Interna Skripta Za Predmet Zastita Zraka

5/26/2018 Interna Skripta Za Predmet Zastita Zraka

1/78

G. Bedekovi, B. Salopek

ZATITA ZRAKA

INTERNA SKRIPTA

svibanj, 2010.


2/78

Rudarsko-geoloko-naftni fakultet Sveuilite u Zagrebu

Zatita zraka 2

SADRAJ

1. ATMOSFERA .............................................................................................................. 41.1. POSTANAK I RAZVOJ ZEMLJINE ATMOSFERE................................................ 41.2. SASTAV ATMOSFERE............................................................................................. 51.3. VERTIKALNA STRUKTURA ATMOSFERE ......................................................... 6

1.4. IZRAAVANJE KONCENTRACIJE ONEIUJUIH TVARI .......................... 8

2. POJMOVI U ZATITI ZRAKA I OKOLIA ........................................................ 102.1. Pojmovi prema Zakonu o zatiti okolia (N.N. 110/07) ...........................................102.2. Pojmovi prema Zakonu o zatiti zraka (N.N. 178/04) .............................................. 12

3. IZVORI ONEIENJA I ONEIUJUE TVARI U ZRAKU ..................... 143.1. IZVORI ONEIENJA .........................................................................................143.2. ONEIUJUE TVARI U ZRAKU ..................................................................... 15

3.2.1. Oksidi ugljika (CO i CO2).................................................................................. 163.2.2. Oksidi sumpora (SOXili SO, S2O3, SO2, SO3, S2O7i SO4) ............................... 18

3.2.3. Sumporovodik ili vodikov sulfid (H2S) ............................................................ 193.2.4. Oksidi duika (NOXili N2O, NO, NO2, NO3, N2O3, N2O4i N2O5).................... 193.2.5. Halogeni spojevi (F, Cl, Br, I, U) ....................................................................... 193.2.6. Ugljikovodici...................................................................................................... 203.2.7. Lebdee estice .................................................................................................. 203.2.8. Metali ................................................................................................................. 213.2.8. Radioaktivne tvari .............................................................................................. 223.2.9. Ostale oneiujue tvari.................................................................................... 223.2.10. Otpadna toplina ................................................................................................ 23

4. TRANSPORT ONEIENJA ZRAKOM............................................................ 244.1. METEOROLOKI PARAMETRI............................................................................ 24

4.1.1. Smjer vjetra ........................................................................................................ 244.1.2. Brzina vjetra ....................................................................................................... 244.1.3. Stabilnost (turbulencija) atmosfere .................................................................... 25

4.2. MODELI DISPERZIJE ONEIUJUIH TVARI ............................................... 284.2.1. Hanna model ...................................................................................................... 284.2.2. Box model .......................................................................................................... 284.2.3. Gaussov model ................................................................................................... 294.2.4. Eulerian model ................................................................................................... 314.2.5. Langrangian model............................................................................................. 32

4.2.6. Model LASAT.................................................................................................... 324.2.7. Modeli na temelju dinamike fluida .................................................................... 32

5. DINAMIKA ESTICA, ZNAAJKE I PODJELA UREAJA ZA IENJEZRAKA ............................................................................................................................... 34

5.1. VELIINA I DINAMIKA ESTICA ...................................................................... 345.2. ZAJEDNIKE ZNAAJKE APARATA ZA IENJE ZRAKA......................... 395.3. PODJELA APARATA ZA IENJE ZRAKA ..................................................... 40


3/78


Zatita zraka 3

6. INERCIJSKI TALONICI....................................................................................... 436.1. GRAVITACIJSKI TALONICI............................................................................... 44

6.1.1. Komora Howard talona komora s pregradama.............................................. 446.1.2. Horizontalna talona komora ............................................................................. 456.1.3. Vertikalna talona komora ................................................................................. 456.1.4. Inercijski impaktorski preista ......................................................................... 46

6.2. UDARNI TALONICI ............................................................................................. 466.3. CENTRIFUGALNI TALONICI - CIKLONI......................................................... 47

7. FILTRI ........................................................................................................................ 517.1. FILTAR S VREAMA............................................................................................. 52

8. ELEKTROSTATIKI TALONICI....................................................................... 548.1. CIJEVNI ELEKTROSTATSKI TALONIK........................................................... 578.2. PLOASTI ELEKTROSTATSKI TALONIK....................................................... 58

9. SKRABERI (Scrubbers) ............................................................................................ 609.1. SKRABERI S PAKIRANJEM.................................................................................. 619.2. SKRABERI S PLOAMA .......................................................................................639.3. SKRABERI S RASPRIVANJEM TEKUINE ..................................................... 649.4. CENTRIFUGALNI SKRABERI .............................................................................. 659.5. VENTURIJEV SKRABER.......................................................................................679.6. SUHI SKRABERI..................................................................................................... 70

10. UTJECAJI ONEIENJA ZRAKA ..................................................................... 7210.1. UTJECAJ NA OVJEKA ......................................................................................7210.2. UTJECAJ NA BILJNI SVIJET............................................................................... 72

10.3. UTJECAJ NA MATERIJALE................................................................................ 74

11. STANDARDI I LEGISLATIVA U ZATITI ZRAKA .......................................... 75


4/78


Zatita zraka 4

1. ATMOSFERA

Atmosferu moemo definirati kao sloj zraka koji obavija Zemlju i rotira zajedno s njom, a zrakkao plinovitu smjesu od koje se sastoji Zemljin plinoviti omota. Zemljina atmosfera vezanaje uz Zemlju uglavnom gravitacijskim silama, a tek u viim slojevima (iznad 1000 km) gdjedolazi do disperzije plinova u meuplanetarni prostor prevladavaju elektromagnetskeinterakcije.

1.1. POSTANAK I RAZVOJ ZEMLJINE ATMOSFERE

Postanak Zemljine atmosfere razmatra se u skladu sa znanjem o postanku Sunevasustava, sastavu planeta i kemijskoj reaktivnosti samih stijena i plinova koje ine zrak. Danasse vjeruje da je Sunev sustav nastao hlaenjem meuzvjezdane praine i plina, pri emu suSunce i velike planete jakim gravitacijskim silama uspjeli zadrati svu okolnu tvar (zato vjernoodraavaju sastav prvobitne meuzvjezdane praine), dok su manje planete (Venera,

Zemlja, Mars) nastali agregacijom manjih svemirskih tijela, preteno silikatnog sastava. Zatose njihov sastav bitno razlikuje od sastava prvobitne smjese po velikom osiromaenju lakimelementima i spojevima koji nisu mogli biti zadrani gravitacijskim silama.

Manje planete tako su nastale bez vlastitog plinskog omotaa iz prvobitne smjese, a njihovaatmosfera nastajala je postupno otputanjem plinova iz vruih stijena. Ovi plinovi bili supreteno vodena para, ugljikov dioksid i duik. Na Zemlji je voda kondenzirala, ugljikovdioksid se vezao u obliku karbonata, a dominantan plin postao je duik.

Prvobitna atmosfera nije sadravala vee koliine kisika i bila je kemijski blagoreducirajua. Samo u takvim uvjetima mogao je nastati ivot, jer su organske molekule kaograevne jedinice ivih organizama podlone oksidaciji i kao takve su nestabilne na zraku (svelikim udjelom kisika) kakav danas poznajemo. Reducirajui karakter prvobitnog zrakaoituje se u sastavu starih stijena koje sadre dvovalentno eljezo i mnoge sulfide, koji se uzdananji sastav zraka takoer ne bi mogli odrati.

Prvi kisik u zraku nastao je fotolizom vodene pare i ugljikovog dioksida. Sunevo zraenjemoglo je razoriti molekule vode na kisik i vodik, pri emu se vodik kao najlaki plin dizao uvie slojeve, odakle je mogao izai u meuplanetarni prostor, dok se kisik pomalonagomilavao u donjim dijelovima. Nije moglo doi do veeg nagomilavanja kisika jer se troiona oksidaciju dvovalentnog eljeza u stijenama i oceanima ili vodika iz vulkana. Procjenjujese da je sadraj kisika u tadanjem (predbiotskom) zraku bio manji od sadanjeg milijuntnogdijela.

Fosili pokazuju obilnu prisutnost ivota veprije 3,5 milijardi godina, a s razvitkom ivota sena Zemlji poinje mijenjati i sastav zraka. Kisik koji je postojao samo u tragovima, poeo seoslobaati procesima fotosinteze. Vei udio kisika znatno je smanjio prodor Sunevavisokoenergetskog zraenja do povrine zemlje omoguavajui na taj nain razvoj sloenijihoblika ivota kao npr. eukariotske stanice (s jezgrom) prije 1,4 milijardi godina i viestaninihorganizama s djelotvornijim mehanizmima iskoritavanja energije. Sve bri razvoj ivota ifotosinteze pridonosili su daljnjem porastu sadraja kisika u zraku iz kojeg je fotolizom uviim slojevima mogao nastati ozon (slika 1.1.).


5/78


Zatita zraka 5

Slika 1.1. Poveavanje sadraja kisika u atmosferi i razvoj ivota na Zemlji

Ozon vrlo dobro apsorbira ultraljubiasto zraenje koje teti ivim organizmima, pa se nakonstvaranja ozonskog sloja ivot mogao proiriti na oceane i kopno, ime se naglo poveao

fotosintetski izvor kisika, a time i udio kisika u zraku. Sadanji udio kisika od dvadesetakposto postignut je (vjerojatno i premaen) u paleozoiku, a najkasnije u devonu.

Dakle, razvoj Zemljine atmosfere usko je povezan s razvojem ivota na njoj i obrnuto. Danasgotovo svi plinovi od kojih se sastoji atmosfera sudjeluju u krunim procesima, tj. imaju svojeizvore, odreeno prosjeno vrijeme zadravanja u atmosferi, i svoje odvode. Nagomilavajuse samo inertni plinovi, kao npr. plemeniti plinovi.

1.2. SASTAV ATMOSFERE

Ljudi esto smatraju da se zrak sastoji od molekula zraka, to je dokaz prostorne ivremenske konstantnosti njegovih znaajki. Ako razmotrimo molekularni sastav istogzraka, tada emo vidjeti da se zrak sastoji od brojnih plinova (Tablica 1.1., slika 1.2.) spravilnom zastupljenou na razliitim horizontalnim i vertikalnim tokama i u razliitimvremenima.

Tablica 1.1. Udio molekula u istom suhom zraku

Plin Simbol Volumni udioDuik N2 78,1 %Kisik O2 20,9 %

Argon Ar 0,93 %Ugljikov dioksid CO2 370 ppmNeon Ne 18 ppmHelij He 5 ppm

Metan CH4 1,7 ppmVodik H2 0,53 ppm

Duikov oksid N2O 0,31 ppm

Slika 1.2. Udio plinova u zraku (izvor NASA)

Prosjena molarna masa suhog zraka moe se izraunati zbrajanjem produkata volumnihudjela i molarnih masa njegovih glavnih sastojaka (N

2, O

2, Ar, CO

2) prema tablici 1.1.:

195,28)01,4400037,0()95,390093,0()00,32209,0()01,28781,0( =+++= molgMZRAKA


6/78


Zatita zraka 6

Treba napomenuti da se prethodno navedeni sastav zraka odnosi na suhi zrak, bez vodenepare, iji se sadraj u zraku stalno varira obino oko 1% (vrlo velik utjecaj na koliinu vlage uzraku ima temperatura zraka). Za razliku od ostalih plinova koji imaju dugo vrijemezadravanja u atmosferi i koji su dobro izmijeani, tako da su njihove koncentracije jednakeposvuda u atmosferi, voda je vrlo razliita zbog njenih posebnih znaajki. To je jedina tvarkoja se pojavljuje u sve tri faze krutoj (led), tekuoj i plinovitoj (vodena para). Ovajkontinuirani prijelaz izmeu triju faza ovisi o uvjetima u kojima se voda nalazi.

Takoer treba spomenuti i velik broj dodatnih tvari (npr. sumporni dioksid, oksidi duika,amonijak, ozon, letee estice, itd.) koje su pomijeane u manje-vie stalnom

(nepromjenjivom) kolektivu molekula zraka koji tvori Zemljinu atmosferu.

1.3. VERTIKALNA STRUKTURA ATMOSFERE

Kada se govori o vertikalnoj strukturi Zemljine atmosfere (slika 1.3.), prije svega treba rei dane postoji otra granica izmeu atmosfere i meuplanetarnog prostora, tj. atmosfera nezavrava naglo, ve postaje sve rjea s visinom. Ukupna masa Zemljine atmosfere bezvodene pare iznosi priblino 5,157x1018kg to je otprilike jedna milijuntina Zemljine mase.ak 99% mase atmosfere nalazi se u sloju do priblino 30 (35) km od tla, 75% unutar 11 km

i 50% unutar 5 km od povrine tla.

Atmosfera se u vertikalnom smjeru moe podijeliti na slojeve na temelju etiri kriterija: sastav zraka i pojava elektriki nabijenih estica meudjelovanje atmosfere i Zemljine povrine promjena temperature s visinom utjecaj atmosfere na letjelice

Prema sastavu zrakase atmosfera dijeli na homosferu u kojoj se omjer osnovnih plinova(duik, kisik, argon) ne mijenja i heterosferuu kojoj se s molekulama duika i kisika pojavljujui atomi kisika i duika. Relativna molekularna masa je do visine od 95 km stalna (homosfera),a nakon granice od 95 km se smanjuje s porastom visine (heterosfera).Sloj od 20 do 55 km u kojemu se nalazi najvea koncentracija ozona naziva se ozonosfera.Na visini od 50 do 60 km s poveanjem visine naglo se poveava koncentracija elektrikinabijenih estica (iona i elektrona), pa se taj sloj atmosfere naziva ionosfera.

Prema meudjelovanju atmosfere i podloge, atmosferu ini granini sloj(ili sloj trenja) islobodna atmosfera. U graninom sloju visine do 1 (1,5) km na gibanje zraka utjeu Zemljinapovrina i turbulentno trenje, dok se u slobodnoj atmosferi mogu zanemariti sile trenja zraka.U graninom sloju razlikujemo Prizemni granini sloj (do 100 m visine) u kojem na strujuvjetra djeluje konfiguracija Zemljine povrine i vertikalni temperaturni gradijent, te Prijelaznisloj (od 100 do 1000 m) u kojem je vjetrena struja pod djelovanjem povrinskog trenja,gradijenta gustoe i rotacije Zemlje.

Prema promjeni temperature s visinom, atmosferu ini nekoliko slojeva. U najdonjem slojuatmosfere do visine od priblino 11 km, temperatura u prosjeku opada s visinom za0,65C/100m. Ovaj najdonji dio atmosfere naziva se troposfera, a dijeli se na gornju i donjutroposferu, pri emu se granica izmeu njih nalazi na visini od priblino 6 do 8 km. Sloj iznadtroposfere (visina od 11 do priblino 50 km) zove se stratosferau kojem temperatura opadaumjereno (


7/78


Zatita zraka 7

U mezosferi (od 50 do priblino 80 km) temperatura zraka ponovo opada za 0,35C/100m.Na visini od 80 do priblino 95 km postoji prijelazni sloj, tzv. mezopauza u kojemu setemperatura kree u intervalu od -85C do -90C. Iznad ovog sloja u termosferi koja se nalazina visini od devedesetak pa do 450 (500) km temperatura ponovo raste doseui vrijednosti ivee od 1.000K, uglavnom jer kisik apsorbira Sunevo zraenje valne duljine manje od0,24m, pri emu disocira pa nastaje atomni kisik. Na visini od 500 km poinje egzosfera, priemu na visinama veim od 1.000 km zapoinje irenje plinova u svemir. Zemljina atmosfera

gledana iz Svemira (slika 1.3.) je plave boje jer atmosferski plinovi raspruju plavo svjetlovie od ostalih valnih duljina.

Slika 1.3. Pogled na Zemljinu atmosferu iz Svemira

Slika 1.4. Podjela atmosfere s visinom, temperaturom, tlakom i masom zraka


8/78


Zatita zraka 8

1.4. IZRAAVANJE KONCENTRACIJE ONEIUJUIH TVARI

U prikazu sastava zraka koritene su razliite jedinice. Budui da se u zraku tvari mogunalaziti u sva tri agregatna stanja, tako se i njihova koncentracija izraava na razliite naine.Dvije su skupine mjernih jedinica kojima se izraava sadraj plina ili estica u zraku volumne i gravimetrijske.

Npr., kada bi sve molekule odreenog plina (to moe biti i oneiiva) mogli izdvojiti izpromatranog volumena zraka i zadrati ih pod identinom temperaturom i tlakom, rezultat bibio odreen volumen istog plina. Dakle, volumne jedinice zapravo odreuju omjer mijeanjaizmeu odreenog plina (npr. polutanta) i originalnog volumena zraka:

[ ]%100=zrakavolumen

plinavolumenijakoncentracVolumna

to je ekvivalentno omjeru broja molekula plina (zagaivaa) prema ukupnom broju molekulazraka. Osim volumnom, koncentracija plina u zraku esto se izraava i jedinicama ppm,ppb ippt, pogotovo u sluaju kada se radi o manjim koncentracijama. Ove jedinice znae:

ppm (parts per million) - broj (masenih/volumnih) dijelova na milijun (106

) dijelovazraka ppb (parts per billion) broj (masenih/volumnih) dijelova na milijardu (109) dijelova

zraka ppt (parts per trillion) - broj (masenih/volumnih) dijelova na trilijun (1012) dijelova zraka

Ove jedinice koriste se vrlo esto, iako je SI jedinica za koliinu tvari (misli se na brojmolekula, a ne na masu/teinu) mol.Gravimetrijske jedinice odreuju masu materijala po jedinici volumena zraka. Za razliku odvolumnih, gravimetrijske jedinice prikladne su za estice kao i za plinove. Veza izmeu ovihjedinica prikazana je u sljedeoj tablici:

Tablica 1.2. Skraenice volumnih i gravimetrijskih jedinica

Volumne jedinice Gravimetrijskejedinice

Dijelova na milijun (mikro) 10-6 ppm l l-1 mol mol-1 mg m-3Dijelova na milijardu (nano) 10-9 ppb l l-1 nmol mol-1 g m-3Dijelova na trilijun (piko) 10-12 ppt l l-1 pmol mol-1 ng m-3

I volumne i gravimetrijske jedinice imaju svoje korisnike i zagovaratelje, pa se ponekad javljapotreba za njihovom pretvorbom. Osnovno to treba upamtiti je da 1 mol istog plina(Avogadrova konstanta NA=6,022045x10

23mol-1) ima masu Mkg, gdje je Mrelativna molarna

masa koja zauzima volumen od 0,0224 m3

pri standardnoj temperaturi i tlaku (0C i 101kPa).

Npr., sumporni dioksid (SO2) ima M=32x10-3+(2x16x10-3)=64x10-3 kg, a taj isti SO2 ima

gustou (=masa/volumen) od 64x10-3/0,0224=2,86 kgm-3pri standardnim uvjetima.

Budui da je prema definiciji isti SO2106ppm biti e:

106ppm=2,86 kgm-31ppm=2,86x10-6kg-3=2,86mgm-3

i 1ppb=2,86gm-3

Na ovaj nain moemo pretvarati volumne koncentracije u gravimetrijske jedinice pristandardnim uvjetima.


9/78


Zatita zraka 9

Meutim, vrlo rijetko e se uvjeti biti standardni, tj. gotovo uvijek e se tlak i temperaturarazlikovati od standardnih uvjeta, pa je potrebno izvriti korekcije. Pri standardnim uvjetimaimamo 1 m3 koji sadri odreenu masu tvari/plina. Kada se tlak i temperatura promijene,promijenit e se volumen plina, ali ne i masa tvari/plina. Zbog toga samo trebamo pronainovi volumen iz Jednadbe stanja idealnog plina:

nRTpV=

gdje je: p tlak plina izraen u PaV volumen plina izraen u m3n koliina tvari izraena u molR plinska konstanta R=8,314 K-1mol-1T temperatura izraena u K

U naem sluaju biti e

2

22

1

11

T

Vp

T

Vp=

pri emu su p1, V1 i T1 poetni tlak (npr. 1 atmosfera=1013mbar), volumen (npr. 1m3

) iapsolutna temperatura (273 K), a p2, V2i T2konaan tlak (950 mbar), volumen (?) i apsolutnatemperatura (50=323K).

Preureivanjem gornje jednadbe, u naem sluaju dobit emo (p1=1 i V1=1):

2

2

1

11

2

22 273P

T

T

VP

P

TV ==

Potom slijedi:T2=273+50=323K i

P2=950/1013=0,938 atmosferaPa imamo:3

2 26,1938,0273

323mV =

=

Dakle, poetni volumen od 1 m3poveao se na 1,26 m3. Fizikalno gledajui to je razumljivojer imamo poveanje temperature i smanjenje tlaka obje ove promjene poveavajuvolumen zraka. Ovaj povean volumen jo uvijek e sadravati jednak broj molekula koje eimati nepromijenjenu masu. Isto tako, koncentracija se mora smanjiti za isti faktor i 1 ppmSO2 npr. sada e biti jednak 2,86/1,26=2,27 mgm

-3. Volumna koncentracija e jo uvijekostati ista, na razini od 1 ppm.

Jedinice koncentracije mogu se preraunavati na sljedee naine:

1%=104ppm1 ppb = 10-3ppm1 ppt = 10-6ppm

ppmM

dm

mg 33

105,24 = ppm

M

m

mg

5,243=

3

3105,24

dm

mg

Mppm =

3

5,24

m

mg

Mppm=


10/78


Zatita zraka 10

gdje je M molekularna masa tvari iju koncentraciju u zraku odreujemo (bezdimenzijskibroj). Donja etiri izraza vrijede za suhi plin temperature 25C i tlak p=101kPa, pri emu jemasa kubinog metra plina M/24,5 (kg/m3), gdje je M molekularna masa plina.

Pri standardnim uvjetima (t=0C i p=101kPa), volumen od jednog metra kubinog plinanaziva se normalni kubni metar i oznaava sa Nm3, a njegova masa je priblino M/22,4(kg/Nm3). Oito je dakle da je masa 1m3plina razliita pri razliitim uvjetima.

2. POJMOVI U ZATITI ZRAKA I OKOLIA

U tekstu narednih poglavlja upotrebljavati e se razliiti pojmovi u vezi zatite zraka koja jesastavni dio zatite okolia, pa je sada na poetku potrebno pojasniti neke od njih.

Pod okoliemse podrazumijeva ukupno ovjekovo materijalno okruenje: iva priroda (flora i fauna), neiva priroda (zrak, voda i tlo), ljudske tvorevine (naselja, prometnice, industrijska postrojenja i proizvodi).

Manji, prostorno odreeni dio okolia naziva se ekosustav. To je osnovna organizacijskajedinica prirode sa sposobnou samoregulacije i samoobnove, a ine je svi ivi organizmitog podruja (ukljuujui i ovjeka), te njihov pripadni neivi okoli s kojim su u stalnojdinamikoj interakciji viestruko povezani u stalnoj izmjeni tvari i energetskim tokovima.Znanstvena disciplina koja prouava ekosustave zove se ekologija.

2.1. Pojmovi prema Zakonu o zatiti okolia (N.N. 110/07)

Emisijaje isputanje ili istjecanje tvari u tekuem, plinovitom ili vrstom stanju, i/ili isputanjeenergije (toplina, zraenje, buka, vibracije, svjetlost) te isputanje organizama, iz pojedinogizvora u okoli, nastalo kao rezultat ovjekovih djelatnosti, kao i mikrobioloko oneiivanjeokolia,

Granina vrijednost emisija je propisana vrijednost, koncentracija i/ili razina emisije,izraena u posebnim pokazateljima, koja u jednom ili tijekom vie vremenskih razdoblja nesmije biti prekoraena,

Imisijaje koncentracija tvari na odreenom mjestu i u odreenom vremenu u okoliu,

Kakvoa okolia je stanje okolia i/ili sastavnica okolia, koje je posljedica djelovanjaprirodnih pojava i/ili ljudskog djelovanja, izraeno morfolokim, fizikalnim, kemijskim,

biolokim, estetskim i drugim pokazateljima,Okoli je prirodno okruenje organizama i njihovih zajednica ukljuivo i ovjeka, kojeomoguuje njihovo postojanje i njihov daljnji razvoj: zrak, vode, tlo, zemljina kamena kora,energija te materijalna dobra i kulturna batina kao dio okruenja kojeg je stvorio ovjek; sviu svojoj raznolikosti i ukupnosti uzajamnog djelovanja,

Oneiivaje svaka fizika i pravna osoba, koja posrednim ili neposrednim djelovanjem, iliproputanjem djelovanja uzrokuje oneiivanje okolia,

Oneiavanje okolia je promjena stanja okolia koja je posljedica nedozvoljene emisijei/ili drugog tetnog djelovanja, ili izostanaka potrebnog djelovanja, ili utjecaja zahvata koji

moe promijeniti kakvou okolia,


11/78


Zatita zraka 11

Oneiujua tvarje tvar ili skupina tvari, koje zbog svojih svojstava, koliine i unoenja uokoli, odnosno u pojedine sastavnice okolia, mogu tetno utjecati na zdravlje ljudi, biljni i/iliivotinjski svijet, odnosno bioloku i krajobraznu raznolikost,

Optereenjasu: emisije tvari i njihovih pripravaka, fizikalni i bioloki initelji (energija, buka,toplina, svjetlost i dr.) te djelatnosti koje ugroavaju ili bi mogle ugroavati sastavnice okolia,

Optereivanje okolia je svaki zahvat ili posljedica utjecaja zahvata u okoli, ili utjecaj naokoli odreene aktivnosti, koja sama ili povezana s drugim aktivnostima, moe izazvati ili je

mogla izazvati oneiivanje okolia, smanjenje kakvoe okolia, tetu u okoliu, rizik pookoli ili koritenje okolia,

Postrojenje je tehnika, organizacijska cjelina koju za obavljanje djelatnosti koristi tvrtkakojom upravlja ili ju nadzire operater, ukljuujui ureaje, opremu, strukture, cijevi, strojeve,alate i druge dijelove koji se koriste za rad. Postrojenje se moe sastojati od nekolikosamostalnih cjelina na istoj lokaciji pogona,

Podruje utjecajaje podruje na kojem se prostire znaajan utjecaj zahvata u okoli, bilo daje uzrokovan samim zahvatom u okoli ili sinergijom s postojeim ili planiranim zahvatima u

okoli,

Praenje stanja okolia (monitoring)je niz aktivnosti koje ukljuuju uzorkovanje, ispitivanjei sustavno mjerenje emisija, imisija, praenje prirodnih i drugih pojava u okoliu u svrhuzatite okolia,

Rizik po okoli je veliina koja se mjeri vjerojatnou pojavljivanja dogaaja i potencijalomtete za okoli koji taj dogaaj moe uzrokovati,

Sastavnice okoliasu: zrak, voda, more, tlo, krajobraz, biljni i ivotinjski svijet te zemljinakamena kora,

Standard kakvoe okoliaje propisana kakvoa okolia ili pojedine sastavnice okolia naodreenom podruju,

teta u okoliuje svaka teta nanesena: biljnim i/ili ivotinjskim vrstama i njihovim stanitima te krajobraznim strukturama, a

koja ima bitan nepovoljan utjecaj na postizanje ili odravanje povoljnog stanja vrste ilistaninog tipa i kakvoe krajobraza. Bitnost nepovoljnog utjecaja procjenjuje se uodnosu na izvorno stanje, uzimajui u obzir mjerila propisana posebnim propisima,

vodama, a koja ima bitan negativan utjecaj na stanje voda: ekoloko, kemijsko i/ilikoliinsko, u skladu s posebnim propisima,

moru, a koja ima bitan negativan utjecaj na ouvanje i postizanje dobrog ekolokogstanja mora sukladno posebnim propisima,

tlu, ije oneienje odnosno oteenje je dovelo do rizika za njegove ekolokefunkcije i zdravlje ljudi, u skladu s posebnim propisima,

zemljinoj kamenoj kori ije oneienje odnosno oteenje je dovelo do rizika zanjene ekoloke funkcije i zdravlje ljudi, u skladu s posebnim propisima,

teta u smislu odgovornosti za tetu uzrokovanu u okoliu znai mjerljiv tetni uinakodnosno promjenu na prirodnim dobrima ili neposredan ili posredan mjerljivi poremeaj ufunkcioniranju prirodnih dobara,

tetna tvar je tvar tetna za ljudsko zdravlje ili okoli, s dokazanim akutnim i kroninimtoksinim uincima, vrlo nadraujua, kancerogena, mutagena, nagrizajua, zapaljiva i

eksplozivna tvar, ili tvar koja u odreenoj dozi i/ili koncentraciji ima takva svojstva,


12/78


Zatita zraka 12

Zatita okoliaje skup odgovarajuih aktivnosti i mjera kojima je cilj sprjeavanje opasnostiza okoli, sprjeavanje nastanka teta i/ili oneiivanja okolia, smanjivanje i/ili otklanjanjeteta nanesenih okoliu te povrat okolia u stanje prije nastanka tete,

2.2. Pojmovi prema Zakonu o zatiti zraka (N.N. 178/04)

1. zrak: zrak troposfere na otvorenom prostoru, izuzevi zrak na mjestu rada,

2. oneiujua tvar: svaka tvar isputena/unesena u zrak izravnim i neizravnim ljudskimdjelovanjem koja bi mogla nepovoljno utjecati na ljudsko zdravlje, kakvou ivljenja i/ili nakakvou okolia u cjelini,

3. razina oneienosti: koncentracija oneiujue tvari u zraku ili njeno taloenje napovrine u odreenom vremenu,

4. kakvoa zraka: svojstvo zraka kojim se iskazuje znaaj-nost u njemu postojeih razinaoneienosti,

5. oneieni zrak: zrak ija je kakvoa takva da moe naru-iti zdravlje, kakvou ivljenjai/ili tetno utjecati na bilo koju sastavnicu okolia,

6. granina vrijednost (GV): granina razina oneienosti ispod koje, na temeljuznanstvenih spoznaja, ne postoji, ili je najmanji mogui, rizik tetnih uinaka na ljudskozdravlje i/ili okoli u cjelini i jednom kada je postignuta ne smije se prekoraiti,

7. ciljna vrijednost: razina oneienosti postavljena s ciljem dugoronog otklanjanjamogunosti tetnih uinaka na ljudsko zdravlje i/ili okoli u cjelini i koju, gdje je to mogue,treba postii u utvrenom roku,

8. kritina razina: razina oneienosti ije prekoraenje pred-stavlja opasnost za ljudskozdravlje pri kratkotrajnoj izloenosti, pri ijoj se pojavi urno moraju poduzeti odgovarajuepropisane mjere,

9. granica tolerancije: postotak granine vrijednosti za koji ona moe biti prekoraena podza to propisanim uvjetima,

10. tolerantna vrijednost (TV): granina vrijednost uveana za granicu tolerancije,

11. ocjenjivanje: mjerodavna metoda koja se koristi za mjerenje ili procjenjivanje(izraunavanje, predvianje) razina oneienosti,

12. gornja granica procjenjivanja: propisana razina onei-e-nosti ispod koje seocjenjivanje oneienosti moe obavljati kombinacijom mjerenja i metoda procjene natemelju standardiziranih matematikih modela i/ili drugih mjerodavnih metoda procjene,

13. donja granica procjenjivanja: propisana razina onei-enosti ispod koje seocjenjivanje oneienosti moe obavljati samo pomou metoda procjene na temeljustandardiziranih matematikih modela i/ili drugih mjerodavnih metoda procjene,

14. emisija: isputanje/unoenje oneiujuih tvari u zrak,

15. granina vrijednost emisije: najvea doputena emisija, izraena ili koncentracijom

oneiujuih tvari u ispunim plinovima i/ili koliinom isputanja/unoenja oneiujuih tvariu odreenom vremenu,


13/78


Zatita zraka 13

16. praenje emisije: mjerenje i/ili procjenjivanje emisije one-i-ujuih tvari iz izvoraoneiivanja zraka,

17. emisijski podatak: vrijednost svake izmjerene, izraunate ili procijenjene veliine koja sekoristi za odreivanje emisije,

18. emisijska kvota: ukupna doputena godinja koliina emisije (izraava se u jedinicama

mase u odreenom vremenu) iz jednog ili vie izvora zajedno, odnosno s odre

enogpodruja i/ili na teritoriju Drave,

19. stakleniki plinovi: plinoviti sastojci atmosfere koji se, prema Okvirnoj konvencijiUjedinjenih naroda o promjeni klime, nadziru,

20. registar emisija staklenikih plinova: standardizirana i informatizirana sredinja bazapodataka, koju sainjavaju podaci o emisijama staklenikih plinova i njihovim emisijskimkvotama,

21. tvari koje oteuju ozonski sloj: tvari koje se, prema Montrealskom protokolu o tvarimakoje oteuju ozonski sloj, nadziru,

22. oneiiva: pravna ili fizika osoba ije djelovanje izravno ili neizravno oneiuje zrak,

23. upravitelj (operator): osoba koja upravlja stacionarnim izvorom ili nadzire njegov rad,

24. praenje kakvoe zraka: sustavno mjerenje i/ili procjenjivanje razine oneienostiprema prostornom i vremenskom rasporedu,

25. podatak kakvoe zraka: vrijednost svake izmjerene, izraunate ili procijenjene veliinekoja se koristi za odreivanje kakvoe zraka,

26. sanacijski program: skup mjera za poboljanje kakvoe zraka nekog podruja,

27. najbolja raspoloiva tehnika: najuinkovitiji i najnapredniji razvojni stupanj djelatnosti i snjome povezanih naina proizvodnje, uz gospodarski i tehniki odrive uvjete, uzimajui uobzir i trokove i prednosti, koji u pravilu moe biti primjerena osnova za odreivanjegraninih vrijednosti emisija, s ciljem sprjeavanja i smanjivanja emisija u zrak,

28. upravljanje kakvoom zraka: osiguravanje izvrenja mjera kojima se provodi strategijasprjeavanja i smanjivanja oneiivanja zraka na svim razinama, tako da se time ne ometauravnoteeni razvoj,

29. podruje: jedan od razgranienih dijelova teritorija Drave, od ostalih takvih dijelova, kojipredstavlja funkcionalnu cjelinu s obzirom na praenje, zatitu i poboljanje kakvoe zraka teupravljanje kakvoom zraka,

30. naseljeno podruje: podruje s vie od 250.000 stanovnika, ili podruje s manje od250.000 stanovnika, a gustoa je stanovnitva vea od prosjene u Republici Hrvatskoj te jenuna ocjena i upravljanje kakvoom zraka.


14/78


Zatita zraka 14

3. IZVORI ONEIENJA I ONEIUJUETVARI U ZRAKU

3.1. IZVORI ONEIENJA

Ranije je spomenuto da se sastav zraka mijenjao usporedno s razvitkom ivota na Zemlji.Usprkos injenici da postoje veliki prirodni izvori oneiavanja zraka, istovremeno jepotrebno sprijeiti dodatno smanjivanje kvalitete zraka to ga uzrokuju tvari koje dolaze uzrak kao posljedica ljudskog djelovanja. Pod izvorom oneienja zraka podrazumijevamoobjekt ili proces koji emitira oneiujue tvari u atmosferu. Izvori oneienja zraka mogu sesistematizirati prema razliitim kriterijima, a u daljnjem tekstu e biti izloene samo onenajopenitije, a ujedno i najee spominjane.

Prema vrsti oneienja zraka, izvori oneienja se dijele na prirodne i umjetne.

Prirodni izvorioneienja zraka su praina (pustinjska) noena vjetorm aeroalergeni estice morske soli dim letei pepeo plinovi umskih poara plinovi iz movara mikroorganizmi (bakterije i virusi) magla vulkanski pepeo i plinovi

prirodna radioaktivnost meteorska praina prirodna isparavanja

Umjetni izvori oneienja zraka je grupa koja obuhvaa oneienje uzrokovanoaktivnostima i procesima kojima upravlja ovjek:

oneienje uzrokovano proizvodnjom toplinske i/ili elektrine energije (elektrane itoplane)

oneienje uzrokovano radom industrijskih postrojenja (npr. metalurgija, kemijskaindustrija) i poljoprivredom (kopanje, zapraivanje, spaljivanje i dr.)

oneienje uzrokovano transportnim sredstvima oneienje uzrokovano spaljivanjem razliitih vrsta otpada oneienja uzrokovano svim ostalim djelatnostima koje nisu obuhvaene u gornje

etiri skupine, kao npr. procesi kemijskog ienja, tiskanja, bojanja, ruenjaobjekata, zapraivanja insekata itd.

Prema rasporedu oneienja, izvori oneienja se sistematiziraju u tri skupine: Pojedinani ili tokastiizvori su izolirani ili meusobno dovoljno udaljeni izvori koji

ne oneiavaju isti prostor, npr. termoelektrane, rafinerije i sl. uz koje nema drugihpostrojenja, tako da su jedini izvor oneienja na tom podruju

Primjer linijskih izvorasu transportni putovi kojima se kreu transportna sredstva Povrinski izvori podrazumijevaju velik broj manjih izvora koji oneiavaju isti

prostor, kao npr. industrijske zone s veim brojem postrojenja i/ili kotlovnice grijanja

koje zajedno oneiuju zrak u npr. jednom gradu.


15/78


Zatita zraka 15

Prema vrsti oneienja mogue je izvore sistematizirati u velik broj grupa, no obino sedijele prema agregatnom stanju u kojem izvor emitira oneiujue tvari:

Izvori estica Izvori plinova Izvori plinova i estica

Izvori oneienja mogu se jo podijeliti na stacionarne i mobilne, a s obzirom na vrijeme

oneiavanjadijele se na: Trajni izvori (npr. visoke pei, termoelektrane i sl.) Povremeni izvori

Emisija (lat. emittere) u prijevodu znai izaslati, odaslati, dok imisija (lat. imittere) imasuprotno znaenje, prihvatiti, prihvaanje. Emisija i imisija mogu biti ope i posebne.Opa emisija znai emitiranje oneienja iz svih izvora oneienja na Zemlji u atmosferu, aposebna emisija podrazumijeva emitiranje oneienja jednog ili vie izvora oneienja naodreenom prostoru. Za opu i posebnu imisiju vrijede iste definicije u smislu prihvaanja.Stanje oneiavanja zraka odreenog podruja odreeno je tzv. katastrom emisije kojisadri popis svih izvora oneienja na tom podruju (geografski poloaj, vrsta izvora, vrsta ioblik emitiranog oneienja, koliina oneienja, nain i uvjeti emitiranja oneienja,

trajanje emisije i njezina uestalost ako je povremena).Stupanj imisijeoneienja iz razliitih izvora uvjetuje kvalitetu zraka odreenog podruja.Kvalitetu zraka odreuje vrsta i koncentracija oneienja u njemu, to se utvrujemjerenjima estica, SOx, NOx i CO, a u industrijskim podrujima i organskih tvari, tekihmetala i dr., ovisno o vrsti izvora oneienja.

3.2. ONEIUJUE TVARI U ZRAKU

Postoji vie tisua razliitih tvari i kemijskih spojeva koji potencijalno mogu oneistiti zrak ivrlo je zahtjevan zadatak prikazati ih sve, dati sve relevantne informacije o svakom od njih,

pa emo ovdje spomenuti samo najvanije.Pod oneiujuim tvarima u zraku podarazumijevamo tvari koje uzrokuju tetu ljudima iokoliu. Ove tvari nalaze se u zraku u krutoj, tekuoj ili plinskoj fazi. Treba napomenuti dapostoje i prirodni izvori oneienja zraka koji mogu biti vei od onih izazvanih ljudskomdjelatnou. Usprkos tome potrebno je smanjiti dodatno oneiavanje zraka ljudskomdjelatnou, tako da emo ovdje spomenuti oneiujue tvari koje su posljedica ljudskedjelatnosti. Na slici 3.1. prikazani su uzroci i posljedice oneienja zraka, a u tablici 3.1.pregled glavnih oneiujuih tvari u zraku.


16/78


Zatita zraka 16

Slika 3.1. Shematski prikaz uzroka i posljedica oneienja zraka: (1) efekt staklenika, (2)oneienje esticama, (3) poveano UV zraenje, (4) kisele kie, (5) poveanakoncentracija ozona, (6) poveanje oksida duika

Tablica 3.1. Pregled glavnih oneiujuih tvari u zraku

Openito, oneiujue tvari u zraku koje su posljedica ljudskih aktivnosti moemo podijeliti usljedee skupine:

Plinovi:SOx, CO2, CO, NOx, H2S, O3(troposferski), CH4, freoni (klorofluorougljici freon 11 (CFCl3) i freon 12 (CF2Cl2)), haloni, metilklorid (CH3Cl), tetraklorugljik (CCl4) idr.

Lebdee estice - krute tvari i/ili kapljice tekuine rasprene u zraku (promjeraestica od 1 nm do 1 mm), prvenstveno prainu, dim i letei pepeo.

Metali i metaloidi:Pb, Hg, Cd, Be, Tl, Ni, Cr i dr. (metaloidi: arsen, selen i antimon) Postojane organske tvari:pesticidi (DDT - diklorodifenil trikloroetan, aldrin, dieldrin,

endrin, mirex i dr.), policikliki aromatski ugljikovodici (PAU), industrijske kemikalije(PCB - poliklorirani bifenili, heksaklorbenzen, dioksini, furani i dr.)

Radioaktivne tvari(radioaktivni izotopi): svi izotopi Pu (najvaniji je Pu-239), izotopiU (U-235, U-238), Sr-90, Cs-137, H-3, C-14, J-131 i dr. Ostale oneiujue tvari:azbest, fluoridi, formaldehid i dr. Otpadna toplinakao specifini oblik oneienja atmosferskog zraka.

3.2.1. Oksidi ugljika (CO i CO2)

Ugljikov monoksid, ugljikov (II) oksid ili CO je plin bez boje i mirisa koji nastajenepotpunim izgaranjem tvari koje sadre ugljik. Ne podrava gorenje, ali samizgara plaviastim plamenom. Ljudske djelatnosti u ukupnoj koliini CO kojidolazi u atmosferu pridonose priblino 10 % i to kao rezultat nepotpunogizgaranja fosilnih goriva (prvenstveno iz automobilskih motora):

2C + O22CO + 122 673 kJ


17/78


Zatita zraka 17

Ostalih 90 % CO dolazi u atmosferu iz prirodnih izvora gdje se CO pojavljuje zajedno smetanom (CH4) u movarnim i drugim plinovima raspadanja tvari. Nastaje i prilikom umskihi stepskih poara, erupcije vulkana, te pri kemijskim reakcijama u vioj atmosferi. Budui dase CO proizveden ljudskim djelatnostima otputa u podrujima gdje ive ljudi, u gradovimaod 95 do 98 % CO potjee iz takvih izvora, a njegova koncentracija viestruko premaujekoncentracije u prirodi. Tako npr. u gustom prometu koncentracija CO iznosi od 80 do 150

mg/m

3

(dulje izlaganje koncentraciji od 50 ppm uzrokuje glavobolju, srane tegobe smanjenjemoi prosuivanja, refleksa, i vida), dok normalne koncentracije atmosferskog CO u prirodi

iznose oko 0,1 mg/m3. Smatra se da su mehanizmi uklanjanja CO iz atmosfere reakcije sdrugim plinovima, apsorpcijski i bioloki procesi, meutim, jo nisu razjanjeni u potpunosti.

Tablica 3.2. Fizioloke posljedice udisanja CO

Volumnakoncentracija, %

ppm Posljedice

0,01 100 Dozvoljeno izlaganje od nekoliko sati0,04 0,05 400 500 Bez posljedica nakon jednog sata izlaganja0,06 0,07 600 700 Neznatne posljedice nakon jednog sata

0,1 0,12 1 000 1 200 Nepovoljne, ali bezopasne posljedice nakon 1 sat0,15 0,2 1 500 2 000 Opasno izlaganje dulje od jednog sata0,4 i vie 4 000 i vie Opasno izlaganje i krae od jednog sata

CO je vrlo otrovan plin jer reagira s hemoglobinom u krvi potiskujui kisik vezan zahemoglobin budui da je afinitet vezanja CO uz hemoglobin 250 puta vei u odnosu na kisik.Trovanje nastaje kada se CO povee s 30 % hemoglobina u krvi, a smrt nastupa pri postotkuod 60 do 80 %. Otrovana osoba osjea nemo, ne moe se kretati, nastupa lagano guenjezbog paralize centara i organa za disanje.

Ugljikov dioksid, ugljikov (IV) oksid ili CO2 je nezapaljivi bezbojni plin,slaba otrog mirisa, 1,5 puta tei od zraka, prirodni je sastojak atmosfere ukoncentraciji od 0,03 %, ne podrava gorenje i ima bitnu ulogu u kruenjuugljika u prirodi. Nije reaktivan, ali pridonosi tzv. efektu staklenika. Otopljen uvodi ima znaajke slabe kiseline. Nastaje potpunim izgaranjem (pri dovoljnoj koliini kisika):

C + O2CO2+ 406 612 kJ

Takoer nastaje izgaranjem ugljikovog monoksida:

2CO + O22CO2+ 286 446 kJ

Dakle, 90 % dolazi u atmosferu kao posljedica ljudskih aktivnosti zbog izgaranja fosilnih

goriva u razliitim djelatnostima (proizvodnja elektrine energije, promet, proizvodnjacementa, eljeza, itd.), a tek 10 % iz prirodnih izvora (poari, vulkanske aktivnosti,raspadanje organske tvari i respiracija biljaka i ivotinja).U volumnoj koncentraciji od 1 % izaziva ubrzano disanje, a pri 5 % izaziva glavobolju,oamuenost i umor. Pri koncentraciji od 10 % moe izazvati smrt guenjem u pojedinimsluajevima, to se rijetko dogaa upravo zbog simptoma pri niim koncentracijama kadazbog neugodnosti ljudi provjetravaju prostorije. S aspekta okolia CO2je tetan jer apsorbirai emitira infracrveno zraenje, onemoguavajui irenje topline u Svemir.


18/78


Zatita zraka 18

Slika 3.2. Ciklus CO2

CO2se iz atmosfere uklanja prirodnim putem (slika 3.2.):

kiom (CO2+H2OH2CO3) reakcijom kalcijeva oksida s ugljinom kiselinom (CaO + H2CO3CaCO3+H2O) reakcijom u oceanima (CaCO3+H2CO3Ca(HCO3)2) fotosintezom bilja (6CO2+ 12H2O C6H12O6+ 6O2+ 6H2O)

3.2.2. Oksidi sumpora (SOXili SO, S2O3, SO2, SO3, S2O7i SO4)

Premda su svi oksidi sumpora tetni za okoli, prvenstveno se misli na sumporni dioksid(SO2), a u manjoj mjeri na sumporni trioksid (SO3). SO2 je bezbojan, nezapaljiv ineeksplozivan plin, karakteristinog otrog mirisa, vrlo topiv u vodi i vrlo reaktivan u malimkoncentracijama. Nastaje potpunim sagorijevanjem sumpora uz oslobaanje topline:

S+O2SO2+ 296 844 kJ

U reakciji s ozonom, peroksidima, vodenom parom i nekim drugim spojevima uzraku (prisustvo soli metala), SO2prelazi u sumpornu kiselinu, jednog od glavnih uzronikakiselih kia:

422323222 2

1SOHOSOHSOHOHSO

M

++

SO3 ne moe se dobiti izgaranjem sumpora, jer znatna koliina topline koja se pri tomerazvija onemoguava stvaranje SO3 koji se kao egzotermni spoj kod viih temperaturaraspada na SO2 i kisik, venastaje oksidacijom SO2pri niim temperaturama (od 400 do600C) uz prisustvo katalizatora:

2SO2+O22SO3Ova reakcija je prilino spora u istom zraku, a vrste estice i/ili sunevo zraenje djelujukao katalizator. SO3u kontaktu s vodom vrlo brzo stvara sumpornu kiselinu:

SO3+ H2O H2SO4

Prirodni izvori SOx u atmosferi su vulkanske aktivnosti i procesi biolokog raspadanja, temore kada pod djelovanjem vjetra nastane morska maglica koja sadri estice sulfatametala, a umjetni izgaranje fosilnih goriva i metalurgija obojenih metala (Zn, Pb, Cu) pri emuiz sulfidnih ruda pored pojedinih metala nastaju i velike koliine SO2. Plin SO2vrlo je tetanpo ljudsko zdravlje, jer udisanjem u pluima s vlagom stvara sumporastu H2SO3 i sumpornu

H2SO4 kiselinu. Zdravim ljudima smeta koncentracija SO2 od 1 ppm (neugodan okus uustima), dok npr. boravak dulji od 5 minuta u prostoru s volumnom koncentracijom SO2od0,7 % izaziva ozbiljna oteenja organa za disanje, pa ak i moguu smrt. Osim toga,


19/78


Zatita zraka 19

nadrauje sluzokou i organe ula i vida. Utjecaj na vegetaciju takoer je vrlo nepovoljan.Nepovoljno djeluje i na tekstil, pojedine vrste plastike, te uz prisustvo vlage izaziva korozijumetala. Veranije je spomenuto da je jedan od glavnih uzronika kiselih kia.Budui da najvei dio emisije spojeva sumpora dolazi iz TE na fosilna goriva, najbolji nainsmanjivanja SO2 u atmosferi je odsumporavanje dimnih plinova. Jedan od naina je da sezajedno s ugljenom prainom u loite ubacuje i fino samljeveni vapnenac (ukloni se od 60do 90% SO2), a drugi da se nakon otpraivanja lebdeeg pepela dimni plinovi odvedu u

mokre skrabere (vidi poglavlje 9) u kojima se raspruje suspenzija vode i vapnenca.

3.2.3. Sumporovodik ili vodikov sulfid (H2S)

Sumporovodik je bezbojan, vrlo otrovan i zapaljiv plin, izuzetno neugodnog mirisakoji podsjea na trula jaja. To je razlog vrlo rijetkim trovanjima sumporovodikom jerse u zraku osjea vepri vrlo malim koncentracijama. Sumporovodik se vee zaeljezo u metaloenzimima vanima za stanino disanje onemoguavajui tako njihovonormalno funkcioniranje. Nastaje kao produkt anaerobnih bakterija, a u veimkoncentracijama nalazi se u kanalizacijama, movarama i slinim okruenjima.

3.2.4. Oksidi duika (NOXili N2O, NO, NO2, NO3, N2O3, N2O4i N2O5)

Iako oksidi duika ine veu grupu, izraz NOXobino se upotrebljava za smjesu NO i NO2.koji se smatraju znaajnijim oneiivaima. Ova dva oksida duika nastaju izgaranjemfosilnih goriva, posebno pri visokim temperaturama (vie od 1 000C):

N2+O22NO

NO je blago obojen plin, slabo topiv u vodi, a vaan je jer se vrlo lako spaja s

kisikom, pa pod djelovanjem sunca prelazi u NO2:

2NO+O22NO2

Najvea koliina NOX-a stvara se u prirodi pod djelovanjem bakterija. Iako nisu zabiljeenatrovanja ljudi duikovim monoksidom, NO je tetan je za ljude jer se kao i CO vee zahemoglobin. Pri koncentracijama od 1 do 3 ppm osjeti se prodoran miris, a smeta ljudima prikoncentraciji od 2,5 ppm i izloenosti od jednog sata.

NO2je plin karakteristinog mirisa i tamnocrvene boje i najotrovniji od svih duikovih oksida.Spada u fitotoksine tvari to znai da izaziva nepovoljne posljedice po vegetaciju.Djelovanje na ovjeka i ivotinje manifestira se opaanjem mirisa, nadraivanjemula mirisa, ometanjem normalnog disanja, osjeajima jakog bola respiratornogtrakta, pluni edem i na kraju smrt. Duik se iz dimnih plinova uklanja procesomdenitrifikacije:

NO3NO2

NO + N2O N22 NO3

+ 10 e+ 12 H+N2+ 6 H2O

3.2.5. Halogeni spojevi (F, Cl, Br, I, U)

Grupu halogenih elemenata ine fluor (F), klor (Cl), Brom (Br), jod (I) i astatin (U). Fluor jenajreaktivniji element ove skupine i njegovi spojevi posebno su tetni za ljude, ivotinje ibiljke. Elementarni fluor je utozeleni plin otra mirisa, a u prirodi se nalazi gotovo iskljuivo uspojevima (najvaniji minerali su fluorit CaF2 i kriolit Na3AlF6). Metalurki i drugi procesi


20/78


Zatita zraka 20

izvorom su oneienja fluorovodikom HF i klorovodikom HCl, s time da je najvei izvorzagaenja fluorom elektroliza glinice. Osim fluorovodika HF koji nastaje pri reakciji fluora svodom, treba spomenuti i klorovodik HCl:

2 F 2(g) + 2 H 2O (l) O 2(g) + 4 HF (aq)Cl 2(g) + H 2O (l) HCl (aq) + HClO (aq)

U ovu grupu spadaju i freoni, plinovi iz grupe haloalkana koji se upotrebljavaju kao medij urashladnim ureajima. Najvaniji freoni su CFC (kloroflorougljici) i HCFC (vodik - klor - fluor -ugljik). Najpoznatiji freoni primijenjeni u rashladnim ureajima su R-12 i R-22.

Slika 3.3. Strukturna formula freona 12

Freoni nisu topljivi u vodi, a prodiru visoko u stratosferu jer su inertni u kemijskim reakcijama.

Freon je nezapaljiv plin bez boje, mirisa i okusa i nije otrovan. Budui da je freon, kao i ozon,laki od zraka to znai da e se u atmosferu popesti do ozona, tamo ostati i reagirati. Nakonto se jedna molekula freona, npr. CCl3F(g) popne do ozonskog sloja, biti e izloena UVzrakama to e dovesti do raspadanja molekule na CCl2F(g) + Cl(g). Dalje e te raspadnutemolekule reagirati direktno s ozonom

Cl + O3ClO + O2, ClO + O O2+ Cl

Iz ovoga se moe zakljuiti da jedna molekula freona moe unititi puno molekula ozona.Mjerenjima je ustanovljena injenica da jedna molekula freona u atmosferi ostaje od 50 do100 godina to nas dovodi do zakljuka da emo posljedice osjeati jo jedno dulje vrijeme.Freon 12 ili R-12 (Diklordifluormetan), kemijske oznake CCl2F2je najee upotrebljavan plin

CFC tipa, i nekada je bio osnovni plin u rashladnim sustavima, ali i kao sredstvo za ienje,te kao pogonsko sredstvo u bocama pod tlakom (razni sprejevi). Upotreba freona 12zabranjena je protokolom iz Montreala 1987. godine zbog velikog utjecaja na ozonskiomota. Freoni su se poeli koristiti od 1930. godine.Freon 22 ili R-22 (Klordifluormetan) kemijske oznake CHClF2 je slian R-12, ali umjestojednog atoma klora ima atom vodika. Vrlo se esto upotrebljavao, a bio je i prva pogodnezamjena za R-12 jer je njegov utjecaj na omota samo 10% utjecaja R-12. I on je danasizbaen iz uporabe.

3.2.6. Ugljikovodici

Ugljikovodici su organski spojevi koji se sastoje samo od atoma vodika i ugljika. Meu njimasu vani policikliki aromatski ugljkovodici (PAU), i to zbog kancerogenosti, te openito kaodio tzv. hlapljivih organskih spojeva. Oni kemijski reagiraju sa sumpornim i duinimoksidima i radikalima, te reakcije vezane uz stvaranje ozona, tvorei razliite sekundarneoneiujue spojeve (sulfinske i sulfonske kiseline, organske nitrite i nitrate, epokside,alkohole, perokside). Prirodni izvori emisija PAU su umski poari i vulkanske erupcije, anastaju takoer pri nepotpunom izgaranju fosilnih goriva i organskih tvari. Kao antropogeniizvori emisija spominju se industrijski procesi (proizvodnja koksa, aluminija i prerada nafte),spaljivanje komunalnog i industrijskog otpada, kuna loita, te naravno ispuni plinoviautomobila kao glavni izvor u gradovima.

3.2.7. Lebdee estice


21/78


Zatita zraka 21

Pod lebdeom esticom smatra se estica bilo koje tvari, osim iste vode, koja u tekuem ilivrstom stanju postoji u atmosferi pod normalnim uvjetima i koja je mikroskopske ilisubmikroskopske veliine, no vea od molekularnih izmjera. Takve estice tvore prainu(nakon miniranja, mljevenja, buenja ili bruenja) ili dim (npr. kao posljedica nepotpunogizgaranja). estice kapljevina koje sadre tetne tvari ili slue kao njihovi nositelji nalaze se usumaglici ili magli (npr. kapljice vode obloene slojem ulja ili obrnuto), a nastaju kao popratnepojave tehnolokih operacija. Prirodni izvor emisija estica je praina noena vjetrom, estice

nastale fotooksidacijskim reakcijama izmeu ozona i ugljikovodika, te me

usobnimreakcijama SO2, H2S, NH3O2i dr., zatim umski poari i morska maglica (djelovanje vjetra

na morske valove). Umjetni izvori su sva mjesta na kojima izgaraju fosilna goriva, odindustrijskih procesa (proizvodnja elektrine i toplinske energije, cementa), prometa,eksploatacije mineralnih sirovina do spaljivanja otpada. tetnost estica po ljudski organizamovisi o njihovoj veliini, pri emu su najopasnije estice veliine od 0,2 do 5 m kojedospijevaju do niih dinih puteva (tzv. respirabilne estice).

3.2.8. Metali

Metali su postojane tvari u okoliu jer su praktino nerazgradivi i mogu se nagomilavati uivim organizmima. Iako su pojedini metali neophodni za ivot, s promjenom njihovihoptimalnih koncentracija (koje variraju od metala do metala), oni postaju toksini. Glavniizvori metala u atmosferi su termoenergetska i industrijska postrojenja, promet idomainstva. U sljedeoj tablici prikazani su umjetni izvori metala i njihov utjecaj na zdravlje:

Tablica 3.3. Izvori emisija metala i njihov utjecaj na zdravlje

Metal Izvor emisije Utjecaj na zdravlje

Kadmij (Cd)

Izgaranje ugljena, vaenje rude cinka,taljenje, vodovodne cijevi, duhanskidim, varilaki radovi, proizvodnjaelektrike opreme i legura.

Oboljenje srca i krvnih ila, visokkrvni pritisak i oteenje bubrega,unitava crvene krvne stanice,zamjenjuje cink biokemijskim putem.Najopasniji je u obliku para.

Olovo (Pb)

Automobilski ispuni plinovi (izgaranjebenzina s dodatkom olova), boje ipigmenti, postupci taljenja olova,izgaranje ugljena, proizvodnja baterija.

Oteenje mozga, konvulzije,anemija, oteenje bubrega,nekontrolirano ponaanje, smrt.

iva (Hg)

Izgaranje ugljena, elektrine baterije,

razne industrije (proizvodnja papira,kemikalija i boja i dr.), rudarskeaktivnosti, pesticidi.

Akutna i kronina trovanja, nervna

razaranja i smrt.

Nikal (Ni)

Diesel gorivo, lo ulje, izgaranjeugljena, duhanski dim, kemikalije ikatalizatori, elik i nemetalne legure,benzinski dodaci.

Rak plua.

Arsen (As)

Izgaranje ugljena i nafte, deterdenti,pesticidi, ostaci pri vaenju ruda,taljenje bakra, proizvodnja elektroni-kih komponenti.

Otrovan, moe izazvati rak, bronhitis.


22/78


Zatita zraka 22

Selen (Se)

Izgaranje ugljena, nafte i sumpora,neki papirnati proizvodi.

Bitan element u malim konc.(tragovima) za ovjeka, poveanekonc. mogu izazvati krvarenje zuba ikarijes kod ljudi, mogue rak.

Antimon (Sb) Industrije, emajlirana roba,akumulatori.

Oboljenje srca.

Berilij (Be) Izgaranje ugljena, industrije, raketnagoriva, nuklearni reaktori. Akutna i kronina trovanja organizma,rak plua, berilioza.

Krom (Cr)

Oblaganje metalom, aditivi zarashladnu vodu (kromati), obinoprisutan kao Cr (VI) u zagaenoj vodi.

Bitan element u tragu; kao Cr(VI)moe izazvati rak.

Bakar (Cu)

Prevlaenje metalom, industrijski ikomunalni otpad, rudarske aktivnos-ti,luenje minerala.

Bitan element u tragu; nije jakotoksian za ivotinje, pri srednjimkoncentracijama otrovan za biljke ialge.

Mangan (Mn)

Metalne legure, sredstva za smanjenjedima u elektranama, moe se koristitiumjesto olova u benzinu kaoantidetonacijski dodatak.

Bitan element u tragovima zaovjeka, u poveanim koncentraci-jama moe izazvati oteenje ivaca itetno djelovati na bilje.

eljezo (Fe)

Vaenje i prerada metalnih ruda,odvodnja kiselih rudnikih voda,proizvodnja elika, galvanizacija,korodirani metal, industrijski otpad.

Bitan nutrient za ovjeka (sastojakhemoglobina), relativno neotrovno(ei su problemi s deficitiom).

Molibden (Mo) Industrijski otpad, dodaci za rashlad-nu vodu.

Mogue otrovno djelovanje naivotinje, nutrient za biljke.

Vanadij (V) Izgaranje nafte, kemikalije, kataliza-tori, elik i nemetalne legure.

Bez primjetnih posljedica nasadanjem nivou koritenja.

Srebro (Ag) Rudarske aktivnosti, galvanizacija,dezinfekcija vode.

Uzrokuje plavo-sivo blijedilo koe,iritacija oiju.

Cink (Zn)

Industrijski otpad, galvanizacija,vodovodne instalacije.

Bitan nutrient za ovjeka, pri viimkoncentracijama otrovan za biljke,jedan od glavnih sastojaka uotpadnom mulju.

3.2.8. Radioaktivne tvariPod radioaktivnim tvarima podrazumijevaju se tvari koje emitiraju radioaktivno zraenje iliradioaktivne estice koje mogu biti prirodne (npr. uran i radij i dr.) i umjetne (izotopi).Posljedice izlaganja radioaktivnom zraenju ili esticama temelje se na ionizaciji kojauzrokuje molekularne poremeaje u tkivu s posljedicama preranog starenja, skraivanjaivota, infekcijama, posebno upalama plua, pojavama tumora, itd.

3.2.9. Ostale oneiujue tvari

Azbest, mineral iz grupe serpentina, Mg6(OH)6(Si4O11)H2O. Vlaknate je strukture, otporan nakiseline, luine i visoke temperature. Prilikom eksploatacije i oplemenjivanja ruda azbesta


23/78


Zatita zraka 23

stvara se vrlo fina praina (veliina estica od svega nekoliko mikrometara i manje). Priudisanju ulazi u plua i uzrokuje bolest azbestozu odnosno rak plua.

Praini su izloeni i radnici koji rade u proizvodnji azbestno-cementnih proizvoda, azbestnihtkanina kao i drugih proizvoda (npr. do nedavno u proizvodnji koionih obloga zaautomobile). Istaloena praina lako je pokretljiva. Privremeno se moe suzbiti prskanjemvodom (u rudnicima) ili uspjenije sustavima za otpraivanje. Izdvojena praina mora se

imobilizirati npr. mjeanjem s cementom i vodom i zatim propisno odloiti. Problem azbesta uHrvatskoj vezan je uz tvornicu azbestno-cementnih proizvoda u Vranjicu kraj Solina.

Problem oneienja azbestnom prainom u veini sluajeva u domeni je zatite na radu. Donedavno azbest je bio i problem zatite okolia, kad je u gradovima dolazilo do emisijeazbestne praine troenjem koionih obloga u automobilima. Zbog izrazite tetnosti pozdravlje ljudi razvijene zemlje zabranile su proizvodnju i preradu azbesta.

Fluoridi dolaze u okoli preradom i koritenjem spojeva koji sadre fluor. U prvom redu to suminerali fluora koji se koriste u proizvodnji mineralnih gnojiva, metalurgiji, kemijskoj industriji,kao npr. fluorapatit Ca5(PO4)3F, fluorit CaF2, kriolit Na2AlF6. estice flora odaslane uatmosferu vraaju se s oborinama na zemlju i postepenim razlaganjem ulaze u organizme

biljaka i ivotinja (CaF2, Na2AlF6, AlF3, Na3SiF6, NaF i dr.). Plinoviti fluor u prisustvu vode uzraku hidralizira i s oborinama dolazi na zemlju:

3SiF4+ 2H2O SiO2+ 2H2SiF6

Glavni izvor oneienja su industrijska postrojenja. Npr. elektrolize aluminija na 100.000 taluminija proizvedu i do 1.600 t raznih spojeva fluora. U elektrolizi nastaje plinoviti fluor, CF4iHF te kruti fluoridi u obliku vrlo finih estica. Na 1 t proizvedenog aluminija stvori se od 6 do 9kg plina HF, i 5 do 7 kg praine fluorida.

iemje zraka od spojeva fluora provodi se mokrim i suhim postupcima odnosno njihovomkombinacijom. Uz mokri postupak esto je vezana i proizvodnja NaF. U mokrom postupku

raspruje se vodena otopina sode, NaCO3, koja uklanja estice fluorida i dio plinovitog fluora.Tako nastala suspenzija odlae se zajedno s crvenim muljem (kruti ostatak nakon luenjaboksita u proizvodnji glinice). U suhom postupku fluor se uklanja u atmosferi raspreneglinice koja nakon toga odlazi na elektrolizu. U procesu ienja koristi se oko 2/3proizvedene glinice.

Oneienje fluorom dolazi i iz proizvodnje eljeza i elika, gdje se CaF koristi za poveenjaviskoziteta troske te za uklanjanje sumpora i fosfora, zatim iz proizvodnje fosfatne kiseline ifosfata iz fosfatnih ruda. Do emisije fluora dolazi i spaljivanjem ugljena. Iako ugljen sadrimale koliine fluora zbog veliki koliina koje se spaljuju emisija je znatna.

3.2.10. Otpadna toplina

Termiko oneienje ima znaajno djelovanje na mikroklimu npr. u gradovima. Najveatermika oneienja nastaju u termoelektranama i toplanama, industrijskim postrojenjima(npr. proizvodnja cementa i industrija stakla), te naravno promet.


24/78


Zatita zraka 24

4. TRANSPORT ONEIENJA ZRAKOM

Mjerenjima odreujemo koncentracije na pojedinoj lokaciji, ali pomou mjerenja ne moemoznati kakve e koncentracije biti u budunosti ili kakve su koncentracije na lokacijama nakojima se ne provode mjerenja. Modeli oneienja zraka pomau razumijevanju ponaanjaoneienja zraka u okoliu. U principu, savreni model omoguio bi odreivanje prostorno-vremenske koncentracije oneiivaa s dovoljnom preciznou kako bi bio dobar zapraktinu primjenu i tako uinio mjerenja oneienja nepotrebnim, meutim, dananji modelidaleko su od ovog idealnog. etiri su glavne grupe modela:

Modeli disperzijekoji su utemeljeni na detaljnom razumijevanju dinamike fizikalnih,kemijskih i dinamikih procesa fluida u atmosferi, a omoguavaju predvianjekoncentracije oneienja na bilo kojem mjestu i vremenu ako su poznati emisijski iostali parametri procesa

Modeli prihvaanja (receptor modeli), koji su utemeljeni na vezi izmeu podatakaizmjerenih koncentracija receptora (onoga koji prihvaa oneienje) i podatakaemisija koje u velikoj mjeri djeluju na te koncentracije

Stohastiki modeli, koji se temelje na poluempirijskim matematikim vezamaizmeu koncentracija polutanata i bilo kojih faktora koji mogu utjecati na njih,neovisno o fizikalnim atmosferskim procesima

Tzv. box modeliu kojima ulazi i izlazi definiraju volumen atmosfere u kojem e seizraunavati prosjena koncentracija unutar tog volumena.

Disperzija oneienja ovisit e o horizontalnim i vertikalnim strujanjima zraka, a svi modelizahtijevaju razumijevanje relevantnih meteorolokih parametara, a glavni od njih su smjervjetra, brzina vjetra i turbulencije u atmosferi.

4.1. METEOROLOKI PARAMETRI

4.1.1. Smjer vjetra

Poetni smjer transporta oneienja od izvora odreen je smjerom vjetra na izvoru. Nakoncentraciju oneienja od toke izvora smjer vjetra utjee vie od ostalih parametara.Npr. ako vjetar pue direktno u smjeru receptora (lokacije koja prima oneienje), pomaksmjera od samo 5(prosjena tonost mjerenja smjera vjetra) uzrokuje pad koncentracije nareceptoru od priblino 10% u nestabilnim uvjetima, oko 50% u neutralnim uvjetima i oko 90%u stabilnim uvjetima. Naravno da je vana promjena smjera vjetra s visinom, posebno blizutla. Iako povrinsko trenje uzrokuje promjenu smjera u smjeru kazaljke sata pri visinamablizu tla, horizontalna termika struktura atmosfere moe imati dominantan utjecaj na viimnadmorskim visinama, i to takav da se smjer vjetra mijenja suprotno kazaljci sata spoveavanjem visine. Horizontalno kretanje hladnog zraka u slojevima e uzrokovatipromjenu pravca s visinom.

4.1.2. Brzina vjetra

Brzina vjetra je vana za disperziju u atmosferi na razliite naine. Prvi je da je svaka emisijarazblaena faktorom koji je proporcionalan brzini vjetra preko izvora. Drugi je da je

mehanika turbulencija koja poveava mijeanje i razrjeivanje (razblaivanje) zapravouzrokovana vjetrom.


25/78


Zatita zraka 25

Slika 4.1. Razrjeenje oneienja pri razliitim brzinama vjetra

Trenje s povrinom tla smanjuje brzinu vjetra blizu povrine, tako da je brzina na vrhuindustrijskog dimnjaka (dimnjaci elektrana mogu dosezati 200 m visine) bitno vea od one pridnu. Dakle, openito se moe rei da se brzina vjetra poveava s visinom. Brojni su izrazikoji opisuju promjenu brzine s visinom, a u domeni oneienja zraka esto se koristi sljedei

izraz:

u(z)=u0(z/z0)p

gdje je u(z) brzina vjetra na visini z, u0je brzina vjetra izmjerena anemometrom na visini z0, ap je eksponent koji varira s stabilnou atmosfere. U tablici 4.1 navedene su vrijednostieksponenta pprema Pasquill-ovim kategorijama stabilnosti.

Tablica 4.1. Promjena vrijednosti eksponenta p ovisno o stabilnosti atmosfere

Stabilnost atmosfere Eksponent p za grubi teren Eksponent p za glatki terenA-najnestabilnije 0,15 0,07

B 0,15 0,07C 0,20 0,10D 0,25 0,15E 0,40 0,35

F-najstabilnija 0,60 0,55

4.1.3. Stabilnost (turbulencija) atmosfere

Turbulencija je vrlo nepravilno gibanje vjetra pri emu vjetar ne pue ravno ve naizglednasumino, ili moemo rei da je gibanje vjetra brzo, promjenjivo i nestalno. Dva su osnovnauzroka turbulentnog vrtloenja. Vrtloenje koje je posljedica gibanja zraka pokraj objekata jerezultat mehanike turbulencije. estice vrlo vrueg zraka koji se uzdie s vrue Zemljinepovrine i velike koliine padajuih sporijih molekula zraka iz okruujue atmosfere rezultirajutermikom turbulencijom.

Prema slici 4.2. vidi se da su mehanike turbulencije (a) prilino pravilne, u usporedbi stermikim turbulencijama (b). Najznaajniji proces mijeanja u atmosferi koji uzrokujedisperziju oneienja zraka naziva se vrtlona difuzija (eddy diffusion). Atmosferskavrtloenja uzrokuju mijeanje oneienog s relativno istim zrakom rezultirajui smanjenimkoncentracijama oneienja u veem volumenu zraka.


26/78


Zatita zraka 26

Slika 4.2. Primjeri turbulencije prema zapisima smjera vjetra: (a) mehanika, (b) termika

Oneienje u atmosferi razblauje se strujanjem zraka u razliitim smjerovima (horizontalnai vertikalna konponenta strujanja), pri emu e horizontalna komponenta strujanja ovisiti obrzini i smjeru vjetra, topografiji terena, objektima na terenu i sl., a vertikalna otemperaturnom gradijentu (promjeni temperature zraka ovisno o visini). Tijekom strujanjazraka nanie kroz atmosferu obino dolazi do poveanja volumena (irenja) i hlaenja.

Usporeujui stvarnu promjenu temperature s visinom i suhu adijabatsku promjenu dobivajuse razliiti sluajevi atmosferske stabilnosti. Suha adijabatska promjena definira se kao padtemperature zraka od priblino 1C na svakih 100 m visine (pod adijabatskim stanjempodrazumijeva se stanje pri kojem nema izmjene topline izmeu zrane mase i okolia).Stabilna atmosfera e oteati, a nestabilna olakati razblaivanje u vertikalnom smjeru.

Veliina i utjecaj vrtloenja na vertikalno irenje kontinuirane perjanice dima iz dimnjakapovezano je s vertikalnom strukturom temperature.

Na temelju svega do sada navedenog, moe se rei da e razblaivanje ovisiti prvenstveno o

brzini vjetra, vertikalnom temperaturnom gradijentu (promjeni temperature s visinom) iturbulentnoj strukturi vjetra, a primjeri rasprivanja prikazani su na slici 4.3. gdje crtkana linijapredstavlja suhu adijabatsku, a puna linija stvarnu promjenu temperature s promjenomvisine.

Prvi tiprasprivanja nastaje pri iznadadijabatskoj promjeni (temperatura opada za vie od1C na 100 m) za sunanih dana, pri emu se oneienja raspruju pod velikim kutem takoda mjestimino dolaze i do samog tla. Ovakva situacija smatra se povoljnom jer seoneienje raspruje visoko i daleko od izvora.

Drugi tip nastaje pri ispodadijabatskoj promjeni(temperatura opada manje od 1C na 100m) kada je zrak znatno stabilniji npr. tijekom noi, pri emu oneienja dosegnu odreenu

visinu nakon ega se raspruju horizontalno. U ovom sluaju e koncentracije u okolinidimnjaka biti male, a daleko od dimnjaka se mogu zabiljeiti odreene koncentracijeoneienja.

Trei tipnastaje pri temperaturnoj inverziji(temperatura raste s porastom visine) npr. tijekomnoi s blagim vjetrom i vedrim nebom, kada je atmosfera vrlo stabilna jer inverzni sloj (slojzraka u kojem temperatura raste s porastom visine) sprijeava normalno vertikalno strujanjezraka, a time i rasprivanje u vertikalnom smjeru, pa se oneienja nakon to dosegnuvisinu inverznog sloja raspruju samo horizontalno. U ovom sluaju se oneienjenagomilava ispod inverznog sloja sve dok traje inverzija, pa koncentracije oneienja mogudosegnuti vie vrijednosti, tako da je s aspekta oneienja ovo vrlo nepovoljna situacija.

etvrti tip nastaje pri inverziji u niim slojevima iznad kojih postoji adijabatska promjenatemperature, npr. u predveerje, kada oneienje ne dopire do tla.


27/78


Zatita zraka 27

Slika 4.3. Vertikalno irenje oneienja ovisno o vertikalnoj promjeni temperature

Peti tip nastaje kod nestabilne iznadadijabatske atmosfere pri tlu iznad koje se nalazistabilan inverzni sloj, npr. u ranu zoru nakon mirne noi pri vedrom nebu i vjetru blagogintenziteta.

esti tip slian je petom jer se rasprivanjedogaa ispod inverznog sloja, pri emu se naodreenoj udaljenosti dim stapa s niimslojevima pri tlu, za razliku od prethodnog tipagdje se to dogaalo samo mjestimino.

Slika 4.4. Prikaz inverznog sloja kod 5. i6. tipa rasprivanja oneienja

(http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/notes/chapter18/graphics/inversion_trap.gif)


28/78


Zatita zraka 28

4.2. MODELI DISPERZIJE ONEIUJUIH TVARI

Razvoj teorija (modela) o nainu disperzije (irenja) oneienja sloena je znanost. Glavnevarijable koje se koriste za opis snage oneienja su masena i volumna koncentracija.

Masena koncentracija obino je definirana sadraj mase po jedinici volumena, a najeamjerna jedinica koncentracije u atmosferi je g/m3. Kao to je veranije spomentuo, volumnakoncentracija obino se izraava u dijelovima na milijun ili p.p.m.Model disperzije predstavlja proceduru predvianja koncentracija od izvora oneienja usmjeru vjetra, koja se temelji na sljedeim zapaanjima:

Znaajke emisije (brzina izlaska iz dimnjaka, temperatura plinova nakon izgaranja,promjer dimnjaka)

Znaajke terena (topografija, oblinji objekti i sl.) Stanje atmosfere.

Modeliranje disperzije oneienja provodi se upotrebom matematikih algoritama od kojihsu najvaniji Hanna, Box, Gauss, Eulerian i Langrangain.

4.2.1. Hanna model

Hanna model se temelji na sljedeem izrazu za sluajeve procjene najviih koncentracijaoneienja emitiranih iz tokastog izvora u smjeru vjetra:

gdje jeQ emisija plina, estica ili praine, kg/s

CWC najvea koncentracija g/m3U najopsanija brzina vjetra na visini od z=10 m, normalno 1 m/sWWC najvea irina oblaka oneienja u metrima, obino dana s W=0,1 x, gdje je xudaljenost od izvoraHWC najvea dubina oblaka oneienja u metrima, smatra se upotrebljivim pri 50 m

Jednadba openito predstavlja ouvanje mase polutanta, ali ovisi o vie temeljnihparametara povezanih s modeliranjem disperzije na taj nain:

1. Srednja koncentracija je obrnuto proporcionalna sa srednjom brzinom vjetra2. Srednja koncentracija je direktno proporcionalna s brzinom naputanja dimnjaka

3. Srednja koncentracija je obrnuto proporcionalna s transverzalnim presjekom oblakaoneienja

4.2.2. Box model

Algoritam Box modela najjednostavniji je algoritam od svih modela. Taj model polazi odpretpostavke da sloj zraka ima oblik kutije. Za zrak unutar kutije pretpostavlja da imahomogenu koncentraciju. Algoritam Box modela predstavljen je sa sljedeim izrazom:

gdje jeQ odnos emisije oneienja na jedinicu povrine


29/78


Zatita zraka 29

C koncentracija homogenih tipova iz unutranjosti sloja zrakaV volumen kutijeCin koncentracija tipa polutanta koji ulazi u slojA horizontalna povrina kutije (duljina L x irina W)L duljina kutijeW irina kutijeU brzina vjetra koji okomito djeluje na kutiju

H visina mijeanja.Iako se esto upotrebljava, ovaj model ima svoja ogranienja. On pretpostavlja da je polutanthomogen na prednjem dijelu (fronti) sloja i upotrebljava se za procjenu srednje koncentracijepolutanta iznad vrlo velike povrine, ali ne omoguava indikaciju obzirom na prostornudisperziju.

4.2.3. Gaussov model

Algoritam Gaussovog modela najee se upotrebljava u modeliranju analize disperzijezraka. On se temelji na pretpostavci da e se polutant dispergirati u skladu s normalnomstatistikom distribucijom. Gaussova jednadba koristi se openito za emisije iz tokastogizvora, a u poetnoj formi moe se napisati kao

gdje jeX izmjerena koordinata od izvora du smjera vjetraY izmjerena koordinata od izvora okomito na smjer vjetraZ vertikalna koordinata izmjerena od tlaC(x,y,z) srednje koncentracije dispergirane tvari na (x,y,z) toci u kg/m3Ky, Kz difuzije turbulencije u smjeru osi y i z u m 2/s,U srednja brzina vjetra du osi x u m/s;S Izvor / naputanje izraeno u (kg/m3)/s

Na temelju sljedeih hipoteza (koje predstavljaju pojednostavljenje i aproksimacije)

Koncentracija polutanta ne utjee na tok izlaska oneienja (pasivna disperzija) Molekularna i longitudinalna (du smjera vjetra) difuzija su zanemarive Brzine vjetra i koncentracije mogu se podijeliti u srednju komponentu i vrijednost

fluktuacija je nula Turbulentni tok je linearan

Bona srednja brzina V i vertikalna brzina vjetra jednake su nuli, i imamo idealansluaj ravnog terena

gornja jednadba moe se napisati u sljedeem obliku

uz napomenu da je veza izmeu konstanti koeficijenata rasprivanja i koeficijenatarasprivanja:


30/78


Zatita zraka 30

Njihovim uvoenjem u originalni izraz dobivamo sljedei izraz:

u kojem se podrazumijeva da se polutant ne moe iriti dalje prema tlu, z=0 i da je izvoroneienja uvijek iznad tla, pa je z=-Hp, tako da dolazimo do Turnerove jednadbe u kojojvisina oblaka oneienja predstavlja sumu stvarne visine naputanja dimnjaka i uzdizanjaperjanice ili visine uspinjanja: Hp=Hs+H za koje je doputeno da se srednja brzina vjetramora razmatrati na nivou visine naputanja dimnjaka. Koncentracija pri tlu (z=0) iznosi:

i ako uzmemo da je Hp=0 (sluaj vertikalne distribucije na nivou tla), moemo napisati:

gdje ako mislimo da model nije vrlo precizan, u vertikalnom profilu on varira prema exp(-z 1,5)ili prije sukladno Gaussovoj formuli exp(-z2), difuzivnost Kzvarira u irokim granicama gotovodo tla i rezultira sljedeim izrazima: koncentracija pri tlu za y=0 i z=0 je:

u kojima integracija uzima mjesto u ravnini y-z okomito na os oblaka oneienja.

Izrazi Pasquill-a i Gifforda vrijede uz sljedee pretpostavke:- izvor emisije emitira oneienje kontinuirano s vremenom emitiranja eim od

vremena putovanja oneienja do bilo koje toke na tlu niz vjetar- difuzija u smjeru niz vjetar je zanemariva- oneienje koje se raspruje je stabilno i ostat e u formi suspenzije dovoljno

dugo- rasprivanje oneienja je ravnomjerno u horizontalnom i vertikalnom smjeru

Gaussov algoritam biti e uzet za Gausovu disperziju polutanta emitiranog iz tokastogizvora na kruto gorivo (npr. ugljen) i rafinirane derivate nafte i/ili prirodnog plina kako bi

predstavljao oblak oneienja.Ovi koeficijenti su bazirani na koeficijentima atmosferske stabilnosti od strane Pasquill-a iGifford-a i openito oni postaju vei na veim udaljenostima mjerenja u smjeru vjetra uusporedbi s izvorom.Najvee devijacije pojavljuju se kada Gaussova krivulja ili oblak ima nisku toku i velikudistribuciju; najmanje devijacije pojavljuju se kada Gaussova krivulja i oblak imaju visokutoku i ogranienu/usku distribuciju (donja slika)

Kada se za izraun disperzije oneienja upotrebljava ova jednadba, treba biti ispunjenonekoliko pretpostavki da bi jednadba bila ispravna:

Emisija treba biti konstantna i uniformna

Smjer vjetra i disperzija su konstantne Difuzija u smjeru vjetra je zanemariva u usporedbi s vertikalnom difuzijom i normalnimsmjerom u smjeru vjetra

Tlo je relativno glatko, ravno i nema normalnih granica u smjeru vjetra


31/78


Zatita zraka 31

Nema taloenja ili apsorpcije polutanta Difuzija u vertikalnom smjeru ili normalnom smjeru vjetra slijedi Gaussovuu

distribuciju Oblik oblaka oneienja smatra se proirenim (ekspandiranim) Upotreba standardne devijacije y i znamee da je turbulencija oblaka oneienja

homogena u cijelom oblaku

Slika 4.5. Prikaz irenja oneienja prema Gaussovoj distribuciji (raspodjeli) u Kartezijevom(Reneu Descartesu) koordinatnom sustavu

Tonost ovog modela u predvianju koncentracije polutanta direktnim uvoenjem podatakatreba biti u polju od 20% za emisije na nivou tla, na udaljenosti od 1 km.Za vie emisije, preciznost je do 40%. Za vee udaljenosti ili vie od 1 km jednadba semnoi s faktorom 2 kako bi bila tona.

4.2.4. Eulerian model

Eulerian model rjeava ouvanje jednadbe mase za dani polutant, a openiti algorita glasi:

gdje je U= + U'

U glavni vektor vjetra U(x,y,z) srednje podruje (domena) vektora vjetraU' vektor fluktuacija domene vjetraC=c+c'c koncentracija polutantac- srednja koncentracija polutantaC' fluktuacije koncentracije polutantaD molekularna difuznostSi trajanje izvora ?


32/78


Zatita zraka 32

4.2.5. Langrangian model

Lagrangian model predvia disperziju polutanata poznavajui promjene base grill-a. Ovapromjena base grill-a generalno ovisi o injenici da smjer vjetra i vektorsko polje vjetradonose smjer oblaka oneienja, a algoritam glasi

gdje je

c(r,t)- srednja koncentracija polutanta na lokaciji r i vremenu tS(r', t') definira izvor emisijeP(r, tr', t') funkcija vjerojatnosti da se dio (parcela) zraka pomakne s lokacije r' ivremena t' na lokaciju r i vrijeme t.

Funkcija vjerojatnosti treba biti definirana kao funkcija potpunih meteorolokih podataka blizuizvora. Ako emisija ukljuuje i mehaniku prainu, estice, tada ona mora biti dodana kao

distribucija mjeraenja gustoe estica.

4.2.6. Model LASAT

Matematiki model nazvan LASAT (Lagrangian Simulation of Aerosol Transport slika 4.6.)ima ogranienja jer njegovi rezultati trebaju biti usporeeni s mjerenjima s obzirom na prirodudinamikog modela.

Slika 4.6. Shema modela LASAT

Ovaj model povezuje teorijske izraune s mjerenjima koncentracije oneienja koja seprovode na stacionarnim tokama.

4.2.7. Modeli na temelju dinamike fluida

Modeliranje koje se temelji na izraunima dinamike fluida (Computational Fluid Dynamics -CFD) pojavili su se kao rezultat odreivanja disperzije emisije polutanata na malimpodrujima, du pristupnih putova, rijeka, dolina, klanaca ili prolaza kroz visoke geografske

profile (breuljci, planine itd.) Modeli su se pojavili kao rezultat postojanosti (nepromjenjivosti)glavnih smjerova disperzije iz rudnika ili kamenoloma, ali takoer za izboenja kao rezultatnaslaga pepela tokastih izvora koji koriste ugljen kao gorivo. U tablici 4.2. prikazana jeusporedba izmeu modela disperzije emisije polutanata koji se koriste u praksi.


33/78


Zatita zraka 33

Tablica 4.2. Usporedba glavnih modela disperzije emisija polutanata

( )

Iako imaju nedostataka, mnogi modeli disperzije oneienja u atmosferi ipak su korisni zaprocjenu potencijalne opasnosti u razliitim situacijama.


34/78


Zatita zraka 34

5. DINAMIKA ESTICA, ZNAAJKE I PODJELAUREAJA ZA IENJE ZRAKA

ienje plinova u irem smislu obuhvaa skup svih metoda kojima se u tehnici iz plinova

uklanjaju nepoeljne primjese, bez obzira na to jesu li te primjese plinovite, tekue ili vrste.U ovom poglavlju nee biti govora o uklanjanju plinovitih oneienja koja se uklanjajuprocesima adsorpcije, apsorpcije i kemijskim reakcijama, ve e biti govora o uklanjanjuvrstih i tekuih oneienja, tj. o ienju plinova u uem smislu. ienje plinovaprimjenjuje se u razliitim procesima kao to su plinovi:

u proizvodnji fotografskih filmova u proizvodnji farmaceutskih proizvoda u proizvodnji namirnica koji ulazi u motore s unutarnjim izgaranjem od sumpornog dioksida iz pilana i radionica za obradu drva

iz pogona za bruenje kamena ili metala iz mlinova i prostorija u kojima se fino samljeven materijal pakira u vree dimnih plinova iz kotlovnica industriji cementa itd.

5.1. VELIINA I DINAMIKA ESTICA

Pri ienju plinova svejedno je da li su u njima suspendirane vrste estice ili sitne kapljice(u daljnjem tekstu e se govoriti o prahu i otpraivanju), ali je vrlo vaan stupanj disperzijesuspendirane tvari.


35/78


Zatita zraka 35

Slika 5.1. Veliina estica i podruja primjenjivosti aparata za ienje plinova

Najkrupnije estice oneienja u zraku (slika 5.1.) mogu biti i do tisuu puta veih dimenzija,a volumena i do milijardu puta od najsitnijih, pa je jasno da se za njihovo izdvajanje neemoi upotrijebiti isti ureaji. Stoga e veliina estica bit jedan od glavnih imbenika priizboru i konstrukciji aparata za ienje plinova. Za karakterizaciju veliine jedne esticenajee se upotrebljava njezin srednji promjer d ili ekvivalentni promjer de, tj. promjer

kugle istog volumena u mikrometrima (m), no kako je osim veliine pri uklanjanju

estica izplina redovito vana njihova gustoa i oblik, esto je praktino veliinu estica karakterizirati

njezinom konanom brzinom padanja vu fluidu, prema izrazu poznatijem kao Stokesovzakon:

( )

=

18

2fdg

v

gdje je gubrzanje sile tee, dekvivalentni promjer estice, gustoa estice, f gustoafluida u kojem pada estica i dinamiki viskozitet. Lako je izraunati konanu brzinupadanja iste estice u zraku razliite temperature i/ili tlaka (drugaijeg viskoziteta) ili u

drugaijem plinu razliitog viskoziteta, ako je poznata brzina padanja u zraku odreenetemperature i/ili odreenog tlaka (odreenog viskoziteta).

Razmatranje dinamike estica u struji plina (zrak ili otpadni plinovi) uglavnom se odnosi naestice promjera od 10-3do 10-8m. estica promjera od 2 m sferinog oblika i gustoe od 1g/cm3koja je postigla konanu brzinu padanja (ravnotea sile gravitacije i sila otpora medijau kojem estica pada) kree se brzinom od 1,3x10-4m/s. Ta se brzina poveava porastompromjera estice i priblino je proporcionalna kvadratu promjera estice do veliine odpriblino 0,06 mm. estice veih dimenzija postiu vee brzine tako da estica promjera 1mm postie konanu brzinu padanja od priblino 7 m/s. Prema tome krupnije estice moguse relativno lako izdvojiti iz struje zraka ili plina dok se sitne estice izdvajaju znatno tee.

Stokesov zakon vrijedi za laminarne uvjete strujanja gdje je sila otpora fluida direktnoproporcionalna viskozitetu, pri emu je koeficijent otpora cr = 24/Re, a Re ne prelazivrijednost 2. Za vee vrijednosti broja Re (prelazno i turbulentno podruje) konana brzinapadanja odreuje se prema sljedeim izrazima

vg d

bt

n

s f

n n

n

=

+

4

3

1

11

1 2( )

( )

/( )( )

K dg f s f=

( )/

2

1 3

ovisno o vrijednosti parametra K koji za prijelazno podruje iznosi 3,3 K 43,6, a zaturbulentno 43,6 K 2360 odabiru se i vrijednosti b1i n koje iznose 18,5 i 0,6 odnosno 0,44i 0.

Sila otpora gibanju estice u laminarnim uvjetima iznosi:

= vdF 3

Za razliku od Stokesovog zakona koji vrijedi za laminarne uvjete strujanja, u turbulentnimuvjetima strujanja (Newtonov zakon) sila otpora biti e:

fvdKF = 22


36/78


Zatita zraka 36

gdje je Kkonstanta.

Kretanje estice u turbulentnim uvjetima moe se izraziti i preko koeficijenta otpora CR:

2

2

1vA

FC

f

R

=

ili najvee povrine poprenog presjeka estice, gledano u smjeru kretanja estice:

4

2 =

dA

Koeficijent otpora CRovisi i o Rekoji daje odnos izmeu inercijskih i viskoznih sila, tj. definirapodruje Stokesa, tj. Newtona:

dvdv f =

=Re

gdje je kinematiki viskozitet :

f

=

Stokesov zakon vrijedi za Re


37/78


Zatita zraka 37

U ureajima za otpraivanje osim gravitacije djeluju i druge sile, a odreuje se i horizontalnidomet estice:

[ ]mvdS e 023080 =

gdje jede- promjer, tj. ekvivalentni promjer estice- gustoa estice

v0 poetna brzina u horizontalnom smjeru tj. komponenta brzine u horizontalnomsmjeru

Gornji izraz za domet estice vrijedi za laminarne uvjete strujanja. Domet estice uturbulentnim uvjetima strujanja odreuje se eksperimentalno jer je proraun vrlo sloen.

U pojedinim ureajima za otpraivanje djeluje i centrifugalna sila:

rmr

vmF t

c

22

=

=

gdje je m masa esticer udaljenost estice od osi rotacijevt tangencijalna brzina kutna brzina

Za esticu sferinog oblika centrifugalna sila u laminarnim uvjetima iznosi:

( ) rdFfc

= 236

a radijalna brzina iznosi:

=18

22 drv r

Izraz za tzv. separacijski faktor je:

gr

v

g

r

v

vSF tr

==

==

22

...

Separacijski faktor (SF) predstavlja stupanj poveanja separacije kada umjestogravitacijskog koristimo centrifugalno polje sila ili jednostavnije reeno za koliko se moe

poveati separacija.U centrifugalnim talonicima do brzine taloenja moemo doi preko odnosa:

n

vv rt =

prema kojem je brzina taloenja jednaka prosjenoj brzini plina:

v Q

r H Sr= 2 max ( )

podjeljenoj s koeficijentom:


38/78


Zatita zraka 38

gr

vn T

=

max

2max

gdje je Q protok plina, vTmax maksimalna tangencijalna brzina na udaljenosti rmax od osiciklona, H visina ciklona, S visina vorteksa, a g ubrzanje sile tee. Prema tome brzinataloenja u centrifugalnom polju je:

2max)(2 T

tvSH

gQv

=

estice s konanom brzinom padanja veom od vt*bit e izdvojene s uinkovitou veomod 50%, a one s manjom brzinom s uinkovitou manjom od 50%.

U elektrinom polju silase estice izdvajaju zbog meudjelovanja naboja. Izraz za koliinunaboja u elektrinom polju iznosi:

enq = gdje je

q koliina elektricitetae intenzitet (jaina) elektrinog polja

Uzevi u obzir Stokesov otpor i Cuningov faktor korekcije dolazimo do sljedeeg izraza zasilu:

+=

d

AvdF

c

21

13

Iz izraza za silu moemo izraunati brzinu estice:

d

d

AEq

v

c

+=

3

21

Kolektiv (skup) estica u odreenom volumenu plina sastoji se od estica razliitih veliina.Da bi se stupanj disperzije u kolektivu estica nejednakih veliina okarakterizirao jednimbrojem, definiraju se razliite srednje veliine estica. Zapravo se stvarni kolektiv esticazamjenjuje fiktivnim kolektivom estica koji se sastoji od estica jednake

Documents

Interna Skripta Za Predmet Zastita Zraka