Uvod i principi zaštite okruženja - tfzr.rs · PDF filekao što su: čovekova sredina, okolina, prirodne sredina, radna sredina. Svaki od njih ... U tom peridu došlo je do pojave

Skripta iz predmeta

Uvod i principi zaštite okruženja

Skripta iz predmeta - Uvod i principi zaštite okruženja

Departman za Inženjerstvo zaštite životne sredine | Fakultet tehničkih nauka Novi Sad

1

SADRŽAJ UVOD U INŽENJERSTVO ZAŠTITE ŽIVOTNE SREDINE KAO DISCIPLINU ......... 4

� Životna sredina u krizi............................................................................. 5

� Simptomi krize životne sredine:............................................................... 5

� Nova dimenzija krize životne sredine ...................................................... 6

� Cilj inženjerstva zžs ................................................................................. 6

� Održivi razvoj .......................................................................................... 7

� Interdisciplinarnost i globalnost ............................................................. 8

OSNOVNI POJMOVI OPŠTEG INŽENJERSTVA OKRUŽENJA ................................ 9

� Pojam sistema ......................................................................................... 9

� Granice sistema ....................................................................................... 9

� Razmena energije i materije kroz granice sistema.................................. 9

� Tokovi, ciklusi i strukture sistema životne sredine ................................ 11

� Struktura otvorenog sistema životne sredine ........................................ 11

� Tokovi energije ...................................................................................... 12

� Tokovi materije ...................................................................................... 13

� Ravnotežno stanje .................................................................................. 14

KRUŽENJE VODE I GLOBALNI CIKLUSI NEKIH HEMIJSKIH ELEMENATA ..... 15

� Kruženje vode ........................................................................................ 15

� Hemijski elementi .................................................................................. 16

� Kružni tokovi ......................................................................................... 16

� Globalni ciklus ugljenika u prirodi ....................................................... 17

� Globalni ciklus sumpora u prirodi ........................................................ 19

� Globalni ciklus azota u prirodi ............................................................. 20

MEĐUUTICAJ CIVILIZACIJE I ŽIVOTNOG OKRUŽENJA .................................... 21

� Razvitak gradova ................................................................................... 21

� Demografska eksplozija ........................................................................ 22

� Prehrana stanovništva........................................................................... 24

ATMOSFERA, ZNAČAJNI PARAMETRI ATMOSFERE I MDK ZAGAĐUJUĆIH SUPSTANCI U ATMOSFERI ...................................................................................... 26

� Struktura atmosfere ............................................................................... 26

� Temperatura u atmosferi ....................................................................... 26

BUKA KAO SPECIFIČAN VID ZAGAĐENJA ........................................................... 29

� Nastajanje zvuka i njegovo prenošenje ................................................. 29

� Čovekovo uho kao prijemnik zvuka ....................................................... 32

� Ultrazvuk i infra zvuk ............................................................................ 32

� Dozvoljeni nivoi buke u životnoj sredini ............................................... 33

DOZVOLJEN NIVO BUKE U dB .................................................................................................34

� Hotelske sobe......................................................................................... 34

� Zaštita od buke ...................................................................................... 35

MAKSIMALNO DOZVOLJENE KONCENTRACIJE ZAGAĐUJUĆIH SUPSTANCI U VODI ........................................................................................................................... 36

� Maksimalna dozvoljena koncentracija zagađulućih supstanci u vodi .. 36

� Osnovi određivanja graničnih koncentracija zagađujućih supstancija u otpadnim vodama ........................................................................................................ 36

OSNOVE EKOLOGIJE ............................................................................................... 38

� Ekosistem, struktura ekosistema ........................................................... 38

� Lanci ishrane i veze ............................................................................... 38

� Staništa i niše ........................................................................................ 40



2

� Dinamika ekosistema............................................................................. 41

PRINCIPI OČUVANJA RAVNOTEŽE ........................................................................ 43

� Stanje ravnoteže .................................................................................... 43

� Stanje dinamičke ravnoteže ................................................................... 43

� Prilagodljivost sistema .......................................................................... 44

IZVORI, KARAKTERISTIKE I EFEKTI ZAGAĐENJA .............................................. 46

� Zagađenje vazduha ................................................................................ 46

� Izvori zagađenja vazduha ...................................................................... 46

� Primarni i sekundarni polutanti vazduha.............................................. 47

� Emisioni faktori ..................................................................................... 47

� Ukupna emisija ...................................................................................... 47

� Efekti aerozagađenja ............................................................................. 47

� Ekonomski gubici .................................................................................. 48

� Uticaj aerozagađenja na zdravlje čoveka ............................................. 48

� Makro efekti zagađenja vazduha ........................................................... 49

� Efekti kiselih kiša ................................................................................... 49

� Ozon kao problem u životnoj sredini..................................................... 50

� Globalno zagrevanje ............................................................................. 51

ZAŠTITA OD ZAGAĐIVANJA .................................................................................... 54

ZAŠTITA VODE OD ZAGAĐIVANJA......................................................................... 55

� Sistem zatvorenih ciklusa voda ............................................................. 55

� Prečišćavanje otpadnih voda ................................................................ 55

� Prirodno prečišćavanje otpadnih voda ................................................. 56

� Sakupljanje i obrada otpadnih voda ..................................................... 58

� Metode, postupci i uređaji za prečišćavanje otpadnih voda ................. 58

� Mehaničke metode prečišćavanja otpadnih voda ................................. 58

� Mešanje otpadne vode ........................................................................... 58

� Grubo ceđenje ....................................................................................... 59

� Uklanjanje vlakana ............................................................................... 59

� Odstranjivanje čvrstih čestica taloženjem (sedimentacijom) ................ 60

� Odstranjivanje tečnosti koje se ne mešaju sa vodom ............................ 61

� Odvajanje čvrstih čestica pomoću hidrociklona ................................... 61

� Odvajanje čestica centrifugiranjem ...................................................... 62

� Odvajanje čestica filtracijom ................................................................ 62

� Fizičkohemijske metode prečišćavanja otpadnih voda ......................... 64

� Koagulacija i flokulacija ....................................................................... 64

� Prečišćavanje vode flotacijom .............................................................. 65

� Prečišćavanje ekstrakcijom ................................................................... 65

� Prečišćavanje vode evaporacijom ......................................................... 66

� Prečišćavanje vode adsorpcijom ........................................................... 67

� Prečišćavanje vode jonskom izmenom .................................................. 68

� Prečišćavanje vode inverznom osmozom .............................................. 69

� Hemijske metode prečišćavanja otpadnih voda .................................... 70

� Prečišćavanje voda hemijskim taloženjem ............................................ 70

� Neutralizacija otpadnih voda ................................................................ 70

� Redukcija oksidacionih agenasa ........................................................... 73

� Oksidacija hemijskim agensima ............................................................ 73

� Aeracija vode......................................................................................... 74

ZAŠTITA VAZDUHA OD ZAGAĐIVANJA ................................................................. 76

� Uklanjanje čestica ciklonima ................................................................ 76



3

� Uklanjanje čestica filtracijom ............................................................... 77

� Uklanjanje čestica elektrostatičkim taložnicima ................................... 78

� Prečišćavanje apsorpcijom i adsorpcijom ............................................ 80

� Upotreba katalizatora za kontrolu emisije iz automobila ..................... 83

� Katalitičko uklanjanje NOx i SO2 iz gasovitih produkata sagorevanja 86

� Uklanjanje NOx i SO2 ozračivanjem elektronskim snopom ................... 86

� Fotohemijsko uklanjanje NOx i SO2 iz vazduha .................................... 86



4

UVOD U INŽENJERSTVO ZAŠTITE ŽIVOTNE SREDINE KAO DISCIPLINU

U najširem smislu reči, životna sredina (the Environment, die Umwelt) je sve ono što čini okolinu ljudskog bića. Ona je ukupna kombinacija svega van ljudskog organizma uključujući tri sfere: vazduh, vodu i zemlju, kao i sva ostala biološka bića. U životnu sredinu spadaju i parametri kao što su temperatura, pritisak, energetski resursi, raspoloživost hranljivih materija, kao i svi fizičko-hemijski faktori, kojima su izložena živa bića. Životna sredina je, dakle sve ono što ima uticaj i što potpomaže postojanje života.

Kada se govori o zaštiti životne sredine, u literaturi se mogu sresti i drugi izrazi, kao što su: čovekova sredina, okolina, prirodne sredina, radna sredina. Svaki od njih odnosi se na deo prostora na planeti Zemlji. U ovim podelama ključnu ulogu imali su sociološki, urbanistički, medicinski i ekonomski prilazi, koji su doveli do lokalnih pristupa pojedinačnim oblastima i u skladu sa time i do nuđenja rešenja za svaku oblast posebno. Međutim, ovakav, lokalan pristup posmatranja problema, iako je u početnim fazama izgledao ekonomski vrlo opravdan i efikasan, u dalekosežnom smislu pokazao je ozbiljne mane. Razlog tome je upravo pogrešno izdvajanje manjih celina u okviru životne sredine i njihovo izolovano proučavanje.

Planeta Zemlja je naša životna sredina i jedino ona predstavlja jedinstveni sistem.

Postoje tri osnovna zadatka koja se nameću pri započinjanju diskusije o problemu zaštite životne sredine:

• Određivanje posmatranog sistema: -koje je neophodno zbog naglašavanja interakcije i međusobne zavisnosti između različitih delova životnog okruženja.

• Naglašavanje interdisciplinarnosti: -koja zapravo zahteva odbacivanje fokusiranja samo na jedan aspekt posmatranog problema. Ovo je ključno za razumevanje funkcionisanja životne sredine i poštovanje njene kompleksnosti i raznovrsnosti.

• Primena globalne perspektive: -Neki od najozbiljnijih problema životne sredine danas su globalni i shodno tome zahtevaju globalna rešenja.

Zaštita životne sredine je disciplina koja nastaje kao reakcija na iskorišćavanje

Zemlje, jedine planete pogodne za život čoveka, do krajnjih granica njenih mogućnosti. Veliki broj naučnika upozorava da je opstanak planete doveden u pitanje, zbog pogrešnog iskorišćavanja prirodnih resursa i narušavanja prirodne ravnoteže.

Uništavanje Zemlje čovek vrši na sopstvenu štetu, jer nebriga o životnoj sredini dovodi do ozbiljnih ako ne i nepovratnih oštećenja onoga što bi se moglo nazvati Zemljinim sistemima za održavanje života: ekoloških procesa koji regulišu kilmu, čistog vazduha i vode, regulacije vodenih tokova, recikalže suštinski značajnih elemenata, obnavljanja zemljišta i uopšte sistema koji čine planetu pogodnom za život.

Koji su najbitniji motivi izučavanja problema zaštite životne sredine? • Većina čovekovih aktivnosti utiče na životnu sredinu i to, nažalost,

najčešće na negativan način.



5

• Životno okruženje je naš osnovni mehanizam za održavanje života: ona obezbeđuje vazduh koji udišemo, vodu koju pijemo, hranu koju jedemo i zemlju na kojoj živimo.

• Životnu okolinu koristimo kao prirodni resurs energije, drveta i minerala. • Narušavanje životne sredine dovodi do ozbiljnih problema za živi svet. • Mnogi delovi životne sredine su ozbiljno ugroženi prekomernom

eksploatacijom ili neadekvatnim korišćejem. • Ako se nastavi sa dosadašnjim tretiranjem životne sredine, oštećenja će

biti sve teža, troškovi veći i posledice sve ozbiljnije.

� Životna sredina u krizi

Nagli porast interesovanja za problem zaštite životne sredine započeo je ranih 70-tih godina dvadesetog veka, u početku samo među naučnicima, a nešto kasnije i u javnosti i politici uopšte. U tom peridu došlo je do pojave velikog broja studija o nečemu što se tada nazivalo “krizom životne sredine”, do inkorporacije ove teme u svakodnevni život, što je za rezultat imalo osvešćavanje javnosti o uticaju ličnih postupaka na životno okruženje i prihvatanje zaštite životne sredine, kao našeg, a ne problema nekog drugog.

Od 1990. godine ključni problemi u oblasti zaštite životne sredine su efekat staklene bašte i globalno zagrevanje, pojave ozonske rupe, kisele kiše i uništavanje tropskih šuma. Iako ovi problemi imaju velike razmere, uzroci i rešenja ovih problema leže u stavu ljudi i u očekivanjima čovečanstva u odnosu na životnu sredinu. Mi zapravo zahtevamo da životna sredina bude pogodna za život, korisna i lepa. Nažalost, ona ne može da bude sve ovo u isto vreme.

� Simptomi krize životne sredine:

• Rast populacije: Broj ljudi na Zemlji je povećan 8 puta od početka Industrijske revolucije.

• Korišćenje resursa: industrijska proizvodnja je povećana 100 puta u toku 20. veka.

• Krčenje šuma: za manje od 200 godina iskrčeno je više od 6 miliona km2 šuma.

• Erozija zemljišta: sedimentni nanosi prouzrokovani erozijom zemljišta povećani su 3 puta u velikim i 8 puta u basenima malih reka, koje se intenzivno koriste, u poslednjih 200 godina.

• Vodni resursi: U protekla dva veka potrošnja vode skočla je sa 100 na 3600 km3 godišnje.

• Zagađenje vazduha: Ljudska aktivnost od sredine 18. veka udvostručila je koncentraciju metana u atmosferi, povećala koncentarciju CO2 za oko 27%, i ozbiljno oštetila sloj ozona u stratosferi.

• Zagađenje vode: Usled ljudskog delovanja udvostručena je emisija arsena, žive, nikla i vanadijuma, utrostručena emisija cinka. Emisija kadmijuma povećana je 5 puta, a olova osam puta.

Jedan od najznačajnijih problema u pogledu zaštite životne sredine je zagađenje vazduha.

Zagađenje vazduha, uglavnom nevidljivim gasovima, potiče iz fabrika, stambenih objekata, energetskih postrojenja i transportnih sredstava. Gasoviti polutanti raznose



6

se vetrom na velika rastojanja od izvora i mogu prouzrokovati ozbiljna oštećenja životne sredine. Primera radi, procena je da 625 miliona ljudi danas živi u oblastima gde vazduh nije odgovarajućeg kvaliteta i to uglavnom u industrijskim gradovima.

Zagađenje vazduha gasovima koji izazivaju efekat staklene bašte (CO2, NOx i CH4) prema naučnim procenama prouzrokovaće do 2030. rast prosečne temperature od 1.5-4.5 °C, koji će uzrokovati ozbiljne poremećaje, podizanje nivoa mora i pojavu čestih i razornih oluja.

� Nova dimenzija krize životne sredine

Mnogi se pitaju da li je kriza životne sredine zaista toliko ozbiljna? Optimisti

kažu da su i u prošlosti postojale » zastrašujuće priče o životnoj sredini«, ali ljudska vrsta još uvek opstaje. Međutim, zaboravlja se na nekoliko aspekata današnje krize, koji je bitno razlikuju od situacija u prošlosti:

• Globalnost problema: U današnje vreme čovek ima sposobnost da menja životnu sredinu na globalnom nivou. Zagađenja koja se proizvode na jednom mestu vrlo brzo se prenose na široku oblast i postaju opšti problem. Polutanti ne poznaju granice. Nuklearno zagađenje koje je emitovano prilikom nesreće u Černobilu 1986. za manje od nedelju dana proširilo se na celu Evropu.

• Brzo napredovanje problema: Zabrinjavajući je tempo kojim ozbiljni problemi po životnu sredinu napreduju. Stepen promena je sve veći.

• Dugoročnost: Efekti zagađenja ostaće kao problem i za buduće generacije. Toksični hemijski otpad i radioaktivni otpad iz nuklearnih elektrana neće se degradirati ni za 1000 godina.

• Ne poznavanje potpunih efekata: Još uvek nismo sasvim sigurni u to kakva dejstva imaju koji polutanti ni kakve efekte će imati neka čovekova delovanja. Razvijanjem novih tehnologija, kao i nepažljivim korišćenjem postojećih, razvijamo i nove rizike.

� Cilj inženjerstva zžs

Prilikom projektovanja bilo kojeg postrojenja potrebno je u obzir uzeti niz faktora: ekonomskih, tehnoloških, socioloških, zaštite životne sredine i drugih. Prilikom razmatranja postojećih rešenja, planova, ponuđenih tehnologija, lokacija i slično, potrebno je izbalansirati sve fakore i odrediti koja solucija bi sveobuhvatno predstavljala opšti, javni interes. Cilj inženjerstva zaštite životne sredine je u tome da u novim projektima i planovima, kao i u već postojećim postrojenjima i delovanjima, prepozna potencijalne negativne uticaje na životnu sredinu, kao i da ponudi odgovarajuća rešenja. Inženjerstvo zaštite životne sredine bi dakle, trebalo da osigura uključivanje i faktora zaštite životne sredine u projektovanje i planiranje, kao i iznalaženje solucija koje su po životnu sredinu najbezopasnije.

U tom smislu tipični zadaci inženjerstva zaštite životne sredine su: • Ustanovljavanje, analiza i ocena postojećeg stanja. • Primena postupaka prevencije (pollution prevention). • Ponovno korišćenje otpadnih materija (reciklaža-recycling). • Procesno sprečavanje zagađenja (pollutants treatment). • Odlaganje štetnih i opasnih materija (disposal or release) • Predviđanje budućeg ponašanja.



7

� Održivi razvoj Jedan od osnovnih motiva, pri bavljenju problemima zaštite životne sredine je

određivanje održivog razvoja, odnosno odlučivanje o tome da li je »više uvek i bolje«. »More is always better« je zapravo princip koji najčešće favorizuju političari i ekonomisti, a koji ohrabruje donošenje odluka koje uvek uvažavaju samo aspekt ekonomskog rasta. Osnovni problem održivog razvoja sadrži se u tome da eksponencijalni rast tehnologije i populacije, čiji stepen rasta raste u toku vremena, nije praćen dovoljnom količinom dostupnih resursa kao ni produkcijom hrane. Pesimistički nastrojeni naučnici smatraju da će ovakav stepen rasta (naročito populacije i tehnologije), vrlo brzo dovesti do krajnje tačke održivosti, odnosno do granica rasta. Sa takvog stanovišta, čak i ne preduzimanje nikakvih mera u odnosu na postojeće probleme u životnoj sredini, dovelo bi do kolapsa.

Na slici 1. dat je grafički prikaz dosadašnjeg ponašanja relevantnih parametara, koji karakterišu životnu sredinu, kao i prognozu daljeg ponašanja i tačke u dvadeset i prvom veku, kada će nedostatak resursa dovesti do pada industrijske proizvodnje, ograničenog snabdevanja hranom i značajnog pada u brojnosti ljudske populacije usled zagađenja, bolesti i stresa.

Slika 1. Granice rasta: Predviđanja o globalnoj populaciji, zagađenju i resursima Pojedini naučnici smatraju da su postojeći resursi sasvim dovoljni za naredni vek

i da je ovakav tempo eksploatacije održiv, uključujući i probleme povezane sa njihovom eksploatacijom (formiranje otpada, emisija polutanata, zauzimanje zemljišta). Ovakva teorija, naime predpostavlja da će rast populacije i razvitak tehnologije, pored svih negativnih efekata dovesti i do otkrića novih resursa, koji će biti obnovljivi i ekonomični.

Uz ovakve pretpostavke, raspodela prirodnih resursa prema dostupnosti i

ekonomičnosti data je na slici 2.



8

Otkriveni resursi Neotkriveni resursi

Dokazani resursi Hipotetički resursi

Resursi do kojih je nemoguće dopreti

Poznati resursi ( ali nije poznata njihova količina) Obnovljivi resursi (nije izvesna njihova ekonomičnost u bliskoj budućnosti) Resursi koji postoje, ali ih je sadašnjom tehnologijom nemoguće otkriti

Visok stepen geološke sigurnosti Nizak

Slika 2. Raspodela prirodnih resursa prema dostupnosti i ekonomičnosti

� Interdisciplinarnost i globalnost Problemi koji se tiču zaštite okoline su kompleksni, međusobno povezani i

uslovljeni. Za njihovo sagledavanje i rešavanje potrebni su značajni naučno-istraživački napori i brojna originalna tehnološka rešenja. Zaštita životne sredine je jedna vrlo široka disciplina, koja zadire u praktično sve pore ljudske delatnosti. Obim problema u životnoj sredini prerastao je od lokalnih i regionalnih ka globalnim problemima. U skladu se tim je i pristup rešavanju od specifičnog proučavanja samo jednog vida problema i to od strane svake naučne discipline posebno, prerastao u multidisciplinari i interdisciplinarni istraživački program.

Do pre nekoliko godina na zagađenje se gledalo sa lokalnog stanovišta, odnosno razmatralo se samo neposredno zagađenje vazduha, vode, zemlje itd. Globalni efekti su se zanemarivali. Danas, međutim svi problemi zaštite životne sredine se posmatraju globalno. Pokazalo se, naime, da se na vrlo velikim rastojanjima od izvora koji vrše zagađenje, javljaju globalni, negativni efekti. Najpoznatiji takvi efekti su: pojava »kiselih kiša«, promena klime, zagađenje mora i razaranje ozonskog omotača.

Pojedini problemi zaštite životne sredine ne mogu biti u kompetenciji samo pojedinih zemalja, jer su globalnog karaktera i zahtevaju rešavanje na međunarodnom nivou, jer utiču na uslove života u mnogim regionima, zemljama i kontinentima. Iz tog razloga potrebna je saradnja na međunarodnom nivou, standardizacija kriterijuma i mera predostrožnosti u pogledu zžs.

Današnja dva najveća internacionalna globalna istraživačka programa su International Geosphere-Biosphere Programme (IGBP) i Human Dimension of Global Change Programme (IGBP).

stepen ekonomičnosti



9

OSNOVNI POJMOVI OPŠTEG INŽENJERSTVA OKRUŽENJA

� Pojam sistema

Termin sistem se široko upotrebljava na veoma različite načine. Ponekad se pod sistemom podrazumeva birokratska i politička struktura koja upravlja društvom. Kompjuterski specijalisti govore o kompjuterskom sistemu, koji obuhvataju hadver i softver. Postoje socijalni sistemi, koji uključuju grupe različitih veličina uključujući porodicu i zajednicu. Menadžeri koriste sisteme proračunavanja, postoje sistemi puteva i sl. Kako se sistem definiše, dakle, u mnogome zavisi od tipa problematike koja se izučava.

U smislu u kojem ga podrazumeva inženjerstvo zaštite životne sredine, sistem se definiše kao skup komponenti, koje zajedno učestvuju u obavljanju neke funkcije. Ovakva definicija naglašava tri značajne osobine sistema:

1. Sistem se sastoji od komponenata. 2. Delovi sistema funkcionišu zajedno. 3. Ceo sistem funkcioniše sa nekim ciljem.

Iz prve osobine sistema može se zaključiti da se sistem može proučavati iz

različitih perspektiva. Naime, može se posmatrati ceo sistem bez posebnog razmatranja njegovih pojedinačnih delova. Sa druge strane može se posmatrati koje komponenete su prisutne u sistemu i kako one funkionišu. Ova osobina takođe ukazuje na mogućnost postojanja kretanja i dinamike unutar sistema.

Činjenica da ovi pojedinačni delovi u okviru sistema funkcionišu zajedno, ukazuje na očigledno postojanje struktura koje povezuju različite komponente. To takođe ukazuje na međusobnu uslovljenost, tako da promene u okviru jednog dela sistema mogu biti uzrok promena u drugom delu sistema.

Osobina funkcionisanja sa nekim ciljem ukazuje na to da sistem nije besmislena grupa komponenata, već skupina sa nekim ciljem.

Sistemi u životnoj sredini uključuju žive i nežive komponente, koje interaguju i kreiraju svet oko nas.

� Granice sistema

Svaki sistem funkcioniše u okviru granica koje se mogu identifikovati i definisati.

Granice sistema definišu oblast u okviru koje pojedine komponente sistema interaguju i stoga definišu prostiranje sistema i načine na koji su sistemi povezani.

Sistemi u okviru zaštite životne sredine su fizički sistemi sa fizičkim granicama. Neke granice su oštre, kao na primer obale okeana ili jezera, koje određuju granicu između akvatičnih (vodenih) i terestrijalnih (zemljanih) sistema. Druge garanice su manje oštre i pokretljive, kao što je na primer granica oblasti sa vegetacijom i pustinjske oblasti. � Razmena energije i materije kroz granice sistema

Granice sistema nisu značajne samo za definisanje samog sistema, već i za

definisanje tipa kojem dati sistem pripada. Na primer, neki sistemi imaju ulazne i



10

izlazne tokove materije i/ili energije i iz tog razloga osećaju uticaj drugih sistema i utiču na druge sisteme.

Na osnovu ovog kriterijuma postoje tri grupe sistema (Slika 1): 1. Izolovani sistemi 2. Zatvoreni sistemi 3. Otvoreni sistemi

izolovani zatvoreni otvoreni Tok energije Tok materije Granica sistema Okolina

Slika 1. Izolovani, zatvoreni i otvoreni sistem.

Izolovani sistemi su oni sistemi,koji nemaju ni razmenu energije ni razmenu materije kroz granice sistema. Takvi sistemi su veoma retki u prirodi i javljaju se pretežno u laboratorijskim eksperimentima pod strogo kontrolisanim uslovima.

Zatvoreni sistemi su sistemi koji mogu da razmenjuju energiju, ali ne mogu da

razmenjuju materiju sa okolinom. Ovi sistemi su češće javljaju od izolovanih sistema. Na primer, globalni ciklus kruženja vode je zatvoreni sistem, jer u njemu postoji fiksni iznos materije, a cirkulacija vode se održava pomoću energije Sunca, znači pomoću energije, koja dolazi iz okoline sistema.

Otvoreni sistemi slobodno razmenjuju materiju i energiju sa okolinom, kroz

granice sistema. Većina sistema koji se razmatraju u okviru zaštite životne sredine su upravo otvoreni sistemi.

� Planeta Zemlja kao sistem

Zemlja sama predstavlja jedan integrisani sistem, ali je vrlo korisno identifikovati

njena četiri podsistema. Ova četiri podsistema svakako mogu predstavljati sisteme za sebe. Svi ovi sistemi su čvrsto povezani, reaguju jedni na druge kao i na tokove materije i energije kroz sveobuhvatni sistem Zemlje.

Četiri glavna sistema za pitanja zaštite životne sredine su: 1. Litosfera, koju čine stene i minerali, koji formiraju samo »telo« Zemlje. 2. Atmosfera, odnosno sloj vazduha, koji okružuje površinu Zemlje. 3. Hidrosfera, koju čine voda na površini i u blizini površine Zemlje. 4. Biosfera, koja predstavlja skup živih organizama, čiji je deo i ljudska

populacija.



11

Ako bi planeta Zemlja bila nenaseljena, mogli bi smo samostalno razmatrati prirodne procese i strukture koje omogućavaju da sistem životne sredine funkcioniše.Međutim, znajući dugu istoriju upotrebe i zloupotrebe životne sredine od strane čoveka, uticaj čoveka na životnu sredinu se ne može zanemariti. Ovo uzrokuje veću kompleksnost, jer je vrlo često teško zaključiti koje su promene »prirodne«, a koje su »indukovane« ljudskim delovanjem. Promene u životnoj sredini su sve češće i sve više kombinacija ove dve vrste delovanja.

Pravilno razumevanje sistema životne sredine mora uzeti u obzir i složenu interakciju između Zemlje kao sistema i ljudske populacije. Neke od ovih interakcija su fizičkog karaktera, kao što su postavljanja različitih struktura (puteva, gradova, brana za odbranu od poplava itd.), kao i iskorišćavanje Zemljinih prirodnih resursa. Ljudski uticaj je takođe evidentan i kroz menadžment u zaštiti životne sredine, kao i kroz institucionalne i organizacione strukture, koje održavaju moderno društvo.

� Tokovi, ciklusi i strukture sistema životne sredine

Većina sistema životne sredine su otvoreni sistemi i za njihovo opisivanje

potrebno je poznavanje tokova energije i materije. Ovi tokovi, koji čine dinamiku sistema, posledica su zajedničkog funkcionisanja delova sistema. Oni određuju karakter sistema, sposobnost sistema da se menja i prilagođava, kao i način na koji ovaj sistem interaguje sa ostalim sistemima. Dimnamika sistema je, generalno jako uslovljena nizom faktora, koji deluju izvan granica posmatranog sistema. Na primer, energija koja dolazi sa Sunca održava energijski sistem Zemlje, kiša iznad Istočne Afrike obezbeđuje vodu u reci Nil, a talasi na okeanu određuju procese erozije obala i procese sedimentacije.

� Struktura otvorenog sistema životne sredine

Osnovni cilj prilikom proučavanja životne sredine kao sistema jeste određivanje

glavnih komponenti, njihovo posmatranje i, ukoliko je moguće, njihovo merenje. Osnovnu strukturu otvorenog sistema životne sredine čine četiri ključna dela:

1. Ulazi, koji unose materiju i energiju kroz granice sistema 2. Izlazi, koji iznose materiju i energiju kroz granice sistema 3. Tokovi, koji nose materiju i energiju kroz posmatrani sistem 4. Deponije, koje predstavljaju oblasti unutar sistema u kojima se energija i

materija mogu deponovati u različitim periodima vremena, pre no što se vrate u tokove.

Struktura sistema određuje kako će delovi sistema funkcionisati kao celina,

odnosno jedan jedinstveni sistem. Svaki deo sistema zavisi od ostalih delova. Promene u jednom delu sistema mogu uzrokovati promena u ostalim delovima.

Zbog protoka energije i materije kroz granice sistema, svi sistemi u životnoj sredini interaguju sa svojom okolinom. To znači da okolina utiče na sistem i sistem na okolinu.

Šematski prikaz grada kao otvorenog sistema, sa njegovim elementima i uticajima, dat je na slici 2.



12

ulaz izlaz energija, hrana, gorivo toplotno zagađenje

voda čovek čvrst otpad zagađenje izvozna roba

zagađenje vazduha

Slika 2. Grad kao otvoren sistem

� Tokovi energije Energija je fizička veličina, koja se definiše kao sposobnost tela da vrši rad. Energija pokreće sisteme u okviru životne sredine. Postoje različiti tipovi energije

i svaki tip energije se u prisustvu materije može transformisati iz jednog oblika u drugi.

Tipovi energije, koji se javljaju u sistemima životne sredine su sledeći: 1. Hemijska energija, koju poseduju supstance u svojim atomima i

molekulima i koja se oslobađa prilikom odvijanja hemijskih reakcija. 2. Električna energija, koju naelektrisana tela. 3. Toplotna energija, koju poseduje telo usled kretanja njegovih atoma i

molekula (ona je zapravo jedan oblik kinetičke energije). 4. Kinetička energija, koju telo poseduje usled kretanja. 5. Potencijalna energija, koju telo poseduje usled svog položaja u odnosu

na neko drugo telo.

Moguće je odrediti energijske bilanse za mnoge, pogotovo sisteme u životnoj sredini. Proučavanje načina na koji neki sistem dobija, deponuje, koristi i otpušta energiju, daje mnogo informacija o tome kako posmatrani sistem funkcioniše i kako su komponente sistema međusobno povezane. Određivanje kako se u konkretnom sistemu menja energija u toku vremena, predstavlja važan korak u određivanju stabilnosti i promena datog sistema.

Transformacije energije u okviru nekog sistema određene su pomoću prva dva

zakona termodinamike.

čovek

otpad

domaćinstva,proizvodnja

sistem



13

I zakon termodinamike: U sistemu u kome je masa stalna, energija se ne može ni stvoriti ni uništiti; ona se može samo transformisati iz jednog oblika u drugi. II zakon termodinamike: Ukupna dovedena energija nekom sistemu troši se

na izvršeni rad i povećanje unutrašnje energije sistema.

Zemlja sama je jedan kompleksan otvoren sistem, koji dobija energiju od dva izvora, jednog unutrašnjeg i jednog spoljašnjeg. Spoljašnji izvor energije je Sunčeva energija, a unutrašnji je toplota generisana raspadom radioaktivnih elemenata u unutrašnjosti Zemlje. Ovi izvori obezbeđuju relativno konstantan i stabilan dotok energije, koji pokreće praktično sve sisteme na Zemlji.

� Tokovi materije

Iako sistemi u životnoj sredini imaju beskonačan izvor energije (solarnu energiju),

oni imaju konačne i ograničene izvore materije (kao što su npr. voda ili ugljenik). Međutim, za razliku od energije, materija unutar nekog sistema se može koristiti više puta, odnosno može se reciklirati. To podrazumeva postojanje materijalnih tokova koji transformišu i distribuiraju materiju tako da ona ostaje dostupna za ponovno korišćenje. Ove transformacije koriste energijske tokove sistema.

Tri osnovna tipa materije koja protiče kroz sisteme su: 1. Voda 2. Hranljive materije (nutricijenti) 3. Sedimenti

Voda je integrativna supstanca sistema životne sredine, koja povezuje sve sisteme na Zemlji i igra značajnu ulogu u većini fizičkih, hemijskih i bioloških procesa u okviru životne sredine. Iz toga proističe i značaj ciklusa vode i hidrosfere.

Hranljive materije odezbeđuju energiju (hranu) potrebnu za opstanak živih

organizama. Najpotrebniji hemijski elementi, u tom smislu, su: kiseonik (O), vodonik (H), ugljenik (C), natrijum (Na), fosfor (P), kalijum (K), kalcijum (Ca), magnezijum (Mg) i sumpor (S). Ovi elementi kruže posredstvom biogeohemijskih ciklusa, između litosfere, atmosfere, hidrosfere i biosfere.

Sve ostale materije, koje postoje, a koje nisu potrebne živim organizmima

neposredno, kao hrana, spadaju u sedimente.

Materija se kroz sisteme transportuje, u opštem slučaju, različitom brzinom, a ta brzina ima veoma veliki značaj za ljudsku populaciju. Primera radi, od brzine transporta polutanata (štetnih materija) kroz vodu i vazduh, zavisiće koncentracija polutanata u datoj sredini i srazmerno sa tim, rizici po zdravlje ljudske populacije, kao i interakcija sa drugim sistemima. Brzina i način transporta , kao i reciklaža materije, moraju se uzeti u obzir prilikom donošenja odluka o deponovanju otpadnih materijala. Ovo je naročito značajno kada su u pitanju toksični i nuklearni otpad, koji imaju veoma negativan uticaj na životnu okolinu i kod kojeg je potrebno deponovanje koje bi bilo sigurno za dug vremenski period.



14

� Ravnotežno stanje

Ravnotežno stanje nekog sistema predstavlja stanje balansa između sistema i njegove okoline. Ako u nekom sistemu ne postoji ravnoteža, ili ako se sistem izvede iz stanja ravnoteže, prirodna stabilnost posmatranog sistema se gubi i u skladu sa tim može doći do nepredviđenih promena i poremećaja unutar sistema.

Postoje dva različita tipa ravnotežnih stanja i to su: 1. Stanje stacionarne ravnoteže 2. Stanje dinamičke ravnoteže

U stanju stacionarne ravnoteže, bilans energije na ulazu i na izlazu iz sistema je konstantan u toku vremena i ne postoji promena iznosa energije koji ostaje unutar sistema.

Ovo stanje opisuje stabilne, otvorene sisteme. Stanje dinamičke ravnoteže opisuje otvorene sisteme, koji ostaju stabilni u toku

dugih perioda vremena i koji imaju sposobnost da se adaptiraju na promene spoljašnjih uslova. Uobičajeno je da se i ovakva stanja ravnoteže mogu održavati samo ako promene spoljašnjih uslova nisu ekstremno brze.

Mnogi sistemi u životnoj sredini nalaze su upravo u stanju dinamičke ravnoteže, što znači da imaju sposobnost adaptacije u toku dugih vremenskih intervala. Najveći deo zabrinutosti oko uticaja čoveka na životnu sredinu ne proističe iz činjenice da uticaj postoji, već upravo brzina kojim se sistemske ravnoteže narušavaju. To dovodi do pojave neželjenih i nepredvidivih efekata.



15

KRUŽENJE VODE I GLOBALNI CIKLUSI NEKIH HEMIJSKIH ELEMENATA

Dostupnost i transfer različitih hemijskih elemenata u životnoj sredini, su ključni faktori, koji utiču na život na Zemlji. Svi elementi od kojih zavisi život na Zemlji uključeni su u cikluse velikog obima, koji uključuju zemljište, vodu, vazduh, minerale i žive organizme. Podsistem u okviru Zemlje kao sistema, koji je odgovoran za transfere i deponovanje ovih elemenata, predstavlja jedan niz međusobno povezanih i međusobno zavisnih, dobro izbalansiranih ciklusa. Biogeohemijski ciklusi funkcionišu na globalnom nivou, a nijhov podsistem, koji predstavlja ciklus elemenata neophodnih za žive organizme, predstavlja biogeohemijski ciklus nutricijenata. � Kruženje vode

Od ukupne površine planete Zemlje, koja iznosi 510 miliona km2, mora i okeani

zauzimaju 70.84%, a slatke vode tj. reke i jezera još 0.4%. Pored vode koja se nalazi u hidrosferi, procenjuje se da je od ukupne količine vode koja se nalazi na Zemlji, 94.7% u litosferi, vezano za minerale, odnosno nalazi se u njihovoj strukturi kao vezana voda.

Procenjuje se da je ukupna količina vode na Zemlji oko 26.6 triliona tona. Voda mora, okeana, kopna i atmosfere se pod uticajem toplotne enrgije Sunca i

Zemljine teže nalazi u stalnom kruženju. Pojavom života na Zemlji ciklus kruženja vode je postao još složeniji s obzirom na činjenicu da se procesima fizičkog isparavanja priključio još i proces biološkog isparavanja (eveporacija), koji je vezan za životne akivnosti biljaka i životinja. Pojavom čoveka kruženje vode se dodatno usložnjavalo.

Isparavanjem vode sa površine Zemlje u zapremini od oko 525 000 km3 obrazuju se atmosferske vode u obliku vodene pare. Pošto se ohladi u gornjim slojevima atmosfere, vodena para se kondenzuje i formira sitne kapljice ili kristale, koji se pod dejstvom sile gravitacije vraćaju na površinu Zemlje u obliku atmosferskih padavina. Voda koja isparava sa površina mora ili okeana i u vidu atmosferskih padavina se i vraća na njihovu površinu, obrazuje tzv. malo kruženje. U slučaju da atmosferse padavine padnu na površinu kopna, jedan deo dospeva neposredno u reke i jezera, veći deo se, procesom filtracije kroz zemlju, obogaćuje mineralnim i organskim supstancijama i obrazuje podzemne vode. Zajedno sa oticanjem površinskih voda one dospevaju u reke, a odatle se vraćaju u okean. Voda koja isparava sa površine kopna , obrazujući atmosferske vode može takođe u vidu padavina da dospe u okean. Tako se zatvara veliko kruženje vode. Pri tome ukupna količina vode na Zemlji ostaje stalna.

Zahvaljujući kruženju ukupna količina vode na Zemlji se ne menja, pa voda postaje praktično neiscrpna. Upravo u ovome se voda razlikuje od ostalih materija na Zemlji.

Procena je da se pare atmosfere obnavljaje na svakih 10 dana, rečne vode u rečnim koritima na svakih 11 dana, dok se zemljišna vlaga obnavlja godišnje. Najsporije se obnavlja voda u podzemnim vodama, jezerima, močvarama i lednicima. U velikim jezerima proces obnavljanja traje i do 200 godina.

Vodni bilans Zemlje dat je u tabeli 1.



16

Tabela 1. Vodni bilans Zemlje

PROCES ZAPREMINA VODE (km3) UKUPNA POVRŠINA

(106 km2) Isparavanje sa površina mora i

okeana 447 900 361

Isparavanje sa površina kopna koja imaju sliv u mora i

okeane 63 000 117

Atmosferske padavine na površinu mora i okena

411 600 361

Atmosferske padavine na površine kontinenta koje imaju

sliv u mora i okeane 99 300 117

Isparavanje sa površine kopna koja nemaju slivove u mora i okeane (bezslivne oblasti)

7 700 32

Atmosferske padavine bezslivnih oblasti

7 700 32

U opštem kruženju vode na Zemlji vodeću ulogu ima malo (okeansko) kruženje, s

obzirom da na kopno dospeva 113 500 km3 ukupnih padavina, a u okeane ostalih 411 600 km3.

Padavine na površini kopna stvaraju resurse površinskih voda i javljaju se kao osnovni izvor nastajanja slatkih voda, koje se većinom nalaze u lednicima (99.2%), jezerima (0.73%), močvarama (0.05%) i ušćima reka.

� Hemijski elementi

Svim organizmima na Zemlji, biljkama, životinjama i čoveku, potreban je veliki broj hemijskih elemenata za život, ali u različitim količinama. Svi hemijski elementi, koji su potrebni živim organizmima su: ugljenik (C), vodonik (H), kiseonik (O), kalcijum (Ca), hlor(Cl), bakar (Cu), gvožđe (Fe), magnezijum (Mg), kalijum (K), natrijum (Na), sumpor (S), male količine aluminijuma (Al), bora (B), broma (Br), hroma (Cr), kobalta (Co), fluora (F), galijuma (Ga), joda (I), mangana (Mn), molibdena (Mo), selena (Se), silicijuma (Si), kalaja (Sn), titana (Ti), vanadijuma (V) i cinka (Zn).

Žive ćelije sastoje se uglavnom od ugljenika, vodonika i kiseonika, pa su stoga potrebne velike količine ovih elemenata. Međutim, iako su količine ostalih navedenih elemenata male, nijhovo postojanje je od jednako velikog zanačaja za postojanje i održavanje života.

� Kružni tokovi

Globalni ciklusi baziraju se na kružnim tokovima elemenata kroz organizme i

njihovu okolinu. Tok materije kroz životnu sredinu je cikličan zbog ograničenih izvora i relativno konstantne forme pojedinačnih elemenata.

Individualni ciklusi mogu biti definisati za svaki element ponaosob, ali svi ovi ciklusi imaju istu formu, odnosno svi se sastoje od dve komponente:



17

1. Neorganske komponente ( koje uključuju abiotičke ili nežive delove žiotne sredine)

2. Organske komponente ( koje uključuju biljke, životinje, čoveka,

nijhove fizičke i hemijske interakcije)

Biljke uzimaju hemijske elemente u obliku rastvora, putem korenske osmoze, iz zemljišta i preko biohemijskih procesa ih transformišu u oblik, koji mogu da iskoriste za sopstveni rast. Elementi se iz biljak mogu osloboditi na različite načine. Ako se pojedini delovi biljke odvoje od same jedinke (kao što je opadanje lišća u toku jeseni), oni bivaju razloženi putem delovanja bakterija u zemlji. Ovakvo razlaganje dovodi do oslobađanja organskih komponenata, u principu u rastvorljivoj, neorganskoj formi, koji onda mogu biti deponovani u zemlji ili nekom drugom rezervoaru (deponiji). Isto se daešava kada cela biljka ugine.

Ako dođe do sagorevanja vegetacije, koja može biti uzrokovana prirodnim

zagrevanjem, slučajnim ili namernim spaljivanjem od strane čoveka, dolazi do emisije elemenata u vidu gasova, dima i pepela.

Posredstvom lanaca ishrane značajnu ulogu u ciklusima elemenata imaju i

životinje i čovek. Biljojedi koriste elemente iz biljaka, mesojedi iz biljojeda, a svaki od pripadnika ovih klasa oslobađaju elemente u toku svog životnog ciklusa i naravno prilikom razlaganja samog organizma nakon njegove smrti. � Globalni ciklus ugljenika u prirodi

Globalni ciklus ugljenika tesno povezuje litosferu, hidrosferu, atmosferu i

biosferu. Osnovni izvor ugljenika u prirodi je CO2 iz vazduha, ugljenik u živim i mrtvim organizmima, ugljenik koji sa nalazi u hidrosferi, karbonati u litosferi i redukovani ugljenik u fosilnim gorivima.

Biljke uzimaju ugljen-dioksid direktno iz vazduha. One ga transformišu u procesu fotosinteze u ugljenehidrate, koje mogu da koriste životinje i čovek i na taj način ga dalje transportuju kroz lance ishrane. Kao produkt fotosinteze nastaje i kiseonik, koji biljke vraćaju u atmosferu i na taj način predstavljaju prirodne prečišćivače vazduha. Biljojedi jedu biljke, mesojedi jedu biljojede. Ugljenikova jedinjenja se razlažu u telu životinja, u toku disanja. Oslobađa se energija i stvara se ugljen dioksid.

Ugljen dioksid se oslobađa u atmosferu prilikom disanja životinja i čoveka , kao i prilikom raspadanja organskog otpada i mrtvih organizama. Ugljen dioksid se u atmosferu otpušta i prilikom sagorevanja vegetacije.

Atmosferski CO2 je rastvorljiv u vodi i stoga može direktno preći u rastvoreno

stanje i formirati ugljenu kiselinu H2CO3. Ova kiselina se može raspasti na vodonikov jon H+ i bikarbonatni jon HCO-3, koji se dalje raspada na vodonikov jon i karbonat CO-3. Karbonatni jon može da reaguje sa pozitivnim jonima i da gradi soli. Neke od ovih soli, kao na primer kalcijum-karbonat CaCO3 su nerastvorljive. Kalcijum karbonat, koji se na ovakav način formira u okeanima koriste životinje i neki jednoćelijski organizmi. Kalcijum karbonat se u plitkim vodama taloži, a u vodama dubljim od 4000 m se rastvara, jer su temperature vode niže i voda je na tim dubinama zasićena ugljen-dioksidom. Ako se kalcijum-karbonat koji se taloži u



18

plitkim vodama transformiše se u sedimentne stene, ugljenik je u njima deponovan, dok ne dođe do njegovog hemijskog ispiranja.

Zemljište takođe predstavlja značajan izvor ugljenika. U zemljištu se nalazi oko

dva puta više ugljenika nego u atmosferi i oko tri puta više nego u biljkama. Osnovne reakcija, značajne za ciklus ugljenik, koje se odvijaju u prirodi su

sledeće:

rastvaranje CO2(g) CO2(aq) degasifikacija CO2 + H2O fiksacija ugljenika u biljkama +O2 CO2 + H2O disanje kod životinja +O2

CO2(aq) + H2O H+(aq) + HCO-3(aq) 2H

+(aq) + CO3

2-

CaCO3 Ca2+(aq) + CO

2-3(aq)

Prva hemijska reakcija predstavlja proces rastvaranja ugljen-dioksida, druga

proces fotosinteze, a treća proces disanja kod životinja i čoveka. Četvrta hemijska reakcija pokazuje stvaranje najrasprostranjenije kiseline u

prirodi, tj. ugljene kiseline i njeno razlaganje na jone. Poslednja reakcija predstavlja formiranje soli iz ovih jona. U poslednje vreme čovek je narušio odnos sadržaja CO2 u vazduhu i vodi i

karbonata u prirodi. Posledice koje će usled toga da nastupe još uvek se ne mogu u potpunosti predvideti.

Slikoviti prikaz ciklusa ugljenika dat je na slici 1.

Slika 1. Globalni ciklus ugljenika.



19

� Globalni ciklus sumpora u prirodi

Sumpor je esencijalni elemenat za živi svet. U prirodi ovaj elemenat je uključen u veoma složen biogeohemijski ciklus, što je posledica mogućnosti sumpora da se pojavljuje u više oksidacionih stanja i da se sa lakoćom prevodi iz jednog u drugo stanje.

Jedan od izvora sumpora u prirodi jesu vulkani. Iako se kod većine vulkana

erupcije javljaju u nepravilnim vremenskim intervalima i prilikom njih se oslobađa mala količina sumpora, kada se erupcije dogode one dovode do iznenednog povećanja koncentracije sumpora u atmosferi. Nakon emisije u atmosferu sumpor se transportuje pomoću struja vetra i atmosferskih cirkulacija.

Okeani takođe igaraju značajnu ulogu u ciklusu sumpora. Nekoliko vrsta

fitoplanktona proizvode dimetil-sulfid (DMS), koji se u velikoj meri razlaže u vodi. Mežutim izvestan deo ovako proizvedenog DMS-a odlazi u atmosferu gde biva oksidisan u sumpor-dioksid (SO2) i sulfatni aerosol. Ovaj proces ima uticaj na kontrolu kiselih kiša u mnogim priobalnim oblastima. Sulfatni aerosol može da se ponaša kao centar kondenzacije, dovede do pojave oblaka, što dodatno komplikuje situaciju.

Slikovit prikaz ciklusa sumpora dat je na slici 2.

Slika 2. Globalni ciklus sumpora.



20

� Globalni ciklus azota u prirodi

Globalni ciklus azota obuhvata cirkulaciju ovog elemenata kroz biosferu. U poređenju sa drugim najvažnijim biogeohemijskim ciklusima ovaj ciklus je relativno brz i veoma kompleksan.

Atmosfera se sastoji uglavnom od azota N2, koji je hemijski neaktivan, što znači da ga biljke ne mogu direktno koristiti. Određena količina azota u atmosferi biva oksidovana uz pomoć svetlosne energije i nakon toga rastvorena u kišnim kapima, gradeći nitratnu kiselinu HNO3.

Više od 90% azota u zemljištu je biološki vezano. Azotni gas (N) koriste bakterije i prevode ga u amonijak. Neorganski nitrat, koji se nalazi u obliku oksida NO3 i amonijaka u zemji, apsorbuje se od strane biljaka i transformiše u organske komponente u tkivima biljaka. Deo ovog azota ishranom unose biljojedi, koji koriste azot u obliku amino kiselina, iz kojih sintetišu proteine. Deo azota se ransportuje u formi proteina do mesojeda, koji se hrane biljojedima. Azot se na kraju vraća u zemljište, kao otpadni produkt životnog ciklusa (u vidu urina i izmeta) i nakon smrti i razlaganja organizma. Bakterije transformišu organski azot u amonijak NH3 ili amonijum NH4. Druge bakterije prevode azot u NO2, a zatim u NO3, koje mogu da koriste biljke.

Deo azota i amonijuma koji ne apsorbuju biljke, spira se iz zemljišta i dospeva u podzemne ili površinske vode, gde predstavlja hranljivu materiju za akvatične organizme. Deo azota se deponuje, nakon transformacije, u obliku sedimentnih stena, koji se lako mogu rastvaranjem ponovo vratiti u vodu. Nakon što je oslobođen amonijum brzo isparava u atmosferu, odakle se rastvara u kišnim kapima i vraća na zemlju.

Specifične bakterije kompletiraju ciklus, prevodeći nitrate u nitrite, nitrite u amonijak i nitrate u gasoviti azot ili azotne okside.

Globalni ciklus azota dat je na slici 3.

Slika3.Šema globalnog ciklusa azota



21

MEĐUUTICAJ CIVILIZACIJE I ŽIVOTNOG OKRUŽENJA

Intenziviranje industrijske i poljoprivredne delatnosti čoveka, demografska ekspanzija i rastući saobraćaj sve više i sve negativnije ordažavaju se na kvalitet životne sredine. Čovekovim delovanjem dolazi do emisije otpadnih materija u sva tri agregatna stanja, koji iz industrijskih, energetskih ili komunalnih postrojenja direktno ili indirektno dospevaju u atmosferu, hidrosferu, litosferu i biosferu, dakle u sve podsisteme planete Zemlje. � Razvitak gradova

Grad predstavlja jedan veoma složen sistem, čija se funkcija održava zahvaljujući ljudskom delovanju i konstantnom unošenju velike količine energije u vidu hrane i goriva, za njegovo održavanje.

Urbanizacija, odnosno razvitak gradova i porast gradskog stanovništva, stvara

mnoge probleme u pogledu životne sredine, koje gradovi teško rešavaju. Često se oko gradova formiraju nova naselja, koja se brzo sa njima stapaju. Pri

tome, po pravilu nije planirano, ili nije kompletno i dobro rešeno stvaranje novih delova urbane sredine. Mnogi gradovi u svetu se izgrađuju i razvijaju po principima koje mahom diktiraju politički, ekonomski i demografski principi, a briga za zaštitu okoline ostaje u drugom planu. Zbog takvog sistema planiranja javljaju se mnogi problemi u izgradnji i funkcionisanju gradova.

Ljudi koji žive u ruralnim sredinama imaju tendenciju migracije u gradske sredine, jer gradovi pružaju bolju mogućnost školovanja, zaposlenja, zabave i veću ekonomsku sigurnost. Veliki je priliv nekvalifikovane radne snage u gradove, a u njima, naprotiv, postoji potreba za stručnim i kvalifikovanim kadrovima. Iz tog nesklada proizilaze konflikti, koji su naprimer, vrlo izraženi u gradovima SAD-a i velikim gradovima zapadne Evrope. Tu spadaju rasni problemi, visok porast kriminala, velike razlike u standardu itd.

Zbog eksplozivnog rasta broja stanovnika u gradovima, kao i samih urbanih

sredina dovodi do komunalnog kolapsa, u smislu nemogućnosti dovoljno brzog razvoja komunalne infrastrukture.

U gradovima se javljaju i vrlo su izraženi problemi uslova života. U gradskim

sredinama su najizraženiji zagađenje vazduha, visok nivo buke i smanjenje zelenih površina. Zbog povećanja broja motornih vozila u najprometnijim saobraćajnicama dolazi do visokog stepena zagađenja. Naime, u procesu sagorevanja benzina u automobilskim motorima, kao produkt se izdvaja ugljen-monoksid (CO), otrovni gas, čije koncentracije na pojedinim raskrsnicama u okviru gradova postaju alarmantne.

U gradovima postoje razvijene industrije, koje u životnu okolinu ispuštaju određenu količinu otpadnih materija. Između stepena razvijenosti industrije i protoka zagađujućih supstanci postoji direktna veza: što je industrija razvijenija to ona u okolinu ispušta veće količine polutanata. Razvijene industrije takođe troše i više energije, pa se javlja potreba za većom eksploatacijom prirodnih resursa.



22

Zbog sve većeg zagađivanja životne sredine, u gradskim oblastima dolazi i do postepene izmene klime. Prosečna temperatura u gradovima je za 1°C do 2°C veća, a prosečna vlažnost vazduha za 4% do 6% manja, nego u okolini gradova. Ovo je posledica činjenice da površine kuća i zgrada u okviru gradova apsorbuju velike količine sunčeve toplotne energije, kao i dodatnog termalnog opterećenja atmosfere usled postojanja velikog broja industrijskih postrojenja i ložišta centralnog grejanja.

U gradovima je oblačnost za 10% viša nego u okolnim oblastima, a pojava magle

češća za 30% do 100%, usled mnogo veće koncentracije čvrstih čestica u atmosferi. Iz istog razloga taloženje krutih čestica je za 10% veće u gradovima, a količina Sunčeve svetlosti je za 15% manja. Nad njima pada veća količina atmosferskih padavina, od čega je jedina korist to što se atmosfera iznad gradova za nekoliko sati oslobodi od krutih čestica.

U manjim gradovima ima za 10% do 20% zelenih površina, koje se vremenom

sve više smanjuju, jer se na njima izgrađuju objekti, koji su neophodni za funkcionisanje grada.

Zbog velikog broja motornih vozila i gustog saobraćaja u gradovima vlada velika

buka. Intenzitet buke, koji se meri u decibelima iznosi na nekim mestima čak 95 do 100 decibela. Intenzivna buka deluje na cirkulaciju krvi, pa buka dovodi do povišenja krvnog pritiska i poremećaja u funkcionisanju vegetativnog nervnog sistema. Intenzivna buka od preko 95 decibela izaziva gluvoću kod čoveka. Buka je propratna pojava avionskog saobraćaja, a na aerodromskim pistama njen intenzitet može dostići i do 120-150 dB.

Ceo razvijeni svet primećuje da u poslednjim decenijama nagli razvitak gradova

dovodi do ozbiljnih poremećaja u zdravlju ljudi i stvara sve više ekonomskih i socijalnih problema. Planiranom urbanom i ekološkom politikom gradovi bi morali postati sredine sa manjim zagađenjem okoline i boljim uslovima za život. Lep primer mogućnosti poboljšanja kvaliteta života u gradovima je London u kome su magla i smog više nego značajno smanjeni od kada je izbačena upotreba uglja kao goriva.

U gradovima treba širiti zelene površine, smanjiti broj privatnih automobila u

korist efikasnijih gradskih prevoznih sredstava kao što su podzemna železnica i tramvaji, koji ne zagađuju životnu sredinu. Pored toga, zakonski bi trebalo regulisati rad industrijskih postrojenja. Industrija mora uvoditi nove, čiste tehnologije, unapređivati postojeće, a prilikom uređivanja i organizovanja gradova treba naći ravnotežu između životne okoline i produkata ljudske aktivnosti. � Demografska eksplozija

Samo 25% površine Zemljine kugle je kopno. Od tog dela ljudi naseljavaju oko

80% kopnene površine, jer je ostalih 20% nepovoljno za život. Ovo se naročito odnosi na pustinjske i polarne oblasti, mada napredak nauke i tehnike dovodi do poboljšavanja uslova života u ovim područjima i njihovog prilagođavanja ljudskom življenju.

Još je u XVIII veku, engleski ekonomista Thomas Malthus upozoravao je na brz

rast ljudske populacije. On je predvideo disproporciju između ljudskog rasta i njene



23

mogućnosti da preživi. Prema Malthusovoj teoriji faktori životne okoline ograničavaju rast svake poplacije uključujući i ljudsku. Bez obzira na to koliko će se usavršiti naučne metode, kojima se povećava proizvodnja hrane i ostalih ljudskih dobara, na Zemlji može živeti velik, ali ipak ograničen broj ljudi.

Količina hrane predstavlja prvi ograničavajući faktor rasta ljudske populacije.

Malthus je predpostavio da će stalni ratovi, bolesti i prirodne katastrofe donekle usporiti rast ljudske populacije. Iako je posle postavljanja ove teorije, odnosno u poslednjih 200 godina, na zemlji bilo mnogo ratova i prirodnih katatrofa, rast ljudske populacije na Zemlji nije usporen. Naprotiv, ljudska vrta se umnožava geometrijskom progresijom, odnosno zavisnost broja stanovnika od vremena se može prikazati eksponencijalnom funkcijom. Na slici 1. data je zavisnost broja stanovnika na Zemlji u funkciji godine.

Slika 1. Kriva rasta ljudske populacije do 2000. godine

Povećanje broja stanovnika u pojedinim periodima razvitka ljudskog društva dato

je u tabeli 1.

Tabela1. Rast ljudske populacije

GODINA PROCENA SVETSKE

POPULACIJE VREME POTREBNO DA SE UDVOSTRUČI

8000 p.n.e. 5 miliona - 1350 500 miliona 1500 godina 1850 1 milijarda 200 godina 1930 2 milijarde 80 godina 1970 2.4 milijarde 45 godina 1975 4 milijarde 37 godina 2000 6 milijardi 35 godina 2200 150 milijardi -

U starom veku nije živelo mnogo ljudi, a i njih su desetkovali ratovi, glad, bolest

i druge nepogode. Broj ljudi u starom veku zavisio je od stepena razvijenosti



24

poljoprivrede, pa su se razvijene nacije, kao što su Egipćani, Kinezi, Hindusi i Vavilonci, koncentrisale u plodnim dolinama na obalama velikih reka.

U srednjem veku stalni ratovi i bolesti smanjivali su porast ljudske populacije.

Tako je u XIV veku od kuge umrlo 25% evropskog stanovništva.

Veliki porast ljudske populacije počinje između 1850. i 1930. godine. Tada su ljudi počeli menjati svoju okolinu. Počela je industrijska revolucija, intenzivno se naseljavaju ovi kontinenti (obe Amerike i Australija), povećana je proizvodnja hrane i poboljšane su higijenske i medicinske prilike. Kao posledica toga došlo je da smanjenja smrtnosti, naročito kod dece i produžetka životnog veka ljudi. Tako je u X veku životni vek čoveka bio 22-24 godine, a u XVIII veku je već povećana na 30-33 godine.

Nakon toga porast ljudske populacije je bio još brži i 80% njenog ukupnog

povećanja desilo se u poslednja dva veka. Danas se broj ljudi na Zemlji povećava za 2% godišnje, što bi značilo da će, ako

tendencija rasta ostane ista u narednom periodu, broj ljudi na Zemlji 2200. godine biti 150 milijardi. Ako se zna da je još 1979. godine u svetu gladovalo oko 900 miliona ljudi, teško se može poverovati da će takav rast ljudske populacije biti održiv.

Već dvadesetak godina u svetu vlada demografska eksplozija, odnosno

ekstremno brz porast broja stanovnika. Kao posledica naučno-tehnološkog razvoja, smanjena je stopa smrtnosti dece, kao direktna posledica bolje i efikasnije zdravstvene zaštite ljudi, proizvodnje veće količine hrane, automatizacije industrijske proizvodnje, usavršenog transporta i komunikacije među ljudima.

Mnoge zemlje su preduzele niz mera, neke od njih čak vrlo rigoroznih, za

usporavanje demografske eksplozije. Deo sveta koji definitivno nije zahvatila demografska eksplozija jeste Evropa. U

većem delu evropskih zemalja broj stanovnika se sporo povećava, pri čemu ima sve više starih ljudi. Nizak natalitet je društveni problem u nekim zemljama, među kojima su Francuska, Mađarska, Bugarska i nažalost Jugoslavija. Na sniženje nataliteta u Evropi uticao je niz faktora kao što su: planiranje porodice, povišen nivo obrazovanja, bolji ekonomski i društveni položaj žena, bolja ekonomska situacija mladih, kasnije stupanje u brak, premalo dečijih ustanova i međunarodna migracija. � Prehrana stanovništva

Količina hran epredstavlja glavni ograničavajući faktor rasta ljudske populacije na Zemlji. Taj problem je izrazito izražen u zemljama u razvoju. U svetu je sve veća suprotnost između afričkih i azijskih zemalja sa jedne i severnoameričkih i evropskih zemalja sa druge strane. U prvi ima sve više gladnog stanovništva, a u drugima sve više hrane. Problem nije samo u količini hrane koju stanovnici kriznih područja dobijaju, nego i u kvalitetu i kaloričnosti. Tabela 2. prikazuje ove odnose.

Još 1979. godine u svetu je bilo oko 900 milijona gladnih ljudi, od čega je čak 650 milijona bilo u apsolutnoj gladi. Od ovog broja 95% živi u zemljama u razvoju, a od toga čak 65% u južnij Aziji. Najugroženija grupa usled nedostatka hrane su deca, a



25

situacija je otežana i usled različitih infekcija, loših životnih uslova, nestašice zdrave pitke vode i nedostatak medicinske nege.

Tabela 2. Kaloričnost i kvalitet dnevnih obroka hrane u svetu. KALORIJA NA DAN PROTEINI NA DAN/g

Južna Azija 2037 52.4 Severna Amerika 3261 96.6 Zapadna Evropa 3051 88.6 Istočna Evropa 3131 92.9

Zbog eksplozivnog rasta ljudske populacije, proizvodnja hrane se mora vrlo brzo

povećati. Najrealnije je očekivati da će se porast proizvodnje hrane ostvariti na račun iskorišćavanja rezervi hrane,koje ljudi trenutno nedovoljno koriste. Takav jedan potencijal predstavlja more.

Okeani u prirodnim uslovima su veliki proizvođači hrane, ali samo u određenim područjima. Takvo područje je naprimer Island, gde ima mnogo ribe. Inače, riblje meso spada u najkvalitetnije vrste mesa, jer ima visok sadržaj proteina, minerala i nekih vitamina, a malo masti. Dans, međutim, čovek uzima samo prirodne proizvode iz mora i praktično vrlo malo radi na obnavljanju ribljeg fonda. Ako bi se proizvodnja hrane usmerila u ovom pravcu, stvorile bi se vrlo velike količine hrane za ljude.

Prema nekim procenama potencijali proizvodnje hrane na Zemlji su takvi da bi se na Zemlji moglo prehraniti do 43 milijarde ljudi.



26

ATMOSFERA, ZNAČAJNI PARAMETRI ATMOSFERE I MDK ZAGAĐUJUĆIH SUPSTANCI U ATMOSFERI

Atmosfera je najdinamičniji deo globalnog sistema životne sredine, koji vrlo brzo

reaguje na promene spoljašnijh faktora (npr. varijacije Sunčevog zračenja), kao i promene unutrašnjih faktora (npr. razlika pritisaka u atmosferi). Upravo reagovanje atmosfere na promene ovih faktora uzrokuje promene vremenskih prilika, kao i samu klimu. Na taj način atmosfera ima veliki uticaj na sve žive organizme na Zemlji, uključujući i čoveka. � Struktura atmosfere

Atmosfera je gasoviti, nevidljivi sloj oko Zemlje, koja zapravo predstavlja smešu različitih gasova. U satalne sastojke atmosfere spadaju: azot (78.08%), kiseonik (20.95%), argon ( 0.93%), kao i niz plemenitiha gasova, kao što su ksenon, kripton, neon, helijum, radon i ozon, dok u promenljive sastojke spadaju ugljenik-(II)-oksid i vodena para.

Donju granicu atmosfere predstavljapovršina Zemlje, dok se njena gornja granica ne može odrediti.

Polazeći od Zemlje atmosfera se deli na: • Troposferu • Stratosferu • Mezosferu • Termosferu • Egzosferu. Troposfera je najgušći deo atmosfere i u njoj se dešavaju sve meteorološke

promene. Visina troposfere je na ekvatoro oko 17 km, a na polovima 8-10km. Na gornjoj granici troposfere temperatura je od 223K do 183K.

Stratosfera se nalazi između troposfere i njena visina je od 32 do 40km od površine Zemlje. Stratosfera je praktički bez vetrova i oblaka. Na gornjoj granici temperatura stratosfere je 218K.

Iznad stratosfere nalazi se mezosfera, koju karakteriše pad temperature do 188.15K, a na nekim mestima i do 165.15K. U tom sloju pojavljuju se svetleći noćni oblaci i polarna svetlost. Ovo je takođe sloj u kome se, u najvećoj meri, zadržava sloj ozona.

Na slici 1. data je struktura atmosfere. Na slici 2. data je vertikalna distribucija temperature u atmosferi.

� Temperatura u atmosferi

Temperatura predstavlja stepen zagrejanosti, a sama vrednost temperature, kao i

varijacije njenih vrednosti, imaju veliki značaj za ljude i sve sisteme u okviru životne sredine.

Temperatura vazduha je jedan od paremetara vremenskih prilika, koji živi organizmi direktno osećaju. Čovek sam je veoma osetljiv na nivo promena temperature, jer ljudsko telo teži da zadrži toplotu, ako je temperatura vazduha niska, odnosno da oslobodi toplotu, ako je temperatura visoka. Odeća, kao i građevine, proistekli su, primarno, upravo iz čovekove osetljivosti na temperaturu vazduha.



27

U današnje vreme se već uveliko razvijaju tehnologije za veštačko regulisanje temperature vazduha unutar objekata, a sve u cilju što komfornijeg života i uslova rada, kao i posebnih namena, kao što su naprimer čuvanje hrane u frižiderima i zamrzivačima.

Slika 1. Struktura atmosfere

Slika 2.Vertikalna raspodela temperature u atmosferi

Ekstremno velike temperature dovode do velikih promena u ljudskom organizmu: usled perspiracije (znojenja) dolazi do gubitka velike količine vode i hranljivih



28

materija, brzo se javlja zamor, nervoza i vrlo se teško obavljaju i sasvim rutinski poslovi.

Ekstremno niske temperature, takođe utiču na čoveka na različite načine. Ovakve temperature ograničavaju aktivnosti trenutnih posetilaca i stalnih stanovnika hladnih oblasti. U ekstremnim slučajevima polarne zime dovode do hibernacije čoveka i do smanjene osetljivosti.

Jedinice u kojima se izražava temperatura su:

• K- Kelivin • C- Celzijus • F- Farenhajt

U tabeli 1. date su neke karakteristične vrednosti izmerenih temperatura vazduha

na Zemlji.

Tabela 1. Ekstremne vrednost izmerenih temperatura na Zemlji

Tip ekstrema Mesto Temperatura Najviša prosečna godišnja

temperatura Dallol u Etiopiji 34.3 °C

Najviša izmerena temperatura na Zemlji

Al Aziziyah u Libiji 58 °C

Najniža prosečna godišnja temperatura

Polus Nedostupnosti na Antartiku -57.8 °C

Najniža izmerena temperatura na Zemlji

Vostok na Antartiku -88.3 °C

�



29

BUKA KAO SPECIFIČAN VID ZAGAĐENJA

Zvuk predstavlja takvo mehaničko oscilovanje čestica sredine, koje se može registrovati čulom sluha. Buka predstavlja neprijatan ili neželjen zvuk. Iz ovakve definicije proizilazi da jedan konkretan zvuk može za jednu osobu predstavljati buku, a za drugu ne. Međutim postoje zvuci takve jačine da prouzrokuju oštećenja čula sluha i takav zvuk se naziva bukom, bez obzira na svoje ostale karakteristike. Buka se smatra zagađenjem, jer može prouzrokovati neželjene promene čula sluha i psihološke smetnje.

� Nastajanje zvuka i njegovo prenošenje

Zvuk predstavlja mehanički talas, koji prenosi oscilacije sredine, koje su u opsegu frekvencija od 16 Hz do 20 000Hz. Mehanički talasi, koji imaju frekvencije manje od 16 Hz predstavljaju infra zvuk, a oni koji imaju frekvenciju iznad 20 000 Hz-ultra zvuk. Sam izvor zvuka predstavlja uvek neko telo koje je u čvrstom stanju, koje izaziva turbulentno kretanje fluida, naglo širenje gasova ili neki drugi proces. Talasi, koji se rasprostiru od izvora zvuka nazivaju se zvučni talasi. Zvuk spada u tzv. sferni talas, što znači da se oscilacije sredine prenose ravnopravno u svim pravcima, od izvora zvuka.

Najčešće se zvuk prenosi do ljudskog uha putem vazduha, ali je takođe prenosiv i kroz bilo koji gas, tečnost ili čvrsto telo, odnosno kroz bilo koju sredinu gde postoje čestice koje mogu oscilovati. Brzina zvuka u nekoj sredini zavisi od elastičnih svojstava same sredine.

Pored frekvencije, osnovna karakteristika zvuka je intenzitet. Intenzitet zvuka se definiše kao akustična snaga, koja u jedinici vremena prođe

kroz jedinicu površine sredine u kojoj se zvuk prenosi. U praksi se mnogo češće upotrebljava tzv. relativni intenzitet zvuka, koji se

izračunava na osnovu sledeće relacije:

gde je: I –intenzitet zvuka

I0- jedinični intenzitet zvuka, koji se naziva prag čujnost i koji je određen međunarodnom konvencijom i iznosi 10-12 Wm-2.

Jedinica relativnog intenziteta je decibel-dB. Ovakva veličina je uvedena, jer

ljudsko uvo ne može da čuje intenzitete koji su ispod 1 dB, pa relativni intenziteti manji od ove vrednosti nemaju nikakv praktični značaj.

U procesu prenošenja zvuka, dolazi do sabijanja čestica sredine i do stvaranja pritiska, koji je veći od pritiska , koji postoji u sredini, ako se zvuk kroz nju ne prenosi. Razlika ubičajenog pritiska u nekoj sredini i pritiska, koji postoji kada se kroz nju prostire zvuk naziva se pritisak zvuka.

Uzimajući u obzir da instrumenti za merenje zvuka registruju upravo pritisak zvuka, a ne njegov intenzitet, uvodi se tzv. nivo zvuka koji se definiše preko zvučnog pritiska:

0

10logI

QI

=

0

20logp

Lp

=



30

gde je: L- nivo zvučnog pritiska p-pritisak zvuka p0-prag čujnosti Prag čujnosti zvučnog pritiska iznosi 2*10-5 Pa. � Izvori buke

Izvor zvuka, a samim tim i izvor buke može biti bilo koje čvrsto telo koje može da osciluje u opsedgu frekvencija od 16 Hz do 20 000 Hz.

Prema poreklu, izvori buke se mogu podeliti na:

• Prirodne izvore • Veštačke izvore buke

U prirodne izvore spadaju:

• Grmljavine sa udarom groma • Erupcije vulkana • Seizmološke pojave (zemljotresi i klizišta) • Huka vetrova, morskih talasa i vodopada • Atmosferske padavine (kiša i grad) • Rika i masovno kretanje životinja itd.

U veštačke izvore spadaju:

• Drumski saobraćaj • Železnički saobraćaj • Vazdušni saobraćaj • Industrijska postrojenja

U tabeli 1. dati su karakteristični izvori buke i njihovi nivoi buke u dB.

Drumski saobraćaj je veoma značajan izvor buke. Njen nivo zavisi od toga koji je nivo značaja saobraćajnice na kojoj se buka posmatra, kao i od trenutne gustine saobraćaja. Tako se najviši nivoi buke opažaju na magistralama gradskog značaja: 68.8 dB-78.0 dB, a zatim na magistralama lokalnog značaja: 62.6 dB- 78.2 dB. Relativno nizak nivo buke karakterističan je za stambene ulice 51.2 dB-59.8 dB.

Još jedan faktor je veoma bitan za nivo buke uzrokovane drumskim saobraćajem, a to je stepen razvijenosti industrije grada, što neposredno implicira udeo teretnog saobraćaja u drumskom saobraćaju u datoj oblasti. Povećanje broja teretnih vozila u ukupnom saobraćaju, pogotovo onih velike nosivosti i sa dizel motorima, dovodi do porasta nivoa buke.

Procenjuje se da na putevima lokalnog značaja kamioni predstavljaju 65%-67% ukupnog broja vozila. To znači da čaki i pri beznačajnom saobraćaju (što je negde oko 180 vozila na h) nivo buke prelazi 73 dB. Buka koja se proizvede na delu puta koji preseca naselje prenosi se i na stambene delove naselja i to u onoj meri koju određuju akustički i prostorni uslovi.



31

Tabela 1. Izvori buke i nivoi buke koju oni proizvode.

Železnički saobraćaj predstavlja buku nastalu prilikom kretanja vozova, što

naročito ima uticaj na one delove naselja, koji su u neposrednoj blizini pruga ili železničkih stanica. Maksimalni nivo buke na rastojanju 7.5 m od električnog voza u pokretu iznosi 93 dB, od putničkog: 91 dB, a od teretnog 92 dB.

Kretanje dizel lokomotiva, teretnih kompozicija, kao i zvučni signali lokomotiva mogu biti uzrok pojave buke.

Vazdušni saobraćaj uzrokuje pojavu visokog nivoa buke, ali zbog svojih

specifičnosti i položaja aerodroma u odnosu na stambena područja, ispoljava svoje negativno dejstvo na relativno usko područje u blizini aerodromskih pista. Nivo buke zavisi od preletno-sletnih pista itrasa preletanje aviona, intenziteta vazdušnog saobraćaja, tipa aviona, doba dana, godišnjeg doba itd. Raspon intenziteta buke na aerodromima iznosi od 72 dB do 120 dB.

Značajne izvore buke u stambenim četvrtima predstavljaju industrijska postrojenja, naročito kada se ona nalaze na malim rastojanjima. Intenzitet buke koja potiče od industrijskih postrojenja u mnogome zavisi od veličine postrojenja, tipa



32

postrojenja, tj, privredne grane kojoj postrojenje pripada, kao i starosti opreme, materijala od kog je postrojenje izgrađeno itd. Ono što uopšteno važi za buku iz industrijskih postrojenja jese da ona po previlu prevazilizi 100 dB. Minimalan nivo buke od svih privrednih grana imaju postrojenja koja služe za dobijanje i distribuciju energije (111dB), a maksimalan brodogradnja (135 dB). � Čovekovo uho kao prijemnik zvuka

Na slici 1 data je struktura čovekovog uha.

Slika 1. Struktura čovekovog uha.

Čovekovo uho registruje širok spektar frekvencija, ali ih ne registruje sve pri istim intenzitetima zvuka. Pokazuje sa da je čovekovo uho najosetljivije u oblasiti frekvencija od 2000Hz do 5000 Hz, odnosno da u toj oblasti ono registruje najmanje intenzitete emitovanog zvuka. Oblast određena frekvencijama i intenzitetima zvuka koje čovek čuje naziva se oblast čujnosti (slika 2.). � Ultrazvuk i infra zvuk

Različiti uređaji, mašine, motori transportnih sredstava i različiti delovi bilo kog postrojenja mogu, pored zvuka koji čovekovo uho može da registruje, emitovati i mehaničke talase čije su frekvencije niže od 20 Hz. Takvi mehanički talasi predstavljaju infrazvuk.

Infrazvuk nastaje i prilikom pucanja iz teških artiljerijskih oružja, prilikom eksplozije granata i mina, kao i prilikom svakog naglog pomeranja nekog predmeta sa dovoljno velikom konturnom površinom u prvcu kretanja. On takođe nastaje i u prirodnim okolnostima, kao što su nastanak olujnih vetrova i morskih talasa.

Infrazvuk se može primenjivati u medicini, za masažu čovekovog tela, za vojna izviđanja i sl. Sa druge strane infrazvuk ispoljava i veoma štetno dejstvo na organizam, izazivajući takozvanu vibracionu bolest.



33

Slika 2. Oblast čujnosti: Zavsnost nivoa zvučnog pritiska od frekvencije zvuka koju registruje ljudsko uho.

Ultrazvuk čine mehanički talasi čija je frekvencija veća od 20 000 Hz. Ultrazvuk niskih frekvencija (do 80 Hz) emituju organi nekih životinja kao na

primer slepi miševi, delfini i kitovi. Ove životinje se pomoću ultrazvuka orjentišu, traže hranu ili čak međusobno komuniciraju.

Ultrazvuk visokih frekvencija dobija se pomoću veštačkih izvora, čiji je osnovni deo generator električnih oscilacija odgovarajuće frekvencije. Ovi talasi imaju veoma velike inenzitete koji dostižu i do 1000 W/cm2. Njihova primena je veoma raznovrsna, a svakako najznačajnija je primena u indutriji i medicini. Zbog velikih intenziteta ultrazvučni talasi se mogu koristiti za ultrazvučnu defektoskopiju (otkrivanje grešaka u metalnim odlivcima), za dobijanje tankih filmova i fotorafskih ploča, za dispergovanje supstanci, skidanje rđe, rezanje, glačanje i bušenje materijala.

U tehnološkim procesima ultrazvuk se koristi za ubrzavanje hemijskih reakcija oksidacije i polimerizacije, kao i procesa kristalizacije. U medicini ultrazvuk ima primenu u detekciji karcinoma na unutrašnijm organima, u operativnim zahvatima sečenja ili spajanja kostiju. Prednost upotrebe ultrazvuka u ove svrhe ogleda se u velikoj preciznosti odnosno minimalnom povređivanju okolnog tkiva. � Dozvoljeni nivoi buke u životnoj sredini

Osetljivost uha svakog čoveka individualna je karakteristika i zavisi u mnogome od prirodnih predispozicija, prethodnog izlaganja buci, ranijih oboljenja i godina starosti. Zbog različite osetljivosti uha menja se prag bola, kao i sva ostala povoljna i



34

nepovoljna dejstva zvuka. Ipak, neki intenziteti buke bez obzira na sve individualne faktore izazivaju bol ili čak trajno, mehaničko oštećenje uha. U tabeli 1. dat je najviši dozvoljeni nivo buke u sredini u kojoj čovek boravi predviđen Pravilinikom o dovoljenom nivou buke u životnoj sredini.

Tabela 1. Dozvoljeni nivoi buke u životnoj sredini.

SREDINA U KOJOJ ČOVEK BORAVI

DOZVOLJEN NIVO BUKE U dB

DANJU NOĆU U stambenoj zgradi (boravišne prostorije

pri zatvorenim prozorima)

iz izvora buke u zgradi 35 30 iz zvora buke van zgrade 40 35

Bolnice, klinike, domovi zdravlja i slično bolesničke sobe 35 30 ordinacije 40 40

operacioni blok bez medicinskih uređaja i opreme

35 35

Prostorije u objektima za odmor dece i učenika i spavaće sobe za boravak starih

lica i penzionera

iz izvora buke u zgradi 35 30 iz izvora buke van zgrade 40 35

Prostorije za vaspitno obrazovni –rad (učionice, kabineti i sl.)

Bioskopske dvorane i čitaonice u bibliotekama

40 40

Pozorišne i koncertne dvorane 30 30 � Hotelske sobe

Iz izvora buke u zgradi 35 30 Iz izvora buke izvan zgrade 40 35

Prema odredbama ovog Pravilnika u zonama gde je buka ispod dozvoljenog

nivoa, novi izvori buke ne smeju povisiti postojeći nivo buke za više od 5 dB u odnosu na zatečeno stanje. U tabeli 2. date su prosečne izmerene vrednosti buke iz različitih izvora



35

Tabela 2. Vrednost nivoa buke.

KARAKTER I IZVOR BUKE NIVO JAČINE U dB šum lišća pri slabom vetru 10-20 tihi šapat na rastojanju od 1m 20-30 tiha seoska sredina noću 30 koraci, tiha periferija danju 40

žagor u srednje posećenom restoranu, trgovački centar 50 buka u srednje prometnoj ulici 60

glasni govor, autobusi na udaljenosti 150m 70 buka teretnog automobila, kamion i motocikl udaljen 150m,

automobil udaljen 150m 80

buka u prometnoj ulici, voz i podzemna železnica na 150m 90 mlazni avion na visini 300m 100

zvuk automobilske sirene na rastojanju 5-7m 110 buka turbomlaznog motora na rastojanju od 10m 140

prag bola 140 mehanička povreda uha 150

� Zaštita od buke

Zaštita od buke može se realizovati na dva načina: 1. Usavršavanjem mašina, uređaja, postrojenja i transportnih sredstava čijim

radom ona nastaje 2. Postavljanje zvučne izolacije tj. pregrada koje apsorbuju zvuk i sprečavaju

njegovo prostiranje.

Ako se smanjenje buke ostvaruje zvučnom izolacijom, izolacione pregrade mogu da budu postavljene oko mašina koje proizvode buku ili u zidovima prostorija gde ljudi borave. Smanjenje buke može se postići i izgradnjom tunela, kao i presvlačenjem puteva posebnom podlogom za zvučnu izolaciju. Uzimajući u obzir činjenicu da buka koju proizvode tramsportna sredestva u mnogome zavisi od brzine kretanja vozila, smanjenje buke bi se moglo ostvariti i ograničavanjem brzine kretanja motornih vozila u naseljenim mestima na 30 km/h.

U naseljima zvučne izolacione pregrade predstavljaju drvoredi na ulicama, koji

smanjuju intenzitet buke u stambenim zgradama od vozila, koja se kreću ulicom. Efikasnost ovakve zaštite od buke u zavisnosti od širine pojasa data je u tabeli 3.

Tabela 3. Uticaj širine zasada na smanjenje nivoa buke

ŠIRINA POJASA (m) SNIŽENJE NIVOA

BUKE (dB) 10-14 4-5 14-20 5-8 20-25 8-10 25-30 10-12



36

MAKSIMALNO DOZVOLJENE KONCENTRACIJE ZAGAĐUJUĆIH

SUPSTANCI U VODI

� Maksimalna dozvoljena koncentracija zagađulućih supstanci u vodi

Maksimalna dozvoljena koncentracija hemijske supstance u vodi je koncentracija (mg/dm3) koja ne sme ispoljavati neposredan ili posredan štetan uticaj na organizam čoveka u toku njegovog života i na zdravlje narednih generacija i ne sme pogoršavati higijenske uslove korišćenja vode.

Za određivanje MDK potrebno je ustanoviti čak i minimalne promene koje nastaju pri dejstvu određenih doza neke hemijske supstance u vodi, na fiziološke funkcije u organizmu, ili njegove pojedine delove.

Pri ispitivanju dejstva neke supstance veliki značaj imaju istraživanja poznih posledica (alergenih, mutagenih, kancerogenih, itd.)

Danas se MDK supstanci u vodi određuje po onom obeležju kome odgovara najmanja pragovna ili podpragovna koncentracija. Pošto ovo obeležje štetnosti određuje karakter najviše verovatnog neprijatnog dejstva najmanjih koncentracija proučavane supstance ono se naziva limitirajuće obeležje štetnosti.

Uzimajući u obzir da su vode najčešće zagađene sa više različitih supstanci, higijensko normiranje u uslovima kombinovanog zagađenja realizuje se sa evidentiranjem kombinovanog dejstva onih štetnih supstancija za koje su već razrađene i zasnovane maksimalno dozvoljene koncentracije. � Osnovi određivanja graničnih koncentracija zagađujućih supstancija u

otpadnim vodama

Nekontrolisano ispuštanje zagađenih voda može dovesti do potpune degradacije prirodnih. Da bi se to sprečilo, nepohodno je odrediti maksimalno dozvoljene koncentracije supstanci u otpadnim vodama. Generalno, ove vrednosti moraju biti u granicama vrednosti koncentracija koje nakon ispuštanja neće promeniti kvalitet prirodne vode potreban za predviđenu namenu.

Postupak određivanja MDK u otpadnim vodama obično predstavlja složeno i interdisciplinarno istraživanje, ali se ono u osnovi može podeliti na četiri dela:

U prvom delu se na osnovu literaturnih podataka ukazuje projektnim i drugim organizacijama na značaj istraživanih otpadnih voda i specifičnih zagađujućih supstanci u njima. Ukazuje se na fizikohemijske osobine sastojaka i njihovih jedinjenja, kao što su: rastvorljivost u vodi, sposobnost disocijacije na jone, promene valentnosti i dr., kao i na oslobađanje otpadnih voda od štetnih supstancija, kao rezultat fizičkohemijskih procesa: isparavanja, hemijske ili biohemijske oksidacije, hidrolize itd.

U drugom delu se ispituje uticaj štetnih supstancija otpadnih voda na sanitarni režim voda, tj. na procese njihovog prirodnog samoprečišćavanja od organskih zagađujućih supstanci, prvenstveno komunalnih otpadnih voda. Pod uticajem industrijskih otpadnih voda často se narušavaju procesi samoprečišćavanja voda zagađenih komunalnih otpadnih voda, usled baktericidnog delovanja industrijskih voda ili narušavanja kiseoničnog režima, kao posledica zagađivanja supstancama, koje intenzivno oksiduju.



37

U trećem delu istraživanja daje se objašnjenje uticaja otpadnih voda i štetnih supstancija u njima na organoleptičke osobine voda, tj. na kvalitit voda, koji mora odgovarati raznovrsnoj upotrebi vode, a ne samo vodosnabdevanju pijaćom vodom.

Higijenska ocena rezultata istraživanja zavisi od stepena dozvoljene izmene organoleptičkih osobina, koncentracije supstancije koje vodi daju neprijatan miris i ukus. Na organoleptičke osobine utiču i temperatura, tvrdoća vode, hlorisanje i niz drugih faktora.

U četvrtoj, poslednjoj fazi istraživanja ispituju se uticaji štetnih supstanci optadnih voda na zdravlje stanovništva, preko izvora snabdevanja pijaćom vodom.

U tabeli je dat spisak primarnih polutanata vodi, prema standardima EPA (Environmental Protection Agency). Ukupna lista polutanata prema ovom izvoru sadrži 129 supstanci.



38

OSNOVE EKOLOGIJE

� Ekosistem, struktura ekosistema

Ekosistem je ekološki sistem u kojem organizmi interaguju međusobno i sa okolinom. Ovaj termin prvi je uveo Britanski ekolog Arthur Tansley 1935., koji je uveo i dva sastavna dela ekosistema:

1. Biom: koji čini svi zivi organizmi (biljke i životinje), koji žive u harmoniji 2. Stanište: koji predstavlja prirodno okruženje bioma. Po mišljenju Tansley-a svi delovi ekosistema, organski i neorganski, biom i

habitat, mogu se smatrati interagujućim faktorima, koji su u ravnoteži. Kroz interakciju se ceo sistem i održava. Mnogi ekeolozi smatraju ekosistem osnovnom jedinicom ekologije, jer on predstavlja jedinicu građe biosfere.

U tabeli 1. dati su ekološki nivoi organizacije.

Tabela 1. Ekološki nivoi organizacije. NIVO JEDINICA � DEFINICIJA 1 organizam Individualna biljka ili životinja 2 populacija Grupa jedinki iste vrsta 3 zajednica Skup različitih populacija vrsta u datoj oblasti

4 ekosistem Skup zajednica i abiotičkih faktora okoline u datoj oblasti

5 biosfera Skup svih ekosistema Ekosistem je dobar primer otvorenog sistema, koji ima čitav niz ulaza i izlaza,

koji određuju unutrašnju dinamiku sisitema. Strukturu ovakvog sistema čine biotički (živi) i abiotički (neživi) delovi životne sredine. Biljke, životinje i čovek su najznačajniji biotički elementi ekosistema, dok su klima, tokovi energije, litosfera i ciklus vode najznačajniji abiotički faktori.

� Lanci ishrane i veze

Osnovni i najčešće upotrebljavani način klasifikacije živih organizama jeste klasifikacija na osnovu načina ishrane. To je podela na: 1. Organizme koji sami proizvode hranu iz neorganskih materija. To su tzv.

autotrofni organizmi ili primarni proizvođači. 2. Organizmi koji nisu sposobni da sami proizvode hranu, te se hrane

autotrofnim organizmima ili drugim organizmima. To su tzv. heterotrofni organizmi ili potrošači.

Hijerarhijska struktura organizama u skladu sa prethodno navedenom podelom je

data na slici 1.



39

SUNCE

PROIZVOĐAČI (Biljke koje vrše fotosintezu, alge , bakterije)

PRIMARNI POTROŠAČI (Biljojedi)

SEKUNDARNI POTROŠAČI (Mesojedi)

TERCIJARNI POTROŠAČI (Viši mesojedi)

Slika 1. Hijerarhijska struktura organizama na osnovu načina ishrane.

Zelene biljke su najniži i najznačajniji stupanj u lancu ishrane. Biljke samostalno proizvode hranljive materije putem fotosinteze iz: 1. Ugljen-dioksida koji preko lišća uzimaju iz atmosfere 2. Neorganskih soli (kao što su fosforna i nitratna) i vode, koju uzimaju iz zemlje

preko korenskog sistema, putem osmoze.

Životinje ne sadrže hlorofil tako da one ne mogu vršiti fotosintezu i same proizvoditi hranu. Odatle proizilazi da su one u potpunosti zavisne od biljaka i ostalih životinja koje koriste za ishranu, te se iz tog razloga i nazivaju potrošačima.

Životinje koje se hrane biljkama-biljojedi, predstavljaju drugu kariku u lancu ishrane i predstavljaju primarne potrošače.

Životinje koje se hrane drugim životinjama-mesojedi su tzv. sekundarni potrošači i oni su treći u hijerarhiji lanaca ishrane.

Iznad njih su tercijarni potrošači ili viši mesojedi, koji mogu da postoje u lancu ishrane i koji mogu da se hrane praktično svim nižim članovima lanca ishrane. U ovu grupu spada i čovek, koji može da se hrani i biljkama, biljojedima i mesojedima.

Iako su lanci ishrane pogodan način za prikazivanje relacija hranjeneja među organizmima, ove relacije su vrlo retko jednostavne i linearne. Većina životinja se hrani različitim vrstama organizama i predstavlja hranu za druge različite vrste. Lanci ishrane se stoga najčešće prepliću i formiraju mreže ishrane. Treba imati u vidu da ni ove mreže nisu u potpunosti precizne, jer pojedini članovi lanca vrlo često menjaju



40

svoje navike u ishrani u skladu sa dostupnošću određene vrste hrane, tako da lanci i mreže ishrane zapravo predstavljaju uobičajene relacije israne između pojedinih vrsta.

Hijerarhija organizama uključuje i bakterije i druge mikroorganizme, koji imaju najveći značaj u razgradnji mrtvog tkiva biljaka i životinja na konstitutivne elemente, odnosno prostije hemijske komponente. Procesi razgradnje i elementi koji se na taj način recikliraju unutar ekosistema imaju vitalni značaj za većinu biogeohemijskih ciklusa i kao i za obnovu zemljišta.

Razgradnja je dakle fundamentalan deo ekoloških sistema, koji se realizuje na sledeće načine: • Biljke umiru i njihova struktura se razlaže pomoću razlagača, koji oslobađaju

energiju i hemijske elemente, koji postoje unutar biljnih organa i tkiva. • Životinje proizvode otpadne materije, a i same umiru. Oba ova procesa proizvode

organsku materiju, koja se može razlagati. • Ljudi proizvode otpadne materije i takođe umiru. Materija koja se na taj način

dobija takođe se degradira.

� Staništa i niše

Stanište predstavlja lokalno okruženje u kojem biljke ili životinje žive. Svako stanište definiše se na osnovu svoje geologije, vegetacije i lokacije. Staništa variraju u veličini u skladu sa vrstma koje ih nastanjuju. Mesojedi obično zahtevaju i nastanjuju mnogo veća staništa od biljojeda, jer se svaki mesojed hrani velikim brojem biljojeda i stoga crpi svoju hranu sa velikog područja. da bi neka vrsta preživela potrebno je da stanište ima sposobnost izdržavnja populacije takve veličine da se ona može samoreprodukovati. Mnoge vrste gube sposobnost obnavljanja kada broj jedinki na određenom staništu padne ispod određenog broja takve vrste tadfa postaju ugrožene ili čak izumiru. Iz ove činjenice proizilazi i zabrinutost za čistoću staništa i očuvanje biodiverziteta.

Stanište dakle predstavlja prostor u kojem jedinka živi, hrani se i diše. Niše su funkcionalni koncept, koji opisuje ulogu koju pojedina vrsta ima u nekom

ekosistemu. Ova uloga se definiše preko toga kako se pojedina vrsta ponaša, načina ishrane, čie i kada se hrani, kada i koliko dugo je ona aktivna, kako se reprodukuje, koji konkretni deo staništa zauzima i kako reaguje na temperaturu i vlagu.

Iz same definicije niše proizilaze četiri bitna zaključka: 1. Niše mnogih vrsta se međusobno preklapaju, ali vrste sa identičnim nišama ne

mogu koegistirati u okviru jednog te istog ekosistema.

2. Što je veća raznovrsnost niša u okviru jednog ekosistema, to je veći i raznovrsniji broj energetskih tokova i stoga je i ekosistem stabilniji. Fluktuacije populacije neke vrste unutar sistema će u ovkvim ekosistemima biti manje izražene, zbog toga što potrošači imaju veći izbor vrsta kojima se mogu hraniti.

3. Uvođenje neuobičajenih vrsta u neki ekosistem, bilo namerno ili slučajno,

može uzrokovati probleme u ekosistemu, zbog potencijalnih borbi sa već postojećim vrstama u ekosistemu za niše i izvore hrane.

4. Nestajanje pojedinih vrsta ili grupe međusobno povezanih vrsta ostavlja

prazne pojedine niše i uzrokuje narušavanje energetskih što dovodi do nestabilnost i ugrožavanja čitavog sistema. Vrste mogu netati iz određenog



41

ekosistema na najrazličitije načine, uključujući zagađenje, prekomernu ekspolataciju, gubitak staništa ili promene u životnoj sredini.

� Dinamika ekosistema

Ekosistemi su tipičan primer otvorenih sistema. Kao takvi njihovo ponašanje

uslovljavaju stalni protoci energije i materije, koji se unose iz spoljašnjosti kroz granice sistema i koji na kraju završavaju ili u okolini ili u nekom drugom ekosistemu.

Dva najznačajnija toka u ekosistemima su tokovi energije i tokovi materije. Energija se u ekosisteme dovodi u vidu Sunčeve energije, a materija iz spiranja stena, iz zemljišta i iz raspadanja bioloških materija.

Prenošenje energije u okviru nekog ekosistema određeno je zakonima termodinamike. Osnovni izvor energije svih ekosistema na Zemlji je Sunce, ali samo 43% od ukupne solarne radijacije koja dopre do površine Zemlje je pogodne talasne dužine da se može upotrebiti za procese fotosinteze.

Fotosintezom biljke uzimaju ugljen-dioksid i proizvode kiseonik; životinje disanjem uzimaju kiseonik i oslobađaju ugljen-dioksid. Oba ova procesa su odlučujuća za održavanje atmosfere koja je pogodna za opstanak celokupnog života na Zemlji.

Sunčeva energija dospeva u unutrašnjost biljaka preko zidova biljnih listova i posredstvom fotosinteze, a uz pomoć hlorofila transformiše se u oblik energije pogodan za iskorišćavanje od strane biljke. Deo energije koja se koja se na ovaj način transformiše gubi se putem biljne transpiracije, dok se ostatak koristi za rast biljke i na taj način se skladišti kao hemijska energija u tkivima biljaka. Kada primarni potrošač pojede biljku energija deponovana u biljnim tkivima troši se za obavljanje životnih funkcija i za rast. Ovakav način transporta energije nastavlja se duž lanca ishrane.

Kada biljke ili životinje uginu, ako njihovo telo padne na zemlju, organizmi razlagači transformišu prostalu energiju, koja onda može biti vraćena u atmosferu putem njihovog disanja ili može biti potrošena na rast i kretanje ovih organizama.

Jedan od glavnih razloga postojanju samo četiri nivoa u hijerarhiji lanaca ishrane leži u neefikasnosti potrošnje energije. Naime, pokazano je da samo 5% od ukupne proizvedene energije od strane biljaka stigne do najviših potrošača.

Dobar način za izražavanje efikasnosti potrošnje energije u okviru različitih delova ekosistema je u jednicama ekološke efikasnosti, koja se definiše kao količnik između produktivnosti dva sukcesivna nivoa u hijerarhiji organizama. Produktivnost predstavlja iznos energije koja u jedinici vremena prođe kroz jedan nivo hijerarije.

Na slici 2. data je principijelna šema energijskih tokova u ekosistemu.



42

Sunčevo zračenje

površina zemljišta

Slika 2. Principijalna shema energetskih tokova u ekosistemu

viši mesojedi

mesojedi

biljojedi

razgrađivači

biljke

hrana izlučevine raspadanje disanje



43

PRINCIPI OČUVANJA RAVNOTEŽE

� Stanje ravnoteže Većina sistema u okviru životne sredine nalazi se u stanju ravnoteže, odnosno u stanju balansa između sistema i njegove okoline. Ako sistem nije u stanju ravnoteže ili se pak izvede iz stanja ravnoteže koja postoji, gubi se prirodna stabilnost i može doći do kolapsa. Postoje različite vrste ravnoteže, ali za sisteme u okviru životne sredine najznačajnija su stacionarna i stanja dinamičke ravnoteže. Stasička ravnoteža predstavlja ravnotežu između ulaznih tokova u sistemu i kada ne postoji promena količine deponovane materije i energije u vremenu unutar sistema. Energija i materija ulaze u sistem, prolaze kroz njega i izlaze iz sistema i u toku svog proticanja omogućuju funkcionisnaje sistema. Iako stanje stcionarne ravnoteže odgovara stabilnim otvorenim sistemima, moguće je održavanje sistema u takvom stanju i pod promenjljivim uslovima, ako je sitema sposoban da se na ove promene brzo adaptira. Otvoreni sistemi, koji se nalaze u stanju dinamičke ravnoteže, ostaju stabilini u dugim vremenskim periodima i osim ako su promene spoljašnih uslova ekstremno brze imaju mogućnost adaptacije na novonastale uslove, te uvek ostaju stabilni. To znači da stanja staconarne ravnoteže definišu stanja u kojima postoje kratkoročne varijacije stanja u okolini nekog prosečnog stanja koje nije promenljivo, dok je stanje dinamičke ravnoteže stanje malih varijacija u odnosu na neko generalno stanje koje se takođe menja. Grafički prikaz stanja statičke i dinamičke ravnoteže dat je na slici 1. Stanje statičke ravnoteže Stanje sistema Dugoročno

prosečno stanje

Kratkotrajne varijacije � Stanje dinamičke ravnoteže Stanje sistema Stanje sistema

Slika 1. Stanje statičke i dinamičke ravnoteže.



44

� Prilagodljivost sistema

Prilagodljivost sistema određuje njegovu sposobnost da se oporavi od šoka ili iznenadne promene. Budući da su sistemi u okviru životne sredine veoma kpmpleksni, sa velikim brojem međusobno povezanih delova, ovi sistemi se relativno brzo oporavljaju od poremećaja u ravnoteži, koji su posledica prirodnih promena spoljašnjih uslova.

Veoma je bitno uočiti da kompleksnost sistema ne dovodi do njegove veće osetljivosti na promene, već naprotiv do većih mogućnost za njegovu adaptaciju i do većih mogućnosti za iznalaženje alternativa i načina prilagođavanja novonastaloj situaciji. Veoma jednostavni sistemi mogu vrlo jednostavno doći do stanja kolapsa, ili čak do potpunog prestanka funkcionisanja sistema, zbog poremaćaja jednog njegovog dela.

Predvideti kako će sistem životne sredine odreagovati na na određenu promenu, kao što je na primer globalno zagrevanje, u principu je veoma teško. To zahteva dobro poznavanje i razumevanje mnogih faktora kao što su struktura sistema, veze i interakcije između njegovih pojedinih elemenata, načine kruženja energije i materije kroz sistem, kao i faktore koji određuju stabilnost odnosno ravnotežno stanje u sistemu.

Neke promene, tj. prilagođavanja sistema su linearna i kontinuirana, a neka su sporadična tj. diskontinuirana. Diskontinuitet je najčešće povezan sa postojanjem graničnih vrednosti izdržljivosti sistema. Granice izdržljivosti su kritične tačke stanja sistema u kojima sistem odgovara na nastalu promenu i dramatično počinje da se menja. Kao primer za ovakvu promenu može poslužiti rečno korito. Nivo vode u rečnom koritu postepeno se povećava u skladu sa povećanim dotokom vode. Ova promena je postepena i linearna sve do momenta kada nivo vode u reci ne dostigne vrh rečnog korita. Ako posle te tačke dođe do promene, u ovom slučaju daljeg povišenja nivoa vode, doći će do izlivanja reke iz svog korita tj. do drastične promene u rečnom sistemu, koja će za rezultat imati pojavu poplave i svih naknadnih poremećaja u životnoj sredini koji su time uzrokovani.

To znači da u svakom sistemu postoje kritična stanja, iznad kojih sistema ako biva primoran da se prilagodi, mora da zauzme neko novo ravnotežno stanje, koje se drastično razlikuje od prvobitnog stanja i u koje sistem stoga može preći samo nizom drastičnih promena.

Još jedan značajan faktor u prilagodljivosti sistema je postojanje vremenskih zakašnjenja, tj. određenog vramenskog intervala između pojave promene koja utiče na posmatrani sistem i početka prilagođavanja sistema novonastalim uslovima. Ova zakašnjenja se nazivaju »lags«.

Neki sistemi ili delovi nekih sistema mogu se brzo adaptirati na promene spoljašnjih uslova i ne postoji vremenski interval između promene uslova i promene u sistemu. U drugim sistemima, kao posledica kompleksnosti, potrebno je određeno vreme dok se sistemom lančanih reakcija kroz sistem sa nizom elemenata prilagođavanje prenese kroz sistem.

Na slici 2. dat je šematski prikaz kritičnih tačaka sistema i vremenskih kašnjenja adaptacije.



45

okidač stanje kritično st. sistema vremensko zakašnjenje početna ravnoteža prilagođenje Slika 2. Prilagođavanje sistema sa vremenskim kašnjenjem kod kojeg postoji kritično stanje

Okidači u životnoj sredini su zapravo promene, koje su takvog karaktera i intenziteta da uzrokuju promene u sistemima životne sredine. tj. takve promne koje sistem oseća.



46

IZVORI, KARAKTERISTIKE I EFEKTI ZAGAĐENJA

� Zagađenje vazduha

Zagađenje vazduha se definiše kao prisustvo jednog ili više zagađivača (polutanata) u spoljašnjoj atmosferi u koncentracijama i u vremenskim intervalima, koji imaju štetan efekat na čoveka, biljke ili životinje ili na bilo koji način negativno utiču na raspoloženje, radnu sposobnost i slično.

Svi zagađivači u vazduhu se na osnovu svojih fizičkih karakteristika mogu podeliti na čestice i gasove. Gasovi kao što su sumpor-dioksid ili azotni oksidi ispoljavaju difuzna svojstva i u normalnim uslovima predstavljaju gasove, koji se mogu prevesti u tečno ili čvrsto stanje samo kombinovanim efektima povišenog pritiska i smanjene temperature.

Čestice predstavljaju svaku dispergovanu materiju, čvrstu ili tečnu, koja se nalazi u formama većim od individualnog molekula (oko 0.0002 µm u dijametru), ali manje od 500 µm.

Iz definicije zagađivača vazduha sledi da ono podrazumeva i određene koncentracije zagađujućih supstanci i njihovo trajanje u atmosferi. Odavde sledi da se oni zagađivači koji se u atmosferi nalaze u niskin koncentracijama ili pri vrlo kratkim periodima vremena nemaju značaja za kvalitet vazduha.

Pored ove dve vrste zagađivača vazduha postoje i tri dodatna zagađivača,koja se zbog svog značaja i posebnosti izdvajaju kao zasebni zagađivači. To su smog, kisele kiše i globalno zagrevanje.

Smog predstavlja formiranje oksidujućih konstituenata u atmosferi, kao što je naprimer ozon, koji nastaju kao rezultat foto-indukovanih reakcija između hidro-karbonata i azotnih oksida. Ova pojava je prvi put uočena u Los Anđelesu posle drugog Svetskog rata, što je ozon učinilo glavnim polutantom u SAD-u.

Kisele kiše predstavljaju padavine čija je pH manja od normalne vrednosti kišnih padavina, koja približno iznosi 5.7 u stanju ravnoteže ugljen-dioksida. Opasnost od pojave kiselih kiša među prvima su uočili istraživači iz centralne Evrope, Skandinavskih zemalja, Kanade i severoistočnih delova Sjedinjenih Američkih Država. Agensi koji uzrokuju pojavu kiselih kiša direktno su povezani sa emisijom sumpor-dioksida, azotnih oksida i hloro-vodonika. Globalno gledano sumpor-dioksid je osnovni uzročnik pojave kiselih kiša.

Sledeći globalni problem koji se javlje u okviru životne sredine je uticaj zagađenja vazduha na toplotne bilanse, odnosno odgovarajuće apsorpcije i refleksije sunčevog zračenja koje dopre do Zemlje. Kao rezultat povišenog nivoa ugljen-dioksida u atmosferi, dolazi do povećanja temperature površine Zemlje, koje dalje uzrokuje niz klimatskih poremećaja širom sveta.

� Izvori zagađenja vazduha

Izvori zagađenja vazduha se mogu podeliti na osnovu tipa izvora, njihovog broja i prostorne raspodele, kao i na osnovu tipa emisije.

Podela na osnovu tipa podrazumeva podelu na prirodne i veštačke izvore. Tu spada polen biljaka, prašina nošena vetrom, vulkanske erupcije i šumski požari uzrokovani prirodnim zagrevanjem. U veštačke izvore zagađenja vazduha spadaju transportna vozila, industrijska postrojenja, energetska postrojenja, komunalni izvori zagađenja itd.



47

Na osnovu broja izvora i prostorne raspodele izvori mogu biti pojedinačni ili tačkasti (koji mogu biti statički ili mobilni), zatim grupa izvora (takođe mogu biti pojedinačni ili mobilni) i linijski izvori. Tačkasti izvori su karakteristika emisije polutanata iz industrijskih postrojenja, kao i procesa sagorevanja goriva. Grupu izvora, odnosno izvornu oblast predstavljaju gradska područja na kojima se odvija drumski saobraćaj, kao i oblasti iz kojih se vrši iskopavanje goriva, koje predstavljaju oblasti emisije čvrstih čestica i prašine. U ovu kategoriju takođe spadaju gubici pri industrijskim procesima, kao i deponije čvrstog otpada.

Linijske izvore zagađenja vazduha predstavljaju autoputevi sa visokom frekvencijom saobraćanja vozila i granične linije nekontrolisanih šumskih požara.

Prema tipu emisije izvori se dele na emitere čestica i emitere gasova. U realnim izvorima ovako stroga podela se zapravo ne može napraviti budući da su emiteri najčešće kombinovani, odnosno emituju i gasove i čestice. � Primarni i sekundarni polutanti vazduha

Podela polutanata vazduha je podela na primarne i sekundarne. Primarni polutanti

su takvi polutanti koji se nalaze u istoj formi u atmosferi kao i u izvoru zagađenja. Primeri primarnih zagađivača vazduha su ugljen-monoksid i sumpor-dioksid.

Sekundarni polutanti se formiraju u samoj atmosferi kao rezultat hidrolize, oksidacije i fotohemijske oksidacije primarnih polutanata.

Sa stanovišta menadžmenta kvaliteta vazduha glavna strategija je usmerena ka kontroli primarnih zagađivača vazduha. Budući da sekundarni polutanti nastaju reakcijama u atmosferi primarnih polutanata, ovo je ujedno i način kontrole sekundarnih polutanata.

� Emisioni faktori

Prilikom procene nivoa kvaliteta vazduha u nekoj oblasti, inženjer zaštite životne

sredine mora raspolagati tačnim podacima o količini i karakteristikama emisije svih izvora koji doprinose zagađenju vazduha. Jedan način za identifikaciju vrste i procene količine emisije je korišćenje tzv. emisionih faktora. Emisioni faktor je prosečna količina polutanta koji se emituje u nekom procesu, kao što je sagorevanje ili industrijska proizvodnja, podeljena sa stepenom aktivnosti. Emisioni faktori zavise od niza faktora kao sto su proizvodni kapaciteti, količina sagorelog goriva ili kilometara koje je vozilo kao zagađivač prešlo.

� Ukupna emisija

Ukupna emisija predstavlja skup svih količina polutanata vazduha, koji se emituju u atmosferu iz svih izvora u posmatranoj oblasti za dati interval vremena. Ona je važan faktor u menadžmentu kvaliteta vazduha, odnosno u planiranju mera zaštite životne sredine. Dobro određena ukupna emisija obezbeđuje informacije o izvorima koji su uzeti u obzir, kao i njihove lokacije. � Efekti aerozagađenja

Efekti zagađenja vazduha u nekoj oblasti mogu imati uticaj na ljude, životinje, biljke materijale i klimatske promene u oblasti u kojoj postoji zagađenje vazduha. Potencijalni efekti zagađenja vazduha mogu se klasifikovati na osnovu različitih



48

kriterijuma. Prvi način jeste da se odredi vrsta efekta i identifikuje potencijalni polutant u vazduhu koji može prouzrokovati taj efekat. Drugi pristup je da se odabere pojedinačni polutant, kao naprimer sumpor-dioksid, te da se njemu pridruže svi potencijalni efekti koje on može izazvati. Ovi potencijalni efekti mogu biti uticaj na zdravlje, ekonomski gubici, uticaj na radnu sposobnost ili raspoloženje čoveka, kao i "estetski" u smislu gubitka prozirnosti atmosfere ili pojave mirisa koji se mogu osetiti. Gubitak prozirnosti atmosfere može nastati usled zagađenja atmosfere čvrstim česticama ili pak usled pojave smoga. Prisustvo neprjatnih mirisa u atmosferi može biti posledica postojanja niza polutanata u atmosferi i to pretežno onih koji su u gasovitom stanju. Primeri zagađujučih supstanci koje imaju neprijatan miris jesu sumpor-vodonik, amonijak i merkaptani. � Ekonomski gubici

Ekonomski gubici nastaju kao rezultat zaprljivanja, oštećavanja vegetacije,

ugrožavanje stočnog fonda i propadanja materijala koji su izloženi zagađenju. Zaprljivanje predstavlja uopšteno povećanje nečistoće u životnoj sredini, koje

dovodi do potrebe za češćim čišćenjem. Kao primer može se navesti češće pranje odeće, češće pranje automobila, kao i potreba za češćim krečenjem i farbanjem stambenih objekata i unutrašnjih prostorija. Zaprljivanje je uvek posledica postojanja čestica koje se talože na objektima ili pak postojanja prašine u atmosferi.

Primeri oštećenja vegetacije su brojni i oni obuhvataju oštećenja useva, kao i oštećenja biljakakoje se nalaze na javnim površinama. Većina oštećenja vegetacije potiče od izloženosti biljaka gasovitim zagađivačima, posebno sumpornim i azotnim oksidima. Oksidanti koji se u atmosferi formiraju putem fotohemijski indukovanih reakcija, takođe mogu oštetiti vegetaciju. Neka istraživanja ukazuju na negativan uticaj čvrstih čestica, koje se talože na biljkama. Pretpostavlja se da ove člestice sprečavaju normalno odvijanje pojedinih funkcija biljaka, kao što su fotosinteza, disanje i odavanje vode. Primer ovakvog ugrožavanja biljaka može se videti u okolini cementara, koje emituju veliku količinu čvrstih čestica u atmosferu, koje se onda talože na okolnom području, uključujući i biljke.

Propadanje materijala izloženihatmosferskom zagađenju uključuje koroziju metala, ispiranje stena, promena boje materijala, ubrzano propadanje i pucanje gume i propadanje svih vrsta tkanina. Sumpor-dioksid ubrzava koroziju metala, što implicira potrebu za češćim farbanjem metalnih struktura i mostova. Ispiranje i propadanje stena je posledica padanja kiselih kiša. Kisele kiše u svom sastavu imaju sumpornu, ugljenu ili azotnu kiselinu, koje svojim delovanjem na stenje dovode do oštećenja građevina i spomenika.

� Uticaj aerozagađenja na zdravlje čoveka

Uticaj aerozagađenja na zdravlje čoveka obuhvata niz efekata od uticaja na

raspoloženje i radnu sposobnost do ozbiljnih oštećenja ljudskog organizma. Najmanje opasan, ali ipak značajan uticaj aerozagađenja na čoveka manifestuje

se kao iritacija očiju ili iritacija respiratornog sistema. Uticaj na respiratorni sistem se najdrastičnije manifestuje kod osoba koje imaju astmu, bronhitis ili probleme sa sinusima. Sve ove negativne manifestacije najčešće su posledica delovanja oksidanata, azotnih oksida i čestica u atmosferi. Efekti na zdravkje mogu biti akutni ili hronični u zavisnosti od vremana izlaganja. Akutni problemi se javljaju prilikom akcidentalne emisije polutanata u atmosferu. Smrtni slučajevi ili trajna oboljnje usled



49

izlaganja ovakvim, sporadičnim i kratkotrajnim delovanjima polutanata u atmosferi zabeleženi su samo u slučajevima kada je u datim oblastima postojala visoka koncentracija emitovanih polutanata, dugotrajna (tri do šest dana) temperaturna inverzija i veoma niska atmosferska disperzija.

Dugoročno izlaganje niskim koncentracijama polutanata uzrokuju pojavu hroničnih respiratornih i kardiovaskularnih oboljenja, promena u funkcionisanju respiratornog sistema u smislu mogućnosti uzimanja i transporta kiseonika. U ovu vrstu poremećaja spadaju i trajna oštećenja organa za disanje, ždrela i očiju, kao i pogoršanje sa letalnom posledicama već postojećih oboljenje, kao što je npr. astma. � Makro efekti zagađenja vazduha

Makro efekti zagađenja vazduha predstavljaju takve posledice zagađenja atmosfere koja se manifestuju na velikim geografskim područjima, od regionalnih dc globalnih efekata. Primeri ovakvih efekata su pojava kiselih kiša, oštećenje ozonskog omotača i globalno zagrevanje. � Efekti kiselih kiša

Kisele kiše uzrokuju mnoge efekte kako u terestrijalnim tako i u akvatičnim ekosistemima. Takođe, kisele kiše, kao i ostaci kiselih kiša nakon isparavanja, mogu uticati na materijale, pa čak i na ljudsko zdravlje.

Efekti u terestrijalnim ekosistemima uključuju oštećenja listova biljaka, gubitak hranljivih materija iz biljnih organa, smanjenje otpornosti prema bakterijama, ubrzavanje erozije voska sa površine listova, smanjen stepen raspadanja biljnih ostataka, smanjenje formiranja pupoljaka, povećanje propadanja semena i akumulaciju teških metala. Oštećenja vegetacije i zemljišta koje se odnose na ratarstvo su: povećanje kiselosti zemljišta, uklanjanje kalcijuma, smanjenje rasta drveća, redukcija kvantiteta i kvaliteta prinosa, eliminacija korisnih mikroorganizama iz zemljišta itd.

Veoma značajan efekat, koji je kao takav predmet velikog broja istraživanja, jeste uticaj kiselih kiša na šume. Pokazano je da se u oblastima gde postoji značajno zagađenje vazduha dolazi do redukcije rasta šumskog drveća. Ovo je dovelo do potrebe za ispitivanjem mehanizama i brzine rasta šuma, kao i uticaja polutanata u vazduhu i njihovih produkata na šumske oblasti. Ovaj problem je dosta složen, ako se uzme u obzir da efekti aerozagađenja na šume mogu biti direktni, ali i indirektni putem različitih procesa u zemljištu. Ako se ovome doda i kompleksna hemijska priroda kombinovanog delovanja više polutanata jasno sledi da je pitanje uticaja kiselih kiša na šume veoma komplikovano, što implicira multidisciplinarnost problema i potrebu za angažovanjem timova istraživača različitih profila.

Kisele kiše mogu uticati na zemljište u smislu menjanja hemijskih procesa koji se u zemljištu prirodno dešavaju, zatim na procese upijanja vode, kao i mikrobiološke procese u zemljištu. Bitno je zapaziti da različite vrste zemljišta pokazuju i različite stepene osetljivosti na efekte koje mogu prouzrokovati kisele kiše. Mikroorganizmi, kao i procesi u kojima učestvuju mikroorganizmi mogu biti značajno izmenjeni zbog uticaja kiselih kiša. To podrazumeva promene u broju i aktivnosti bakterija, promene u ciklusima minerala i hranljivih materija, kao i promene u procesima razgradnje organske materije.



50

Budući da kiše dospevaju i do podzemnih voda jasno je da kisele kiše nakon prolaska kroz zemljište mogu dospeti i do podzemnih voda i na taj način uticati i na ovaj sistem.

Kisele kiše mogu uzrokovati veliki broj uočljivih, kao i teško uočljivih efekata na akvatične ekosisteme, u smislu promena u hemijskim procesima u vodi, kao i uticaja na akvatičnu floru i faunu. Jedan razlog za promene u površinskim vodama jeste ispiranje metala iz rečnih i jezerskih sedimenata. Slično kao kod zemljišta, budući da površinske vode imaju različite lokalne hemijske procese, kao i različite sedimente, tj. različit sastav rečnih korita i jezerskih dna, neke površinske vode su manje osetljive na promene od drugih. Kisele kiše utiču i na mikrorazgrađivače u vodi, kao i na ribe i ostale vodene životinje.

Kisele kiše mogu uticati na materijale i građevine, kao što su metalne konstrukcije, zgrade,zatim na zaštitne i dekorativne boje i spomenike. Dokazano je da kisele kiše koje nastaju zbog prisustva sumpor-dioksida imaju negativan uticaj na čelik, galvanizirani čelik, niklovan čelik, bakar, aluminijum kao i čelik premazan zaštitnom farbom protiv korozije. Pokazano je da je stepen korozije materijala veći u urbanim nego u ruralnim sredinama, što je posledica veće koncentracije sumpornih polutanata u atmosferi. � Ozon kao problem u životnoj sredini Ozon je gas koji je toksičan za čoveka već pri koncentracijama od 1ppm u

vazduhu. Postoje dve vrste problema u životnoj sredini koje su direktno vezane za ozon i oni se javljaju u različitim delovima atmosfere: 1. Povećanje koncentracije ozona u nižim slojevima atmosfere. 2. Uništavaje ozonskog sloja u stratosferi.

Pojava povećane koncentracije ozona u niskim slojevima atmosfere, posledica je

aerozagađenja, uglavnom iz industrijskih postrojenja i motornih vozila. Ispuštanje azotnih oksida i sumpor-dioksida u niže slojeve atmosfere, dovodi do pojave foto-indukovanih reakcija, koje daju niz produkata, od kojih je najopasniji ozon. Ozon je najopasniji polutant za vreme toplih leta, posebno u velikim gradovima ili industrijskim oblastima, gde živi i radi veliki broj ljudi. Neki naučnici predviđaju da bi koncentracija ozona u niskim slojevima atmosfere

mogla da poraste za 100% u narednih 100 godina. Ovo bi moglo da uzrokuje pojavu efekta staklene bašte, u osnovi istog kao što je efekat koji uzrokuje ugljen-dioksid, koji apsorbuje Sunčevu svetlost, deluje kao termalni omotač oko Zemlje i uzrokuje zagrevanje Zemljine površine. Ozon utiče na promenu temperature, usporava rast biljaka i dovodi do korozije

određenih vrsta metala. On takođe negativno utiče na zdravlje ljudi, uzrokujući niz respiratornih tegoba. Ozon se u niskim delovima atmosfere obično nalazi u okviru smoga, koji se javlja

za vreme toplog i suvog vremena, kada se događa »zarobljavanje« polutanata iz motornih vozila i industrijskih postrojenja, usled mirovanja vazduha. Odatle proističe da je jedan od načina kontrole ozonskog smoga smanjenje emisije gasova koji su polutanti vazduha, posebno azotnih oksida. Drugi problem u životnoj sredini koji je vezan za ozon odnosi se na propadanje

ozonskog omotača Zemlje odnosno formiranje ozonsih rupa.



51

U stratosferi, na visini između 20km i 25km nalazi se ozonski sloj, u kome se nalazi prirodno akumulirani ozon. Ozon (O3) se stalno formira, raspada i ponovo formira na visinama od oko 40km, spušta se na visinu od 20km-25km i tu se zadržava. Ozon je vrlo rektivan gas koji se formira kada se stabilan molekuk O2 rascepi pod

dejstvom ultravioletnog zračenja ili električnog pražnjenja. Ozonski omotač nije uniformne debljine i njegova gustina varira. Njegova gustina je najmanja na ekvatoru, a najveća na velikim geografskim širinama, iznad 50°C severne i južne geografske širine. Stanje ozonskog omotača takođe se menja i tokom godine. Najviše ozona se nagomilava u proleće i to iznad polarnih oblasti. Određenje hemijske supstance uništavaju ozonski omotač. To su uglavnom

supstance, koje sadrže hlor i brom, jer se ova dva elementa mogu dugo neizmenjeni zadržavati u stratosferi. Najpoznatija ovakva supstanca je CFC, a tu spadaju i haloni, koji se koriste u aparatima za gašenje požara, metil-hloroform i ugljenik-tetrahlorid, pesticid metil-bromid i dr. Tzv. ozonske rupe predstavljaju zapravo značajno istanjivanje ozonskog omotača,

odnosno smanjenje koncentracije ozona. Ozonska rupa koja je otkrivena iznad Antartika 1985. imala je tada koncentraciju ozona za 40% manju od normalne koncentracije u tom području. Ozonske rupe imaju veliki uticaj na zdravlje čoveka, posebno na kožu i oči.

Ultravioletno zračenje, koje se inače najvećim delom apsorbuje u ozonu, kroz ozonske rupe dolazi do ljudske kože i može uzrokovati niz promena, od opekotina i ubrzanog starenja kože, do uzrokovanja karcinoma.

� Globalno zagrevanje Zemljina atmosfera prirodno funkcioniše kao staklena bašta. Ova pojava je

posledica različite talasne dužine zračenja koje se apsorbuje i koje potiče od Sunca i ezračenja koje odaje Zemlja. To omogućava postojanje optimalne temperature za život na Zemlji, odnosno zadržavanje potrebne količine toplote za funkcionisanje sistema u okviru životne sredine.

Pojava koja se naziva globalno zagrevanje predstavlja narušavanje prirodne ravnoteže i zadržavanje veće količine toplote u Zemljinoj atmosferi, što za posledicu



52

ima povećanje prosečne temperature na Zemlji. Uzrok ovoj pojavi su različiti gasovi, koji imaju sposobnost propuštanja talasnih dužina koje dolaze na Zemlju sa Sunca i zadržavanja zračenja koje se emituje sa Zemlje. Ovakvi gasovi su:

1. Ugljen-dioksid (CO2) 2. Metan (CH4) 3. Azotni oksidi 4. CFC

Naučnici smatraju da udvostručavanje koncentracije ugljen-dioksida dovodi do

povećanja prosečne temperature na Zemlji od 1.5°C do 4.5°C i da će se dalje povećanje temperature više osetiti na kopnu nego na okeanu. To će dalje dovesti do topljenja glečera i delova oblasti večitog leda, što će uzrokovati povećanje nivoa mora.

Web (o problemu ozonskih rupa): www.unep.org/ozone/ faq-science.shtml (o globalnom zagrevanju): http://yosemite.epa.gov/oar/globalwarming.nsf/content/ClimateFutureClimate.html



53

Sledeća poglavlja preuzeta su iz knjige:

Dragan A. Marković, Šimon A. Đarmati, Ivan A. Gržetić, Dragan S. Veselinović

"FIZIČKOHEMIJSKI OSNOVI ZAŠTITE ŽIVOTNE SREDINE"

Knjiga II

"IZVORI ZAGAĐIVANJA POSLEDICE I ZAŠTITA"

Univerzitet u Beogradu



54

ZAŠTITA OD ZAGAĐIVANJA

Ne može biti tolerisano zagađivanje koje, kratkoročno ili dugoročno, predstavlja opasnost po zdravlje ljudi ili izaziva nepovoljne promene u životnoj sredini. Opšti cilj je da se spreči ili smanji, i u krajnjem slučaju ukloni, svako zagađivanje koje ima negativno dejstvo na sredinu. Sprečavanje ispuštanja nepoželjnih materija najbolje je ostvariti celovitim planiranjem procesa i kontrolom u proizvodnji i u ponašanju, što treba da bude prvi stepen u svakom programu zaštite životne sredine. U oblasti industrije pažljivim planiranjem i izradom postrojenja, izborom sirovina i opreme, primenom savremenih tehnoloških rešenja i propisane procedure u proizvodnji, kao i odgovarajućim načinom odlaganja sirovina, proizvoda i otpada mogu se postići očekivani rezultati. Kod starijih postrojenja, gde nije moguće sprovesti navedene mere, alternative su: izmena tehnološkog procesa, izmeštanje ili zatvaranje pogona. U svakom slučaju neophodan cilj je da ispuštanje zagađujućih supstancija u odnosu na koncentraciju i masu mora biti smanjeno do praktično najmanjeg mogućeg stepena.

Razvijene zemlje sveta, pre svih SAD i Japan, postigle su takav stepen industrijskog razvoja i takvu ekonomsku moć, da sada kao primarni zadatak ističu ekološke probleme. Standardi iz oblasti zaštite životne sredine koje su te zemlje uvele u praksu, sprečavaju izgradnju nepodobne industrije na njihovim vlastitim teritorijama. Za postojeće industrijske i druge aktivnosti uveli su striktna ograničenja, pa zato nije neočekivano što trend u ispuštanju osnovnih zagađujućih supstancija u tim zemljama opada. Međutim, u zemljama u razvoju emisija se još uvek povećava.

Kada se razmatraju posledice delovanja različitih hemijskih agenasa onda posebna pažnja mora da bude posvećena onim supstancijama koje dovode do pojave kiselih kiša, nastanka efekta staklene bašte, razaranja ozonskog omotača i nastanka oksidanasa u troposferi, jer su posledice veoma ozbiljne po celu planetu Zemlju.

Smanjivanje zagađivanja, tj. unošenja zagađujućih supstancija u životnu sredinu može da se postigne na više načina, od kojih su tri osnovna:

1. Izmene u procesu proizvodnje, koje dovode do nastajanja znatno manjih količina zagađujućih supstancija ili potpunog prestanka njihovog stvaranja.

2. Razgradnja ili izdvajanje štetnih supstancija iz efluenata. 3. Odlaganje nepotrebnih materijala na posebno određena mesta deponije.



55

ZAŠTITA VODE OD ZAGAĐIVANJA

Zaštita voda od zagađivanja može se ostvariti na dva osnovna načina. Jedan je da se u prirodne vode ne ispuštaju otpadne vode sa zagađujućim supstancijama, a drugi je prečišćavanje otpadnih voda, kao i uklanjanje zagađujućih supstancija iz atmosferskog vazduha i pravilno odlaganje otpadnog materijala čime se sprečava zagađivanje vode koja je u kontaktu sa atmosferom i zemljištem.

� Sistem zatvorenih ciklusa voda

Ideja o proizvodnji bez otpadnih voda ostvaruje se pomoću sistema zatvorenih ciklusa vode, tako da nema ispuštanja otpadnih voda u površinske vode i druge vodene recipijente. Oni se zasnivaju na tome da se u procesu proizvodnje uvek nalazi ista količina vode, koja se prečišćava u onoj meri koliko je potrebno za odgovarajući proizvodni proces, u koji se ponovo vraća. Svežom vodom se vrši samo nadoknađivanje one količine vode koja se u procesu proizvodnje izgubi, najčešće zbog isparavanja ili potrošnje pri ugrađivanju u produkte proizvodnje. Pored zagađenja vode raznim zagađujućim supstancijama ovim zatvorenim ciklusom obuhvaćene su i toplotno (termički) zagađene vode. � Prečišćavanje otpadnih voda

Danas postoji znatan broj metoda i postupaka za prečišćavanje otpadnih voda. Koje će od ovih metoda biti primenjene zavisi od niza činjenica. Prvi je vrsta zagađujućih supstancija i stepen zagađenja. Drugi je kvalitet prečišćene vode, tačnije rečeno stepen zagađenja koji se može dozvoliti kada se voda ispušta u prirodni vodotok ili jezero. Ove dozvoljene koncentracije zagađujućih supstancija u prečišćenoj vodi zavise od kapaciteta prirodne vode ( reke ili jezera ), tj. od mase zagađujućih agenasa koju voda u prirodi može da primi, a da ne dođe do posledica koje bi uticale na organizme koji žive u njoj, na tlo sa kojim je voda u kontaktu i na čoveka. Kapacitet vodotoka ili jezera je takođe veličina zavisna od niza činilaca. Prvi od njih je količina prirodne vode, tj. zapremina vode u jezeru, odnosno protok vode u reci. Od ovih veličina zavisi do kog stepena će se razblažiti zagađujući agensi iz otpadne vode kada budu ispuštani u reku ili jezero. Ako su masa vode u jezeru ili protok vode u reci veliki, usled razblaženja, koncentracija zagađujućih agenasa u njima može zbog toga da bude ispod dozvoljene granice. Kada su ove mase prirodnih voda manje ne postiže se potrebno razblaženje. U ovom poslednjem slučaju otpadne vode moraju da imaju veći stepen prečišćavanja. Na primer, u odnosu na masu vode i protok Dunava i Kolubare, znatno veći stepen prečišćavanja mora da ima voda koja se ispušta u Kolubaru nego ona koja se ispušta u Dunav. Pri ovome mora da se vodi računa i o sledećem. U jednu reku uliva se niz drugih reka, rečica, potoka i sl. Ako su vode ovih pritoka prirodno čiste onda otpadna voda koja se unosi u reku ispod ušća pritoka može da ima odgovarajući sadržaj zagađujućih agenasa srazmeran njihovom razblaživanju po prispeću u reku. Međutim, kada pritoke već sadrže u sebi zagađujuće supstancije onda se nizvodno od njihovog ušća dozvoljava ulivanje otpadne vode koja ima manji sadržaj zagađujućih agenasa nego u predhodnom slučaju. Pri svemu tome vodi se računa da količina zagađujućih supstancija koje se unose u reku, odnosno pritoke, sa otpadnim vodama, ne daje u reci sadržaj iznad maksimalno dozvoljene koncentracije. Iz tog razloga stepen prečišćavanja otpadne vode nastale pri proizvodnji nekog produkta nije konstantna veličina. On zavisi od osobina i količine prirodne vode u koju se otpadna



56

voda unosi. Drugi činilac koji može da utiče na dozvoljen sadržaj zagađujućih agenasa u otpadnim vodama pred njihovo ispuštanje u vodotok je sposobnost samoprečišćavanja prirodne vode. � Prirodno prečišćavanje otpadnih voda

Prirodno prečišćavanje otpadnih voda, ili samoprečišćavanje, predstavlja skup niza procesa koji dovode do umanjenja sadržaja zagađujućih agenasa u vodi. Ovi procesi se obavljaju spontano. Proces samoprečišćavanja se odvija u samoj prirodnoj vodi pod uticajem različitih činilaca (fizičkih, hemijskih, bioloških), usled čega dolazi do transformacije zagađujućih supstancija u druge oblike koji ne deluju štetno na žive organizme. Kao rezultat odvijanja ovih procesa, jedanput zagađena voda moći će da se regeneriše posle dužeg ili kraćeg vremena. Međutim, ako se voda u prirodi neprekidno zagađuje dolazi postupno do trajnih izmena u sastavu vode, koritu, flori i fauni koje se teško ili skoro nikako ne mogu ukloniti.

Sposobnost samoprečišćavanja ne mora da bude jednaka za sve vode u prirodi. Prema tome, dve reke sa istim masama vode pri istim protocima mogu da imaju različite sposobnosti samoprečišćavanja. Očigledno je da reka sa veoma izraženom sposobnošću samoprečišćavanja može da primi veće količine otpadnih voda nego neka druga. Prema tome, pri utvrđivanju sadržaja zagađujućih supstancija u otpadnim vodama mora se voditi računa i o ovoj veličini. Zagađujuće supstancije koje se nalaze u prirodnim vodama mogu da budu zadržane na dnu rečnog korita, odnosno u tlu u koje prodire rečna, ili jezerska voda. U kojoj meri će pojedina supstancija na ovaj način biti zadržana zavisi od sastava tla kroz koji se kreće reka, sastava mulja u koritu reke i sastava supstancija koje se nalaze u vodi. Usled ovoga može da se dogodi da se u rečnom mulju nagomilavaju zagađujuće supstancije dok se te iste supstancije u drugoj reci neće nagomilavati, ili će se to dešavati u znatno manjoj meri. Čak i u slučaju da je koncentracija neke zagađujuće supstancije u vodi daleko ispod dozvoljene granice, njen sadržaj u mulju na dnu rečnog korita može vremenom da se znatno poveća iznad dozvoljene količine.

Iz ovih primera može da se zaključi da je određivanje dozvoljenog sadržaja zagađujućih supstancija u otpadnim vodama koje se ispuštaju u reku zavisno od niza činilaca. Takođe je bitno da se dozvoljeni sadržaj zagađujuće supstancije u otpadnoj vodi, utvrđen pri ispuštanju otpadne vode u jedan vodotok, ne sme primenjivati u slučaju kada se otpadna voda ispušta u drugi vodotok. Iz ovoga proizilazi da se i stepen prečišćavanja otpadnih voda mora da utvrdi za svaki pojedinačni slučaj.

Izuzetak od ovoga što je do sada izneto je slučaj kada je otpadna voda prečišćena u tolikoj meri da se bez bojazni može ispustiti i u najmanju rečicu sa najnepovoljnijom sposobnošću samoprečišćavanja i drugim nepogodnim osobinama. Međutim, u ovim slučajevima mora da se uzme u obzir i ekonomska strana, tj. cena koštanja prečišćavanja otpadne vode. Naime, nije opravdano trošiti materije i sredstva da bi se voda prečišćavala više nego što je potrebno.

Procesi samoprečišćavanja su međusobno vezani. I pored toga mogu se svrstati u dve osnovne grupe. Jednu grupu sačinjavaju biološki procesi, koji se odvijaju dejstvom organizama koji žive u vodi, a druga grupa obuhvata ostale fizičkohemijske i hemijske procese.

Pod biološkim procesima mogu se obuhvatiti svi oni procesi pri kojima organizmi koji žive u vodi uklanjaju supstancije ili materijale iz vode koristeći ih u procesu svoje ishrane. Ove supstancije mogu biti organske i neorganske. Tako, na primer, ribe koriste za ishranu razne otpatke hrane, mesa, hleba, itd. čime se sprečava njihovo raspadanje



57

drugim putevima, koji bi dali i produkte toksične i za ribe. Vodeno bilje za ishranu koristi fosfate i azotna jedinjenja, čime se takođe smanjuje njihova koncentracija u EODI. Razni mikroorganizmi, koji igraju veoma važnu ulogu u procesu samoprečišćavanja, troše čitav niz različitih supstancija za ishranu kao što su već pomenuti ostaci životnih namirnica, izlučevine organizama, ostaci biljnih organizama, celulozni materijali, zatim niz organskih jedinjenja (ugljovodonici, jedinjenja azota, sumpora, itd.). Procesi pod dejstvom mikroorganizama dele se na aerobne i anaerobne. Prvi procesi obično kao produkte daju neškodljive supstancije dok drugi dovode do građenja i škodljivih jedinjenja, H2S i dr., ili inertnih, kao na primer metan.

Aerobni procesi razgradnje organskih jedinjenja zahtevaju utrošak kiseonika koji je srazmeran količini organskih materija u vodi. Odvijanjem ovih procesa smanjuje se količina kiseonika u vodi, što se odražava na postepeno gušenje, a zatim izumiranje, organizama kojima je on potreban. Smanjenje kiseonika u vodi stvara anaerobne uslove, koji sada dovode do odvijanja anaerobnih procesa, koji još više degradiraju vodu.

Drugi, fizičkohemijski i hemijski procesi koji se događaju u prirodnoj vodi su oni koji imaju i dodatne efekte ne samo na zagađenje vode nego i na zagađenje korita i tla, mada dovode do prečišćavanja same vode. Prvi proces je oksidacija agenasa u vodi koja dovodi do osiromašenja sadržaja kiseonika u vodi. Drugi je proces hidroliza čiji produkti mogu da budu neškodljive supstancije, što je u većini slučajeva, ali mogu da dovedu i do građenja toksičnijih produkata. Pored toga hidroliza jona metala koja dovodi do građenja teškorastvornih hidroksida dovodi do smanjenja koncentracije ovih elemenata u vodi, a do povećanja koncentracije u mulju. Nakon sprečavanja zagađenja vode, prečišćavanjem otpadnih voda, doći će do njihovog rastvaranja i prelaženja u vodu, čime se u toku dugog vremena održava određen stepen zagađenja vode. Procesi sorpcije na zrncima čvrstog materijala različitih supstancija takođe doprinose smanjenju zagađenja vode. Taloženjem ovih zrnaca takođe dolazi do povećanja sadržaja zagađujućih supstancija u mulju. Međutim, deo ovih supstancija, naročito ako su organskog porekla, može biti putem aerobnih ili anaerobnih procesa razgrađen, usled čega će se vremenom njihov sadržaj smanjivati. To nije slučaj sa nerazgradljivim koje će se akumulirati stvarajući na taj način sekundarni izvor zagađenja. Pored sorpcije, kada se radi o elektrolitima, može doći do procesa jonske izmene pri čemu neorganski materijali, soli i minerali, imaju ulogu izmenjivača jona, kao na primer neki alumosilikatni minerali. Prisutne kiseline u vodi se vremenom neutrališu zbog reakcije sa karbonatnim jedinjenjima rastvorenim u vodi ili sa čvrstim supstancijama što dovodi do povećanja tvrdoće vode. Alkalije u vodi se takođe vremenom neutrališu, pri čemu se deo neutrališe reakcijom sa CO2 rastvorenim u vodi, gradeći karbonate i bikarbonate, a deo će se utrošiti na procese hidrolize ili građenje teškorastvornih hidroksida.

Međutim, supstancije koje dospeju u prirodnu vodu mogu povećati rastvaranje čvrstih supstancija, stena, u koritu ili obale koja je u kontaktu sa vodom. Usled ovog rastvaranja povećava se sadržaj materija u prirodnoj vodi.

Na osnovu navedenog, može se zaključiti da procesi samoprečišćavanja prirodne vode dovode do smanjenja sadržaja zagađujućih supstancija u vodi. Svakako da biološki procesi samoprečišćavanja imaju najveći značaj, jer su produkti ovog procesa u najvećem broju slučajeva voda, CO2 i jedinjenja azota odnosno neke druge supstancije koje se i inače nalaze u prirodnoj nezagađenoj vodi. Fizičkohemijski i hemijski procesi međutim, ne deluju tako radikalno. U određenoj meri ovi procesi predstavljaju kariku ili prethodni stepen biološke razgradnje, pri čemu iz biološki nerazgradljivog jedinjenja, njegovom hemijskom oksidacijom ili hidrolizom, nastaje biološki razgradljivo jedinjenje. Ostali procesi svode se na deponovanje zagađujućih supstancija



58

bilo u mulju korita bilo u tlu. Mada su oni prevedeni ovim procesima u stabilnija jedinjenja ipak posle dovoljne akumulacije oni će postepeno da zadržane supstancije vraćaju u vodu, odnosno biće stalan izvor zagađenja vode. � Sakupljanje i obrada otpadnih voda

Veliki broj različitih industrijskih postrojenja i komunalnih objekata daje otpadne vode zagađene raznovrsnim organskim i neorganskim supstancijama. Već kod sakupljanja otpadnih voda mora da se vodi računa o cevovodima: da li su otporni na eventualne organske ili neorganske agense, da li odgovaraju svojim kapacitetima i da li se kroz njih može efikasno odvoditi sav otpad koji voda sa sobom nosi. To znači da je projektovanje sistema za sakupljanje otpadnih voda iz industrije ili komunalnih izvora bitna komponenta da se otpadne vode efikasno sakupe, a potom i prerade. � Metode, postupci i uređaji za prečišćavanje otpadnih voda

Metode na kojima se zasnivaju prečišćavanja otpadnih voda mogu se podeliti na: 1. Mehaničke, 2. Fizičkohemijske, 3. Hemijske, 4. Biološke (mikrobiološke).

Naravno, proces prečišćavanja otpadnih voda je složen i u većini slučajeva zahteva korišćenje više uzastopnih postupaka. Koje će metode u ovim postupcima biti primenjene i kojim redosledom, zavisi od toga koje zagađujuće supstancije sadrži otpadna voda kao i u kom stepenu one treba da budu uklonjene. Iz tog razloga proces prečišćavanja otpadne vode može se podeliti na :

1. Primarno prečišćavanje, 2. Sekundarno prečišćavanje, 3. Tercijarno prečišćavanje, pri čemu sa svakim stepenom prečišćavanja raste kvalitet

prečišćene vode. Pri prečišćavanju otpadnih voda koristi se niz postupaka i uređaja za prečišćavanje.

Ne ulazeći u tehničke detalje, u daljem tekstu dat je opis postupaka i uređaja za prečišćavanje otpadnih voda koji se najčešće primenjuju pri mehaničkim, fizičkohemijskim, hemijskim, biološkim (mikrobiološkim) i termičkim metodama prečišćavanja. � Mehaničke metode prečišćavanja otpadnih voda � Mešanje otpadne vode

Na ulaz u sistem za prečišćavanje, otpadna voda može da dolazi iz više izvora. Ujednačavanje sastava otpadne vode vrši se njenim mešanjem. Pored toga ako iz jednog izvora dolazi npr. alkalna voda, a iz drugog voda koja ima višak kiseline njihovim mešanjem se postiže delimična neutralizacija, što u kasnijim postupcima smanjuje utrošak hemikalija za neutralizaciju.



59

Mešanje se vrši na taj način što se otpadne vode ulivaju u kadu u koju su postavljene cevi za produvavanje vazduha. Mehuri vazduha mešaju tečnost i homogenizuju je. Sem ovog načina postoji i niz drugih rešenja za homogenizovanje otpadnih voda. � Grubo ceđenje

Ovim postupkom se iz otpadnih voda uklanjaju prvenstveno otpaci materijala kao što su npr.: komadi drveta, komadi kože, ostaci konzervi i druge ambalaže i sl. Za ovo proceđivanje obično se koristi metalna rešetka napravljena od vertikalno poređanih šipki na međusobnom rastojanju od 15-20 mm. Rešetka može da bude nagnuta pod uglom od 60°. Radi uklanjanja zadržanih otpadaka između šipki rešetke kreću se zupci mehaničke grabulje koju pokreće elektromotor. (slika 1.)

Slika 1. Skica vertikalne rešetke za grubo ceđenje vode:

1-Rešetka; 2-Motor; 3-Grabulje Kretanje se vrši odozdo naviše pri čemu ova grabulja odnosi otpatke zadržane na

rešetki i odbacuje ih u stranu. Ovi otpaci se zatim odnose pa ili kao sekundarna sirovina idu na dalju preradu, ili se odnose na skladište čvrstih otpadnih materijala, nakon odgovarajuće obrade. Grubo ceđenje se vrši obično pre daljeg prečišćavanja otpadnih voda iz naselja kao i pre dalje obrade industrijskih otpadnih voda, ako se ovakva vrsta otpadaka javlja u njima. Glavni cilj grubog ceđenja je sprečavanje zapušavanja otvora u ostalim uređajima za prečišćavanje. Postoje različite konstrukcije ovih rešetki ali je cilj korišćenja isti. � Uklanjanje vlakana

Postupak za uklanjanje vlakana iz otpadnih voda primenjuje se prvenstveno u tekstilnoj industriji i pri proizvodnji celuloze i papira. Skica jednog od uređaja koji se koristi za uklanjanje vlakana iz otpadnih voda tekstilne industrije data je na slici 2. Otpadna voda dolazi kroz cev za ulaz vode (1) u doboš (2). Iz doboša se u tankom sloju raspoređuje na disk (3), koji vibrira i polako se okreće. Voda polako curi niz disk ka njegovim ivicama gde se nalaze sitni otvori kroz koji prolazi u prostor za odvod prečišćene vode (5). Vlakna koja se nalaze u vodi zadržavaju se na disku. Stvoreni sloj vlakana sa diska skida se nožem za skidanje i prebacuje na pokretnu traku, koja ih odnosi na dalju bradu. Dimenzije diska su oko 2m u prečniku.



60

Slika 2. Skica uređaja za odstranjivanje vlakana iz otpadne vode:

1-Ulaz vode; 2-Doboš za nanošenje vode; 3-Okretni vibrirajući disk; 4-Nož za skidanje vlakana sa diska; 5-Transporter; 6-Kanal za odvođenje prečišćene vode

Drugi način, koji se primenjuje obično kod prečišćavanja otpadne vode pri

proizvodnji celuloze i papira je filtriranje otpadne vode. Pri ovom postupku u sud filtra se na rešetku stavlja sloj napravljen od vlakana celuloze (otpadnih vlakana). Sloj se obrazuje unošenjem otpadne vode koja sadrži veliku količinu vlakana. Na taj način se na mreži obrazuje filtracioni sloj, koji zadržava vlakna propuštajući vodu. Po prikupljanju dovoljne količine vlakana u ovom filtru ona se iz njega odstranjuju. � Odstranjivanje čvrstih čestica taloženjem (sedimentacijom)

Ovaj postupak se primenjuje za uklanjanje čestica nerastvornih supstancija. Princip rada ovih uređaja zasniva se na tome da se pod dejstvom gravitacije čvrste čestice, koje imaju veću gustinu od tečnosti u kojoj se nalaze, padaju na dno suda. Međutim, pored dejstva gravitacije, na čestice deluju i molekuli vode koji se neprekidno kreću. Uticaj ovog kretanja ne oseća se bitno kod čestica čije su dimenzije veće od 10-5 cm, usled čega se one relativno brzo talože na dno. Ako su čestice manje dolazi do ometanja njihovog taloženja i one mogu dosta dugo da ostanu neistaložene. Iz ovog razloga u uređajima za uklanjanje čvrstih čestica, taložnicima, vrši se odstranjivanje samo onih čestica koje imaju dimenzije veće od 10-5 cm.

Slika 3. Skica taložnika: 1-Ulaz otpadne vode; 2-Usmerivač strujanja; 3-Putanja kretanja zrnaca u taložniku; 4-Cev

za izlaz mulja

Danas postoji više vrsta taložnika. Na slici 3. data je skica jednog od njih. Voda koja kroz ulazni otvor (1) dolazi u taložnik, prolazi između zida taložnika i usmerivača strujanja (2). U tački, a na skici, neposredno iza usmerivača strujanja voda se



61

najravnomernije kreće, usled čega dolazi do mešanja vode i podizanja čestica čvrstih supstancija. Kriva a, a', a" na slici obeležava putanju kretanja zrna u taložniku od tačke a, od koje se kreće na više, do tačke a" gde je prispelo na dno - istaloženo. Za zrna koja imaju veću masu dobijaju se slične krive kretanja, ali se zrna talože na kraćem rastojanju od označene tačke a". Zrna koja imaju manju masu trebala bi da se talože iza tačke a" što ne može da se desi jer ih struja vode nosi na više, ka izlaznom otvoru. Ovakav način kretanja zrna uslovljen je načinom kretanja vode. Deo vode koja se kreće u taložniku, i u kojoj dolazi do taloženja čvrstih čestica, nalazi se u prostoru koji obuhvataju isprekidane linije. Ispod donje isprekidane linije nalazi se mulj nastao taloženjem čestica. U donjem delu taložnika između tačaka a i a' voda se kreće turbulentno, podižući čvrste čestice koje postižu najveću visinu u tački a'. U delu taložnika između tačaka a' i a" tečnost se kreće ravnomerno i laminarno. Čvrste čestice se u ovom delu kreću ka dnu pod dejstvom Zemljine teže. Kretanje je ravnomerno jer sile trenja između zrna i vode ne dozvoljavaju jednako ubrzano kretanje čestice. Istovremeno, voda se ravnomerno kreće ka izlazu, nosi sa sobom i čestice, pa se i one kreću ka izlazu vode. Slaganje ova dva kretanja daje putanju taloženja. Kako čestice veće mase lakše savlađuju sile trenja, to će se one kretati većom brzinom ka dnu, i pre će se taložiti. Lakše čestice će sporije padati i taložiće se na većem rastojanju. Čestice ispod određene mase i njoj odgovarajuće veličine zrna neće uspeti da padnu na dno do tačke a". Iza ove tačke voda počinje da struji na više ka izlaznom otvoru i odnosi sa sobom ove čestice. Konstrukcijom taložnika je određeno koje čestice će moći da se u njemu istalože. Mulj nastao taloženjem čestica odnosi se iz taložnika na različite načine: pokretnom trakom koja se nalazi na dnu taložnika, izvlačenjem kroz otvore na proširenom delu dna taložnika i dr. Mulj se odvodi na deponiju, ili ako je npr. čist pesak, koristi za određene namene. � Odstranjivanje tečnosti koje se ne mešaju sa vodom

Za razdvajanje i uklanjanje masti, ulja, nafte, smola i drugih supstancija koje se ne mešaju sa vodom koristi se praktično isti tip taložnika. U njima tečnosti koje su lakše od vode isplivaju na površinu i pomoću pogodno konstruisanog skupljača odvode iz taložnika. Odvojene tečnosti se obično dalje koriste kao sekundarne sirovine. � Odvajanje čvrstih čestica pomoću hidrociklona

Ovi uređaji za odvajanje čestica iz otpadne vode zasnivaju se na iskorišćavanju centifugalne sile koja se javlja pri kružnom kretanju vode. Skica jednog hidrociklona data je na slici 4.

Slika 4. Skica hidrociklona: 1-Cev za ulazak vode; 2-Cev za izlaz vode; 3-Cev za izlaz mulja



62

Hidrociklon sačinjava cilindrična posuda čiji je donji deo u obliku levka, sa otvorom za izlaz mulja (3). Prečišćena voda iz sredine uređaja izlazi kroz odvodnu cev (2). Otpadna voda ulazi kroz uvodnu cev (1) postavljenu tako da voda u unutrašnjosti hidrociklona nastavi da se kružno kreće. Centifugalna sila nastala kružnim kretanjem tečnosti u hidrociklonu odvlači čvrste čestice iz vode ka zidovima hidrociklona. Pod dejstvom sopstvene težine i kretanja vode čestice se postepeno spuštaju u levkasti deo u kome se nagomilavaju u vidu mulja, koji odlazi kroz cev na dnu hidrociklona (3). Najčistija voda koja se nalazi u centru hidrociklona, odlazi iz njega kroz izlaznu cev (2). Mulj iz hidrociklona odlazi na deponiju. Hidrocikloni služe za uklanjanje krupnijih čestica. � Odvajanje čestica centrifugiranjem

Za razdvajanje višefaznih smeša, kao što su suspenzije i emulzije, koriste se centrifuge. One se sastoje od rotora i odgovarajućih posuda koje su pričvršćene za osnovu rotora oko koje se okreću. Brzina obrtanja centrifuge može da se menja u širokim granicama. Sa brzinom se menja i udaljenost posude sa tečnošću od ose rotora. Ubrzanje koje se postiže u polju centrifugalne sile može da bude veće od ubrzanja Zemljine teže za nekoliko stotina, hiljada, pa čak i nekoliko stotina hiljada puta. Sem toga i vreme centrifugiranja može da se menja u širokim intervalima.

Korišćenjem centrifuga mogu da se odvoje od tečnosti i najsitnije čestice, što druge metode ne omogućavaju. Upotrebljavajući različite brzine okretanja mogu da se odvajaju čestice iz tečnosti, ili kapljice tečnosti iz emulzije, po frakcijama. Rad centirfuga zasnovan je na korišćenju zakona kružnog kretanja. Centrifuge se prvenstveno koriste za odvajanje čvrstih čestica ili razdvajanje emulzija u onim slučajevima kada to nije moguće postići drugim metodama, ili se to može samo delimično učiniti. � Odvajanje čestica filtracijom

Prečišćavanje voda filtracijom vrši se u cilju udaljavanja suspendovanih čvrstih čestica koje se nisu mogle odvojiti drugim metodama mehaničkog prečišćavanja (izuzev centrifugiranjem). Iz tog razloga se prečišćavanje otpadne vode filtracijom vrši posle mehaničkog prečišćavanja, ili kao međufaza nakon drugih metoda prečišćavanja. Proces filtracije sastoji se u tome što otpadna voda prolazi (filtruje se) kroz poroznu sredinu, koja se nalazi u uređajima - filtrima. Pri prolazu kroz porozan sloj čvrste čestice dispergovane u tečnosti, ili u vodi, zadržavaju se na površini poroznog sloja, ili u njegovoj dubini, a iz poroznog sloja izlazi tečnost bez čvrstih čestica.

U odnosu na mesto gde se zadržavaju čvrste čestice u poroznoj membrani filtracija se deli na: 1. površinsku filtraciju i 2. filtraciju u dubini sloja. Pri površinskoj filtraciji koriste se membrane od različitih materijala: plastike, staklenih vlakana, metala i dr. koje sadrže određen broj otvora po jedinici površine. Od veličine otvora zavisi i veličina čestica koja će pri filtraciji biti zadržana. Membrane mogu biti napravljene tkanjem (od staklenih, plastičnih i drugih vlakana) ili bušenjem otvora u homogenoj ploči (obično pločama metala). Pored toga materijal membrane mora da bude otporan na dejstvo hemikalija koje se nalaze u otpadnim vodama. Iz tog razloga ne postoje univerzalne membrane, nego se biraju prema sastavu otpadnih voda i nekim drugim uslovima. Ako je filtar konstruisan tako da se na njemu zadržavaju čestice od 0.4-150 µm onda se takva filtracija naziva mikrofiltracija, a odgovarajući filtri - mikrofiltrima. Ako filtar zadržava čestice prečnika od 0.4-0.004 µm onda se



63

radi o procesu ultramikrofiltracije. Ovim tipovima filtracije mogu da se odstranjuju iz vode plankton i bakterije, a ne samo čvrste čestice. Pored postavljanja membrane filtra, mehaničkim postupcima moguće je da se ona obrazuje na taj način što se na mehaničku poroznu osnovu membrane nanese sloj materijala koji je vlaknast ili zrnast, i koji obrazuje tanak sloj. Filtracija u ovom sloju vrši se ne samo mehaničkim zadržavanjem čestica, nego i njihovim vezivanjem za materijal ovako stvorene membrane različitim silama. Ovo omogućava zadržavanje čestica u filtracionom sloju, mada imaju manje dimenzije nego što su otvori na membrani. Sakupljanjem čestica na membrani pri filtraciji dolazi postepeno do stvaranja debljih slojeva, koji pokazuju manju poroznost i propustljivost. Usled toga potrebno je povremeno čišćenje i sakupljanje materijala na filtru kao i čišćenje membrane filtra.

Filtracija na membranama ovog tipa može da se izvodi na atmosferskom pritisku ili na povišenom pritisku, što zavisi od konstrukcije filtra i niza drugih uslova.

Filtri u kojima se nalazi porozan sloj u kome se vrš i dubinska filtracija, konstruisani su na sledeći način. Na dnu uređaja za filtraciju nalazi se materijal u krupnijim komadima, na primer šljunak. U njemu se nalazi cev sa otvorima, u koji ulazi voda koja prođe kroz porozni sloj i odvodi se van filtra. Iznad ovog sloja stavlja se sloj peska ili nekog drugog poroznog materijala (na primer šljunka, zrnaca mermera, antracita i dr.) u obliku sitnih zrna. Ovaj sloj mora da ima dovoljnu debljinu, što zavisi od vrste čestica prisutnih u otpadnoj vodi i od vrste materijala od koga se pravi porozni sloj, potrebne brzine filtracije i dr.

Slika 5. . Skica filtra sa poroznim slojem 1-Drenažna cev za odvod prečišćene vode; 2-Drenažni sloj; 3-Sloj peska ili sitnozrnastog

materijala: 4-Uvodnik vode iz ulazne komore; 5-Ulazna komora; 6-Uvodnik vode za ispiranje filtra: 7-Izlaz vode za ispiranje; 8-Izlaz prečišćene vode

U filtracionom sloju zadržavaju se i čestice koje imaju manje dimenzije od

međuprostora između zrnaca. Razlog ovome je što između zrnaca materijala u poroznom sloju i čvrstih čestica u vodi dolazi do privlačenja, silama različitog porekla, usled čega čestice bivaju zadržane u sloju. Njihovim zadržavanjem se smanjuju međuprostori između zrnaca, čime se povećava filtraciona moć sloja. Na slici 5. data je skica filtra sa poroznim slojem.

Nefiltrirana voda ulazi kroz ulaznu komoru (5) iz koje se kroz uvodnik (4) izliva iznad sloja za filtraciju. Nakon prolaska kroz sloj peska (3) voda dolazi u drenažni sloj (2) u kome se nalazi šljunak ili sličan materijal i drenažnu cev (1) i izlazi iz filtra u odvod prečišćene vode (8). Vremenom, usled postupnog nagomilavanja čestica u poroznom sloju, dolazi do stvaranja kompaktnog sloja slabe poroznosti. Radi čišćenja



64

filtra i razbijanja ovih slojeva uvodi se čista voda kroz uvodnik (6) tako da se kreće kroz porozni sloj suprotno toku vode pri filtraciji. Ova voda za ispiranje, nakon prolaska kroz sloj peska, prolazi kroz uvodnik (1) u ulaznu komoru (5), a iz nje kroz odvod (7) izlazi iz filtra. Sem filtracionog sloja ovog tipa postoje i složeniji. Pored toga filtracija može da se vrši sa smerom kretanja vode odozgo na niže, kao i odozdo na više. Pored toga filtri mogu da rade na atmosferskom pritisku, a i na povećanom pritisku.

Nadostatak ovih vrsta filtara je da moraju povremeno da se čiste njihovi slojevi za filtraciju ili membrane. Razlog ovome je ne samo uklanjanje čvrste supstancije koja je odvojena od vode, nego i postepeno zapušavanje otvora membrane ili stvaranje nepropusnih slojeva. Danas postoji veliki broj filtara različitih konstrukcija, zavisno od namene. Međutim osnovni principi rada ovih filtara su isti.

� Fizičkohemijske metode prečišćavanja otpadnih voda � Koagulacija i flokulacija

Prečišćavanje vode od koloidno dispergovanih čestica danas se vrši prvenstveno metodom koagulacije.

Jedan od načina da se neutrališe električni naboj koloidnih čestica, koji daje stabilnost koloidnom rastvoru, i time izazove koagulacija je dodavanje koagulanata. To su supstancije koje u rastvoru mogu biti u vidu jona ili u vidu koloidnih rastvora sa suprotnim naelektrisanjem nego što imaju koloidne čestice čija se koagulacija želi izazvati. Pored toga ovi koagulanti treba da pripadaju onoj hemijskoj vrsti supstancija koje mogu da se sorbuju na površini koloidnih čestica. Sorbujući se na njima koagulanti poništavaju naelektrisanje koloidnih čestica i na taj način izazivaju koagulaciju.

Koloidno dispergovane čestice u vodi imaju obično negativno naelektrisanje. Iz tog razloga bistrenje vode vrši se obično sa solima aluminijuma ili gvožđa, koje u vodi podležu hidrolizi. Produkti hidrolize, među koje dolazi i Аl(ОН)3 i Fе(ОН)3 su veoma brojni, zavisno od рН sredine, i oni izazivaju koagulaciju koloidnih čestica u vodi. Hidroliza može biti izazvana prisustvom dovoljne količine Са(НСО3)2 u vodi ili dodavanjem baza (Са(ОН)2, NaОН) odnosno soli koje zbog hidrolize daju alkalnu reakciju (Na2СО3). Za koloidne čestice u vodi vezuju se ili produkti hidrolize soli aluminijuma, odnosno gvožđa koje imaju pozitivan naboj, a nastaju kao međuprodukti u procesu građenja hidroksida ovih metala, ili koloidne čestice ovih hidroksida.

Proces prečišćavanja vode koagulacijom je vrlo jednostavan i efikasan. On se sastoji u tome da se u reakcioni sud, pogodnog oblika, u kome se vrši brzo mešanje vode dodaje određena količina reagenasa, soli aluminijuma ili gvožđa i baza u određenom odnosu. Koagulacija je praktično trenutna. Nakon koagulacije dobijeni talog se odstranjuje nekom mehaničkom metodom-prečišćavanja.

Proces flokulacije je poseban način ukrupnjavanja koloidnih čestica, mada je rezultat jednak koagulaciji. Za razliku od koagulacije ukrupnjavanje koloidnih čestica vrši se pomoću jedinjenja koja su obično makromolekuli, ili su u rastvoru polimerizovani. To su obično organske supstancije, neke vrste celuloze, skrob zatim polietileni, poliamini, poliamidi itd. Od neorganskih supstancija obično se koristi silicijumova kiselina, koja takođe gradi polimerne molekule, kao i neka jednostavnija jedinjenja, ali koja su znatno slabije efikasnosti. Osnovni mehanizam flokulacije je da se agensi koji izazivaju flokulaciju - flokulanti - vezuju za dve ili više koloidnih čestica, određenim vrstama hemijske veze. Ovim vezivanjem slabi i međusobno odbijanje



65

koloidnih čestica, što omogućava ukrupnjavanje ovih aglomeracija naizmeničnim vezivanjem polimernih molekula i koloidnih čestica. Ove krupne aglomeracije mogu se sada lako odvojiti iz vode filtracijom ili nekim drugim ranije pomenutom postupkom.

Proces prečišćavanja vode flokulacijom vrši se u skoro istim reakcionim sudovima kao i pri koagulaciji. Razlika je u tome što je proces flokulacije sporiji i što se vrši uz sporo mešanje vode nakon dodavanja flokulanata.

Procesi flokulacije i koagulacije pored udaljavanja koloidnih čestica pogodni su i za jednovremeno odvajanje malih količina drugih jona. Mogućnost ovog odvajanja zasniva se na tome što se na površini agregacija stvorenih koagulacijom ili flokulacijom sorbuju pojedini joni iz vode, ili se delimično i hemijski vezuju za njih, pa sa njima zajedno bivaju povučeni u talog i izdvojeni iz vode. � Prečišćavanje vode flotacijom

Ovaj način prečišćavanja otpadnih voda od strane čvrstih čestica zasniva se na istim principima primenjenim i pri flotaciji ruda. Postoji više vrsta uređaja koji se u ove svrhe koriste, a skica jednog od njih prikazana je na slici 6.

Neprečišćena voda kroz ulaznu cev (1) uliva se u rezervoar (2) odakle se kroz usisnu cev (3) pomoću pumpe (5) uvodi u saturator (6). Istovremeno se u usisnu cev ubrizgava vazduh pod pritiskom (4) koji omogućava da se u saturatoru održava pritisak od nekoliko atmosfera. Nakon nekoliko minuta stajanja u saturatoru da bi se dovoljna količina vazduha rastvorila u vodi ona se pomoću cevi ispušta u filtracionu komoru (6). Ulaskom u komoru usled nagle dekompresije izdvajaju se mehurovi vazduha koji sa sobom povlače, u penu na površini, čvrste čestice iz vode. Pena se pomoću uređaja za sakupljanje (7) odvodi u poseban deo, a prečišćena voda se kroz odvod (8) odliva na dalju obradu. Po potrebi, zavisno od sastava otpadnih voda i vrste čestica, pri odvajanju flotacijom ubacuju se u vodu potrebni reagensi. Pored toga deo prečišćene vode može da se posebnom linijom uvodi u saturator, čime se postiže smanjenje utroška reaktiva. Supstancije sakupljene u skupljaču pene, ako mogu da se koriste, idu na dalju doradu. U protivnom se odbacuju na deponiju.

Slika 6. Skica uređaja za prečišćavanje vode flotacijom (kompresioni postupak): 1-Cev za ulaz otpadne vode; 2-Rezervoar; 3-Usisna cev; Ulaz vazduha; 5-Pumpa; 6-Komora

za flotaciju; 7-Skupljač pene; 8-Odvod prečišćene vode

� Prečišćavanje ekstrakcijom Ova metoda prečišćavanja otpadnih voda zasnovana je na izvlačenju iz

vode organskih primesa male rastvorljivosti pomoću organskih rastvarača-ekstragenata, u kojima se ova jedinjenja dobro rastvaraju. Radi efikasnijeg



66

procesa ekstragent se dozira u onečišćenu vodu u sitnodispergovanom stanju. Primesa se raspoređuje između ekstragenta i vode. Odnos koncentracije ekstrahovane supstancije (primese) u ekstragentu i u očišćenoj vodi u stanju ravnoteže jeste konstantna veličina k :

k = Ce/Cv

gde je Ce-koncentracija supstancije u ekstragentu, кg/m

3, Cv-koncentracija supstancije u vodi, kg/m3. a k-koeficijent raspodele

Koeficijent raspodele karakteriše ekstrakcionu sposobnost rastvarača. Njegova veličina zavisi od koncentracije rastvorene supstancije, temperature, hemijske prirode primese i ekstragenta. Pošto koeficijent raspodele zavisi od koncentracije rastvorene supstancije, zakon raspodele je aproksimativan i primenjiv samo za razblažene rastvore. Pri povećanju temperature koeficijent raspodele se smanjuje. Ovo je neophodno imati u vidu pri prečišćavanju industrijskih otpadnih voda. Tako se, na primer, pri izvlačenju fenola otpadna voda najpre mora ohladiti.

Ekstrakcijom se pored fenola iz vode udaljavaju i masne kiseline, anilin i druge organske primese. Najpovoljniji je onaj ekstragent koji ima najveći koeficijent raspodele i malu rastvorljivost u vodi.

Pošto se jednokratnom ekstrakcijom primesa iz vode ne udaljuje u potpunosti, proces se mora odvijati u nekoliko stepena.

Metodom ekstrakcije iz vode se izvlači 90% organske supstancije. Efikasnost ekstrahovanja zavisi od rastvorljivosti supstancija u vodi, pH i stabilnosti emulzije. Na proces ekstrakcije negativno utiču u vodi prisutne površinski-aktivne supstancije, s obzirom da povećavaju stabilnost obrazovanih emulzija. Temperatura ključanja ekstragenta mora biti niža od temperature ključanja primesa koje se udaljavaju ili njihove azeotropske smeše.

U cilju poboljšanja ekstrakcionog dejstva rastvarača u praksi se primenjuje smeša rastvarača. Na primer, rastvarač koji se sastoji od 40% amil alkohola i 60% diizopropiletra, ima koeficijent raspodele za fenole 66,4. Posle ekstrakcije rastvorena supstancija se od ekstragenta oslobađa destilacijom. Regenerisani ekstragent ponovo dospeva u ekstraktore, a sa ekstrahovanom supstancijom postupa prema njenoj vrsti - vraća se u proces ili uništava. Ekstrakcija pripada regenerativnim metodama prečišćavanja otpadnih voda. Perspektivnost i široka primena ove metode uslovljena je visokim tehničko-ekonomskim pokazateljima i mogućnošću primene u bezotpadnim tehnološkim procesima.

� Prečišćavanje vode evaporacijom

Ovaj način koristi se za udaljavanje supstancija koje isparavaju s vodenom parom (fenol, anilin). Ona je zasnovana na obrazovanju azeotropnih smeša nekih supstancija sa vodom. Metoda široku primenu nalazi za izvlačenje fenola iz otpadnih voda koksara. Suština metode zasniva se na tome da se voda koja se prečišćava zagreva do 100°C uvodi u kolonu sa puniocem koji omogućava povećavanje kontaktne površine pare i vode. Nasuprot toku vode uvodi se vodena para temperature 102-103°C. Pri kontaktu pare sa vodom u gasovitu fazu prelaze isparljive supstancije.

Raspodela supstancije u gasovitoj i tečnoj fazi podčinjava se zakonu raspodele. Koeficijent raspodele za vodene rastvore fenola iznosi 2-2,5. Regeneracija vodene pare ostvaruje se na sorpcionim kolonama, različitim metodama zasnovanim na obrazovanju neisparljivih jedinjenja. Proces se odvija na povišenom pritisku. Tako se fenol iz pare



67

izvlači obradom sa 7-15% rastvorom natrijum-hidroksida zagrejanim do 102-103°C. Pri tome dolazi do obrazovanja natrijum fenolata:

С6Н5ОН + NaOH = С6Н5ОNa + Н2О

Koncentracija fenola u baznom rastvoru dostiže 10-20%. Regeneracija fenola

ostvaruje se pomoću ugljendioksida:

2 С6Н5ОNа + СО2 + Н2О = 2 С6Н5ОН + Na2СОз Na rad postrojenja u kojima se odvija ovaj proces negativno utiču veće količine

ugljendioksida i vodonik sulfida u vodi, jer snižavaju koncentraciju baze koja cirkuliše. U vodi koja se na ovaj način prečišćava ne smeju se nalaziti smole i masti koje stvaraju naslage na površini punioca.

Metoda evaporacije omogućava snižavanje koncentracije fenola u vodi sa 1000-2000 na 100 mg/dm3. � Prečišćavanje vode adsorpcijom

Prečišćavanje vode adsorpcijom vrši se radi uklanjanja relativno malih količina zagađujućih supstancija koje izazivaju znatne efekte ili se drugim postupcima ne mogu da uklone, odnosno kada je uklanjanje drugim metodama ekonomski necelishodno. U red ovih supstancija spadaju visoko toksične supstancije, boje, agensi koji utiču na miris i ukus vode i dr.

Proces prečišćavanja otpadne vode sa adsorbensima uglavnom se vrši na dva načina. Jedan od njih je da se adsorbens dodaje u vodu iz pravca suprotnog kretanju vode. Time se postiže da voda na ulasku u toranj za prečišćavanje prvo dolazi u kontakt sa adsorbensom na kome su već adsorbovana određene količine supstancija koje treba ukloniti iz otpadne vode. Pri daljem kretanju voda dolazi u kontakt sa adsorbensom koji ima sve manju i manju količinu adsorbovanih supstancija, da bi pri kraju tornja, a pred ispuštanje iz njega, došla u kontakt sa potpuno čistim adsorbensom, koji će ukloniti i zadnje količine zagađujućih supstancija. Drugi način, koji se dosta često koristi, sastoji se u tome da otpadna voda koja se prečišćava ulazi sukcesivno u 2-3 tornja za prečišćavanje. U ovim tornjevima se nalazi aktivni ugalj ili drugo adsorpciono sredstvo. Skica ovog procesa data je na slici 7.

Slika 7. Skica sistema prečišćavanja vode na aktivnom uglju: 1,2,3-Redni brojevi tornjeva u procesu; 4-Toranj na regeneraciji; 5-Ulaz vode za

prečišćavanje; 6-Izlaz prečišćene vode Prva količina vode ulazi u prvi toranj gde stupa u kontakt sa aktivnim ugljem. Iz

njega ulazi u drugi toranj gde se uklanja deo preostalih supstancija. Nakon ovoga uvodi se u treći toranj gde se maksimalno oslobađa prisutnih zagađujućih supstancija. Za to vreme toranj br.4 nalazi se na regeneraciji (adsorbensa). Kada se toranj br. 1 zasiti, povlači se na regeneraciju. Sada se zagađena voda dovodi u toranj 2, iz njega u toranj 3 i



68

najzad u toranj br. 4 u kome je svež, regenerisan aktivni ugalj. Ovaj redosled izmena mesta tornjeva u ciklusu prečišćavanja omogućava maksimalno prečišćavanje voda od zagađujućih supstancija.

Proces prečišćavanja vode adsorpcijom obično se vrši posle prethodnih prečišćavanja, mehaničkih, oksidacionih i dr. pa se ova voda ispušta u prirodni vodotok ili eventualno koristi za druge namene. Ako je potrebno podvrgava se ostalim fizičkohemijskim metodama prečišćavanja.

Aktivni ugalj, kao i druga adsorpciona sredstva, prvenstveno sintetička, podvrgavaju se regeneraciji, tj. desorpciji adsorbovanih supstancija. Ovaj postupak je naročito važan pri korišćenju aktivnog uglja zbog njegove relativno visoke cene. Regeneracija se obično vrši na dva načina. Prvi, termički postupak, sastoji se u zagrevanju aktivnog uglja na 800°C u posebnoj peći sa regulisanim sastavom atmosfere, pri čemu dolazi do isparavanja i razaranja adsorbovanih supstancija. Drugi, češće korišćen način, sastoji se u desorpciji adsorbovanih supstancija na aktivnom uglju pomoću organskih rastvarača. Nakon desorpcije rastvarači se destilacijom razdvajaju od adsorbovane supstancije, koja se zatim odlaže na otpad ili prerađuje. Aktivni ugalj se adsorbovanih supstancija može osloboditi i obradom alkalnim ili drugim rastvorima.

� Prečišćavanje vode jonskom izmenom

Metoda jonske izmene koristi se za prečišćavanje vode od elektrolita. Kao i

prečišćavanje adsorpcijom, ova metoda služi za uklanjanje niskih koncentracija jona koji predstavljaju izrazito štetne zagađujuće supstancije. Sem toga koristi se i za dobijanje meke vode tj. vode oslobođene mineralnih soli. Ovom metodom ne može da se vrši prečišćavanje vode od organskih supstancija, kao ni drugih koje ne spadaju u elektrolite.

Pored katjonskih i anjonskih jonoizmenjivača postoje i takvi koji istovremeno imaju i katjonsko-izmenjivačku grupu i anjonsko-izmenjivačku grupu u istom molekulu, pa mogu istovremeno da vrše izmenu obe vrste jona.

Proces prečišćavanja vode jonskom izmenom vrši se korišćenjem kolona, odnosno tornjeva za prečišćavanje (slika 8.).

Slika 8. Skica tornja za prečišćavanje vode jonskom izmenom: 1-Jonoizmenjivač; 2-Nosač; 3-Ulaz otpadne vode; 4-Izlaz prečišćene vode

Ovi tornjevi sadrže stacionarnu fazu koju sačinjava jonoizmenjivač, napravljen u

vidu sitnih kuglica tako da sačinjava porozan sloj kroz koji voda može da se kreće. Jonoizmenjivač se nalazi na nosaču, koji je porozan, ali sprečava odnošenje izmenjivača sa prečišćenom vodom. Voda za prečišćavanje dolazi odozgo, prolazi kroz jonoizmenjivač gde se prečišćava, a zatim, iz donjeg dela tornja, izlazi prečišćena. Ovom konstrukcijom postignuto je da voda prolazeći kroz stub jonoizmenjivača



69

neprekidno dolazi u dodir sa sve čistijim jonoizmenjivačem. Na kraju kolone izlazi voda vrlo visokog stepena čistoće. Radi poređenja, voda prečišćena pomoću jonoizmenjivača ima sadržaj elektrolita kao voda koja se prečišćava trostrukom destilacijom.

Ako se želi prečišćavanje vode samo od katjona onda se u tornju za prečišćavanje koristi katjonski izmenjivač dok se pri prečišćavanju vode samo od anjona toranj puni anjonskim jonoizmenjivačem. Pored toga, birajući oblik jonoizmenjivača, može se izdvajati samo određena vrsta jona. Treba napomenuti i to da danas postoji veliki broj jonizmenjivača podešenih tako da vrše selektivnu izmenu, tj. da se sa njima vezuje samo određena vrsta jona dok se ostali ne mogu izmenjivati.

Ova metoda se obično koristi za prečišćavanje otpadnih voda od niskih koncentracija jona visokotoksičnih ili radioaktivnih elemenata.

Regeneracija jonoizmenjivača u najvećem broju slučajeva vrši se, sa rastvorima HCl (katjonskog izmenjivača) i NaOH (anjonskog izmenjivača). Dobijeni rastvori koji sadrže visokokoncentrovane katjone, odnosno anjone zagađujućih supstancija podležu daljoj obradi. � Prečišćavanje vode inverznom osmozom

Osnova ove metode je korišćenje osmoze. Do pojave osmoze dolazi kada su rastvarač (na primer čista voda) i rastvor (na primer neprečišćena voda) u dodiru preko polupropustljive membrane. Ova membrana dozvoljava prolaz molekulima vode, ali kroz nju mogu da prođu samo molekuli ili joni koji se nalaze rastvoreni u vodi. Usled ovoga molekuli vode će prolaziti kroz polupropustljivu membranu u rastvor (neprečišćenu vodu), pa će rasti nivo tečnosti u delu stuba neprečišćene vode (razlika nivoa neprečišćene i prečišćene vode) i osmotski pritisak (pritisak pod čijim dejstvom molekuli iz čiste vode prolaze kroz membranu u deo suda sa neprečišćenom vodom). Ako se sada, kao što se vidi na slici 9., deluje na neprečišćenu vodu pritiskom koji je veći od osmotskog pritiska doći će do obrnutog procesa - molekuli vode će iz prostora sa neprečišćenom vodom da prelaze u prostor sa čistom vodom, dok će molekuli ili joni u njemu ostati, jer ne mogu da prođu kroz membranu. Na ovom principu konstruisani su aparati sa specijalnim membranama kojima se dobija čista voda. Pored toga na ovom principu rade i uređaji za dobijanje pitke vode iz morske. Korišćenjem ovog postupka pri prečišćavanju otpadnih voda pored čiste vode dobija se i otpadna voda sa povećanom koncentracijom supstancija, koja mora obično da se podrvrgne daljoj obradi.

Slika 9. Inverzna osmoza:

A-Neprečišćena voda; B-Čista voda



70

� Hemijske metode prečišćavanja otpadnih voda � Prečišćavanje voda hemijskim taloženjem

Prečišćavanje otpadnih voda hemijskim taloženjem zasniva se na tome da se dejstvom odgovarajućeg reaktiva dodatog u otpadnu vodu vrši izdvajanje pojedinih supstancija u vidu teško rastvornih jedinjenja. Koncentracija zagađujuće supstancije preostala u vodi određena je rastvorljivošću nastalog teško rastvornog jedinjenja.

Procesi hemijskog taloženja primenjuju se za odvajanje niza teških metala iz otpadne vode, kao na primer bakra, kadmijuma, hroma, nikla, cinka, gvožđa i dr. taloženjem u vidu teško rastvornih hidroksida, pod uslovom da se ovi elementi nalaze u vodi kao joni. Ako su oni vezani u kompleksna jedinjenja neće doći do njihovog izdvajanja. Proces taloženja može se pokazati na primeru izdvajanja bakra:

Сu++ + 2 NaОН → Сu(ОН)2 + 2 Na

+

Nastali teško rastvorni hidroksid bakra kao čvrsta supstancija može se izdvojiti iz rastvora filtracijom. Količina hidroksida teških metala koji se izdvajaju kao teško rastvorni hidroksidi zavisi od pH rastvora. U oblasti pH od 8.5 - 9.5 izdvaja se većina hidroksida metala pri čemu njihova rastvorljivost ostaje minimalno izmenjena. U ovoj oblasti pH može takođe da dođe do nastajanja i teško rastvornih bikarbonata nekih katjona, ako su prisutni bikarbonatni anjoni, što takođe dovodi do izdvajanja ovih jona iz otpadne vode.

Iz iznetih primera može da se zaključi da će pri procesima neutralizacije manje ili više doći do istovremenog izdvajanja teško rastvornih jedinjenja, zavisno od primenjenih reaktiva i ostalih sastojaka u otpadnoj vodi. Tako, na primer, ako se vrši neutralizacija alkalne otpadne vode koja u sebi sadrži i jedinjenja kalcijuma, koristeći CO2, izdvajaće se istovremeno i CaCO3 ili Ca(HCO3)2 kao teško rastvorno jedinjenje. Pored toga, proces neutralizacije može da se vodi na taj način da se na primer, kisela otpadna voda dodatkom baza prevede u alkalnu vodu sa pH 8.5-9.5, pri čemu će se istaložiti hidroksidi teških metala. Zatim se nakon filtracije ovih hidroksida vrši neutralizacija vode sa CO2. Redosled i način korišćenja procesa neutralizacije za izdvajanje zagađujućih supstancija iz otpadne vode hemijskim taloženjem zavisiće od sastava otpadnih voda i drugih uslova.

Ako se u procesu hemijskog taloženja izdvoje teško rastvorna jedinjenja teških metala ona se mogu koristiti za dalju preradu. Primera radi, rastvori kojima se nakon valjanja ili izvlačenja bakarnih proizvoda (cevi, limova i dr.) skidaju oksidi bakra sadrže u sebi kiselinu i Cu(II) jone. Voda od ispiranja ovih proizvoda posle obrade prečišćava se po prethodno opisanom postupku od kiseline i Cu(II) jona. � Neutralizacija otpadnih voda

Vode koje sadrže višak kiseline ili višak baze moraju se pre upućivanja na dalju obradu ili ispuštanja u prirodnu vodu što je ređi slučaj, predhodno neutralizovati. Po neutralizaciji pH vode treba da bude u granicama u kojima se kreće i pH prirodnih voda. Pri procesu neutralizacije za vode koje sadrže kiseline koriste se prvenstveno otpadne vode koje su alkalne. Ovo se čini radi smanjenja utroška reagenasa. Za neutralizaciju kiselina koriste se obično СаСО3, СаО, Са(ОН)2, МgСО3, NaОН, КОН, amini itd. Koji će se reagens koristiti, zavisi od načina izvođenja neutralizacije, daljeg procesa prečišćavanja vode, svrhe korišćenja neutralizovane vode i drugih činilaca. Za



71

neutralizaciju baza prvenstveno se koristi CO2. U slučajevima kada to nije moguće koriste se Н2SО4 i НСl.

Izvođenje neutralizacije vrši se uglavnom na dva načina, kada su u pitanju otpadne vode koje sadrže kiseline. Prvi način je filtracija kroz porozan sloj koji sadrži karbonatne materijale kao što su krečnjak, mermer, dolomit, magnezit i dr. Za ovaj tip neutralizacije koriste se uređaji kao i pri filtraciji u kojima je porozan sloj načinjen od izmrvljenih prirodnih karbonatnih materijala. Reakcija neutralizacije odvija se prema jednačini:

СаСО3 + 2 НСl => СаСl2 + СО2 + Н2О

U ovom slučaju voda koja prođe kroz ovaj neutralizacioni filtar sadrži nešto više

CO2, koji se brzo izdvaja iz vode. Pored toga nije potrebno vršiti tačno doziranje sredstava za neutralizaciju, jer se radi o materijalima koji se nalaze i u prirodi u dodiru sa vodom. Potrebno je samo povremeno obnavljanje poroznog sloja. Upotreba ovih neutralizacionih filtara nije moguća ako je u vodi prisutna sumporna kiselina čija je koncentracija veća od 1.5 g/dm3, ili odgovarajuće količine rastvornih sulfata. Razlog ovome je da pri reakciji sa karbonatnim materijama koje čine soli kalcijuma dolazi do stvaranja gipsa (CaSO4) čija je rastvorljivost u vodi 2 g/dm

3. Pri većim koncentracijma sumporne kiseline od pomenute doći će do izdvajanja i čvrstog CaSO4, jer je prekoračena rastvorljivost ove soli, usled čega dolazi do zapušavanja poroznog sloja. Ako se upotrebi MgCO3 onda ovog problema nema jer je MgSO4 znatno rastorljiviji.

Drugi način neutralizacije voda sastoji se u unošenju određenih količina sredstava za neutralizaciju u određenu zapreminu vode. Kod ovog postupka potrebno je znati sadržaj kiseline da bi se sračunala potrebna količina sredstava za neutralizaciju. Pored toga potrebno je da otpadna voda bude prethodno homogenizovana kao i da se pri procesu neutralizacije obezbedi mešanje vode. Neutralizacija se ne vrši pri protoku vode, kao što je slučaj pri korišćenju neutralizacionih filtara, nego u neutralizatorima, čija je konstrukcija slična uređajima za mešanje tečnosti. U ovom slučaju neutrališe se određena količina vode, koja se zatim odvodi na dalje prečišćavanje, a zatim se postupak ponavlja sa drugom količinom vode ulivenom u neutralizator. U toku procesa neutralizacije potrebno je obezbediti kontrolu pH vode. Kada se za neutralizaciju kisele otpadne vode koristi alkalna otpadna voda potrebno je poznavati koncentraciju alkalija u ovoj vodi, da bi se odredila količina alkalne i kisele otpadne vode koju treba pomešati radi neutralizacije. Doziranje sredstava za neutralizaciju vrši se obično pomoću dozatora, koji kada su povezani sa sistemom za kontinualno merenje pH vode u neutralizatoru mogu automatski da doziraju potrebnu količinu reagenasa. Na slici 10. data je osnovna šema sistema za neutralizaciju otpadnih voda, kada postoje kisele i alkalne otpadne vode. Pored toga, zbog nejednakih količina ovih voda, potrebno je potpunu neutralizaciju izvršiti sa neutralizacionim sredstvima.



72

Slika 10. Skica sistema za neutralizaciju otpadnih voda 1-Taložnici; 2-Homogenizatori; 3-Skladište reaktiva; 4-Priprema reaktiva; 5-Dozator;

6-Uređaj za mešanje; 7-Neutralizator; 8-Taložnik; 9-Zgušnjavanje mulja; 10-Vakuum filtracija; 11-Deponija osušenog mulja; 12-Polje za sušenje mulja

Nakon grube filtracije, ako je potrebno, iz otpadnih voda se u taložnicima (1)

odvaja pesak i druge čestice, a zatim se vrši homogenizacija vode (2). Od uskladištenih sredstava za neutralizaciju (3) prave se potrebni rastvori ili smeše u odgovarajućim rezervoarima (4) iz kojih dozator (5) preko uređaja za mešanje (6) uliva potrebnu količinu reagenasa za neutralizator. Iz uređaja za mešanje takođe dolaze određene količine kiselih i alkalnih otpadnih voda u neutralizator. Nakon neutralizacije voda se u taložniku oslobađa od nagrađenih čvrstih čestica (8) i odlazi kao neutralizovana. Mulj iz taložnika odlazi u jednom slučaju na površinu za sušenje mulja, odakle se prebacuje na deponiju (11). U drugom slučaju mulj odlazi u uređaj za zgušnjavanje mulja (9), zatim na vakuum filtraciju, posle čega se odvozi na deponiju.

Neutralizacija alkalnih otpadnih voda vrši se praktično po postupku kao i za kisele otpadne vode, koji je predhodno opisan, samo se u ovom slučaju kao reaktivi koriste rastvori kiselina. Izvesna razlika u postupcima za neutralizaciju kiselih i alkalnih otpadnih voda je u slučaju korišćenja SO2 kao sredstva za neutralizaciju alkalija. Ovaj proces neutralizacije vrši se prema jednačinama:

NaOH + CO2 → NaHCO3

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

pri čemu se dobijaju u jednom slučaju rastvorne soli, a u drugom nerastvorne. Osnovna razlika ovih procesa je korišćenje gasovitog CO2 kao neutralizacionog sredstva. Iz ovog razloga se često koriste zatvoreni neutralizatori da bi se smanjio gubitak CO2 i ubrzao proces. Pored toga u zatvorenim neutralizatorima može da se koristi CO2 koji se nalazi pod povećanim pritiskom, što takođe dovodi do ubrzanja procesa neutralizacije.

Pri procesima neutralizacije obično se dobijaju vode sa povećanim sadržajem elektrolita. Da li će se one dalje prečišćavati ili ne zavisi od vrste prisutnih elektrolita, njihove ukupne koncentracije i namene ove vode.



73

� Redukcija oksidacionih agenasa

U vodi, prirodnoj i otpadnoj, kao oksidacioni agens prisutan je kiseonik. Udaljavanje kiseonika iz vode vezano je za specifične slučajeve kao što je na primer njegovo udaljavanje iz vode za napajanje postrojenja, gde njegovo prisustvo ubrzava koroziju metala. Prisustvo kiseonika u otpadnoj vodi ima povoljan uticaj na oksidaciju niza drugih agenasa koji se javljaju kao zagađujuće supstancije. Drugi oksidacioni agensi, sa jačom oksidacionom moći od kiseonika, prisutni u otpadnim vodama dolaze u red agenasa sa izrazito nepovoljnim delovanjem. Kao primer ovih agenasa može se ukazati na kalijum dihromat (K2Cr2O7), koji se u industriji koristi kao oksidacioni agens, a takođe i u kupatilima za hromiranje. Za redukciju oksidacionih agenasa u najvećem broju slučajeva koristi se Na2SO3 i NaHSO3. Pored njih za redukciju dihromata mogu da se upotrebe i soli dvovalentnog gvožđa. Proces redukcije dihromata odvija se po jednačini:

H2Cr2O7 + 3 NaHSO3 + 3 H2SO4 → Cr2 (SO4)3 + 3 NaHSO4 + 4H2O

kada se upotrebljava NaHSO3, a po jednačini:

H2Cr2O7 + 6 FeSO4 + 6 H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3 Fe2(SO4)3 + 7 H2O

kada se primenjuje Fe(II) sulfat. Prva reakcija se odvija praktično trenuto na pH oko 2,5, ali se brzina reakcije naglo smanjuje sa povišenjem pH. Pri redukciji sa FeSO4 brzina je praktično ista pri vrednostima pH manjim od 6.

Redukcijom dihromata nastaju jedinjenja trovalentnog hroma koja su manje toksična od dihromata, međutim i ona se moraju ukloniti jer su slične toksičnosti kao i ostali teški metali. Iz tog razloga nakon redukcije dihromata, Cr3+ joni se uklanjaju hemijskim taloženjem, dejstvom alkalija, pri čemu nastaje teškorastvorni hidroksid trovalentnog hroma Cr(OH)3 koji se uklanja iz vode kao i ostali hidroksidi. Nakon njegovog odvajanja potrebno je izvršiti neutralizaciju vode.

Proces redukcije oksidacionih agenasa u vodi sličan je procesima neutralizacije ili hemijske precipitacije. U osnovi procesa je mešanje zagađene vode sa rastvorom redukcionih agenasa, za šta se koriste uređaji za mešanje tečnosti, slični neutralizatorima sa automatskom regulacijom doziranja redukcionih agenasa. U istom uređaju može da se vrši i hemijsko taloženje, dodavanjem alkalija, takođe uz automatsku kontrolu njihovog doziranja. Nakon ovoga hidroksid se odvaja filtracijom ili nekim drugim, ranije opisanim, postupcima za odvajanje čvrstih čestica.

Pri procesima redukcije oksidacionih agenasa, neutralizacije kiselina ili baza, nekim procesima hemijskog taloženja (npr. građenje hidroksida teških metala) doziranje reaktiva vrši se automatski iz dozatora. Ovakav način rada ostvaruje se korišćenjem indikatorskog sistema koji neprekidno određuje pH rastvora kod procesa neutralizacije i precipitacije hidroksida, a koncentraciju oksidacionih ili redukcionih agenasa kod procesa hemijske redukcije ili oksidacije.

� Oksidacija hemijskim agensima

Unošenje oksidacionih agenasa u vodu ima dvostruki cilj. Prvi je da se putem oksidacije razgrade zagađujuće supstancije ili prevedu u manje toksične agense, a drugi je uništavanje mikroorganizama, tj. dezinfekcija vode. Oksidacioni procesi prisutni su i u prirodnoj vodi, gde je kiseonik prisutan u vodi oksidacioni agens.



74

Kao oksidacioni agensi koriste se obično hlor, hlordioksid (ClO2), natrijumhipohlorit (NaOCl), ozon (O3), kalijumpermanganat, kiseonik kao i neki drugi agensi. Koji će od ovih agenasa biti upotrebljen zavisi od supstancija koje treba oksidisati, sastava otpadnih voda i niza drugih uslova, od kojih je i cena reagensa uvek prisutna. Pored toga, važno je da ne nastaju sporedni produkti, koje takođe treba uklanjati, kao i da produkat redukcije samog oksidacionog agensa nije onaj koga treba posebno uklanjati. Od svih oksidacionih agenasa danas se najviše upotrebljava hlor. � Aeracija vode

Ovaj vid prečišćavanja vode sastoji se u provođenju mehurova vazduha kroz vodu, ili raspršivanjem vode u sitne kapi u vazduhu. Pri ovim procesima ubrzava se mešanje vazduha sa vodom i njeno zasićavanje sa gasovima iz vazduha. Cilj aeracije je dvostruk.

Slika 11. Skica uređaja za aeraciju vode: 1-Ulaz otpadne vode; 2-Dizne za raspršavanje; 3-Sistem razvodnih cevi; 4-Otvori za ulaz;

vazduha; 5-Izlaz vode posle aeracije

Povećava se sadržaj kiseonika u vodi i ubrzava njegovo rastvaranje u njoj, a iz vode se uklanjaju sve one gasovite supstancije koje nisu prisutne u vazduhu, ili bolje rečeno ubrzava se njihovo uklanjanje.

Ubrzavanje rastvaranja kiseonika u vodi i povećanje njegovog ukupnog sadržaja pri aeraciji zasniva se na tome da se poveća površina vode koja je u dodiru sa vazduhom. Zato se vrši obično raspršavanje vode u sitne kapi ili uvođenje vazduha u vidu sitnih mehura u vodu. Potreba za ovim je nastala zato što se rastvaranje gasova iz vazduha vrši na površini vode. Rastvoreni gasovi sa površine vode difuzijom se rasprostiru u dubinu vode. Procesi difuzije su spori procesi. Usled ovoga u dubini sloja vode sadržaj gasova iz vazduha, a naročito kiseonika, opada jer se oni delimično troše. Pri aeraciji pored povećanja površine vode u kontaktu sa vazduhom ubrzava se stupanje u ovaj kontakt i dubinskih slojeva vode.

Udaljavanje gasovitih agenasa iz vode aeracijom zasniva se na Henrijevom zakonu, po kome je količina rastvorenog gasa u tečnosti srazmerna njegovom parcijalnom pritisku u gasnoj fazi, koja je u dodiru sa tečnošću. Kada se u gasnoj fazi smanji parcijalni pritisak rastvorenog gasa dolazi do izmene ravnotežnog stanja, usled čega dolazi do izlaženja gasa iz tečnosti u gasnu fazu da bi se postigao ravnotežni parcijalni pritisak. Usled ovoga smanjuje se njegova koncentracija u tečnosti. Ako se kroz tečnost propuštaju mehuri vazduha u kojima se ne nalazi gas rastvoren u tečnosti, on će prelaziti u vazduh (u mehurima), da bi i u njima bio postignut ravnotežni parcijalni pritisak. Ovo dovodi do smanjenja koncentracije gasa u tečnosti. Nailaskom novih mehura vazduha proces se ponavlja usled čega dolazi do daljeg smanjenja koncentracije gasa u tečnosti.



75

Nakon određenog vremena celokupna količina gasa rastvorenog u tečnosti biće uklonjena. Isti mehanizam uklanjanja gasa je i u slučaju kada se voda raspršuje u vazduh. Usled strujanja vazduha, i drugih procesa, parcijalni pritisak gasa u vazduhu je manji od ravnotežnog pa on neprekidno odlazi iz kapi tečnosti.

Pored ova dva efekta aeracije, treba pomenuti da se aeracija koristi i u slučajevima oksidacije redukcionih agenasa u otpadnoj vodi kada je oksidacioni reagens kiseonik. Tako se na primer sulfiti ili SO2 rastvoren u vodi mogu ukloniti oksidacijom sa kiseonikom vršeći aeraciju vode.

Odvijanje opisanih procesa pri aeraciji vezano je za način raspršivanja vode u vazduhu ili za način raspršivanja mehura vazduha u vodi. Osnovni cilj pri konstrukciji uređaja je da se stvori što veći broj sitnih kapljica vode u vazduhu ili što veći broj što sitnijih mehura vazduha u vodi.



76

ZAŠTITA VAZDUHA OD ZAGAĐIVANJA

Prečišćavanje izlaznih gasova, odnosno dimova, može se vršiti na principijelno dva različita načina. Jedan od njih je razlaganje štetnih supstancija do manje štetnih ili bezopasnih, koje se zatim ispuštaju u vazduh. Drugi način je njihovo izdvajanje iz gasova i prevođenje u tečno ili čvrsto agregatno stanje, posle čega se ako je potrebno podvrgavaju daljoj obradi, odnosno deponovanju.

Zagađujuće supstancije vazduha mogu se razvrstati u dve osnovne grupe, čestice i gasove, nezavisno od njihovog sastava i hemijske vrste kojoj pripadaju. Kada se radi o česticama jedina mogućnost njihovog uklanjanja je njihovo prikupljanje iz dimnih gasova.

Industrijski procesi daju više od 50% ukupno emitovanih čestica. Njihova emisija se može kontrolisati i umanjiti velikim brojem različitih uređaja za prečišćavanje gasova: ciklonima, mokrim skruberima, prečistačima sa filtrima, elektrostatičkim taložnicima, sagorevanjem. Izbor opreme i metode zavisi od brojnih činilaca: karakteristika čestica (posebno od veličine čestica) i nosećeg gasa, vrste procesa, ekonomskih činilaca. Čestice veće od 50 µm mogu biti uklonjene inercijalnim ili ciklonskim separatorima i jednostavnim mokrim skruberima. Čestice manje od jednog µm efikasno se uklanjaju elektrostatičkim taložnicima, boljim modelima mokrih skrubera i vlaknastim filtrima. U nekim industrijskim procesima efikasno uklanjanje čestica iz dimnih gasova može povećati ukupni kapacitet pogona, jer zahvata deo proizvoda koji bi inače bio emitovan u atmosferu. Na primer, sakupljači čestica u industriji cementa mogu sačuvati deo korisnog proizvoda.

Najveći industrijski izvor čestica, izuzimajući proizvodnju energije, je proizvodnja i prerada metala, posebno topionice gvožđa. Visoke peći, peći za topljenje, procesi sinterovanja su veliki emiteri čestica. Mokri i venturi skruberi, elektrostatički taložnici i filtri sa vlaknima su najčešće instalirani uređaji za uklanjanje čestica. U rafinerijama najveći izvori čestica su regeneracija katalizatora, proizvodnja asfalta i sagorevanje otpadnog mulja. U tipičnim instalacijama najčešće se koriste dvostepeni ili trostepeni cikloni i elektrostatički taložnici. Veliki industrijski emiteri čestica su i proizvodnja cementa, hartije, topionice olova i cinka, proizvodnja stakla, sapuna i deterdženata, tekstilna industrija, proizvodnja građevinskog materijala i slično. U svim ovim pogonima mogu se primeniti, pojedinačno ili u kombinaciji, različite vrste prečistača za efikasno ukljanjanje čestica.

Za razliku od čestica, prečišćavanje od otpadnih gasovitih supstancija daje šire mogućnosti. Pored različitih metoda za izdvajanje iz gasovite faze, moguće je i njihovo razlaganje do bezopasnih.

Treba napomenuti da se pojedine tehnike prečišćavanja gasova mogu koristiti za obe vrste zagađujućih supstancija, dok su ostale specifične. � Uklanjanje čestica ciklonima

Princip uklanjanja čestica iz gasovitog fluida pomoću ciklona zasniva se na korišćenju centrifugalne sile pri kružnom kretanju otpadnih gasova sa česticama. U prethodnom poglavlju na primeru hidrociklona je objašnjen njihov način rada. Pri primeni na otprašivanje gasnih fluida jedina razlika je u veličinama konstrukcionih parametara.



77

� Uklanjanje čestica filtracijom

Filtar uklanja čestične materije iz struje nosećeg gasa na taj način što se čestice zadržavaju na filtarskom materijalu. U toku vremena nastaju veće naslage čestica, tako da i same naslage počinju da deluju kao filtrirajuća sredina. Kada naslaga postane suviše velika, potreban je veći pritisak da se gas protera kroz filtar. Pri tome se smanjuje protok gasa i slabi filtriranje. Tada filtar treba zameniti ili očistiti.

Filtraciona sredina može biti vlaknasta, kao tkanina, zrnastog oblika, kao pesak, ili od čvrste materije, kao metalno sito. Može biti u obliku cevi, tanke ploče, u obliku sloja, sloja sa vodom, itd. Materijali filtra mogu biti od prirodnih ili od veštačkih vlakana, zrnastog materijala, papira, metala, keramike, stakla ili plastike. Stoga se filtri proizvode u velikom broju različitih vrsta, veličina, oblika i od različitih materijala. Na slici 1. prikazana su tri karakteristična mehanizma za uklanjanje čestica pomoću filtra.

Slika 1. Uklanjanje čestica pomoću elementa aktivnog dela filtra.

Neposredno zaustavljanje čestica se događa dok god strujnice, koje nose čestice, nailaze na elemenat materije filtra čija je zaustavna površina u visini polovine prečnika. Ima slučajeva u kojima bi čestica premašila elemenat materije filtra kada bi pratila strujnicu nosećeg gasa. Usled inercije čestica se opire promeni kretanja nosećeg gasa i ona nastavlja kretanje u takvom smeru da elemenat materije filtra može da je zaustavi. Ovo je inercijalno zadržavanje.

Usled naelektrisanosti čestica i elemenata materije filtra može da dođe do električnog privlačenja, koje savlađuje inercione sile i tako privlači i zadržava česticu na elementu materije filtra.

Sa uvođenjem novih kriterijuma i propisa za zaštitu vazduha menja se i tehnologija prečišćavanja gasova. Tamo gde je to moguće, pre svega zbog investicionih ulaganja, uvode se efikasniji prečistači. Tako su, na primer, svi mokri skruberi u Švedskoj industriji gvožđa i čelika zamenjeni vlaknastim filtrima, pošto ovi drugi imaju bolju efikasnost i kapacitet za uklanjanje čestica, a osim toga ne javljaju se otpadne vode. Efikasnost uređaja sa vlaknastim filtrom prikazana je u tabeli 1.



78

Tabela 1. Efikasnost prečistača sa teflonskim vlaknima u topionici kalaja i olova (otpadni kalaj i olovo tope se u peći na mazut)

Vrsta čestica Sadržaj

Čestice u neprečišćenom gasu 3-16g/m3 Čestice u prečišćenom gasu 3 - 7 mg/mt3

Cink 0.1 - 0.8 Olovo 0.2 - 0.8 Kalaj <().1 Arsen 0.1 -0.3

� Uklanjanje čestica elektrostatičkim taložnicima

Kod elektrostatičkih taložnika koristi se pojava da se naelektrisane čestice, podvrgnute dejstvu električnog polja, talože na elektrode koje privlače čestice, usled polja koje stvaraju.

Naelektrisavanje čestica vrši se propuštanjem gasa sa prašinom kroz sistem elektroda, tako napravljenih da dolazi do pražnjenja u obliku korone.

Na slici 2. prikazani su osnovni fizički principi rada elektrostatičkog taložnika u procesu prečišćavanja gasa.

Slika 2. Procesi prečišćavanja gasa u elektrostatičkom taložniku Naelektrisavanje čestica zahteva vrlo kratko vreme, manje od desetine sekunde, u

poređenju sa vremenom od nekoliko sekundi u toku koga je gas podvrgnut dejstvu električnog polja. Kada se čestice naelektrišu, one prolazeći kroz sistem elektroda trpe dejstvo sila postojećeg električnog polja. Stoga se čestice kreću i talože na elektrodama koje su suprotno naelektrisane.

U slučaju tečnih kapljica dolazi do koalescencije, tj. spajanja dve kapljice u jednu veću kap na elektrodi. Nataloženi tečni sloj otiče sa elektroda. Kada je u



79

pitanju suva prašina na elektrodi se stvara jedan sloj koji se periodično zbacuje, udaranjem po elektrodi ili izazivanjem vibracija elektrode. Nastao sloj prašine sa elektroda pada u smeštajne sanduke, koji se nalaze ispod putanje kretanja gasa, iz kojih se zatim izbacuje kao otpad. Sile koje potiču od naelektrisanja i molekulskog privlačenja omogućuju da zbačena prašina ostaje kao sabijena masa, sa dovoljno velikom brzinom slobodnog pada da bi mogla da stigne do sanduka. Ako se ovo ne ostvari, prašina može ponovo da uđe u noseći gas i da ne bude uhvaćena.

U upotrebi postoje različiti sistemi elektroda za naelektrisavanje čestica i njihovo taloženje. Ovi sistemi su poznati kao jednostepeni sistem i dvostepeni sistem.

Dvostepeni sistem je šematski prikazan na slici 3 a. Sastoji se iz prostora u kome se koronarno pražnjenje koristi za naelektrisavanje čestica i prostora gde se koristi električno polje za taloženje naelektrisanih čestica na elektrodama suprotnog naelektrisanja, koje su obično uzemljene. Ovakav sistem ima prednost što se struja u ma kojoj veličini troši samo u stepenu gde se stvara korona, a to uslovljava relativno malu potrošnju energije. U praksi mu je primena ograničena na niske koncentracije prašine (obično manje od 100 mg/m3).

Slika 3. Dvostepeni jednostepeni elektrotaložnik. Raspored sakupljajućih elekroda. a) Dvostepeni sistem; b) Jednostepeni sistem

Drugi tip taložnika predstavlja jednostepeni sistem. Najčešće se upotrebljava za

prečišćavanje gasova u industrijskim procesima. Koristi se u slučajevima kada su koncentracije veoma velike, po nekoliko stotina mg/m3 i pod različitim uslovima rada filtra. Na slici 3 b. prikazan je elektrostatički taložnik koji se najčešće koristi u industriji.



80

Glavne karakteristike elektrostatičkog taložnika su sledeće:

1. Čestice i do ispod 0,01 µm mogu da se uklone iz gasova. 2. Moguće je koristiti širok opseg radnih temperatura, čiji je

maksimum obično ograničen na 450°C. 3. Odabiranjem podesnog konstrukcionog materijala može da se koristi

skoro u svim uslovima rada koji izazivaju koroziju. 4. Pomoću elektrostatičkog taložnika može da se ukloni bilo koja

vrsta lebdećih zagađujućih materija. 5. Može se postići željeni stepen korisnosti prečišćavanja, ali se zna da pri

povećanju stepena korisnosti od 90 na 99 procenata treba udvostručiti veličinu elektrostatičkog taložnika. Stoga se tako konstruišu da postižu onaj stepen korisnosti prečišćavanja koji se traži, što normalno zavisi i od veličine industrijskog postrojenja.

Najveći pojedinačni izvor čestica su termoelektrane sa pogonom na ugalj, iz

kojih se uglavnom emituju fine čestice letećeg pepela. Za njihovo efikasno uklanjanje najčešće se koriste elektrostatički taložnici, kod kojih je električni otpor čestica kritičan parametar za njihovu efikasnost. Ako su postignuti optimalni operacioni uslovi elektrostatički taložnici mogu raditi sa efikasnošću većom od 99%. Upotreba elektrostatičkih taložnika značajna je i u industriji papira, cementa, metalurškim postrojenjima, pri sagorevanju gradskog otpada. Efikasnost elektrostatičkih taložnika prikazana je u tabeli 2.

Tabela 2. Efikasnost mokrog elektrostatičkog taložnika u topionici

olova i cinka

Sadržaj čestica u gasu, mg/m3 na standardnom p i t Čestice Neprečišćen gas Prečišćen gas

Ukupne čestice 150-5400 <3,0 Cink 100-1350 0,1-1,5 Olovo 28-520 0,1-0,8 Arsen 1,2-5,4 <0,05 Kadmijum 0,13-0,21 <0,05 � Prečišćavanje apsorpcijom i adsorpcijom

Apsorber je uređaj u kome se ostvaruje blizak kontakt između gasovitih štetnih materija i rastvora koji ih apsorbuje. Apsorpcija se može vršiti zbog hemijske reakcije između gasovite faze i apsorpcionog rastvora. Ako se proces apsorpcije vrši bez hemijskih promena, samo prostim rastvaranjem, onda je to proces ispiranja. Ovi procesi su vezani za mešanje gasa i tečnosti koje zavisi od:

1. Koncentracije apsorpcione tečnosti, 2. "Koncentracije štetnih materija, 3. Temperature, 4. Pritiska i 5. Vremena kontakta.



81

Kontakt između gasovite i tečne faze se ostvaruje na više načina. Ako se koriste kolone, onda se veća površina kontakta ostvaruje na punjenju koje je od inertnog materijala, koji može biti u obliku mrežica, spirala, prstenova, kuglica ili sitnih parčadi keramike. Vazduh se propušta pod pritiskom u smeru odozdo-nagore, a apsorpciona tečnost može dolaziti:

• u susret vazduhu (protiv-strujno), • zajedno sa vazduhom (paralelno) i • bočno u smeru odozgo-nadole (poprečno protivstrujno).

Tačnost se ubacuje u proces ako u kontaktu sa gasom nema burne reakcije i ako struja

gasa, oslobođena početnih štetnih materija, ne nosi sa sobom druge materije iz apsorpcionog rastvora.

Slika 4. Skruberi A) Skruber sa suprotnim strujama fluida; B) Skruber sa bočno usmerenim kretanjem fluida

C) Venturi skruber; D) Skruber sa paralelnim strujama fluida

Mokri prečistači (skruberi) su pogodni za širok opseg različitih gasova, uključujući i korozivne. Njihove osnovne prednosti su: konstantna izlazna zapremina, eliminacija sekundarnih problema koji prate odlaganje sakupljene prašine, male dimenzije i sposobnost da prečišćavaju vrele i vlažne gasova. Osnovni nedostatak su problemi koji nastaju sa daljom obradom visoko zagađene vode koja izlazi iz tih



82

uređaja. Oko 90% takvih sistema instalirano je u tri zemlje - Japanu, SAD i Nemačkoj i većina se koristi u termoenergetskim objektima sa ložištima na ugalj i mazut. Računa se da je do 1989. u svetu instalirano oko 3.000 različitih tipova skrubera za uklanjanje SO2 i NOx, iz izlaznih gasova, a od tog broja

3/4 je postavljeno u Japanu. Skruberi se javljaju u različitim varijantama izgleda, veličina, efikasnosti i

principa rada. Pomoću njih se mogu uklanjati rastvorljivi gasovi, mokre i suve čestice. Osnovni procesi koji se primenjuju u ovim uređajima mogu se svrstati u četiri kategorije: suva apsorpcija, mokra apsorpcija, adsorpcija i katalitička oksidacija. Kod ovih poslednjih koristi se vanadijum-pentoksid kao katalizator za prevođenje sumpordioksida u sumportrioksid, koji se dalje koristi za proizvodnju sumporne kiseline.

Apsorpcija gasova se obično ostvaruje kontaktom gasne struje i tečne faze. Osnovni činioci koji kontrolišu ovaj proces su stepen reaktivnosti ili rastvorljivosti gasova koje treba ukloniti u skruberskoj tečnosti i način ostvarivanja kontakta između gasa i struje tečnosti. Za uklanjanje gasova sa dobrom rastvorljivošću, kao što su HF ili HCl, koristi se voda. U nekim drugim slučajevima, upotrebljavaju se rastvori baza ili soli, koji hemijski reaguju sa manje rastvornim gasovima. Tako se rastvor natrijum-hidroksida koristi u reakciji sa hlorom dajući kao produkt natrijum-hipohlorit. Postoji pet osnovnih tipova mokrih skrubera: sa ukrštenim protokom, sa kontra protokom, ciklonski, venturi i vertikalni vazdušni ispirači.

Kod suvih skrubera na put gasnoj struji postavlja se sorpcioni materijal u obliku upakovanog granuliranog materijala koji zadržava željenu supstanciju, a ova se potom ispira sa filtra ili se pulverizovani sorpcioni materijal injektira nasuprot struji gasa. U odnosu na mokri postupak efikasnost suvih skrubera je manja, ali je njihova pogodnost u lakšem održavanju i nižoj ceni koštanja. Ipak njihova upotreba zbog male efikasnosti je dosta ograničena.

Desulfurizacija izlaznih gasova je veoma korišćena metoda za smanjivanje emisije sumpordioksida. Preko 50 različitih procesa za desulfurizaciju gasa razvijeno je i ispitano u laboratorijama, od kojih je desetak našlo praktičnu primenu. Uglavnom se primenjuju različiti tipovi skrubera (prečistača) u kojima se izlazna struja gasa prečišćava u kontrastruji vlažnog ili suvog sorpcionog materijala. Sa malim brojem izuzetaka suvi procesi uglavnom uklanjaju NOx dok su vlažni postupci primenjivi prvenstveno za SO2 i u manjem stepenu za azotove okside. Danas se za odsumporavanje najviše koriste mokri skruberi sa krečnjakom kao sorpcionim materijalom, koji kao sporedan proizvod daju gips, mada ima i onih kod kojih je sporedan proizvod sumpor ili sumporna kiselina. Pored krečnjaka, koga ima svuda u velikim količinama i stoga mu je cena niska, kao apsorbenti mogu se koristiti jedinjenja natrijuma, magnezijuma ili amonijak. U ovom poslednjem slučaju dobija se amonijum-sulfat koji se može korisno upotrebiti kao đubrivo.

U sistemima za prečišćavanje koriste se i adsorpcioni sistemi, prvenstveno kada se radi o visokotoksičnim supstancijama ili supstancijama niskih koncentracija.

Čvrst materijal koji se koristi kao adsorbens je obično vrlo porozan, sa jako razvijenom površinom u odnosu na zapreminu koju zauzima. Najčešće se upotrebljavaju aktivni ugalj, aluminijum-oksid i silikagel. Aktivni ugalj je pogodan za uklanjanje lakih ugljovodonika koji mogu biti praćeni sa materijama vrlo neprijatnog mirisa. Aluminijum-oksid je pogodana za hemisorpciju SO2 i njegovo prevođenje u aluminijum-sulfat. Silikagel je materijal koji se često koristi za uklanjanje vlage i H2S.

Molekulska sita ili zeoliti pokazuju izvanredne osobine kao adsorbensi. Oni se sve više upotrebljavaju za sušenje i dobijanje čistih gasova. Uklanjanje azotovih oksida pomoću molekulskih sita se sastoji u oksidaciji NO do NO2 a zatim adsorpciji NO2 na sitima. Posle regeneracije sita oslobađa se NO2 koji se može vratiti u proces



83

proizvodnje HNO3. Zbog toga je ovaj postupak pogodan za prečišćavanje otpadnih gasova pri proizvodnji azotnog đubriva, gde se troši HNO3.

Sem sposobnosti da mogu vezivati pojedine gasove, adsorbensi moraju imati i pogodan oblik pakovanja u kolonama. Vrlo je značajna njihova sposobnost za regeneraciju, kao i to da zadržavaju neznatne količine adsorbovane materije posle regeneracije. Isto tako je važno da se sa adsorbensa desurbuje adsorbovani gas radi njegovog korišćenja u nekim granama hemijske industrije.

Efikasnost zadržavanja adsorbovane supstancije je visoka i ostaje konstantna sve dok se adsorbens ne zasiti. � Upotreba katalizatora za kontrolu emisije iz automobila

Osnovne katalitičke reakcije koje treba da se dešavaju pri upotrebi katalizatora izduvnih gasova date se u sledećim jednačinama: Oksidacione reakcije

2CO + O2 → 2CO2

(ugljovodonici) HC + O2 → CO2 + H2O Redukcione reakcije

2CO+ 2NO2 → 2CO2 + N2

HC + NO → CO2 + H2O + N2

Ove reakcije su bile poznate davno pre upotrebe katalizatora za automobile, ali su uslovi pri kojima su ovi katalizatori trebalo da rade bili drastično različiti od uobičajenih. Tu se pre svega misli na brzu izmenu temperature, zapremine i sastava izduvnih gasova.

Na slici 5. prikazana je konverziona efikasnost Rd/Pt katalizatora u zavisnosti od ekvivalentnog odnosa smeše vazduh/gorivo.

Slika 5. Konverziona efikasnost Rd/Pt katalizatora u zavisnosti od ekvivalentnog odnosa

vazduh/gorivo



84

Samo u ograničenoj oblasti tog odnosa (oko 1) mogu CO, NOx, i ugljovodonici zajedno reagovati na katalizatoru uz stepen konverzije veći od 90%. Kada se zahteva kontrola ugljenmonoksida i ugljovodonika, kako je inače po evropskom "Euronorm" standardu, dovoljna je upotreba oksidacionog katalizatora. Kod takvog sistema koristi se dodatni dovod vazduha u izduvne gasove da bi se ubrzala oksidacija, a smanjivanje emisije azotovih oksida postiže se recirkulacijom izduvnih gasova.

Za efikasnije uklanjanje azotmonoksida nije dovoljna recirkulacija izduvnih gasova, već je potreban katalizator za konverziju ovog gasa. Zbog toga se ispred oksidacionog postavlja još jedan katalizator koji služi za redukciju azotmonoksida. Da bi se osigurali redukcioni uslovi mali višak goriva se dodaje u smešu sa vazduhom, a potom se ispred oksidacionog katalizatora ubacuje dodatni vazduh radi potpunije oksidacije ugljenmonoksida i ugljovodonika. Najnovije usavršavanje motora i napredak u tehnologiji katalizatora omogućio je upotrebu samo jednog katalizatora za konverziju svih zagađujućih komponenata. Ovaj TWC2 katalizator radi u oblasti najpovoljnijeg odnosa smeše vazduh/gorivo sa stepenom konverzije većim od 90% za sve tri komponente.

Opravdanost upotrebe katalizatora za konverziju automobilskih gasova najbolje je ilustrovati primerom SAD. Tamo su standardi koji su ograničavali emisiju CO, NOx i ugljovodonika prvi put uvedeni još početkom sedamdesetih godina, što je primoralo automobilsku industriju da u sve automobile proizvedene posle 1975. ugrađuje katalizatore (slika 6.).

Rezultat toga je smanjenje emisije ugljenmonoksida u proseku za 5% godišnje, što je ukupnu emisiju CO za deset godina smanjilo za oko 33%. Najmanja redukcija emisije je postignuta za azotove okside. U periodu od 1975. do 1984. nivo emisije azotovih oksida opao je za oko 6%. No bez obzira na tako skroman rezultat upotreba katalizatora je značajan napredak u borbi za čistiji vazduh i rezultati bi svakako bili i znatno veći da ukupan broj automobila, stepen njihovog korišćenja i emisija azotovih oksida iz stacionarnih izvora nisu rasli tako progresivnim tempom.

Slika 6. Norme za emisiju ugljovodonika (a) i azotovih oksida (b) u nekim zemljama; KAS-

Kanada



85

Tabela 3. Emisija ugljovodonika iz automobila sa i bez katalizatora

Emisija aldehida g/km automobili bez katalizatora 0.088 automobili sa katalizatorom 0.014

Emisija benzo(a)pirena µg/km automobili pre kontrole emisije 7.52 kontrola po standardima iz 1968. 1.73 kontrola po standardima iz 1970. 1.00 automobili sa katalizatorom 0.55 Emisija policikličnih aromatičnih

ugljovodonika (µg/km) bez

katalizatora sa

katalizatorom Fenantren 1.16 0.01 Antracen 0.38 0.02 Piren 1.82 0.94

Emisija ugljovodonika iz motornih vozila obuhvata veliku grupu jedinjenja. U

važećim standardima ne postoje zahtevi za kontrolu pojedinih jedinjenja koja pripadaju ovoj grupi, već se traži smanjivanje emisije ukupnih ugljovodonika. Katalitički pretvarači su se pokazali posebno efikasnim u smanjivanju koncentracije biohemijski najaktivnijih jedinjenja iz ove grupe. Tako je, na primer, emisija aldehida, iz kojih nastaju peroksiacil radikali PAN i slični, i aromatičnih jedinjenja značajno smanjenja upotrebom katalizatora (tabela 3.)

Emisija ugljenmonoksida i ugljovodonika iz dizel motora je relativno mala, ali je zato emisija azotmonoksida, a naročito čestica, visoka. Da bi se oksidacijom uklonile čestice katalitički pretvarači za dizel motore moraju da rade na relativno visokim temperaturama (> 300° C). Zato dalji razvoj katalizatora za dizel motore ide u smeru snižavanja radne temperature. Ipak i sadašnji katalizatori kod dizel motora pokazuju dobru efikasnost (tabela 4.).

Tabela 4. Efikasnost katalizatora kod dizel motora (g/km)

HC CO NOx čestice

bez katalizatora 0.15 0,63 0.56 0.14

sa katalizatorom 0.03 0.1 0.49 0,07

Iz prikazanih tabela se vidi da je upotreba katalizatora, mada povezana sa

povećavanjem cene vozila, pokazala povoljne efekte. Potreba za niskom emisijom iz automobila javlja se iz najmanje dva razloga. Prvi je stalno rastući broj automobila, a drugi je da ti automobili emituju gasove koji su odgovorni za neke od najvažnijih problema u oblasti zaštite životne sredine. Ugljovodonici i azotovi oksidi su osnovne komponente iz kojih nastaju troposferski fotooksidanti. Azotovi oksidi imaju značajan udeo u nastajanju kiselih kiša, a zajedno sa ugljendioksidom i HFU jedinjenjima (koriste se za rashladne sisteme u automobilima) doprinose efektu staklene bašte i osiromašenju ozonskog omotača. Ipak, mada je upotrebom katalizatora učinjeno mnogo u pogledu kvaliteta vazduha javljaju se i određene negativne strane. To se pre svega odnosi na povećanu emisiju azotsuboksida (N2O), koga u izduvnim gasovima ima deset puta više sa katalizatorom nego bez njega. Zbog toga se procenjuje da je za Japan emisija azotsuboksida iz automobila oko 60% od ukupne emisije tog gasa, uključujući i onu iz prirodnih izvora. Azotsuboksid ima dugo vreme



86

života u atmosferi, sto puta jači radijacioni efekat od ugljendioksida i značajnu ulugu u destrukciji ozonskog omotača. � Katalitičko uklanjanje NOx i SO2 iz gasovitih produkata sagorevanja

Mada oksidujuća atmosfera, kakvu predstavlja smeša gasova u peći, otežava katalitičku redukciju uobičajenim redukcionim sredstvima, amonijak je sposoban da u prisustvu kiseonika i katalizatora selektivno redukuje azotove okside do molekularnog azota i vode. Kao katalizatori mogu se koristiti plemeniti ili bazni metali i aktivni ugalj. Zeoliti ZSM-5 koji sadrže jonski izmenjen Cu2+ jon pokazuje neuobičajeno visoku i konstantnu aktivnost za katalitičko razlaganje azotmonoksida, sa stepenom konverzije od oko 98%. Brojni uređaji za selektivnu katalitičku redukciju koji koriste amonijak i katalizator na 300 - 400°C instalirani su u Japanu, Nemačkoj, SAD, Austriji.

Jedan interesantan postupak predložen je od stručnjaka firme Šel. U reaktoru se SO2 prevodi preko bakar (I) oksida čime nastaje CuSO4. Zatim se u drugom stepenu vrši redukcija NOx do azota pomoću amonijaka uz CuO katalizator.

Desnoks proces koristi amonijak uz zeolitski katalizator za redukciju NOx, a potom se SO2 uz višak kiseonika prevodi u SO3 i sumpornu kiselinu.

� Uklanjanje NOx i SO2 ozračivanjem elektronskim snopom

Azotni i sumporni oksidi mogu se ukloniti kao čvrste amonijačne soli, ozračivanjem izlaznog gasa elektronskim snopom iz akceleratora u prisustvu amonijaka. Pod dejstvom elektronskog snopa u gasnoj smeši nastaju veoma reaktivni slobodni radikali, tako da prisustvo dodatnog katalizatora nije potrebno. Postupak je veoma efikasan jer iz polazne gasne smeše sa koncentracijama SO2 od 800 ppm i NOx od 220 ppm, nastaje izlazni gas sa koncentracijama gasnih oksida manjim od 50 ppm. Sekundarni proizvodi se mogu koristiti kao veštačko đubrivo. Sličan postupak se može primeniti i na uklanjanje NOx, SO2 i HCl iz gasa koji se dobija sagorevanjem otpadaka iz gradskih deponija. U drugoj varijanti ovog postupka koristi se elektronski snop koji čestice SO2 i NOx, prevodi u složenu praškastu smešu, koja se izdvaja elektrostatičkim taložnikom iz gasne struje. Nedostatak ovog postupka je visoka cena i problemi sa sekundarnom otpadnom prašinom. � Fotohemijsko uklanjanje NOx i SO2 iz vazduha

Mada ne pripada kategoriji uređaja i postupaka o kojima je do sada bilo reči, kao veoma interesantan, treba pomenuti postupak koji je eksperimentalno razvijen i isproban u Japanu za uklanjanje zagađujućih gasova iz vazduha u gradu. Poluprovodnički oksidi, kao TiO2, aktiviraju se fotohemijskim putem, svetlošću iz spektra zračenja Sunca (365 nm), stvarajući na svojoj površini jake oksidujuće agense O2

- i OH radikale. Oksidi azota i sumpora se oksiduju ovim supstancijama i prevode do nitrata i sulfata. Mešajući TiO2 (30%) sa aktivnim ugljem (10%) kao adsorbensom i vezivnim polimerom dobija se materijal u obliku platna. Sa ovakve podloge nastali sulfati i nitrati mogu se isprati vodom (kišom) i neutralisati u drenažnom sistemu.

Documents

Uvod i principi zaštite okruženja - tfzr.rs · PDF filekao što su: čovekova sredina, okolina, prirodne sredina, radna sredina. Svaki od njih ... U tom peridu došlo je do pojave