Maturski rad na temu osnovnih zagađujućih supstanci u vazduhu. Hemijsko-prehrambena tehnološka škola Beograd, 2015.

1. Хемијско-прехрамбена технолошка школа
Београд
Подручје рада: хемија, неметали и графичарство
Образовни профил: техничар за заштиту
животне средине
МАТУРСКИ ПРАКТИЧНИ
РАД
АВГУСТ 2015.
Ментор: Проф. Марица
Вучуровић
Ученик: Божидар Ђорђевић IV-3

2. 2
ОСНОВНЕ ЗАГАЂУЈУЋЕ СУПСТАНЦЕ
У ВАЗДУХУ
 Природно загађивање ваздуха
 Антропогено загађивање ваздуха
 Одређивање CO2 и COу ваздуху

3. 3
САДРЖАЈ
1. Увод........................................................................................................................................................4
1.1. Састав ваздуха.........................................................................................................................4
1.2. Основне загађујућесупстанцеу ваздуху............................................................................4
2. Природно загађивање ваздуха...............................................................................................6
2.1. Вулкани......................................................................................................................................6
2.2. Шумски пожари.....................................................................................................................6
2.3. Пешчане олује........................................................................................................................7
2.4. Аеросоли....................................................................................................................................7
2.5. Природна испарења............................................................................................................8
3. Антропогено загађивање ваздуха........................................................................................9
3.1. Извори загађења везани за трансформацију енергије горива...................9
3.2. Извори загађења који су везани за индустријске изворе загађења.......10
3.3. Пољопривреда као извор загађења ваздуха.........................................................10
3.4. Транспорт..................................................................................................................................11
3.5. Комунална делатност.........................................................................................................12
4. Одређивање CO2 и CO у ваздуху.............................................................................................13
5. Закључак...........................................................................................................................................16
6. Литература.......................................................................................................................................17

4. 4
1.УВОД
Аерозагађење подразумева присуство хемикалија, честица или биолошких
материјала који наносе штету или узрокују нелагодност код човека и других
живих бића, односно који угрожавају природну средину у атмосфери.
Ваздух је прозрачна смеша природних гасова и ситних честица које имају сталан
састав и које се налазе у стабилној равнотежи. Међутим, ваздух изнад многих
градова је данас мрачан и суморан, а хоризонт нестаје у измаглици. Смог је
последица загађења
1.1.САСТАВ ВАЗДУХА
Ваздух је смеша гасова : азота 78%, кисеоника 21%, угљен-диоксида 0,03% и
малих количина других гасова (неона, аргона...), водене паре, прашине и
бактерија. Најзначајнији састојак ваздуха, неопходан за дисање и опстанак свих
живих бића је кисеоник. Кисеоник је гас без боје и мириса, чија се количина у
ваздуху не мења, иако га организми непрекидно троше. Његовом обнављању
доприносе биљке које током процеса фотосинтезе (стварања хране у току дана)
ослобађају кисеоник. У великим висинама ваздух је разређен и количине
кисеоника су мање, тако да се на високим планинама теже дише, а алпинисти и
пилоти морају да носе специјалне маске са кисеоником. Има га раствореног у
води, што омогућава живот биљкама и животињама које настањују водена
станишта. Потпомаже горење. У ваздуху највише има азота. Такође је гас без боје
и мириса, али не помаже горење и у њему жива бића не могу да опстану. Има га
четири пута више од кисеоника (у 100 литара ваздуха 78 литара је азот).
1.2.ОСНОВНЕ ЗАГАЂУЈУЋЕ СУПСТАНЦЕ У ВАЗДУХУ
Када говоримо о основним загађујућим супстанцама мислим на пре свега оне
супстанце које се скоро увек налазе у ваздуху. То су:
 Угљен-диоксид
 Угљен-моноксид
 Сумпорна једињења
 Азот-моноксид
 Угљоводоници
 Аеросоли

5. 5
Угљен-диоксид (CO2) једна од главних „green house“ гасова који изазива
ефекат „стаклене баште“. Обично настаје потпуним сагоревањем фосилних горива
из саобраћаја и индустрије.
Угљен-моноксид (CO) је једна од најраспрострањенијих загађујућих
супстанци ваздуха. Настаје услед непотпуног сагоревања фосилиних горива у
енергетским постројењима, аутомобилима, домаћинствима и при различитим
индустријским процесима. Има токсично деловање на људски и животињски
организам.
Сумпорна једињења у атмосфери настају сагоревањем природних и
вештачких горива. У највећој количини SO2 настаје при сагоревању фосилних
горива (угаљ и нафта, као и деривата нафте: бутан гас, керозин, бензин, дизел
гориво, лож уље, мазут и др.). Сумпор-диоксид настаје сагоревањем органских
једињења супмора из фосилних горива и може имати иритабилно дејство на
људски организам.
Азот-моноксид (NO) настаје при деловању бактерија које врше редукцију
органских азотних једињења без присуства кисеоиника. Настао NO при контакту
са ваздухом брзо се оксидише у NO2 .
Угљоводоници (CH) су основни састојци нафте, и земног гаса из којих се
најчешће добијају. Највећу количину угљоводоника у атмосфери представљају
угљоводоници са атомима угљеника од 1 до 4. Остали угљоводоници налазе се у
мањим количинама, али су зато много токсичнији и опаснији по околину. У састав
угљоводоника могу се наћи и халогени елементи, кисеоник, фосфор, сумпор и
други елементи. Посебно су токсична органохалогена једињења. Полициклични
ароматични угљоводоници су једеиињења са кондезованим ароматским
прстеновима. Они су веома канцерогена и мутагена једињења.
Аеросоли (PM) су честице које се појављују у чврстом или течном
агрегатном стању и обично лебде у атмосфери. У ову групу спадају честице
прашине, дим, магла, смог, чађ и др. Они настају као резултат хемијских реакција
загађујућих супстанци у ваздуху (фотохемијски оксиданти) као индустријских
активности и путем сагоревања горива у возилима. Ефекат хлађења који
изазивају више је локалног карактера, за разлику од ефекта гасова стаклене
баште који имају изражен глобални карактер.

6. 6
2.ПРИРОДНО ЗАГАЂИВАЊ Е ВАЗДУХА
2.1.ВУЛКАНИ
Вулкан у ерупцији избацује лаву, охлађени пепео и гасове. Гасови које емитују
активни вулкани су СО2, Х2С и метан. Емисија гасова из вулкана може бити
велика и штетна за околину и то на великим даљинама од самог епицентра
вулкана. Гасови из вулкана остају у самом ваздуху и у облацима, дуг период
времена.
2.2.ШУМСКИ ПОЖАРИ
Шумски пожар или случајна ватра, су природне непогоде или природни
загађивачи. Узрок шумских пожара најчешће је човек. Велико, неконтролисано
паљење шума само по себи је застрашујуће. Ватра емитује значајне количине
загађујућих супстанци у форми дима, негасовитих угљоводоника, угљен-
моноксида и диоксида, као и пепела.

7. 7
2.3.ПЕШЧАНЕ ОЛУЈЕ
Пешчане олује су природни загађивачи, у многим деловима света. Чак и мале
пешчане олује могу да емитују супстанце које утичу н аповећан проценат
загађености животне средине. Смањење видељивости услед пешчаних олуја
проузрокује честе сударе на путевима или сметње у авио саобраћају. Пешчане
олује које преносе прашину из пустиње у урбане средине стварају тешкоће у свим
областима живота.
2.4.АЕРОСОЛИ
Аеросол су ситне, фине честице које лебде у ваздуху. Аеросол могу бити капљице
или чврсте честице у атмосфери, микроскопских или субмикроскопских
величина, али већих од димензија молекула. Светски океани су редовни природни
извори аеросола. Капљице са раствореним минералним солима, а пре свега НаЦл,
утичу на корозију метала и боја. Ударање таласа о камење и стене ситни их и
претвара у песак, што је, такође, извор загађења ваздуха.

8. 8
2.5.ПРИРОДНА ИСПАРЕЊА
Природна испарења из шума и мочвара су извори загађења ваздуха на целој
планети. Биљке кроз лишће утроше велики де ЦО2 из ваздуха и у процесу
фотосинтезе, и претварају га у кисеонук. Али зато испуштају велике количине
угљоводоника и стварају измаглицу која се обично јавља изнад шума, кој је
атмосферска реакција између органских испарљивих компоненти из шума и
ваздуха. Други проблем који стварају биљке је полен, који изазива оштећење
респираторних органа и алергије код људи.
Остали природни извори загађења су алкална и слана језера, из којих у топле дане
испаравају сумпорни гасови и шире се неколико километара око језера.

9. 9
3.АНТРОПОГЕНО ЗАГАЂИВАЊЕ
ВАЗДУХА
3.1.ИЗВОРИ ЗАГАЂЕЊА ВЕЗАНИ ЗА ТРАНСФОРМАЦИЈУ
ЕНЕРГИЈЕ ГОРИВА
Сагоревање горива је хемијска реакција неке супстанце (угљеник, водоник и сл.)
са кисеоником, при чему се ствара светлост и топлота. Првенствено, сагоревање
се користи за стварање топлоте, а при томе се мења потенцијална хемијска
енергија горива у топлотну енергију.
Електрична енергија се у електранама добија из потенцијалне енергије воде у
хидроцентралама, и из хемијске, односно топлотне енергије горива у
термоелектранама. Хидроцентрале не загађују ваздух мада мењају водени
екосистем у мењају микроклиму око хидроцентрале ако су велике водене
површине направљене за хидроцентралу. Термоцентрале сагоревају фосилна
горива за добијање електричне енергије.
Фосилна горива (угаљ, нафта, природни гас итд.) се поред термоцентрала,
користе за домаћинства, за кућне пећи, за топлане и термоелектране. Бензин као
дериват нафте користи се за аутомобилске моторе. Сагоревање се још користи за
уништавање непотребних материјала, као што су комунални и други отпад.
Сам процес сагоревања горива, са нежељеним ефектима (непријатни
мириси), контролоше се хемијским разлагањем у мање непријатне и отровне
материје.
Пример сагоревања фосилних горива која садрже угљоводонике одвија се по
следећим хемијским реакцијама:
C + O2 = CO2(g) 2H2 + O2 = 2H2O(g)
У овим реакцијама стварају се CO2 и водена пара, који су без мириса.
Проблем са сагоревањем је у томе што се приликом сагоревања стварају и други
производи, који се налазе у фосилним горивима, а са кисеоником из ваздуха
стварају се велики загађивачи ваздуха. Ту спадају CO, SO2, NO2, дим, пепео,
метални оксиди, соли метала, алдехиди и кетони, киселине, итд.
Електрична енергија која настаје из топлотне енергије у термоелектранама је
један од великих извора загађивања ваздуха. Термоелектране за добијање
топлотне енергије сагоревају велике количине угља, па без обзира на постављање
уређаја за пречишћавање отпадних гасова, у атмосферу се емитују значајне
количине штетних супстанци. Али савремено друштво не може без електричне
енергије, без компјутера, телевизора и бљештавог осветљења. Хидроцентрале су
бољи извор енергије за човекову животну средину тамо где постоји довољно
водених токова. Данашња цена угља на светском тжишту је још увек ниска, тако
да су термоелектране економско исплативе.

10. 10
3.2.ИЗВОРИ ЗАГАЂЕЊА ВАЗДУХА КОЈИ СУ ВЕЗАНИ ЗА
ИНДУСТРИЈСКЕ ИЗВОРЕ ЗАГАЂЕЊА
Ослањање људи на модерну индустрију и производе, изазвало је експанзију
производње и велики број емитера загађења од појединачних до масовних-
индустријских.
Велики део загађујућих супстанци потиче од производње различитих
индустријских производа од сировина: челичне руде (металургија), отпадака од
дрвета, производње гаса из сирове нафте (рафинерија), сагоревање отпада,
градске топлане и термоелектране итд. Сваки од ових производних процеса за
добијање готовог производа ствара успут и неколико штетних нуспродуката-
загађујућих супстанци. Отпадни нуспродукт у металургији бакра је СО2, који је
загађујућа супстанца ако с егас испусти у атмосферу.
Индустријски извори загађења су углавном стационирани, везани за једно место,
и сваки од њих емитује одређене количине загађујућих супстанци.
Мобилни загађивач је транспорт, било друмски, железнички или ваздушни.
Контрола индустријиских извора загађења обично се врши применом познатих
метода. Најбоља контрола је она која се примењујњ на све сегменте у датом
региону.
3.3.ПОЉОПРИВРЕДА КАО ИЗВОР ЗАГАЂЕЉА ВАЗДУХА
Пољопривреда има негативне ефекте на животну средину, првенствено због
загађења услед неправлиног поступања са хемикалијама или ђубривима. Уједно,
загађење настаје и неодговарајућим управљањем на великим сточним фармама
или применом загађене воде за наводњавање.
Неконтролисано коришћење минералних ђубрива и осталих хемијских средстава,
која се користе у пољопривреди, може да изазове тешке последице по здравље
људи. Прекомерана употреба пестицида не уништава смао штеточине него се
задржава у листу, корену и плоду пољопривредних производа, а ситне честице
или капљице пестицида загађују атмосферу. Пестициди, у зависности од
величине честица, остају у атмосфери и транспортују се под утицајем
метеоролошких промена до најудаљенијих места, загађујући не само коров већ и
животну средину.

11. 11
3.4.ТРАНСПОРТ
Транспорт и стање путева је погоршано током последњих година услед
неодржавања, а ситуација није боља ни у железничком саобраћају. Највећи
проблем у овом сектору је свакако концентрација азот-оксида и угљен-
моноксида, која редовно прелази дозвољени ниво. С еколошког аспекта, проблем
лежи у застарелости и техничкој неисправности возила, недовољном коришћењу
гаса и других алтернативних горива. Повећана је и емисија угљоводоника
приликом утовара и истовара горива, а ту су и загађења од нафте и деривата на
пловним водотоковима, загађење буком и вибрацијама које потичу од теретног
транспорта као и авио саобраћаја.
Поред великих градова, загађењу ваздуха су изложена и мања насеља која се
налазе у близини аутопутева и већих саобраћајница, са веома густим саобраћајем.
То су такозвани линијски извори загађења ваздуха за које је карактеристична
дуготрајна изложеност загађењу, јер транспорт нема временског ни сезонског
ограничења.

12. 12
3.5.КОМУНАЛНА ДЕЛАТНОСТ
Комунална делатност је неопходна сваком насељеном месту на целој земаљској
кугли.
Комуналне службе усмеравају и транспортују отпадне воде и чврст отпад.
Комунални отпад састоји се од остатака које човек користи у дневним
активностима. Истраживања су показала да највеће загађење долази са депонија,
као азотни и сумпорни оксиди, диоксини, фурани, прашина и тешки метали.Са
комуналних депонија се емитује депонијски гас, као нуспродукт процеса
разградње отпада, који садржи 50 процента метана. Поред тога ту су и непријатни
мириси који значајно утичу на квалитет живота у околини депонија.

13. 13
4.ОДРЕЂИВАЊЕ УГЉЕН-ДИОКСИДА
(CO2 ) И УГЉЕН-МОНОКСИДА (CO) У
ВАЗДУХУ
Главни састојци димних гасова се: угљен-диоксид, кисеоник, угљен-
моноксид и азот. За брзо одређивање ових састојака у погону се најчешће користи
Орсатов апарат који ради на принципу селективне апсорпције.
Апаратура (Слика 20) се састоји из неколико стаклених делова смештених у
дрвеном раму (1). То су:
 градуисана цев или бирета (2), која служи за одмеравање запремине пробе
гаса;
 апсорпциона пипета у облику слова U (3) напуњена 25%-тним раствором
калијум-хидроксида за апсорпцију угљен-диоксида;
 апсорпциона пипета (4), напуњена алкалним раствором пирогалола, за
апсорпцију кисеоника;
 апсорпциона пипета (5), напуњена раствором купро-хлорида за апсорпцију
угљен-моноксида;
 капиларни мост (6) који спаја бирету и пипете;
 цев у облику слова У испуњена безводним калцијум-хлоридом, који
задржава влагу и примесе из гаса (7);
 боца за нивелисање (8), служи за довођење гаса на атмосферски притисак;
 трокрака славина (9), преко које гас улази у апарат;
 славине (10), преко којих су везане бирета и апсорпционе пипете.
С л и к а 20-Орсатова апаратура

14. 14
Бирета (2) налази се у широкој стакленој цеви (11) која је испуњена ваздухом,
ради изолације од спољних утицаја. На њој су подеоци од 0 до 100 cm3. Бирета је
гуменим цревом (12) везана за боцу за нивелисање. У боци и бирети налази се
22%-тни раствор натријум-хлорида у коме се састојци гаса не растварају. У
апсорпционим пипетама (3, 4 и 5) налази се већи број стаклених цеви, да би се
повећала додирна површина између гаса и апсорпционих раствора. На задњем
делу пипета налазе се гумени балони (13), који штите апсорпционе растворе од
дејства спољашњег ваздуха.
Поступак рада:
У школској лабораторији се одређују сагрели гасови беноид или бутан гаса који се
узимају изнад пламена помоћу стакленог левка. Садрже угљен-диоксид, кисеоник,
угљен-моноксид и азот. У апарату се мере запремине прва три састојка, а
запремина азота израчунава се из разлике.
Рад на апарату почиње тиме, што се раствор у бирети подизањем боце за
нивелисање доведе до ознаке изнад проширеног дела бирете, при отвореној
улазној славини (9). Затим се гас усисава у бирету, спуштају ћи боцу за
нивелисање (на принципу спојених судова). Да би се истерао ваздух који се
задржава у капиларном мосту, потребно је усисани гас избацити из бирете
подизањем боце за нивелисање, а потом га поново усисати. Усисавање и
истискивање гаса треба поновити неколико пута да се ваздух потпуно одстрани.
На крају се усиса потребна количина гаса и запремина V ml прочита, при истом
нивоу раствора у боци за нивелисање и бирети.
Гас се пребацује у апсорпциону пипету са раствором калијум-хидроксида (3), подизањем боце за
нивелисање при отвореној славини на овој пипети. У овом раствору апсорбује се само угљен-
диоксид (по принципу селективне апсорпције). У овој пипети гас се оставља око један минут, да
се апсорпција потпуно изврши. После тога славина се отвори и гас врати у бирету, спуштањем
боце за нивелисање. На бирети се прочита нова запремина гаса. Смањење запремине одговара
запремини апсорбованог угљен-диоксида (V cm3 CO2).
На исти начин, гас се пребацује у пипету са
алкалним раствором пирогалола (4), где се апсорбије
кисеоник. Враћа се у бирету и прочита смањење
запремине које одговара запремини кисеоника (V cm3
О2).
На крају гас се преводи у пипету са раствором
купрум-хлорида (CuCl), где се апсорбује угљен-моноксид.
Враћа се у бирету и очитава смањење запремине које
одговара запремини угљен-моноксида (V cm3 CO). Преостали гас у бирети је азот.
При овом одређивању апсорпција појединих састојака увек мора да се врши наведеним редом.
Ако би се, на пример, гас најпре уводио у алкални раствор пирогалола, ту би се поред кисеоника
апсорбовао и угљен диоксид, што би довело до нетачних резултата.

15. 15
Прорачун:
Израчунавање се не врши из прочитаних запремина, јер се запремина гасова мења
са променом притиска и температуре, па се не могу добити реални резултати. Све
измерене запремине своде се на нормалне услове:
p0=0,1 MPa (760 mm Hg) и T0=273 K
Нормална запремина V0, израчунава се из једначине стања идеалних гасова:
𝑝𝑉 = 𝑅𝑇
𝑝𝑉 =
𝑝0 ∙ 𝑉0
𝑇0 ∙ 𝑇
𝑉0 =
𝑝 ∙ 𝑉 ∙ 𝑇0
𝑝0 ∙ 𝑇
𝑅 =
𝑝0 ∙ 𝑉0
𝑇0
Где су:
p-барометарски притисак
V-запремина прочитана на бирети у cm3
𝑇 = 𝑇0 + 𝑡 °𝐶
𝑉0 =
𝑝 ∙ 𝑉 ∙ 273
𝑝0 ∙ (273 − 𝑡)
Садржај састојака изражава се у запреминским процентима. На пример, прорачун
за угљен-диоксид1:
𝑉0 𝑐𝑚3
узорка гаса → 𝑉0 𝑐𝑚3
𝐶𝑂2
100𝑐𝑚3
гаса → 𝑥%𝐶𝑂2
𝑥 =
𝑉𝑜 𝑐𝑚3
𝐶𝑂2 ∙ 100
𝑉0 𝑐𝑚3 узорка
%𝐶𝑂2
1 И остали састојци гаса израчунавају се на овај начин.

16. 16
5.ЗАКЉУЧАК
Овим закључујемо да је потребно више примењивати методе за пречишћавање
ваздуха, јер ваздух је нешто без чега не можемо, ни ми ни животиње ни биљке.
Взадух је важан за цео свет и зато га треба чувати најбоље могуће.
Загађење се мора спречити бржим темпом него што се оно само развија.

17. 17
6.ЛИТЕРАТУРА
1. С. Шербула: Загађивање и заштита ваздуха; Завод за уџбенике, Београд; 2009
2. http://en.wikipedia.org
3. www.ecotopia.rs
4. www.slideshare.net