predavanje - 4. poglavlje

Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 4 (Utjecaji emisije u atmosferu) List: 1

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

EMISIJA U ATMOSFERU I NJENI UTJECAJI � Izvori emisija u atmosferu zbog ljudskih aktivnosti:

- stacionarni (energetska i industrijska postrojenja),

- pokretni (automobili, brodovi), - fugativni ( razna propuštanja iz pumpi, ventila, brtvenica, cjevovoda i dr.).

� Glavni onečiščivaći (polutanti) atmosfere su:

- sumporni oksidi (SOx), - dušični oksidi (NOx), - ugljični oksidi (CO, CO2), - čestice, - ostali polutanti:

• ozon (O3), • olovo (Pb), • živa (Hg), • isparljivi organski sastojci (VOC).


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

SUMPORNI OKSIDI

• > 90 % S iz goriva emitira se u obliku SO2. Dio SO2 se u atmosferi, pod utjecajem raznih kemijskih i fotokemijskih reakcija, transformira u sulfate (SO4).

• < 10% S iz goriva emitira se u obliku SO3, koji u kontaktu s H20 prelaze u sulfate (SO4).

Dozvoljena koncentracija štetnih sastojaka u atmosferi (imisijska koncentracija) propisana ja zakonskom regulativom temeljem saznanja o njihovoj štetnosti. Za SO2 važi: • Stroga granična vrijednost - dugotrajna (SGVZd)

60 µµµµg/m3 • Stroga granična vrijednost - kratkotrajna (SGVZk)

150 µµµµg/m3 • Tolerantna gornja vrijednost - dugotrajna (GVZd)

110 µµµµg/m3 • Tolerantna gornja vrijednost - kratkotrajna (GVZk)

300 µµµµg/m3

Ovisno o vrsti goriva, načinu izgaranja i kapacitetu ložišta, dozvoljena emisija SO2 (mg/m3) s izlaznim dimnim plinovima ograničena je zakonskom regulativom.


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Sumpor (IV) oksid - sumporni dioksid (SO2): - otrovan jer vrlo štetno djeluje na ljudske dišne organe - u atmosferi reagira s ozonom, vodikovim peroksidom, vodenom parom, stvarajući sulfatnu (sumpornu) kiselinu (H2SO4) - glavni je uzročnik nastajanja tzv. kiselih kiša - relativno se kratko vrijeme zadržava u atmosferi (nekoliko dana). Emisija SO2 u atmosferu, kao posljedica ljudskih aktivnosti (antropogena emisija), progresivno raste te je posljednjih 50 godina prešla količinu emitiranu iz prirodnih izvora (vulkana).

• Djelovanje SO2 ovisno o koncentraciji u atmosferi: Osnovna koncentracija u atmosferi

0,0002 - 0,0004 ppm

Koncentracija u zraku iznad ne-industrijskoga grada

0,01 ppm

Astmatičari počinju osjećati dišne probleme

0,5 ppm

Započinje se osjećati miris

0,5-1,0 ppm

Dolazi do pojave bronhijalnih grčeva (nejednoliko disanje)

1,0 ppm ( tijekom 1 sata)

Poremećaj funkcije pluća

5,0 ppm (tijekom 8 sati na dan)

Trajno oštećenje pluća

20,0 ppm


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

DUŠIČNI OKSIDI Dušični oksidi (NOx): • dušik (II)-oksid (NO) • dušik (IV)-oksid) (NO2)

NO nastaje izgaranjem svih vrsta fosilnih goriva, a njegova količina ovisi o: - pretičku zraka za izgaranje, - sadržaju N u gorivu, - temperaturi plamena tijekom izgaranja. NO u atmosferi vrlo brzo oksidira u NO2 pod djelovanjem fotokemijskih efekata i sunčevih zraka uz prisutnost raznih organskih spojeva u zraku. � Štetno djelovanje NO2: - ljudsko zdravlje (djelovanje na dišne organe),

- djelovanje na nastajanje kiselih kiša, - utjecaj na količinu ozona u stratosferi, - stvaranje ozona u prizemnome dijelu atmosfere (u troposferi).


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

� Pod djelovanjem UV sunčevih zraka, dušični oksidi, u kombinaciji sa nekim drugim molekulama (kao klorfluorugljik), djeluju katalitički na proces razgradnje ozona u stratosferi. (Ozon u stratosferi štiti Zemlju od prevelikoga ultraljubičastog zračenja iz Sunca).

� Ozon u nižim slojevima atmosfere (troposferi) nastaje spajanjem molekule i atoma kisika. Atom kisika ne nastaje disocijacijom O2 pod djelovanjem

UV zraka Sunca, već raspadom molekula NO2 pod djelovanjem sunčevih zraka veće valne dužine. � Ozon u troposferi (prizemni ozon) štetan je jer uzrokuje

smog, poremećaj rada dišnih organa i štetno djeluje na biljni svijet,

Granične koncentracije NO2 u okolnome zraku: • dozvoljena gornja vrijednost - dugotrajna (GVZd)

- 80µµµµg/m3 • dozvoljena gornja vrijednost - kratkotrajna (GVZk)

- 300µµµµg/m3 Dozvoljena emisija NOx iz energetskih objekata (ložišta) ovisi o vrsti goriva i kapacitetu ložišta, a propisana je zakonskom regulativom o dozvoljenim emisijama u okolinu. • Utjecaji ljudskih aktivnosti u ukupnoj emisiji NOX:

Izgaranje fosilnih goriva 50 do 55 % Otplinjavanje obradivih površina 25 do 30 % Izgaranje biomase 15 do 20 % Zračni transport 1 do 1,5 %


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

UGLJIČNI OKSIDI

• Ugljik (II)-oksid (CO):

- Posljedica procesa nepotpuna izgaranja goriva. - Ovisi o : vrsti goriva, pripremi goriva za izgaranje, načinu izgaranja (vrsti ložišta), podešenosti ureñaja za izgaranje. - Ovisno o vrsti goriva, načinu izgaranja i kapacitetu ložišta, dozvoljena emisija CO (mg/m3) u izlaznim dimnim plinovima ograničena je zakonskom regulativom.

• Ugljik (IV)-oksid (CO2):

- Neizbježni produkt izgaranja fosilnih goriva. - Ne spada u klasične uzročnike onečišćenja okoliša. - Uzročnik efekta staklenika (globalnoga zatopljenja). - Protokolom svjetske konferencije u Kyotu uvedeno je ograničenje emisije CO2 iz umjetnih izvora na razini

pojedinih država.


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

ČESTICE

Oblik onečišćenja atmosfere, koji se svrstava pod zajedničko ime "čestice", čini približno 5 % mase svih onečišćenja. Na količinu, veličinu i sastav emitiranih čestica utječu: • vrsta goriva, • konstrukcija ložišta, • pogonski uvjeti, • učinkovitost ureñaja za odstranjivanje čestica (filtera).

Sastojci neizgorenih čestica ugljena: • ugljik, • spojevi silicija, aluminija, željeza, • mogući tragovi klora i žive.

Sastojci neizgorenih čestica loživih ulja: • ugljik, • spojevi silicija, aluminija, natrija,

metali (vanadij, željezo, bakar, nikal,)

- Veličina čestica može biti od 0,005 do oko 100 mikrona (µm). - Veće čestice imaju manji utjecaj na ljudsko zdravlje jer se one relativno brzo talože. - Čestice promjera manjega od 2,5 µm postaju opasne za ljudsko zdravlje jer se znatno duže zadržavaju u atmosferi.


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

OSTALI UZROCI ONEČIŠĆENJA ATMOSFERE � OZON (O3)

U troposferi nastaje pod djelovanjem sunčevih zraka

(ultraljubičastih) i dušičih oksida (NO2) te radikala

ugljikovodika ili nekog drugog organskoga spoja.

(Radikali R su atomi ili grupe atoma koji su kemijski važni sastojci molekule, te daju molekuli reaktivna svojstva).

• Neki ljudi osjete djelovanje ozona već pri koncentraciji od samo 0.001 ppm.

• Pri koncentraciji 0,05 do 0,1 ppm dolazi do nadraživanja očiju kao i smanjenja oštrine vidljivosti.

• Pri koncentracijama manjim od 1 ppm nastaju smetnje pri disanju i plućni problemi.

• Dozvoljena koncentracija ozona u industrijskim uvjetima izloženosti, tijekom 8 sati, je 0,05 ppm.

• Relativno visoka koncentracija ozona je u kabinama aviona loji lete na visinama iznad 10.000 m.

• Na visinama iznad 25.000 m, koncentracija ozona iznosi preko 10 ppm, što je smrtonosno čak i za vrlo kratkotrajno izlaganje.

• Ozon je u nižim slojevima atmosfere (troposferi) štetan, ali je u višim slojevima (stratosferi) koristan jer djeluje kao zaštita od direktnoga ultraljubičastog zračenja Sunca.

• Problem nastaje kada se zbog ljudskih aktivnosti koncentracija ozona u stratosferi smanjuje uslijed katalitičkoga djelovanja u sprezi s atomima klora zbog ispuštanja raznih klorflorugljičnih spojeva.


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

UV zračenje

Dušik(IV)-oksid(NO )2

OZON

(O )3

Dušik(II)-oksid(NO)

Atom kisika(O)

Molekula kisika(O )2

Kombinacija

Disocijacija

NASTAJANJE OZONA U NIŽIM SLOJEVIMA ATMOSFERE

UV zračenje

Dušik(IV)-oksid(NO )2

OZON

(O )3

Dušik(II)-oksid(NO)

Atom kisika(O)

Molekula kisika(O )2

Ugljikovodici

RO2

+ RO


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- PROMJENA KONCENTRACIJE OZONA I DUŠIČNIH OKSIDA TIJEKOM

DANA

Vidljiv je utjecaj prometa na NO i NO2 (jutarnji sati), utjecaj NO2 na koncentraciju O3, kao i utjecaj intenzivnosti sunčeve svjetlosti na O3 (pad u poslijepodnevnim satima).

Kon

cen

trac

ija

ppm

Dnevno razdoblje


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

� OLOVO

• Glavni uzrok zagañivanja atmosfere s olovom su automobili (visoko-oktanski benzin). Korištenjem bezolovnoga benzina taj je utjecaj bitno reduciran.

• Olovo (olovni-tetraetil) služi za poboljšanje

antidetonatorskih svojstava benzina te za pospješivanja podmazivanja u glavi i cilindru motora.

• Koncentracija olova u atmosferi je cca 50 puta veća u

urbanim sredinama u odnosu na udaljenija seoska područja. • Ljudski organizam prima olovo uglavnom udisanjem i

prehranom. • Olovo, koje uñe u krv, postupno se izlučuje, a dio se može

taložiti u kostima.

• Ovisno u udjelima koji se izlučuju odnosno talože u kostima, može se doseći granicu toksičnosti kada nastupaju zdravstveni problemi (karcinom kostiju).


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

� ŽIVA

• Glavni izvor zagañenja atmosfere sa živom je zbog otplinjavanja zemljine kore (25000 do 125000 tona žive godišnje).

• Para iz geotermalnih izvora uobičajeno sadrži znatne

količine žive. • Veliki izvori emisije žive u atmosferu su i termoelektrane

pogonjene ugljenom. • Živa se koristi u papirnoj industriji, kemijskoj industriji kao i

u proizvodnji boja. • Odreñena emisija žive dolazi i iz poljoprivrede zbog

korištenja pesticida i fungicida. • Posebno je opasan spoj žive sa klorom (HgCl2) koji u

količini od samo 1 gr, ako se unese u tijelo, može postati smrtonosan za ljudski organizam.


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

� ISPARLJIVI ORGANSKI SPOJEVI (VOCs - Volatile Organic Compounds)

• Okolni zrak zagañuju razni organski spojevi od kojih su oko 50% razni ugljikovodici.

• Najveći udjel VOC-a čini metan (CH4) (1 do 6 ppm). • Reaktivni organski spojevi (etilen-oksid, formaldehid, fenol,

fosgen, benzen, ugljik-tetraklorid te poliklorirani bifenili) su potencijalno ili dokazano karcinogeni.

• Izvori emisije volatilnih organskih spojeva:

-transport (25 do 30 %), -kemijska i petrokemijska industrija (15 do 20 %), -ugljenokopi (10 do 15 %), -odlagališta otpada (10 do 15 %), -prirodni izvori - šume (10 do 12%), -drugo (oko 2%).

• Za volatilne organske spojeve nisu utvrñene granične

vrijednosti jer se za većinu od njih ne poznaje sigurnosna granica.


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Zagañivači bez definiranih sigurnosnih kriterija (Non-criteria pollutants)

Postoje razni organski i ne-organsko spojevi za koje se zna da su štetni (karcinogeni, mutageni, otrovni i dr.), ali za njih nema utvrñenih dozvoljenih i sigurnih granica izloženosti.

• Organski zagañivači bez sigurnosnih kriterija: Zagañivač Opis i izvor Utjecaji Napomena,

preporuka Svj. zdr. org.

Benzen (C6H6)

bezbojna tekućina, lagano topiva u vodi, nastaje u procesu prerade nafte

karcinogen nema sigurne granice

Ugljični disulfid (CS2)

bezbojna, lako-hlapiva, zapaljiva tekućina, koristi se u proizvodnji viskoze

oštećenje mozga, atrofija mišića

100 µg/m3, 24 h

Dikloretan (C2H4C12)

zapaljiva bezbojna tekućina, topiva u vodi, umjetni spoj koji se koristi u sintezi drugih kemikalija

mutagen, oštećuje jetra, pluća i bubrege

700 µg/m3, 24 h

Diklormetan (CH2C12)

ne-zapaljiva bezbojna tekućina, jako hlapiva, odstranjivač boje, otapalo, agentno sredstvo za ekspanziju poliuretanske pjene

karcinogen (za životinje)

3000 µg/m3, 24

Polinuklearni aromatski ugljikovodici

spadaju u sintetičke spojeve koji nastaju u procesu nepotpuna izgaranja organskih materijala

karcinogeni nema sigurne granice

Stiren (C6H5CH)

hlapiva bezbojna tekućina koja se koristi u proizvodnji polimera, ojačane plastike i polistirena

potencijalno mutagen

70 µg/m3, 30 min

Tetrakloretilen (C2H14)

ne-zapaljiv spoj, ne-topiv u vodi, solvent za čišćenje

otrovan 5 mg/m3, 24 h

Toluen ne-korozivna hlapiva tekućina, nastaje u rafinerijskim procesima te u proizvodnji stirena, koristi se u proizvodnji boja

otrovan 7,5 mg/m3, 24 h

Vinil-klorid bezbojni plin iz petrokemijske proizvodnje, postrojenja za PVC, odlagališta otpada



---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

• Anorganski zagañivači bez sigurnosnih kriterija: Zagañivač Opis i izvor Utjecaji Napomena,

preporuka Svj. zdr. org.

Arsen (Ar) vulkanska aktivnost, lijevanje metala, izgaranje, pesticidi

karcinogen nema sigurnosne granice

Azbest koristi se za toplinsku/vatrostalnu izolaciju, u grañevinarstvu


Kadmij (Cd) mekan svijetlo sivi metal, nus-proizvod cinka, elektroplatiniranje metala

karcinogen (za životinje)

< 20 mg/m3

Krom (Cr) sivi tvrdi metal, koristi se u metalurgiji za legiranje


Sumpor-vodik (H2S)

bezbojni plin, topiv u vodi i alkoholu, nastaje iz organskih tvari u odsutnosti O2, kod obrade otpadnih voda, u rafinerijskim procesima, u proizvodnji pulpe

otrovan, 150 µg/m3, 24 h

Mangan (Mn) koristi se u metalurgiji kao legirajući element, u proizvodnji umjetnih gnojiva, u kožarskoj industriji, tekstilnoj industriji, staklarskoj industriji

otrovan u većim koncentracijama

1 µg/m3, prosječno tijekom godine

Živa (Hg) rudnici, zaštita boja, baterije, medicinska oprema

bioakumulativan, oštećuje bubrege

1 µg/m3, prosječno tijekom godine

Nikal (Ni) srebreno-bijeli tvrdi metal, metalurgija, legirajući element


Vanadij (V) svijetlo bijeli metal, metalurgija, izgaranje ugljena i loživa ulja

bronhitis, zapaljenje pluća, djeluje na dišni trakt

1 µg/m3, 24 h


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

„KISELE KIŠE“

� Što se podrazumijeva pod „kiselim kišama“ ?

„Kisele kiše“ - kisela taloženja iz atmosfere, koja mogu biti: vlažna ili suha.

- Vlažna taloženja: kisela kiša, magla, snijeg; - Suha taloženja: kiseli plinovi, čestice.

� Što uzrokuje „kisele kiše“?

- Sumporni oksidi (SOx), - Dušični oksidi (NOx), - Ugljikovodici.

Pod djelovanjem sunčeve energije, te u kombinaciji s vodenom parom i kisikom, u atmosferi nastaju složene kemijske reakcije iz kojih nastaju razblažene otopine sumporne i dušične kiseline koje padaju na zemlju u obliku suhih i vlaženih taloženja (padalina). Normalna „čista“ kiša ima pH od 5.5 do 6 „Kisela“ kiša ima pH od 4 (3) do 5.

� Koje su posljedice „kiselih kiša“ ? - Štetni utjecaj na šume (biljni svijet), - Štetni utjecaj na riblji svijet (u jezerima i rijekama), - Štetno djelovanje na ljudsko zdravlje, - Korozijsko / erozijsko djelovanje na tlo.


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Kemijske pretvorbe

Ugljikovodici NOx SO2

Emisije u atmosferu

Foto-

oksidacija

Kis

eli

poluta

nti

Suhi taloziKisele kiše

Plinovi

Čestice

H SO2 4 HNO3

Industrija Kućanstva Proizvodnjael. energije

Prijevoz

Nastajanje kiselih taloga ikiselih kiša


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

STAKLENIČKI PLINOVI (UTJECAJ NA GLOBALNE KLIMATSKE PROMJENE)

� Što su globalne klimatske promjene ? - Dugotrajne promjene temperature okoline, količine

atmosferskih padalina, vjetrova i ostalih prirodnih utjecaja koji karakteriziraju klimatski sustav Zemlje.

� Koji su uzroci globalnih klimatskih promjena ?

- Prirodni: varijacije sunčeva zračenja, promjene orbitalnih parametara Zemlje, vulkanske aktivnosti;

- Razne ljudske aktivnosti koje direktno ili indirektno utječu na promjenu sastava globalne atmosfere.

Plinovi koji čine sastav atmosfere bitno utječu na bilancu energije koju na Zemlju zrači Sunce i energije koju Zemlja zrači u svemir. Promjena sastava atmosfere mijenja bilancu energije, što za posljedicu može imati sniženje ili povišenje globalne temperature na Zemlji.

Emisija plinova zbog ljudskih aktivnosti utječe na promjenu koncentracije tzv, „stakleničkih plinova“ u atmosferi, što za posljedicu ima pojavu globalna zatopljenja Zemlje.

Tijekom XX stoljeća, prosječna temperatura na Zemlji povećala se za oko 0,6

0C, što se pripisuje rastućoj koncentraciji stakleničkih plinova

u atmosferi.


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Staklenički plinovi

- apsorbiraju toplinu emitiranu sa zemljine površine te je ponovno zrače na Zemlju.

- H2O, CO2, CH4, O3, halogeni ugljikoklorfluoridi (CFCs), hidrougljikobromfluoridi (HBFCs), CO, NOx, aerosoli.

� Vodena para (H2O)

- Najizdašniji staklenički plin u atmosferi (0 do 2 %); - Ljudske aktivnosti ne utječu direktno na globalnu

koncentraciju H2O u atmosferi već indirektno - preko utjecaja na globalne klimatske promjene, a time i na koncentraciju H2O.

� Ugljični dioksid (CO2)

- Atmosferski CO2 predstavlja dio globalnoga kružnog ciklusa ugljika u prirodi izmeñu atmosfere, kopna i mora; - U atmosferi je ugljik u najvećoj mjeri prisutan u obliku

CO2. U razdoblju od pred-industrijskoga doba do 1999. godine, koncentracija CO2 u atmosferi je povećana od približno 280 ppm

(vol) na 367 ppm (vol), odnosno za 31 %, što je najvećim dijelom posljedica ljudskih aktivnosti (izgaranje velikih količina organskih goriva, sječa velikih šumskih površina); Povećana koncentracija CO2 u atmosferi dovodi do klimatskih promjena - globalna zatopljenja uslijed stakleničkoga djelovanja.


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

� Metan (CH4)

Nastaje: - U procesima anaerobna razlaganja organskih tvari u

biološkim sustavima (iz životinjskoga i komunalnog otpada);

- Kao nus-produkt proizvodnje nafte i naftnih derivata; - Kao nus-produkt eksploatacije ugljena; - Kao produkt nepotpuna izgaranja fosilnih goriva.

Koncentracija metana u atmosferi povećana je u razdoblju od pred-industrijskoga doba do danas za oko 150 %, od čega se preko 50 % pripisuje posljedicama ljudskih aktivnosti.

� Ozon (O3) - U gornjim slojevima atmosfere (u stratosferi) ozon (O3)

djeluje kao prirodni štit za Zemlju od ultraljubičastoga zračenja koje dolazi iz Sunca;

- U donjim slojevima atmosfere (u troposferi) ozon (O3) štetno djeluje kao glavni sastojak fotokemijskoga smoga, što nastaje kao posljedica emisije raznih volatilnih organskih spojeva u kombinaciji s NOx te uslijed djelovanja sunčeve svijetlosti;

- Procijenjeno je da je ozon (O3), kao staklenički plin, treći po utjecaju na globalno zatopljenje Zemlje kao posljedica ljudskih aktivnosti, odnosno iza CO2 i CH4.

Tijekom zadnjih dvadesetak godina, uslijed povećane emisije raznih halogenih spojeva klora, fluora, i broma, koncentracija ozona (O3) u stratosferi je značajno smanjena („ozonske rupe“), što ima za posljedicu povećano štetno (ultraljubičasto) zračenje za Sunca.


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

� Ugljični monoksid (CO) - Indirektno djeluje na globalno zatopljenje jer utječe na

povećanje koncentracije metana CH4, troposferskoga ozona (O3) te ugljičnog dioksida (CO2) putem kemijskih reakcija koje se zbivaju u atmosferi.

� Dušični oksidi (NOx)

- Indirektno djeluju na globalno zatopljenje jer pospješuju nastajanje ozona (O3) u troposferi.


---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

• Promjene koncentracije CO2, CH4 i N2O u proteklome razdoblju

predavanje - 4. poglavlje

Documents