Aerozagađivači II. Zaštita vazduha od zagađivanja i standardi kvaliteta. Šesnaesto predavanje

Transcript

1 Aerozagađivači II. Zaštita vazduha od zagađivanja i standardi kvaliteta Šesnaesto predavanje

2 Ključni termini predavanja Pb Azbest Ozon VOC Fotohemijski smog Zaštita Standardi

3 Olovo u vazduhu Olovo je prirodni konstituent vazduha, vode, zemljišta i biosfere. Olovo je metal koji se u atmosferi javlja u vidu veoma malih čestica. U vazduhu se može naći usled erozije zemljišta, vulkanskih erupcija, morskog aerosola i prilikom požara u prirodi. Prirodna koncentracija olova u vazduhu je manja od 0.1 μg/m 3. Izvori: U prošlosti, motorna vozila su bila najveći izvor olova. Od kada se upotreba olovnog benzina smanjila, emisija olova se smanjila za 98%. Danas, industrija metala je najveći izvor atmosferskog olova. Najveća koncentracija olova u vazduhu su nađene u blizini topionica metala, fabrika akumulatora, štamparija.

4 U urbanim sredinama sadržaj olova je oko 1 do 5 μg/m 3. Ovaj sadržaj je direktno zavistan od veličine grada, tako da u većim gradovima ova vrednost može da dostigne i po nekoliko desetina μg/m 3. Takođe, utvrđeno je da je koncentracija olova u vazduhu urbanih sredina veća u toku dana, nego u toku noći, što je uslovljeno intenzitetom automobilskog saobraćaja. Sadržaj olova u krvi čoveka je u proseku oko 0.25 ppm. Olovo uneto u organizam tokom dužeg vremena se akumulira vezujući se za koštani sistem čoveka. Tako vezano ne šteti neposredno organizmu. Međutim, pri poremećaju metabolizma kalcijuma, može doći do njegovog oslobađanja i akutnog trovanja organizma.

5 Azbest u vazduhu Azbest je mineral u obliku vlakana po sastavu kristal silikata. Najčešće se pojavljuje hidratisani magnezijum-silikat. Dobija se iz rude azbesta, pa je i glavna emisija ovog polutanta iz procesa dobijanja rude i sušenja. Takođe, izvori čestica azbesta u vazduhu su različiti industrijski procesi, kočioni sistemi automobila, habanje azbesta kod građevinskih radova i dr. Manje čestice azbestnih vlakana (od nekoliko desetina nm) veoma su stabilne i mogu dugo da se zadrže u vazduhu, a putem respiratornog sistema ulaze u pluća, gde se zadržavaju.

6 Koncentracije azbestnih čestica u vazduhu u neurbanim područjima manje su od 1 μg/m 3, dok se sadržaj u urbanim područjima kreće i do 30 μg/m 3. Azbestne čestice su poznate kao veoma opasne ako se unose u organizam, bilo da se unose putem respiratornog sistema bilo sa hranom i vodom. Tkivo očvrsne u prisustvu čestice azbesta izazivajući bolest, koja se najčešće završava kancerom pluća ili nekog drugog organa. Latentni period od pojave azbestoze do pojave raka pluća je 20 do 40 godina.

7 Ozon u troposferi Ozon predstavlja alotropsku modifikaciju kiseonika. Lako se raspada i predstavlja snažno oksidaciono sredstvo. Koncentracija troposferskog ozona u urbanim područjima je ispod 1 ppm (u stratosferi ga ima oko 0.02 do 0.3 ppm). 10% od ukupne količine ozona Zemljine atmosfere se nalazi u troposferi. Pošto je za nastanak ozona potrebna Sunčeva svetlost, njegova koncentracija fluktuira u zavisnosti od god. doba i doba dana (veće koncentracije su leti i popodne).

8 Troposferski ozon oštećuje materijale (automobilske gume, celuloza u tekstilnim vlaknima, boje). Oštećuje vegetaciju, tako da se neke osetljive biljke i korste kao biološki indikatori stepena aerozagađenja ozonom. Ozon toksično deluje na respiratorni sistem čoveka, smanjujući kapacitet i funkciju pluća.

9 Isparljiva organska jedinjenja (IOJ) (Volatile Organic Compounds, engl. - VOC) Sa stanovišta aerozagađenja, isparljiva organska jedinjenja podrazumevaju organska jedinjenja koja se javljaju u gasovitom obliku u vazduhu urbanih sredina. To su jedinjenja koja u svom molekulu imaju do 12 C atoma. U ovu grupu spadaju aldehidi, ketoni i različiti ugljovodonici. Prema načinu vezivanja C atoma dele se na: Aciklična organska jedinjenja Alkani (parafini) Alkeni Alkini Ciklična organska jedinjenja Aliciklični Aromatični

10 Najčešći VOC je metan. Svi ostali VOC se često nazivaju nemetanski VOC. Njegova koncentracija u vazduhu je 10 do 15 puta veća od ostalih VOC. Globalna emisija metana je oko 500 miliona t/god (360 miliona je antropogena emisija, a 140 miliona je prirodna emisija).

11 Osnovni izvor metana su biogeni procesi u tlu. Antropogeni emiteri: Motorna vozila 50% Industrijski procesi 15% Isparavanje rastvarača 10% Izgaranje fosilnih goriva, šumski požari, požari smetlišta. Motorna vozila su glavni emiter VOC (u svetu ima oko 400 miliona automobila). Količina emitovanih VOC zavisi od konstrukcije motora, njegovog rada i od vrste goriva koje se koristi. Tako su benzinski motori veći emiteri od dizel motora. VOC u koncentracijama u kojima se obično pojavljuju u vazduhu nemaju direktno toksični uticaj na ljude i životinje. Oni dovode do nastanka fotohemijskih oksidanata, koji su toksični.

12 Smog Otrovna smeša dima (smoke) i magle (fog) Da bi došlo do njegovog nastanka potrebni su specifični geografski i meteorološki uslovi: Emitovanje komponenti smoga i/ili njihovih prekursora Toplota i Sunčeva svetlost za iniciranje hemijske reakcije Ograničena pokretljivost vazdušnih masa (TEMPERATURNA INVERZIJA) Topao vazduh se kreće naviše, hladan naniže Polutanti se distribuiraju podizanjem toplog vazduha naviše Ukoliko se kretanje sloja hladnijeg vazduha spreči toplijim vazduhom, dolazi do temperaturne inverzije Polutanti se akumuliraju u nižim slojevima Termalna inverzija se često javlja u udolinama, kotlinama, kanjonima, ulicama sa visokim zgradama Los Angeles kao primer

13 Temperaturna inverzija Uticaj topografije na nastanak polutanata u kotlini Uticaj topografije na nastanak polutanata u Los Anđelesu Efekat uličnog kanjona na nastanak polutanata u gradu

14 Los Angeles snimljen pod smogom (gore) i snimljen kada nije bilo smoga (dole) Izmaglica se javila zbog prisustva aerosola i čestica Dve vrste smoga: Industrijski Fotohemijski Slika preuzeta iz:

15 Smog Industrijski smog Fotohemijski smog

16 Industrijski smog Nastaje prilikom sagorevanja goriva. Proizvodi sagorevanja sadrže čestice sa adsorbovanim SO 2 SO 2 je glavni ingredijent industrijskog smoga Doprinosi stvaranju aerosola U kapi aerosola odvijaju se reakcije: 2 SO 2 (g) + O 2 (g) SO 3 (g) + H 2 O (l) 2 SO 3 (g) H 2 SO 4 (aq) Sumporna kiselina je korozivna i napada bronhijalne delove organizma. Posebno je značajno za ljude sa astmom.

17 Uticaji fotohemijskog smoga Prouzrokuje glavobolje, iritacije oka, nosa i grla, ometa funkciju pluća, kašalj. Oštećuje gumu, tekstilna vlakna, boju. Oštećuje vegetaciju.

18 List duvana nakon izlaganja ozonu (pojava hloroze-žutih mrlja). List krompira nakon List krompira nakon izlaganja peroksiacetilnitratu (pojava bronzane boje).

19 Kako nastaje fotohemijski smog? Četiri uslova za nastanak: Sunčeva svetlost Temperature veće od 18 C. Prisustvo azotovih oksida (NO x ). Prisustvo isparljivih organskih jedinjenja (VOC). NO 2 + VOC peroksiacetilnitrat (PAN)

20 Izvori isparljivih organskih jedinjenja (VOC) Industrijski izvori Prirodni izvori Drvenaste bilje * Ne emituje svo drveće VOC. * VOC koje emituje drveće: izopreni i monoterpeni. * Odgovorni za pojavu plavičaste izmaglice oko pošumljenih oblasti tokom sunčanih dana.

21 NO 2 + VOC peroksiacetilnitrat (PAN) NO 2 određuje brzinu reakcije. Skoro sav NO 2 je antropogenog porekla.

22 Primarni & Sekundarni polutanti Primarni polutanti: direktno emitovani polutanti iz nekog izvora U slučaju industrijskog smoga, SO 2 je primarni polutant U kapljicama aerosola: 2 SO 2 (g) + O 2 (g) SO 3 (g) + H 2 O (l) 2 SO 3 (g) H 2 SO 4 (aq) Sekundarni polutanti: polutanti koji su nastali naknadnim hemijskim reakcijama iz primarno emitovanih polutanata. U navedenom primeru, sumpor trioksid i sumporna kiselina su sekundarni polutanti.

23 Fotohemijski smog Primarni polutanti azot oksid (NO) i gasoviti ugljovodonici reaguju u prisustvu svetlosti, kiseonika i vodene pare, stvarajući posebnu izmaglicu koju čine nastali sekundarni polutanti. Gornja slika vedar aprilski dan Donja slika maglovit avgustovski dan.

24 Fotohemijski smog Distribucija atmosferskih komponenti koje čine fotohemijski smog

25 Dan započinje stvaranjem azot oksida. Pri sagorevanju goriva dolazi do njegovog. N 2 (g) + O 2 (g) 2 NO (g)

26 Nastali azot oksid reaguje sa atmosferskim kiseonikom pri čemu nastaje azot dioksid. Koncentracija azot dioksida se uvećava kasnije od azot monoksida. 2 NO (g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g)

27 NO i NO 2 Azot oksid (NO) i azot dioksid (NO 2 ) su slobodni radikali. Sadrže nespareni elektron. Nespareni elektron ih čini reaktivnim.

28 Ciklus kada je u vazduhu prisutan samo azot oksid Sunčeva radijacija NO 2 NO + O + O 2 NO 2 + O 2 NO + O 3 Azot-dioksid apsorbuje Sunčevu svetlost, koja obezbeđuje dovoljno energije za razlaganje molekula azot-dioksida, pri čemu se stvara atom kiseonika.

29 Koncentracija ozona (oksidanta) se ne povećava sve dok se veći deo NO ne konvertuje u NO 2. Ovo je zbog sledeće konkurentske hemijske reakcije koja se odvija u atmosferi: NO O 3 NO 2 O2 U ciklusu kada je u vazduhu prisutan samo azot oksida ne dolazi do porasta koncentracije ozona, jer su reakcije ciklične!

30 Fotohemijski smog Na fotolitički ciklus veoma utiču isparljiva organska jedinjenja (VOC). Ova jedinjenja odgovaraju krivoj označenoj kao Non-methane hydrocarbons. Odakle potiču VOC? Antropogeni izvori Pumpe za gas Naftonosna polja, ugljenokopi Prirodni izvori Drveće, biljke Većina reaktivnih VOC sadrži dvostruke veze Setiti se benzena, toluena, ksilena.

31 Ciklus kada su u vazduhu prisutni i VOC Kada su u vazduhu prosutni VOC, azot oksid reaguje sa njima umesto sa ozonom. Usled te reakcije dolazi do stvaranja reaktivnih i štetnih jedinjenja kao što je peroksiacetil nitrat (PAN). Takođe, nastaju i mnogobrojni štetni aldehidi i ketoni u reakciji VOC sa atomskim kiseonikom. I na kraju, pošto je azot oksid iskoruišćen na opisani način, ozon se ne troši u reakciji sa njim, već se akumulira u troposferi. Sunčeva radijacija NO 2 NO + O + + aldehidi, ketoni VOC PAN O 2 O 3

32 Standardi kvaliteta vazduha Najčešće korišćeni standardi za kontrolu kvaliteta vazduha su standardi postavljeni od strane Svetske zdravstvene organizacije (World Health Organization -WHO), evropske unije (EU) i Američke agencije za zaštitu životne sredine (Environmental Protection Agency - U.S. EPA). Šest najvažnijih i najčešćih atmosferskih polutanata, za koje su dati standardi su: 1) Ugljen-monoksid. Karakteristike: otrovan gas bez mirisa, ukusa i boje. Zdravstveni efekti: glavobolja, vrtoglavica, slabost, gubitak muskularne kontrole, povećan a zatim smanjen puls, kolaps ili nesvestica. 2) Olovo. Karakteristike: plavičasto bela, srebrnasto siva supstanca; čestice olova liče na prašinu. Zdravstveni efekti: smanjena fizička kondicija, poremećaj sna, glavobolja, bolovi u kostima i mišićima, bolovi u abdo menu i smanjen apetit. Izlaganje visokim koncentracijama može izazvati oštećenje nervnog sistema, napade, komu i smrt.

33 3) Azot-dioksid. Karakteristike: otrovan, crveno-braon gas sa iritirajućim mirisom. Zdravstveni efekti: iritacija nosa i grla, kašalj, gušenje, glavo bolja, bolovi u stomaku i grudima, bronhitis, pneumonija. 4) Ozon. Karakteristike: eksplozivni gas, plavičaste boje, prijatnog mirisa pri koncentracijama manjim od 2 ppm. Zdravstveni efekti: kašalj, osećaj nelagodnosti u grudima, smanjena pulmonarna funkcija i iritacija oka. 5) Sumpor-dioksid. Karakteristike: bezbojan gas sa jakim mirisom. Zdravstveni efekti: iritacija grla i pluća, akumulacija tečnosti u grlu i plućima. 6) Čestice PM10. Karakteristike: široka klasa hemijski i fizički raznolikih supstanci, koje postoje kao čestice sa dijametrom manjim ili jednakim 10 μm Zdravstveni efekti: inhalacija čestice dovodi do raznih hroničnih ili akutnih respiratornih oboljenja. Čestice PM2.5. Karakteristike: široka klasa hemijski i fizički raznolikih supstanci, koje postoje kao čestice sa dijametrom manjim ili jednakim 2,5 μm. Zdravstveni efekti: inhalacija čestica dovodi do raznih hroničnih ili akutnih respiratornih oboljenja.

34 MDK zagađujućih supstanci atmosfere Za svaku supstancu koja zagađuje atmosferski vazduh definišu se dva normativa: Jednokratna maksimalna dozvoljena koncentracija supstanci (MDKj) predstavlja koncentraciju (mg/m 3 ) koja udisanjem u toku 30 minuta ne sme izazvati peflektorne (uključujući subsenzorne) reakcije u organizmu čoveka. Srednje dnevna maksimalno dozvoljena koncentracija (MDKsd) supstanci predstavlja koncentraciju /mg/m 3 ) koja ne sme ispoljavati na čoveka neposredno ili posredno dejstvo pri neodređeno dugom udisanju (nekoliko godina).

35 IMISIJA predstavlja koncentraciju zagađivača u prizemnom sloju atmosfere u kojem se nalaze živa bića. EMISIJA podrazumeva koncentraciju zagađivača koju ispuštaju izvori zagađenja (pogoni, motori). Za određivanje imisije uzorkuje vazduh na određenim mestima u prizemnom sloju atmosfere, a za merenje emisije gasovi iz dimnjaka, izduvnih cevi itd. Pri određivanju imisije vazduh se može uzorkovati na otvorenom i zatvorenom prostoru (sobe, kancelarije, učionice, č pogoni, radionice). Granična vrednost imisije (GVI) je najviši dozvoljeni nivo koncentracije zagađujućih materija u vazduhu.

36 GVI za neorganske materije u μg/m 3 (Sl. glasnik RS 54/92) Zagađujuća supstanca Nenastanjena i rekreativna područja Vreme uzorkovanja Nastanjena područja Vreme uzorkovanja 24 časa 1 čas 24 časa 1 čas Sumpor dioksid Čađ Suspendovane čestice Azot dioksid Troposferski ozon Ugljen dioksid

37 Informacije o kvalitetu vazduha daje: Republički hidrometeorološki zavod Srbije Pregled stanja kvaliteta vazduha u Beogradu za Stanica SO2 (μg/m3) Dim (μg/m3) NO2 (μg/m3) Karađorđev park RHMZ Košutnjak Ul. Čarli Čaplina Granična vrednost imisije