2. Основни компоненти на замърсяването на въздуха

2.1. Екологично значение на Черноморския басейн

Черноморският басейн е известен с уникално си екосистемно разнообразие, неповторимо в световен мащаб. Морската среда на басейна, брегите, общинските горски площи, влажните зони и плодородните земи са дом на висока ниво на биоразнообразие. Рибарството е крайъгълния камък на икономиката на региона, но още така предоставля крекво водно местообитание, което трябва да бъде защитено.

Социално-икономическата структура на Черноморския басейн варира в зависимост от икономическите структури на страните в него. Докато нивата на промишлено и енергийно производство са високи в страни като Турция, Русия и Украйна, тези нива са по-ниски в Грузия, Молдова и някои балкански страни. Тези разлики създават значителни разлики в разпространението и контрола на екологични проблеми, като например замърсяването на въздуха.

Темпът на урбанизация в региона се увеличава всяка година. Населението на крайбережните градове, по-специално наравства близо, което води до неадекватна инфраструктура, некачествени методи за отопление на домовете, и фактори като задръстванията увеличават замърсяването на въздуха. Тази ситуация става по-изразена с увеличеното потребление на горива за битови нужди, особено през зимните месеци.

Икономическият потенциал на региона е не само висок, но и силно уязвим. Нарастващото население, промишленото замърсяване, неконтролираното строителство и производството на енергия оказват натиск върху природните ресурси и изостават трансгранични екологични проблеми. В този контекст Черноморския басейн е не само стратегически важен, но и критично важен от гледна точка на устойчивостта.

2.2. Страните от Черноморския басейн и общите екологични проблеми

Опазването на околната среда в Черноморския басейн е споделена отговорност на географски съвързаните държави. За този цел страните-членки на Черноморския икономически съвкупност (ЧИС) си структурират тясно в рамките на ЧИС, както и в рамките на други регионални инициативи. Екологичните проблеми, по-специално замърсяването на въздуха, замърсяването на водите, управлението на отпадъците и загубата на биоразнообразие, надхвърлят националните граници.

Поради тези причини странито, гранички с Черно море, положиха правната основа за регионално сътрудничество в областта на околната среда, като подпишаха Конвенцията за защита на Черно море от замърсяване (Букурещка конвенция) през 1992 г. Конвенцията е създадена, за да удесни съместните действия и обмена на данни за опазване на околната среда между страните в басейна.

Руската федерация, освен че е най-голямата страна на брега на Черно море, обхвала обширна география, обхвала региона и климатични зони с разнообразен въздух…опасения от замърсяване. Следователно, югозаладните региони в Черноморския басейн – особено Краснодарски край, Ростов на Дон и околността – са засегнати от замърсяване на въздуха както от местни източници, така и от регионален транспорт. Гъстотата на промишленост, моделите на производство на енергия, транспортната инфраструктура и климатичните влияния са основните фактори, определящи качеството на въздуха в тези региони.

В Турция, България, Румъния, Украйна, Грузия и други страни, широко разпространена употреба на битови горива, остарелите промишлени съоръжения, емисиите от моторни превозни средства и теплоелектрическите централи са сред основните замърсители. В черноморските градове емисиите от кораби и пристанищните дейности очевидно влошават качеството на въздуха.

Тъй като замърсяването на въздуха в Черноморския басейн е проблем, който не познава граници, е необходимо да се осигури споделене на данни, общи системи за мониториране и хармонизиране на политиките за околната среда между държавите. За този цел:

Следва да се създалат общи бази данни за околната среда,
следва да се разработят координирани системи за ранно предупреждение и
Трансгранични екологични проекти следва да бъдат насърчавани.

Засилването на сътрудничеството с регионални и международни организации като ЧИС, ПРООН и СЗО е от съществено значение. Замърсяването на въздуха е екологичен проблем, който засяга всички, независимо от възрастта или здравословното състояние, по предоставляне поголям риск за децата, възрастните хора и бременните жени. Следователно, повишаването на здравата осведомост, подобряването на методите за отопление на помещенията и непрекъснато наблюдение на качеството на въздуха в градските и селските райони са жизненоважни.

В Черноморския басейн следва да се разработят съместни анализи на здравините рискове и планове за действие, а превантивните политики, особено тези, насочени към детското здраве, следва да се подкрепят.

2.3. Какво е замърсяване на въздуха?

Замърсяването на въздуха е екологичен проблем, причинен от повишената концентрация на вредни вещества ватмосферата, в резултат на естествени или предизвикани от човека дейности. Това явление се провява в намаляване на чистотата на въздуха и е особено свързано с процеси като промишлени дейности, транспортни системи и производство на енергия в градовете. Замърсяването на въздуха е серьозен процес на деградация на околната среда, която заплашва природата и живота не само в определени региони, но и в световен мащаб.

Замърсителите, изпускани в атмосфера, някой директно, а други образувани чрез химичираци, разпространяват се с времето и се натрупват, причиняват как краткосрочни, така и дългосрочни промени в околната среда.

Това явление обикновено се случай в резултат на изгараното на изкопаеми горива, селскостопански дейности, промишлено производство и други дейности, предизвикани от човека. Някой природни явления обаче също могат да допринесат за замърсяването на въздуха. Например, природни процеси като вулканични изригания, горски пожари и пустинен прах могат да доведат до натрупване на токсични вещества във въздуха.

Замърсяването на въздуха, макар и невидимо с просто око, е реалност, която се усеща в ежедневието. Концентрирани трафик, високите страни и промишленото съоръжения, особено в затворени пространства, допринасят за влошаване на качеството на въздуха. Макар че замърсяването на въздуха се по-очевидно в густо населените райони, негово вълействие се усеща и в селските райони чрез селскостопански дейности и директни емисии.

Днес замърсяването на въздуха е значителен проблем не само като екологичен проблем, но и за устойчивото развитие, здравите политики и икономическия растеж. В допълнение към икономическото развитие и разширяването на общественото здраве, той има косвено вълействие върху сектори като сельско стопанство, туризъм, промышленост и…търговия. Следователно, това е глобален проблем, който трябва да бъде решен както чрез публична политика, така и чрез решения на частния сектор.

Замърсяването на въздуха е съществувало в различни форми през целата история. С вързото увеличаване на фабриките и потреблението на изкопаеми горива след индустриалната революция, замърсяването на въздуха достигна серьозни нива.

Днес този проблем стана все по-разпространен с увеличаването на производството, транспорта и потреблението на енергия. С глобализацията замърсяването на въздуха се превърна в проблем, който надхвърля граници.

Накратко, замърсяването на въздуха е състояние, резултат от повишени нива на вредни вещества ватмосферата, запълняйки човешкото здраве и околната среда. Това явление, което може да има серьозни последици както в място, така и в глобален мащаб, е един от най-яшите показатели за вълействието на човешките дейности върху природата. Ако остане незабележимо за продължителни периоди, то може да причини необратими щети на околната среда, икономиката и социалното благополучие.

2.4. Замърсители, които причиняват замърсяване на въздуха

Основните замърсители, влияещи върху качеството на въздуха в Черноморския басейн, включват праховите частици (PM10 и PM2.5), азотни оксиди (NO и NO2), серен диоксид (SO2), повърхностен озон (O3) и въглероден оксид (CO). PM2.5 е прико свързан с респираторни заболявания и произхода както от естествени (напр. морска сол, прах), така и от антропогени (промишлени, транспортни) емисии. NOx сединението играе роля както в образуването на тропосфарен озон, така и в кисели дъжове. SO2 се отделя предимно от въглищни електроцентрали. Повърхностния озон, от друга страна, се образува чрез фотохимични реакции и може да достигне високи нива през летите месеци.

Замърсителите на въздуха обикновено се произвеждат от човешки дейности, включително изгаряне на изкопаеми горива, промишлени емисии, транспортни системи, отопление на жилища и изгаряне на отворено. Тези замърсители могат да бъдат сфериячни, властности или неправилни по форма. Пълността им може да варира от 0,5 до 3 с/см³, и наночастиците, по-специално, имат относително голяма повърхност. Техните свойства за задържане на вода варирани в зависимост от хидрофилния или хидрофобния характер на частицата. По отношение на химичния състав, неорганичните йони (сулфат, нитрат, амоний), вълеродни съединения (елементален и органичен въглерод), тежки метали (олово, арсен, кадмий) и минералните структури като силикатите се на предем план.

2.4.1. Праховите частици (PM10 и PM2.5)

Фините праховите частици (PM) се състоят от смес от твърди и течни частици, суспендирани в атмосферата. Тези частици варират в зависимост от техния размер, химичен състав и източник. Тези структури, често наричани атмосферни аеразоли, имат значително вълействие върху околната среда и здравето. PM10 се определя като частици с диаметър по-малък от 10 микрометра, докато PM2.5 се по-малки от 2,5 микрометра. PM10 могат да се залхват в горните дихателни пътища, докато PM2.5 могат да достигнат далбоко в белите дробове. Дори по-малки PM0.1 (ултрафини частици) могат да павлизат в кръвния поток и да бъдат преценени до вътрешните органи.

Фините праховите частици могат да се появят като първични частици, отделени директно от източники, или като вторични частици, образувани от химичната трансформация на газообразни вещества в атмосферата.

Природите източники включват вулканична дейност, горски пожари, цветен прашец, пустинен прах и аерозоли от морска сол. Антропогенните източники включват изгаряне на изкопаеми горива, двигатели автомобили, теплоелектрически централи, промишлени процеси, строителни дейности и селскостопански практики. Вторичните частици се образуват от химични реакции в атмосферата, включващи съединения като сулфати, нитрати, органични аерозоли и амониеви соли. Тези реакции обикновено протичат чрез фотохимични пътища или процеси в облачите и присъстват във фракцията PM2.5.

Праховите частици могат да бъдат сферични, властности или неправилни по форма. Пълността им може да варира от 0,5 до 3 с/см³, и наночастиците, по-специално, имат относително голяма повърхност. Техните свойства за задържане на вода варирани в зависимост от хидрофилния или хидрофобния характер на частицата. По отношение на химичния състав, неорганичните йони (сулфат, нитрат, амоний), вълеродни съединения (елементален и органичен въглерод), тежки метали (олово, арсен, кадмий) и минералните структури като силикатите се на предем план.

Тахната устойчивост в атмосфера зависи от размера им. Едрите частици (PM10-2.5) обикновено се задържат в атмосфера от няколко часа до няколко дни и се отлагат в райони близо до източника си. Фините частици (PM2.5) могат да се задържат в атмосфера в продължение на дни и да бъдат преносени на големи разстояния от ветровете. Ултрафините частици, от друга страна, близо се обединяват в по-големи частици или се отлагат по повърхностите. Например, прахът от Сахара може да достигне Северна и Южна Америка, докато частиците с произход от Китай могат да достигнат Северна част на Тихия океан.

Концентрирали на праховите частици се измерва с помощта на различни методи. Гравиметричните методи филтрират частиците с помощта на пробоботборници с голям или малък обем и ги претеглят. Автоматичните измервателни устройства използват бета-абсорбция, инфраред микровесни (VBM), оптично разсейване или електростатично уговаряне. Дистанционно наблюдение е възможно и чрез лидарни системи и сателитни данни като MODIS и CALIPSO. Концентрирали на праховите частици обикновено се изразяват в микрограми на кубичен метър (μg/m³) и се отчитат като 24-часови или годишни средни стойности.

Фините праховите частици представляват серьозни рискове за здравето на дихателната система. Основните ефекти включват намалена белодробна функция, повишен риск от астматични приступи, развитие на ХОББ и повишен риск от инфаркт, атеросклероза и висока кръвно наляган. Ултрафините частици могат също да повлияят негативно на нервната система, да увеличат риска от диабет, да причинят усложнения при бременност и да доведат до преждевременна смърт, особено при уязвими групи. Според Световната здравна организация излаганото на PM2.5 е свързано с приблизително 4,2 милиона преждевременни смъртни случая в световен мащаб всяка година.

Фините праховите частици също имат значително вълействие върху околната среда. Те имат както преки, така и косвени ефекти върху климатичната система. Вещества като сулфати отразяват слънчевата светлина, създавайки охлаждащ ефект, докато вещества като черен въглерод абсорбират светлинина, причиняйки затопляне. Те допринасят косвено за изменението на климата, което влияе върху образувания на облаци, те се натрупват върху върховете на листата, да инхибира фотосинтезата. Те доприняасят в поддържанието на микробната активност в почвата и да доведат до тонене на летините. В екосистемите те могат да се натрупват върху повърхността на листата, да инхибира фотосинтезата или утрификация във водите басейни. Те също така имат отрицателното вълействие върху конструкциите и материалите, което води до замърсяване на фасадите на сгради, корозия на исторически артефакти и неизправности в електронните устройства.

Някои международни стандарти, определени за праховите частици, са следните: Според Световната здравна организация, годишната гранична стойност за PM2.5 е 5 μg/m³ и 15 μg/m³ за PM10. Европейския съюз е определил граници от 25 μg/m³ за PM2.5 и 40 μg/m³ за PM10. Агенцията за опазване на околната среда на Съединените щати (EPA) е определила граници от 12 μg/m³ и 150 μg/m³ за PM10.

(24 часа). В Китай тези огранични са 35 μg/m³ за PM2.5 и 70 μg/m³ за PM10.

Внедрява се множество технологични решения за контрол на емисиите с праховите частици. Системи като електростатични филтри и рамавни филтри в промишлени комини; филтри за твърди частици в дизелови превозни средства.

На строителните площадки се предприемат мерки за потисване на прахо и се насърчават чисти технологии за горене. На градско ниво инициативи като увеличаване на еко-чистотоята на възвътвения на общественият транспорт, разработване на вело-пътеки и ограничаване на използване на вълица за отопление се считат за приоритет. На индивидуално ниво се препоръчва наблюдение на показателите за качество на въздуха, намаляне на времето, прекарано на открито по време на периоди с високи нива на частици, използване на præchистатели на въздуха в помещенията и носене на маски N95.

Чрез последните години технологичният напредък в борба със замърсяването с праховите частици (ПМ) се ускори. Необходимите сензори мрежи позволяват по-широко разпространено събиране на данни, а разработват се и модели за прогнозиране, базирани на изкуствен интелект. В този процес се използват и нови системи, проектирани с нанотехнологии и интеграция на сателитни данни. Очаква се и промени в характеристиките на замърсяването с праховите частици с изменението на климата. Увеличените горски пожари, по-специално, биха могли да увеличат емисиите на праховите частици от биомаса. Следователно замърсяването на ПМ остава приоритетен въпрос за политиките в областта на околната среда и общественото здраве.

2.4.2. Азотен диоксид (NO₂)

Азотните оксиди (NOx) са газообразни съединения, състав от различни комбинации от азот (N) икископоролен (O) атоми и са забелезителни със своите реактивни свойства в атмосфера. Терминът NOx обикновено обхвата съединението азотен оксид (NO) и азотен диоксид (NO2). NO е безцветен и парамагнитен газ, докато NO2 е червеничаво-кафяв, остър и отровен газ. Други азотни газове включват азотен оксид мoноксид (N2O), азотен оксид триоксид (N2O3) и азотен пентаоксид (N2O5).

NOx съединенията са термодинамично нестабилни в атмосфера и могат да се превръщат взаимно. Азотния оксид, по-специално, реагира брзо с озон или кислород в атмосфера, за да се превърне в азотен диоксид. Скоростта на това превръщане варира в зависимост от атмосферните условия, като температура, наляганеи други налични замърсители.

Основните пътища за образуване на азотен оксид са категоризирани в три основни механизма: термичен, индуциран от гориво и брзо образуване на NOx. Термичния NOx се образува чрез директна реакция на молекулярен азот и кислород, особено при високи температури. Този процес, известен като механизма на Зелдович, играе доминирана роля във високотемпературни горивни системи, като газови турбини, въглищни електроцентрали и промишлени пещи. NOx от горивото, от друга страна, се произвежда по време на горенето на високоазотни горива, като узлов. В този процес азотните съединения в горивото първо се превръщат в междинни съединения (напр. HCN и NH3), които след това се окисляват до NO или N2. Брзото образуване на NOx се случва в нискотемпературни среди, където горивото е в изобилие, чрез реакцията на въглеводородни радикали с молекулярен азот и известно още като механизма на Фенимор.

Източниците на емисии на NOx се разделят на две категории: естествени и антропогени. Естествените източници включват микробна активност в почвата (нитрификация и денитрификация), мълнии, стратосферен транспорт, горски пожари и газове, отделени от повърхността на океана. Тези източници обясняват…приблизително 50% от световните емисии на NOx. Транспортния сектор е водещия антропоген източник. Пътните превозни средства, особено превозни средства с дизелови двигатели, причиняват значителен количества емисии на NOx. Морския транспорт и авиация също са значителни източници на емисии. Дейностите по производство на енергия (теплоелектрически централи, комбинирани цикли на природен газ) и промишленото производство (производство на азотна киселина, металургия, химическо производство) допринасят за производството на NOx.

Селскостопански дейности, прилагането на торове и изгаряне на биомаса доприносят тези спесък.Секторното разпределение на глобалните емисии на NOx е приблизително както следва: Около 44% е в транспорта, 28% в производството на енергия, 18% в промишленост и 10% в други източници.

В атмосфера NO₂ претърпява различни химични реакции, оказвайки значително вълействие върху качеството и климата. Фотохимичния цикъл между NO2 и NO2 формира основата за образуване на тропосфарен озон. В този процес NO2 се фотолизира от слънчева светлина (λ<420 nm) и получение кислородни атоми се комбинират с молекулен кислород, за да образуват озон (O3). В същото време NO2 реагира с хидроксили (OH) радикали в атмосфера, за да образува азотна киселина (HNO3). NO3 радикали, от своя страна, реагират с ЛОС, което води до образуват амониев нитрат (NH4NO3), който съществува във фаза на частиците. Тези трансформации орничават атмосферния живот на NO2 до 1-2 дни, което може да варира в зависимост от сезоните и географските условия.

Излаганото на NO₂ има серьозни последици за човешкото здраве. Респираторни нарушения като намалена белодробна функция, бронхит и астматични приступи са основните ефекти. Той може да засегне и сърдечно-съдовата система, увеличавайки риска от нарушения на сърдечния ритъм и инфаркти. Децата, възрастните хора и хора с хронични респираторни заболявания са особено засегнати от този газ. Някои съединения, индиректно произведени от NO2, като нитразамине, са потенциално канцерогени.

Вълействието върху околната среда включват превъшаването на NOx в азотна киселина, причиняващ киселини дъжове, утрификация в сладководни екосистеми, некротични лезии по повърхността на листата на растенията и потисяне на фотосинтезата. NOx може също да наруши химичния состав на почвата, което води до повлияние на нервната система, да увеличат риска от диабет, да причинят усложнения при бременност и да доведат до преждевременна смърт, особено при уязвими групи. Освен това наличието на NOx удължава живота на парниковите газове, която метана, в атмосфера.

Един от основните методи, използвани за измерване на NOx, е хемилуминесценция. При този метод NO реагира с озон, за да образува възбуден NO2, който се връща в основното си състояние чрез изпускане на радиация. Концентрирали на NO се определя чрез измерване на интензитета на светлинина. DOAS (Дифференциална оптична абсорбционна спектроскопия) изчислява средната концентрирали по дълъг път чрез измерване на абсорбцията при множество дължини на вълната. Техници на инфраредна спектроскопия като FTIR и NDIR се използват специално за отваряне на съединения като N2O. Системите за непрекъснато наблюдение на емисиите (CEMS), залължателни в промишлените съоръжения, определят концентрирали на NOx и скоростта на емисиите в реално време и предават данните на екологичните органи. Сателитни сензори и лидарни системи също предостават данни за моделиране на качеството на въздуха.

Международните стандарти за NO₂ са предназначени да защитават общественото здраве. Световната здравна организация (СЗО) е определила среднодневна граница за NO₂ от 10 μg/m³ и средна граница за 24-часова стойност от 25 μg/m³. Европейския съюз е определил 1-часова максимална стойност от 150–200 mg/Nm³ за големи горивни инсталации, докато за дизеловите превозни средства, работещи по стандарт Euro 6, тази граница е 80 mg/km. Агенцията за опазване на околната среда на Съединените щати (EPA) е определила граници от 53 ppb за среднодневна стойност и 100 ppb за средната стойност за 1 час.

Разработени са политики за намаляване на емисиите на NOx на сектора основа. В транспортния сектор, подобряване на качеството на горивата, каталитични конвертори (напр. SCR, TWC) и отработени газове.

Технологии като рециркулация на горивни газове (EGR) са широко вмедрени. В енергийния сектор стратегии като горелки с ниски емисии на NOx, системи за контрол на последващото горене и преходът от въглища към природен газ са важни. В промишленото процеси фокусът е върху оптимизирането на процесите, системите за пречистване на газовете и предотвратяването на течове.

Технологиите за намаляване на емисиите се разделят на две групи: първични и вторични мерки. Първичните мерки целят намаляване на образуването на NOx по време на горенето и включват горелки с ниски емисии на NOx, постепенното горене, контрол на съотношението въздух/гориво и намаляване на съръжаната азот в горивото. Най-широко използуваните вторични мерки са системите за селективна каталитична редукция (SCR). При този метод NO реагира с амоняк в присъствието на катализатор при 300–400°С, за да го превърне в азот и вода.

Ефективност достига до 90%. Неселективната каталитична редукция (SNCR), от друга страна, е по-евтина и се прилага при 900–1100°С, предлагащи ефективност от 30–70%. Адсорбционните процеси и окисленелни методи също предлагат допълнителни решения.

Значителни тенденции в контрола на NOx са очаквани в бъдеще. Очаква се широкото разпространение на електрически превозни средства да доведе до намаляване на емисиите от транспорта. Преходът към водороден двигател!Икономиката би могла да съжави проблема с образуване на NOx във високотемпературни горивни системи. Докато наростващите горски пожари, лъжащи се на изменението на климата, увеличават естественото съществление на NOx, на дневен ред с и нови политики за контрол на емисиите от селския стопанство. Индустриализацията и нарастващо търсене на енергия, особено в развивращите се страни, превърха контрола на емисиите на NOx в приоритет на глобалната екологична политика.

2.4.3. Серен диоксид (SO₂)

Серинт диоксид (SO₂) е безцветен, токсичен газ с остра миризма и играе важна роля в атмосферна химия. Молекулярната формула е SO₂, а молекулното му тегло е 64,066 g/mol. Точи се при -72°С, кипи при -10°С и достига пълнота от 2,6288 kg/m³ при 25°С. Силно развором е във вода (94 г/L при 20°С) и следователно реагира брзо във влажна среда. Молекулярна му структура е полярна, с два кислородни атома, свързани с централния серен атом, разположени с ъгъл на връзка 119°. Реагира с вода, за да образува сирна киселина (H2SO3), която е важен компонент на процесите на атмосферно подкисляване.

SO₂ се отделя в атмосфера както чрез естествени, така и чрез антропогени процеси. Вулканична активност е най-известния природен източник. Стратовулканичните изригания, непрекъснато вулканично дегазиране и подводния вулканизъм освобождават големи количества SO₂. Биогенните източници включват сълно разлаганиетo на съдържащи сирна органични вещества, емисиите на диметил сулфид (DMS) от морската повърхност и метаболитната активност на някои микроорганизми.

Антропогенните емисии на SO₂ са резултат предимно от изгаряне на изкопаеми горива. Въглищните електроцентрали, промишленото котли и отопленията на жилища, използвани нискокачествени въглища, са най-големините источници на този газ. Промишлени процеси като металургичен сектор (напр. топене на мед, олово и цинк), рафинерийски съоръжения за нефт и производство на сирна киселина и целулоза също произвеждат значителни количества SO₂. Земделски практики като дизелови двигатели, инженьори за отпадки и производство на торове също допринасят за емисиите. Съдържанието на сирa в горивата варира между 0,5-5% в антрацитните въглища, 0,5-10% в лигнитните въглища и 0,5–3,5% в мазута, докато природен газ съдържания ниски емисии.

В атмосфера SO₂ претърпива сложни химични реакции както в газообразна, така и в течна фаза, трансформирайки се в различни вторични замърсители. Възбуджени от слънчева светлина, молекулите SO₂ реагират с кислород и водни пари, за да образуват сирна киселина (H2SO4). SO₂ също се образува чрез реакции, инициирани от OH радикали, които се комбинират с водни пари, за да произведат H2SO4. В хетерогенни процеси SO₂ претърпява окисление чрез разтваряне в облачни капици или върху повърхностите на частиците. Реакциите с аерозоли от морска сол могат да образуват сулфатни соли (напр. Na2SO4) и сирна киселина (HCl).

SO₂ също има множество отрицателни ефекти върху околната среда. Най-известния ефект са кисели дъжове. Превъшаците се в сирна киселина в атмосфера, SO₂ достига до повърхността с валежите, понижавайки pH на почвата, подкисляващи водите екосистеми и уреждащи растителност. Той павлизва в растенията през устицата, причиняющи кистечна смърт, потисяне на растенията и потусяване на фотосинтезата. Освен това, неорганичните карбонатни строителни материали (напр. варовик и мрамор) реагират със SO₂ и претърпяват еразия. Това може да причини необратими щети, особено на исторически артефакти. В металите той ускорява корозията.

Влиянието на SO₂ върху климатичната система е по голямата степен косвено. Сулфатите аерозоли отразяват слънчева светлина, създавайки охлаждащ радиационно вълействие. Те също така увеличават броя на облачните капчици, промешийки отражателната способност (албедо) на облаците. Особено по време на големи вулканични изригания, SO₂ достига стратосферата, може да предизвика глобални охлаждащи ефекти, продължаващи няколко години.

От гледна точка на човешкото здраве, SO₂ има както остри, така и хронични ефекти. Кратковременни експозиции могат да причинят дразнене на гърлото при концентрации от 5–10 ppm, сълчене и кашлица при 10–50 ppm и бронхоспазъм и белодробен отек над 50 ppm. Дългосрочните експозиции могат да доведат до намалена дихателна функция, развитие на хронични бронхит и влошаване на емфизема на астма. Наблюдавано е и повишаване на риска на острия респиратор в общата популация. Децата, възрастните хора, хора с ХОББ и астма, както и пушачите, са сред най-уязвимите групи. Според Световната здравна организация съответствието на SO₂ допринася за приблизително 4 милиона преждевременни смъртни случая в световен мащаб всяка година.

За определяне на концентрирали на SO₂ се използват различни техники за измерване. Методът на UV флуоресценция се основава на принципа, че SO₂ се възбужда при 214 nm и изплява светлина в диапазона от 240–420 nm.

Той се основава на химическа абсорбция. При метода на химическа абсорбция SO₂ се анализира чрез разтваряне в разтвор на водороден пероксид. Газовата хроматография, от друга страна, осигурява висока чувствителност селективност за сера детектори. В промишленото съоръжения се използват системи за непрекъснато наблюдение на емисиите (CEMS), които осигуряват информация за концентрирали в реално време и…вычисления на скоростта на емисиите. Евтините пасивни пробоботборници също се използват широко и се анализират в лаборатория чрез йонна хроматография.

Установени са различни международни стандарти за качество на въздуха за SO₂. Световната здравна организация е определила гранична стойност от 20 μg/m³ за 24-часова средна стойност. Европейския съюз е определил 1-часова максимална стойност от 350 μg/m³ и 24-часов лимит от 125 μg/m³. Агенцията за опазване на околната среда на Съединените щати (EPA) е определила 1-часов лимит от 196 μg/m³ (75 ppb).

Внедрява се множество технологични решения за контрол на емисиите на SO₂. Методи като промиване на въглища, хидродесулфуризация на петролни продукти и микробна обработка.Биодесулфуризацията се използва за пречистване на гориво. Сред технологиите за горене се на предем план горенето с флуидизирани слой, вържеканието на варовик и кислородното горене. Едно от най-често срещаните приложения е третирането на дими газове. В мокрите скрубни системи SO₂ реагира в разтвор на вода (гид), който постига ефективност от 90–98%. Високи нива на отстранявае могат да се постигнат и в суси и полусуси системи. Технологиите от ново поколение включват иновативни методи като мембранно разделяне, електрополючево окисление, системи за биологично третиране и обогатено с кислород горене.

Трябва да се вземе предвид и икономиката на контрола на SO₂. Инвестиционните разходи за мокри FGD системи с $150–300/kW, докато сухите системи труват $100–200/kW. За морския транспорт цената на кораб за системи за десулфуризация може да варира от $2 до $5 милиона. Консумацията на реагенти, обезпечено на отпадъци и потребление на енергия предоставляват оперативни разходи. Позитивни, постигнати в секторите на здравоубезпечението, селския стопанства и строителство, обаче до голяма степен компенсира тези разходи.

Настоящите изследвания се фокусират върху използуваното на метаорганични рамки (MOF), йонитечности и машинни графени за убаване на SO₂. Изполуваното на димни газовеПреработката на отпадъци като строителни материали, оползотворяване на сирна киселина и техниките за биологично разваряне на сора (биосулфане) също стават широко разпространени. Моделирането на дими газови потоци базирано на сателитни данни, дава възможност за подобряване на инвентаризациите на емисиите.

В заключение, макар контролът на SO₂ да е область, в която е постигнат значителен напредък в управлението на качеството на въздуха, все още съществува значителен напредък в управлението на качеството на въздуха, особено в развивващите се страни. Ускоряванието на преход към чиста енергия, разпространението на най-добрите наличните технологии и приложението на стратегии за оползотворяване на сранта в съответствие с принципите на кръговата икономика ще бъдат решаващи за намаляване на емисиите на SO₂ в световен мащаб.

2.4.4. Озон (O₃)

Озунт (O₃) е алотропна молекула, състав от три кислородни атома. Молекулата му структура има извита геометрия с ъгъл на връзка приблизително 116,8°. Физически тога е светлосин озон, остър газ, с молекулно тегло 47,998 г/mol. Точи се при -192,2°С и кипи при -111,9°С. Има пълнота от 2,144 kg/m³ при 0°С и играе важна роля в атмосферната химия поради високата си реактивност.

Озунт се намира в три отделни слоя на атмосфера. Най-високата му концентрирали е в стратосферата, разположена между приблизително 15 и 35 километра над атмосферата. Тази област, известна като озоновия слой, предотвратява достигането на вредните ултравиолетови (UV) лъчи до земната повърхност. Стратосферния озон представлява приблизително 90% от общия атмосферен озон, като максимални концентрации се наблюдават на височина от приблизително 25 км.

За разлика от това, озунт, намирач се близо до земната повърхност, в тропосферата, се нарича „лош озон“, защото имуаблаговприятно вълействие върху човешкото здраве и околната среда. Докато естествено фонови концентрати са 20–45 ppbv, тези нива могат да достигнат 100–200 ppbv през летите месеци, особено в градските райони. Освен това, тропопаузата, преходната зона между стратосфера и тропосфера, е важна за вертикалния транспорт на озон и може да повлияе на баланса на атмосферния озонов слой.

Стратосферния озон се образува предимно чрез фотохимични процеси, известни като механизма на Чапман. По време на тези процеси кислородни молекули (O₂) се фотодисоциират от късоволната ултравиолетова светлина (λ < 242 nm), образувайки свободни кислородни атоми. Тези атоми се комбинират със съществуващи кислородни молекули, за да образуват озон. Озунт може също да се разложи от ултравиолетова светлина, дисоциирайки на кислородни молекули и свободни атоми. Тези процеси протичат в равновесие.

Тропосферния озон обаче не е директно емитиран замърсителот, а се образува от реакцията на азотни оксиди (NOx) и летливи органични съединения (ЛОС) със слънчева светлина. По време на тези фотохимични процес на образуване на смог, NO2 се фотолизира, за да образува свободни кислородни атоми, които след това се комбинират с молекулен кислород, за да образуват озон. Озунт реагира с ЛОС, което увеличава концентриране на озон на нивото на земята, особено през летните дни с интензивна слънчева светлина.

Озунт се влияе както от естествени, така и от антропогени источники. Той може да се образува естествено от процеси като удари от мълнии, отделени на биогенни летливи органични съединения (напр. изопрен и терпени), горски пожари и фотолиза на карбонилни съединения. Антропогенното производство на озон е свързано с дейности като моторни превозни средства, промишлени процеси, употреба на разтвързители и изгаряне на изкопаеми горива.

Озунт допринася за образуване на вторични органични аерозоли (SOA) чрез химични реакции в атмосфера. Озунт реагира с алкени, за да образува неколелин съединения, които с течение на времето премининават в праховата фаза и се трансформират в SOA, което оказва отрицателното влияние върху качеството на въздуха. Освен това, през зимните месеци, особено при инверсни условия, може да се наблюдава натрупване на NOx и образуване на „зимен озон“ поради разтваряния на летливи съединения като перолселен нитрат (PAN).

Ефектите на озона върху човешкото здраве са особено забелезими върху дихателната система. Острото излагане, дори при нива от 80–120 ppb, може да причини респираторен дистрес при чувствителните хора. Намалена белодробна функция, дори при нива над 120 ppb, причинява симптоми в общата популация. Хронично излагане може да допринесе за развитието на ХОББ, да потисне развитието на белите дробове при децата и да увеличи риска от сърдечно-мозъчна бариера. Най-чувствителните групи включват астматици, възрастни хора, деца и работещи на открито.

Озунт причинява серьозни щети и на растенията. Той проникла в листата на растенията чрез устицата, увеличвайки активност на фотосинтезата и намаляват черпа на дейност на ензима Rubisco. Тези ефекти могат да причинят загубата на добива до 10–30%, особено при чувствителни селскостопански култури като пшеница, памук и соя. На екосистемно ниво може да доведе до намаляване на биологичната продуктивност на горите, промени във видовия състав, върнены ефекти във водите екосистеми и нарушения в почвеният микробен баланс.

Озунт оказва влияние и върху строителните материали. Той причинява напукване в гумена целастомери, обезщетяване на боя и загуба на издържливост на текстилни влакна. Следователно измерването и мониторингът на озона са важни.

Концентриране на озон могат да бъдат наблюдавани с помощта на различни референтни методи за измерване. UV абсорбционните спектрофотометри работят на дължина на вълната 254 nm във основата на закона на Бер-Ламбърт и отговарят на международни стандарти. Хемилуминесцентна спектроскопия, от друга страна, се основава на принципа, че озунт реагира с етилена, за да изплаче светлина, и осигурява висока чувствителност. Дифференциалната оптична абсорбционна спектроскопия (DOAS) позволява измерване на озон на дълги разстояния. Озунт може да се наблюдава и с помощта на сателитни измервания (като OMI и TROPOMI), лидарни системи и пасивни сетилници.

Граничните стойности, определени от организация като Световната здравна организация (СЗО), Агенцията за опазване на околната среда (EPA), Европейския съюз (ЕС) и Китай, варират в зависимост от 8-часовата и 1-часовата експозиция. Например, СЗО препоръчва огранична от 60 μg/m³ за 8-часова експозиция. ЕС използува сезонния индекс AOT40 (натрупване на озон над 40 ppb) да измери ефектите на озон върху сеском стопанството. За животни, целева стойност е достигнала Северната част на Тихия океан, докато частиците с произход от Китай могат да достигнат Северната част на Тихия океан.

Технологичните решения за намаляване на замърсяването с озоновия слой включват използуваното на чисти горива (напр. втечнен природен газ, водород), инфраструктура за електрически превозни средства, велосипедни алеи, интелигентни системи за движение и качество на въздуха.системи за радио предупреждение. Освен това, приложенията за зелена инфраструктура в контрола на детливи органични съединения (напр. терминално окисление, адсорбция на въглерод, биофилтрация) са сред стратегиите за ограничаване на образувания на озон.

Озунт има сложни взаимодействия с изменението на климата. Тропосферния озон действа като катопарников газ с радиационен ефект от приблизително 0,4 W/m². Той също така влияе върху въглеродния цикъл чрез причиняване на намаляване на прираста на биогени ЛОС и могат да промени динамиката на стратосферата-тропосфера, засягайки озонния баланс.

Настоящите изследвания обхващат широк спектър от технология, от сензори, базирани на квантови точки, до моделиране, базирано на изкуствен интелект, от модели за химически транспорт с висока резолюция до използуваното на локални спътници данни. В рамките на международни споразумения за климата, както например Парижкото споразумение, контролът върху кръткотрайните замърсители на климата (К3К), както озон, устойчивото градско планиране и практиките за кръва икономика, придобиха значение.

В крайна сметка, борба със замърсяването с озона изисква многостранен подход. Координирането контрол на емисиите на NOx и ЛОС, интеграцията с политиките за климат и разработването на нови технологии ще бъдат крайния камъни на устойчивото управление на качеството на въздуха.

2.4.5. Въглероден оксид (CO)

Въглеродния оксид (CO) е безцветен газ без миризма и вкус, състав от един въглероден атом и един кислороден атом. С молекулно тегло от 28,01 г/mol, точи се при -205°С и кипи при -191,5°С. Пълността на CO в газообразната фаза при стайна температура е 1,25 г/L, а разтворимост му във вода е 27,6 mg/L при 25°С. Молекулярна му структура се характеризира с частична тройна връзка с дължина на връзка приблизително 112,8 пикометра. Впрекии тези физични свойства, въглеродния оксид е изключително опасен замърсител на въздуха за човешкото здраве и околната среда.

Токсичните ефекти на CO произтичат предимно от химични му реакции с хемоглобина (Hb). Влипминни CO образува карбоксихемоглобина в кръвта, което силно намалява кислородния му капацитет. Афинитета на хемоглобина към въглеродния оксид е 200 до 250 пъти по-голям, отколкото към кислорода. Освен това, CO инхибира митохондриалния ензим цитохром оксидаза, който е отговорен за вътреклетъчното производство на енергия, по този начин инхибира условието на кислород от тъканите.

Въглеродния оксид се отделя в атмосфера чрез естествени и предизвикани от човека (антропогени) процеси. Природните источники включват горски пожари, активност на почвените микроорганизми, метаболизма на растенията, емисиите от океанската повърхност, вулканични газове и геотермални источники. Антропогенните източници обаче играют по-доминирана роля в атмосферното натаварване на СО2. Непълното изгаряне на изкопаеми горива, особено е основния начин за производство на този газ. Двигателите с вътрешно горене, печките на въглища и дърва, промишленото котли, домашните пещи, използвани в производството на стомана, нефтохимическите заводи и някои химически производствени процеси (напр. производство на формалдехид и метанол) са основни източници. Цигаретния дим и отопленията уредни около закрито място могат да допринесят за въздуха на СО2. В световния мащаб приблизително 2500 Тg СО2 се отделя годишно от природни източници и 1000 Тg от антропогени дейности. Транспортния сектор е отговорен за 55% на тези емисии, докато промишлените процеси допринасят с 20%, а отопленията на жилищата с 15%.

CO е реактивен газ в атмосфера, който реагира специфично с хидроксилния (OH) радикал. Този процес както има значително вълействие върхуатмосферен окисленител баланс. Почвените микроорганизми също могат да окисляват СО2 и да го отстраняват от атмосфера. Атмосферния живот на СО2 обаче е дълъг период време, който може да варира в зависимост от сезоните и географските условия.

Концентриране на CO се измерват с помощта на различни методи. Инфраредна абсорбция!Спектроскопия, особено при дължина на вълната 4,6 μm, осигурява прецизно измерване. Газовата хроматография, колонясто с молекулярно сито и FID детектори, предлагат висока резолюция. Електрохимичните сензори предлагат евтини решения и са особено подходящи за наблюдение на лица експозиции. В промишленото съоръжения се използват системи за непрекъснато наблюдение на емисиите (CEMS) за събиране и докладване на данни в реално време.

CO е опасен газ, който реагира специфично с хидроксилния (OH) радикал (СО2). Този процес има значително вълействие върхуатмосферен окисленител баланс. Почвените микроорганизми също могат да окисляват СО2 и да го отстраняват от атмосфера. Атмосферния живот на СО2 обаче е дълъг период време, който може да варира в зависимост от сезоните и географските условия.

и може да доведе до смърт. Дългосрочното излагане на ниски нива може да увеличи риска от сърдечно-съдови заболявания.Заболявания, нарушават неврокогнитивни функции и причинят нарушения в развитието на плода при бременни жени, новородени, деца, хронични респираторни пациенти и тези с демия със сред най-уязвимите групи.

Вълействието на СО2 върху околната среда също е значително. Чрез реакции с и консумиране на OH радикала, СО2 кара парниковите газове като метан да се залхят в атмосфера за по-дълги периоди. Това увеличава непрекъснатото парников ефект на СО2. Той също така предизвизва образуването на тропосферен озон, влиза във взаимодействие с парниковите газове, което метана, в атмосфера.