Zanieczyszczenie powietrza  to mieszanina w powietrzu atmosferycznym gazów, ciał stałych oraz cieczy, które albo stanowią jego naturalne składniki, albo obecne są w nadmiernych ilościach w stosunku do substancji będących naturalnymi składnikami powietrza.

W składzie powietrza obecne są następujące zanieczyszczenia powietrza:

  •   gazy oraz pary związków chemicznych, m.in.: tlenki siarki - SO2 i SO3, tlenki węgla - CO i CO2, tlenki

  azotu, węglowodory łańcuchowe oraz aromatyczne, chlorowe pochodne węglowodorów, amoniak - NH3, fenole oraz fluor

  •   cząstki stałe nieorganiczne oraz organiczne  - pyły, m.in. sadza, popiół lotny, pyły metalurgiczne, pyły pochodzące z produkcji cementu, związki chromu, kadmu miedzi, ołowiu oraz pozostałych metali ciężkich
  •   mikroorganizmy – bakterie, wirusy oraz grzyby, jeśli ich rodzaj albo ilość znacznie się różni się od składu naturalnej mikroflory powietrza
  •   kropelki cieczy, m.in. zasad, kwasów i rozpuszczalników

Wartość emisji zanieczyszczeń określa się jako ilość zanieczyszczeń emitowanych do powietrza atmosferycznego w jednostce czasu.  Wyraża się ją jednostkach:  g/s, kg/h lub t/rok.

Źródła zanieczyszczeń powietrza są pochodzenia:

  1. naturalnego, wśród których wyróżnia się:
  •   wulkany – blisko 450 czynnych, będące źródłem m.in. popiołów wulkanicznych oraz gazów (dwutlenku siarki, dwutlenku węgla, siarkowodór i innych)
  •   pożary lasów, sawann i stepów  - źródło  tlenków węgla oraz pyłu
  •   bagna będące źródłem, m.in. metanu - CH4, dwutlenku węgla, amoniaku i siarkowodoru 
  •   erozja gleb i skał, burze piaskowe  - ogólnie blisko 700 mln ton pyłów na rok
  •   tereny zielone - źródło pyłków roślinnych
  1. antropogenicznego, będące wynikiem działalności człowieka, wśród których wyróżnia się:
  •   źródła energetyczne - spalanie paliw
  •   źródła przemysłowe - procesy technologiczne w cementowniach, hutach, zakładach chemicznych, kopalniach, rafineriach
  •   źródła komunikacyjne – przede wszystkim transport samochodowy, lotniczy i wodny
  •   źródła komunalne - gospodarstwa domowe a także składowanie i utylizacja odpadków oraz ścieków, m.in. oczyszczalnie ścieków i wysypiska

Źródła emisji zanieczyszczeń powietrza są:

  •   punktowe, m.in.  zakład przemysłowy
  •   liniowe, m.in. szlak komunikacyjny
  •   powierzchniowe, m.in. otwarty zbiornik z lotną substancją

Ze względu na rodzaj zanieczyszczeń atmosfery, wyróżnia się:

  •   zanieczyszczenia pierwotne, są one obecne w powietrzu pod taką postacią, w jakiej wyemitowano je do powietrza
  •   zanieczyszczenia wtórne są to produkty powstałe na skutek przemian fizycznych oraz reakcji chemicznych, które zachodzą pomiędzy składnikami atmosfery a jej zanieczyszczeniem. Powstałe produkty często wykazują większą szkodliwość niż zanieczyszczenia pierwotne. W reakcję wchodzą również pyły unoszące się powtórnie w powietrzu po uprzednim osadzeniu się na ziemi.

Zanieczyszczenia atmosfery rozprzestrzeniają się, na intensywność ich przemieszczania mają m.in. wpływ warunki meteorologiczne oraz terenowe. Potem następuje samooczyszczanie powietrza spowodowane osadzaniem  się zanieczyszczeń – sorpcja albo ich wymywaniem dzięki opadom atmosferycznym.

W związku z ciągłym przemieszczaniem i ruchem powietrza, składniki obecne w powietrzu nieustannie się mieszają. Niekorzystna budowa terenu oraz bezwietrzna pogoda sprzyjają osadzaniu się ogromnej ilości zanieczyszczeń, zwłaszcza na obszarach dużych miast i ośrodków przemysłowych. Wzrastające stężenia zanieczyszczeń przyczyniają się często do powstania gęstej mgły, czyli smogu.

W składzie powietrza znajdują się gazy, które mają zdolność pochłaniania promieniowania podczerwonego, odbijającego się od Ziemi. Są to: dwutlenek węgla, podtlenek azotu, para wodna, freony – czyli gazy cieplarniane (szklarniowe) oraz metan, są one o tyle niebezpieczne, że przyczyniają się do powstawania  tzw. efektu cieplarnianego.

Kwaśne gazy, czyli  tlenek azotu i dwutlenek siarki, powodują zakwaszenie pary wodnej, obecnej w atmosferze i dlatego powstają kwaśne opady.

Substancje (freony oraz tlenki azotu) wchodzące w reakcję z ozonem przyczyniają się do powstawania ubytku ozonu w warstwie ozonosfery i w ten sposób tworzą dziurę ozonową.

Na zawartość składników w powietrzu obecnym w zamkniętych pomieszczeniach wpływ ma przede wszystkim jakość powietrza atmosferycznego na tym terenie, na którym położony jest budynek, rodzaj oraz ilość zanieczyszczeń powstających w wyniku procesów, które zachodzą w pomieszczeniu a także rodzaj oraz efektywność wentylacji w pomieszczeniu.

Wśród przyczyn tych zanieczyszczeń wyróżnia się:

  •   procesy utleniania – bezpośredni proces spalania paliw, w tym gotowanie posiłków oraz ogrzewanie wody, procesy oddychania i palenie tytoniu
  •   materiały budowlane albo wykończeniowe

Najniebezpieczniejszymi związkami chemicznymi używanymi w budownictwie są: aldehyd mrówkowy, czyli formaldehyd, fenole, ksylen, toluen oraz styren, które są obecne przede wszystkim w klejach, lepikach,  lakierach oraz materiałach do impregnacji. Źródłem trującego formaldehydu, wykazującego niebezpieczne działanie zwłaszcza na dzieciach oraz młodzieży, jest wełna mineralna oraz płyty paździerzowe - do ich wyrobu używa się klejów oraz lakierów zawierających ten związek.

Człowiek również stanowi źródło zanieczyszczeń, bo przecież wydycha w powietrzu dwutlenek węgla oraz wydziela także około 150 innych gazowych związków. Zanieczyszczają powietrze również zwierzęta domowe. Większość z nich mieszkając w tym samym pomieszczeniu, co człowiek, stanowi dodatkowe źródło czynników wywołujących alergię. Czynnikami alergicznymi jest głównie sierść, włosy oraz złuszczony naskórek, również  gazy trawienne (amoniak, siarkowodór i meta), które w przypadku złego pokarmu są wydalane w dużych ilościach.

Fatalny stan powietrza jest także spowodowany niskim poziomem wilgotności.

Optymalna wilgotność powietrza wynosi między 50 a 65%. Wielokrotnie wilgotność ulega zmniejszeniu, głównie ma to miejsce w zimie, kiedy włączone jest centralne ogrzewanie. Niska wilgotność wywołuje podrażnienie wrażliwej śluzówki dróg oddechowych, jej wysychanie oraz zwiększoną wrażliwość na niebezpieczne alergeny i drobnoustroje.

Groźny jest również kurz domowy, składający się z blisko 80% martwych komórek złuszczającego się ludzkiego i zwierzęcego naskórka – staje się on odżywką dla roztoczy.

Roztocza są mikroskopijnymi pajęczakami, zagnieżdżającymi się m.in. łóżkach, dywanach, firanach i fotelach i unoszącymi się w powietrzu. Proteiny, które wydalają właśnie roztocza przyczyniają się powstawania alergii wśród ludzi. Sześcioletnia poduszka jest źródłem żywych i martwych roztoczy, ich liczba może wynieść nawet 10% jej wagi, w ten sposób przyczynia się do porannego kaszlu osoby, która na niej śpi.

Podsumowując, do źródeł zanieczyszczeń powietrza należą: wydzieliny biologiczne człowieka oraz zwierząt, hermetyczne uszczelnianie budynków, słaba wentylacja oraz tworzywa sztuczne wyposażenia.

W latach 80 – tych na terenach USA, Kanady i Europy wykorzystywano powszechnie innowacyjne technologie, stwierdzono wówczas kilka nowych symptomów chorobowych. Nadano im nazwę „zespołu chorego budynku”. Wśród objawów tej choroby znalazły się: astma, alergia, stany zapalne gardła, nosa i oczu, stany zapalne zatok oraz oskrzeli, utrudnione oddychanie, oznaki chronicznego zmęczenia, zaburzenia snu oraz bóle głowy, a także depresje i stany lękowe.

W przyrodzie nieożywionej, zanieczyszczenia powietrza również posiadają negatywny wpływ – są przyczyną korozji metali, konstrukcji metalowych oraz materiałów budowlanych. Przyczyniają się do wtórnego zanieczyszczenia wód oraz gleb. Mają ujemny wpływ na florę - zaburzają proces fotosyntez, oddychania oraz transpiracji roślin.

W skali makro głównymi sprawcami zmian zachodzących w klimacie Ziemi mają:

  •   zakłady przemysłowe
  •   spaliny samochodowe
  •   erupcje wulkanu
  •   składowiska odpadów
  •   smog

Smog powstaje z zanieczyszczeń pierwotnych, czyli m.in. pyłów, gazów oraz par, które przedostają się do atmosfery przez przemysł energetyczny, motoryzację, oraz z produktów fotochemicznych zanieczyszczeń i ich chemicznych przemian, które powstają wraz ze zjawiskiem inwersji temperatury, w wyniku braku ruchu powietrza – gdy jest bezwietrzna pogoda.

Zjawisko smogu zachodzi najczęściej tam, gdzie są obniżone tereny. Są dwa typy smogu: smog fotochemiczny oraz kwaśny.

Smog fotochemiczny – utleniający, powstaje w przypadku silnego nasłonecznienia podczas fotochemicznych przemian. Przemiany te zachodzą, jeśli jest wysokie stężenie tlenków azotu oraz węglowodorów, głównie nienasyconych – alkenów, a także pozostałych substancji ze spalin samochodowych. Związki te tworzą wysoce reaktywne rodniki, które następnie ulegają chemicznym przemianom, w wyniku których powstają trujące związki, przede wszystkim nadtlenki, m.in. azotan nadtlenku acetylu. W skład smogu fotochemicznego wchodzą również: tlenki azotu, ozon, tlenek węgla - czad, aldehydy oraz węglowodory aromatyczne.

Smog kwaśny - mgła przemysłowa, tworzy się w wilgotnym powietrzu, które jest bardzo skażone głównie gazami kwaśnymi czyli dwutlenkiem węgla - CO2, dwutlenkiem siarki - SO a także pyłem węglowym. Ponieważ smog zawiera wysokie stężenia toksycznych substancji chemicznych, jest zagrożeniem nie tylko dla życia ludzi, ale i zwierząt, przyczynia się również do powstawania chorób roślin oraz do zniszczeń różnych materiałów.

Smog kwaśny powstawał nawet w pierwszej połowie wieku XX, np.: w roku 1930 w Belgii - w dolinie Mozy, w roku 1948 w USA – w Donorze, a także w roku 1948 i na przełomie lat 1952 oraz 1953, i w roku 1956 w Londynie. Na przełomie roku 1952/53 powstał tak zanieczyszczony smog, że w przeciągu 7 dni, z przyczyny bezpośredniej albo pośredniej śmierć poniosło blisko 4000 osób, a w roku 1956 – zmarło około 1000 osób. W późniejszym czasie powstał w Atenach, Los Angeles i innych miejscach smog fotochemiczny. Na terenie Polski kwaśny smog tworzy się w Krakowie oraz w paru miastach na Górnym Śląsku.

Inwersja nie zachodzi w przypadku zalegania masy ciepłego powietrza nad warstwą zimnego powietrza. Wówczas, zimne i cięższe powietrze nie jest w stanie przewędrować do góry. W meteorologii zjawisko to nazywa się inwersją temperatury. Inwersja temperatury daje znak, że istnieje możliwość powstania smogu w odpowiednich warunkach klimatycznych i w przypadku występowania blisko powierzchni ziemi toksycznych substancji skażających powietrze.

Efekt cieplarniany jest to zwiększanie się średniej temperatury nad powierzchnią Ziemi spowodowane zmianą bilansu energetycznego promieniowania słonecznego absorbowanego przez Ziemię oraz promieniowania emitowanego przez Ziemię.

Przyczyną wzrostu temperatury na powierzchni Ziemi jest pochłaniane przez gazy oraz pyły, zanieczyszczających powietrze, większości promieniowania wysyłanego przez Ziemię.

W ciągu dwóch minionych wiekach, działalność człowieka  niebagatelnie wpłynęła na jakość powietrza atmosferycznego. Głównie wrosła zawartość dwutlenku węgla o 25%. Jest to konsekwencja szybkiego rozwoju gospodarczego i przemysłowego, a także wielkiego rozwoju motoryzacji  - transportu kołowego, lotniczego oraz morskiego.

Efekt cieplarniany jest spowodowany obecnością w atmosferze następujących gazów: przede wszystkim dwutlenku węgla, metanu, tlenku azotu, ozonu oraz freonów.

Protokół Międzynarodowego Zespołu do Zmian Klimatycznych z roku 1995, prognozuje, że konsekwencją efektu cieplarnianego w kolejnym stuleciu będzie topnienie lodów, a co za tym idzie – stan wód morskich ulegnie podwyższeniu nawet o około 1m. spowoduje to zalanie większej części delt rzecznych i wysp na wybrzeżu atlantyckim USA, części Chin, wysp na Oceanie Indyjskim oraz Spokojnym. Także zmienią się temperatury - w zimie będzie ciepło, natomiast lata będą bardzo gorące i zarówno groźne dla życia. Wzrośnie częstość występowania susz, a opady deszczu będą tak ulewne, że będzie to groziło powodziami.

W celu zapobiegania zwiększania się efektu cieplarnianego, trzeba podjąć odpowiednie kroki w zakresie przemysłu i transportu, jak również mentalności ludzi.

Wszystkie państwa będą musiały ograniczyć spalanie węgla, ropy oraz gazu. Będą musiały gospodarnie korzystać z energii, nie tylko w przemyśle, ale również w domu.

Istotną sprawą jest poprawa efektywności elektrowni. Nadmierna ilość dwutlenku węgla w atmosferze jest głównie spowodowana motoryzacją.

Oprócz działań, zmierzających do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych przez człowieka, należy również znaleźć sposób na usunięcie dwutlenku węgla z atmosfery. Trzeba ograniczyć wycinanie oraz wypalanie lasów, a także trzeba sadzić nowe drzewa w miejsce tych zniszczonych i wyciętych. Drzewa wpływają na normalizację ilości dwutlenku węgla w atmosferze - 1hektar lasu absorbuje 250kg tego gazu.

Efekt cieplarniany (szklarniowy) w atmosferze przejawia się  wystąpieniem dziury ozonowej.

Nad Ziemią znajduje się ozonosfera – zawierająca ozon. Ma ona zdolności pochłaniania części promieniowania ultrafioletowego pochodzącego od  Słońca, które wykazuje bardzo szkodliwy wpływ na organizmy żywe.

Ozon to trójatomowa cząsteczka tlenu - O3, posiadająca charakterystyczny, „świeży” zapach. Ozon tworzy się w wyniku wyładowań atmosferycznych. Ozon to gaz nietrwały. Wykazuje silne działanie utleniające - bakteriobójcze, stąd ozon jest stosowany do dezynfekcji wody oraz powietrza. Ozon w nadmiernych ilościach jest szkodliwy dla żywych organizmów. Gdy ozon występujący w atmosferze znajduje się blisko powierzchni Ziemi jest to zjawisko negatywne, a jeśli występuje w górnych powłokach stratosfery  - 50km nad powierzchnią Ziemi - jest to zjawisko pozytywne. Ozon znajdujący się w stratosferze spełnia bardzo ważną funkcję. ochrania organizmy żywe oraz rośliny przed złym wpływem promieniowania ultrafioletowego przenikającego ze Słońca na Ziemię.

W ciągu ostatnich dziesięcioleci człowiek swoją działalnością spowodował ogromne zniszczenia w warstwie ozonowej. Z powodu obecności chloru uległa zmniejszeniu warstwa ozonowa.

Chlor powoduje rozkład ozonu na dwuatomowe cząsteczki tlenu. Chlor, który dociera do wyższych powłok atmosfery może pochodzić z gazów wulkanicznych.

Podstawowe źródło chloru, który niszczy powłokę ozonową stanowią freony. Freony są związkami organicznymi, w których składzie występuje węgiel, chlor oraz jod. Wcześniej regularnie używano freonów w produkcji farb, lakierów, kosmetyków oraz pozostałych artykułów w aerozolach. Freony są sprężonymi gazami, powodującymi tworzenie się mgiełki. Stosowane są także do instalacji chłodniczych, np. lodówek oraz zamrażarek, do produkcji pianek poliuretanowych, m.in. styropianu. Gazy te nie są palne, a w warunkach normalnych nie są aktywne chemicznie. Niemniej jednak, na dużych wysokościach w atmosferze ulegają rozkładowi w obecności ultrafioletu i wydziela się chlor.

Konsekwencją obniżania się ilości ozonu jest tworzenie się dziury ozonowej, stanowiącej duże niebezpieczeństwo dla całego ziemskiego życia.

Największą dziurę ozonową obserwuje się nad Antarktydą. Alarmujące obniżanie się ilości ozonu w atmosferze nastąpiło również w pozostałych szerokościach geograficznych, np. w Polsce.

Według naukowców, w przypadku związania przez freon kilku procent ozonu (z ozonosfery), dojdzie do poważnego zniszczenia wszelkiego życia na naszej planecie. Nawet utrata zaledwie 1% ozonosfery może przyczynić się do wzrostu promieniowania UV, a co za tym idzie – dojdzie do zniszczenia chlorofilu, zmian klimatycznych, chorób oczu, przede wszystkim zaćmę a także zwiększonej ilości zachorowań na nowotwory skóry. W atmosferze obecny są freony w ilości więcej niż 20 mln ton.

Kwaśne deszcze są opadami, zawierającymi rozpuszczone: tlenki azotu, dwutlenek siarki a także produkty tych tlenków, powstałych w reakcjach zachodzących w atmosferze. Tymi produktami są: rozcieńczone kwasy siarki, przede wszystkim kwas siarkowy (IV) i bardzo groźny kwas siarkowy (VI) oraz rozcieńczony kwas azotowy. Kwaśne opady tworzą się w tych miejscach, w których jest duże skażenie atmosfery wywołane emisją SO2 oraz NOx, których źródło jest albo naturalne - czynne wulkany, lub sztuczne - spaliny emitowane z wielkich elektrociepłowni i elektrowni, które są zasilane zasiarczonym (w którym obecna jest siarka oraz jej związki) paliwem, najczęściej jest to węgiel kamienny albo brunatny.

Często się zdarza, że kwaśne opady (deszcz lub śnieg) spadają na tereny oddalone od źródła zanieczyszczeń powietrza. Stąd zapobieganie kwaśnym opadom jest problemem międzynarodowym. Kwaśne opady maja negatywny wpływ na cały ekosystem, przyczyniają się do powstawania chorób układu oddechowego, wpływają na przyspieszenie korozji metalowych konstrukcji, m.in. elementów budynków oraz metalowych części samochodów, a także zabytków.

Aby zapobiegać powstawaniu kwaśnych deszczy, należy budować instalacje, które będą zdolne wyłapywać tlenki azotu i dwutlenek siarki, pochodzących ze spalin przedostających się powietrza atmosferycznego -  odsiarczanie gazu, i rezygnować z paliw o dużym stopniu zasiarczenia.

Ochrona atmosfery polega na przeciwdziałaniu przekraczania w atmosferze dozwolonych zawartości toksycznych substancji oraz na ograniczaniu lub usuwaniu substancji wyemitowanych do atmosfery przez zakłady przemysłowe oraz usługowe, samochody, wysypiska i składowiska odpadów oraz przez pozostałe źródła skażenia.

W celu ograniczenia emisji zanieczyszczeń, pochodzących ze źródeł antropogenicznych, można:

  •   wzbogacić paliwa, m.in. odsiarczyć węgiel energetyczny
  •   zmienić stosowane surowce, m.in. spalać paliwo o wyższej jakości w przypadku wystąpienia niekorzystnych warunków meteorologicznych
  •   zmienić procesy technologiczne
  •   uszczelnić procesy technologiczne i oczyszczać gazy odlotowe
  •   oczyszczać gazy spalinowe, np. odpylać i odsiarczać spaliny
  •   utylizować odpady przemysłowe i komunalne
  •   wykorzystywać ekologiczne, odnawialne źródła energii, m.in. energii słonecznej oraz energii wiatru

W celu oczyszczenia gazów ze związków trujących albo uciążliwych dla przyrody, czyli związków azotu, związków siarki, pyłów, węglowodorów i substancji zapachowych stosowane są przeróżne procesy biochemiczne, chemiczne, fizyczne i mechaniczne.

Zmniejszenia emisji pyłów można dokonać dzięki ograniczeniu ilości pyłów, które tworzą się w trakcie procesów technologicznych, zwiększaniu wymiarów cząstek pyłu, uszczelnianiu procesów pyłotwórczych oraz wykorzystywaniu wysokosprawnych urządzeń do odpylania.

Zmniejszenie emisji do powietrza tlenków siarki, głównie SO2, które tworzą się w trakcie procesów energetycznych, technologicznych oraz spalania paliw, dokonuje się przez odsiarczanie gazów odlotowych oraz spalin samochodowych.

Istotne jest, w jakiej postaci jest ostatecznie zatrzymane zanieczyszczenie – jakie ma właściwości fizyczne i chemiczne, ponieważ może ono być surowcem wykorzystanym w kolejnych procesach technologicznych, m.in. siarka pochodząca z instalacji odsiarczających, gorzej, jeśli jest to stały albo ciekły odpadek szkodliwy dla przyrody.

Wybranie odpowiedniego miejsca dla zakładów przemysłowych i ochrona bierna, m.in. zakładanie izolacyjnych pasm roślinności również jest działaniem na rzecz ochrony atmosfery przed zanieczyszczaniem.

Skażenie powietrza atmosferycznego jest problemem nie tylko lokalnym czy regionalnym, może się stać także problemem międzynarodowym. W tej sprawie podejmuje się ważne kroki, m.in. w Genewie, 13 XI 1979 roku przedstawiciele z 35 krajów, także z Polski, złożyli podpis pod Konwencją o Transgranicznym Zanieczyszczeniu Powietrza. Dotyczy onaograniczania ilości zanieczyszczeń w atmosferze oraz rozmiaru ich rozprzestrzeniania się.