Saasteainete konspekt (0)

Atmosfääri ehitus
Õhus on 78% lämmastikku; 21% hapnikku; 0,04% vee-auru; 0,93% argooni; 0,03% süsinikdioksiidi.
Atmosfäär jaguneb tropo-, strato-, meso-, termo ja eksosfääriks.
Puhta kuiva õhu koostis
Põhigaasid – lämmastik N2 (78,09%), hapnik O2 (20,95%), argoon Ar (0,93%), süsihappegaas CO2 (0,004%).
Lisandgaasid – Neoon Ne (1,8x103-), heelium, krüptoon, vesinik , ksenoon , dilämmastikoksiid jpm.
Peamiste gaaside sisaldus õhus
Lämmastik 78,09%, hapnik 20,95%, argoon 0,93%, süsihappegaas 0,04%.
Õhu saasteained , primaarsed ja sekundaarsed saasteained.
SO2, NO2, NOx, PM10, PM2,5, Pb, Cd, Ni, Hg, As, O3, benseen , CO, benso(a)püreen.

• Primaarsed eralduvad otse saasteallikast välisõhku.
  
• Sekundaarsed tekivad välisõhus primaarsetest saasteainetest fotokeemiliste ja keemiliste reaktsioonide tulemusena.
  

Saasteainete õhus sisalduse väljendusviisid (%, ppm, ppb, mg/m 3 , µg/m 3 ).
Õhus gaaside sisaldust väljendatakse tavaliselt ruumala kohta. Kasutatakse ühikut ppm; ruumala %.
ppm (parts per million) – 1 osa 1000000 (106) osa kohta; 10-6 osa gaasi 1 õhu osa kohta.
ppb (parts per billion ) – 1 osa 109 osa kohta; 10—9 osa gaasi 1 õhu osa kohta.
Saasteainete kontsentratsioone õhus mõõdetakse sageli µg/m3.
Õhu aerosooli mõiste
Aerosool - pihussüsteem; pihuskeskkonnaks on õhk; pihustatud faasiks vedeliku tilgad või tahked osakesed. (1 nm … 0,1 mm; püsivamad suurused 0,1-10 µm).
Osakeste jaotus suuruse järgi, nimetamine ja tähistamine.

Osakeste jaotus suuruse järgi:

Osakeste tähistus :

Osakeste nimetamine:
Gaaside lahustumine vees, Henry seadus, Henry konstant, lahustuvuse sõltuvus temperatuurist ja rõhust.
Gaaside lahustumine vees on tasakaal atmosfääriõhu ja vee vahel.
Henry seadus: gaasi lahustuvus vedelikus on võrdeline tema osarõhuga lahuse kohal.
Henry seadus: C = KH x p (C – gaasi kontsentratsioon vees, mol/l; KH – Henry konstant, mol/(1 atm); p – gaasi osarõhk lahuse kohal, atm).
Võrdelisusteguriks on Henry konstant, mis sõltub gaasi iseloomust ja temperatuurist, ei sõltu gaasi üldhulgast ega osarõhust.
Gaaside lahustumine on eksotermiline protsess ( soojus eraldub), seetõttu temperatuuri tõstmisel gaaside lahustuvus väheneb. Rõhu tõstmine suurendab gaaside lahustumist vees.
Hapniku lahustumine vees, küllastuskontsentratsioonid.
Hapnik lahustub vees. Küllastuskontsentratsiooniks nimetatakse tasakaalu atmosfääriõhu ja vee vahel.
CO2 lahustumine vees ja reaktsioon veega.
Õhu saastumisega seotud peamised probleemid.

Inimeste tervist ja ökosüsteeme kahjustavad saasteained – PM, NO, SO4, PAH, raskmetallid .

Osoonikihti kahandavad ained – klorofluorosüsinikud ehk freoonid , NOx.

Kliimamuutused – kasvuhoonegaasid CO2, CH4, fluorosüsivesinikud, N2O jt.
Happevihmad (happesademed), tekkepõhjused, peamised saasteained ja nende allikad Eestis, happevihmade mõju keskkonnas.
Põhjustajad: SO2 atmosfääris, NOx atmosfääris, (HCl, orgaanilised ühendid).

• SO2 allikad: põletamine energeetikas, põletamine töötlevas tööstuses, maanteetransport , teised saasteallikad .
  
• NOx allikad: põletamine energeetikas, põletamine töötlevas tööstuses, mittetööstuslik põletamine, maanteetransport, teised liikuvad saasteallikad, teised saasteallikad.
  

Mõju keskkonnale: veekogude ja mulla pH alanemine – hapestumine; kahjulik toime vee-elustikule; kahjulik toime taimedele (lehe-, okkakadu); metallide leostumine; ehitiste ja monumentide kahjustumine .
Vee pH, puhverdusvõime ja leelisus .
Vihmavee pH 5,6. Vee pH on vahemikus 5 kuni 9.
Puhverdusvõime: omadus säilitada pH väärtust; võime neutraliseerida vesinikioone (hüdroksiidioone).

• Karbonaadid: CO32 - + H+ HCO3
  
• Vesinikkarbonaadid: HCO3- +H+ H2O+CO2
  
• Aluskivim : lubjakivi
  

CaCO3 Ca2+ + CO32-

CaCO3 + CO2 + H2O → Ca2+ + 2HCO3-
Vee leelisus: iseloomustab vee võimet siduda H+ ioone; on hapet neutraliseerivate osakeste hulk vees. Vee leelisust põhjustavad HCO3-, CO3-2, OH-.
Vee pH ja H + -ioonide kontsentratsiooni arvutamine.
pH= -log [H+] või pH= -log cH+ (?)
Sademete pH muutus Eestis viimastel aastakümnetel ja muutuse põhjused.
Ida- ja Lääne-Eestis on happelisus 5,83, eeldatavasti põlevkivi tööstusest (põlevkivi tuhk ).
Läänemaal on pH 4,83, eeldatavasti mere happelisuse tõttu (mere aerosoolid).
Sudu mõiste, klassikaline ja fotokeemiline sudu; sudu põhjustavad saasteained ja teket soodustavad tingimused.
Sudu: termin iseloomustamaks õhu saastumist kui nähtavust vähenenud tahkete osakeste või vedelike aerosoolide tõttu õhus.
Klassikaline sudu ehk Londoni sudu: redutseeriv sudu; tahm , SO2, niiskus.
Fotokeemiline ehk Los Angeles ’i sudu: oksüdeeriv sudu; UV, NOx, süsivesinikud.
Sudu põhjustavad saasteained: süsivesinikud, aldehüüdid, oksüdeerijad.
Osooni teke troposfääris, LOÜ mõiste ja saasteallikad.
Osooni teke troposfääris:
NO2+ hν→ NO+O
O + O2 +M → O3 +M
LOÜ – lenduvad orgaanilised ühendid.
LOÜ saasteallikad: mittetööstuslik põletamine; teised liikuvad saasteallikad; lahustite kasutamine; põllumajandus; maanteetransport; tootmisprotsessid ; kütuse kaevandamine; teised saasteallikad.
Osoon stratosfääris, osoonikihi tähtsus, osoonikihi kahanemist põhjustavad peamised saasteained.
O2+ hν → O + O

O + O2+ M → O3+ M
Looduslikult esinev gaas stratosfääris (20-50 km). Osoonikiht stratosfääris kaitseb lühilainelise kahjuliku kiirguse eest, neelab tugevalt UV kiirgust (220 – 330 nm).
Osoonikihi kahanemist põhjustavad peamised saasteained: klorofluorosüsinikud, NOx, HO.
Kasvuhoonegaasid ja kasvuhooneefekt .
Kasvuhooneefekt: Kliima tagamiseks vajaliku soojushulga talletamine Maal. Tähtsamad gaasid: H2O, CO2, (N2O, CH4).
Kasvuhooneefekti tugevnemist põhjustavad saasteained ( Kyoto protokolliga reguleeritud) ja nende peamised allikad; GWP.
Kasvuhoonegaasid: CO2, CH4, N2O, fluoreeritud gaasid (HFC, PFC, SF6). Kasvuhoonegaasid absorbeerivad maapinnalt peegeldunud infrapunast kiirgust, mis peaks väljuma atmosfääris – kasvuhooneefekti tugevnemine.
GWP – global warming potentsial ehk globaalse soojenemise potentsiaal – näitab, mitu korda on kasvuhoonegaas soojuse tagasipeegeldamise võimelt efektiivsem kui süsinikdioksiid.
Arvutused põlemisreaktsioonide võrrandite alusel.
...
Soolade ja hüdroksiidide lahustumine vees, rasklahustuvate ühendite lahustuvus, lahustuvuskorrutised, sademe tekkimine.
Lahustuvuskorrutis : Ksp =[Ca2+][CO3-2].
Rasklahustuva ühendi küllastunud lahuses on tema ioonide kontsentratsioonide korrutis (antud temperatuuril) jääv suurus.
Sademe tekkimine: sade tekib, kui ioonide kontsentratsioonide korrutis ületab lahustuvuskorrutise.
Vee elektrijuhtivus .
Elektrijuhtivus – võime juhtida elektrivoolu, on tingitud laetud osakeste (ioonide) olemasolust vees.
Vee karedus ja kareduse liigid.
Vee karedus: Vees leiduvate Ca2+ ja Mg2+ katioonide summaarne sisaldus. Mida rohkem neid katioone vesi sisaldab, seda karedama veega tegemist on. Põhjavesi on reeglina karedam, kui pinnavesi .
Karedus on oluline näitaja vee kvaliteedi hindamisel.
Kareduse liigid:

• Vee üldine karedus: on summaarne Ca ja Mg ioonide sisaldus ning on põhjustatud mitmesugustest vees lahustunud kaltsiumi ja magneesiumi sooladest.
  
• Karbonaatne ehk mööduvkaredus: on tingitud vees lahutuvatest Ca ja Mg vesinikkarbonaatidest. Vee keetmisel need ühendid lagunevad karbonaatideks, mis sadenevad katlakivina nõu seintele ja põhja, vesi pehmeneb.
  
• Vee jäävkaredus: jäävkareduse moodustavad tugevate hapete sees lahustuvad kaltsiumi ja magneesiumi soolad . Tegemist on püsivate ühenditega, seda karedust pole võimalik vee keetmisel kõrvaldada. Vee pehmendamiseks kasutatakse spetsiaalseid kemikaale, ioonivahetust vm.
  

Vees lahustunud ainete sisalduse väljendusviisid (%, mol/l, mol/dm3 , mg/l, µg/l, ppm).

• Ruumala/maht: %
  
• Osa/parts per million: ppm
  
• Kontsentratsioon: mg/l, µg/l, mol/l.
  

Lämmastiku- ja fosforiühendid vees, nende kontsentratsioonide väljendusviisid.
Fosforiühendid vees: ortofosfaadid (fosfaatioonid), polüfosfaadid, fosfori sisaldavad orgaanilised ained.
Lämmastikuühendid vees: ammooniumioonid (ammoniaak), nitraatioonid, nitritioonid, orgaaniline lämmastik.
Väljendusviisid: NO3- = 31 mg/l; NO3- = 15 mg N/l; NO3-N= 76 mg/l.
Lämmastikuühendite transformatsioon keskkonnas ( nitrifikatsioon , denitrifikatsioon ).
Nitrifikatsioon: NH4 + + 2O2 → NO3 - + 2H+ + H2O
< + 4H+ → 2N2 + 5CO2 + 7H2O
Orgaanilised saasteained keskkonnas.
Käitumine keskkonnas: lahustumine vees; lagunemine keskkonnas; bioakumulatsioon; toksiline toime elusorganismidele.
Orgaaniliste saasteainete keskkonnaohtlikkus, näiteid orgaanilistest saasteainetest; orgaaniliste ainete lagunemine keskkonnas, biolagunemine ja selle tähtsus; aeroobne ja anaeroobne lagunemine, arvutused reaktsioonivõrrandite järgi.
Keskkonnaohtlikus: püsivus, bioakumuleeruvus, toksilisus.
Orgaanilise aine bioloogiline lagunemine: ainete lagunemine mikroorganismide abil –

• Süsinikuringe võimalikkus
  
• Erinevate orgaaniliste ainete lagunemine keskkonnas
  

Orgaanilise aine anaeroobne lagunemine: hapniku puudumisel madalad NO3-, SO4-2 kontsentratsioonid. Orgaanilise aine lagunemine hapniku kulutamiseta: 2 (CH2O) –> CH4 + CO2 (metaani tekkimine).

• Prügilagaasi tekkimine
  
• Biogaasi tootmine
  

BHT ja selle määramine standardmeetodil, KHT, biolagundatavuse indeks, püsivus ja poolestusaeg (poollagunemisaeg).
BHT7 on hapniku hulk (mg), mis kulub 1 liitris vees oleva orgaanilise aine lagundamiseks mikroorganismide abil (biokeemiliselt) 7 päeva jooksul.
BHT määramine: Veeproov, mis sisaldab mikroorganisme, hapniku, toiteelemente ja nitrifikatsiooni inhibiitorit, täidetakse ääreni anumasse , mis jäetakse 7-ks päevaks 20 kraadi juures pimedusse . Enne ja pärast 7 päeva seismist mõõdetakse proovis olev hapnikuhulk.
KHT on hapniku hulk (mg), mis kulub 1 liitris proovis sisalduvate ainete keemiliseks oksüdeerumiseks tugeva oksüdeerija (K2Cr2O7) toimel, kulunud hulk arvutatakse ümber hapniku hulgaks.
Biolagundatavuse indeks: BHT7 / KHT.
Poolestusaeg on aeg, mille jooksul laguneb pool algmomendil olemas olnud aine hulgast.
Aine vastab püsivuse (P) kriteeriumile, kui üks järgmistest tingimustest on täidetud:

• Selle lagunemise pooletusaeg t1/2 merevees on pikem kui 60 päeva;
  
• t1/2 mage või suudmevees on pikem kui 40 päeva;
  
• t1/2 meresettes on pikem kui 180 päeva;
  
• t1/2 mage- suudmevee settes on pikem kui 120 päeva;
  
• t1/2 pinnases on pikem kui 120 päeva.
  

Püsivad orgaanilised saasteained:

• lagunevad keskkonnas väga aeglaselt;
  
• püsivad keskkonnas pikka aega;
  
• võivad kuhjuda organismides.
  

Bioakumulatsioon, biomagnifikatsioon.
Bioakumulatsioon: saasteained keskkonnast –> elusorganismidesse.
Bioakumulatsioon on aine kontsentratsiooni suurenemine organismis võrreldes kontsentratsiooniga ümbitsevas keskkonnas.
Biomagnifikatsioon ehk biovõimendumine: kemikaali kuhjumine toiduahelas ; kemikaali kontsentratsioon organismis suurem kui tarvitatakse toidus.
Redoksreaktsioonid , oksüdatsiooniaste, oksüdeerumine, redutseerumine, oksüdeerija, redutseerija, korrosioon ; oksüdeerivad ja redutseerivad tingimused keskkonnas, raua-, kroomi-, väävli- ja lämmastikuühendid erinevates redokstingimustes (pH-pE diagrammid ).
Redoksreaktsioonid keskkonnas muudavad elementide oksüdatsiooniastet:

• Oksüdeerumine: redutseerija loovutab elektrone, oksüdatsiooniaste suureneb.
  
• Redutseerumine: oksüdeerija seob elektrone, oksüdatsiooniaste väheneb.
  

Oksüdatsiooniaste – elemendi aatomi laeng ühendis eeldusel, et ühend koosneb ioonidest elemendi kaupa.
Korrosioon on metallide hävinemine keskkonna toimel.
Oksüdeerivad tingimused keskkonnas: kõrge pE, hapnik.
Redutseerivad tingimused keskkonnas: madal pE.
Raud erinevates redokstingimustes:
Väävel erinevates redokstingimustes:
Lämmastik erinevates redokstingimustes:
Metallid keskkonnas.
Looduslikult leiduvad peamiselt ühenditena.
Probleemid keskkonnas tänu inimtegevusele.
Ei lagune keskkonnas (v.a. radioaktiivsed metallid).
(Keskkonnas leiduvad metallid: peamiselt kõik Mendelejevi tabelis leiduvad metallid on loodusest leitavad [ viide : https://www.thoughtco.com/how-many-elements-found-in-nature-606635 ]).
Tähtsamad omadused, metalliühendite lahustuvus ja selle tähtsus, sõltuvus pH-st.
Metallid sõltuvad pH-st ja redokstingimustest.
Lahustuvuskorrutis: [Pb2+]×[ SO42 -]>Ksp
Lahustumine määrab metallide sisalduse vees; määrab loodusliku vee koostise.
Metalliioonide sorptsioon , sõltuvus pH-st; metallide omaduste sõltuvus redokstingimustest.
Metallide sorptsioon: seondumine tahke ainega.
Tüüpiliselt metalliioonide sorptsioon väheneb kui pH väheneb (v.a. As ja Cr(VI) korral).
Metallide omadused sõltuvalt redokstingimustest: d-metallid (B-rühmades), poolmetallid ; võimalikud erinevad oksüdatsiooniastmed:

• Fe2+ lahustub vees, Fe3+ sadeneb rasklahustuva Fe(OH)3-na
  
• Cr6+ kantserogeenne , Cr3+ vajalik biometall

  
• As3+ ja As5+ ühendite erinev käitumine keskkonnas ja erinev toksilisus