Najčešćizagađivači vazduha. Prečišćavanje vazduhanasport.pmf.ni.ac.rs/materijali/2709/4....

Najčešći zagađivači vazduha. Prečišćavanje vazduha

Četvrto predavanje

Hemodinamika zagađujućih supstanci1

http://www.junis.ni.ac.yu/Engl/uninis.htm

Oksidi sumpora (SOx)

Sumpor-dioksid (SO2) i sumpor-trioksid (SO3).

Lako se rastvaraju u vodi.

Kao aerozagađivači, pored ovih oksida važne su i kiseline: sumporna (H2SO4) i sumporasta (H2SO3), 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.

Hemodinamika zagađujućih supstanci 2

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Sulfur-dioxide-2D.svg

Savremeni globalni ciklus sumpora.

Savremeni ciklus sumpora se razlikuje od “predindustrijskog” zbog velikog unosa antropogenog sumpora.

Antropogeni sumpor se emituje u atmosferu u formi sumpor-dioksida, koji nastaje sagorevanjem fosilnih goriva.

Jedinice na ovoj slici su Tg.


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 SO2

Visoke koncentracije SO2 u vazduhu mogu da prouzrokuju privremene smetnje disanja kod ljudi sa astmom. Duže izlaganje visokim nivoima SO2 gasa i česticama mogu prouzrokovati respiratorna oboljenja, kao i srčana oboljenja.

Sulfatnih česticaSO2 reaguje sa drugim supstancama u vazduhu pri čemu se stvaraju sitne 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 smanjene vidljivosti u urbanim centrima.


Kisele kiše

SO2 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 reke 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,...)



Nacionalni standardi kvaliteta vazduha (The National Ambient Air Quality Standards – NAAQS) su standardi koje je postavila Američka agencija za zaštitu životne sredine (theUnited 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.

http://www.epa.gov/

NAAQS – EPANational Ambient Air Quality Standard


Polutant: SO2

Vrsta standarda: primarni

Standard: 365 μg/m³ (0.14 ppm)

Vreme: 24 časovni period

Polutant: SO2



Vreme: godišnji period

Polutant: SO2

Vrsta standarda: sekundarni



Toksični uticaj oksida sumpora

• 1-2 ppm SO2 osećaju samo osetljive osobe

• Oko 5 ppm SO2 osećaju skoro svi ljudi

• 5-10 ppm SO2 stvara bronhijalne probleme

• Značajno iritirajuće delovanje nastaje usled interakcije SO2 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.

Prirodni izvori: alge u okeanima, morima i jezerima.

Motorna vozila su najveći CO emiteri (75% od ukupnog emitovanog CO).

Sagorevanje goriva 6%

Ostalo 12%

Industrijski procesi 4%

Vozila i motori van

saobraćajnica 22%

Vozila na

saobraćajnicama 56%

Izvori CO

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 hemoglobina (Hb) 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.

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Hb-animation2.gif


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

Uticaj na respiratorni 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.

CO doprinosi nastanku smoga (troposferskog ozona), koji uzrokuje ozbiljne respiratorne probleme.

NAAQS – EPA


Polutant: CO


Standard: 40 mg/m³ (35 ppm)


Polutant: CO


Standard: 10 mg/m³ (9 ppm)


Kisele kiše


Kruženje vode u prirodi


Voda na Zemlji isparava.

Vodena para se hladi u gornjim slojevima atmosfere – formiraju se oblaci.

Nastaju kapi vode, kristali snega – atmosferske padavine.

Hidrološki ciklus

Hidrološki ciklus podrazumeva stalnu međurazmenu vode

između atmosfere i Zemlje


Padavine ili mokra depozicija (precipitation, wet deposition engl.)


predstavlja sve ono što u vidu čestica vode u tekućem ili čvrstom stanju, iz oblaka pada na tlo.

Suva depozicija

(dry deposition, engl.)

predstavlja gasove i čestice koje pomoću gravitacione

sile ili vazdušnim strujanjem padaju na tlo.


Mokra kisela depozicija predstavlja kiselu depoziciju čija je kiselost veća od kiselosti CO2(aq).

Kiša, sneg, led, magla, inje

Suva kisela depozicija se odnosi na kisele gasove i čestice koje padaju na tlo usled dejstva gravitacione sile ili vazdušnim strujanjem.

Gasoviti polutanti i čestični polutanti

Mokra kisela

depozicija+

Suva kisela

depozicija=

Kisela

depozicija

Kisela depozicija - ukupan unos H+ jona na datu površinu, za određeno vreme.



Za razliku od destilovane vode, koja ima pH 7, voda koja nastaje isparavanjem i kondenzovanjem u prirodi (atmosferske padavine) nije neutralna već pokazuje blagu kiselost.

Nezagađena „čista” kiša


Nezagađena, “čista” kiša je blago kisela - pH 5,6.

U atmosferi je prisutan CO2 koji se lako rastvara u vodi, dovodi do stvaranja ugljene kiseline, koja čini kišnicu kiselom.

CO2(g) + H2O(l) H2CO3 (aq)

pH nezagađene kiše i pH kisele kiše

Kada su u kiši prisutne i druge hemijske vrste koje doprinose aciditetu, pH vrednost kiše postaje niža od 5,6 → nastaju kisele kiše!


Emisija i depozicija atmosferskih polutanata


Kada se kiseli oksidi sumpora i azota nađu u atmosferi, jedan njihov deo stupa u reakcije u kapima – mokra depozicija, dok drugi deo (gasoviti polutanti i čestični polutanti koji nisu u kontaktu sa vodom u oblaku) podležu suvoj depoziciji.Polutanti koji su se rastvorili u oblaku bivaju uklonjeni iz atmosfere, ali takođe se polutanti mogu ukloniti iz atmosfere procesom ispiranja ispod oblaka. I jedan i drugi proces predstavljaju mokru depozociju.

Glavni uzročnici kisele depozicije su pojava sumporne i azotne kiseline u kišnici


Obe ove jake kiseline nastaju u vazduhu:

a) prekursor za H2SO4: SO2

b) prekursor za HNO3: NO2

Koncentracije prekursora SO2 i NO2 u atmosferi su jako uvećane usled ljudske aktivnosti, posebno usled sagorevanja fosilnih goriva.

Izvori i reakcije sumpor-dioksida


Biološkim raspadanjem u okeanima i na kopnu – 2/3 prisutnog SO2 u atmosferi

Izgaranjem fosilnih goriva (uglja i nafte) – 1/3.

SO2(g) + H2O(l) SO2 (aq)

SO2(aq) + 2H2O(l) H3O+

(aq) + HSO3-

(aq)

HSO3-

(aq) + H2O(l) H3O+

(aq) + SO32-

(aq)

HSO3-

(aq) + H2O2 (g) HSO4-(aq) + H2O(l)

HSO4-(aq) + H3O

+(aq) H2SO4 (aq)

Izvori i reakcije NOx u atmosferi


1/10 ukupne emisije je antropogenog porekla

9/10 ukupne emisije je prirodnog porekla

2NO2(g) + H2O(l) 2H3O+(aq) + NO3

-(aq) + NO2

-(aq)

Šta je puferski kapacitet vode?


pH vrednost jezera, reke ili potoka održava se na istoj vrednosti usled prisustva pufera u vodi.

Pufer je supstanca koja, kada se nalazi u rastvoru, ima veliki kapacitet da reaguje sa H+ jonima i tako održava pH vrednost rastvora relativno konstantnom.

Količina puferskih supstanci u vodi se naziva alkalitet vode.

Alkalitet vode nije isto što i pH vrednost vode, već predstavlja sposobnost vode da se opire promeni pH vrednosti. Drugim rečima, alkalitet vode predstavlja puferski kapacitet vode.

Krečnjak je prirodni pufer vode.

Uloga NH3 u kiseloj kiši – puferski kapacitetvazduha


Amonijak rastvoren u kišnici smanjuje koncentraciju H+:– NH3 (aq) + H+ = –NH4

+

Jon New York Minnesota(meq/l) (meq/l)

H+(pH) 46 (4.34) 0.5 (6.31)SO4

2- 45 46NO3

- 25 24HCO3

- 0.1 10NH4

+ 8.3 38

Veći unos NH3 u MN je razlog manje kiselosti kišnice nego u NY.

Šta je puferski kapacitet zemljišta?


pH vrednost zemljišta je važna za vegetaciju i zemljišne mikroorganizme.

pH vrednost zemljišta određuje dostupnost nutrijenata biljkama.

Kada kisela kiša perkolira kroz zemljište, nutrijenti se izlužuju u podzemne i površinske vode.

Puferski kapacitet zemljišta zavisi od zemljišne organske materije i mineralnog sadržaja, kao i od zemljišnih fizičkih osobina (gustina, čestična veličina). Zemljište koje sadrži alkalne komponente kao što su krečnjak, kalcit, imaju veću sposobnost neutralizacije kiselih kiša, dok zemljište koje sadrži više granitnog materijala ima niži puferski kapacitet.

Puferski kapacitet zemljišta zavisi odvrste zemljišta, pH vrednosti kisele depozicije, kao i njenom vremenu trajanja i učestanosti pojave.

Posledice kiselih kiša


Uticaj na akvatične ekosisteme


pH životne sredine utiče na funkcionisanje svih enzima, hormona i proteina organizama koji žive u toj sredini.

Organizmi mogu da regulišu pH vrednost svojih unutrašnjih tečnosti ukoliko pH vrednost spoljašnje sredine nije značajno promenjena.

Većina jezera, izvora, potoka i reka pokazuje prirodnu vrednost pH između 6 i 8, tako da su organizmi adaptirani na ovu vrednost.

Mladi organizmi u razvoju su posebno osetljivi na izmenu pH sredine.

KISELINSKI ŠOK - tokom zime, kisela depozicija se ugrađuje i taloži u snegu. Dolaskom proleća, sneg počinje da se topi i za kratko vreme oslobađaju se kiseline, tako da pH vrednost ovog rastopljenog snega može da bude 5 do 10 puta veća od kišnice.

Uticaj na akvatične ekosisteme

1) Zakiseljavanje površinskih voda.

2) Ispiranje toksičnih metala Al, Pb, Hgi Cd iz sedimenata i tla.

Hemodinamika zagađujućih supstanci

37


pH 5,6 i 5,0 – granica života i smrti za mnoge slatkovodne organizme

Tvrde vode neutrališu kisele kiše.

Meke vode lako menjaju svoju kiselost.

Posledica:

Uginuće akvatičnog bilja, riba, mikroorganizama u jezerima i rekama usled poremećaja u njihovom reprodukcionom ciklusu

Uticaj na šume


Uništenje šuma i vegetacije

suva depozicija – negativni efekti

mokra depozicija -

pozitivni efekti: S i N deluju kao nutrijenti;

negativni efekti: vremenom dolazi do

osiromašenja tla sa drugim važnim

nutrijentima i oslobađanja toksičnih

metala

Uticaj kisele kiše na borovu šumuHemodinamika zagađujućih supstanci 40

Uticaj na materijale


Oštećuje građevinske materijale, metalne konstrukcije, spomenike kulture.

CaCO3 + H2SO4 CaSO4 + CO2 + H2O

Na fasadama objekata stvara se crna sulfatna kora koju čine: kalcit, gips, leteći prah, čađ i dr.

CaSO4 (gips) je rastvorljiv u vodi pa se lako spira kiselim kišama, stvarajući novi sloj na objektu koji ponovo biva napadnut kiselim kišama.

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Pollution_-_Damaged_by_acid_rain.jpg

Uticaj na čoveka


Indirektan i direktan uticaj na zdravlje ljudiDirektan uticaj:

čestice sumporne kiseline (1 µm) unose se u

respiratorni sistem (razaraju tkivo).

Indirektan uticaj:

povećano rastvaranje teških metala u vodi. Unošenjem vode u organizam, čovek unosi i toksične teške metale. Takođe, rastvoreni teški metali se akumuliraju i u tkivima vodenih organizama, koje čovek opet ishranom unosi .

Šta preduzeti da se smanji pojava kiselih kiša?


Kontrolisati i smanjiti emisiju oksida azota i sumpora!

1. Koristiti fosilna goriva sa niskim sadržajem sumpora.

2. Uvesti desulfurizaciju goriva (posebno uglja) pre njegove upotrebe.

3. Ugraditi uređaje za smanjenje emisije oksida sumpora i azota (katalitički konvertori) u postojeća energetska postrojenja i automobile.

Sanacija posledica kiselih kiša:

Vršiti dodavanje krečnjaka u jezera i površinske akumulacije koje nemaju dovoljne puferske kapacitete, a zakiseljene su kiselim kišama.

Kako radi katalitički

konvertor?

Priključi se na izduvni sistem automobila.

Sadrži katalizator – Pt i Rh, koji vrši

redoks procese gasova:

1. Toksični CO se oksiduje do CO2:

2CO + O2 → 2CO2

2. Azotovi oksidi se redukuju do azota:

2NOx → xO2 + N2

3. Ugljovodonici se oksiduju do vode i

CO2:

2CxHy + (2x+y/2)O2 → 2xCO2 +

yH2O

katalitički konvertor


http://en.wikipedia.org/wiki/Image:DodgeCatCon.jpg


Postrojenje za desulfurizaciju

Kako se vrši

desulfurizacija?

SO2 koji prolazi kroz

postrojenje reaguje

sa vodenom

suspenzijom

kalcijum-karbonata,

kada se kao krajnji

proizvod stvara

kalcijum-sulfat.

Zakon o čistom vazduhu iz 1990. (Clean Air Act) –amandman IV (Acid Rain Program)


Prvi zakon koji se bavi problemom kiselih kiša i uvodi ograničenja emisije sumpor-dioksida i azotovih oksida.

1. Do 2000. ukupna emisija sumpor-dioksida se mora smanjiti za 50% od nivoa 1980.

Čestice u atmosferi


http://www.junis.ni.ac.yu/Engl/uninis.htm

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.

Sastoje se od različitih materija, a mogu biti u formi tečnih ili čvrstih kapljica.

Prema veličini čestice se dele na

ČESTICE U SUSPENZIJIAEROSOL TALOŽNE

ČESTICE

10μm

Važni termini koji opisuju čestice u atmosferi

• Aerosol atmosferska čestica veličine koloida

• Kondenzacioni aerosol nastao kondenzacijom pare ili reakcijama gasova.

• Disperzioni aerosol nastao usitnjavanjem čvrstih čestica, atomiziranjem tečnosti ili disperzijom prašine.

• Magla (fog) označava povećanu koncentraciju tečnih kapljica

• Izmaglica (haze) označava smanjenu vidljivost usled prisutnih čestica

• Dim (smoke) čestice nastale nepotpunim sagorevanjem goriva.


Osobine aerosola prisutnog u atmosferi


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.

Izvori čestica


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 (PM10),

b) fine čestice čiji je prečnik manji od 2.5 μm (PM2,5).

Koliko je veliko čestično zagađenje?


Dlaka

prečnika ~ 70 μm

PM2.5

PM10

<2.5 μm u prečniku

<10 μm u prečniku

Zrno peska oko 90 μm u prečniku

Measuring concentration of aerosols in atmosphere:

Aerosols are present everywhere, but, excessive concentration of aerosols may lead

to human problems.

Three standard methods can be carried out to measure the concentration of aerosols

in atmosphere:

A)Coefficient of haze (COH):

In this standard method, 300 linear meters of atmosphere pass through a porous filter

tape. The employed tape can retain particles of diameter 5─10 μm (giant particles).

The optical absorbance of the tape is compared with standards in order to measure

the COH. The coefficient of haze (COH) is equal to:

COH = 100×absorbance

If COH is ≥ 6, then the atmosphere is polluted with aerosols.



B) Total suspended particles (TSP):

This method is used for measuring the concentration of small-size aerosols. In this

method, the atmosphere is filtered gravimetrically though a special filter at a rate of

1.4 m3 h-1. The duration of the test is one year. The mass of particles that retained

by the filter (over one year) is determined and the value of TSP is reported as:

TSP = μgaerosols m-3

The normal range of TSP is 10─30 μg m-3. The atmosphere is considered as highly

polluted when TSP is reached to 60 μg m-3.

Another important value is called Inhalable particulates (IP) or particulate matter

(PM10) which can be calculated from TSP as follows:

IP = 0.45 TSP



C) Total dust fall (TDF):

• This value is measured by weighing dust that settled over an open-topped

container over a 30 day period.

• TDF value is reported as gaerosol m-2 month-1.

• If the value of TDF is higher than 7.0 gm-2month-1 then the atmosphere is

excessively polluted.

• In industrial cities the value of TDF is usually higher than 7.0 gm-2month-1.


Brzina taloženja čestica zavisi od:


• Veličine 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 atmosfere padavinama.

Hemijski procesi stvaranja neorganskih čestica

Neorganske čestice u vazduhu se uglavnom sastoje iz oksida metala. Oni se stvaraju pri sagorevanju goriva koje sadrži metale.

Npr., čestični gvožđe-oksid nastaje tokom sagorevanja uglja koji sadrži pirit:


Organski vanadijum u gorivu takođe prelazi u čestični vanadijum-

oksid.

Jedan deo kalcijum-karbonata iz pepela uglja se konvertuje u

kalcijum-oksid i emituje u atmosferu kroz dimnjak:

• Među konstituentima neorganskih čestica prisutnih u zagađenom vazduhu najčešći su: soli, oksidi, azotna i sumporna jedinjenja, različiti metali i radionuklidi.

• U priobalnim područjima, natrijum i hlor dospevaju u atmosferske čestice u formi natrijum-hlorida koji potiče iz morskog spreja.

• Glavni elementi u tragovima koji se javljaju u koncentraciji iznad 1 μg/m3 u čestičnoj materiji su: Al, Ca, C, Fe, K, Na i Si. Većina njih je terestričnog porekla.


Sastav neorganskih čestica

Na slici su prikazani osnovni faktori koji određuju neorganski sastav čestica. Sastav je određen elementima koji se nalaze u samom izvoru čestičnog materijala.


Neke komponente neorganskih čestica i njihovo poreklo

Najčešći izvori nekih elemenata:

• Al, Fe, Ca, Si: erozija zemljišta, prašina stena, sagorevanje uglja

• C: nepotpuno sagorevanje goriva

• Na, Cl: morski aerosol, hloridi usled spaljivanja organohalogenogpolimernog otpada

• Sb, Se: isparljivi elementi, usled sagorevanja uglja i ostalog goriva

• V: sagorevanje nafte

• Zn: obično se javlja u stinim česticama, najčešće onim koje potiču od sagorevanja

• Pb: Sagorevanjem goriva sa olovom i otpada koji sadrži olovo


• Čestični ugljenik u formi čađi potiče iz izduvnih gasova automobila, peći, insineratora, toplana i fabrika.

• Predstavlja vidljivo čestično aero zagađenje.

• Zbog svojih dobrih apsorbujućih osobina, ugljenik može biti nosač gasovitih zagađivača.

• Površina ugljenika može da katalizuje neke heterogene atmosferske reakcije, uključujući i važnu konverziju SO2 u sulfat.



Uobičajen proces nastanka aerosola tečnih čestica uključuje oksidaciju atmosferskog sumpor-dioksida do sumporne kiseline, higroskopne supstance koja akumulira atmosfersku vodu i stvara sitne tečne kapi:

Kada su u vazduhu prisutni bazni polutanti (amonijak ili kalcijum-oksid), oni reaguju sa sumpornom kiselinom i stvaraju soli:

U slučaju niske vlažnosti vazduha, dolazi do gubitka vode iz ovih kapljica, pa se stvara aerosol od čvrstih soli.

• Hemijske reakcije koje se odvijaju na površini mogu da izmene sastav. Npr. čestice koje nastaju u priobalnom delu koje primaju usled zagađenja sumpor-dioksid mogu da pokažu visok sadržaj sulfata i nizak sadržaj hlorida. Sulfat potiče od atmosferske oksidacije SO2, dok hlorid potiče iz NaCl iz morske vode. Hlorid se gubi u vidu isparljivog HCl:


Leteći pepeo

• Prilikom sagorevanja fosilnih goriva (ugalj, lignit) veći deo mineralne materije prelazi u nataloženi pepeo koji je staklast i kompaktan. Ovaj pepeo ne predstavlja aero zagađivač.

• Manje čestice pepela se mogu sakupljati odgovarajućim filtrima. Čestice koje se ne hvataju filtrima predstavljaju leteći pepeo i čine najvažniji aerozagađivač, koji štetno deluje na ljudsko zdravlje, biljke i smanjuje vidljivost.

• Sastav letećeg pepela varira u zavisnosti od goriva. Najčešće se javljaju oksidi aluminijuma, kalcijuma, gvožđa i silicijuma. Pored njih javljaju se i magnezijum, sumpor, titan, fosfor i natrijum. Značajni element je i ugljenik.


Radioaktivne čestice

• Značajan prirodni izvor radionuklida u atmosferi je radon, plemeniti gas koji nastaje raspadanjem radijuma.

• Radon može ući u atmosferu u vidu dva izotopa, 222Rn (poluživot 3.8 dana) i 220Rn (poluživot 54.5 sekunde). Oba su alfa emiteri koji završavaju razlaganje u vidu stabilnog izotopa olova.

• Početni proizvodi raspadanja, 218Po i 216Po, nisu gasovi i ulaze u sastav čestičnog zagađenja. Prema tome, radioaktivnost koja se detektuje u atmosferskim česticama često je prirodnog porekla.


• Takođe, kosmički zraci reagujući sa atomima u vazduhu stvaraju radionuklide, kao što su: 7Be, 10Be, 14C, 39Cl, 3H, 22Na, 32P i 33P.

• Sagorevanje fosilnih goriva unosi radioaktivnost u atmosferu u formi radionuklida koji se nalaze u letećem pepelu.

• Detonacija nuklearnog naoružanja takođe unosi velike količine radioaktivnih čestica u atmosferu.


Uticaj čestica

• Veliki broj efekata. Najočigledniji je smanjenje i poremećaj vidljivosti.

• Na česticama se nalazi aktivna površina na kojoj se odvijaju heterogene atmosferske hemijske reakcije i one predstavljaju nukleacione centre za kondenzaciju vodene pare u atmosferi, tako da utiču na vremenske prilike i stvaranje zagađenja. Neki od fizičkih i hemijskih apsekata atmosferskih čestica su ilustrovani na sledećem slajdu.



Kondenzacija vode

Reakcija gas/čvrsto, npr.

Katalitička površina na

kojoj se reakcije odvijaju

Reakcije u tečnoj

kapljici, npr.

Fotohemijski procesi na

površini čestice

Ugljovodonik

Nastajanje isparljivih

hem. vrsta

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

http://visibleearth.nasa.gov/cgi-bin/viewrecord?10980

Uticaj čestica na vidljivost

Kada u vazduhu nisu prisutne čestice, vidljivost se kreće100-300 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 (PM10) se mogu taložiti u bronhijama i plućima i mogu da prouzrokuju probleme.

Čestice veličine manje od 2.5 μm (PM2.5) 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.


Polutant: PM10

Vrsta standarda: primarni i sekundarni

Standard: 150 μg/m³


Polutant: PM2.5

Vrsta standarda: primarni i sekundarni

Standard: 35 μg/m³


Najzagađeniji gradovi sveta u pogledu čestičnog zagađenja


Čestična materija,

μg/m3 (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

Kontrola emisije čestica

• U cilju kontrole emisije čestica razvijen je veliki broj uređaja koji se razlikuju po svojoj efektivnosti, kompleksnosti i ceni.

• Izbor sistema za uklanjanje čestica iz otpadnog gasa zavisi od prirode čestica, distribucije veličine, izvora čestica i vrste gasnog skruber sistema.


Uklanjanje čestica sedimentacijom

• Najjednostavniji način uklanjanja je sedimentacija.

• Gravitacione taložne komore.

• Zauzimaju veliki prostor, imaju nisku efikasnost za uklanjanje malih čestica.

• Povećanjem veličine čestica usled spontanog procesa koagulacije, dolazi i do uklanjanja manjih čestica.

• Tokom vremena, veličina čestica raste, broj čestica opada. Braunovo kretanje čestica manjih od 0.1 μm omogućava koagulaciju.


Uklanjanje čestica inercijom

• Čestice veće od 0.3 μm slabo difunduju i služe prvenstveno kao receptori za manje čestice.

• Inercioni mehanizam koji se primenjuje za uklanjanje čestica zavisi od činjenice da li je radijus putanje čestice koja se brzo kreće veći od radijusa protoka gasa.

• Kada je taj radijus putanje čestice veći one se mogu sakupiti na separacionom zidu, jer su centrifugalne sile izbacile čestice iz glavne struje gasa. Uređaji koji koriste ovaj način rada se zovu suvi centrifugalni kolektori.


Uklanjanje čestica filtracijom

• Filtar uklanja čestice iz struje nosećeg gasa na taj način što se čestice zadržavaju na filtarskom materijalu. Vremenom nastaju veće naslage čestica koje takođe deluju kao filtar. Kada naslaga postane suviše velika potreban je veći pritisak gasa da bi se gas proterao kroz filtar. Tada se filter menja.

• Filtraciona sredina može biti: vlaknasta u vidu tkanine, zrnasta kao pesak ili od čvrste materije kao metalno sito.

• Može biti u obliku cevi, ploče, sloja.


Baghouse sakupljač čestične materije


Skruberi

Kod Venturi skrubera ubacivanje apsorpcione tečnosti se vrši pod pravim uglom u odnosu na ulaz gasa. Dolazi do raspršavanja tečnosti na sitne kapi koje su idealna sredina u kojoj se apsorbuju čestice.


Elekstrostatičko uklanjanje

• Čestice aerosola mogu biti naelektrisane. Na takve čestice u električnom polju deluje sila, F:

F = Eq

Gde je E gradijent potencijala (V/cm), a q je elektrostatičko naelektrisanje na čestici.

• Ovaj fenomen se koristi u elektrostatičkim taložnicima. Čestica se naelektriše kada se struja gasa propušta kroz sistem elektroda, tako napravljenih da dolazi do pražnjenja u obliku korone. Zbog naelektrisanja čestice su privučene za površinu elektrostatičkog taložnika i kasnije se uklanjaju.


Najčešćizagađivači vazduha. Prečišćavanje vazduhanasport.pmf.ni.ac.rs/materijali/2709/4....

Documents

Transcript of Najčešćizagađivači vazduha. Prečišćavanje vazduhanasport.pmf.ni.ac.rs/materijali/2709/4....