Pył jest zanieczyszczeniem powszechnym ale czy potrafimy wyjaśnić czym właściwie pył jest? Bo na przykład: jak odpowiedzieć na pytanie czy garść ziaren piasku zebranego na plaży, po wyrzuceniu do powietrza, stwarza sytuację „zapylenia powietrza” - czy te ziarna piasku są pyłem?
CZYM JEST PYŁ
Gdy przedstawiamy jakieś pojęcie lub zagadnienie to warto rozpocząć od podania stosownej definicji (jeśli taka istnieje). Obowiązująca w Polsce norma definiuje pył jako „cząstki ciała stałego różnej wielkości i różnego pochodzenia, przez pewien czas pozostające w zawieszeniu w gazie”. Tak ogólna definicja mało precyzyjnie odpowiada na postawione wyżej pytanie czy ziarna piasku plażowego są pyłem. Ważną częścią tej normowanej definicji pyłu jest jej fragment „.. pozostające w zawieszeniu ..”, co eliminuje jako pył te ziarenka piasku, które nie … pozostają w zawieszeniu .. lecz szybko opadną na powierzchnię plaży.
Łatwiejsze w zrozumieniu tego czym jest pył byłyby informacje zawarte w poprzedniej polskiej normie, już nieobowiązującej, która informowała, że „pyłem jest faza stała …. której stopień rozdrobnienia jest tak duży, że w nieruchomym powietrzu … ziarna ciała stałego … będą opadały ze stałą prędkością, mniejszą od 500 cm/s, lub będą wykonywały ruchy Browna”. Ta definicja, odniesiona do przedstawionego powyżej przykładu dotyczącego piasku na plaży, wyeliminuje znaczną ilość ziaren piasku jako cząstek które nie spełniają definicji pyłu.
Z tego wszystkiego o czym mowa powyżej jasno wynika, że wielkość cząstek ciała stałego jest ważnym parametrem definiującym pył. Cząstki pyłu, spełniające warunki normy, charakteryzują się rozmiarami o wielkościach od kilku do kilkudziesięciu mikrometrów. I właśnie rozmiar pojedynczej cząstki ciała stałego jest parametrem dzielącym pyły na:
֍ pył PM10 – mający średnice cząstek poniżej 10 mikrometrów;
֍ pył drobny PM2.5, których rozmiar pojedynczych cząstek jest mniejszy niż 2,5 mikronów;
֍ pył submikronowy - PM1 i pył ultradrobny - PM0,1.
Akronim PM pochodzi od pierwszych liter angielskich słów Particulate Matter, które przetłumaczyć można jako „zbiór cząstek stałych”.
PYŁ W POWIETRZU ATMOSFERYCZNYM
Może u kogoś pojawić się całkiem uzasadnione pytanie: dlaczego w tytule słowo powietrze opatrzone jest dodatkowym przymiotnikiem atmosferyczne – czy to oznacza, że są różne rodzaje powietrza? Warto więc zacząć od wyjaśnienia następującej sprawy - kiedy należy, dla jednoznaczności opisu, używać określenia powietrze atmosferyczne?
Otóż warto to robić w sytuacjach, kiedy istnieje możliwość pomylenia powietrza atmosferycznego z powietrzem środowiska pracy lub z powietrzem wewnątrz pomieszczeń przeznaczonych do stałego przebywania ludzi. Chodzi o to, że dla powietrza wypełniającego miejsce pracy lub powietrza wewnątrz pomieszczeń ustalone są inne normatywy jakości powietrza niż wymagania dotyczące jakości powietrza otwartych przestrzeni - inne są obowiązujące wartości stężeń zanieczyszczeń dla tych różnych rodzajów powietrza.
W odniesieniu do powietrza atmosferycznego obowiązujące obecnie w naszym kraju normy dotyczące stopnia zapylenia ustalone są do frakcji pyłu PM10 i PM2,5. Tym właśnie frakcjom pyłu przypisane są odpowiednie normy stężeń dopuszczalnych, będące miernikami stanu jakości powietrza. W stacjach pomiaru jakości powietrza rozdzielenie pyłu na te właśnie frakcje, różniące się średnicami cząstek, uzyskuje się zaciągając badane powietrze przez widoczne na zdjęciu głowice separacyjne.
zdj. Stanisław Hławiczka
Dlaczego ocena jakości powietrza, z punktu widzenia jego zapylenia, bazuje na normowaniu stężeń frakcji pyłów PM10 i PM2,5? Cząstki pyłów o średnicach do 10 mikronów, a zwłaszcza do wielkości 2,5 mikrona są badane zwłaszcza ze względu na ich powiązanie z konsekwencjami zdrowotnymi. Pyły o cząstkach większych niż 10 mikronów zatrzymywane są w jamie nosowo-gardłowej, skąd są stosunkowo łatwo wydalane; pył PM10 może niestety przenikać głębiej, bo do odcinka tchawicowo-oskrzelowego. Jeszcze głębiej, bo do płuc, są zdolne przenikać cząstki pyłu PM2,5, powodując podrażnienie lub uszkodzenia pęcherzyków płucnych. Pyły jeszcze drobniejsze potrafią wniknąć wręcz do wnętrza pęcherzyków płucnych, skąd mogą przeniknąć do krwioobiegu. Tego rodzaju groźne konsekwencje zdrowotne obecności w powietrzu pyłów bardzo drobnych skłaniają do wprowadzenia w przyszłości oddzielnej normy stężeniowej dla pyłów PM1. Wtedy obecne unormowania stężeń dopuszczalnych dla frakcji pyłu PM10 i PM2,5 zostałyby uzupełnione o podobne normy dla frakcji PM1.
Pomiary ciągłe stężeń pyłu prowadzone są w ramach Państwowego Monitoringu Środowiska, który jest odpowiedzialny za dostarczanie informacji o jakości powietrza atmosferycznego. Taka informacja wykorzystywana jest przez instytucje administracji publicznej ale również dostarczana jest społeczeństwu poprzez media lub na bieżąco podawana jest na tablicach świetlnych (zdj.2).
zdj. Stanisław Hławiczka
Warto też przypomnieć, że wartości stężeń pyłu podczas zimowych epizodów smogowych osiągają najwyższe przekroczenia dopuszczalnych poziomów stężeń, w porównaniu z innymi zanieczyszczeniami będącymi produktami spalania paliw - pył w tych przypadkach stwarza największe problemy zdrowotne.
W zależności od pochodzenia, różny może być skład chemiczny pyłów obecnych w powietrzu. Główny Urząd Statystyczny przedstawiając wielkość krajowej emisji zanieczyszczeń do powietrza, dzieli pyły według ich pochodzenia. Uwzględniając rodzaj działalności, GUS rozróżnia pyły emitowane z: procesów spalania, z różnych źródeł transportu, z procesów w przemyśle, z działalności w rolnictwie i z procesów innych niż wymienione. Roczna emisja pyłu zawieszonego z obszaru Polski do atmosfery to prawie 400 tysięcy ton.
Szczególnie szkodliwymi dla zdrowia ludzi składnikami pyłu są zwłaszcza metale ciężkie i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne. Dlatego właśnie te składniki pyłu są analizowane w stacjach monitorujących jakość powietrza atmosferycznego. Przykład pyłomierza, wyposażonego w głowicę separującą frakcje pyłu oraz zestaw filtrów, na których po zassaniu powietrza przez pyłomierz osadza się pył podlegający analizie chemicznej, przedstawiono na kolejnym zdjęciu.
zdj. Stanisław Hławiczka
Oprócz wspomnianego wyżej negatywnego wpływu pyłów na zdrowie należy też wspomnieć o wpływie pyłów na klimat. Wpływ ten wynika z właściwości pyłu, zwłaszcza tego bardzo drobnego, do rozpraszania i absorbowania zarówno promieniowania słonecznego jak i promieniowania odbitego, emitowanego do atmosfery od strony powierzchni Ziemi. Fizykalne podłoże tych efektów rozpraszania/absorbowania wynika z faktu, że średnice cząstek pyłu drobnego obecnego w atmosferze są porównywalne z długością fal elektromagnetycznych, w ich zakresach podczerwieni, czyli tych odpowiedzialnych za ogrzewanie atmosfery. Innym zjawiskiem mającym znaczenie w aspekcie wpływu cząstek pyłu na klimat jest ich udział w procesach kondensacji. Procesy kondensacji zachodzące na cząstkach pyłu mają wpływ na mechanizm tworzenia się chmur.
Wszystkie te wymienione zjawiska (procesy rozpraszania, absorpcji i kondensacji) wpływają na bilans energetyczny atmosfery, mający bezpośredni związek z całym procesem kształtowania klimatu. Dlatego nie tylko gazy cieplarniane lecz i pyły obecne w powietrzu są przyczyną obserwowanych zmian klimatu.
METODY ODPYLANIA GAZÓW ODLOTOWYCH
Pył obecny w powietrzu jest rezultatem emisji ze źródeł naturalnych i ze źródeł antropogennych, czyli takich za działalność których odpowiedzialny jest człowiek. W Polsce największy udział w emisjach pyłu do atmosfery mają emisje tego zanieczyszczenia ze źródeł energetycznych, z procesów spalania paliw (zwłaszcza węgla). Obniżenie ładunku emitowanych pyłów z takich źródeł jest możliwe poprzez zastosowanie metod wychwytu pyłu z gazów odlotowych z użyciem odpylaczy.
Różne są sposoby odpylania gazów odlotowych i różne są rodzaje urządzeń odpylających. Ich skuteczność odpylania ocenia się poprzez porównanie wielkości masy pyłu zatrzymanego przez urządzenie odpylające, z masą pyłu jaka została wprowadzona do takiego urządzenia odpylającego. Jeśli wartość ilorazu masy pyłu zatrzymanego i masy pyłu wprowadzonego do odpylacza pomnożymy przez wartość 100, to skuteczność pracy urządzenia odpylającego wyrażona będzie w procentach.
Najpowszechniej stosowanymi urządzeniami odpylającymi, stosowanymi zwłaszcza w warsztatach rzemieślniczych i zakładach przemysłowych są cyklony. Niewątpliwie jednak w pierwszej lidze odpylaczy, czyli urządzeń o najwyższej skuteczności odpylania, umieścić należy odpylacze elektrostatyczne (elektrofiltry) oraz odpylacze wyposażone w filtry tkaninowe. Tego rodzaju odpylacze stosowane są zwłaszcza w procesach przemysłowych, generujących duże ilości wysokozapylonych gazów. Takie sytuacje mają miejsce zwłaszcza w dużych elektrowniach węglowych.
W elektrofiltrach zapylony gaz przepływa między elektrodami wytwarzającymi pole elektryczne o wysokim napięciu, w wyniku czego przepływający gaz oraz cząstki pyłu ulegają jonizacji. Elektrycznie naładowane cząstki pyłu wychwytywane są przez jedną z elektrod (elektroda osadcza). Po dotarciu do tej elektrody ładunek elektryczny zgromadzony na cząstkach pyłu ulega zobojętnieniu, czyli zanika siła elektrostatyczna łącząca cząstki pyłu z powierzchnią elektrody. Pozbawiona ładunku elektrycznego cząstka pyłu opada na dno leja osadczego, skąd pył wydzielony z gazów odlotowych usuwany jest na zewnątrz elektrofiltra. Sprawność odpylania jaką uzyskuje się przy użyciu elektrofiltrów, w przypadku spalin pochodzących z procesów spalania węgla, może przekraczać nawet 99,5 procent.
W dużych elektrowniach elektrofiltry odpylające spaliny z kotłów energetycznych to zespoły o znacznej ilości pojedynczych urządzeń. Przedstawione zdjęcie daje wyobrażenie jak wielką konstrukcją jest taka bateria elektrofiltrów w elektrowni węglowej o mocy rzędu 1000 MW.
Filtry tkaninowe należą do grupy najbardziej skutecznych odpylaczy. Pozwalają na usuwanie cząstek pyłów o średnicach poniżej 0,5 mikrometrów. Bardzo wysoka skuteczność tych filtrów, pomimo wielu istotnych problemów eksploatacyjnych, jest powodem ich wykorzystywania w procesach przemysłowych gdzie zachodzi potrzeba oczyszczania gazów z pyłów bardzo drobnych i zawierających składniki bardzo szkodliwe, jak na przykład metale ciężkie czy toksyczne związki organiczne.
zdj. Stanisław Hławiczka
To zdjęcie przedstawia 6-cio sekcyjny filtr tkaninowy w jednym z zakładów recyklingu metali nieżelaznych, umożliwiający w ciągu godziny odpylenie około 25 tysięcy metrów sześciennych gazów.
W Polsce, w wielkości emisji pyłów do atmosfery dominuje sektor energetyki zawodowej i ciepłownictwa, co wynika, niestety, z przewagi węgla w bilansie paliwowo-energetycznym naszego kraju. Z tych samych powodów istotną pozycję w krajowym bilansie emisji pyłów ma również sektor komunalno-bytowy (ogrzewanie budynków i małe ciepłownie lokalne). Właśnie w tych rodzajach działalności szansą na znaczącą redukcję krajowej emisji pyłów jest szybkie i efektywne wdrożenia odnawialnych źródeł energii oraz zastąpienie elektrowni węglowych elektrowniami atomowymi.
Tekst i zdjęcia: Stanisław Hławiczka
PODOBNE WPISY
0 Komentarze