Suspenderte partikler (totalt suspenderte partikler: TPS ) (eller partikler ) er en serie små faste kropper eller væskedråper spredt i atmosfæren . De er generert fra en eller annen antropogen aktivitet (forårsaket av "menneske", som for eksempel brenning av kull for å produsere elektrisitet) eller naturlig (som vulkansk aktivitet). [ 1 ]
Forurensende partikler er ikke fysisk og kjemisk identiske, men kommer i en lang rekke størrelser, former og kjemiske sammensetninger. Noen er helseskadelige , endrer atmosfærens egenskaper i sollys eller reduserer sikten. [ 2 ]
Interessen for atmosfæriske partikler skyldes de økende vitenskapelige resultatene om deres konsekvenser:
Effektene av suspenderte atmosfæriske partikler er:
Grove partikler begynner sin eksistens som enda grovere materie, siden de i utgangspunktet stammer fra oppløsningen av store fragmenter av materie. Mange av de store atmosfæriske støvpartiklene, spesielt i landlige områder, stammer fra jord eller stein . Menneskelige aktiviteter, som forbrenning av fossilt brensel [ 4 ] i kjøretøy eller kraftverk, stubbbrenning, kjøletårn , vedovner [ 5 ] og ulike industrielle prosesser genererer også betydelige mengder svevestøv. I tillegg til disse 2 primærkildene kan partiklene stamme fra sekundære reaksjonsprosesser av forurensende gasser i atmosfæren. [ 4 ]
Følgelig er grunnstoffsammensetningen til partiklene lik jordskorpen : høyt innhold av aluminium ( Al ), kalsium (Ca), silisium (Si) og oksygen (O), i aluminosilikatsalter .
I luften nær overflaten av havene er innholdet av fast natriumklorid (NaCl: vanlig salt ) høyt, siden den marine aerosolen tilfører NaCl-partikler, ved fordampning av sjøvann. Pollenet som sendes ut av planter inneholder også grove partikler, i området 10 til 100 µm ( mikrometer ) . Dimensjonsmessig er de fleste vulkanske askepartikler grove.
Kilden til grove partikler, inkludert naturlige – som de fra vulkanutbrudd – og de som er forårsaket av menneskelige aktiviteter – dyrking av jorden, knusing av steinbrudd osv. – kommer fra den øvre delen av jorda og steinene, som hever vind. I mange regioner er grove partikler kjemisk basiske , noe som betyr at de stammer fra kalsiumkarbonat og andre grunnleggende pH - mineraler i jorda.
I motsetning til opprinnelsen til grove partikler, som hovedsakelig er et resultat av nedbrytning av større, genereres fine partikler primært ved kjemiske reaksjoner og kondensering av mindre materialer, inkludert molekyler i damptilstand . Gjennomsnittlig organisk innhold i fine partikler er generelt høyere enn i store. For eksempel genererer den ufullstendige forbrenningen av karbonbasert brensel , som kull eller trekull , olje , bensin og diesel , mange små sotpartikler , som hovedsakelig er karbonkrystaller . De fine partiklene inneholder også tungmetaller. [ 4 ]
Følgelig er en av kildene til karbonholdige atmosfæriske partikler, både fine og grove, eksosgassene fra kjøretøy, spesielt de som kjører på diesel. En annen type viktige fine partikler suspendert i atmosfæren består hovedsakelig av uorganiske svovel- og nitrogenforbindelser .
Svovelarter stammer fra svoveldioksidgass (eller svoveldioksid : SO 2 ), generert i naturlige kilder (vulkaner) og ved forurensning i kraftverk og støperier . I løpet av timer til dager oksideres denne gassen til svovelsyre (H 2 SO 4 ) og til sulfater i luft. H 2 SO 4 beveger seg i luften ikke som en gass, men i små aerosoldråper, siden den er veldig ivrig etter vannmolekyler . [ 3 ]
Offentlige etater i mange land overvåker PM10 (eller PM 10 ) verdier, det vil si det totale innholdet av partikler mindre enn 10 µm, som tilsvarer hele spekteret av små fine partikler, kalt "inhalerbare partikler".
En typisk verdi for PM 10 i et byområde er 30 µm/m³ (mikrometer per kubikkmeter). Lovgivere bruker for tiden "PM 2.5"-indeksen, som bare inkluderer fine partikler, også kjent som "respirable partikler." [ 2 ]
Begrepet "ultrafin" brukes på partikler med svært små diametre, typisk mindre enn 0,05 µm.
De vanlige egenskapene til partikler er åtte: størrelse, størrelsesfordeling, form , tetthet , klebrighet , korrosivitet , reaktivitet og toksisitet . Det viktigste er størrelsesfordelingen. Generelt brukes den aerodynamiske diameteren til partiklene som et mål på størrelse.
Denne dimensjonen måles vanligvis i mikrometer ( 10-6 µm). Den nevnte måleenheten kalles også mikron. Den er veldig egnet for beskrivelsen av partikkelforurensning , fordi diameteren til mange av disse blodlegemene – som forblir suspendert i luften og innebærer fare – varierer fra 0,1 til 10 µm.
Større partikler har en tendens til å sette seg raskt, så de forårsaker ikke alvorlig skade på menneskers helse. I tabell 1 er det en presentasjon av størrelsesfordelingsegenskapene. Partikler spenner over fem størrelsesordener, fra mikrometer til meter. [ 6 ]
Selv om få av partiklene som er suspendert i luft er nøyaktig sfæriske i form , er det praktisk og konvensjonelt å betrakte dem alle for å være det. Den største diameteren til partiklene er deres viktigste egenskap. Basert på denne metriske ekvivalensen refererer " PM-10 " til partikler med diameter mindre enn 10 µm, og " PM-2,5 " til de med diameter mindre enn 2,5 µm.
Kvalitativt individuelle partikler er klassifisert som:
Noen eksempler på partikler er vist i tabellen nedenfor.
| gruppebeskrivelse | Komposisjon | HVEM | USEPA |
|---|---|---|---|
| tykk | støv, jord, avleiring | >2,5 μm | >10 µm |
| fint | Aerosoler, forbrenningspartikler, damper av kondenserte organiske forbindelser og metaller | <2,5 µm | <10 µm |
[ 7 ]
Opprinnelsen til partikler og mineraler stammer fra vindens virkning på jordoverflaten, gjennom utslipp i fortrengning. Den største ekstruderingen på global skala av denne typen partikler skjer i tørre eller halvtørre områder. Selv om den største utåndingen av mineralpartikler skjer i ørkenområder som Nord-Afrika, Midtøsten og Sentral-Asia, er det viktig å merke seg at et slikt fenomen også er betydelig i lokal skala i halvtørre områder.
Den granulometriske fordelingen av denne typen partikler etter deres utslipp i kildeområdet er relativt konstant. Den konsentrerer seg hovedsakelig om tre typer diametre: 1,5-6,7-14,2 µm. Disse partiklene er preget av grov granulometri (referert til masseinnhold av partikkelformig materiale). Den relative mengden av partikler av hver modalitet avhenger av vindens hastighet, slik at ved lave hastigheter forårsakes resuspensjon av partiklene med større diameter, og etter hvert som hastigheten øker, avgis partikler med mindre diameter.
Bortsett fra intensiteten til vindhastigheten, avhenger utslippet av partikler av mineralsk opprinnelse, blant andre jordfaktorer, av følgende:
Den kjemiske og mineralogiske sammensetningen til disse partiklene varierer fra region til region avhengig av jordsmonnets egenskaper og sammensetning, som vanligvis består av kalsitt (CaCO 3 ), kvarts (SiO 2 ), dolomitt [CaMg(CO 3 ) 2 , eller CaCO 3 • MgCO 3 ], leire (fremfor alt kaolinitt og illitt ) og lavere mengder kalsiumsulfat (CaSO 4 •2H 2 O: gips ) og jernoksider (Fe 2 O 3 : hematitt ), blant andre.
Opprinnelsen til disse partiklene er primære, siden de slippes ut direkte i atmosfæren. Selv om det meste av utslippene av mineralmateriale er av naturlig opprinnelse, er det nødvendig å vurdere eksistensen av en begrenset mengde kilder til partikkelformig mineralmateriale av menneskeskapt opprinnelse. [ 1 ]
Marine aerosol er den nest viktigste typen partikler når det gjelder mengden utslipp på global skala. Dens kjemiske sammensetning stammer fra dens opprinnelse: sjø- og havvann. I likhet med mineralpartikler er opprinnelsen til marine aerosolpartikler stort sett naturlig, og slippes ut direkte i atmosfæren (primærpartikler).
Det er to hovedfenomener for dannelse av denne typen partikler:
Dermed er mengden av partikler av marin opprinnelse i det oseaniske grenselaget direkte proporsjonal med vindhastigheten. Brudd på en enkelt luftboble i havet kan generere opptil 10 marine aerosolpartikler. [ 8 ]
Som allerede nevnt i den innledende delen, skyldes interessen for atmosfæriske partikler to årsaker: [ 2 ]
En studie fra 2018 bekreftet at langvarig eksponering for PM2.5- partikler forårsaker demens. En økning i eksponering på ett mikrogram per kubikkmeter på et tiår representerer en økning på 1,3 % i diagnosen demens. [ 9 ]
De mest sensitive personene er de med kronisk obstruktiv lunge- eller kardiovaskulær tilstand, influensa ( influensa ) eller astma, samt eldre og barn. I 41 europeiske land i 2015 døde 422 000 mennesker for tidlig av inhalering av disse partiklene, 81 % av de 518 700 dødsfallene fra luftforurensning det året. [ 10 ]
I tillegg utgjør partiklene et miljøproblem. For eksempel kan sot absorbere betydelige mengder giftige stoffer på sin uregelmessige overflate. Partikler av denne forurensningen er rikelig i avgasser og i branner. Forbrenning av kull produserer sot, i tillegg til SO 2 , hvis resulterende sulfataerosol, når det er tåke, kombineres med sot og forårsaker en " smog " med skadelige konsekvenser for helsen, spesielt hos personer med luftveisproblemer.
I 2021, i en felles publikasjon i Journal Environmental Research , konkluderte universitetene i Harvard , London College og Birmingham at partikler som beveger seg i gasser som varmer opp planeten forårsaker 20 % av globale for tidlige dødsfall [ 2 ]
Det er forskjellige generelle grunner til at man forstår hvorfor store partikler er mindre bekymringsfulle for menneskers helse enn små. Det er fordi:
Også svært viktig er egenskapene til gasskilden som inneholder partiklene. For å unngå problemer i kontrollenhetene må temperaturen og fuktighets- og gassinnholdet være kjent. En pose brukes vanligvis til å kontrollere de utslitte partiklene. Men i kalde måneder vil temperaturen på posen være lavere enn duggpunktet til gasstrømmen.
Under disse forholdene vil det dannes flytende saltsyre (HCl) inne i posen , som angriper posens struktur, og resultatet av dette er at dens varighet er kortere. Korrigerende tiltak må iverksettes for å holde posen over duggpunktet eller fjerne HCl fra gasstrømmen. [ 12 ]
Ulike typer utstyr brukes for å kontrollere PM 10 - partikkelutslipp . Som en oppsummering er metodene som brukes i de fremhevede enhetene nevnt nedenfor.
Generelt er mekaniske kontrollenheter rimeligere, men like effektive som masseoverføringsenheter . Hvert luftsystem må behandles på en spesiell måte, noe som krever utforming av en kontrollenhet spesielt for det. [ 11 ]