Aero zagađivači I Petnaesto predavanje

Aero zagađivači I Petnaesto predavanje

Ključni termini predavanja Čestice u vazduhu. Oksidi sumpora u vazduhu. Oksidi ugljenika u vazduhu. Oksidi azota u vazduhu.

Čestice u vazduhu (Particular matter PM) predstavljaju svaku dispergovanu supstancu (tečnu ili čvrstu), čija se veličina kreće od molekulskih dimenzija (0.1 nm) do 0.5 mm. Prema veličini čestice se dele na ČESTICE U SUSPENZIJI AEROSOL 10μm TALOŽNE ČESTICE

Od veličine čestica zavisi njihova ulogu u vazduhu Ejtkenove (Aitken) čestice, prečnika manjeg od 0.1 μm, predstavljaju kondenzacione nukleuse za kišu ili maglu. Čestice magle, prečnika 0.4 0.8 μm, ometaju prolaženje svetla kroz atmosferu. Čestice aerosola, prečnika do 10 μm. Sedimentna prašina, prečnika od 10 μm.

Prirodni izvori su vulkani, peščane oluje, morski sprej. Antropogeni izvori su sagorevanje fosilnih goriva. Čestično zagađenje podrazumeva: a) čestice prečnika između 2.5 i 10 μm, b) fine čestice čiji je prečnik manji od 2.5 μm.

Koliko je veliko čestično zagađenje? PM 2.5 Dlaka prečnika ~ 70 μm <2.5 μm u prečniku PM 10 <10 μm u prečniku Zrno peska oko 90 μm u prečniku

Brzina taloženja čestica zavisi od: Večine čestica, Gustine čestica, Otpora vazduha. Što je čestica manja i lakša, duže će ostati u vazduhu. Veće čestice (veće od 10 μm) nastoje da se natalože na zemlju usled gravitacionog delovanja u roku od nekoliko sati, dok najmanje čestice (manje od 1 μm) mogu da ostanu u atmosferi nedeljama, i uglavnom se uklanjaju iz atmoisfere padavinama.

Uticaj čestica na Sunčevu radijaciju Čestice smanjuju intenzitet Sunčeve radijacije koja doseže do tla jer: rasipaju Sunčeve zrake u zrake različitih talasnih dužina (zavisno od veličine čestica), adsorbuju deo Sunčeve radijacije, Gradska područja primaju za 20% manje Sunčeve energije od vangradskih područja. Zagađenje aerosolom iznad severne Indije i Bangladeša - Foto: NASA

Uticaj čestica na vidljivost Kada u vazduhu nisu prisutne čestice, vidljivost se kreće 100-300 km. Razlog smanjenja vidljivosti je rasipanje svetlosti na česticama (0.1 μm 1 μm).

Uticaj čestica na materijale Vrše mehanički i hemijski uticaj. Hemijsku razgradnju materijala vrše tako što predstavljaju nukleuse za gasove ili jake kiseline koje sa sobom nose. Izazivaju koroziju metala. Razaraju građevinske materijale.

Uticaj čestica na vegetaciju Deluju kao fitotoksikanti. Čestice se talože na listu, cvetu ili granama, tako da nastala skrama na listu ne propušta Sunčevu svetlost, neophodnu za rast i fotosintezu. Posebno je štetna cementna prašina pri većoj vlažnosti vazduha.

Uticaj čestica na ljude Veličina čestica određuje gde će se u respiratornom sistemu čestica zaustaviti nakon inhalacije. Veće čestice se filtriraju u nosu i grlu i ne uzrokuju probleme, ali čestice manje od 10 μm (PM 10 ) se mogu taložiti u bronhijama i plućima i prouzrokuju probleme. Čestice veličine manje od 2.5 μm (PM 2.5 ) prodiru u pluća, a čestice manje od 100 nm mogu da utiču i na druge organe. One dovode do pojave plaka u arterijama prouzrokujući arterosklerozu očvršćavanje arterija koje redukuje njihovu elastičnost, što dovodi do raznih kardiovaskularnih oboljenja. Čestice manje od 100 nm mogu da prođu kroz ćelijske membrane.

Nacionalni standardi kvaliteta vazduha (The National Ambient Air Quality Standards NAAQS) su standardi koje je postavila Američka agencija za zaštitu životne sredine (the United States Environmental Protection Agency). Ovi standardi se odnose na spoljašnji vazduh i obuhvataju primarne i sekundarne standarde. Primarni standardi su postavljeni da bi se zaštitilo zdravlje ljudi, uključujući i zdravlje "osetljivog dela populacije" kao što su astmatičari, deca i stariji. Sekundarni standardi su postaljeni da bi zaštitili životinje, vegetaciju, objekte. Prilikom prekoračenja primarnog standarda, javlja se zdravstveni rizik, dok pri prekoračenju vrednosti sekundarnih standarda dolazi do oštećenja vegetacije, useva, drveća, ali i građevinskih objekata.

Polutant: PM 10 Vrsta standarda: primarni i sekundarni Standard: 150 μg/m³ Vreme: 24 časovni period Polutant: PM 2.5 Vrsta standarda: primarni i sekundarni Standard: 35 μg/m³ Vreme: 24 časovni period

Najzagađeniji gradovi sveta u pogledu čestičnog zagađenja Čestična materija, μg/m 3 (2004) Grad 169 Cairo, Egypt 161 Beijing, China 150 Delhi, India 128 Kolkata, India (Calcutta) 125 Taiyuan, China 123 Chongqing, China 109 Kanpur, India 109 Lucknow, India 104 Jakarta, Indonesia

Oksidi sumpora (SO x ) Sumpor-dioksid (SO 2 ) i sumpor-trioksid (SO 3 ). Lako se rastvaraju u vodi. Kao aerozagađivači, pored ovih oksida važne su i kiseline: sumporna (H 2 SO 4 ) i sumporasta (H 2 SO 3 ), kao i soli ovih kiselina. Prirodni procesi emituju jedinjenja sumpora u vazduh uglavnom u formi sumpor-vodonika. Antropogeni procesi izgaranje fosilnih goriva oslobađaju okside sumpora.

Savremeni globalni ciklus sumpora. Savremeni ciklus sumpora se razlikuje od preindustrijskog zbog velikog unosa antropogenog sumpora. Antropogeni sumpor se emituje u atmosferu u formi sumpor-dioksida, koji nastaje sagorevanjem fosilnih goriva

Biološkim raspadanjem u okeanima i na kopnu stvara se sumpor-vodonik, koji se brzo oksiduje do sumpor-dioksida u prikazanom trostepenom procesu. Zapaziti da su hidroksilni radikali odgovorni za iniciranje transformacije iz sumpor-vodonika u sumpor-dioksid.

Respiratorni efekti Gasovitog SO 2 Visoke koncentracije SO 2 u vazduhu mogu da prouzrokuju privremene smetnje disanja kod ljudi sa astmom. Duže izlaganje visokim nivoima SO 2 gasa i česticama mogu prouzrokovati respiratorna oboljenja, kao i srčana oboljenja. Sulfatnih čestica SO 2 reaguje sa drugim supstancama u vazduhu pri čemu se stvaraju male sulfatne čestice. Ukoliko se one udišu, one se skupljaju u plućima što dovodi do respiratornih oboljenja.

Smanjenje vidljivosti Izmaglica se javlja kada se svetlost rasejava ili absorbuje česticama i gasovima u vazduhu. Sulfatne čestice predstavljaju glavni uzrok Sulfatne čestice predstavljaju glavni uzrok smanjene vidljivosti u urbanim centrima.

Kisele kiše SO 2 i azotovi oksidi reaguju sa drugim supstancama u vazduhu i stvaraju kiseline, koje padaju na zemlju u vidu kiše, snega, ili suvih čestica. Čestice se mogu razneti vetrom i po nekoliko stotina km.

Oštećenje biljaka i vode Kisela kiša oštećuje šume i useve, menja uslove u zemljištu, i čini reka i jezera kiselim i nepogodnim za ribe. Produženo izlaganje tokom dužeg vremenskog perioda menja biodiverzitet u ekosistemu.

Uticaj na materijale Korozija metala (kada je vlažnost vazduha iznad 70%) Oštećenje građevinskih materijala (cigla, crep, zidovi,...)

NAAQS - EPA Polutant: SO 2 Vrsta standarda: primarni Standard: 365 μg/m³ (0.14 ppm) Vreme: 24 časovni period Polutant: SO 2 Vrsta standarda: primarni Standard: 80 μg/m³ (0.03 ppm) Vreme: godišnji period Polutant: SO 2 Vrsta standarda: sekundarni Standard: 1300 μg/m³ (0.5 ppm) Vreme: 3 časovni period

Toksični uticaj oksida sumpora 1-2 ppm SO 2 osećaju samo osetljive osobe Oko 5 ppm SO 2 osećaju skoro svi ljudi 5-10 ppm SO 2 stvara bronhijalne probleme Značajno iritirajuće delovanje nastaje usled interakcije SO 2 i Vode (stvara se sumporna kiselina) Čestica (SINERGIČAN EFEKAT)

Ugljen-monoksid (CO) CO je gas bez boje, mirisa i ukusa. Nešto je lakši od vazduha, zapaljiv je i gori svetloplavim plamenom. Nastaje prilikom nepotpunog sagorevanja fosilnih goriva u energetskim postrojenjima, automobilima, domaćinstvima i industrijskim procesima. Sagorevanje goriva 6% Ostalo 12% Izvori CO Industrijski procesi 4% Vozila i motori van saobraćajnica 22% Prirodni izvori: alge u okeanima, morima i jezerima. Motorna vozila su najveći CO emiteri (75% od ukupnog emitovanog CO). Vozila na saobraćajnicama 56%

Sadržaj CO u različitim uzorcima vazduha 0.1 ppm prirodni nivo u atmosferi 0.5 to 5 ppm prirodni nivo u domaćinstvima 5 to 15 ppm nivo pored plinskog šporeta 100-200 ppm centralna oblast u Mexico City 5 000 ppm dimnjak domaćinstva 7 000 ppm izduvni gas automobila bez katalitičkog konvertora 30 000 ppm cigaretni dim

Toksični uticaj CO Toksične osobine CO se zasnivaju na njegovoj reakciji sa hemoglobinom, pri čemu nastaje karboksihemoglobin. Prilikom udisanja nezagađenog vazduha, kiseonik iz vazduha se vezuje za molekule koji se zovu hemoglobin (Hb) i koji se nalaze u eritrocitima. Na taj način kiseonik može krvnim sistemom da se prenosi u svaki deo tela. Kada kiseonik/hemoglobin kompleks stigne do mišića, oslobađa se kiseonik. Tako Hb može stalno da vrši prenos kiseonika.

CO reaguje slično kao i kiseonik sa Hb. Međutim, afinitet vezivanja Hb za CO je 200 puta veći od afiniteta prema kiseoniku. To znači, da će i male količine CO u vazduhu drastično smanjiti raspoloživost Hb za reakciju sa kiseonikom Hb je blokiran ugljen-monoksidom. Kada se Co veže za Hb, nastaje jedinjenje karboksihemoglobin (COHb). a) 0.02% CO u vazduhu uzrokuje glavobolju, b) 0.1% CO uzrokuje nesvesticu, c) Kod pušača oko 20% vezivnih mesta Hb je blokirano ugljen-monoksidom.

Uticaj na kardiovaskularni sistem Ljudi koji već imaju smetnje u kardiovaskularnom sistemu podložni su toksičnom uticaju CO i pri niskim koncentracijama CO. Uticaj na centralno-nervni sistem Čak i na zdrave ljude može da utiče povišeni nivo CO. Javljaju se problemi sa vidom, smanjena sposobnost rada. Ekstremno visoki nivoi uzrokuju trovanje i smrt. Uticaj na respiratorni sistem CO doprinosi nastanku smoga (troposferskog ozona), koji uzrokuje ozbiljne respiratorne probleme.

NAAQS EPA Polutant: CO Vrsta standarda: primarni Standard: 40 mg/m³ (35 ppm) Vreme: 1 časovni period Polutant: CO Vrsta standarda: primarni Standard: 10 mg/m³ (9 ppm) Vreme: 8 časovni period

Oksidi azota (NO x ) NO x je generički naziv za monoazotne okside: NO i NO 2 (azot-monoksid i azot-dioksid). Mnogi azotovi oksidi su bezbojni, ali NO 2 zajedno sa česticama u vazduhu daje crvenkasto-braon sloj iznad urbanih oblasti. Glavni izvori azota u vazduhu su prirodni izvori, pre svega aktivnosti nekih bakterija. Procenjuje se da je njegova globalna emisija oko 450 10 6 t/god. Oksidi azota iz prirodnih izvora ravnomerno su raspoređeni u atmosferi.

Antropogeni izvori oksida azota su motorna vozila, energetska postrojenja, sagorevanje goriva u industriji i domaćinstvima. Nastaje kao rezultat sagorevanja na visokim temperaturama. Procenjuje se da je antropogena globalna emisija oko 45 10 6 t/god. Iako emisija oksida azota antropogenog porekla čini samo oko 1/10 ukupne emisije, ona značajno utiče na kvalitet vazduha urbanih i industrijskih područja. Koncentracija oksida azota u urbanim i industrijskim zonama je značajno uvećana (čak 10 do 100 puta) od prosečne vrednosti u neurbanim područjima. Energetska postrojenja 22% Energetska postrojenja 22% Motorna vozila 55% Motorna vozila 55%

Uticaj NOx na zdravlje i prirodu 1) Troposferski ozon (smog) nastaje kada reaguju NOx i isparljiva organska jedinjenja (VOCs) u prisustvu sunčeve svetlosti. Deca, osobe sa respiratornim smetnjama (npr. astma), kao i ljudi koji rade u spoljašnjoj sredini podložni su oštećenju plućai smanjenju funkcija pluća. Ozon se transportuje vazdušnim strujama tako da može da prouzrokuje oboljenja ljudi daleko od njegovog izvora. Ozon takođe oštećuje i vegetaciju i redukuje prinos useva. 2) Kisele kiše - NOx i sumpor-dioksid reaguju sa drugim supstancama u vazduhu stvarajući kiseline koje padaju na zemlju u vidu kiše, magle, snega ili suvih čestica.

3) Čestice - NOx reaguje sa amonijakom, vlagom i drugim jedinjenjima kada se stvara azotna kiselina i odgovarajuće čestice. 4) Poremećaj kvaliteta vode Povećanje unosa azota u vodena tela, remeti hemijsku ravnotežu nutrijenata koje koriste akvatični organizmi. Proces eutrofikacije je ubrzan, što dovodi do smanjenja koncentracije kiseonika. 5) Izmena klime Jedan gas iz grupe NOx, azot suboksid ili N 2 O, 5) Izmena klime Jedan gas iz grupe NOx, azot suboksid ili N 2 O, je gas staklenika. On se akumulira u atmosferi zajedno sa drugim gasovima staklenika uzorkujući postepeni porast temperature na Zemlji.

6)Toksične hemikalije U vazduhu, NOx reaguje sa organskim hemikalijama i ozonom, tako da stvara različite toksične proizvode, pri čemu neki od njih mogu prouzrokovati biološke mutacije. 7) Smanjenje vidljivosti Čestice nitrata i azot-dioksid mogu da blokiraju propuštanje svetlosti kroz vazduh urbanih područja.

NAAQS EPA Polutant: NO x Vrsta standarda: primarni i sekundarni Standard: 100 μg/m³ (0.053 ppm) Vreme: 8 časovni period