Główne składniki zanieczyszczenia powietrza

Pyły zawieszone PM₁₀, PM_2.5, PM₁, TSP

Pył zawieszony (ang. particulate matter – PM)  jest rodzajem zanieczyszczenia powietrza przez bardzo małe cząstki stałe i płynne. Cząstki te utrzymują się w powietrzu (jako aerozole) od kilku godzin do kilkunastu dni i mogą być przenoszone na znaczne odległości. Główne źródła PM w Polsce to niska emisja – palenie węglem i drewnem w domowych piecach, przemysł, rolnictwo i spaliny z samochodów. Niska emisja z budynków jest zarówno głównym źródłem PM (ponad 45%) jak i wiąże się z największym narażeniem na jego szkodliwe oddziaływanie na zdrowie i życie człowieka.

Głównymi składnikami PM są związki węgla, sadze, siarczany, azotany, amoniak, chlorek sodu, pył mineralny, woda, węglowodory aromatyczne oraz metale ciężkie. Pył zawieszony zawiera zarówno cząstki nieorganiczne jak i organiczne, w tym wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne.

Wartość stężenia PM w powietrzu jest najczęściej używanym wskaźnikiem zanieczyszczenia powietrza. Pomiary jakości powietrza są zazwyczaj podawane w kategoriach średnich godzinowyc, dziennych lub rocznych stężeń cząstek PM mikrogramach na metr sześcienny (μg/m ³) powietrza.

Dla uproszczenia PM dzieli się na kategorie według średnicy aerodynamicznej: PM₁₀ to cząstki których rozmiar nie przekracza 10 mikrometrów [μm], PM_2.5 – to cząstki o rozmiarze poniżej 2.5 μm, PM₁ nie przekraczają 1 μm. Całkowita ilości pyłu w powietrzu oznaczana jest skrótem TSP.

Rozmiary cząstek pyłu zawieszonego PM - porównanie

Pyły zawieszone o rozmiarze do 10 μm (PM₁₀)

PM10  to cząsteczki o średnicy mniejszej niż 10 μm (0,01 mm), a taka definicja oznacza, iż zawierają one w sobie także PM_2.5 i PM₁. Powstają w wyniku procesów spalania węgla, drewna i innych paliw w piecach i kotłach oraz wszelkiego rodzaju silnikach spalinowych (ruch samochodowy).

Im drobniejsze cząsteczki, tym trudniej je rozproszyć - i tym głębiej mogą przenikać do krwiobiegu, powodując więcej szkód. PM₁₀ dostają się do dróg oddechowych i mogą powodować zapalenie oskrzeli, ataki astmy i infekcje górnych dróg oddechowych. Większe cząsteczki PM₁₀ częściej pogarszają objawy istniejących chorób niż wywołują nowe choroby.

Według dyrektywy EU¹ i wynikającego z niej rozporządzenia ² wartość dopuszczalna ³ stężenia PM₁₀ w powietrzu to:

• 40 μg/m³ dla średniej rocznej
• 50 μg/m³ dla średniej dobowej (nie może zostać przekroczone więcej niż 35 razy w roku kalendarzowym)

Według zaleceń WHO⁷ stężenie PM₁₀ nie powinno przekraczać:

• 20 μg/m³ dla średniej rocznej
• 50 μg/m³ dla średniej dobowej

W Polsce, zgodnie z nowym rozporządzeniem ⁴, od 10.10.2019 próg informowania⁵ i próg alarmowy ⁶ stężenia PM₁₀ w powietrzu wynoszą:

• 100 μg/m³ - próg informowania, obniżony ze 100 μg/m³
• 150 μg/m³ - próg alarmowy, obniżony z 300 μg/m³

Polski indeks jakości powietrza obliczany przez GIOŚ przewiduje następującą ocenę dla średniej 1-godzinnej stężenia PM₁₀:

0 – 20	µg/m3	Bardzo dobry
20.1 – 50	µg/m3	Dobry
50.1 – 80	µg/m3	Umiarkowany
80.1 – 110	µg/m3	Dostateczny
110.1 – 150	µg/m3	Zły
> 150	µg/m3	Bardzo zły

Pyły zawieszone o rozmiarze do 2.5 μm (PM_2.5)

Cząstki PM_2.5 mają średnicę mniejszą niż 2.5 μm (0,0025 mm) i są do 30 razy mniejsze niż szerokość ludzkiego włosa. Znaczny udział w PM_2.5 mają bardzo drobne cząstki węgla elementarnego w postaci sadzy (ang. black carbon – BC) - powstające w procesach niekompletnego spalania.

W Polsce największy udział w emisji PM_2.5 (47%) mają kotły i piece na paliwa stałe wykorzystywane do ogrzewania i c.w.u. W 2017r. emisja pyłów PM_2.5. z tych źródeł wyniosła około 68.5 tysiąca ton.

Cząstki PM_2.5 są na tyle małe, że wdychane z łatwością docierają do płuc i przenikają do krwi. Oddychanie powietrzem zanieczyszczonym PM_2.5 wiąże się z ostrymi i przewlekłymi chorobami układu oddechowego, takimi jak zapalenie płuc i przewlekłe zapalenie oskrzeli, chorobami sercowo-naczyniowymi, takimi jak choroba niedokrwienna serca, zastoinowa niewydolność serca i przedwczesna śmierć.

Według dyrektywy EU¹ i wynikającego z niej rozporządzenia² wartość dopuszczalna³ stężenia PM_2.5 w powietrzu to:

• 25 μg/m³ – dla średniej rocznej

Według zaleceń WHO⁷ stężenie PM_2.5 w powietrzu nie powinno przekraczać:

• 10 μg/m³ dla średniej rocznej
• 25 μg/m³ dla średniej dobowej

Polski indeks jakości powietrza obliczany przez GIOŚ przewiduje następującą ocenę dla średniej 1-godzinnej stężenia PM_2.5:

0 – 13	µg/m3	Bardzo dobry
13.1 – 35	µg/m3	Dobry
35.1 – 55	µg/m3	Umiarkowany
55.1 – 75	µg/m3	Dostateczny
75.1 – 110	µg/m3	Zły
> 110	µg/m3	Bardzo zły

Wiele badań wskazuje, że nie ma bezpiecznego poziomu stężenia PM_2.5, a długotrwałe narażenie na stężenia nawet poniżej 20 μg/m³ mają negatywny wpływ na nasze zdrowie.

Pyły zawieszone o rozmiarze do 1 μm (PM₁)

Pył zawieszony PM₁ zawiera cząstki o średnicy poniżej 0.1 μm. Ze względu na bardzo małe rozmiary i wagę cząstki PM₁ najdłużej unoszą się w powietrzu i mogą być przenoszone na największe odległości. Ultra drobny pył jest najbardziej szkodliwym wariantem drobnych cząstek. Cząsteczki PM₁ przenikają przez płuca bezpośrednio do krwiobiegu i rozprzestrzeniają się do narządów. PM₁ może powodować choroby sercowo-naczyniowe, prowadzić do przedwczesnych porodów i wpływać na rozwój płodu.

Wartości dopuszczalne, progi informowania i alarmowe dla stężenia PM₁ nie zostały określone ani w dyrektywach UE, ani wytycznych WHO, ani rozporządzeniu krajowym. Badania wpływu na zdrowie obejmujące PM₁ wskazują, jednak, że przy dłuższej ekspozycji nie ma bezpiecznego poziomu stężenia PM₁.

Tlenki azotu (NO_x)

NO_X to termin używany do opisania mieszaniny tlenku azotu (NO) i dwutlenku azotu (NO₂). Są to gazy nieorganiczne powstające w wyniku połączenia tlenu z azotem z powietrza. NO powstaje w znacznie większych ilościach niż NO₂, ale utlenia się do NO₂ w atmosferze. NO₂ ma nieprzyjemny zapach.

Niewielka część (około 1%) NO₂ powstaje naturalnie w atmosferze podczas wyładowań atmosferycznych, a część jest wytwarzana przez rośliny, glebę i wodę. Głównym źródłem NOx są procesy spalania paliw, np. w transporcie, przemyśle, przy wytwarzaniu energii, w tym przy spalaniu węgla i drewna w domowych kotłowniach. Jest również wytwarzany przy produkcji kwasu azotowego, spawaniu, stosowaniu materiałów wybuchowych, rafinacji benzyny, przetwórstwie metali i produkcji żywności. NO₂ pochłania światło słoneczne i razem z innymi zanieczyszczeniami powietrza wchodzi w złożone reakcje fotochemiczne, których rezultatem jest podwyższone stężenie ozonu i smog fotochemiczny.

Głównym efektem wdychania podwyższonego poziomu dwutlenku azotu są problemy z oddychaniem. Dwutlenek azotu powoduje zapalenie błony śluzowej płuc i może zmniejszać odporność na infekcje płuc. Może to powodować problemy, takie jak świszczący oddech, kaszel, przeziębienia, grypa i zapalenie oskrzeli, częstsze i intensywniejsze ataki astmy. Dzieci z astmą i osoby starsze z chorobami serca są najbardziej zagrożone.

Według dyrektywy EU¹ i wynikającego z niej rozporządzenia² wartość dopuszczalna³ stężenia NO₂ w powietrzu to:

• 40 μg/m³ dla średnie rocznej
• 200 μg/m3 – dla średniej 1-godzinnej (nie może zostać przekroczona więcej niż 18 razy w roku kalendarzowym)

Próg alarmowy dla NO₂ został określony na:

• 400 μg/m³

Według zaleceń WHO⁷ stężenie NO₂ w powietrzu nie powinno przekraczać:

• 40 μg/m³ dla średnie rocznej
• 200 μg/m³ dla średniej 1-godzinnej

Polski indeks jakości powietrza obliczany przez GIOŚ przewiduje następującą ocenę dla średniej 1-godzinnej stężenia NO₂:

0 – 40	µg/m3	Bardzo dobry
40.1 – 100	µg/m3	Dobry
100.1 – 150	µg/m3	Umiarkowany
150.1 – 200	µg/m3	Dostateczny
200.1 – 400	µg/m3	Zły
> 400	µg/m3	Bardzo zły

Dwutlenek siarki (SO₂), tlenki siarki (SO_X)

Dwutlenek siarki SO₂ jest bezbarwnym gazem o ostrym zapachu. SO₂ i tlenki siarki SO_X powstają z siarki zawartej w węglu, oleju opałowym, oleju napędowym i benzynie podczas procesów spalania i rafinacji, oraz z wytopu rud mineralnych zawierających siarkę. Dwutlenek siarki w powietrzu ulega utlenieniu do SO₃ i w połączeniu z wodą tworzy kwas siarkowy, który jest główną przyczyną kwaśnych deszczy. SO₂ jest przenoszony w powietrzu na znaczne odległości i może powodować skażenia rozległych obszarów.

SO₂ wpływa na układ oddechowy i funkcje płuc oraz może powodować podrażnienie oczu. Zwiększa ryzyko ostrych i przewlekłych stanów zapalnych dróg oddechowych, powoduje kaszel, wydzielanie śluzu, zaostrzenie astmy. Liczba przyjęć do szpitala i zgonów z powodu chorób serca wzrasta w dniach z wyższym poziomem SO₂.

Według dyrektywy EU¹ i wynikającego z niej rozporządzenia² wartość dopuszczalna³ stężenia SO₂ w powietrzu to:

• 350 μg/m³ dla średniej 1-godzinnej (nie może zostać przekroczona więcej niż 24 razy w roku kalendarzowym)
• 125 μg/m³ dla średniej dobowej (nie może zostać przekroczona więcej niż 3 razy w roku kalendarzowym)

Próg alarmowy dla SO₂ został określony na:

• 500 μg/m³

Według zaleceń WHO⁷ stężenie SO₂ w powietrzu nie powinno przekraczać:

• 20 μg/m³ dla średniej dobowej
• 500 μg/m³ dla średniej 10-minutowej

Polski indeks jakości powietrza obliczany przez GIOŚ przewiduje następującą ocenę dla średniej 1-godzinnej stężenia SO₂:

0 – 50	µg/m3	Bardzo dobry
50.1 – 100	µg/m3	Dobry
100.1 – 200	µg/m3	Umiarkowany
200.1 – 350	µg/m3	Dostateczny
350.1 – 500	µg/m3	Zły
> 500	µg/m3	Bardzo zły

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (PAH/WWA)

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA lub PAH z ang. polycyclic aromatic hydrocarbons) to złożone związki węgla i wodoru, z których wiele ma udowodnione silne własności rakotwórcze. Powstają w procesach niepełnego spalania wszystkich węglowodorów oprócz metanu, w temperaturach od 300 do 600°C. W Polsce ponad 84% emisji WWA pochodzi z niskiej emisji – ze spalania drewna, węgla, oleju, śmieci (! PET). Im gorszej jakości paliwo, gorszy kocioł i nieprawidłowy sposób palenia, tym więcej WWA dostaje się do powietrza. WWA powstają także przy spalaniu ropy i benzyny, produkcji asfaltu, podczas palenia papierosów, grillowania, wędzenia lub smażenia. WWA dostają się zatem do naszych organizmów przez pokarmy, oraz zanieczyszczone powietrze. WWA najczęściej mają rozmiar zakresu 0.4 – 2.1 μm i w powietrzu są częścią PM_2.5. Wśród szczególnie niebezpiecznych i najlepiej przebadanych WWA znajduje się często wspominany benzo[a]piren (B[a]P).

Benzo[a]piren, jak i inne WWA, nie jest bardzo szkodliwy przy krótkotrwałym narażeniu na jego działanie, choć jego wdychanie może podrażniać nasze drogi oddechowe i spowodować zapalenie oskrzeli, a kontakt ze skórą spowodować wysypkę i uczucie pieczenia. W dłuższym czasie odkłada się jednak w organizmie i prowadzi do przewlekłych i trwałych zmian chorobowych takich jak uszkodzenia układu nerwowego, rozrodczego, upośledzenie systemu odpornościowego, uszkodzeń DNA i nowotworów (białaczka, rak płuc ,…), uszkodzeń i wad wrodzonych płodu.

Według dyrektywy EU¹ i wynikającego z niej rozporządzenia² wartość dopuszczalna³ stężenia benzo[a]pirenu w powietrzu to:

• 1 ng/m³ (0.001μg/m³) dla średniej rocznej.

Według WHO średnie stężenie benzo[a]pirenu w powietrzu nie powinno przekraczać 0.12 ng/m³, choć nie ma bezpiecznej dawki – każde stężenie jest szkodliwe⁸.

Benzen (C₆H₆).

Benzen jest niemetanowym lotnym, aromatycznym związkiem organicznym. Jest bezbarwny, łatwopalny, jest silnym rozpuszczalnikiem i ma charakterystyczny zapach. W powietrzu występuje głównie w fazie gazowej utrzymując się od jednego dnia do dwóch tygodni, w zależności od środowiska, klimatu i stężenia innych zanieczyszczeń.

Główne źródła emisji benzenu w Polsce to przetwórstwo ropy (jest dodawany do benzyny), przemysł wykorzystujący rozpuszczalniki, produkcja tworzyw sztucznych, ruch samochodowy. Benzen emitowany jest także podczas palenia papierosów. Jeden papieros to emisja rzędu 430 – 590 μg benzenu⁹.

Oddychanie powietrzem zanieczyszczonym benzenem powoduje zarówno przewlekłe jak i ostre zatrucia, którym towarzyszy podrażnienie skóry, rumień, odczucie palenia, krwawienie z nosa. Zatrucia te mogą prowadzić do uszkodzeń wątroby, braku apetytu, problemów w trawieniu i ogólnego zmęczenia. Benzen oddziałuje na centralny układ nerwowy powodując senność, bóle i zawroty głowy, utratę przytomności, niewydolność układu oddechowego. W dawce około 60 g/m³ powietrza powoduje natychmiastową śmierć.

Wdychany w znacznie mniejszych dawkach, ale przez długi czas niszczy materiał genetyczny i powoduje choroby nowotworowe (głównie białaczki).

Aby ograniczyć ryzyko wdychania benzenu nie pal i unikaj narażenia na wtórny dym tytoniowy. Spróbuj ograniczyć narażenie na opary benzyny.

Według dyrektywy EU¹ i wynikającego z niej rozporządzenia² wartość dopuszczalna³ stężenia benzenu w powietrzu to:

• 5 μg/m³ dla średniej rocznej

WHO nie podaje wytycznych dla poziomu benzenu w powietrzu, wskazując, że każda jego ilość jest szkodliwa, a ryzyko zachorowania na białaczkę rośnie o 10^-4 wraz ze wzrostem stężenia o 17 μg/m³.¹⁰

Polski indeks jakości powietrza obliczany przez GIOŚ przewiduje następującą ocenę dla średniej 1-godzinnej stężenia benzenu (C₆H₆):

0 – 6	µg/m3	Bardzo dobry
6.1 – 11	µg/m3	Dobry
11.1 – 16	µg/m3	Umiarkowany
16.1 – 21	µg/m3	Dostateczny
21.1 – 51	µg/m3	Zły
> 51	µg/m3	Bardzo zły

Ozon (O₃)

Ozon to łatwo wchodząca w reakcje odmiana tlenu o silnych właściwościach aseptycznych i toksycznych. Znajduje się w stratosferze i chroni nas przed nadmiernym promieniowaniem ultrafioletowym. Jego obecność w powietrzu, którym oddychamy (tzw. ozon na poziomie gruntu), jest jednak bardzo szkodliwa i jest on jednym z głównych składników smogu fotochemicznego. Powstaje w wyniku reakcji ze światłem słonecznym (reakcji fotochemicznej) zanieczyszczeń, takich jak tlenki azotu (NOx) i lotne związki organiczne (VOC) emitowanych przez pojazdy, rozpuszczalniki i przemysł. W rezultacie najwyższe poziomy zanieczyszczenia ozonem występują w okresach słonecznej pogody.

Wdychanie ozonu w dłuższym czasie zwiększa ryzyko chorób dróg oddechowych, układu sercowo-naczyniowego, udarów mózgu i przedwczesnej śmierci. O₃ może mieć też wpływ na obniżenie wagi noworodków, upośledzenie funkcji płuc i większe ryzyko zachorowania na astmę wśród nastolatków.¹¹

Krótkotrwałe narażenie na podwyższone stężenie ozonu we wdychanym powietrzu może powodować duszności, ataki astmy, kaszel, zwiększenie ryzyka infekcji górnych dróg oddechowych, zapalania płuc, pogorszenie objawów u osób chorujących na astmę i przewlekłą obturacyjną chorobę płuc (POChP).

Według dyrektywy EU¹ i wynikającego z niej rozporządzenia² wartość dopuszczalna³ stężenia O₃ w powietrzu to:

• 120 μg/m³ dla średniej z 8 godzin

Według zaleceń WHO ³ stężenie O₃ nie powinno przekraczać:

• 100 μg/m³ dla średniej z 8 godzin (nie może zostać przekroczona więcej niż 25 razy w roku kalendarzowym)

Poziom informowania⁵ i pziom alarmowy⁶ stężenia O₃ dla średniej 1-godzinnej wynoszą:

• 180 μg/m³ – poziom informowania
• 240 μg/m³ – poziom alarmowy

Polski indeks jakości powietrza obliczany przez GIOŚ przewiduje następującą ocenę dla średniej 1-godzinnej stężenia ozonu (O₃)

0 – 70	µg/m3	Bardzo dobry
70.1 – 120	µg/m3	Dobry
120.1 – 150	µg/m3	Umiarkowany
150.1 – 180	µg/m3	Dostateczny
180.1 – 240	µg/m3	Zły
> 240	µg/m3	Bardzo zły

Tlenek węgla (CO)

Tlenek węgla, zwany potocznie czadem, to silnie toksyczny, bezwonny, przeźroczysty gaz, wytwarzany w procesie spalania dowolnego paliwa (zwłaszcza węgla) przy niedostatecznej ilości tlenu (niekompletne spalanie). Ilość wydzielanego CO zależy od jakości paliwa, jakości i konstrukcji kotła / pieca i sposobu palenia. W Polsce ponad 59% emisji CO pochodzi ze spalania w domowych kotłach i piecach.

Wdychany tlenek węgla wiąże się we krwi z hemoglobiną, wypierając tlen, tworząc karboksyhemoglobinę (COHb) i powodując niedotlenienie. Mózg, układ nerwowy i serce są najbardziej wrażliwe na obniżony poziom tlenu. Zatrucie tlenkiem węgla¹² powoduje bóle i zawroty głowy, senność, zmęczenie, trudności w oddychaniu, przyśpieszenie pracy serca, nudności i wymioty, drgawki, oszołomienie.

Bardzo duże stężenie szybko prowadzi do utraty przytomności i zabija w mniej niż 5 minut. W Polsce, w wyniku zaczadzenie co roku umiera około 100 osób.

Długotrwałe oddychanie powietrzem z podwyższonym stężeniem tlenku węgla może zmniejszyć naszą sprawność fizyczną i umysłową, prowadzić do uszkodzeń układu nerwowego i innych narządów, zwiększyć ryzyko powikłań i śmierci u osób z chorobą sercowo-naczyniową.

Według zaleceń WHO¹³ stężenie CO w powietrzu nie powodujące wzrostu COHb we krwi powyżej uważanego za szkodliwy poziomu (2.5%) to:

• 100 mg / m³ przez 15 minut
• 35 mg / m³ przez 1 godzinę
• 10 mg / m³ przez 8 godzin
• 7 mg/m³przez dobę

Polski indeks jakości powietrza obliczany przez GIOŚ przewiduje następującą ocenę dla średniej 1-godzinnej stężenia tlenku węgla (CO)

0 – 3	mg/m3	Bardzo dobry
3.1 – 7	mg/m3	Dobry
7.1 – 11	mg/m3	Umiarkowany
11.1 – 15	mg/m3	Dostateczny
15.1 – 21	mg/m3	Zły
> 21	mg/m3	Bardzo zły

Źródła i definicje

1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego I Rady 2008/50/WE z dnia 21 maja 2008 r. w sprawie jakości powietrza i czystszego powietrza dla Europy (Dz.U. L 152 z 11.6.2008, s. 1); link
2. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 sierpnia 2012 r. w sprawie poziomów niektórych substancji w powietrzu; (Dz.U. 2012 poz. 1031); link
3. Za 1: „wartość dopuszczalna” oznacza poziom substancji w powietrzu ustalony na podstawie wiedzy naukowej, w celu unikania, zapobiegania lub ograniczania szkodliwego oddziaływania na zdrowie ludzkie lub środowisko jako całość, który powinien być osiągnięty w określonym terminie i po tym terminie nie powinien być przekraczany;
4. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 8 października 2019 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie poziomów niektórych substancji w powietrzu (Dz.U. 2019 poz. 1931); link
5. Za 1: „próg informowania” oznacza poziom substancji w powietrzu, powyżej którego istnieje zagrożenie dla zdrowia ludzkiego wynikające z krótkotrwałego narażenia na działanie zanieczyszczeń szczególnie wrażliwych grup ludności i w przypadku którego niezbędna jest natychmiastowa i właściwa informacja
6. Za 1: „próg alarmowy” oznacza poziom substancji w powietrzu, powyżej którego istnieje zagrożenie dla zdrowia całej ludności, wynikające z krótkotrwałego narażenia na działanie zanieczyszczeń i w przypadku którego państwa członkowskie podejmują natychmiastowe działania
7. WHO Air Ambient Air Quality Guideline values; link
8. WHO Air pollution guidelines; link
9. Singer BC, Hodgson AT, Nazaroff WW. Gas-phase organics in environmental tobacco smoke: 2. Exposure-relevant emission factors and indirect exposures from habitual smoking. Atmospheric Environment. 2003;37:5551.
10. WHO (2000). Exposure to benzene a major public health concern. link
11. American Lung Association, Healthy Air – Ozone; link
12. Zatrucie tlenkiem węgla, Wikipedia link
13. WHO guidelines for indoor air quality: household fuel combustion; link