Luftschadstoffe: Arten, Quellen, Auswirkungen und Kontrolle von Luftschadstoffen

In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die Arten, Quellen, Auswirkungen und die Kontrolle der Luftverschmutzung!

Luftverschmutzung ist eine Veränderung der physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften von Luft, die negative Auswirkungen auf den Menschen und andere Organismen hat. Das Endergebnis ist eine Veränderung der natürlichen Umwelt und / oder des Ökosystems.

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Die Substanzen, die für die Luftverschmutzung verantwortlich sind, werden Luftverschmutzung genannt. Diese Luftschadstoffe können entweder natürliche (z. B. Waldbrände) oder synthetische (vom Menschen verursachte) sein. Sie können in Form von Gas, flüssig oder fest sein.

1. Arten von Luftschadstoffen:

Ein Luftschadstoff ist ein Stoff in der Luft, der Menschen und die Umwelt schädigen kann. Schadstoffe können in Form fester Partikel, Flüssigkeitströpfchen oder Gase vorliegen. Darüber hinaus können sie natürlich oder künstlich sein. Schadstoffe können entweder als primär oder sekundär eingestuft werden. Primärschadstoffe sind in der Regel Substanzen, die direkt aus einem Prozess ausgestoßen werden, wie Asche aus einem Vulkanausbruch, Kohlenmonoxidgas aus einem Kraftfahrzeugabgas oder Schwefeldioxid, das aus Fabriken freigesetzt wird.

Sekundäre Schadstoffe werden nicht direkt emittiert. Sie bilden sich vielmehr in der Luft, wenn Primärschadstoffe reagieren oder interagieren. Ein wichtiges Beispiel für einen sekundären Schadstoff ist bodennahes Ozon - einer der vielen sekundären Schadstoffe, aus denen sich der photochemische Smog zusammensetzt.

Zu den wichtigsten durch menschliche Aktivitäten erzeugten primären Schadstoffen gehören:

ich. Schwefeloxide (SO _x ):

SO ₂ wird von Vulkanen und in verschiedenen industriellen Prozessen produziert. Da Kohle und Erdöl häufig Schwefelverbindungen enthalten, entsteht bei ihrer Verbrennung Schwefeldioxid. Eine weitere Oxidation von SO ₂, üblicherweise in Gegenwart eines Katalysators wie NO ₂, bildet H ₂ SO ₄ und somit sauren Regen. Dies ist einer der Gründe für die Besorgnis über die Umweltauswirkungen der Verwendung dieser Kraftstoffe als Energiequellen.

ii. Stickoxide (NO _x ):

Insbesondere Stickstoffdioxid wird bei der Hochtemperaturverbrennung freigesetzt. Stickstoffdioxid ist die chemische Verbindung mit der Formel N0 ₂ . Es ist verantwortlich für photochemischen Smog, sauren Regen usw.

iii. Kohlenmonoxid:

Es ist ein farbloses, geruchloses, nicht reizendes, aber sehr giftiges Gas. Es ist ein Produkt durch unvollständige Verbrennung von Brennstoffen wie Erdgas, Kohle oder Holz. Fahrzeugabgase sind eine Hauptquelle für Kohlenmonoxid.

iv. Kohlendioxid (CO ₂ ):

Ein Treibhausgas, das bei der Verbrennung freigesetzt wird, ist jedoch auch ein für Lebewesen lebenswichtiges Gas. Es ist ein Erdgas in der Atmosphäre.

v. Flüchtige organische Verbindungen:

VOCs sind ein wichtiger Außenluftschadstoff. In diesem Bereich werden sie häufig in die einzelnen Kategorien Methan (CH ₄ ) und Nichtmethan (NMVOCs) unterteilt. Methan ist ein äußerst effizientes Treibhausgas, das zur globalen Erwärmung beiträgt.

Andere Kohlenwasserstoff-VOCs sind aufgrund ihrer Rolle bei der Erzeugung von Ozon und der Verlängerung der Lebensdauer von Methan in der Atmosphäre ebenfalls bedeutende Treibhausgase, obwohl der Effekt je nach lokaler Luftqualität variiert. In den NMVOCs stehen die aromatischen Verbindungen Benzol, Toluol und Xylol im Verdacht, krebserregend zu sein und können bei längerer Exposition zu Leukämie führen. 1, 3-Butadien ist eine weitere gefährliche Verbindung, die häufig mit industriellen Anwendungen verbunden ist.

vi. Feinstaub:

Partikel, alternativ als Partikel (PM) oder Feinpartikel bezeichnet, sind winzige Partikel eines Feststoffs oder einer Flüssigkeit, die in einem Gas suspendiert sind. Im Gegensatz dazu bezieht sich Aerosol auf Partikel und das Gas zusammen. Partikelquellen können künstlich oder natürlich sein.

Einige Partikel treten auf natürliche Weise auf und stammen von Vulkanen, Staubstürmen, Wald- und Graslandbränden, lebender Vegetation und Meeresspray. Menschliche Aktivitäten wie die Verbrennung fossiler Brennstoffe in Fahrzeugen, Kraftwerken und verschiedenen industriellen Prozessen erzeugen ebenfalls erhebliche Mengen an Aerosolen.

Im weltweiten Durchschnitt machen anthropogene Aerosole - solche, die durch menschliche Aktivitäten entstehen - derzeit etwa 10 Prozent der Gesamtmenge an Aerosolen in unserer Atmosphäre aus. Erhöhte Feinpartikel in der Luft hängen mit Gesundheitsgefahren wie Herzerkrankungen, veränderter Lungenfunktion und Lungenkrebs zusammen.

vii. Anhaltende freie Radikale - in Verbindung mit Feinstaubpartikeln in der Luft können Herz-Lungen-Erkrankungen verursachen.

viii. Giftige Metalle wie Blei, Cadmium und Kupfer.

ix. Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) - schädlich für die Ozonschicht von Produkten, die derzeit nicht mehr verwendet werden dürfen.

x. Ammoniak (NH ₃ ) - wird aus landwirtschaftlichen Prozessen freigesetzt. Ammoniak ist eine Verbindung mit der Formel NH ₃ . Normalerweise tritt es als Gas mit einem charakteristischen stechenden Geruch auf. Ammoniak trägt wesentlich zu den Ernährungsbedürfnissen von terrestrischen Organismen bei, indem es als Vorläufer für Nahrungsmittel und Düngemittel dient. Ammoniak ist entweder direkt oder indirekt ein Baustein für die Synthese vieler Arzneimittel. Obwohl Ammoniak weit verbreitet ist, ist es sowohl ätzend als auch gefährlich.

xi. Gerüche - wie Müll, Abwasser und industrielle Prozesse

xii. Radioaktive Schadstoffe - erzeugt durch Nuklearexplosionen, Kriegsprengstoffe und natürliche Prozesse wie den radioaktiven Zerfall von Radon.

Sekundäre Schadstoffe sind:

ich. Feinstaub, gebildet aus gasförmigen Primärschadstoffen und Verbindungen im photochemischen Smog. Smog ist eine Art Luftverschmutzung. das wort „smog“ ist ein portmanteau aus rauch und nebel. Klassischer Smog entsteht durch große Kohleverbrennung in einem Gebiet, die durch eine Mischung aus Rauch und Schwefeldioxid verursacht wird. Moderner Smog stammt normalerweise nicht aus Kohle, sondern aus Fahrzeug- und Industrieemissionen, die in der Atmosphäre durch Sonnenlicht zu sekundären Schadstoffen verarbeitet werden, die sich ebenfalls mit den Primäremissionen zu photochemischem Smog verbinden.

ii. Bodennahes Ozon (O ₃ ) gebildet aus NO _x und VOCs. Ozon (O ₃ ) ist ein Schlüsselbestandteil der Troposphäre (es ist auch ein wichtiger Bestandteil bestimmter Regionen der Stratosphäre, die allgemein als Ozonschicht bezeichnet wird). Photochemische und chemische Reaktionen, an denen er beteiligt ist, treiben viele der chemischen Prozesse an, die Tag und Nacht in der Atmosphäre ablaufen. Bei ungewöhnlich hohen Konzentrationen, die durch menschliche Aktivitäten (hauptsächlich durch Verbrennung fossiler Brennstoffe) hervorgerufen werden, ist es ein Schadstoff und ein Bestandteil von Smog.

iii. Peroxyacetylnitrat (PAN) - ähnlich gebildet aus NO _x und VOCs.

2. Quellen der Luftverschmutzung:

Luftverschmutzungsquellen beziehen sich auf die verschiedenen Standorte, Aktivitäten oder Faktoren, die für die Freisetzung von Schadstoffen in die Atmosphäre verantwortlich sind. Diese Quellen können in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden:

Anthropogene Quellen (menschliche Aktivität), die hauptsächlich mit der Verbrennung verschiedener Brennstoffe zusammenhängen:

ich. Zu den „stationären Quellen“ zählen Rauchstapel von Kraftwerken, Produktionsanlagen (Fabriken) und Müllverbrennungsanlagen sowie Öfen und andere Arten von Brennstoffheizgeräten.

ii. "Mobile Quellen" umfassen Kraftfahrzeuge, Seeschiffe, Flugzeuge und die Wirkung von Schall usw.

iii. Chemikalien, Staub und kontrollierte Verbrennungspraktiken in der Land- und Forstwirtschaft. Kontrollierte oder vorgeschriebene Verbrennung ist eine Technik, die manchmal in der Waldbewirtschaftung, in der Landwirtschaft, in der Prärie-Restauration oder in der Treibhausgasbekämpfung eingesetzt wird. Feuer ist ein natürlicher Bestandteil sowohl der Wald- als auch der Grünlandökologie, und kontrolliertes Feuer kann ein Werkzeug für Förster sein. Kontrolliertes Verbrennen stimuliert das Keimen einiger begehrter Waldbäume und erneuert den Wald.

iv. Dämpfe von Farben, Haarspray, Lacken, Aerosolsprays und anderen Lösungsmitteln.

v. Abfallablagerung in Deponien, die Methan erzeugen. Methan ist nicht giftig; Es ist jedoch leicht entflammbar und kann mit Luft explosive Gemische bilden. Methan ist auch ein Erstickungsmittel und kann in einem geschlossenen Raum Sauerstoff verdrängen. Erstickung oder Erstickung können die Folge sein, wenn die Sauerstoffkonzentration durch Verdrängung auf unter 19, 5% verringert wird.

v. Militär, wie Atomwaffen, giftige Gase, Keimkrieg und Raketen.

Natürliche Quellen:

ich. Staub aus natürlichen Quellen, in der Regel große Flächen mit wenig oder keiner Vegetation.

ii. Methan, das durch die Verdauung von Lebensmitteln durch Tiere, beispielsweise Rinder, freigesetzt wird.

iii. Radongas durch radioaktiven Zerfall in der Erdkruste. Radon ist ein farbloses, geruchloses, natürlich vorkommendes, radioaktives Edelgas, das durch den Zerfall von Radium gebildet wird. Es wird als gesundheitsgefährdend angesehen. Radongas aus natürlichen Quellen kann sich in Gebäuden ansammeln, vor allem in geschlossenen Räumen wie dem Keller, und es ist nach dem Zigarettenrauchen die zweithäufigste Ursache für Lungenkrebs.

iv. Rauch und Kohlenmonoxid aus Waldbränden.

v. Vulkanische Aktivität, die Schwefel-, Chlor- und Ascheteilchen produziert.

3. Auswirkungen von Luftschadstoffen

Es gibt verschiedene schädliche Auswirkungen der Luftschadstoffe:

ich. Kohlenmonoxid (Quelle - Autoabgase, photochemische Reaktionen in der Atmosphäre, biologische Oxidation durch Meeresorganismen usw.) - Beeinflusst die Atmungsaktivität, da Hämoglobin eine höhere Affinität für CO als für Sauerstoff hat. Somit verbindet sich CO mit HB und verringert somit die Sauerstofftragfähigkeit von Blut. Dies führt zu verschwommenem Sehen, Kopfschmerzen, Bewusstlosigkeit und Tod durch Ersticken (Sauerstoffmangel).

ii. Kohlendioxid (Quelle: Verbrennung fossiler Brennstoffe durch Kohlenstoff, Abholzung der Wälder (die überschüssiges Kohlendioxid entfernen und zur Aufrechterhaltung des Sauerstoff-Kohlendioxid-Verhältnisses beitragen) - verursacht globale Erwärmung.

iii. Schwefeldioxid (Quell- Industrie, Verbrennung fossiler Brennstoffe, Waldbrände, Stromerzeugungsanlagen, Schmelzanlagen, Industriekessel, Erdölraffinerien und Vulkanausbrüche) - Atemprobleme, starke Kopfschmerzen, verringerte Produktivität der Anlagen, Vergilbung und Verringerung der Lagerzeit für Papier, Vergilbung und Beschädigung von Kalkstein und Marmor, Beschädigung von Leder, erhöhte Korrosionsrate von Eisen, Stahl, Zink und Aluminium.

iv. Kohlenwasserstoffe Poly - Kern - Aromaten (PAC) und Poly - Kern - Aromaten (PAK) (Quelle - Autoabgase und Industrie, auslaufende Kraftstofftanks, Auslaugung von Giftmülldeponien und Kohlenteerauskleidung einiger Wasserversorgungsrohre) - Karzinogen Leukämie verursachen).

v. Chlorfluorkohlenwasserstoffe (FCKWs) (Quelle - Kühlschränke, Klimaanlagen, Schaumrasiercreme, Spraydosen und Reinigungsmittel) - Zerstören Sie die Ozonschicht, die schädliche UV-Strahlen in die Atmosphäre eindringen lässt. Die Ozonschicht schützt die Erde vor den ultravioletten Strahlen der Sonne. Wenn die Ozonschicht durch menschliche Einwirkung erschöpft ist, könnten die Auswirkungen auf den Planeten katastrophal sein.

vi. Stickoxide (Quelle - Autoabgase, Verbrennung fossiler Brennstoffe, Waldbrände, Elektrizitätserzeugungsanlagen, Schmelzanlagen, Industriekessel, Erdölraffinerien und Vulkanausbrüche) - Bildet photochemischen Smog, der bei höheren Konzentrationen Blattschäden verursacht oder die photosynthetischen Aktivitäten von Pflanzen beeinträchtigt und verursacht Atemwegsprobleme bei Säugetieren.

vii. Feinstaub Bleihalogenide (Bleiverunreinigung) (Quelle - Verbrennung von verbleiteten Benzinprodukten) - Giftwirkung beim Menschen.

viii. Asbestpartikel (Quelle - Bergbauaktivitäten) - Asbestose - eine Krebserkrankung der Lunge.

ix. Siliziumdioxid (Quelle - Steinschneiden, Töpferei, Glasherstellung und Zementindustrie) - Silikose, eine Krebserkrankung.

x. Quecksilber (Quelle - Verbrennung fossiler Brennstoffe und Pflanzen) - Schädigung von Nieren und Nieren.

Luftschadstoffe beeinflussen Pflanzen, indem sie durch Spaltöffnungen (Blattporen, durch die Gase diffundieren) eindringen, Chlorophyll zerstören und die Photosynthese beeinflussen. Während des Tages sind die Stomata weit geöffnet, um die Photosynthese zu erleichtern. Luftschadstoffe wirken sich tagsüber auf Pflanzen aus, indem sie mehr als über Nacht durch diese Stomata in das Blatt eindringen.

Schadstoffe erodieren auch die wachsartige Beschichtung der Blätter, die als Kutikula bezeichnet wird. Die Nagelhaut verhindert übermäßigen Wasserverlust und Schäden durch Krankheiten, Schädlinge, Dürre und Frost. Eine Beschädigung der Blattstruktur führt zu Nekrose (toten Bereichen des Blattes), Chlorose (Verlust oder Verminderung von Chlorophyll, die eine Gelbfärbung des Blattes verursacht) oder Epinastie (Abwärtsrollen des Blattes) und Abszision (Abfallen der Blätter).

Auf Blättern abgelagerte Partikel können Verkrustungen bilden und die Stomata verstopfen sowie die Verfügbarkeit von Sonnenlicht verringern. Die Schädigung kann zum Tod der Pflanze führen. S02 führt zum Ausbleichen der Blätter, Chlorose, Verletzungen und Nekrose der Blätter. NO2 führt zu vermehrter Abszision und unterdrücktem Wachstum. O3 verursacht Flecken auf der Blattoberfläche, vorzeitiges Altern, Nekrose und Bleichen.

Peroxyacetylnitrat (PAN) bewirkt Versilberung der Blattunterseite, schädigt junge und empfindlichere Blätter und hemmt das Wachstum. Fluoride verursachen eine Nekrose der Blattspitze, während Ethylen zur Epinastie, Blattabschneidung und zum Fallenlassen der Blüten führt.

4. Kontrolle der Luftverschmutzung:

Die folgenden Artikel werden im Allgemeinen von Industrie- oder Transportgeräten als emissionsmindernde Einrichtungen verwendet. Sie können Verunreinigungen entweder zerstören oder aus einem Abgasstrom entfernen, bevor sie in die Atmosphäre abgegeben werden.

ich. Partikelkontrolle:

Mechanische Kollektoren (Staubzyklone, Multizyklone) - Die Zyklonabscheidung ist ein Verfahren zur Entfernung von Partikeln aus einem Luft-, Gas- oder Wasserstrom ohne Verwendung von Filtern durch Wirbelabscheidung. Rotationseffekte und Schwerkraft werden zum Trennen von Feststoff- und Fluidmischungen verwendet.

Innerhalb eines zylindrischen oder konischen Behälters, Zyklon genannt, wird eine drehende (Luft-) Strömung mit hoher Geschwindigkeit aufgebaut. Luft strömt in einem spiralförmigen Muster, beginnend am oberen Ende (weites Ende) des Zyklons und endet am unteren Ende (schmales Ende), bevor der Zyklon in einem geraden Strom durch das Zentrum des Zyklons austritt und oben austritt.

Größere (dichtere) Partikel im rotierenden Strom haben zu viel Trägheit, um der engen Kurve des Stroms zu folgen und die Außenwand zu treffen, dann fallen sie auf den Boden des Zyklons, wo sie entfernt werden können.

In einem konischen System wird der Rotationsradius des Stroms verringert, wenn sich der Rotationsstrom in Richtung des schmalen Endes des Zyklons bewegt, wodurch immer kleinere Partikel getrennt werden. Die Zyklongeometrie definiert zusammen mit der Flussrate den Schnittpunkt des Zyklons. Dies ist die Partikelgröße, die mit einem Wirkungsgrad von 50% aus dem Strom entfernt wird. Partikel, die größer als der Schnittpunkt sind, werden mit einer größeren Effizienz und kleinere Partikel mit einer geringeren Effizienz entfernt.

ii. Elektrostatische Abscheider:

Ein elektrostatischer Abscheider (ESP) oder elektrostatischer Luftreiniger ist eine Partikelsammelvorrichtung, die Partikel aus einem strömenden Gas (z. B. Luft) unter Verwendung der Kraft einer induzierten elektrostatischen Ladung entfernt. Elektrofilter sind hocheffiziente Filtrationsvorrichtungen, die den Gasstrom durch die Vorrichtung minimal behindern und Feinstaub wie Staub und Rauch leicht aus dem Luftstrom entfernen können.

Im Gegensatz zu Nasswäschern, die Energie direkt auf das strömende fluide Medium aufbringen, bringt ein ESP Energie nur auf die Partikel auf, die gesammelt werden, und ist daher sehr effizient im Energieverbrauch (in Form von Elektrizität).

iii. Partikelwäscher:

Der Begriff Nasswäscher beschreibt eine Vielzahl von Vorrichtungen, die Schadstoffe aus einem Ofenrauchgas oder aus anderen Gasströmen entfernen. In einem Nasswäscher wird der verunreinigte Gasstrom mit der Waschflüssigkeit in Kontakt gebracht, indem er mit der Flüssigkeit besprüht wird, indem er durch einen Flüssigkeitsbehälter gedrückt wird, oder durch ein anderes Kontaktverfahren, um die Schadstoffe zu entfernen.

Die Auslegung von Nasswäschern oder anderen Luftreinigungsgeräten hängt von den industriellen Prozessbedingungen und der Art der beteiligten Luftschadstoffe ab. Einlassgaseigenschaften und Staubeigenschaften (wenn Partikel vorhanden sind) sind von primärer Bedeutung.

Wäscher können so konstruiert sein, dass sie Partikel und / oder gasförmige Schadstoffe sammeln. Nasswäscher entfernen Staubpartikel, indem sie diese in Flüssigkeitströpfchen auffangen. Nasswäscher entfernen Schadgase, indem sie diese in der Flüssigkeit lösen oder absorbieren.

Alle Tröpfchen, die sich in dem Gaswaschereinlassgas befinden, müssen mittels einer anderen Vorrichtung, die als Nebelabscheider oder Mitreißer bezeichnet wird, vom Auslassgasstrom getrennt werden (diese Ausdrücke sind austauschbar). Die resultierende Waschflüssigkeit muss auch vor der endgültigen Abgabe behandelt oder in der Anlage wiederverwendet werden:

ich. Die Fahrzeugverschmutzung kann durch regelmäßiges Anpassen der Motoren überprüft werden. Ersatz umweltbelastender alter Fahrzeuge; Einbau von Katalysatoren; durch Motormodifikation, um kraftstoffeffiziente (magere) Gemische zur Verringerung der CO- und Kohlenwasserstoffemissionen zu erhalten langsame und kühlere Verbrennung von Kraftstoffen zur Verringerung der NOx-Emission.

ii. Verwendung von Kohle mit niedrigem Schwefelgehalt in der Industrie.

iii. Minimieren / Ändern von Aktivitäten, die Verschmutzung verursachen, z. B. Transport und Energieerzeugung