Redukcja stężenia gazów smogowych oraz CO2 poprzez opatentowany w Polsce gruntowy wymiennik ciepła Salutaire

Rodzaje zanieczyszczeń powietrza

Zanieczyszczenia powietrza są najbardziej szkodliwe i groźne ze wszystkich zanieczyszczeń, ponieważ są mobilne i mogą skazić na dużych obszarach praktycznie wszystkie komponenty środowiska.¹ Wskutek działalności człowieka, do atmosfery emitowane są najróżniejsze zanieczyszczenia. Ze względu na rodzaj emitowanych substancji, zanieczyszczenia powietrza można podzielić na dwie grupy: zanieczyszczenia gazowe oraz zanieczyszczenia pyłowe. Zanieczyszczenia gazowe można dodatkowo podzielić na: zanieczyszczenia mające wpływ na jakość powietrza w skali lokalnej i regionalnej (np. dwutlenek siarki, tlenki azotu, tlenek węgla, benzen, lotne związki organiczne) oraz zanieczyszczenia mogące wpływać na atmosferę w skali globalnej, poprzez wpływ na efekt cieplarniany(np. dwutlenek węgla, metan, tlenek azotu). Zanieczyszczenia zawarte w atmosferze mogą reagować między sobą. Reakcjom tym sprzyja promieniowanie słoneczne, wysoka temperatura oraz wysoka wilgotność. Produktami tych reakcji są zanieczyszczenia wtórne takie jak ozon (powstający głównie jako produkt reakcji tlenków azotu i lotnych związków organicznych) czy związki przyczyniające się do powstania aerozoli wchodzących w skład wtórnego pyłu drobnego. Prekursorami pyłów wtórnych są głównie takie gazy jak dwutlenek siarki, tlenki azotu oraz amoniak. Zarówno zanieczyszczenia gazowe jak i pyłowe mają istotny wpływ na zdrowie człowieka, kondycję ekosystemów i zmiany klimatu, ich obecność w powietrzu wywołuje problemy zdrowotne związane z układem oddechowym i krwionośnym, szczególnie wśród osób starszych, chorych i dzieci. Niektóre zanieczyszczenia obecne w powietrzu wykazują właściwości mutagenne (np. benzo(a)piren) lub kumulują się w organizmach żywych (np. rtęć).²

Emitowane do atmosfery gazy, przede wszystkim dwutlenek i tlenek węgla (CO2, CO), dwutlenek siarki (SO2,), tlenki azotu (NOx), lotne związki organiczne (LZO), trwałe związki organiczne (jak np. wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne – WWA – dioksyny, freony) oraz pyły o różnej granulacji cząstek, a także zanieczyszczenia wtórne, powstające w troposferze na skutek zachodzących w niej reakcji chemicznych (zwłaszcza fotochemicznych), przede wszystkim ozon (O3) oraz cząstki wtórne, negatywnie wpływają na stan zasobów (wód, gleb, lasów) oraz na zdrowie ludzkie.³ Wzrost umieralności (zgony nagłe oraz zgony przedwczesne w wyniku przewlekłego narażenia na wdychanie zanieczyszczeń) oraz wzrost zachorowalności (choroby układu oddychania i krążenia, ataki astmy, bronchit przewlekły, kaszel, obniżenie zdolności płuc, dni ograniczonej aktywności, itd.) to skutki działania powyższych związków.⁴ Z całkowitą emisją dwutlenku siarki na poziomie 861 tys. ton na rok, Polska jest jednym z państw o największej emisji tego zanieczyszczenia w Europie. Emisja SO2 na 1 mieszkańca w Polsce wyniosła w 2008 roku 26,2 kg i była wyższa od średniej w krajach UE o ok. 14 kg.⁵

Zagrożenia związane z zanieczyszczeniem powietrza atmosferycznego

Dobra jakość powietrza atmosferycznego jest jedną z podstawowych potrzeb człowieka, ale problemy z jego czystością występują już od 2,5 tysięcy lat, co udowodniły badania rdzeni lodowych już na Grenlandii. Zanieczyszczenie atmosfery nasiliło się wraz z rewolucją przemysłową w XIX w. i pozostaje istotnym problemem również w pierwszej dekadzie XXI w. Zagrożenia wywoływane przez zanieczyszczenia powietrza mają rozległy zasięg oddziaływania – dotyczą skali przestrzennej, od lokalnej do globalnej, oraz skali czasowej, od krótkoterminowej do wieloletniej. Poza wpływem bezpośrednim na zdrowie ludzkie czy elementy środowiska przyrodniczego, zachodzi szereg szkodliwych efektów pośrednich, mających złożony wpływ na gleby, roślinność, wody powierzchniowe i podziemne.⁶

Smog – swoisty stan atmosfery

Atmosfera ziemska jest wielkim reaktorem, w którym pod wpływem promieniowania słonecznego dochodzi do różnych przemian między obecnymi w powietrzu lotnymi zanieczyszczeniami a jego stałymi składnikami oraz tworzącymi się aktywnymi, lecz nietrwałymi rodnikami. Skutkiem złożonych procesów jest tworzenie się swoistego stanu atmosfery, zwanego smogiem, czyli nieprzeniknionej gęstej mgły unoszącej cząsteczki różnych związków. Wyrażenie smog pochodzi od połączenia dwóch słów w języku angielskim: smoke (dym) i fog (mgła). Występuje on w miastach, w których przemysł metalurgiczny, paliwowo-energetyczny, chemiczny, spożywczy, drewno – papierniczy i in. skoncentrowane są na małej powierzchni, w zabudowie miejskiej lub na obszarach o jego dużej koncentracji. Smog tworzy się także w miastach, w których natężenie ruchu samochodowego jest wyjątkowo duże, a emitowane gazy spalinowe i pyły nie są np. samoczynnie usuwane przez właściwe zaplanowanie ulic i ciągów przewietrzenia. Gromadzeniu się lotnych zanieczyszczeń przemysłowych i spalin samochodowych sprzyja też cisza wietrzna, zwana bezruchem atmosfery⁷. Jako zjawiska towarzyszące smogowi pojawiają się produkty utleniania węglowodorów w znacznym stopniu przyczyniające się do zmniejszenia widoczności, podrażnienia oczu, nieprzyjemnego zapachu. Głównymi zanieczyszczeniami wchodzącymi w skład smogu są ozon O3 i pochodne węglowodorów zawierające wiązanie nadtlenowe, -O-O-, wśród których szczególnie ważne są działające drażniąco i łzawiąco CH3⋅(CO)-O-O-NO2 i C6H5⋅(CO)-O-O-NO2 oraz aldehydy: mrówkowy i octowy.⁸ Mgła nasycona gazami („smog”) stanowi zagrożenie dla zdrowia człowieka; w zanieczyszczonym powietrzu zwiększa się ilość drobnoustrojów chorobotwórczych. Ponadto na obszarach zurbanizowanych i uprzemysłowionych obserwuje się – w porównaniu z terenami pozamiejskimi – zmniejszenie sum usłonecznienia, podwyższenie temperatury powietrza, zmniejszenie amplitud temperatury powietrza, zmniejszenie wilgotności powietrza, zmienną w dużym zakresie (zależnie od sieci ulic) prędkość wiatru, zmienną ilość promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni ulic i placów w zależności od wysokości i zwartości zabudowy, zwiększenie sum opadów atmosferycznych. Mieszkaniec miasta narażony jest również na działanie dodatkowych strumieni ciepła, którego źródłem są powierzchnie sztuczne, akumulujące promieniowanie słoneczne oraz ciepło wytwarzane w procesach przemysłowych i komunalnych.⁹Od kilkunastu lat obserwuje się pogarszanie warunków środowiskowych na ziemi. Jednym z najbardziej widocznych efektów zanieczyszczenia środowiska jest zła jakość powietrza atmosferycznego. W coraz większej ilości miast w Europie, również w Polsce, obserwuje się intensyfikację sytuacji smogowych.¹⁰

Typy smogu

Fizycznie wyróżnia się dwa typy smogu, pierwszy potocznie zwany smogiem Los Angeles i drugi, zwany smogiem londyńskim, różniące się między sobą składem tworzących je lotnych zanieczyszczeń, mechanizmami powstawania oraz rodzajem czynników inicjujących.¹¹ Smog londyński składa się z tlenków siarki, tlenku węgla, sadzy i in., inaczej nazywany jest smogiem kwaśnym, siarkowym a bazą jego jest wysoka emisji SO2 w warunkach dużego nasycenia powietrza parą wodną.¹² Smog Los Angeles, składa się z węglowodorów, tlenków azotu i ozonu (powstaje pod wpływem procesów fotochemicznych w atmosferze), smog ten jest dużo bardziej fitotoksyczny ze względu na wielokrotne przekroczenie w nim dopuszczalnych ilości ozonu,¹³inaczej nazywany jest utleniającym, fotochemicznym, a inicjowany jest na bazie dużej emisji spalin samochodowych w warunkach intensywnego promieniowania słonecznego.¹⁴

Skutki zdrowotne oddziaływania smogu

Negatywny wpływ zanieczyszczeń atmosfery na zdrowie człowieka ma dwojaki charakter. Pierwsza postać to pogarszanie się stanu zdrowia i samopoczucia w okresach nagłego wzrostu stężeń zanieczyszczenia w powietrzu, które trwają kilka dni i więcej. Powoduje to wzrost zachorowań, zaostrzenie chronicznych procesów chorobowych i wzrost liczby zgonów ludzi. Przykładem krótkotrwałego, ale gwałtownego działania zanieczyszczeń jest tzw. zjawisko smogu i skutki zdrowotne nim wywołane. Natomiast druga postać szkodliwego działania zanieczyszczenia powietrza to powolne pogarszanie się stanu zdrowia ludzi, którzy pozostają pod jego wpływem w ciągu długiego okresu czasu.¹⁵

Następstwa wpływu smogu na układ sercowo-naczyniowy to wzrost lepkości krwi, wzrost stężenia białka C reaktywnego oraz zaburzenia rytmu serca (u części badanych). Potwierdziły to badania przeprowadzone w Londynie w 1952 roku, jak również inne. W oparciu o 5 dniowe zjawisko smogu w Zagłębiu Ruhry obserwowano wzrost śmiertelności z przyczyn sercowo-płucnych z 8 do 12% wśród chorych hospitalizowanych i z 12 do 28% wśród pacjentów ambulatoryjnych. W oparciu o uzyskane wyniki badań stwierdzono również, że wzrost stężenia ozonu w otaczającym powietrzu powodował zwiększenie liczby hospitalizacji z przyczyn sercowo-naczyniowych (miażdżyca naczyń wieńcowych, zawał serca, przewlekłe serce płucne), dwutlenek siarki powodował wzrost hospitalizacji z powodu zaburzeń rytmu, natomiast tlenek węgla miał znaczący wpływ na rozwój niewydolności krążenia.¹⁶ Jako jeden z głównych czynników wpływających na zachorowalność w badaniach in vitro jak i in vivo wykazano powstawanie stresu oksydacyjnego. Wśród cząstek pyłu zawieszonego, największe znaczenie mają te najmniejsze poprzez swój niewielki rozmiar, a stosunkowo dużą powierzchnię, możliwość wnikania do głębokich partii płuc oraz wysoką zawartość związków organicznych, w tym wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych. Wdychanie pyłu zawieszonego wywołuje szkodliwe skutki zarówno w płucach, jak i całym organizmie, głównie układzie sercowo-naczyniowym. Wśród chorób wywołanych zanieczyszczeniem powietrza cząstkami stałymi najczęściej wymienia się: astmę, miażdżycę, przewlekłą obturacyjną chorobę płuc, choroby niedokrwienne serca i zaburzenia jego rytmu.¹⁷

Sposoby ograniczenia zanieczyszczeń powietrza

Zagrożenia powodowane przez zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego oraz rozmiary tego zanieczyszczenia zmuszają do podejmowania działań ograniczających wielkość emisji. Można to rozwiązać poprzez stosowanie takich procesów technologicznych, surowców i urządzeń, które wyeliminują emisję zanieczyszczeń. Jednym ze sposobów ograniczenia szkodliwego oddziaływania produktów powstających w procesie spalania paliw kopalnych jest wykorzystywanie innych nośników energii, określonych, jako tzw. odnawialne źródła energii. Skłania do tego również zjawisko gwałtownego zmniejszania się ilości paliw kopalnych (oblicza się, że światowe zasoby ropy naftowej wyczerpią się za ok. 30 lat, natomiast pokłady węgla kamiennego zostaną wyeksploatowane za ok.170 lat). Odnawialne zasoby energii praktycznie się nigdy nie wyczerpią. Należą do nich: promieniowanie słoneczne, ruch mas powietrza, ruchy wód w rzekach, fale i pływy morskie, energia geotermiczna. Energetyka oparta na wykorzystaniu odnawialnych źródeł jest znana człowiekowi od zarania dziejów.¹⁸

Znane na rynku systemy wentylacji (z gruntowym wymiennikiem ciepła, bądź bez) oprócz odzysku ciepła nie realizują poprawiania czystości biologiczno-chemicznej wtłaczanego powietrza. Dotychczasowe systemy wtłaczają do mieszkań to, co w danej chwili fruwa w powietrzu. Nie nasycają powietrza korzystnymi mikroelementami. Z całą pewnością więc można stwierdzić, że system Salutaire, który wykorzystuje gruntowy wymiennik ciepła, może stanowić rozwiązanie ograniczenia szkodliwego oddziaływania środowiska, a wręcz nasycenia powietrza korzystnymi mikroelementami i powinien być coraz częściej stosowany w energooszczędnych układach wentylacyjnych, które gwarantują czyste powietrze wolne od zanieczyszczeń. Sama natura przychodzi nam z pomocą poprzez odpowiednio dobrane i wbudowane złoża minerałów skalnych (baza dolomitowa) zastosowanych w systemie Salutaire. Dzięki temu następują procesy powodujące, że powietrze staje się czystsze biologicznie i chemicznie oraz zostaje wzbogacone w makro, mikro oraz ultramikroelementy w postaci jonowej. Złoża te także redukują poziom występujących w powietrzu szkodliwych związków chemicznych – głównie dwutlenku węgla i gazów smogowych.

Fuksa D., Ciszyńska E. Publikacja opracowana w ramach pracy statutowej AGH Niebo dla zielonych, Newsweek, Międzynarodowa Konferencja ,,Od toksycznych emisji do efektów zdrowotnych. Analiza i prognoza zanieczyszczenia powietrza na przykładzie aglomeracji miejskiej Krakowa.2011,nr.22, s. 446-455
Praca zespołowa. Biblioteka Monitoringu Środowiska Warszawa 2011 – Inspekcja Ochrony Środowiska. Zanieczyszczenia powietrza w Polsce w 2009 roku na tle wielolecia.2011. s. 2-241 ; Fuksa D., Ciszyńska E. Publikacja opracowana w ramach pracy statutowej AGH Niebo dla zielonych, Newsweek, Międzynarodowa Konferencja ,,Od toksycznych emisji do efektów zdrowotnych. Analiza i prognoza zanieczyszczenia powietrza na przykładzie aglomeracji miejskiej Krakowa.2011,nr.22, s. 446-455; Sówka I., Bezyk Y., Pachurka Ł. Przegląd Naukowy – Inżynieria i Kształtowanie Środowiska. Analiza i ocena stanu jakości powietrza na obszarze dwóch miast: Wrocławia(Polska) i Lwowa(Ukraina).2015, nr.68 ,s.178-192
Juda-Rezler K., Manczarski P. Nauka .Zagrożenia związane z zanieczyszczeniem powietrza atmosferycznego i gospodarką odpadami komunalnymi. 2010 , nr.4, s.97-106
Radović U. Agencja Rynku Energii S.A., Warszawa. Oddziaływanie zanieczyszczeń powietrza na produkty rolnicze, materiały budowlane oraz ekosystemy.1995,s.1-25
Praca zespołowa. Biblioteka Monitoringu Środowiska Warszawa 2011 – Inspekcja Ochrony Środowiska. Zanieczyszczenia powietrza w Polsce w 2009 roku na tle wielolecia.2011,s.2-241
Juda-Rezler K., Manczarski P. Nauka .Zagrożenia związane z zanieczyszczeniem powietrza atmosferycznego i gospodarką odpadami komunalnymi. 2010 , nr.4, s.97-106
Makhniashvili I., Makles Z. Centralny Instytut Ochrony Pracy-Państwowy Instytut Badawczy. Smog w środowisku miejskim. 2006, nr. 7-8,s.20-22
Zółtowski A. Journal of KONES Internal Combustion Engines 2003. Nielimitowana emisja w silnikach zasilanych CNG. 2003, nr.10 , s.1-6
Kozłowska-Szczęsna T., Krawczyk B., Kuchcik M. Monografie. Instytut Geografii I Przestrzennego Zagospodarowania im. Stanisława Leszczyckiego PAN. Wpływ środowiska atmosferycznego na zdrowie i samopoczucie człowieka.2004,s.7-48
Bełcik M., Piekarska K. Interdyscyplinarne Zagadnienia w Inżynierii i Ochronie Środowiska. Mechanizmy odpowiedzi immunologicznej organizmu na pył zawieszony PM10 i PM2,5.2015, s.6-11
Makhniashvili I., Makles Z. Centralny Instytut Ochrony Pracy-Państwowy Instytut Badawczy. Smog w środowisku miejskim. 2006, nr.7-8,s.20-22
Zimny A. Agencja Reklamowo-wydawnicza Arkadiusz Grzegorczyk. Ekologia miasta. 2005,s.5-233
Karaczun Z.M., Indeka L.G.Agencja Wydawnicza ARIES. Ochrona środowiska -drugie wydanie.1999.s.14-520.
Zimny A. Agencja Reklamowo-wydawnicza Arkadiusz Grzegorczyk. Ekologia miasta. 2005,s.5-233
Karaczun Z.M., Indeka L.G.Agencja Wydawnicza ARIES. Ochrona środowiska -drugie wydanie. 1999.s.14-520.
Jerzemowski J. Studia Ecologiae et Bioethicae .Wpływ czynników środowiskowych na powstawanie chorób układu krążenia – wybrane problemy. 2009 nr.7, s.35-48
Bełcik M., Piekarska K. Interdyscyplinarne Zagadnienia w Inżynierii i Ochronie Środowiska. Mechanizmy odpowiedzi immunologicznej organizmu na pył zawieszony PM10 i PM2,5.2015, S.6-11
Grzegorczyk W. 2 Krajowe Centrum Edukacji Rolniczej w Brwinowie 2012. Odnawialne źródła energii-pozyskiwanie, przetwarzanie i wykorzystanie szansą na redukcję emisji substancji toksycznych zrealizowany ze środków Wspólnot Europejskich w ramach Programu Leonardo da Vinci. Brwinów – Paulinenaue – Hildesheim – Nienburg 2011.

Bibliografia:

Zimny A. Agencja Reklamowo-wydawnicza Arkadiusz Grzegorczyk. Ekologia miasta. 2005
Makhniashvili I., Makles Z. Centralny Instytut Ochrony Pracy-Państwowy Instytut Badawczy. Smog w środowisku miejskim. 2006, nr.7-8
Juda-Rezler K., Manczarski P. Nauka 4/2010. Zagrożenia związane z zanieczyszczeniem powietrza atmosferycznego i gospodarką odpadami komunalnymi. 2010
Fuksa D., Ciszyńska E. Publikacja opracowana w ramach pracy statutowej AGH Niebo dla zielonych, Newsweek, Międzynarodowa Konferencja ,,Od toksycznych emisji do efektów zdrowotnych;; .Analiza i prognoza zanieczyszczenia powietrza na przykładzie aglomeracji miejskiej Krakowa.2011, nr.22
Praca zespołowa. Biblioteka Monitoringu Środowiska Warszawa 2011 – Inspekcja Ochrony Środowiska. Zanieczyszczenia powietrza w Polsce w 2009 roku na tle wielolecia.2011
Zółtowski A. Journal of KONES Internal Combustion Engines 2003. Nielimitowana emisja w silnikach zasilanych CNG. 2003, nr.10
Kozłowska-Szczęsna T., Krawczyk B., Kuchcik M. Monografie. Instytut Geografii I Przestrzennego Zagospodarowania im. Stanisława Leszczyckiego PAN. Wpływ środowiska atmosferycznego na zdrowie i samopoczucie człowieka.2004
Bełcik M., Piekarska K. Interdyscyplinarne Zagadnienia w Inżynierii i Ochronie Środowiska. Mechanizmy odpowiedzi immunologicznej organizmu na pył zawieszony PM10 i PM2,5.2015
Karaczun Z.M., Indeka L.G. Agencja Wydawnicza ARIES. Ochrona środowiska ‘-drugie wydanie. 1999
Jerzemowski J. Studia Ecologiae et Bioethicae .Wpływ czynników środowiskowych na powstawanie chorób układu krążenia – wybrane problemy. 2009 nr.7
Grzegorczyk W. 2 Krajowe Centrum Edukacji Rolniczej w Brwinowie. Odnawialne źródła energii – pozyskiwanie, przetwarzanie i wykorzystanie szansą na redukcję emisji substancji toksycznych zrealizowany ze środków Wspólnot Europejskich w ramach Programu Leonardo da Vinci. Brwinów – Paulinenaue – Hildesheim – Nienburg 2011. 2012
Sówka I., Bezyk Y., Pachurka Ł. Przegląd Naukowy – Inżynieria i Kształtowanie Środowiska. Analiza i ocena stanu jakości powietrza na obszarze dwóch miast: Wrocławia(Polska) i Lwowa(Ukraina).2015, nr.68
Radović U. Agencja Rynku Energii S.A., Warszawa. Oddziaływanie zanieczyszczeń powietrza na produkty rolnicze, materiały budowlane oraz ekosystemy.1995