Oxidy síry

Ř Vznikají při spalování fosilních paliv a jsou hlavními látkami, které znečišťují ovzduší v městských oblastech na celém světě. Oxidy síry (SOx) a suspendované částice jsou částí složité směsi znečišťujících látek. Je vhodné je členit do tří kategorií:
a. oxid siřičitý,
b. kyselé aerosoly, které mohou vznikat oxidací oxidu siřičitého v atmosféře,
c. suspendované částice + SO2

Oxid siřičitý. Ř Úvod
Oxid siřičitý je bezbarvý plyn, mající ostrý dráždivý zápach (vznikající spalováním síry na vzduchu nebo pražením sulfidových rud v proudu vzduchu). Snadno se rozpouští ve vodě a může být oxidován uvnitř vodních kapiček rozptýlených v ovzduší. Oxid siřičitý vzniká spalováním fosilních paliv obsahujících síru, dále tavením nerostných surovin obsahujících síru a při dalších průmyslových procesech. Zdrojem emisí oxidu siřičitého může být rovněž vytápění domácností. tt = -72,5 o C; tv=-10,0 oC

Ř Zdroje
Ačkoli existují jisté přírodní zdroje oxidu siřičitého (např. sopky), které přispívají ke koncentracím v životním prostředí v daném regionu, z hlediska expozice lidí je hlavním zdrojem spalování fosilních paliv. V posledních 10-20 letech dochází k poklesu emisí ve velké části evropského regionu v důsledku změn druhů a množství používaných paliv. Význam má i změna složení zdrojů energie, neboť mnoho malých zdrojů bylo nahrazeno velkými zdroji, jako jsou např. elektrárny nebo teplárny. Výsledkem bylo znatelné snížení koncentrací oxidu siřičitého v mnoha velkých městech, která byla předtím silně znečištěna. Nyní v evropském regionu převládá větší rozptýlení polutantů způsobované jejich dálkovým přenosem.

Ř Výskyt v ovzduší
V důsledku změn emisních zdrojů jsou nyní průměrné roční koncentrace oxidu siřičitého v hlavních evropských městech převážně pod 100 µg/m3, zatím co dříve se pohybovaly v rozsahu 100 až 200 µg/m3. Podobně poklesly i hodnoty maximálních denních koncentrací, které sou nyní převážně v rozsahu 250-500 µg/m3. Výskyt oxidu siřičitého v ovzduší často doprovázejí zvýšené koncentrace oxidů dusíku (NOx)

Ř Kinetika působení a metabolismus
Absorpce oxidu siřičitého na povrchu nosních sliznic a sliznic horních cest dýchacích je důsledkem jeho rozpustnosti ve vodném prostředí. Tato absorpce závisí na koncentraci: v nosní dutině dochází k 85 % absorpci při 4-6 µg/m3 a k přibližně 99 % absorpci při 46 mg/m3. Pouze minimální množství oxidu siřičitého pronikne až do dolních cest dýchacích. Z dýchacích cest se oxid siřičitý dostává do krve.

Vylučování oxidu siřičitého se děje hlavně močí (po biotransformaci na sírany, k níž dochází v játrech).

Ř Účinky na zdraví
· Akutní účinky
Vysoké koncentrace oxidu siřičitého mohou vyvolat vážné poškození, jako je bronchokonstrikce, chemická bronchitis a tracheitis (záněty průdušek a průdušnic), jak bylo pozorováno v pokusech na zvířatech. Koncentrace oxidu siřičitého v rozsahu 2600-2700 µg/m3 způsobují klinické změny spojené s bronchospasmou u astmatiků. Zejména u kuřáků cigaret mohou vést k výskytu chronické bronchitidy.
Působí negativně na rostliny – zejména na lišejníky a jehličnany
· Smyslové účinky
Při koncentraci 10000 µg/m3 má oxid siřičitý ostrý a dráždivý zápach. Protože prahová úroveň zápachu oxidu siřičitého je několik tisíc µg/m3, není toto kritérium ve vztahu ke zdraví veřejnosti rozhodující.

Kyselý aerosol
Ř Úvod
Kyselý aerosol - kyselina sírová (H2SO4) je silná kyselina, která vzniká reakcí oxidu sírového (SO3) s vodou. Kyselina sírová je silně hygroskopická. V čistém stavu je to průzračná bezbarvá kapalina s bodem varu 330 °C. Hydrogensíran amonný (NH4HSO4), který je méně kyselý než kyselina sírová, je v čistém stavu krystalická tuhá látka s bodem tání 147 °C.

Ř Zdroje
Hlavní podíl emisí síry ze spalování paliv tvoří oxid siřičitý, který je v ovzduší dále oxidován na oxid sírový rychlostí 0,5 až 10 % za hodinu. Ve vlhkém vzduchu se tvoří kyselina sírová ve formě aerosolu, často spolu s dalšími polutanty v kapičkách či tuhých částečkách s širokým spektrem velikostí. Většina kyseliny sírové přítomné v ovzduší vzniká z oxidu siřičitého emitovaného při spalování. Mezi další přímé nebo primární bodové zdroje emisí kyseliny sírové patří závody na výrobu kyseliny sírové a průmysl, v němž se kyseliny sírové užívá, jako jsou továrny na hnojiva či pigmenty.
Kyselina sírová a produkt její částečné atmosférické neutralizace, hydrogensíran amonný, představují téměř celý silně kyselý podíl aerosolu v ovzduší. Vlastní produkt úplné neutralizace, síran amonný, (NH4)2SO4, je pouze slabě kyselý. Ostatní silné kyseliny v ovzduší, např. kyselina dusičná (HNO3) či chlorovodíková (HCl), jsou přítomny ve formě par, pokud nejsou absorbovány do kapiček mlhy.
Vzhledem ke své hygroskopičnosti je kyselina sírová v ovzduší vždy přítomna ve formě kapiček roztoku, jehož koncentrace se mění s vlhkostí ovzduší. Ř Výskyt v ovzduší
Současné průměrné úrovně kyselého aerosolu v Evropě a Severní Americe nejsou známy. Nejvyšší zaznamenaná úroveň H2SO4 ve Velké Británii byla 680 µg/m3 (hodinový průměr) v Londýně v r. 1962. V dřívějších letech se v Londýně vyskytovaly ještě vyšší úrovně. Maximální koncentrace se vyskytují v mlhách ve městech a po směru větru za elektrárnami spalujícími uhlí či topné oleje nebo za průmyslovými emisními zdroji.

Ř Kinetika působení a metabolismus
Průměr částeček aerosolu se v dýchacích cestách zvýší na dvoj- až čtyřnásobek, a tyto částice se deponují přednostně v dolních cestách dýchacích. Vylučováním amoniaku do dýchacích cest mohou být kapénky ještě před depozicí v jisté míře neutralizovány. Deponované volné kyselé kationty H+ reagují se složkami hlenu v dýchacím traktu. Část kationtů H+, která nepodlehla této reakci difunduje do okolních tkání. Ř Účinky na zdraví
- účinky na pokusná zvířata
· Akutní expozice
Mechanika dýchání - ke změnám plicní funkce, zvláště ke zvýšení plicní rezistence, dochází po akutních expozicích. Dráždivé účinky různých síranů se liší v důsledku rozdílných druhů a plemen zvířat a také rozdílů ve velikosti částic, pH, složení a rozpustnosti částic. Kyselina sírová dráždí dýchací cesty účinněji než sírany. Dráždivý účinek kyseliny sírové částečně závisí na velikosti částic, přičemž menší částice mají větší účinky.
· Subchronické expozice
Funkce samočisticího odstraňování částic - clearance. - účinky na lidské zdraví
· Akutní expozice
Mechanika dýchání - kyselina sírová a další sírany ovlivňují jak smyslové, tak dýchací funkce lidského organismu. Účinky na dýchací systém vyvolané expozicí aerosolům kyseliny sírové (350-500 µg/m3) zahrnují zvýšení rychlosti dýchání a snížení maximálního objemu při nádechu i výdechu Astmatici jsou podstatně citlivější k

expozicím a reagují většími změnami mechanických funkcí plic než zdraví jedinci a intenzivní cvičení účinky při dané koncentraci zesiluje. Tyto účinky jsou relativně malé a vymizejí přibližně do 15 minut. · Smyslové účinky
Prahová koncentrace pachu kyseliny sírové byla na základě několika studií odhadnuta na 750 µg/m3 - 3000 µg/m3

Suspendované částice
Ř Úvod
Suspendované částice představují složitou směs organických a anorganických látek. Rozdělujeme je na dvě skupiny: hrubé částice a jemné částečky. Menší částečky obsahují sekundárně vytvořené aerosoly, částice ze spalování a znovu zkondenzované organické či kovové páry. Větší částice obsahují materiál zemského povrchu a zvířený prach ze silnic a průmyslových závodů. Ř Zdroje
Suspendované částice vznikají z přírodních zdrojů (např. sopky či prašné bouře) či antropogenních zdrojů (např. elektrárny a průmyslové technologické procesy, provoz silničních vozidel, spalování uhlí v
domácnostech, průmyslové spalovny). Většina těchto antropogenních emisních zdrojů je soustředěna v urbanizovaných oblastech, kde žije velká část populace.

Ř Výskyt v ovzduší
Ve venkovských oblastech Evropy se hodnoty koncentrací částic ,,černého kouře” pohybují od hodnot téměř nulových do 10 µg/m3.

Ve velkých městech se roční průměrné koncentrace částic kouře pohybují od 10 do 40 µg/m3. Ř Kinetika působení a metabolismus
Jak bylo uvedeno výše, část vdechnutého aerosolu je deponována při styku se sliznicí dýchacích cest a zbytek je vydechován. Poměr dýchání ústy k dýchání nosem se zvyšuje při tělesné námaze a při mluvení.


Ř Účinky na zdraví
· Dlouhodobé účinky na zdraví vztažené k průměrné roční koncentraci oxidu siřičitého a suspendovaných částic
Mortalita (úmrtnost) - Při porovnávání údajů z různých měst několika zemí bylo zjištěno kolísání mortality zvláště v důsledku kardiorespiračních chorob. Morbidita (nemocnost) - Závěry ukazují, že k prokazatelnému zvýšení morbidity dochází tam, kde průměrné roční koncentrace černého kouře a oxidu siřičitého přesahují 100 µg/m3. Možnosti snížení emise síry při spalování
Ř Změna skladby zdrojů energie = Zvýšení podílu nespalovacích zdrojů – vodní, větrné a jaderné
Ř Změna paliv – výměna uhlí s vysokým obsahem síry za uhlí s nízkým obsahem síry (špatně dostupné), nebo uhlí zcela nahradit plynem
Ř Čištění paliv – zemního plynu, kyselých rafinérských plynů, odsíření kapalných paliv – lehkých a středních frakcí. Současné technologie čištění černého uhlí mohou odstranit až 50% anorganicky vázané síry, ale žádnou síru vázanou organicky
Ř Odsiřování odpadních plynů – odstranění již vytvořených oxidů síry – odstranění mokrými, suchými nebo polosuchými procesy a chemickými katalytickými procesy – tyto technologie mohou v některých případech vést ke snížení emisí CO2, NOx a dalších znečišťujících látek

Cyklus kyselého deště
Tento obrázek ukazuje některé zdroje látek, které jsou produkovány při lidské činnosti. Dým ze spalovaného uhlí stoupá z vysokých komínů. Kouř chrlí i komíny rodinných domů. Nákladní auto je zdrojem výfukových plynů. Každý druh kouře obsahuje chemikálie, z nichž mnohé jsou neviditelné. Na tomto obrázku byly ale schválně zvýrazněny. Plyny stoupají nahoru k obloze. Vítr je unáší velmi daleko. Při pohybu plynů atmosférou dochází k míšení s vlhkým vzduchem. Sluneční záření umožní chemickou přeměnu plynů, výsledkem jsou nové substance - kyseliny. Kyseliny jsou deštěm nebo sněhem smývány s oblohy. Někteří vědci definují kyselý déšť jako určitou formu srážek: rozlišují déšť sníh, mlhu, kroupy, ale také "prach" (ten má stupeň pH nižší než 5,6).