SAVREMENE METODE ISPITIVANJA PRIRODNOG ZAGAENJA VAZDUHAdr Tibor J. Halai1,Roa J. Halai3, Mark R. Miklo3, Ljiljana Tanasljevi2, Sneana S. Kalamkovi3, Milan Dolga4

Prirodno-matematiki fakultet, Departman za hemiju, biohemiju i zatitu ivotne sredine, Novi Sad 1, Trg. Dositelja Obradovia 3. tibor.halasi@dh.uns.ac.rs , Privredna komora Srbije2, DPNNS3, Smartline4

Kljune reiLebdee estice, Prirodno zagaivanje vazduha, Vulkani, ModelovanjeStatistika.

UVODIz aspekta zdrastvene bezbednosti brie se razlika izmeu prirodnog i antropogenog zagaivanja vazduha. Kod kritinog zagaivanja vazduha, ekoloka ravnotea se naruava domino efektom.Vazduh se koristi direktno, a lebdee estice kao zagaivai atmosfere su kobne, kada dostignu kritinu koncentraciju.Kod zatite okoline od zagaenog vazduha sve mere imaju velika ogranienja.

Prvo, treba identifikovati izvore prirodnih i antropo-genih zagaivaa vazduha.Kvalitativna, kvantitativna i strukturna analiza poluta-nata atmosfere se postepeno modernizuje.Ekoloka edukacija graana je osnova kultura ivljenja.Ruralnu sredinu ee pogaa prirodno, a urbanu sredinu, antropogeno zagaivanje vazduha.Analitiari /s neophodno je, da sarajuju sa hemia-raima, fiziarima, matematiarima, biolozima, geogra-fima, preventivnom madicinom, tehnolozima, inenje-rima tehnikih nauka, informatiarima, pravnicima i ekonomstima.

MODELOVANJE AEROZAGAIVANJAAtmosferski disperzioni modeli: je nain praenje kretanja oblaka lebdeih estica.NAQS (National Ambient Air Quality Standards): amerika institucija, izrauje najkvaltetnijih modela kretanja lebdeih estica, ime se omoguava strateka kontrola emisije polutanata u svetu.Za vizualizaciju kretanja lebdeih estica koriste: dinamikih i hidrodinamikih modela.

Matematiko modelovanje dinamike fluida (CFD, Computional Fluid Dinamics)Na osnovu mehanike fluida izraujuju kompju-terske modele kretanja estica.Ti modeli slue za reavanja specifinih prob-lema, kao to su hemijski i termodinamiki procesi u ekologiji.

Dinamika fluida Navijer-Stoksova (Novijer-Stokes) jednaina

Navijer-Stoksova jednaina se reava neline-arnim, parcialnim, diferencijalnim jednainama drugog stepena. Ojlerova jednaina kod modelovanja zagaivanja vazduhaUpotrebljava matematiko modelovanje hidro-dinamikih graninih slojeva. Te jednaine modeluju granine povrine, ne i turbulenciju, ve guenje difuznog kretanja oblaka lebdeih estica.

Novijer-Stoksova jednainaCloude Louis Marie Novier, 1785-1836.

sir George Gabriel Stokes, 1819-1903.

Edulerova jednaina

Leonard Ojler(Leonhard Euler,1707-1783)

Vektorski oblik Ojlerove jednainef(x,y,z) je fluks

TurbulencijaModel efekata vadiepa:Koristi se u sluaju da se lebdee estice kreu spiralno ili cirkularno, odozgo na dole ili eliptino. Kretanje se modeluje Poasonovim parcijalnim diferen-cijalnim jednainama, uz kori-enje Laplasovih operatera.

Laplas i Poason

Pierre Simon Marquis de Laplace, 1794-1827.

Simeon Denis Poisson, 1781-1840.

U kinematikom opisu, kretanja lebdeih esti-ca, gradijent deformacija je jedan od vanijih para-metara, koji su tenzori. Ti tenzori se modeluje po-mou Levi-ivitijevim simbolima.

Levi-ivitijevi simboli su vektorske veliine, koje se modeluju vektorskim jednainama, uz kori-enje matrice.ijk = +1, ako su: (ijk) (1,2,3), (3,1,2) ili (2,3,1)

ijk = -1, ako su: (ijk) (1,3,2), (3,2,1) ili (2,1,3)

ijk = 0, ako su: (ijk) (i=j), (j=k) ili (k=i)

Gausova perjanica oblaka lebdeih estica

Karl Fridrih Gaus (Carl Friedrich Gauss, 1777-1855)

Atmosferski disperzini modeliADMS 3 (Atmospheric Dispersion Modelling System)AERMOD Slino ADMS 3, samo je integrisan, koji uzima u obzir tri injenice, meteouslova, imisiju u preniku od 50km i reljef terena.ATSTEP, Gausov model, razvijen u Karlsrueu.

CALPUFF, Gausov model, razvijen u EPA. DISPERSION21, Razvijen u vedskoj, u meteorolokom i hidrometeorolokom institutu. [HYSPLIT] [HYPACT]

ISC3 (Industrial Source Complex), Gausov model.NAME Disperzioni model razvije u Velikoj Britaniji, (Nuclear Accident ModEl).MERCURE, razvijen u Francuskoj, u Institutu (lectricit de France). OSPM, (Operational Street Pollution Model, Disperzni model, razvijen u Danskoj.

RIMPUFF, difuzioni model, razvije u Danskoj, u nacionalnom institutu za odrivi razvoj. SAFE AIR, Simulation of Air pollution From Emissions Above Inhomogeneous Regions), razvijen u Italiji PUFF-PLUME, Razvijen u USA u Institutu: Pacific Northwest National Laboratory PNNL. Model predstavlja simulaciju zagaivanje vazduha, gde su polutanti emitovani iznad nehomogenih regiona).

Levi ivita

Tullio Lewi Civitta, 1873-1941.

Levi-ivitinih indeksa modeluju i pomou Dekartovog koordinatnog sistema

Epsilontenzor

PRIRODNO ZAGAIVANJE VAZDUHA VULKANSKIM ERUPCIJAMAVulkanske erupcije su prirodne pojave, koje ozbiljno zagauju Zemljinu atmosferu.

ERUPCIJA VULKANA

STRUKTURA VULKANA

GASNA EKSHALACIJAVulkanski gasovi i pare mogu biti juvenilne, magmatskog porekla i vadozne, koji potiu iz Zemljine kore. Temperature vulkanskih gasova kreu: 650-2000C.Gasovi sadre: hlorovodonik, amonijum-karbonat, gvoe (II)-hlorid i jedinjenja sum-pora.

Kod vulkanskih erupcija, transparencija Sunevih zraka, zbog prisustva lebdeih estica se smanjuje ispod 80%. To se dogodilo prilikom erupcije vul-kana El ion (El Chichn) i Pinatubo.

UZORKOVANJE VAZDUHAUzorkovanje moe biti: pasivno, aktivno i automatsko

PASIVO UZORKOVANJEPasivno uzorkovanje je prikupljanje gasova i para kroz pasivnu difuziju, primenom Fikovog zakona.

AKTIVANO UZORKOVANJE Kolektori sadre kolone, u koji-ma se sakupljaju zagaivai na aktivnim povrinama adsorben-tima.

AUTOMATSKO UZORKOVANJEAutomatsko uzorkovanje daje visoku rezo-luciju merenja, na jednoj mernoj taki, za polu-tante: O3, NOx, SO2, CO i lebdee estice. Metodi merenja koncentracije zagaivaa su: IR, UV, UV-fluorometrija u kombinaciji sa GCMS.

ANALIZA VRSTIH LEBDEIH ESTICA U VAZDUHU:GRAVIMETRIJSKO ODREIVANJEBROJANJE ESTICA I RASPODELA PREMA VELIINI

GRAVIMETRIJSKO ODREIVANJEGravimetrijsko odreivanje frakcije lebdeih estica se vri adsorpcijom, metodom usisavanja vazduha kroz sloja adsorbenta od staklenih vlakana ili polupropusnih silikatnih membrana. Specijalni filtri mogu zadrati sitnije estice (1 m), dok krupnijie estice (>5 m) standardni filtri.

BROJANJE ESTICA I NJIHOVA RASPODELA PREMA VELIINIBrojanje estica se vri mikroskopski u konimetrima, upotrebom okularne reetke. Uzorci se uzimaju pomou membranskih filtara, oitavanje se vri periodino.

ODREIVANJE RASPODELE ESTICAKlasifikacija se vri separatorima, u kojima selektuju veoma fine estice.Gruba granulometrijska analiza se vri pomou standardnih sita, neto finije estice se odvajaju pomou centrifuge, fine estice mokrim putem, a najfinije estice, od nekoliko mikrona modernijim metodama filtracije.

ODREIVENJE HEMIJSKOG SASTAVA I MORFOLOGIJE LEBDEIH ESTICALebdee estice, svojim hemijskom osobi-nama i specifinim strukturama, izazivaju direktne ili indirektne posledice u promeni klime.Vane osobine lebdeih estica su one, koje imaju optikog karaktera. Lebdee estice raspruju svetlost, slino Braun-Tindalovom i Ramanovom efektu.

Braun, Tindal i Raman, ko je dobitnik Nobelove nagrade iz fizike, za 1930. godinu.(Sir Chandrasekhara Venkata Raman, , 1888 1970)Koautor ramanovog efekta je Krinan (Kariamanickam Srinivasa Krishnan, .. . . , 1898 1961), takoer indijski (Tamil) fziar.

Smekal je drugi koautor Ramanovog efekta(Adolf Gustav Stephan Smekal, 1895-1959)

Robert Brown, 1773-1858.

Tindal (John Tyndall, 1820 1893)

REJLIJEVO RASIPANJE SVETLOSTI

Rejli, dobitnik je Novelova nagrade iz fizike za 1904. godinu (John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh, 1842 1919)

Braunovo kretanje, po anu Perinu

an Perin (Jean Baptiste Perrin, 1870-1942)

Difuzija Braunovih estica, po Dirakovoj delta-funkciji.

Pol Dirak (Paul Adrien Maurice Dirac, 19021984)

HEMIJSKA ANALIZA LEBDEIH ESTICA LASERSKOM RAMANOVOM SPEKTROSKOPIJOMMeu najmodernije analitike opreme spadaju: Ramanov spektro-fotometar i Ramanov mikroskop. Princip rada je merenje intenziteta svetlosti nakon Ramanovog rasi-panja, po Stoksovom ili antistok-sovom prelazu pobuenih elektrona.

Ramanov spekrofotometar

HEMIJSKA ANALIZA LEBDEIH ESTICAAtomsko-apsorpciona spektrofotometrija AAS: Fe, Cd, Cu, Mn, Zn, Mo, Mg i dr.Plamena fotometrija: Na, K, Ca, Sr.ICP (Inductively Coupled Plasma Spectro-meter): Ag, Pb, Cu, AlInverzna voltametrija: Cd, Pb.Rendgenska spektrofluorometrija (XRF i EDS): Fe, Ni, Al, Cu

AAS-ATOM APSORPCIONA SPEKTROFOTOMETRIJA

CIKLINA VOLTAMETRIJA

HEMIJSKA ANALIZA GASOVITIH POLUTANATA SO2 u vazduhu,CO i CO2 u vazduhu,NO i NO2 u vazduhu.

ODREIVANJE SADRAJA SO2 U VAZDUHUSpecifina metoda odreivanja SO2 u vazduhu je preporuena u ISO standar-dima

ODREIVANJE SADRAJA CO i CO2 U VAZDUHUReakcija CO sa jod-pentoksidom na povienoj temperaturi (120-150C) uz oslobaanja joda (J) i CO2 je vodea reagensna metoda kod odreivanja CO. Koncebtracija CO2 se meri infracrvenom spektroskopijom i/ili gasnom hromato-grafijom, uz korienje FID detektora.

ODREIVANJE SADRAJA NO i NO2 U VAZDUHUNajee se primenjuje Gris-Salcmanova (Griess-Saltzman) kolorimetrijska metoda.

Gris i Selcmen, poznati analitiari polutanata i gasovaRobert Louis Griess, 1945-

Harry Saltzman, 1915-1994.

INDEKSi KVALITETA VAZDUHAIndeks kvaliteta vazduha se definie pomou koncentracije polutanata vazduha. Indeks 1 oznaava da je kvalitet vazduha odlian, dok 10 da je vazduh loeg kvaliteta.

KOJI ZAGAIVAI SE KORISTE ZA IZRAUNAVANJE INDEKSA?Indeks je zasnovan na koncentraciji O3, NO2, SO2 i PM10 estica

Polutantig/mSO224 h0-1516-3031-4546-6061-8081-100101-125126-165166-250>250NO21 h0-2526-4546-6061-8081-110111-151152-200201-250251-400>400O38 h0-3031-4546-6061-8081-100101-120121-150151-200201-270>270PM1024 h0-1011-2021-3031-4041-5051-7071-100101-150151-200>200indeks12345678910ocenaOdlianVrlodobardobarDovoljanUmerenslaboVeoma slaboloVeoma louasan

Efekti lebdei estica na ljudsko zdravljeLo kvalitet vazduha oteuje ljudski i uopte ivi organizam.

ZAKLJUAKNajvea opasnost za oveanstvo je zagaivanje vazduha, naroito u viim slojevima atmosfere, lebdeim esticama. Nain zagaivanja atmosfere se modeluje perjanicom i turbulentnim kretanjem, a parametri modela se predstavljaju Levi-ivitijevim permutacionim antisimetrinim ili alternativnim simbolima, kao tenzori. Za analitiku polutanata vazduha se predlae kao najefikasnija metoda: ICP, AAS, XRF, SEM, EDS, Ramanova spektrofotometrija i Ramanova mikroskopija.