Nekontrolisano sagorevanje usitnjenih automobilskih guma na deponiji
Karakterizacija gasovitih i čestičnih emisija
Ukratko o istraživanju
Tokom leta 2012. godine, na deponiji u Iowa City-ju (Iowa, SAD) izgoreo je sloj podloge deponijskog postrojenja koji je sadržao oko 1,3 miliona usitnjenih automobilskih guma. Za vreme požara, vršeno je kontinuirano praćenje i laboratorijsko merenje gasovitih i čestičnih emisija, u cilju karakterizacije i dobijanja novih podataka o kvalitativnom sastavu emitovanog dima kao i o količini oslobođenih zagađujućih materija. Uočeno je značajno povećanje koncentracije CO, CO2, SO2, broja čestica (PN, eng. Particle number), sadržaja finih čestica (PM2.5, eng. Particulate matter), elementarnog ugljenika (EC eng. Elemental carbon) i policikličnih aromatičnih ugljovodonika (PAH, eng. Polycyclic aromatic hydrocarbon) u vazduhu. Po prvi put je dokozano da PM2.5 iz sagorevanja guma sadrže PAH, kod kojih se atomi azota nalaze vezani u prstenu (tzv. azoareni), kao i picen, jedinjenje za koje se ranije smatralo da se specifično javlja u procesu sagorevanje uglja.
Za razliku od rezultata prethodnih studija, u ovom radu je pokazano da metali koji se koriste u proizvodnji guma (tj. Zn, Pb, Fe) nisu detektovani u gruboj frakciji suspendovanih čestica (PM10) na rastojanju od 4,2 km u smeru vetra. Merenja parametara vazduha su za izvođenje prvo in situ, određivanjem emisionih faktora (EF, eng. Emission factors) povezanih sa potrošnjom goriva usled nekontrolisanog paljenja guma na otvorenom prostoru, ukazivali su na značajnu emisiju SO2 (7,1 g kg−1), broja čestica (3,5 × 1016 kg−1), PM2.5 (5,3 g kg−1), EC (2,37 g kg−1) i 19 pojedinačnih PAH (ukupno 56 mg kg−1). Takođe, uočen je veliki stepen varijabliteta u dnevnim EF vrednostima, što ukazuje na značajan raspon faktora koji utiču na plameno i tinjajuće sagorevanje kod ove vrste požara velikih razmera, za koje se modifikovana efikasnost sagorevanja kretala od 0,85 do 0,98. U radu se takođe daju I preporuke za buduća istraživanja ovog nedovoljno ispitivanog izvora zagađivača životne sredine.2.5
ZAŠTO JE OVO ISTRAŽIVANJE VAŽNO
Široka upotreba motornih vozila značajno je povećala količinu otpadnih automobilskih guma; u Sjedinjenim Američkim Državama je 2011. godine Udruženje proizvođača gume (Rubber Manufacturer’s Association, RMA) procenilo da je nastalo 231 milion otpadnih guma (RMA, 2013). Aktivni programi upravljanja u SAD teže da se iskorišćene gume koriste kao gorivo (37,7%), gumeni granulat (24,6%), građevinski materijale u niskogradnji (18,0%), za izvoz (8,0%) i neke druge svrhe (3,4%), dok se preostale gume odlažu na deponije (13%), baliraju bez stavljanja na tržište (0,9%) ili se ne evidentiraju (4,6%) (RMA, 2013). Gume nalaze primenu kao hemijska roba, građevinski materijal i čvrsto gorivo zbog svoje visoke energetske gustine od 29–37 MJ kg−1 (Giere et al., 2004). U cilju potencijalnog negativnog dejstva na životnu sredinu, kao što je izluživanje štenih materija i sagorevanje guma na otvorenom prostoru, potrebno je posebnu pažnju usmeriti ka skladištenju i ponovnoj upotrebi automobilskih guma. Rizik od požara može se smanjiti preduzimanjem preventivnih mera koje sprečavaju pojavu i širenje plamena.
Nekontrolisani požari guma veoma se teško gase i u živornu sredinu oslobađaju dim koji je opasan po zdravlje ljudi kao i pirolitičko ulje. Najveći požar guma u istoriji Sjedinjenih Država izbio je 1983. godine u Winchester-u, Virginia, gde je 7 miliona guma gorelo devet meseci i zagađivalo vazduh i vodu u tri susedne države (Virginia Department of Environmental Quality, 2014). Od tada je u SAD zabeleženo više od desetak velikih požara guma (Singh et al., 2015). U zemljama bez programa za ponovnu upotrebu i upravljanje gumama, pretpostavlja se da je učestalost požara guma znatno veća (Shakya et al., 2008; Stefanov et al., 2013). Međutim, požari guma, naročito oni manjih razmera, uglavnom nisu adekvatno dokumentovani, tako da su učestalost i obim požara guma na globalnom nivou nepoznati.
Sagorevanje guma emituje štetne gasove i čestice u atmosferu. Ova emisija odražava hemijski sastav guma, koje su, po masi, oko 50% prirodna ili sintetička guma, 25% čađ (eng. black carbon), 10% metal (uglavnom u čeličnom pojasu), 1% sumpor, 1% cink-oksid i tragovi drugih materijala (Seidelt et al., 2006). Laboratorijske studije sagorevanja guma beleže značajne emisije CO2 (2890 g kg−1), CO (71 g kg−1), NOx (6,0 g kg−1) i SO2 (28 g kg−1) (Stockwell et al., 2014), ukupnih suspendovanih čestica (TSP, 65–105 g kg−1), gasovitih i čestičnih PAH (3,4–5,3 g kg−1) i isparljivih organskih jedinjenja (VOC, 12–50 g kg−1, npr. benzen, toluen, ksileni) (Lemieux i Ryan, 1993). Nakon požara 2001. godine u kojem je izgorelo 6000 guma u Kvebeku, Wang et al. (2007) analizirali su čvrstu čađ i tečne uzorke ulja i identifikovali 165 PAH i drugih aromatičnih jedinjenja, od kojih su mnoga sadržala heteroatome sumpora, azota i kiseonika. Emisije PAH pri susagorevanju gumenog granulata u visokoefikasnom kotlu veoma zavise od odnosa goriva i vazduha; u uslovima sa manjkom kiseonika, emisije PAH porasle su za tri reda veličine do maksimuma od 7,2 g kg−1 (Levendis et al., 1996). Shodno tome, obim i hemijska priroda emisije pri sagorevanju guma zavise od uslova sagorevanja.
Mnogi zagađivači koji se emituju pri sagorevanju guma toksični su, kancerogeni i/ili mutageni; zajedno predstavljaju značajan rizik po zdravlje. U testu mutagenosti, Demarini et al. (1994) pokazali su da su emisije iz sagorevanja guma mutagenije od emisija iz sagorevanja plastike na otvorenom prostoru i sagorevanja fosilnih goriva u energetskim kotlovima. Štaviše, nivo mutagenosti se povećavao kada su gume sagorevale u uslovima ograničenog dotoka kiseonika, što je dovodilo do pojačanog formiranja PAH i srodnih jedinjenja. Opsežan pregled zdravstvenih rizika usled izloženosti emisijama iz sagorevanja guma dali su Singh et al. (2015), a zaključak je da SO2, PM2.5, crni ugljenik, akrolein, formaldehid i CO predstavljaju značajne rizike po zdravlje ljudi. Izloženost ljudi emisijama iz sagorevanja guma uglavnom dolazi usled udisanja vazduha i zavisi od blizine izvora emisije, kao i od intenziteta i gustine dima. Stoga su osobe koje žive ili rade u blizini gde dolazi do požara usled paljenja guma (npr. vatrogasci) najizloženije ovom štenom uticaju. Posebnu zabrinutost izaziva izloženost osetljivih populacija (npr. dece, starijih osoba i pojedinaca sa respiratornim ili kardiovaskularnim oboljenjima) emisijama iz ovog izvora, kod kojih posledice po zdravlje mogu biti ozbiljne.
Ova studija kvalifikovala je i kvantifikovala sadržaje oslobođenih materija iz gasovite i čestične emisije nekontrolisanog požara guma velikih razmera koji je izbio na gradskoj deponiji u Iowa City-ju (Iowa, SAD), u subotu, 26. maja 2012. godine. Uzrok paljenja nije poznat, ali gradske vlasti su spekulisale da je u petak uveče u deponiju izručena žar od uglja ili ostaci sadržaja buradi za spaljivanje otpada. Zbog jakog vetra, požar se proširio na površinu od oko sedam jutara (≈ 2,8 ha) sloja za drenažu deponije debljine jedan metar, napravljenog od usitnjenih guma. Procena je da je izgorelo oko 1,3 miliona guma (20,5 miliona kg), pri čemu je nastalo više od 454.000 L pirolitičkog ulja i emitovan gust dimni oblak. Zdravstvene službe izdale su javna upozorenja stanovništvu da izbegava izloženost dimu. Vatrogasne ekipe su 4. juna započele gašenje zasipavanjem požara zemljom, a radovi su završeni 12. juna, kada dim više nije bio vidljiv.
Cilj ovog rada je da se karakterišu emisije gasova i čestica iz nekontrolisanog, velikog, požara nastalog paljenjem usitnejnih automobilskih guma na otvorenom prostoru. Terenski pristup korišćen u ovoj studiji daje realnu sliku sagorevanja guma na otvorenom prostoru, koje je ranije ispitivano samo u eksperimentima malog obima koji su izvođeni u laboratorijskim uslovima (Lemieux i Ryan, 1993; Stockwell et al., 2014). Merenja broja čestica (PN), mase i raspodele po veličini, EC, PAH, SO2 i CO u vazduhu, korišćena su za izvođenje faktora emisije (EF) ključnih zagađivača po kilogramu izgorele gume. Po prvi put su određeni EF za PN, masu PM2.5 i PM2.5-vezane PAH, što je važno za razumevanje izloženosti populacije i potencijalnih zdravstvenih posledica ovog izvora. EF dobijeni in situ za nekontrolisano paljenje guma upoređeni su sa ranijim laboratorijskim studijama kako bi se procenilo u kojoj meri se emisije iz ovog izvora razlikuju u realnim uslovima u odnosu na laboratorijske uslove. Pored toga, EF iz ove studije koristili su Singh et al. (2015) za procenu zdravstvenih rizika od dima iz požara izazvanih paljenjem guma i formulaciju preporuka u vezi sa potrebama za merenjem kvaliteta vazduha na koje utiču požari guma velikih razmera.
