Univerzitet u Beogradu Tehniki fakultet u Boru
DIPLOMSKI RADSulfati u talonim materijama na podruju Bora
Mentor: Prof. dr Sneana erbula
Kandidat: Biljana Strainovi
Bor, februar 2010.god.
Diplomski rad
Biljana Strainovi
Sadraj:IZVOD 1 . 2 . UVOD OPIS ISPITIVANOG PODRUJA 2.1
Monitoring vazduha u Srbiji 2.2 Monitoring vazduha u Boru 2.3
Meteoraloke karakteristike ispitivanog podruja 2.4 Metode merenja
koncentracije sulfata i SO2 3 . REZULTATI I DISKUSIJE 3.1 Prosene
godinje koncentracije ukupnih talonih materija i sumpor-dioksida u
gradovima Srbije 3.2 Pregled prosenih godinjih koncentracija
sulfata, ukupnih talonih materija i sumpor-dioksida u Boru 3.3
Uticaj meteorolokih parametara na koncentracije sulfata 3.3.1
Uticaj pravca vetra 3.3.2 Zavisnost koncentracije sulfata od
koliine padavina i pH vrednost 3.4 Uticaj sulfata na koncentracije
drugih estica 4 . ZAKLJUAK 2 3 4 4 5 8 9 1 0 1 0 1 2 1 4 1 4 1 5 1
7 1 82
Diplomski rad
Biljana Strainovi
LITERATURA
2 0
IZVODU ovom radu prikazan je nivo zagaenja vazduha
sumpor-dioksidom, talonim materijama, i sulfatima u talonim
materijama. Vreno je poreenje zagaenosti vazduha u gradovima Srbije
u odnosu na grad Bor. Nivo zagaenosti vazduha ukupnim talonim
materijama odreivan je na petnaest mernih mesta na podruju Bora u
period od 2006 do 2008.godine. Uporeivane su prosene godinje
koncentraije sulfata u urbanoj, suburbanoj i ruralnoj zoni za
2006.god. i 2007.god. Analizirane su koncentracije sulfata u
talonim materijama i sumpor-dioksida iz vazduha. Uticaj prosene
mesene estine vetra pravca NNE i NNW na prosene mesene
koncentracije sulfata na mernim mestima Institut, Elektroistok ,
Otrelj i Jezero odreen je korelacionom analizom. Analizirana je
zavisnost prosenih mesenih koncentracija sulfata sa promeno
prosenih mesenih koliina padavina, kao i uticaj koncentracije
sufata u padavinama na njihovu pH vrednost. Korelacionom analizoma
prikazana je zavisnost prosenih mesenih koncentracija sulfata od
prosenih mesenih koncentracija cinka i kadmijuma.
3
Diplomski rad
Biljana Strainovi
1. UVODZagaivai vazduha su supstance u gasnom, tenom ili vrstom
agregatnom stanju i nalaze se u atmosferi u obliku jedinjenja
sulfata, nitrata, organskih materija, amonijaka itd. (Boubel i
sar., 2004). Sulfati su u atmosferi uglavnom fine estice veliine
PM2.5 (Myles i sar., 2009; Galindo i sar., 2008; Norman i sar.,
2006; Han i sar., 2007; Jacob i Winner, 2009), kao i PM10 (Querol i
sar., 2001). Sulfati su jedna od glavnih komponenata talonih
materija u industrijskim oblastima (Sanets i Chuduk, 2005). Sulfati
nastaju sagorevanjem fosilnih goriva u energanama irom sveta
(Jamieson i sar., 1999; Querol i sar., 1999). Metalna i nemetalna
industrija su takoe bitni emiteri sulfatnih estica (Williamson i
sar., 2004; Kulshrestaha, 1998). Poviena koncentracija estica u
urbanoj sredini, povezana je sa emisijom iz lokalnog i regionalnog
saobraaja (Fowler, 2005; Querol i sar., 2001; Norman i sar., 2006;
Kumar i Joseph, 2006; Grima i sar., 2003; Fairlie i sar., 2009).
Bitniji prirodni izvori sulfata su vulkani (Kitayama, 2008; Ward,
2009) i mora (Galindo i sar., 2008). U literaturi, mnogi autori
ispitivali su oksidaciju SO2 u gasnoj fazi, kao i na povrini ili
unutar aerosola. Ispitivanjima je utvreno da sumpor-dioksid reaguje
sa slobodnim radikalima kao i sa kapljicama vodene pare iz vazduha
pri emu nastaju sulfati. Mokrom ili suvom depozicijom nastale
aerosoli dospevaju na tlo (Kerminen i sar., 2000; Boubel i sar.,
1994; Han i sar., 2007; Barbu i sar., 2009; Querol i sar., 2001;
Restad i sar., 1998; Laj i sar., 1997; Norman i sar., 2006;
Balestrini, 2000; Dutkiewicz i sar., 2000; Driscoll i sar., 2007).
Ispitivanjem fotohemijskih reakcija oksidacije sumpor-dioksida u
atmosferi utvreno je da one imaju veoma bitnu ulogu u nastajanju
aerosola sulfata (Grima i sar., 2002; Song i sar., 2009). Sulfati u
vazduhu reaguju sa kapljicama vodene pare dajui kisele kie (Villela
i Silveira, 2007; Driscoll i sar., 2007). Tang i saradnici (2005)
su odredili koeficijent korelacije izmeu kinice i koncentracija
SO2, PM10, i TSP. Kina, je trea u svetu po izloenosti kiselim kiama
(Yi, 2007). Wang i Deng (2001) su ustanovili da se pH vrednost
padavina u Kini od 1999-2000 kretala u opsegu od 4.8 do 6.4 u
zavisnosti od godinjeg doba, tj. grejne ili negrejne sezone.
Istraivanja u Kanadi, pokazala su da su akvatini i terestrijalni
ekosistemi veoma osetljivi na uticaj kiselih kia (Fenech, 1998).
Severna Afrika se takoe suoava sa negativnim uticajem kiselih kia
na ekosistem nacionalnog parka Kruger (Mphepya, 2006). aa i Sabah
(2009) su prouavanjem uticaja meteorolokih faktora utvrdili da sa
poveanjem vlanosti vazduha koncentracija sulfata opada. Autori su
uoili da sa padom temperature vazduha, koncentracija sulfata raste,
usled poveanog sagorevanja fosilnih goriva4
Diplomski rad
Biljana Strainovi
tokom zimskog perioda. Koncentracije sulfata u talonim
materijama merene u New Yorku, bile su maksimalne leti jer se
brzina oksidacije SO2 poveava sa solarnim zraenjem2 (Dutkiewicz i
sar, 2000). Korelacije izmeu koncentracija SO2 i SO 4 bila je
pozitivna, odakle
se pretpostavlja da ovi zagaivai potiu od istog izvora kao i da
sulafati nastaju od SO2 (aa i Sabah, 2009; Grima i sar., 2002).
Epidemioloka ispitivanja ukazuju na povezanost zagaenja vazduha
atmosferskim esticama (PM) u urbanim podrujima i broja dnevno
umrlih i hospitalizovanih (Querol i sar., 2001; Querol i sar.,
1999). Mehanizam kojim estice utiu na zdravlje oveka, zavisi od
veliine i sastava estica (Englert, 2004; Harrison i Yin, 2000).
estice iji je prenik manji od 10m (PM10), gde spadaju i sulfati, se
smatraju tetnim za donji deo respiratorniog trakta. Na gornji deo
respiratornog trakta tetan uticaj imaju vee estice (Rosendahl,
1998). U Indiji, je veliki nivo mortaliteta i morbiditeta povezan
sa zagaenjem vazduha esticama veliine do 10m (Kumar i Joseph,
2006).
2. OPIS ISPITIVANOG PODRUJA2.1. Monitoring vazduha u
SrbijiPrograma kontrole kvaliteta vazduha ima za cilj sistemsko
merenje imisije, praenje nivoa zagaenosti vazduha u toku vie
godina, ocenu kvaliteta vazduha u poreenju sa dozvoljenim normama,
praenje uticaja zagaenog vazduha na zdravlje ljudi, ivotinju
sredinu i klimu, kao i izvetavanje o rezultatima merenja. Granine
vrednosti imisije, imisije upozorenja, epizodno zagaenje vazduha,
metode sistematskog merenja imisije, kriterijumi za uspostavljanje
mernih mesta i nain evidencije podataka propisuju se Pravilnikom o
graninim vrednostima (www.sepa.sr.gov.yu ). Sistemska merenja
imisije utvrena Programom kontrole kvaiteta vazduha, obavljaju se u
mrei mernih mesta postavljenoj u vie nivoa za koje su nadlene
organizacije iz oblasti meteorologije i zdarvstva. Po pravilniku za
2006.god. definisani su programi i merna mesta u vie mrea. Skup
mrea ine: Osnovna mrea meteorolokih stanica i osnovna mrea urbanih
meteorolokih stanica; Lokalna mrea urbanih stanica za merenje
imisije osnovnih zagaujuih materija i Lokalna mrea urbanih mrea za
merenje imisije specifinih zagaujuih materija Osnovna mrea stanica
za praenje uticaja zagaenog vazduha na zdravlje ljudi Jedino
Beograd poseduje sve etiri mree mernih stanica. Broj mernih mesta,
koji ine mreu, i njihov raspored zavisi od povrine podruja, vrste
izvora koji zagauje vazduh, geografskih karakteristika
(konfiguracija terena), gustine naseljenosti. Na velikoj ravnoj,
gusto naseljenoj povrini, merna mesta se mogu rasporediti u
jednakim razmacima (www.zdravlje.org.yu). Izbor zagaujuih materija
koje se ispituju u mrei mernih mesta usklaen je sa Pravilnikom
Republike Srbije (Slubeni glasnik RS, 19/06), dokumentima Evropske
Unije i preporukama Svetske zdravstvene organizacije i Svetske
meteoroloke organizacije. U Programu kontrole kvaliteta vazduha,
zagaujue materije podeljene su u dve grupe:5
Diplomski rad
Biljana Strainovi
1. Osnovne zagaujue materije- grupa zagaujuih materija koja je
iroko rasprostranjena i
neizbeno prisutna u vazduhu. Tu spadaju: sumpor-dioksid, azotovi
oksidi, ugljenmonoksid, prizemni ozon i suspendovane estice (dim,
a, praina). Smatraju se indikatorima kvaliteta vazduha, s obzirom
na njihovu rasprostranjenost. 2. Specifine zagaujue materije -
grupa zagaujuih materija koja se emituje iz kao to su:
ugljovodonici, hlor, teki metali iz procesa proizvodnje i
sagorevanja (Ni, Mn, Cr, Cd, Hg, Pb, As). Ove materije nisu u tako
velikoj meri rasprostranjene u vazduhu, izuzimajui industrijska
podruja. Urbane Urbano-industrijske Saobraajne Suburbane
Ruralne/EMEP
Slika 1. Automatski monitoring kvaliteta vazduha u Srbiji U
Zajearu takoe postoje merne stanice za merenje osnovnih i
specifinih zagaujuih materija, dok je u Negotinu postavljena samo
osnovna urbana meteoroloka stanica Na slici 1 prikazana je mrea
automatskih mernih stanica u Republici Srbiji. U Boru, pored mree
urbanih stanica za merenje imisije osnovnih zagaujuih materija,
postoji i lokalna mrea za merenje imisije specifinih zagaujuih
materija.
2.2. Monitoring vazduha u BoruGrad Bor se nalazi u sredinjem
delu istone Srbije. Borski okrug se prostire na teritoriji od
856km2 na kojoj ivi 255 817 stanovnika. Bor se sastoji od
centralnog naselja i sedita optine i 12 sela: Gornjane, Tanda,
Luka, Krivelj, Buje, Otrelj, Donja Bela Reka, Brestovac, Zlot,
arbanovac i Metovnica. Glavni izvori zagaenja vazduha u Boru
su:
6
Diplomski rad
Biljana Strainovi
Rudarstvo: jama rudnika bakra; povrinski kopovi bakra, krenjaka
i kvarca
(mineralna praina, gasovi miniranja); odlagalita raskrivke i
flotacijska jalovita (praina); Metalurgija: topionica
(sumpordioksid, praina sa visokim sadrajem arsena i tekih metala),
Industrijski objekti: Fabrike prerade metala (visoke emisije
praine), Fabrika lak ice (emisije organskih jedinjenja), Energetski
objekti: Toplana energana (praina, a i ugljen dioksid), Saobraaj,
domainstva i dr. Osnovne industrijske delatnosti u Boru su
rudarstvo i metalurgija. Borski rudnik je otvoren 1903. godine, a
1905. godine je poela sa radom topionica, u kojoj se topi
koncentrat bakra koji kao primese sadri sumpor, arsen, olovo,
srebro, zlato, cink itd. Industrijska zona Bora, sa svojim pogonima
za proizvodnju i preradu rude i metalnih sirovina, primarni je
zagaiva vazduha, vode i zemljita. Emisija SO2 iz metalurkih pogona
topionice bakra zavisi od koliine preraenog koncentrata bakra i
rada fabrike sumporne kiseline koja prihvata otpadne gasove
topionice. Zbog zastarelosti tehnologije u proizvodnji sumporne
kiseline moe se iskoristiti maksimalno 60% sumpor-dioksida, dok 40%
odlazi u atmosferu. Otpadni gasovi se emituju iz dva dimnjaka koji
su visine od 150m i 100m. U gradu postoji Toplana, preko koje se u
zimskom periodu greje vie od 90% stanova. Toplana emituje u
atmosferu prainu, ugljenikove i sumporove okside. Gorivo za rad
toplane je ugalj koji je razliitog porekla i sa razliitim sadrajem
organskog sumpora u zavisnosti od trita. Otpadni gasovi iz Toplane
dovode do poveanja ve visokih koncentracija sumpor-dioksida a time
i sulfata u vazduhu, to samo pogorava sadanje stanje ivotne sredine
u Boru. Emisije praine iz Toplane vee su od emisije sa flotacijskih
jalivita i iz metalurgije (LEAP 2003.god.). Praina se najvie
emituje u vazduhu sa Odlagalita jalovine i Flotacijskih jalovita.
Sa brana flotacijskog jalovita Veliki Krivelj podie se od 1,132 do
45,292g praine u sekundi. Njen domet je do 4,5km. Indeks emisije,
odnosno koliine emitovane praine po stanovniku sela Otrelj koje je
njoj izloeno iznosi 1789kg/stanovniku/godinje, a sela Veliki
Krivelj je znatno manji i iznosi 22,5kg/stanovniku/godinje(LEAP
2003.god.). Zbog velike zagaenosti vazduha u Boru, vri se
konstantno merenje imisije sledeih zagaujuih materija:
sumpordioksid, lebdee estice (Pb, Cd, Mn, Ni, Cu, As i Hg), i
talone materije koje sadre: nerastvorne materije (pepeo, sagorljive
materije) i rastvorne materije ( SO42-, Pb, Cd i Zn). Raspored
mernih mesta za praenje koncentracija sulfata u talonim materijama
i sumpor-dioksida prikazan je na slici 2. Praenje koncentracija
talonih materija obavlja se na 15 mernih mesta: Bolnica, umska
sekcija, O. Duko Radovi, Institut, Metalurg, B. Banja,
Elektroistok, Fabrika Folije, Bor II, Jezero, Slatina, Brezonik,
Krivelj, Otrelj i Sloga. Merenje sumpordioksida vri se na etiri
merna mesta: Grdski park, Institut, Elektroistok i Brezonik. Merne
stanice su postavljene u odnosu na poloaj industrijskog kompleksa,
estinu vetrova, konfiguraciju terena, i u odnosu na oblasti sa
najveim brojem stanovnika.
7
Diplomski rad
Biljana Strainovi
Slika 2. Karta mernih mesta u Boru
Kvalitet vazduha u Boru i okolini prati se na osnovu sledeih
aktivnosti: Kontrola sumpor-dioksida sa petnestominutnim
vrednostima na mernim mestima Elektroistok i Grdski park. Kontrola
sumpor-dioksida i ai sa dvadesetetvoroasovnim uzorcima na mernim
mestima Institut i Brezonik. Kontrola talonih materija (uzorkovanje
302 dana). Obavlja se kontrola: pH vrednosti, koliine nerastvornih
materija, koliine rastvornih materija, pepela, sulfata, kadmijuma,
olova, cinka i ukupnih talonih materija. Merenje meteorolokih
parametara: temperatura vazduha, relativna vlanost vazduha,
atmosferski pritisak, pravac i brzina
2.3 Meteoraloke karakteristike ispitivanog podruja8
Diplomski rad
Biljana Strainovi
Iako je okruen visokim planinama Bor ima relativno malu
nadmorsku visinu 378m. Klima podruja optine Bor ima obeleja umereno
kontinentalne, sa povremenim a ponekad i znatnim uticajem
kontinentalne klime, koja prodire iz Vlake nizije i Karpatskih
planina. Zime su otre, leta kratka, relativno topla a padavine su
obilnije u zimskom periodu. Godinja osunanost podruja dostie 2 000
sati. U tabeli 1. prikazani su meteoroloki parametri ispitivanog
podruja tokom 3 godine. Minimalna prosena mesena temperatura
iznosila je -3.6C, dok je najvia prosena mesena bila 24.7C. Prosene
godinje relativne vlanosti vazduha su u blagom opadanju, dok je
proseni godinji atmosferski pritisak u blagom porastu. Vrednost
minimalne prosene mesene brzine vetra iznosila je 0.3m/s, dok je
maksimalna bila 1.0m/s. Proseni godinji maksimalni udari vetra su
tokom posmatranog perioda bili najvei tokom 2007.god. Iz tabele se
vidi da prosene godinje meteoroloke karakteristike vazduha, imaju
priblino iste vrednosti tokom 3 godina, to ukazuje na zastupljenost
umerene klime na podruju Bora. Tebela 1. Prosene godinje vrednosti
meteoroloki parametara ispitivanog podruja (20062008)T (C) Min mes
. 2006 2007 2008 -3,6 -0,9 -1,9 Max mes . 21,6 24,7 23,2 God . 11,7
11,7 11,4 Vlanost vazduha (%) Min Max God mes mes. . . 60 47 54 81
86 84 73 68 69 Atm. pritisak (mbar) Min mes. 965, 8 969, 1 949, 5
Max mes. 981, 5 976, 7 980, 4 God. 971 971, 6 971, 1 Brzina vetra
(m/s) Min Max God mes mes . . . 0,3 0,4 0,3 0,7 0,8 1,0 0,5 0,6 0,6
Max.udar v. (m/s) God. 17 18,4 16,5
Prosene godinje uestalosti vetrova za 2006., 2007. i 2008.god.
prikazane su na slici 2. Analizirani su vetrovi pravca N(sever),
NNE(sever-severoistok), NE(severoistok), ENE(istokseveroistok),
E(istok), ESE(istok-jugoistok), SE(jugoistok), SSE(jug-jugoistok),
S(jug), SSW(jug-jugozapad), SW(jugozapad), WSW(zapad-jugozapad),
W(zapad), WNW(zapadseverozapad), NW(severozapad) i
NNW(sever-severozapad). Sa slike se vidi da su tokom posmatranog
perioda zastupljeni istoni, juni i vetar pravca zapad-severozapad.
Uoava se da su estine ovih vetrova tokom posmatranog perioda rastu.
Domenantan pravac vetra je zapad-severozapad (WNW).
9
Diplomski rad
Biljana Strainovi
Slika 1. Prosene godinje uestalosti vetrova za 2006., 2007., i
2008.god.
2.4. Metode merenja koncentracija sulfata i SO2Merenje
koncentracija talonih materija vri se metodom sedimentacije, pomou
mernog instrumenta koji se zove sedimentator (Slika 3).
Sedimentator predstavlja deo monitoring opreme i sastoji se od
plastinog levka prenika 20cm u plastine boce zapremine 2-5dm3,
smetene u elinoj kofi postavljenoj na odreenoj visini. U
sedimentator se dodaje 10cm3 0,02mol/dm3 rastvora bakar-sulfata, i
nakon toga se postavlja na merno mesto. U sedimentatoru se
prikupljaju estice vee od 10m koje se usled sopstvene teine taloe
na odreenoj povrini. Sedimentacija se vri tokom jednog meseca, kako
bi se sakupila odreena koliina talonih materija. Na kraju meseca,
uzorci se odnose na laboratorijsku analizu. U aerosedimentu se
odreuju: koliina padavina, pH vrednost padavina, rastvorne i
nerastvorne materije. Pre filtriranja kroz papirni membranski
filter sa otvorima od 0,45m odreuje se pH vrednost. Koliina
rastvornih materija u aerosedimentu odreuje se nakon filtriranja.
Iz filtrata se dalje2 odreuju SO 4 joni pomou jonskog analizatora,
korienjem sulfat jon selektivne elektrode.
Slika 3. Sedimentator www. neovita.co.rs Na mernim mestima
Gradski park i Elektroistok, koncentracija sumpor-dioksida se meri
automatski SO2 analizatorom firme Environment S.A model AF22M.
Merenje ovim10
Diplomski rad
Biljana Strainovi
analizatorom zasniva se na detekciji fluorescentnog zraenja
emitovanog od SO2 molekula, koji se pobuuju svetlom talasne duine
214nm. Opseg merenja je od 0 do 10000g/m3 prema ISO 10498
standardu. Na mernim mestima Institut i Brezonik, za merenje
koncentracije SO2 koristila se acidimetrijska metoda merenja
koncentracija SO2 zasnovana na apsorpciji sumpordioksida iz uzorka
vazduha u reagensu 0,03mol/dm3 vodonik-peroksida na pH=5, po
reakciji: SO2 + H2 O2 = H2 SO4. Donja granica detekcije za ovu
metodu iznosi 25g/m3. Formirana postojana i neisparljiva sumporna
kiselina titrie se standardnim 0,002mol/dm3 rastvorom NaOH.
Titracija se vri u prisustvu bromkrezola i metil-crvenog u
metanolu, pri emu se boja menja od crvene do zelene. Ovakvim
postupkom dobijaju se koncentracije SO2, u toku jednog dana, tj.
24h.
3. REZULTATI I DISKUSIJA3.1. Prosene godinje koncentracije
ukupnih talonih materija i sumpor-dioksida u gradovima SrbijeU
Srbiji se koncentracije ukupnih talonih materija mere automatskim
stanicama za monitoring kvaliteta vazduha postavljenim u mrei
mernih mesta. Automatske stanice postavljene su u gradovima: Bor,
Panevo, Beograd, abac, Kostolac Smederevo, Kragujevac, Zajear, aak,
Luani, Kruevac, Leskovac, Vranje itd. Podaci korieni za izradi
grafika preuzeti su sa SEPA sajta( Agencija za zatitu ivotne
sredine). Na slici 4. su prikazane srednje godinje koncentracije
ukupnih talonih materija na mernim mestima u gradovima na
teritoriji Republike Srbije za 2006, 2007 i 2008.god. Srednje
godinje koncentracije ukupnih talonih materija na mernnim mestima
Kostolac (991 mg/m2/dan) i Smederevo (533 mg/m2/dan) za 2008.god.
znaajno premauju graninu vrednost imisije, koja prema Pravilniku o
graninim vrednostima imisije (GVI) za naseljena mesta iznosi
200mg/m2/dan na godinjem nivou ("Slubeni glasnik RS", 19/2006).
Neto manja prekoraenja mogu se uoiti i na mernim mestima u Beogradu
za sve tri godine, Kragujevcu za 2006.god., Zajearu za 2006.god i
2008.god., Luanima za 2006.god. i 2008.god., Vranju tokom 2006.god.
i Boru (2007. i 2008.god). Iz priloene slike se moe videti da
koncentracije ukupnih talonih materija u Boru u odnosu na ostale
gradove u Srbiji nisu najvee, ali da ipak premauju GVI.
11
Diplomski rad
Biljana Strainovi
Slika 4. Srednje godinje koncentracije ukupnih talonih materija
na mernim mestima na teritoriji Srbije Koncentracije
sumpor-dioksida mere se automatskim mernim stanicama postavljenim
na mernim mestima u gradovima Srbije: Bor, Panevo, Beograd,
Kostolac, aak, Kruevac, Leskovac, Vranje itd. Prosene godinje
vrednosti koncentracija sumpor-dioksida za gradove Republike Srbije
za tri godine prikazane su na slici 5. Punom zelenom linijom
oznaena je granina vrednost imisije koja za sumpor-dioksid na
godinjem nivou za naseljena mesta iznosi 50g/m3 ("Slubeni glasnik
RS", 19/2006). Najvie koncentracije sumpor-dioksida uoene su u Boru
za 2006.god. (238g/m3), 2007.god. (175g/m3) i 2008.god.
(132.19g/m3), ime se moe zakljuiti da je tokom godina dolo do
blagog pada koncentracija sumpor-dioksida, ali i da ove vrednosti
mnogostruko premauju GVI. Prosene godinje koncentracije
sumpor-dioksida u Beogradu premauju GVI tokom 2006.god. i
2007.god., a u Vranju samo tokom 2006.god.
Slika 5. Srednje godinje koncentracije sumpor-dioksida u
gradovima Republike Srbije za 2006, 2007 i 2008.god.
3.2. Pregled prosenih godinjih koncentracija sulfata, ukupnih
talonih materija, i sumpor-dioksida u BoruMerenja koncentracije
sulfata i ukupnih talonih materija u Boru vre se automatskim mernim
stanicama na 15 mernih mesta . Za izradu grafika korieni su podaci
za prosene godinje koncentracije sulfata i ukupnih talonih materija
sa mernih mesta umska sekcija, Institu i Elektroistok. Prosene
godinje koncentracije sulfata i prosene godinje koncentracije
ukupnih talonih materija za 2006., 2007. i 2008.god., za merna
mesta umska sekcija , Institut i Elektroistok, prikazane su na
slici 6. Punom ljubiastom linijom prikazana je granina
vrednost12
Diplomski rad
Biljana Strainovi
imisije (GVI). Sa slike se vidi da su prosene godinje
koncentracije sulfata u talonim materijama tokom 3 godine najvie na
mernim mestima umska sekcija i Elektroistok, dok su na menom mestu
Institut znatno nie. Prosene godinje koncentracije ukupnih talonih
materija prelazile su GVI na mernom mestu umska sekcija, 2007.god.
i 2008.god., dok su za ostala merna mesta bile u granicama
dozvoljenih vrednosti. Poviene koncentracije ovih zagaivaa
posledica su blizine izvora zagaenja sa mernim mestom (umska
sekcija), i dominantnog pravca vetra ka mernom mestu
Elektroistok.
Slika 6. Prosene godinje koncentracije sulfata i prosene godinje
koncentracije ukupnih talonih materija za 2006., 2007. i 2008 god
za tri merna mesta Iz industrijske zone, koja se nalazi neposredno
uz urbanu zonu, emituju se velike koliine suspendovanih estica.
Pored tekih metala u suspendovanim esticama nalaze se i joni
sulfata. Noene vetrom vrste estice veeg prenika taloe se u
suburbanim i u ruralnim zonama nekoliko kilometara udaljenim od
industrijske zone. U tabeli 2. prikazane su prosene godinje
koncentracije sulfata u talonim materijama za 2006.god i 2007.god u
urbanoj, suburbanoj i ruralnoj zoni. Analizom podataka utvreno je
da su koncentracije sulfata bile znatno vie u 2006.god za sve
navedene zone. Urbana zona je za dve godine u odnosu na suburbanu i
ruralnu zonu imala najvee prosene godinje koncentracije sulfata.
Ruralna zona koja obuhvata lokalna seoska naselja ima najmanje
prosene godinje vrednosti sulfata u talonim materijama, to je dobro
jer ne dolazi do porasta kiselosti plodnog poljoprivrednog
zemljita. Tabela 2. Srednje godinje koncentracije sulfata za 2006
god. i 2007 god. za urbanu, suburbanu i ruralnu zonuSulfati
[mg/m2/dan] Godina 2006 2007 urbana zona36,15 15,75
suburbana zona26,85 11,85
ruralna zona23,43 11,03
Sulfati u talonim materijama mogu poticati direktno od izvora
zagaenja, a mogu i nastati oksidacijom sumpor-dioksida u atmosferi.
Na slici 7 prikazana je zavisnost prosenih mesenih koncentracija
sulfata od prosene mesene koncentracije sumpor-dioksida, za 2006,
2007 i 2008.god., na mernom mestu Institut.13
Diplomski rad
Biljana Strainovi
Sa slike se vidi da je porast koncentracija sumpor-dioksida u
atmosferi uglavnom praen porastom koncentracije sulfata u talonim
materijama, ime se moe zakljuiti da sulfati delom nastaju od
sumpor-dioksida iz atmosfere, to su pokazali Dutkiewicz i
saradnici, (2000). U junu 2006.god. i novembru 2008.god. je nagli
pad prosenih mesenih koncentracija sulfata. U oktobru 2007.god.
zabeleen je nagli porast sulfata i sumpor-dioksida, a u avgustu
2008.god. uoava se porast sulfata ali male prosene koncentracije
sumpor-dioksida, kao i u decembru 2008. god. Ova odstupanja ukazuju
da koncentracija sulfata ne zavisi samo od imisije sumpordioksida
ve i od drugih faktora, a jedan od njih je i direktna emisija
sulfata iz industrijske zone.
Slika 7. Mesene koncentracije sumpor dioksida i sulfata za 2006,
2007, i 2008 god. za merno mesto Institut
3.3. Uticaj metaoroloskih parametara na koncentracije sulfata
3.3.1 Uticaj pravca vetraPravac vetra je najbitniji uticajni faktor
koja utie na koncentraciju i raspodelu talonih materija i SO42-
jona u njima. Korelacije prosenih mesenih koncentracija sulfata i
prosenih mesenih estina vetrova za urbanu, suburbanu, ruralnu i
turistiku zonu za dominantne pravce vetrova, prikazane su na slici
8. Na slici 8a) prikazana je zavisnost prosenih mesenih
koncentracija sulfata od prosenih mesenih estina NNE vetra, na
mernom mestu Institut, za 2007.god. Na slici 8b) vidi se korelacija
prosene mesene koncentracije sulfata i prosene mesene estine NNW
vetra, na mernom mestu Elektroistok za 2006.god. Zavisnost prosenih
mesenih koncentracija sulfata od prosenih mesenih estina NNW vetra
na mernom mestu Otrelj za 2006.god. data je na slici 8c). Za merno
mesto Jezero, uticaj prosenih mesenih estina NNE vetra na prosene
mesene koncentracije sulfata tokom 2006.god. prikazan je na slici
8d). Geografski poloaj u odnosu na industrijsku zonu navedenih
mesta odreuje i dominantan14
Diplomski rad
Biljana Strainovi
pravac vetra. NNW pravac, utie na poveanje prosenih mesenih
koncentracija sulfata na mernim mestima Elektroistok i Otrelj. Vei
uticaj ovog vetra uoen je na mernom mestu Elektroistok koji
predstavlja suburbanu zonu u odnosu selo Otrelj, to je utvreno na
osnovu korelacionog faktora koji iznosi 0,6399. Urbana i turistika
zona, nalaze se na pravcu NNE vetra. Na osnovu korelacionog faktora
(0,4821) vidi se da NNE vetar ima vei uticaj na poveanje prosenih
meseni koncentracija sulfata na mernom mestu Jezero u odnosu na
merno mesto Institut, koje je na manjoj udaljenosti od izvora
zagaenja.
a)
b)
c) d) Slika 8. Uticaj prosenih mesenih estina vetrova NNE i NNW
pravca na koncentracije sulfata na mernim mestima: a) Institut
(2007);b) Elektroistok (2006); c) Otrelj (2006) i d) Jezero
(2006)
15
Diplomski rad
Biljana Strainovi
3.3.2 Zavisnost koncentracije sulfata od koliine padavina i pH
vrednostiSulfati iz estica na tlo dospevaju suvom i mokrom
depozicijom. Zavisnost prosenih mesenih koncentracija sulfata od
koliine padavina, i zavisnost pH vrednosti padavina od prosenih
mesenih koncentracija sulfata, na mernom mestu Elektroistok za
2007.god. prikazana je na slici 9a) i 9b). Sa slike 9a) vidi se da
nema pravilnosti izmeu koncentracije sulfata u talonim materijama i
koliine padavina. Naime, ako se emituje vea koliina estica u
atmosferu poveava se i koncentracija sulfata u talonim materijama,
i one se taloe suvom ili mokrom depozicijom na tlo. Tako da,
koliina padavina,tj. koja utie na mokru depozicija nije jedini
uticajni faktor za taloenje estica. Emisija sumporovih jedinjenja u
ivotnu sredinu direktni je uzrok acidifikacije ekosistema
(Belorusija) (Sanets i sar., 2005). Veza izmeu prosenih mesenih
koncentracija sulfata i pH vrednosti padavina data je na slici 9b).
Sa gafika se uoava da koncentracija sulfata u talonim materijama
nije jedini uticajni faktor koji izaziva promenu pH vrednosti
padavina. Sulfati su jedan od jona koji smanjenjuje pH vrednost
padavina i doprinosi pojavi kiselih kia (Balestrini i sar., 2000).
U Severnoj Americi je uoen je viegodinji trend smanjenja koliine
sulfata u atmosferi koji je uzrok porasta pH vrednosti padavina
(Driscoll i sar., 2007). Kiselost padavina u Kini preteno potiu od
sulfata i sumpor-dioksida, i odlikuju se niskim pH vrednostima (Yi
i sar., 2007).
a)
b) Slika 9. a) Uticaj prosenih mesenih koliina padavina na
prosene mesene koncentracije sulfata Elektroistok, 2007.god; b)
Uticaj prosene mesene koncentracije sulfata na pH vrednost padavina
na mernom mestu Elektroistok (2007)16
Diplomski rad
Biljana Strainovi
3.4 Korelacija Zn, Cd i sulfataPored sulfata u talonim
materijama nalaze se teki metali i druge supstance, kao to su:
cink, kadmijum, olovo, kalcijum, hloridi itd. Odnosi prosenih
godinjih koncentracija sulfata i prosenih godinjih koncentracija
cinka (10a) i kadmijuma (10b) u talonim materijama na 15 mernih
mesta tokom 2006.god. dati su na slici 10. Sa slike 10(a) se vidi
da je korelacija pozitivna i iznosi 0,5836 i da sa porastom
koncentracije sulfata raste i koncentracija cinka. Srednja godinja
vrednost koncentracije sulfata i koncentracije cinka bila je najvea
na mernom mestu Bolnica i iznosile su 50,4mg/m 2/dan za sulfate i
102,5mg/m2/dan za cink. Najmanja vrednost srednje godinje
koncentracije sulfata iznosila je 15,1mg/m2/dan za merno mesto
B.Banja, a za cink 10,6mg/m2/dan za merno mesto BorII. Korelacija
na slici 10b) je pozitivna i iznosi 0,3396, to znai da sa porastom
prosene mesene koncentracije sulfata raste i prosena mesena
koncentracija kadmijuma. Najvea prosena godinja koncentracija
sulfata (50,4 mg/m2/dan) i kadmijuma (2,4mg/m2/dan) bila je na
mernom mestu Bolnica. Dobijene korelacije su znaajne i na osnovu
toga se moe pretpostaviti da se cink i kadmijum u talonim
materijama nalaze u obliku sulfata.
a)17
Diplomski rad
Biljana Strainovi
b) Slika 10. a) Korelacija sulfata i cinka za 15 mernih mesta za
2006 godinu; b) Korelacija sulfata i kadmijuma za 15 merna mesta za
2006 godinu
4. ZAKLJUAKIndustrijska zona Bora, sa svojim pogonima za
proizvodnju i preradu rude i metalnih sirovina, primarni je zagaiva
vazduha, vode i zemljita. Prosene godinje koncentracije ukupnih
talonih materija u Boru u odnosu na ostale gradove u Srbiji nisu
najvee, ali ipak premauju GVI. Analizom prosenih godinjih vrednosti
koncentracija sumpor-dioksida za gradove Republike Srbije za tri
godine, utvreno je da su koncentracije u Boru najvee i znaajno
premauju zakonom propisane vrednosti imisije. Prosene mesene
koncentracije ukupnih talonih materija odreivane su na 15 mernih
mesta u urbanoj, suburbanoj i ruralnoj zoni. Uveane vrednosti
talonih materija bile su na mernom mestu umska sekcija, u urbanoj
zoni, za 2007.god. i 2008.god. Analizom prosenih godinjih vrednosti
koncentracija sulfata za urbanu, suburbanu i ruralnu zonu, u toku
2006.god. i 2007.god., najvee su bile u urbanoj zoni, s obzirom da
je ona najblia industrijskom postrojenju. Iz odnosa prosenih
mesenih koncentracija sumpor-dioksida i prosenih mesenih
koncentracija sulfata, uoena je njihova meusobna povezanost.
Prilikom porasta koncentracija sumpor-dioksida dolazi do porasta
koncentracija sulfata. Najvie koncentracije sumpor-dioksida i
sulfata zapaene su u oktobru 2007.god. Najuticajniji metaoroloki
faktor za distribuciju sulfata su pravci vetrova. Vetrovi u Boru
najvie duvaju iz pravca zapad, severo-zapad i istok. Vetar NNE ima
najvei uticaj na koncentracije sulfata na menim mestima Institut
(2007) i Jezero (2006). Vetar pravca NNW najvie utie na
koncentracije sulfata na menim mestima Elektroistok (2006) i Otrelj
(2006). Ispitivanjem uticaja koliine padavima na koncentraciju
sulfata u talonim materijama, moe se zakljuiti da padavine nisu
jedini faktor koji utie na depoziciju estica.Takoe se moe uoiti da
su sulfati jedan od jona koji utiu na promenu pH vrednosti
padavina. Uoene su i dobre korelacije sulfata sa drugim supstancama
iz talonih materija, kao to su Zn i Cd. to ukazuje da se cink i
kadmijum u talonim materijama nalaze u obliku sulfata.
18
Diplomski rad
Biljana Strainovi
Literatura:
Aparecida de Castro Villela I., Silveira J. L.; Ecological
efficiency in thermoelectric powerplants; Applied Thermal
Engineering 27 (2007) 840847 Balestrini R., Galli L. i Tartari G.;
Wet and dry atmospheric deposition at prealpine and alpine sites in
northern Italy; Atmospheric Environment 34 (2000) 1455-1470 Barbu
A.L., Segers A.J., Schaap M., Heemink A.W., Builtjes P.J.H., Barbu
A.L., Segers A.J., Schaap M., Heemink A.W. i Builtjes P.J.H.; A
multi-component data assimilation experiment directed to sulphur
dioxide and sulphate over Europe; Atmospheric Environment 43 (2009)
16221631 Boubel R. W., Fox D.L., Turner D. B. i Stern A. C.;
Fundamentals of Air Pollution; Academic Press, San Diego,
1994.Driscoll C.T., Lambert K. F. i Chen L.; Acidic Deposition:
Sources and Ecological Effects;Acid
in the environment: Springer US; California, 2007, 27-58.
Dutkiewicz V. A., Das M. i Husain L.; The relationship between
regional SO2 emissionsand downwind aerosol sulfate concentrations
in the northeastern US; Atmospheric Environment 34 (2000)
1821-1832
Englert N.;Fine particles and human health-a review of
epidemiological studies; ToxicologyLetters 149 (2004) 235242
Fairlie T. D., Szykman J., Gilliland A., Pierce R. B., Kittaka C.,
Weber S., Engel-Cox J., Rogers R. R., Tikvart J., Scheffe R. i
Dimmick F; Lagrangian sampling of 3-D air quality model19
Diplomski rad
Biljana Strainovi
results for regional transport contributions to sulfate aerosol
concentrations at Baltimore, MD, in summer 2004; Atmospheric
Environment 43 (2009) 32753288).
Fenech G.; The Canadian acid rain strategy; Environmental
Science & Policy 1 (1998) 261267 Galindo N., Nicolas J.F.,
Yubero E., Caballero S., Pastor C. i Crespo J.; Factors affecting
levels of aerosol sulfate and nitrate on the Western Mediterranean
coast; Atmospheric Research, 88 (2008) 305313 Grima R., Micallef A.
i Colls J. J.; Extrenal contribution urban air pollution;
Environmental Monitoring and Assessment 73 (2002) 291314. Hana L.,
G.Zhuangb,S.Chenga i J.Lib; The mineral aerosol and its impact on
urban pollution aerosols over Beijing, China; Atmospheric
Environment 41 (2007) 75337546 Harrisonu R. M. i Yin J.;
Particulate matter in the atmosphere: which particle properties are
important for its effects on health? The Science of the Total
Environment 249 (2000) 85-101 aa Y. i Sabah E.;Statistical Analysis
of Air Pollutants and Meteorological Parameters in Afyon, Turkey;
Environ Model Assess 14 (2009) 259266 Izvetaj o stanju ivotne
srdine u Republici Srbiji, 2006.; Ministarstvo nauke i zatite
ivotne sredine; Agencija za zatitu ivotne sredine (SEPA); Beograd,
2007 Izvetaj o stanju ivotne srdine u Republici Srbiji, 2007.;
Ministarstvo nauke i zatite ivotne sredine; Agencija za zatitu
ivotne sredine (SEPA); Beograd, 2008. Izvetaj o stanju kvaliteta
vazduha u Boru, januar-jul 2008.; Ministarstvo nauke i zatite
ivotne sredine; Agencija za zatitu ivotne sredine (SEPA); Beograd,
2009. Jacob D. J., Winner D. A.; Effect of climate change on air
quality; Atmospheric Environment, 43 (2009) 5163. Jamieson R.E. i
Wadleigh M.A.; A study of the oxygen isotopic composition of
recipitation sulphate in eastern; Water, Air, and Soil Pollution,
110 (1999)405-420 Kitayama K., Simizu T. i Hara H.; Impacts of
sulfur dioxide from Miyakejima on precipitation chemistry in Japan;
Atmospheric Environment 42 (2008) 89238933 Kumar R. I Joseph A.E.;
Air Pollution Concentrations Of Pm2.5, Pm10 And No2 At Ambient And
Kerbsite And Their Correlation In Metro City Mumbai; Environmental
Monitoring And Assessment 119 (2006) 191199
20
Diplomski rad
Biljana Strainovi
Laj P., Fuzzi S., Facchini M. C., Orsi G., Berner A., Kruisz C.,
Wobrock W., Hallberg A., Bower K. N., Gallagher M. W., Beswick K.
M., Colvile R. N., Choularton T. W., Nasony P. i Jones B.;
Experimental Evidence For In-Cloud Production Of Aerosol Sulphate;
Atmospheric Environment, 31 (16) (1997) 2503-2514 Norman A.L.,
Anlauf K., Hayden K., Thompson B., Brook J.R., Li S.M. i Bottenheim
J.; Aerosol sulphate and its oxidation on the Pacific NW coast: S
and O isotopes in PM2.5; Atmospheric Environment 40 (2006) 26762689
Querol X., Alastuey A., Lopez-Soler A., Plana F., Mantilla E., Juan
R., Ruiz C.R. i La Orden A.; Characterisation of atmospheric
particulates around a coal-fired power station; International
Journal of Coal Geology , 40 (1999) 175188 Querol X., Alastuey A.,
Rodriguez S., Plana F., Ruiz C. R., Cots N., Massague G. i Puig O.;
PM10 and PM2.5 source apportionment in the Barcelona ; Atmospheric
Environment, 35 (2001) 64076419 Pravilnik o graninim vrednostima
imisije; "Slubeni glasnik RS", br. 54/92, 30/99, 19/2006 Restad K.,
Lsaksen i. S. A. i Berntsen T.K.; Global distribution of sulphate
in the troposphere. A three-dimensional model study; Atmospheric
Environment, 32 (20),(1998), 3593-3609 Rosendahl K. E.; Health
effects and social costs of particulate pollution-a case study for
Oslo; Environmental Modeling and Assessment 3 (1998) 4761 Sanets
E.V. i Chuduk V. N.; Sulphur atmospheric deposition in areas with
different anthropogenic loads in Belarus; Atmospheric Research 77
(2005) 88 99 Song S. K., Shon Y. H. i Kim K. H; Photochemical
oxidation and dispersion of gaseous sulfur compounds from natural
and anthropogenic sources around a coastal location; Atmospheric
Environment 43 (2009) 30153023 Tang A., G., Zhuang Y.Wang, Yuan H.
i Sun Y.; The chemistry of precipitation and its relation to
aerosol in Beijing; Atmospheric Environment 39 (2005) 33973406
Veli-Matti K., Pirjola L., Boy M., Eskola A., Teinila K., Laakso,
L. Asmi. A., Hienola J., Lauri A., Vainio V., Lehtinen K. i Kulmala
M.; Interaction between SO2 and submicron atmospheric particles;
Atmospheric Research 54 (2000) 4157 Wang D. i Deng W.;Atmopsheric
SO2 pollution and acidity of rain in Changchun China; Water, Air,
and Soil Pollution 130 (2001) 1631-1634 Ward P. L.; Sulfur dioxide
initiates global climate change in four ways; Thin Solid Films 517
(2009) 31883203 Mphepya J. N., Lacaux C. G., Lacaux J. P., Held G.
i Pienaar J. J.; 21
Diplomski rad
Biljana Strainovi
Precipitation Chemistry and Wet Deposition in Kruger National
Park, South Africa; Journal of Atmospheric Chemistry 53 (2006)
169183 Yi H., Hao J. i Tang X.; Atmospheric environmental
protection in China: Current status, developmental trend and
research emphasis; Energy Policy 35 (2007) 907915 Yu J.Y., Park Y.,
Mielke R.E. i Coleman M. L.; Sulfur and oxygen isotopic
compositions of the dissolved sulphate in the meteoric water in
Chuncheon, Korea; Geosciences Journal 11 (4) (2007) 357 367
22
