Znečišťování ovzduší
Mgr. Lukáš Dolák, Ph.D.
Jaro 2020
Dějiny antropogenního znečišťování atmosféry
• Biblická Sodoma: těžba sirnatých rud (sirnatý smog)
• Theofrastos (asi 371–287 př. n. l.): řecký filosof, popis následků spalování uhlí
(dusivý kašel)
• Horácius (65–8 př. n. l.): římský básník, popis znečištění oltářů v chrámech
spalování uhlí
• 2. stol. př. n. l. a 1. stol. n. l.: desetinásobný nárůst koncentrace PB následkem
těžby Římany, znečištění ovzduší na 500 let, emise antimonu
• Eduard I. (1239–1307): anglický král, zákaz užívání uhlí jako topiva (následkem
vykácení lesů), první trest za znečištění ovzduší
• R. Boyle (1692): první zmínka o sloučeninách síry v ovzduší a dešti
• Průmyslová revoluce (19. stol.): rapidní nárůst znečištění, spalování uhlí
(hutnictví, doprava) – smogové situace, nárůst emisí sazí a dehtu
Antropogenní narušení zemského systému
• Narušení globálních cyklů C, N, S, P aj.
• Znečištění oceánů
• Zásahy do landuse a bioty
• Změna hydrologického cyklu
• Zvýšená produkce aerosolů
Antropogenní narušení cyklů látek
• Antropogenní narušení cyklu dusíku:
– předindustriální období: transport ca. 36.1012 g N/rok řekami do
moře
– výroba umělých hnojiv (2010): ca. 80.1012 g N/rok
– automobilový provoz (2010): ca. 40–60.1012 g N/rok
Antropogenní narušení cyklů látek
Antropogenní znečištění atmosféry NO2 (duben–září 2018)
Zdroj: KNMI, 2018
Antropogenní narušení cyklů látek
• Antropogenní narušení uhlíkového cyklu:
– spalování fosilních paliv, kontaminace oceánů aj.
• Antropogenní narušení cyklu síry:
– odnos ca. 30–50 % antropogenně uvolněné S řekami do moří
– zvýšená acidifikace ŽP: změna půdního edafonu, lesní kalamity
Znečišťování ovzduší
• Podmínky pro vznik znečištění:
– emise znečišťující látky do atmosféry
– zředění emise v omezeném objemu vzduchu
– negativní dopady znečišťující látky na lidské zdraví a kvalitu života
(fyzickou/mentální/sociální)
• Negativní dopady způsobeny antropogenními i přírodními
emisemi
• Přímá x nepřímá emise (infiltrace do půdy – eroze/výpar z půdy)
Základní pojmy
• Emise (exhaláty)
– látka transportovaná ze zdroje znečištění do atmosféry
• Transmise
– látka transportovaná ovzduším
• Imise (spady)
– látka po transportu, rozptýlení a fyzikálně-chemických reakcích v
atmosféře
• Depozice (propad/“sink“)
– přenos látky z atmosféry k zemskému povrchu
Základní pojmy
Zdroj: Schlaghamerský
Základní pojmy
Zdroj: Braniš a Hůnová, 2009
Schéma
procesů,
kterým
podléhají
znečišťující
látky v
prostředí
Základní pojmy
• Expozice
– odhad koncentrace znečišťující látky, které jsou lidé vystaveni
– vnější: vnější prostředí (atmosféra)
– vnitřní: množství látek, které se dostanou do organismu
– krátkodobá: vliv krátkodobých (např. max. hodinových) expozicí na
vznik respiračních problémů
– dlouhodobá: např. expozice na stavební materiály, vliv O3 na vegetaci,
působení karcinogenů na lidský organismus
Emisní zdroje a jejich dělení
• Podle původu:
– přirozené: sopečné erupce, prašné bouře, bakteriální činnost
– antropogenní: výroba elektřiny, tepla, průmyslová a zemědělská
výroba, doprava, likvidace odpadu
• vyšší koncentrace emisí v oblastech intenzivní lidské činnosti
• Podle umístění zdroje:
– přízemní: doprava, zem. činnost, lokální topeniště, lomy
– vyvýšené: komíny elektráren, tepláren, průmyslových podniků
– výškové: letecká doprava
Emisní zdroje a jejich dělení
Emise SO2 sopky Agung (Bali, 27.11.2017)
Zdroj: ESA, 2017
Emisní zdroje a jejich dělení
• Podle uspořádání zdroje:
– bodové: komín
– liniové: dálniční/říční doprava
– plošné: lom, skládka, město, aglomerace
– objemové: spojeny s nehodami a katastrofami (jaderný výbuch)
• Podle stálosti povahy:
– mobilní: pohybující se auto na dálnici (mobilní bodový zdroj)
– stacionární: souvislá kolona aut na dálnici (stacionární lineární zdroj)
Stanovení výše emisí
• Možnosti stanovení výše emisí:
– měření: přesné x nákladné (nižší čestnost opakování)
– výpočet emisních faktorů: méně přesné, avšak běžnější
• Emisní faktor
– množství polutantu emitovaného do atmosféry ze zdroje činnosti
– nutná znalost množství a druhu paliva x teoretický výpočet
– rozdíly mezi vypočítanými a skutečnými emisemi – vliv času (zastarání
technologií) a lokality (odlišné zdroje/technologie v různých zemích)
Trendy emisí v Evropě
Zdroj: EEA, 2016
Imise
• Imise chápána i jako látka, která se dostala do kontaktu s povrchem
• Imise měřeny imisními stanicemi
• Koncentrace imisí vyjádřena v mg/m3, μg/m3,
ppm, ppb
• Imise v širším slova smyslu: hluk, radioaktivita,
člověkem způsobená změna teploty
• Faktory ovlivňující kvalitu ovzduší:
– fyzikální, chemické, biotické
Zdroj: praha11.cz, 2016
Imise
Faktory ovlivňující kvalitu ovzduší
Zdroj: Braniš a Hůnová, 2009
Problematika imisí
• Vliv imisí na klimatické procesy
• Změny fyzikálních (teplota, viditelnost, albedo), chemických
(acidita) a biologických (omezení růstu) vlastností
• Přenos mezi prostředími (půda, voda …)
• Chybějící trvalý monitoring hlukové imise
• Komplikace s monitoringem biotických imisí (bioaerosol) –
heterogenní vzorky, infekčnost, vysoké náklady, potřebná
odbornost, náročnost zpracování vzorků
Evropský index kvality ovzduší
Zdroj: EEA, 2018
Částice PM 10 a 2,5
• PM 10 a 2,5 μm (lidský vlas průměr 50–70 μm)
• Částice PM 2,5 uvolňovány chemickými procesy v elektrárnách,
průmyslových výrobách a spalovacími procesy v motorech
• Průnik části do plic a krve, půdy, řek, zem. plodin
• Následky: kašel, nevolnost, nemoci plic, srdce, astma
• Monitorovány indexem AQI (300 = riziková míra znečištění)
• Lokální topeniště (vytápění domácností) zdrojem 60 %
prachových částic PM 10 a PM 2,5
Časová a prostorová variabilita znečišťování
• Koncentrace, složení a charakter znečištění ovlivněn časem a
místem monitoringu a jeho účelem
• Časová variabilita:
– dlouhodobé trendy: ca. > 10 let, souvislost s ekonomickým rozvojem
oblasti, užitečné pro srovnání exponovaných oblastí (např. průmyslové
regiony), pozadí (Šumava) a větších celků (aglomerace, státy)
– roční/sezónní chod: vzájemné působení lidských aktivit a meteorologických
podmínek v čase (typický nárůst škodlivin v zimní sezóně)
– denní chod: monitoring v urbanizovaných oblastech (doprava, vytápění),
vliv přírodních faktorů (sluneční svit, teplota, UV záření); krátké intervaly
měření – vstup pro regulační opatření a varovné systémy (smog)
Časová a prostorová variabilita znečišťování
• Charakter lokality monitoringu:
– městská, venkovská, pozaďová
• Rozsah monitorovaných a vyhodnocovaných změn v kvalitě
ovzduší:
– lokální, regionální, globální
Zdroj: ČHMÚ, 2020
Venkovní prostředí lidských sídel
• Hlavní emisní zdroje (elektrárny, průmysl, lidská sídla) mají
negativní vliv na lidské zdraví
• Lidská sídla: nejvyšší koncentrace obyvatel i škodlivin
• Hlavní zdroje znečištění v lidských sídlech:
– domácí (centrální) topení (redukční smog)
– doprava (fotochemický smog, resuspenze - víření, mechanické otěry
částí automobilů, abraze vozovky)
Venkovní prostředí lidských sídel
• Vedlejší zdroje znečištění v lidských sídlech
– spalování domácího odpadu (domácí topeniště, barrel backyard
waste burning)
• Budoucnost: nárůst znečištění ovzduší ve velkých městech zemí
třetího světa
Zdroj: prpeak.com, 2019
Vnitřní prostředí
• Rostoucí zájem o studium znečištění vnitřních prostor
• Riziko vysokých koncentrací polutantů (omezená cirkulace a
výměna vzduchu)
• Faktory znečištění:
– typ prostředí (obytné/kancelářské prostory, nemocnice, MHD …)
– druh vytápění
– umístění podlaží
– počet osob a provozované činnosti (pracovní, sportovní, kulturní …)
Vnitřní prostředí
• Spalovací procesy
– nejvýznamnější zdroj znečištění (aktivní a pasivní kouření, topení
pevnými a plynnými palivy, příprava potravy)
– emise stovek plynných a pevných látek
(CO, NOx, amoniak)
– několikanásobné převýšení limitů
koncentrací polutantů (až 3500 zemřelých
pasivních kuřáků v ČR/rok)
Zdroj: aktualne.cz 2016
Vnitřní prostředí
• Pohyb osob a materiálu
– resuspenze (víření) prachu pohybem, odlamování kousků materiálu
(opracování, užívání, přesun) a jejich vdechnutí
– nárůst prašnosti ve veřejných prostorách
– monitoring vláken karcinogenní povahy (azbest)
• Zdroje biogenní povahy
– vhodné podmínky pro život různých organismů
– aerosoly plísní, fragmentů těl roztočů, chlupů, peří, patogenní
mikroorganismy (nemocnice)
Vnitřní prostředí
• Zařízení, vybavení a prostředky údržby
– možná dráždivost, toxicita nebo karcinogennost emisí z podlahových
krytin, nábytku, potahů, obložení, plastových doplňků (VOCs)
– emise VOCs z čistících prostředků, kobercových lepidel, vosků aj.
• Vliv vnějšího prostředí
– přenos vnějšího znečištění do vnitřních prostor (NOx, CO, VOCs)
– neutralizování SO2 (vápenaté omítky) a O3 (vnitřní vybavení)
– vliv aktivního větrání a „gap ventilation“ (mezery v oknech, zdivu …)
Vnitřní prostředí
• Syndrom nezdravých budov
– výskyt od 70. let 20. stol.: zkvalitnění zateplení a oken – zamezení
přirozeného průniku vzduchu z vnějšího prostředí
– přetopené nebo nevětrané interiéry se suchým/vlhkým vzduchem
– nárůst únavy, nervozity, bolestí hlavy, neschopnosti se soustředit,
bolest/pálení očí a nosu, slzení, rýma, problémy s dýcháním
Literatura
• Braniš, M., Hůnová, I. (2009): Atmosféra a klima: aktuální
otázky ochrany ovzduší. Praha, Karolinum, 351 s.
• Evropský účetní dvůr (2018): Zvláštní zpráva č. 23: Znečištění
ovzduší: naše zdraví stále není dostatečně chráněno, 98 s.
Děkuji za pozornost