Poluantii particulati

Poluantii particulati

Poluantii sub forma de particule sunt emisi de o multitudine de surse naturale sau artificiale, stationare sau mobile. Particulele se formeaza chiar si in atmosfera, prin transformare chimica si fizica, din substante gazoase naturale sau antropogene sau tehnogene (emisiile industriale).

Poluantii particulati au caracter foarte divers si acopera un interval de marime cuprins intre 0,1 si 100 μm.

Criterii de clasificare a poluantilor particulati care iau in considerare at&ac 646f58g irc;t provenienta si marimea particulelor cat si comportarea sau formarea lor in existenta in atmosfera:

particule fine;

particule grosiere.

Particulele fine

Ø     sunt reprezentate de aerosolii cu dimensiuni mai mici de 2 μm si includ in majoritate poluanti emisi de surse antropogene;

Ø     sunt dominate de sulfatii si nitratii de amoniu, la care se adauga materialul pe baza de carbon. Aproape 1/3 este carbon elementar, iar 2/3 este carbon organic (ex: hidrocarburile cu greutate moleculara mare, care alcatuiesc fumul),

Ø     in ceea ce priveste sulfatii si nitratii formati prin transformarea chimica a poluantilor gazosi, ei sunt particule ale caror dimensiuni initial foarte mici (< 0,1μm) cresc rapid fie prin adsorbtie la suprafata, fie prin coagulari de tip particula-particula. Ajunse la marimea 0,1 – 2,0 μm ele devin relativ stabile la cresteri ulterioare si pot ramane in atmosfera zile intregi.

Particulele grosiere:

Ø     se definesc prin diametre mai mari de 2 μm si provin in cea mai mare parte din surse naturale: aerosoli marini, praf purtat de vant etc.;

Ø     cu cat particulele sunt mai mari, cu atat ele se separa mai rapid din aer, sub influenta gravitatiei (tabel nr. 1);

Ø     particulele cu diametre > 150 μm, care cad cu mai mult de 1 m/s, raman in atmosfera un timp atat de scurt incat trebuie considerate ca poluanti;

Ø     particulele componentilor solubili in apa, cum ar fi sulfatii, azotatii si clorurile, exista in atmosfera fie ca particule solide, fie ca picaturi, depinzand de umiditatea relativa a aerului;

Ø     pentru compusi puri, trecerea de la solid la lichid este brusca. De exemplu: ea se produce pentru clorura de sodiu la o umiditate relativa de 75% si pentru sulfatul de amoniu la 86%.

Tabelul nr. 1

Ø   particulele de compozitie mixta pot creste continuu in marime, prin absorbtie de apa, de la o umiditate relativa de 60-70% pana la 100%. Nu sunt supuse acestui fenomen particulele insolubile de tipul carbonatilor.

Particulele joaca un rol important in formarea norilor si a cetii, deoarece ele actioneaza cu nuclee de condensare, pe care incep sa se formeze picaturi mai mari din vaporii de apa prezenti in atmosfera.

Avand in vedere comportarea in atmosfera si implicit modalitatile de determinare particulele se mai pot incadra in:

particule sedimentabile;

particule in suspensie.

Dimensiunea de 10 μm este acceptata, in general ca limita de separare intre cele doua clase de particule, dar aceasta incadrare nu trebuie sa fie rigida, indeosebi datorita interventiei instabilitatii atmosferice.

1. Particulele sedimentabile

Ø     au diametrul >10 μm si se caracterizeaza prin putere de difuzie redusa si stabilitate mica in aer;

Ø     ele sedimenteaza in atmosfera imobila, sub influlenta gravitatiei, cu viteza uniform accelerata;

2. Particulele in suspensie

Ø       au diametrul < 10 μm si se caracterizeaza prin putere de difuzie si stabilitate mare in atmosfera;

Ø       ele nu ajung la sol decat prin intermediul precipitatiilor;

Ø       se subdivid in:

a)     particule cu dimensiuni cuprinse intre 10 – 0,1 μm, care in aer imobil sedimenteaza cu viteza uniforma, frecarea cu aerul anuland forta gravitatiei;

b)     particule cu diametrul < 0,1 μm, care se deplaseaza dupa legile miscarii browniene.

În ceea ce priveste starea lor fizica, poluantii particulati se impart in doua grupe:

particule solide (pulberi);

particule lichide (aerosoli lichizi).

1. Particule solide (pulberi)

Ø       Cand se discuta despre poluantii particulati, in general se au in vedere numai pulberile.

Ø       Pulberile, sunt suspensii de particule fine in aer cu risc asupra sanatatii umane si constitue principalele noxe industriale.

Ø       În tehnica, prin pulberi se inteleg acele materialele solide sub forma de particule cu una din dimensiuni mai mica de 20 mm, produse prin dezagregare totala sau macinare fina.

Ø       Atmosferele cu pulberi pot contine: aerosoli, dispersoizi, ceata, condensoizi, fum, etc.

aerosolii (coloizi aerieni, materiale in suspensie) sunt dispersii sau suspensii in aer sau gaze purtatoare de particule solide sau lichide suficient de fine pentru a poseda o mare stabilitate. Dimensiunile acestor particule sunt cuprinse intre 0,01 – 10 mm;

praful este un dispersoid format din suspensii in faza solida. Se formeaza prin reducerea dimensiunilor materialelor solide prin: perforare, macinare, zdrobire, explozie. Se caracterizeza prin faptul ca ramane temporar in suspensie;

condensoizii rezulta din condensarea gazelor si vaporilor din atmosfera. Dimensiunile particulelor sunt mai mici de 1 mm. Se deosebesc de pulberi deoarece floculeaza rapid, exemplu: fumurile, ceata, smogul (fum rezultat din gazele de ardere si din arderea incompleta a tutunului, lemnului, carbunelui).

Praful poate fi clasificat dupa numeroase criterii:

1. dupa origine;
2. dupa mecanismul de formare;
3. dupa natura substantelor care intra in compozitia lui;
4. dupa actiunea asupra materiei vii.

1. Dupa origine pot fi:

- pulberi anorganice - metalice (Zn, Pb, Mn, Fe);

- minerale (SiO₂ );

- sintetice (colorantii);

- pulberi organice - vegetale (lemn, in, faina, bumbac);

- animale (par, lana);

- sintetice (coloranti sintetici si organici).

2. Dupa mecanismul de formare, pulberile pot fi obtinute prin: dezintegrare si prin condensare.

3. Dupa natura substantelor care intra in compozitia lui

4. Dupa actiunea asupra organismului, pulberile se clasifica in:

- pulberi ce produc leziuni in plamani (plumb, vanadiu, arseniu);

- pulberi iritante sau corozive (var, bicromati, arseniu);

- pulberi care produc reactii alergice ca: astm, rinite, urticarie (ex: bumbac, in,

canepe, plop, bicromati);

- pulberi cancerigene (materialele radioactive, compusii cu clor);

- pulberi anorganice netoxice (carbune, SiO₂, azbest, beriliu).

Într-o atmosfera industriala pulberile pot arde cu violenta (pulb. de Al combinate cu O₂), exploda, adsorbi, sedimenta, etc.

2. Particule lichide (aerosoli lichizi sunt reprezentati de picaturile de apa care se afla in atmosfera ca nori, ceata, pacla. În interiorul acestor formatiuni, concentratia apei ajunge la 1 g/m³. Cantitatile mici de apa sunt prezente in asociatie cu particule delicvescente.

Picaturile de apa acumuleza  prin absorbtie poluanti gazosi sau particule, iar prin reactiile chimice care se desfasoara in interiorul picaturilor se poate schimba natura speciilor absorbite. (ex: oxidarea SO₂ in faza gazoasa de catre specii chimice oxidante (ozon si peroxid de hidrogen) absorbite din faza gazoasa in picaturile de apa).

Originea emisiilor

În afara cauzelor naturale (vulcani, eroziunea solului etc.) sursele de emisie ale poluantilor particulati sunt extrem de numeroase; se pot enumera cateva dintre ele:

1. focarele de combustie corespunzatoare instalatiilor termice de incalzire, producere de vapori, electricitate etc.;
2. incinerarea deseurilor menajere;
3. operatii industriale diverse (siderurgie si industria metalelor neferoase, industria materialelor de constructie, industria chimica si petrochimica etc.).

Efectele particulelor

Pulberile se gasesc in concetratie scazuta in atmosfera oraselor, comparativ cu anumite medii industriale, astfel incat nu se constata actiuni specifice nete. Pulberile actioneaza iritant asupra cailor respiratorii datorita substantelor al caror suport il constituie particulele (ex: actiunea SO₂ care intervine ca sursa potentiala de H₂SO₄ sau actiunea posibil cancerigena a benzopirenului depus pe particulele de funingine).

În ceea ce priveste vegetatia cand pulberile se depun pe frunze, ele formeaza un ecran intre acestea si razele de lumina, putand determina modificarea asimilatiei clorofiliene.

Proprietati specifice

O proprietate importanta a particulelor fine este imprastierea (difuzia) lumini sau absorbtia ei. Aceasta proprietate contribuie la reducerea vizibilitatii in atmosfera, ceea ce antreneaza diverse consecinte practice:

1. ingreunarea sau perturbarea traficului rutier, aerian sau naval;

2. cresterea numarului de accidente;

3. reducerea duratei de iluminat in regim natural.

Cea mai importanta proprietate a pulberilor este sedimentabilitatea, adica tendinta lor mai mult sau mai putin accentuata de a recadea pe pamant la o distanta mai mica sau mai mare de sursa de emisie.

Mecanisme de depunere a poluantilor

Factorii care guverneaza depunerea poluantilor sunt: starea de turbulenta a atmosferei, viteza vantului, inaltimea emisiei, viteza ascensionala cu care sunt emisi poluantii, masa si marimea particulelor.

Depunerea se produce pe suprafete diverse, dar procesele de indepartare opereaza in toata structura atmosferei.

Exista trei mecanisme de depunere:

1. Depunerea uscata
2. Depunerea umeda
3. Depunerea oculata

1. Depunerea uscata

Depunerea uscata are loc atunci cand gazele sau particulele sunt aduse la suprafata scoartei pamantului din aerul neasturat cu vapori de apa.

Viteza de depunere (Vd) poate fi considerata ca inversul rezistentei opusa de suprafata de depunere. Rezistenta reprezinta suma unor contributii legate de rezistenta aerodinamica (Ra), viscozitatea atmosferei (Rv) si rezistenta chimica sau biologica (Rc). Relatia de calcul este:

Vd = + +

a)     daca Rc >>Ra si Rv atunci viteza de depunere va depinde de intersectiile chimice sau biologice dintre suprafata si materialul depus si nu va depinde de viteza vantului sau de stabilitatea atmosferica.

b)     daca Rc < Ra, Rv atunci, vantul si stabilitatea atmosferica vor controla viteza de depunere.

Trebuie mentionat faptul ca depunerea uscata depinde puternic de conditiile atmosferice si de caracteristicile suprafetei receptoare. Vitezele de depunere uscata pentru majoritatea gazelor si a particulelor mici se incadreaza in intervalul 1 – 10 mm/s.

2.Depunerea umeda

Depunerea umeda se produce atunci cand gazele sau particulele sunt aduse la suprafata pamantului prin intermediul precipitatiilor.

Tinand cont de punctul in care poluantul a fost adsorbit in picaturile de apa, acest mecanism de depunre poate fi subdivizat in:

1. indepartare prin ploaie (precipitatii) – cand materialul poluant este incorporat in masa norilor si indepartat odata cu precipitatiile;

2. spalare – atunci cand materialul poluant, aflat sub plafonul norilor, este antrenat spre sol de catre precipitatiile care cad.

3. Depunerea oculata

Depunerea oculata se refera la indepartarea directa, pe suprafata solului sau a vegetatiei, a materialului poluant continut in aerosolii lichizi ce alcatuiesc ceata sau norii.

Mecanismul devine semnificativ pentru suprafete ridicate cum sunt muntii si dealurile.

Daunele aduse vegetatiei prin aceasta modalitate de depunere pot fi mult mai severe decat prin depunere umeda, respectiv ploi acide, deoarece micropicaturile de apa din nori si ceata concentreaza cantitati mult mai mari de poluanti acizi decat picaturile de ploaie, dispunand de o suprafata de contact mai mare.