηλητηριώδες άοσμο σε υψηλές υποξείδιο του N2O άχρωμο, προωθητικό στις σχετικά αδρανές, δεν αζώτου φιάλες αεροζόλ και σπρέι παράγεται κατά την καύση μονοξείδιο του αζώτου NO άχρωμο αέριο παράγεται σε καύσεις με υψηλή θερμοκρασία και πίεση, οξειδώνεται σε NO 2 διοξείδιο του αζώτου NO 2 καστανόχρωμο αέριο κύριο συστατικό στον σχηματισμό του Σελίδα- 12 -

13 φωτοχημικού νέφους μονοξείδιο του άνθρακα διοξείδιο του άνθρακα CO άχρωμο, άοσμο αέριο προϊόν ατελούς καύσης, δηλητηριώδες C02 άχρωμο, άοσμο αέριο παράγεται κατά την τέλεια καύση, πιθανώς επιπτώσεις στην αλλαγή του κλίματος της γης όζον 0 3 ισχυρά δραστικό επιδρά στα φυτά και στις κατασκευές, παράγεται κυρίως κατά τον σχηματισμό του φωτοχημικού νέφους υδρογονάνθρακες HC Πολλές ορισμένοι υδρογονάνθρακες εκπέμπονται από τα αυτοκίνητα και τη βιομηχανία, άλλοι σχηματίζονται στην ατμόσφαιρα Σελίδα- 13 -

14 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΤΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ Είναι γνωστό το ότι οι ανθρωπογενείς εκπομπές ρύπων είναι υπεύθυνες για τα υψηλά επίπεδα ρύπανσης τα οποία επικρατούν κυρίως στις αστικές περιοχές. Παρ όλα αυτά, τα επεισόδια ρύπανσης δεν προκαλούνται συνήθως από ξαφνική αύξηση της εκπομπής των ρύπων, αλλά οφείλονται σε «δυσμενείς» μετεωρολογικές συνθήκες οι οποίες περιορίζουν σημαντικά την ικανότητα της ατμόσφαιρας να αραιώσει τους ρύπους. Για τον λόγο παρουσιάζονται παρακάτω μερικοί από τους σημαντικότερους ατμοσφαιρικούς μηχανισμούς οι οποίοι είναι υπεύθυνοι για την μεταφορά, τον μετασχηματισμό και τελικά την απομάκρυνση των ρύπων που εκλύονται στην ατμόσφαιρα. Στο παρακάτω σχήμα παρουσιάζονται σχηματικά οι ατμοσφαιρικές διεργασίες που συντελούν στη διασπορά των αέριων ρύπων που εκπέμπονται από μία καμινάδα. Ύψος Αναμειςεοκ Μεταφορά απο τον ορι^οντιο άνεμο Διαφυγή ρύπων στην ελεύθερη ατμόσφαιρα Απομάκρυνση μέσω των νεφών Εκπομπή Διάχυση Χημικοί μετασχηματισμοί ϋίρ η απόθεση y \ \ \ \ \ \ ' Απόπλυση ' \ \ \ >,ΛΛΧ\ \ V \ \ \ \ ν Λ \ \ \ \ \ \ Λ. Υγρή απόθεση fejivka ϊοροσφαιρα Αναλυτικότερα: α. Οι αέριοι ρύποι όταν αφήνουν την καμινάδα είναι κατά κανόνα θερμότεροι από τον περιβάλλοντα αέρα. Το γεγονός αυτό, σε συνδυασμό με την αρχική ορμή που έχουν τα καυσαέρια.όταν φθάνουν στην κορυφή της καμινάδας, έχει σαν αποτέλεσμα ο θύσανος να ανυψώνεται μέχρι ενός ορισμένου ύψους. Το ύψος αυτό είναι βέβαια υψηλότερο του Σελίδα- 14 -

15 φυσικού (κατασκευαστικού) ύψους της καμινάδας και ονομάζεται ενεργό ύψος της καμινάδας. Το ύψος στο οποίο γίνεται η εκπομπή των καυσαερίων έχει μεγάλη επίπτωση στην ποιότητα του αέρα της περιοχής γιατί οι συγκεντρώσεις στο έδαφος μειώνονται σημαντικά όσο αυξάνεται το ύψος στο οποίο καταλήγουν οι ρύποι. Μια από τις τεχνικές που χρησιμοποιείται για την μείωση της τοπικής ρύπανσης είναι η αύξηση του ύψους εκπομπής των καυσαερίων (π.χ. αυξάνοντας το κατασκευαστικό ύψος της καμινάδας). β. Τα καυσαέρια μεταφέρονται μακριά από την πηγή από τον μέσο οριζόντιο άνεμο. Ενημερωτικά αναφέρουμε ότι ο οριζόντ^ς άνεμος αποτελεί τον σημαντικότερο μηχανισμό απομάκρυνσης και αραίωσης των ρύπων. Σε περιπτώσεις στις οποίες πνέουν ισχυροί άνεμοι τα επίπεδα ρύπανσης είναι συνήθως χαμηλά. γ. Οι αναταρακτικές κινήσεις του αέρα είναι υπεύθυνες για την κατακόρυφη μεταφορά και την διαπλάτυνση του θυσάνου, με τελικό αποτέλεσμα την αραίωση. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται διάχυση. Η κλίμακα και η ένταση της αραίωσης εξαρτώνται από τον βαθμό ανατάραξης της ατμόσφαιρας. Σε συνθήκες ευστάθειας οι αναταρακτικές κινήσεις είναι μικρότερης κλίμακας και η κατακόρυφη ανάμειξη γίνεται αργά ενώ σε συνθήκες μεγάλης αστάθειας οι τυρβώδεις στρόβιλοι είναι μεγαλύτεροι και η ανάμειξη πολύ έντονη. Η δράση των αναταρακτικών κινήσεων περιορίζεται στο κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας (~1 χιλιόμετρο) το οποίο ονομάζεται στρώμα ανάμειξης. δ. Ένα μέρος της ρύπανσης διαφεύγει από το στρώμα ανάμειξης στην ελεύθερη ατμόσφαιρα. Η απουσία αναταρακτικών κινήσεων στην ελεύθερη ατμόσφαιρα έχει σαν αποτέλεσμα, η κατακόρυφη μεταφορά των ρύπων να γίνεται με πολύ βραδύτερους ρυθμούς. Από την άλλη μεριά, οι αντίστoιχoι ατμοσφαιρικοί μηχανισμοί είναι μεγαλύτερης χωρικής και χρονικής κλίμακας με αποτέλεσμα οι ρύποι που διαφεύγουν στην ελεύθερη ατμόσφαιρα να επηρεάζουν ευρύτερες περιοχές της γης. ε. Κατά το χρόνο της παραμονής τους στην ατμόσφαιρα οι ρύποι υφίστανται διάφορους χημικούς μετασχηματισμούς λόγω αντιδράσεων είτε μεταξύ τους είτε με τα συστατικά της καθαρής ατμόσφαιρας. Η ατμόσφαιρα είναι ένα αποτελεσματικό εργαστήριο αντιδράσεων μέσα στο οποίο διοχετεύονται χημικά ενεργά συστατικά με αποτέλεσμα την παραγωγή ενός αριθμού καινούργιων ουσιών. Οι χημικές αντιδράσεις των ρύπων μπορεί να δώσουν Σελίδα- 15 -

16 και ουσίες οι οποίες δεν είναι ρύποι. Σε πολλές περιπτώσεις όμως στα προϊόντα των χημικών αντιδράσεων περιλαμβάνονται και νέοι (δευτερογενείς) ρύποι. Αέρια αιωρούμενα σωματίδια στ. Η μεταφορά των ρύπων από την ατμόσφαιρα στο έδαφος ονομάζεται απόθεση. Γενικά ξεχωρίζουμε τρεις διαφορετικούς τύπους απόθεσης: I. Βαρυτική καθίζηση ονομάζεται η πτώση λόγω βαρύτητας των σχετικά μεγάλων και βαρέων σωματιδίων. II. Ξηρή απόθεση υφίστανται τα μικρά σωματίδια και οι αέριοι ρύποι τα οποία ακολουθούν αδρανώς τις κινήσεις του αέρα και κατακρατούνται, όταν έρθουν σε επαφή, από την υποκείμενη επιφάνεια III. Υγρή απόθεση λαμβάνει χώρα σε περίπτωση υετού οπότε μπορούν να συμβεί κάποιο από τα παρακάτω ενδεχόμενα: Είτε σάρωση των ρύπων οι οποίοι βρίσκονται στην ατμόσφαιρα από την βροχή ή το χιόνι (απόπλυση) είτε πρόσληψη των ρύπων σε ένα προηγούμενο στάδιο από τα μικρά σταγονίδια του νέφους, τα οποία αργότερα ενώνονται μεταξύ τους φτιάχνοντας σταγόνες βροχής. Σε κάθε περίπτωση είναι πολύ σημαντικό, όταν μελετάμε τους αέριους ρύπους και τις επιπτώσεις τους, να ξεχωρίσουμε από την μία την αέρια ρύπανση και τις επιπτώσεις της, και από την άλλη την αποτιθέμενη ρύπανση με τις αντίστοιχες επιπτώσεις. Ο λόγος για τον οποίο είναι τόσο σημαντικός αυτός ο διαχωρισμός είναι ότι η κλίμακα των δύο φαινομένων είναι πολύ διαφορετική. Οι άμεσες επιπτώσεις της αέριας ρύπανσης είναι περισσότερο τοπικό πρόβλημα και οι επιδράσεις είναι συνήθως μεγαλύτερες στις περιοχές κοντά στην πηγή της ρύπανσης (π.χ. φωτοχημικό νέφος των αστικών περιοχών). Από την άλλη πλευρά, η επίδραση της απόθεσης εξαπλώνεται σε πολλές εκατοντάδες ή χιλιάδες χιλιόμετρα (π.χ. όξινη βροχή). Σελίδα- 16 -

17 4.ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΟΙ ΡΥΠΟΙ Αιωρούμενα σωματίδια Με τον όρο αιωρούμενα σωματίδια (Particulate Matter - PM), χαρακτηρίζουμε τα, υγρά ή στερεά, σωματίδια που βρίσκονται σε ελεύθερη μορφή στον αέρα και έχουν κατάλληλες διαστάσεις και ειδικό βάρος που τους επιτρέπουν να παραμένουν σε αιώρηση για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Το μέγεθός τους (διάμετρος) κυμαίνεται από 0,0002 μm ως 500 μm ενώ η χημική τους σύσταση ποικίλει και αντανακλά την πηγή από την οποία προέρχονται. Τα αιωρούμενα σωματίδια έχουν μεταβαλλόμενη χημική σύσταση, σχήμα και μέγεθος. Η φυσική σύνθεση, η μορφολογία, οι φυσικές και θερμοδυναμικές ιδιότητες των σωματιδίων μεταβάλλονται ανάλογα με τη γεωγραφική περιοχή και το χρόνο παραμονής τους σε διάφορες γεωγραφικές περιοχές και παρουσιάζουν χρονική μεταβλητότητα (Finlayson - Pitts and Pitts, 2001). Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό των σωματιδίων αυτών είναι η μεγάλη μεταβολή στο μέγεθος τους που κυμαίνεται από λίγα νανόμετρα μέχρι αρκετά μικρόμετρα. Για παράδειγμα σωματίδια που προέρχονται από μηχανές εσωτερικής καύσης (εκπομπές από αυτοκίνητα και εργοστάσια παραγωγής ενέργειας) έχουν μέγεθος που κυμαίνεται από 0,003 έως 1 μm. Η γύρη από τα λουλούδια και τα δένδρα καθώς και η σκόνη από το έδαφος αποτελούνται κυρίως από σωματίδια μεγαλύτερα από 2 μm. Επίσης σωματίδια που προέρχονται από την καύση του άνθρακα έχουν μέγεθος μεταξύ 0,1 και 50 μm (ΕΡΑ, 1996). Τα αιωρούμενα σωματίδια μπορούν να συμμετέχουν σε φυσικο-χημικές μεταβολές στην Ατμόσφαιρα που περιλαμβάνουν αλλαγές στη χημική τους σύσταση και στο μέγεθος τους. Σε αυτές τις αλλαγές συμπεριλαμβάνονται η πυρηνοποίηση, η συμπύκνωση, η εξάτμιση, η συσσωμάτωση, η κατακάθηση σε χημικές αντιδράσεις. Ο χρόνος ζωής των αιωρούμενων σωματιδίων στην Ατμόσφαιρα ( μεταξύ ολίγων ημερών (για σωματίδια μεγάλου μεγέθους (> 2 μm)) και ολίγων εβδομάδων (για σωματίδια μικρού μεγέθους (< 2 μm)). Οι σωματιδιακοί ρύποι περιλαμβάνουν διάφορες τοξικές ενώσεις όπως, π.χ. πο- λυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες, εξαχλωροβενζόλια, μόλυβδο, πολυ- χλωριωμένα διφαινύλια, πολυχλωριωμένα διβενζοφουράνια και πολυχλωριωμένες βενζο-π- διοξίνες. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα αιωρούμενα σωματίδια να αποτελούν μέσο μεταφοράς βαρέων μετάλλων και τοξικών ουσιών στην Ατμόσφαιρα. Σελίδα- 17 -

18 Τα αιωρούμενα σωματίδια αποτελούν έναν από στις σημαντικότερους ρύπους στις ατμόσφαιρας των κατοικημένων περιοχών. Αέρια αιωρούμενα σωματίδια Γενικά, διακρίνουμε τρεις κατηγορίες (3 κλάσματα) αιωρούμενων σωματιδίων, οι οποίες διαφέρουν ως στις την προέλευση, τη χημική στις σύσταση και την επικινδυνότητά στις: τα TSP (ολικά αιωρούμενα σωματίδια), τα PMio (εισπνεύσιμα αιωρούμενα σωματίδια) και ΡΜ2.5 (αναπνεύσιμα αιωρούμενα σωματίδια). Τα τελευταία περιλαμβάνουν σωματίδια που μπορούν να διεισδύσουν βαθιά στο αναπνευστικό σύστημα και να αποτεθούν στις τερματικούς βρόγχους και στις πνευμονικές κυψελίδες. Σωματιδιακή ύλη στην ατμόσφαιρα Με τον όρο αιωρούμενη σωματιδιακή ύλη εννοούμε κάθε συστατικό, εκτός από το καθαρό νερό, που βρίσκεται στην ατμόσφαιρα ως υγρό ή στερεό, κάτω από φυσιολογικές συνθήκες και έχει μέγεθος της τάξεως των μm ή και μικρότερο αλλά μεγαλύτερο από τη μοριακή διάσταση. Τα αιωρούμενα σωματίδια εκπέμπονται άμεσα τόσο από ανθρωπογενείς όσο και βιογενείς πηγές, αλλά πολλά από αυτά σχηματίζονται και δευτερογενώς από τη συμπύκνωση ή προσρόφηση σε άλλα σωματίδια ορισμένων αερίων και ατμών που είτε εκπέμπονται άμεσα στην ατμόσφαιρα είτε προκύπτουν από φωτοχημικούς μετασχηματισμούς. Έτσι και τα αιωρούμενα σωματίδια, όπως και οι αέριοι ρύποι, μπορούν να χωριστούν σε πρωτογενή και δευτερογενή. Τα αιωρούμενα σωματίδια είναι ιδιαίτερα πολύπλοκα. Περιλαμβάνουν ουσίες διαφορετικής χημικής σύνθεσης, που δεν είναι δυνατό να αποτελέσουν μια ομάδα. Μια πλήρη περιγραφή των ατμοσφαιρικών σωματιδίων απαιτεί καθορισμό όχι μόνο της συγκέντρωσης τους αλλά και του μεγέθους τους, της χημικής τους σύνθεσης, της φυσικής τους κατάστασης (υγρά ή στέρεα) και της μορφολογίας τους. Έχουν χρησιμοποιηθεί διάφοροι όροι για το χαρακτηρισμό των νεφών που σχηματίζονται από τα αιωρούμενα σωματίδια. Σκόνη (dust): Αποτελείται από αδρά αιωρούμενα σωματίδια με μεγάλο μέγεθος που παράγονται από μηχανικές διεργασίες ελάττωσης του μεγέθους των στερεών υλικών, όπως είναι η θραύση, ο κατακερματισμός και η άλεση. Καπνός (smoke): Αποτελείται από πολύ λεπτά αιωρούμενα σωματίδια, που προέρχονται από την ατελή καύση του άνθρακα και άλλων οργανικών υλικών (ορυκτά καύσιμα). Ομίχλη και αχλύδα (fog and mist): Αποτελείται από αιωρούμενα σταγονίδια που σχηματίζονται από τη συμπύκνωση των ατμών και είναι ορατά. Η ομίχλη αναφέρεται Σελίδα- 18 -

19 συνήθως στη μετεωρολογία και αποτελείται από σταγονίδια νερού μικρού σχετικά μεγέθους και σε μεγάλες συγκεντρώσεις. Η αχλύδα αποτελείται από σταγονίδια μεγάλου σχετικά μεγέθους, που βρίσκονται σε μικρές συγκεντρώσεις και προέρχονται από τη συμπύκνωση ατμών που εκπέμπονται κυρίως από διάφορες δραστηριότητες του ανθρώπου. Καταχνιά ή ξηρή αχλύδα (haze): Είναι συνδυασμός σταγονιδίων νερού, σκόνης, σωματιδίων καπνού και φωτοχημικών ρύπων που μειώνουν την ορατότητα. Κάπνα (fume): Αποτελούνται από στερεά αιωρούμενα σωματίδια, που σχηματίστηκαν από τη συμπύκνωση ουσιών που για κάποιο λόγο βρέθηκαν στην αέρια φάση. Καπνομίχλη (smog): Συνδυασμός καπνού και ομίχλης. Όμως, με αυτόν τον όρο χαρακτηρίζεται πιο συχνά ο συνδυασμός των φωτοχημικά σχηματιζόμενων αερίων ρύπων και αιωρούμενων σωματιδίων. Το μέγεθος των αιωρούμενων σωματιδίων στην ατμόσφαιρα εκτείνεται από μερικά Α μέχρι μερικές εκατοντάδες μm. Τα σωματίδια με διάμετρο μικρότερη των 2,5 μm αναφέρονται γενικά ως μικροσκοπικά ή λεπτά και εκείνα με διάμετρο μεγαλύτερη από 2,5 μm ως μεγάλα σωματίδια ή αδρά. Οι πηγές των αιωρούμενων σωματιδίων μπορούν να χωριστούν σε πρωτογενείς και δευτερογενείς. Πρωτογενή αιωρούμενα σωματίδια είναι εκείνα που εκπέμπονται σε σωματιδιακή μορφή αμέσως από την πηγή, όπως είναι για παράδειγμα η σκόνη (από την επίδραση του ανέμου) και τα καπνοσωματίδια από τις καπνοδόχους. Δευτερογενή είναι εκείνα τα σωματίδια που σχηματίζονται στην ατμόσφαιρα π.χ. από χημικές αντιδράσεις αέριας φάσης που δημιουργούν χημικές ενώσεις που συμπυκνώνονται. Αν και οι πρωτογενείς πηγές παράγουν σωματίδια όλων των μεγεθών, οι δευτερογενείς παράγουν σωματίδια με μέγεθος μικρότερο του 1 μm Από τη στιγμή που τα σωματίδια βρίσκονται στην ατμόσφαιρα, το μέγεθος τους, ο αριθμός τους και η χημική τους σύσταση αλλάζουν συνεχώς μέχρι να απομακρυνθούν από αυτή. Μερικά από τα φυσικά και χημικά φαινόμενα που επιδρούν στις μεταβολές των ατμοσφαιρικών σωματιδίων είναι περισσότερο αποτελεσματικά σε μια περιοχή του μεγέθους των αιωρούμενων σωματιδίων από ό,τι σε μια άλλη. Παρόλα τα ιδιαίτερα φαινόμενα που επιδρούν στις μεταβολές τους, ο συνήθης χρόνος παραμονής των αιωρούμενων σωματιδίων στην κατώτερη ατμόσφαιρα είναι της τάξης των 2 ημερών μέχρι 1 εβδομάδας. Πολύ κοντά στο έδαφος ο κύριος μηχανισμός απομάκρυνσης τους είναι η καθίζηση και η «αρπαγή» από τις διάφορες επιφάνειες καθώς κτυπούν πάνω τους, ενώ σε ύψη πάνω από 100 να η υγρή απόθεση είναι ο κύριος μηχανισμός απομάκρυνσης. Σελίδα- 19 -

20 Τα μικροσκοπικά και τα μεγάλα σωματίδια γενικά δημιουργούνται διαφορετικά, μετασχηματίζονται διαφορετικά, απομακρύνονται από την ατμόσφαιρα με διαφορετικούς μηχανισμούς, απαιτούν διαφορετικές τεχνικές ελέγχου, έχουν διαφορετική χημική σύνθεση και διαφορετικές οπτικές ιδιότητες. Επομένως, αυτός ο διαχωρισμός των σωματιδίων είναι βασικός σε κάθε συζήτηση που αφορά στη φυσική, τη χημεία, τις μετρήσεις των αιωρούμενων σωματιδίων, την ποιότητα του αέρα και στο μηχανισμό εναπόθεσης τους στο αναπνευστικό σύστημα. Τα μικροσκοπικά σωματίδια αποτελούνται κυρίως από χημικές ενώσεις του θείου, από αμμωνιακά άλατα (ΝΗ4+), από μόλυβδο (Pb), από νιτρικά ιόντα (ΝΟ3-) και από οργανική ύλη συμπεριλαμβανομένης και της αιθάλης. Επίσης, πάνω τους συμπυκνώνονται τοξικές ουσίες όπως πολυκυκλικές αρωματικές χημικές ενώσεις, αρσενικό (As), σελήνιο (Se), κάδμιο (Cd) και ψευδάργυρος (Ζη). Τα μεγάλα σωματίδια περιέχουν σίδηρο (Fe), ασβέστιο (Ca) και πυρίτιο (Si) Συγκέντρωση των σωματιδίων με πρόσκρουση, ανάσχεση και διάχυση Όταν ένα ρευστό που ρέει προσεγγίζει ένα ακίνητο αντικείμενο όπως το νήμα ενός σακόφιλτρου, μία μεγάλη σταγόνα νερού ή ένα μεταλλικό έλασμα, οι γραμμές ροής του ρευστού θα εκτραπούν γύρω από αυτό το αντικείμενο. Εξαιτίας της αδράνειας τους, τα σωματίδια στο ρευστό δεν θα ακολουθήσουν ακριβώς τις γραμμές ροής, αλλά θα τείνουν να συνεχίσουν στις αρχικές τους διευθύνσεις. Εάν το σωματίδια έχουν επαρκή αδράνεια και βρίσκονται αρκετά κοντά στο ακίνητο αντικείμενο, θα συγκρουστούν με το αντικείμενο και μπορεί να συγκρατηθούν από αυτό. Αυτό το φαινόμενο απεικονίζεται στο Σχήμα 3.9. Η πρόσκρουση σωματιδίων λαμβάνει χώρα όταν το κέντρο μάζας ενός σωματιδίου το οποίο εκτρέπεται από τις γραμμές ροής του ρευστού χτυπά ένα ακίνητο αντικείμενο. Η ανάσχεση σωματιδίων λαμβάνει χώρα όταν το κέντρο μάζας του σωματιδίου χάνει από κοντά το αντικείμενο, αλλά, λόγω του πεπερασμένου μεγέθους τους, το σωματίδιο χτυπά το αντικείμενο. Η συγκέντρωση των σωματιδίων με διάχυση λαμβάνει χώρα όταν μικρά σωματίδια (τα οποία υπόκεινται σε τυχαία κίνηση γύρω από τη μέση διαδρομή και συνήθως θα έχαναν το αντικείμενο λαμβάνοντας υπόψη ακόμη και το πεπερασμένο μέγεθος τους) συμβαίνει να "διαχέονται" προς το αντικείμενο ενώ διέρχονται κοντά από αυτό. Εάν χτυπηθεί το αντικείμενο με οποιοδήποτε από τις προηγούμενες μεθόδους, τα σωματίδια συγκεντρώνονται μόνο εάν υπάρχουν κοντινής εμβέλειας δυνάμεις (van der Σελίδα- 20 -

21 Walls, ηλεκτροστατικές, χημικές και ούτω καθεξής) αρκετά ισχυρές για να τα συγκρατήσουν στην επιφάνεια. Ένας απλός τρόπος για την εξήγηση της πρόσκρουσης είναι με την έννοια της απόστασης ακινητοποίησης. Εάν μία σφαίρα στην περιοχή Stokes εκτοξευθεί με μία αρχική ταχύτητα u0 μέσα σε ένα ακίνητο ρευστό, η ταχύτητα ως συνάρτηση του χρόνου (αγνοώντας τα πάντα εκτός από δυνάμεις οπισθέλκουσας) είναι: e(-t/τ ') u = u 0 Η συνολική διανυόμενη απόσταση από το σωματίδιο πριν αυτό φτάσει σε ηρεμία (η απόσταση ακινητοποίησης) είναι: Σχήμα. Συγκέντρωση σωματιδίων πάνω σε ένα ακίνητο αντικείμενο Εάν το σωματίδιο σταματήσει πριν χτυπήσει το αντικείμενο, αυτό μπορεί να παρασυρθεί γύρω από το αντικείμενο από την τροποποιημένη ροή του ρευστού. Επειδή το τ' είναι μικρό, η απόσταση χιίίορ είναι επίσης μικρή. Παραδείγματος χάρη, εάν ένα σωματίδιο 1.0-pm με μοναδιαία πυκνότητα εκτοξευθεί με 10 m/s μέσα στον αέρα, θα ακινητοποιηθεί αφού διανύσει 36 μικρά (λιγότερο από τη μισή διάμετρο μιας ανθρώπινης τρίχας). Η παράμετρος πρόσκρουσης Νι μπορεί να οριστεί ως ο λόγος της απόστασης ακινητοποίησης ενός σωματιδίου (βασιζόμενη στην ανάντη ταχύτητα του ρευστού) προς τη διάμετρο του ακίνητου αντικειμένου, ή Νι = Εάν η παράμετρος Νι είναι μεγάλη, τα περισσότερα από τα σωματίδια θα προσκρούουν στο αντικείμενο. Εάν η παράμετρος Νι είναι πολύ μικρή, τα περισσότερα από τα σωματίδια θα ακολουθούν τη ροή του ρευστού γύρω από το αντικείμενο. Σελίδα- 21 -

22 Εκτός από τα εκπεμπόμενα πρωτογενή σωματίδια, στην ατμόσφαιρα σχηματίζονται και δευτερογενή σωματίδια σαν αποτέλεσμα διαφόρων φυσικοχημικών διεργασιών. Οι διεργασίες που οδηγούν στο σχηματισμό δευτερογενών σωματιδίων στην ατμόσφαιρα είναι, κυρίως, η πυρήνωση (nucleation) και η συμπύκνωση (condensation) υπέρκορων ατμών επάνω σε σωματίδια που έχουν πολύ μικρό μέγεθος (η διάμετρος τους κυμαίνεται από 0,005 μέχρι 0,1 μm). Τα σωματίδια αυτά. που ονομάζονται και πυρήνες Aitken, συσσωματώνονται στη συνέχεια προς μεγαλύτερα σωματίδια με διάμετρο 0,1-2,5 μm. Οι περισσότερες από τις φυσικές ιδιότητες των αιωρούμενων σωματιδίων (π.χ. όγκος, επιφάνεια, ταχύτητα πτώσης, διάχυση Brown κ.ά.) αποτελούν συνάρτηση του μεγέθους τους. Τα αιωρούμενα σωματίδια με διάμετρο >10 μm έχουν σημαντική ταχύτητα κατακάθισης σε σταθερές ατμοσφαιρικές συνθήκες. Τα σωματίδια αυτά αποτελούν ένα ξεχωριστό κλάσμα σωματιδιακής ύλης που ονομάζεται πίπτουσα σκόνη (dustfall) ή ξηρή απόθεση (dry deposition). Τα σωματίδια με διάμετρο <10 μm έχουν πολύ μικρή ταχύτητα πτώσης με αποτέλεσμα να παραμένουν αιωρούμενα στην ατμόσφαιρα για μεγάλο χρονικό διάστημα και να μεταφέρονται σε μακρινές αποστάσεις. Τα αιωρούμενα σωματίδια έχουν πολύ μεγάλη ενεργό επιφάνεια ανά μονάδα μάζας, η οποία ευνοεί την προσρόφηση συστατικών από την αέρια φάση. Η προσρόφηση τοξικών ενώσεων (π.χ. πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων, πολυχλωριωμένων διφαινυλίων, κ.ά.) αυξάνει την επικινδυνότητα των αιωρούμενων σωματιδίων. Τα αιωρούμενα σωματίδια της ατμόσφαιρας αποτελούν την κύρια αιτία μείωσης της ορατότητας σε πολλές περιοχές. Όταν το φως προσπίπτει στα σωματίδια, συμβαίνουν δύο διαφορετικά φαινόμενα: (α) σκεδασμός, δηλαδή επανεκπομπή του φωτός προς όλες τις κατευθύνσεις και (β) απορρόφηση, με μετατροπή της απορροφούμενης ενέργειας σε θερμότητα ή χημική ενέργεια. Τόσο ο σκεδασμός όσο και η απορρόφηση του φωτός είναι συνάρτηση της σύστασης, της συγκέντρωσης και του μεγέθους των σωματιδίων. Η μεγαλύτερη μείωση της ορατότητας οφείλεται στο σκεδασμό του φωτός από σωματίδια με μέγεθος στην περιοχή του ορατού φωτός ( nm). Στον Πίνακα 3.5. δίνεται η ορατότητα σε σχέση με τη συγκέντρωση των αιωρούμενων σωματιδίων της ατμόσφαιρας. Σελίδα- 22 -

23 Ο παρακάτω πίνακας παρουσιάζει την ορατότητα της ατμόσφαιρας για διαφορετικές συγκεντρώσεις αιωρούμενων σωματιδίων περιοχή Συγκέντρωση σωματιδίων (μβ/m3) Ορατότητα (km) Ύπαιθρος Προάστια Κέντρο πόλης Βιομηχανική περιοχή 700 1,6 Σελίδα- 23 -

24 5.ΠΗΓΕΣ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗΣ ΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΡΥΠΩΝ Αντίθετα με την κοινή αντίληψη, το μεγαλύτερο ποσοστό των παραγόμενων αέριων ρύπων προέρχεται από καθαρά φυσικές πηγές. Με τον όρο φυσικές πηγές αναφερόμαστε στις πηγές εκπομπών αερίων ρύπων που δεν οφείλονται στην ανθρώπινη δραστηριότητα. Παρ όλα αυτά οι ανθρωπογενείς εκπομπές είναι κυρίως υπεύθυνες για τα μεγάλα περιβαλλοντικά προβλήματα που εμφανίσθηκαν. Αυτό οφείλεται βεβαίως στην ανατροπή της φυσικής ισορροπίας, αλλά και στην μεγάλη πυκνότητα των εκπομπών από ανθρωπογενείς εκπομπές οι οποίες συγκεντρώνονται σε μικρές γεωγραφικές περιοχές (κυρίως αστικές περιοχές και βιομηχανικές ζώνες). Αντίθετα, η καλή διασπορά των φυσικών πηγών ανά την υφήλιο προσφέρει τη δυνατότητα καλύτερης ανάμιξης των ρύπων με τον καθαρό αέρα. Κατά συνέπεια, με κάποιες μικρές εξαιρέσεις, οι εκπομπές αερίων ρύπων από φυσικές πηγές από μόνες τους δεν οδηγούν σε υψηλές συγκεντρώσεις. Φυσικές Πηγές > H χλωρίδα της γης αποτελεί την μεγαλύτερη φυσική πηγή εκπομπής αερίων ρύπων. Τα δέντρα και τα φυτά, παρά την συμβολή τους στην μετατροπή, μέσω της φωτοσύνθεσης, του διοξειδίου του άνθρακα της ατμόσφαιρας σε οξυγόνο, αποτελούν τα ίδια τη μεγαλύτερη πηγή υδρογονανθράκων του πλανήτη. > Οι ωκεανοί αποτελούν τη δεύτερη σημαντικότερη πηγή «φυσικών» ρύπων. Η δράση των βενθικών και φυτοπλαγκτονικών οργανισμών οδηγεί στην παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων θειούχων ενώσεων. Επιπλέον, η μηχανική δράση των κυμάτων προκαλεί τη διάβρωση των πετρωμάτων και την παραγωγή σωματιδίων με μέγεθος ικανό ώστε να είναι δυνατή η αιώρησή τους στην ατμόσφαιρα. > Τέλος, ο άνεμος συμπαρασύρει υδροσταγονίδια που περιέχουν άλατα αποτελώντας, έτσι, συνεχή πηγή ατμοσφαιρικών αιωρημάτων (αεροζόλ). Ατμοσφαιρικά αιωρήματα δημιουργούνται ωστόσο και από την επίδραση του ανέμου στο έδαφος και τα στοιχεία που βρίσκονται στην επιφάνειά του. Σε κάποιες περιπτώσεις, τα αιωρούμενα σωματίδια είναι δυνατό να φτάσουν ή και να ξεπεράσουν τα θεσπισμένα όρια προστασίας. Αποτέλεσμα των υψηλών συγκεντρώσεων αποτελεί η μείωση της ορατότητας της ατμόσφαιρας. Σελίδα- 24 -

25 > Μια άλλη σημαντική πηγή φυσικών ρύπων αποτελεί και η καύση της βιομάζας. Με τον όρο αυτό αναφερόμαστε στις εκτεταμένες πυρκαγιές που λαμβάνουν χώρα σε δάση και λειβαδικές εκτάσεις και που δεν οφείλονται στις ανθρώπινες δραστηριότητες. Τέτοιες πυρκαγιές συναντάμε συχνά κατά τις θερινές περιόδους του έτους, λόγω των υψηλών θερμοκρασιών που σημειώνονται, είτε μετά από ισχυρές καταιγίδες, λόγω των κεραυνών. > Τέλος, μιλώντας για φυσικές πηγές, δε θα μπορούσαμε να παραλείψουμε τα ηφαίστεια. Η έκρηξη ενός ηφαιστείου παράγει μεγάλες ποσότητες αιωρούμενων σωματιδίων αλλά και αερίων όπως διοξείδιο του θείου, μεθάνιο και υδρόθειο. Τα σύννεφα που σχηματίζονται από τα σωματίδια και τα αέρια εκτοξεύονται σε μεγάλο ύψος και μπορεί να παραμείνουν στην ατμόσφαιρα για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Οι εκπομπές σωματιδίων από την πρόσφατη έκρηξη του Pinatubo είχε σαν αποτέλεσμα να καταγραφεί ελαφρά μείωση στη θερμοκρασία του πλανήτη. Ανθρωπογενείς Πηγές Τρεις είναι οι κυριότερες κατηγορίες ανθρωπογενών πηγών ρύπανσης: S η βιομηχανική δραστηριότητα (συμπεριλαμβανομένου και του τομέα παραγωγής ενέργειας), S οι μεταφορές και, S οι κεντρικές θερμάνσεις. Σελίδα- 25 -

26 Βιομηχανία Η βιομηχανία αποτελεί τη μεγαλύτερη πηγή αερίων ρύπων καθώς το μεγαλύτερο μέρος της αποτελείται από σταθμούς παραγωγής ενέργειας. Οι μεγάλες ποσότητες ορυκτών καυσίμων που χρησιμοποιούνται οδηγούν στην παραγωγή εξίσου μεγάλων ποσοτήτων διοξειδίου του θείου και οξειδίων του αζώτου. Επίσης, είναι η κυριότερη πηγή βαρέων μετάλλων σε ποσοστό που πλησιάζει το 100%. Στην Ελλάδα είναι χαρακτηριστική η υπερσυγκέντρωση των βιομηχανικών δραστηριοτήτων στην περιοχή των μεγάλων αστικών κέντρων της Αθήνας και της Θεσσαλονίκης. Ωστόσο, ειδικά για την Αθήνα, η συμμετοχή της στο πρόβλημα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην πόλη είναι μικρής κλίμακας. Η χωροθέτησή της σε σχέση με το αστικό συγκρότημα σε συνδυασμό με τις επικρατούσες μετεωρολογικές συνθήκες δεν επιτρέπουν τη συχνή μεταφορά ρύπων προς το κέντρο της πόλης. Αυτοκίνητο Μέσα στην πληθώρα των ρυπογόνων δραστηριοτήτων μιας σύγχρονης πόλης, η χρήση του ιδιωτικού αυτοκινήτου αποτελεί την σημαντικότερη συνεισφορά του πολίτη στην ρύπανση της περιοχής. Παρά την μικρή, σχετικά, συνεισφορά κάθε μεμονωμένου αυτοκινήτου, η ρύπανση από τον μεγάλο αριθμό τους προστίθεται για να αποτελέσει την μεγαλύτερη απειλή για την ποιότητα του αέρα στις μεγαλουπόλεις. Η ισχύς που είναι απαραίτητη για την κίνηση του αυτοκινήτου προέρχεται από την καύση του καυσίμου σε μια μηχανή εσωτερικής καύσης. Η ρύπανση προέρχεται τόσο από τα προϊόντα της καύσης (τυπικά από την εξάτμιση του αυτοκινήτου) όσο και από την εξάτμιση του καύσιμου. Η βενζίνη και το ντίζελ είναι μίγματα υδρογονανθράκων, ενώσεις που περιέχουν άτομα υδρογόνου και άνθρακα. Κατά την διάρκεια της καύσης σε μια τέλεια μηχανή, το οξυγόνο του αέρα θα μετέτρεπε το υδρογόνο σε νερό και τον άνθρακα σε διοξείδιο του άνθρακα. Το άζωτο του αέρα δεν θα επηρεαζόταν. Σχηματικά αυτό θα μπορούσαμε να το παρουσιάσουμε ως εξής: ΚΑΥΣΙΜΟ (υδρογονάνθρακες) + ΑΕΡΑΣ (οξυγόνο και άζωτο) ==> ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ + ΝΕΡΟ + άζωτο + θερμότητα Σελίδα- 26 -

27 Σε πραγματικές συνθήκες όμως τα πράγματα είναι διαφορετικά. Η καύση στη μηχανή του αυτοκινήτου δεν είναι τέλεια με αποτέλεσμα να εκπέμπονται ρύποι από την εξάτμιση του αυτοκινήτου (κυρίως υδρογονάνθρακες και μονοξείδιο του άνθρακα). Επιπρόσθετα, λόγω των υψηλών πιέσεων και θερμοκρασιών που αναπτύσσονται στην μηχανή, το οξυγόνο και το άζωτο του αέρα αντιδρούν σχηματίζοντας οξείδια του αζώτου. Σε μια τυπική περίπτωση έχουμε: ΚΑΥΣΙΜΟ (υδρογονάνθρακες) + ΑΕΡΑΣ (οξυγόνο και άζωτο) ==> ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ + νερό + ΑΚΑΥΣΤΟΙ ΥΔΡΟΓΟΝΑΝΘΡΑΚΕΣ + ΟΞΕΙΔΙΑ ΑΖΩΤΟΥ + ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ + θερμότητα Πρέπει εδώ να τονιστεί ότι η καύση στις μηχανές Diesel είναι πιο πλήρης απ ότι στους βενζινοκινητήρες οπότε και οι εκπομπές υδρογονανθράκων και μονοξειδίου του άνθρακα είναι μικρότερες. Αντίθετα οι κινητήρες Diesel έχουν μεγαλύτερη συνεισφορά στην εκπομπή των σωματιδίων και στις οσμές. Εκτός των προϊόντων της καύσης, σημαντικές εκπομπές ρύπων προέρχονται και από την εξάτμιση των υδρογονανθράκων. Λαμβάνοντας μάλιστα υπόψη την πρόοδο που έχει γίνει στην μείωση των εκπομπών από την εξάτμιση του αυτοκινήτου, οι απώλειες υδρογονανθράκων λόγω εξάτμισης είναι υπεύθυνες για την πλειονότητα των εκπομπών αυτών των ρύπων στην ατμόσφαιρα, ιδιαίτερα κατά την διάρκεια ζεστών ημερών. Η εξάτμιση του καύσιμου γίνεται με πολλούς τρόπους: Ημερήσια: Σχετίζεται με την ημερήσια μεταβολή της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος και προκαλείται με την συστολή-διαστολή των ατμών του καυσίμου στο ρεζερβουάρ. Κίνησης: Κατά την διάρκεια της λειτουργίας του, τόσο ο κινητήρας όσο και η εξάτμιση θερμαίνονται με αποτέλεσμα να εξατμίζεται το καύσιμο. Λ κινητοποίησης: Μετά την ακινητοποίηση του αυτοκινήτου και ενώ τα διάφορα μέρη παραμένουν θερμά, υπάρχει εξάτμιση καυσίμου από το ρεζερβουάρ και το καρμπυρατέρ. Ανεφοδιασμού: Οι ατμοί που υπάρχουν πάντοτε στο ρεζερβουάρ οδηγούνται έξω όταν το αυτοκίνητο ανεφοδιάζεται με βενζίνη. Σελίδα- 27 -

28 Οι υδρογονάνθρακες και τα οξείδια του αζώτου που εκπέμπονται από τα αυτοκίνητα, με την παρουσία της ηλιακής ακτινοβολίας, σχηματίζουν το όζον, ίσως το πιο επικίνδυνο συστατικό του φωτοχημικού νέφους των πόλεων. Συμπληρωματικά, το διοξείδιο του άνθρακα, αν και ακίνδυνο για την υγεία είναι το σημαντικότερο θερμοκηπικό αέριο με μεγάλη συνεισφορά στην παγκόσμια μεταβολή του κλίματος. Θέρμανση Η συνεισφορά της θέρμανσης στα προβλήματα ατμοσφαιρικής ρύπανσης έχει καθαρά εποχικό χαρακτήρα και έγκειται στην παραγωγή καπνού, διοξειδίου του θείου και, σε μικρότερο ποσοστό, οξειδίων του αζώτου. Αν και οι ρύποι, που παράγονται σε ετήσια βάση από τις κεντρικές θερμάνσεις, αποτελούν ένα μικρό ποσοστό σε σχέση με την παραγωγή των ίδιων ρύπων από τις άλλες δύο πηγές, το διοξείδιο του θείου αποτελεί, στις αστικές περιοχές, ρυποδείκτη για τη λειτουργία της κεντρικής θέρμανσης. Ακόμη σημαντικό στοιχείο είναι οι πολύ χαμηλές καμινάδες που χρησιμοποιούνται οι οποίες αδυνατούν να διασπείρουν τους ρύπους στην ευρύτερη περιοχή με αποτέλεσμα να δημιουργούνται σε πολλές περιπτώσεις αυξημένα τοπικά προβλήματα. Το πρόβλημα πάντως δείχνει μια σταθερή πορεία βελτίωσης λόγω της χρήσης καυσίμων καλύτερης ποιότητας (κυρίως χαμηλότερης περιεκτικότητας σε θείο) αλλά και της επέκτασης της τηλεθέρμανσης (η οποία στην χώρα μας λειτουργεί ακόμα πιλοτικά). Οι αιχμές, στις τιμές των ρύπων, παρουσιάζονται τις πρώτες πρωινές και τις πρώτες βραδινές ώρες. Αν κατά τις ώρες της μέγιστης παραγωγής επικρατούν δυσμενείς μετεωρολογικές συνθήκες (π.χ. άπνοια και θερμοκρασιακή αναστροφή), τότε προκαλείται συσσώρευση του εκπεμπόμενου διοξειδίου του θείου και οδηγούμαστε στο σχηματισμό καπνομίχλης. Σελίδα- 28 -

29 ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ Διοξείδιο του θείου (SO2) Το 80% των ανθρωπογενών εκπομπών διοξειδίου του θείου προέρχεται από την καύση ορυκτών καυσίμων από σταθερές πηγές (βιομηχανία, θέρμανση). Από αυτό, το 85% αποτελεί εκπομπές από σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ενώ μόνο το 2% οφείλεται στις εκπομπές του τομέα των μεταφορών. Σημαντικές πηγές αποτελούν επίσης τα διυλιστήρια πετρελαίου και τα εργοστάσια επεξεργασίας χαλκού. Μονοξείδιο του άνθρακα (CO) Παράγεται από την ατελή καύση υλικών που περιέχουν άνθρακα αλλά και από ορισμένες βιολογικές και βιομηχανικές διεργασίες. Κύρια πηγή του όμως είναι τα βενζινοκίνητα αυτοκίνητα (70% των εκπομπών CO). Υψηλές συγκεντρώσεις του μπορούμε να συναντήσουμε σε κλειστά μέρη όπως χώροι στάθμευσης, ελλιπώς αεριζόμενες υπόγειες διαβάσεις ή κατά μήκος των δρόμων σε περιόδους κυκλοφοριακής αιχμής. Η διαχρονική πορεία του CO αντανακλά τα κυκλοφοριακά χαρακτηριστικά του σημείου μέτρησης. Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις απαντώνται τις πρωινές ώρες και τις μεταμεσημβρινές ώρες. Υ δρογονάνθρακες Κύρια πηγή υδρογονανθράκων είναι η χλωρίδα και κυρίως τα δέντρα, ενώ μόνο το 15% των εκπομπών προέρχεται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Το μεγαλύτερο ποσοστό πηγάζει από την καύση ορυκτών καυσίμων, από τις διαφεύγουσες εκπομπές μηχανών εσωτερικής καύσης, και από διυλιστήρια πετρελαίου. Κατά τη διάρκεια του χειμώνα, την κύρια πηγή τους αποτελούν οι κεντρικές θερμάνσεις και η βιομηχανία, ενώ το καλοκαίρι (λόγω αυξημένων εξατμίσεων) το μεγαλύτερο ποσοστό τους προέρχεται από τα αυτοκίνητα. Σελίδα- 29 -

30 Αιωρούμενα σωματίδια Κύριες ανθρωπογενείς πηγές τους είναι οι βιομηχανικές δραστηριότητες και ειδικά η παραγωγή τσιμέντου και γύψου, τα χυτήρια μεταλλευμάτων, οι κατασκευές και οι αγροτικές δραστηριότητες. Σημαντικές φυσικές πηγές αποτελούν η διάβρωση των εδαφών και των πετρωμάτων, η ηφαιστειακή δραστηριότητα, και η καύση της βιομάζας. Μόλυβδος (Pb) Πλην των αυτοκινήτων, άλλες πηγές μολύβδου αποτελούν η χρήση γαιανθράκων, οι βαριές βιομηχανίες, τα χυτήρια μεταλλευμάτων, τα εργοστάσια μπαταριών και η καύση των απορριμμάτων. Οξείδια του αζώτου (NOx) Τα οξείδια του αζώτου παράγονται από τη χρήση καυσίμων, κυρίως σε αυτοκίνητα αλλά και σε βιομηχανικούς καυστήρες και σε σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η παραγωγή των NOx γίνεται είτε από την οξείδωση του ατμοσφαιρικού αζώτου κατά τη διάρκεια της καύσης, είτε κατά τη οξείδωση των αζωτούχων ενώσεων που περιέχονται στα καύσιμα. Το μεγαλύτερο μέρος από τις εκπομπές NOx γίνεται με τη μορφή του ΝΟ, το οποίο όμως οξειδώνεται γρήγορα προς ΝΟ2. Το διοξείδιο του αζώτου, υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας, αντιδρά με υδρογονάνθρακες και οδηγεί στην παραγωγή όζοντος και τη δημιουργία φωτοχημικού νέφους. Επίσης, το ΝΟ2 συμβάλλει στην όξινη βροχή. Όζον (Ο3) Όπως είδαμε το όζον είναι το προϊόν μιας σειράς χημικών αντιδράσεων. Πηγές εκπομπής των πρόδρομων ουσιών του όζοντος είναι τα οχήματα, τα χημικά εργοστάσια, τα χημικά διαλυτικά και τα βενζινάδικα. Βενζόλιο (C6H6) Οι χημικές βιομηχανίες, τα πρατήρια βενζίνης, τα αυτοκίνητα διανομής αυτής, όλες οι μηχανές που χρησιμοποιούν βενζίνη ως καύσιμο, καθώς και τα οικοδομικά υλικά. Σημαντικές φυσικές πηγές των αιωρούμενων σωματιδίων είναι η διάβρωση του εδάφους και των βράχων (σκόνη), η δράση των ηφαιστείων, η εισροή σταγονιδίων από τη θάλασσα, οι Σελίδα- 30 -

31 φωτιές των δασών και οι χημικές αντιδράσεις μεταξύ φυσικά εκπεμπόμενων σωματιδίων. (ο παρακάτω πίνακας) Φυσικές πηγές Ανθρώπινες πηγές Διάβρωση εδάφους και βράχων καύση. Καύση καυσίμων και βιομηχανικές δραστηριότητες. Πυρκαγιές δασών, Σταγονίδια από τη Διαφεύγουσες εκπομπές από θάλασσα. βιομηχανικές δραστηριότητες. Δράση ηφαιστείων. Διαφεύγουσες εκπομπές από μη βιομηχανικές δραστηριότητες. Σωματίδια που σχηματίζονται από Μεταφορές. φυσικές εκπομπές αερίων όπως HS, NH, NO και υδρογονανθράκων. Πηγές ατμοσφαιρικών σωματιδίων από ανθρώπινες δραστηριότητες είναι η καύση των υγρών αλλά κυρίως των στερεών καύσιμων υλών, οι βιομηχανικές διεργασίες που εκπέμπουν σωματίδια κατά την παραγωγική τους διαδικασία, βιομηχανικές διεργασίες που δεν εκπέμπουν σωματίδια κατά την παραγωγική τους διαδικασία (π.χ. διαφεύγουσα σκόνη από φορτωμένα φορτηγά αυτοκίνητα) και οι μεταφορές (ο παραπάνω πίνακας). Κατά τα φαινόμενα διαφυγής τα σωματίδια δεν εκπέμπονται από ένα ορισμένο σημείο (σημειακή πηγή), όπως από τις καμινάδες, αλλά από μια μεγάλη περιοχή (πηγή επιφάνειας). Η διαφυγή των σωματιδίων από τις βιομηχανικές δραστηριότητες προκαλείται από τη διαβρωτική δράση του ανέμου σε αποθηκευμένους σωρούς, την κυκλοφορία των οχημάτων σε μη ασφαλτοστρωμένους δρόμους, τη μεταχείριση των υλικών, το φόρτωμα και τις διαδικασίες μεταφοράς. Φαινόμενα διαφυγής σκόνης που δε σχετίζονται με βιομηχανικές δραστηριότητες είναι η εκπομπή της σκόνης από δημόσιους ασφαλτοστρωμένους και μη δρόμους, αγροτικές διεργασίες, κατασκευές, φωτιές. Εκτός της τελευταία περίπτωσης η εκπομπή της σκόνης στην ατμόσφαιρα προκαλείται από την αλληλεπίδραση των μηχανών με την ύλη και τη δράση του ανέμου στα υλικά. Ενώ υπολογίζεται ότι οι εκπομπές της διαφεύγουσας σκόνης από διεργασίες που δε συσχετίζονται με βιομηχανικές δραστηριότητες υπερβαίνουν τις εκπομπές από τις ακίνητες σημειακές πηγές, σε πολλές περιοχές το τελικό αποτέλεσμα είναι μικρό, γιατί η διαφεύγουσα σκόνη αποτελείται κυρίως από μεγάλα σωματίδια που καταλήγουν σε μικρή απόσταση από την πηγή. Επίσης αυτές οι Σελίδα- 31 -

32 πηγές δε βρίσκονται κοντά σε αστικές περιοχές. Οι εκπομπές σωματιδίων από τις μεταφορές προέρχονται είτε από τις εξατμίσεις των αυτοκίνητων είτε από τις φθορές των ελαστικών, του αμπραγιάζ και των φρένων τους. Η μέση συγκέντρωση των σωματιδίων σε μια καθαρή ατμόσφαιρα είναι περίπου 20 μg/m, ενώ σε αστικές περιοχές κυμαίνεται μεταξύ 60 και 200 μg/m. Σε πολύ ρυπασμένες περιοχές τα σωματίδια μπορεί να απαντώνται και σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις έως και 2000 μg/m. ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΑΠΟ ΤΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ Το αυτοκίνητο αποτελεί σημαντική πηγή ρύπανσης της ατμόσφαιρας, ιδιαίτερα στις αστικές περιοχές. Τα καυσαέρια των αυτοκινήτων επιβαρύνουν την ατμόσφαιρα με πολλούς αέριους και σωματιδιακούς ρύπους, όπως ΟΟ, SO2, ΝΟΧ, υδρογονάνθρακες και άλλες οργανικές ενώσεις, μόλυβδο, καπνό, αιωρούμενα σωματίδια κ.ά. Το γεγονός ότι η εκπομπή των καυσαερίων γίνεται στο ύψος αναπνοής του ανθρώπου αυξάνει την επικινδυνότητα τους. Η συμμετοχή του αυτοκινήτου στη ρύπανση της ατμόσφαιρας των αστικών περιοχών εκτιμάται ότι είναι περίπου 60% για το C0, 30% για τα ΝΟΧ, 50% για τους υδρογονάνθρακες και 3,5% για το SO2. Εκτός από τα καυσαέρια, διάφορες άλλες διεργασίες που συνδέονται με το αυτοκίνητο προκαλούν άμεσα ή έμμεσα ρύπανση της ατμόσφαιρας και του οδικού περιβάλλοντος, γενικότερα. Τέτοιες διεργασίες είναι η εξάτμιση βενζίνης από τα καρμπυρατέρ και από τα ντεπόζιτα των αυτοκινήτων, οι διαρροές καυσίμων και λιπαντικών, η τριβή των ελαστικών στο οδόστρωμα, η φθορά των φρένων και του μεταλλικού σκελετού κ.ά. Καυσαέρια αυτοκινήτων Η σύσταση των καυσαερίων των αυτοκινήτων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το είδος και την κατάσταση του κινητήρα, την ποιότητα των καυσίμων και τις συνθήκες οδήγησης. Στα καυσαέρια των βενζινοκίνητων οχημάτων επικρατούν ΟΟ, υδρογονάνθρακες, ΝΟΧ και Ρό(εφόσον χρησιμοποιείται μολυβδούχα βενζίνη), ενώ αιθάλη και 802 βρίσκονται σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις. Από τις μηχανές diesel, εξαιτίας της διαφορετικής αρχής λειτουργίας και του διαφορετικού καυσίμου, εκπέμπονται κυρίως ΝΟΧ, αιθάλη, υδρογονάνθρακες, ΟΟ, SO2 και αλδεΰδες. Τα σωματίδια που εκπέμπονται από τις μηχανές diesel αποτελούν ιδιαίτερο πρόβλημα, επειδή σε αυτά βρίσκονται προσροφημένοι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες με καρκινογόνο ή μεταλλαξογόνο δράση. Σελίδα- 32 -