Ανάρτηση σημειώσεων http://www.chemeng.ntua.gr/the_course/environmental_science
Θέματα εργασιών Επίδραση της αέρια ρύπανσης στα φυτά και στις καλλιέργειες Επίδραση της αέριας ρύπανσης στα μνημεία Ρύπανση της ατμόσφαιρας από τις κεντρικές θερμάνσεις Εκπομπές βιογενών υδρογονανθράκων από τα δάση Συνεισφορά των σωματιδίων φυσικής προέλευσης στη ρύπανση από σωματίδια.- Το παράδειγμα της σκόνης από τη Σαχάρα Η όξινη βροχή στην Ελλάδα Ατμοσφαιρική ρύπανση από θαλάσσιες μεταφορές Ατμοσφαιρική ρύπανση από αεροπορικές μεταφορές Εκπομπές υδρογονανθράκων από διυλιστήρια πετρελαίου Εκπομπές ρύπων από τη χρήση στερεών καυσίμων Η συμμετοχή της Ελλάδας στο Πρωτόκολλο του Κυότο Μείωση της στοιβάδας του όζοντος Διαχρονική εξέλιξη Φυσικές πηγές εκπομπής ρύπων στην ατμόσφαιρα Ρύπανση του αέρα στους εσωτερικούς χώρους των κτηρίων
Ε=f (Ν*Π*Τ) Ε= Επίδραση στο Περιβάλλον Ν= Αριθμός ατόμων Π=Μέση ποσότητα πόρων που καταναλώνει κάθε άνθρωπος Τ= Περιβαλλοντική ζημιά από τις τεχνολογίες
Πληθυσμός της γής
Φέρουσα χωρητικότητα (ικανότητα) Η φέρουσα χωρητικότητα είναι το μέγεθος ισορροπίας του πληθυσμού στο οποίο κάποιος συγκεκριμένος πληθυσμός σε κάποιο συγκεκριμένο περιβάλλον μπορεί να σταθεροποιηθεί όταν η παροχή πόρων παραμένει σταθερή. Ο όρος μπορεί επίσης να ερμηνευθεί σαν το βιώσιμο μέγεθος του πληθυσμού: ο μέγιστος πληθυσμός ο οποίος μπορεί να υποστηριχθεί έπ αόριστον χωρίς υποβάθμιση του περιβάλλοντος
Εκτίμηση φέρουσας ικανότητας Η ανάλυση της φέρουσας ικανότητας χρησιμοποιείται στον περιβαλλοντικό σχεδιασμό με σκοπό να κατευθύνει αποφάσεις σχετικές με την κατανομή της χρήσης γης. Αποτελεί μια βασική τεχνική, η οποία χρησιμοποιείται ευρέως για να καθοριστεί η ικανότητα μιας περιοχής να αντέξει το μέγιστο επίπεδο ανάπτυξης από τον τουρισμό, τη γεωργία, τη βιομηχανία και τις υποδομές. Λόγω του ότι υπάρχουν διαφορές ανάμεσα στις δραστηριότητες, είναι απαραίτητο να καθοριστεί η φέρουσα ικανότητα σύμφωνα με τις συγκεκριμένες χρήσεις. Από την άποψη αυτή η φέρουσα ικανότητα αφορά συγκεκριμένη περιοχή και συγκεκριμένη χρήση.
Οικολογικό αποτύπωμα Ένας τρόπος για να μετρήσουμε τις επιδράσεις της ανθρώπινης δραστηριότητας πάνω στη γη είναι το "οικολογικό αποτύπωμα". Το "οικολογικό αποτύπωμα" είναι ένα μέτρο της "ζήτησης" (κατανάλωσης) φυσικών πόρων από μια κοινωνία για την κάλυψη των αναγκών της, συγκρίνοντας την με τη συνολική δυνατότητα της γης να παράγει και να αναπαράγει αυτούς τους πόρους. Το "οικολογικό αποτύπωμα" εκτιμά τους φυσικούς πόρους που απαιτούνται για να υποστηριχθούν οι υλικές ανάγκες ενός ατόμου ή ενός πληθυσμού σύμφωνα με τον τρόπο ζωής, τις συνήθειες και την τεχνολογία που χρησιμοποιείται.
Η αειφόρος ανάπτυξη ή βιώσιμη ανάπτυξη Η αειφόρος ανάπτυξη ή βιώσιμη ανάπτυξη αναφέρεται στην οικονομική ανάπτυξη που σχεδιάζεται και υλοποιείται λαμβάνοντας υπόψη την προστασία του περιβάλλοντος και τη βιωσιμότητα. Γνώμονας της αειφορίας είναι η μέγιστη δυνατή απολαβή αγαθών από το περιβάλλον, χωρίς όμως να διακόπτεται η φυσική παραγωγή αυτών των προϊόντων σε ικανοποιητική ποσότητα και στο μέλλον. Η βιωσιμότητα υπονοεί ότι οι φυσικοί πόροι υφίστανται εκμετάλλευση με ρυθμό μικρότερο από αυτόν με τον οποίον ανανεώνονται, διαφορετικά λαμβάνει χώρα περιβαλλοντική υποβάθμιση. Θεωρητικά, το μακροπρόθεσμο αποτέλεσμα της περιβαλλοντικής υποβάθμισης είναι η ανικανότητα του γήινου οικοσυστήματος να υποστηρίξει την ανθρώπινη ζωή (οικολογική κρίση).
Σχηματική παρουσίαση των τεσσάρων βασικών αντιλήψεων για την φύση
Τι είναι η Ατμοσφαιρική Ρύπανση; Ατμοσφαιρική ρύπανση καλείται η παρουσία στην ατμόσφαιρα ρύπων σε ποσότητα, συγκέντρωση ή διάρκεια,που έχουν ως αποτέλεσμα την αλλοίωση της δομής, της σύστασης και των χαρακτηριστικών της ατμόσφαιρας. Αυτές οι αλλαγές μπορούν να προκαλέσουν αρνητικές επιπτώσεις στην υγεία, στους ζωντανούς οργανισμούς και τα οικοσυστήματα και γενικά να καταστήσουν το περιβάλλον ακατάλληλο για τις επιθυμητές χρήσεις του.
Κυριότεροι ατμοσφαιρικοί ρύποι Το Διοξείδιο του Θείου (SO 2 ) Το Μονοξείδιο του Άνθρακα (CO) Τo Διοξείδιo του Αζώτου (NO 2 ) Το Όζον (O 3 ) Τα Αιωρούμενα Σωματίδια (PM 10 ) Το Βενζόλιο (C 6 H 6 ) Ο Μόλυβδος (Pb)
Η ατμόσφαιρα της γης Η ατμόσφαιρα της γης είναι ένα λεπτό αεριώδες περίβλημα το οποίο 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.
Περιοχές της ατμόσφαιρας
Ατμοσφαιρική Ρύπανση Όταν επικρατούν υψηλά επίπεδα ρύπανσης έχει επικρατήσει στον καθημερινό λόγο να χρησιμοποιούμε τον όρο «Νέφος». Αντίστοιχα στην Αγγλική γλώσσα μιλάμε για SMOG (αιθαλομίχλη). Η λέξη είναι σύνθετη και προέρχεται από τις λέξεις SMOke (αιθάλη) και fog (ομίχλη).
Ατμοσφαιρικοί ρύποι Μονοξείδιο του άνθρακα (CO) Το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) είναι άχρωμο, άοσμο και άγευστο. 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).
Ατμοσφαιρικοί ρύποι Οξείδια του αζώτου (NOx) Από τα επτά γνωστά οξείδια του αζώτου (ΝΟ, ΝΟ 2, ΝΟ 3, Ν 2 Ο, Ν 2 Ο 3, Ν 2 Ο 4, και Ν 2 Ο 5 ) 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 ΝΟ 2 έχει καστανοκόκκινο χρώμα και ιδιάζουσα οσμή. Τα οξείδια του αζώτου παράγονται από τη χρήση καυσίμων, κυρίως σε αυτοκίνητα αλλά και σε βιομηχανικούς καυστήρες και σε σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
Ατμοσφαιρικοί ρύποι Καπνός Σαν καπνός αναφέρονται τα μικρά σωματίδια τα οποία προέρχονται από ατελείς καύσεις και αποτελούνται κυρίως από άνθρακα και άλλα καύσιμα υλικά. Το μέγεθός τους είναι σχετικά μικρό, μέχρι 1 μm, αλλά είναι ορατά λόγω της μεγάλης ποσότητας τους.
Ατμοσφαιρικοί ρύποι Διοξείδιο του θείου (SO 2 ) Το διοξείδιο του θείου είναι αέριο, άχρωμο, άοσμο σε χαμηλές συγκεντρώσεις αλλά με έντονη ερεθιστική οσμή σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις. Το 80% των ανθρωπογενών εκπομπών διοξειδίου του θείου προέρχεται από την καύση ορυκτών καυσίμων από σταθερές πηγές (βιομηχανία, θέρμανση).
Ατμοσφαιρικοί ρύποι Υδρογονάνθρακες 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. Κύρια πηγή υδρογονανθράκων είναι η χλωρίδα και κυρίως τα δέντρα, ενώ μόνο το 15% των εκπομπών προέρχεται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες.
Ατμοσφαιρικοί ρύποι Όζον (Ο 3 ) 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. Το όζον είναι ο κυριότερος ρύπος της φωτοχημικής ρύπανσης των πόλεων και γι αυτό χρησιμοποιείται σαν δείκτης της. Είναι αέριο άχρωμο, με έντονη οσμή και οξειδωτική δράση
Ατμοσφαιρικοί ρύποι Αιωρούμενα σωματίδια Με τον όρο αιωρούμενα σωματίδια, 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.
Χαρακτηριστικά μεγέθη διαφόρων σωματιδίων
Είδη ατμοσφαιρικής ρύπανσης Αιθαλομίχλη Η αιθαλομίχλη προκαλείται σχεδόν αποκλειστικά από την κατανάλωση καυσίμων υλών, ειδικά κάρβουνου και βιομάζας (ξύλο και προϊόντα του), σε στάσιμες πηγές. Τα βασικά συστατικά της αιθαλομίχλης είναι τα οξείδια του θείου και τα αιωρούμενα σωματίδια. Συνδυάζεται συνήθως με υψηλή σχετική υγρασία και συχνά ονομάζεται και Νέφος Αιθαλομίχλης.
Είδη ατμοσφαιρικής ρύπανσης Φωτοχημική αιθαλομίχλη Η ατμοσφαιρική ρύπανση σε πολλές σύγχρονες πόλεις προκαλείται από εκπομπές μονοξειδίου του άνθρακα, οξειδίων του αζώτου και υδρογονανθράκων τα οποία με την παρουσία του ηλιακού φωτός αντιδρούν μεταξύ τους σχηματίζοντας την φωτοχημική αιθαλομίχλη. Αν και υπάρχει συμβολή από στάσιμες πηγές, η φωτοχημική αιθαλομίχλη συνδέεται κυρίως με εκπομπές από τροχοφόρα.
Μονάδες συγκέντρωσης ρύπων Για να εκφράσουμε τα επίπεδα ρύπανσης χρησιμοποιούμε συνήθως δύο μονάδες συγκέντρωσης, είτε μg/m 3 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 10 6 μονάδες όγκου αέρα. c i ( gm 3 ) c i 100 p M ( ppm) i 8.314 T όπου c i είναι η συγκέντρωση του στοιχείου i, p είναι η πίεση του αέρα σε μιλιμπάρ (mb), Τ είναι η θερμοκρασία του αέρα σε Kelvin (K) και Μi είναι το μοριακό βάρος του στοιχείου i.
Πηγές αερίων ρύπων 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.
Φυσικές Πηγές H χλωρίδα της γης αποτελεί την μεγαλύτερη φυσική πηγή εκπομπής αερίων ρύπων. Τα δέντρα και τα φυτά αποτελούν τα ίδια τη μεγαλύτερη πηγή υδρογονανθράκων του πλανήτη. Οι ωκεανοί αποτελούν τη δεύτερη σημαντικότερη πηγή «φυσικών» ρύπων. Ατμοσφαιρικά αιωρήματα δημιουργούνται και από την επίδραση του ανέμου στο έδαφος και τα στοιχεία που βρίσκονται στην επιφάνειά του. Τέλος, μιλώντας για φυσικές πηγές, δε θα μπορούσαμε να παραλείψουμε τα ηφαίστεια
Ανθρωπογενείς Πηγές Τρεις είναι οι κυριότερες κατηγορίες ανθρωπογενών πηγών ρύπανσης: η βιομηχανική δραστηριότητα (συμπεριλαμβανομένου και του τομέα παραγωγής ενέργειας) οι μεταφορές οι κεντρικές θερμάνσεις.
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%.
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
Θέρμανση κτηρίων 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. Η εκτεταμένη χρήση βιομάζας (ξύλου και παραγώγων του) οδηγεί σε σημαντικά προβλήματα αιθαλομίχλης (μεγάλες συγκεντρώσεις σωματιδίων), ιδιαίτερα στις αστικές περιοχές.
Οι συγκεντρώσεις των ατμοσφαιρικών ρύπων στην ατμόσφαιρα επηρεάζονται από τεσσάρων ειδών διεργασίες Εκπομπές: Οι ρύποι εκπέμπονται συνεχώς από μια ποικιλία πηγών ρύπανσης, τόσο ανθρωπογενών όσο και φυσικών. Χημικούς μετασχηματισμούς: Οι χημικές αντιδράσεις στην ατμόσφαιρα μπορούν να οδηγήσουν τόσο στο σχηματισμό όσο και στην απομάκρυνση ρύπων Διασπορά: Οι ρύποι μεταφέρονται μακριά από την πηγή από τον άνεμο ενώ υπεύθυνοι για την κατακόρυφη μεταφορά τους είναι οι τυρβώδεις στρόβιλοι. Απόθεση: Οι ρύποι τελικά αποτίθενται στην επιφάνεια της γης, με τη μορφή είτε της ξηρής είτε της υγρής απόθεσης. Ο ρυθμός διαφυγή τους στο διάστημα θεωρείται αμελητέος.
Ρύποι στην ατμόσφαιρα (διεργασίες)
Ρύποι στην ατμόσφαιρα (διεργασίες)
Σχηματισμός όζοντος στην τροπόσφαιρα Στην ατμόσφαιρα οι υδρογονάνθρακες διασπώνται χημικά σε υπεροξικές ρίζες, οι οποίες συμβολίζονται με RO 2. Οι υπεροξικές ρίζες και τα οξείδια του αζώτου σχηματίζουν όζον μέσω των παρακάτω αντιδράσεων: NO RO2 NO2 RO NO O 3 NO2 O2 NO 280 nm NO O h 430 2 O O2 M O3 M
Ημερήσια πορεία των επιπέδων φωτοχημικής ρύπανσης σε αστική περιοχή.
Ατμοσφαιρική ρύπανση στην Αθήνα Οζον Βενζόλιο, ΝΟ2 ΡΜ10 Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Σχολή Χημικών Μηχανικών
Σταθμοί παρακολούθησης της αέριας ρύπανσης στην Αθήνα
Εκπομπές Ρύπων στην Αθήνα (t/y) (έτος 2010) NO x NMVOC CO PM10 SO2 Οδικές Μεταφορές 27,951 42,924 281,440 979 172 Σιδηροδρομικές Μεταφορές 235 26 64 27 6 Θαλάσσιες Μεταφορές 8,562 220 524 667 4,921 Αεροπορικές Μεταφορές 1,389 350 1,266 0 3 Κεντρική Θέρμανση 2,985 240 1,256 147 487 Βιομηχανική Δραστηριότητα 16,684 9,624 9,879 14,127 49,225 48
Εκπομπές από οδικές μεταφορές στην Αθήνα (έτος 2010) t/y CO NMVOCs NOX PM CO2 (kt/y) Επιβατικά Οχήματα (PCs) 75639 11347 8665 Ιδιωτικά 36 Ταξί 59 4706 Ελαφρά φορτηγά (LDVs) 15571 1926 2212 57 518 Βαρέα φορτηγά (HDVs) 3990 1775 13517 613 1176 Λεωφορεία (BUSES) 939 277 4065 123 417 Δίτροχα (2-Wheel Vehicles) 31425 3520 864 48 313 ΣΥΝΟΛΟ 127563 18845 29322 936 7131