EKOLOGIE TECHNOLOGICKÝCH PROCESŮ

EKOLOGIE TECHNOLOGICKÝCH PROCESŮ
Ing. V. Kraus, CSc.
OBSAH
Str.
1
1
ÚVODNÍ ČÁST
1.1
Obory životního prostředí
1.2
Ekologické pojmy
1.2.1 Rovnovážné stavy
1.2.2 Živý organismus
1.2.3 Biogeochemické cykly
1.2.4 Biotické složky prostředí
3
4
5
6
7
8
10
2
HLAVNÍ PROBLÉMY V ŽIVOTNÍM PROSTŘEDÍ
2.1
Znečisťování životního prostředí
2.1.1 Životní prostředí
13
15
16
3
3.1
3.2
3.3
OCHRANA OVZDUŠÍ
Tuhé a kapalné škodliviny
Plynné škodliviny
Vliv cizích látek
18
19
20
22
4
4.1
4.2
PROBLEMATIKA ODSTRAŇOVÁNÍ NEČISTOT
Odlučování prachu
Odlučování plynných příměsí
24
24
26
5
5.1
5.2
OCHRANA ČISTOTY VOD
Znečištění vody
Čistění odpadních vod
29
32
33
6
6.1
6.2
PROBLEMATIKA ODSTRAŇOVÁNÍ NEČISTOT
35
Problematika ropných látek
35
Problematika čistění odpadních vod z povrchových úprav kovů a dílen tepelného
zpracování
37
6.2.1 Problematika oplachů
38
6.2.2 Druhy odpadních vod a jejich čištění
40
6.2.3 Zařízení pro zneškodňování vod
44
7
7.1
7.2
7.3
TUHÉ ODPADY A ODPADOVÉ HOSPODÁŘSTVÍ
Metody zneškodňování odpadů
Problematika zpracování odpadů
Koncepce a legislativa hospodaření s odpady
1
47
49
56
58
8
8.1
8.2
OCHRANA PROTI IONIZUJÍCÍMU ZÁŘENÍ
Zdroje přirozené radioaktivity
Umělé zdroje radioaktivity a odhad jejich účinků
60
61
62
9
OCHRANA PROTI HLUKU
67
10
10.1
OSVĚTLENÍ
Druhy osvětlení
71
74
11
11.1
ÚPRAVA MIKROKLIMATU NA PRACOVIŠTÍCH
Větrání a odsávání
78
79
12
12.1
12.2
12.3
ENERGIE A MATERIÁL
Materiálový cyklus
Energie jako základní surovina
Problematika některých materiálů
84
86
87
89
13
VLIV TECHNOLOGICKÝCH POCHODŮ NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
92
14
PROFESIONÁLNÍ ONEMOCNĚNÍ
101
LITERATURA
110
2
1
ÚVODNÍ ČÁST
Od počátku své existence se člověk snažil vždy nejen využívat, ale i přetvářet a měnit
přírodu ve svůj prospěch. V šedesátých letech nastává období světového uvědomění ekologického
myšlení, tj., že dosavadní trendy hospodářského rozvoje neznamenají jen zvyšování životní
úrovně, ale i hrozivou degradaci životního prostředí. Lokální problémy přerůstají rychle do
problémů globálních. Nebezpečný vývoj ničení životního prostředí je nutno zvrátit a zastavit jak
v lokálním, regionálním i globálním měřítku. Směr těchto cest naznačily mezinárodní
konference Spojených národů o životním prostředí a rozvoji konané ve Stockholmu (1987) a v Rio
de Janeiru (1992). Byl zde zaveden termín trvale udržitelného rozvoje (sustaible development).
Princip trvale udržitelného rozvoje vytváří prostor, aby ve stále větší šíři a rozmanitosti
byly uspokojovány nároky a potřeby současných i budoucích generací tím, že se využívají
především obnovitelné přírodní zdroje způsobem, který zachovává bohatství přírody a
přirozené funkce ekosystémů. Tento způsob byl v minulosti znám nejen zemědělcům. Minulé
generace věděly, že musí s přírodou pracovat ruku v ruce, svým způsobem ji sloužit, mohou ji
usměrňovat, ale ne ovládat. Tato spolupráce byla přervána nejen ekonomickými, ale i politickými
okolnostmi - změnou v myšlení a přisuzování priorit. Vznikla filozofie člověka - hegemona přírody,
které rozkazuje, vyžaduje a jeho rozkazy i potřeby musí být uspokojeny za všech okolností. Svou
částečnou úlohu ve snahách ovládnout přírodu mohla hrát i doslovná aplikace křesťanských
myšlenek, kde v knize Genesis je psáno: "Bůh řekl člověku: Buď plodný a rozmnožuj se a naplň
Zem a opanuj ji, panuj nad rybami v moři, a nad ptactvem ve vzduchu a nad všemi živoucími
tvory, kteří se pohybují na Zemi.“
Je nutno, aby člověk přijal skutečnost, že přírodní subjekty mají svou svébytnou a
nenahraditelnou hodnotu i svá práva, jejichž respektování je mravním základem pro jeho vlastní
existenci. Je potřebí si osvojit pět ekologicko-etických P:
• Poznání: Člověku je dáno právo i povinnost poznávat přírodu. Přichází-li s čímkoli do styku,
je nutno to pojmenovat - poznat.
• Pochopení: Znalost přírody, její využitelnosti a dostupnosti vede spíše ke kořistění a plýtvání
přírodními zdroji. Pochopení pochodů, vazeb a vztahů podmiňujících a vytvářejících bohatství
přírody vede k pochopení její funkčnosti.
• Porozumění: Člověk moudrý (Homo fosilis) je ten, který nejen poznal a pochopil, ale i dokázal
porozumět souvislostem, dokázal se začlenit do celkového společenství všeho živého.
• Pokora: Příroda existovala a může existovat bez lidí. Člověk do ní náleží a je na ni existenčně
závislý - není tedy jeho vlastnictvím. Současná generace je správcem dědictví svých předků a
měla by ji v zachovalém stavu předat svým potomkům.
• Přátelství: Poznání, pochopení, porozumění a pokora jsou jednotlivé předstupně k souladu
člověka s přírodou a Vesmírem.
Rozvoj průmyslové výroby je neoddělitelně spjat s životním a pracovním prostředím, se
kterým jsou lidé v každodenním, bezprostředním styku. Většina výrobních technologií (a
u metalurgie zvláště) je provázena produkcí odpadů všeho druhu - látek i energií, které znečišťují a
znehodnocují pracovní prostředí. Je tedy nutno rozvojem technologií minimalizovat produkci
škodlivin, nebo vzniklé škodliviny účinně likvidovat.
3
Obecně je životní prostředí charakterizováno definicí UNESCO (1967) jako část světa, se
kterou je člověk ve vztahu bezprostředního, vzájemného působení, ta část světa, kterou používá,
ovlivňuje a které se přizpůsobuje. Základní složky životního prostředí jsou tedy:
• Materiální
- přírodní
- antropogenní (umělé)
• Sociální
Člověk vystupuje v životním prostředí jako subjekt i jako objekt. Vlastnosti materiálních
složek životního prostředí vyjadřují činitelé (faktory) životního prostředí:
• látkové
• energetické
• vzhledové, estetické
Činitelé životního prostředí vyjadřují takové vlastnosti složek životního prostředí, kterými
působí na biologické a psychické funkce člověka, na biologické funkce přírodních složek a které
mohou ovlivňovat fyzikální a chemický stav antropogenních složek.
1.1
Obory životního prostředí
I když ochrana a tvorba životního prostředí se dotýká většiny přírodních, technických a
společenských oborů, postupně vznikly i obory specificky se zabývající životním prostředím.
Zpočátku se ekologie, jako věda, rozvíjela jako součást speciálních biologických vědních
disciplin. Od padesátých a zvláště sedmdesátých let se začíná prosazovat ekologické myšlení
v souvislosti se zhoršováním životního prostředí a i s potravinovým problémem ve vazbě na prudký
vývoj populace. Ekologie proniká do jiných biologických i nebiologických vědních oborů. Nejde
pouze o interdisciplinární směs různých vědních oborů, ale o formování samostatné integrující
biologické disciplíny s uceleným pohledem na ekosystémy.
Ekologii lze tedy dnes definovat jako "nauku o vztazích mezi organismy, respektive jejich
společenstvy a jejich živým a neživým prostředím - jinými slovy, je to nauka o ekosystémech".
Jako u jiných přírodních věd bývá ekologie členěna na:
• obecnou (zobecňuje ekologické jevy bez ohledu na systematickou příslušnost organismu)
• speciální (zaměřuje se na určitý organismus v různém prostředí).
„Ekotechnologie“ je výrobní postup neohrožující životní nebo přírodní prostředí či výrobní
postup, který omezuje nebo zabraňuje znečištění či poškození životního nebo přírodního prostředí.
Ekotechnologie by měla pracovat v souladu s ekologickými požadavky na ochranu složek
životního prostředí a nevyvolávat žádné ekologické problémy. Snahou ekotechnologie je tedy
zabránit poškození a degradaci životního prostředí.
„Ekotechnika“ se zabývá stroji a zařízeními neohrožujícími svým provozem životní a
přírodní prostředí, stroji a zařízeními pro ochranu a zlepšení složek životního prostředí.
Ekotechnika a ekotechnologie využívají poznatky nejrůznějších vědních oborů, jsou
interdisciplinární pracovní oblastí zahrnující znalosti přírodních zákonů i aplikovaných technických
věd a využívá i ekonomické, právní a lékařské poznatky, umožňující posoudit ekologické
souvislosti. Poznatky z ekotechnologie by měly být využívány při přípravě podnikatelských
záměrů, při realizaci inovací a při provozu výrobních zařízení tak, aby péče o životní prostředí byla
v souladu se zákonnými předpisy.
4
Technika prostředí je technická věda, zabývající se technickými zařízeními na úpravu stavu
prostředí. Ve svých řešeních vychází technika prostředí ze systému: zdroj – pole přenosu - objekt.
Opatření jsou zejména zaměřena na:
• řešení strojů a staveb z hlediska funkce v životním prostředí,
• úpravy stavu prostředí pomocí technických zařízení,
• ochranu člověka ochrannými pracovními prostředky.
Ergonomie je součástí věd o práci. Vznikla v tématicky stejné oblasti fyziologie, psychologie,
hygieny práce a věd technických. Zabývá se studiem požadavků na pracovní proces z hlediska
možností člověka. Základním funkčním systémem je systém: člověk - stroj - pracovní prostředí.
Bezpečnost práce je obor využívající poznatků ergonomie, sociologie, techniky prostředí,
statistiky k ochraně člověka při práci. Řešení bezpečnosti práce jsou zaměřena především na
prevenci pracovních úrazů, chorob z povolání i na prevenci poruch a havárií technických zařízení.
1.2
Ekologické pojmy
Ekosystém je základní funkční jednotkou ekologie. Je definován funkcí a dynamickou
jednotou neživého prostředí /ekotopu/ a rostlinných a živočišných společenstev /biocenóz/, jejich
druhovým složením, velikostí populací jednotlivých druhů, plošnou rozlohou i vertikální strukturou
za přísunu (využití) nezbytné energie, vody a minerálních živin, tj. základních životních faktorů.
Ekosystém = biocenóza + ekotop
Biocenóza
= soubor druhů organismů, jejichž populace vytvářejí v určitém ekotopu
odpovídající
společenstva rovnováze
Ekotop
= soubor abiotických podmínek prostředí, je základní jednotkou pro ekologické třídění
a charakteristiku rostlin a živočichů
Biotop
= soubor vlastností stanoviště určitého organismu nebo společenstva organismů =
stanoviště
Biogeocenóza = určité společenstvo vzájemně na sobě závislých organismů biotopu na přirozeně
ohraničené jednotce životního prostředí /biocenóza/, které jim dává existenční možnosti a je do
určité míry těmito organismy ovlivňován.
•
•
•
•
•
•
Abiotické prvky jsou:
anorganické látky, které se účastní biochemických cyklů
organické látky
klimatický režim.
Biotické prvky jsou:
výrobci (producenti) - autotrofní organismy, převážně zelené rostliny
spotřebitelé (konzumenti) - heterotrofní organismy, 1.stupeň býložravci, vyšší stupně
(masožravci)
rozkladači (dekompozitoři) - bakterie a houby rozkládající organickou hmotu až na
anorganické látky.
Z funkčního hlediska se ekosystém vyznačuje:
5
•
•
•
•
•
•
•
•
•
tokem a transformací energie
potravními (trofickými) řetězci
biogeochemickými cykly
časoprostorovými vazbami
vývojem systému
regulací systému.
Podle vývoje lze ekosystémy dělit na:
přírodní ekosystémy - (stabilizované vnější podmínky, dynamická rovnováha s okolím, žádná
akumulace látek; prales, jezero)
kulturní ekosystémy (např. agroekosystémy – rovnováhu jednotlivých složek systému zajišťuje
energie dodávaná člověkem, bez člověka by tyto umělé systémy zanikly)
ekosystém ovlivněný průmyslovou činností - (potřeba surovin a energie, zpravidla využití jen
části, ztracení užitné hodnoty odpadu, podobně nevyužitá energie - odpadní teplo).
1.2.1Rovnovážné stavy
V původních přirozených biocenózách jsou vztahy mezi jednotlivými skupinami organismů
vyrovnané a dojde-li k zásahu člověka do biocenózy, je schopna autoreprodukcí obnovit původní
stav. Je známou vlastností živé hmoty, že je schopna udržovat dynamickou funkční rovnováhu
/homeostáze/, což umožňuje organismům vyrovnat se se změněnými podmínkami prostředí, avšak
jen do určité míry.
Odpovědi organismů obecně na změny okolního prostředí mohou mít různý charakter:
• reakce
• adaptace
• deformace.
Reakce jsou rychlé fyziologické změny uskutečňující se v sekundových až minutových
úsecích (př. reflexní činnost). Adaptace mají pomalejší průběh a postihují téměř všechny
fyziologické funkce organismu. Jsou to biologicky výhodné fyziologické změny, které vedou
k zachování homeostatické rovnováhy za různých podmínek. Deformace jsou vyvolány příliš
silným, neadekvátním podnětem. Vyvolané změny mohou končit vznikem patologických stavů,
případně zánikem organismu. Tomu odpovídající fyziologické změny jsou tzv. stresovými
reakcemi.
Chování organismu ve všech těchto případech je ovládáno jeho biologickými regulačními
mechanismy: činností nervové soustavy, kardiovaskulárního i respiračního systému, termoregulací
a hormonálním systémem. Úkolem těchto regulačních mechanismů je udržení rovnováhy mezi
organismem a jeho vnějším prostředím. Přesáhne-li změna (např. exploatace, devastace ap.)
kompenzační schopnost ekosystému, dojde k narušení jeho rovnováhy. Biocenóza, která nedovede
využít odpadu do dalšího koloběhu látek, je vystřídána biocenózou jinou.
Obecně pro rovnovážný stav v ekosystému platí dva základní zákony ekologie:
Liebigův zákon minima říká, že organismus může v dané situaci existovat a žít tehdy,
pokud má k dispozici látky nezbytné pro růst a rozmnožování. V rovnovážném stavu je limitujícím
faktorem pro výskyt a růst organismu ta nezbytná látka, která je dostupná v nejmenším potřebném
množství.
Shelfordův zákon tolerance uvádí, že výskyt a úspěšná existence organismu závisí na
souboru podmínek. Kvalita a kvantita těchto činitelů udržuje hranici, kterou organismus může
tolerovat. Organismy mají tedy ekologické minimum a maximum představující hranici tolerance.
6
Stabilita ekosystému je závislá i na druhové pestrosti organismů čili diverzitě. Společenstvo
s vyšší diverzitou dovede totiž pohotověji reagovat na změněné podmínky prostředí a lépe využívat
zdrojů. Lesní a polní monokultury nemají autoregulační schopnost přirozených ekosystémů.
V těchto podmínkách jsou též vhodnější podmínky pro kalamitní přemnožení škůdců a chorob.
V přirozených podmínkách škodlivý činitel rozmnožený pod úrovní ekologické škodlivosti není
v biocenózách škodlivý, ale může být i prospěšný, pokud vytváří potřebný substrát pro zachování
přirozených nepřátel.
1.2.2Živý organismus
Živý organismus je prostorově ohraničený systém, ve kterém každý prvek se jako celek
vyznačuje autoregulací, autoorganizací a autoreprodukcí. Základní stavební a funkční jednotkou je
buňka. Čím je organismus na vyšším stupni vývoje, tím se vyznačuje vyššími stupni
organizovanosti.
Základní podmínkou života organismu je látková a energetická výměna. V procesu růstu
dochází k přeměně různých forem energie. Zdroje energie se liší podle druhu organismu:
• protrofní organismy (některé druhy bakterií), zisk energie specifickými oxidacemi prvků nebo
anorganických sloučenin, zisk malý,
• autotrofní organismy (zelené rostliny, prvoci, řasy) vytvářejí v procesu fotosyntézy energeticky
bohaté organické látky,
• heterotrofní organismy (živočichové, bakterie, houby) nevytvářejí samy organické látky přijímají je z vnějších zdrojů.
Autotrofní a heterotrofní organismy uvolňují energii potřebnou k životu postupným
štěpením chemických vazeb:
• za nepřístupu kyslíku (anaerobním dějem - glykolýzou)
• za přístupu kyslíku (aerobním dějem - oxidací).
Energie (světelná, tepelná), živiny, voda a kyslík jsou limitujícími činiteli existence a
rozvoje živých organismů. Pro svůj vývoj potřebují organismy jejich optimální množství.
Fotosyntetická asimilace CO2 rostlinami je základním procesem v ekosystému. Skládá se
z absorpce energie fotonů slunečního záření i z rozkladu vody fotolýzou a z karboxylace CO2,
která využívá této energie a začleňuje oxid uhličitý opět do živé hmoty. Oxid uhličitý proniká
difúzí přes průduchy do listů rostliny a odtud do intercelulárních prostor až k chloroplastům, které
jsou centry fotosyntetické činnosti. Velikost difúze je výsledkem dlouhodobé adaptace rostlin
podmínkám stanoviště (počet, velikost, apertura průduchů). Menší množství přijímají rostliny
i svým kořenovým systémem.
U rostlin je třeba vidět dva protisměrně působící procesy:
• asimilační (skladné, anabolické) - tj. fotosyntéza
• disimilační (rozkladné, katabolické) - označované jako dýchání (respirace) /v mitochondriích
rostlin probíhá neustále dýchání temnostní a současně v chloroplastech a mitochondriích
asimilačních pletiv dýchání světelné čili fotorespirace, která snižuje čistou fotosyntézu rostlin
o 30 % a více/.
Přirozené ekosystémy vyžadují dlouhodobý vývoj. Směr vývoje ekosystému (biocenóza +
ekotop) je definován fytocenologickými poměry (pokryvností fytocenologických skupin
organismů, změnami fytocenologické pestrosti rostlin ve vztahu k teplotě, světlu, vlhkosti a
kyselosti půdy, obsahu určitých minerálních látek atd.).
7
ZTRÁTY / % /
99,5 – 99,9
Dopadající
sluneční
energie
80 - 90
→
0,1 – 0,5
rostliny
80 – 90
→
zvířata
10 - 20
→
člověk
10 – 20
VYUŽITÍ / % /
Obr. 1: Využití sluneční energie v pastevním potravinovém řetězci
Potravní řetězec představuje postupný přesun energie a živin v potravě řadou organismů,
které je konzumují a samy jsou konzumovány. Využití dopadající sluneční energie v pastevním
řetězci udává obr. 1 (využití pro člověka pouze 0,001 až 0,02 %).
Rostliny jako producenti jsou východiskem potravního řetězce.
Rozlišují se tři základní potravní řetězce:
• pastevecko-kořistnický (predátorský) /producent - býložravci - masožravci, velikost
konzumentů se zvětšuje a hustota populací zmenšuje/
• parazitický /hostitel - parazit - hyperparazit, zmenšuje se velikost/
• dekompoziční /mrtvý organismus - nekrofágové – dekompozitoři, zmenšuje se velikost těla a
roste hustota populací/
Maximální primární produkce dosahují rostlinná společenstva za optimálního zásobování
energií, vodou a minerálními živinami.
Produkce porostu je závislá na vnějších faktorech (hustota ozáření, pokryvnost listů,
struktura porostu, koncentrace CO2 v ovzduší, klimatické a topografické podmínky stanoviště ap.)
i na faktorech vnitřních (stárnutí listů, rozdílnou hydrataci listů, stárnutí celé rostliny ap.).
/maximální intenzita fotosyntézy se uvádí při dosažení 50 až 80 % konečné velikosti listu/
Různé rostlinné druhy mají tak‚ geneticky různou schopnost adaptace a to nejen ke změnám
ozářenosti, ale i ke spektrálnímu složení světla. Známý je i formativní vliv světla na strukturu
chloroplastů i na tvar povrchu rostlin (naklánění korun stromů odpovídající zeměpisné šířce).
V přirozených ekosystémech jsou rostliny primární nezastupitelnou složkou. Fotosyntézou
vážou sluneční energii a dodávají ji do ekosystému. Tok energie od rostlin vytváří tedy hnací sílu
celé biosféry. Tok energie do ekosystémů je jednosměrný a musí být nepřetržitý aby ekosystém
fungoval, t.zn. vyžaduje dodávání energie zvenčí ve formě slunečního záření.
Ekosystém váže producenty primární produkce (autotrofní rostliny - z nízkokalorických
látek vytvářejí látky energeticky bohaté), které jsou potravou heterotrofních organismů. Další částí
potravinového řetězce jsou rozkladači neboli dekompozitoři až transformátoři, jež vrací minerální
látky, CO2 a vodu zpět do koloběhu látek. Tedy v každém ekosystému probíhá produkce i rozklad
biomasy. Primárními producenty jsou autotrofní rostliny. U ostatních organismů (konsumentů
-přímo nebo nepřímo- autotrofních rostlin) mluvíme o sekundární produkci ekosystému. Na
každém stupni trofického řetězce dochází k přijímání určité energie z ekosystému, její částečné
zhodnocení v procesu metabolismu a vyloučení nepotřebných látek (eliminace). Na každé nové
úrovni konsumentů v ekosystému dochází tedy ke ztrátě energie, lze mluvit o energetické
kaskádě.
1.2.3Biogeochemické cykly
Biochemické cykly představují koloběh chemických prvků a sloučenin v biosféře
charakteristickými cestami z neživého prostředí do organismů a zpět.
8
Cyklus uhlíku
Základní prvek živé hmoty. Rostliny jej přijímají z ovzduší. Potravou se dostává do
živočichů, kteří stejně jako rostliny jej respirují ve formě CO 2. Mineralizací organické hmoty se
slučuje s kyslíkem a uniká z půdy jako CO2. Reservoárem uhlíku jsou oceány (dýchání mořských
organismů).
Lesní ekosystémy obsahují v biomase 90 % uhlíku (tropický deštný les nejvyšší 20 kg.m-2).
U tropických deštných lesů je největší podíl vázán v nadzemní biomase dřevin, se snižující se
teplotou se zvyšuje podíl pomalu se rozkládajícího a mineralizujícího detritu (u bezlesých tunder
až 90 %).
Cyklus kyslíku
Nezbytný pro oxidační procesy. V atmosféře 21 mol. % produktem fotosyntetizujících
rostlin. Ročně se uvolňuje při fotosyntéze fotolýzou vody 70.1012 kg O2. Ve vodě obsah kyslíku
závisí na teplotě (14,7 mg.l-1 při 0 0C, při 25 0C jen polovina), v půdě závisí na jejím složení.
Cyklus vody
Oběh vody je nepřetržitým uzavřeným procesem. Základnou pro oběh jsou odpařovací
plochy (oceány a moře 361.106 km2 tj. 99,7 % plochy povrchu hydrosféry). Vypařování a zpětná
kondenzace (malý oběh vody). Odpařování z půdy, těl organismů, transpirace a dýchání = celkem
velký oběh vody (doba tohoto oběhu trvá asi 9 dní). Voda je základní stavební jednotkou živé
hmoty a nezbytná pro zachování životních procesů. Obsah vody se ve vegetaci obnoví až 12krát za
den - v našem klimatickém pásmu hektar lesa transpiruje 20 000 až 50 000 l.ha-1.den-1 vody, např.
lípa asi 200 l.den-1.
Cyklus dusíku
Dusík je v biomase zastoupen na čtvrtém místě (H2, O2, C). V ovzduší cca 80 %
(3,8.1018 kg), dále N2O uvolňovaný při nitrifikaci a NH3 fotooxidací při vulkanické činnosti. Emise
antropogenní činností výroba hnojiv, spalování, odpady ap.
Rostliny přijímají dusík z půdy za vhodného pH v iontech dusičnanových (NO3-) nebo
amonných (NH4+). Dusík umožňuje tvorbu aminokyselin, které jsou základem bílkovin (základní
hmoty všeho živého). Organická hmota v půdě je rozkládána bakteriemi a houbami až vytvoří
humus, který asimiluje dusík. Organická hmota se rozkládá a uvolňuje NH3 a CO2. Tento
mineralizační proces se nazývá amonizace. Za přítomnosti O2 začínají pracovat mikroorganismy
(energie se získává oxidací čpavku). Oxidace NH3 na NO2- se nazývá nitritace a po ní následuje
oxidace NO2- na NO3- -nitratace (celkem = nitrifikace). V ulehlých půdách (nepřítomnost kyslíku)
lze sledovat opačný proces (denitrifikaci), tj. rozklad až na molekulární dusík.
Fixaci molekulárního dusíku realizují hlízkové bakterie i rozklad odumřelých organismů
(anaerobní tlení a trouchnivění a aerobní hnití).
Cyklus fosforu
Oběh fosforu je určován mikrobiální mineralizací sloučenin fosforu. Rozpustné PO43-,
HPO42- a H2PO4- jsou
využity rostlinami, málo rozpustné až nerozpustné jsou vymývány a
odnášeny toky až končí na dně moří. V těchto sedimentech je fosfor "blokován" a nemůže
recyklovat, tak‚ u zemědělských půd jsou tyto ochuzovány sklizní plodin. Část fosforu z moří se
dostává potravním řetězcem do řas, ryb a mořských ptáků (organické sedimenty - guáno).
Cyklus síry
Do půdy se síra dostává z bazických vyvřelin jako sulfidy ev. oxidovaná na sírany. Její
zásoby jsou doplňovány organickými látkami a to hlavně z bílkovin. Rozklad bílkovin bakteriemi a
plísněmi zejména za anaerobních podmínek uvolňuje síru ve formě H2S. Z rozkládajících se látek
v půdě i na dně moří se ročně uvolní 36.10 5 tun sirovodíku, který se může hromadit (Černé moře)
nebo oxidovat na síru působením sirných bakterií (sulfurikace - prvá etapa na síru, druhá na
9
H2SO4). Rostliny přijímají sírany (SO42-) na stavbu aminokyselin a z nich bílkovin. V atmosféře
pouze jedna třetina síry pochází z přírodních zdrojů, zatímco dvě třetiny ze zdrojů antropogenních
(spalování, zpracování rud). Současně se sulfurikací probíhá i opačný proces tj. desulfurikace
(redukce síranů, siřičitanů, sirnatanů až na sirovodík
H 2SO 4 → H 2SO 3 → H 2SO 2 → H 2S
Nerozpustná síra je podobně jako fosfor odnášena toky do oceánů (79.10 6 tun ročně) a
"blokována". Na rozdíl od fosforu jsou tyto ztráty vyrovnávány ze zásob fosilní síry v ropě a uhlí.
Cyklus ostatních prvků
Některé z ostatních prvků (např. těžké kovy) jsou jako mikroelementy nepostradatelné pro zdraví
člověka, ale působí škodlivě na organismy při nadbytku. Jiné jsou toxické i v nízkých koncentracích
(Pb, Cd, Hg aj.). Navíc jejich rozdělení v potravním řetězci není rovnoměrné, mají schopnost
akumulace (játra, ledviny, kosti) a tím jejich toxicita postupně narůstá časem. Obsah těžkých kovů
v ekosystémech stále stoupá, zvlášť silná kontaminace je v oblastech dosahu imisí metalurgických
závodů. Jedná se i o další látky jako např. radioaktivní látky, některé pesticidy aj.
Do lidského organismu pronikají:
• přímo
- vdechováním (Cd - cigaretový kouř, emise)
- požitím (kontaminovaný prach, např. slupka ovoce)
• nepřímo - přes potravní řetězec (např. rostliny, nerovnoměrné rozmístění ať částí rostliny ev.
druhů)
Příklad uvádí obsah DDT /ppm tj. 10-4 %/ zjištěný výzkumem v oblasti Long Islandu:
Voda
0,0005
→
Plankton
0,040
→
Ryby
0,230
→
Ryby
dravé
2,070
→
Kormorán
i
26,400
1.2.4Biotické složky prostředí
Všechny živé organismy v prostředí tvoří jeho biotickou složku. Jednotliví biotičtí činitelé
vymezují vzájemné vztahy organismů, které žijí v populaci nebo společenstvu.
Populace v ekosystémech
Populace v obecném pojetí je skupina jedinců organismů téhož druhu nebo odrůdy, kteří
v určité době obývají určitou, prostorově vymezenou část svého areálu.
Velikost areálu je dána:
• početností
• velikostí organismů
• způsobem výživy a rozmnožování
• pohyblivostí apod.
Každá populace se vyznačuje určitou přizpůsobivostí k prostředí (adaptibilitou). Populace je
v neustálém pohybu (v obecném smyslu - generační, početní atd.) a tyto změny jsou podstatou
změn rostlinných a živočišných populací v přírodě.
Pro charakteristiku populace jsou důležité:
• hustota (denzita) - počet jedinců téhož druhu neb biomasa (živá hmota) na určité ploše nebo
objemu. Pro každý druh platí horní (dostatek potravy a množivosti) a dolní (umožnění účasti
základní rovnováhy) meze hustoty populace. V každé populaci jsou jedinci určitým způsobem
rozptýleni (vnitropopulační disperze - náhodná, rovnoměrná, skupinová)
10
•
množivost (natalita, porodnost) - produkce určitého počtu jedinců, závisí na činitelích
biotických i abiotických
• úmrtnost (mortalita) - míra uhynutí jedinců za jednotku času, může být vztažena k celé
populaci neb na stadia
• věkové složení - dle něj lze usuzovat na další vývoj populace
• šíření nebo stěhování (migralita) organismů - děje se aktivně, pasivně neb obojí. Příčiny jsou
různé (proudění vzduchu a vody, nedostatek potravy, přemnožení atd.).
Rychlost růstu populace závisí pak na poměru množivosti a úmrtnosti organismů. Růst je
ovlivněn řadou činitelů. Při dostatku potravy a bez přirozených nepřátel roste populace
exponenciálně. Odporem vnějšího prostředí, konkurencí a změnou prostorových vztahů uvnitř
populace se po určité době růst zpomalí, případně až zastaví. Při poklesu hustoty populace nastává
její opětný růst. Populační hustota v přírodě neustále kolísá a je závislá na biotických i abiotických
činitelích. Větší kolísání je pozorováno v ekosystémech málo druhově pestrých.
Změny v hustotě mohou být krátkodobé (pulzace – většinou během vegetačního období)
nebo dlouhodobější (fluktuace - kolísání několik let, př. hraboš-sova, veverky-šišky).
K regulaci hustoty přispívá též teritorialita (prostorová konkurence). Je projevem
vnitrodruhové konkurence při využívání určitého prostoru (od m2 do km2). Zajišťuje určitou izolaci
mezi jedinci nebo skupinami organismů, umožňuje využít dostupnou potravu a zabraňuje
přemnožení.
Na hustotu má vliv i chování jedinců ve skupině ev. sociální vztahy ve skupině. Většina
rostlin a živočichů bývá nahlučena do určitých skupin. Jedinci ve skupině si sice konkurují při
získání potravy, ale skupina snáze odolává proti nepříznivým vlivům okolí (napadení, vítr, vlastní
mikroklima ap.). Sociální vztahy nespočívají jen v nadřazenosti a podřízenosti jedince, ale
i specializaci k pracovním, obranným neb rozmnožovacím funkcím.
Struktura populace hodnotí poměrné zastoupení jedinců a to podle stáří, hmotnosti, pohlaví,
rychlosti růstu ap. Ze sestavených věkových pyramid možno usuzovat na stav populace (pyramidní
tvar - rozvíjející, mladá populace; zvonový - vyvážená, stálá populace; urnový - vymírající
populace).
Vzájemné vztahy mezi populacemi mohou být kladné, záporné nebo indiferentní. Při
vzájemném omezování dvou druhů vzniká konkurence (kompetice). Jedná se o využití stanoviště,
potravy, prostoru apod.. Kompetice je významným regulačním mechanismem, v přírodě vede
k
tomu, že dříve nebo později vznikne a ustálí se rovnováha nebo populace jednoho druhu nabude
převahy. Každý druh zaujímá svou specifickou niku. Nika je obecnější pojem než stanoviště
(soubor všech činitelů prostředí) tj. nejen prostor, ale i postavení organismu vůči ostatním
organismům včetně abiotických složek prostředí (př. ovlivnění chov skotu v Africe).
Existují různé varianty vzájemných vztahů mezi populacemi:
• protokooperace - volné, nezávazné, vzájemně prospěšné sdružení; (př. mořský rak a sasanka)
• komensalismus (spolustolovnictví) - jednostranné využití hostitele bez kladného nebo
záporného vlivu (př. poskytnutí úkrytu)
• mutualismus (obligátní symbióza) - obvykle mezi autotrofními a heterotrofními organismy,
všeobecně prospěšný (př. bakterie rozkládající buničinu v trávící soustavě kopytníků)
• amensalismus (antibióza) - jeden působí negativně na druhý, není však sám ohrožován (př.
plísně svými antibiotickými produkty potlačují růst druhých)
• predace - populace žije na úkor druhé, zabíjí a konzumuje
• parasitismus - podobné predaci; parazitické organismy obvykle menší než hostitel, rychle se
rozmnožují a rostou.
11
Společenstva
V obecném pojetí soubor populací, které žijí na určitém stanovišti a tvoří společenstvo cenózu (společenstva rostlinná - fytocenózy; živočišná - zoocenózy). Místo, kde se cenóza
vyskytuje se označuje jako cenotop (biotop).
Charakteristické znaky cenózy (biocenózy):
• druhové složení
• vzhled
• biologický typ organismů
• rozšíření
• vývoj
• fyzikální a chemické vlastnosti prostředí.
Ve společenstvu nejsou všechny populace stejně významné. U suchozemských společenstev
dominantní funkci mají cévnaté rostliny jako zdroj potravy dalších organismů.
Biotop lze rozdělit vertikálně i horizontálně na menší jednotky, které mají určitou
samostatnost (př. kořenové patro, přízemní patro, bylinné patro, keřové patro, stromové patro).
Ohraničení není přísné, vzniká přechodové pásmo (ekotop) vyznačující se větší druhovou pestrostí.
Společenstva jsou různě bohatá na jednotlivé populace a jejich druhová struktura se mění (přirozené
- značná rozmanitost; umělá - monokultury). Fenologie sleduje změny způsobené roční periodicitou
na rostliny a živočichy. Vývoj každé biocenózy probíhá určitými fázemi. Časová následnost
společenstev organismů, jak se vyvíjejí na daném stanovišti je sukcese (primární - prvotní;
sekundární - na původních biocenózách; může být sukcesní řada).
12
2
HLAVNÍ PROBLÉMY V ŽIVOTNÍM PROSTŘEDÍ
Současná etapa rozvoje lidstva je charakterizována populační explozí a nebývalým rozvojem
hospodářské činnosti společnosti. I když nelze oba problémy od sebe oddělovat, těžiště prvého
spočívá v rozvojových státech s nedostatečně rozvinutou strukturou národních ekonomik a nízkou
životní úrovní, těžiště druhého problému je ve státech s vyspělou průmyslovou výrobou a vysokou
životní úrovní.
V souvislosti s tzv. demografickou či populační explozí a tím nezbytnou nutností
zabezpečení životního prostoru a výživy obyvatel Země byla vypracována řada studií a úvah
o dalším vývoji. Studie ukazují prudký nárůst celosvětové populace v posledních desetiletích, každý
rok vzroste počet obyvatel Země asi o 70 milionů osob a trend má exponenciální charakter. Počet
obyvatelstva však neroste rovnoměrně, ale lidstvo se nejvíce množí tam, kde jsou vhodné
klimatické podmínky a kde převládá nízká vzdělanost a chudoba. V průmyslově vyspělých zemích
je nárůst počtu obyvatelstva pozvolný. V budoucnosti můžeme být svědky nového rozdělení světa
na dva tábory: bohatá menšina průmyslově vyspělých národů proti explozi nenasycených mas
národů méně vyvinutých (místo východ - západ , sever - jih). S tímto přímo souvisí rozpor tohoto
bouřlivého vývoje lidské společnosti a dostupných zdrojů biosféry. Hrozbou se stává vyčerpání
zdrojů sladké vody a nedostatek potravin. Již dnes se odhaduje, že cca 60 % obyvatelstva Země má
k dispozici denně méně než 9,2.106 J, tj. hladoví (průměr sytého činí 10,9.106 J, u nás 12,9.106 J).
Potenciální nebezpečí hladu je reálné a je nutno hledat nové nekonvenční zdroje potravin
(fermentace mikroorganismů, řasy, bakterie ap.).
Celá řada antropogenních činností způsobuje nežádoucí změny v současné době v krajině,
ve složení a funkci zdrojů biosféry, tj. v životním prostředí člověka. Postupující proces urbanizace
přetváří přirozené geografické prostředí na umělé s nedostatkem přírodních činitelů. Stavební a
důlní činnost vede k vytváření umělých forem reliéfu povrchu - devastovanou krajinu. Rozvoj
dopravy (hlavně automobilismu a letectví) způsobuje zvýšení hluku a vibrací, znečisťování ovzduší,
zabírání půdy. Intenzifikace zemědělství vede k nadměrné chemizaci prostředí umělými hnojivy a
pesticidy. Nadměrná těžba lesních porostů
nepříznivě ovlivňuje oběh vody a přispívá
k urychlení eroze půdy.
Tyto činnosti jsou doprovázeny
nadměrnou produkcí škodlivin, které ovlivňují
složení atmosféry, hydrosféry i litosféry. Přímé
nebezpečí pro člověka vzniká v biologickém
transportu škodlivin potravním řetězcem.
Některé škodliviny se postupně koncentrují
tak, že kontaminací způsobují smrt. Vznikají
problémy s likvidací a ukládáním odpadů
všeho druhu, včetně odpadu radioaktivního.
Celosvětovým problémem se stává trvalé
znečisťování vod světového oceánu. Závislost
celkových nákladů na ochranu životního
prostředí udává obr. 2.
V podmínkách hustě obydlené oblasti
má území dvě základní funkce: obytnou a
Obr. 2: Celkové náklady na ochranu životního ekonomickou. Plní tedy funkci
nutného
prostředí
životního prostoru a funkci hospodářské
13
základny jako zdroje materiálních statků (přírodních zdrojů) nutných k rozvoji společnosti. Tyto
funkce se vzájemně prolínají (podmiňují). Zanedbání jedné vede k oslabení funkce druhé a
porušení ekologické rovnováhy. Můžeme pozorovat devastaci krajiny nadměrným využíváním
přírodních zdrojů. Postupující civilizací tyto zdroje člověk využívá stále intenzivněji a zvyšuje
jejich počet. Vedle technického pokroku a zvyšování životní úrovně se současně poškozuje životní
prostředí.
Odhaduje se, že uvedenou činností člověka a působením všech nepříznivých vlivů vymizelo
z povrchu Země dosud na 107 druhů savců, 100 druhů ptáků, 385 druhů cévnatých rostlin a ztráty
u drobných živočichů nelze odhadnout.
Základní ekologickou otázkou v tomto rozvoji lidské společnosti je určení vztahu mezi
celkovou velikostí lidské společnosti v měřítku Země a dostupnými zdroji biosféry na druhé straně.
Je zřejmé, že není možno udržet vysokou úroveň – kvalitu životního prostředí, pokud velikost
populace a její nároky překročí možnost zdrojů. Cílem je dosažení rovnovážného stavu dle
potencionálních schopností a možností člověka.
Znečistění životního prostředí není jen přímou produkcí škodlivin nebo odpadů, ale i ve
formě tepelné energie, na kterou se přeměňují ostatní druhy energií. Nejvýznamnějším zdrojem
energetického znečišťování biosféry jsou antropogenní procesy, u nichž se veškerá energie postupně
transformuje v odpadní teplo. Dalším globálním problémem je vzrůst obsahu oxidu uhličitého
v atmosféře. Důsledkem je zvýšená množství zachycené sluneční energie na Zemi a možný vzrůst
teploty atmosféry. Toto bývá označováno jako "skleníkový efekt", oxid uhličitý je prostupný pro
dopadající viditelné záření, pohlcuje však jako sklo záření infračervené, vyzařované zemským
povrchem. Opačný účinek má mechanické znečisťování ovzduší prachem, které Zemi ochlazuje
(podobně SO2). Významné mohou být místní škodlivé účinky tepelného zamoření ekosystémů
(vzrůst teploty vod). Dosavadní globální tepelné znečisťování zatím nepřekračuje meze možností
absorpce biosférou. Na průběh životních procesů nemá vliv jen intenzita dopadajícího a
odraženého slunečního záření, ale i jeho složení dle vlnových délek. Jen malá část viditelného
záření je transformována fotosyntézou na energii pro biotické prvky ekosystému. Z vlnových délek
viditelného záření je rostliny pohlcována hlavně barva modrá a červená, méně zelená. Krátkovlnné
ultrafialové záření (kratší než 300 nm) je zadržováno vrstvou ozónu ve vnější atmosféře. Toto
záření je smrtelné pro nechráněnou protoplazmu. I v tomto dochází lidskou činností k podstatným
změnám (narušení ozónové vrstvy freony a oxidy dusíku).
Souhrn uvedených skutečností vede k vyslovení oprávněných obav - hypotéz a vzniku
ekologické krize v celosvětovém měřítku. Jako zcela konkrétní příčiny jejího vzniku a postupného
prohlubování se uvádějí čtyři základní rysy :
• rozvrat přírodních ekosystémů
• selhání zdrojů potravin
• vyčerpání zdrojů biosféry
• potencionální nebezpečí zhroucení celé společnosti (prohloubení rozdílu mezi bohatými
a chudými státy, hrozba epidemií, pravděpodobnost válek ap.).
To vše může působit na narušení klimatického režimu Země a tím tak‚ ovlivňovat v kladném
či záporném smyslu člověka, mění se jeho rytmus života a v některých případech ho i deformuje.
V této souvislosti se hovoří i o příčinách vzniku a rozsahu tzv. civilizačních chorob. Jejich výskyt
je pravděpodobně způsobován:
• změnou životního stylu, stoupají nároky na duševní činnost, klesá potřeba pohybu a tělesné
činnosti, zvyšují se koncentrace stimulujících látek, stoupá příjem informací, klesá
komunikovatelnost a interpersonální citová interakce
14
•
•
2.1
zvýšenou hladinu umělých faktorů prostředí, která nepříznivě působí zvláště na sensibilní
jedince (chemické látky ve stravě, vodě, ovzduší, hluk, elektromagnetické pole ap.)
změnou populační rovnováhy, zvýšením průměrného věku populace, a s tím souvisejících
chorob.
Znečisťování životního prostředí
Znečisťováním životního prostředí se rozumí nežádoucí změny fyzikálních, chemických
nebo biologických vlastností vzduchu, vody, půdy, které mohou nebo budou poškozovat lidský
život, život užitečných organismů, funkci antropogenních složek prostředí, včetně kulturních
hodnot, nebo které mohou poškozovat zdroje látkových i energetických surovin. Z hlediska
využitelnosti znečisťujících látek a energií v přirozeně fungujících biochemických cyklech a
potravních řetězcích rozlišujeme znečistěniny:
• nevyužitelné přirozenými funkcemi ekosystémů
• využitelné v přirozených funkcích ekosystémů.
Látky nevyužitelné představují organické sloučeniny, které se v přírodě nerozkládají, nebo
u nichž přirozené rozkladné procesy nedosahují rychlosti odpovídající rychlostem se kterými jsou
vnášeny do ekosystémů (rtuťnaté soli, fenolické látky, těžce rozložitelné chlorované uhlovodíky
atd.). Tyto látky se v biosféře nejen hromadí, ale vlivem potravních řetězců se mohou v přírodních
složkách prostředí zvyšovat jejich koncentrace. Proces znehodnocování prostředí je schematicky
znázorněn na obr. 3.
Vzrůstající přívod nerozložitelných toxických látek a tím vzrůst jejich koncentrace způsobuje
trvalé snižování energie transformované ekosystémem pro růst organismů. Z původní hodnoty se
energie při dosažení kritické koncentrace snižuje na nulovou hodnotu – zániku života.
Prakticky lze znečistění biosféry těmito látkami omezit pouze dvěma způsoby:
15
•
Obr.3: Schématický model účinků
znečistění rozložitelnými organickými
látkami (a) a nerozložitelnými toxickými
látkami (b). E/Eo - poměrná energie
přístupná
pro
růst
organismů
v ekosystému
změny technologických procesů, které jsou zdroji
těchto látek
• zachycení a ukládání škodlivin tak, aby látka
nemohla poškozovat životní prostředí, zde však
platí omezení daná trvanlivostí a bezpečností
obalů i prostorovými možnostmi pro ukládání.
Látky využitelné v přirozených funkcích
ekosystémů jsou organické znečistěniny (odpady),
které se mohou biologicky buď přirozeným způsobem
nebo v technických zařízeních rozkládat na složky
začlenitelné do biochemických cyklů. Např. z odpadů
ze zemědělství a domácností lze rozkladem získat
živiny, které autotrofní organismy potřebují pro svůj
růst. Potíže vznikají tehdy, nestačí-li ekosystém tyto
látky dostatečně rychle rozkládat a rozptylovat. Na
obr. 3 je schematicky znázorněn proces vznikající ve
vodní nádrži při zvyšujícím se přívodu organických
znečistěnin obsahujících organickou hmotu (zdroj
energie) a živiny (fosfor, dusík). Zpočátku dochází při
zvyšování koncentrace živin ke zvýšení produkce
energie přístupné pro růst organismů. Při dalším
vzrůstu dochází k nadměrnému růstu biomasy ve
formě vodního květu, ke změnám rostlinného
planktonu, ke snížení
obsahu kyslíku a tím k
následnému ohrožení života ryb - děj se označuje jako
eutrofizace.
Z analýzy funkcí ekosystémů i problematiky zdrojů surovin vyplývají tři možné způsoby
ochrany životního prostředí:
• omezení spotřeby neobnovitelných přírodních zdrojů
• omezení produkce škodlivin všeho druhu do ovzduší, půdy, vody a zavedení uzavřených
cyklů v nichž jsou škodliviny zachycovány a vraceny do výrobního procesu
• zvýšení výkonnosti a absorpční schopnosti ekosystémů.
Poslední způsob předpokládá zásah lidské společnosti do funkcí ekosystémů ve sféře
potravních řetězců i biochemických cyklů a to jak ve fázi rozkladné, tak ve fázi produkční.
V průmyslově vyspělých zemích s narušenými ekosystémy, mohou tato opatření pouze částečně
přispět k lokálním řešením problémů, nelze je však přijmout jako princip řešení. Vlastní řešení
ochrany životního prostředí je ovlivněno požadavky legislativními, ekonomickými a technickými.
2.1.1Životní prostředí
Z hlediska praktické využitelnosti rozdělujeme životní prostředí na: pracovní, obytné a
přírodní či rekreační. Každá z těchto oblastí má pro život člověka přesně vymezený význam, funkci
a charakter. Vzájemná interakce člověka s prostředím ho obklopujícím je neustálá, proces je
dynamický. Důležitou součástí životního prostředí (subsystémem) je pracovní prostředí.
V pracovním prostředí je člověk vystaven po omezenou dobu intenzivnímu působení fyzikálních,
chemických i biologických činitelů, provázejících jeho činnost, která je dána charakterem jeho
práce. Pracovní prostředí je tedy souhrn všech podmínek, ze kterých se výrobní proces s danými
výrobními prostředky a pracovními silami uskutečňuje. V užším smyslu pak je pracovní prostředí
16
část výrobního prostoru, ve kterém pracovníci vykonávají práci, jež tvoří součást výrobního
procesu, tj. souhrn vnějších podmínek, které působí na pracujícího člověka při výkonu jeho práce.
Hlavními materiálními složkami pracovního prostředí jsou:
• výrobní technologie, stroje a technická zařízení
• biologické složky
• budova
• technická zařízení pro úpravu stavu prostředí
• vnitřní ovzduší
• vnější klima.
Vlastnosti jednotlivých složek charakterizují činitel‚ a to:
• látkové (koncentrace plynů, par, částic, vlhkost atp.)
• energetické (teplota, akustický tlak, intenzita osvětlení, záření a pod.)
• prostorové, dispoziční, estetické (prostorové řešení, estetické úpravy a pod.).
Působením jednotlivých činitelů je zatěžován lidský organismus (biologicky i psychicky) :
• adekvátně (přiměřeně, vhodně)
• inertně (bez kladného nebo záporného účinku)
• neadekvátně až škodlivě.
Činitele pracovního prostředí lze většinou hodnotit podle objektivních měření, některé
(estetické úpravy) pouze subjektivně.
Pro vyjádření vztahů člověka a pracovního prostředí se používá systému zdroj - pole přenosu
- objekt. Zdroje představují složky prostředí produkující látky a energie, které působí přes pole
přenosu na objekt. Je třeba si uvědomit, že některé složky se mohou uplatnit v několika funkcích.
Např. pro vyjádření látkových a energetických vztahů v prostředí považujeme člověka za zdroj
(tepla, vlhkosti, oxidu uhličitého) a současně i za objekt.
17
3
OCHRANA OVZDUŠÍ
Nejvýznamnější jevy a
procesy se odehrávají ve vrstvě
vzduchu do výše cca 10 km
(troposféra). Na rozhraní mezi
stratosférou a mezosférou ve výši
30 - 50 km je ozónosféra působící
jako filtr UV záření. Teplota
v troposféře směrem nahoru klesá,
ve výši okolo 11 km dosahuje
–50 0C (obr. 4). Tlak vzduchu
dosahuje na úrovni hladiny moře
760 mm Hg. Se zvyšující
nadmořskou výškou se snižuje,
mění se obsah kyslíku (nad
Obr. 4: Závislost tlaku a teploty ovzduší na vzdálenosti od 6 000 m nejsou teplokrevní
živočichové schopni žít).
zemského povrchu
Ovzduší
má
řadu
fyzikálních vlastností (teplota, tlak, vlhkost, oblačnost, vítr, srážky, sluneční svit ap.), které se
vyznačují velkou časovou a prostorovou proměnlivostí. Okamžitý stav je označován jako počasí,
pro vyjádření rázu počasí během několika dní se užívá pojem povětrnost. Dlouhodobý chod počasí
se označuje jako klima.
Horizontální složkou pohybu vzduchu je vítr. Toto proudění je vyvoláno rozdílnými tlaky
vzduchu a snahou
o jejich vyrovnání (rychlost v m.s-1 ev. km.h-1, síla proudění se vyjadřuje
Beaufortovou stupnicí). Proudění má kladné (opylování rostlin, urychluje transpiraci, roznáší
semena
ap.)
i záporné účinky
(ničení
lesních
porostů,
eroze
půdy, poškozování
sídlišť ap.).
Ke
znečisťování
ovzduší
dochází
účinkem
plynů,
par,
tuhých
a
kapalných částic
z přírodních (emise
sopek,
eroze,
rozklad biomasy,
pylová zrnka ap.)
i antropogenních
zdrojů. V určitém
množství
jsou
v ovzduší přítomny
i bakterie a plísně,
0br. 5: Rozložení znečisťujících látek v ovzduší
18
Tab. I. Průměrné složení zemské atmosféry
Objemová
/ppm/
Hmotnostní
/ppm/
780 000
209 400
9 300
755 400
231 300
12 800
Hlavní plyny
Dusík
Kyslík
Argon
N2
O2
Ar
Stopové plyny – konstantní koncentrace
Neon
Helium
Krypton
Xenon
Ne
He
Kr
Xe
18
5,2
1,0
0,08
12,6
0,717
2,895
0,362
Stopové prvky – proměnná koncentrace
Voda
Oxid uhličitý
Oxid uhelnatý
Metan
Oxidy dusíku
Amoniak
Sirovodík
Oxid siřičitý
Vodík
Ozón
H2O
CO2
CO
CH4
N2O
NO2
NH3
H2S
SO2
H2
O3
200 až 60 000
315
0,1
1,0
0,5
0,001
0,01
stopy
0,000 2
0,50
0,02
478
0,10
0,554
0,760
0,003
0,010
0,001
0,034
0,060
3 hodinové ukazují trend vývoje znečistění). Průměrné
v tab. I.
3.1
které se udržují na tuhých a
kapalných částicích. Současné
antropogenní
emise
tvoří
u tuhých částic asi 10 % podíl
celkového
množství.
Při
současném
trendu
rozvoje
průmyslu se odhaduje 100
násobné zvýšení tohoto podílu do
roku 2000.
Z hlediska rozložení
znečisťující látky rozlišujeme:
• emise
přestup
znečisťujících
látek
do
ovzduší
• imise - látka, která přechází
z ovzduší k příjemci
• transmise - prostorové a
časové rozložení znečisťující
látky
Množství emisí se udává
v % ev. v promile, dále v mg
nebo v µg.m-3. Z hlediska
intenzity zdroje se množství
emisí vyjadřuje v g nebo v kg.h-1.
Množství emise dopadající na
určité území se vyjadřuje v g.m-2
nebo t.km-2.
Nejvyšší
přípustné
koncentrace
(NPK)
jsou
výrazným emisním limitem (24
hodinové udávají stav a přibližují
se dlouhodobému působení,
složení zemské atmosféry je uvedeno
Tuhé a kapalné škodliviny
Pevné částice v ovzduší
Obsah prašných částic kolísá podle rychlosti větru, vlhkosti, povrchové prašnosti, výskytu
zdrojů ap. V prostředí neovlivněném antropogenní činností (venkov) se uvádí průměrná
koncentrace 0,02 mg.m-3. Tuhé částice rozptýlené v ovzduší se označují podle vzniku a složení jako:
•
dým - jemné částice o velikosti 0,1 až 1 µm vzniklé při oxidačních procesech látek
vypařovaných za tepla nebo z chemických reakcí,
•
kouř - jemné částice o velikosti 0,01 až 0,5 µm vzniklé nedokonalým spalováním a obsahující
převážně uhlík,
•
popílek - úlet z topenišť spalovacích zařízení o velikosti částic 1 až 100 µm,
19
aerosol - disperzní soustava jemných částic v plynu (0,01 až 1 µm),
• prach - částice vzniklé převážně mechanickým způsobem (drcení, mletí), v technické praxi
obvykle všechny tuhé částice v ovzduší.
Tuhé částice jsou charakterizovány rozměrovými parametry, fyzikálními a chemickými
vlastnostmi. Tvar částic je většinou nepravidelný. Podíl částic prachu různých velikostí se vyjadřuje
pomocí křivek zrnitosti prachu. Vlivem gravitačních sil se částice větších rozměrů usazují. Děj je
ovlivněn intenzitou proudění vzduchu v prostředí (klidné ovzduší max. 1 µm, těžký průmysl až
100 µm).
Kapalné částice rozptýlené v ovzduší vznikají buď kondenzací plynné fáze nebo rozrušením
většího objemu tekutiny. Aerodisperzní směs se označuje jako mlha (velikost částic 0,1 až 30 µm).
V obráběcích dílnách vznikají mlhy olejů nebo řezných kapalin, v chromovnách mlhy kyseliny
chromové atp. Vlastnosti kapalných částic (velikost, disperzita, koncentrace) se hodnotí obdobně
jako u tuhých částic.
Plyny a páry unikající do ovzduší, pokud se vzduchem nereagují, tvoří směsi. Za běžných
podmínek se mohou plyny mísit se vzduchem v libovolných poměrech. Páry (plynné fáze látek za
normálních podmínek v kapalném nebo tuhém stavu) mohou dosáhnout maximálního obsahu
daného parciálním tlakem sytých par, závislým na teplotě. Hořlavé plyny, páry hořlavých kapalin a
některé druhy tuhých částic v ovzduší mohou za určitých podmínek tvořit směsi nebezpečné
výbuchem. Nejnižší koncentrace, při níž může dojít k výbuchu již je dolní mez výbušnosti nejvyšší koncentrace při níž je ještě směs výbušná, horní mez výbušnosti.
Podle obsahu škodlivých látek můžeme tuhé částice vyskytující se v ovzduší dělit na několik
skupin:
• prach obsahující toxické složky (těžké kovy a jiné toxické látky - As, Be, Pb, Hg, kyanidy,
radioaktivní látky apod.)
• prach neobsahující toxické složky:
♦ prach s rozhodujícím fibrogenním účinkem (azbestový, černouhelný, slída s obsahem
oxidu křemičitého, z čistíren ocelolitiny apod.),
♦ prach bez fibrogenního účinku s výrazným dráždivým účinkem (bavlna, len, peří,
čedičová a skleněná vlákna, pálené vápno apod.)
♦ prach nedráždivý bez fibrogenního účinku (hnědouhelný apod.).
•
3.2
Plynné škodliviny
Nejzávažnější plynné škodliviny ve venkovním ovzduší jsou:
Sloučeniny uhlíku
Oxid uhelnatý se do ovzduší dostává nedokonalými spalovacími procesy (fosilní paliva,
spalovací motory). Snadno se slučuje s krevním barvivem a zabraňuje jeho slučování s kyslíkem
(smrt cca 600 ppm). Je lehčí než vzduch, v atmosféře setrvává asi 120 dní. NPK24 = 1 mg CO.m-3.
Oxid uhličitý je těžší než vzduch a je stálou součástí atmosféry. Tvoří se při dýchání, tlení,
kvašení a je nezbytný pro asimilační pochody. V atmosféře setrvává 2 až 10 let, dešťovými
srážkami se vymývá a rozpouští se ve vodách. Přibývající množství CO2 (odhad 8 % za posledních
150 let) podporuje obavy z tzv. skleníkového efektu.
Uhlovodíky se do ovzduší dostávají z přírodních zdrojů (anaerobním rozkladem organických
látek, vulkanickou činností, únikem zemního plynu ap.) i antropogenní činností (spalování,
spalovací motory, těžba a zpracování ropy ap.). K nejtoxičtějším patří benz-alfa-pyrín,
metylcholantren, dibenzantracen atd., i v nízkých koncentracích způsobují růst rakoviny plic.
20
Sloučeniny síry
Sirovodík vznik v přírodě anaerobním rozkladem bílkovin, je obsažen ve vulkanických
plynech a minerálních vodách (bezbarvý, páchnoucí). V atmosféře setrvává 4 dny, ve vodním
prostředí redukuje oxid siřičitý za vzniku jemné síry. Příznaky otravy vznikají již při 70 - 100 ppm,
NPK24 = 10 mg.m-3.
Oxid siřičitý vznik spalováním fosilních paliv. Naše hnědá uhlí mají sirnatost 0,5 - 3 %.
Jedná se o plyn bezbarvý, těžší než vzduch s charakteristickým zápachem. Snadno se oxiduje na
oxid sírový, konverze může být urychlována katalytickým působením některých kovů nebo
fotochemicky. Naše NPK je nejpřísnější 0,15 mg.m-3 (USA 0,36, Švýcarsko v zimě 0,75). Měrné
emise činí 23,5 t.rok-1.km-2.
Oxid sírový je produktem antropogenní činnosti (průmyslové emise, oxidace SO2 - 95 %).
Má silně leptavé účinky na dýchací ústrojí i se podílí na poškozování staveb, konstrukcí, pryže atd.
Reakcí s vodní parou vzniká kyselina sírová (kyselé deště, mlhy). NPK24 = 0,006 mg.m-3.
Sloučeniny dusíku
Amoniak (čpavek) - lehký, bezbarvý plyn čpavého zápachu. Naleptává oční sliznici
i dýchací orgány. Do atmosféry se dostává rozkladem bílkovin ev. působením některých bakterií.
V ovzduší setrvává 6 - 7 dní.
Oxid dusný je nejméně škodlivou dusíkatou složkou. Je těžší než vzduch, bezbarvý, slabého
zápachu (opojné účinky – rajský plyn). V ovzduší setrvává asi 4 roky v koncentraci okolo
0,25 ppm.
Oxid dusnatý - jedovatý plyn o málo těžší než vzduch. Oxid dusnatý vzniká při spalování ze
vzdušného kyslíku a dusíku za vysokých teplot 2000 až 3000 0C. Při rychlém ochlazování se opět
rozkládá na své složky. Za normálních provozních podmínek u spalovacích motorů doba chladnutí
nepostačuje a část oxidu dusnatého přechází do ovzduší. Na vzduchu se ihned oxiduje na oxid
dusičitý. V atmosféře setrvává 5 - 9 dní.
Oxid dusičitý existuje v kapalné i plynné formě, je nejtoxičtější ze všech oxidů dusíku.
Zdrojem jsou tepelné procesy a výfukové plyny. Působí jednak dráždivě, jednak na krvetvorbu
(přeměna oxyhemoglobinu na methemoglobin). V ovzduší setrvává asi 11 dní, NPK24 = 0,1 mg.m-3.
Chlorované a fluorované lehké uhlovodíky
Mezi tyto látky patří freony, frigeny, halocarbony ap. používané jako chladící media nebo
propelenty (hnací media) při aerosolovém balení. Tyto látky narušují ozónovou vrstvu (zvýšení UV
záření, narušení dědičnosti).
K nejrozšířenějším patří CFCl3 pod obchodním označením F 11 a CF2Cl2 s označením F 12.
Jsou to plyny nebo kapaliny, nehořlavé, nejedovaté, chemicky netečné. Doba setrvání v atmosféře
se počítá na desítky let
Plynné látky mohou v atmosféře prodělávat chemické změny, jež jsou příčinami tzv.
sekundárního znečisťování:
•
oxidace vzdušným kyslíkem (SO2 na SO3, NO na NO2)
• kondenzace vlivem poklesu teploty (z par vznikají částice - mlha)
• konverze (změna plynných látek na velmi jemné tuhé částice)
•
fotochemické změny, působením sluneční energie na látky absorbující záření (SO2, NO2,
organické látky - aldehydy). Tyto změny jsou podkladem pro vznik oxidačního smogu.
Základní podmínkou je přítomnost NO2 absorpcí ultrafialového záření a za přítomnosti dalších
složek vznikají škodlivé nitrosloučeniny (peroxiacetylnitrát PAN).
21
Uvedené fotochemické jevy jsou příčinou tzv. poledního smogu při teplotách nad 24 0C a
nízké vlhkosti, na rozdíl od redukčních smogů, jejichž základem je směs kouře, sazí a CO2 maximum v ranních hodinách při teplotách okolo 0 0C a vysoké vlhkosti.
Znečisťování vnitřního ovzduší závisí na výrobních pochodech. V hutních provozech,
event. v provozech tepelného zpracování a povrchových úprav vzniká prach při čistění součástí a
polotovarů (často obsahující oxid křemičitý), unikají topné plyny s obsahem CO, někdy i SO 2.
Dalšími škodlivinami jsou oxidy olova, barya, kyanidy ze solných a kovových lázní.
V odmašťovnách vznikají páry organických rozpouštědel a chlorovaných uhlovodíků (tri a
tetrachloretylen), zbytky fosforečnanů a dusitanů, event. smáčedel z alkalických lázní. Při
galvanickém pokovování, mimo kyanidů a zbytků těžkých kovů, je závažnou škodlivinou kyselina
chromová. Ve svařovnách se uvolňují dýmy obsahující částice kovů, fluoridů i oxidy dusíku, při
ochlazování do oleje výpary oleje atd.
Znečišťovatel je člověk (vydechovaný vzduch 4 % CO2, 5 % vodní páry). Některé nejvyšší
přípustné koncentrace škodlivých plynů ve vzduchu udává tabulka II.
Tab. II: Některé nejvyšší přípustné koncentrace plynů
Plyn
mg.m-3
Plyn
Oxid uhličitý
Etylalkohol
Trichlorethylen
Amoniak
9 000
1 000
250
40
Oxid uhelnatý
Sirouhlík
Nitrózní plyn
Oxid siřičitý
3.3
mg.m-3
30
30
10
10
Plyn
Chlorovodík
Kyanovodík
Kadmium
Olovo
mg.m-3
3,0
0,3
0,1
0,05
Vliv cizích látek
Vliv toxických a cizorodých látek z ovzduší na rostliny
Příjem látek z ovzduší u rostlin je pasivní, na rozdíl od příjmu z půdy, který je selektivní.
Jednotlivé rostliny se liší ve stejných podmínkách v příjmu škodlivých a cizorodých látek. Rozdílná
je též akumulace těchto látek v rostlinných částech. O toxicitě rozhoduje forma a koncentrace prvku
a přístupnost pro rostliny. Zpravidla v látkové výměně rostlin se nevyskytuje Cd, F a Pb. Přijímání
cizorodých a škodlivých látek rostlinou je závislé na jejich rozpustnosti v půdním roztoku. Rozdílné
údaje o intenzitě příjmu některých prvků rostlinami ovlivňuje i stadium růstu a přítomnost dalších
prvků, které mohou mít synergický nebo antagonistický účinek.
Změny vyvolané imisemi bývají označovány jako kouřové škody. Pro rostliny jsou
nejnebezpečnější poškození:
•
chronická - projevují se chlorózou (depigmentací) čepelí, objevuje se 2-4 dny po zasažení SO2
• akutní - za slunečního záření se projevuje již prvý den po zásahu (při zatažené obloze a nízkých
teplotách až 8 dní); obvykle dvě fáze:
♦ depigmentace
♦ rychlé vysychání skvrn, nekrotické skvrny
• katastrofální- vede přes nekrózy až defoliaci rostlin a uhynutí.
Imise a depozice škodlivin ovlivňují negativně lesní společenstva. Za rozhodující vlivy se
uvádí:
22
•
všeobecný stres - způsoben znečištěním ovzduší a tím spojenou atmosférickou depozicí
živných nebo toxických látek. Snižuje se fotosyntéza, vede k ochuzení kořenového systému a
zvýšení toxických látek ve výhoncích ("strádání" jemných kořenů, ztráta jehličí neb listí).
Stromy jsou náchylnější vůči jiným stresovým činitelům (sucho, mráz, vítr, biologičtí patogeni).
• překyselení půdy (toxicita hliníkem) - přirozené okyselování lesních půd (rozklad humusu,
zdusíkatění) se urychluje ukládáním vlhkých a suchých okyselujících látek. Živiny nezbytné
k růstu (Ca, K, Mg) se vyluhují z půdy a uvolňuje se Al, který poškozuje kořeny stromů
(nekróza). Poškozené kořenové systémy jsou příčinou, že stromy nemohou přijímat vodu a
živiny z půdy a tím usychají.
• poškození ozónem a oxidem siřičitým - pozorováním a pokusy se zjistilo, že dochází
k dvojnásobnému žloutnutí jehličí a listí. U nás zatím málo prozkoumán, v USA je ozón
považován za základní faktor hynutí borových lesů.
• nedostatek hořčíku - tento byl zjištěn rozborem jehličí smrku ve vyšších polohách. Způsobuje
žloutnutí jehličí, urychluje poruchy v růstu. Na vyluhování (Ca, Mg) se podílí i vzdušný dusík.
• přebytek živin nebo nadbytek dusíku - obecně se zvyšuje atmosférické ukládání dusíku.
Nadbytek má za následek zvýšený růst, zvýšenou potřebu dalších živin, inhibuje nekrózu
mykorrhizy, zvyšuje citlivost vůči mrazům, snižuje odolnost proti houbám.
• organické chemikálie pozměňující růst - jde především o látky na bázi etylénu a anilinu
(symptomy růstové, vodního stresu ap.).
Vliv znečištěnin na lidský organismus
Tuhé, kapalné i plynné škodliviny působí na lidský organismus jednak drážděním sliznic,
jednak svými účinky při absorpci v těle. Dráždivé účinky se projevují na sliznici očí, nosu, hrdla,
hrtanu, průdušek a plicní tkáně. Dráždění vyvolává slzení, produkci sekretů na stěnách nosu a hrdla,
ve vyšších koncentracích i zánětlivé změny. Škodliviny bez dráždivého účinku po absorpci
v plicích přecházejí do organismu. Plyny jsou absorbovány do krve, nerozpustné tuhé částice a
částice olejové mlhy jsou z povrchu plicních sklípků odvedeny do lymfatických žláz. Tuhé částice
obsahující asbest a oxid křemičitý působí fibrogenní změny na vazivu plic a lymfatických tkáních.
Vdechování tuhých a kapalných částic je ovlivněno funkcí dýchacího ústrojí. V nose se
zachycují částice o rozměrech větších jak 10 µm a podstatný podíl částic v rozmezí 2 až 5 µm.
Plicních sklípků dosahují částice menší jak 1 µm, v plicích se zachytí jen část (cca 40 %), zbytek je
vydechován.
Oxid dusičitý je toxičtější než oxid siřičitý, působí dráždivě na oči, horní cesty dýchací a
v plicích se vytvářející směs kyselin HNO2 a HNO3 narušuje jejich funkci. Závažným problémem
je, že vytváří velmi pevné adiční sloučeniny s hemoglobinem, který má k němu vyšší afinitu než ke
kyslíku.
23
4
4.1
PROBLEMATIKA ODSTRAŇOVÁNÍ NEČISTOT
Odlučování prachu
Volba způsobu (principu) odlučování hmotných částic závisí na vlastnostech:
•jednotlivých částic (velikost, tvar, hustota, optické a elektrické vlastnosti)
•souboru částic (koncentrace, zrnitost)
•nosného prostředí (aerodynamický odpor, působení tíhového a elektrického pole).
Základní vlastnosti odlučovacích zařízení jsou vyjádřeny:
•odlučivostí
•objemovým průtokem plynu (vzduchu)
•tlakovou ztrátou.
Celková odlučivost je mírou účinnosti odlučovacího zařízení.
Vyjadřuje se jako bezrozměrné číslo - poměr mezi hmotností částic
zachycených v odlučovači k hmotnosti částic do odlučovače
přivedených. Celková odlučivost závisí na zrnitosti souboru částic
přiváděných do odlučovače. Pro vyjádření závislosti odlučivosti na
velikosti částic prachu je zavedena frakční odlučivost pro určitý
interval velikosti částic.
Principy odlučování jsou na obr. 6.
Vlivem gravitačního principu klesají částice, (které byly
vneseny do klidného plynu) ustálenou - pádovou rychlostí, která je
dána rovnováhou vztlaku, aerodynamického odporu prostředí a tíhy
částice. Pádová rychlost se zvyšuje s rostoucí velikostí částice
i s rostoucí hustotou materiálu částice.
Setrvačný princip využívá toho, že částice unášené proudem
plynu nesledují při změnách směru proudění přesně proudnice, ale
vlivem své setrvačnosti se od nich odchylují. Tím se vydělují a vylučují
na odlučovacích plochách. Odlučivost se zvyšuje s rostoucí velikostí
částic, hustotou materiálu částic a rychlostí plynu před odlučovacími
plochami.
Difúzní princip se uplatňuje u malých částic (méně než 1 µm).
Tyto částice v plynu podléhají Brownovu pohybu (molekulární tepelný
pohyb) a vliv vnějších a setrvačných sil je velmi malý. Výsledkem je
tok částic z oblasti vyšších koncentrací do oblasti s koncentrací nižší.
Odlučivost difúzního principu klesá s rostoucí velikostí součástí a
s rostoucí rychlostí plynu.
Elektrostatický princip je založen na působení nehomogenního
elektrostatického pole na elektricky nabité částice. Pole mezi
elektrodami ionizuje nosný plyn - záporně nabité ionty předávají náboj
Obr.
6:
Princip
částicím, které se pohybují ke sběrací elektrodě s kladnou polaritou a
odlučování
a)
na ni se usazují.
gravitační, b) setrvačný,
Intercepční princip umožňuje odlučovat i malé částice, které
c) elektrostatický,
d)
plně
sledují
pohyb proudnic v blízkosti odlučovacích ploch. Na obr. 6
intercepční
jsou znázorněny částice 1, které jsou intercepčně odloučeny při
24
obtékání válce. Částice 2 vzhledem k malé hodnotě poměru velikosti částice a
obtékaného válce se již intercepčně nezachytí.
Na základě uvedených principů se konstruují odlučovače různých typů.
Někdy se označují odlučovače pro odlučování emisí jako primární a odlučovače
větraných a klimatizovaných prostorů jako sekundární. Suché mechanické
odlučovače využívají k odlučování setrvačného a gravitačního principu. Mez
odlučivosti mívají 3 až 30 µm. Usazovací komory event. žaluziového odlučovače
se většinou používá jako předřazeného stupně pro odlučovače s vyšší účinností.
Nejrozšířenějším typem mechanických odlučovačů je vírový odlučovač (obr. 7).
K odlučování dochází vlivem odstředivé síly vznikající při rotaci plynu
unášejícího částice ve válcové části odlučovače. Mez odlučivosti je v rozmezí 2
až 10 µm. Vírové odlučovače se mohou paralelně seskupovat do soustav.
Odlučivost se zvyšuje se zmenšujícím se průměrem válcové části, prakticky
minimální průměr je 200 mm. Vírové odlučovače jsou vhodné i pro vysoké
vstupní koncentrace prachu, nedoporučují se však pro lepivé prachy.
Principy odlučování u mokrých mechanických odlučovačů jsou stejné
jako u suchých. Mokré odlučovače se vyznačují určitými výhodami (vyšší
odlučivost pro jemné frakce prachu, použití pro lepivé a abrazivní prachy, ale
i nevýhodami (potřeba vody, kalové hospodářství, zvýšení koroze).
Obr. 7: Vírový
Mokré vírové odlučovače jsou stejného principu jako suché, odvod odlučovač
odloučených částic se děje rozstřikem na cyklón
odlučovací plochy. U pěnového odlučovače
lze současně uplatnit
i princip absorpční pro
odloučení
plynných
příměsí
(obr.
8).
Znečistěný plyn se
přivádí do spodní části
a probublává vrstvami
vody a vodní pěny před
výstupem
je
odlučovač
vodních
kapek
mez
odlučivosti je cca
3 µm. U hladinového
odlučovače (obr. 9)
proud vzduchu strhává
z hladiny vodu na
zakřivené listy, kde
dochází k odlučování
částic
setrvačným Obr. 9: Hladinový odlučovač
Obr. 8: Pěnový odlučovač
účinkem. Odlučivost je
vysoká cca 1 µm.
Elektrické odlučovače (obr. 10) lze použít pro odlučování emisí i pro čistění vzduchu do
vnitřních prostorů. Nejčastěji se používají pro čistění spalin kotlů s práškovým topením. Elektrické
odlučovače se vyznačují velkou odlučivostí (cca 0,1 µm), malou tlakovou ztrátou a jsou použitelné
do teplot 400 0C, lze je rovněž použít i pro velké objemové toky plynu (až 100 m3.s-1). Odstraňování
prachu se sběracích kladných uzemněných elektrod i z drátových elektrod (kde se usazuje malý
25
podíl
kladně
nabitých částic) se
děje mechanickým
oklepáváním.
Funkci
ovlivňuje
složení a vlhkost
čištěného
plynu,
napětí na odlučovači
je
proto
třeba
regulovat.
Obecně filtry
mohou dosahovat
nejvyšších
odlučivostí, je však
třeba počítat že se
vzrůstem
odlučivosti vzrůstá
Obr. 10: Elektrický komorový odlučovač
i tlaková ztráta.
Většinou jsou filtry
rozměrné, náročné na obsluhu a mají vysoké pořizovací i provozní náklady. I přes tyto nevýhody se
filtry stále více uplatňují jak při odlučování emisí, tak při odlučování atmosférického prachu
především pro vysokou kvalitu filtrace. Jako filtrační materiály se používají drátěná síta, tahokov,
tkaniny z přírodních, celulózových i skleněných vláken. Nejúčinnější jsou filtry třídy X, u nichž se
požaduje vysoká odlučivost částic menších jak 0,1 µm. Dle způsobu uspořádání se používají filtry
kapsové, odvinovací nebo vložkové. U filtrů určených pro odstraňování emisí možno provádět
regeneraci zpětným profukem.
4.2 Odlučování plynných příměsí
Plynné příměsi lze odlučovat a likvidovat pomocí různých fyzikálních a chemických
principů.
Adsorpce je difúzní děj při němž dochází k vydělování a zachycování plynné (i kapalné)
příměsi na povrchu tuhé látky - adsorbentu. Adsorpce se vyplatí, jestliže jde o příměs nespalitelnou,
cennou (kterou chceme získat zpět) a jejíž koncentrace v nosném plynu je malá.
U fyzikální adsorpce nedochází mezi molekulami k chemické reakci, vazba molekul je
způsobena mezimolekulárními Van der Waalsovými silami. Děj je exotermický. Proces je vratný desorpce (snížením tlaku nebo zvýšením teploty). U chemisorpce dochází k chemickým vazbám
mezi adsorbovanou příměsí a adsorbentem. Proces je již nevratný, uvolněné teplo je značně vyšší.
Adsorbent (většinou částice 200 až 10 µm) požaduje velký povrch na jednotku hmotnosti,
což je možné u adsorbentů s vnitřními póry, jejichž průměr je pouze několikanásobkem průměru
molekuly příměsi (1 kg aktivního uhlí má povrch 100 až 1000 m2). Specifickým typem adsorbentů
jsou molekulová síta (syntetické hlinitokřemičitany - zeolity), póry těchto látek jsou stejných
rozměrů podle krystalické struktury (3.10-5 až 10.10-5 mm). Lze je regenerovat ohřátím vyčištěným
nosným plynem. Např. odlučování SO2, NOx, Hg atp.
Adsorpční zařízení se konstruují buď s přerušovanou regenerací nebo s regenerací
kontinuální (adsorbent se trvale odvádí a po desorpci se vrací zpět).
Absorpce je proces, při kterém se plynná složka pohlcuje vhodnou kapalinou. Hnací silou je
koncentrační gradient příměsi na rozhraní plyn - kapalina. Absorpce může probíhat tak‚ současně
26
s chemickou reakcí plynné příměsi se složkami kapaliny. Vznikající produkt
se odstraňuje jako nerozpustná látka. Jako absorbující látka se může používat
i suspenze (např. odsiřování).
Obvykle kapalina v odlučovacím systému cirkuluje - je však nutné
odstraňovat plynnou příměs (exsorpce). Podmínkou pro účinnou absorpci je
dostatečně velká styčná plocha mezi plynem a kapalinou.
Jako absorbéry pro odlučování většinou nízkých koncentrací se podle
konstrukčních hledisek používají:
•bezvýplňové skříňové nádoby, v nichž je rozstřikována kapalina soustavou
trysek proti proudu čištěného plynu. Kapky kapaliny spolu s příměsí se
shromažďují u dna absorbéru. Funkčními parametry jsou velikost kapek a
rychlost proudění plynu,
•výplňové absorbéry - účinný povrch je vytvořen soustavou mříží nebo ze
Obr.11: Výplňový sypané náplně. Absorpční kapalina se přivádí tryskami a odvádí ve spodní
části (obr. 11),
adsorbér
•absorbéry s přepadem kapaliny - označují se jako pěnové odlučovače, podle
vodní pěny, která vzniká na jednotlivých patrech (viz obr. 8 - pěnový odlučovač tuhých látek). Pro
plynné příměsi odlučivost dosahuje 92 až 98 %.
Kondenzace je odlučovací proces, při kterém se páry škodlivin ve vzduchu ochlazují pod
teplotu rosného bodu dané příměsi. Pro kondenzaci se používá povrchových kondenzátorů nebo
vstřikovacích kondenzátorů. U povrchových kondenzátorů (trubkové, hadové) bývá chladivem
solanka. Ve vstřikovacích kondenzátorech se chladivo rozprašuje do vzduchu obsahujícího
škodlivinu. Odlučivost ve druhém případě bývá vyšší. Je vhodné, aby chladivo a odlučovaná
škodlivina byly nemísitelné – snazší odloučení.
Oxidace a redukce mohou sloužit jako mezifáze pro chemickou úpravu odlučovaní příměsi
nebo mohou být jako procesy konečné. Např. oxidací SO2 na SO3, který je výhodnější pro odloučení
(technologicky), přímou redukcí nitrózních plynů lze získat neškodný dusík.
K oxidačním procesům se používá vzdušný kyslík. Příkladem může být likvidace emisí
z petrochemických výrob, ochranných atmosfér. Pokud je směs dostatečně výhřevná, probíhá
oxidace bez obtíží, jinak je třeba přidávat palivo nebo použít katalytického spalování. Katalytické
spalování je bezplamenné a začíná již při teplotě 250 0C (účinnost cca 90 %). Katalyzátory jsou
nejčastěji kovy v elementární formě nebo jejich soli (Pt, Pa, Fe, Cr, Co, Ni, V, Mo). Katalytická
redukce se používá např. při likvidaci
oxidů dusíku, jako katalyzátor je vhodná
platina. K redukci slouží vodík, uhlovodíky
nebo amoniak. Výsledným produktem
procesu je N2, H2O, CO2.
Příkladem odstraňování škodlivin
ze spalin je odsiřování pro energetická
zařízení středních výkonů. Uplatňují se zde
dvě metody:
● Polosuchá metoda (obr. 12) je založena na
reakci SO2 s hydrátem vápenatým
Ca(OH)2, který se rozprašuje ve formě
vodní suspenze (vápenného mléka)
v sušárně. Tuhý produkt (siřičitan
Obr. 12 : Schéma odsiřování spalin polosuchou
vápenatý CaSO3 a síran vápenatý CaSO4)
metodou
27
se odlučují v odlučovači tuhých látek, částečně se odvádí zpět do místního zásobníku, čímž se
zvyšuje stupeň využití vápna.
● Aditivní vápencová metoda spočívá v dávkování mletého vápence CaCO3 do spalovacího
prostoru, kde vzniká oxid vápenatý, který reaguje s oxidem siřičitým na síran a siřičitan
vápenatý. Obě tyto látky spolu s nezreagovaným sorbentem a popílkem se odlučují obvyklými
způsoby a ukládají na skládce. Aditivní metoda se hlavně uplatňuje při fluidním spalování, kdy
práškové palivo se spaluje ve vrstvě - fluidním loži.
Spaliny odváděné z topenišť na plyn, kapalná a tuhá paliva obsahují cca 200 až 1800 ppm
NOx (95 % NO, 5 % NO2). Pro uplatnění odlučovacích metod je závažné, že NO není rozpustný ve
vodě. V současné době se vyvíjejí a aplikují tři základní způsoby:
0
● selektivní katalytická redukce NOx pomocí NH3 za teplot 300 až 400 C,
● redukce NOx pomocí NH3 za současné adsorpce SO2 na aktivním koksu při teplotách 120 až
150 0C,
● redukce NOx pomocí roztoku sulfidů za současného odlučování SO2 při teplotách 50 až
70 0C.
28
5
OCHRANA ČISTOTY VOD
Voda je nejrozšířenější látkou na
povrchu Země (celkový objem cca 1,337.109
km3). Je základní složkou biomasy a
nezbytnou součástí životního prostředí všech
rostlinných a živočišných ekosystémů. Mimo
to má i funkci estetickou a kulturní. Jako
přírodní zdroj je nositelem energie
mechanické, chemické i tepelné. Slouží pro
transport látek a je surovinou pro řadu
odvětví. Koloběh vody v přírodě je naznačen
na obr. 13.
Spotřeba vody má stále vzrůstající
tendenci (před dvěma lety byla průměrná
spotřeba okolo 250 l na osobu a den, dnes
činí okolo 400 l). Váha spotřebované vody
v průmyslu několikanásobně převyšuje váhu
výrobků (u oceli 2x, u textilek 3x). Vysokým
spotřebitelem vody je i potravinářský
průmysl (např. zpracování 1 l mléka vyžaduje
0br. 13: Schéma koloběhu vody v přírodě.
3 - 6 l vody, na 1 l piva 3 - 5 l, na 1 kg cukru
10 l). V zemědělství jedna dojnice spotřebuje cca 110 l vody, vepř 100 l.
Vzrůstající tendence spotřeby vody ve všech odvětvích lidské činnosti bude ještě nějaký čas
trvat. Celková spotřeba je však limitována vodní bilancí určitého území. Je nutno nastoupit nový
trend, upravit některé technologie ev. je řešit netradičními způsoby (násobné využívání vody,
uzavřené cykly, použití vody nižší kvality ap.).
Voda v ovzduší
Voda v ovzduší může být ve skupenství plynném, kapalném nebo i pevném. Doba výměny
vody v ovzduší je cca 10 až 12 dní. Absolutní vlhkost vzduchu je dána hmotností vody v objemové
jednotce vzduchu (g.m-3), relativní vlhkost (%) pak vyjadřuje míru dosažení tohoto stavu.
Výpar vody z hladiny, půdy (přímý, evaporační) a porostu (nepřímý, transpirační) závisí
přímo na teplotě vzduchu, intenzitě slunečního záření a rychlosti větru; nepřímo pak na relativní
vlhkosti a tlaku vzduchu. V našich klimatických podmínkách je roční výpar 600 až 900 mm. V létě
se za den vypaří až 7 mm. Výpar půdy je nižší a závisí na pokrytí porostem. U holé půdy dosahuje
v létě 2 až 5 mm za den; transpirace rostlin činí cca 5 až 10 g.den-1.m-1 v závislosti na druhu rostliny,
vývojovém stadiu, teplotních, vlhkostních a dalších podmínkách.
Voda v půdě
Srážková voda se částečně vsakuje do půdy a tvoří v ní půdní vodu. Tato se vyskytuje ve
třech skupenstvích a spolupůsobí při půdotvorném procesu, ovlivňuje její tepelný a vzdušný režim
i biochemické pochody, je nezbytná pro zásobení rostlin vodou a živinami.
Voda v kapalné fázi má v půdě účinky rozpouštěcí, vyluhovací, reagenční a transportní.
Nevyskytuje se v půdě čistá, obsahuje minerální ionty, organické substance i plyny.
Statiku a dynamiku vody v půdě určují různé síly, které jsou ovlivněny vlastnostmi půdy:
• gravitace - je dána velikostí gravitačního zrychlení; působení je ovlivněno zejména texturou a
strukturou půdy (velikost a druh pórů)
29
•
kapilární síly - vznikají působením molekulárních sil na rozhraní tuhé, kapalné a plynné fáze;
jsou ovlivněny vlastnostmi půdní vody (povrchové napětí), povrchu tuhé fáze (smáčecí úhel),
tvarem a velikostí pórů
• adsorpční síly - působí na povrchu tuhé fáze; zvyšování koncentrace molekul vody na povrchu
půdních částic vede k rovnovážnému stavu mezi tenzí vodních par v ovzduší a vlhkostí půdy
Narazí-li prosakující voda (nekapilárními póry) na nepropustnou vrstvu vytvoří podepřenou
gravitační vodu. Tato vyšší souvislá vrstva je označována jako podzemní voda. Hladina podzemní
vody tvoří tedy ekvipotenciální plochu nad níž se uplatňují kapilární síly.
U kapilární půdní vody hovoříme obvykle o dvou formách:
• zavěšená - je obsažena ve vrchních částech půdního profilu, nemá hydraulickou ani kapilární
souvislost s hladinou podzemní vody (zpravidla po infiltraci vody do půdy)
• vzlínající - existuje nad hladinou podzemní vody s níž je kapilárně spojena; výška kapilárního
vzlínání závisí na druhu půdy (50 až 230 cm)
• adsorpční - je vázána na povrch půdních částic; pohyb je převážně ve formě vodních par, má
odlišné vlastnosti než voda volná (hustota, dielektrické vlastnosti, schopnost rozpouštění
elektrolyty ap.)
Na vodu v půdě působí vždy celý soubor sil a jednotlivé kategorie nejsou od sebe ostře
odděleny.
Podle původu se dělí vody na:
• vody přírodní - atmosférické, podzemní, povrchové,
• vody odpadní - splaškové, průmyslové, smíšené
Atmosférické vody vznikají kondenzací vodní páry při ochlazení vzduchu pod teplotu
rosného bodu. Průměrné množství srážek u nás činí 700 mm.rok-1. Chemické složení
atmosférických vod z leží na stupni znečištění atmosféry, obsah minerálních látek je nízký.
Obdobně jako v ovzduší jsou v atmosférických vodách přítomny příměsi tuhé (polétavý prach,
některé mikroorganismy), kapalné i plynné (rozpustné plyny, SO2, SO3, NOx, NH3). Stupeň pH
u běžných atmosférických vod se pohybuje od 5 do 6, v průmyslových oblastech dosahuje i hodnot
nižších (4).
Podzemní vody se doplňují průsakem atmosférických vod, kondenzací vodních par v půdě
ze zemského magmatu. Složení podzemních vod závisí na složení půd a hornin. K obohacování
rozpustnými tuhými látkami a plyny dochází jednak k přímým rozpouštěním, chemickým
působením CO2, přímou výměnou iontů i činností bakterií. Vody minerální mají obsah rozpustných
látek nad 1000 mg.l-1.
Povrchové vody jsou jednak kontinentální, jednak mořské. Jsou směsi vod atmosférických a
podzemních, jejich složení odpovídá poměrům obou složek. Hlavními zdroji ovlivňování jsou
geologicko-geografické poměry, hydrologicko-klimatické poměry a antropogenní činnost. Nachází
se v recipientech tj. vodních tocích nebo nádržích. Mimo dříve uvedená znečistění se v ní nachází
vodní mikrobi, rostliny a živočichové (trofie). Je-li osídlení vody v rovnováze příznivě ovlivňuje
kvalitu povrchové vody (eutrofie). Ve vodě probíhají samočisticí procesy, které ničí odpadní a
organické látky. Mimo rozpustné a nerozpustné látky je závažnou složkou obsah dusičnanového
dusíku NO3-. Obsah biologicky rozložitelných a nerozložitelných organických látek ve vodě se
posuzuje podle množství oxidačního činidla, které je za určitých podmínek třeba vynaložit na jejich
oxidaci. Jako činidla se používá manganistan draselný nebo dichroman draselný - označení
CHSK(mn,Cr), tj. chemická spotřeba kyslíku. Obsah pouze biologicky rozložitelných látek ve vodě se
vyjadřuje pomocí biochemické spotřeby kyslíku (BSK) tj. množství kyslíku spotřebované
30
mikroorganismy bez součinnosti fotosyntetizujících mikroorganismů. Význam povrchových vod
pro vodárenské účely stále vzrůstá - u nás kolem 50 %.
5.1
Znečištění vody
Znečistění vody je povahy fyzikální, chemické nebo bakteriologické. Znečisťující látky jsou
ve vodě rozpuštěné, suspendované nebo rozptýlené a emulgované:
• přírodní příměsi - jsou fyzikální povahy; pocházejí z částic hornin a půdy; způsobují zákal nebo
opalescenci vody, případně zápach po bahně nebo hlíně
• biochemické příměsi - způsobují např. mýdlovou chuť po huminových kyselinách a žluté až
hnědé zabarvení; kamence a hlinité soli dávají svíravou chuť; látky z rozpadu dusičnanů a
dusitanů se organolepticky neprojevují; látky z rozpadu čpavku a aminokyselin se vyznačují
hnilobným zápachem
• bakteriologické znečistění - bakterie, viry, plísně, kvasinky, různí paraziti ap.; např. tyfoidní
bakterie, salmonelózy, dyzentérie; vodou se šíří cholera, paraziti (škrkavky, roupi, tasemnice);
s vodou je spojeno rozmnožování přenašečů chorob
•
chemické znečistění - různé látky; rozkladem bílkovin a minerálním hnojením sem patří
dusičnany a dusitany, blokují oxidační pochody červeného krevního barviva
(methemoglobinémie, jež zapříčiňuje vnitřní dušení - cyanóza) přípustná norma činí pro
kojence 15 mg.l-1, pro dospělé 50 mg.l-1; fluor patří k biologicky významným látkám, vysoký
obsah způsobuje fluorózu (zvýšené ukládání v kostech - lomivost), menší množství příznivé (do
0,5 mg-l-1 snižuje kazivost zubů)
Znečištění povrchových vod podle mechanismu působení látek se dělí do tří skupin:
• látky působící přímo toxicky
• látky ovlivňující kyslíkovou bilanci
• látky inertní (anorganické nerozpuštěné a rozpuštěné netoxické).
Závažným znečištěním mohou být pesticidy a látky organické i anorganické povahy
používané k hubení rostlinných a živočišných škůdců.
K antropogennímu ovlivňování hydrosféry dochází:
•
nepřímo - spočívá především v mineralizaci srážkových vod. Při pádu z výše 1000 m 1 l vody
promyje asi 3,25.105 l vzduchu. Srážková voda se obohacuje o rozpuštěné plyny, soli, aerosoly,
bakterie, mikroby, spóry atd. To způsobuje kyselou reakci vody a zvyšuje její korozivitu.
• přímo - je produkované lidskou činností a nebezpečnější u podzemních vod, kde možnosti
asanace jsou podstatně menší a omezenější. V současné době je nejčastější příčinou znečistění
ropnými uhlovodíky. V podzemí jsou téměř nedegrabilní a sorpční schopnost půdy je pro ně
malá.
Nejdůležitější z hlediska potenciálního ohrožení hydrosféry jsou:
• z průmyslové výroby ropa a ropné produkty, tenzidy, radioaktivní látky, organické a
anorganické látky
• ze zemědělství produkty eroze, minerální hnojiva, pesticidy, zvířecí exkrementy
• ze sídlišť výluhy ze skládek tuhých odpadů, komunální odpadní vody.
Splaškové vody jsou odpadní vody z domácností a sociálních zařízení závodů. Spotřeba
vody (shodná s množstvím odpadních vod) stále stoupá. Znečištění splaškových odpadních vod je
dáno převážně obsahem moče a fekálií (cca 60 % organických látek), dále přicházejí zbytky
31
živočišné a rostlinné potravy, tuky, mycí a čistící prostředky (význam tenzidy - povrchově aktivní
látky, dříve saponáty).
Do této skupiny patří i odpadní vody ze zemědělské výroby. V případě, kde dobytek je
krmen potravou fortifikovanou antibiotiky tato zůstávají v odpadní vodě a ničí vodní i půdní
mikroflóru, takže zamezují samočisticí pochody.
Průmyslové odpadní vody mohou být znečištěny odpady organického i anorganického
původu. V prvém případě jsou to např. celulózky, cukrovary, textilky nebo uhelné prádelny. Ve
druhém případě se jedná o kontaminace z provozních vod i průsaky při zpracování surovin
i výrobků. Ve vztahu k poškození lidského zdraví mají hlavní význam kovy, které se v organismu
kumulují a jejich obsah v životním prostředí roste. Světová zdravotnická organizace je dělí podle
důležitosti:
I. kadmium, rtuť, olovo
II. arsen, chrom, selen
III. berylium, kobalt, molybden, stříbro, vanad
Na akutní toxicitu kovů má výrazný vliv forma jejich výskytu. Např. pouze mocenstvím
odlišné kovy Cr6+ a As3+ jsou toxičtější než Cr3+ a As5+; organické sloučeniny téhož kovu mohou být
silnějšími jedy než anorganické (tetraetylolovo, etylmerkurichlorid). Ve směsích se mohou účinky
kovů zesilovat (synergismus) nebo zeslabovat. Např. kadmium ve směsi se zinkem nebo mědí je
toxičtější; ve tvrdých vodách se však toxicita kovů obecně snižuje.
Závadnost kovů je do značné míry relativní. Řada kovů ve vyšších (Ca, Na, K, Mg, Fe)
i stopových koncentracích (Cu, Mo, Se, Co, Cr, V) je nezbytná pro život. Přesáhne-li však jejich
obsah určitou mez, začínají působit škodlivě.
Tab. III: Antropogenní zdroje kovů ve vodách
Možné zdroje uvádí tab. III.
Zdroj
Kovy
Těžba a zpracování Zn, Hg, As, Se, Mn
rud
Povrchové
kovů
úpravy Cr, Ni, Al, Cu, Zn, Cd,
Výroba barviv
Cr, Pb, Ti, Zn, Al, As,
Ba,
Papírny
Cr, Cu, Hg, Ni, Ti, Ba,
Zn,
Minerální hnojiva
všechny kovy
Fotografický průmysl Ag, Cd, Cr,
Doprava
Pb,
Kožedělný průmysl
Cr, Al, As,
Textilní průmysl
Cu, Zn, Cr, B, Pb, Ni,
Polygrafický průmysl Sb, Hg, As, Be, Cu, Zn,
Mo,
Popílky (dle druhu Sb, Hg, As, Be, Cu, Zn,
paliva)
Mo, Ni, Pb, Se, Cr, Ti,
Al, Ge,
32
Podle použití rozeznáváme vodu:
• pitnou
• užitkovou
• provozní
Pitná voda
Podle ČSN 83 0611 se pitnou vodou
rozumí " voda zdravotně nezávadná, která
ani při dlouhodobém používání není
příčinou zdravotních poruch a onemocnění".
Z hlediska fyzikálních vlastností má být
pitná voda bez barvy, opalescence a zákalu,
osvěžující chuti a nemá páchnout.
Z chemického hlediska udává vlastnosti tab.
IV; tvrdost, kterou způsobují vápenaté soli
nemá překročit 10 až 12o tvrdosti podle
německé stupnice (1 stupeň = 1 mg CaO
nebo jeho ekvivalentu). Radioaktivita pitné
vody nesmí přesahovat přirozené pozadí.
Pokud se týká mikrobiologických vlastností
nesmí obsahovat chloroboplodné zárodky,
nesmí obsahovat B. coli jako indikátor
fekálního znečistění.
Získávání pitné vody.
Nejkvalitnější zdroj
jsou
Ukazatel
Jednotka Europea
ČR
USA
vody podzemní. Získávají se na
n WHO
prameništích,
která
musí
být
chráněna (I. - III. OHP). K posílení
Olovo
mg.l-1
100
50
50
vydatnosti se zpravidla hloubí
Arsen
mg.l-1
50
50
50
pramenní zářezy, které svádějí vodu
-1
Selen
mg.l
10
10
10
do studny z větší plochy.
-1
Chrom
mg.l
50
50
50
V našich podmínkách je
-1
většinou zdrojem pitné vody voda
Kyanidy
mg.l
50
10
10
povrchová. Pro pitné účely se voda
-1
Kadmium
mg.l
10
10
10
upravuje. Úprava vody je složitý
Baryum
mg.l-1
1 000
1 500
1 000
proces. Nejprve je čistění hrubých
Rtuť
mg.l-1
1
nečistot a makroskopických částí. Ve
-1
druhém stupni se podrobí srážení
Stříbro
mg.l
50
50
-1
chemickými prostředky (zpravidla
Fluoridy
mg.l
0,7
1,5
0,8 - 1,7
komplexní soli hliníku), aby se
Dusičnany mg.l-1
50 / 100
50
45
vydělily
rozpuštěné
a
jemně
Zákal
mg SiO2.l5
3
suspendované nečistoty. Vločky se
1
PH
6 až 8
filtrují buď na pomalých (vlastní
vahou) nebo rychlých filtrech
1 000
∑
rozp.
-1
(hydrostatickým tlakem vodního
mg.l
látek
1250
125
sloupce neb mechanickým) z praného
mg.l-1
Hořčík
250
250
250
písku o různé velikosti zrna.
mg.l-1
Sírany
600
100
250
Desinfikace se provádí chlorovými
mg.l-1
Chloridy
preparáty a případná dechlorace.
Desinfekci
možno
provádět
i ozónem event. UV zářením. Snahou
je hledat vydatnější a biologicky nezávadnější metody úpravy vody. Jedná se o tzv. mikrosíta
z umělých vláken nebo samočistění bez filtrace pomocí tzv. kalového mraku. Upravená voda se
může obohacovat i některými látkami (např. F).
Voda užitková
Používá se k mytí, koupání ap.. Bakteriologická nezávadnost je stejná jako u pitné vody,
fyzikální vlastnosti nebo chemické charakteristiky se mohou odchylovat např. chuťově, barva.
Voda provozní
Používá se v technologickém procesu průmyslových závodů, většinou se za účelem
zvláštních vlastností musí upravovat. Např. měkká voda s nízkým povrchovým napětím pro textilky
i pro tepelné parní energetické závody (tvorba kotelního kamene).
Tab. IV: Standardy jakosti pitné vody
5.2
Čistění odpadních vod
Odpadní vody znečistěné organickými odpady (splaškové, zemědělské, příp. průmyslové) se
obvykle čistí biologickými procesy.
U menších sídlišť (do 500 obyvatel) účelu, čistění odpadních vod před vypuštěním do
recipientu, mohou sloužit asanační nádrže (biologické rybníky) nebo podmoky. Po předčištění
(sedimentaci) se voda může, za zvláštních opatřeních, použít i na plochách zemědělsky
obdělávaných.
33
Ve větším rozsahu
je nutno
samočisticímu procesu pomoci budováním
kanalizačních čistíren (obr. 14). Vhodné bývá
oddělení dešťových (nepřivádí se do čistírny) a
splaškových vod. Obvykle se splaškové vody
nejprve podrobují mechanickému čistění, kde
na česlech a sítech se oddělují hrubé
mechanické nečistoty, které se spalují,
kompostují nebo skládkují. V lapácích tuků se
odstraňují tuky a oleje, které se buď využívají,
spalují nebo chemicky rozkládají. Usazovací
nádrže pak oddělují během několika hodin (1
až 4) hlavní podíly nerozpuštěných látek.
Obr. 14: Schéma biologické čistírny splaškových Hlavní součástí čistění jsou aktivační nádrže,
vod /1 - splaškové vody, 2 - hrubá síta, 3 - ve kterých probíhají aerobní biochemické
škrabky, 4 – lapák písku, 5 - lapák tuků, 6 - procesy. Důležitou podmínkou je intenzivní
usazovací nádrž, 7 - aktivační nádrže, 8 - provzdušňování. Vzniklý aktivní kal se vrací
aktivovaný kal, 9 - dosazovací nádrž, 10 - zpět do procesu aktivace, zbytek se odděluje
vyčištěná voda, 11 - vyhnívací nádrž, 12 - kalový v dosazovacích nádržích. Vyprodukovaný kal
se ve vyhnívacích nádržích podrobuje
plyn, 13 - kalová pole, 14 - kal/
anaerobnímu procesu, při kterém se rozkládá
část zbývající biomasy. Zde vzniká kalový plyn se značným obsahem metanu, který je možno
využít ve spalovacích zařízeních. Výsledný kalový produkt (po odvodnění a vysušení na kalových
polích) byl donedávna vhodným hnojivem - v současné době se pro vyšší obsah toxických látek,
především těžkých kovů, nedoporučuje. Voda předčištěná sedimentací se může odvádět i na tzv.
biologické filtry, tj. velké nádrže naplněné různě zrnitými vrstvami štěrku nebo pórovitého
materiálu. Na povrchu tohoto materiálu se tvoří vrstvičky vodních organismů, které se živí
organickými zbytky v sedimentované vodě. V případě vod
s možností infekčního zamoření
se provádí ještě přechlorování na chlorovací stanici.
Složení průmyslových vod (na rozdíl od splaškových) se výrazně liší podle druhu
produkující technologie. Průmyslové vody obecně mohou obsahovat látky anorganické i organické,
rozpustné i nerozpustné, toxické i netoxické. Látky mohou být biologicky rozložitelné (sacharidy,
fenoly a pod.) i obtížně rozložitelné (chlorované uhlovodíky). Přímé vypouštění do recipientů
(prostředí, které přijímá odpadní vodu - obvykle vodní toky) i do kanalizace není většinou možné.
Průmyslové odpadní vody se předčisťují. Vlastní proces závisí individuálně na složení vod. Při
čistění se uplatňují fyzikální principy (sedimentace, stripování), fyzikálně-chemické (adsorpce,
extrakce), chemické (srážení, neutralizace, oxidace nebo redukce), i biologické principy (metody).
Čistící zařízení mohou být navrhována pro přerušovaný provoz (odstavné čistění) nebo pro
kontinuální provoz (průtočné čistírny).
34
6
6.1
PROBLEMATIKA ODSTRAŇOVÁNÍ NEČISTOT
Problematika ropných látek
Nebezpečnost ropných látek závisí na komplexním posouzení přímých vlivů na člověka
i nepřímých v důsledku poškození životního prostředí. Je nutno hodnotit nejen odděleně čisté
uhlovodíky ropného původu, ale i aditiva, které jsou součástí ropných výrobků.
Olejovité, event. dehtovité látky, působí na člověka karcinogenně, při dlouhodobém
působení vyvolávají ekzémy i karcinomy. Případy akutních otrav vodou s obsahem ropných látek
nebyly zjištěny, protože přítomnost ropných látek ve vodě již v malých koncentracích činí vodu
nepoživatelnou pro silně páchnoucí a nepříjemnou chuť.
Z hlediska životního prostředí vypuštěním ropných látek do vodního toku se vytváří olejový
film na vodní hladině. Dostatečnou vrstvou se omezí přístup vzdušného kyslíku k hladině vody a
tím ovlivňuje biocenózu vodního toku a ovlivňuje jeho samočisticí proces. Smrtící důsledky může
mít i pro vodní ptactvo, pokrytím peří se pták neudrží na hladině a utopí se. Ulpíváním ropných
látek na březích pak je postihována jejich fauna a flóra. Může docházet i k vytváření pryskyřičných
tmelů, jež utěsňují břehy toků a zabraňují filtraci vody do studní. Přítomnost ropných látek
zabraňuje i využití vody pro závlahy. Ropné látky snižují množství humusu v půdě a brzdí transport
vody ke kořenům rostlin. Na půdách obsahujících 3 až 4g na 1kg půdy se porost objevuje již jen
sporadicky u zvláště odolných rostlin, doba regenerace takovéto půdy k zemědělské využitelnosti
je dle frakcí ropných látek až desítky let. Z aditiv ropných výrobků zasluhuje zvláštní pozornost
tetraethylolovo, které svými toxickými účinky nebezpečně ohrožuje především ovzduší.
Používání ropných látek vede k řadě konfliktních situací. Pro znečistění vody jsou důležité
nejen operace, kdy tyto látky přecházejí do odpadních vod, ale i všechny ostatní manipulace s nimi.
Obvykle podíl na vzniku havárií je v těchto případech mnohem vyšší. Je proto důležité vytvořit
soubor opatření proti únikům ropných látek při jakékoliv manipulaci (dopravě, skladování,
přečerpávání a pod.)
Obecně ve strojírenském a hutním průmyslu jsou odpadní vody znečisťovány při alkalickém
a emulzním odmašťování, řeznými a chladícími kapalinami, při kalení, únikem z hydraulických
systémů a pod. Do odpadních vod se mohou dostávat ve volné formě i ve formě emulzí o různé
stabilitě. Odpadní vody z dílen tepelného zpracování patří mezi mimořádně závadné odpadní vody.
Platí to obzvláště o odpadních vodách z kalících procesů, kde se používá k ohřevu roztavených
minerálních solí a v případech, kde spolu s tepelným zpracováním probíhají i povrchové úpravy.
Mimo ropných látek jsou pro čistotu vod nejnebezpečnější kyanidy, dusitany, soli barya a těžkých
kovů. Nevítanou příměsí jsou také emulgátory a organické povrchově aktivní látky přidávané do
mycích vod.
Náklady na čistění odpadních vod je možno snížit :
• zavedením bezodpadových technologií
• zavedením oběhových systémů využití vod, úsporných oplachů ap.
• prodloužení upotřebitelnosti lázní v technologických systémech.
Jak již bylo poznamenáno, do odpadních vod se mohou ropné látky dostat ve formě
homogenní kapalné fáze, emulze či vodného roztoku. Rozpustnost ropných látek je nízká, proto
voda vytváří s těmito látkami dvoufázové systémy. Proto také pro odstraňování volných ropných
látek se nejčastěji a nejdéle používá mechanických způsobů odlučování (separace). Jedná se
zejména o gravitační způsob odlučování, kde volba vhodného separátoru závisí na velikosti
průtoku, hustotě a koncentraci ropných látek. Pro stálé emulze není gravitační odlučování
35
použitelné. U jednoduchých typů odlučovačů se provádí stahování plovoucí vrstvy uhlovodíků
zvýšením hladiny nebo plovákovými sběrači z vhodných sedimentačních nádrží. Zvýšení účinnosti
se dosáhne lamelovými odlučovači, kde každá šikmo uložená lamelová štěrbina funguje jako
samostatný odlučovač o tenké vrstvě čištěné vody. K mechanickým způsobům separace patří i
odstřeďování uplatňované např. při oddělování ropných látek ze zaolejovaných třísek při obrábění
kovů. Dalším významným procesem, používaným obvykle pro dočisťování je adsorpce. Jako
adsorbentů je využíváno různých přírodních materiálů (rašelina, dřevěná moučka), materiálů
upravených (aktivní uhlí, hydrofobizovaný expandovaný perlit - Vapex). K adsorpci slouží norné
stěny, otevřené nebo zavřené filtry. Náplně se obvykle neregenerují, likvidují se spalováním
v kotelnách.
Většinou ropné látky se v odpadních vodách vyskytují také ve formě emulzí. Stabilitu
emulzí ovlivňuje chemické složení odpadních vod a emulgotvorná schopnost přítomných
emulgátorů. Přítomnost toxických látek, těžkých kovů (kyanidů, koncentrátů kyselin, dusitanů a
pod) v těchto odpadních vodách není zárukou spolehlivého čistícího efektu. Společné čistění je
obvykle nemožné a nutno je provádět v několika krocích. Např. v přítomnosti kyanidů nelze
emulze při deemulgaci okyselovat.
Operace vedoucí k zániku emulzí lze roztřídit podle jejich charakteru na:
• chemické procesy (za přídavku solí, kyselin, deemulgátorů, pomocí flokulačních činidel a
pod.),
• termické procesy (ohřátí, odpaření, spálení),
• mechanické separační procesy bez předběžné úpravy (ultrafiltrace, odstřeďování, filtrace).
V čistírenské technologii obvykle jde o kombinaci uvedených metod závislé na předběžných
laboratorních zkouškách odpadních vod.
Chemická deemulgace nebo také koagulace emulgovaných ropných látek se rozumí každá
koagulace, jež se vyvolává přídavkem nějaké pomocné látky. U mnoha druhů průmyslových emulzí
lze dosáhnout deemulgace přidáním minerální kyseliny (HCl, H2SO4) na pH 3 až 4.
U vod obsahujících saponáty a emulze pro třískové obrábění není tento způsob zcela
spolehlivý. V poslední době nabývají více na významu procesy s použitím synteticky
připravovaných organických deemulgátorů. K zesílení čistícího efektu průmyslových odpadních
emulzí se používá adsorpčních čiřících činidel, např. solí hliníku a železa spolu s dalšími
adsorpčními látkami (práškové aktivní uhlí, bentonit, jíl atd.).
O adsorpčním čistění byla již zmínka výše. K doplnění nutno poznamenat dobrou
deemulgační adsorpční schopnost bentonitu (rozsivková zemina - montmorillonit). Elektroforéza
sama o sobě nezpůsobuje znatelnou deemulgaci. Metody elektroforézy kombinované s elektrolýzou
pak zvyšují účinek metody. Působením stejnosměrného elektrického proudu putují kapky ropných
látek k anodě, na níž současně vzniká hydratovaný oxid železitý, který adsorbuje tyto látky.
Zahřívání a zvýšená teplota urychlují chemické deemulgační procesy. Částečné, případně
úplné, odpaření vodní fáze emulze vede k zániku i těch nejstabilnějších emulzí. Částečným
nedostatkem těchto metod je, že soli a ostatní nečistoty obsažené v odpadní vodě odpadají spolu
s ropnými látkami a případně znečistění kondenzátů níževroucími ropnými a organickými látkami.
Při termické úpravě se odpadní vody ohřívají buď přímo nebo nepřímo pomocí výměníků tepla.
Odparky se mohou obvykle bez dalších úprav spalovat.
Pro ultrafiltraci je charakteristické, že směr toku kapalného media se liší od běžně používané
statické filtrace, při které je směr přítoku filtrovaného media i filtrátu ve filtrační přepážce prakticky
shodný. Při ultrafiltraci směr roztoku procházejícího polopropustnou membránou je orientován
přibližně kolmo ke směru toku filtrovaného media, které současně omývá povrch této membrány,
aby nedošlo k jejímu nevratnému ucpání. Ultrafiltrační membrány se vyrábějí na bázi nitrocelulózy
(Synpor) a bývají konstruovány ve tvaru hadicových modulů. Polární sloučeniny pronikají
36
ultrafiltrační membránou poměrně snadno. Odstřeďování ropných látek se používá většinou pro
předběžnou úpravu odpadních emulzí.
Biologické čistění odpadních vod je založeno na schopnosti některých mikroorganismů
rozkládat organické látky v těchto vodách. Jedná se o vody mechanicky a chemicky předčištěné
s dostatečným množstvím makrobiogenních prvků (N a P). Ze způsobů biologického čistění se
nejčastěji používá aktivace, případně čistění biologickými filtry.
6.2
Problematika čistění odpadních vod z povrchových úprav kovů a dílen tepelného
zpracování
Odpadní vody z provozů povrchových úprav kovů i dílen tepelného zpracování obsahují
kyseliny, alkálie, jedovaté sloučeniny těžkých kovů, kyanidy, chromové sloučeniny aj. ve velkých
koncentracích. Jejich závadnost se ukáže tehdy, uvědomíme-li si v jakém poměru by musely být
zředěny vodou, aby se dosáhlo přípustných koncentrací toxických látek. Např. chromovací lázeň
obsahuje v průměru 400 g CrO3 v litru vody, tj. 192 g.l-1 šestimocného chromu, jehož přípustná
koncentrace v říční vodě je 0,1 mg.l-1. Pro jednu vanu s 500 l roztoku by se pro zředění na
přípustnou koncentraci potřebovalo 960 000 m3 vody tj. kdyby lázeň odtékala 1 hodinu musel by
být při dokonalém smíšení galvanické lázně s vodou průtok řeky 265 m3.s-1, což je průměrný průtok
řeky Labe na našich hranicích. Obdobně je tomu i u galvanických kyanidových lázní.
Zneškodněním je tedy míněna úprava chemických a fyzikálních vlastností odpadní vody tak, aby se
přiblížila vodě užitkové. Škodlivé látky se buď odstraňují nebo se převádí na nezávadné sloučeniny.
Hospodárnost provozu galvanických dílen i čistíren odpadních vod souvisí bezprostředně
s organizací práce a pořádkem na pracovišti. Zmenšení koncentrace škodlivých látek v odpadních
vodách i zmenšení množství odpadních vod znamená úsporu chemikálií potřebných pro přípravu
elektrolytů, v čistírně pak spotřebu chemikálií pro čistění nehledě k spotřebě vody pro oplachovací
lázeň. Ke znečistění odpadních vod škodlivými látkami dochází jednak při výměně
vypotřebovaných nebo znehodnocených lázní, jednak výnosem při oplachování výrobků.
Pravidelná údržba a kontrola zařízení galvanické dílny zamezuje ztrátám vznikajícím
netěsností van a filtračního zařízení. Při řádné a pečlivé obsluze je možno prodloužit provozní dobu
lázně na velmi dlouhou dobu zejména tím, že:
• používáme závěsy z materiálu, který se v galvanické lázni nerozpouští
• při vysoké proudové hustotě se v alkalických lázních zbytečně snižuje obsah kyanidových
sloučenin a vzniká uhličitan sodný, čímž se lázeň znehodnocuje
• používáme při zakládání a provozu lázní čistých solí a anod z čistých kovů i pokud možno
nejčistší vody (demineralizované)
• lázně pravidelně kontrolujeme a doplňujeme, je nutno provádět průběžnou nebo přerušovanou
filtraci ev. elektrolytické čistění
Ztráty lázní výnosem jsou poměrně vysoké, udává se, že při dvousměnném provozu
dosahují měsíčně hodnot 10 % elektrolytu. Obzvláště vysoké ztráty jsou při lesklém chromování a
automatických procesech. Teoretické stanovení množství a jakosti oplachových vod je složitou
úlohou, kterou ovlivňuje celá řada faktorů, zvláště pak:
• množství vody přitékající do oplachových van
• tvar oplachovaných předmětů, drsnost jejich povrchu a způsob upevnění na závěsech
• doba, která uplyne mezi dvěma po sobě jdoucími oplachy
• doba odkapávání pokovovaných předmětů, po kterou je zboží zavěšeno nad vanou
• doba zdržení pokovovaného zboží v oplachové vaně
37
•
•
•
způsob oplachování (sprchou, v klidné oplachovací lázni, v lázni s prouděním vody
nebo pohybem předmětů)
složení galvanických lázní a jejich povrchové napětí
tvar a materiál závěsů
6.2.1Problematika oplachů
Mnoho autorů se laboratorními pokusy i teoretickými úvahami snažilo nalézt kritéria pro
stanovení množství vynesené lázně. Toto množství závisí na tvaru upravovaného zboží, na drsnosti
jeho povrchu, způsobu zavěšení, na teplotě, viskozitě a na koncentraci roztoku. Získané údaje jsou
velmi různé a pohybují se od 50 až 200 ml.m-2 u jednoduchých předmětů, po 200 až 400 ml.m-2
u předmětů profilovaných. Největší rozdíly v množství vynesené lázně způsobuje doba odkapávání
nad galvanickou vanou.
Úvahy o oplachování vycházejí z předpokladů dokonalého smíšení přenesené lázně
(elektrolytu) s obsahem lázně oplachovací, tedy stejné koncentrace ve všech místech této lázně
i v tenké vrstvě (filmu) vynášené na povrchu oplachovaného předmětu. Celkový výsledek
oplachování však dával 60 až 100 násobně horší výsledek než předpoklad dokonalého smíšení.
Účinnost oplachování je závislá na době ponoru i na mechanickém účinku oplachovacího media na
povrch předmětu. Při použití sprch k oplachu výhoda mechanického účinku je však pouze na
volném povrchu, odstraňování elektrolytu z dutin je ztížené.
a
b
c
Obr. 15 : Schéma van používaných v lince povrchových úprav /a - chemické odmašťování, b jednostupňový oplach s přepadem, c - dvoustupňový oplach s přepadem/
Množství vody potřebné pro odstranění vynesené lázně závisí na přípustné koncentraci
škodlivých látek v oplachové vodě. Používání nižších koncentrací je neekonomické, při vyšších
koncentracích může docházet ke zmetkovitosti (koroze povrchu, nedokonalá adheze vrstev,
vzhledové vady ap.). Dalším problémem je možnost znečistění a ev. zničení následujících lázní
vlivem přenosu z provozní lázně (zvláště střídání alkalických a kyselých procesů). Mezi
koncentrací lázně a koncentrací v oplachovací vaně platí vztah:
C 1 .( Q + q ) = C 0 .q
q - množství vyneseného elektrolytu, Q - množství vody přiteklé do vany mezi dvěma oplachy, C 0 koncentrace provozní lázně (elektrolytu), C1 - koncentrace v oplachovací vaně
C .q C .q
C 1 = 0 = 0 = C 0 .R
z toho:
Q+ q
Q
R - poměr mezi množstvím výnosu a množství vody přiteklém v intervalu mezi dvěma oplachy
při zanedbání množství vynesené lázně (elektrolytu) ve jmenovateli, které je vůči přítoku
oplachovací vody nepatrné.
38
Jsou-li zavedeny protiproudé oplachy, pak ve druhé vaně je koncentrace C2:
C .q
C 2 = 1 = C 1 .R = C 0 .R 2
Q
Tento vztah platí za předpokladu, že doba odkapávání i doba ponoření je v obou vanách
stejná a že vynesené množství elektrolytu z galvanické lázně je stejné jako množství vody vynesené
z první oplachové vany. Při vícestupňových oplachách platí za daných předpokladů totéž, čili
závislost mezi koncentrací ve výsledném oplachu a koncentrací elektrolytu je vyjádřena
geometrickou řadou.
Obdobně možno ze známých koncentrací určit potřebné množství oplachové vody:
C
Q = 0 .q
C1
Tab. V: Příklad potřebného množství oplachové vody
Oplach
Q /l.m-2/
jednostupňový
dvoustupňový
třístupňový
čtyřstupňový
715
13,4
3,5
1,8
1
 C n
Při použití vícestupňových oplachů pak:
Q =  0  .q
 Cn 
n – počet oplachovacích lázní, Cn - koncentrace v poslední vaně
Účinnost protiproudých oplachů je možno ukázat na příkladu lesklého chromování
(koncentrace CrO3 v lázni 400 g.l-1, přípustná koncentrace oplachovací lázně 0,14 g.l-1 a množství
vyneseného elektrolytu na výrobku 0,250 l.m-2). Potřebné množství oplachovací vody při
jednotlivých druzích udává tabulka V.
Z výpočtu
Tab. VI: Potřebné množství oplachové vody dle VÚOM
vyplývá
velké
množství vody pro
-2
Lázeň
Koncentrace Množství oplachové vody /l.m /
jednostupňový oplach.
lázně
Oplach
Oplach
Zavedením
v oplachové
dvoustupňový
třístupňový
dvojstupňového
vodě
oplachu činí úspora
/mg.l-1/
vody 98 %. Úspora
dosažená
dalšími
Opt.
Max.
Opt.
Max.
Opt.
Max.
stupni je již poměrně
Moření
200
500
5,6
3,5
2,0
1,5
malá a z hlediska
Dekapování před
15
25
20,4
15,8
4,7
4,0
hospodaření s vodou
CN
nemá větší význam.
6
12
25,0
17,7
5,4
4,3
V
některých
Mědění
25
50
13,3
9,4
3,5
2,8
případech
však se
Niklování
40
200
25,0
11,2
5,4
3,1
může
použít
pro
Chromování
20
60
13,7
7,9
3,6
2,5
doplňování
ztrát
Zinkování vanové
20
60
53,0
31,0
12,9
9,6
galvanických
van
Zinkování
výnosem
50
100
11,2
7,9
3,2
2,5
bubnové
i
vypařováním
a
uvažovat
o
nahrazení
Fosfátování
čistící stanice.
39
Dle údajů Výzkumného ústavu ochrany materiálu jsou uvedena potřebná množství
oplachové vody v tabulce VI. Údaje vychází z předpokladů přípustné koncentrace elektrolytu
v poslední oplachovací vaně, z předpokládaného množství vyneseného elektrolytu a z rovnice pro
dokonalé smíšení.
Výše uvedené úvahy naznačují problematiku oplachů. Pro zvětšení hospodárnosti provozu a
snížení zatížení životního prostředí škodlivými látkami se hlavně uplatňují tyto zásady:
• používání dvoustupňových protiproudých oplachů, kde zvýšená účinnost je zajištěna vhodným
prouděním ev. mícháním
• zajištění dostatečně dlouhé doby odkapu nad vanou pro snížení výnosu z lázní
• použití úsporných oplachů, které jsou využívány pro doplňování galvanických van a jejich
zařazení může snížit koncentraci odpadních oplachových vod až o 60 %
• použití smáčedel pro snížení povrchového napětí a tím výnosu z lázní.
6.2.2Druhy odpadních vod a jejich čištění
Podle obsahu škodlivin a způsobu úpravy se odpadní vody obvykle rozdělují na:
• odpadní vody kyselé nebo alkalické
Vznikají při oplachu z kyselých mořících lázní a z kyselých pokovovacích lázní nebo při
vypotřebování a znehodnocení těchto lázní. Alkalické vody pak přichází z jednoduchých mořících
nebo odmašťovacích lázní. Vody tohoto typu obsahují mimo volných kyselin i soli příslušných
kovů.
• odpadní vody alkalické kyanidové
Vznikají z oplachových vod některých galvanických pokovovacích lázní a z kalírenských procesů,
případně při vypotřebování funkčních lázní. Obsahují kyanidové sloučeniny a jednoduché
i komplexní kovové soli a alkálie.
• odpadní vody chromové
Vznikají při oplachu po galvanickém chromování nebo chemickém chromátování, či po
vypotřebování těchto pracovních lázní. Obsahují soli šestimocného chromu a minerální kyseliny.
Všechny povrchové vody obsahují určité množství bikarbonátu, který tvoří tzv. přirozenou
alkalitu vody a představuje spolu s volným oxidem uhličitým ústojný systém tlumící kyselou a
alkalickou reakci přitékajících odpadních vod. Dojde-li ke snížení pH povrchové vody pod 5 poruší
se biologická rovnováha, zmenší se schopnost samočistění. Anionty většiny kyselin (s výjimkou
kyseliny fluorovodíkové) jsou tak málo toxické, že o jedovatosti rozhoduje hodnota pH. Většinou
přirozená alkalita vody stačí neutralizovat kyselé odpady. Vypouštění odpadních vod
neutralizovaných vápnem zvyšuje celkovou tvrdost i solnost vody. Zvýšením acidity vody se
zvyšují její agresivní účinky na vodní stavby, zejména na betonové zdivo (zvláště nebezpečná je
kyselina sírová a její soli - tvorba tzv. cementového bacilu 3 CaO.Al2O3.3 CaSO4.(30-32) H2O lokální tlaky). Při smíchání různých odpadních vod ev. z kalů usazených ve stokách se mohou
uvolňovat jedovaté nebo výbušné látky jako např. sirovodík, kyanovodík ap.
Využití přirozené alkality povrchových vod k neutralizaci kyselých odpadů znemožňuje
většinou vysoký obsah rozpuštěných kovů. Ve velkém množství je zpravidla přítomno dvojmocné
železo. Při smíšení s povrchovou vodou obsahující bikarbonáty a rozpuštěný kyslík přechází
oxidací a hydrolýzou až na hydroxid železitý, což znamená značné snížení obsahu kyslíku ve vodě.
Vločky hydroxidu železitého tvoří objemný kal, který při usazování strhává i mikroorganismy a
drobné živočichy (využití u čistíren odpadních vod). Měď, nikl, chrom i další těžké kovy působí
toxicky na vodní flóru i faunu a poškozují tak nejen biologickou rovnováhu povrchové vody, ale
40
znemožňují i její použití pro další účely např. závlahy. Obvykle koncentrace 5 až 10 mg.l -1
prakticky zastaví činnost biologických těles.
Alkalické vody mohou zvýšit pH povrchové vody na extrémní hodnoty, které jsou pro
organismy stejně nebezpečné jako okyselení. Ústojný systém bikarbonátů a oxidu uhličitého
v povrchové vodě snižuje koncentraci hydroxylových iontů (CO2+OH- HCO3-) a při větším
množství alkalických vod dochází k vylučování uhličitanu vápenatého.
Kyanidy v odpadních vodách mohou být přítomny jako jednoduché kyanidy poskytující ve
vodních roztocích ionty CN- nebo jako kyanidy komplexní. Pro živočichy i rostliny jsou
nejjedovatější kyanidy jednoduché (KCN, NaCN) – funkci biologických čistíren ohrožují již
v koncentraci 1 mg.l-1. Toxicita kyanidových komplexů je mnohem menší a je dána nestálostí
komplexu - z používaných komplexních kyanidů jsou nejstálejší KAg(CN)2, K2Ni(CN)4 a
K4Fe(CN)6, zatímco K2Zn(CN)4, K2Cd(CN)4 a KCu(CN)2 jsou méně stabilní. Ve vodním roztoku
jsou jednoduché kyanidy hydrolyzovány na kyanovodík, který je velmi slabou kyselinou. Toxicita
kyanidů je závislá na pH, na obsahu kyslíku, na celkovém složení vody, na teplotě a druhu
organismů. Obecně je nutno konstatovat, že vyšší organismy jsou mnohem citlivější - 100 % úhyn
pstruha za 120 h při koncentraci 0,05 mg.l-1. V povrchových vodách se kyanidy rozkládají a
probíhají současně dva pochody - uvolňování HCN vlivem kyseliny uhličité a vyvětrávání - oxidace
kyanidů kyslíkem na kyanatany a jejich hydrolýza. I v poměrně nepříznivých podmínkách (v klidu
za nedostatečného osvětlení) klesá obsah kyanidů za sedm dní na 10 % původní koncentrace a
k úplnému vymizení dochází po 11 až 12 dnech. Kyanidy komplexně vázané jsou méně jedovaté,
ale mohou se v toku působením slunečního světla pozvolna rozkládat za vzniku malého množství
volných kyanidů.
Kyselé a alkalické odpadní vody
K moření se používá většinou silných minerálních kyselin. Nejčastěji se moří kyselinou
sírovou, méně se používá kyseliny chlorovodíkové, dusičné, fosforečné a fluorovodíkové. Během
moření se kyseliny částečně neutralizují rozpuštěným železem a rychlost moření se zmenšuje.
Regenerace mořící lázně kyseliny sírové je limitována nejen obsahem volné kyseliny, ale
i obsahem síranu železnatého (600 g.l-1). Při vyšší koncentraci se síran železnatý vylučuje na
mořeném zboží. Využité mořící lázně obsahují cca 30 až 60 g.l -1 volné kyseliny sírové a 200 až
600 g.l-1 síranu železnatého. Úspor a sníženého znečistění životního prostředí je možno dosáhnout
výše uvedenými metodami snížení výnosů z mořících lázní, zaváděním úsporných oplachů
i regenerací lázní. I když je získávání síranu železnatého a nespotřebované kyseliny sírové často
nerentabilní
z hlediska výroby, je oddělená likvidace levnější a snadnější než po zředění velkým
množstvím odpadních vod. Většina způsobů je založena na krystalizaci síranu železnatého. Toto se
obvykle provádí:
• za samovolného ochlazování
• za umělého chlazení vodou nebo vzduchem
• po zahuštění roztoku odpařením (za tepla nebo vakua).
Vysoká rozpustnost chloridu ztěžuje regeneraci mořících lázní kyseliny chlorovodíkové.
Ruthnerův způsob sytí upotřebený roztok chlorovodíkem, čímž se sníží rozpustnost chloridu
železnatého. Vysrážený chlorid se odstřeďuje a vodíkem se redukuje na práškové železo, vznikající
chlorovodík se uvádí zpět do regeneračního procesu.
Moření mědi kyselinou dusičnou (opalování) je typické vznikem oxidů dusíku. Tyto nitrózní
plyny musí být odsávány a zneškodněny buď vodními sprchami nebo lépe roztokem síranu
železnatého. Vzhledem k ceně mědi je zpravidla upotřebený roztok využit pro získání kovové mědi
nebo síranu měďnatého. V tomto případě se roztok dosycuje rozpouštěním měděného odpadu a
ochlazením lze získat krystalický síran měďnatý. Elektrolytického odměďování se používá
41
především u mořících lázní na bázi kyseliny sírové. I když proces je energeticky náročný, lze získat
velmi čistou měď i kyselinu sírovou, které lze zpětně použít bez vzniku odpadů. Proces lze
automatizovat a zařadit jako plynulou regeneraci lázní. K odstraňování mědi z oplachových vod se
nejvíce užívá substituční náhrady iontu mědi za méně ušlechtilý kov - v praxi železo. Vzhledem ke
kinetice procesu musí mít železné odpadky co největší povrch a musí být zbaveny nečistot. Doba
procesu závisí pak i na způsobu odstraňování vyloučené mědi s povrchu železa, na teplotě a pH
roztoku i jeho koncentraci. Vlastní proces může probíhat v klidu nebo za pohybu.
K neutralizaci kyselých odpadních vod můžeme v zásadě použít všech levných a dostupných
činidel, především různých alkalických odpadů (pokud neobsahují kyanidy). Většinou však potřeba
převyšuje požadavky na úplnou neutralizaci (pH 6 až 8). Použití přirozené alkality povrchových
vod by sice zabránilo zvyšování solnosti vody a podstatně se snížily náklady na úpravu odpadních
vod. Toto řešení nepřichází v úvahu proto, že odpadní vody musí být zbaveny nejen kyselosti, ale
i vysokého obsahu těžkých kovů. Kovové soli se v alkalickém prostředí převedou na hydroxidy,
které jsou nerozpustné a vysráží se jako kal z roztoku. V praxi se k neutralizaci používá více nebo
méně rozpustných činidel. K prvým patří hydroxidy (Ca(OH)2, NaOH) a rozpustné uhličitany
(Na2CO3), k druhým málo rozpustné oxidy a hydroxidy (MgO, Mg(OH)2) i uhličitany (CaCO3,
MgCO3). Ke snížení alkality se používá buď silných minerálních kyselin (H2SO4, HCl) nebo oxidu
uhličitého (kouřové plyny). Neutralizace se v podstatě provádí dvěma způsoby:
• do odpadní vody se přidává neutralizační činidlo ve formě roztoku, vodní suspenze nebo
prášku. V tomto případě prováděním v průtočném nebo neprůtočném systému lze v zásadě
použít všech neutralizačních činidel. V literatuře bývá tento způsob nazýván jako statický nebo
reagenční.
• neutralizace filtrací se někdy označuje jako kinetická. Pro tento způsob lze použít jen málo
rozpustná činidla. Odpadá nutnost přesného dávkování, činidla se mohou přidávat ve velkém
přebytku, přičemž se prakticky rozpustí jen množství odpovídající kyselosti vody. Vzhledem
k rozmanitým druhům a složením odpadních vod je její použití omezené.
Kyanidové odpadní vody
Kyanidové odpadní vody vyžadují úplné odstranění kyanidových sloučenin a snížení
koncentrace kovových solí na přípustnou míru. Jedním z nejstarších způsobů odstraňování kyanidů
je jejich zadržování v nádržích, kde dochází jednak k jejich oxidaci vzdušným kyslíkem, jednak
k jejich hydrolýze a unikání kyanovodíku do ovzduší. Vypuzování kyanovodíku z odpadních vod
možno uskutečnit i jejich okyselením minerální kyselinou ev. oxidem uhličitým ze spalin. Uvolněný
kyanovodík je možno zachycovat v roztoku hydroxidu sodného. Nevýhodou těchto metod je, že
nedochází k odstranění zvýšené koncentrace kovových solí a rychlost vypuzování závisí i na
přítomnosti stabilnějších komplexních kyanidů.
Všeobecně rozšířenou a dodnes používanou metodou je srážení kyanidů síranem
železnatým. Její výhodou je provozní jednoduchost a možnost zvládnutí vysokých i nízkých
koncentrací kyanidů. Reakce síranu železnatého s jednoduchými kyanidy může probíhat za vzniku
rozpustného komplexu hexakyanoželeznatanu draselného (žluté krevní soli)
6 KCN + FeSO4 = K2SO4 + K4/Fe(CN)6/
nebo při velkém množství síranu železnatého za vzniku nerozpustného kyanidu železnatého
2 KCN + FeSO4 = K2SO4 + Fe(CN)2
O stálosti hexakyanoželeznatanů svědčí i to, že se za normální teploty nerozkládají ani
v 10 % kyselině sírové. Jejich rozklad však může být ovlivněn slunečním zářením. Z hygienického
hlediska je proto potřebné aby kyanidy byly odstraňovány ve formě nerozpustných solí. Účinnost
procesu závisí na výchozí koncentraci a hodnotě pH (optimálně 7 až 9).
42
Velmi často se využívá k čistění kyanidových odpadních vod malé odolnosti kyanidů vůči
oxidaci. Z oxidačních činidel se nejvíce rozšířilo použití chloru a chlornanů. V kyselém prostředí
působením chloru vzniká vysoce toxický chlorkyan. Při vhodném pH (nad 8,5) proběhne oxidace na
kyanatan, který je téměř nejedovatý a poměrně rychle hydrolyzuje.
NaCN + Cl2 = CNCl + NaCl
CNCl + 2 NaOH = NaCNO + NaCl + H2O
2 NaCNO + 3 Cl2 + 4 NaOH = 2 CO2 + 6 NaCl + 2 H2O + N2
Konečnými zplodinami jsou tedy oxid uhličitý a dusík. Vzhledem k malé toxicitě kyanatanů
a jejich rychlému rozkladu v povrchových vodách se většinou provádí chlorace jen do prvního
stupně. Obdobně probíhá i oxidace kyanidu chlornanem
NaCN + HOCl = CNCl + NaOH
CNCl + 2 NaOH = NaCNO + NaCl + H2O
2 NaCNO + 3 NaOCl + H2O = 2 CO2 + N2 + 3 NaCl + 2 NaOH
Výhodou oxidace chlornany je jednodušší zařízení i jeho obsluha, větší bezpečnost a
možnost okamžité úpravy, takže doba čistění je podstatně kratší a nehrozí nebezpečí poruch při
přetížení.
U velkokapacitních čistíren je však jejich použití neekonomické, vzhledem k láci
činidel (chlorové vápno, chlornan sodný), jejich skladování a samovolnému rozkladu.
K oxidaci kyanidů je možno použít i dalších látek. Jedním z příkladů je nahrazení chlorace
ionizací. Kyslík ve stavu zrodu má stejnou oxidační schopnost jako při chloraci. Výhodou je použití
méně jedovatého ozónu, který se rychle rozkládá, nevznikají toxické meziprodukty a předávkování
není nebezpečné. Naproti tomu jsou vyšší pořizovací a provozní náklady (energie, agresivita
ozónu).
Chromové odpadní vody
Odstranění chromu z roztoků lze docílit přímým srážením chromanů nebo redukcí chromanů
na chromité soli a srážením hydroxidu chromitého, ev. použitím iontových měničů.
K přímému srážení chromanů se ponejvíce používá přebytku BaCO3 (chroman a síran
barnatý jsou méně rozpustné než uhličitan). Provzdušňováním při dlouhodobé reakci (až několik
dní) se odstraňuje uvolněný oxid uhličitý. Obsahuje-li odpadní voda kyseliny, jejichž barnaté soli
jsou rozpustné, může toxické baryum přecházet do roztoku.
Velmi rozšířeným a ekonomicky výhodným způsobem je redukce síranem železnatým.
CrO3 + 3 Fe2+ + 6 H+ = Cr3+ + 3 Fe3+ + 3 H2O
Reakce vyžaduje kyselé prostředí (pH = 2 až 3). Reakční dobu lze zkrátit přebytkem síranu
železnatého (2,5 násobek). Pro vysrážení hydroxidu chromitého se udává optimální pH v rozmezí
8,5 až 9,5. Světlý a řídký vznikající kal obsahuje kromě hydroxidu chromitého, železitého a síranu
vápenatého i hydroxidy ostatních kovů. Chrom nelze po redukci síranem železnatým regenerovat.
Tento způsob je tedy vhodný pro nízké koncentrace chromu vzhledem k jeho láci a možnosti
likvidace dalších látek.
V poslední době se k redukci využívá hlavně sloučenin čtyřmocné síry (SO 2, NaHSO3, Na2SO3,
Na2S2O5). Z probíhajících reakcí lze např. uvést:
2 H2CrO4 + 3 H2SO3 = Cr2(SO4)3 + 5 H2O
2 H2CrO4 + 3 NaHSO3 + 3 H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3 NaHSO4 + 5 H2O
2 H2CrO4 + 3 Na2SO3 + 3 H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3 Na2SO4 + 5 H2O
Opět je zřejmá nutnost kyselé reakce roztoku. Oxid siřičitý a kyselý siřičitan pH snižují,
normální siřičitan zvyšuje. S rostoucím pH roste nutný přebytek činidla. Roztoky i ovzduší
obsahující část oxidu siřičitého, jsou značně agresivní a celé zařízení musí být chráněno proti
43
korozi. Na rychlost reakce má velký vliv teplota. Po redukci se vysráží hydroxid chromitý zvýšením
pH na 8 až 9 vápnem, sodou nebo hydroxidem sodným. Modrozelený kal hydroxidu chromitého se
špatně usazuje, sedimentaci podporuje míchání a sraženiny hydroxidu železitého nebo síranu
vápenatého. Po odstranění chromu odpadní voda obsahuje často přebytečný toxický siřičitan, který
by působil negativně na kyslíkovou bilanci povrchových vod. Je nutno tedy odpadní vodu před
vypuštěním provzdušnit (oxidace siřičitanů vzdušným kyslíkem je poměrně rychlá).
Použití měničů iontů závisí na odolnosti pryskyřic vůči silnému oxidačnímu účinku kyseliny
chromové. Katexovými měniči lze odstraňovat železo, hliník, měď, zinek i trojmocný chrom ze
zředěných chromovacích lázní a tím zajistit jejich vyšší životnost. Z oplachových vod lze odstranit
chrom pomocí anexu. Protože však tyto nejsou odolné proti kyselině chromové, musí se roztok
napřed neutralizovat na pH nejméně 8,5.
Odpadní vody z dílen tepelného zpracování
Ze solných lázní používaných při tepelném zpracování kovů jsou závadné především
kyanidy, barnaté soli a dusitany. Zředěné odpadní vody se čistí společně s kyanidovými vodami
povrchových úprav nebo podobnými metodami, zpravidla alkalickou chlorací. Vzhledem k nízké
rozpustnosti síranu barnatého (2 mg.l-1) můžeme předpokládat jeho odstranění při společné
neutralizaci vod s vysokým obsahem síranů. Větší množství dusitanů v odpadních vodách se čistí
odstavným způsobem. Používá se chlornanu sodného v kyselém prostředí (pH nižším než 4),
reakce probíhá dostatečně rychle. Dusitany se dají oxidovat i jinými oxidačními činidly např.
peroxidem vodíku.
Tuhé zbytky kalících lázní se drtí, a v kašovitém stavu smíchávají se síranem železnatým za
vzniku modročerné sraženiny. Barnaté soli se tak převedou na nerozpustný síran barnatý a kyanidy
na nerozpustné komplexy železa. Pokud se jedná o čistě kyanidové odpady je vhodná jejich
likvidace spalováním při teplotě vyšší jak 1 000 0C. V případě zbytků kalících solí
nedesoxidovaných kyanidy je možno srážet ionty Ba2+ síranem sodným.
Problematiku čistění odpadních vod z dílen povrchových úprav a tepelného zpracování
komplikuje výskyt olejů a tuků z odmašťovacích procesů a výnosem z kalících lázní. Je snahou, aby
tuky se sbíraly do zásobních nádrží u odmašťovacích van. Při neutralizaci kyselých a alkalických
odpadních vod vznikají vločkovité sraženiny (hlavně hydroxidu železitého), takže se malá množství
emulzí rozrušují a odstraňují čířením.
6.2.3Zařízení pro zneškodňování vod
Čistění odpadních vod se musí přizpůsobit stávající výrobě (technologii) i možným jejím
změnám, aby plně vyhovovaly těmto požadavkům. Čistírny tedy mohou být navrhovány pro čistění
jednoho nebo více druhů odpadních vod. Zneškodňování odpadních vod v zásadě je možno
provádět třemi způsoby:
• odstavný způsob čistění spočívá ve shromažďování kontinuálně odtékající odpadové vody
v akumulační nádrži, kde se zneškodňuje a po zjištění jakosti úpravy se vypouští. Vyznačuje se
tedy přetržitým provozem. Chod zařízení vyžaduje obsluhu a kontrolu.
• průtočný systém čistění se používá v těch případech, kdy je úprava odpadních vod oddělena od
sedimentace. Průtočná čistírna je technicky dokonalejším zařízením, vyžaduje daleko méně
úkolů svěřených obsluhovateli, zato zvýšené nároky na automatické přístroje, jejich údržbu a
kontrolu.
Náklady na stavební část se snižují, na strojní zařízení naopak zvyšují. Vzhledem
k obtížnosti úpravy kyanidových a chromových vod (kolísání koncentrací, přesné požadavky na
spolehlivost) se používá průtočného systému pouze pro čistění vod alkalických a kyselých.
44
Přímý způsob čistění spočívá ve zneškodňování toxických látek přímo u zdrojů znečisťování. Před
oplachovací vany se zařazují do galvanických linek vany s roztoky příslušných činidel, kterými se
jedovaté látky vynášené z lázní zneškodní před přenosem do oplachovacích van. Do oplachových
vod nepřicházejí tedy kyanidy ani sloučeniny šestimocného chromu, tím je možno všechny
oplachové vody upravovat společně.
Při návrhu (projektu) vlastní čistírny je nutno respektovat jednotlivé fáze čistění:
• vyrovnání kolísavého přítoku i složení odpadních vod
• vlastní úpravu odpadních vod a zajištění dostatečně dlouhé reakční i obslužné doby
• sedimentace vzniklého kalu
• vypouštění kalu a jeho zpracování.
Většina zařízení
čistíren je kombinovaná,
umožňující
zneškodňování různých
druhů odpadních vod (obr.
16). Zneškodňování může
být
oddělené
nebo
společné. Kyselé odpadní
vody se zneškodňují
odděleně od kyanidových
vod
neutralizací
a
alkalizací.
Někdy
se
zneškodňují
společně
s chromovými odpadními
vodami. Kyanidové vody
se zneškodňují odděleně
Obr. 16: Schéma průtočné čistírny odpadních vod z povrchových od vod chromových a
úprav kovů /1- retenční nádrž pro kyanidové vod; 2, 8, 13 – čerpadla; kyselých chlorací. Někdy
3 – reagenční nádrž pro kyanidové vody; 4 – zásobník pro alkálie; 5 – se zneškodňují společně
zásobník pro oxidaci; 6 – sedimentační nádrž; 7 – retenční nádrž pro s alkalickými odpadními
chromové vody; 9 – reagenční nádrž pro chromové vody; 10 – vodami. Ve druhé fázi
zásobník pro kyseliny; 11 – zásobník pro redukci; 12 – retenční nádrž zneškodňování se (po
pro kyselé a alkalické vody; 14 – nádrž pro konečnou úpravu; 15 – chloraci kyanidů) mohou
sedimentační nádrž; 16 – odvod vyčištěné vody; 17 – odběr mísit s kyselými vodami,
sedimentu/
avšak
nikdy
s chromovými odpadními
vodami. Chromové odpadní vody se odstraňují redukcí a alkalizací odděleně od kyanidových a
alkalických. Společně se mohou odstraňovat s kyselými odpadními vodami, ve druhé fázi (po
redukci chromu) se mohou mísit s vodami alkalickými.
Vlastní stanice pro zneškodňování odpadních vod (čistírny) mají tyto základní části:
• stavební tj. soustava nádrží, kalová pole
• strojní tj. míchadla, dávkovače, čerpadla ap.
• pomocné prostory tj. sklady surovin, obsluha, kontrola ap.
Část stavební pozůstává z retenčních, reakčních a sedimentačních nádrží.
Retenční nádrže slouží k zadržení určitého množství odpadní vody. Nejsou vybaveny
dávkovacími armaturami. Kapacita nádrže musí být navržena s rezervou vzhledem potřeby
opakování čistícího procesu nebo při vyšší koncentraci v případě prodloužení reakční doby. Vnitřek
45
nádrže musí odolávat agresivitě používaných odpadních vod. Vypouštění je většinou gravitační
jednoduchými armaturami.
Reakční nádrže slouží k vlastní chemické úpravě odpadních vod. V nádrži musí být zařízení
pro míchání obsahu nádrže a přívody od dávkovačů chemikálií i ev. provzdušnění. Obdobně jako
u retenčních nádrží vnitřek musí odolávat agresivitě prostředí.
Sedimentační nádrže slouží k oddělování kalů od čisté vody. Tvar nádrže je volen tak, aby se
kal usazoval z co nejvyššího vodního sloupce do spodku nádrže, kde je upraven kalový prostor.
Nádrž je vybavena vypouštěcím a odčerpávacím zařízením, vnitřek musí být chráněn proti
agresivitě vod.
Kalová pole jsou určena pro vysychání vodných kalů, což je nutné před jejich dalším
zpracováním ev. uložením na vykázanou skládku.
Část strojní významně ovlivňuje provoz čistírny a tím i provoz dílny povrchových úprav.
Nejedná se jen o účinnost zneškodňovacích procesů (přesné dávkování chemikálií, vhodné
míchání), ale i o přerušení provozu vlivem poruchy. Spolehlivost zařízení musí být zajištěna
namontovanou rezervou.
46
7
TUHÉ ODPADY A ODPADOVÉ HOSPODÁŘSTVÍ
Půda je považována vedle vody a vzduchu za jednu ze základních složek životního
prostředí; má však mezi nimi zvláštní postavení, protože vzniká a vyvíjí se kontaktem a za
vzájemného působení litosféry, atmosféry, hydrosféry a biosféry, ale i působením člověka a
techniky. Podle Dokučajevovy definice jsou půdou "povrchové vrstvy hornin, které jsou přeměněny
současným působením vody, vzduchu a organismů".
Půda vzniká dynamickým půdotvorným procesem z půdotvorné horniny. Důležitou součástí
pedogeneze je zvětrávání trojího charakteru:
• fyzikální (např. insolací, mrazem, bobtnáním a vysycháním aj.)
• chemické (rozklad horniny a látková přeměna)
• biologické (vliv rostlin a živočichů)
K základním fyzikálním vlastnostem půd patří: struktura, zrnitost, měrná hmotnost,
objemová hmotnost a pórovitost. Dále lze zde zařadit tepelné vlastnosti - tepelnou kapacitu,
tepelnou vodivost, teplotu půdy.
K chemickým půdním vlastnostem počítáme: chemické složení anorganického podílu půdy,
složení organického podílu, sorpční schopnost a chemismus půdního roztoku.
Biologické vlastnosti půdy jsou určovány množstvím, počtem druhů a aktivitou půdního
edafonu.
Podstatou půdotvorného procesu je nepřetržitá bioakumulace, transformace, vertikální
translokace organických a minerálních sloučenin. Pro každý půdní typ je charakteristické množství
a kvalitní složení humusu s příslušným režimem. Formování humusu je dlouhodobým procesem
(pomalé zvyšování zásob humusu - pouze 10-20 % organického hnojiva se zúčastňuje tvorby
humusu). Živný humus (nestabilní) je tvořen lehce rozložitelnými organickými látkami (je
základnou živin a energie pro půdní edafon). Trvalý humus (stabilní) tvoří těžce rozložitelné‚
organické látky (tmavě zbarvené - především humusové kyseliny a jejich soli, huminy ap.). Význam
humusu v půdě je mnohoznačný - ovlivňuje fyzikální, chemické i biologické vlastnosti půdy.
Dle funkčního využívání půdy rozlišujeme:
• zemědělskou půdu (pozemky pro zemědělskou výrobu)
• lesní půdu (plní funkce lesa)
• nezemědělské plochy (sídla, závody, komunikace)
Půda je posledním, často trvalým rezervoárem odpadních látek z mnohých lidských aktivit.
Na rozdíl od vzduchu a vody však vnímáme její znečištění zprostředkovaně přes potravní řetězec.
Velmi podstatný je i rozdíl v pohyblivosti znečištění - zatímco v ovzduší je znečištění proměnné,
resp. krátkodobé (vzhledem k rychlému proudění; znečištění vody je obvykle usměrněné a nemusí
být trvalé - znečištění půdy je místně setrvalé a časově dlouhodobé.
Zdraví organismů ovlivňuje přímo i nepřímo půda nejvíce prostřednictvím:
• aktivních a choroboplodných mikroorganismů přenášejícího edafonu
• agrochemikálií (hnojiv, pesticidů, fungicidů, herbicidů, mořidel aj.) a jejich reziduí
• cizorodých, nežádoucích a zdraví škodlivých minerálních a organických látek
• těžkých kovů a dalších toxických prvků a sloučenin
• exkrementů a mrtvých těl organismů.
47
Vzhledem k velké různorodosti ovlivnění půdy je třeba škodlivé látky kategorizovat a
vyjmenovat z hlediska působení:
• fyzikálního (vodní a větrná eroze, zhutňování půdy, odvodnění i závlahy, radioaktivita aj.)
• chemického (vysoké dávky minerálních hnojiv, biocidní látky, toxické prvky, kyselé deště,
exhaláty z motorů, ropa, aromatické a chlorované uhlovodíky, karcinogenní látky aj.)
• biologické (úbytek humusu, úbytek a selekce edafonu)
• kombinované (přehnojování tekutou kejdou aj.).
Celkový obsah kovů v půdě a snaha o určení jejich limitního obsahu (tab. VII) neodráží
objektivně jejich
nebezpečí
pro
Tab. VII: Limitní koncentrace některých kovů v půdě /mg.kg-1/
životní prostředí.
Kov
Vstup kovů do
rostliny
As Cd Co Cr Cu Hg Mo Ni Pb Sb
(potravního
ČR – návrh
15
1
12 15 50
5
36 60 15
řetězce)
a
ČR – přirozené 20
3
50 120 125 2
5 100 70
5
rozdělení
kovů
v rostlině je velmi
SRN
20
3
50 100 100 2
5
50 100 5
specifické a závisí
Švýcarsko
0,8 25 75 125 2
5
50 50
na řadě podmínek
Francie
2
150 100 1
50 100
(např.
půdní
Holandsko
30
5
50 250 100 2
40 100 150
substrát,
obsah
humusu,
stav
(střední
sorpčního
znečištění)
komplexu, vlhkost
půdy, klimatické
podmínky, synergické a antagonistické působení kovů, disociace jejich solí, oxidačně-redukční
potenciál půdy, mikrobiální oživení aj.).
Dle zákona č. 238/1991 Sb. je odpad věcí, které se chce majitel zbavit, nebo též movitá věc,
jejíž odstranění je nutné z hlediska péče o zdraví životní podmínky a ochranu životního prostředí.
Nebezpečný odpad pak je takový zvláštní odpad, který svými vlastnostmi je, nebo může být,
nebezpečný pro zdraví obyvatelstva nebo pro životní prostředí. Zákon ukládá všem fyzickým a
právnickým osobám, které odpovídají za nakládání s odpadky, vznik odpadu co nejvíce omezovat,
chránit zdraví obyvatelstva a životní prostředí, vytvářet předpoklady pro využívání a zneškodňování
odpadů.
Současný světový trend v otázkách odpadů vymezuje následující strategické směry:
• předcházení vzniku odpadů, s důrazem na minimalizaci vzniku nebezpečných odpadů
• recyklace a využívání odpadů, jejichž vzniku se nepodařilo předejít (na úrovni surovinové,
výrobkové i energetické)
• bezpečné ukládání nevyužitelných odpadů (u nebezpečných po transformaci na látky blízké
přírodě)
• odstranění starých zátěží
• zlepšení logistiky, tj. předcházet míchání různých druhů odpadů nebo jejich ředění
• regionální harmonizace snah o řešení problémů
• odbornost, výchova, vzdělávání, osvěta
V ČR bylo produkováno (údaje z roku 1993) zhruba 180.106 t odpadu ročně (z toho téměř
10% nebezpečného odpadu). Tedy:
48
•
•
•
•
•
7.1
•
•
•
•
•
•
•
měrná produkce 17,4 t/obyv./rok (2,5-3 x vyšší)
měrná produkce NO 2,05 kg/obyv./rok (20 x vyšší)
•
měrná produkce na jednotku HDP 5,8.106 t/mld. USD HDP za rok (vysoká produkce
odpadů, nízká výkonnost ekonomiky)
Tuhé odpady podle původu můžeme dělit na:
odpady domovní a komunální (tvoří cca 5% - vzrůstající význam nabývá objemový odpad,
vzniklý rušením starého bytového vybavení - skladba a hustota odpadů závisí na způsobu
vytápění a osídlení)
průmyslové a stavební (průmyslový odpad má velmi široký sortiment, na celkové produkci
odpadů podílí cca 40%; odpad z resortu energetiky činí rovněž cca 40%, - tento odpad je
převážně tvořen popílkem)
zemědělský (činí cca 15% - především odpady, které nejdou běžným zemědělským způsobem
vracet do půdy /z velkovýkrmen zahrnující nejen fekálie, ale i odpady souvisejících provozů,
jatky a výroby krmiv/).
Metody zneškodňování odpadů
Obecně do metod zneškodňování odpadů patří:
recyklace - (dle právních předpisů nepatří, logicky snižuje)
skladování (dočasné)
skládkování
biologické postupy - aerobní rozklad (kompostování), anaerobní rozklad, bakteriální
dekontaminace (biodegradace)
chemické postupy - oxidace, redukce, neutralizace, srážení, štěpení emulzí, iontoměničová
chromatografie, cementace, hydrogenace, hydrolýza, elektrolýza, oxyozosyntéza
fyzikální postupy - třídění, flotace, kondicionace, odvodňování, destilace, stripování, tepelná
sublimace, sorpce, membránové procesy, flegmatizace, rozbíjení emulzí
termické postupy - spálení organických odpadů, pyrolytický rozklad organických materiálů,
tavení do strusky nebo škváry, tepelný rozklad (př. kyanidy).
Skládkování
Skládkování tuhých odpadů je nejstarší způsob likvidace odpadů. Žádná metoda
zneškodňování odpadů není univerzální, ani bezodpadová (část na skládku) - v ČR je
nejrozšířenější (zatím nižší náklady). Neorganizované skládky jsou většinou značně hygienicky
závadné (výskyt hlodavců, ptactva, šíření mikroorganismů, požáry, průsaky bakteriálně a toxicky
znečištěných vod, propady a sesuvy půdy). Při situování řízených skládek je třeba respektovat řadu
předpisů týkajících se ochrany vodních zdrojů, přírodních rezervací, zemědělského půdního fondu,
dopravních tras a pod. Zejména při výběru lokality je třeba sledovat:
• geologickou stavba podloží
• hydrogeologické a hydrometeorologické poměry
• vliv na životní prostředí
• střet s jinými zájmy (ochranná pásma vod)
• druh produkovaného odpadu
49
• poloha vůči svozové oblasti, přístupnost
• velikost vzhledem k množství odpadu
Skládkování odpadů z chemických procesů a některých hutních i strojírenských technologií
se musí řídit zásadami, aby se škodlivé látky nedostaly do pozemních vod. V takových případech
musí být tyto skládky odděleny a zajištěny proti průsakům. V každém případě je vhodné druhovat
vzniklé odpady, dle možnosti částečně chemicky nebo spalováním likvidovat a zbytek skládkovat.
Během času dochází na skládkách ke změnám ve složení odpadu. Uvnitř skládky dochází
k anaerobním změnám, jež se obvykle označují jako "stárnutí". Na povrchu za působení
meteorologických vlivů uložený kal zvětrává a vymývá se. Děje probíhající na skládkách mohou
mít jak antagonické, tak synergické účinky (zesílení toxického potenciálu odpadu).
Povrchové skládky jsou nejrozšířenější, dle situace mohou být svahové nebo haldové.
Většinou se uplatňuje konstrukce se dnem částečně zapuštěným pod úroveň terénu. Dno i boky
musí být důkladně těsněny a opatřeny drenážním systémem zaručujícím odvedení a zneškodnění
průsakových skládkových vod. Rozkladem odpadů vzniká skládkový plyn (CO2, CH4, H2, H2S),
u větších skládek je třeba zajistit jeho jímání a likvidaci.
Podpovrchové skládky jsou finančně náročná uměle vybudovaná zařízení ze železobetonu
(kontrolovaná dokonalá těsnost) určená pro zvlášť nebezpečné odpady (možnost pozdějšího
využití).
Hlubinné skládky mají řadu výhod:
• jsou chráněné před nepříznivými klimatickými poměry
• eliminují se rizika známá při uskladňování na povrchu
• minimalizují se rizika při nárazech (zemětřesení)
• minimalizují se negativní ekologické vlivy jako znečištění ovzduší, vody a krajiny.
K faktorům technicko-ekonomického hodnocení využitelnosti hlubinných skládek patří:
• dokonalá přístupnost prostor
• výhodné situování prostor v systému dolu
• stabilní geotechnické podmínky a příznivé hydrogeologické podmínky
• dlouhodobá stabilita prostor (stav zatížení, výdřevy a pažení)
• posouzení teplotního a klimatického režimu.
Mimo stupně vyluhovatelnosti je pro ukládání do hlubinných skládek rozhodující i reakce
odpadu s horninovým prostředím, reakce s těsnícími látkami, zrnitost odpadu ap.
Biologické postupy
Účelem kompostování je co nejrychleji a nejhospodárněji odbourat původní organické
substance a převést je na stabilní humusové látky (vrátit organickou hmotu a živiny potřebné pro
růst rostlin). Pokud odpady neobsahují některé nevhodné příměsi (plasty, tuky, oleje) a ve vyšších
koncentracích stopové prvky, případně těžké kovy (Na, Mg, Mn, B, Cl, S, Cr, Cu, Cd, Zn, Pb, Co
apod.) je kompostování velmi výhodným způsobem likvidace odpadů s vysokým obsahem
organické složky.
Vlastní proces se děje za přítomnosti aerobních mikroorganismů (kyslíku). Část uhlíku
buněčné tkáně mikroorganismů se váže a část uvolňuje jako CO2, dochází k hydrolýze bílkovin,
uhlohydrátů a tuků za vzniku aminokyselin, monosacharidů, organických kyselin a CO2. V průběhu
procesu dochází ke zvyšování teploty (max. 65-70 0C), což přispívá k urychlení rozkladu a
dezinfekci kompostu. Nevyzrálý kompost je fytotoxický (způsobuje odumírání kořínků rostlin).
Zrání kompostu má tři fáze:
50
•
•
rozvoj bakterií a plísní za intenzivního rozkladu lehce rozložitelných organických látek
rozvoj a činnost bakterií (zejména aktinomycet) a odbourání hůře rozložitelných organických
látek i k současné tvorbě stabilních látek obsahujících humus
• samovolně vzniká mikroflóra a organismy dále zvyšují stabilitu organických látek.
Starší technologie výroby kompostů spočívá v zakládce surovin, závlahy a dvou překopávek
a skládky vyzrálého kompostu. Doba zrání je asi 3 měsíce. Jako suroviny se používá cca 20 %
městských odpadů, rašelina 20 %, lignit 20 %, vápenné odpady 6 %, kanalizační kaly 17 %. Novější
technologie zpracovávají na kompost výhradně domovní odpady, případně kanalizační kaly.
Základní součástí těchto technologií je drcení odpadů, třídění na sítech, separace kovových a
nezpracovatelných materiálů, přimíchávání kalů, vlhčení, míchání a provzdušňování, vyzrávání
v komorách.
Zneškodňování organického odpadu vhodného složení (např. kaly z komunálních čistíren
odpadních vod, zemědělské odpady ap.) lze provádět anaerobním rozkladem, tj. pomocí bakterií
bez přístupu kyslíku.
Biodegradací nazýváme pochody, které způsobují mikroorganismy žijící v hloubce 3-8 cm
pod povrchem (protozoa). Rozkládají složité organické sloučeniny na základní stavební kameny
(cukry, aminokyseliny, dusík, fosfor a stopové prvky). Využívají se při zneškodňování ropných
látek, kalů kanalizačních, z papíren, konzerváren ovoce i farmaceutické odpady ap. Obecně jako
mikroorganismy se používají různé druhy aerobních bakterií, dřevokazných hub a plísní i určitých
rostlin. Příkladem může být využití orobince (komunální kaly), vojtěšky, rdesna sachalinského nebo
kukuřice (ropné látky). Těžké kovy jsou kumulovány v nadzemní části rostlin a hlavně v jejich
kořenech. Dalším příkladem (fa Intech One-Eighty) je využití dřevokazné chorošovité houby
Phanerochaete chrysosporium rozkládající pesticidy, barvy, chlorovaná rozpouštědla i kyanid
(neškodná pro lidi a zvířata).
Chemické postupy
Jedná se o výše uvedené postupy, které byly neb budou podrobněji probírány v ostatních
kapitolách. Jejich účelem je rozložit nebo vázat toxické složky odpadu tak aby minimálně
ovlivňovaly životní prostředí ev. je separovat.
Fyzikální postupy
Mezi fyzikální postupy zařazujeme řadu činností spojených se zneškodňováním odpadů.
Jedná se zejména o:
• třídění (ruční přebírka, hydrocyklony, gravitační, magnetická a elektrická separace)
• flotace (normální splývání, pěnová separace, elektroflotace, iontová flotace, ultraflotace)
• kondicionace (zahrnuje imobilizaci toxických složek odpadu - předúpravu, solidifikaci,
vitrifikaci)
• odvodňování (sedimentací, centrifugací, vymrazováním, filtrací nebo sušením)
• destilace (těkavé složky)
• extrakce kapalným či plynným mediem (vymývání těkavých organických látek z odpadních vod
či zemin proudem media)
• stripování
• tepelná sublimace
• sorpce (aktivní uhlí, silikagel, křemelina, zeolity, bentonity, bělící jíly, dřevěné piliny, popílky a
strusky)
51
•
•
•
•
•
membránové procesy (vyčištění kapalné fáze, nakoncentrování škodlivin - reverzní osmóza,
elektrodialýza, ultrafiltrace)
flegmatizace (potlačení sklonu odpadu k samovznícení a výbuchu)
rozbíjení emulzí (odpařováním, sorpcí, elektroflotací, termicky)
solidifikace (eliminace škodlivé látky pomocí fyzikálně-chemické vazby při použití maltovitých
pojiv - vápno, cement, aluminosilikáty, asfalt).
výhody:
o redukce povrchu částic odpadů o několik řádů (snížení vyluhování škodlivin na
podlimitní hodnoty)
o zvýšení hutnosti odpadu o 15-40 % vůči volně sypanému (zvýšení kapacity a
životnosti skládky)
o snížení rozptylu odpadu.
nevýhody:
o tuhnutí a tvrdnutí pojiv je ovlivněno solemi a sloučeninami vyskytujícími se
v průmyslových odpadech
o působením vnějšího prostředí skládek může dojít k postupné ztrátě vaznosti a
rozpadu solidifikovaných těles
o procesem rozpadu těles dochází k nárůstu měrného povrchu a uvolňování škodlivin
do okolního prostředí.
vitrifikace (zabudování škodliviny do skelné mřížky, využití ve stavebnictví ev. bezpečné
skládkování)
výhody:
o inertní látka, zvýšení hmotnosti i objemu odpadu
nevýhody:
o speciální zařízení, energetická náročnost
Termické postupy
Spalování odpadů je radikální, poměrně hygienický způsob spojený s výrazným snížením
jeho objemu (až na 5 %), přináší určitý zisk tepelné energie, umožňuje vhodně likvidovat
biologicky závadné látky. Mimo domovní odpad (výhřevnost cca 4000 až 10000 kJ.kg-.1) je možno
tímto způsobem likvidovat i vhodné průmyslové odpady (kyanidy, plasty, barvy ap.). Odpad (jako
každé palivo) se vyznačuje obsahem hořlaviny, popela a vody. Odpad s dostatečným množstvím
hořlaviny (prchavé hořlaviny > 25%, popeloviny < 60%, vlhkost < 50%) je schopen, za přítomnosti
okysličovadla a při dosažení zápalné teploty, samostatného hoření. Pokud vzroste obsah popela a
vody nad určitou mez, nemůže odpad bez přídavného paliva hořet. U spaloven se vesměs používá
stabilizačního a přídavného paliva (zemní plyn, propan-butan, uhelné kaly apod.). Vlastní spalování
probíhá v několika fázích: předsoušení odpadu, odplyňování, zapálení (místní na povrchu),
spalování plynů, hoření (plyny i polokoks), vyhořívání a odvádění tepla. Účinnost spalování závisí
na teplotě, době setrvání spalin v komoře, turbulenci a koncentraci kyslíku. Proces spalování je
možno posuzovat z hlediska:
• účinnosti spalování
• účinnosti destrukce škodlivin
• účinnosti odbourání sledované organické látky.
52
Při spalování dochází k emisi plynných a pevných částic, které kontaminují životní
prostředí. U nás jsou sledovány emisní limity prachu, CO, NOx, SO2, HCl, HF, HxCy a těžkých
kovů, v zahraničí jsou ještě sledovány karcinogenní polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU),
polychlorované dibenzofurany (PCDF), polychlorované dioxiny (PCDD). Rozpad
polychlorovaných bifenylů se děje až za vysokých teplot (1200 0C po dobu min. 2s). Moderní
spalovny musí být vybaveny čištěním kouřových zplodin, vlastním systémem čištění odpadních vod
a pokud spalují zvláštní a nebezpečný odpad i systémem zneškodňování malého množství (0,5 až
1 %) ekotoxických zbytků z čistících systémů.
Spalování odpadů se stalo ve světě jedním z nejosvědčenějších způsobů jejich
zneškodňování (např. ve Švýcarsku se spaluje 80 %, ve Švédsku 55 % odpadů). Redukce objemu
činí nejméně 15 %, redukce hmotnosti 30 % spalovaného odpadu.
Existuje řada typů spalovacích pecí:
• rotační (kontinuální spalování komunálních odpadů)
• muflové (periodické splování nebezpečných a zdravotnických odpadů)
• etážové
(spalování
kalů)
• fluidní (drcení
a spalování ve
fluidní vrstvě)
Schéma
spalovny
HYDRO
CARE Norsk Hydro
je uvedeno na obr. 17
a
18.
Spaliny
procházejí
po
opuštění
výměníku
tepla
třístupňovým
pracím
procesem.
V prvním stupni se
spaliny ochlazují na
0
75
C,
prachové
částice se ochlazují
v prací vodě a
dochází
ke
kondenzaci
oxidů
kovů v plynu. Ve
druhém stupni (mokrá
prací věž) dochází
k absorpci HCl, SO2 a
HF. Ve třetím stupni
dochází k separaci
jemných prachových
částic a aerosolů.
Odpadní voda je
čištěna
v
čistící
stanici
odpadních
vod. Do posledního
Obr. 17: Schéma spalovny HYDRO CARE Norsk Hydro – NH 2300 SG-C
53
Obr. 18: Schéma čištění spalin spalovny NH 2300 SG-C
stupně jsou dávkovány srážecí a flokulační prostředky. Kaly jsou čerpány k částečné dehydraci do
kalolisu.
Jako pevné zbytky ze spalování odpadů zůstávají roštová škvára, filtrové prachy a produkty
z čištění spalin. Škvára a popel (asi 300 kg z 1 t odpadu) sestává v podstatě z minerálních látek,
převážně silikátů, oxidů a síranů hliníku, železa i vápníku a z nepatrného množství nedokonale
spáleného odpadu. Jedná se o látky ekologicky nezávadné. Filtrové prachy (asi 30 kg z 1 t odpadu)
obsahují mnohem vyšší podíl ve vodě rozpustných chloridů a síranů těžkých kovů i usazeniny
organických sloučenin (dioxinů a furanů) na prachových částicích. Dle vnesených látek do odpadů
54
může koncentrace olova a kadmia dosáhnout hodnot až 2000 násobného zvýšení vůči výskytu
v zemské kůře. Je snahou při zneškodňování těchto nebezpečných odpadů produkovat jednak
bezproblémově deponovatelné nebo zužitkovatelné netoxické látky, jednak znovupoužitelné vysoce
koncentrované frakce sloučenin těžkých kovů.
Jedním
ze
FILTROVÝ PRACH
způsobů
detoxikace
+
filtrových prachů je
cca 1 000 kWh.t-1
termický
způsob
Černé sklo
Koncentrát
Spaliny
zneškodnění
75
–
80
%
5 – 8 % hmotnosti
15
–
20
%
(vitrifikace).
Způsob
hmotnosti,
soli kovů
hmotnosti
DEGLOR byl vyvinut
25 = objemu,
(CO2, SO2, HCl,
výzkumným střediskem
nulová
H2O)
fy ABB
v Badenu.
vyluhovatenost
+ vzduch
Spočívá
v ohřevu
Skládka,
stavby
Hutě, krycí soli
Spalovací komora
filtrového
prachu
silnic,
průmysl
v tavicí peci na teplotu
0
stavebnin
1300
C.
Toxické
dioxiny se při těchto
Obr. 19: Schéma produktů při termickém zpracování DEGLOR
teplotách rozpadají a
převážná část těžkých
kovů se odpařuje. Vysoká teplota způsobuje vznik sklovité tekuté hmoty, která v důsledku
značného podílu SiO2 může do skloviny vázat určité množství kritických sloučenin. Tyto látky
zůstávají ve sklovině vázané a nejsou vyluhovatelné. Spaliny se odsávají a jsou prudce ochlazeny
studeným vzduchem, čímž dochází ke kondenzaci ev. desublimaci sloučenin těžkých kovů. Tyto
sloučeniny, oddělené ve filtru, mohou po vhodné úpravě být použity jako suroviny např.
v metalurgickém průmyslu. Produkty vznikající při termickém zpracování filtrových prachů
způsobem DEGLOR jsou znázorněny na obr. 19. Jsou známy ještě další metody zneškodňování
ekotoxických zbytků ze spaloven odpadů např. zeskelnatěním v plazmové nebo elektrické
obloukové peci – jedná se většinou o zneškodňování kumulovaných množství zbytků.
Nové spalovací procesy využívají např.:
• vysokoteplotní fluidní reaktor (2500 °C)
• plasmové hořáky
• spalování v plasmovém oblouku - firma WM-Umwelttechnik GmbH - Plazmový oblouk
mezi hořáky taví i nevodivý materiál (více jak 2000 0C). Převážný podíl prachu se převádí
na kapalnou fázi (CaO, Al2O3, SiO2), alkalické soli a snadno těkavé sloučeniny těžkých kovů
(Pb, Cd, Sn, Zn, Cu) dospějí do plynné fáze. Zchlazením tavenin se získá inertní škvára pro
stavební použití, kondenzací plynné fáze v odlučovačích pak koncentrát pro další využití.
• pyrolýzní technologie
Pyrolýza je tepelný rozklad organických látek, probíhající bez přístupu vzduchu, za
sníženého atmosférického tlaku, teplota se může pohybovat v rozmezí 260 až 1650 0C. Výsledným
produktem podle skladby odpadů jsou:
•
plyny - vodík, metan, CO, CO2
• kapaliny - lehké oleje, voda, organické sloučeniny
• tuhé látky - kok (obsahující uhlík) a inertní látky.
Ucelený integrovaný proces zahrnuje:
• úpravu odpadu (třídění, sušení, užitné látky do recyklace)
• výrobu čistého pyrolýzního plynu a pyrolýzního zbytku (kok)
55
•
•
využití plynu jako energetického paliva
mineralizaci nevyužitelného pyrolytického zbytku (cca 10%).
Obr. 20: Schéma zařízení pro pyrolýzu /1 - zásobník, 2 drtič, 3 - silo, 4 – retorta, 5 - mokrý výstup tuhého zbytku, 6 –
odlučovač, 7 - plynový hořák, 8 – vyvíječ páry, 9 - mokrý
odlučovač, 10 - ventilátor, 11 - komín, 12 - čistička vody, 13
- olejový hořák/
7.2
Schéma zařízení je na obr.
20. Tepelný proces probíhá
v retortě, do které vstupují horké
spaliny z hořáku. Plyny vznikající
při procesu se vedou do
spalovacích hořáků (výroba páry).
Čištění spalin je mokré, voda
z odlučovače se vede do čističky,
kal se zavádí do výstupní části
retorty, kde dochází současně
k mokrému ochlazování tuhého
zbytku retorty. Tento zbytek se
flotací dělí na lehkou část
obsahující uhlík (využitelnou pro
spalování) a těžkou část, ze které
se separují sklo a kovy, zbytek se
skládkuje.
Problematika zpracování odpadů
Problematiku zpracování některých odpadů přibližuje několik uvedených konkrétních
příkladů.
Elektrárenský popílek
Množství elektrárenského a teplárenského popílku dosahuje desítek miliónů tun. Jeho
chemické složení je závislé na druhu a kvalitě použitého uhlí i způsobu jeho spalování /tab. VIII/
Mimo to obsahuje řadu snadno
vyluhovatelných
toxických kovů (As, Cr, Be,
Tab. VIII: Průměrné chemické složení popílku
V ap.) i zvýšený obsah přirozených
Průměrné chemické složení /%/
radionuklidů. Je řazen mezi nebezpečné
odpady,
nejnebezpečnější
jsou
jeho
SiO2 Al2O Fe2O TiO2 CaO MgO Na2O
nejjemnější částice velikosti pod 10 µm.
3
3
Nebezpečnost tkví v jeho výbušnosti,
50,85 32,54 6,23 4,90
Zbytek
chronické toxicitě, ekotoxicitě a následné
nebezpečnosti. Pouze cca 10 % produkce se
zpracovává hlavně ve stavebnictví:
• výroba plynosilikátů (pórobetonu), různé prefabrikáty
• výroba cihel (jako ostřivo)
• výroba agloporitu (lehčené kamenivo pro konstrukční betony)
• náhrada cementu nebo vápna při výrobě malt a betonů
• výroba hydrofobizovaných popílků za použití mazutu (izolační zásypy)
• jako hydraulická přísada do cementu
• doplnění oxidů do cementářské směsi (SiO2, Al2O3, Fe2O3)
56
•
silniční stavitelství (násypy, podložní vrstvy, plnidla do asfaltových povrchů,
podkladních betonů ap.).
Dalšími možnostmi zpracování jsou:
• skládka Všebořice - zalévání toxických odpadů s možným budoucím použití
popílkocementovou směsí (jedna z ochranných bariér)
• zpracování spolu s energosádrovcem (odpad při odsiřování) na stabilní materiál deponování např. při těsnění podloží skládek
Vzhledem k jeho vlastnostem a jemným podílům je jeho doporučení zneškodňování na
skládkách nebezpečného odpadu nebo na odkalištích elektráren problematické. Výhodnější se jeví
skládkování hlubinné ve vytěžených dolech. Nejvhodnějším způsobem je jeho solidifikace.
Baterie
Jedná se jednak o olověné akumulátorové baterie, jednak o alkalické články Ni-Fe, i tzv.
"suché" články jejichž existence v komunálním odpadu vytváří zvýšené nebezpečí vyluhování
těžkých kovů (Cd, Zn, Pb) ze skládek. Ani po problematické separaci není v ČR vyřešeno následné
zneškodnění (příprava recyklace v Panenských Břežanech). Francouzská fa Groupe SARP
Industries provádí zpracování netříděných baterií v kontinuální pyrolýzní peci za teplot 600 0C.
Výsledkem zpracování jsou těkavé produkty a kondenzovaný podíl, který se dělí na tři frakce:
• vodní recirkuluje do kondenzační kolony,
• olejová frakce obsahující těžké kovy se ve formě suspenze používá jako palivo do
cementářských pecí,
• rtuťový podíl.
Tuhé podíly se drtí a třídí na vibračním sítě na prachový podíl a kovový šrot (magnetická
separace železa, zbytek elektrická separace). Z vodivého podílu se odděluje Zn a Cu selektivní
elektrolýzou v roztoku kyseliny fluoroborité.
Zpracování olověných akumulátorových baterií provádí Kovohutě Příbram a Bateria Slaný.
Pneumatiky
Zpracování pneumatik vzhledem k jejich kompozitnímu složení je dosti náročné. Hlavní
využití spočívá v těchto oborech:
• obnova (protektorování) - cca 50 %,
• materiálové využití (drť, moučka - vozovky),
• chemické využití (regenerace a pyrolýza),
• energetické využití (vysoká výhřevnost).
Komplexní využití nabízí fa ECO (Hawthorne, Florida). Způsob zpracování spočívá v drcení
na "pryžovou drť" a oddělení kovu a bavlny. Část drti jde na prodej, zbytek se podrobuje
pyrolytické konverzaci, jejímž výsledkem je olejovité palivo a saze (vznikající metan se používá na
vytápění reaktoru). U nás je nejvíce rozšířeno energetické využití spalováním v cementárně CevaČížkovice a spalovně Barum-Continental. Přídavné spalování v neupravených zařízeních je velice
emisní.
Umělé hmoty
Nejvhodnějším způsobem zpracování vysokomolekulárních materiálů (umělých hmot) je
jejich recyklace. Bohužel recyklace je vhodná pouze pro část vzhledem ke značné náročnosti na
segregaci podle druhu a čistoty odpadu. Hlavním problémem je množství druhů nejen z hlediska
57
základních monomerů a jejich vazeb, ale hlavně množství různých doplňujících látek (plniv, barviv,
stabilizátorů ap. - různost kvality i koncentrace). Utajování těchto složení zaviňuje pak nemožnost
dokonalého třídění a následně degradaci vlastností recyklovaných výrobků. Dalším problémem
jejich zpracování je častá kombinace s jinými konstrukčními materiály. Převládají názory (SRN), že
recyklace je energeticky náročnější než nová výroba. Dává se tedy přednost alespoň částečnému
využití poměrně vysoké tepelné energie spalováním. Skládkování vykazuje značné potíže, které
vyplývají nejen z poměrně velkého objemu, ale ponejvíce z velmi nízké fotodegradace a
biodegradace, která je vyvolána právě stabilizátory dodávanými do těchto hmot. V dnešní době se
začínají prosazovat fy používající vhodná aditiva a biodegradovatelná plniva pro uplatnění výše
uvedených degradací.
7.3
•
•
•
•
Koncepce a legislativa hospodaření s odpady
Základní body koncepce hospodaření s odpady jsou:
minimalizace produkovaného odpadu jeho nebezpečných vlastností a spotřeby energie s
použitím náhrad a čistších technologií,
recyklace (zhodnocování zbytků výroby),
zacházení s nezhodnotitelnými zbytky vhodnými způsoby zneškodňování přijatelnými pro
přírodu,
zajišťování, kontrola a sanace starých skládek.
Minimalizace odpadů vyžaduje předcházení nebo omezení vzniku odpadu v místě zdroje.
Toto hledisko je velice často přehlížené i když se jedná o primární přístup, který přináší největší
úspory. Řešení vyžaduje obvykle zásah do technologie, význam má i organizace práce (dodržování
technologického režimu), někdy se jedná i o změnu výrobku. Souvisí tedy s ujasněním výrobního
programu (odstranění zastaralých, neefektivních výrobních zařízení i technologií). Prvopočátek
však spočívá již v konstrukci výrobku (zajištění minimálního obsahu škodlivých látek, hmotnostně
i objemově nízké množství odpadu, možnost znovu využitelných surovin). V zahraničí se uplatňují
manažerské metody plánování minimalizace odpadů výrobcem (sestavení programů-cílů, předběžné
posouzení problému, plán prevence, podrobné posouzení, volba variant řešení, analýza
proveditelnosti, doporučení řešení, realizace a ověření výsledků).
Neméně významným se jeví i rozšiřování bezodpadových technologií, tj. takových
výrobních technologií, při kterých vzniklý odpad lze využít. Ze známých technologií sem patří
procesy v gumárenském, plastikářském, dřevozpracujícím a papírenském průmyslu (kde se
převážně část odpadu vrací zpět do výroby), nebo procesy v potravinářském průmyslu, kde se
z odpadů vyrábí další užitečné látky (krmné směsi).
Předpokladem úspěšné recyklace je dokonalé třídění odpadů. Jedná se především
o intenzifikaci tříděného sběru papíru, textilu, skla, kovů a jejich zpětné využívání i v netradičních
oborech (např. papír při výrobě nábytku, stavebních materiálů a krmných směsí). U skla může být
základní surovina při výrobě obalů (lahví) nahrazena téměř 100 % skleněných střepů. Úspory
železného šrotu jsou u nás nejvýznamnější (1 t šrotu nahradí 4 t železné rudy, 2 t černého uhlí,
15,1 GJ tepelné energie a 70 hodin lidské práce).
Recyklace souvisí tedy s výstavbou třídírenských závodů, které mohou být doplněny
i zpracovatelskou částí. Je vhodné, jedná-li se o specializované regionální zařízení s větší kapacitou
a širším technologickým a územním záběrem, toto může zpracovávat i široké škály nebezpečných
odpadů různými technologiemi a poskytovat další komplexní služby (poradenství, laboratoře,
transport, předúprava, zneškodnění, skladování zbytků, čištění odpadních vod, monitoring). Třídění
58
domovního a komunálního odpadu se provádí mechanicky, za sucha, (drcení, síta, setrvačné třídění,
filtrace, ruční třídění), za mokra, magneticky a elektrostaticky.
Otázka neznehodnotitelných zbytků souvisí s úrovní našeho poznání a schopnosti ev.
ekonomičnosti dnešní techniky a technologie. Je proto nutné počítat s postupným vyčerpáváním
neobnovitelných přírodních zdrojů a tedy budoucí možností případně nutností zpracování těchto
v dnešní době neznehodnotitelných zbytků.
Sanace starých zátěží je postupný a dlouhodobý proces. O jejich potenciálním nebezpečí pro
životní prostředí nemůže být diskuze. Příkladem je např. podniková skládka průmyslových odpadů
a.s. ŠKODA na Sulkově. Skládka vznikla ve 20. letech v místě bývalého důlního odvalu (z hlediska
geologického a hydrogeologického ne zcela nejvhodněji). Do 60. let zde byly ukládány i velmi
nebezpečné (toxické) odpady. V dnešní době je jednáno s anglickou společností C.E.R.T.
International Ltd. o zpracování odpadů na této skládce. Zařízení by spočívalo ve vybudování linky
na zpracování hutního, slévárenského a stavebního odpadu. Z toho by byl nejprve vyseparován kov
a dřevo, zbývající část bude roztříděna do několika frakcí využitelných ve stavebnictví (jedná se
o využití popílku při stavbě dálnice D5 ev. zpracování na agloporitové kamenivo.
59
8
OCHRANA PROTI IONIZUJÍCÍMU ZÁŘENÍ
Mezi faktory ovlivňující životní prostředí patří i vliv ionizujícího záření. Tento faktor se stal
důležitý především v období na konci druhé světové války a po ní. Souvisí to nejen s prvým
výbuchem jaderné pumy v Hirošimě a Nagasaki, ale i s rozvojem jaderných reaktorů (elektráren),
s čímž dále souvisí výroba řady umělých radionuklidů a jejich aplikace ve vědě a technice. Vytvořil
se i samostatný obor nukleární medicíny, radioterapie atd.
Stanovením dávek ve sledovaném prostředí se zabývá dozimetrie. Předávání energie živému
organismu procházejícím ionizujícím zářením v něm způsobuje biologické změny, kterými se
zabývá radiobiologie.
Veličiny charakterizující působení ionizujícího záření na látku:
•
dávka D je definována jako poměr střední energie sdělené ionizujícím zářením látce
v objemovém elementu dε a hmotnosti látky v tomto elementu dm
dε
D=
/J.kg-1/ Gy ( gray)
dm
• z hlediska radiační hygieny nevystihuje tato jednotka dobře účinky ionizujícího záření na
biologické organismy. Používá se dávkového ekvivalentu H, který je součinem dávky D ve
tkáni a tzv. jakostního faktoru Q, příp. dalších modifikujících faktorů označovaných N (tyto
faktory zahrnují rozdílnou biologickou účinnost různých druhů záření).
H = D.Q.N
Sv
/J.kg-1/
Tab.. X: Přípustné dávky ionizujícího záření
Část těla
(sievert)
Dávka /mSv/
50
Příklad doporučovaných hodnot Q
Aktivní kostní dřeň ev. ozáření
celého těla
Záření X, gama a elektrony
1
Kůže, štítná žláza a kost
300
Neutrony
10
Ruce, předloktí, nohy a kotníky
750
Částice alfa
20
Ostatní orgány ev. tkáně
150
Nejvyšší roční přípustné dávky ionizujícího záření dle vyhlášky č. 59/72 (o ochraně zdraví
před ionizujícím zářením) udává tab. X.
Lidstvo je po generace ozařováno ionizujícím zářením. Uplatňuje se jednak přirozená
aktivita Země a dále kosmické záření. Dříve tento vliv nebyl znám. Radiační zatížení v Evropě činí
v průměru asi 1,5 mSv za rok. K tomu se přičítá zatížení z lékařských aplikací rtg. záření a
radioaktivních látek i další zatížení ze zdrojů podmíněných civilizací (zářiče, jaderné elektrárny
ap.). Lékařské aplikace zvyšují zatížení obyvatelstva asi o jednu třetinu uvedené hodnoty a
představují převážnou část dávkového ekvivalentu. Technické a vědecké aplikace zdrojů
ionizujícího záření a jaderně energetická zařízení zvyšují radiační zatížení jen zanedbatelně. Přesto
je nutno jadernou energetiku považovat za potencionální zdroj umělé radioaktivity pronikající do
životního prostředí.
60
8.1
Zdroje přirozené radioaktivity
Zdroje přirozené radioaktivity, jímž je člověk vystaven, jsou zemského i mimozemského
původu. V přírodě bylo nalezeno asi 340 nuklidů, z nichž přibližně 70 je radioaktivních (nuklidy od
protonového čísla 82 jsou radioaktivní, mimo to však existují i radionuklidy s nižším atomovým
číslem). Vyskytují se samostatně nebo jsou členy některé ze tří rozpadových řad. Nejvýznamnější je
řada uranová, která vychází z 238U a obsahuje dva významné prvky 226Ra a 222Rn. Na tuto řadu
navazuje řada protaktiniová počínající 230Pa. Spolu s uranovou řadou jsou známy i řada thoriová
(počíná 232Th a končí nuklidem olova 208Pb) a řada aktiniová (začíná 235U a končí nuklidem olova
207
Pb). V přírodních podmínkách jsou výchozí nuklidy v rovnováze se svými "dceřinými"
(rozpadovými) produkty. Obsah nuklidu 235(92)U v přírodním uranu je 0,71 %, proto záření
aktiniové řady je malé. Nejrozšířenějším radioaktivním prvkem v přírodě je draslík 40K, jeho
aktivita v zemské kůře je větší než aktivita všech ostatních přirozeně radioaktivních prvků.
Radioaktivní draslík je v půdě značně rozptýlen a trvale deponován v hlíně.
Záření zemského povrchu je tvořeno složkou alfa, beta a gama, která je nejvýznamnější. Ta
je vytvářena prakticky jen nuklidem draslíku a rozpadovými produkty uranu a thoria. S rostoucím
obsahem těchto prvků v půdě a horninách se tedy zvyšuje dávka záření, které je životní prostředí
podrobováno. Roční dávka této složky záření gama se odhaduje od 0,5 do 3,0 mGy, přičemž horské
oblasti (složené většinou ze žuly), vykazují větší roční dávku než oblasti ležící na usazeninách
(vápenci).
Vlivem geologických a technologických procesů dochází k přerozdělení přirozené
radioaktivity. (např. popílek vzniklý spalováním hnědého uhlí má trojnásobně vyšší úroveň záření
než původní surovina). Určitým projevem přirozené radioaktivity zemského povrchu je i ionizující
záření stavebního materiálu. Měření uvnitř domů ukázala, že největší dávky záření gama jsou uvnitř
železobetonových staveb (kolem 1,7 mGy.rok-1) a nejmenší v dřevěných domech (cca
0,5 mGy.rok-1). Žula a některé druhy betonu mají vysoký obsah radia a thoria, znamenají tedy
zvýšení pozadí uvnitř domu oproti venkovnímu okolí. Naproti tomu vápenec s nízkým obsahem
těchto prvků poskytuje stínění před vnějším zářením.
Přírodní vody jsou obohacovány radioaktivními prvky rozpouštěním nerostných látek,
louhováním a emanačními procesy. Největší radioaktivitu vykazují minerální vody. Z hlediska vody
se jedná především o zdroj možné vnitřní kontaminace.
Radioaktivita atmosféry je způsobena radioaktivními plyny a aerosoly. Výskyt přirozeně
radioaktivních látek ve vzduchu, s výjimkou radonu 222Rn (poločas rozpadu 3,8 dne - vyzařuje
α záření) a thoronu 220Rn, je zanedbatelně malý. Celková přirozená radioaktivita kolísá v závislosti
na klimatických podmínkách (obsah radioaktivních prvků v půdě a výměna plynů mezi půdou a
atmosférou). Kromě radonu a thoronu je v atmosféře obsaženo tritium 3H a uhlík 14C, které se
neustále vytvářejí především ve vyšších vrstvách atmosféry vlivem kosmického záření reakcemi
14
neutronů s jádry dusíku:
(7)N + n = 14(6)C + 1(1)H
14
(7)N + n = 12(6)C + 3(1)H
Kosmické záření dopadající na zemský povrch z vesmíru můžeme dělit na složku primární
(která vzniká ve vesmíru a dopadá na zemskou atmosféru) a na složku sekundární (která vzniká
v zemské atmosféře působením primární složky). Dávka od kosmického záření závisí na nadmořské
výšce a zeměpisné šířce.
Ve vodě jsou obsaženy radionuklidy 40K, 222Rn, 220Rn a produkty jejich rozpadu i produkty
přeměny radiové a thoriové řady. Ve vzduchu pak je obsažen hlavně radon a thoron se svými
rozpadovými produkty a tak‚ plynné beta aktivní nuklidy 14C a 3H. Následkem energetické a látkové
výměny v rámci potravinových řetězců v ekosystému jsou tyto radionuklidy obsaženy ve všech
rostlinných a živočišných organismech. Ve všech potravinách jsou ve značném množství obsaženy
61
radioaktivní nuklidy 40K, 14C, 3H a tak‚ 226Ra se svými rozpadovými produkty. Největší koncentrace
připadá opět na draslík, který spolu s ostatními se prakticky všechen dostává do organismu. Radon a
thoron a jejich rozpadové produkty jsou do organismu přiváděny příjmem vody a inhalací. Nuklidy
uhlíku a tritia vstupují do organismu hlavně inhalací. Samotný radon a thoron je z organismu rychle
vylučován, avšak jejich krátkodobé produkty přeměny jsou v dýchacích cestách zadržovány. Tyto
vytvářejí v horních cestách dýchacích největší dávky z přirozených radioaktivních nuklidů.
Shrneme-li příspěvky od všech přirozených zdrojů záření, zjistíme, že s výjimkou dýchacích
orgánů, převyšují dávky od vnějšího záření gama dávky vytvářené vnitřním ozářením. Dávky od
vnějšího záření gama, vzhledem k jeho pronikavosti, jsou pro všechny orgány a tkáně přibližně
stejné. I dávky od vnitřního záření v různých orgánech a tkáních jsou podobné hodnoty. V měkkých
tkáních a kostní dřeni jsou vytvářeny především nuklidem 40K, zatímco v kostech 226Ra a jeho
rozpadovými produkty. Největší dávka je pak vytvářena v plicích a horních cestách dýchacích,
hlavně radonem a thoronem s jejich rozpadovými produkty.
8.2
Umělé zdroje radioaktivity a odhad jejich účinků
Existují v podstatě tři zdroje umělého radioaktivního pozadí:
• zkoušky jaderných zbraní
• lékařské aplikace
• mírové využití jaderné energie ve vědě a technice.
Počet zařízení využívajících ionizujícího záření se zvyšuje a toto vede i ke zvýšení
pracovníků v tomto odvětví. Vytvoření předpisů pro práci s radioaktivními látkami však podstatně
omezuje poškozování zdraví nebezpečným zářením. Uvádí se, že v průměru na 106 pracovních
hodin v tomto oboru připadá 1,7 nehod všeho druhu (z toho pouze 10 % přímým ozářením), kdežto
v ostatních průmyslových odvětvích připadá na tuto dobu 6,5 nehod (4x více). Mimo přímého
zasažení není však zcela vyhodnocena otázka onemocnění nebo úmrtí následkem pozdních účinků
záření v jaderně energetickém průmyslu. Případy výskytu leukémie, jako nejvážnější choroby
způsobené účinky ozáření, však neukazují zvýšení jejího výskytu u pracovníků této skupiny. Stejně
tak široký výskyt nemocí souvisejících se zhoubnými nádory v širokých vrstvách obyvatelstva
maskuje výskyt rakoviny způsobené ozářením.
Z hlediska získávání zdrojů, dolování a mletí uranu většinou nevede k významnému růstu
radioaktivity v životním prostředí mimo bezprostřední prostor samotných dolů. Z uranových ložisek
je čerpána voda se zvýšenou radioaktivitou, která odtéká do recipientů, dále se jedná o vody
prosakující haldami uranových dolů (obsah až 0,1-5 mg.l-1 uranu). Zvláště nebezpečná je těžba
loužením, kdy nekontrolované účinky vysoce radioaktivních výluhů mohou podstatně zvýšit
radioaktivitu podzemních i povrchových vod. Otázkou je nevhodné používání hlušinového
materiálu z uranových dolů jako materiálu stavebního, což vede ke zvýšenému záření alfa (radon) a
záření gama u těchto staveb. V ČR podle provedených šetření je asi 30 000 "radonových" domů,
v nichž aktivita radonu překračuje platnou hygienickou normu. Hlavními potencionálními zdroji
ozáření obyvatelstva se současným a budoucím vývojem jaderné energetiky jsou přepracovatelské
závody a vlastní provoz jaderných elektráren.
Z hodnocení lékařského použití ionizujícího záření vyplývá, že více jak 90 % všeho ozáření
lidstva umělými zdroji pochází od diagnostického užití rtg. záření. Diagnostická rentgenologie je
hlavním zdrojem ozáření ve všech vyspělých zemích (např. Švédsko 0,38 mGy.rok-1.osoba-1 předpoklad do roku 2000 až 0,72 mGy). Rychle též roste používání radioaktivních farmaceutických
přípravků pro diagnostické účely.
62
Tab. XI: Odhadované radioaktivní zatížení
Zdroj
Úvazek /µ
Sv.rok-1/
Přirozené pozadí
Zaměstnání
Jaderná energie
Přepracování paliva
Technické
použití
radionuklidů
Zkoušky jaderných zbraní
Rtg. diagnostika
civilizační zdroje mimo JE
a rtg. diagnostiku
1 300
9,0
2,0
2,0
0,1
celkem
2 080
49
720
11,0
Z ostatních civilizačních zdrojů se jedná
převážně o používání různých typů záření většinou
ve spotřebním průmyslu (barevné televize,
luminescenční materiály, různé detektory ap.) a
zvýšený pobyt ve vyšších nadmořských výškách
(cesty letadlem).
Na celkovém zamoření se podílí také
radioaktivní spad při zkouškách s jadernými
zbraněmi. Tento příspěvek by po zákazu zkoušek se
měl zmenšovat od cca 130 µSv na 49 µSv ke konci
století. Kromě přídavného zamoření zemského
povrchu došlo vlivem těchto zkoušek k vytvoření
stabilního umělého radiačního pásu kolem Země.
Tento sice významně neovlivňuje pozadí na Zemi,
ale zhoršuje podmínky výškových a kosmických
letů.
Celkové odhadované úvazky jednotlivce
v µSv.rok-1 udává tabulka XI.
Obr. 21: Četnost úmrtí při přírodních nehodách a vlivem lidské činnosti ve srovnání
s provozem 100 jaderných elektráren
Úvaha o zdrojích záření by nebyla úplná bez zmínky o možnostech havárií. Za nejvážnější
druh nehody při výrobě el. energie u stávajících typů jaderných reaktorů se pokládá nahodilý únik
chladící látky. Tato možnost havárie reaktoru sice existuje, ale její pravděpodobnost je nízká. Na
obr. 21 je provedeno srovnání přírodních a civilizačních nehod s nehodami v jaderné energetice. Je
vidět, že případné nehody v jaderné energetice jsou značného rozsahu z hlediska kontaminace
široké populace, naštěstí však pravděpodobnost výskytu je malá. Přesto však musí být věnována
bezpečnostním otázkám provozu jaderných zařízení velká pozornost. Toto souvisí i se skutečností,
že dosud nebylo plně prokázáno jaký vliv záření přináší významné genetické změny na populaci.
63
Chceme-li hodnotit riziko provozu jaderně energetických zařízení musíme nejprve znát
jednotlivá místa úniku a příslušné radionuklidy. Při provozu jaderné elektrárny existují pouze dvě
cesty úniků:
• únik plynů a aerosolů do atmosféry,
• šíření kapalných výpustí ve vodních cestách.
Migrace radionuklidů vede potom buď k ozáření externímu, nebo k vnitřní kontaminaci
organismu a k vnitřnímu ozáření jednotlivých orgánů.
V reaktorech s uzavřeným cyklem zůstávají radioaktivní plyny uvnitř primární chladící látky
tak dlouho, že dochází k rozpadu všech plynných radionuklidů mimo těch s dlouhým poločasem
přeměny. K zabezpečení co nejnižších exhalací plynných radionuklidů se radionuklidy unikající při
čistění chladiva zavádějí do vymírací nádrže, v níž jsou zadrženy tak dlouho, dokud se nerozpadnou
s výjimkou radionuklidu 85Kr. Uhlíku je věnována malá pozornost, vzhledem k tomu, že dávka
spojená s únikem je velmi nízká. Pro svůj dlouhý poločas rozpadu (5730 r) však uhlík hraje
podstatnou úlohu v globálním zamoření atmosféry. Únik jódu je závislý na těsnosti zařízení jaderné
elektrárny. Zjišťování dávky je dosti komplikované, protože 131I se vyskytuje v různých chemických
formách a velmi snadno se deponuje v průběhu potravinového řetězce.
Do odpadních vod jaderných elektráren se dostávají hlavně pevné produkty koroze, štěpené
event. rozpuštěné plyny (xenon, tritium). U stávajících typů elektráren k celkové aktivitě přispívají
30 až 50 % radionuklidy 137Cs a 134Cs, 10 až 14 % 131I, a 15 % 58Co a 60Co. Radioaktivní produkty se
mohou (kromě tritia) odstranit z tekutého odpadu separací a likvidací do příslušných úložišť.
Tritium, které nemůže být odděleno, se vrací spolu se zpracovaným odpadem do nádrží, kde se
skladuje a po určité době se vrací zpět pro použití v reaktoru.
I při normálním provozu jaderné elektrárny vzniká řada radioaktivních odpadů, jejichž
množství a aktivita závisí od druhu a výkonu i podmínek provozu jednotlivých reaktorů.
Plynné odpady mají několik zdrojů. Je to především vzduch z ventilace místností panelu a
provozů jaderné elektrárny, který se vcelku neliší od radioaktivity pozadí. Většinou se neupravuje
(filtrace) a vypouští do ovzduší. Pro plyny s vyšším obsahem radioaktivity (prostor nad reaktorovou
nádobou) se provádí čistění na filtrech (zachycení pevných částic a aerosolů) a pokud je aktivita
nízká ředí se neaktivním vzduchem a vypouští komínem do ovzduší. Filtrace sníží aktivitu
radionuklidů vázaných na prachové částice, neodstraní však vzácné plyny. Pro tento účel se volí
metoda vymírání, tj. shromáždění plynů s vyšší aktivitou (obvykle nad hladinou vymíracích nádrží).
Za dobu 1 až 2 měsíců poklesne aktivita 133Xe prakticky na nulu, aktivita 85Kr se téměř nemění.
Kapalné odpady mají velmi proměnnou měrnou aktivitu. Snahou je tuto aktivitu
zkoncentrovat do co nejmenšího objemu a tento koncentrát oddělit od ostatní vody, kterou pak po
jednom nebo více cyklech je možno vypouštět. Před vypouštěním je nutno často tyto vody
neutralizovat. Vzniklá sraženina jako filtrát obsahuje zvýšenou aktivitu. Metoda zřeďování
odpadních vod na přípustnou koncentraci je nebezpečná z hlediska možného ukládání radionuklidů
na dnech toků, případně možné koncentraci v rostlinných a živočišných organismech. Obecně se
pro zpracování aktivních kapalných odpadů používá podobných metod jako při úpravách jiných
druhů odpadních vod - filtrace, chemické srážení, odpařování, iontová výměna ap. Používá se i
přímá solidifikace cementem nebo bitumenem.
Pevné odpady jsou tvořeny aktivovanými látkami, které byly trvale nebo dočasně umístěny
v aktivní zóně, kontaminovanými předměty ap. Před zpracováním se obvykle dělí na spalitelné,
stlačitelné a na materiály ukládané bez zpracování. Spalováním se zmenší objem odpadu 30 až 50
krát. Provádí se ve speciálních hermeticky uzavřených pecích. Vznikající plyny jsou čištěny a přes
filtraci vypouštěny do ovzduší. Lisováním se zmenší objem 2 až 10 x, provádí se na standardní
rozměry pro ukládání do kontejnerů. Bez zpracování se ukládají např. stavební materiály, nářadí,
64
armatury ap. Tyto se ukládají do skladovacích nádob a zbytek se vyplňuje např. popelem ze
spalování.
Pro dostatečný pokles aktivity je nutné počítat s časovým intervalem o délce deseti poločasů
přeměny radioaktivního prvku s nejdelším poločasem. Tímto prvkem je 137Cs s poločasem rozpadu
30 let. Proto musí být zajištěno skladování alespoň na dobu 300 let, kdy aktivita poklesne zhruba na
tisícinu původní hodnoty. Nejbezpečnější úložiště jsou s minimálním výskytem pravděpodobnosti
průniku spodních vod. Vhodné jsou prostory starých vytěžených dolů s jílovitým podložím, které
nepropouští vodu a ev. v případě narušení slouží jako dobrý sorpční materiál. Problém tepla
z radioaktivních přeměn není třeba uvažovat, tato otázka souvisí s vysoce aktivním odpadem paliva
v přepracovatelských závodech. Užití přepracování radioaktivních odpadů řízenými jadernými
transmutacemi pomocí lineárních urychlovačů (získání nuklidů neaktivních nebo s krátkým
poločasem rozpadu) zatím není prakticky použitelné.
Zamoření po zkouškách jaderných zbraní závisí také na řadě působících činitelů. Část
energie uvolněná při jaderném výbuchu je spotřebována na tvorbu okamžitého ionizujícího záření a
na vznik radionuklidů tvořících dlouhodobé zamoření životního prostředí. V okolí výbuchu vzniká
intenzivní, relativně krátkodobé zamoření indukovanou radioaktivitou, tj. radionuklidy vzniklými
reakcemi neutronů s okolními jádry a to jak vlastního materiálu bomby, tak zemského povrchu.
Podle druhu a výskytu zamoření mluvíme
o globálním a lokálním spadu. Globální spad je
způsobený troposférickým a stratosférickým
přenosem velmi malých částic radioaktivního
prachu, kdežto mechanismus lokálního spadu je
ovlivňován především gravitací a odporem
vzduchu (nemusí však být přísně územně
omezený). Chování částic závisí především na
jejich velikosti. Částice větší jak 10 µm se udrží ve
vzduchu jen krátkou dobu (do týdne), naopak
částice menší jak 1 µm mohou pronikat do
stratosféry, a jejich zpětné usazování může trvat
i několik let. Očisťování atmosféry je složitý
proces, na který má vliv cirkulace atmosféry a
srážky. Radioaktivita v atmosféře není vzhledem
k zeměpisné šířce rozdělena rovnoměrně
(maximum mezi 25 a 40 st. severní šířky - obr. 22).
Na množství spadlých částic má vliv především
výška výbuchu, ráže a meteorologické podmínky.
Při pozemních výbuších v prvých okamžicích
spadne asi 15 až 40 % částic, přičemž na 1 m2
připadá kolem 104 až 106 částic. Se vzrůstající
výškou výbuchu klesá množství spadlých částic až
na 102 – 103 částic.km-2.
Obr. 22: Koncentrace štěpných produktů
Za nejvýznamnější nuklid produkovaný při
v toposféře
jaderných explozích se považuje 90Sr. Jeho
nepříznivý vliv je způsobován jednak dlouhým
poločasem rozpadu (28,1 r) a jeho chemickou příbuzností s vápníkem, z čehož pramení jeho
ukládání v kostech. Povrchová kontaminace půdy 90Sr má za následek jeho zvýšení v rostlinných
produktech pěstovaných na této půdě. Mléko je pak hlavním zdrojem 90Sr, neboť ve většině zemí
jsou mléčné výrobky hlavním zdrojem vápníku. Stupeň ovlivnění závisí tedy nejen na stupni
zamoření, ale i na potravinových zvycích. Ozáření kostní dřeně bylo odhadnuto na 0,64 mSv pro
65
obyvatele severní polokoule a 0,14 mSv pro obyvatele polokoule jižní. Kontaminace nuklidu 89Sr se
chová podobně, má však nižší poločas rozpadu a kontaminuje více v listech než v kořenovém
systému. Nuklid 137Cs je srovnatelný poločasem rozpadu s 90Sr. Je poměrně lépe vázán v půdě a
méně přechází do rostlinných produktů. Z dalších radionuklidů je potřeba věnovat pozornost 131I
(který se ukládá ve štítné žláze) a 14C.
Množství jednotlivých radionuklidů emitovaných do životního prostředí lze odhadovat
z celkové aktivity získané měřením toku záření alfa, beta nebo gama. Stanovení celkové aktivity lze
doplnit spektrometrickým měřením k určení izotopického složení měřené směsi. Tímto se zabývá
dozimetrie. Zjišťování expozičních příkonů se provádí na vzorcích půdy, vody a vzduchu, je možno
měřit i kontaminaci vegetace, živočichů a potravin. Mimo měření přirozené radioaktivity, ev.
radioaktivity pozadí způsobené antropogenní činností, v životním prostředí je velmi důležitá
i otázka příspěvku k celkové radiační zátěži vlivem pracovního prostředí při použití různých zdrojů
tohoto ionizačního záření.
66
9
OCHRANA PROTI HLUKU
Jako hluk označujeme každý nežádoucí zvuk, který působí na člověka nepříjemně, rušivě až
škodlivě. Týž zvuk za různých okolností může působit různě. Vyskytuje se jako součást životního
prostředí a je nejúčinnějším informačním a poplachovým systémem.
Zvuk je mechanické vlnění, projevující se kmitáním částic pružného prostředí. Obecně
rozdělujeme vlnění na:
• podélné - (částice prostředí kmitají ve směru šíření vlnění), které se vyskytuje v plynech a
kapalinách. Zvukové vlny se označují jako tlakové.
• příčné - (částice prostředí kmitají kolmo ke směru šíření vlnění), které se vyskytuje v látkách,
které jsou pružné ve smyku, zvukové vlny se označují jako smykové.
Hluk (zvuk) je charakterizován těmito fyzikálními ukazateli:
•
akustickým tlakem - (střídavý tlak superponovaný barometrickému tlaku při šíření hluku
/N.m-2/)
• hladinou zvukového (hlukového) tlaku - (hodnocena v decibelech)
• hladinou hlasitosti - (hodnocena ve fónech /Ph/)
•
intenzitou zvuku (hluku) - (podíl energie procházející plochou kolmo na směr šíření k této
ploše a času /W.m-2/)
• kmitočtem - (udávaný v Hz).
Zdroje hluku jsou dvojí podstaty:
• chvějící se povrchy strojů, technologických zařízení, budov a jiných předmětů - vyzařování se
děje na principu mechanického kmitání těles,
• neustálené proudění tekutin - aerodynamický hluk, který vzniká při pohybu tuhého tělesa
plynným nebo kapalným prostředím nebo naopak pohybem tekutiny v tuhých tělesecH.
Zvukové vlny od zdroje k člověku se šíří jednak přímo vzduchem, jednak přes strojní a
stavební konstrukce a opět vzduchem. Člověk pracující ve výrobní hale se nachází v poli přímých
zvukových vln od zdroje i v poli zvukových vln odražených od okolních stěn. Hluk na člověka
působí především prostřednictvím sluchového orgánu, při vyšších intenzitách se projevuje přenos
hluku kostrou lebky. Lidské ucho zachytí zvuky přibližně v rozsahu16 až 16 000 Hz v rozsahu
intenzit 10-2 až 10 N.m-2. Uspořádání sluchového orgánu způsobuje, že sluchový vjem člověka není
přímo úměrný intenzitě zvuku, resp. akustickému tlaku prostředí. Smyslové vnímání podle
Weberova-Fechnerova fyziologického zákona je úměrné logaritmu objektivního akustického
podnětu.
Hluk v rozsahu 30 až 65 dB působí na člověka především psychicky. Často se člověk
uvedenému hluku přizpůsobuje a přímé škodlivé účinky nejsou pozorovány. V rozmezí 65 až 90 dB
působí hluk nepříznivě na neurovegetativní soustavu (poruchy spánku, snížení pracovního výkonu,
podrážděnost, nervozita ap.). Při hluku nad 90 dB dochází k poškozování sluchu a k dalšímu
působení na neurovegetativní soustavu. Nebezpečné účinky hluku spočívají v tom, že i když vysoké
hladiny hluku způsobují nepříjemné pocity, nevyvolávají však pocity bolesti a bezprostřední
potřebu léčení. Navíc jsou účinky hluku individuálně rozdílné v závislosti na délce expozice,
charakteru hluku, na zdravotním stavu a osobnosti postiženého. Kritériem pro poškození sluchu je
tzv. riziko horšení sluchu, které představuje stav, kdy přesáhne trvalé posunutí prahu slyšitelnosti
u člověka 25 dB. Nejvyšší přípustné hladiny hluku jsou obsaženy v Hygienických předpisech.
67
Akustické výkony zdrojů zvuku se běžně vyskytují ve
značném rozsahu (10-9 W hovorový šepot, 107 W raketový
motor). Vzhledem k sluchovému vjemu člověka se zavádí
hladina akustického výkonu, definovaná vztahem
 P
/dB/
Lp = 10. log . 
P
 0
P0 = 10-12 W je referenční akustický výkon.
Obdobně lze definovat hladinu intenzity hluku (střední
hodnota měrného akustického výkonu za časový interval doby
jednoho kmitu).
Obr.
23:
Akustické
pole
Podle způsobu šíření akustického výkonu lze zdroje
v uzavřeném prostoru
hluku dělit do tří skupin:
• všesměrové zdroje, vyzařující výkon všemi směry v prostoru (letící aero)
• zdroje hluku na rovinné ploše odrážející zvuk (stroj v hale)
• zdroje, u nichž se zvuk šíří zvukovodem (potrubí ventilátoru).
Zdroje hluku v uzavřených prostorech vytváří akustické pole, které má dvě části (obr. 23):
• pole přímých vln,
• pole odražených vln.
Pole přímých vln se nachází v blízkosti zdroje, kde převládá účinek přímých vln nad
účinkem vln odražených. Hladina akustického tlaku zde klesá s rostoucí vzdáleností od zdroje. Pole
odražených vln je charakterizováno převážným účinkem vln odražených od ohraničujících ploch.
Vlivem vícenásobného odrazu se hladina akustického tlaku se vzdáleností již podstatně nemění.
Akustický výkon dopadající na stěny se zčásti pohlcuje. Poměr akustického výkonu pohlceného
stěnou k akustickému výkonu dopadajícímu udává součinitel zvukové pohltivosti α u průmyslových hal bývá 0,1 až 0,15.
Hluk mechanického původu vzniká při pohybu mechanismů s proměnným zrychlením,
nevyvážeností rotorů, periodickými rázy, třením ve valivých ložiskách atd.
Hluk vyvolaný aerodynamickými účinky vzniká při turbulentním nebo pulzujícím výtoku
plynů z otvorů do klidného prostředí, nestacionárním prouděním tekutin při obtékání lopatek, mříží,
při hoření atd.
Vzniku dynamických sil (rozkmitávajícím jednotlivé části), stejně jako typu proudění
obvykle není možno zabránit, lze pouze utlumit chvění při přenosu a vyzařování. Snižování hladiny
hluku lze provádět konstrukčními úpravami zařízení, vhodnou volbou materiálu, instalací tlumičů
hluku. Jako příklad omezení produkce hluku může sloužit příklad převodové skříně:
• kola s přímými zuby mají hladinu hluku vyšší (cca o 5 dB) než kola se zuby šikmými
•
zvýšením zubu a snížením záběrového úhlu na 15o se sníží hladina hluku o 5 až 8 dB
• snížením obvodové rychlosti
• správné mazání sníží hlučnost až o 5 dB
• materiál ozubených kol sníží hluk i přenos chvění (s vyšším vnitřním tlumením (plastické
hmoty) až 10 dB
• konstrukční úpravou skříně (vyztužení žebry v oblasti kmiten a uzlů), aby některý z vlastních
kmitočtů se neshodoval s budící frekvencí
• omezení přenosu chvění převodovky na ostatní části uložením na pružné členy
• event. kluzná ložiska místo valivých
68
•
Obr. 24: Součinitel pohltivosti α pórovitého
materiálu
správná montáž a dodržení tolerancí
Materiály se zvýšenou pohltivostí se
používají jednak pro snížení hluku v prostoru,
kde je umístěn zdroj, jednak pro snížení hluku
v prostoru do kterého hluk proniká z vnějšího
prostředí. Materiály pohlcující zvuk jsou
pórovité, vláknité nebo houbovité s velmi
nízkou objemovou hmotností. Součinitel
zvukové pohltivosti α (viz výše) těchto
materiálů je nad 0,6 (obr. 24).
Ke konstrukci různých typů hlukově
izolačních krytů se využívá neprůzvučnosti
materiálů. Vlastnosti takovéto konstrukce jsou
určeny koeficientem neprůzvučnosti R:
R=
Ppr
Pdop
Ppr - akustický výkon prošlý konstrukcí, Pdop - akustický
výkon dopadající.
Rozhodující
vlastností
stěny
z
hlediska
neprůzvučnosti je plošná hmotnost. Stupeň neprůzvučnosti
lze zvyšovat konstrukčními úpravami, např. příčkami se
vzduchovou mezerou (obr. 25).
Na sacích a výtlačných hrdlech strojů se používají
dva základní typy tlumičů:
• reflexní tlumiče - pro pulsující proudění v potrubí
Obr. 25: Stupeň neprůzvučnosti R
menších průměrů
pro jednoduchou stěnu
•absorpční tlumiče - pro stroje dopravující velké
průtoky.
Základním prvkem reflexních tlumičů je
kombinace trubky, kterou proudí plyn a komory
o větším průřezu, kde nastává odraz zvukových vln
zpět ke zdroji (obr. 26). Útlum roste se vzrůstajícím
rozdílem příčných průřezů trubky a komory.
Absorpční tlumiče se používají u větších
potrubí, kde vlnová délka uvažované frekvenční složky
je menší než příčný průměr potrubí. Pro tlumení se
využívá absorpce zvuku v materiálech, kterými jsou
vyloženy vnitřní stěny tlumičů.
Z hlediska zábrany šíření hluku (např.
0br. 26: Útlum jednoduché komory a v dopravě) má velký význam zeleň (odráží zvukové
tlumiče
automobilového
pístového vlny všemi směry a zároveň část pohlcuje).
Nejvýznamnější je účinek listů a jejich vzájemné
motoru
postavení (v pohlcování tónů mezi 1 000 - 11 000 Hz).
Zeleň působí protihlukově i svými kořeny (zabraňuje resonanci v půdě a přenos chvění na okolní
zařízení).
Pokud technickými prostředky nelze snížit hlučnost zařízení, používají se osobní ochranné
prostředky:
69
•
•
•
resonanční chrániče zvuku (zátky do zvukovodů) tlumí především vyšší frekvence a používají
se pro hluk o hladině max. 100 dB,
sluchátkové chrániče, které rovněž tlumí především vyšší frekvence, používají se do max.
hladiny hluku 110 dB,
protihlukové přilby, které chrání kromě sluchu i celou hlavu proti vedení zvuku kostmi lebky.
Používají se v provozech nad 110 dB.
70
10
OSVĚTLENÍ
Význam správného osvětlení vyplývá již z toho, že u člověka zrak v přenosu informací
daleko předstihuje ostatní smysly (v průměru informace získané zrakem představují 75 až 90 %).
Při zjišťování vhodnosti osvětlení si všímáme zejména jeho intenzity, rovnoměrnosti, možnosti
vzniku oslnění, směru osvětlení a barvy světla.
Celkový vývoj neustále zvyšuje význam informací přijímaných zrakem, protože narůstá
množství moderních způsobů přenášení informací viditelnou cestou. Větší pozornost je zaměřena
na řídící a kontrolní činnost automatizovaných zařízení (velíny, dozorny, přístrojové desky, ovládací
pulty ap.). Vzrůstají i nároky na kontrolu jakosti výrobků, kde pozorovací činnost (rozlišitelnost)
hraje podstatnou úlohu.
Z hygienického hlediska (pro vytváření zrakové pohody) se uplatňují kvantitativní
i kvalitativní stránky osvětlení i vhodná barevnost prostředí. Světelné zdroje mají vytvářet prostředí,
ve kterém nedochází k oslňování, které je dostatečné a rovnoměrné a v němž se pozorované
předměty jeví dostatečně plastické. Mimo fyziologické účinky má osvětlení i účinky psychologické,
které jsou stejně důležité pro oblast lidské činnosti.
Osvětlení má i ekonomický význam, který lze v mnoha případech přímo vyčíslit,
v některých případech je však číselné vyjádření nesnadné. Využití denního světla (nejen pro
příznivé působení na člověka) je ekonomicky výhodné - souvisí s energetickou bilancí objektů.
Vhodné osvětlení přináší vyšší produktivitu práce a zvýšení jakosti výrobků. Zlepšení pracovního
prostředí (pořádek a čistota, barevná úprava) vede k větší spokojenosti (pohodě) zaměstnanců.
Viditelné světlo (elektromagnetické vlnění s vlnovou délkou cca 380 až 760 nm) vyvolává
při dopadu na sítnici oka podráždění, jehož výsledkem je zrakový vjem. Jeho účinky jsou v podstatě
dvojí:
• vjem jasu (dojem větší nebo menší světelnosti),
• chromatický vjem (vjem barvy).
Základní fotometrickou jednotkou v mezinárodní soustavě SI je jednotka svítivosti /I/
kandela /cd/. Ze svítivosti jsou odvozeny i ostatní jednotky. Jednotkou světelného toku /Φ/ je lumen
/lm/, je to světelný tok bodového zdroje o svítivosti 1 cd do jednotkového prostorového úhlu
1 steradiánu /cd.sr-1/. Světelný tok dopadající na plochu způsobuje její osvětlení, které je přímo
úměrné dopadajícímu světelnému toku a nepřímo úměrné uvažované ploše. Jednotkou intenzity
osvětlení (osvětlenosti) /E/ je lux /lx/, což je osvětlenost vyvolaná světelným tokem 1 lumenu na
ploše 1 m2 /lm.m-2/. Světlo vystupující z plochy vyjadřují jednotky jasu /L/. Základní jednotkou je
cd.m-2 dříve nit /nt/, ev. stilb /sb/ (cd.cm-2 = 10 000 nt). Vztah mezi intenzitou osvětlení povrchu E a
jeho jasem L je závislý na činiteli odrazu ρ
L = E.ρ
Pro výsledný zrakový vjem prostředí je důležitým činitelem schopnost povrchu odrážet,
propouštět nebo pohlcovat světlo. Povrchy světlé odrážejí větší množství světla než povrchy tmavé.
Tedy, chceme-li dosáhnout přibližně stejných hodnot jasu vnímaných ploch, musíme tmavé plochy
osvětlit úměrně intenzivněji než plochy světlé. V technické praxi se toto vyjadřuje:
• součinitelem světelného odrazu (podíl odraženého světelného toku a světelného toku
dopadajícího na plochu),
• součinitelem pohlcení (rozdíl odraženého světelného toku a dopadajícího světelného toku).
Činitelé odrazu světla umělých i přírodních materiálů mají různé hodnoty (např. chromový
povlak 0,95, bílé glazované obkládačky 0,85, kovový povrch dle drsnosti 0,8 až 0,5, červené cihly
71
0,25 ap.). Hodnota činitele odrazu světla se může značně měnit dle stupně znečistění povrchu
(zaprášení) i fyzikálně chemickými reakcemi na povrchu (stárnutí).
Účinnost elektrického zdroje světla se vyjadřuje jednotkami měrného výkonu, podílem mezi
celkovým světelným tokem /lm/ a příkonem zdroje /W/ - /lm.W-1/.
Lidské oko však nevnímá tyto veličiny jako fyzikální hodnoty. Obdobně jako u zvuku je
vnímání vyjádřeno Weberovým-Fechnerovým zákonem, kde velikost počitku je úměrná logaritmu
I
H = k . ln
intenzity podnětu
I0
H – počitek, k - koeficient úměrnosti, I - intenzita světelného podnětu, I0 - prahová
intenzita světelného podnětu
Přenos světelné energie nervových impulzů probíhá ve vnějších segmentech fotoreceptorů
za účasti zrakových pigmentů. V lidské sítnici jsou čtyři druhy fotopigmentů, z nichž jsou tři
vázány na čípky a jeden na tyčinky. Denní vidění (fotopické) rozlišuje barvy pomocí čípků, které
jsou na světlo méně citlivé než tyčinky, sloužící pro vidění za šera. Vidění za šera (skotopické) je
nebarevné a nastává při něm posuv spektrální citlivosti oka. Vidění se mohou účastnit dle intenzity
osvětlení tyčinky i čípky společně. Podráždění oka je možno vyvolat i neadekvátními podněty
(mechanicky, elektricky).
Pro vnímání jasu je důležitá tzv. časová a prostorová sumace sítnice. Časový účinek světla je
C = k .I .τ
úměrný součinu intenzity světelného podnětu a doby setrvání podnětu
(platí pro τ = 50 až 200 ms - akční čas sítnice, kdy probíhá analýza světločivé látky v sítnici).
Prostorový účinek světla je úměrný součinu intenzity podnětu a mocniny osvětlení ploch
v oblasti sítnice
C = k .I .A m
(pro větší plochu jak 30 minut je m = 0 - možno vnímat i protáhlé tvary i když jeden rozměr
leží pod prahovým úhlem). Pro světelné vnímání je nutné určité prahové množství světelné energie
– této situaci odpovídá prahový jas 10-6 cd.m-2.
Světlo různé vlnové délky vyvolává na
sítnici různé podráždění, jehož výsledkem je vjem
barvy (chromatický účinek). Kvalitu barvy světla
lze charakterizovat ze dvou hledisek: podle barvy
světla (chromatičnosti) a podle vlastností podání
barev, které určují barevný vzhled předmětů
osvětlených tímto světlem. Obojí je určeno
spektrálním složením světla. Spektrální složení
světla lze určovat různými způsoby: např. teplotou
chromatičnosti, poměrným spektrálním složením
světla ap.
Teplota chromatičnosti světla uvažovaného
zdroje udává teplotu černého zářiče (v /K/), při
které zářič svítí světlem stejné chromatičnosti.
Zdroje, které nejsou teplotními zářiči se
charakterizují
tzv.
náhradní
teplotou
Obr. 27: Kolorimetrický trojúhelník CIE
chromatičnosti z kolorimetrického trojúhelníku
CIE (obr. 27).
Z hlediska subjektivního působení světelných zdrojů lze tyto rozdělit do tří skupin:
• s náhradní teplotou chromatičnosti nad 5000 K - vzhled barvy chladný (modrobílé světlo),
• s náhradní teplotou chromatičnosti 3300 až 5000 K – vzhled barvy neutrální (bílé světlo),
72
•
s náhradní teplotou chromatičnosti menší
jak 3300 K – vzhled barvy je teplý
(červenavě bílé světlo).
Laboratorní výsledky ukazují, že při
nízkých intenzitách osvětlení se dává přednost
teplému vzhledu barvy světla a teplota
chromatičnosti se má zvyšovat s rostoucí
intenzitou osvětlení (Kruithofův diagram obr.
28). V některých případech se chromatičnost
hodnotí i barevným podáním zkušebních barev.
Největšího významu nabývá u míst s velkými
nároky na barevné hodnocení (textilní a
polygrafický průmysl).
Vliv barevnosti vyvolává u člověka řadu Obr. 28: Kruithofův diagram vztahu teploty a
pocitů a stavů, které jsou hlavně psychologické, světla k intenzitě osvětlení /šrafovaná oblast
ale uplatňuje se i vliv fyziologický. Mimo toto doporučených hodnot/
působení je otázka barevného řešení hlavně
záležitostí estetickou.
Z psychologického hlediska působení na pracovníka jsou účinky barev ovlivňovány i řadou
dalších činitelů jako jsou např.:
• druh, způsob a trvání pracovní činnosti;
• tvar, velikost a poloha prostoru;
• barva zpracovávaného materiálu, pracovního prostředku;
• teplota barvy světla a intenzita osvětlení;
• tepelné poměry na pracovišti;
• věk a pohlaví pracovníků
.
Tab. XII: Charakteristika barevné úpravy prostředí
Druh barvy
Charakteristika
Teplé barvy (červená, žlutá a Vyvolávají dojem tepla, působí živě, povzbuzují až vzrušují,
jejich odstíny)
podněcují k činnosti, působí krátkodobé zvýšení
a
vystupňování výkonu
Studené barvy (zelená, modrá a Vyvolávají dojem chladu, uklidňují, poskytují úlevu zraku,
jejich odstíny)
podporují duševní soustředění a udržení výkonu
Světlé barevné odstíny
Vzbuzují dojem lehkosti, působí radostně, zlepšují světelné
poměry, zjasňují prostor, nabádají k udržení čistoty
Temné barevné odstíny
Působí těžším až tísnivým dojmem, tlumí odrazivost světla
Syté a pestré barvy
Působí výrazně, více podněcují cít a náladu
Málo syté – lomené barvy
Uklidňují, vytvářejí prostor barevně vyvážený
Obecně možno konstatovat, že pro duševní práci jsou vhodnější studené barvy, kdežto pro
práce vyžadující intenzivní činnost jsou vhodnější barvy teplé. Z hlediska prostorového ovlivnění
studené barvy a světlé odstíny prostor zdánlivě zvětšují, barvy teplé a tmavé naopak zmenšují Barva
73
pozadí pracovní plochy má být v mírném kontrastu k barvě zpracovávaného materiálu nebo barvě
stroje, aby usnadňovala zrakové vnímání. Vzhledem k tepelnému stavu pracoviště je vhodné
v horkém prostředí používat barvy studené, v chladném pak teplé.
Barevná úprava pracoviště může sloužit i rozpoznávání určitého předmětu. Připoutání pohledu
možno dosáhnout použitím silně kontrastních, jasných a svítících barev. Při zvýšeném množství
těchto záchytných bodů mohou tyto rozptylovat pozornost a působit zneklidňujícím dojmem.
Barevné označování z hlediska bezpečnosti práce (signalizace) je mezinárodně normalizováno.
Jednotlivé barvy mají tento význam:
červená - stát (zastavení chodu, značky zákazu)
žlutá - pozor (překážky, vyčnívající předměty, vnitropodnikové dopravní prostředky)
oranžová - akutní nebezpečí (výtah, el. vedení, radioaktivita)
zelená - bezpečí (nouzové východy, osobní ochranné pomůcky)
modrá - informace (označení dílen ap.)
10.1
Druhy osvětlení
U umělých zdrojů osvětlení se rozeznává řada údajů, které charakterizují kvalitu a kvantitu
jejich výkonů, tvar, velikost a způsob použití.
Nejznámějším zdrojem pro všeobecné osvětlení jsou žárovky. Jejich měrný výkon je zhruba
10 až 20 lm.W-1 podle příkonu zdroje, standardní životnost 1000 h a teplota chromatičnosti 2500 až
2900 K. Plynulé spektrum žárovek umožňuje dobré podání barev i dobré kontrastní vidění. Jejich
cena je relativně nízká, nevýhodou je malá energetická účinnost. Halogenové žárovky dosahují
vyšších světelných toků i vyšších teplot chromatičnosti, jejich použití je především ve
světlometech, projektorech ap.
Zářivky jsou nízkotlakým výbojovým zdrojem, jehož spektrální složení je určeno vrstvou
luminoforu na vnitřní straně trubice. Z tohoto hlediska se vyrábějí v mnoha druzích od růžové
(2660 až 3000 K) až po tzv. denní (6200 až 7000 K). Životnost je v průměru 5000 až 8000 h
(světelný tok poklesne za dobu životnosti na cca 0,8 počáteční hodnoty), měrný výkon se pohybuje
v rozmezí 35 až 60 lm.W-1. Do sítě se mohou zapojit jen s předřadnými přístroji.
Vysokotlaké rtuťové výbojky se vyrábí v příkonové řadě od 50 do 2000 W. Směsové a
halogenidové výbojky mají vhodnější spektrální složení výboje. Vyžadují předřadné přístroje a
uvedení do plného výkonu trvá cca 5 minut. Nízkotlaké sodíkové výbojky svítí monochromatickým
žlutooranžovým světlem (589 nm). Monochromatické spektrum vylučuje možnost barevného
vidění, zlepšuje zrakovou ostrost, rozeznatelnost kontrastů i lepší vidění za mlhy. Převážně se tedy
používají v dopravě ev. pro venkovní pracoviště, kde není nutnost rozeznávat barvy.
Umělé osvětlení pracoviště může být zajištěno buď osvětlením celkovým nebo zpravidla
hospodárněji v kombinaci osvětlení místního a celkového. Jeho výsledná kvalita závisí na intenzitě
a barvě světla, rovnoměrnosti osvětlení, stínivosti a oslnění.
Jako měřítko nejnižší přípustné intenzity osvětlení v pracovních interiérech je zvoleno
kritérium rozeznávání vertikálních středně velkých tvarů známých předmětů. Při běžných
odrazivostech to znamená vertikální intenzitu osvětlení 100 lx a horizontální intenzitu přibližně
dvojnásobnou (ČSN 36 0046 160 lx). Výše intenzity umělého osvětlení je normována dle třídy
prováděných prací (tab. XIII).
Vedle intenzity osvětlení se uplatňuje i jeho rovnoměrnost, což je poměr nejmenšího
osvětlení k největšímu. V pracovním prostředí se kontroluje tato hodnota na srovnávací rovině (tj.
0,85 m pro stojící osoby, ev. 0,75 m pro osoby pracující v sedě). Podle charakteru práce se hodnota
rovnoměrnosti pohybuje v rozsahu od 1:5 (malá zraková náročnost) až po 1:2 (pro náročnost
74
vysokou).
Nerovnoměrnost
Třída Požadované
Velikost kritického
D/d
Osvětlení při
osvětlení a velké
práce osvětlení
detailu d /mm/
odrazu 0,35
kontrasty v zorném
/lx/
poli namáhají oči a
D=350 mm D=1000
ztěžují rozeznávání.
mm
Oslnění
1
Mimořádné
0,1
0,3
3500
500
může
být
2
Velmi
0,1 až 0,2 0,3 až 0,6
3500 až
2000 až
způsobeno
buď
vysoké
1750
5000
přímo zdroji světla
nebo odrazy od
4
Přiměřené
0,4 až 0,8 1,2 až2,3 875 až 440 250 až 600
povrchů s vysokou
6
Velmi malé 1,5 až 3,0 4,4 až 8,8 230 až 110
25 až 100
odrazivostí (leštěné
plochy). Podstatou
oslnění je zatížení
celé sítnice nebo její části větším jasem než na který je adaptována. Podle psychofyziologických
následků a velikosti rušivého podnětu se dělí oslnění na:
• rušivé,
• omezující,
• oslepující.
Svítidla na pracovišti musí být
rozmístěna tak, aby poskytovala rovnoměrné
osvětlení bez tvrdých stínů a oslňování. Toho lze
dosáhnout používáním světel, zacloněných a
usměrněných tak, aby přímé světlo nepřicházelo
k oku pod menším úhlem jak 30o nad
horizontálou nebo obvyklým směrem pohledu
(obr. 29). Obvykle světlo má přicházet na
pracovní místo směrem vhodným pro danou
činnost (šikmo zleva, shora nebo zezadu), aby
nevznikly rušivé stíny a odlesky (obr. 30).
Požadavky na osvětlení závisí na činnosti
prováděné v daném prostoru (ČSN 36 0046).
Obr. 29: Schéma světelného toku svítidla
Zdrojem denního osvětlení je Slunce.
Jeho světlo dopadá na Zemi jednak jako přímé
sluneční světlo, jednak rozptýlené atmosférou jako oblohové světlo. Sluneční záření má spojité
spektrum s maximální poměrnou intenzitou právě ve viditelné oblasti (chromatičnost cca 6000 K).
Největší rozdíl denního světla od umělého tkví v jeho neustálé proměnlivosti jak v intenzitě, tak ve
spektrálním složení i rozložení světelného toku. Proměnlivost denního osvětlení, která je dána
pravidelnými periodickými změnami z pohybu Země lze předvídat. Změny závislé na stavu
atmosféry (oblačnost, znečistění) jsou nepravidelné. Vzhledem k těmto neustálým změnám denního
osvětlení se jeho množství nestanovuje absolutními jednotkami /lx/, ale hodnotou relativní, tzv.
činitelem denního osvětlení /e/, což je poměr mezi osvětlením pracovního místa k osvětlení
vodorovné nezacloněné venkovní plochy (udává se v % - vylučuje se přímé sluneční světlo).
Doporučení a minimální hodnoty činitele denního osvětlení jsou stanoveny normou (ČSN 36 0035).
Podle zdroje světla se u činitele denní osvětlenosti mohou rozlišovat tři základní složky:
oblohová, vnější odražená a vnitřní odražená (interreflexní).
Tab. XIII: Výše intenzity umělého osvětlení
75
Oblohová složka /ec/ vzniká
přímým dopadem denního
světla z oblohy na osvětlené
místo. Pro zrakově náročnější
činnost má tato složka
rozhodující význam.
•
Vnější odražená složka /ee/
vzniká
přímým
dopadem
denního světla odraženého od
povrchů venkovních objektů
(budov, terénu ap.). Její podíl
bývá většinou velmi malý
(význam
u
prostorů
s venkovním stíněním světlíky, úzké ulice ap.).
•
Vnitřní odražená složka /ei/
vzniká
mnohonásobným
odrazem světla vnikajícího do
budovy jak přímo z oblohy, tak
odrazem od vnějších objektů
i od vnitřních povrchů
místnosti a jejího zařízení. Tato
složka je velmi významná
zejména
ve
vnitřních
prostorech, kdy oblohová
složka dále od okna zcela
chybí. Z její podstaty vyplývá
přímá závislost na hodnotách
činitele
odrazu
všech
zúčastněných ploch.
Podle
umístění
osvětlovacích otvorů je možno
rozlišit základní druhy denního
osvětlení:
• boční (osvětlovací otvory
v boční stěně),
• horní (osvětlovací otvory ve
střeše),
• kombinované (horní i boční
osvětlovací otvory)
•
Obr. 30: Příklady umělého osvětlení pracoviště
•
sekundární (světlo přichází přes jiný vnitřní prostor).
Kvalita osvětlení závisí na tvaru, rozmístění a velikosti osvětlovacích otvorů. Osvětlovací
otvory mají zaujímat jednu třetinu až jednu čtvrtinu podlahové plochy, přičemž tvarově jsou
výhodnější okna vysoká. Vzhledem k rovnoměrnosti a směru osvětlení (shora) je výhodné osvětlení
horní (střešní), které je reprezentováno různými druhy světlíků.
Obdobně jako u umělého osvětlení se nároky na denní osvětlení určují podle náročnosti
zrakového úkolu. Hlavním kriteriem je poměrná vzdálenost nejmenší pozorované podrobnosti.
Rovnoměrnost denního osvětlení musí být volena vhodnou kombinací osvětlovacích otvorů.
76
Orientace pracovního místa má být volena tak, aby pozorovatel neměl průhled na oblohu nebo aby
vzdálenost od osy pohledu byla co největší (více jak 60o). V případě nutnosti je nutno utlumit jas
osvětlovacích otvorů (clony, pohlcování). Oslnění může nastávat nejen přímým slunečním zářením,
ale i při střídání pohledu na plochy s velmi rozdílným jasem (přecházení různě osvětlených prostor,
siluetní efekt ap.).
Denní osvětlení je pro pracovníky nejpřirozenější a nejpříjemnější. Není zanedbatelný ani
ekonomický efekt. Přináší sebou však tak‚ řadu problémů vyplývajících z jeho proměnlivosti,
obtížné udržovatelnosti osvětlovacích otvorů i pronikání vnějších vlivů těmito otvory.
Sdružené osvětlení tj. současné osvětlení denním světlem a doplňujícím světlem umělým
může do jisté míry spojovat výhody obou osvětlení a používá se v různých formách. Může se jednat
o trvalé celkové sdružené osvětlení vnitřních prostor, kde není možno docílit vyhovujícího denního
osvětlení, ev. místní nebo časově přechodné sdružené osvětlení z důvodů nevyhovujícího denního
osvětlení pro např. stínění či určitou krátkodobou činnost. Vlivem různého druhu osvětlení je
obvykle nesnadné skloubit, z hlediska kvality i kvantity optického prostředí, oba typy pro dosažení
dobré zrakové pohody. K hodnocení sdruženého osvětlení se používá stejných hledisek.
77
11
ÚPRAVA MIKROKLIMATU NA PRACOVIŠTÍCH
Podkladem pro návrh a správnou funkci zařízení na úpravu mikroklimatu ve vnitřním
pracovním prostředí jsou údaje o:
• fyziologických funkcích lidského organismu,
• tepelné zátěži, ovlivněné vlastnostmi budovy a technologie,
• produkci škodlivin, ovlivněné technologií.
Při biochemických oxidačních procesech se v lidském těle uvolňuje metabolický tepelný
tok, který tvoří podstatnou část (cca 90%) energetického výdaje, přibližně 10 % vydané energie
připadá na vykonávanou fyzickou práci. Tepelný tok závisí na intenzitě fyzické práce (ve spánku
u dospělého muže 78 W, při náročné fyzické práci 275 W). Rozdíly mezi produkovaným teplem a
teplem odnímaným tělu okolím vyrovnávají termoregulační mechanismy těla tak, aby se udržela
konstantní vnitřní tělesná teplota (37 0C). Regulace chemická omezuje přímou produkci
metabolického tepla při vzrůstu teploty prostředí, regulace fyzikální současně zvyšuje cirkulaci krve
pokožkou (zvýšení povrchové teploty). Dalším prvkem regulace je růst množství vypařovaného
potu a tím zvýšení odvodu tepla vypařováním. Zvýšenou intenzitou dýchání se rovněž zvyšuje tok
tepla odváděného vydechovaným vzduchem.
Subjektivní pocit tepelné pohody je stav, při kterém je zachovávána rovnováha
metabolického tepelného toku a toku tepla odváděného z těl při optimálních hodnotách
fyziologických parametrů. Základní způsoby odvodu metabolického tepla do okolí vyjadřuje
Q = ± Q k ± Qs + Q v + Qd
rovnice tepelné rovnováhy
Qk - tepelný tok odváděný konvekcí, Qs - tepelný tok sdílený sáláním, Qv - tepelný tok
sdílený vypařováním, Qd - tepelný tok sdílený dýcháním, Q - metabolické teplo
Kladná znaménka vyznačují, že tepelný tok se sdílí z povrchu těla do prostředí. V některých
případech může docházet k opačnému toku tepla (dílny tepelného zpracování, kde vlivem vysoké
povrchové teploty okolních předmětů může sáláním přecházet tepelný tok z prostředí do těla).
K metabolickému teplu Q se pak připočítává vnější zátěž Q s a výsledný tok tepla pak musí být
odveden z těla konvekcí, vypařováním nebo dýcháním. Pro výpočet tepelného toku sáláním se
zavádí tzv. účinná teplota okolních ploch tu , tj. myšlená společná teplota všech ploch, přináší je tok
sdílení stejný jako ve skutečnosti, kdy plochy mají různé teploty. Lze ji stanovit kulovým
(výsledným) teploměrem.
Řešením uvedené rovnice získáme závislost tepelné pohody pouze na parametrech:
• prostředí (teplota vzduchu, účinná teplota okolních ploch, rychlost proudění vzduchu, relativní
vlhkost vzduchu),
• činnost člověka (metabolické teplo),
• vlastnosti oděvu (tepelný odpor oděvu).
Přitom je třeba brát v úvahu:
• mikroklimatické podmínky za kterých je práce vykonávána,
• rozložení pracovního zatížení v pracovní době,
• způsob provádění práce (svaly celého těla nebo omezené svalové partie),
• individuální zdatnost pracovníka vzhledem ke stáří a pohlaví.
Lidský organismus je značně adaptabilní, dovede se do určité míry přizpůsobit nepříznivým
podmínkám. Vzhledem k tomu pracující snáší lépe suché teplo, kdežto prostředí se značnou
78
relativní vlhkostí snáší velmi špatně. I zcela zdravý člověk má po zařazení do horkých provozů
zpočátku určité obtíže. Zvýší se tělesná teplota, srdeční činnost i tepová frekvence, spojivky a
sliznice jsou zduřelé, vzniká zarudnutí kůže, pot je málo hojný, hustý a lepkavý. Adaptační proces
je závislý na zdravotním stavu i životosprávě. V průměru po týdnu dochází k normalizaci srdeční
činnosti, pocení je vydatné a pot řídký.
Vlivem tepelné zátěže může docházet k akutnímu poškození zdraví (úpal), které se projevuje
bolestmi hlavy, závratěmi, ztíženým dýcháním, žaludeční nevolností až mdlobami. Obdobné
projevy jsou při působení vlhkého tepla. Může ovšem nastávat i pozvolné, zpočátku nevýrazné
chronické poškozování (nechuť k jídlu, ubývání na váze, únava, malátnost, bolesti hlavy ap.). Při
zvýšeném pocení ztráta solí a vody způsobuje svalovou ochablost až křeče (zejména lýtkového
svalstva).
Mikroklima se hodnotí podle Hygienických směrnic sv. 39/78. Směrnice rozlišují
mikroklimatické podmínky optimální (tepelné změny vyrovnané termoregulací a adaptací) a
podmínky s únosnou tepelnou zátěží dlouhodobou (množství potu během směny nepřekročí mezní
hodnotu 2154 g.m-2 povrchu těla pro muže) a krátkodobou (omezení hodnotou akumulovaného
tepla v lidském organismu – 138 kJ.m-2 povrchu těla).
Bilance tepelné pohody na pracovišti je závislá na tepelných ztrátách a ziscích budov.
Tepelné ztráty určují tok tepla, který musí být v zimě přiváděn vytápěním nebo
klimatizačním zařízením. Tepelné ztráty se dělí na ztráty prostupem (stěnami, stropem, podlahou,
okny, dveřmi) a ztráty větráním. Průtok vzduchu v místnostech je dán těsností okenních spár,
polohou místnosti v budově, polohou budovy, intenzitou větrů apod. Jedná se o přirozené větrání
infiltrací, které může činit i více než 30 % celkové tepelné ztráty.
Tepelné zisky budov jsou vnější a vnitřní. Vnější tepelné zisky budov v letním období závisí
na intenzitě slunečního záření a na teplotě venkovního vzduchu. Nejvýznamnější jsou tepelné zisky
konvekční a sálavé zasklenými plochami. Tepelné zisky stěnami z venkovního prostředí závisí na
jejich vlastnostech z hlediska útlumu (lehké, těžké) teplotního. U středně těžkých stěn se projevuje
vlivem akumulace tepla časové zpoždění toku tepla. U těžkých stěn lze zanedbat kolísání teploty.
Vnitřní tepelné zisky jsou toky tepla, které se uvolňují z technologických zařízení, osvětlení,
nebo jsou výsledkem tepelné produkce osob. Produkce tepla technologických zařízení a strojů se
určuje z jejich příkonu, u teplých povrchů technologických zařízení (pece) je tepelný tok určován
rovnicemi pro konvekci a sálání těchto zdrojů.
11.1
Větrání a odsávání
Účelem větrání je zajištění čistého ovzduší ve vnitřních prostorech. Větrací zařízení
odvádějí z místnosti vzduch s přimíšenými škodlivinami a přivádějí vzduch venkovní (filtrovaný)
tak, aby koncentrace škodlivin nepřekročily přípustné hodnoty. Větrací zařízení slouží tak‚
k odvodu nadměrného tepla, popř. tak‚ jako zábrana pronikání chladu do budov (přetlak teplého
vzduchu). Nutnou podmínkou funkce větracích zařízení v zimě je ohřívání přiváděného vzduchu
venkovního. Výměnu vzduchu lze provádět v celém větraném prostoru nebo v jeho části (celkové místní). Průtok větraného vzduchu může být zajišťován nuceným (mechanickým) způsobem
(ventilátory, ejektory) nebo přirozeným způsobem (vlivem přirozeného tlakového rozdílu - účinkem
větru).
Celkové větrání se používá především pro větrání průmyslových hal a shromažďovacích
prostor. Pokud je známé množství uvolňovaných škodlivin Ms, stanoví se průtok větracího vzduchu
( m3.s-1) z bilancí rovnice škodlivin - pro časový interval dτ platí
Vm .Cp .dτ + M s .dτ = Vm .C0 .dτ + Vm .dC0
79
Cp, C0 - koncentrace škodlivin ve vzduchu přiváděném a odváděném ve větraném prostoru
(mg.m-3), Ms - tok uvolňované škodliviny (mg.s-1), Vm - objem větraného prostoru (m3), dC0 přírůstek koncentrace škodliviny v odváděném vzduchu za čas dτ (mg.m-3)
Škodlivinou může (hlavně v hutních provozech) být i tepelný tok. Potřebný hmotnostní
Q
průtok větracího vzduchu M = V .γ pro odvod toku tepla Q je dán rovnicí M =
c.( t 0 − t p )
t0, tp - teplota odváděného (přiváděného) vzduchu, c - měrná tepelná kapacita vzduchu, γ - hustota
suchého vzduchu
Ve shromažďovacích prostorech, kde nevznikají technologické škodliviny se obvykle za
kritérium pohody uvažuje obsah oxidu uhličitého 0,15 %.
Zařízení pro nucené větrání se řeší kombinací systémů pro přívod a odvod vzduchu (někdy
pouze přívod). Podle vzájemného poměru množství vzduchu přiváděného a odváděného může být
ve větraném prostoru vytvářen:
• podtlak - jestliže požadujeme, aby vzduch s přimíšenými škodlivinami nepronikal do okolních
prostorů (pokovovací dílny),
• přetlak - větráním prostoru zabraňujeme vnikání vzduchu z okolních prostorů do větrané
místnosti (obvykle s větším množstvím škodlivin - např. pracoviště jemné optiky,
mikroelektroniky),
• stejný tlak - nemá-li docházet k proudění vzduchu mezi okolním prostředím a větranou
místností.
Typickým příkladem použití nuceného větrání je větrání výrobních hal strojírenských
provozů. Významnější zdroje plynů, par, prachu i tepla bývají odsávány místním odsáváním.
V halách je třeba zajistit celkovou výměnu vzduchu, nutnou ke snížení koncentrace škodlivin, které
nejsou odsávány nebo které zčásti unikají do haly od odsávacích zdrojů.
Obr.32: Větrání ve vícepodlažní budově
Větrací systémy průmyslových hal se řeší
většinou jako přetlakové (obr. 31, 32).
Obr. 31: Schéma větrání průmyslové haly
Vzhledem k tomu, že uvnitř hal je v zimě
i v létě vzduch teplejší než ve venkovním prostředí, vzniká zde přirozené proudění směrem vzhůru.
Nucené větrání se zde navrhuje tak, aby podpořilo přirozené vertikální proudění. Proudění
v pracovní oblasti se má vyznačovat minimální cirkulací, proto se doporučuje řešit přívod vzduchu
výustěmi s malou výstupní rychlostí (cca 0,5 m.s-1). Odvod vzduchu je v letním období proveden
přirozeně - otvory ve stěnách. V zimním období, pokud je použito zařízení pro zpětné využívání
tepla z odváděného vzduchu, se vzduch odsává potrubím umístěným pod stropem.
Ohřev přiváděného větracího vzduchu z venkovního prostředí v zimním období vyžaduje
značné příkony tepelné energie. Naproti tomu vzduch, který se odvádí z větraných
(i klimatizovaných) prostorů má teplotu 20 0C a tepelný obsah však uniká bez užitku. Obdobně je
možné potřebné využití i ostatních tepelných kapacit odpadního tepla vznikajících při
80
technologických procesech. Při tepelném zpracování se jedná zejména o zbytkové teplo
odcházejících spalin, teplo ochlazovaných vsázek (ať již se jedná o ochlazování okolním vzduchem
při normalizačním žíhání nebo o teplo předané ochlazovacím lázním (voda, olej) při kalení a
zušlechťování).
K využití odpadního tepla a k zhospodárnění energetické bilance přispívají systémy
t − t
η = 4 3
zpětného využívání tepla, jejichž kritériem je účinnost přenosu tepla:
t1 − t 2
t1, t4 - teplota vzduchu odváděného (přiváděného) z (do) místnosti, t3, t2 - teplota vzduchu
přiváděného (odváděného) z venku (ven).
Obr. 34: Rekuperační
s kapalinovým okruhem
lamelové
výměníky
Obr. 33: Deskový výměník
Základní
systémy
zpětného
využívání tepla jsou:
• deskové
výměníky tepla
(vzduch-vzduch)
Obr. 36: Rotační regenerační
- jsou vytvořeny výměník
z desek
s mezerami 3 až 6 mm. V plochých kanálech střídavě
protéká teplý a chladný vzduch, účinnost je 50 až 60 %
(obr. 33),
• rekuperační lamelové výměníky tvoří dva samostatné
výměníky vzduch - kapalina, zařazené v proudu teplého
Obr. 35: Tepelná trubice
a chladného média. Přenos tepla kapalinovým okruhem
zajišťuje čerpadlo, účinnost je 40 až 50 % (obr. 34),
• tepelné trubice jsou žebrované trubky naplněné chladivem. Spodní část trubice je zahřívána
teplým vzduchem, horní část chlazena chladným vzduchem. Ve spodní části dochází k varu
chladiva (odnímání výparného tepla), jehož páry stoupají vzhůru a kondenzují na chladnějších
stěnách v horní části (předávají kondenzační teplo) a po stěně stékají dolů. Účinnost je 50 až
60 % (obr. 35),
• regenerační výměníky rotační nebo přepínací jsou založeny na principu střídavého styku
teplosměnné plochy s teplým a chladným vzduchem. U rotačních výměníků rotuje kotouč
s hliníkovou teplosměnnou plochou vytvořenou z úzkých kanálů (cca 3 mm). Výměníky
přepínací mají dvě samostatné sekce, do kterých se střídavě přivádí teplý a studený vzduch
(obr. 36),
81
tepelná čerpadla jsou v podstatě kompresorová chladící zařízení u nichž účinným zařízením
není výparník, ale kondenzátor. Výparník zařízení je umístěn v proudu teplého vzduchu.
Odpařením chladiva se odnímá teplo teplému vzduchu a předává se chladnému vzduchu
v kondenzátoru. Tepelná čerpadla mohou pracovat podle druhu použitého chladiva
s kondenzační teplotou do 60 0C. V kompresoru se do systému přivádí elektrická energie.
Celkové přirozené větrání, které se často uplatňuje u průmyslových hal s velkou tepelnou
zátěží, je dáno jednak rozdílem teplot (hustot) vzduchu uvnitř a vně větraného prostoru, jednak
tlakovým účinkem větru. V prostorách větraných aerací se významně uplatňuje vzrůst teploty
s výškou.
Místní větrání zajišťuje pak výměnu vzduchu v omezeném místě vnitřního prostoru realizuje se jako místní přívod vzduchu. Existují tři základní případy:
•
vzduchové sprchy - používají se v horkých provozech k odvodu sálavého tepla, které dopadá
na povrch člověka. Odvod se děje zvýšenou konvekcí (max. rychlost proudění 3 m.s -1, max.
nižší teplota vůči okolnímu vzduchu o 3 0C). Konstrukčně se řeší jako výpustě centrálního
rozvodu vzduchu nebo jako vhodně instalované osové ventilátory.
•
vzduchové oázy - jsou určeny ke snížení koncentrací škodlivin v omezeném místě pracovní
oblasti. Aby nedocházelo vlivem turbulentního proudění k přenosu škodlivin do proudu čistého
vzduchu, je třeba řešit vyústění vzduchových oáz velkoplošnými výustěmi s malou výstupní
rychlostí (cca 0.5 m.s-1) do bezprostřední blízkosti pracovníka.
• vzduchové clony - obvykle se zřizují při otevřených komunikačních otvorech budov
k zabránění průtoku chladného vzduchu z venkovního prostředí. Pro omezení průtoku
chladného venkovního vzduchu se zřizují v podlaze, po stranách, nebo i podél horní strany
otvoru štěrbiny vyfukující teplý vnitřní (případně i ohřívaný) vzduch proti proudu vzduchu
z venkovního prostředí.
Místní odsávání se zřizuje na všech pracovištích, u strojů a technických zařízení, kde
škodliviny nebo nadměrné teplo vznikají na ohraničených místech. Místní odsávání je vždy
hospodárnější než celkové větrání pro stejný zdroj škodlivin, neboť koncentrace v odváděném
vzduchu mohou být vyšší než u větrání celkového (kde koncentrace nesmí překročit přípustnou
hodnotu). Vyšší hodnoty koncentrací jsou přípustné proto, že u místního odsávání odváděný vzduch
nepřichází do styku s člověkem.
Ústřední
odsávací
zařízení jsou určena k odsávání
vzduchu s příměsí škodlivin od
stejných,
popř.
podobných
zdrojů např. pokovovacích van,
odsávání od brusek aj.).
Ústřední odsávací zařízení musí
být vždy vybaveno odlučovacím
zařízením, aby nedocházelo
k
podtlakům,
event.
nevhodnému proudění, je třeba
zajistit přívod vzduchu. Pro
přívod lze použít vzduch
oběhový (filtrovaný odsávaný
vzduch nebo systém výměníků
Obr. 37: Schéma ústředního odsávacího zařízení s využitím tepla z odsávaného vzduchu),
oběhového vzduchu /1–ventilátor, 2-vírový odlučovač, 3- zabrání se tím nadměrným
výsypka, 4-tkaninový filtr, 5-žaluzie, 6-oběhový vzduch, 7-filtr energetickým ztrátám (obr. 37).
venkovní, 8-ohřívač/
•
82
Obr. 38: Schéma ústředního odsávacího zařízení s rotačním regeneračním výměníkem /1odsávací rošt, 2-mokrý odlučovač, 3-rotační výměník, 4-ventilátor, 5-ohřívač, 6-přívod
vzduchu, 7-filtr/
Oběhový vzduch lze použít tehdy,
neobsahuje-li biologicky aktivní prach, toxické látky
nebo lehce vznětlivé a výbušné plyny a páry. Nelze-li
z hygienických důvodů použít oběhový vzduch,
předehřívá se venkovní vzduch ve výměnících tepla
pro jeho zpětné získání. Odsávaný vzduch musí být
předem dostatečně vyčištěn, aby nedocházelo
k usazování částic na teplosměnných plochách a tím
ke snižování účinnosti výměníku (obr. 38).
Jednotkové odsávače jsou konstruovány jako
jednoúčelové nebo víceúčelové kompaktní jednotky
obsahující ventilátor i odlučovač (obr. 39).
Obr. 39: Schéma jednotkového odsávání
Sací nástavce jsou základním prvkem
od tryskací kabiny /1-tryskací kabina, 2- odsávacích zařízení a mají tvořit se strojem nebo
odsávač, 3-filtr, 4-ventilátor/
technologickým zařízením jeden celek. Hlavní typy
sacích nástavců jsou:
• odsávací skříně, digestoře, kabiny (stříkání nátěrových hmot, tryskání),
• odsávací zákryty – střechovité (nad zdroji tepla), nebo tvarově přizpůsobené strojům (brusky,
transportní zařízení),
• boční odsávací štěrbiny (kalící olejové lázně, solné lázně, vany pro povrchové úpravy),
• odsávací podlahové rošty (stříkání nátěrových hmot),
• jednoduché sací nástavce - vyústění kruhových, obdélníkových nebo štěrbinových sacích
vzduchovodů, používané ve spojení s pružnými hadicemi k odsávání škodlivin na proměnných
místech (svařování).
83
12
ENERGIE A MATERIÁL
Základní energií vstupující do ekosystému Země je sluneční energie. Vznik na Slunci, kde
za nesmírných tlaků a teplot probíhají termonukleární reakce, především "spojení" (fúze) protonů a
jader deuteria, tj. "těžkého vodíku" na jádra hélia. Příkon celkové energie dopadajícího záření se
udává 180.103 TW (1 TW = bilión wattů). Přesná měření ukazují, že sluneční záření krátkodobě
poklesne maximálně o 0,2%. Sluneční zářivost kladně koreluje s jedenáctiletým cyklem maxim
aktivity Slunce. Vedle porušení ozónové vrstvy se v současné době považuje za nejzávažnější
oteplování povrchu Země, tzv. skleníkový efekt.
/Ozón (O3) vzniká ve stratosféře (ve výšce kolem 25 km) působením UV-záření na normální
dvouatomové molekuly kyslíku (O2). Ozónová vrstva zeslabuje intenzitu UV-záření dopadajícího
na povrch Země. K zeslabení této "ochranné vrstvy" dochází emisemi chlorovaných uhlovodíků freonů. Účinkem tvrdého UV-záření se z freonu odštěpí chlór. Volný chlór zasáhne molekulu ozónu
a redukuje ji na dvouatomový kyslík. Vzniklý chlormonooxid reaguje s jedním atomem kyslíku a
tím odštěpí volný chlór atd. Narušení ozónové vrstvy má negativní účinky na organismy.
Na skleníkovém efektu se podílí oxid uhličitý jen z 55%. Prognózy uvažují o stálém
zvyšování množství CO2 - koncem století kolem 0,038%. Oxid uhličitý pohlcuje dlouhovlnné záření
a změna jeho koncentrace může vést ke značným klimatickým změnám. K tomu přistupuje prašné
a plynné znečistění atmosféry i zvýšená produkce tepelné energie. /
Dnešní známé zásoby uhlí, ropy, zemního plynu a uranu představují přibližně 6.10 22 J, za
jeden týden však dostane Země tolik energie ze Slunce, jako jsou celkové zásoby neobnovitelných
energetických surovin. Z celkového množství sluneční energie přiváděná k Zemi (asi 1350 W.m-2)
se odrazí do kosmického prostoru asi 35%. V atmosféře se pohltí cca 15 % a z toho asi 1% přemění
na kinetickou energii větrů a přibližně stejnou hodnotu spotřebují oceány pro pohyb mořských
proudů. Asi 0,5 % se spotřebuje pro globální koloběh vody. Proces fotosyntézy váže na Zemi
přibližně 0,1 až 0,5 % z celkového příkonu sluneční energie (celoroční průměr); maximální hodnoty
čisté účinnosti přeměny sluneční energie v celé rostlině se pohybují mezi 4 až 6 % globálního
záření. Účinnost fotosyntetického aparátu v chloroplastu za optimálních podmínek se však
přibližuje 30 %. Tedy již při začátku energetického toku dochází k velkým ztrátám. Další ztráty
nastávají při průběžném uvolňování respiračního tepla. Zbytek energie se pohlcuje zemským
povrchem a oceány, které se zahřívají a sdílí teplo zpět do atmosféry a kosmického prostoru. Půda
a vodstvo se chová jako pufr, tzn. během dne teplo přijímá a v noci uvolňuje. Kolísání teploty
v půdě je poměrně malé a v hloubce pod 0,3 m se stává bezvýznamným.
Energie kosmického záření má příkon o několik řádů nižší a prakticky nelze uvažovat
o jejím využití. Obdobně energie radioaktivních prvků je ve srovnání se sluneční energií nižší o 3
až 5 řádů, její využití (geotermální energie, jaderné reaktory) je však reálné.
Uplatnění netradičních zdrojů energie je však zatím omezen‚ na řešení ekologických a
energetických problémů jednotlivých lokalit. Prognózy z hlediska světové produkce energie do roku
2020 se týkají těchto energetických zdrojů (uveden koeficient nárůstu vůči r. 1985):
Uhlí
Ropa
Zemní plyn
Jaderná
energie
Vodní
energie
Syntetická
ropa, plyn
Netradiční
obnovitelné
zdroje
2,3
0,8
1,6
13,6
2,3
25,0
3,0
84
Problematika získávání energie je velmi široká a diskutabilní. Z výše uvedených prognóz
vyplývá nižší nárůst čerpání neobnovitelných zdrojů energií. Využívání vodní energie je spojeno
s narušováním přirozeného vodního režimu i možností celkových energetických kapacit vodních
toků. Zatím ne zcela umíme přeměnit energii mořských vln.
Stejně tak využívání netradičních obnovitelných zdrojů energií (sluneční záření, vítr)
nevykazuje vysoký nárůst hlavně pro jejich proměnlivost (v čase i prostoru) a nízkou účinnost
přeměny. Využití větru je vhodné v oblastech se stálým větrem. Špičková zařízení větrného
agregátu s trojlistým rotorem o průměru 43 m dosahují výkonu 600 kW.
Na území ČR se celková doba slunečního svitu pohybuje mezi 1 600 až 2 200 h.rok -1.
Dopadající energie na 1m2 plochy je 800 až 1 000 kWh. Přeměna solárního záření na elektrickou
energii je možno provádět přímo fotovoltaickými články nebo nepřímo solárně termickou cestou.
I když teoretická účinnost přímé přeměny je asi 30 %, účinnost dostupných článků je 14 až 20 %.
Největším problémem je akumulace energie. Současné náklady jsou asi trojnásobné vůči
klasickému způsobu (cca 3 dolary na 1 W špičkového výkonu). Otázka využití jaderné energie je
probírána v dalších kapitolách.
Nejvyšší rozvoj je předpokládán u využití obnovitelných biologických zdrojů. Ročně se
fotosyntézou vytvoří 10x více biomasy než představuje celosvětová spotřeba energie. Dnes využití
biomasy pokrývá pouze asi 14 % této spotřeby. Samotnou biomasu i její odpady (dřevo, sláma,
rostliny s vysokou koncentrací energie, hnůj ap.) lze využít ke klasickému přímému spalování
(nejméně výhodné). Pyrolýzou lze získat dřevěné uhlí nebo metan. Bioplyn vzniká při rozkladu
organických látek bez přístupu kyslíku (ze dvou kilogramů organické hmoty lze získat 450 až 500 l
bioplynu), zbytky po vyhnívání jsou výborným organickým hnojivem. Bioplyn vznikající anaerobní
fermentací exkrementů zvířat obsahuje 55 až 70 obj.% methanu (1-3 % vodíku, 27-44 % oxidu
uhličitého a 0,1-1 % sirovodíku) a výhřevnost 19 až 23 MJ.m3 (zemní plyn cca 33 MJ.m3). Jedná se
i o využívání dalších energeticky bohatých látek vzniklých procesem fotosyntézy (např. olejnaté
rostliny, rostliny s vysokým obsahem škrobu a cukru ap.), které se zpracovávají různými způsoby
jako např. kvašením, rozkladem ap. I když se jedná o perspektivní způsoby získávání energií je
třeba brát ohled na možnost obnovitelnosti těchto zdrojů, pěstování monokultur ap.
Významnou úlohu hrají biopaliva i když v dohledné době patrně ropa zůstane hlavní
surovinou pro výrobu motorových paliv a maziv. Jedná se zejména o:
• Alkohol – jako palivo, případně přísada do benzinu. Získává se kvašením odpadové biomasy,
syntetická výroba z uhlí je nákladná (největší rozšíření v Brazílii – obvykle přídavky do 15 %).
o Nevýhody: - riziko zdravotního poškození uživatele při nevhodné manipulaci
- možnost výskytu aldehydů ve výfuku.
o Výhody: - vysoké oktanové číslo
- zhruba trojnásobné výparné teplo oproti benzinu – zvýšení výkonu.
• Rostlinné oleje – ve střední Evropě olej řepkový. Palivo je rychle biologicky odbouratelné,
spaliny obsahují méně škodlivých produktů – vyšší cena. Přímé využití jako paliva vyžaduje
specielní typy motorů. Vhodnější použití k vytápění ve směsi s topnou naftou a především pro
výrobu mazadel. Výhodou přilnavost, snášenlivost s životním prostředím, odbouratelnost a
nejedovatost. Nevýhodou krátká časová stabilita a nepříznivé vlastnosti za nižších teplot.
•
Esterifikovaný řepkový olej bionafta – esterifikací se zlepší proces hoření a sníží viskozita
látky. K esterifikaci dochází působením jednoduchých alkoholů (ethanol, methanol) za
přítomnosti vhodného katalyzátoru (hydroxid draselný, sodný). Produktem je methylester nebo
ethylester a glycerin, který je možno použít v dalších odvětvích. Snížená měrná hmotnost olejů
(v porovnání s motorovou naftou) zvýší spotřebu paliva 0 7 až 10 %. Z ekologického hlediska
je výhoda nejedovatost a plná biologická odbouratelnost. Zplodiny jsou prakticky bez SO 2 a
mají méně uhlovodíků a sazí. Palivo je použitelné bez úprav motorů. Methylester lze bez
85
•
problémů mísit s naftou. Studený start je možný do –10 °C. Zvyšují se nároky na použití
pryžových materiálů a plastů.
Plynná paliva – výhodnější směšování, vyšší čistota spalin, vyšší oktanové číslo –
o Generátorový plyn – II. světová válka – obsluha, dehet
o LPG (Liquified Propan Gas) – obvykle směs 50 %propanu + 40 % butanu a
isobutanu (zbytek ethan a pentan) – vedlejší produkt při rafinaci ropy. Jsou dnes i při
nákladech na zkapalňování o polovinu levnější než benzin, mají dostatečně příznivé
oktanové číslo. Přestavba na pohon LPG vcelku jednoduchá, problematika
manipulace s palivem.
12.1
Materiálový cyklus
Racionální využívání materiálových zdrojů a materiálů je úzce spjato s problémem energií
v nejobecnějším smyslu na jedné straně a s ekologickými problémy na straně druhé. Růst spotřeby
různých materiálů vede ke vzniku řady studií o politice spotřeby a využívání materiálů, v nichž lze
pozorovat polarizaci expertů od optimistů k pesimistům. Z obecných závěrů možno zdůraznit dva:
• materiály by měly být využívány systematicky jako část úplného materiálového cyklu od
vytěžení materiálů ze země, přes úpravu, návrh, výrobu, využití, znovuvyužití nebo
znovuumístění do země
• materiály jsou pouze součástí základní trojice materiál - energie - prostředí, o níž by mělo být
pojednáno jako o celku s ohledem na vztahy lidí k přírodním zdrojům a k efektivní národní
materiálové politice.
Obr. 40: Celkový materiálový cyklus
Základem průmyslového rozvoje byly zatím neobnovující se zdroje pro výrobu materiálů a
energií, nyní však poroste důležitost obnovujících se zdrojů. Ve výrobě je jednoznačný trend použít
86
na daný výrobek co nejméně materiálu. Tendence však musí směřovat dále k recyklaci a
znovuvyužití materiálů, k ochraně materiálů vůči prostředí ap.. Důvodem není pouze vlastní úspora
materiálů, ale i skutečnost, že materiály i energie budou dražší. To vše souvisí se stupněm
industrializace země, která je spojena s vědeckou a technologickou základnou.
Rozdělení surovin na světě je nerovnoměrné, v zásadě suroviny pro materiálový průmysl lze
rozdělit do tří skupin:
• minerály a rudy
• fosilní paliva (uhlí, ropa, zemní plyn)
• biomasa (dřevo, bavlna, cukrová třtina ap.)
Zásoby surovin dělíme na:
• rezervy (odkryté lokality, které se těží neb mohou těžit dnešními technikami)
• zdroje (subekonomická naleziště, známé naleziště zatím z ostatních důvodů nevhodná, neznámá
naleziště).
Otázka vyčerpatelnosti zdrojů vyžaduje multidisciplinární přístup k celkovému
materiálovému toku /obr.40/, který může vyřešit všechny technické a ekonomické problémy
materiálového průmyslu. Při navrhování dílů a zařízení je třeba si uvědomit i hlediska možného
výskytu škodlivin v jednotlivých etapách vzniku a existence výrobků tj. výroby a užití. Jedná se
především o:
• energetickou náročnost surovin a polotovarů
• vznik škodlivin při výrobě navrženou technologií
• vznik škodlivin během existence (užití) výrobku
• možnost recyklace, snadné demontáže, třídění ap.
Z tohoto hlediska je třeba si uvědomit problematiku škodlivin. Škodlivinou obvykle míníme
látku, která negativně ovlivňuje životní prostředí. Jedná se tedy nejen o látky, ale i energie (tepelná,
světelná, hluk - vibrace) ap. Účinky jednotlivých látkových škodlivin nezávisí jen na druhu látky,
ale podstatně na její velikosti, morfologii a schopnosti chemické vazby.
Vztah mezi spotřebou materiálu a ekonomickým růstem závisí na stupni industrializace
země. U většiny průmyslových zemí začínají po počátečních prudkých nárůstech spotřeby materiálu
na obyvatele ročně přírůstky klesat
/obr. 41/.
Rozvojové země jsou na počátku industrializace a lze
tedy u nich předvídat prudký nárůst spotřeby
materiálu. Předpokládá se, že spotřeba materiálů
v absolutních hodnotách (v důsledku růstu populace i
vyšších nároků obyvatel) poroste. Otázkou je, zda
bude v souhlasu s růstem celkového důchodu.
12.2
Obr. 41: Vývoj spotřeby surovin /I základní fáze, II - rostoucí, III - stálá, IV
- klesající/ • - průmyslově vyspělé země,
° - rozvojové země
Energie jako základní surovina
Energie je hlavní omezující faktor pro rozvoj
materiálů, ve vyspělých zemích připadá více než 20 %
celkové spotřeby energie na výrobu materiálů.
S vyčerpáváním nalezišť (méně bohatá a vydatná) a se
stoupajícími ekologickými nároky stoupá i kontinuálně
spotřeba energie (růst spotřeby energie může být až
o několik řádů - obr. 42). Základní cestu je nutno hledat
v inovaci technologických procesů a v lepším využití
87
specifických
vlastností materiálů
(př. pro výrobu 1 kg
hliníku v roce 1890
bylo třeba 180 MJ,
v roce 1970 jen
54 MJ, očekává se
pouhých 18 MJ - na
1 t surového železa
bylo třeba v roce
1800 8 t uhlí, v roce
1975 jen asi 0,8 t).
Obr. 42b:
Spotřeba energie
Pro
budoucnost Obr. 42a: Spotřeba energie k zisku
k výrobě Cu dle obsahu v rudě
nelze
tedy pouze Pb dle obsahu v rudě /a - dnešní,
(1 GJ = 278 kWh)
extrapolovat
b -zlepšení, c -budoucí technologie/
z minulého rozvoje. Ve všech zemích bude však nadále
rozhodovat dostupnost energie. Energetická analýza vyžaduje nejen údaje o energetických
požadavcích na výrobu materiálů, ale je třeba i uvažovat konzervaci energie v materiálech (např.
Al), životnost výrobků apod.
Člověk si obvykle neuvědomuje, že každá surovina vyžaduje určité vložení jisté energie pro
její vytěžení, rozdělení, vyčistění, uložení, dopravu, skladování a prodej. Každý výrobek je ze
surovin a každá operace výroby, reklamy, prodeje, dopravy i zničení výrobku (po použití)
představuje opět spotřebu energie. Součet energií potřebných pro každou operaci je souhrnný
energetický vklad, z něhož po vydělení životnosti produktu získáme specifický souhrnný
energetický vklad. Z toho vyplývá, že úspory energie je možno dosáhnout dvěma cestami:
• snížením energetického vkladu
• zvýšením životnosti
/ př. člověk může vyrobit 2 MJ denně, jeden litr ropy obsahuje přibližně 40 MJ, vyrobení 1 dm3
oceli vyžaduje asi 10 l ropy tj. cca práce člověka po celý rok, cihla neb skleněné vlákno odpovídá
cca týdnu lidské práce/
Objektivním hodnocením množství vydané energie na určitý druh lidské činnosti nebo
výrobek se zabývá energetická (procesová) analýza. V této analýze je třeba nejprve definovat
proces a jeho meze a teprve potom stanovit energetické nároky (uvnitř daných mezí). Existují tři
hlavní problémy:
• stanovení hranic ve shodě se záměrem studia
• sčítání různých druhů energií
• zahrnutí větví (poboček) ve výrobním řetězci
/př. výroba hliníku je 5x energeticky náročnější než ocel, je však lehčí a tak ušetří mnoho energie
během jeho provozu. Hliník často nahrazuje dřevo, jehož těžením možno přispívat k urychlení
ekologických katastrof. Množství energie pro získání 1 kg hliníku je od 45 do 300 MJ dle toho, jdeli pouze o vlastní elektrolýzu nebo je-li zahrnut bauxitový důl, továrna na hliník, ztráty na poli
ropy, doprava, anodová výrobna, možná i tepelná elektrárna s uhelným dolem atd. Ke zpracování
hliníkového šrotu je potřebný pouze zlomek energie vůči výrobě z bauxitu./
Ke stanovení hranic patří i úvaha týkající se volby životnosti výrobku (technická ev.
morální) i energií pro deponování, znovuvyužití ev. recyklaci.
Energie 1 MJ elektřiny u hydroelektrárny je rovna 1 MJ primární energie, u tepelných
elektráren na 3 MJ primární energie připadá pouze 1 MJ elektřiny (spalování, chlazení vody, přenos
ap.).
88
Ve všech výpočtech musí být
dodržena tato pravidla:
• vypočítat celkový vstup primární energie
od dolu až ke konečnému výrobku
s příslušnými hranicemi a konverzními
faktory
• vzít do úvahy energii ušetřenou
znovuvyužitím (může-li být materiál
recyklován, značná část energie se vrací)
• užít energetické výpočty pro srovnání
reálných alternativ a zahrnout úspory
energie v celém období životnosti
výrobku
Spotřeba energie na jednotku objemu
nebo hmotnosti nezpracovaného materiálu
může být jen pomocným kritériem /obr. 43/.
Vhodnější je hodnocení vztáhnout na
0br. 43: Srovnání celkové energetické spotřeby
jednotku vlastnosti nebo ještě lépe na
pro výrobu některých kovů a plastů
jednotku specifické vlastnosti (tj. poměru
vlastnosti a hmotnosti - obr. 44). Je nutno započítat i ztráty výrobce energií (např. ropný průmysl
cca 17 %, zemní plyn cca 7 %, tepelné elektrárny cca 66 %). Obtížný energetický popis mimo
uvedené případy je u makromolekulárních látek (plastů), neboť jejich výroba není jednoduchým
procesem a je obtížné zahrnutí mezilehlých spojů s různými větvemi a vedlejšími produkty.
Al
Al
Al rec.
Cu
ocel
Zn
PP
ocel
PVC
PA 6.6
PA 6.6
PP
0
200
400
600
0
Obr. 44a: Energetické náklady na výrobu dílů
osobních automobilů /kJ.cm3/
12.3
0,5
1
1,5
Obr. 44b: Energetické náklady na výrobu a
využití dílů osobních automobilů /poměrná
tuhost za dobu provozu 100.000 km/
Problematika některých materiálů.
Z kovových materiálů je nejrozšířenější železo a ocel. V roce 1980 se vyrobilo 1.109 t při
využití výrobních kapacit na 79 %. Předpoklad výroby v roce 2000 je 1,3 až 1,5.109 t. Roční
spotřeba na obyvatele se pohybuje od cca 1 000 kg (ČR) do 18 kg (Indie). Růst spotřeby se snižuje
na cca 2 % vzhledem k výrobě jakostních a vysokopevnostních ocelí. Významným zdrojem
surovin je šrot, jehož podíl se z dnešních 40 až 45 % bude zvětšovat na 80 až 90 %. Pro efektivní
využití šrotu je nezbytná kontrola odpadu, předpokládá se, že náklady na tuto činnost budou činit až
15 % ceny oceli.
89
Hliník jako druhý nejrozšířenější kov na světě vykazuje vysoké roční přírůstky (více jak
8 %). Spotřeba na obyvatele se pohybuje od 30 kg (USA) do 0,5 kg (Čína). V roce 2000 se
předpokládá výroba 57.106 t. Výroba hliníku sice spotřebuje velké množství energie (min.
54 MJ.kg-1), ale při jeho použití se energie šetří (malá hmotnost). Kromě toho velká část energie
vložené do výroby hliníku je v něm trvale uložena a tak lze z hliníkového šrotu vyrobit jej znovu
s cca 5 % energie (3 MJ.kg-1 – energetická banka).
Měď je nejstarším kovem (6.000 let př. Kr.). Ze spotřeby 9,1.10 6 t v roce 1978 se
předpokládá zvýšení na 23,5.106 t. Obsah mědi ve zpracovávané rudě je 0,5 až 5 %, šrot činí cca
38 % celkové spotřeby.
Cement a beton se postupně stávají nejmasovějšími materiály na světě. V roce 1978 to bylo
780.106 t cementu (tj. cca 2 900.106 m3 betonu), roční růst výroby cementu činí 3 až 4 % za rok.
Klasický beton (směs portlandského cementu a přírodního štěrkopísku) je prvním široce
používaným kompozitním materiálem. K tomuto základnímu typu přistupuje řada dalších materiálů
s odlišným pojivem i různými plnivy a výztužemi. Průměrná spotřeba energie na výrobu cementu je
kolem 4,2 kJ.kg-1. Při srovnání celkové spotřeby energie pro stejné nosné konstrukce se ukazuje
výrazně nižší spotřeba u betonu (pro vertikální konstrukce 7x méně než ocel, 5x méně než zdivo –
horizontální prvky 3 až 4x méně než ocel).
Vysokomolekulární materiály byly dříve náhražkou přírodních materiálů, dnes se jedná
o zvláštní skupinu materiálů s unikátními vlastnostmi. Výroba vychází převážně z ropy a zemního
plynu, v menší míře z uhlí a biomasy. Nové použití plastů a nové technologie výroby vykazují
vzrůstající trend, nahrazují řadu klasických materiálů (kovy, dřevo, cement atd.). V oblasti plastů
existují tři protichůdné zájmy:- chemický a petrochemický průmysl (vyrábějící základní složky)výrobní průmysl (přetváří složky do konečných výrobků)- spotřebitel (kupuje a používá tyto
výrobky).
Zákazník si přeje výrobky s velkou životností (barevně a tepelně stálé, odolné reaktoplasty). Výrobce preferuje snadnost a rychlost zpracování - termoplasty. Chemický průmysl
je spíše orientován na přání výrobce. To způsobuje určité zpomalování pronikání plastů do
konstrukčních aplikací (vstřikovací a protlačovací technologie - výrobky menších rozměrů). Přesto
lze pozorovat větší přesun do inženýrské oblasti, dnes je využíváno asi 33 % (před 10 lety 23 %).
Vývoj nových polymerů i různých plniv přispívá k tomuto širšímu použití.
Vyskytují se obavy
Tab. XIV: Celková spotřeba ropy v % (SRN).
z odklonu výroby plastů
vzhledem k nedostatku ropy.
Teplo Doprava Výroba Chemický průmysl Ostatní
Protože rafinace do nejvyššího
energie
Plasty
Ostatní
stupně je nejekonomičtějším
využitím ropy (s účinností asi
35,5
28,0
22,0
4,0
3,5
7,0
90 %) rozvoj plastikářského
průmyslu poroste, předpokládá
Tab. XV: Suroviny pro výrobu plastů předpokládané se přibližně 6 % ročně v tomto
v roce 2000 v %.
desetiletí. Celková spotřeba ropy
v průmyslově vyspělých zemích je
Ropa
Uhlí
Přírodní Biomasa
Ostatní
uvedena v tab. XIV.
plyn
Představu rozvoje podporuje
54,0
18,0
5,0
8,0
14,0
i nižší vklad energie do plastických
hmot než u jiných materiálů a
zvýšení úspory energie při jejich
užití (redukce hmotnosti, ztrát tepla ap.). Vzhledem k vysokému obsahu uhlovodíků zůstane
i v budoucnu nejekonomičtější surovinou ropa /tab. XV/. Vzhledem k obtížím třídění se zatím
nepočítá s objemnější recyklací. Značně perspektivní jsou pyrolýzní a hydrolýzní procesy, z nichž
90
lze získat základní materiály. Konečné řešení je zužitkování pro výrobu energie spalováním (více
jak 42 kJ.kg-1).
V USA se v r. 1987 vyrábělo více jak 90.106 t plastů tj. více jak výroba oceli, počítá se, že
do roku 2000 bude produkce plastů vyšší než všech kovů dohromady (1 až 1,6.109 t)
Dřevo je nejdůležitější materiál z obnovitelných zdrojů. Přes 70 % dřeva používaného
v průmyslu je dřevo měkké. Celková těžba dřeva je asi 2 500.106 m3 za rok. Pro průmyslové
zpracování se spotřebuje asi 1 400.106 m3, z toho pro papírenský průmysl asi 40 %. Je na
pováženou, že 12.106 ha lesů je na světě ročně vykáceno bez znovuobnovení. Odhaduje se, že
všechny lesní zásoby by při rostoucí populaci byly využity během 60 let. Proto nezbytným úkolem
nejbližšího období je komplexní využití dřevní hmoty. Jednou z cest je např. větší výroba desek na
bázi dřeva tak, aby poměr řeziva k deskám byl 1 nebo menší. Proti zvyšování výroby desek mluví
větší spotřeba energie na měrnou jednotku. Vývoj proto bude muset směřovat k ekonomičtějším
způsobům výroby a dokonalejšímu využití základních látek.
Moderní materiály. V souvislosti s vesmírným výzkumem nastala po II. světové válce tzv.
materiálová revoluce. Ve vývoji materiálů lze pozorovat tři hlavní směry:
• lehké, ale pevné materiály
•
materiály pro vysoké teploty (nad 1200 0C)
• materiály pro elektronické součásti.
Z konstrukčních materiálů mimo vytváření kovových "superslitin" je hlavní pozornost
soustředěna na rozvoj kompozitních materiálů. Kompozity mají nejen širokou využitelnost, ale
přinášejí i významné materiálové úspory. Problematikou kompozitních materiálů je jejich recyklace
souvisící s možností oddělení jednotlivých základních složek.
91
13
VLIV TECHNOLOGICKÝCH POCHODŮ NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
V našich současných podmínkách je průmysl a energetika největším znečišťovatelem
životního prostředí. Nelze pominout ani (zejména v průmyslových zemích) prudký rozvoj dopravy.
Mezi největší znečišťovatele se tedy uvádí šest hlavních výrobních odvětví: energetika, hutní
průmysl, výroba stavebních hmot, chemický průmysl, petrochemie a rafinerie, celulózky a papírny.
Jedná se o celý komplex otázek a problémů, které byly obecně probírány v předchozích
kapitolách. Protože tyto problémy spolu souvisí a na sebe navazují musí být jejich řešení prováděno
komplexně a systematicky již od počátku zamýšlené výstavby a uvádění do provozu jednotlivých
objektů výroby. Při tomto je třeba se zaměřit především na:
• optimální volbu vhodných technologických procesů, které při dodržení požadovaných
parametrů kvality nejméně znečisťují životní prostředí
• optimální rozmístění procesů a technologických linek a jejich vzájemnou vazbu
• konstrukční řešení každého zařízení podle zásad ochrany životního prostředí, zejména omezení
možnosti vzniku jakýchkoliv škodlivin a v případě vzniku jejich minimalizaci, zachycení
ihned u zdroje a odvod mimo provoz s následnou likvidací
• důsledné dodržování technologické a hygienické kázně a všech předpisů.
Celkově nutno poznamenat, že množství emitovaných škodlivin je úměrné jednak výší
výroby (průtoku), jednak koncentrací jejich vstupů do výrobního procesu. Z toho vyplývá, že
ekologické snahy nemusí vždy být neekonomické. Je třeba se tedy zaměřit na vstupy do výrobního
cyklu a snažit se škodliviny odstranit již v těchto oblastech (např. odsíření paliv ap.). Dalším
činitelem je neefektivní výroba (vysoká zmetkovitost, předimenzování výrobků ap.), která zbytečně
zatěžuje životní prostředí i nákladovost výrobků.
Z hlediska vývoje ekologicky vhodných technologií je můžeme rozdělit do dvou skupin:
1. Technologie šetřící neobnovitelné přírodní zdroje surovin a energie
• Technologie s vysokou účinností využití suroviny
• Technologie s nízkou energetickou náročností výroby
• Technologie využívající druhotné suroviny
• Technologie využívající obnovitelné zdroje energií
• Produkce výrobků s vysokou životností
• Produkce dokonale recyklovatelných výrobků
• Produkce výrobků, jejichž užitím se šetří energie a suroviny
• Produkce výrobků, jejichž užitím a spotřebou se omezuje znečišťování životního
prostředí
2. Technologie omezující znečištění životního prostředí
• Maloodpadové a bezodpadové technologie
• Technologie omezující úniky škodlivin do životního prostředí při výrobě a užívání
výrobků
• Technologie zneškodňující nevyužitelné odpady
• Technologie odpadového hospodářství zabezpečující recyklaci odpadů
• Technologie odstraňující znečištění životního prostředí
• Technologie zabezpečující obnovu přírodních zdrojů
Ve většině metalurgických provozů jsou pracující vystaveni nadměrným teplotám a
zvýšenému pracovnímu zatížení. Z těchto důvodů je účelná snaha o robotizaci a automatizaci
pracovišť jednak pro oddělení pracovníků od zdrojů škodlivin, jednak pro možnost provozu na
92
těchto pracovištích s vyššími koncentracemi škodlivin. Zároveň s tímto je nutno věnovat zvýšenou
pozornost tomu, aby možné tepelné zdroje co nejméně ovlivňovaly pracovní prostředí (utěsnění,
izolace ap.) a případné odpadní teplo bylo efektivně využíváno (sušení, předehřev, ohřev vody,
klimatizace ap.). V obojím případě se jedná o ušetření nemalých finančních nákladů.
Pracovní zatížení ovlivňuje podstatně organizace práce a uspořádání pracovišť. Na
pracovišti musí být dodržovány požadavky vyplývající z vlastní technologie i požadavky
vyplývající z anatomického a fyziologického uspořádání člověka (ergonomické). V prostoru
pracoviště nesmí být překážky, které by ztěžovaly vykonávání pracovních pohybů ev. prodlužovaly
dráhy pohybu. Do ergonomických podmínek pracoviště patří např. odpovídající výška pracovních
desek spolu s potřebným manipulačním prostorem, zajištění dobrých zorných podmínek, vhodné
umístění pomocných materiálů a potřebného nářadí atp. Důležitým je také vhodné umístění a
členění ovladačů a sdělovačů u výrobních zařízení. V maximální míře je nutno omezit práci
v nevhodných pracovních polohách. Při špatném jednostranném zatížení se projevují změny
v oblasti kosterního aparátu (páteř, šlachy) i poruchy periferních nervů a cév vznikající při stlačení.
Je třeba umožnit pracovníkům změny pracovní polohy (stání a sedění). Statická zátěž negativně
ovlivňuje i výkon pracovníka - rychleji nastupuje únava, pracovní rytmus je narušován
mimovolnými kompenzačními pohyby.
Z jednotlivých nepříznivých účinků v metalurgických provozech je hluk velmi častým
problémem při dodržování hygienických směrnic. Jedná se jak o mechanické příčiny vzniku hluku,
tak i proudění plynných a kapalných medií. Ve slévárenských provozech jsou nejčastějším zdrojem
vibrací vibrátory u slévárenských strojů (zhutňování forem a vytloukání odlitků) i používané
pneumatické nářadí. V tvářecích provozech pak tvářecí stroje (buchary,lisy ap.) i dopravníková
zařízení. V obou předchozích typech i dílnách povrchových úprav je vysoká intenzita hluku při
mechanickém čistění výrobků (vysekávání vad, tryskače, omílání ap.). Riziková pracoviště
s vyššími hladinami hluku vyžadují specielní provozní směrnice, výběr pracovníků i pravidelné
periodické prohlídky. Práce na těchto pracovištích může mimo akutní poruchy vyvolávat
i chronické poškození (snížení prahu slyšitelnosti, klouby, páteř, periferní cévy a nervy).
Problematika osvětlení těchto provozů mimo základních principů je ovlivněna zejména:
• intenzivním zářením z pecí, ohřívaného materiálu a tavenin kovů i lázní, které způsobuje
oslňování a vzniká problém adaptace zraku (přizpůsobení světlu a tmě), vzniká i riziko
poškození zraku přímým zářením (hlavně při používání elektrického oblouku vlivem vysokého
množství ultrafialových složek záření)
• nízký kontrast mezi zpracovávaným materiálem a okolím (např. bentonitové směsi) ztěžuje
rozlišitelnost
• pracovní poloha často zaviňuje stínění pracoviště
• dým a prach zhoršují osvětlenost (viditelnost) nejen přímou, ale vlivem znečistění místností
i strojního zařízení a zdrojů osvětlení vznikají ztráty na intenzitě osvětlení a zhoršuje se
i reflexe světla
• tyto problémy se kumulují hlavně u jeřábníků (velká zorná vzdálenost, oslňování silnými
zdroji).
Těžba surovin
Degradační projevy při lomové těžbě jsou způsobeny nejen změnou půdního profilu a
hydrologického režimu (zamokření nebo vysoušení v okolí, změna klimatických poměrů), ale
i imisemi z mechanických úprav suroviny. Vzniklé škody se minimalizují selektivním skrýváním
půdy, která se před dalším využitím (rekultivace) ukládá na výsypku. Rudy se těží obvykle
hlubinným způsobem. Pedosféra je též ovlivněna povrchovými projevy těžby (sesuvy, zlomy ap.)
i odpadovými zbytky uloženými na odvalech. Negativně na hydrosféru v hornictví působí
skrývkový materiál, hlušina z těžených prostor a materiál vznikající při úpravě vytěžené rudniny za
mokra. Tento materiál se ukládá na odvalech nebo odkalištích. V odtékajících vodách se vyskytuje
93
řada anorganických i organických sloučenin, tyto znečisťují podzemní vody buď přímou infiltrací
nebo infiltrací ze znečistěného povrchového toku. Přímé infiltraci může být bráněno použitím
odkališť u odvalů a utěsněním jejich dna (částečně dochází k samovolnému utěsňování jemnými
frekvencemi naplavovaného materiálu). Na odvalech a v odkalištích dochází za přítomnosti vody a
vzduchu k chemickým změnám (oxidaci), jež způsobují změnu rozpustnosti uložených materiálů
(např. pyrity - odkaliště Chvaletice). Největším ohrožením hydrosféry jsou havárie odkališť.
Při nízkých koncentrací kovu (neekonomická těžba) se používá těžba rud loužením
s využitím procesů chemických nebo biochemických. Do horniny se vtlačuje loužící roztok,
obohacený se odčerpává a získává se z něho vyloužený kov. Ve všech případech jsou roztoky
nebezpečné pro kvalitu podzemních vod. U nás (ČSR) byla tato metoda používána při těžbě soli
v Prešově, radioaktivních surovin a těžbě mědi na ložisku Smolník (použita upravená kyselina
sírová s kulturou bakterií - Thiobacillus thiooxidans). Rekultivace takto poškozeného území je
zvláště náročná prakticky i finančně.
Hutnictví
Jako průmyslové odvětví patří již od samého počátku mezi největší znečišťovatele životního
prostředí. Emise hutních podniků jsou tvořeny tradičními znečisťujícími látkami (prašnost, SO2,
NOx, CO), v současné době se pozornost obrací i na těžké kovy (Hg, Pb, Cd, Cr, As). Hutě patří
mezi největší spotřebitele energie (10 až 13 % celostátní spotřeby). Velký význam má výskyt
značného množství odpadu různorodého chemického a fyzikálního složení. Mimo velkoobjemové
odpady nemetalické (žárovzdorné materiály, vysokopecní struska, slévárenské písky) a odpady
s využitelnou železnou substancí (ocelárenské strusky, okuje, kaly bezpečných látek) vznikají
i odpady zvlášť nebezpečné (odprašky, kaly z čistíren, zaolejované okujové kaly ap.). Provozy jsou
charakterizované i vysokými požadavky na množství provozní vody. Odpadní vody jsou převážně
znečištěny nerozpustnými látkami, železem a jeho oxidy, neželeznými kovy i tuky.
V současném hutnictví vznikají i velké problémy při zpracování ocelového šrotu z veřejného
sběru. Ten obsahuje řadu nežádoucích prvků a sloučenin (Zn, Sn, Sb, As, Cu, dále plasty , nátěrové
hmoty, smalty i ropné látky). Jejich obsah ohrožuje nejen kvalitu vyráběné oceli, ale poškozuje
životní prostředí. Toto bude vyžadovat komplexnější čistění zplodin u pecních agregátů. Ekologicky
a ekonomicky vhodným způsobem se jeví zpracování znečistěného šrotu v moderní horkovětrné
kuplovně. Část nežádoucích kovů přejde do strusky, zinek a olovo se zachytí ve formě par a
kondenzovaného prachu v čistírně plynu.
Dominantním hutním agregátem jsou vysoké pece, kde probíhá výroba surového železa. Zde
k největším zdrojům tuhých a plynných emisí patří sazebna a odfuk vysokopecního (kychtového)
plynu. Zde při zavážení a následkem netěsností ev. oprav dochází k exhalacím vyrobeného plynu
(cca 0,2 - 0,3 %). Surový plyn obsahuje prachové částice do obsahu 30 g.m -3 a cca 25 % CO, proto
musí být hutní závody vybaveny spalovacím zařízením. Vysoká spotřeba vod vzniká jejich použitím
nejen k chlazení vysoké pece a čistění kychtového plynu, ale i granulací vysokopecní strusky (asi
1 m3 na 1 t strusky). Největším zdrojem odpadu je vysokopecní struska (cca 600 kg na 1 t surového
železa) a zachycený úlet při čistění vysokopecního plynu. Vysokopecní struska se využívá jako
štěrk nebo suchý granulát ve stavebnictví, zachycený úlet (35-45 % Fe, 10-15 % C, cca 10 % CaO,
nízký obsah Zn a Pb) dává dobré podmínky k recyklaci (aglomerace a opětná vsázka).
Vývoj z hlediska minimalizace vlivů na životní prostředí vede k snižování emisí při
odpichu, k použití technologií suchého čistění vysokopecního plynu. Hlavním požadavkem je
snížení energetické náročnosti při výrobě surového železa, zejména náhrada koksu. K tomuto vedou
aplikované technologie foukání uhlí výfučnami a perspektivní redukční procesy jako např. přímé
redukce (výroba železné houby).
94
Převážná část oceli je vyráběna v ocelárnách v kyslíkových konvertorech, mimo to je ocel
vyráběna v nístějových SM pecích a v pecích elektrických (obloukových a indukčních). Největším
znečišťovatelem jsou Martinské pece. Koncentrace prachu ve spalinách je v rozmezí 0,1 až
0,7 g.m-3 (při intenzifikaci kyslíkem až desítky g.m-3), celkové emise (emisní faktor) se pohybují
v rozmezí 1 až 3 kg.t-1 oceli. Plynné emise jsou závislé na druhu použitého paliva. Koncentrace SO2
je široká (0,1 - 2,0 g.m-3); emise NOx jsou nejvyšší (0,4 až 0,6 g.m-3 spalin) při emisním faktoru od
2,4 do 4,3 kg.t-1 oceli.
Vlastní výrobní náklady elektrických obloukových pecí jsou až čtyřnásobné proti
konvertorové výrobě. Množství odcházejících plynů se pohybuje v rozmezí 80 - 200 m 3.t-1 oceli.
Emisní faktor by neměl překročit hodnotu 0,01 - 0,06 kg.t-1 oceli.
Kyslíkové konvertory mají nejnižší emise k ostatním způsobům výroby oceli (70 - 90 m3.t-1
oceli). Plyny obsahují velké množství CO a jejich teplota je vysoká (1550 – 1650 0C). Tuhé emise
závisí na intenzitě tavby (od 15 do 400 g.m-3). Emise SO2 jsou závislé na složení suroviny (nízké 20
- 100 mg.m-3). Emise NOx vznikají až následným spálením konvertorového plynu (koncentrace 100
- 300 mg.m-3, emisní faktor 0,05 kg.t-1 oceli). Emise CO jsou likvidovány spalováním a využití tepla
v spalinovém kotli.
Odpadní vody v ocelárnách vznikají z chlazení agregátů a plynulého odlévání oceli
i
z mokrého čistění spalin (4,5 - 6,5 m3.t-1 oceli). K tuhým odpadům patří ocelárenská
struska a zachycené prachy a kaly při čistění spalin. Ocelárenské strusky obsahují velký podíl
železa (18 - 24 %), manganu (4 - 7 %), fosforu (okolo 1 %), dále obsahují SiO2, Al2O3, CaO, MgO,
Cr, S a další. Po drcení strusky železná substance oddělena magnetickou separací a zpětně
využívána jako kovový odpad. V takto upravených struskách je obsah železa cca 10 %. Využití je
možné (limitováno obsahem P a Cr) pro aglomerace a vysoké pece, jinak dochází k poměrně velké
ztrátě železné substance. Ocelárenská struska je též využívána (s ohledem na obsahy Ca, Mg, P)
jako hnojivo. V tomto případě není žádoucí obsah dalších cizorodých látek (Cr, Ni, Zn, Pb, Cd),
Zejména se jedná o obsah Cr (v průměru 0,5 %), který, i když se vyskytuje v trojmocné formě,
v kyselých půdách a oxidací může přecházet do toxické šestimocné formy.
Světový vývoj směřuje ke zvyšování podílu výroby oceli v kyslíkových konvertorech a
kvalitních ocelí v elektrických obloukových pecích. Je zvyšována účinnost odprášení spalin.
Tendence také významně preferují přednosti šrotového způsobu ev. případného využití šrotu i ve
vysokých pecích. Významným prvkem v modernizaci oceláren je plynulé lití oceli. Tato
technologie značně snižuje potřeby tepla na ohřev ingotů, podstatně však zvyšuje využitelnost
tavby. Pro hutní podniky tato nová technologie přináší tedy nejen značný ekonomický přínos, ale
výrazně snižuje emise.
Vyrobená ocel v hutích
Tab. XVI: Množství emisí NOx vztažené na tepelný příkon pecí je
většinou
zpracována
tvářením
ve
válcovnách,
/kg.MJ-1/
kovárnách ev. dále v tažírnách
Hlubinná
Strkací
Komorová Tunelová Karuselová
a lisovnách. Pokud se týká
tváření za tepla je nutné
0,03 až
0,06 až
0,06 až
0,08 až
0,06 až
provádět ohřev v ohřívacích
0,06
0,12
0,08
0,16
0,14
pecích různé konstrukce.
Jedná se pak o znečistění
plynnými emisemi z těchto pecí. Dále vzniká velké množství chladících vod i problémových
zaolejovaných okujových kalů. V pracovním prostředí a v nejbližším okolí působí nepříznivě často
i jejich hlučnost. Množství emisí přímo souvisí se spotřebou tepla pro ohřev materiálu (pro
95
válcovny se udává měrná spotřeba tepla v rozmezí od 4,2 do 6,3 MJ.kg -1 vývalku). Koncentrace
tuhých emisí je zanedbatelná (10 mg.m-3). Množství emisí SO2 je dáno obsahem síry v palivu a jeho
spotřebou. Emise NOx jsou též závislé na druhu použitého paliva, teplotě ohřevu i druhu pece (tab.
XVI).
Válcovny patří mezi největší spotřebitele provozních vod (v průměru 50 m 3.t-1 vývalku).
Znečistění těchto vod způsobují především okuje (hrubé i jemné) a ropné látky i tuky z mazacích
prostředků. Čistění těchto vod se obvykle provádí vícestupňovou sedimentací (unášené jemné okuje
nepřekročí hodnotu 600 mg.l-1). Jako odpady se uvažují hrubé okuje i okujové kaly z čistění
odpadních vod. Prvé jsou bezproblémově recyklovány v hutích, druhé jsou obvykle zpracovány
aglomerací. Obtížné je zpracování zamaštěných okují. Při rozpouštění těchto látek v rozpustidlech
následují komplikace při jejich následném dělení a čistění, perspektivnější se jeví jejich termický
rozklad.
Ve slévárnách jsou hlavními znečišťovateli pracovního prostředí tavící pece a kuplovny, dále
pak zdroje spojené s technologií lití, úpravou a dopravou formovacích materiálů, výrobou forem,
vyhazováním odlitků z forem a čistění odlitků.
Z rozboru charakteru provozu kuploven, pochodů spalování i metalurgických i z rozboru
jakosti surovin používaných k tavení vyplývá, že z hlediska převažujících exhalací lze počítat
především: oxid uhelnatý, oxid siřičitý a prach. Množství oxidu uhelnatého i siřičitého závisí nejen
na množství spáleného koksu a jeho chemickém složení, ale i na druhu kuplovny (studenovětrné a
horkovětrné), dohořívání nad vsázkovým otvorem sekundárním vzduchem, případné nucené
zapalování kychtových plynů. Množství emisí oxidu siřičitého je ovlivňováno i frakční odlučivostí
při použití mokrých odlučovačů spalin.
Hlavními složkami prachu jsou: koksový prach, nezestruskovaný popel z koksu, vápencový
(kazivcový) prach, křemenný písek, okuje, kovové kysličníky. Koncentrace a chemické složení
prachu v kychtových plynech studenovětrné
Tab. XVII: Koncentrace prachu a jeho chemické kuplovny je uvedeno v tabulce XVII.
složení v kychtových plynech studenovětrné Množství emisí prachových částic není
kuplovny
závislé jen na kuplovnách, ale i na
technologii odlévání, výroby forem
Největší
Mezní
i regenerace pískového hospodářství.
četnost
hodnoty
Ukázky hodnot průměrných a nárazových
/%/
/%/
koncentrací prachu ve vzduchovodech
Celkové
množství 6 až 14
3 až 25
některých slévárenských zařízení udává tab.
/g.Nm-1/
XVIII.
Mimo faktory poškozující životní a
Na vytavenou litinu 8 až 12
2 až 20
-1
pracovní
prostředí uvedené v předchozích
/kg.t /
kapitolách (teplota, osvětlení, hluk, vibrace
SiO2
20 až 4
10 až 45
atp.) a výše uvedené prachové emise
CaO
3 až 6
2 až 18
s výrazným podílem SiO2 vyskytují se ve
Al2O3
2 až 4
0,5 až 25
slévárenství i další skupiny látek s toxickým
nebo alergizujícím účinkem. Mimo kovy
MgO
1 až 3
0,5 až 5
rozprášené do ovzduší jako dýmy nebo
FeO (Fe2O3, Fe)
12 až 16
5 až 26
aerosoly ve formě oxidů i solí (působení
MnO
1 až 2
0,5 až 9
v profesních onemocněních) jsou to
Složky ztracené při 20 až 50
10 až 65
zejména látky určené pro formovací
získání (C, S, CO2)
procesy.
96
S
žíravými
alkalickými
látkami se pracující sléváren dostávají
do styku při přípravě speciálních
směsí s vodním sklem, směsí
bentonitových, při čistění jaderníků
Technologický pochod
Koncentrace prachu
-3
pro skořepinové formování. Poleptání
/g.m /
silnou zásadou má za následek dlouho
průměrná
nárazová
a špatně hojitelné kožní poškození. Ve
slévárnách se jedná hlavně o roztoky
Čistírenské stroje (obsah SiO2 40 až 70 %)
vodního skla (pojivo pro zpevnění
Tryskače s metacími koly
2 až 9
16 a 25
povrchu forem a jader), čpavek
(produkt
rozkladu
Komorový
tryskač
1 až 7
12 až 20
močovinoformaldehydových
vzduchový
pryskyřic),
soda
(přísada
pro
Broušení odlitků s pískem
1 až 3
4 až 6
natrifikaci bentonitů).
Broušení odlitků bez písku
0,5 až 2
3 až 5
Z dalších škodlivých látek jsou to
Vytloukací rošty (obsah SiO2 55 až 85 %)
především oxid uhličitý (vytvrzování
formovacích směsí s vodním sklem),
Vysušené formy
2,5 až 9
8 až 20
formaldehyd
(produkt
rozkladu
Lití na syrovo
0,6 až 5
3 až 12
pryskyřičných pojiv formovacích
směsí), benzen a jeho homology.
Úpravny písku a vratné cesty (obsah SiO2 55 až 85 %)
Hlavní
škodlivinou,
zaviňující
Kolový mísič
0,6 až 2
3 až 5
obtížnou
recyklovatelnost
Polygonové síto
1,0 až 3
5 až 7
formovacích
směsí
a
vznik
nebezpečných odpadů, jsou složky
Přesypy dopravních pásů 1,0 až 3
většiny
novodobých
pojivových
(vratný písek)
systémů. Jedná se o pryskyřice
epoxidové,
fenolové,
furanové,
močovinové, alkydové i bakelitové tmely spolu s jejich tvrdidly a katalyzátory.
Tab. XVIII: Hodnoty
koncentrací prachu ve
zařízení
průměrných a nárazových
vzduchovodech slévárenských
Strojírenství
Odpadní látky a škodliviny vznikající ve strojírenských provozech se vyznačují značnou
látkovou rozmanitostí i rozdílností fyzikální konzistence; jde o celou řadu odpadních chemikálií a
materiálů i o znečištěná zařízení. Jedná se zejména o:
• chladící kapaliny a řezné emulze (včetně znečištěného kovového odpadu)
• zbytky barev z lakoven a stříkacích boxů
• použité čistící prostředky, olejové filtry, mazací tuky
• olejové kaly z kalících lázní
• zbytky odmašťovacích zařízení po redestilaci organických rozpouštědel
• použité přípravky pro povrchovou úpravu kovů
• odpady z galvanických procesů
• chlorované uhlovodíky s vysokým obsahem chloru.
Zneškodňování většiny uvedených odpadních látek se děje jejich regenerací, přepracováním,
využitím kovového odpadu zbaveného organických látek i likvidací termickou cestou jak bylo
uvedeno v předchozích kapitolách.
97
Nejvyšší nebezpečností jsou zatíženy provozy povrchových úprav. Emise ve formě plynů a
aerosolů ovlivňují převážně jen pracovní prostředí a jsou odsávány a čištěny podle druhu znečistění.
Problematika odpadních vod je uvedena v kap. 3.2.
Svařování je jeden z technologických procesů, který je silně zatížen výskytem škodlivin
i energetickým zatížením. Velikost zátěže závisí na druhu použité technologie i druhu
zpracovávaného materiálu. Základní negativně ovlivňující činitelé jsou:
• teplo
• podmínky (poloha)
• záření (infračervené i ionizující)
• ionizace (elektrody, obaly i substrát - F, Cr+6, Mn, O3)
Kontaminace svářeče v pracovním prostředí s pevnými a plynnými škodlivinami
G
x=
uvolněnými při provozu se nejlépe vyhodnotí ze vztahu:
V .NPK P
G - produkce hygienicky závažné škodliviny /mg.h-1/, V - pracovní prostor /m3/, NPKP - nejvyšší
přípustná koncentrace škodliviny v pracovním ovzduší /mg.m-3/
Tab. XX: Dělení elektrod dle IIW
Tab. XIX: Hygienické kategorie dle VÚZ
Dýmová
třída
Hygienická Koncentrace
Produkce
kategorie dýmů /mg.s-1/ dýmů /mg.s-1/
A
Kd ≥ 10
P ≤ 10
B
Kd < 10
Kd > 10
P ≤ 10
P ≥ 10
C
Kd < 10
P > 10
1
2
3
4
5
NHL /m3.h-1/
< 3 000
≥ 3 000 < 7 500
≥ 7 500 < 15 000
≥ 15 000 < 35 000
≥ 35 000
Z tohoto vzorce možno vypočítat kolikrát je nutné vyměnit za hodinu vzduch, aby se
v pracovním prostředí nepřekročila hodnota NPKP. Pro konkrétní pracovní prostředí je nutné
zohlednit podmínky (větrání, ventilace, lokální odsávání ap.).
Z hlediska přídavných materiálů se elektrody zařazují do třech hygienických kategorií na
NPK P .100
Kd =
základě vztahu:
C
-3
Kd - koncentrace dýmu /mg.m /, C - hmotnostní % hygienicky závažných složek v dýmu
Podle koncentrace a produkce dýmů se přídavné materiály třídí (VÚZ) do hygienických
kategorií (tab. XIX).
Švédská norma dle IIW rozděluje elektrody do pěti dýmových tříd dle minimálních
hygienických požadavků na vzduch (NHL) (tab. XX). Porovnání hygienického hodnocení
jednotlivými státy jsou rozdílné vzhledem k různým hodnotám NPKP jednotlivých škodlivin.
 Dim Mn F X Y 
NHL = 10.G 
+
+
+
+  /m3.h-1/
5
2
,
5
2
,
5
x
y

Dim = 100 − ( Mn + F + X + Y )
G - produkce dýmů /g.hod-1/, F - % fluoridů, Mn - % manganu, X, Y - % dalších významných
složek v dýmu, x, y – NPKP uvedených složek
98
Tab. XXI: Příklady obsahu Cr+6 ve svářečských
aerosolech a ozónu v dýchací zóně svářeče
Elektroda
Průměr
/mm/
Cr+6
/hmot. %/
O3
/mg.m-3.s1
/
Obalené elektrody pro svařování vysokolegovaných
ocelí
E-R 425
E-B 427
E-B 507
E-B 519
4,0
4,0
4,0
4,0
0,42
1,14
0,80
4,19
0,0240
0,0130
Svařování rourkovými elektrodami
RD 3
RD 3U/1
2,8
2,8
0,197
1,410
0,0036
0,0047
Řezání plazmovým obloukem v atmosféře argonu a
vodíku
Materiál Tloušťka Rychlost
/mm/
/m.min-1/
11 353
17 353
50
50
0,45
0,15
V/A
O3
/mg.m-3/
170/240
195/240
0,80
0,70
99
V tabulkách XXI a XXII jsou
uvedeny příklady svářečských
technologií z hlediska produkce a
složení tuhé i plynné fáze aerosolů
za určitých pracovních podmínek.
Tab. XXII: Příklady pevných a plynných škodlivin uvolňovaných při:
Elektroda
Základní
V/A
Aerosoly
materiál
Svařování kyselými elektrodami E-K
ČSN
mg.s-1
mg.g-1 Fe
E-K 103
11 373
25/160
7,15
12,62
21,00
4 mm
41 1373
E-K 106
11 373
25/210
30,34
56,89
19,27
41 1373
E-K 311
15 223
25/180
9,30
15,68
15,50
4 mm
41 5223
Svařování bazickými elektrodami E-B5
ČSN
mg.s-1
mg.g-1 Fe
E-B 121
11 373
25/160
8,60
20,64
23,90
4 mm
41 1373
E-B 129
11 416
25/160
7,86
13,57
4 mm
41 1416
E-B 315
15 223
25/170
13,20
20,22
4 mm
41 5223
E-B 421
17 246
20/115
10,67
20,70
4 mm
41 7246
E-B 445
17 347
25/110
4,80
4,30
4 mm
41 7347
Svařování rourkovými elektrodami
ČSN
mg.s-1
mg.g-1 Fe
E-R 113
11 373
20/180
16,15
21,20
32,38
4 mm
41 1373
E-R 117
11 373
25/160
3,75
13,21
24,63
4 mm
41 1373
Svařování automatem pod tavidlem
Tavidlo
ČSN
mg.s-1
mg.g-1 Fe
A-107
11 373
37/550
0,075
0,032
22,80
F-202
41 1373
17 246
17 246
37/700
0,090
0,027
4,35
F-202
41 7246
Svařování v ochranné atmosféře CO2
Drát
ČSN
mg.s-1
mg.g-1 Fe
C-113
11 373
25/120
2,60
5,80
49,30
1,2 mm
41 1373
C-212
11 373
27/290
4,90
5,70
36,90
1,6 mm
41 1373
Řezání plazmovým obloukem v atmosféře argonu a vodíku
Řez. mat. Rychlost v
mg.s-1
mg.m-1 Fe
-1
tl. /mm/
/m.min /
17 322
0,75
105/390
214,3
8 700
39,19
15
17 246
0,25
120/350
33,55 8 053
23,61
32
100
Plyny /mg.s-1/
% zastoupení
Mn
13,88
F
Cr
CO
NOx
2,41
8,07
0,25
Mn
3,70
F
16,90
Cr
CO
NOx
3,59
32,31
2,52
7,95
0,04
5,08
12,50
6,63
9,45
2,81
Ni 0,2
3,87
Mn
4,48
F
Cr
CO
NOx
Mn
3,20
F
17,33
Cr
CO
0,009
NOx
0,000
1,02
17,5,
0,86
0,021
0,000
Mn
12,20
F
Cu
4,50
CO
2,70
NOx
0,14
4,30
7,55
0,53
CO
NOx
8,90
8,52
13,22
Mn
Cr
Ni
6,14
5,77
13,53
33,0
7,83
4,92
7,92
135,1
14
PROFESIONÁLNÍ ONEMOCNĚNÍ
Je-li úroveň specifických i nespecifických faktorů, tj. škodlivin a pracovní nepohody, trvale
nad únosnou mez, nestačí-li už regulační a kompenzační mechanismy, zejména adaptibilita, spojí se
všechny okolnosti a jejich vliv vyústí buď v profesionální onemocnění nebo ve stav trvalé či
občasné nepohody. Přechod mezi stavem nepohody a skutečnou poruchou zdraví se dnes tuší, ale
zatím není dost důkazů pro určení bezprostřední příčiny onemocnění z práce. Je to dáno i tím, že
u faktorů nepohody nelze výlučně určit jejich počátek i výlučně pracovní vliv vzhledem
k individuálnímu posuzování.
Na rozdíl od pracovního úrazu nejde o jednorázový děj, nýbrž o chronické působení
některého ze škodlivých vlivů popisovaných v úvodních kapitolách. Seznam nemocí z povolání je
obsahem vyhlášky č. 149/1988 Sb. a obsahuje 44 položky. Ve skutečnosti je profesionálních
onemocnění více, neboť některé položky se dále dělí podle klinického obrazu nebo podle
příčinného faktoru. I když není naším úkolem nemoci z povolání rozeznávat a léčit, je třeba se
s těmito nemocemi alespoň seznámit, zejména s jejich vznikem, projevy a popř. s prvou pomocí
v případě pracovních úrazů (havárií). Vzhledem k šíři této problematiky se zmíníme pouze
o několika profesionálních onemocněních, které se mohou vyskytovat ve strojírenství a strojírenské
metalurgii.
Otrava olovem a jeho sloučeninami.
Do organismu se nejvíce dostává vdechováním, méně zažívacím traktem. Jeho nejvyšší
přípustná průměrná koncentrace NPK-P je 0,05 mg.m-3. Riziko onemocnění se vyskytuje zejména
na pracovištích v olověných hutích, akumulátorkách, při výrobě olovnatých barev, práci se
sklářským kmenem, nátěry, ve smaltovnách, při práci s nízkotavitelnými pájkami, kompozicemi atp.
Otrava, tzv. saturnismus, vzniká obvykle po dlouhodobé expozici. Projevuje se šedavou barvou
pokožky, zažloutlým bělmem a zejména zažívacími obtížemi (zácpa, nechutenství až střevní
koliky). Nejdůležitější účinek je na krvetvorbu (snížení obsahu červeného krevního barviva
(hemoglobinu) - anémie). Z organických sloučenin olova má významný význam tetraetylolovo,
které se používá jako antidetonační přídavek do benzinů. Inhalace je možná i vstřebáváním kůží.
Otrava bývá většinou akutní a projevuje se zpočátku poruchami spánku, k bolestem hlavy přistupují
závratě, nechutenství, psychika je napadána halucinacemi.
Otrava fosforem a jeho sloučeninami.
Otravy fosforem jsou většinou způsobeny úrazy. Vdechováním je nejnebezpečnější fosforovodík
(PH3) , způsobující nebezpečný otok plic, který vzniká z fosfidů účinkem vzdušné vlhkosti a je
přítomen v technickém acetylenu. Toxický bílý fosfor se vyznačuje schopností samovznícení a
popáleniny se obtížně hojí - dochází i ke vstřebávání rannou plochou. Při akutních otravách jsou
příznaky poškození zaměřeny spíše na zažívací ústrojí (žloutenka), kdežto u chronického působení
je typická nekróza (odúmrtí) kostí horní a dolní čelisti. Je třeba se zmínit o organických fosfátových
sloučeninách. Tyto organofosfáty jsou používány zejména jako insekticidy v agrochemii, jednak
jako bojové resp. otravné látky. Akutní otrava těmito látkami má tři kombinované účinky:
• tzv. muskarinový (zúžení zornic, pokles tlaku, zpomalení tepu, zvracení),
• tzv. nikotinový (škubavé i svíravé křeče),
• účinek na centrální nervovou soustavu (bolesti hlavy, malátnost, zmatenost, deprese, ztráta
vědomí).
101
Otrava fluorem a jeho sloučeninami.
S fluorem se setkáváme hlavně ve formě jeho sloučenin. Mimo kyselinu fluorovodíkovou,
působící těžké poleptání kůže, se fluoridy uplatňují při výrobě smaltů, obalů svařovacích elektrod,
nacházejí uplatnění při výrobě barevných kovů (hliníkárny), používají se jako hnojiva.
Z organických sloučenin jsou známy freony a polymerované fluoroplasty (teflon). Bránou vstupu
do organismu jsou plíce a kůže. NPK-P pro fluór je 0,2 mg.m-3, pro fluoridy 1,0 mg.m-3. Chronická
otrava anorganickými sloučeninami fluóru se projevuje tzv. fluorózou. Fluor se ukládá v kostech,
dochází k poruše normální kostní struktury, projevy bolesti a snížení pohyblivosti. Akutní
poškození vyvolává v zažívacím traktu zánět sliznice, žaludku až degeneraci jater a ledvin.
Otrava rtutí a jejími sloučeninami.
Největší kontaminace je plícemi, méně již zažívacím traktem a kůží. S kovovou rtutí se
setkáváme při její výrobě, výrobě světelných zdrojů, usměrňovačů, různých měřících přístrojů,
v zubolékařství, jako elektroda ap. Dekontaminace kovové rtuti se obvykle provádí hoblinami mědi,
zinku nebo hliníku. Rtuť se pokládá za nervový jed, její NPK-P je 0,05 mg.m-3. Chronická otrava je
charakterizována jednak (dnes méně často) zánětem dutiny ústní s krvácením dásní, jednak
postižením psychiky (nesnášenlivost, asociální chování až pokles intelektu), jednak postižením
hybného nervstva (výrazem třes písma, i řeči a končetin). Toxikologie anorganických a organických
sloučenin rtuti je dána jejich rozpustností. Nejvýraznější jsou organické sloučeniny (metylrtuť)
vznikající při výrobě rtuti (zvlášť nebezpečné jedy). Známa je epidemie otravy rybářů v zátoce
Minamata v Japonsku v letech 1953-58. Vlivem potravinového řetězce došlo k tak vysoké
kontaminaci rtuti, jež vedlo k těžkým nervovým onemocněním končícím smrtí i genetickým
poruchám u potomstva postižených. Relativně méně toxické jsou akrylované sloučeniny používané
k moření osiva.
Otrava arzénem a jeho sloučeninami.
Arzenik (otrušík - oxid arzenitý As2O3) proslul již ve středověku jako vražedný jed. Arzén
se vyskytuje jako vedlejší produkt při zpracování měděných, zinkových, olověných a cínových rud.
Je využíván v keramické výrobě i pro přípravky k asanaci. Do těla vniká všemi cestami. Postižen
bývá nejvíce zažívací trakt (zvracení, těžké průjmy s krví, poškození jater a ledvin) i centrální
nervová soustava (bolesti hlavy, křeče a bezvědomí). Arzenovodík napadá také krev (rozpad
červených krvinek - anémie). Chronická otrava je typická změnami na kůži (zánět, ekzém, "jaterní
skvrny"). Zasaženy jsou i sliznice v nose a může dojít k proděravění nosní přepážky. Je nutno mít
na paměti i riziko chemické karcinogenity arzénu. NPK-P pro arzenovodík je 0,1 mg.m -3, pro arzén
0,6 mg.m-3.
Otrava manganem a jeho sloučeninami.
Výskyt otrav je celkem minimální vzhledem k jejich závažnosti. Výskyt manganu ve
výrobním procesu je široký, nejvíce je používán v metalurgii železa, je součástí tavidel a obalů
elektrod, smaltů, vyskytuje se jako depolarizátor suchých galvanických článků, jako oxidační a
desinfekční prostředek ap. Chronická otrava má typický obraz poškození centrální nervové
soustavy. Projevuje se ztuhlostí mimiky, "kohoutí chůze", třes podobný parkinsonismu. Někdy
může dojít k poruchám řeči i zánětům plic. NPK-P je 2,0 g.m-3.
Otrava kadmiem a jeho sloučeninami.
V poslední době je tomuto kovu věnována vyšší pozornost vzhledem ke zjištění rizika
karcinogenity a kontaminaci v potravinovém řetězci vlivem znečistění ovzduší. NPK-P je 0,05
102
mg.m-3. Největší nebezpečí vzniká při vdechování jeho aerosolů, v menší míře dochází vstřebávání
zažívacím traktem. Vyskytuje se nejvíce v galvanotechnice, při výrobě NiCd akumulátorů, barvení
skla, je součástí nízkotavitelných slitin (kompozice), pigmentů barev ap. Kadmium vyniká
dráždivým účinkem na dýchací orgány (zánět plic a jejich otok). Chronická otrava vede ke snížení
krevního barviva, poškození ledvin i bolestem v dlouhých kostech ev. ke změnám v krčcích. NPK-P
je 0,05 mg.m-3.
Otrava vanadiem a jeho sloučeninami.
Vanad není používán jen v metalurgii jako legovací přísada, ale i jako katalyzátor.
K inhalaci vanadia dochází i při čistění zařízení na zpracování minerálních olejů, které tuto
škodlivinu obsahují. Chronická otrava má typický příznak v černozeleně zbarveném jazyku. Spolu
s drážděním nosní a spojivkové sliznice může vést k zánětu a rozedmě plic. U dýmu je NPK-P 0,1
mg.m-3, pro prach jsou hodnoty pětkrát měkčí.
Otrava chromem a jeho sloučeninami.
Použití chromu je velmi široké. Kromě cenné legovací přísady je nejvíce používán při
povrchových úpravách (chemické, galvanické i difúzní), v koželužství, barvířství ap. Nejtoxičtější
jsou jeho šestimocné sloučeniny, které působí i alergicky. Vnik do organismu se děje hlavně
dýchacím traktem i když ostatní cesty jsou možné. V prvém případě reaguje nosní sliznice suchým
zánětem bez tvorby hlenu. Nejdrastičtějším projevem je pak proděravění nosní přepážky. Nelze
pominout i riziko karcinogenity při výrobě a použití šestimocných sloučenin chromu. Z dalších
poškození je přímý účinek na kůži. Poleptání přechází do poměrně hlubokých defektů.
Nejběžnějším chronickým onemocněním je alergický kožní zánět přecházející do ekzému. Často
s chromovým alergickým zánětem se setkáváme u zedníků a dělníků pracujících s cementem.
Cement sám o sobě vede k senzibilaci, která je podporována odmaštěním kůže a snížením odolnosti
proti alkáliím, tento účinek je zesilován stopovými množstvími šestimocných sloučenin chromu.
Otrava oxidem uhelnatým.
Styk s oxidem uhelnatým je v celé řadě průmyslových odvětví i mimo výrobní sféru. Jedná
se zejména o výrobu spalných plynů (svítiplyn, koksárenský, generátorový) i jejich použití
v metalurgii, tepelném a chemicko-tepelném zpracování, ohřevu, v kotelnách, při dolování uhlí,
v garážích se špatným větráním ap. Podstatou toxického účinku je vazba na červené krevní barvivo
hemoglobin. Vytvořený karbonylhemoglobin je nezpůsobilý pro transport vzdušného kyslíku krví.
Jde tedy v podstatě o vnitřní dušení. Nebezpečnost tkví v plíživé účinnosti bez podráždění
dýchacích cest. Vlastní otrava se projeví až poruchami dýchání, srdeční činnosti a křečemi. Dle
koncentrace nastupuje bezvědomí (u delších stavů bezvědomí může být nenávratně poškozena kůra
mozková) a obvykle končí smrtí. Typické je růžové zbarvení pokožky následkem vzniklého
karbonylhemoglobinu. NPK-P činí 30 mg.m-3. Chronicita účinku je problematická, projevy jsou
pokládány za účinky četných akutních mikrootrav. Do této skupiny patří i otravy odstřelovými
zplodinami, kde k oxidu uhelnatému přistupují ještě další nitroderiváty. V těchto případech se
připouští existence chronického působení.
Otrava kyanovodíkem a jeho sloučeninami.
Ani v tomto případě nejsou uznávány chronické účinky. Kyanidy nacházejí uplatnění
ponejvíce v galvanovnách a při tepelném nebo chemicko-tepelném zpracování. Při styku
s vodíkovým iontem vytváří toxický kyanovodík, který se vstřebává všemi třemi cestami. V krvi
tvoří barvivo cyanhemoglobin, takže smrt nastává také pokročilým tkáňovým dušením. Akutní
otravy jsou velmi rychlé - prudká bolest na prsou, bezvědomí. U lehčích otrav se udává pocit horka
103
v obličeji, zpomalený a nepravidelný dech, který je cítit po hořkých mandlích. Barva pokožky
zpočátku růžová přechází dušením do fialova. Smrt nastává obrnou dýchacího nervstva
v prodloužené míše. NPK-P je 3,0 mg.m-3.
Otrava benzenem a jeho homology i deriváty.
Benzen je organickou sloučeninou výchozí pro aromáty s benzenovým jádrem. Jeho
technické vlastnosti určují širokou škálu použití jako rozpouštědla, ředidla nebo prostředku na
čistění. Vyskytuje se tedy při výrobě a použití lepidel, tmelů, laků, odmašťovacích prostředků, při
výrobě umělých usní, gumových výrobků ap. Vstupuje do těla především plícemi, ale
i neporušenou kůží a v případě hygienické nekázně i zažívacím traktem. Nejzávažnější a
nejnebezpečnější jsou chronické účinky benzenu. Benzen v těle metabolizuje a jeho metabolity
silně toxicky působí na kostní dřeň. Narkotické účinky (podobné jako u alkoholu) jsou přitom
potlačeny. Počínajícím signálem je únavnost a hubnutí (nechutenství). Poškození krvetvorby se
zpočátku projevuje snížením počtu bílých a červených krvinek, čímž je oslabena obranyschopnost
těla (podobně jako AIDS). Pozdější pokles množství krevních destiček snižuje srážlivost krve.
Těžká otrava může skončit tzv. dřeňovým útlumem a přechodem do leukémie. NPK-P činí 10
mg.m-3. V současné době je výroba benzenu pokládána za proces s rizikem karcinogenity.
Toluen a xylen mají podobné použití a obvykle jsou doprovázeny benzenem. Na rozdíl od
benzenu jejich metabolity nejsou tak nebezpečné, není tedy u nich tak výrazný účinek na
krvetvorbu. Narkotický účinek je však daleko vyšší (fetování). Chronické působení vede
k poruchám spánku, nervozitě, žaludečním potížím až závratím. NPK-P je 200 mg.m-3.
Nitro a aminoderiváty benzenu i jeho homologů jsou výchozími surovinami pro výrobu
barev, umělých pryskyřic a třaskavin (anilin, nitrobenzen, trinitrotoluen ap.). Vesměs se jedná
o krevní jedy. Jejich účinkem se v krvi tvoří barvivo methemoglobulin, jež zbarvuje krev dohněda a
pokožka následkem toho má namodralou barvu. Dalším společným znakem je nesnášenlivost
k alkoholu a slunečnímu záření. Chronické projevy otrav jsou podobné jako u benzenu. V počátcích
se jedná o nechutenství, zažívací obtíže, ovlivnění krvetvorby a poškození jater ev. ledvin. NPK-P
je dle druhu látek od 0,05 mg.m-3 po 5,0 mg.m-3 (anilin). Některé látky mohou mít i karcinogenní
účinky.
Otrava halogenovanými uhlovodíky.
Také v tomto případě jde o širokou paletu organických látek majících různou toxicitu. Do
této skupiny patří odmašťovadla a chemická čistidla, hasící látky, chladiva, pesticidy ap. Řada
těchto látek je považována za chemické karcinogeny (vinylchlorid, bifenylové uhlovodíky,
tetrachlórmetan), u některých se projevují poškození jater (žloutenka), ledvin i srdečního svalu.
Společným projevem těchto látek je působení na centrální nervovou soustavu (narkotika). Řada
halogenovaných uhlovodíků se dnes již nepoužívá. Z alifatické řady si zasluhují pozornost:
•
tetrachlórmetan (chlorid uhličitý) je používaný pro odmašťování a pro svou nehořlavost i náplň
hasících přístrojů. Při hašení vzniká nebezpečný fosgen. Narkotické účinky připomínají opilost
a objevuje se porucha ledvin. Chronické otravy se projevují tvrdnutím jater (cirhózou). NPK-P
je 10,0 mg.m-3.
•
trichlorethylen byl nejpoužívanějším odmašťovacím a čistícím činidlem, dnes je vytlačován
méně toxickým perchloretylénem. Silný odmašťovací účinek se projevuje i na pokožce sklonem
k vytváření zánětů. Akutní otrava se vyznačuje narkotickými účinky (lehká stadia fetování).
Chronická otrava se projevuje kašlem a bolestmi na prsou. NPK-P činí 250 mg.m-3.
• vinylchlorid je monomerem pro výrobu polyvinylchloridu (PVC). Je nejnebezpečnější pro svou
prokázanou karcinogenitu. Vysoké koncentrace vyvolávají narkózu až smrt. Chronické
působení má za následek onemocnění jater, poruchu krvetvorby i kostí.
104
•
freony (chlorfluorkarbony) jsou látky používané jako chladiva, náplně rozprašovačů, k výrobě
plastů ap. Vznikly nahrazením toxických látek v oblasti průmyslové hygieny (např.
metylchlorid), jejich stabilita však zvyšuje negativní účinky na životní prostředí (ozónová
vrstva).
Halogenované uhlovodíky aromatické řady jsou ponejvíce používány jako pesticidy,
herbicidy, insekticidy, defolianty ap. Řada těchto látek je zakázána (DDT, HCH). Tyto látky se
dokáží hromadit v živočišných tkáních, hlavně v tucích a zvyšování rizika je způsobeno přenosem
v potravinovém řetězci. Chronické otravy se vyznačují bolestmi hlavy, dvojitým viděním,
nespavostí, průjmy, chvěním až svalovými křečemi. Někdy může dojít i k poruše jater (žloutenka).
Do této skupiny patří i polychlorované bifenyly (PBC), které se používaly jako izolanty nebo
změkčovadla nátěrových hmot. Tyto látky je nutno vyřadit z výrobního procesu nejen pro jejich
karcinogenitu, ale především pro velkou stálost v životním prostředí, která vzdoruje i chemické
degradaci. Tyto látky zamořují půdu i podzemní vody a vlivem potravinového řetězce se kumulují.
Vyvolávají též chlorovou akné.
Onemocnění ionizačním zářením.
Onemocnění ionizačním zářením je dle klinických následků uváděno do několika typů
profesionálních nemocí. Pomineme tzv. akutní postradiační syndrom z masivního ozáření, kde velké
dávky záření ničí buňku, která se pak nemůže regenerovat ev. při menších dávkách brání jejímu
dalšímu množení či ji změnou genetického kódu naruší až teprve v dalších generacích.
Nejzávažnější jsou pak změny, kdy mutagenita se mění v karcinogenitu. Mimo tento syndrom je
důležitá porucha krvetvorby z ionizačního záření, projevující se úbytkem červených a bílých
krvinek i krevních destiček. Kostní dřeň se snaží tento nedostatek doplnit vyplavováním velkého
počtu nefunkčních elementů tzv. bílé řady. Celková porucha vede tedy do zhoubné bělokrevnosti leukémie. Vnější příznaky nemoci jsou zcela netypické (malátnost, bledost, dušnost, podléhání
infekčním nemocím).
Méně závažným onemocněním z ionizačního záření se předpokládá zánět kůže. Onemocnění
nemusí postihovat jen povrchové partie, ale i hlouběji uložené tkáně, jako jsou vaziva a kosti.
V časné fázi se projevuje zarudnutím exponovaného místa, které může přecházet v puchýře, otok až
k úmrtí tkáně. Zánět je spojen se ztrátou ochlupení a změnou pigmentace kůže. Při depozici
ionizačního záření v těchto případech není uvažováno jen záření alfa, beta či gama, ale
i elektromagnetické vlnění větších vlnových délek jako je záření ultrafialové, světelné
i infračervené. Chronická forma dermatitidy z ionizačního záření může přejít ve zhoubné bujení
(rakovina kůže).
Rakovinu kůže mohou však způsobovat i chemické karcinogeny. Jedná se ponejvíce
o produkty suché destilace uhlí (smola, dehet, antracénové a kresolové oleje), produkty destilace
bitumenosních břidlic a produkty zpracování ropy (asfalty, parafiny, vazelíny, oleje, mazut). Jejich
účinek spočívá v dráždění kůže, které se může zvrhnout ve zhoubný proces tzv. prekancerózy,
předchůdce rakovinného bujení. Proces je doprovázen ucpáním a zanícením mazových žláz, které
vede k jejich rohovatění a zánětům.
Vdechování radioaktivního, plynu může vést až k rakovině plic. Toto onemocnění patří
k pravděpodobným (stochastickým) účinkům ionizačního záření obvykle s několikaletou expozicí.
Příznaky jsou zpočátku nevýrazné, kašel, dušnost, zvýšená sedimentace krve, únava, hubnutí. Po
růstu nádoru se mohou vytvářet druhotná ložiska tzv. metastázy. Poslední stadia jsou doprovázeny
bolestí typickou pro rakovinu.
105
Onemocnění z elektromagnetického záření o vysoké a velmi vysoké frekvenci.
Biologické působení elektromagnetického pole závisí na řadě fyzikálních parametrů,
především jeho intenzitě a frekvenci. Záření tohoto druhu se používá v radiolokátorech, televizních
a rozhlasových vysilačích, mikrovlnných troubách, zdrojích indukčního ohřevu ap. účinky na
organismus jsou dvojí: tepelné a netepelné. Tepelné vystupují do popředí při vysokých intenzitách
elektromagnetického pole a jsou dány přeměnou po vstřebání v tkáních na teplo. Při velkých
dávkách pak dochází k tepelnému poškození. Jsou postihovány zejména pohlavní orgány (varlata a
vaječníky), mozek a oční čočka (šedý zákal). Netepelné účinky nejsou zcela objasněné, byly
zaznamenány poruchy narušení srdečního rytmu, snížení krevního tlaku, únava, nespavost, bolesti
hlavy až křeče na malých cévách.
Kožní choroby z povolání (profesionální dermatózy).
Kůže není jen obalem ostatních orgánů, ale funguje jako účinná bariéra mezi vnějškem a
vlastním organismem proti všem škodlivinám. Kůže obsahuje receptory pro teplo, bolest, dotyk,
podílí se na termoregulaci, dýchání ap. Z toho vyplývá, že se jedná o dosti složitou anatomickou
strukturu. O některých škodlivinách a jejich účincích byla již zmínka v předchozích odstavcích.
Kožní škodliviny mohou obecně působit jednak svým toxickým vlivem nebo působí iritačně
(dráždivě), jednak vyvolávají senzibilaci (alergii, přecitlivělost), která se neomezuje jen na
exponované místo. Nejčastějším onemocněním je dermatitida, kožní zánět. Projevem je zarudnutí
vyvolané překrvením napadené partie. Dermatitida může být vyvolána jak drážděním některých
škodlivin (skelná vata), tak senzibilací kůže po delší expozici. Mezi dermatitidou a kožním
ekzémem je plynulý přechod. Při ekzému se zánětové pochody projevují výsevem vyrážky, která
infikováním může mokvat a vytvářet puchýře. Typické pro alergický ekzém je, že se vrací
(recidivuje) i po dlouhé době klidu, kdy se vyléčený opět setká s alergenem. Jako alergeny se
nejčastěji reprezentují šestimocný chrom, sloučeniny niklu, kobaltu, umělé pryskyřice, barvy, guma,
rostlinné pyly, léky ap. Koncentrace alergenu obvykle hraje podřadnou úlohu, alergizovaný
organismus reaguje i na stopová množství.
Další oblastí profesionálních kožních onemocnění je trudovina, akné. Je charakterizována
ucpáním vývodů mazových žláz, kolem nichž je patrný zánětlivý lem. Z těchto onemocnění se
ponejvíce vyskytují:
• olejová akné způsobená řeznými kapalinami a chladícími emulzemi z minerálních olejů.
Komplikace může způsobit infikace přítomnými mikroby
• chlorová trudovina způsobená chlorem a chlorovanými uhlovodíky. Je méně častou, ale
závažnější chorobou pro rozsáhlá ložiska, která zhnisají a tvoří, hluboké dutiny (cysty). Nemoc
zanechává jizvy a těžká onemocnění mohou být komplikována poruchami látkové výměny
(cirhóza jater)
• dehtová trudovina se dnes již méně vyskytuje u pracovníků přicházejících do styku s dehtem,
asfaltem ap. Od předešlých se liší zvýšenou pigmentací kůže.
Poslední skupinou jsou tzv. fotodermatózy. Tento typ kožních onemocnění je na rozdíl od
předchozích vyvolán fyzikálním jevem, světlem, i když spoluúčast chemické látky (senzibilátoru) je
evidentní. Jako fotosenzibilující látky se nejčastěji uvádí dehet, asfalt, anilin ap. O působení
ionizačního záření již byla zmínka. V souvislosti s metalurgickými provozy je třeba se zmínit o tzv.
kalorické dermatitidě projevující se rozšířením povrchových cévek a pigmentací. V důsledku
expozice sálavého tepla postihuje hutníky, kováře, slévače ap.
106
Poškození z vibrací, převážně cév a nervů.
Vibrace jsou jev všudypřítomný. Ve výrobním procesu se však mohou vyskytovat v takové
míře a úrovni, že znamenají ohrožení zdraví. Je to zejména u zařízení, kde vibrace jsou nedílnou a
podstatnou součástí jejich chodu. Jsou to především pneumatická nářadí (vrtačky, kladiva,
nýtovačky, pěchovačky), střásací a vytloukací stroje, vibrátory, motorové pily ap. Patří sem
i vibrace při řízení vozidel a těžkých stavebních strojů. Škodlivý účinek vibrací se projevuje
onemocněním cév a nervů je oplétajících, z nichž jedny působí zúžení, druhé rozšíření cév, zejména
na ruce a prstech (profesionální traumatické vázoneurózy). Drobnými traumaty z vibrací je správná
funkce těchto nervů narušena, což souvisí s prokrvením příslušné části končetiny (bělení prstů).
Prsty jsou chladné, dochází ke snížené úchopové schopnosti a citu. Prvá stadia jsou vyléčitelná.
K předchozí nemoci bývá přiřazován i zánět nervů zásobujících svaly obvykle na předloktí.
Důsledkem bývá zmenšení až zakrnění svalové hmoty. Vibrací mohou být poškozeny i šlachy a
klouby rukou. Dochází k jejich deformacím. Zvápenatěny a výrůstky způsobují nejen bolest a
otoky, ale i narušení jejich funkce. Vibrace však mohou vyvolávat i kombinovaná poškození vlivem
souběžného působení na více orgánech. Udává se nepříznivý vliv na činnost tzv. vegetativního
nervstva, krevní oběh i tlak.
Onemocnění z nadměrného, jednostranného a dlouhodobého přetížení. Do těchto
onemocnění patří onemocnění tíhových váčků ze stále trvajícího lokálního tlaku. Škodlivost
jednostranného zatížení kvalifikována četností a dlouhodobostí jednotlivých úkonů. Tíhové váčky
(tzv. bursy) jsou umístěny poblíž různých kloubů, jejichž činnosti napomáhají. Neustálý tlak vyvolá
po jisté době chronický zánět, který přejde i na okolní tkáně. Porucha se projevuje bolestí a otokem
postižené partie. Onemocnění kolení bursy je typické pro parketáře, dlaždiče, loketní bursy
u horníků ap.
Přetěžování v určité oblasti s vynakládáním větší síly se odráží v zánětu buď samotné šlachy
nebo její pochvy. Může být zanícen i úpon svalu. U menších zatížení může sílu nahrazovat vysoká
četnost pohybu. Zanícená šlacha (příp. pochva) zduří, je bolestivá a omezuje se pohyblivost. Toto
onemocnění postihuje často pracovníky v pásové výrobě, ale i písařky, švadleny ap.
Se svaly trpícími nadměrným tlakem sdílí osud i končetinové nervy. Útlak může být vyvolán
primárně nebo druhotně zbytněním okolního vaziva. Tato onemocnění při nichž nastává obrna
nervů jsou nazývána kanálovým (tunelovým) syndromem. Předloketní nervy trpí při práci
s nataženým loktem a současně vykonávaným tlakem na dlaň (brusiči, rytci, žehlířky ap.).
Onemocnění z prachu (plic).
Pod tímto společným jmenovatelem budou uvedeny některé nemoci, kde vdechnutý prach
je ve větším či menším množství deponován v plicích a různým způsobem i měrou na plicní tkáň
působí. Relativně neškodné jsou nedráždivé prachy např. sideróza (zaprášení železným prachem),
antrakóza (zaprášení uhelným prachem). Zdravotní riziko vzrůstá u prachů s fibrogenním účinkem.
Vdechnutelnost (respirabilita) částic do plic se týká jejich velikosti pod 5 µm. Plíce se brání proti
deponování částic tzv. kašlovým reflexem (prudkým výdechem), tvorbou hlenu i neustálým
protiproudým pohybem tzv. řasinkového epitelu (výstelky). K fibróze dochází tak, že vdechnutý
fibrogenní prach se dostává až do plic, kde přestupuje do mízních cév a uzlin. Dochází
k chronickému produktivnímu zánětu plicních sklípků jenž vede k tvorbě vazivové nefunkční tkáně,
jež utlačuje vlastní plicní tkáň.
Zaprášení plic hliníkem - aluminióza - postihuje především plicní tkáň fibrózou. Vyskytuje
se u pracovníků přicházejících do styku jak s práškovým hliníkem, tak s jeho sloučeninami či
slitinami při výrobě práškového hliníku i při jeho tavení. Aluminióza se zpočátku projevuje kašlem
s vydatnými hleny, dále dušností a bolestmi na prsou. Zvýšené úsilí při vykašlávání vede k potrhání
107
stěn plicních sklípků a rozedmě plic. Některými pracovníky je aluminióza pokládána za vážnější
nemoc než silikóza.
Onemocnění dolních cest dýchacích a plic beryliem a jeho sloučeninami je rovněž koniózou,
ale bez fibrogenního účinku. Berylium je používáno v řadě odvětví (elektrotechnický průmysl,
jaderný, výroba keramiky). Na výrobu berylia a jeho slitin je pohlíženo jako na proces s rizikem
chemické karcinogenity. Akutní účinek par berylia bývá nazýván tzv. horečkou slévačů. Projevuje
se suchým kašlem, sevřením hrudi a horečkou s třesavkou. Akutní průběh může mít i zánět plic
z berylia. Suchý kašel, dušnost a namodralé zbarvení rtů jsou příznaky chronické beryliózy. NPK-P
činí 0,001 mg.m-3, což vypovídá o vysoké biologické agresivitě.
Silikóza je onemocnění s typickou fibrogenitou. Inkriminovanou látkou je volný krystalický
oxid křemičitý. V přírodě je velmi hojný. Riziko silikózy je nejvyšší u pracovníků v rudných
dolech, u slevačů a cídičů odlitků, sklářů, brusičů, pracujících v keramičkách, kameníků, "bílých
zedníků" ap. Silikóza vzniká po několikaleté expozici, jejíž doba závisí na lokalitě a agresivitě
škodliviny. Klinické příznaky jsou zpočátku nevýrazné (suchý kašel, bolesti na prsou) a poznenáhlu
se vyvíjí dušnost. Progresivita dušnosti je úměrná úbytku plicní tkáně fibrotickým procesem.
V pozdější době je nemoc komplikována chronickým zánětem průdušek spojeným s vykašláváním
hnisavých hlenů. Komplikace může nastat i současným průběhem tuberkulózního procesu
v zasažených plicích (silikotuberkulóza).
Azbestóza (vzhledem k výskytu azbestu) není tak hojná jako silikóza, zato její prognóza je
horší. Azbestóza má výrazně kratší expozici. Zpracování azbestu (osinku) a jeho výrobků patří mezi
procesy s rizikem chemické karcinogenity. Riziko azbestózy se vyskytuje všude v prostředí kde je
osinek ve formě polétavého aerosolu. Na rozdíl od částic oxidu křemičitého (pod 5 µm) dostávají se
hluboko do plic vlákna azbestu až délky 200 µm. Objektivní příznaky se neliší od silikózy, častěji
se přidružuje chronický katar průdušek a brzká dušnost vede k rozedmě plic. Komplikované formy
azbestózy provází vznik zhoubného nádoru vycházejícího z průdušek, který je v 15 až 20 %
příčinou úmrtí na azbestózu. Mohou se vyskytnout i zhoubné nádory na pohrudnici ev. pobřišnici.
Mezi tuto skupinu nemocí patří i onemocnění při výrobě slinutých karbidů. Jedná se
o fibrózu s ložisky rozedmy plic. Projevuje se dráždivým kašlem, později dušností a v konečné fázi
anatomickou a funkční poruchou pravé poloviny srdce.
V posledních letech bylo za profesionální nemoc uznáno i průduškové astma, "záducha". Jde
o závažný a zužující stav přecitlivělosti organismu na určitou látku - alergen. Projevuje se typickým
záchvatem dušnosti, kdy je postižena výdechová fáze. Při záchvatu dochází k náhlé a prudké křeči
hladkého svalstva průdušek nebo otoku jejich sliznice. Sliznice průdušek produkuje přitom velmi
hustý a vazký hlen. Mezi nejznámější alergeny patří různé plasty, barvy, rozpouštědla (terpentýn),
léky ap. Prevence je nesmírně obtížná, protože nemoc nezáleží na koncentraci alergenu, ale na
sklonu k přecitlivělosti, který je velmi individuální.
Onemocnění hluchotou nebo těžkou nedoslýchavostí.
Viníkem poškození sluchu je hluk. Akustická vlna pronikne zvukovodem a rozkmitá
bubínek, jež dělí zvukovod od středoušní dutiny. Kmity bubínku jdou přes soustavu sluchových
kůstek na oválné okénko oddělující středoušní dutinu od vnitřního ucha. V tom je uložen tzv.
Cortiho orgán s vláskovými buňkami uloženými v nitroušní tekutině. Vlivem vlnění tekutiny se
akustická energie jimi transformuje na elektrickou, jež je nervovými dráhami vedena do příslušných
mozkových center. Vlastní vjem zvuku se tedy odehrává v mozku. I velmi krátký hluk s intenzitou
na 140 dB může způsobit akutní poškození sluchu. Mechanické porušení jemné struktury ucha není
možno regenerovat. Snížená slyšitelnost je trvalá a provázená různými šelesty, pískoty ap. Zjistilo
se, že větší škody napáchá - máme-li na mysli pozvolný vznik nedoslýchavosti až hluchoty - hluk
108
o nižších intenzitách, trvá-li dlouho bez přerušování, než relativně větší hluk trvající krátce se
zotavnými pauzami.
Onemocnění šedým zákalem.
O tomto druhu onemocnění oční čočky již byla zmínka, je uváděno však jako samostatná
položka. Katarakta vzniká po několikaleté expozici není-li oko jinak chráněno. Vzniku napomáhá
i současný osvit viditelným zářením na nějž reaguje zornice zúžením, zatímco duhovka se
reflektoricky rozšíří a takto zvětšená plocha předává teplo čočce.
109
POUŽITÁ LITERATURA:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
Bachner,P.: Hygiena práce, SNTL Praha 1988
Bakalář,V.: Aby práce neškodila zdraví, SNTL Praha 1993
Berka,V.-Uher,M.: Nakládání s nebezpečnými odpady, Nadace Monitor 1992
Drkal,F: Technika životního prostředí, ES ČVUT Praha 1988
Dvořák,J.-Erlebach,J. a kol.: Čistění odpadních vod s obsahem ropných látek, SNTL
1982
Herčík,M.-Lapčík,V.-Obroučka,K: Ochrana životního prostředí, ES VŠB Ostrava 1995
Jagoš,M: Životní prostředí a bezpečnost práce, ES VUT Brno 1985
Katalog pevných a plynných škodlivin uvolněných při svařovacích procesech, VÚZ
Bratislava 1987
Losos,B.-Kubíček,F.-Šeda,Z: Základy obecné ekologie, SPN Praha 1987
Matějka,J.: Úvod k bezpečnosti a hygieně práce v hutnictví a ve strojírenství, SNTL
Praha 1967
Nová,J.: Hospodaření s odpady v a.s. ŠKODA, diplomová práce ZČU Plzeň 1995
Přáda,O.: Škodliviny a jejich odstraňování ve strojírenství, SNTL Praha 1976
Přáda,O.: Zlepšování pracovního prostředí při povrchových úpravách kovů, SNTL Praha
1977
Ptáček,M.-Šolín,V.: Čistění odpadních vod z povrchové úpravy kovů, SNTL 1965
Smolík,D.-Kincl,M.-Krpeš,V: Ekologie - úvod do studia ekotechniky, ES VŠB Ostrava
1993
Smolík,J.: Technika prostředí, SNTL-ALFA l985
Šeda,J. a kol.: Dozimetrie ionizujícího záření, SNTL 1983
110