18
HEMIJSKI FAKULTET HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA 1 Ivan Gržetid – beleške za predavanja SUSPENDOVANE I RESPIRABILNE ČESTICE U URBANIM SREDINAMA UVOD Zagađivači prisutni u ambijentnom vazduhu, pre svega respirabilne čestice (particulate mater – PM) zbog svog negativnog dejstva na ljudsko zdravlje, skredu veliku pažnju stručnjaka, regulatornih tela i najšire javnosti. Zakonska regualtiva Evropske Unije ved dugi niz godina, a od 2010. godine i srpska regulativa propisuju monitoring dve frakcije čestica prisutnih u vazduhu, manjih od 2.5 m takozvanih finih čestica i manjih od 10 m aerodinamičkog prečnika, PM 10, u čiji sastav ulaze pored finih čestica i grube čestice koje su iz opsega od 2.5-10 m. Rezultati nedavno objavljene studije sprovedene u tri evropske zemlje gde živi 75 miliona stanovnika Austriji, Švajcarskoj i Nemačkoj, procenjuju da je izloženost respirabilnim česticama odgovorna za oko 40.000 smrtnih slučajeva godišnje (Kuenzli i sar, 2000). Polovina broja ovih smrtnih ishoda se pripisuje česticama iz saobradaja, što je jednako broju ljudi koji godišnje nastarada u Evropskoj Uniji u saobradajnim udesima. Procenjeno je da je u EU tokom 2000. godine došlo do gubitaka 3.6 miliona godina života usled aerozagađenja respirabilnim česticama (CEC,2005). Uvođenje graničnih vrednosti koncentracija polutanata u ambijentnom vazduhu, pogotovu onih koji se odnose na respirabilne čestice, dopinosi poboljšanju zdravlja populacije, što svakako ima i pozitivne ekonomske efekte. Kod nas su se poslednjih godina sprovodile studije o uticaju aerozagađenja na zdravlje ljudi koje su uglavnom vezane za pojedine gradove kao što je, na primer, Niš (Stankovid i sar. 2007; Nikid i sar.2008; 2009), dok se studije vezane za zdravstvene efekte aerozagađenja na populacije u širim područjima i na nacionalnom nivou nisu sprovodile. Za uspešno upravljanje aerozagađenjem potrebna su znanja o ukupnom ciklusu vezanom za respirabilne česticame, uključujudi izvore emisije čestica, procese njihovog formiranja, njihov sastav, rasprostiranje i sudbinu u atmosferi, kao i izloženost ljudi, što dalje ima uticaj na zdrvlje. Glavni izvori respirabilnih čestica su dobro poznati. Pored prirodnih izvora, najznačajniji izvori antropogenog porekla uključuju termoelektrane i saobradaj. Fine čestice i gasovi iz termoelektrana i saobradaja, prekousori respirabilnih čestica, obično potiču od procesa sagorevanja. Izvori koji doprinose primarnoj emisiji respirabilnih čestica i gasova prekusora se razlikuju po oblastima i regionima. Uglavnom se ukazuje da su industrijski procesi najvedi izvori zagađenja, a zatim su to emisije iz instalacija za kolektivno i lokalno grejanje (individualna ložišta) i svi vidovi transporta koji predstavljaju procese sagorevanja fosilnih goriva koji nisu u direktonoj vezi sa industrijom. U urbanim sredinama, drumski saobradaj je označen kao najvedi izvor aerozagađenja. Prekogranični transport iz susednih regiona i drugih država takođe značajno dorinosi nivou respirabilnih čestica u ambijentalnom vazduhu. Respirabilne čestice u atmosferi nisu ni u fizičkom ni u hemiskoj pogledu homogene. S toga je važno znati kolika je njihova količina i koje su njihove fizičke osobine i hemijski sastav. Tako, na primer, da bi se odredilo poreklo čestica potrebno je imati podatke o količini elementarnog i organskog ugljenika, oksida silicijuma, aluminijuma i gvožđa, tragova metala, sulfata, nitrita i amonijaka, a posebno toksičnih materija kao što je, na primer, olovo (koje koda nas potiče još uvek i iz „olovnog“ benzina mada je sa njegova proizvodnja kod nas prekinuta avgusta 2010. godine) i druge kancerogene supstance. Periodično, zahvaljujudi novim naučnim saznanjima, redovno se predlažu savršeniji monitoring programi. Njihovo sprovođenje predstvalja osnovu za unapređenje saznanja o česticama u vazduhu, a to rezultuje redeferinisanjem regulative uključujudi i granične vrednsti za respirabilne čestice u ambijentnom vazduhu. Ako se utvrdi da vrednosti aerozagađenja prekoračuju propisane, potrebne su hitne mere koje obezbeđuju bolje planiranje procesa koji de dovesti do poboljšanja kvaliteta vazduha na lokalnom nivou.

Suspendovane i Respirabilne Cestice

Embed Size (px)

DESCRIPTION

zagadjenje vazduha i jos ponesto

Citation preview

Page 1: Suspendovane i Respirabilne Cestice

HEMIJSKI FAKULTET – HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE – OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA

1

Ivan Gržetid – beleške za predavanja

SUSPENDOVANE I RESPIRABILNE ČESTICE U URBANIM SREDINAMA

UVOD

Zagađivači prisutni u ambijentnom vazduhu, pre svega respirabilne čestice (particulate mater – PM)

zbog svog negativnog dejstva na ljudsko zdravlje, skredu veliku pažnju stručnjaka, regulatornih tela i najšire

javnosti. Zakonska regualtiva Evropske Unije ved dugi niz godina, a od 2010. godine i srpska regulativa

propisuju monitoring dve frakcije čestica prisutnih u vazduhu, manjih od 2.5 m takozvanih finih čestica i

manjih od 10 m aerodinamičkog prečnika, PM10, u čiji sastav ulaze pored finih čestica i grube čestice koje

su iz opsega od 2.5-10 m. Rezultati nedavno objavljene studije sprovedene u tri evropske zemlje gde živi

75 miliona stanovnika Austriji, Švajcarskoj i Nemačkoj, procenjuju da je izloženost respirabilnim česticama

odgovorna za oko 40.000 smrtnih slučajeva godišnje (Kuenzli i sar, 2000). Polovina broja ovih smrtnih

ishoda se pripisuje česticama iz saobradaja, što je jednako broju ljudi koji godišnje nastarada u Evropskoj

Uniji u saobradajnim udesima. Procenjeno je da je u EU tokom 2000. godine došlo do gubitaka 3.6 miliona

godina života usled aerozagađenja respirabilnim česticama (CEC,2005). Uvođenje graničnih vrednosti

koncentracija polutanata u ambijentnom vazduhu, pogotovu onih koji se odnose na respirabilne čestice,

dopinosi poboljšanju zdravlja populacije, što svakako ima i pozitivne ekonomske efekte.

Kod nas su se poslednjih godina sprovodile studije o uticaju aerozagađenja na zdravlje ljudi koje su

uglavnom vezane za pojedine gradove kao što je, na primer, Niš (Stankovid i sar. 2007; Nikid i sar.2008;

2009), dok se studije vezane za zdravstvene efekte aerozagađenja na populacije u širim područjima i na

nacionalnom nivou nisu sprovodile.

Za uspešno upravljanje aerozagađenjem potrebna su znanja o ukupnom ciklusu vezanom za

respirabilne česticame, uključujudi izvore emisije čestica, procese njihovog formiranja, njihov sastav,

rasprostiranje i sudbinu u atmosferi, kao i izloženost ljudi, što dalje ima uticaj na zdrvlje.

Glavni izvori respirabilnih čestica su dobro poznati. Pored prirodnih izvora, najznačajniji izvori

antropogenog porekla uključuju termoelektrane i saobradaj. Fine čestice i gasovi iz termoelektrana i

saobradaja, prekousori respirabilnih čestica, obično potiču od procesa sagorevanja.

Izvori koji doprinose primarnoj emisiji respirabilnih čestica i gasova prekusora se razlikuju po

oblastima i regionima. Uglavnom se ukazuje da su industrijski procesi najvedi izvori zagađenja, a zatim su to

emisije iz instalacija za kolektivno i lokalno grejanje (individualna ložišta) i svi vidovi transporta koji

predstavljaju procese sagorevanja fosilnih goriva koji nisu u direktonoj vezi sa industrijom. U urbanim

sredinama, drumski saobradaj je označen kao najvedi izvor aerozagađenja. Prekogranični transport iz

susednih regiona i drugih država takođe značajno dorinosi nivou respirabilnih čestica u ambijentalnom

vazduhu.

Respirabilne čestice u atmosferi nisu ni u fizičkom ni u hemiskoj pogledu homogene. S toga je važno

znati kolika je njihova količina i koje su njihove fizičke osobine i hemijski sastav. Tako, na primer, da bi se

odredilo poreklo čestica potrebno je imati podatke o količini elementarnog i organskog ugljenika, oksida

silicijuma, aluminijuma i gvožđa, tragova metala, sulfata, nitrita i amonijaka, a posebno toksičnih materija

kao što je, na primer, olovo (koje koda nas potiče još uvek i iz „olovnog“ benzina mada je sa njegova

proizvodnja kod nas prekinuta avgusta 2010. godine) i druge kancerogene supstance.

Periodično, zahvaljujudi novim naučnim saznanjima, redovno se predlažu savršeniji monitoring

programi. Njihovo sprovođenje predstvalja osnovu za unapređenje saznanja o česticama u vazduhu, a to

rezultuje redeferinisanjem regulative uključujudi i granične vrednsti za respirabilne čestice u ambijentnom

vazduhu. Ako se utvrdi da vrednosti aerozagađenja prekoračuju propisane, potrebne su hitne mere koje

obezbeđuju bolje planiranje procesa koji de dovesti do poboljšanja kvaliteta vazduha na lokalnom nivou.

Page 2: Suspendovane i Respirabilne Cestice

HEMIJSKI FAKULTET – HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE – OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA

2

Ivan Gržetid – beleške za predavanja

KARAKTERISTIKE RESPIRABILNIH ČESTICA

Respirabilne čestice karakterišu brojne osobine uključujudi veličinu, gustinu, oblik i sastav. Opšte

posmatrano, uticaj na zdravlje ljudi, efekti na životnu okolinu i sudbina čestica zavise od njihove veličine.

Što su čestice manje mogu dopreti dalje od izvora emisije s jedne strane, a s druge strane takve čestice

imaju osobinu da dublje i efikasnije prodiru u pluda čoveka.

Sastav čestica je bitan jer od njega zavisi i veličina, gustina, isparljivost, reaktivnost i što je od posebne

važnosti toksičnost. Čestice prisutne u atmosferi su dimenzija od oko 0,002 do 100 mikrona (m). Ove

najvede se ne zadržavaju suspendovane u atmosferi dugo vremena, ved se brzo talože – za svega 4 do 8 sati.

U opseg ukupnih suspendovanih čestica (total suspended particles – TSP) spadaju sve one koje su manje od

40 m (Canadian Chemical Proeducers’ Association, 2001). Čestice koje su najvažnije sa gledišta

atmosferske hemije, fizike i zdravstvenih efekata su čestice u opsegu 0,002 do 10 m i klasifikuju se kao:

PM10-2.5 - grube čestice = inhalabilne čestice, frakcije između 2.5 i 10 m

PM2.5-0.1 - fine čestice frakcije između 2.5 i 0.1 m

PM0.1 - ultafine čestice, sve čestice 0.1 m.

Šta su suspendovane čestice u vazduhu?

Zagađenje vazduha suspendovanim česticama (na engleskom jeziku particulate matter – PM) sastoji se

od veoma malih čestica (partikula) u tečnom ili čvrstom agregatnom stanju. Među njima su posebno

značajne one koje se mogu dospeti do najdubljih delova pluda. Ove čestice imaju prečnik manji od 10 μm

ili opisno rečeno, prečnik im je manji od 1/7 debljine ljudske dlake. Obično se ove čestice svrstavaju u tri

kategorije:

one manje od 10 μm i označavaju se kao PM10, a nazivaju se grube suspendovane čestice, i

one manje od 2,5 μm i označavaju se kao PM2,5, a nazivaju se kao fine suspendovane čestice, i

one manje od 0,1 μm i označavaju se kao PM0,1, a nazivaju se kao ultrafine suspendovane čestice.

Odnos prečnika (dijametra) ljudske dlake (60 μm) i:

grubih suspendovanih čestica (od 10 do 2,5 μm)

finih suspendovanih čestica (≤ 2,5 μm)

ultrafinih suspendovanih čestica (≤ 0,1 μm)

Page 3: Suspendovane i Respirabilne Cestice

HEMIJSKI FAKULTET – HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE – OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA

3

Ivan Gržetid – beleške za predavanja

Respirabilne čestice mogu biti prirodnog i antropogenog porekla, njihov opseg veličina je realativno

širok i sastav veoma kompleksan. Pod prirodnim izvorima podrazumevaju se čestice nastale od zemlje,

prašine, vulkankih reakcija, vegetacije i razaranja stena, u priobalnom području čestice soli, kao i čestice

koje se formiraju hemijskim reakcijama raznih od emitovanih gasova (H2S, NH3, NOX i HC) pri čemu nastaje

čvrst proizvod ili se hemijski menja ved postojeda čestica u vazduhu. Poreklom iz antropogenih izvora

čestice nastaju:

u procesu sagorevanja kao što su čađ od dizel goriva ili letedi pepeo iz termolelektrana

tokom fotohemijskih reakcija (kompleksne lančane reakcije gasovitih polutanata pod uticajem sunčeve svetlosti) kao što je gradski smog

od resuspendovane prašine

od izduvnih gasova motornih vozila, industrijskih objekata gde se odvijaju procesi na visokim temperaturama, termoelektrana na ugalj, livnica i čeličana, motora sa unutrašnjim sagorevanjem, spaljivanja smeda, itd...

Glavne komponenete od kojih se sastoje respirabilne čestice su:

neorganski joni (nitrati, sulfati, metali kao što su gvožđe, olovo, mangan, cink, vanadijum...)

organska jedinjenja (fenoli, organske kiseline i alkoholi)

elementarni ugljenik (elementar carbon - EC) koji se pre svega emituje prilikom procesa sagorevanja

organski ugljenik (organic carbon - OC) koji je i primarnog i sekundaarnog porekla, primarni organski ugljenik se emituje u obliku čestica, a sekundarni organski ugljenik se formira u atmosferi prilikom procesa konverzije isparljivih organskih jedinjenja u čestice.

Sekundarno formiranje čestica se odvija kroz:

hemijske reakcije u koje su uključeni H2O, O2, O3, OH, NO2, SO2, NOx

proces nukelacije organskih gasova na česticama, kondenzacije gasova sa niskom naponom pare na česticama

proces koagulacije.

Čestice različitih klasa imaju različito poreklo i osobine. Frakcija grubih čestica je prvenstveno

sastavljena od atmosferske prašine koja je suspendovana: usled mehaničkog krunjenja granularnog

materijala kao na primer asfaltiranih i neasfaltiranih puteva, poljoprivrednih aktivnosti, građevinskih radova

i prirodnih procesa. Industrijske operacije kao mlevenje, brušenje i druge aktivnosti takođe u izvesnoj meri

doprinose frakciji grubih čestica prisutnih u ambijentnom vazduhu.

Vedina finih čestica je poreklom od procesa u vezi sa procesom sagorevanja. Fine čestice se kategorišu

kao primarne ili sekundrane. Primarne čestice su one koje se emituju u obliku u čvrste faze tokom

sagrevanja gasova na visokim temperaturama. Značajan deo ovih čestica je sastavljen od poluisparljivih

jedinjenja koji formiraju organske aerosole.

Sekundarne čestice se formiraju u atmosferi putem kompleksnih reakcija (sulfati, nitrati, amonijum,

orgamski ugljenik, elementarni ugljenik, teški metali i fina prašina).

Page 4: Suspendovane i Respirabilne Cestice

HEMIJSKI FAKULTET – HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE – OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA

4

Ivan Gržetid – beleške za predavanja

Koje supstance čine suspendovane čestice u vazduhu?

U proseku na evropskom kontinentu glavni sastojci suspendovanih čestica su sulfatna jedinjenja i razne

organska jedinjenja. Ove komponente su prisuthe kao u PM10 kategoriji tako i u PM2,5 kategoriji. Uz

ove komponente prisutna je i prašina mineralnog porekla posebno u blizini puteva, međutim kada je

zagađenje od saobradaja veliko i kada koncentracija suspendovanih čestica pređe vrednost od 50 µg/m3 i

nitratna jedinjenja postaju značajanu komponentu u suspendovanim česticama. Konačno, u

suspendovane čestice se ubraja u čađ koja često čini 5 do 10% od ukupnog sadržaja fino suspendovanih

čestica (PM2,5), mada koncentracija čađi pored puteva dostiže i 15 do 20% od ukupnog sadržaja fino

suspendovanih čestica.

PM10 kategorija obuhvata grube i fine suspendovane čestice, dok PM2,5 obuhvata fine i ultrafine

suspendovane čestice.

Usled vrlo složenog sastava i podele suspendovane čestice se nazivaju različitim imenima:

Suspendovane čestice

Ukupne suspendovane čestice/partikule

Crni dim

Torakalne čestice (jer prodiru u toraks – deo tela u kome su smeštena pluda čoveka)

Lebdede čestice

Respirabilne čestice, itd.

RASPODELA VELIČINA ČESTICA

Raspodela veličina čestica varira značajno sa fizičko hemijskim karakteritikama. Brojčana koncentracija

čestica, u normalnim uslovima ima pik oko 0.02 m dok masena koncentracija čestica ima bimodni pik oko

0.3 i 7 m, što reprezentuje akumulacioni i odnosno grubi mod. Akumulacioni mod je rezultat oba

fenomena i emisije finih čestica, koje su uglavnom od sagorevanja, i varirnja atmosferskih procesa, kao što

su nukleacija, koagulacija, kondenzacija, hemijske reakcije i isparavanja. Grubi mod se uglavnom sastoji od

suspendovane prašine, usled vetara ili resuspenzije usled saobradaja ili u primorskim oblasti morska so, Na

slici 1 je prikazan tipičan relativni odnos masa za sve čestice prisutne u vazduhu urbane sredine kao i

karakterističan sastav u pojedinim opsezima.

Page 5: Suspendovane i Respirabilne Cestice

HEMIJSKI FAKULTET – HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE – OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA

5

Ivan Gržetid – beleške za predavanja

Slika 1. Relativni odnos mase čestica u vazduhu urbane sredine i karakterističan sastav u pojedinim

opsezima (Watson, 2002)

ČESTICAMA KOJE SU OPASNE ZA ČOVEKA

99% česitca suspendovanih u vazduhu koje se udahnu se eliminišu iz organizma momentalno tokom izdaha jer se uglavnom zadrže u gornjim delovima respiratornog trakta. Preostalih 1% čestica se zadržava u organizamu, dolaze do dušnika i dalje sve do pluda. Česticama koje su opasne po disajne organe

čoveka smatrajau se one koje su manje od 10 m. Tako male čestice imaju tendenciju i da se u deponuju u alveolama. Koji deo udahnutih čestica de ostati u respiratornom traktu i dubina do koje de prodredi pre nego se deponuju zavisi od njihove veličina kao najznačajnijeg faktora koji određuje opasnost od udisanja čestica, što je prikazano na Slici 2. Ukoliko dospeju do pluda čestice usporavaju razmenu kiseonika i ugljen dioksida, skradujudi dah. To dovodi do vedeg naprezanja srca, koje u uslovima povedanog napora kako bi kompezovao smanjeni unos kiseonika. Obično, ljudi koji su najosetljiviji na ovakve otežane uslova oboljevaju od respiratornih bolesti kao što su enfizem, bronhitis, astma i srčani problemi. Čestice kao i materije u vidu tečnosti i gasova koje se unose zajedno sa česticama na kojima se adsorbuju, ako se udahnu, a otrovne su, mogu doprineti i oštedenju organa kao, na primer, bubrega i jetre.

0

2

4

6

8

10

0.001 0.01 0.1 1 10 100

Particle Aerodynamic Diameter (µm)

Rela

tive M

ass C

on

cen

trati

on

Accumulation Coarse

PM 10

PM 2.5

Geological

Material, Pollen,

Sea Salt

Sulfate, Nitrate,

Ammonium,

Organic Carbon,

Elemental Carbon,

Heavy Metals, Fine

Geological

Condensed

Organic

Carbon or

Sulfuric Acid

Vapors, Clean

Environment

Aitken

Condensation

Mode

Droplet

Mode

Nucleation

Fresh High

Temperature

Emissions,

Organic

Carbon,

Sulfuric Acid,

Metal Vapors

Ultrafine (PM 0.1)

Nanoparticles

(PM 0.01)

Page 6: Suspendovane i Respirabilne Cestice

HEMIJSKI FAKULTET – HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE – OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA

6

Ivan Gržetid – beleške za predavanja

Slika 2. Model verovatnode deponovanja čestica u pojednim delovima i ukupno u respiratornom traktu

(10000 nm = 10 µm, 1000 nm = 1 µm, 100 nm = 0.1 µm,) (ICRP, 1994)

Oberdorsteret i saradnici su proučavali odnos koncentracije (mase po m3), prečnika čestica, broja

čestica i njihove specifične površine (tabela 1). Za slučaj konstantne masene koncentracije (10 µgm-3) monodisperznih čestica veličine 250 nm u jednom cm3 nađeno je 1200 čestica, a njihova ukupna specifična

površina bila je 240 µm2/cm3. Za slučaj konstantne masene koncentracije (10 µgm-3) monodisperznih

čestica veličine 5 nm u jednom cm3 nađeno je 153106 čestica, a njihova ukupna specifična površina bila je

12103 µm2/cm3 (Oberdorster i sar, 2005). Iz ovoga sledi da sa smanjenjem prečnika čestica raste njihova specifična površina. Svaka površina ima tendenciju da se na nju adsorbuju različiti molekuli. Sve dok su čestice mnogo vede od 100 nm (0.1 µm) broj adsorbovanih molekula neznatno raste sa smanjenjem veličine čestice, ali ako su prisutne čestica koje su manje od 100 nm procenat molekula na površini se povedava eksponencijalno (slika 3), što se reflektuje u povedanoj hemijskoj i biološkoj aktivnosti čestica nano dimenzija. Na ovaj način se jednostavno pokazuje da su ljudi kod izloženosti ultafinim česticama ugroženiji ako je njihova brojčana koncentracija i specifična površina velika, a ne masena koncentacija. Masena koncentracija ima uticaja na zdravlje ljudi kada su izloženi respirabilnim česticiam vedih frakcija kao što su one od 2,5 µm ili 10 µm.

Tabela 1. Broj čestica i specifica površina C=10 µgm-3 (Oberdorsteret i sar, 2005)

Prečnik čestica Broj čestica Specifična površina čestica

(nm) (cm-3) (µm2 cm-3)

5 153 000 000.00 12 000

20 2 400 000.00 3 016

250 1 200.00 240

5 000 0.15 12

Page 7: Suspendovane i Respirabilne Cestice

HEMIJSKI FAKULTET – HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE – OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA

7

Ivan Gržetid – beleške za predavanja

prečnik (nm)

Slika 3. Porast udela molekula na površini u odnosu na smanjenje prečnika čestice (Oberdorster i sar, 2005)

Odakle potiču grube suspendovane čestice (PM10)?

Poreklo grubih suspendovanih čestica je dvojako, kako urbano, tako i ruralno, osnovni izvori su:

Motorna vozila

Pedi za sagorevanje drveta

Prašina sa gradilišta,

Prašina sa odlagališta i deponija

Prašina iz poljoprivrednih regiona

Požari

Industrijska postrojenja (termoelektrane, postrojenja za prženje rude, cementare ...)

Vetrom podignuta prašina.

PM10 je obično smeša koja obuhvata dim, čađ, prašinu, soli, kiseline, metale... Suspendovane čestice

nastaju tokom rada motora, hemijskih reakcija koje se odigravaju u atmosferi neposredno pri izlasku

dimnih gasova iz industrijskih dimnjaka.

прпценат

мплекула на

ппвршини

Page 8: Suspendovane i Respirabilne Cestice

HEMIJSKI FAKULTET – HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE – OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA

8

Ivan Gržetid – beleške za predavanja

Kako PM10 utiču na naše zdravlje?

PM10 su među najopasnijim polutantima u vazduhu, one prilikom udisanja napadaju ljudski respiratorni

sistem, utiču na njegovu otpornost i deponuju se u najdubljim delovima pluda.

Zdravstveni problemi otpočinju kada organizam počne da se brani od ovih stranih tela (čestica). PM10

izazivaju ili osnažuju astmu, bronhitise i druga oboljenja pluda, a samim tim smanjuju ukupnu otpornost

organizma. Iako PM10 napadaju celokupnu ljudsku populaciju, vulnerabilne populacione kategorije

(deca, trudnice, stari i bolesni) su posebno ugrožene.

Pored toga što ošteduju zdravlje PM10 umanjuju i vidljivost tokom dana jer stvaraju efekte vidljivosti koji

su karakteristični za izmaglicu koja se često prepoznaje kao smog.

Šta se sve preduzima da se smanji sadržaj grubih suspendovanih čestic u vazduhu?

Postoji niz propisa koji su uspostavljeni u skoro svim razvijenim zemljama, pa i kod nas, kojim se reguliše

generisanje ili emisija suspendovanih čestica, njihove maksimalno dozvoljene koncentracije kao i planovi

kako se sadržaj ovih čestica može smanjiti. Ovo obuhvata:

Kontrolu emisije suspendovanih čestica iz motornih vozila, dakle u saobradaju,

Postrojenja za prečišdavanje otpadnih gasova od suspendovanih čestica (odprašivači ili skruberi su najpoznatiji)

Postupke za sprečavanje širenja suspendovanih čestica (pravljenje vodenih zavesa i vlaženje površina koje stvaraju PM)

Kontrola imisije i emisije na bazi zakonskih obaveza.

ZDRAVSTVENI EFEKTI RESPIRABILNIH ČESTICA

Smatra se da kvalitet vazduha u urbanim sredinama ima vedi uticaj na zdravlje stanovništva nego

ostali faktori životne sredine, a da zagađivači ambijentnog vazduha predstavljaju jedan od najznačajnih

uzroka zdravstvenih problema uopšte. Prema podacima Svetske Zdravstvene Organizacije (2003) u svetu se

godišnje usled aerozagađenja dogodi preko 2.7 miliona smrtnih slučajeva. Mnogi od štetih zdravstvenih

efekata potiču od povedane koncentracije čestica koje iz ambijentnog vazduha dospevaju udisanjem u

organizam. Na slici 4 prikazan je model mogudih patofizioloških puteva, povezanosti izloženosti

respirabilnim česticama i kardiopulmonarnog morbiditeta i mortaliteta (Pope, Dockery, 2006). Brojne

epidemiološke studije nedvosmisleno su pokazale da je aerozagađenje u vidu respirabilnih čestica povezano

sa: povedanjem morbiditeta i mortaliteta od respiratornih i kardiovaskulanih oboljenja (Kunzli&Tager, 2000;

Pope et all, 2002), povedanjem posledica od embriotoksičnosti (Dejmak et all,2000; Binkova et all, 2003), a

veda je i verovatnoda da se pojavi rak pluda (Nyberg et all,2000; Cury et all,2000. Zhao et all, 2003).

Kod dugotrajne izloženisti finim česticama sprovedene studije u SAD su pokazale da porast

koncentracije PM2.5 za 10 g/m3 rezultuje sa 6% povedanja svih vrsta zdravstvenih rizika, 9%

kardiopulmonarnih rizika i sa 14% povedanja rizika od raka pluda (Jerrett i sar, 2005). Rezultati studija u

Evropi su potvrdili istaživanja ranije sprovedena u SAD da je aerozagađenje poreklom od drumskog

saobradaja, uključujudi PM jedan od najvedih problema vezanih za aerozagađenje ambijentnog vazduha.

Page 9: Suspendovane i Respirabilne Cestice

HEMIJSKI FAKULTET – HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE – OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA

9

Ivan Gržetid – beleške za predavanja

Epidemiološke studije o odnosu između dugotrajne izloženosti respirabilnim česticama i mortalitetu u

Evropi pogotovu za frakciju finih čestica, PM2.5, su još uvek malobrojne. Potrebno je raspolagati sa više

naučno zasnovanih dokaza o vezi između zdravstvenih efekata dugotrajne i kratkotrajne izloženosti

koncentracijama PM2.5 u evropskim gradovima (Linares i sar, 2009). Ovakvi podaci bi poslužili kao osnova za

reviziju zahteva i za granične vrednosti, srednju godišnju i za srednju dnevnu koncentraciju PM2.5 koje treba

da budu na snazi u EU počev od 2020.

Slika 4. Opšti mogudi patofiziološki putevi povezanosti izloženosti repirabilnim česticama i

kardiopulmonarnog morbiditeta i mortaliteta (Pope, Dockery, 2006)

U istaživanja zdravstvenih efekta izloženosti na respirabilne čestice ne spadaju samo studije

dugotrajne izloženosti. Još pre nego što su započele studije vezane za zdravstvene efekte aerozagađenja

i dugotrajnu izloženist rađene su studije o mortalitu vezanom za izloženist ambijentnimm

koncentracijama respirabilnih čestica tokom i istog ili tokom nekoliko prethodnih dana. Na osnovu

studije sporvedene u 90 gradova u SAD utvrđeno je povedanje ukupnog mortaliteta za 0.27% i

kardioplulmonarnog mortaliteta za 0.69% sa porastom koncentracije PM10 za 10 g/m3 (Dominici,

Burnett, 2003). U velikoj evropskoj studiji koja se bazira na podacima iz 29 gradova procenjen porast

ukupnog moratliteta je 0.6 % (Katsoyanni i sar, 2001), dok je procenjen porast kardiovaskularnog

mortaliteta 0.76% za porast koncentacije PM10 za 10 g/m3 (Analitis i sar, 2005).

УДИСАОЕ ЧЕСТИЦА

СРЦЕ Ппремећај аутпнпмне

срчане функције

Ппвећана аритмична

псетљивпст

Ппремећај срчане

репплатизације

Ппвећана исхемија

мипкарда

ПЛУЋА Инфламација

Оксидативни стрес

Убрзанп напредпваое и ппгпршаое ХОРБ

Ппвећао респиратпрних тешкпће

... пулмпнарни рефлекс

Редукпвабна функција

плућа

КРВ Ппремећај реплпгије

Ппвећаое кпабилнпсти

Транслпкација честица

Перифрена фрпмбпза

Смаоена засићенпст

кисепникпмрчане

функције

Ппвећана аритмична

псетљивпст

Ппремећај срчане

репплатизације

Ппвећана исхемија

мипкарда

КРВНИ СУДПВИ

Прпгресивна артрипскрелпза и дестабилизација ..........

....

.................... и хипертензија

СИСТЕМСКА ИНФЛАМАЦИЈА

ПКСИДАТИВНИ СТРЕС Пппштрена функције

кпнцентрација- пдгпвпр

Прпинфламатпрни медиатпри

Активација леукпцита и ................

МПЗАК

Ппвећана церебрпваскуларна исхемија

Page 10: Suspendovane i Respirabilne Cestice

HEMIJSKI FAKULTET – HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE – OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA

10

Ivan Gržetid – beleške za predavanja

U naučnim a posebno medicinskim krugovima pored izloženiosti populacije česticama klase PM2.5 i

PM10, veliku pažnju u izazivaju istraživanja izloženosti i zdravstvenih efekata ultrafinih česticama. I pored velikog

broja i obimnih toksikoloških istraživanja o potencijalnim štetnim efektima, još uvek ne postoji dovoljan broj

epidemioloških podataka da bi se doneli zaključci na relaciji izloženost-odgovor (Morawska i sar, 2004; Knol i

sar, 2009).

GRANIČNE VREDNOSTI RESPIRABILNIH ČESTICA U AMBIJENTNOM VAZDUHU

Svetska Zdravstvena Organizacija (SZO) analizirjudi objavljene studije je dala preporučene vrednosti za frakcije respirabilnih čestica, PM10 i PM2.5 i to za srednje godišnje i za srednje dnevne koncentracije (SZO, 2006; Krzyzanowski & Cohen, 2008). Pored toga SZO je predložila i tri prelazne ciljane (IT - interim targets) vrednosti za koje se očekuje da se mogu dostignuti uz primenu odgovarajudih sve rigoroznijih ali održivih mera, Tabele 2 i 3.

Tabela 2. SZO srednje godišnje preporučene i prelazne ciljane granične vrednosti za respirabilne čestice

Srednja godišnja vrednost

PM10 (μg/m3)

PM2.5 (μg/m3)

Osnova za izabrani nivo

SZO prelazna ciljna vrednost 1 (IT-1)

70 35 Procenjena je da dugotrajna izloženost ovim koncentracijama povezana sa 15% vedim mortalitetom u odnosu na preporučeni nivo.

SZO prelazna ciljna vrednost 2 (IT-2)

50 25 Pored ostalih zdravstvenih pogodnosti, ovi nivoi smanjuju rizik od smrtnosti od otprilike još 6% (2–11%) u poređenju sa IT-1 vrednosti.

SZO prelazna ciljna vrednost 3 (IT-3)

30 15 Pored ostalih zdravstvenih pogodnosti, ovi nivoi smanjuju rizik od smrtnosti od otprilrike još 6% (2–11%) u poređenju sa IT-2 vrednosti.

SZO preporučena vrednost (AQG)

20 10 Ovo je najniži novo na kome ukupni kardioplulmonarni i mortalitet usled kancera pluda pokazali porast sa sigurnošdu vedom od 95% u studiji Američkog udruženja za rak (Pope et all, 2002.). Preporučuje je primena za vrednosti za PM2.5 .

Tabela 3. SZO srednje dnevne preporučene i prelazne ciljane granične vrednosti za respirabilne čestice

24h-srednja vrednost

PM10 (μg/m3)

PM2.5 (μg/m3)

Osnova za izabrani nivo

SZO prelazna ciljna vrednost 1 (IT-1)

150 75 Bazirano na objavljenim koeficijentima rizika u više studija i meta analiza (oko 5% porasta mortaliteta pri kratkotrajnoj izloženosti preko preporučene vrednosti)

SZO prelazna ciljna vrednost 2 (IT-2)

100 50 Bazirano na objavljenim koeficijentima rizika u više studija i meta analiza (oko 2.5% porasta mortaliteta pri kratkotrajnoj izloženosti preko preporučene vrednosti)

SZO prelazna ciljna vrednost 3 (IT-3)

75 37.5 Bazirano na porast od oko 1.2% mortaliteta pri kratkotrajnoj izloženisti preko preporučene vrednosti

SZO preporučena vrednost (AQG)

50 25 Bazirana na odnosu između 24-časovne i godišnje vrednosti

Regulativa koja se odnosi na aerozagađenje životne sredine, pa i koncentraciju respirabilnih čestica,

uglavnom je usmerena na monitoring zagađivača u ambijentnom okruženju – spoljašnjoj sredini. U SAD

Page 11: Suspendovane i Respirabilne Cestice

HEMIJSKI FAKULTET – HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE – OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA

11

Ivan Gržetid – beleške za predavanja

montoring PM10 je zamenio merenje TSP (total suspended particulates 0 totalne suspendovane čestice) još

pre više od 20 godina, tačnije 1987 godine. Pre više od deset godina proširen je opseg monitoringa

respirabilnih čestica u SAD, tako da se pored merenja PM10 razvojija mreža stanica za merenje frakcije finih

čestica, odnosno PM2.5. Tokom 2006. (USEPA, 2006, 2008) u SAD su limiti za koncentraciju PM revidirani i

sada iznose

srednja dnevna vrednost za PM10 je 150 gm3,

srednja dnevna vrednost za PM2.5 je 35 gm3 i

srednja godišnja vrednost za PM2.5 je 15 gm3.

Zbog nedostatka podataka koji ukazuju na zdravstvene probleme pri dugotrajnoj izloženosti frakciji

grubih čestica nema srednje godišnje vrednosti za PM10.

U SAD su ove granične vrednosti uspostavljene za moniring aerozagađenja u spoljašnjoj sredini, ali

se zna da se ove vrednosti mogu primeniti i za respirabilne čestice u zatvorenim prosoru, pre sve ga zato što

su pomenute granične vrednosti primenjive i na najosetljivije delove populacije, decu, stare i asmatičare.

U zemljama EU masena koncentracija frakcija respirabilnih, grubih i finih čestica, PM10, se prati u

okviru redovnog monitoringa (Council Directive 1999/30/EC, 1999; Council Directive 2008/50/EC). Važeda

regulativa u EU propisuje srednju dnevnu vrednost za PM10 od 50 gm3 koja ne sme biti prekoračena više

od 35 dana godišnje, a do 2010 se zahteva poboljšanje kvaliteta vazduha jer prekoračenja ne sme biti više

od 7 dana godišnje. Dozvoljena srednja godišnja vrednost za PM10 je 40 gm3, ali u dokumentima koje

prate Okvirnu i „Derke direktive“, se ne navodi da bi srednja godišnja vrednost trebalo da se tokom

vremena smanjuje. Aneks XIV nove direktive (Council Directive 2008/50/EC ) propisuje monitoring čestica

od 2.5 mikrona (PM2.5) i reguliše ga dvostepeno. U prvom koraku propisana je srednja godišnja granična

vrednost PM2.5 od 25 μg/m3 počev od 1.1.2015., da bi u drugom stepenu po predlogu koji je za sada na

snazi, ali koji može da bude i izmenjen, od 1.1.2020. koncentracija PM2.5 bi bila limitirana na godišnjem

nivou od 20 μg/m3. Uspostavljanju monitgoringa i graničnih vrednosti u EU za PM2.5 su prethodile

intenzivne pripreme koje su omogudile standradizaciju procedura za montoring frakcije finih čestica (EN,

2005). Brojne naučne institucije u EU intenzivno rade na vedem broju istraživačkih projekata gde mere

frakciju finih čestica i utvrđuju njihov elemetarni sastav, odnosno prate trendove. Vedina zemalja iz našeg

okruženja ved je uskladila svoju zakonsku regulativu sa EU i odavno je uspostavila adekvatne monitring

mreže za pradenje aerozagađenja uključujudi monitoring PM10 , a poslednjih godina i PM2.5.

Mada je rizik od izloženosti i zdrvastvenih efekata vedi što su čestice manje granične vrednosti za

frakcije čestica manje od 2.5 mikrona ne postoje. U zemljama širom sveta su objavljene ili su u toku brojne

istraživačke studije o koncentracijama, dnevnim i godišnjim varijacijama ultra finih čestica od kojih

navodimo samo nekoliko (Oguiel i sar. 2007; Morawska i sar. 1998; Ristovski i sar.1998;, Young i sar, 2004;

Aalto i sar 2005; Zhu i sar, 2004; Zho i sar 2004). Prava merenja iz opsega ultra finih čestica su kod nas

obavljena tokom 2006 i 2007. Godine a rezulatati preliminarno prikazani I WeBIOPATR Workshop-u

(Jovaševid-Stojanovid, Ristovski, Dramidanin, Šljivid, 2007).

Regulativa koja se odnosi na zagađenost vazduha u zatvorenom prostoru pre svega se odnosi na

radnu sredinu. Kao što je poznato postoje propisi o prisustvu štetnih materija u radnoj sredini pa su

propisane i granične vrednosti koje se odnose na respirabilne čestice mogu delom nadu u takvoj regulativi,

mada je oblast aerozagađenja unutrašnje sredine “indoor air” posebna tema, u svetu se rade brojni projekti

i objavaljuje veliki broj radova, dok je kod nas je ova oblast u začetku.

Page 12: Suspendovane i Respirabilne Cestice

HEMIJSKI FAKULTET – HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE – OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA

12

Ivan Gržetid – beleške za predavanja

Šta su to fine suspendovane čestice (PM2,5)?

Fine suspendovane čestice se sastoje od čvrste i tečne faze koje lebde u vazduhu. To su najčešde:

Aerosoli,

Dim,

Zagušljiva isparenja,

Pepeo, i

Polen.

Po hemijskom sastavu i one mogu uglavnom soli sulfata ili nitrata, organska jedinjenja ili minerali iz

zemljišta. Ove čestice su vrlo pokretljive i dospevaju dublje u pluda od grubih suspendovanih čestica.

Odakle potiču fine suspendovane čestice (PM2,5)?

PM2,5 uglavnom nastaju u heterogenim hemijskim reakcijama koje se odvijaju u atmosferi ili nastaju

sagorevanjem goriva u motornim vozilima, termoelektranama, industrijskim postrojenjima, pri

sagorevanju drveta ili prilikom sagorevanja pojedinih poljoprivrednih otpadnih materijana na njivama i

slično.

Sastav i emisija PM2,5

Pie Chart Kategorija Procenti

Elementarni (čađ) ili organski

ugljenik1 iz procesa sgorevanja

30% - 50%

Slfati4 30% - 40%

Nitrati2 10% - 20%

Prašina sa tla3 3% - 10%

Napomene:

1. Transpor, sagorevanje drveta, sagorevanje goriva, sekundarni organski aerosoli nastali kroz emisiju lako isparljivih organskih jedinjenja.

2. Nasali iz reakcije sa NOx emitovanih iz regiopnalnih ili lokalnih izvora kao što su transport, komunalnih aktivnosti, industrije.

3. Prašina sa puteva, gradilišta ili iz industrije. 4. Nastali iz reakcija sa SO2 i SO42- emitovanih iz regionalnih ili lokalnih izvora kao što su

postrojenja za sagorevanje uglja, nafte, toplana, kudnih ložišta, transporta ili prerađivačke industrije.

Page 13: Suspendovane i Respirabilne Cestice

HEMIJSKI FAKULTET – HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE – OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA

13

Ivan Gržetid – beleške za predavanja

Kako PM2,5 utiču na naše zdravlje?

Vrlo bitan uticaj na ljudsko zdravlje imaju čestice čiji je dijametar ≤ 2,5 μm. Posledice velikog unošenja

ovih partikula u plida obično završavaju sa hospitalizacijom, a u ekstremnim slučajevima i sa smrdu. Ljudi

sa astmom, srčanim problemima il pludnim bolestima prvi su na udaru. Ove čestice mogu da izazovu

negativne efekte po zdravlju i pri kratkim izlaganjijma, na primer samo jedan dan, a pogotovu pri dugim

izlaganjima – godinu i više dana.

Fine suspendovane čestice često su prisutne u procesima kao što je korozija, prašenje, oštedivanju

vegetacije ili pri lošoj vidljivosti.

Šta su to ultrafine suspendovane čestice (PM 0,1)?

Najvedi uticaj na ljudsko zdravlje imaju čestice čiji je dijametar ≤ 0,1 μm. Talože se u alveolama. Mada je

rizik od izloženosti i zdrvastvenih efekata vedi što su čestice manje granične vrednosti za frakcije čestica

manje od 2.5 mikrona ne postoje. To su najčešde:

Aerosoli,

Dim,

Zagušljiva isparenja Svaka površina ima tendenciju da se na nju adsorbuju različiti molekuli. Sve dok su čestice mnogo vede

od 100 nm (0.1 µm) broj adsorbovanih molekula neznatno raste sa smanjenjem veličine čestice, ali ako

su prisutne čestica koje su manje od 100 nm (PM 0,1) procenat molekula na površini se povedava

eksponencijalno, što se reflektuje u povedanoj hemijskoj i biološkoj aktivnosti čestica nano dimenzija.

MONITORING RESPIRABILNIH ČESTICA U SRBIJI

U Republici Srbiji je usvojen Zakon o zaštiti vazduha 2009. (Službeni glasnik, 2009) a Uredba o monitoringu i uslovima za kvaliteta vazduha 2010. (Službeni glasnik, 2010) što je omogudilo harmonizaciju domade sa važedom EU regulativom u oblasti monitoringa i upravljanja kvalitetom vazduha. Umesto ukupnih suspendovanih čestica, Zakon i Uredba uvode monitoring PM10, i analizu teških metala i benzo(a)pirena iz prikupljenih uzoraka, a prirema se teren i za uvođenje monitroing PM2.5 kada to bude stupilo na snagu i u zemljama EU.

Podaci o aerozagađenju u Srbiji se referišu Evropskoj Agenciji za Životnu Sredinu koja se sprovodi u okviru projekta AirBASE (Mol & van Hooydonk, 2005) počev od 2003, ali podaci o respirabilnim česticama su još uvek siromašni i svode se na podatke o PM10 sa automatskih mernih stanica u Beogradu. Razlog ovakvom stanju je da je monitoring respirabilnih čestica u ostalnim gradovima uspostavljen tek u poslednjih nekoliko godina. Pored urbanih područja, respirabilne čestice je neophodno pratiti i na mestima u , što kod nas još uvek nije uspostavljeno.

Gradski zavod za javno zdravlje Beograda je u okviru monitring mreže na lokalnom nivou uspostavio prvu automatsku mernu stanicu na mernom mestu koje se karakteriše kao veoma frekventna graska saobradajnica. Počev od 2007. PM10 je počeo da se meri na 3 stanice u Beogradu, da bi se danas pratio na 6

Page 14: Suspendovane i Respirabilne Cestice

HEMIJSKI FAKULTET – HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE – OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA

14

Ivan Gržetid – beleške za predavanja

automatskih mernih stanica na području Grada Beograda, od kojih su 4 u gradkom jezgru a 2 u blizini termoelektana Obrenovac i Kolubara. Pančevo, poznato kao “crna tačka” usled zagađenja životne sredine koje potiču pre svega od industrijkog kompleksa, locirano 13 km severoistočno od centa Beograda, ima danas 3 automatske merne stanice za monitoting aerozagađenja. Sajt opštine Pančevo (http://ekologija.pancevo.rs/ekograftest/EkoGrafDisplay.aspx) prikazuje podatke o PM10 sa mernog mesta. Pored toga na teritoriji opštine Pančevo se nalazi i još jedna automatska merna stanica na kojoj se prati i PM10, koja za sada van sistema lokalnih stanica. Za ovu stanicu su za sada za javnost dostupni podaci na srednjem mesečnom nivou polutanata ( http://www.pancevo.rs/Mesecni_izvestaj_monitoring_sistema _imisije-171-1).

Agenicija za zaštitu životne sredine (SEPA) je započela merenje aerozagagađenja ukuljučujudi PM10 sa automatskim monitorima tokom 2006. Danas SEPA prati aerozagađenje na 37 automatskih stanica. U okviru projekta EuropeAid/ 124394/ D/SUP/YU “Supply of Equipment for Air Monitoring” nabavljeno je 28 stanica koje su počele sa radom tokom ove i prošle godine. Ostalih 9 stanica su navanjene ranije i merenja su započela pre 2009. Od svih navedenih stanica SEPA vrši monitoring respirabilnih čestica u tri frakcije (PM10, PM2.5 and PM1) na 13 autaomatskih stanica od koje su postavljene u Beogradu (5), i Smederevu (3), Boru (2), Nišu, Novom Sadu (1) i Beočinu (1), što je prikazano na www.sepa.gov.rs.

U Vojvodini monitoring sprovodi i Sekretrijat za životnu sredinu Vojvodine na šest automatskih mernih stanica, od čega su 4 merna mesta u Zrenjaninu, Subotici, Somboru i Kikindi snabdeveno monitorima za PM10 . Podaci za 2008. I 2009. Godinu su dostupni javnosti na sajtu Pokrajinskog Sekretrijata http://www.eko.vojvodina.gov.rs.

REZULTATI WEBIOPATR PROJEKTA KAO POLAZNA OSNOVA ZA ISTAŽIVANJE UTICAJA RM10,

PM2.5 i PM1 U BEOGRADU

JASMINKA D. JOKSID, MILENA JOVAŠEVID-STOJANOVID, ALENA BARTONOVA, MIRJANA B. RADENKOVID, KARL-ESPEN YTTRI and SNEŽANA MATID-BESARABID, (2009), Physical and chemical characterization of particulate matter suspended in aerosols from urban Belgrade area, Journal of the Serbian Chemical Society, vol. 74, 1319-1333

U cilju doprinosa u istraživanju i upravljanju respirabilnim česticama u Srbiji, da bi se doprinelo znanju i veštinama monitoringa, i postavile osnove za istraživanja vezana za zdravstvene efekte naučni Savet Kraljevine Norveške je finansirao projekat WeBIOPATR “Outdoor concentration, size distribution and composition of respirable particles in WB urban area”. Projekt je realizovan u saradnji Instituta Vinča, Gradskog zavodaa za javno zdravlje Begrad i Norveškog Instituta za istaživanje vazduha.

Na mernom mestu su postavljeni su standradni uređaji za uzorkovanje respirabilnih čestica i mobilni meterološki stub za prikupljanje podataka o brzini i pravcu vetra, temperaturi, vlažnosti i padavinama. Za uzorkovanje je izabran merno mesto koje pripada lokalnoj, gradskoj, monitoring mreži ali umesto na nivo ulice instrumenti su postavljeni na krov. Uspostavljena je standardna procedura za ceo ciklus od monitringa počev od prikupljanja uzoraka sve do prikaza rezulatata gravimentrijskih merenja i hemijskih analiza. U međuvremenu Gradki zavod za javno zdravlje je uspostavio prvu i za sada jednu mernu sobu u Srbiji koja odgovara kriterijumima evropskog standarda za merenje PM10. Respirabilne čestice su uzorkovane u tri frakcije (PM10, PM2.5, PM1), a prikupnjeni filtri su korišdeni za gravimetrijska merenja i hemijske analize tokom dve preliminarne kampanje u trajanju od po nedelju dana (Joksid i sar., 2009) i osam kamapanje u trajanju od po 20-30 dana, po dve u sva četiri godišnja doba tokom novembar 2007-decembar 2008. (kampanje 1-4)i februar-decembar 2009. godine (kampanje 5-8). Urađene su hemijske analize i određena srednja dnevna koncentracija katjona, anjona, poliaromatičnih ugnjovodonika (PAH) ukučujudi benzo(a)piren (B(a)P), 26 elementa, organski (OC) i elementarni ugljenik (EC), i trasere za sagorevanje biomase (levoglukosan, monsan i galaktosan). Do sada rezulatati su prikazani u okviru dva

Page 15: Suspendovane i Respirabilne Cestice

HEMIJSKI FAKULTET – HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE – OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA

15

Ivan Gržetid – beleške za predavanja

WeBIOPATR Workshop-a (Jovaševid-Stojanovid & Bartonova eds, 2007; Bartonova & Jovaševid-Stojanovid eds, 2009), dve doktorske disertacije (Joksid, 2009; Cvetkovid 2010) i kroz nekoliko radova u časopisima (Joksid i sar, 2009; Joksid i sar, 2010; Jovaševid-Stojanovid & Bartonov, 2010, Cvetkovid i sar, 2010). Kako su tokom ovih kampanja merenja neki podaci po prvi put analizirani u Beogradu i Srbiji uopšte očekuje se da de rezultati biti prikazani i kroz nekoliko radova u eminentnim međunarodnim časopisima.

U najkradim crtama može se redi da je uočena značajna razlika između koncentracija svih merenih frakcija (PM10, PM2.5, PM1) tokom grejne i vangrejne sezone. Masena koncentracija se ne razlikuje od od rezultata prethodnih prikupljenih i objavljenih podataka u regionu gde je 24h granična vrednost premašena u velikom broju slučajeva. Rezultati takođe pokazuju da je izmerena vrednost PM10 sistematski veda na krovu u odnosu na koncentraciju koju meri automatska merna stanica postavljena na nivou ulice (Joksid i sar, 2009). Tokom grejnej sezone, zimskih kampanja, srednje vrednosti za svaku od kampanja su daleko premašivale srednje vrednosti prema EU regulativi i za PM10, PM2.5. Tokom negrejene sezone, letnjih meseci, obe frakcije respirabilnih čestica zadovoljavale su zahteve iz važedih EU propisa.

Zavisno od sezone, ukupni ugljenik predstavalja 25-40%, joni 20-35% , elementi oko 5-10%, a sadržaj 30-40 % od mase PM10 je hemijski neidentifikovan analitičkim metodama koje su primenjene. Prelminarne analize ukazuju na različiti doprinis izvora tokom zimske i letnje sezone. Doprinis zagađenju respirabilnim čestica poreklom iz saobradaja je viši tokom zimske nego tokom letnje sezone. Sagorevanje biomase uključujudi indivdulano grejanje je identifikovano kao najdomonantniji izvor antropogenog porekla. Ostali značajni izvori ukuljučuju eroziju tla i formiranje sekundarnih aerosola koji su dominantan izvor tokom letnje sezone. Izmerena ukupna masa 16 analiziranih PAH-ova u PM10 je mnogo veda zimi (29 ng/m3) nego leti (2.4 ng/m3), odnos PAH-ova u PM1 prema PM10 je oko 0.5 za obe sezone i grejnu i negrejnu. Srednja vrednost B(a)P je veda od 1 ng/m3 u zimskoj sezoni i manja od 0.1 ng/m3 u letnjem periodu u obe analizirane frakcije respirabilnih čestica i PM10 i PM1. Izmeren nivo B(a)P se može porediti sa vrednostima koji su zabeleženi na mernim mestima koja pripadaju lokalnoj mionitoring mreži Beogrda u okviru koje se sardžaj B(a)P u PM10 prati počev od maja 2008 (Cvetkovid i sar, 2010).

REFERENCE

1. Aalto P. et all, 2005. Aerosol Particle Number Concentration Measurements in Five European Cites Using TSI-3022 Condensation Particle Counter over Three-Year Period during Helth Effects of Air Pollution of Susceptible Subpopulations, J. Air&Waste Manage. Assoc. 57:1064-1076

2. Abt E., Sub H.H., Allen G., Koutrakis P., 2000. Characterization of indoor particle sources a study in the metropolitan Boston area, Envion Health Persp, 108:35-44

3. Annesi Maesano I., Forastiesre F., Kunzli N., Brunekref B., 2007. Particulate matter, science and EU policy, Eur Resp J. 29:428-431

4. Analitis A, Katsouyanni K, Dimakopoulou K, Samoli E, Nikoloulopoulos AK, Petasakis Y, Touloumi G, Schwartz J, Anderson HR, Cambra K, Forastiere F, Zmirou D, Vonk JM, Clancy L, Kriz B, Bobvos J, Pekkanen J., Short-term effects of ambient particles on cardiovascular and respiratory mortality. Epidemiology 2006;17:230–233

5. Binkova B. Cerna M., Pastorkova A., Jeline R., Benes I., Novak J., Sram R., 2003. Biological activities of organic compounds adsorbed onto ambient air particles: comparison between the cities of Teplice and Prague during the summer and winter seasons 2000-2001, Mutation research, 525:43-59

6. Bartonova A., Jovaševid-Stojanovid M., Editors, Particulate Matter: Research and Management, Proceedings from the 2nd WeBIOPATR Workshop, Mokra Gora, Serbia,31.8-2.9.2009, Norwegian Institute for Air Research, Norway, 2009, pp. 1-153

7. Canadan Chemical Producers’ Association, 2001. Ambient Particulate Matter, Characterzation Quidelines, Ottawa, April 2001.

8. Chao C., Y.H., Tung T.C.W., Burnet J., 1997. Influence of different indoor activities on indoor particulate levels in residential buildings, Indoor Built Environ, 7:110-121

9. Charles K, Magee R.J., Won D., Lusztyk, E., 2000. Indoor Air Quality Guidelines and Standards, National Research Council Canada

10. Commission of the European Communities, Annex to: The Communication on Thematic Strategy on Air Pollution and The Directive on “Ambient Air Quality and Cleaner Air for Europe” COM(2005) 446 Final, 2005, pp.1-170, http://ec.europa.eu/environment/air/pdf/sec_2005_1133.pdf, (accessed 10 October August, 2010)

Page 16: Suspendovane i Respirabilne Cestice

HEMIJSKI FAKULTET – HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE – OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA

16

Ivan Gržetid – beleške za predavanja

11. Cury P.M., Lichtenfels A.J., Reymao M.S., Conceicao G.M., Capelozzi V.L., Saldiva P.H., 2000. Urban level of air pollution modifies the progression of uterane-induced lung tumors in mice. Pathol. Rs. Pract. (196)627-633

12. Cvetkovid A, Jovaševid-Stojanovid M. Ađanski-Spasid Lj., Matid-Besarabic S., Markovid D.M. , CICEQ 16 (2010)259-268

13. Cvetkovid A. 2010, Doktorska disertacija, Trendovi koncentracije i hemijskog sastava ultrmalih čestica u urbanoj sredini, Fakultet za primenjenu ekologiju “Futura”, str.1- 138

14. Dejmek J,m Solansky I., Benes I., Lenicek J., Sram R.J., 2000., The impact of polycyclic aromatic hydrocarbons and fine particles on pregnancy outcome, Envir Health Perspect (108)1159-1164

15. Dockery D.W., Pope C.A., Xiping X., Spengler J.D., Ware J.H., Fay M.A., Ferries B.G., Speizer F.E., 1993., An association between air pollution and mortality in six US cites, New England Journal of Medicine 324(24)1753-1759

16. Dominici F., Burnett R.T., 2003. Risk models for particukate air pollution, J Toxicol Environ Health A 66: 1883-1889 17. EC, 1999., Council Directive 1999/30/EC of 22 April 1999 relating to limit values for sulphur dioxide, nitrogen

dioxide and oxides of nitrogen, particulate matter and lead in ambient air, OJEU (1999) L 163/41 18. EC, Council Directive, 2008/50/EC (2008), OJEU, L 152 (2008)1-44,

http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2008:152:0001:0044:EN:PDF, [accessed 10 August 2010.]

19. El-Fadel M., Massoud M., 2000. Particulate matter in urban areas: health-based economic assessment, Sci Total Environ, 257:133-146

20. European Standard, 2005. Ambient air quality-Standard gravimemtirc measurements method for determination of the PM2.5 mass fraction of suspended particulate matter, EN 14907, Brussels

21. ICRP,1994. International Commission on Radiological Protection Publication 66, Human Respiratory Tract Model for Radiological Protection, Oxford, Pergmamon: Elsevier Science,

22. Jerrett M, Burnett RT, Ma R, Pope CA III, Krewski D, Newbold KB, Thurston G, Shi Y, Finkelstein N, Calle EE, Thun MJ, 2005. Spatial analysis of air pollution and mortality in Los Angeles. Epidemiology, 16:727–736.

23. Jing L., Qin Y., Xu Z. 2000. Relationship between air pollution and acute and chronic respiratory disease in Benxi J Environ Helath 17(5)268-70

24. Jones N.C., Thorton C.A., Mark D., Harrison R.M., 2000., Indoor/outdoor relationship of particles matter in domestic homes with roadside, urban and rural location, Atmos Environ 34:2603-2612

25. Jovanovic Andersen Z., Olsen T. S., Andersen K.K., Loft S., Ketzel M., Raaschou-Nielsen O., 2010. Association between short-term exposure to ultrafine particles and hospital admissions for stroke in Copenhagen, Denmark, Eur Heart J first published online June 10, 2010 doi:10.1093/eurheartj/ehq188

26. Joksid J., Jovaševid-Stojanovid M., Bartonova A., Radenkovid M. , Yttri K.E., Matid-Besarabid S. , Ignjatovid Lj., J.Serb. Chem. Soc. 74 (2009) 1319-1333

27. Joksid J., Radenkovid M., Cvetkovid A. Matid-Besarabid S. , Jovaševid-Stojanovid M., Bartonova A., Yttri K.E. , CICEQ 16 (2010) 251-258

28. Joksid J. 2009. Dokotrska disertacija , Fizičko hemiska karakterizacija respirabilnih čestica razliditog porekala suspendovanih u vazduhu urbane sredine, Fakultet za fizičku hemiju, Beograd, Srbija, str.1-80

29. Jovaševid-Stojanovid M., Bartonova A. , Eds., Particulate Matter: Research and Management, Book of Exteended Abstacts from the 1st WeBIOPATR Workshop, Belgrade, Serbia, 31.8-2.9.2007, Vinca Institute of Nuclear Sciences,Serbia, 2007, pp.1-135

30. JovaševičStojanovid M, Dramidanin M. Ristovski Z., Šljivid M., 2007. Ultrafine particle number concentration and size disrtribution measurements during winter campaign in Belgrade, The First International WeBIOPATR Workshop, Particulate Matter: Research and Management, The Book of Extended Abstracts, Belgrade 20-22 May, 2007

31. Jovaševid-Stojanovid M., Bartonova A., 2010., Current State of Particulate Matter Research and Management in Serbia, CICEQ 16 (2010) 207-212

32. Kan H., Chen B., 2004. Particulate air pollution in urban areas of Shanghai, China: helath-based economic assessment. Sci Total Environ 322:71-80

33. Katsoyanni K., Touloumi G., Spix C., Schwarz J., Balducci F., et al, 1997. Short term effects of ambient sulphur dioxide and particulate matter on mortality in 12 European cities; reslts from time-series data from the APHEA project, BMJ, 314: 1658-1663

34. Katsoyanni K., Touloumi G., Samoli E., Gryparis A., Le Tetre A., et al, 2001. Confounding and effect modification in the short-time effects of ambient paricles on total mortality : results from 29 European cities within the APHEA-2 project, Epidemiology, 12:521:531

35. M. Krzyzanowski, A.Cohen, 2008. Update of WHO air quality guidelines, Air. Qual. Atmos. Health 1:7-13

Page 17: Suspendovane i Respirabilne Cestice

HEMIJSKI FAKULTET – HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE – OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA

17

Ivan Gržetid – beleške za predavanja

36. Knol A.B., de Hartog J.J., Boogaard H., Slottje P., van der Sluijs P.J., Lebret E., Cassee F., Wardekker J.A., Ayres J.G. Borm P.J., Brunekreef B., Donaldson K., Forastiere F., Holgate S.T., Kreyling W.G., Nemery B., Pekkanen J., Stone V., Wichmann E.H., Hoek G., 2009. Expert elicitation on ultrafine particles: likelihood of health effects

37. and causal pathways, Particle and Fibre Toxicology, 6:19 38. Kunzli N., Tager I.B. 2000, Long-term helath effects of particuate and other ambient air pollution research can

progress faster it we want it to, Health Perspect, (1008)915-918 39. Kunzli N., Kaiser R., Medina S., Studnicka M., Chanel O., Filliger P., et al. 2000. Public health impact of outdoor and

traffic related air pollution: a European assessment, Lancet 356:795-801 40. Linares C., Dıaz J., Tobıas A., 2009. Are the limit values proposed by the new European Directive 2008/50 for

PM2.5 safe for health? European Journal of Public Health, 19:357–358 41. Mol W. J. A. , van Hooydonk P. V. 2005., European Exchange of Air Quality Monitoring Meta Information in 2003,

ETC//ACC Technical Paper 2005/2, 2005, http://air-climate.eionet.europa.eu/docs/ETCACC_TechnPaper_2005_2 _EoI_AQ_meta_info2003.pdf (accessed 10 September 2010)

42. Morawska L., Bofinger N.D., Kosic L., Nwankwoala A., 1998. Submicrometer and Supermicrometer Particles from Diesel Vehicle Emissions, Environ.Sci.Technol.32:2033-2042

43. Morawska L., Moor R.M., Ristovski Z.,2004., Desktop literature review and analysis of health impacts of ultrafine particles. Canberra, Australian Department of Environment and Heritage

44. Morawska L., Keogh D., Thomas S.B., Mengersen K., 2008., Modality in ambient particle size distribution and it potential as basis for developing air quality regulation, Atmos. Environ. 42:1617-1628

45. Nikic D., Bogdanovic D., Nikolic M., Stankovic A., Zivkovic N., Djordjevic A., 2009. Air quality monitoring in NIS (SERBIA) and health impact assessment, Environ. Mon. Assess., 158: 499-506

46. Nikic D., Bogdanovic D., Stankovic A., Nikolic M. , Milosevic Z. , 2008. Vojnosanitetski Pregled,65: 814-819 47. Nyberg F., Gustavsson P., Jarup L., Bellander T., Berglind N., Jakobsson R., Pershagen G., 2000., Urabn air pollution

and lung cancer in Stockholm, Epidemiology , 11: 487-495 48. Oberdorster i saradnici 2005 49. Oguiel D., Hopke P., Ferro A., Jaques P., 2007. Factor Analyis of Submicron Particle Size Distribution near a Major

United States-Canada Trade Bridge, J. Air&Waste Manage. Assoc. 57:190-203 50. Osubsanya T., Prescott G., Seaton A/. 2001. Acute respiratiry effects, mass or number? Occupational and

Environmental Medicine 58: 154-159 51. Pelucchini C., Negri E., Gallius S., Boffetta P., Tramacere I., La Vecchia C., 2009. Long-term particulate metter

exposure and mortality: a review of European epidemiological studies BMC Public Health (9)453-463 52. Polidori A., Turpin B., Meng Q., Hoon Lee J., Weisel C., .... 2006. Fine Particulate matter dominates indoor-

generated PM2.5 in RIOPA homes, Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology, 16:321-331 53. Pope C.A, Thun M.J., Namboodiri M.M., Dockery D.W., Evans J.S., Speizer F.E., Heath C.W., 1995. Particuate air

pollution as predictor of mortality in a prospective study of US adults, American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 151, 669-674

54. Pope C.A, Brunett R.T., Thau M.J., Calle E.E., Krewski D., Ito K., Thurston G.D., 2002., Lung cancer, cardiopulmonary mortality, and long-term exposure to fine particulate air pollution, JAMA, (287)1132-1141

55. Pope C.A, Dockery D.W., 2006. Healt effects of Fine Particulate Air Pollution, J.Air Waste Manage.Assoc. (56)709-742

56. Quah E. Boon T.L. 2003., The economic cost of particulate air pollution on health in Singapore. J.Asian Econ 14: 73-90

57. Ozkaynak H., Xue J., Spengler J., Wallace L., Pellazzari E., Jenkins P., 1996. Personal exposure to airborne particles and metals results from particle TEAM study in Riverside, California, J Exposure Anal Environ Epidemiol, 6:57-78

58. Reff A., Turpin B.J., Porcja R.J., Giovennetti R., Cui W., Weisel C.P., …..2005. Functional group characterisation of indoor, outdoo, and personal PM2.5: results from RIOPA, Indoor Air, (15)53:61

59. Ristovski Z., Morawska L., Bofinger N.D., Hitchins J., 1998. Submicrometer and Supermicrometer Particles from Spark Ignition Vehicle, Environ.Sci.Technol.32:3845-3852

60. Samet J.M., Dominici F., Curreiro F.C., Coursac I., Zeger S.L., Fine particulate and mortalia in 20 US cities, 1987-1994, N Engl J Med, 343:1742-1749

61. Službeni glasnik Republike Srbije, 2009 62. Službeni glasnik Republike Srbije, 2010. Uredba o utvrđivanju Programa kontrole kvaliteta vazduha u 2006. i 2007.

godini, 23/2006 63. Stankovid A., Nikid D., Bogdanovid D., 2007. Monitoring aerozagađenja i procena uticaja na zdravlje stanovništva

na teritoriji grada Niša, Ecologica, 14: 53-56

Page 18: Suspendovane i Respirabilne Cestice

HEMIJSKI FAKULTET – HEMIJA ŽIVOTNE SREDINE – OSNOVI HEMIJE ATMOSFERE I ZAGAĐIVAČI VAZDUHA

18

Ivan Gržetid – beleške za predavanja

64. Thather T.I., Layton D.W., 1995. Deposition, resuspension, and penetration of particles within residence, Atmos Environ 29:1487-1497

65. USEPA, National Ambient Air Quality Standards (NAAQS), Last updated on Wednesday, February 6th, 2008., http://www.epa.gov/air/criteria.html

66. USEPA, 2006, National Ambient Air Quality Standards for Particle Pollution. effective December 17, 2006, http://www.epa.gov/air/criteria.html)

67. Yocom J.E., 1982. Indoor-outdoor air quality relationship, A critical review, J Air Pollution Control Assoc, 32:500-520

68. Young L.H., Keeler G., 2004. Characterization of Ultrafine Particle Number Concentration and Size Distribution

During a Summer Campaign in Southwest Detroit, J. Air&Waste Manage. Assoc. 591079-108 69. Xu X., Dockey D.W., Christiani D.C., Li B., Huang H., 1995a, Association of air pollution with hosloital outpatient

visit in Beijang. Arch.Environ.Health 1995a;50(3)214-234 70. Xu X., Li B., Huang H., 1995b. Air pollution and unscheduled hospital outpatient and emergency room visit,

Environ Helath Perspect, 103, 286-295 71. Watson, J. G., 2002. Visibility: Science and regulation, . Air&Waste Manage. Assoc., 52: 628–713 72. Wei F., Hu W., Teng E., Wu G., Zang J. Chapman R.S. Relation analyis of air pollution and children’s respiratory

system disease prevalence. China Environ Sci, 20(3):220-224 73. Weschler C.J., 2004. Chemical reactions among indoor pollutants what we learned in new millenium. Indoor Air.,

14(Suppl. 7): 184:194 74. Weschler C.J. and Shields H.C., 1997. Potential reactins among indoor pollutants, Atmos. Enviorn, (31) 3487-3495 75. World Health Organisation (WHO) 2003. WHO guidelines for air quality, Fact Sheet No. 187.

http://www.who.int/inffs/en/fact187.html 76. WHO, Air Quality gudedelines Global Upadate 2005, Particulate matter, ozon, nitrogen dioxide and sulfur dioxide,

WHO 2006, http://www.euro.who.int/air/activates/20050222_2 77. Zhao X.S., Wan Z., Zhu H.G., Chen R.P., 2003., The carcinogenic potential of extractable organic matter from urban

airborne particles in Shanghai, China, 2003., Mutat.Res.540:540 107-117 78. Zhu Y., Hinds W.C., Krudysz M., Kuhn T., Froines J.., Sioutas C., 2005. Penetration of Freeway ultafine particles into

indoor environment, Journal of Aerosol Science,(36:303-322 79. Zhu Y., Hinds W., Shen S., Sioutas C.,2004. Sesonal Trends of Concentration and Size Distribution of Ultrafine

Particles Near Major Highways in Los Angelos, Aerosol Science and Technology 38:20045-13 80. Zhou L., Kim E., Hopke P., Stanier C.O. and Pandis S., 2004. Advanced Factor Analysis on Pittsburg Particle Size-

Distribution Data, Aerosol Science and Technology, 38:2004118-132