Polluants atmosphériques: types, sources, effets et contrôle des polluants atmosphériques

Lisez cet article pour en savoir plus sur les types, les sources, les effets et le contrôle de la pollution atmosphérique!

La pollution atmosphérique est une modification des caractéristiques physiques, chimiques et biologiques de l’air qui entraîne des effets néfastes sur les humains et d’autres organismes. Le résultat final est un changement de l'environnement naturel et / ou de l'écosystème.

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Les substances responsables de la pollution atmosphérique sont appelées pollution atmosphérique. Ces polluants atmosphériques peuvent être naturels (feux de forêt, par exemple) ou synthétiques (d'origine humaine); ils peuvent être sous forme de gaz, liquide ou solide.

1. Types de polluants atmosphériques:

Un polluant atmosphérique est connu en tant que substance dans l'air pouvant causer des dommages à l'homme et à l'environnement. Les polluants peuvent être sous forme de particules solides, de gouttelettes liquides ou de gaz. En outre, ils peuvent être naturels ou synthétiques. Les polluants peuvent être classés comme primaires ou secondaires. Généralement, les polluants primaires sont des substances directement émises par un processus, telles que les cendres provenant d'une éruption volcanique, le monoxyde de carbone des gaz d'échappement d'un véhicule à moteur ou le dioxyde de soufre rejeté par les usines.

Les polluants secondaires ne sont pas émis directement. Ils se forment plutôt dans l'air lorsque les polluants primaires réagissent ou interagissent. Un exemple important de polluant secondaire est l’ozone troposphérique, l’un des nombreux polluants secondaires qui composent le smog photochimique.

Les principaux polluants primaires produits par l'activité humaine incluent:

je. Oxydes de soufre (SO _x ):

Le SO ₂ est produit par les volcans et par divers processus industriels. Comme le charbon et le pétrole contiennent souvent des composés soufrés, leur combustion produit du dioxyde de soufre. Une oxydation supplémentaire du SO ₂, généralement en présence d'un catalyseur tel que le NO ₂, forme H2SO ₄ et donc des pluies acides. C’est l’une des sources de préoccupation quant à l’impact sur l’environnement de l’utilisation de ces combustibles comme source d’énergie.

ii. Oxydes d'azote (NO _x ):

En particulier, le dioxyde d'azote provient de la combustion à haute température. Le dioxyde d'azote est le composé chimique de formule N0 ₂ . Il est responsable du smog photochimique, des pluies acides, etc.

iii. Monoxyde de carbone:

C'est un gaz incolore, inodore, non irritant mais très toxique. C'est un produit résultant d'une combustion incomplète de combustibles tels que le gaz naturel, le charbon ou le bois. Les gaz d'échappement des véhicules sont une source majeure de monoxyde de carbone.

iv. Dioxyde de carbone (CO ₂ ):

Gaz à effet de serre émis par la combustion, mais aussi vital pour les organismes vivants. C'est un gaz naturel dans l'atmosphère.

v. Composés organiques volatils:

Les COV sont un polluant important de l'air extérieur. Dans ce domaine, ils sont souvent divisés en différentes catégories de méthane (CH ₄ ) et non méthane (COVNM). Le méthane est un gaz à effet de serre extrêmement efficace qui contribue au réchauffement de la planète.

D'autres COV d'hydrocarbures sont également des gaz à effet de serre importants en raison de leur rôle dans la création d'ozone et la prolongation de la durée de vie du méthane dans l'atmosphère, bien que leur effet varie en fonction de la qualité de l'air local. Au sein des COVNM, les composés aromatiques benzène, toluène et xylène sont suspectés d'être cancérogènes et peuvent entraîner une leucémie à la suite d'une exposition prolongée. Le 1, 3-butadiène est un autre composé dangereux souvent associé à des utilisations industrielles.

vi. Affaire particulière:

Les particules, appelées alternativement matière particulaire (PM) ou particules fines, sont de minuscules particules solides ou liquides en suspension dans un gaz. En revanche, aérosol fait référence aux particules et au gaz ensemble. Les sources de particules peuvent être d'origine humaine ou naturelle.

Certaines particules, d'origine naturelle, proviennent des volcans, des tempêtes de poussière, des incendies de forêt et des prairies, de la végétation vivante et des embruns. Les activités humaines, telles que la combustion de combustibles fossiles dans des véhicules, des centrales électriques et divers procédés industriels génèrent également des quantités importantes d’aérosols.

Les aérosols anthropiques - ceux produits par les activités humaines - représentent en moyenne environ 10% de la quantité totale d’aérosols dans notre atmosphère. L'augmentation des niveaux de particules fines dans l'air est liée à des risques pour la santé tels que les maladies cardiaques, une altération de la fonction pulmonaire et le cancer du poumon.

vii. Radicaux libres persistants - liés aux particules fines en suspension dans l'air pourraient provoquer une maladie cardiopulmonaire.

viii. Métaux toxiques - tels que le plomb, le cadmium et le cuivre.

ix. Chlorofluorocarbures (CFC) - nocifs pour la couche d'ozone émise par des produits dont l'utilisation est actuellement interdite.

X. Ammoniac (NH ₃ ) - émis par les processus agricoles. L'ammoniac est un composé de formule NH ₃ . On le rencontre normalement sous forme de gaz ayant une odeur piquante caractéristique. L'ammoniac contribue de manière significative aux besoins nutritionnels des organismes terrestres en servant de précurseur aux denrées alimentaires et aux engrais. L'ammoniac, directement ou indirectement, est également un élément constitutif de la synthèse de nombreux produits pharmaceutiques. Bien que largement utilisé, l'ammoniac est à la fois caustique et dangereux.

xi. Odeurs - telles que celles provenant des déchets, des eaux usées et des processus industriels

xii. Polluants radioactifs - produits par des explosions nucléaires, des explosifs de guerre et des processus naturels tels que la désintégration radioactive du radon.

Les polluants secondaires comprennent:

je. Particules formées à partir de polluants primaires gazeux et de composés du smog photochimique. Le smog est une sorte de pollution atmosphérique; le mot «smog» est un baguette de fumée et de brouillard. Le smog classique résulte de la combustion de grandes quantités de charbon dans une région, en raison d'un mélange de fumée et de dioxyde de soufre. Le smog moderne ne provient généralement pas du charbon, mais des émissions des véhicules et des industries qui sont traitées dans l'atmosphère par la lumière du soleil pour former des polluants secondaires qui se combinent également aux émissions primaires pour former du smog photochimique.

ii. Ozone troposphérique (O ₃ ) formé à partir de NO _x et de COV. L'ozone (O ₃ ) est un constituant clé de la troposphère (c'est également un constituant important de certaines régions de la stratosphère communément appelée la couche d'ozone). Les réactions photochimiques et chimiques le provoquant sont à l'origine de nombreux processus chimiques qui se produisent dans l'atmosphère jour et nuit. À des concentrations anormalement élevées provoquées par des activités humaines (principalement la combustion de combustibles fossiles), il s'agit d'un polluant et d'un constituant du smog.

iii. Nitrate de peroxyacétyle (PAN) - formé de manière similaire à partir de NO _x et de COV.

2. Sources de pollution atmosphérique:

Les sources de pollution atmosphérique désignent les divers lieux, activités ou facteurs responsables de la libération de polluants dans l'atmosphère. Ces sources peuvent être classées en deux grandes catégories:

Sources anthropiques (activité humaine) principalement liées à la combustion de différents types de combustibles:

je. Les «sources fixes» comprennent les cheminées de fumée des centrales électriques, des usines de fabrication (usines) et des incinérateurs de déchets, ainsi que les fours et autres types d'appareils de chauffage à combustible.

ii. Les «sources mobiles» incluent les véhicules à moteur, les navires de la marine, les avions et l’effet du son, etc.

iii. Pratiques en matière de produits chimiques, de poussières et de brûlages contrôlés dans les domaines de la gestion agricole et forestière Le brûlage dirigé ou prescrit est une technique parfois utilisée dans l'aménagement forestier, l'agriculture, la restauration des Prairies ou la réduction des gaz à effet de serre. Les incendies font partie intégrante de l'écologie des forêts et des prairies et les incendies contrôlés peuvent être un outil pour les forestiers. Le brûlage contrôlé stimule la germination de certains arbres forestiers désirables, renouvelant ainsi la forêt.

iv. Vapeurs de peinture, laques pour les cheveux, vernis, aérosols et autres solvants.

v. Dépôt de déchets dans les décharges, qui produisent du méthane. Le méthane n'est pas toxique; Cependant, il est extrêmement inflammable et peut former des mélanges explosifs avec l'air. Le méthane est également un asphyxiant et peut déplacer l'oxygène dans un espace clos. Une asphyxie ou une suffocation peut survenir si la concentration en oxygène est réduite à moins de 19, 5% par déplacement.

v. militaire, comme les armes nucléaires, les gaz toxiques, la guerre des germes et les fusées.

Sources naturelles:

je. Poussières provenant de sources naturelles, généralement de grandes superficies avec peu ou pas de végétation.

ii. Méthane, émis par la digestion d'aliments par des animaux, par exemple des bovins.

iii. Radon issu de la désintégration radioactive dans la croûte terrestre. Le radon est un gaz rare radioactif incolore, inodore, d'origine naturelle, qui se forme à partir de la désintégration du radium. Il est considéré comme un risque pour la santé. Le radon provenant de sources naturelles peut s'accumuler dans les bâtiments, en particulier dans des zones confinées telles que le sous-sol. Il s'agit de la deuxième cause de cancer du poumon après le tabagisme.

iv. Fumée et monoxyde de carbone des incendies de forêt.

v. Activité volcanique, qui produit du soufre, du chlore et des particules de cendre.

3. Effets des polluants atmosphériques:

Il existe différents effets nocifs des polluants atmosphériques:

je. Monoxyde de carbone (source: échappement d'automobile, réactions photochimiques dans l'atmosphère, oxydation biologique par des organismes marins, etc.) - Affecte l'activité respiratoire car l'hémoglobine a plus d'affinité pour le CO que pour l'oxygène. Ainsi, le CO se combine avec HB et réduit ainsi la capacité du sang de transporter l'oxygène. Cela se traduit par une vision floue, des maux de tête, une perte de conscience et la mort par asphyxie (manque d'oxygène).

ii. Dioxyde de carbone (source: combustion de combustibles fossiles à partir de carbone, épuisement des forêts (éliminant l'excès de dioxyde de carbone et aidant à maintenir le rapport oxygène / dioxyde de carbone) - provoque le réchauffement de la planète.

iii. Dioxyde de soufre (industries d'origine, combustion de combustibles fossiles, incendies de forêt, centrales de production d'électricité, usines de fusion, chaudières industrielles, raffineries de pétrole et éruptions volcaniques) - Problèmes respiratoires, maux de tête importants, productivité réduite des usines, jaunissement et réduction du temps de stockage du papier, jaunissement et dommages au calcaire et au marbre, dommages au cuir, augmentation du taux de corrosion du fer, de l’acier, du zinc et de l’aluminium.

iv. Hydrocarbures composés aromatiques poly-nucléaires (PAC) et hydrocarbures aromatiques poly-nucléaires (HAP) (source: gaz d'échappement et industries automobiles, fuites de réservoirs de carburant, lessivage des sites de décharge de déchets toxiques et revêtement de goudron de houille de certains tuyaux d'alimentation en eau) - Cancérigène (peut provoquer une leucémie).

v. Chlorofluorocarbures (CFC) (source: réfrigérateurs, climatiseurs, crème à raser, aérosols et solvants de nettoyage) - Détruit la couche d'ozone qui permet ensuite aux rayons UV nocifs de pénétrer dans l'atmosphère. La couche d'ozone protège la Terre des rayons ultraviolets envoyés par le soleil. Si la couche d'ozone est réduite par l'action humaine, les effets sur la planète pourraient être catastrophiques.

vi. Oxydes d'azote (source: gaz d'échappement d'automobile, combustion de combustibles fossiles, feux de forêt, centrales de production d'électricité, fonderies, chaudières industrielles, raffineries de pétrole et éruptions volcaniques) - La formation de smog photochimique, à des concentrations plus élevées, endommage les feuilles ou affecte les activités photosynthétiques des plantes et provoque des problèmes respiratoires chez les mammifères.

vii. Particules particulaires Halogénures de plomb (pollution par le plomb) (source - Combustion d'essences au plomb) - Effet toxique chez l'homme.

viii. Particules d'amiante (source - activités minières) - Asbestose - une maladie cancéreuse des poumons.

ix. Dioxyde de silicium (source - Taille de la pierre, industries de la poterie, du verre et du ciment) - La silicose, une maladie cancéreuse.

X. Mercure (combustion à la source de combustibles fossiles et de plantes) - dommages au cerveau et aux reins.

Les polluants atmosphériques affectent les plantes en entrant par les stomates (pores des feuilles à travers lesquels les gaz se diffusent), détruisent la chlorophylle et affectent la photosynthèse. Pendant la journée, les stomates sont largement ouverts pour faciliter la photosynthèse. Les polluants atmosphériques pendant la journée affectent les plantes en pénétrant dans la feuille par ces stomates plus que la nuit.

Les polluants érodent également le revêtement cireux des feuilles appelé cuticule. La cuticule empêche la perte d'eau excessive et les dommages causés par les maladies, les ravageurs, la sécheresse et le gel. Les dommages causés à la structure des feuilles entraînent une nécrose (zones mortes des feuilles), une chlorose (perte ou réduction de la chlorophylle provoquant un jaunissement des feuilles) ou une épinastie (courbure des feuilles vers le bas) et une abscission (chute des feuilles).

Les particules déposées sur les feuilles peuvent former des incrustations, boucher les stomates et réduire la disponibilité de la lumière solaire. Les dommages peuvent entraîner la mort de la plante.S02 provoque le blanchiment des feuilles, la chlorose, des lésions et la nécrose des feuilles. Le N02 entraîne une augmentation de l'abscission et une croissance inhibée. L'O3 provoque des taches sur la surface des feuilles, un vieillissement prématuré, une nécrose et un blanchiment.

Le nitrate de peroxyacétyle (PAN) provoque l’argenture de la surface inférieure de la feuille, des dommages aux feuilles jeunes et plus sensibles et une croissance inhibée. Les fluorures provoquent la nécrose de l'extrémité des feuilles, tandis que l'éthylène provoque l'épinastie, l'abscission des feuilles et la chute des fleurs.

4. Contrôle de la pollution atmosphérique:

Les articles suivants sont couramment utilisés comme dispositifs de contrôle de la pollution par l'industrie ou des dispositifs de transport. Ils peuvent soit détruire les contaminants, soit les éliminer des gaz d'échappement avant qu'ils ne soient rejetés dans l'atmosphère.

je. Contrôle des particules:

Collecteurs mécaniques (cyclones à poussière, multi-cyclones) - La séparation cyclonique est une méthode permettant d’éliminer les particules d’un flux d’air, de gaz ou d’eau, sans utiliser de filtres, par séparation par vortex. Les effets de rotation et la gravité sont utilisés pour séparer les mélanges de solides et de fluides.

Un flux rotatif (air) à grande vitesse est établi dans un conteneur cylindrique ou conique appelé cyclone. L'air circule en spirale, commençant au sommet (extrémité large) du cyclone et se terminant à l'extrémité inférieure (étroite), avant de sortir du cyclone dans un flux rectiligne traversant le centre du cyclone et sortant par le haut.

Les particules plus grosses (plus denses) dans le flux en rotation ont une trop grande inertie pour suivre la courbe étroite du flux et frapper le mur extérieur, pour ensuite tomber au bas du cyclone où elles peuvent être éliminées.

Dans un système conique, lorsque le flux en rotation se déplace vers l'extrémité étroite du cyclone, le rayon de rotation du flux est réduit, séparant les particules de plus en plus petites. La géométrie du cyclone, ainsi que le débit, définissent le point de coupure du cyclone. C'est la taille de la particule qui sera retirée du flux avec une efficacité de 50%. Les particules plus grosses que le point de coupe seront éliminées avec une plus grande efficacité et les particules plus petites avec une plus faible efficacité.

ii. Précipitants électrostatiques:

Un dépoussiéreur électrostatique (ESP) ou épurateur d'air électrostatique est un dispositif de collecte de particules qui élimine les particules d'un gaz en circulation (tel que l'air) en utilisant la force d'une charge électrostatique induite. Les précipitateurs électrostatiques sont des dispositifs de filtration extrêmement efficaces qui gênent de manière minimale la circulation des gaz à travers le dispositif et peuvent facilement éliminer les particules fines telles que la poussière et la fumée du flux d'air.

Contrairement aux épurateurs par voie humide qui appliquent de l'énergie directement au milieu fluide en écoulement, un ESP applique l'énergie uniquement aux particules en cours de collecte et consomme donc très efficacement de l'énergie (sous forme d'électricité).

iii. Épurateurs de particules:

Le terme épurateur humide décrit une variété de dispositifs qui éliminent les polluants des gaz de combustion d'un four ou d'autres flux de gaz. Dans un épurateur humide, le courant de gaz pollué est mis en contact avec le liquide d'épuration, en le pulvérisant avec le liquide, en le forçant à travers une flaque de liquide ou par un autre procédé de contact, afin d'éliminer les polluants.

La conception des épurateurs par voie humide ou de tout dispositif de contrôle de la pollution atmosphérique dépend des conditions du processus industriel et de la nature des polluants atmosphériques impliqués. Les caractéristiques du gaz d'admission et les propriétés des poussières (si des particules sont présentes) sont d'une importance primordiale.

Les laveurs peuvent être conçus pour collecter des particules et / ou des polluants gazeux. Les épurateurs humides éliminent les particules de poussière en les capturant dans des gouttelettes de liquide. Les laveurs humides éliminent les gaz polluants en les dissolvant ou en les absorbant dans le liquide.

Toutes les gouttelettes qui se trouvent dans le gaz entrant dans l'épurateur doivent être séparées du flux de gaz sortant à l'aide d'un autre dispositif appelé éliminateur de brouillard ou séparateur à entraînement (ces termes sont interchangeables). En outre, le liquide d'épuration résultant doit être traité avant toute décharge finale ou réutilisation dans l'usine:

je. La pollution des véhicules peut être contrôlée par une mise au point régulière des moteurs; remplacement de véhicules plus polluants; installer des convertisseurs catalytiques; par modification du moteur pour obtenir des mélanges économes en carburant (maigres) afin de réduire les émissions de CO et d'hydrocarbures; et une combustion lente et plus froide des carburants pour réduire les émissions de NOx.

ii. Utilisation de charbon à faible teneur en soufre dans les industries.

iii. Minimiser / modifier les activités polluantes telles que le transport et la production d’énergie.