MONITORIZAREA CALITATII AERULUI

1. Compozitia si structura atmosferei

Atmosfera este stratul de gaze care inconjoara Pamantul cu grosimea de 1000 - 3000 km, desi gravitatia se manifesta pana la 40000 km. Pe verticala, in atmosfera se disting mai multe zone:

Troposfera: este stratul imediat de langa Pamant cu o grosime de 10 - 12 km in zona polara si 17 km in zona ecuatoriala. Temperatura in aceasta zona scade treptat pana la -70°C. Componentele gazoase ale aerului sunt prezentate in Tabelul In functie de timpi de stationare, aceste componente se pot grupa in trei clase:

gaze permanente, pentru care timpul de stationare este de mii de ani: azotul, oxigenul si gazele inerte;

gaze variabile, pentru care timpul de stationare este de ordinul anilor: dioxid de carbon, metan, hidrogen, ozon, oxizi de azot;

gaze foarte variabile pentru care timpul de stationare este de ordinul zilelor: dioxidul de sulf, amoniacul, hidrogenul sulfurat, apa.

Tabelul Compozitia aerului (273K si 1013 mbari).

• Stratosfera: este stratul intre limita troposferei si aproximativ 50 km. Temperatura in aceasta zona creste treptat, ajungand la +17°C la limita de 50 km. Aceasta crestere se datoreaza prezentei ozonului care absoarbe radiatiile solare nocive pentru om (radiatia de tip UV).
• Mezosfera: este stratul cuprins intre limita stratosferei si aproximativ 100 km. Temperatura in aceasta zona scade treptat pana la -83°C. Caracteristic pentru aceasta zona este prezenta stratului D, care are capacitatea de reflectare a undelor lungi, utilizate in telecomunicatii.
• Ionosfera: este stratul intre limita mezosferei si aproximativ 500 km. In aceasta zona temperatura creste treptat, ajungand la 1000°C la aproximativ 200 km. In acest spatiu se gasesc straturile E, F si F₂, care reflecta undele medii, utilizate in radiocomunicatii.
• Exosfera: este stratul de la 500 km in sus. Aici temperatura ajunge la 1700°C, temperatura care permite disocierea gazelor. Astfel, la aproximativ 2500 km, compozitia este identica cu a gazului interplanetar si contine aproxinativ 600 protoni si 600 electroni pe fiecare cm

2. Conditiile de calitate a atmosferei

Protectia atmosferei din Romania este garantata prin Ordonantei de Urgenta nr. 243/2000 privind protectia atmosferei aprobata de Legea nr. 655/2001 modificata de Ordonantei de Urgenta nr.12/2007.

Problemele specifice calitatii atmosferei se grupeaza in patru categorii de elemente referitoare la:

sursele si emisiile de poluanti atmosferici;

transferul poluantilor in atmosfera;

nivelul concentratiilor de poluanti in atmosfera si distributia spatio-temporala a acestora;

efectele poluantilor atmosferici asupra omului si a mediului sau biotic si abiotic.

Conditiile de calitate a aerului din Romania (imisii) sunt stabilite de STAS 12574/87, la care se adauga ORD. 592/2002 (transpunere a Directivelor Europene nr. 99/30/EC si nr. 2000/69/EC) pentru aprobarea Normativului privind stabilirea valorilor limita, a valorilor de prag, a criteriilor si metodelor de evaluare a SO₂, NO₂ si NO_X, pulberi in suspensie (PM10 si PM2.5), Pb, benzen, CO si O₃, precum si Ord.745/2002 privind stabilirea si clasificarea aglomerarilor si zonelor pentru evaluarea calitatii aerului in Romania (implementarea Directivei cadru nr. 96/62 si directivele «fiice» 99/30, 2000/69).

Alte conditii de calitate sunt impuse la emisiile de poluanti in atmostera. Acestea sunt reglementate pentru prima data in tara noastra de ORD. 462/1993 care stabileste conditiile tehnice privind protectia atmosferei. Ulterior au aparut si alte acte normative care au ca scop atat limitarea emisiilor de poluanti in atmosfera, cat si armonizarea legislatiei noastre cu cea a Uniunii Europene.

Ultimele acte legislative au facut posibila trecerea de la monitorizarea simpla la monitorizarea integrata a calitatii atmosferei. Aceasta presupune o multitudine de mijloace, clasificate in doua mari clase - fiecare cu limitele, cu avantajele si dezavantajele ei - care se intrepatrund si se completeaza reciproc, si anume:

metode teoretice, rezultat al cercetarilor in domeniu; prezinta o serie de avantaje legate de: operativitate, eforturi financiare reduse, aplicabilitate atat in diagnoze, cat si in predictii, camp larg de aplicare, etc.

metode instrumentale prezinta, de asemenea, o serie de avantaje legate de: diminuarea erorilor si masurarea in timp real.

Trebuie insa subliniat faptul ca utilizarea exhaustiva in monitorizare a metodelor instrumentale nu va reusi niciodata sa furnizeze toate datele si informatiile necesare atingerii scopurilor si obiectivelor acestei activitati. Aceasta deoarece, pe de o parte este imposibil sa se acopere spatial, temporar, cantitativ si calitativ intreaga gama de probleme, chiar cu eforturi financiare enorme, iar pe de alta parte, interpretarea si corelarea rezultatelor, precum si predictiile nu pot fi realizate decat cu metode teoretice.

Singura cale pentru obtinerea unor rezultate bine fundamentate, care sa permita realizarea sarcinilor, obiectivelor si scopurilor activitatii de monitorizare a calitatii atmosferei este utilizarea rationala, combinata si in corelatie a metodelor teoretice si instrumentale. Aceasta este, de altfel, calea folosita pretutindeni in lume.

Sistem complet de monitorizare a calitatii aerului (scMCa

Monitorizarea calitatii aerului ocupa un loc esential in cadrul sistemului de monitorizare a mediului, atmosfera fiind cel mai larg vector de propagare a poluantilor, ale caror efecte se resimt de la nivel local pana la nivel global, asupra tuturor elementelor biotice si abiotice ale mediului.

Tinand seama de scopurile sistemului de monitorizare integrata a mediului (SMIM), subordonate politicii nationale de mediu, si de locul pe care-l ocupa atmosfera in cadrul factorilor ambientali, sistemul de supraveghere al calitatii aerului este un sistem national legat in mod necesar de managementul calitatii aerului (fara a cuprinde in mod explicit elemente de management).

Monitorizarea calitatii aerului, ca parte integranta a SMIM, se constituie intr-un element foarte important de fundamentare a strategiilor de control. In acest scop a fost aprobat un set de acte normative (Anexa 1) prin care se infiinteaza Sistemul National de Evaluare si Gestionare Integrata a Calitatii Aerului (SNEGICA). SNGICA este un sistem care asigura cadrul organizatoric, institutional si legal de cooperare a autoritatilor si institutiilor publice cu competente in domeniul protectiei atmosferei (autoritatile publice pentru: protectia mediului, sanatate, transport, industrie, comert, agricultura, administratie publica, lucrari publice, statistica, consilii judetene, primarii, consilii locale) si al evaluarii si gestionarii calitatii aerului pe teritoriul Romaniei. In acest sens a fost infiintat Sistemul National de Monitorizare a Calitatii Aerului (SNMCA) care se realizeaza prin Reteaua Natioala de Monitorizare a Calitatii Aerului (RNMCA).

Notiunea de "control" trebuie inteleasa, in primul rand, in sensul cunoasterii si stapanirii surselor de poluare a atmosferei, existente si viitoare, in vederea protejarii mediului la diferite scari spatiale, urmarindu-se incadrarea emisiilor in limitele standardelor de calitate. In al doilea rand, inseamna cunoasterea calitatii atmosferei in fiecare moment prin determinarea factorilor de imisii si evaluarea tendintelor de evolutie a poluantilor si a concentratiei acestora.

1. Structura si modulele SCMCA

Pentru stabilirea strategiilor specifice acestei probleme si a programelor concrete de implementare a acestora este necesar un sistem complet de supraveghere a calitatii aerului pe toate modulele traiectoriei cauza - efect. Aceste module corespund celor 4 categorii de probleme proprii poluarii aerului si formeaza structura sistemului complet de monitoring al calitatii aerului (Figura 2).

Sistemul complet de monitorizare a calitatii aerului este organizat pe 3 nivele, impuse de necesitatile perioadei actuale:

• nivel local - vizand zonele populate (in special marile centre urbane) si zonele industriale;
• nivel regional - vizand teritorii mari, nationale si/sau grupuri de state, continente;
• nivel global - vizand cele doua emisfere ale planetei si planeta, in globalitatea sa.

Obiectivele fiecarui modul sunt in stransa corelatie, toate avand ca punct de convergenta scopul initial al sistemului: cunoasterea starii si prevenirea degradarii mediului prin cunoasterea si prevenirea poluarii aerului.

Figura 2. Structura sistemului complet de monitoring al calitatii aerului.

Obiectivele cele mai importante ale monitorizarii emisiilor si surselor sunt:

• cunoasterea cantitatilor de substante emise in atmosfera si a evolutiei acestora;
• respectarea cerintelor de emisie impuse prin avizele si autorizatiile de mediu, prin standardele in vigoare si prin programele de conformare;
• stabilirea unei relatii intre incarcarea cu poluanti a atmosferei si efectul produs de acestia;
• stabilirea unei baze pentru calcularea cresterii concentratiei substantelor poluante din atmosfera datorata emisiilor specifice;
• compararea valorilor de emisie calculate cu standardele stabilite pentru calitatea aerului.

Este evident faptul ca monitorizarea emisiilor este un instrument necesar de control si de implementare a cerintelor specifice reglementarilor in vigoare. Sistemul National de Inventariere a Emisiilor de Poluanti Atmosferici (SNIEPA) este parte integranta din SNEGICA (HG 586/2004). Prin acest sistem se asigura:

- colectarea datelor globale privind emisiile de poluanti atmosferici;

- elaborarea si validarea inventarelor locale si nationale ;

- raportarea inventarelor locale si nationale ale emisiilor de poluanti atmosferici conform cerintelor nationale si internationale.

De asemenea, monitorizarea emisiilor este un mijloc absolut necesar de informare asupra contributiei pe care o au diferite surse de poluare, permitand astfel stabilirea prioritatilor cu privire la reducerea poluarii. Intr-un cuvant, monitorizarea emisiilor defineste cauza poluarii.

Romania depune eforturi sustinute pentru imbunatatirea calitatii aerului si controlul emisiilor. Actiunile ce trebuie urmate sunt reglementate in HG 738/2004 privind aprobarea Planului National de Actiune in domeniul protectiei atmosferei. Termenul de realizare a acestor actiuni este sfarsitul anului 2006; in anul 2007 acest Plan National a fost actualizat si perfectionat.

2. Transferul poluantilor in atmosfera de la sursa la receptor se realizeaza prin procese fizice si chimice proprii atmosferei in stratul limita.

Constituirea modulului "transfer" din cadrul monitorizarii complete a calitatii aerului implica cunoasterea atat a mecanismelor, cat si a factorilor atmosferici care intervin in transportul, difuzia si transformarea poluantilor. Obiectivele principale ale monitorizarii transferului poluantilor in atmosfera sunt:

• stabilirea corelatiei intre emisii si imisii;
• identificarea surselor de poluare si a contributiei lor la campul de concentratii dintr-o arie;
• cunoasterea conditiilor meteorologice de dispersie dintr-o zona;
• predictia concentratiilor de poluanti in atmosfera.

Obiectivele componentei imisii deriva din necesitatea cunoasterii starii si evolutiei calitatii aerului si din necesitatea protejarii acesteia. In functie de nivelul - global, regional sau local - la care se efectueaza monitorizarea imisiilor, obiectivele acestuia au accente particulare generate de problematica respectiva.

La nivel global si regional, in sensul unui grup de tari (poluare de fond), obiectivul principal este de a determina la scara globala si regionala, nivelele de fond ale constituentilor atmosferici, variabilitatea si schimbarile posibile ale acestora, astfel incat sa se poata aprecia influenta activitatii umane asupra compozitiei atmosferei.

Acest nivel de monitorizare permite sa se studieze:

• efectele eventuale asupra climei;
• transportul si depunerea substantelor potential toxice;
• partea atmosferica a ciclurilor biogeochimice (inclusiv dinamica schimbarilor).

Obiectivele monitorizarii regionale - in sensul unor teritorii nationale - sunt:

• determinarea calitatii aerului in localitati rurale si in zonele nelocuite;
• evaluarea eforturilor pentru respectarea standardelor nationale sau teritoriale adoptate;
• testarea si calibrarea modelelor de difuzie;
• stabilirea strategiilor de control a poluarii si de planificare a dezvoltarii pe termen lung.

Obiectivele monitorizarii locale sunt:

• determinarea calitatii aerului in zone urbane si industriale;
• atestarea respectarii standardelor nationale de calitate a aerului;
• fundamentarea, stabilirea si evaluarea eficientei masurilor de control a surselor;
• dezvoltarea strategiilor de control si de reglementari;
• elaborarea si implementarea procedurilor de alerta pentru prevenierea sau reducerea episoadelor de poluare si a altor poluari accidentale;
• studierea si evaluarea efectelor poluarii asupra omului si a mediului sau;
• studierea si modelarea interactiunilor dintre poluanti;
• stabilirea si actualizarea standardelor de calitate a aerului;
• modelarea matematica a difuziei (elaborare, testare, calibrare modele).

Monitorizarea locala se face in acord cu HG 586/2004 si se realizeaza pe baza Retelelor Locale de Monitorizare a Calitatii Aerului elaborate de autoritatile locale de protectie a mediului in acord cu Planurile si Programele de gestionare a calitatii aerului (ORD 35/2007).

4. Modulul efecte are ca obiective principale:

• cunoasterea starii si evolutiei sanatatii omului in relatie cu expunerea la poluarea aerului;
• cunoasterea starii si evolutiei componentelor biotice si abiotice ale mediului in relatie cu expunerea la poluarea aerului;
• studierea si evaluarea efectelor poluantilor atmosferici asupra omului si a mediului;
• cunoasterea si modelarea mecanismelor de transfer si de transformare ale poluantilor in organismele umane, animale, vegetale, precum si in sol, apa si materiale;
• stabilirea indicatorilor de calitate specifici fiecarui mediu receptor al poluantilor atmosferici;
• stabilirea standardelor de calitate a aerului pentru protectia omului si a componentelor biotice si abiotice ale mediului, inclusiv a ecosistemelor in ansamblu.

2. Metode, tehnici si practici pentru constituirea modulelor SCMCA

Realizarea metodelor, tehnicilor si practicilor pentru constituirea modulelor din structura sistemului complet de monitorizare al calitatii aerului depinde de limitele: financiare, tehnice si de cunoastere existente. Un sistem de monitorizare a calitatii aerului cat mai complet nu poate fi constituit, in mod rational, decat prin utilizarea corelata a unor metode teoretice si experimentale.

Nici una dintre componentele din structura sistemului nu poate fi abordata numai pur teoretic sau numai prin masuratori, ci, asa cum am aratat anterior, cele doua metode se completeaza reciproc. Astfel:

• componenta surse si emisii se realizeaza prin masuratori continue si/sau periodice la unele surse majore si prin metode de calcul bazate pe factori de emisie;
• componenta transfer se realizeaza prin modele matematice ale fenomenelor de transport si difuzie in atmosfera ale poluantilor, modele bazate pe experimente complexe de difuzie, precum si prin masuratori ale parametrilor stratului limita;
• componenta imisii se realizeaza prin masuratori si prin modelare matematica a concentratiilor;
• componenta efecte se realizeaza prin observatii, masuratori specifice, modelarea fenomenelor de transfer (la interfata, fiziologice, coroziune, etc.).

Metodele experimentale au la baza doua componente esentiale: recoltarea probelor si metoda de analiza. Pentru ca datele obtinute in urma metodelor experimentale sa poata fi folosite intr-un sistem, cum este cel de monitorizare, probele de aer trebuie recoltate dupa aceeasi metoda standardizata si analizate cu aceeasi metoda standard (Manescu si colab., 1994).

a.       Recoltarea probelor. Se realizeaza diferentiat pentru emisii si imisii. Emisiile sunt de regula masurate continuu de catre agentul economic (emitent), iar pentru imisii monitorizarea prin masurare continuua (prin statiile automate de monitorizare a calitatii aerului) sau prin masuratori de moment (masuratori de 30 de minute). Pentru ca probele de aer sa fie reprezentative, este necesar sa se tina seama de o serie de factori, cum sunt: sursa si zona de poluare, tipul de poluant, scopul urmarit prin determinare (aria de raspandire, nivelul poluarii, concentratii de scurta durata). Normele in vigoare (STAS 10331) prevad ca, in cazul poluarii produse de o sursa fixa unica, sau de mai multe surse fixe grupate in asa fel incat sa nu lase spatii de locuit sau zone de cultura intre ele, punctele de recoltare se vor dispune in jurul acesteia, acoperind cu prioritate directiile dominante ale curentilor de aer si directiile pe care se afla zone de locuinta. In cazul unei zone cu mai multe surse fixe de poluare dispersate, punctele de recoltare se vor fixa la intersectia unor linii imaginare, care sa formeze o retea de patrate sau triunghiuri echilaterale cu laturile de 500 . 1000 m. Poluarea produsa de surse mobile (mijloace de transport) va fi urmarita in puncte reprezentative ale arterelor de circulatie. Acestea se coreleaza ulterior cu date referitoare la ritmul si frecventa circulatiei. La stabilirea punctelor de recoltare se va tine seama de relief, de cursurile de apa, de structura localitatilor sau cartierelor, precum si de alti factori care sunt in masura sa influenteze deplasarea curentilor de aer. Deoarece factorii meteorologici (temperatura, umiditatea, presiunea atmosferica, curentii de aer, precipitatiile) determina modificari substantiale ale nivelului de poluare a aerului, este necesar ca in timpul recoltarii probelor sa se faca observatii asupra acestora. Conditiile meteo constituie un mijloc de apreciere a conditiilor de dispersie si difuzie a poluantilor. Un program complet de observatii si masuratori meteo trebuie sa se desfasoare pe durata cat mai mare de timp (de obicei 1 an) si sa fie facute atat la sol (statii fixe), cat si la altitudine prin radiosondaje. De exemplu, amplasarea statiilor automate de monitorizare a calitatii aerului (imisii) au fost amplasate in zonele cu concentratie ridicata de poluanti, zone evidentiate in urma modelarilor dispersiilor.

In functie de scopul urmarit, se va stabili ritmul si durata recoltarii: probe momentane de scurta durata (30 minute) sau probe de lunga durata sau continuue (24 ore), precum si volumul de aer recoltat pentru fiecare proba. Pentru probele de 24 ore se poate alege una din urmatoarele variante de recoltare: continuua de 24 ore, 12 reprize de cate o ora sau 6 reprize de cate 2 ore. Aceste variante vor fi specificate obligatoriu in buletinul de analiza. Exista posibilitatea ca, la variantele intermitente, recoltarea sa se faca in aceeasi solutie absorbanta daca se urmareste determinarea concentratiei medii zilnice. Este totusi recomandata recoltarea in solutii absorbante diferite pentru cazul cand se urmareste determinarea concentratiei maxime momentane sau a profilul concentratiei pe perioada unei zile.

Volumul de aer recoltat este in functie de sensibilitatea metodei de determinare si de concentratia presupusa a poluantului din aer.

Metode de recoltare: in functie de caracterul si natura poluantilor, probele de aer se recolteaza prin sedimentare (particule mari) sau prin aspiratie (particule fine si poluanti gazosi).

b. Metode de analiza a probelor. Analiza poluantului atmosferic se realizeaza cu ajutorul unor metode, care se aleg in functie de legislatia si standardele in vigoare, precum si de dotarea tehnica a laboratorului. Continutul de pulberi in suspensie si de pulberi sedimentabile de determina prin metoda gravimetrica. Determinarea densitatii particulelor din aer, precum si a naturii si dimensiunii particulelor sedimentabile se face cu ajutorul microscopiei. Datorita cantitatilor mici de substante dispersate intr-un volum mare de aer, se impune alegerea celor mai sensibile metode. O mare utilizare o au tehnicile spectrometrice, deoarece majoritatea speciilor chimice se preteaza acestui mod de analiza, iar aparatura este usor accesibila. Prin spectrometrie UV-VIS se determina in prezent imisii de poluantii gazosi in probele de scurta durata (de exemplu NH₃, NO₂, SO₂, HCl, O₃). Recent, ORD.592-2002 recomanda metode moderne mult mai sensibile pentru deteminarea imisiilor de poluantilor gazosi prin masuratori continuue: fluorescenta in UV pentru determinarea SO₂ si chemiluminiscenta pentru NO₂ si NO_x. Spectrometria cu absorbtie atomica (AAS) se foloseste pentru determinarea metalelor grele din pulberile din aer. Metoda recomandata de ORD.592-2002 de monitorizare continua a CO este cea a spectrometriei in infrarosu nedispersiva (NDIR). Aceste metode sunt utilizate in toata reteaua de monitorizare automata a calitatii aerului din Romania. In ultimul timp, analiza cromatografica, in special cromatografia de gaze (GC) se foloseste din ce in ce mai mult in estimarea cantitatilor de hidrocarburi si solventi organici din atmosfera atat din emisii, cat si din imisii.

SCMCA - sistem informational cu feedback

A supune controlului calitatea aerului intr-o arie geografica bine definita - de exemplu o zona urbana cu toate perimetrele invecinate in care exista sau nu surse de poluare - inseamna elaborarea unui program coerent care sa vizeze toate problemele de poluare a aerului din intreaga arie Impreuna cu responsabilitatile diferitelor autoritati locale.

In acest sens a fost aprobata HG 543/2004 privind elaborarea si punerea in aplicare a planurilor si programelor de gestionare a calitatii aerului.

Daca in aria supusa controlului calitatii aerului nivelurile de poluare depasesc limitele standardizate, programul trebuie sa stabileasca o strategie de control care sa asigure reducerea emisiilor necesare atingerii si mentinerii in aceste limite. Gradul de reducere trebuie sa tina seama de dezvoltarea zonei, adica de diversificarea emisiilor si activitatilor industriale, cresterii populatiei, traficului etc. Pentru aceasta a fost aprobat ORD.35/2007 privind aprobarea Metodologiei de elaborare si punere in aplicare a planurilor si programelor de gestionare a calitatii aerului. Prin acest ordin se constituie un Comitet de urgenta la sediile agentiilor locale pentru protectia mediului care va verifica respectarea acestor planuri si programe.

Daca nivelurile de poluare se afla sub limitele standardizate, programul trebuie sa cuprinda o strategie de control care sa previna depasirea acestor limite. Pentru a fi eficient, acest program trebuie sa contina limitari legale ale emisiilor, impreuna cu ordinea de prioritate, modalitatile si intervalul de timp pentru atingerea acestora. De asemenea, programul trebuie sa includa prevederi precise privind necesitatile de monitorizare si sa prevada diminuari ale emisiilor pentru perioade limitate de timp alaturi de cele de reducere pe termen lung (schimbarea combustibilului, devierea sau oprirea traficului, intreruperea temporara a activitatii), care sa previna episoadele de poluare. Strategiile pe termen lung trebuie sa tina seama de cresterea numarului de locuitori, de schimbarile inerente in domeniul transporturilor, activitatilor industriale, necesarului de energie, depozitarea deseurilor, precum si de dezvoltarea urbana.

Strategiile de control a calitatii aerului reprezinta deci un instrument decizional in managementul utilizarii teritoriului, in proiectarea si dezvoltarea comunitatilor urbane si ale zonelor rurale invecinate.

Implicarea in aceasta problema a sistemului complet de monitoring al calitatii aerului este totala, prin toate modulele si prin activarea functiilor principale de evaluare, predictie si eficienta, functii legate printr-o relatie tip feedback.

Relatia de feedback pe care poate si trebuie sa o realizeze sistemul complet de monitoring al calitatii aerului asigura permanent autoreglarea programelor de management a calitatii aerului, facandu-le tot timpul functionale si actuale.

Informatiile furnizate de sistemul complet de monitorizare a calitatii aerului constituie deci elementele de fundamentare a strategiilor de control, obiectivizand decizia, atat in ceea ce priveste elaborarea, cat si in ceea ce priveste verificarea cost-eficienta a acesteia.

In concluzie, sistemul de monitoring al calitatii aerului este un sistem informational cu feedback care, atunci cand este corect proiectat si utilizat, devine un instrument indispensabil in mana responsabililor tehnici, administrativi si politici pentru asigurarea unei dezvoltari durabile.

O problema foarte importanta in cadrul unui program de management al calitatii aerului este baza de date si informatii. Intreg sistemul de monitorizare completa a calitatii aerului furnizeaza, in primul rand, date. Fiecare modul al sistemului are ca prima iesire o baza de date primare, constituita dintr-o multitudine de valori rezultate din calcule, observatii, masuratori etc. Pentru ca sistemul sa devina cu adevarat functional, acesta trebuie insa sa produca informatii. Aceasta informatie este elementul prin care se poate raspunde unui obiectiv, unei sarcini, unui scop. Informatiile se obtin, desigur, prin procesarea datelor primare. Modul de procesare a datelor se stabileste in functie de informatia care se doreste a fi obtinuta. La randul sau, informatia, ca forma si continut, se stabileste in functie de utilizatorul informatiei si trebuie sa raspunda dezideratelor acestuia. Ca urmare, fluxul informational aferent sistemului complet de monitorizare a calitatii aerului devine, de fapt, o componenta a acestui sistem care ii asigura atingerea scopurilor pentru care a fost creat. Pentru a facilita informarea publicului s-a aprobat Normatinul de indici de calitate a aerului (ORD.1095/2007). Pentru aceasta se recurge, la nivel local, la proiectarea retelelor de monirorizare a calitatii aerului.

4. Proiectarea retelei de monitorizare a calitatii aerului

Principii de proiectare

Supravegherea calitatii aerului si inglobarea sa in activitatea de monitorizare integrata necesita retele adecvate scopului. Principiul care sta la baza proiectarii retelelor de monitorizare a aerului din tara noasta este criteriu cost - eficienta (Pop, 1999). In functie de costuri, implementarea si dezvoltarea retelei se face etapizat ca numar de puncte de prelevare, tip de aparatura si gama de poluanti (Figura 3). In acest scop se stabileste o ordine de prioritati pentru problemele specifice fiecarei retele, stabilindu-se un numar minim de puncte de recoltare. Pentru inceput se urmaresc doar poluantii majori si care se pot analiza cu dotarea pe care o avem la dispozitie. Pe masura ce dotarea se imbunatateste, se va diversifica natura poluantilor care se pot monitoriza si treptat va creaste si numarul punctelor de prelevare.

Figura Proiectarea unei retele de monitorizare a aerului.

Implementarea retelei de monitorizare a aerului, precum si dezvoltarea celor existente se face in trei etape:

I. Etapa I pentru care se urmareste indeplinirea urmatoarelor obiective:

Determinarea calitatii aerului din zonele urbane si industriale;

Respectarea standardelor nationale de calitate a aerului;

Dezvoltarea strategiilor de control al surselor si de reglementari la nivel local si national;

Evaluarea eficientei masurilor de control al surselor.

Pentru realizarea acestor obiective se stabileste un numar relativ redus de puncte de prelevare, gama minima de poluanti pentru care prelevarile se pot face la 24 ore in mod manual si pentru care metodele de analiza sunt standardizate dar nu sunt automate.

II. Etapa II. Obiectivele acestei etape sunt:

Stabilirea si utilizarea procedurilor de alerta pentru prevenirea poluarilor accidentale;

Studiul si evaluarea efectelor poluarii asupra omului si a mediului;

Modelarea matemetica a dispersiei poluantilor la scara locala in conditii de variabilitate a parametrilor meteo, a surselor de emisii si a reliefului.

Pentru realizarea acestor obiective este nevoie de un numar mai mare de puncte de prelevare pentru care frecventa prelevarii este de 30 minute, sau se realizeaza masuratori continue. Prelevarile de 30 de minute se fac manual (pompe de prelevare programabile), insa pentru urmarirea in mod continuu a concentratiei de poluanti este nevoie de aparate de prelevare automata (monitoare).

III. Etapa III reprezinta o etapa finala privind structura si operarea retelei si are ca obiective:

Studiul de interferenta a mai multor surse si amplasarea punctului de monitorizare a calitatii aerului in aceste puncte;

Stabilirea standardelor de calitate a aerului pentru protejarea tuturor factorilor de mediu.

In zonele cu probleme deosebite, aceasta etapa va cuprinde utilizarea exclusiva a metodelor de prelevare automate, precum si masurarea concentratiilor pentru intreaga gama de poluanti. Se vor efectua cercetari legate de transformarile chimice ale poluantilor si determinari ale dispersiei poluantilor pe distante mari.

In tara noastra, la nivelul Agentiilor Regionale si Locale de Protectie a Mediului este realizata prima etapa. O parte din aceste institutii, care au fost dotate cu aparatura de prelevare automata a probelor, au trecut la etapa a II-a. Incepand cu anul 2007 s-a trecut la implementarea Etapei III prin instalarea statiilor automate de monitorizare a calitatii aerului in toate judetele tarii.

Reteaua de monitorizare a aerului trebuie sa fie proiectata astfel incat cu datele obtinute sa poata fi reprodus cat mai exact campul concentratiilor din zona. Pentru aceasta este nevoie de evaluarea tendintei calitatii aerului si a strategiilor de control al surselor, precum si validarea modelelor de dispersie. In proiectarea unei retele de monitorizare a aerului la nivel local trebuie sa se tina seama de:

Numarul si pozitia punctelor de prelevare;

Frecventa de recoltare a probelor;

Baza instrumentala;

Personalul necesar;

Baza de date;

Fluxul informational.

Dintre acestea, primele doua sunt esentiale. Numarul si frecventa de recoltare sunt determinate pe de o parte de tipul de poluanti specifici zonei si de accesibilitatea la zonele de impact, iar pe de alta parte de numarul personalului disponibil, al aparaturii, tehnicilor de analiza si nu in ultimul rand de costurile acestor activitati. Pentru stabilirea numarului si pozitiei punctelor de recoltare nimeni nu a stabilit vreodata un procedeu detaliat. Sunt cunoscute cateva prioritati general valabile:

zone cu concentratie mare a poluantilor (stabilite prin modelarea dispersiei si studii privind transportul poluantilor);

zone dens populate;

locuri situate pe traseele principale ale curentilor de aer la intrare in zone urbane;

zone destinate dezvoltarii administrative sau economice.

Reteaua astfel proiectata trebuie sa estimeze corect contributia surselor individuale la campul global de concentratii, pentru a putea actiona asupra emisiilor.

5. Relatia intre SCMCA si SMIM

Dat fiind ca atmosfera, componenta esentiala a mediului, este cel mai larg si in acelasi timp cel mai aleator vector de propagare a poluantilor, ale caror efecte sunt resimtite in mod direct si indirect de om si de toate celelalte componente ale mediului, SCMCA trebuie sa reprezinte unul dintre subsistemele de baza ale sistemului de monitoring integrat al mediului pentru toate nivelele de supraveghere: local, regional si global.

Conectarea SCMCA la SMIM se face prin modulul "efecte" (vezi Fig.2) care vizeaza: populatia, fauna, flora, apa, solul, materialele si constructiile.

 Criteriile pentru realizarea acestei conexiuni sunt:

• asigurarea coincidentei spatiale a cel putin unora dintre punctele de monitorizare imisii cu punctele de monitorizare a celorlalte componente biotice si abiotice ale mediului si cu perimetrele rezidentiale in care este necesar sa se efectueze studii epidemiologice;
• utilizarea modelarii dispersiei in scopul completarii datelor si informatiilor necesare evaluarii efectelor poluarii aerului;
• asigurarea continuitatii masuratorilor in punctele cuprinse in SMIM;
• programele de monitorizare aer vor include in principal urmarirea poluantilor cu cea mai mare ubicuitate, cu potential toxic ridicat si cu potential de acumulare de catre receptor, vizand gazele, aerosolii, depunerile umede si uscate;
• programele de monitorizare a celorlalte componente de mediu vor urmari in primul rand acei poluanti atmosferici posibili a fi acumulati, ei sau produsii lor proveniti din transformari chimice sau fiziologice;
• gama de poluanti si frecventa probelor vor fi stabilite in functie de nivelul de supraveghere si de receptor.

Au aparut recent ghiduri si normative de inventariere a emisiilor de poluanti care faciliteza elaborarea inventarelor de emisii. Acestea la randul lor integreza sistemul complet de monitorizare a calitatii aerului din Romania in sistemul de monitorizare european a calitatii atmosferei.

4. Sursele de poluare a atmosferei

Exista mai multe criterii de clasificere a surselor de poluare a atmosferei. Acestea sunt:

dupa origine

a.       surse naturale: omul si animalele (CO₂, virusi), plantele (ciuperci microscopice, polen, substante organice si anorganice), solul (virusi, pulberi), apa (aerosoli incarcati cu saruri), descompunerea materiilor organice vegetale si animale (CH₄, H₂S, NH₃, etc.), vulcanismul (cenusa, NO_x, SO_x, CO, CO₂, etc.), radioactivitatea terestra si cosmica (²²⁶Ra, ²²⁸Ra si descendenti, ¹⁰Be, ³⁶Cl, ¹⁴C, ³H, ²²Na, etc.), descarcari electrice (O₃), furtunile de praf si nisip (pulberi si praf).

b. surse antropice: evacuarile in atmosfera de produse ale activitatii umane.

dupa forma

a.       surse punctuale: sunt considerate acele sisteme de dirijare (conducta, cos) a caror gura de evacuare are dimensiunile neglijabile in comparatie cu topografia locului.

b. surse liniare: sursa a carei dimensiune in plan orizontal nu poate fi neglijata in comparatie cu topografia locului (artera de trafic).

c.       surse de suprafata: sursa a carei dimensiuni nu pot fi neglijate in comparatie cu topografia locului (un oras privit la scara unei zone).

d. surse de volum: sursa care emite poluanti atmosferici in cele trei dimensiuni

dupa mobilitate

a.       surse fixe sau stationare: industriale, agricole.

b. surse mobile: mijloace de transport rutier, feroviar, naval si aerian.

dupa inaltime (h):

a.       surse la sol: ex. agricultura;

b. surse joase, h ≤ 50 m;

c.       surse medii, 50 m < h ≤ 150 m;

d. surse inalte, h > 150 m.

dupa regimul de functionare

a.       surse continuue: surse cu emisii constante pe perioade mijlocii sau lungi de timp (zile, luni, sezon, ani);

b. surse intermitente: surse cu intreruperi semnificative ca durata in programul de functionare (ore, zile, luni);

c.       surse instantanee: emisia are loc intr-un interval scurt de timp (minute) dupa care ea inceteaza

dupa tipul de activitate

a.       arderea combustibililor fosili (carbune, produse petroliere, gaze naturale): CO₂, CO, SO_x, NO_x, N₂O, compusi organici volatili (COV), pulberi. Cele mai mici emisii de gaze la arderea combustibililor sunt date de gazul metan fara aditivi (Tabelul 4).

Tabelul 4. Gazele de emisie la arderile de combustibililor (dupa Visan si colab., 2000).

b. trafic: CO, NO_x, N₂O, COV, pulberi, Pb (benzina), SO_x (motorina);

c.       petrochimie: COV, SO_x, NO_x;

d. chimie organica si anorganica: poluanti specifici fiecarui profil de productie;

e.       metalurgie primara feroasa (pulberi cu continut de Fe, COV, SO_x, NO_x) si nefieroasa (pulberi cu continut de Pb, Cd, As, Zn, SO_x, NO_x);

f.       industria materialelor de constructii: pulberi, CO₂, CO, SO_x, NO_x, F (industria sticlei);

g. extractia, transportul si distributia petrolului si gazelor naturale: hidrocarburi;

h. producerea si utilizarea substantelor reducatoare ale stratului de ozon: clorofluorocarburi, tetraclorura de carbon, metilcloroform, etc.

i.        agricultura: NH₃, NO_x, CH₄, pesticide, etc.

Sursele mobile imprastie la distante mari poluantii. Din aceasta categorie fac parte: mijloacele de transport. Vantul, apa si animalele (pasari, pesti, insecte) sunt considerate de unii autori surse mobile de poluare (Visan si colab., 2000), iar de altii doar vectori de propagare a poluarii (Varduca, 1999).

Imprastierea sau dispersia poluantilor este influentata de temperatura, miscarile aerului (vanturi si turbioane) si miscarea de rotatie a Pamantului. Dispersia poluantilor in plan orizontal este diferita pentru poluantii proveniti din surse fixe si pentru cei proveniti din surse mobile (Figura 4).

Dispersia poluantilor este in functie de starea lor de agregare si de dimensiunea lor: particulele solide mari vor cadea imediat langa sursa, cele mai mici din ce in ce mai departe, particulele lichide se vor dispersa la distante mari, iar cele gazoase la distante si mai mari poluand o arie mult mai mare.

Figura 4. Dispersia poluantilor in plan orizontal

Daca exista mai multe surse de poluare apropiate, zona dintre ele sufera impurificarea cu poluanti proveniti de la toate sursele, rezultand o poluare intensificata. Pe langa sursele multiple de poluare, intensificarea poluarii se poate realiza si din cauza reliefului sau altor obiecte care impiedica dispersarea, precum si a fenomenelor meteo favorabile poluarii (lipsa curentilor de aer, ceata, inversia termica).

Un alt efect, mult mai periculos al prezentei concomitente a mai multor poluanti, este efectul sinergic. Acesta face ca unii poluanti, desi fiind sub limitele admise, sa produca, in prezenta altora, efecte nocive amplificate, echivalente cu efectele produse de concentratii peste limitele admise. De exemplu, SO_X si NO_x in prezenta hidrocarburilor prezinta efect sinergic. Un alt exemplu este NO₂ in prezenta pulberilor in suspensie, a SO₂ in prezenta fluorurilor sau a pulberilor in suspensie, HCl in prezenta aerosolilor de acid azotic si acid sulfuric, etc (STAS 12574-87). Pentru aceste cazuri speciale, limita maxima admisibila se calculeaza cu formula:

Modelarea dispersiei poluantilor in aer

Imprastierea poluantilor de la sursa se numeste dispersie. Dispersarea poluantilor emisi in atmosfera se afla sub influenta parametrilor fizici care definesc starea dinamica si termica a aerului din zona. Prezenta unei game largi de poluanti in gazele de evacuare, caracterizate de eliminari intermitente ridica probleme legate de stabilirea exacta a compozitiei efluentului. Factorii principali care influenteaza dispersia poluantilor in aer sunt grupati in trei categorii:

Parametrii meteo: viteza si directia vantului, temperatura aerului, nebulozitatea, radiatia solara, umiditatea si presiunea.

Rugozitatea terenului (teren plat, teren cu vegetatie, teren complex) care determina modificari ale curentilor de aer si implicit a turbulentei aerului. Aceste modificari se iau in considerare la aprecierea coeficientilor de dispersie si se reflecta in rezultatele calculelor de dispersie.

Particularitati privind sursele de emisie: dimensiuni geometrice (diametru si inaltime) si parametrii fizico-chimici ai efluentului (viteza, temperatura, tip de poluant, debit masic, concentratie).

Modelarea dispersiei are la baza modele tipizate. Acestea trebuie sa corespunda cerintelor normelor interne si internationale privind calculele de prognoza pentru surse de emisie dirijata sau chiar nedirijata. Modelele ofera posibilitatea de calcul a campului de concentratii si de stabilire a zonelor de depasire a concentratiei maxime admise (CMA), in conditii de variabilitate a parametrilor meteo, a rugozitatii terenului si a parametrilor tehnologici ai sursei de poluare, luand in calcul, daca este cazul, si fondul de poluare existent in zona. Aceste modele de dispersie corect proiectate, ofera informatii pretioase privind zonele de interferenta a mai multor surse de poluare si permit identificarea surselor ce se fac vinovate de emisiile ce determina depasiri ale CMA la imisii. Modelele de dispersie pot sa fie de trei categorii: deterministe, statistice si fizice. Din cauza multitudinii variabilelor de care trebuie sa se tina seama in proiectarea acestor modele, specialisti au recurs la unele simplificari care le fac aplicabile doar in anumite conditii sau cu anumite aproximari.

De exemplu, programul de baza al retelelor de monitorizare, comun tuturor zonelor urbane de dimensiuni mari, trebuie sa cuprinda urmatorii poluanti: CO, SO₂, NO_X, O₃, NH₃, COV, compusi organici clorurati, pulberi totale in suspensie, funingine, Pb, pulberi sedimentabile si poluanti specifici industriilor din zonele respective. Legislatia din tara noasta a stabilit aglomerarile si clasificarea aglomerarilor si zonelor pentru evaluarea calitatii aerului prin ORD.745-2002. Conform acestui ordin au fost stabilite pe teritoriul Romaniei 11 aglomerari urbane in scopul evaluarii si gestionarii calitatii aerului in cadrul Sistemului Natinal de Gestionare Integrata a Calitatii Aerului:

zona Bucuresti si comunele suburbane;

zona Ploiesti cu comune suburbane;

zona Pitesti cu comune suburbane;

zona Constanta cu comune suburbane pana la municipiul Mangalia;

zona Craiova inclusiv Isalnita;

zona Braila si Galati cu comune suburbane;

zona Iasi cu comune suburbane;

zona Baia Mare cu comune suburbane;

zona Cluj-Napoca cu comune suburbane;

zona Timisoara cu comune suburbane;

zona Brasov cu comune suburbane.

Pentru fiecare din aceste zone s-au facut incadrari ale localitatilor in vederea evaluarii calitatii aerului in Romania. De exemplu, pentru zona Cluj-Napoca, incadrarea se face conform ORD.351/2007.

Efecte ale poluarii

Poluantii atmosferici determina efecte directe sau imediate si efecte indirecte sau pe termen lung (Ardelean, 2000).

Efecte directe (imediate)

Dioxidul de sulf (SO₂)

Dioxidul de sulf este un gaz iritant care ataca mai ales caile respiratorii. La concentratii de peste 10.000 μg/m³ (concentratie depasita de obicei numai la locurile de munca) pot sa apara bronhoconstrictie, bronsite si traheite chimice. Prezenta simultana a SO₂ si a particulelor in suspensie (gazele de ardere) are un efect sinergic, determinand cresterea morbiditatii prin afectiuni cardiorespiratorii si a deficientelor functiei pulmonare.

La nivelul plantelor, in mediile apoase din tesuturi si sub actiunea enzimelor, au loc procese reversibile de absorbtie/desorbtie prin care SO₂ (forma toxica) si sulfiti sau acid sulfuros (forme relativ netoxice), se transforma una in alta. Efectele produse sunt: necroze, reducerea cresterii, cresterea sensibilitatii la agenti patogeni.

Dioxidul de azot (NO₂)

Prezenta NO₂ in aer induce modificari in functia respiratorie si are actiune sinergica in amestec cu ozonul si/sau pulberile in suspensie. Expuneri pe termen lung conduc la efecte asupra plamanului, splinei, ficatului si sangelui.

La plante, prezenta NO₂ pana la o anumita limita este benefica, contribuind la cresterea acestora. Peste valoarea de 95 μg/m³ pe interval de 4 ore apar efecte fitotoxice vizibile, cum ar fi clorozele si necrozele (Rojanschi si colab., 1997). Aceste efecte sunt produse datorita reducerii fotosintezei si a procesului de transpiratie.

Monoxidul de carbon (CO)

In marile orase, cea mai mare contributie la impurificarea atmosferei cu CO o are traficul rutier. Inhalarea monoxidului de carbon de catre animalele cu sange cald determina formarea carboxihemoglobinei, compus toxic care la o concentratie mai mare de 10% produce efecte cardiovasculare, neurocomportamentale, fibrinoliza.

Efectele toxice ale CO asupra plantelor nu se cunosc.

Ozonul (O₃)

Ozonul este un oxidant puternic care poate reactiona cu orice fel de clasa de compusi, inclusiv cu cei biologici. O₃ actioneaza asupra aminoacizilor, proteinelor, enzimelor, etc. determinand oxidarea gruparilor SH si modificand astfel proprietatile acestor compusi. De exemplu, membranele celulare sunt compuse din proteine care daca sunt modificate din punct de vedere structural pot determina liza celulara sau impermeabilizarea acesteia, ambele avand consecinte grave asupra schimbului ionic de la nivelul celulei. De asemenea, ozonul poate oxida si acizii grasi polinesaturati la acizi grasi peroxidici toxici pentru organisme. La concentratii mai mari de 200 μg/m³ apar iritatii ale ochilor, nasului si gatului (Rojanschi si colab., 1997).

La plante, efectul ozonului s-a pus in evidenta numai prin sinergismul determinat in prezenta oxizilor de azot si de sulf. Valoarea limita a prezentei simultane a celor trei substante este: 30 μg NO₂/m³ + 30 μgSO₂/m³ + 60 μg O₃/m

Compusii organici volatili (COV)

Efectele produse de compusii organici volatili apar la concentratii mari, mai ales la locurile de munca. Din arderea produselor petroliere pot aparea: benzapirenul, carbazol, acridina, nitroderivati. Acesti compusi pot avea efecte mutagene si cancerigene, cum este cazul benzapirenului, care detine primul loc.

Hidrogenul sulfurat (H₂S)

Provine din: activitatea vulcanica, procese de putrefactie, rafinarii de titei si de la cocsificarea carbunelui. Efectele nocive sunt mai pronuntate la om decat la alte vietuitoare. Prezenta hidrogenului sulfurat este sesizabil pana la o concentratie de 45 g/m³, dupa care mirosul caracteristic nu se mai sesizeaza, dar efectul toxic ramane. Provoaca imbolnaviri grave de tip neuroastenic.

Funinginea

Provine din arderea incompleta a combustibililor solizi in termocentrale si instalatii casnice, precum si din utilizarea carburantilor (gaze de esapament). Industria cauciucului si a cernelurilor tipografice sunt alte surse care produc poluare cu negru de fum. Fununginea produce afectiuni pulmonare si ale cailor respiratorii.

Fumul

Este format din particule mici de carbune nears, funingine, saruri minerale, vapori de apa, etc. dispersate in gazele de ardere evacuate. El are miros specific. Particulele solide care constituie fumul au dimensiuni mai mici de 0.01 μ si pot fi precipitate electric. Provine mai ales din arderea combustibililor si poate contine cantitati mici de hidrocarburi policiclice aromate cu actiune cancerigena (3,4-benz(a)piren). Fumul deterioreaza prin coroziune piatra, materialele de constructii, picturile si chiar sticla. In asociatie cu alti poluanti gazosi, fumul contribuie la accelerarea fenomenului de degradare a cladirilor si a monumentelor istorice si de arta. Este de referinta cazul Obeliscului Cleopatrei care s-a deteriorat mai mult de la finele secolului al XIX-lea, cand a fost adus la New York, decat in cei 2000 de ani cat a stat in Egipt.

Pulberile

Sunt deosebit de periculoase daca contin metale grele (in special Pb, Cd si Cr). Daca aceste pulberi contin particule fine de silice, calcar, gips sau argila, ele pot provoca alterari mecanice ale aparatului respirator. Praful de cimentul provenit de la instalatiile de fabricatie determina, in plus scaderea transparentei atmosferei aducand prejudicii culturilor de plante prin diminuarea proceselor de fotosinteza.

Plumbul (Pb)

Provine de la fabricarea acumulatorilor, a grundurilor anticorozive, din industria extractiva si din cea a carburantilor. Existent in pulberile din aer, este foarte nociv reducand rezistenta organismului la infectii, afectand sistemul nervos si micsorand capacitatea de oxigenare a sangelui prin transformarea ireversibila a hemoglobinei. Are actiune sinergica cu NO_x.

Mercurul (Hg)

Sursa de poluare o constituie instalatiile de obtinele a mercurului, industria meterialelor clorosodice (catodul de mercur folosit la electroliza), sinteza fungicidelor si agentii de transfer termic de la reactoarele nucleare. La nivelul organismelor vii, mercurul blocheaza grupele -SH din aminoacizi, deregland mecanismele reactiilor redox si producand grave perturbari metabolice. Este foarte interesant ca, pentru combaterea poluarii cu mercur la locurile de munca se utilizeaza "gazarea" incaperilor cu hidrogen sulfurat, urmata de ventilarea puternica a spatiilor afectate!

Efecte indirecte (pe temen lung)

a.      Efectul de sera

Soarele trimite pe Pamant energie luminoasa care permite desfasurarea normala a procesului de fotosinteza, determina circulatia maselor de aer si circuitul apei in natura. O parte din energia solara este reflectata spre spatiul cosmic. Aceasta energie reflectata se situeaza in domeniul radiatiilor calorice (infrarosii). Unele gaze din atmosfera (CO₂, CH₄, NO_X si hidrocarburile cloro-fluorurate - CFC) nu permit trecerea radiatiei calorice pe care o absorb, realizandu-se astfel incalzirea straturilor inferioare ale atmosferei, efectul numindu-se "efect de sera". Ponderea poluantilor gazosi la producerea efectului de sera este redat in Tabelul 5.

La prima vedere efectul de sera este un fenomen natural pozitiv, fara de care Pamantul nu ar putea fi locuit. In absenta acestui efect, temperatura medie anuala ar fi de -17°C; in prezenta lui temperatura medie anuala este de +15°C. Daca initial, orice incalzire

Tabelul 5. Contributia poluantilor la producerea efectului de sera (Visan si colab., 2000).

exagerata a atmosferei, datorita efectului de sera, a putut fi mascata de capacitatea oceanelor de a absorbi caldura (in fond exista echilibre stabile de milenii, prin care pierderile de caldura, prin reflectarea luminii solare de catre calotele glaciare, zone desertice, praf vulcanic, sunt compensate de absorbtia luminii solare de catre paduri si oceane), astazi efectul de sera este amplificat si de contributia altor produse artificiale. Daca CH₄ - unul din poluanti cu pondere insemnata la producerea efectului de sera - este prezent in atmosfera dintotdeauna (produs de mlastini si de fermentatia din procesul de hranire a rumegatoarelor si termitelor), NO_x a aparut mai ales in urma dezvoltarii transporturilor, iar freonii (hidrocarburi cloro-fluorurate) au fost creati de om pentru a fi utilizati in diverse domenii (frigorifice, cosmetice). Se cunoaste ca atat NO_x cat si freonii afecteaza puternic stratul de ozon, astfel ca masurile care vor fi luate vor contribui la diminuarea cumulata a poluarii. La scara mondiala, emisiile gazelor cu efect de sera depind de:

Numarul populatiei

Activitatea economica (nivel si intensitate)

Cantitatea de energie consumata pentru activitatea economica

"intensitatea carbonului", adica raportul dintre cantitatea de carbon emis (kg sau t) si unitatea de energie.

Acesti factori ne conduc si la modalitatile de reducere a emisiilor printre care cele mai importante sunt cresterea eficientei energetice in economie si reducerea "intensitatii carbonului" prin emisii mai mici. Din ultimele studii s-a constatat faptul ca emisiile de gaze cu efect de sera nu depind mai ales de numarul populatiei, ci de nivelul de trai si de consum de energie.

De exemplu: in SUA, tara cu aproximativ 250 milioane de locuitori, totalul emisiilor de carbon este 1,4 miliarde de tone carbon pe an, in timp ce in China, tara cu o populatie de 4 ori mai mare emisiile sunt de 0,6 tone carbon pe an. Deci, pe cap de locuitor, SUA emite de 10 ori mai mult carbon decat China (Pennell, 2005).

Pe viitor evolutia emisiilor depinde de modul si viteza de dezvoltare a economiei Chinei si Indiei, tari cu populatie numeroasa si economie slab dezvoltata.

Ritmul de crestere a temperaturii medii anuale pe glob datorita efectului de sera este redat in Tabelul 6.

Tabelul 6. Cresterea temperaturii medii anuale pe glob.

Incalzirea atmosferei terestre preconizata pana in anul 2050, ar putea determina topirea calotei glaciare si cresterea nivelului oceanelor cu 1-2 m. Aceasta ar avea efecte globale deosebite pe care cu greu le putem aprecia.

In acest sens a avut loc in februarie 2007 la Paris reuniunea oamenilor de stiiinta sub egida IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). Acestia au lansat un avertisment fara precedent privind necesitatea adoptarii unui nou acord international care sa stabileasca noi limite pentru emisiile de gaze cu efect de sera, cu atat mai mult cu cat Protocolul de la Kyoto nu a fost adoptat in unanimitate (SUA si Turcia). 46 de natiuni au cerut la ONU reguli mai dure pentru mediu, avand in vedere riscurile pentru sanatate, dar si de data aceasta au fost tari care s-au opus (SUA, China si Rusia).

Romania a aprobat, Planul National de Actiune privind Schimbarile Climatice (PNASC). prin H.G. 1877/2005. Acesta hotarare este in armonie cu directivele europene si stabileste actiunile ce sunt intreprinse de PNASC. Printre aceste actiuni se numara si aprobarea schemei UE privind comercializarea certificatelor de emisie si emiterea autorizatiei pentru emisiile de gaze cu efect de sera (DIRECTIVA 2003/87/CE si DIRECTIVA 2004/101/CE). In Romania, Regulamentul privind gestionarea si aprobarea Registrului national de emisii a gazelor cu efect de sera, precum si emiterea autorizatiei privind emisiile gazelor cu efect de sera s-au aprobat in anul 2007 prin ORDINUL 1477/2007 si respectiv ORDINUL 1897/2007.

b.      Ploile acide

Ploaia acida este definita ca precipitatia atmosferica cu pH-ul < 5.6. Pentru prima data termenul de ploaie acida a fost folosit de englezi la sfarsitul secolului al XIX-lea pentru a desemna caracterul acid al ploilor din regiunea Manchester. Caracterul acid al ploii este dat de dizolvarea gazelor SO₂ si NO₂ existente in aer, care formeaza acidul sulfuric si respectiv acidul azotic. Aceste gaze provin din arderea combustibililor cu sulf si din intensificarea traficului rutier. Ploile acide ataca in primul rand frunzele plantelor (prin blocarea sistemului respirator si perturbarea procesului de fotosinteza), dar si radacinile copacilor (prin neutralizarea elementelor nutrituve din sol). Efectul ploilor acide este mai puternic in zonele reci, unde concentratia de amoniac din aer este mai mica din cauza incetinirii proceselor de descompunere a materiei organice moarte. Ploile acide afecteaza si fauna. Pestii din lacuri sunt foarte sensibili la conditiile de pH din mediul lor natural, scaderea valorii acestui indicator determinand modificari comportamentale si chiar punand in pericol unele specii. In tara noastra se prevede reducerea cu 50% comparativ cu anul 1990 a suprafetelor unde incarcarile critice cu dioxid de sulf, oxizi de azot, compusi organici volatili si amoniac sunt depasite (HG.1856/2005 modificata cu HG.1879/2006).

Un efect negativ este produs si asupra solului, unde pH-ul scazut mobilizeaza aluminiu facandu-l accesibil plantelor si astfel putand ajunge in organismele animalelor. La om infectia cu aluminiu produce tulburari degenerative cu grave tulburari de memorie si dereglari mentale (boala Alzheimer).

c.       Degradarea stratului de ozon

Ozonul se formeaza in straturile superioare ale atmosferei, sub actiunea radiatiilor UV de mare energie. Reactia de formare a ozonului decurge in doua etape: formarea radicalului liber de oxigen si apoi a moleculei de ozon:

O₂ 2O

O₂ + O O₃

Ozonul se gaseste distibuit de la suprafata Pamantului pana la cca 20-25 km inaltime, unde se considera ca are 3 mm grosime uniforma. Grosimea stratului de ozon se masoara in unitati Dobson (u.D.) De exemplu, 211 u.D. reprezinta o grosime de 2,11 mm. Prezenta ozonului in atmosfera inalta este benefica pentru viata pe Pamant, functionand ca un strat protector impotriva razelor UV. Aceste raze sunt foarte agresive producand arsuri, cancer al pielii, cataracta si slabirea sistemului imunitar. In 1985 s-a pus in evidenta existenta unei gauri in stratul de ozon cu centrul deasupra Antarcticii. Cauzele diminuarii concentratiei de ozon sunt cresterea concentratiilor NO_x, CH₄ si mai ales a freonilor care au o persistenta in aer de aproape 100 de ani. Aceste substante se descompun sub influenta radiatiilor UV cu formare de radicali liberi. Acesti radicali liberi intra in competitie cu radicalul de oxigen si duce la diminuarea sau chiar inhibarea reactiei de obtinere a ozonului. La nivel international, prin Conventia privind substantele care epuizeaza stratul de ozon adoptata la Viena in anul 1985, Protocolul privind substantele care epuizeaza stratul de ozon adoptat la Montreal in anul 1987 (Legea nr.84/1993) si Amendamentul la Protocolul de la Montreal privind substantele care epuizeaza stratul de ozon adoptat la Londra in anul 1990 (Legea nr.159/2000) s-a luat hotararea reducerii cu 50% a productiei de freoni fata de productia din 1986 si eliminarea treptata a folosirii lor. In prezent, exportul de freoni catre tara noastra este controlat prin inventarierea produselor apatinatoare celor 3 grupe de substante si monitorizarea destinatiei acestora. Contingentarea consumului si productiei de substante care epuizeaza stratul de ozon este reglamentat anual prin Ordin al Ministrului Mediului (ORD. 9/2002, ORD. 1202/2002, ORD. 72/2004, HG. 58/2004 si ORD.304/2006).

In tara noastra, emisiile precursorilor de ozon sunt limitate de H.G. 1856/2005 (transpunerea DIRECTIVEI2001/81/CE). Astfel, concentratia ozonului la nivelul solului nu trebuie sa depaseasca 2,8 ppm.h pentru a nu avea efecte asupra sanatatii sau 10 ppm.h pentru a nu avea efecte asupra vegetatiei.

7. Prevenirea si combaterea poluarii atmosferice

Pentru prevenirea si combaterea poluarii atmosferei se folosesc o serie de metode care tin cont in primul rand de starea de agregare a poluantului, ca si de natura chimica, concentratie, si de prezenta mai multor poluanti in acelasi efluent gazos. In general se folosesc metode fizico-mecanice, pentru indepartarea poluantilor solizi si lichizi antrenati de gaze si metode fizico-chimice pentru indepartarea poluantilor gazosi din diversi efluenti (Figura 5).

Metodele fizico-mecanice utilizate in practica se bazeaza fie pe separarea gravitationala si centrifugala a pulberilor antrenate de gaze, fie pe filtrarea particulelor solide foarte fine sau a picaturilor lichide antrenate de acestea. Pentru indepartarea poluantilor gazosi se utilizeaza metode speciale.

Figura 5. Clasificarea metodelor de prevenire si combatere a poluarii atmosferei.

Separarea gravitationala si centrifugala are in vedere sedimentarea particulelor solide prin actiunea diferentiata a fortelor gravitationala si respectiv centrifuga asupra particulelor cu dimensiuni si greutati diferite. Astfel, pentru particule mari (10-1000 μm) se folosesc camere de desprafuire, aparate cu sicane, cicloane, filtre saci, iar pentru particule fine si picaturi de lichid (1-10 μm) se folosesc turnuri de spalare, filtre electrostatice si evaporatoare sonice. Eficacitatea acestor utilaje este in functie de temperatura gazelor evacuate, limita maxima la care acestea functioneaza fiind de 600°C. Aparatele folosite pentru aceste tipuri de separare, chiar si in conditii optime, nu pot retine decat maximul 96-99% din pulberi, restul ajungand in atmosfera.

In prezent, cea mai avansata metoda de epurare a gazelor consta in utilizarea electrofiltrelor. Functionarea lor se bazeaza pe ionizarea gazelor sub actiunea unui camp electric de inalta tensiune. Avantajele folosiri acestor utilaje sunt: consumul redus de energie (0.1-0.4 Kwh/1000m³ de gaz), eficienta retinerii particulelor cu diametru mai mic de 2 μm si faptul ca se pot utiliza si pentru gaze cu temperaturi de 1000°C. Principalul dezavantaj este costul ridicat al investitiilor datorita controlului riguros al conditiilor de lucru (tensiunea curentului, viteza gazelor).

Metodele fizico-chimice se folosesc in special pentru eliminarea unor poluanti gazosi: SO_2, H₂S, CO, Cl₂, NH₃, HCl etc. Procedeele folosite in acest scop sunt absortia in solventi selectivi, adsorbtia folosind materiale cu capacitate de adsorbtie mare si procedee catalitice.

Adsorbtia este favorizata de scaderea temperaturii si de folosirea substantelor cu suprafata mare de adsorbtie, cum sunt: carbunele activ (100-300 m²/g), zeolitii, silicagelul, oxidul de aluminiu, pamanturile silicioase, mica, etc. Pentru marirea suprafetelor active, adsorbantii se pot impregna cu alte substante active. De exemplu, carbunele activ poate fi impregnat cu: brom, iod si acetat de plumb pentru retinerea mai eficienta a acetilenei, mercurului si respectiv a hidrogenului sulfurat. Oxidul de aluminiu impregnat cu permanganat de potasiu se foloseste in instalatiile de conditionare a aerului.

In cazul procedeului de absorbtie, contactul gazului cu solventul se realizeaza prin barbotare, trecere peste suprafete impregnate cu solvent sau pulverizarea solventului. Instalatiile in care au loc aceste procese se numesc turnuri sau cicloane. Acestea pot fi umplute cu diferite materiale cu scopul cresterii suprefetei de contact gaz-lichid.

Aceste metode se aplica mai ales la desulfurarea gazelor de combustie (retinerea SO₂) si a gazelor de cocserie si rafinarie (retinerea H₂S).

Purificarea gazelor de esapament (CO, RH, NO_x, aerosoli si Pb) se face mai ales prin procedee catalitice. S-a constatat practic ca, prin folosirea cartusului catalitic, concentratiile de CO, RH si NO_x au scazut cu 90, 90 si respectiv 50% (Tabelul 7).

Tabelul 7. Reducerea poluantilor gazosi din gazele de esapament rezultate in urma arderii benzinei.prin folosirea catalizatorilor

Reducerea poluarii atmosferei va trebui sa plece de la sursa de poluare. Pentru aceasta este necesar: retehnologizarea industriei, extinderea controlului automat a proceselor de productie, calificarea fortei de munca, cu alte cuvinte, prevenirea poluarii, si apoi introducerea de sisteme tehnice si organizatorice pentru combaterea poluarii.