PROCJENA UTJECAJA LUČKIH PROCESA NA OKOLIŠ FORMIRANJEM OKOLIŠNOG INDEKSA

Transcription

1 SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Igor Kegalj PROCJENA UTJECAJA LUČKIH PROCESA NA OKOLIŠ FORMIRANJEM OKOLIŠNOG INDEKSA DOKTORSKA DISERTACIJA RIJEKA, 2015.

2 SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Igor Kegalj PROCJENA UTJECAJA LUČKIH PROCESA NA OKOLIŠ FORMIRANJEM OKOLIŠNOG INDEKSA DOKTORSKA DISERTACIJA Mentor: doc. dr. sc. Luka Traven Komentor: prof. dr. sc. Julijan Dobrinić RIJEKA, 2015.

3 UNIVERSITY OF RIJEKA FACULTY OF ENGINEERING Igor Kegalj THE EVALUATION OF THE INFLUENCE OF HARBOUR PROCESSES ON THE ENVIRONMENT BY FORMING AN ENVIRONMENTAL INDEX DOCTORAL THESIS RIJEKA, 2015

4 Mentor disertacije: doc. dr. sc. Luka Traven Komentor disertacije: prof. dr. sc. Julijan Dobrinić Doktorska disertacija obranjena je dana u/na Tehničkom fakultetu Sveučilišta u Rijeci, pred povjerenstvom u sastavu: 1. prof. dr. sc. Tomislav Mrakovčić, redoviti profesor, Tehnički fakultet, Sveučilište u Rijeci (Predsjednik povjerenstva) 2. doc. dr. sc. Luka Traven (član, mentor) 3. prof. dr. sc. Julijan Dobrinić, redoviti profesor (član, komentor) 4. prof. dr. sc. Goran Kniewald, redoviti profesor, Institut Ruđer Bošković, Zagreb (član) 5. prof. dr. sc. Miljenko Kapović, redoviti profesor, Medicinski fakultet, Sveučilište u Rijeci (član)

5 Čovjek koji je prestar da bi učio vjerojatno je uvijek bio prestar da bi učio. Freidrich Nietzsche

6 ZAHVALE Mentoru doc. dr. sc. Luki Travenu i komentoru prof. dr. sc. Julijanu Dobriniću na povjerenju i poticanju tijekom izrade doktorske disertacije. Osobito se zahvaljujem mentoru doc. dr. sc. Luki Travenu na znanstvenom usmjeravanju, potpori, sugestijama i vođenju u izradi ove doktorske disertacije. Zahvaljujem se kap. Rajku Jurmanu iz Lučke uprave Rijeka na susretljivosti i pruženoj pomoći. Također, zahvaljujem djelatnicima Adriatic Gate Container Terminal gosp. Ivici Marijanu, gosp. Žarku Acingeru i gosp. Ervinu Jokiću. Posebna zahvala supruzi Jani na beskrajnom strpljenu, razumijevanju, podršci i svekolikoj pomoći u proteklim godinama. I

7 SAŽETAK Budući da standardi zaštite okoliša u lukama nisu ujednačeni, nisu ujednačene ni mjere za procjenu održivosti lučkih poslovanja, kao ni instrumentarij za procjenjivanje trenutnog stanja utjecaja na okoliš lučkog sustava. Svrha istraživanja provedenog u okviru ove doktorske disertacije jest definiranje okolišnog indeksa kao veličine koja odražava razinu utjecaja lučkih procesa na okoliš. Ciljevi ove doktorske disertacije bili su slijedeći: (1) integracija relevantnih pokazatelja lučkih aktivnosti te procjena utjecaja procesa na terminalu luke na okoliš formiranjem okolišnog indeksa te (2) validacija okolišnog indeksa izradom studije slučaja na kontejnerskom terminalu Brajdica. Za izradu okolišnog indeksa koristila se metodologija složenih indeksa kojom se pomoću pojedinih statističkih metoda, kompilacijom i agregacijom više pojedinačnih pokazatelja formira složeni indeks. Dobiveni indeks omogućuje vrednovanje ukupnog utjecaja lučkih područja na okoliš. Validacija okolišnog indeksa primjenom na terminalu Luke Rijeka ukazala je da je indeks lako primjenjiv te da je njegovom primjenom moguće pratiti promjene u ekološkim performansama lučkih područja. Predloženim modelom izračunati okolišni indeks može služiti za prikaz napretka poslovanja lučkog terminala u kontekstu smanjenja onečišćenja lučkog okoliša. Dobiveni indeks može se primijeniti za procjenu trenutnog utjecaja lučkog sustava na okoliš, ali i za identifikaciju trendova pojedinog lučkog sustava ukazujući na njegovu ekološku održivost. Također, primjenom ove metodologije moguće je testirati pojedine zahvate po pitanju lučkih procesa i odrediti njihov doprinos utjecaju lučkog terminala na okoliš. Osim toga, u radu su razmatrana i potencijalna ograničenja ovakvog pristupa. II

8 ABSTRACT As environmental standards are not harmonized in ports, neither are the measures for evaluating the sustainability of port operations, nor the instruments for the assessment of the current condition of environmental efficiency of a port system. The purpose of the research conducted in the framework of the thesis is to define the environmental index as a value which reflects the level of influence of port processes on the environment. The goals of the thesis were the following: (1) to integrate relevant indicators of port activities and evaluate the influence of port terminal processes on the environment through the formation of an environmental index and (2) to validate the environmental index through the elaboration of a case study on the container terminal Brajdica. The environmental index will be construed by means of the compound index method, whereby certain statistical methods, like compilation and aggregation of more individual indicators, are used to form a compound index. By means of the obtained index, it will be possible to evaluate the overall effect of port areas on the environment. The validation of the environmental index through the application of the index on the Port of Rijeka terminal showed that the index can be easily applied, and its application enables us to follow the changes in environmental performance of port areas. The environmental index calculated by means of the suggested model may be used to show the progress in port terminal operation in the context of pollution reduction in port area. Furthermore, the obtained index can be used to evaluate the current effect of a port system on the environment, but also to identify trends of a port system implying its sustainability. Also, the application of this methodology may be used to test certain interventions in the port processes and determine their share in the port terminal influence on the environment. In addition, the paper considers the potential restraints of such approach. III

9 KLJUČNE RIJEČI: Pokazatelji lučkih procesa Kontejnerski terminal Model procjene utjecaja luke na okoliš Podindeks emisija u zrak Podindeks emisija u more Podindeks emisija otpada Okolišni indeks KEYWORDS: Indicators of port processes Container terminal Model of evaluation of port influence on the environment Subindex of emissions into air Subindex of emissions into sea Subindex of waste emissions Environmental index IV

10 SADRŽAJ ZAHVALE... I SAŽETAK... II ABSTRACT... III KLJUČNE RIJEČI:... IV SADRŽAJ UVOD Pregled dosadašnjih istraživanja Cilj istraživanja i znanstvena hipoteza Metodologija istraživanja Struktura rada Očekivani znanstveni doprinos predloženog istraživanja Primjena rezultata istraživanja LUKA I LUČKI TERMINAL KAO SUSTAV Definicija morske luke kao sustava Tehničko-tehnološke značajke morske luke ZNAČAJNI POKAZATELJI ONEČIŠĆENJA LUKE Zrak Značaj meteoroloških uvjeta na onečišćenje zraka Podjela onečiščujućih tvari zraka prema agregatnom stanju Ugljikov dioksid (CO 2) Ugljični monoksid (CO) Sumporni oksidi SOX Dušikovi oksidi NOX Lebdeće čestice (PM particulate matter) Utjecaj emisija ispušnih plinova pomorske privrede na okoliš i ljudsko zdravlje Otpad More Otpadne vode Teški metali Policiklički aromatski ugljikovodici (PAU) Poliklorirani bifenili (PKB) Stupac morske vode Mineralna ulja (Oil and grease) Kemijska potrošnja kisika ( KPK )

11 Biokemijska potrošnja kisika (BPK) Suspendirane tvari Anionski detergenti Benzen, toluen, etilbenzen, ksilen (BTEX) Fenoli METODE ISTRAŽIVANJA Anketa Deskriptivna statistika Osnova i primjena AHP metode Regresijska analiza FORMIRANJE OKOLIŠNOG INDEKSA LUKE Definiranje teoretskog modela Faza procjene i odabira pokazatelja utjecaja lučkih procesa na okoliš Faza grupiranja pokazatelja utjecaja lučkih procesa na okoliš Faza određivanja težinskih faktora skupina pokazatelja utjecaja lučkih procesa na okoliš Normalizacija vrijednosti pokazatelja utjecaja lučkih procesa Izračun vrijednosti podindeksa Izračun vrijednosti okolišnog indeksa STUDIJA SLUČAJA KONTEJNERSKOG TERMINALA LUKE RIJEKA Opis lokacije i tehnološkog procesa kontejnerskog terminala Brajdica Odabir pokazatelja utjecaja na okoliš odvijanjem tehnoloških procesa kontejnerskog terminala Brajdica Emisije u zrak: podindeks I PZ s glavnim pokazateljima Emisije u more: podindeks I PM s glavnim pokazateljima Emisije otpada: podindeks I PO s glavnim pokazateljima Formiranje okolišnog indeksa kontejnerskog terminala Brajdica Izračun težinskih faktora - ponderiranje Izračun konzistencije Izračun podindeksa Izračun okolišnog indeksa I O INTERPRETACIJA REZULTATA FORMIRANJA OKOLIŠNOG INDEKSA I O KONTEJNERSKOG TERMINALA BRAJDICA Okolišni indeks (I O) i podindeksi (I PZ, I PM i I PO) u godini Okolišni indeks I O Podindeksi I PZ, I PO, I PM

12 7.2. Okolišni indeks (I O) i podindeksi (Ipz, Ipm i Ipo) u godini Okolišni indeks I O Podindeksi I PZ, I PO, I PM Usporedba okolišnih indeksa (I O) i podindeksa (I PZ, I PM i I PO) u i godini Okolišni indeksi i podindeksi za 2014./2015. godinu Analiza trenda indeksa i podindeksa za 2014./2015. godinu ZAKLJUČAK LITERATURA POPISI SLIKA I TABLICA POPIS KRATICA I OZNAKA

13 1. UVOD Posljednjih godina rast globalne trgovine rezultirao je brzim rastom količine tereta koja se preveze morem, a u lukama prekrcava. Posljedica toga jest porast razina emisija onečišćivala iz lučkih područja u okoliš (OECD, 2008). Najznačajniji izvori onečišćenja obuhvaćaju: brodove koji dolaze u luku, operacije ukrcaja/iskrcaja, slaganje i skladištenje tereta, te industrijska postrojenja smještena unutar samog lučkog područja. Unatoč tome što se sve više spominju ekološki standardi u upravljanju lukama i lučkim procesima, postojeća literatura o utjecaju luka na okoliš nedostatna je prvenstveno iz razloga što se više pažnje pridavalo utjecaju morskog prometa na okoliš, te se pritom zanemarivao utjecaj lučkih postrojenja na okoliš (Woolridge et al., 1998). Lučka privreda gospodarska je grana čije aktivnosti izravno utječu na kvalitetu okoliša, te bi kao takva trebala implementirati ekološke standarde i propise kako bi pri obavljanju temeljne djelatnosti umanjila i/ili spriječila štetno djelovanje na okoliš. Osim toga, mnogobrojni specifični i rizični procesi složenog lučkog sustava, zbog potencijalnih opasnosti njegovog djelovanja, od stalnog su interesa javnosti, koja od lučkog gospodarstva očekuje odgovor na sve ekološke izazove koji će u budućnosti pred njega biti postavljeni. Kako bi taj odgovor dale, lučke uprave morat će se aktivnije uključivati u provođenje zaštite okoliša u svim segmentima svojeg poslovanja. S obzirom da nisu ujednačeno regulirani i implementirani ekološki standardi u lukama, nema ni konkretnih mjera za procjenu održivosti lučkih poslovanja, kao ni instrumentarija za ocjenjivanje trenutnog stanja ekološke učinkovitosti lučkog sustava ukazujući na ulogu i položaj konkretne luke u odnosu na konkurentne luke u okruženju Pregled dosadašnjih istraživanja Većina istraživanja provedenih na ovu temu bavila su se zakonodavnim i institucionalnim aspektima problema utjecaja lučkih područja na okoliš, pri čemu se naglašavala važnost uvođenja nekog oblika upravljanja nad izvorima onečišćenja u područjima morskih luka (Choi et al., 2000). Npr. problematika onečišćenja zraka i mora u lučkim područjima razmatrala se upotrebom metode procjene ekonomskih troškova (Gallagher & Taylor, 2003). U luci Kembla u Australiji provedena su istraživanja razine onečišćenja i kvalitete vode, sedimenta i bentičkih organizama (He & Morrison, 2001), te su analizirane koristi i potencijalni problemi uspostave tzv. zelene luke Tianjin u Kini 4

14 (He & JI, 2011) pri čemu su predložene mjere za kvalitetnije upravljanje okolišem već u fazi projektiranja luke. J. H. Vandermeulen je u (Vandermeulen, 1996) analizirao glavne probleme u razvoju i primjeni ekoloških standarda na lučka područja, te je predložio preventivne mjere iz perspektive planiranja i upravljanja lukom. Nadalje, temeljem analize ekonomskog razvoja luke i razmatranja okolišnih pitanja, A. Yáñez-Arancibia uspostavio je mehanizam planiranja i upravljanja lukom pomoću sustavnih veza ekonomske politike i politike zaštite okoliša (Yáñez-Arancibia, 1999). Osim navedenog, J. I. Saiz-Salinas i J. Urkiaga-Alberdi uspostavili su sustav bioloških indikatora na temelju istraživanja bentičkih zajednica u Bilbau u Španjolskoj (Saiz-Salinas & Urkiaga-Alberdi, 1999), koji se može koristiti za klasifikaciju i ocjenu učinka izgradnje i razvoja luke na morski okoliš. Okolišnu problematiku u europskim lukama razmatrali su C. F. Wooldridge i C. McMullen (Christopher et al., 1999), te su istakli da su učinkoviti sustavi upravljanja lukom i adekvatan zakonski okvir koji regulira zaštitu okoliša temeljni elementi za rješavanje problema zaštite okoliša u lukama, te se politika zaštite okoliša mora implementirati, provoditi i nadzirati znanstveno zasnovanim pristupom (Cognetti, 1996; Wooldridge, 1996). Širi pregled ekoloških problema u lukama također su dali Trozzi i Vaccaro (Trozzi & Vaccaro, 2000) te Gouliemos (Gouliemos, 2000). Verhoeven je također ustvrdio da negativni utjecaji lučkih procesa i aktivnosti na okoliš nisu zanemarivi (Verhoeven, 2010), već su među najvećim izvorima onečišćenja zraka što uključuje emisije ispušnih plinova (Woodyard, 2009; Mollenhauer & Tschoeke, 2010), emisije tijekom manipulacije tereta, emisije tijekom pranja skladišnih prostora (Hellen & Ristimaeki, 2007), emisije stakleničkih plinova (Garrison, 1996), te ostale emisije u gradovima u kojima su luke smještene. Također se primjećuje da je održivi razvoj postao temeljni dio politike zaštite okoliša svake luke, pa u tom kontekstu neki autori smatraju da je luka ključni element u zaštiti cjelokupnog morskog okoliša, te predlažu zakonsku integraciju okolišnih pitanja u operativnu djelatnost luke (Goulielmos, 2000). Također, T. A. Stojanović zaključio je da primjena strožih kriterija zaštite okoliša u radu lučkih područja predstavlja jedno od temeljnih točaka u primjeni EU direktive o staništima (Stojanovic et al., 2006). Uz to, provedena su i istraživanja o prevenciji i upravljanju rizikom u lučkom okolišu te su predloženi sustavi prevencije ekoloških rizika na temelju istraživanja mehanizama ekoloških rizika u lukama (Jones et al., 2005). Osim navedenih istraživanja treba napomenuti da sve veći broj luka primjenjuje sustave upravljanja 5

15 okolišem u svrhu udovoljavanja zakonskim propisima, te smanjenja operativnih troškova i ekoloških rizika. Bez obzira na činjenicu da su u literaturi opisani neki od aspekata utjecaja lučkih područja i lučkih procesa na okoliš, do danas nije osmišljen niti primijenjen okolišni indeks koji bi integrirao sve aspekte utjecaja na okoliš u jedinstveni indikator koji bi bio univerzalno primjenjiv. U tijeku su brojne inicijative koje su pokrenute s ciljem razvoja indikatora u području ekonomije, gospodarstva, ekologije i društvenih znanosti, međutim pregledom dostupne literature utvrđeno je da do sada nije osmišljen indeks koji bi na jasan, standardiziran i transparentan način objedinjavao sve aspekte utjecaja lučkih područja na okoliš (Dewan, 2006). Obzirom na navedeno i na nedostatak standardizirane metodologije, usporedba i rangiranje lučkih područja obzirom na utjecaj na okoliš u ovom trenutku nije moguća Cilj istraživanja i znanstvena hipoteza Cilj rada je analizirati i na relevantan način kroz vrijeme integrirati okolišne pokazatelje lučkih aktivnosti sa svrhom izrade indeksa koji bi se mogao primjenjivati kod određivanja/vrednovanja ukupnih utjecaja pojedine luke na okoliš sa svrhom procjene ekoloških performansi pojedine luke. Analiziranjem aspekata utjecaja na okoliš radom se: 1. osmišljava nova metodologija formiranja i izračuna okolišnog indeksa 2. provodi validacija okolišnog indeksa Temeljem navedenog postavljena je sljedeća radna hipoteza: analizom utjecaja lučkog sustava i lučkih procesa na okoliš, primjenom odgovarajuće nove metodologije moguće je integrirati utjecaj luke na okoliš u jedinstveni indeks pomoću kojeg je moguće vrednovati utjecaj lučkih područja na okoliš Metodologija istraživanja Nova metodologija izračuna okolišnog indeksa kojom se u ovoj doktorskoj disertaciji na transparentan način kroz vrijeme integriraju značajni okolišni pokazatelji lučkih procesa pri obavljanju temeljne djelatnosti luke, predložena je iz više razloga: - do sada u literaturi nije opisana niti predložena standardna metodologija kojom bi bilo moguće integrirati sve aspekte utjecaja lučkih područja na okoliš u jedinstven indeks, 6

16 - okolišni indeks može pomoći u upravljanju lukom olakšavajući razumijevanje ekoloških pitanja povezanima s lučkim aktivnostima, - jedan od načina na koji luka može odrediti svoje ekološko djelovanje te identifikaciju trendova lučkog sustava ukazujući na njegovu održivost. Metodologija izrade okolišnog indeksa zasniva se na analizi i integraciji svih aspekata utjecaja lučkih područja na okoliš. Pojedini indikatori utjecaja lučkih područja na okoliš izabrani su na temelju pregleda dostupne literature pri čemu se vodilo računa o njihovom značaju, mjerljivosti i reprezentativnosti te su u konačnici integrirani u jedinstveni pokazatelj (okolišni indeks). Struktura metodologije izrade okolišnog indeksa prikazana je na Slici 1. NOVA METODOLOGIJA IZRAČUNA OKOLIŠNOG INDEKSA DEFINIRANJE TEORETSKOG MODELA GENERIČKI HIJERARHIJSKI PRISTUP IZBOR I INTEGRACIJA PODATAKA MULTIVARIJANTNA ANALIZA PODINDEKSI OKOLIŠNI INDEKS Slika 1. Grafikon nove metodologije U svrhu integracije koristile su se kvalitativne i kvantitativne metode. Kvalitativne metode zasnivale su se na postupcima organizacije i pripreme podataka, kodiranja, opisivanja, interpretacije podataka i sl. Kvantitativne metode koje su se koristile u ovoj doktorskoj disertaciji uključivale su standardne deskriptivne statističke metode te faktorsku i regresijsku analizu. 7

17 1.4. Struktura rada Doktorska disertacija izrađena je u skladu s Uputama za izradu doktorskih disertacija koje je odobrilo Fakultetsko vijeće Tehničkog fakulteta Sveučilišta u Rijeci. Ova se doktorska disertacija sastoji se od osam međusobno povezanih poglavlja. U prvom uvodnom poglavlju prikazan je pregled dosadašnjih istraživanja iz područja zaštite okoliša luka, opisani su ciljevi istraživanja, obrazložena hipoteza rada i metodologija istraživanja. U drugom poglavlju koje opisuje lučki sustav, dan je sustavni pristup definiranju tehničko-tehnoloških značajki morske luke. Treće poglavlje opisuje glavne pokazatelje onečišćenja luke koji znatno utječu na kvalitetu okoliša. Opisane su specifične karakteristike pokazatelja i njihov štetan utjecaj na okoliš, te su podijeljeni prema njihovom utjecaju na zrak i more. Četvrto poglavlje prikazuje metode koje su se u istraživanju koristile za prikupljanje i obradu podataka, izradu studije slučaja, te validaciju modela kroz analizu rezultata dobivenih primjenom modela. U petom poglavlju opisuje se postupak izračuna okolišnog indeksa. Obrazložena je svaka faza nastajanja modela koji integrira utjecaje lučkih procesa u mjerljivu vrijednost podindeksa i okolišnog indeksa. Šesto poglavlje objašnjava provedenu validaciju modela za izračun okolišnog indeksa u praksi na kontejnerskom terminalu Brajdica. U studiji slučaja modelom se obrađuju stvarni utjecaji lučkih procesa koji nastaju na terminalu kao posljedica obavljanja temeljne lučke djelatnosti. U sedmom poglavlju analiziraju se modelom izračunati podaci, te se deskriptivnom statistikom uspoređuju i obrazlažu rezultati za svaku godinu za koju je provedeno istraživanje. U osmom poglavlju izneseni su najvažniji zaključci, objašnjen je znanstveni doprinos i praktična primjena modela Očekivani znanstveni doprinos predloženog istraživanja Do sada u literaturi nije opisana niti predložena standardna metodologija kojom bi bilo moguće integrirati sve aspekte utjecaja lučkih područja na okoliš u jedinstven indeks. Istraživanja provedena u ovom radu rezultirala su razradom nove i transparentne metodologije kojom je moguće integrirati sve aspekte utjecaja luka na okoliš u jedinstven 8

18 indeks. Provedenim istraživanjem te izradom doktorske disertacije omogućeno je definiranje okolišnog indeksa kao veličine koja odražava razinu utjecaja lučkih procesa na okoliš. U konačnici to omogućava indeksaciju lučkih područja obzirom na njihov utjecaj na okoliš, te rezultira mogućnošću prepoznavanja ekoloških performansi lučkih procesa i područja obzirom na njihov utjecaj na okoliš. Osim toga, provedenim istraživanjem procjene utjecaja lučkih procesa na okoliš proširuju se dosadašnje spoznaje o mogućnostima održivog, učinkovitijeg i okolišno prihvatljivijeg upravljanja lučkim sustavom u skladu s najnovijim trendovima u zaštiti okoliša. Rezultati mogu biti primjenjivi kako za utvrđivanje trenutnog stanja odnosno utjecaja lučkih procesa na okoliš, tako i za prepoznavanje trendova pojedinog lučkog sustava ukazujući na njegovu dugoročnu održivost Primjena rezultata istraživanja U cilju testiranja i validacije primjene nove metodologije okolišnog indeksa, metodologija se primijenila na lučkom području kontejnerskog terminala te su analizirane prednosti i mogući nedostaci primjene ove metodologije u praksi. Rezultati su primjenjivi za: - indeksaciju lučkih područja obzirom na utjecaj na okoliš, - za procjenu trenutnog stanja, - za identifikaciju trendova pojedinog lučkog sustava, - za procjenu dugoročne održivosti lučkog sustava, - za validaciju okolišnog indeksa i definiranje smjernica za usmjeravanja lučke i/ili regionalne i/ili nacionalne politike. 9

19 2. LUKA I LUČKI TERMINAL KAO SUSTAV 2.1. Definicija morske luke kao sustava Morske luke i lučki sustavi su gospodarski subjekti koji posluju prema temeljnim tehnološkim i ekonomskim načelima u pružanju lučkih usluga s ciljem širenja gospodarskih djelatnosti, te su značajni podsustav pomorskog i prometnog sustava. Može se reći da luke objedinjuju elemente tehničko-tehnološke, ekonomske, prometne, organizacijske, pravne i ekološke prirode sa svrhom prekrcaja tereta i putnika s morskih na kopnena prijevozna sredstva i obrnuto. Prema Zakonu o pomorskom dobru i morskim lukama (čl. 123.) morska luka je dio pomorskog dobra koji je u funkciji pristajanja, sidrenja i zaštite plovnih objekata te obavljanja lučkih djelatnosti. Luka obuhvaća dio mora, uključujući lučka sidrišta, te s morem neposredno povezan kopneni prostor, s izgrađenim i neizgrađenim obalama, lukobranima, gatovima, uređajima, postrojenjima i drugim objektima namijenjenim za pristajanje, sidrenje i zaštitu plovnih objekata, ukrcaj i iskrcaj putnika i robe, uskladištenje i drugo manipuliranje robom, proizvodnju, oplemenjivanje i doradu robe te ostale gospodarske djelatnosti koje su s tim djelatnostima u međusobnoj ekonomskoj, prometnoj ili tehnološkoj svezi, a koji čine prostornu i funkcionalnu cjelinu i nalazi se unutar granica lučkog područja. Lučki sustavi i lučki procesi su složeni, dinamički i stohastički (pod) sustavi ukupnog gospodarskog sustava pomorske države. Složeni se sustav sastoji od skupa elemenata koji predstavljaju cjeline koje u odnosu na sustav egzistiraju kao podsustavi. Dinamički sustavi podrazumijevaju sve procese interakcije sustava i njegovih elemenata s okolinom. Elementi takovog dinamičkog sustava mogu se svrstati u tri glavne supine: lučka infrastuktura, suprastruktura i lučka pokretna mehanizacija (Dundović & Kezić, 2001). Stohastična odlika sustava očituje se u tome da se ne može s apsolutnom sigurnošću predvidjeti njegovo djelovanje, što znači da će se sustav u karakterističnim uvjetima vjerojatno ponašati na određeni način koji je različit od onoga kako se sustav u stvarnosti ponaša. Kao takvi, lučki sustavi podložni su kontinuiranom modificiranju, razvijanju, i prilagođavanju novim gospodarskim uvjetima, kako globalnim tako i uvjetima države i šireg gravitacijskog područja, prateći i promjene u zakonodavstvu. Proces promjene i prilagodbe lučkog sustava globalnim tržišnim zahtjevima je osjetljiv i složen zadatak, koji pretpostavlja kontinuirano praćenje svih lučkih resursa i čimbenika koji utječu na sam proces. 10

20 Razvitak luke i njena uloga u nacionalnom, kao i u međunarodnom prometnom sustavu i gospodarstvu, određuje se mjerama prometne i lučke politike države, ali i politikom poslovanja same luke Tehničko-tehnološke značajke morske luke Luke kao sastavnice nacionalnog gospodarstva suočavaju se s brojnim izazovima koji se odnose na: kvalitetu usluga, dinamiku prometnih i pomorskih veza, razvitak proizvodnih i uslužnih djelatnosti, stvaranje pretpostavki za razvitak industrije i energetike, produktivnost, povezanost sa zaleđem, usklađenje s nacionalnom, europskom i svjetskom pravnom regulativom, primjenu određenih tehničkih pravila međunarodnih organizacija, očuvanje okoliša i dr. Količina prometa u morskim lukama ovisi o mnogobrojnim čimbenicima među kojima su najvažniji: geoprometni položaj luke i veličina njenog gravitacijskog područja, razvijenost njene infrastrukture i suprastrukture, veličina i tehnološka suvremenost lučkih kapaciteta, stručnost menagmenta i lučkog osoblja, organizacija rada, broj linijskih servisa i dr. Luka je složeni sustav sastavljen od više tehnološko-organizacijskih cjelina (podsustava) koji predstavljaju njene funkcionalne sastavnice. Lučki terminal, kao podsustav lučkog sustava, je specijalizirani prostor luke ili pristaništa namijenjen određenoj vrsti tereta ili određenoj vrsti plovila, a opremljen odgovarajućim tehničkim elementima, a može ovisno o organizaciji djelovati i kao samostalni sustav. Najznačajniji podsustavi složenog lučkog sustava i/ili terminala su (Dundović, 2002): podsustav operativne obale podsustav lučkog transporta podsustav skladišta podsustav cestovnog i željezničkog transporta Podsustav operativne obale je dio luke ili terminala koji pripada jednom pristranu ili više njih. Svaka luka, s obzirom na raspoloživost površine i vrste tereta koji se u njoj manipulira, ima određene specifičnosti. Budući da je pristan vitalan element luke ili terminala za prihvat brodova, tako je i lučka operativna obala najvažniji dio kopnene površine na kojoj se odvija proces manipulacije tereta između pomorskih i kopnenih transportnih sredstava. 11

21 Podsustav lučkog transporta može se definirati prema vrsti transportno-tehnoloških postupaka u procesu prekrcaja, skladištenja i otpreme tereta, kao unutarnji transport koji obuhvaća sve operacije transporta i rukovanja teretom na relaciji sustava skladišta i broda kao i obratno, s broda na skladište. Podsustav skladišta, u lokacijskom, tehničko tehnološkom i organizacijskom smislu, nastavlja se na podsustav operativne obale. Taj se podsustav može definirati kao prostor za privremeni odlaganje i pripremu tereta za transportni proces, neovisno o vrsti skladišta. S obzirom na proces koji se s teretom obavlja u tom su podsustavu zastupljena prijevozno-prekrcajna sredstva za obavljanje skladišnih manipulacija. Podsustav cestovnog i željezničkog transporta može se definirati kao vanjski transport koji se prostorno i tehnološki nastavlja na sustav skladišta a odnosi se na kopneni promet željeznicom ili cestovnim prometnim sredstvima. Sve tehnološko-organizacijske cjeline (podsustavi) povezane su u složenu funkcionalnu strukturu lučkog sustava te na taj način omogućuju ostvarenje temeljne lučke djelatnosti. Osim korelacije, međuovisnosti i usklađenosti tehnološko-organizacijskih cjelina unutar složenog lučkog sustava, lučki sustav kao otvoreni sustav u stalnoj je korelaciji s okolinom posredstvom različitih tokova informacija, materije, energije i procesa koji omogućuju kontinuiranu uspješnu prilagodbu novim trendovima u gospodarskom i tržišnom aspektu. 12

22 3. ZNAČAJNI POKAZATELJI ONEČIŠĆENJA LUKE Jeftin i efikasan prijevoz brodovima bilježi konstantan trend rasta i tehnološkog razvoja, pa je njegov značaj za prometni i gospodarski razvoj i na globalnoj, regionalnoj i lokalnoj razini, tim veći. Luke u koje dolaze na prekrcaj tereta brodovi različitih vrsta i namjene, potencijalni su onečišćivači mora i stalna opasnost za onečišćenje morskog okoliša. Mnoštvo najrazličitijih vrsta tereta prekrcavaju se u lukama, a dio tih tereta, posebno onih sklonih isparavanju, ventiliranjem i isparavanjem dospijeva u zrak, dok ostali uglavnom nepravilnim rukovanjem i nepredvidivim događajima, nesrećama i havarijama može dospjeti u more i okoliš luke. Osim iz tereta, u zrak dolazi i određena količina neiskorištene toplinske energije preko ispušnih plinova iz sredstava lučke mehanizacije kao i onih nastalih u energetskom postrojenju svakog broda na terminalu. Sve te emisije povećavaju entropiju mora i atmosfere, uništavaju ozonski omotač i uzrokuju klimatske promjene. Međutim, ekološki učinak nije odlučujući i ne uzima se relevantnim u pomorskoj privredi, štoviše, obično se potpuno zanemaruje. Pokazatelji navedeni i objašnjeni u ovom poglavlju znatno utječu na kvalitetu okoliša, a spoznaja o njihovom značaju može koristiti u svrhu unaprjeđenja zadovoljavanja ekoloških standarada u poslovanju luke, učinkovitog integriranog upravljanja lučkim sustavom te smanjenja negativnog utjecaja na okoliš Zrak Onečišćenje zraka sve je veći javni zdravstveni problem s obzirom na kontinuirani i dugotrajni utjecaj toksičnih tvari iz industrijskih postrojenja koje se nalaze u neposrednoj okolini urbane zajednice, ali i iz svih prometnih sredstava koji su svakim danom u sve većem broju. Onečišćenje zraka iz pomorske privrede nije zanemarivo, naprotiv znatno je, i u stalnom je porastu. Brodski je motor jedan od najvećih onečišćivača mora emisijama ispušnih plinova, pa se one s više međunarodnih konvencija i nacionalnih propisa pokušavaju ograničiti, nadzirati i spriječiti. Luke su tehnološki sustavi u kojima se vrši manipulacija najrazličitijim teretima s broda i na brod, također predstavljaju potencijalne onečišćivače okoliša. Emisije onečišćivača zraka u pomorstvu kategoriziraju se kao emisije ispušnih plinova procesom izgaranja u SUI motorima (Slika 2 i 3), emisije u tehnološkoprekrcajnom procesu lučkih terminala, emisije brodskog tereta, emisije radnih tvari i ostale emisije. Emisije sumpornog oksida SOx u pomorskom transportu predstavljaju oko 60% od 13

23 ukupnih SOx emisija svjetskog prometa. Emisije NOx pomorskom transportu predstavljaju oko 40% od ukupnog svjetskog transporta roba, te 15% svih svjetskih antropogenih NOx emisija. Ukupne emisije CO2 u svjetskom transportu iznose oko 23-25% svih emisija CO2. U cjelokupnom svjetskom transportu roba pomorski promet sudjeluje u stvaranju oko15% CO2 emisija, što na globalnoj razini znači 3,3 5% svih CO2 emisija (IEA, 2012). Slika 2. IMO-Concerned-About-Greenhouse-Gas-Emissions Izvor: Evidentno je da emisije ispušnih plinova u pomorskoj privredi nisu zanemarive. Naprotiv, zbog povećanja godišnjeg broja brodova koji prevoze najrazličitije terete i putnike svjetskim morima, te procesa prekrcaja i skladištenja sve veće količine tereta ta se količina ispuštenih plinova izgaranja povećava, a time i njihov štetni učinak (Lauer et al., 2009). To jedan od značajnijih razloga što su pomorska privreda i pomorski promet, posebno pomorske luke u stalnom procesu svekolikih promjena na globalnoj razini. Sve veći porast onečišćenja zraka emisijama u pomorstvu postaje primaran problem, koji se pokušava ograničiti međunarodnima i nacionalnim propisima. Pomorska privreda, posebno luke kao složeni sustavi pomorskog poslovanja suočene su s zahtjevima sve viših ekoloških standarda. Slika 3. Emisije ispušnih plinova iz brodskog motora Izvor: (Second IMO GHG Study, 2009). 14

24 Značaj meteoroloških uvjeta na onečišćenje zraka Utjecaj meteoroloških uvjeta na kvalitetu zraka uz područja na kojima su smještene luke, najintenzivniji je u prizemnom poremećajnom sloju troposfere (od 2 m visine iznad površine tla) u kojem je intenzivna razmjena topline između tla i atmosfere. U tom su sloju najveće dnevne promjene tlaka i temperature. Planetarni granični sloj (do 1,5 km visine iznad površine tla) koji je pod intenzivnim utjecajem trenja podloge i vjetra, u kojem su velike dnevne varijacije temperatura, također je od značajnog utjecaja na onečišćenje zraka. Neposredno uz izvor onečišćenja emitirani plinovi i čestice sadrže vrlo visoke koncentracije te izravno utječu na umanjenje kvalitete okoliša. Antropogeni i biogeni izvori onečišćenja uglavnom se nalaze uz zemljinu površinu u niskom prizemnom sloju. Procesom difuzije i disperzije u niskim slojevima troposfere pod utjecajem mikroskalnih i mezoskalnih meteoroloških fenomena i topografije terena onečišćenje se vrlo brzo raspršuje u neposrednu okolicu izvora onečišćenja. Vremenski uvjeti značajno utječu na koncentraciju atmosferskog onečišćenja. Makroskalna kretanja zraka također uzrokuju disperziju onih polutanata koji imaju duže rezidentno vrijeme u troposferi kao npr. ugljični dioksid (CO2) i halogeni spojevi (CFC). Najznačajniji meteorološki utjecaji na regionalnu i lokalnu kakvoću zraka su: horizontalne dnevne recirkulacije pod utjecajem lokalnih polja tlaka, advekcije vjetrom, sezonske i dnevne varijacije sunčevog zračenja, vertikalno miješanje unutar atmosferskog graničnog sloja, promjena temperature i vlage zraka. Topografija uzrokuje mikro i mezoskalna strujanja zraka u blizini izvora onečišćenja. Luke su smještene uz morsku obalu, a lokalna strujanja zraka nad područjima uz more mogu utjecati na disperziju onečišćenja. Cirkulacija zraka uz obalu je specifični meteorološki fenomen koji je uzrokovan razlikom između hlađenja i grijanja morske i kopnene površine u dodiru. Tijekom dana, za vrijeme stabilne atmosfere i slabih vjetrova, kopno se brže grije od mora, te se topli zrak nad kopnom podiže i pomiče prema vodenoj površini. Zbog razlike u temperaturi i tlaku, zrak nad morem se pomiče ka kopnu kako bi nadomjestio taj podignuti topliji zrak. Podignuti zrak s kopna nad morem se hladi i spušta zatvarajući slabu cirkulaciju, te tako nastaje vjetar zmorac. Suprotno danu, tijekom noći kopno se brže hladi i uzrokuje obrnutu ali slabiju cirkulaciju tj. horizontalno strujanje prema morskoj površini, te se takav vjetar naziva kopnenjak. Cirkulacija zraka uz obalu egzistira isključivo uz slabe dominantne vjetrove, a pri snažnijim vjetrovima, obalna cirkulacija se poništava. U proljetnim, a 15

25 posebno ljetnim mjesecima, cirkulacija zračnih masa uz obalu može obuhvatiti polutante u svoju struju te ih u više navrata vraćati na kopno što uzrokuje nakupljanja opasnih kopnenih onečišćenja (DHMZ, 2013) Podjela onečiščujućih tvari zraka prema agregatnom stanju Emisije onečišćujućih tvari zraka (onečišćivača zraka) se dijele prema agregatnom stanju na suspendirane čvrste čestične tvari ili aerosole (lebdeće čestice i dimovi) i suspendirane čestice u kapljevinama (sprejevi i maglice), i plinovite spojeve (organske i anorganske). Osim navedenih postoje i neki manje značajni čimbenici koji utječu na kvalitetu zraka kao što su toplina, ionska radijacija, zvuk, elektromagnetska polja uslijed distribucije i upotrebe električne energije. Razlikujemo primarne i sekundarne onečišćivače zraka. Primarni onečišćivači izravno se emitiraju iz različitih izvora u okoliš a uključuju lebdeće čestice različitih dimenzija i plinovite polutante. Plinoviti primarni polutanti predstavljaju 90% svih emisija u atmosferu, a u te spojeve ubrajamo najznačajnije: spojeve sumpora (uglavnom sumporni dioksid SO2), dušikove okside (NOx; x= 1 ili 2) i ostale dušikove spojeve (kao što su N2O, NH3, HCN), ugljikove spojeve (CO i CO2), hlapljive organske spojeve (VOC), čestice olova, halogenih metala i teških metala. Emisije primarnih onečišćivača u atmosferu izravno utječu na nastanak sekundarnih onečišćivača te tako uvećavaju razinu onečišćenja nad širim područjem oko njihovih izvora. Čvrste čestične tvari za razliku od plinova, uključuju krutu i tekuću fazu. Raspršivanjem čestica u atmosferi, nastaje suspenzija koja se naziva aerosol. Aerosoli uključuju TSP (total suspended particles) čestice potpuno suspendirane u zraku, čestice sa srednjim aerodinamičnim promjerom manjim od 10 μm (PM10), čestice sa srednjim aerodinamičnim promjerom manjim od 2.5 μm (PM2.5), sitne i ultra sitne čestice, ispušne čestice od dizel goriva, mineralne prašine (npr. vapnenačka, cementna, ugljena prašina), metalne prašine i pare (npr. željezna, olovna, cinkova, bakrena, prašina), lebdeći ugljeni pepeo, kisele maglice (npr. sumporne kiseline), pigmenti boja, fluoridne čestice, pesticidne maglice i mnoge druge (Trozzi, 2012). Aerosoli u većini slučajeva nastaju u atmosferi što ih čini sekundarnim onečišćvalima dok tek njihov manji dio (primarnih onečišćavala) ulazi u atmosferu iz prizemnih izvora. 16

26 Ugljikov dioksid (CO2) U svom ciklusu koji je jedan od najvažnijih ciklusa na Zemlji, ugljik u atmosferu dolazi uglavnom u obliku CO2, i izravno utječe na održavanje života na Zemlji. Ugljik sudjeluje u procesima fotosinteze u kojima se djelovanjem autotrofnih organizama (biljke, fitoplankton) sintetiziraju organski spojevi (glukoza i ostali ugljikohidrati): 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 Do kruženja ugljika u prirodi dolazi zbog različitih kemijskih, fizičkih, geoloških i bioloških procesa. Biljke i životinje (heterotrofni organizmi) koriste ugljikohidrate nastale fotosintezom, a procesom staničnog disanja (respiracije) dolazi do otpuštanja CO2 u atmosferu. Dio CO2 u atmosferu dospijeva zbog razgradnje biljnih i životinjskih ostataka, spaljivanjem organskim materijala (biomasa, fosilna goriva i dr.), oslobađanjem CO2 otopljenog u oceanima, vulkanskim erupcijama i drugim procesima. U oceane CO2 dospijeva procesom difuzije, a nakon otapanja u morskoj vodi CO2 može ostati u nepromijenjenom obliku ili se prevodi u karbonatni (CO3 2 ) ili bikarbonatni oblik (HCO3). Djelovanjem morskih organizama vežu se bikarbonat i Ca 2+ i nastaje kalcijev karbonat (CaCO3) od kojeg nastaju ljušturice i drugi dijelovi morskih organizama (koralji, školjke, neke alge i dr.). Uginuli morski organizmi akumuliraju se u karbonatne depozite, koji se tijekom dugih geoloških razdoblja fizičkim i kemijskim procesima provode u sedimentne stijene. U litosferi se ugljik nalazi u anorganskom i organskom obliku. Anorganski oblici ugljika uključuju fosilna goriva i karbonatne sedimentne stijene (npr. vapnenac). Organski oblici odnose se na organsku tvar i humus koji se nalaze u tlu. Dio CO2 se oslobađa iz unutrašnjih slojeva litosfere putem vulkanskih erupcija (Garrison, 1996.). Ugljični dioksid (CO 2 ) je plin bez boje i mirisa koji nije otrovan osim u postocima većim od 5% kada smanjuje koncentraciju kisika. CO 2 je produkt izgaranja goriva na bazi ugljikovodika. Posvećuje mu se posebna pozornost kao osnovnom uzroku stvaranja efekta staklenika te je drugi po količini staklenički plin u atmosferi, nakon vodene pare. Ugljik (IV) - oksid čini gotovo 80% antropogenih stakleničkih plinova. Budući da je kemijski inertan, CO2 izravno ne utječe na kemijske reakcije u atmosferi (Climate Change, 2001.). U atmosferskim uvjetima iz plinovitog stanja u određenim temperaturnim uvjetima izravno prelazi u kruto stanje ( Do promjena u ciklusu ugljika dolazi zbog raznih oblika antropogenih aktivnosti koje su uzrokom velikog porasta emisija CO2 u atmosferu, a za to uz ostale, najznačajniji su procesi izgaranja fosilnih goriva, proizvodnja cementa i deforestacija (sječa šuma). 17

27 Danas se sa sigurnošću može ustvrditi da se koncentracija CO2 u posljednjem stoljeću značajno povećala te da je navedeno povećanje izravna posljedica ljudske aktivnosti, naročito sagorijevanja fosilnih goriva. Od početka industrijalizacije do danas koncentracija ugljikova dioksida u atmosferi porasla je za 32 %, metana za 110 %, N2O za 15 %. Smanjiti emisiju ugljičnog dioksida po jedinici proizvedenog mehaničkog rada je istovjetno povećanju stupnja djelovanja motora, a upravo je to jedna od glavnih prednosti koja je uvjetovala veliku zastupljenost dizelskih motora (Tao, 2003). Motori s visokim stupnjem iskoristivosti i uporaba goriva s niskim udjelom ugljika preduvjet su da se smanje te emisije Ugljični monoksid (CO) Ugljični monoksid (CO) je produkt nepotpunog izgaranja goriva i u motoru nastaje uslijed nedostatka kisika ili nepotpunog miješanja zraka i goriva. Današnji motori imaju vrlo malu emisiju ugljičnog monoksida radi visoke koncentracije kisika i efikasnoga procesa izgaranja. Budući da dizelski motor radi uz veliki pretičak zraka, ugljični monoksid i neizgoreni ugljikovodici se uspješno eliminiraju, te kod ispravnog rada motora ne predstavljaju značajniji problem. CO utječe na stvaranje smoga i ozonskih rupa. To je plin bez boje, okusa i mirisa. Osim što sudjeluje u stvaranju smoga i ozonskih rupa, vrlo je otrovan jer se veže na hemoglobin u crvenim krvnim zrncima radije nego kisik. U manjim koncentracijama uzrokuje probleme sa srcem dok u većim koncentracijama djeluje na centralni živčani sustav, uzrokuje probleme s vidom, smanjuje sposobnost učenja i okretnost. U koncentracijama većim od 1% je smrtonosan. Neizgoreni ugljikovodici (HC) nastaju kao produkt nepotpunog izgaranja goriva i ulja. Vrlo su štetni za zdravlje ljudi i okoliš jer stvaraju efekt staklenika Sumporni oksidi (SO X ) Sumporni oksidi (SO X ) sumporni dioksid SO 2 poznat je kao kiseli plin jer njegovom transformacijom, u reakciji s vodom i vodenom parom stvara se sumporasta (H 2 SO 3 ) i sumporna (H 2 SO 4 ) kiselina, nastaje pojava izdvajanja iz atmosfere u obliku kiselih kiša koje uništavaju šume. Emisija SO 2 ovisi izravno o kvaliteti goriva, tj. sadržaju sumpora u njemu. Sumporni oksidi (SO 2 i SO 3 ) nastaju izgaranjem sumpora sadržanog u gorivu. Čestice sumpora u zraku smanjuju vidljivost te zajedno sa sumpornim dioksidom uzrokuju poteškoće u disanju i srčane probleme. Otapanjem u vlazi na sluznici kože 18

28 stvaraju se kiseline koje iritiraju sluznicu te uzrokuju kašalj i pojačano lučenje suza. Emisija sumpornih oksida ovisi direktno o količini sumpora u gorivu. Problem je što je gorivo s manjim sadržajem sumpora skuplje. Sumporne okside moguće je ukloniti iz ispušnih plinova procesom ispiranja vodom u uređajima za pročišćavanje plina, ali to predstavlja veliku investiciju. Najefikasnije rješenje je korištenje goriva s manjim sadržajem sumpora propisano zakonom Dušikovi oksidi (NO X ) Dušikovi oksidi (NO X ) su spojevi dušika i kisika u različitim atomarnim omjerima, a nastaju oksidacijom molekularnog dušika N 2 i zraka izgaranjem na visokim temperaturama i oksidacijom dušika u gorivu. Što je viša temperatura tijekom dužeg vremena, nastat će više tzv. termalnog NO X -a koji je glavni nositelj ukupne emisije NO X, dok emisija NO X nastala oksidacijom iz goriva sudjeluje samo s 10-20%. Izgaranjem goriva u dizelskom motoru emisija dušikovih oksida sastoji se od najvećeg udjela dušik(ii) oksida (NO) ili dušikovog monoksida i dušikov(iv) oksid ili dušikovog dioksida (NO 2 ), a ostatak su: N 2 O, N 2 O 3, i N 2 O 5 koji nastaju pri izgaranju u motoru u zanemarivim volumnim udjelima (Trozzi, 2012). Emisija dušikovih oksida u troposferi sudjeluje u nastanku smoga i kiselih kiša, a s ostalim hlapivim i reaktivnim organskim spojevima i plinovima u atmosferi uz sunčevo zračenje, sudjeluje u stvaranju prizemnog ozona. Kao posljedica izgaranja bilo kojega tekućeg goriva, emisije dušikovih oksida neprestano rastu povećanjem svih vrsta prometa i industrijskih postrojenja (Woodyard, 2009). Dušikov monoksid (NO) je otrovan bezbojni plin, koji je pri izgaranju zastupljen s gotovo 90 % volumnim udjelom. Njegovo djelovanje na čovjeka slično je djelovanju ugljičnog monoksida, koji ima vrlo veliki afinitet vezivanja na hemoglobin u krvi. Unosom dušikova monoksida u ljudsko tijelo sprječava se razgradnja ugljikohidrata i masti, jer onemogućava kisiku normalnu opskrbu stanica ljudskog organizma. Dušikov dioksid (NO 2 ) ili dušikov (IV) oksid je smeđe crveni plin s jakim nadražujućim mirisom, te spada u jake krvne otrove. Izaziva pad imunoloških sposobnosti organizma, povećava sklonost oboljenjima od bakterijskih i virusnih infekcija, smanjuje broj T- limfocita. Uzrokuje promjene na makrofagima, stanicama u plućima koje imaju funkciju čišćenja pluća, a kod dužeg djelovanja razara tkivo pluća i dovodi do smrti (Hellen & 19

29 Ristimaeki, 2007.). Otprilike četiri je puta toksičniji od dušikova monoksida. Maksimalna dopuštena koncentracija u radnom prostoru za ugljični monoksid je 30 ppm-a, a za dušikov dioksid je 3 ppm-a. Dušikov dioksid je zastupljen s oko 5 %-tnim volumnim udjelom, a ostalo su: N 2 O, N 2 O 3, i N 2 O 5, koji nastaju pri izgaranju u motoru u zanemarivim volumnim udjelima. Iako se u motoru uglavnom stvara dušikov monoksid, pri atmosferskim uvjetima kada se postigne kemijska ravnoteža nastaje pretežno dušikov dioksid Lebdeće čestice (PM particulate matter) Lebdeće čestice materija (PM particulate matter) su kompleksna mješavina čestica uglavnom nehomogenog kemijskog sastava različitih veličina, oblika, kemijskih, fizikalnih i termodinamičkih osobina, najčešće krutog ugljičnog materijala, neizgorenih ugljikovodika i anorganskih spojeva. PM može uključivati i sulfate, nitrate, amonijak, vodikove ione, suspenzije finih čestica u vodi, elementarni ugljik, niz organskih spojeva te mineralnu prašinu, pepel, čađu, dim, čestice minerala, silikata. Najfinije čestice raspršuju mnogo puta veću količinu sunčeve svjetlosti nego grublje čestice i time utječu na smanjenje vidljivosti u zraku. Veličine čestica izražavaju se pomoću aerodinamičkog promjera. Najmanje suspendirane lebdeće čestice su veličine 0,002m (2 nm), za razliku od molekula plina čije su veličine 0,0001-0,001m (tj. 0,1-1 µm). Općenito, suspendirane čestice dijele se prema veličini u tri skupine: a) grube čestice veličina 2,5 10µm (PM10), b) fine čestice veličina < 2,5µm (PM2,5) i c) ultrafine čestice veličina < 0,1µm (PM0,1). Zbog toga što su vrlo male mogu ostati dispergirane u struji ispušnih plinova tijekom dužeg vremenskog razdoblja, te im je to važna značajka. Također, zbog nemogućnosti da se relativno brzo istalože ili zgrušaju u skupine, ultrafine i fine čestice imaju najduže rezidentno vrijeme u atmosferi. Čestice manjih promjera od većeg značaja za onečišćenje okoliša i ljudsko zdravlje (Woodyard, 2009). Prema tome definirane su veličine PM10, za čestice do 10 μm, i PM2.5 za fine čestice do 2.5μm. Većina sekundarnih čestica su fine čestice PM2.5, a nastaju najčešće kondenzacijom sulfatnih, dušičnih i organskih parovitih produkata atmosferskih kemijskih procesa. Nastanak PM2.5 ovisi i o atmosferskim uvjetima uključujući intenzitet sunčevog zračenja i relativnu vlažnost te o interakciji prekurzora i postojećih čestica s oblacima ili maglom. PM ugljične čestice kao i čestice elementarnog ugljika uglavnom su sekundarne čestice 20

30 koje utjecajem emisija primarnih plinova iz biogenih i antropogenih izvora nastaju u atmosferi. Pri niskom tlaku, kemijskim reakcijama u kojima sudjeluju lebdeći organski spojevi VOC-a, stvaraju organske spojeve sa svojstvom brzog kondenziranja. Također, oksidacijom VOC-a nastaju radikali koji nukleacijom dovode do nastanka novih čestica. PM sulfati isključivo su sekundarne čestice, a predstavljaju polovicu ukupne atmosferske koncentracije PM2.5 koja uglavnom nastaje tijekom dana u oblacima. Zrakom nošen SO2 prodire u oblake, veže se na vodene kapljice oblaka, te oksidira stvarajući pri tome sulfatne čestice. Fotokemijske oksidacije NOx i VOC-a značajno utječu na koncentraciju sulfata u atmosferi, posebno za ljetnog razdoblja koje pospješuje oksidativne procese u oblacima. PM nitrati, kao i sulfati isključivo su sekundarne čestice i nastaju u potpunosti u atmosferi reakcijama s dušičnim dioksidom NO2. PM nitrati mogu nastati tijekom dana oksidacijom NO2 uz prisustvo hidroksilnih radikala, a tijekom noći s ozonom i dušičnim radikalima. U oba slučaja nastaje dušična kiselina HNO3 koja reakcijom s amonijakom stvara čestični amonium-nitrat (Hellen & Ristimaeki, 2007). Sastav čestica u ispuhu iz dizelskog motora dijeli se na topivi organski udio, anorganski udio i čađu. Topivi organski udio se uglavnom sastoji od neizgorenih ugljikovodika iz goriva i iz ulja za podmazivanje. Anorganski udio sastoji se uglavnom od sumporne kiseline, kondenziranih sulfata, vode, pepela, ostataka aditiva i habanja. Na anorganski udio nemoguće je utjecati vođenjem procesa izgaranja, već on direktno ovisi o svojstvima goriva i mazivog ulja od kojih su najznačajnija sadržaj sumpora i pepela te aditiva. Čađa je produkt nepotpunog izgaranja goriva i sastoji se uglavnom od trodimenzionalnih ugljičnih struktura (Mollenhauer & Tschoeke, 2010). Čađa može biti natopljena neizgorenim ugljikovodicima. Udjeli pojedinih sastojaka u česticama variraju jer ovise o vrsti motora, opterećenju, korištenom gorivu ali i o načinu mjerenja. Čađa iz motora može uzrokovati razne poteškoće. Sitne čestice promjera manjeg od 10 μm (PM 10 ) u atmosferi povezuju se s kroničnim plućnim oboljenjima, rakom pluća, srčanim smetnjama, influencom, astmom i porastom smrtnosti. Neka istraživanja svjedoče kako su ove posljedice više povezane sa sitnijim česticama promjera manjeg od 2.5 μm (PM 2,5 ) ili čak 0.1 μm (PM 0,1 ) jer ovakve čestice mogu prodrijeti dublje u pluća te direktno u krvotok. Štetnost čađe se također pripisuje činjenici da je često natopljena kancerogenim policikličkim aromatskim ugljikovodicima (PAH). Nadalje, čađa se uslijed taloženja u ispušnim kolektorima i kanalima može zapaliti i tako izazvati havariju. Ona onečišćuje površine i smanjuje vidljivost. Osim štetnosti za zdravlje, tvorba čađe smanjuje efikasnost motora jer se uslijed prijenosa topline zračenjem s čađe na stjenke motora 21

31 smanjuje temperatura i tlak plinova u cilindru. Ova pojava nije zanemariva i iznosi 20-35% ukupnog prijenosa topline. Osim toga, kemijska energija se iz goriva ne iskoristi u potpunosti radi nastanka čađe (Hellen & Ristimaeki, 2007) Utjecaj emisija ispušnih plinova pomorske privrede na okoliš i ljudsko zdravlje Upotrebom energenata za odvijanje lučkih procesa u okoliš se ispuštaju emisije CO2 koji djeluje globalno. Osim CO2 ispuštaju se emisije dušičnih i sumpornih oksida SOx, NOx, kao i PM, CO, NMVOC, CH4, N2O, HFC, ( ) koji djeluju lokalno i doprinose lokalnoj kvaliteti zraka. Dušični oksidi i sumporni oksidi doprinose regionalnim problemima acidifikacije 1 i eutrofikacije 2 koja posljedično dovodi do hipoksije (nedostatak kisika) u morskom okolišu, posebno zatvorenim morima, što narušava stabilnost ekosustava. Difuzija ili disperzija plina u atmosferi najviše utječe na koncentraciju plina u nekom području i na ekološki štetan učinak tog plina. Koncentracija plina mjeri se u (mg/m 3 ) i ovisi o količini plina, brzini vjetra, koeficijentima raspršivanja u prostoru, širini struje plina i najvišoj točki na kojoj se on još ne raspršuje. Budući da uzrokuju acidifikaciju tla i vode, emisije SO2 i NOx predstavljaju ozbiljan problem u većem dijelu Europe. NOx također doprinosi stvaranju prizemnog ozona koji štetno djeluje na vegetaciju, kao i na ljudsko zdravlje i doprinosi globalnom zatopljenju. Štoviše NOx dovodi do eutrofikacije što negativno utječe na bioraznolikost na kopnu kao i u obalnim vodama. Do zakiseljavanja dolazi zbog emisije sumporova dioksida, dušikovih oksida (NO, NO2) i amonijaka (NH3). Plinovi SO2, NO, NO2 oksidiraju se u atmosferi do sumporne i dušične kiseline. Njihovo uklanjanje iz atmosfere moguće je neposrednom apsorpcijom na tlo (tzv. suho taloženje), ili ispiranjem kišom i snijegom (tzv. mokro taloženje) iz čega je i proizašao naziv kisele kiše. Kako vrijeme zadržavanja u atmosferi iznosi 1-3 dana, a prosječna udaljenost prijenosa km po danu, jasno je vidljivo kako se značajne količine ovih onečišćujućih tvari izmjene između europskih država. Talozi sumpora i dušika prelazili su sigurne granice acidifikacije (kritična opterećenja) već godine na preko km 2 (22%) osjetljivih šumskih ekosustava u EU, dok su talozi dušika 1 acidifikacija pad ph vrijednosti uzrokovano apsorbcijom ugljičnog dioksida CO2 iz zemljine atmosfere 2 eutrofikacija dolazi od grčke riječi Eutrophos = dobro uhranjen, prema eu = dobro i trophe = hrana. Pod tim se pojmom podrazumijeva povećanje primarne proizvodnje organske tvari u odnosu na tipičnu razinu za šire područje uslijed stalnog vanjskog unosa hranjivih soli (prvenstveno dušika i fosfora). Do eutrofikacije može doći prirodnim putem ili djelovanjem čovjeka zbog neodgovarajućeg ispusta hranjivih tvari otpadnim vodama, ispiranja poljoprivrednih površina uz masovno korištenje umjetnih gnojiva, deforestacije slivnih područja i dr. Dok je prirodna eutrofikacija pozitivna za ekosustav, jer dovodi do povećanja bioloških resursa, a negativne su pojave rijetke, antropogeni utjecaj može narušiti ekološku ravnotežu uz vrlo štetne posljedice. 22

32 prelazili sigurne granice eutrofikacije na više od 12 milijuna km 2 (73%) osjetljivih kopnenih ekosustava. Iste su godine oko km 2 (60%) šumskih područja EU bila izložena koncentracijama ozona koje su prelazile sigurne granice (AirClim, 2011). Osim ozona prisutnog u sloju stratosfere gdje djeluje kao zaštita od prodora ultraljubičastog zračenja sunca, antropogenim djelovanjem nastaje ozon i na manjim visinama, u području troposfere. Ovaj ozon može biti štetan za ljude, životinje, biljke i materijale. Osnovno djelovanje ozona i ostalog fotokemijskog smoga na zdravlje je iritacija očiju i sluzokože, a u većim koncentracijama može izazvati glavobolju i probleme s disanjem. Ozon nastaje nizom kemijskih reakcija čiji slijed je kompleksan, ali relativno dobro poznat. Takozvani prekursori u formiranju ozona su primarni polutanti, dušikovi oksidi (NOx) i hlapivi organski spojevi poznati kao HOS-evi, osobito nezasićeni HOS-evi. Kako bi se smanjile razine ozona, potrebno je smanjiti emisije i dušikovih oksida i HOS. Međutim, u nekim područjima je važnije smanjiti emisije dušikovih oksida, dok su u drugima HOS-evi prioritet. Odlučujući faktor je koliko puta svaka molekula dušikova oksida sudjeluje u reakcijama stvaranja ozona prije nego reagira tvoreći nitratnu kiselinu. U područjima velikog opterećenja zraka onečišćujućim tvarima, kao što je u središnjoj Europi, ova transformacija je relativno brza. U tom slučaju je emisija HOS-eva limitirajući faktor u stvaranju ozona. Što je zrak manje onečišćen, to više ozona nastaje od svake molekule dušikova oksida. Za svaki HOS promatra se njegov potencijal fotokemijskog stvaranja ozona (Photocemical Oxygen Creation Potential - POCP). Vrijednost POCP varira i može biti znatno različita za kratkotrajne i dugotrajne koncentracije. Uredba o tvarima koje oštećuju ozonski sloj navodi glavne HOSeve koji imaju najveći potencijal za stvaranje prizemnog ozona. Značajne količine HOS-eva koje potječu iz prirode također sudjeluju u fotokemijskim reakcijama. Problem je osobito prisutan u mediteranskim obalnim područjima, u čijoj vegetaciji prevladavaju biljke koje u svojim tkivima stvaraju i u atmosferu ispuštaju eterična ulja. Pojava prekoračenja kritičnih razina u Europi vezana je za ruralna područja, pri čemu je područje Mediterana posebno ugroženo zbog povećanog sunčevog zračenja, klimatskih prilika i međugraničnog prijenosa onečišćenja. U područjima relativno malih emisija i čistog zraka dominantni utjecaj na stvaranje ozona ima dodatna emisija NOx, dok u urbanim područjima emisija HOS-eva (MZOPUIG, 2008.). Kako je već prethodno navedeno od ukupnih SOx emisija nastalih u prometu oko 60% dolazi iz pomorskog prometa. Od ukupnih emisija NOx a nastalih svjetskim 23

33 prometom roba i tereta brodovi su odgovorni za oko 40%, te 15% svih svjetskih antropogenih NOx emisija (Trozzi, 2012). Procjenjeno je da su emisije s brodova u međunarodnom pomorskom prometu u morima oko Europe (Baltičko more, Sjeverno more, sjeveroistočni dio Atlantika, Sredozemno more i Crno more) iznosile 2,3 milijuna tona SO2, 3,3 milijuna tona NOx i tona PM godine. Ukoliko se pomorski promet nastavi istim intenzitetom očekuje se da će se emisije s brodova SO2 i NOx povećati za 40-50% između i godine, te da do godine biti jednake ili čak nadmašiti ukupne emisije iz kopnenih izvora svih 27 zemalja članica EU (Slika 4). Treba se naglasiti da se ove brojke, koliko god se čine velikima, odnose samo na brodove u međunarodnom prometu, tj. ne uključuju emisije iz nacionalnog pomorskog prometa i prometa unutarnjim kopnenim vodama, a za koje su podaci o količinama sadržani u nacionalnim statistikama (AirClim, 2011). SO2 NOx Slika 4. Grafikon emisije SO2 i NOx u EU 27 između i godine ( u ktonama) Izvor: (AirClim, 2011). 24

34 Emisije SO2 i NOx iz međunarodnog pomorskog prometa u Europi iznosile su godine otprilike 30% kopnenih emisija u EU-25. Dok postoji važeće zakonodavstvo za kontrolu emisija iz međunarodnog brodarstva, očekivani porast količine kretanja brodova poništit će pozitivne učinke tih mjera na okoliš, te će dovesti do daljnjeg povećanja emisija u pomorskom prometu (Slika 5). Emisije iz pomorskog prometa su trenutno odgovorne za 10 do 20% onečišćenja sumporom u obalnim područjima, ali se očekuje porast do više od 30% do godine u većim područjima Europe, te do 50% u obalnim područjima (Optimar, 2010). SO 2 NOx Slika 5. Grafikon količine SO2 i NOx s kopna u odnosu na pomorski promet ( ) Izvor: (Ortmanns, 2007). Procjenjuje se da je smrtnost u Europi, uzrokovana onečišćenjem emisijama s brodova u međunarodnom prometu, dosegao u godini približno ljudi, te da će godišnje broj umrlih rasti za prosječno 40%, pa se procjenjuje da će godine broj 25

35 umrlih porasti na približno Onečišćenje zraka emisijama s brodova koji plove u međunarodnom pomorskom prometu u Sjevernom i Baltičkom moru odgovorno je za godišnja zdravstvena oštećenja procijenjena na 22 milijarde Eura godine, a smanjenje u godini predviđa se na 14,1 milijarde Eura, kao rezultat primjene strogih standarada koje propisuje International Maritime Organization (IMO, 2008) Otpad Na lokacijama lučkih terminala generiraju se različite vrste opasnih i neopasnih tehnoloških otpada te komunalni otpad. Pri obavljanju različitih lučkih procesa otpad koji nastaje nadzire se, skladišti, obrađuje i konačno zbrinjava. Pri tome je potrebno eliminirati mogućnosti miješanja različitih tipova otpada i povećanja ukupnih količina otpada nastalih neracionalnim miješanjem. Tehnološki i komunalni otpad se klasificira, te mu se pridružuje ključni broj sukladno Uredbi o kategorijama, vrstama i klasifikaciji otpada (Narodne novine 50/05). Otpad sa lučkih terminala klasificira se na: - otpadna ulja spadaju u opasni otpad (neklorirana ulja za podmazivanje i zupčanike, muljevi iz odvajača ulje/voda, muljevi iz odvajača ulje/voda, sintetska hidraulična ulja, ulje iz odvajača ulje/voda, ) za tu vrstu otpada moguća je termička obrada, odlaganje ili kondicioniranje. Obrada termičkim postupkom provodi se s ciljem mijenjanja kemijskih, fizikalnih odnosno bioloških svojstava, a može biti: spaljivanje, piroliza, isparavanje, destilacija, sinteriranje, žarenje, taljenje i zataljivanje u staklo. Kondicioniranje otpada je priprema za određeni način obrade ili odlaganja, a može biti: usitnjavanje, ovlaživanje, pakiranje, odvodnjavanje, otprašivanje, očvršćivanje te postupci kojima se smanjuje utjecaj štetnih tvari koje sadrži otpad; - otpadna ambalaža također se smatra opsasnim otpadom (ambalaža koja sadrži ostatke opasnih tvari ili je onečišćena opasnim tvarima, apsorbeni, filterski materijal, tkanine i sredstva za brisanje i upijanje i zaštitna odjeća onečišćena opasnim tvarima). Za ovu vrstu otpada moguća je obrada termička, odlaganje ili kemijsko-fizikalna obrada. Kemijsko-fizikalna obrada otpada je obrada kemijsko-fizikalnim metodama s ciljem mijenjanja njegovih kemijskofizikalnih, odnosno bioloških svojstava, a može biti: neutralizacija, taloženje, 26

36 ekstrakcija, redukcija, oksidacija, dezinfekcija, centrifugiranje, sedimentacija i rezervna osmoza; - građevinski otpad, je u pravilu neopasan otpad (drvo, aluminij, željezo i čelik, razni izolacijski materijali). Moguća vrsta ovog otpada je odlaganje, termička obrada, kemijsko-fizikalna i biološka obrada. Biološka obrada je obrada otpada biološkim metodama s ciljem mijenjanja kemijskih, fizikalnih, odnosno bioloških svojstava, a može biti: aerobna i anaerobna razgradnja; - otpad koji nije drugdje kataloški specificiran može biti opasan ili neopasan (filteri za ulje, otpadne gume, olovne baterije i dr.). Za tu vrstu otpada moguće su odlaganje, termička obrada, kondicioniranje i kemijsko-fizikalna obrada. - komunalni otpad koji se odvojeno prikuplja je uglavnom neopasni otpad osim elektroničke opreme i elektrotehničke opreme i dijelova kao što su fluorescentne cijevi, zasloni računala i dr. U komunalni otpad spadaju i papir i karton, muljevi iz septičkih jama, miješani komunalni otpad. Za tu vrstu otpada preporučeni su svi mogući oblici obrade. Za sve vrste otpada prema Pravilniku o gospodarenju otpadom (Narodne novine 23/07 i 111/07), Pravilniku o gospodarenju otpadnim uljima (Narodne novine 124/06), Pravilniku o gospodarenju otpadnim baterijama i akumulatorima (Narodne novine 133/06), Pravilniku o gospodarenju otpadnim gumama (Narodne novine 40/06) vode se očevidnici s podacima o vrsti, količini, mjestu nastajanja, načinu i mjestu skladištenja, odnosno odlaganja otpada More More kao sustav sastoji se od morske vode, životinjskog i biljnog svijeta i sedimenata. Onečišćenjem mora, ili samo jedne njegove sastavnice, može se narušiti stabilnost izbalansiranog morskog sustava. Unos onečišćivača bilo kojega agregatnog stanja može biti putem dotoka površinskih i podzemnih voda s kopna, izravno s brodova ili onečišćavanjem obalnim i odobalnim objektima. Zaštita morskog ekosustava od unošenja raznih štetnih tvari, posebno metala s kopna i brodova stalan je i značajan problem. Međunarodne konvencije propisuju vrstu, oblik i količine pojedinih štetnih i opasnih tvari koje se može ispustiti u more. Također, propisani su i standardizirani postupci za mjerenje njihove količine po vrstama tvari. 27

37 Otrovni i nerazgradivi teški metali u morskim sedimentima trajna su opasnost, a njihova biodostupnost ovisi o uvjetima unutar morskog ekosustava Otpadne vode Sukladno Zakonu o vodama (Narodne novine 153/09), otpadne vode koje ulaze u more u lučkom bazenu u kojima su smješteni terminali za prekrcaj tereta definiraju se kao sve potencijalno onečišćene tehnološke, sanitarne, oborinske i druge vode. Klasificiraju se kao oborinske otpadne vode, tehnološke otpadne vode, sanitarne otpadne vode. Obrada otpadnih voda bilo kojim postupkom i/ili načinom ispuštanja, koja omogućava da prijemnik zadovoljava odgovarajuće ciljeve kvalitete za vode u skladu sa Zakona o vodama (Narodne novine 153/09) odnosno u skladu s Pravilnikom o graničnim vrijednostima emisija otpadnih voda u okoliš (Narodne novine 87/10), te u skladu s državnim planom mjera za slučaj izvanrednih i iznenadnih onečišćenja voda (Narodne novine 5/11) i Pravilnikom o gospodarenju otpadom (Narodne novine 23/07 i 111/07). Analizom otpadnih voda kako bi se nadzirala kvaliteta ispuštenih otpadnih voda, trebaju se obavljati u skladu s odredbama definiranim u vodopravnoj dozvoli nastala temeljem primjene navedenih Zakona i Pravilnika. Analiziraju se uzorci niže navedenih sastojaka otpadnih voda i mora koji su pokazatelji onečišćenja istih, te njihov utjecaj na morsku floru i faunu, kao i na ljudsko zdravlje. Odgovarajuća evidencija pregleda i održavanja sustava odvodnje vodi se prema očevidnicima Teški metali Onečišćenje mora teškim metalima zbog povećanja urbanizacije i industralizacije u današnje je vrijeme neizbježno. Biogeokemijski procesi tragova teških metala: žive (Hg), olova (Pb), kadmija (Cd), cinka (Zn), bakra (Cu), arsena (As) i dr. zbog njihove izražene toksičnosti, otpornosti na razgradnju i biološke akumulacije imaju značajnu ulogu u ekosustavu mora (Tam & Wong, 2000.). Ukupna koncentracija kontaminata je pokazatelj onečišćenja mora, a brzina njihovog vezivanja za krute čestice vodenog stupca, proces unosa u žive morske organizme, ovise o fizikalno-kemijskim svojstvima pojedinih vrsta i oblika tragova metala (specijacija). Na odvijanje tih procesa značajni utjecaj ima specifični sastav mora (ph, salinitet, redoks potencijal itd.). Dokazana je toksičnost teških metala na žive organizme, a u određenim koncentracijama i kancerogenost. U pravilu, smatra se da teški metal, osim što je izrazito toksičan pri niskim koncentracijama, ima visoku relativnu 28

38 gustoću do pet puta veću od gustoće vode. Međutim, i ostali toksični metali kao npr. aluminij, mogu se smatrati teškim metalima iako ne udovoljavaju navedenom kriteriju relativne gustoće. U današnje vrijeme kategorizacija teških metala zasniva se na njihovim kemijskim karakteristikama (toksičnosti, otpornosti na razgradnju i prisutnosti u okolišu), a ne na njihovoj relativnoj gustoći (Nieboer & Richardson, 1980.). Olovo (Pb) Olovo je toksičan teški metal sjajne srebrenoplave do modrosivkaste boje, u usporedbi s drugim metalima, slab je vodič topline i elektriciteta. Korozijski je vrlo postojano, otporno je prema kloru, sumporovu dioksidu i sumporovodiku. Neke organske oksidirajuće kiseline i alkalijske lužine polako ga nagrizaju, ali je otporan prema većini kiselina. Ne otapa se u klorovodičnoj, fluorovodičnoj i sumpornoj kiselini (do koncentracije masenog udjela od 80%, zbog stvaranja netopljivog PbSO4), ali se lako otapa u razrijeđenoj oksidirajućoj dušičnoj kiselini, octenoj kiselini, mravljoj kiselini i vinskoj kiselini, samo u prisutnosti kisika, i s njima tvori topljive soli. Također se ne otapa u destiliranoj vodi i u vodi koja ne sadržava otopljeni kisik, ali se zbog elektrokemijskih procesa otapa u prirodnim vodama tzv. olovna korozija. U vodenoj otopini daje slabo hidratizirani Pb 2+ ion, koji je bezbojan. Olovo se može pronaći u monovalnetnom (1+), divalentnom (2+), odnosno tetravalentnom (4+) obliku,a u elementarnom obliku vrlo rijetko. U jako lužnatoj otopini olovo se nalazi kao HPbO2 (meta-plumbit-ion). Reakcijom s hidrogen-karbonatima i sulfatima sadržanima u vodi, na površini olova nastaje sloj teško topljiva baznoga olovnoga karbonata i sulfata, što ga štiti od daljnje korozije. U more i ostale vodene sustave olovo dospijeva ispustom otpadnih i oborinskih voda ili atmosferskim taloženjem. Olovo kada dospije u vodeni okoliš taloži se u morskom sedimentu zajedno s krutim česticama (Eisler, 1988). Negativni učinci olova uključuju niz zdravstvenih smetnji kod ljudi, teratogene učinke kao i oksidativni stres (Farmand et al., 2005), što uzrokuje smanjenje biološke raznolikosti i povećane smrtnosti vodenih organizmima koji su izloženi dugotrajnim visokim koncentracijama olova (Eisler, 1988). Kadmij (Cd) Kadmij (Cd, latinski - cadmium), je metal otkriven 1817 g. kao primjesa u cinkovom karbonatu, sjajne je srebrno bijele boje. Rastvara se u oksidirajućim kiselinama, a ne rastvara se u bazama, nema nikakvu ulogu u fiziološkim procesima u organizmu. 29

39 Kadmij je element velike toksičnosti (nekoliko puta veće od arsena), pa izloženost višim koncentracijama kadmija može izazvati teratogene i kancerogene učinke, oštećuje bubrege, izaziva anemiju i bolesti kostiju, (Eisler, 1985). Značajnu količinu kadmija u sebi sadrže rude cinka i fosilnih goriva (npr. kameni ugljen). Uslijed njihovog eksploatacije znatne količine kadmija se oslobađaju u atmosferu i hidrosferu. Također, spaljivanjem otpada i upotrebom u gnojivu, kadmij dospjeva u okoliš (Hutton, 1983; Hutton & Symon, 1987). Posljednjih desetljeća kadmij je sve zastupljeniji kao sirovina u različitim industrijskim granama. U novije se vrijeme koristi za proizvodnju Ni-Cd baterija, te kao značajan sastojak za zaštitu od korozije, pigment u bojama. Najpoznatiji mineral kadmija je kadmij sulfid CdS, koji se obično dobija kao sporedni proizvod pri proizvodnji cinka. Razvojem spoznaje i svijesti o negativnom utjecaju kadmija na okoliš i njegovoj izrazitoj toksičnosti, razvijene zemlje pokušavaju ograničiti njegovu proizvodnju (Traven, 2009). Unatoč tim naporima šire društvene zajednice visoke koncentracije kadmija predstavljaju i nadalje značajan okolišni problem. Živa (Hg) Živa je stabilna pri sobnoj temperaturi i atmosferskom tlaku u tekućem agregatnom stanju. Promijeniti agregatnog stanja može prijeći u toksičnije oblike npr. živine pare koje su puno toksičnije od tekuće žive, ili može nastati metil-žive kemijskom transformacijom žive. U prirodi živa se može pronaći samorodna dispergirana u obliku sitnih kapljica u kamenju i stijenama, ima dvadesetak puta više nego kadmija. Male količine žive nalaze se i u sastavu granita (0,25 ppm), bazalta (0,11 ppm), pijeska (0,03 ppm) i u sastavu mora ( ppm). Ipak se najveće količine žive nalaze u spojevima, u obliku minerala cinabarit (HgS). Loše vodi toplinu i električnu struju. Ne reagira s lužinama i većinom kiselina. Otapa se samo u oksidirajućim kiselinama. Tekuća živa otapa mnoge metale s kojima kemijski reagira tvoreći amalgame. Ovisno o količini otopljenog metala, amalgami mogu biti tekući ili čvrsti. Lako se resorbira čak i preko nepokrivenih dijelova kože. Živa je jedan od najtoksičnijih teških metala u okolišu, koagulira bjelančevine i zaustavlja izmjenu tvari u stanicama, može imati mutagene, teratogene i karcinogene učinke (Eisler, 1987). Osim toga, bioakumulacija metil-žive unutar hranidbene mreže može uzrokovati koncentracija u tkivu riba i morskih sisavaca do puta veću od koncentracije u vodenom stupcu (Clarkson, 2002), što može uzrokovati konzumacijom riba u čijim se tkivima nakupljaju organski spojevi žive (metil-živa), negativne učinke na živčani sustav, 30

40 vid, demenciju i depresiju, a posebno male djece (Jarup, 2003., Morris et. al., 2005.). Živa se koristi u proizvodnji papira i plastike, u proizvodnji klora i natrijeve lužine, koristi se kao katoda kod elektrolize, te kao fungicid u poljoprivredi (Clarkson & Marsh, 1982). Mobilnost žive iz sedimenta je jako otežana jer je more lužnato, a njena je mobilnost moguća samo u kiselim uvjetima. Porast visoke koncentracije žive i živinih spojeva u nekim dijelovima okoliša i do pet puta u odnosu na pre-industrijske koncentracije, pripisuje se antropogenim aktivnostima, a s obzirom na toksičnost i navedene negativne učinke žive potrebno je učiniti sve kako bi se upotreba žive što je moguće više smanjila (Eisler, 1987). Bakar (Cu) Elementarni bakar je metal sjajne svijetle crvene do crvenkastosmeđe specifične bakrene boje, kubične plošno centrirane kristalne rešetke. Jedan je od triju najpoznatijih obojenih metala. Nakon srebra najbolji je vodič topline i elektriciteta (električne struje). Visoka električna vodljivost i veća zastupljenost u Zemljinoj kori od srebra, čini ga idealnim za električne instalacije i elektroniku, što mu je uz korištenje u kemijskoj industriji i dijagnostici, najvažnija komercijalna upotreba. U čistom stanju relativno je mekan, ali vrlo žilav i rastezljiv/savitljiv, pa je lako je obradiv. Također je kovak, pa se kuje, valja na hladno i vruće, izvlači u vrlo tanke žice. Može se meko i tvrdo lemiti i zavarivati. Zbog pozitivnoga redoks potencijala bakar se ne otapa u razrijeđenim kiselinama (samo ga HNO3 nagriza) i kiselinama koje nemaju oksidacijsko djelovanje. Budući da je redukcijski elektrodni potencijal bakra pozitivniji od vodika, on reagira samo s kiselinama koje imaju oksidacijsko djelovanje, tj. s kiselinama koje uz vodik sadrže i element koji bakar može reducirati. Bakar se u okolišu može nalaziti u toksičnijem ionskom obliku ili u spoju. Bakar za razliku od kadmija, olova i žive, koji nemaju nikakvu fiziološku ulogu, ima važnu ulogu u staničnom metabolizmu (Nor, 1987). Izloženost visokim koncentracijama bakra može uzrokovati poremećaje u funkcioniranju endokrinog sustava (Handy, 2003). Raspon osjetljivosti vodenih organizama na visoke koncentracije bakra u okolišu je vrlo velik, međutim najosjetljivije su alge dok su makrofiti (više biljke) manje osjetljiviji (Nor, 1987). 31

41 Cink (Zn) Cink je metal sjajne plavkastobijele boje, pri sobnoj temperaturi je krhak i lomljiv. Kao i bakar, cink je također neophodan za normalno funkcioniranje metabolizma. Pri visokim koncentracija u organizmu cink također može toksično djelovati te smanjivati apsorpciju bakra i željeza (Muyssen et al., 2006). Na temperaturi C omekša i postane rastezljiv, pa se lako kuje, valja u tanke ploče i izvlači u žicu. Iznad 200 C postaje ponovo krhak i mrvi se u prah. Burno reagira s metalnim oksidima, a s kisikom i dušikom stvara velik broj kompleksnih spojeva. Amfoteran je, otapa se u kiselinama i jakim lužinama, pa tvori soli. Ne korodira i na zraku je prilično stabilan, jer se na zraku prevlači zaštitnim slojem oksida ili karbonata, koji ga štiti od daljnje oksidacije i čine ga vrlo otpornim na utjecaj vlage, neutralnih i slabo lužnatih otopina. Dobar je vodič električne struje. Najviše se primjenjuje od svih obojenih kovina, npr. za izradbu limova, cijevi, žica, dijelova motornih vozila, strojeva, kućanskih aparata, suhih baterija (Lechlanceov suhi članak), za zaštitu metala od korozije galvanizacijom, cinčanjem i katodnom zaštitom (oluci, karoserije auta, brodski propeleri itd.), u metalurgiji za izlučivanje drugih metala iz otopine, za legiranje bakra i aluminija, u kemijskoj industriji za proizvodnju pigmenata, u građevinarstvu za izradbu krovnih cijevi i ploča za pokrivanje zgrada, za izradbu ambalaže i igračaka, u pirotehnici, itd. (wikipedia, 2014). Cink na pocinčanim predmetima služi za anodnu zaštitu, gdje se cink otapa umjesto željeza, kao manje plemenit metal. Zbog toga se željezni predmeti često zaštićuju cinkovim prevlakama. U brodogradnji ima široku primjenu. Tzv. "cink protektor" je najbitnija zaštita broda, jer uz antivegetativni zaštitni premaz, sprječava sakupljanje algi, te korodiranje i truljenje metalnih dijelova trupa broda Policiklički aromatski ugljikovodici (PAU) Policiklički aromatski ugljikovodici (PAU) su organski spojevi, pri sobnoj temperaturi niske isparljivosti, visoke temperature taljenja i vrenja, slabom topljivosti u vodi koja opada povećanjem molekulske mase. PAU su skupina planarnih spojeva sačinjenih isključivo od ugljikovih i vodikovih atoma vezanih u strukturi kondenziranih benzenskih jezgri. Broj benzenskih jezgri većine PAU su u rasponu od najmanje dva do najviše deset, međutim značajni policiklički aromatski ugljikovodici koji su za okoliš relevantni, imaju od dva do sedam benzenskih jezgri (Neff, 1979). 32

42 PAU niske molekularne težine više su topivi u vodi od aromata visoke molekularne mase, pa stoga veći afinitet nakupljanja u organskim tvarima i manji afinitet prema vodi imaju PAU više molekulske mase, što je razlog da su u većoj količini pohranjeni u sedimentima, odnosno njihova biološka raspoloživost je veća. Manje čestice imaju bolje adsorpcijske mogućnosti i vjerojatno će zato biti veći uzrok ekološkog rizika. Visokomolekularni PAU (4-6 prstena) toksičniji su od niskomolekularnih PAU (2-3 prstena), pa značajnije negativno utječu na vodene organizme u sedimentu, više su kancerogeni i manje skloni degradaciji. PAU pirolitičkog podrijetla najčešće su adsorbirani na čestice, a ponekad se nalaze u strukturi same čestice, što značajno smanjuje njihovu biološku raspoloživost (Axelman et al., 1999; Rust et al., 2004). Nasuprot tome, s obzirom da su rijetko vezani za čestice, policklički aromati petrogenog podrijetla, imaju puno veću biološku raspoloživost (Neff, 2002). U morskom okolišu PAU mogu biti prirodnog i antropogenog podrijetla. Jedan dio polickličkih aromata u okolišu potječe iz prirodnih izvora, u posljednjih par desetljeća antropogene aktivnosti kao što su sagorijevanja fosilnih goriva, transporta nafte i naftnih derivata značajno su doprinijeli povećanju koncentracije policikličkih aromata u morskom okolišu (Hylland, 2006). S obzirom na poznate mehanizme nastanka, policiklički aromatski ugljikovodici u okolišu se uvijek nalaze u mješavini a nikad zasebno. Važno je istaći da mehanizam nastajanja policikličkih aromatskih ugljikovodika određuje sastav mješavine. PAU u okolišu mogu biti: biogenog podrijetla, pirolitičkog podrijetla, petrogeng podrijetla te diagenog podrijetla (Neff, 1979). U morskom okolišu PAU mogu biti biogenog i diagenog podrijetla iako je njihov doprinos ukupnoj količini polickličkih aromata zanemariv. U morskom su okolišu značajniji PAU pirolitičkog i petrogenog podrijetla, jer u pravilu dominiraju u morskom okolišu (Hylland, 2006). U morski okoliš PAU mogu dospijevati raznim načinima npr. atmosferskim taloženjem (Mastral et al., 2003), slivom prirodnih, oborinskih i otpadnih voda (Durand et al., 2004), kao i izlijevanjem nafte i naftnih derivata u procesu transporta (Boehm & Quinn, 1977; Le Hir & Hily, 2002). Policiklički aromati ne perzistiraju u okolišu tako dugo kao organohalogeni spojevi, te je period poluraspada PAU u morskom sedimentu od nekoliko mjeseci do nekoliko godina (Wilcock et al., 1996). U morskom se okolišu PAU mogu razgraditi mikrobiološkim putem (Wilcock et al., 1996), ili fotokemiskom razgradnjom (Valerio et al., 1984). U morskom okolišu PAU niže molekularne mase bit će relativno brzo razgrađeni, te perzistiraju PAU s više benzenskih 33

43 jezgri, jer su PAU s nižom molekularnom masom biološki više raspoloživi, te je utjecaj mikrobiološke razgradnje na vrijeme poluraspada PAU značajan. Poznato je da različite bakterije imaju važnu ulogu u razgradnji PAU u morskom okolišu; to su bakterije roda Acinetobacter, Klebsiella, Mycobacterium, Pseudomonas, Micrococcus i Nocardia (Roy et al., 2002) Poliklorirani bifenili (PKB) Poliklorirani bifenili (PKB) pripadaju skupini sintetskih organokloriranih spojeva poznatoj kao perzistentni organski zagađivači (Persistent Organic Pollutants, POPs), a zbog izrazito lipofilnog karaktera akumuliraju se u masnim tkivima živih organizama. Nastaju kloriranjem molekule bifenila plinovitim klorom. PKB se međusobno razlikuju po fizikalno kemijskim i toksikološkim svojstvima. PKB imaju tendenciju bioakumulacije i biomagnifikacije u okolišu i unutar hranidbenih lanaca. Poliklorirani bifenili (PKB) su molekule aromatskih struktura s dva povezana benzenska prstena u kojima su pojedini ili svi vodikovi atomi supstituirani atomima klora. Može se reći da su skupina organskih spojeva koje karakterizira od jedan do deset atoma klora vezanih za molekulu bifenila koja se sastoji od dvije spojene benzenske jezgre. Kemijska formula svih PKB-a je C12H10-xClx. gdje je x broj atoma klora. Teoretski, s obzirom na broj i položaj atoma klora postoji 209 različitih izomera i homologa PKB-a koji se nazivaju kongenerima (Traven, 2009). Kada dospiju u okoliš, PKB se vrlo teško razgrađuju, pa se duže vrijeme zadržavaju u okolišu kružeći između zraka, vode i tla, te se progresivno nagomilavaju naročito u masnim tkivima pojedinih pripadnika hranidbenog lanca (EPA US, 2011; Sobek et al., 2010; Burreau et. al., 2006). Izrazito hidrofobni PKB-i nakupljaju se u masnom tkivu organizama, dok se hidrofilniji spojevi nakupljaju u staničnim organelima i tkivima s izraženijim hidrofilnim karakterom. Pri sobnoj temperaturi i atmosferskom tlaku PKB-i su tekućine bez mirisa i okusa, boje od prozirne do blijedo žute. PKB-i s većim brojem klornih supstitucija su žući. Osim toga, što je broj klornih supstitucija veći to je razgradnja navedenih spojeva sporija. Također, razgradnja ovisi i o poziciji klorne supstitucije unutar molekule bifenila (Matthews & Dedrick, 1984). PKB-i se mogu u živi organizam apsorbirati udisanjem i oralno, te pasivnom difuzijom prolaze kroz stanične membrane (Arnold & Feeley, 2003). Dokazano je da se koncentracija PKB-a u tkivu povećava kao funkcija stupnja trofije, te se koncentracija između pojedinih trofičkih razina povećava 10 do 100 puta (Gobas, 2001), te se smatra se da su toksičnim učincima PKB-a izloženi prvenstveno oni organizmi koji se nalaze na vrhu hranidbenog lanca. PKB-i imaju kao i 34

44 policiklički aromatski ugljikovodici (PAU) visoke koeficijente raspodjele oktanol/voda te se u okolišu uglavnom nalaze adsorbirani na organske čestice. Tom se činjenicom objašnjava njihova prisutnost u morskom sedimentu (Kang et al., 2000; Wiberg & Harris, 2002). Danas, zbog toga što se više ne proizvode niti upotrebljavaju, PKB-i mogu dospjeti u morski okoliš samo slučajno izlijevanjem iz nepropisno odloženih transformatora i kondenzatora, ili sličnom incidentu, te se na taj način mogu procijediti u tlo, a time PKB-i mogu posredno dospjeti i u morski okoliš (Ashley & Baker, 1999) Stupac morske vode Mineralna ulja (Oil and grease) Mineralna ulja su tekući destilati nafte koji nastaje pri proizvodnji benzina i drugih naftnih proizvoda na bazi ugljikovodika, bezbojna, bezmirisna mješavina alkana u rasponu od C15 do C40. Godišnje se proizvode velike količine mineralnih ulja koja mogu nastati i preradom ugljena ili škriljevca, najčešća im je upotreba u petrokemiji, kao goriva i kao sredstva za podmazivanje. Osim toga koriste se i u različitim industrijskim pogonima kao rashladne ili toplinske tekućine, u visokonaponskim postrojenjima kao izolatori, kao transformatorsko ulje, zbog svojstva nestlačivosti u hidrauličkim sustavima vozila i strojeva i dr. Gustoća im je relativno niskih vrijednosti od oko 0,8 g/cm 3. Postoje tri osnovne kategorije rafiniranih mineralnih ulja: - parafinska ulja, na temelju n-alkana - naftenska ulja, na temelju cikloalkana - baromatična ulja na bazi aromatskih ugljikovodika (različita od eteričnih ulja). Općenito gledano, mineralna ulja nisu bezopasna. Svjetska zdravstvena organizacija svrstava nerafinirana ili blago tretirana i mineralna ulja u 1. skupinu kancerogenih tvari za žive organizme, a visoko rafinirana ulja se klasificiraju kao 3. skupina koja se ne smatra kancerogenim tvarima, ali dostupni podaci nisu dovoljni da ih se klasificira kao potpuno bezopasne. Složeni procesi transformacije nafte i mineralnih ulja u morskom okolišu razvijaju se već od trenutnog kontakta s morskom vodom. Vrijeme trajanja, dinamika i intezitet tih procesa ovisi o svojstvima i sastavu mineralnih ulja, kao i o parametrima onečišćenja u more. Onečišćujuće količine prolivenih mineralnih ulja na površini mora se šire distribuiraju pod utjecajem gravitacijskih sila. U prvoj fazi unutar 10 min. pri izlijevanju u more, zbog viskoznosti i površinske napetosti vode, 1 tona ulja može se 35

45 raspršiti u radijusu od 50 m, tvoreći sloj od 10 mm. Ubrzo zatim, sloj ulja se stanjuje, postaje tanji od 1 mm te se dalje širi, obuhvaćajući površinu do 12 km 2 (Ramade, 1978.), a nakon stanjenja na kritičnu debljinu oko 0,1 mm, ulje se raspada u zasebne dijelove koji se prostiru na većim i udaljenijim područjima. Znatan dio ulja rasprši u vodi u obliku sitnih kapljica koje se mogu transportirati na velike udaljenosti od mjesta izlijevanja. Tijekom prvih nekoliko dana nakon izlijevanja, značajan dio nafte pretvara se u plinovitu fazu. Daljnje se promjene odvijaju pod kombiniranim utjecajem meteoroloških i hidroloških čimbenika i uglavnom ovise o snazi i smjeru vjetra, valova i morskih struja. Naftna mrlja obično se prostire u smjeru vjetra. U uskim obalnim područjima i plitkim morima gdje čestica ima u izobilju, a voda je podvrgnuta intenzivnom miješanju, određena količina izlivenog ulja u more (10-30%) se adsorbira na suspendirani materijal koji se taloži na dno. U dubljim područjima udaljenim od obale, sedimentacija ulja (osim teških frakcija) se odvija iznimno sporo, a istovremeno se odvija proces biosedimentacije. Stupanj biološke razgradnje ugljikovodika ovisi, prije svega, o strukturi njihovih molekula. U uljima u kojima dominiraju parafinski spojevi (alkani) razgradnja teče brže od aromatičnih i naftenskih tvari. Uz povećanje složenosti molekularne strukture (povećanje broja ugljikovih atoma i stupanja grananja lanca), kao i s povećanjem molekulske mase, brzina mikrobne razgradnje obično se smanjuje. Osim toga, proces razgradnje ovisi o fizičkom stanju ulja, uključujući i stupanj njegove disperzije. Najvažniji okolišni čimbenici koji utječu na biorazgradnju ugljikovodika uključuju temperaturu, koncentraciju hranjivih tvari i kisika, te naravno sastav, vrstu i količinu mikroorganizama koji razgrađuju ulja. Suspendirani oblici ulja i njegove komponente prolaze intenzivno kemijsko i biološko raspadanje u stupcu vode. Biokemijski procesi razgradnje ulja posredstvom mikroorganizama uključuju nekoliko vrsta reakcija enzima, oksigenaza, dehidrogenaza i hidrolaza. Planktoni koji filtriraju more i drugi organizmi (mnoge vrste bakterija i gljivica) apsorbiraju emulzificirano ulje, te se putem njihovih ostataka metabolizma to ulje taloži na dno mora onečišćujući sediment (Offshoreenvironment.com, 2015). Ulja u morskom okolišu relativno brzo gube svoja izvorna svojstva te se raspadaju na ugljikovodične frakcije. Nastale frakcije mogu se pronaći u različitim migracijskim oblicima i različitog su kemijskog sastava i strukture. One prolaze radikalne transformacije koje se usporavaju nakon postizanja termodinamičke ravnoteže s parametrima okoliša. Njihov udio postupno opada zbog disperzije i raspadanja, te na kraju izvorni spojevi i 36

46 međuspojevi nestaju, a nastaju ugljični dioksid i voda. Takvo se samopročišćavanje morskog okoliša odvija ako, naravno, toksična opterećenja ne prelaze prihvatljive granice Kemijska potrošnja kisika ( KPK ) Kemijska potrošnja kisika (KPK) (engl. COD) je pokazatelj ukupnog organskog opterećenja otpadne vode. Razna organska opterećenja razlažu se u vrućoj smjesi kalijevog bikromata i sumporne kiseline. Kemijska potrošnja kisika (KPK) je veličina koja označava količinu organskih otpadnih tvari u otpadnoj vodi koje su oksidirale, izražene kao ekvivalent kisika, proporcionalna je utrošku kalijevog bikromata. Kemijska potrošnja kisika (KPK) je masena koncentracija kisika koja potrebna da oksidiraju tvari suspendirane u 1 L vode (mg O2 / L ). Značaj vrijednosti KPK ovisi o sastavu otpadne vode, pa tako za gradske otpadne vode KPK predstavlja realnu mjeru teoretske potrošnje kisika jer se veliki broj spojeva oksidira (90-100%), dok za otpadne vode onečišćene organskim otpadnim tvarima koje se teško oksidiraju u određenim uvjetima KPK vrijednost je nepouzdana mjera teoretske potrošnje kisika Biokemijska potrošnja kisika (BPK) Glavninu onečišćenja otpadnih voda predstavljaju organske tvari za čiju se razgradnju troši otopljeni kisik iz vode. Biokemijska potrošnja kisika (BPK) (engl. BOD) je veličina koja označava količinu kisika (izraženu u mg/l) potrebnu da se razgradi (stabilizira) organska tvar u 1 L otpadne vode pomoću aerobnih bakterija. Ukupna biokemijska potrošnja kisika (BPKukup) je količina kisika potrebna za potpunu razgradnju organske tvari. Iz toga proizlazi da je stupanj onečišćenja otpadnih voda organskom tvari u izravnoj vezi s količinom kisika potrebnom za oksidaciju, odnosno razgradnju, te tvari. BPK ovisi o većem broju faktora: vrsti otpadne tvari i vrsti biokemijske razgradnje, vrsti i broju mikroorganizama koji se nalaze u vodi, koncentraciji kisika, koncentraciji hranjivih tvari za mikroorganizme, trajanju ispitivanja, vremenu potrebnom za razvoj mikroorganizama na otpadnim organskim tvarima, temperaturi i osvjetljenju, opterećenosti bioloških procesa zbog prisutnosti spojeva koji djeluju otrovno i inhibicijski. Da bi se kvantificiralo opterećenje otpadnih voda organskom tvari, za praktične je potrebe uveden pokazatelj petodnevne biokemijske potrošnje kisika (BPK5), ili pokazatelj 37

47 dvadesetodnevne biokemijske potrošnje kisika (BPK20), a određuju se pri konstantnoj temperaturi od 20 ºC Suspendirane tvari Suspendirane čestice kao što su mulj, otopljena organska i anorganska tvar, plankton i drugi mikroskopski organizmi uzrokuju zamućenje vode. Zamućenje, mutnoća ili mutež je svojstvo fluida (tekućina i plinova) koje opisuje prisutnost suspendiranih ili koloidalnih tvari u otopini. Mjerenja zamućenja iznimno su važna u nadzoru kakvoće pitke vode, otpadnih voda i industrijskih voda. Čimbenici koji utječu na zamućenje su: koncentracija čestica, odnos indeksa loma svjetlosti čestice i okolnog medija, veličina, oblik i raspodjela čestica, te valna duljina ulaznog zračenja. Vrijednosti zamućenja ovise i o orijentaciji čestica u suspenziji obzirom da sve čestice nisu sferične. Suspenzija je heterogeni fluid koji sadrži čvrste čestice koje su prevelike za taloženje (obično moraju biti veće od 1 mikrometra). Čvrsta tvar ili čestica je raspršena u fluidu mehaničkim utjecajem. Za razliku od koloida, suspenzija će se s vremenom taložiti (sedimentirati) Anionski detergenti Općenito, detergent je industrijski proizvod za uklanjanje nečistoća pranjem u vodi. Glavni su mu sastojci tenzidi, površinski aktivne tvari. Najšire se primjenjuju anionski tenzidi (alkilbenzensulfonati, alkansulfonati, alkilsulfati, alkiletersulfati). Molekule tenzida, koje se sastoje od hidrofilnog i hidrofobnog dijela, nakupljaju se pri pranju na granici faza koje se ne miješaju (npr. vode i masnoće). Pritom se hidrofilni dio molekule orijentira prema vodenoj fazi, a hidrofobni prema nevodenoj, npr. prema masnoći, što smanjuje napetost površine i omogućuje odvajanje nečistoće od podloge. Osim tenzida, deterdžent sadrži i sredstva za mekšanje vode i za bijeljenje, enzime za uklanjanje nečistoća od bjelančevina i drugih bioloških tvari, mirise, sredstva za zaštitu od korozije, za osvježavanje boje itd. Otpadnim vodama anionski detergenti dospijevaju u more te predstavljaju opasnost od narušavanja ekološke ravnoteže, posebno kad njihova koncentracija nadmaši sposobnost mikroorganizama za njihovo razgrađivanje. Pod djelovanjem ionske jakosti u moru dolazi do smanjenja topljivosti tenzida što rezultira njihovim taloženjem i predstavlja opasnost za morski ekosustav. Zbog velikih količina deterdženata koji se nakon upotrebe ispuštaju u kanalizaciju, njihovu se djelovanju na okoliš danas poklanja velika pozornost. 38

48 U mnogim je zemljama dopuštena proizvodnja samo onih deterdženata kojima su tenzidi u velikoj mjeri (više od 90%) biorazgradljivi Benzen, toluen, etilbenzen, ksilen (BTEX) Aromatski ugljikovodici benzen, toluen, etilbenzen i izomeri ksilena (o-, m-, p-) pripadaju hlapljivim organskim spojevima, skupini kemijski različitih supstanci koje su zbog široke uporabe i svojih fizičko-kemijskih osobina rasprostranjene u okolišu (Hung et al., 1999.). Benzen, toluen, etilbenzen i izomeri ksilena (BTEX) pri sobnoj su temperaturi i atmosferskom tlaku bezbojne tekućine. Karakteristična su mirisa, imaju relativno nisku temperaturu vrelišta i visok tlak para. Fizičko-kemijska svojstva BTEX-a objašnjavaju njihovu uporabu kao organskih otapala. Među njima se benzenu, zbog najbolje topljivosti u vodi, najveće hlapljivosti i toksičnosti, uvijek posvećuje najveća pažnja. Benzen je najjednostavniji aromatski ugljikovodik. Empirijska formula mu je C6H6. Iz brojevnog omjera atoma ugljika i vodika može se zaključiti da je benzen nezasićeni ugljikovodik, ali se pokazalo da se po kemijskim svojstvima od njih znatno razlikuje. Znanstvenici su dugo pokušavali odrediti strukturnu formulu. Njemački kemičar Friedrich August Kekule von Stradonitz predložio je godine šesterokut s naizmjence postavljenim jednostrukim i dvostrukim kovalentnim vezama između atoma ugljika, a danas se koriste njegova ili Thielova formula, ovisno o potrebi. Može se smatrati rezonantnim hidridom Kekuleovih i Dewarovih struktura. Po nekim je svojstvima sličan zasićenim ugljikovodicima (postojan prema oksidima; burno reagira sa sumpornom i dušičnom kiselinom). Benzen je pri sobnoj temperaturi bezbojna, lako hlapljiva, zapaljiva i otrovna tekućina, jakog karakterističnog mirisa. Vrije pri C, dok pri temperaturi nižoj od 5.5 C prelazi u čvrsto stanje (tj. skrućuje se u bijelu kristalnu tvar). U vodi je praktički netopljiv, ali se vrlo dobro otapa u mnogim organskim otapalima (benzinu, alkoholu, eteru, itd.). I sam je dobro organsko otapalo, otapa masti i ulja, smole i boje. Zapaljen, na zraku gori svijetlim i vrlo čađavim plamenom, a uz dovoljan pristup kisika potpuno izgara u ugljikov (IV) oksid i vodu: 2C6H6 + 15O2 12CO2 + 6H2O Benzen je otrovan, a osobito njegove pare, a kronično izlaganje živih organizama uzrokuje kancerogena oboljenja, najčešće leukemiju. Lako je zapaljiv, a pomiješan sa zrakom stvara eksplozivnu smjesu. 39

49 Derivati benzena nisu otrovni kao benzen, pa se u industriji koriste kao njegova zamjena. Upotrebljava se u kemijskoj industriji kao važno otapalo (otapa masti i ulja, smole, boje, itd.), kao polazna sirovina za dobivanje mnogih aromatskih spojeva. Od benzena se izvodi i velika skupina organskih spojeva (benzenoidni aromatski spojevi). Služi za proizvodnju lijekova, boja, lakova, plastičnih masa, eksploziva, sredstava za pranje, pesticida. Benzen se sve više izbjegava u industriji jer je otrovan i kancerogen je. Upravo zbog njegovog štetnog djelovanja u nekim ga industrijskim procesima, zamjenjuju ga njegovi derivati koji nisu toliko štetni za ljudsko zdravlje (npr. toluen ili ksilen) (Wikipedia, 2015). BTEX se u prirodi pojavljuju kao sastojci nafte i njezinih derivata te sirova nafta može sadržavati i do 4 g benzena po litri. Prema priručniku LUFT (engl. leaking underground fuel tank) benzin prosječno sadržava 1,8 % benzena; 12,3 % toluena; 1,6 % etilbenzena i 5,2 % izomera ksilena. S obzirom na to može se reći da su vrlo značajan izvor izloženosti BTEX-u u okolišu ispušni plinovi izgorenog goriva prometnih sredstava. Također, jedan od važnijih izvora izloženosti ovim spojevima je duhanski dim. BTEX se u atmosferi zadržavaju od nekoliko sati do nekoliko dana, ovisno o klimatskim uvjetima te o koncentraciji hidroksilnih radikala, dušikovih i sumpornih oksida. Benzen se iz zraka uklanja kišom, što uzrokuje onečišćenje površinskih i podzemnih voda. Zbog niske topljivosti u vodi toluen, etilbenzen i izomeri ksilena zadržavaju se u zraku duže od benzena, a iz atmosfere se uklanjaju oksidacijom. U prisutnosti dovoljne količine kisika u vodi i tlu BTEX se vrlo brzo razgrađuju djelovanjem bakterija. U anaerobnim uvjetima (npr. u podzemnim vodama) bakterijska razgradnja je spora i može trajati mjesecima. Za procjenu toksičnog djelovanja BTEX-a nužno je poznavanje toksikokinetike, tj. apsorpcije, biotransformacije, raspodjele te izlučivanja tih spojeva i njihovih metabolita iz tijela. BTEX mogu ući u organizam preko pluća, kože i probavnog sustava, ali je inhalacija najvažniji i najčešći put unosa. Toluol ili toluene, koji se ponekad naziva i metilbenzen, je aromatski ugljikovodik koji se ne razrjeđuje u vodi, a karakterizira ga miris sličan razrjeđivaču. Koristi se kao otapalo za boje, a može ga se naći u gumama, ulju i smoli. Ksileni predstavljaju tri podgrupacije benzenskih derivata, a može ih se naći u vodovodnim cijevima, u otapalima, gumi i kožarskoj industriji. U kemijskoj industriji proizvode se radi nafte. Ukoliko u organizam uđe visoka razina ksilena u kratkom periodu ili manja u dužem, dolazi do sljedećih oboljenja: glavobolja, smanjenje koordinacije mišića, 40

50 vrtoglavica, zbunjenost, poremećaj ravnoteže. Ukoliko u organizam uđe visoka razina ksilena u kratkom periodu ili manja u dužem, dolazi do sljedećih oboljenja: glavobolja, smanjenje koordinacije mišića, vrtoglavica, zbunjenost, poremećaj ravnoteže. Također su moguće iritacije kože, očiju, nosa i vrata; poteškoće s disanjem, te problemi s radom pluća, u težim slučajevima dolazi do usporavanja refleksa, smanjene memorije, iritacije želuca, problema s radom jetre i bubrega i gubitka svijesti. U najgorem slučaju, kao krajnji učinak ovog otrova može nastupiti smrt (Wikipedia, 2015). Kao mogući uzrok i izvori onečišćenja BTEX-om su : - curenje benzina iz manjkavo i loše održavanih skladišta - propusnost cijevi kojima se prenosi - puštanje plina iz velikih nadzemnih postrojenja - prolijevanje po površini (tlo, voda, more) i dr Fenoli U organskoj kemiji Fenoli su skupina spojeva koji se sastoje od hidroksilne skupine (-OH) vezane izravno na aromatski ugljikovodik. Najjednostavniji takav spoj je fenol (C6H5OH). Iako slični alkoholima, imaju jedinstvena svojstva te se ne svrstavaju u alkohole (zbog toga što hidroksilna skupina nije vezana na zasićeni atom ugljika, već direktno na aromatski ugljikovodik). Reakcijom sa vodenim rastvorima baza, nastaju soli fenola. Soli fenola su rastvorljive u vodi, a nerastvorljive u organskim rastvaračima. U zavisnosti od ph, postoji ravnoteža između fenol i fenolat (fenoksid) iona. Jače su kiseline od alkohola jer se aromatski prsten uže veže s kisikom te je veza između vodikovog i kisikovog atoma relativno slaba. Kiselost hidroksilne skupine kod fenola na ljestvici je negdje između alifatskih spojeva i karboksilnih kiselina (njihov pka obično je između 10 i 12). Gubitak pozitivno nabijenog atoma vodika (H + ) s hidroksilne skupine fenola stvara pripadajući negativni fenolatni ion ili fenoksid ion, a pripadajuće se soli nazivaju fenolati ili fenoksidi (također ariloksidi prema IUPAC Gold Book-u). Jedna molekula fenola može imati dvije ili više hidroksilnih skupina vezanih za aromatski prsten. Fenoli mogu reagirati s alkalijskim metalima kao i alkoholi, pri čemu nastaju odgovarajući fenoksidi. Male količine fenola nalazimo u ljekovitim pripravama (kapi za oči ili nos, tekućina za ispiranje usta ili losion za herpes) jer su neki fenoli dobra baktericidna i dezinfekcijska sredstva koja koaguliraju stanične bjelančevine (Wikipedia, 2015). 41

51 4. METODE ISTRAŽIVANJA Odabir pristupa istraživanja kao i odabir metoda istraživanja koje će istraživač koristiti, vrlo je važan kako bi se precizno definirali načini prikupljanja znanja i ciljevi istraživanja. U znanstvenom istraživanju metoda je način istraživanja i izlaganja predmeta (stvari, procesa ili pojave) koji osigurava sistematizirano, precizno i točno znanje. Razlikuju se tri osnovna pristupa istraživanju: kvantitativni, kvalitativni i kombinirani (Creswell, 2003.). Ukoliko se istražuje novi problem ili ako su nepoznate varijable koje utječu na pojavu nekog problema, najbolji pristup je kvalitativan pristup. Korištenje kvalitativnog pristupa se preporučuje i za provjeru teorije u praksi. Kada se žele generalizirati rezultati istraživanja uz detaljan pogled na značenje fenomena ili koncepta koristi se kombinirana metoda istraživanja (Creswell, 2003.). U ovoj doktorskoj disertaciji koristi se kombinirani pristup koji integrira primjenu kvantitativnih i kvalitativnih metoda. Kvalitativne metode zasnivat će se na postupcima organizacije i pripreme podataka, kodiranja, opisivanja, interpretacije podataka i sl. Kvantitativne metode koje će se koristiti u ovoj doktorskoj disertaciji uključivat će standardne deskriptivne statističke metode i regresijsku analizu. Odabranom metodologijom istraživanja koriste se i određena teoretska znanja kako bi se provelo istraživanje u kojem se istovremeno prikupljaju i kvalitativni i kvantitativni podaci. U izradi ove doktorske disertacije, pri formiranju koncepta za izradu okolišnog indeksa i prezentiranju rezultata istraživanja, koristit će se više znanstvenih metoda pomoću kojih će se postavljeni problem i predmet istraživanja objasniti, te dokazati postavljena znanstvena hipoteza. Budući da je područje zaštite okoliša interdisciplinarno, zahtjeva se poznavanje više znanstvenih područja, a u izradi ovog doktorskog rada koristit će se sljedeće metode istraživanja bitne za izučavanje pojedinih tema: metoda analize i sinteze, metoda klasifikacije i komparacije, indukcija i dedukcija, metoda deskripcije, metoda modeliranja, statističke metode, metoda kompilacije, opća teorija sustava, metoda generalizacije i specijalizacije, metoda intervjua, te metoda proučavanja dokumentacije. Korištenjem spomenutih metoda omogućit će se određivanje svih utjecajnih čimbenika, relevantnih za navedenu problematiku istraživanja Anketa Metoda anketiranja je postupak kojim se temeljem dobivenih pisanih odgovora iz anketnog upitnika istražuju i prikupljaju podaci, informacije, stavovi i mišljenja o 42

52 predmetu istraživanja. Anketa u užem smislu označava postupak u kojem se ispitanicima odnosno respodentima postavljaju pitanja usmeno ili pisano, a njihovi odgovori se prikupljaju i podvrgavaju raznim vrstama kvantitativne, kvalitativne i kauzalne analize (Zelenika, 1998). Istraživač koji provodi anketu treba dobro poznavati problem ili znanstveno pitanje koje istražuje. Pravilnim odabirom reprezentativnog uzorka nad kojim se provodi anketiranje te postavljanjem jasnih ciljeva i svrhe zbog kojih se provodi upravo ova metoda, postiže se pouzdanost metode anketiranja. Postoje dvije osnovne skupine pitanja po obliku: otvorena i zatvorena pitanja (Žugaj et. Al., 2006). Zatvorena pitanja omogućuju generalizaciju, pa se pomoću njih provjeravaju postavljene hipoteze (Žugaj et. Al., 2006). Anketa je u pravilu ekonomična jer se njome može u relativno kratkom vremenu doći do relevantnih podataka i informacija, a time se smanjuju troškovi istraživanja (Zelenika, 1998) Deskriptivna statistika Deskriptivna (opisna) statistika u cijelosti obuhvaća skup svih promatranih pojava, s ciljem uspoređivanja, analiziranja, obrade, sažimanja i sređivanja poznatih podataka. Opisuje dobivene rezultate na razumljiv i pregledan način kako bi bili što pogodniji za interpretaciju, daljnju analizu i primjenu. Skup promatranih pojava je statistički skup istovrsnih elemenata, odnosno onih elemenata koji imaju isto obilježje. Statistički skup je definiran pojmovno, prostorno i vremenski. Opća svojstva elemenata statističkog skupa po kojima su elementi istovrsni i po kojima se razlikuju su statistička obilježja. Opisna obilježja se izražavaju riječima, redoslijedna obilježja se izražavaju rangom, numerička se izražavaju brojem, a vremenska trenutkom (Tepeš, 2007.). Budući da često nije moguće izmjeriti sve vrijednosti promatranog statističkog obilježja, iz populacije se odabire reprezentativni uzorak. Stoga razlikujemo populacijske podatke tj. skupove podataka dobivene mjerenjem (opažanjem) odabranog statističkog obilježja na populaciji, od onih dobivenih na uzorku iz populacije uzorački podaci. Korištenjem metode deskriptivne statistike moguće je ostvariti cilj statističke analize skupova populacijskih podataka i izdvojiti njihove značajke (Huzak, 2006). Cilj statističke analize skupova uzoračkih podataka je na osnovi podataka iz uzoraka donijeti određene zaključke o populacijskoj razdiobi promatranog statističkog obilježja, pri čemu se koriste i metode deskriptivne statistike i metode inferencijalne statistike (Bahovec & Erjavec, 43

53 2009). Inferencijalna statistika se temelji na djelomičnu obuhvatu skupa svih promatranih objekata, tj. obuhvatu određenoga dijela (uzorka) promatranih objekata. Koristeći metodu "od pojedinačnoga ka općemu izvode se zaključci o karakteristikama svih objekata, pri čemu se u analizi koristi aparat teorije vjerojatnosti. Razlikuju se i dvije osnovne vrste varijabli: numeričke i kategorijalne. Numeričke varijable dijele se na diskretne i kontinuirane (neprekidne). Kategorijalne varijable mogu biti: dihotomne (imaju samo dva razreda (npr. da/ne), nominalne (razredi su neuređeni), te ordinalne (vrijednosti su im uređene) (Bahovec & Erjavec, 2009). Za mjerenje centralnih tendencija skupova podataka, koriste se aritmetička sredina, medijan i mod (Bahovec & Erjavec, 2009) Osnova i primjena AHP metode Analitički hijerarhijski proces (engl. AHP - The Analytic Hierarchy Process) je jedna od najprihvaćenijih metoda višekriterijske analize, koju je razvio Thomas Saaty početkom sedamdesetih godina dvadesetog stoljeća (Saaty, 1977., 1980.). Metoda pridonosi fleksibilnosti procesa odlučivanja i omogućava donositeljima odluka postavljanje prioriteta i donošenje kvalitetnih odluka uzimajući u obzir i kvalitativne i kvantitativne aspekte odluke (Nieto-Morote & Ruz-Vila, 2011). Takav multiatributni model prihvaća se sve više i od strane praktičara i znanstvenika. Primjenjuje se u odlučivanju, planiranju i razvoju, industriji, inženjerstvu, obrazovanju, politici i drugim područjima (An-Yuan & Cheng- Jung, 2011). Dobre uporabne karakteristike AHP metode i njene prednosti istraživali su brojni znanstvenici (Saaty, 1977., 1980., 1991., 2006., Schoemaker & Waid, Narasimhan, 1983., Harker & Vargas, 1987., Alphonce, 1997., Karlsson, 1998., Triantaphyllou, 2000., Sunn, 2001., Hamalainen, 2004.). Metoda integrira kvalitativne i kvantitativne elemente u strukturiranju problema odlučivanja, od definiranja cilja do dobivanja rezultata, odnosno utvrđivanja prioriteta i važnosti svih elemenata u odnosu na postavljeni cilj. Zbog svojstva redundancije AHP metoda je manje osjetljiva na greške u procjenjivanju, te omogućava analizu osjetljivosti rezultata kojom se provjerava stabilnost dobivenih rezultata simulirajući odnos između težina elemenata i prioriteta alternativa. Zbog toga AHP metoda ima veliku prednost jer omogućuje praćenje konzistentnosti procjena u svakom trenutku postupka uspoređivanja elemenata u parovima. AHP je metoda relativnog mjerenja koja koristi apsolutnu skalu (Saatyeva skala relativne važnosti) kvalitativnih i kvantitativnih kriterija koji su homogeni i temeljeni na procjenama eksperata. 44

54 Metoda ima i određene nedostatke koji nisu izravno vezani za metodološki niti matematički temelj metode, ali se u literaturi navode kao njena ograničenja (Belton, 1986., Schoner & Wedley, 1989., Dyer, 1990., Lootsma, 1991., Schoner, 1993., Wedley & Choo, 1993., Salo & Hamalainen, 1999.). Ti se nedostaci i ograničenja uglavnom odnose na: velik broj potrebnih komparacija u parovima kod većine problema, nedovoljno velika skala (Saatyeva skala relativne važnosti) za uspoređivanje elemenata u parovima, postizanje prihvatljivog omjera konzistencije je često teško, nisu dozvoljene neusporedive alternative. Primjena AHP metode je vrlo česta u rješavanju problema u različitim znanstvenim i praktičnim područjima kao što su industrijski menadžment, inženjerstvo, turizam, ekonomija, obrazovanje, sport (Vaidya & Kumar, 2006.). Vrlo često se AHP metoda primjenjuje u integraciji s nekim drugim metodama, kao što su matematička programiranja i QFD metodama (Quality Function Deployment) za rješavanje određenih problema (Ho, 2008.) Regresijska analiza Regresijska analiza je skup matematičko-statističkih postupaka koji omogućuju da se u većem broju varijabli, među kojima postoji povezanost, utvrdi manji broj temeljnih varijabli koje objašnjavaju takvu međusobnu povezanost. Varijable su podaci dobiveni mjerenjem promjena na pojavama koje se promatraju i proučavaju. Ukoliko su promatrane pojave međusobno povezane, onda možemo utvrditi veličinu korelacije svake promatrane pojave sa svakom drugom promatranom pojavom. Varijable mogu biti nezavisne i zavisne. Nezavisnim se varijablama objašnjavaju promjene zavisnih varijabli. Kod korelativne povezanosti pojava, promjene u jednoj i u drugoj pojavi mogu se javljati paralelno, a da jedne nisu uzrok drugima, za razliku od uzročno-posljedične povezanosti u kojoj je jedna pojava ili događaj uzrok nastajanja ili javljanja neke druge pojave, događaja ili promjene (Fulgosi, 1988.). Koeficijenti korelacije nam pokazuju da su istraživane pojave u vezi te da su veze između nekih slabije odnosno jače. Povezanost može biti funkcionalna (deterministička 3 ) ili statistička (stohastička 4 ). Svaki regresijski model sadrži stohastičku varijablu (Montgomery & Runger, 2003). 3 deterministički model (matematički ili funkcionalni), kod kojih je vrijednost zavisne varijable y jednoznačno određena za zadanu vrijednost od x; 4 stohastički model (statistički), koji izražava labaviju vezu među varijablama, pa ne postoji jednoznačna vrijednost od y za svaku vrijednost od x, već se ona opisuje egzaktno pomoću pojmova iz teorije vjerojatnosti. za svaku vrijednost od x postoji distribucija vrijednosti od y. 45

55 U istraživanju, istraživač polazi od unaprijed formuliranog modela, hipoteze ili teorije o strukturi temeljnih izvora varijacije i kovarijacije među promatranim varijablama i testira taj model, hipotezu ili teoriju. Za potrebe ovog istraživanja je korištena metoda regresijske analize, kojom se opisuju i utvrđuju odnosi, odnosno ovisnosti jedne varijable o jednoj ili više drugih varijabli, odnosno odnosi mjerenih i izračunom dobivenih podataka. Primjenom regresijske analize, matematičkom notacijom mogu se opisati rezultati dobiveni predloženim modelom Procjena utjecaja lučkih procesa na okoliš formiranjem okolišnog indeksa. Pod regresijskim se modelom podrazumijeva klasa stohastičkih modela izraženih jednadžbom u kojima je zavisna varijabla y predočena kao linearna ili nelinearna funkcija nezavisnih varijabli x1, x2,..., xk. (Montgomery & Runger, 2003). linearnom regresijom izražena je stohastička veza između zavisne varijable y i nezavisne varijable x, koje se formalno može opisati izrazom: y = ƒ (x) + ε, (2) gdje je = ƒ (x) linearna funkcija varijable x, odnosno vrijednost y jest linearna funkcija od x, ali se za fiksnu vrijednost x stvarna vrijednost od y određuje srednjom vrijednosnom funkcijom (linearnim modelom) uz slučajnu greške relacije. Pod pretpostavkom da se svako promatranje Y može opisati pomoću modela: Y = β 0 + β 1 x + ε, (3) modelom linearne regresije jer ima samo jednu nezavisnu ili regresorsku varijablu, pri čemu su β 0 i β 1 nepoznati parametri, pri čemu je ε slučajna greška sa srednjom vrijednosti 0 i (nepoznatom) varijancom σ 2. n n n β 0 x i + β 1 x 2 i = y i x i (16) i=1 i=1 i=1 Jednadžba (16) naziva se normalnom jednadžbom metode najmanjih kvadrata. Rješavanjem normalnih jednadžbi metodom najmanjih kvadrata izračunavaju se vrijednosti procijenjenih parametara (regresijskih koeficijenata) β 0 i β 1. β 0 - je konstantni član tj. očekivana vrijednost zavisne varijable kada je nezavisna varijabla jednaka nuli: ( β 0 = Y kada je X=0). Ovaj se parametar interpretira i kao odsječak na osi kordinata u kojoj regresijski pravac siječe os, uz pretpostavku da je apscisa te točke X=0. β 1 je regresijski koeficijent koji pokazuje prosječnu promjenu zavisne varijable kada nezavisna varijabla poraste za jedinicu. Ovaj se parametar interpretira i kao koeficijent 46

56 smjera, odnosno nagiba regresijskog pravca koji može imati pozitivni ili negativni predznak, ovisno o smjeru veze između promatranih varijabli. Procjena parametara, (regresijskih koeficijenata) β 0 i β 1, metodom najmanjih kvadrata u modelu jednostavne linearne regresije jesu: β 0 = y β 1x (17) pri čemu je: n n y x n i i i 1 i 1 yi x i i 1 ˆ n n 2 (18) 1 n x i 2 i 1 x i n i 1 n n y = ( 1 n ) y i i x = ( 1 n ) x i i=1 i=1 Prema tome, podešeni ili procijenjeni regresijski pravac je: y = β 0 + β 1x Da bi se dobio izraz za nepristrani procjenitelj varijance σ 2, koriste se rezidualna odstupanja e i = y i y i. Zbroj kvadrata rezidualnih odstupanja, često se naziva greška zbroja kvadrata: n n 2 SS E = e i = (y i y i) 2 (25) i=1 i=1 gdje je SS E oznaka za rezidualnu ili neprotumačenu sumu kvadrata. To je zbroj kvadrata odstupanja regresijskih od opaženih vrijednosti. Dakle, suma kvadrata odstupanja promatranih vrijednosti y i od procijenjenih regresijskih vrijednosti y i, često se naziva i rezidualna ili modelom neprotumačena suma kvadrata. Procjena varijance Može se pokazati da je očekivana vrijednost greške zbroja kvadrata E(SS E ) = (n 2)σ 2 Prema tome, nepristran procjenitelj σ 2 jest rezidualna suma kvadrata podijeljena s (n 2) stupnjeva slobode, iz koje proizlazi jednadžba: σ 2 = SS E n 2 a ta jednadžba je procijenjena varijanca regresije, a pozitivni drugi korijen (26) 47

57 σ = n i=1 (y i y i) 2 n 2 = SS E n 2 (45) je procjena standardne devijacije regresije, koja se interpretira kao prosječno odstupanje empirijskih od regresijskih vrijednosti. Metoda analiza varijance se koristiti za testiranje važnosti regresije. Procedura razdjeljuje ukupnu varijabilnost u odzivnoj varijabli na smislene komponente kao temelj ovoga testa. Jednadžba analize varijance glasi: n (y i y) 2 = (y i y) 2 + (y i y i) 2 i=1 n i=1 Testiranje rezultata istraživanja i hipoteze upotrebom t-testa (test značajnosti) provodi se postavljanjem hipoteza: n i=1 (41) Te korištenjem statističkog testa hipoteze: H 0 : β 1 = β 1,0 H 1 : β 1 β 1,0 (34) T 0 = β 0 β 0,0 σ 2 [ 1 n + x2 S xx ] = β 0 β 0,0 se(β 0) (38) uz razinu signifikantnosti α (tj. uz zadanu vjerojatnost pogreške da se odbaci istinita nulta hipoteza) odbacuje se nultu hipotezu H 0 ako je izračunata vrijednost statističkog testa, t 0, takva da je t 0 > t α 2 (n 2). Moramo uočiti da je nazivnik statistike testa u jednadžbi (38) samo standardna greška mjesta presijecanja. Vrlo važan poseban slučaj hipoteza u jednadžbi (34) jest: H 0 : β 1 = 0 H 1 : β 1 0 (39) Ove se hipoteze odnose na važnost regresije. Neodbacivanje H 0 : β 1 = 0 jednako je zaključku da nema linearnog odnosa među x i y. Time se može implicirati ili da x ima malu važnost u objašnjavanju varijacije y te da je najbolji procjenitelj y za bilo koji x jest y = y ili da stvarni odnos između x i y nije linearan. S druge strane, ako se H 0 : β 1 = 0 odbaci, to implicira da je x važan za objašnjavanje varijabilnosti y. Odbacivanjem H 0 : β 1 = 0 može značiti ili da je model ravne linije prikladan ili da, iako nema linearnog efekta x, mogu se 48

58 dobiti bolji rezultati dodavanjem polinomnih relacija (polinomial terms) višeg reda u x (Tablica 1). Tablica 1. Hipoteze dvosmjernih i jednosmjernih testova o značajnosti regresijskog parametra Jednosmjerni test na gornju Jednosmjerni test na donju Dvosmjerni test granicu granicu H 0 : β 1 = 0 H 0 : β 1 0 H 0 : β 1 = 0 H 1 : β 1 > 0 H 0 : β 1 = 0 H 1 : β 1 < 0 t 0 > t α 2 (n 2) H 1 p vrijednost < α H 1 t 0 > t α 2 (n 2) H 1 p vrijednost < α H 1 t 0 < t α 2 (n 2) H 1 p vrijednost < α H 1 Ekvivalentno, hipoteza H 0 odbacuje se ako je vjerojatnost da slučajna varijabla poprimi vrijednost veću od test veličine, manja od teorijske razine signifikantnosti α: p vrijednost = P(t(n 2) t emp ) p vrijednost < α H 1 (40) gdje se p - vrijednost naziva empirijska razina značajnosti. Ako je nulta hipoteza istinita, statistički test hipoteze tj. T 0 omjer (35) je slučajna varijabla koja ima t distribuciju s (n 2) stupnja slobode. p vrijednost označava vjerojatnost da ta varijabla, uz pretpostavku da je nulta hipoteza istinita, bude jednaka ili veća od apsolutne vrijednosti empirijske test veličine t emp, pri čemu je t emp konkretna vrijednost T 0 test veličine (35) izračunate na osnovi podataka iz uzorka. Ako je ta vjerojatnost mala, nulta se hipoteza odbacuje kao lažna. Prema tome, ako je nulta hipoteza H 0 : β 1 = 0 istinita, onda je statistički test hipoteze: F 0 = SS R 1 = MS R (43) SS E (n 2) MS E slijedi distribuciju F 1,( n 2) te bismo odbacili H 0 ukoliko je f 0 > f α,1,(n 2). Vrijednosti MS R = SS R 1 i MS E = SS E (n 2) nazivaju se srednje vrijednosti kvadrata. Uočava se da je MS E = σ 2. Procijenjena standardna devijacija je apsolutna mjera disperzije, jer je izražena u mjernim jedinicama varijable. 49

59 Koeficijent determinacije R 2 je proporcija protumačenih odstupanja u ukupnoj sumi kvadrata odstupanja. Koeficijent determinacije može se izraziti: R 2 = SS R SS T = 1 SS E SS T = 1 (n 2) σ 2 (y i y) 2. (57) Statistika koeficijenta determinacije trebala bi se koristiti s oprezom jer R 2 ima i jedan značajan nedostatak kada je riječ o mjerenju uspješnosti modela. Razlog tome leži u činjenici da se vrijednost R 2 uvijek povećava dodavanjem novih regresorskih varijabli modelu regresije, bez obzira na to jesu li one značajne za objašnjenje varijacija zavisne varijable y ili nisu. Drugim riječima, koeficijent determinacije nije nepristran. Budući je nepristrana procjena varijance zavisne varijable y (zbog normalnosti od y) je: σ y2 = n i=1 (y i y) 2 n 1 n i=1 = SS T n 1 (58) Dobivena procjena ovisi samo o vrijednostima varijable y i veličini uzorka (n), te za odabrane opažene vrijednosti zavisne varijable predstavlja konstantnu vrijednost neovisno o izboru regresorskih varijabli u modelu. Pored R 2 vrlo često se koristi tzv. korigirani 2 koeficijent determinacije (engl. adjusted) R adj 2 R adj definiran izrazom: = 1 n 1 n 2 (1 R2 ). (59) Negativna karakteristika pokazatelja R 2 je da u slučajevima slabe reprezentativnosti modela može poprimiti i negativnu vrijednost. Još jedan značajan statistički pokazatelj povezanosti među varijablama, pokazatelj usko povezan s koeficijentom determinacije, je koeficijent jednostavne linearne korelacije r kojim se mjeri smjer i jakost linearne povezanosti među varijablama x i y. Koeficijent jednostavne linearne korelacije, ako se računa polazeći od koeficijenta determinacije, dan je izrazom 5 : r = ± R 2 1 r 1 (61) Što je vrijednost koeficijenta r bliža nuli, linearna korelacija među varijablama x i y je slabija, odnosno što je vrijednost koeficijenta r bliže jedinici, linearna korelacija među varijablama x i y je jača. 5 Ovim se načinom izračunavanja predznak koeficijenta r ne dobiva automatski, nego se određuje prema predznaku regresijskog koeficijenta. 50

60 5. FORMIRANJE OKOLIŠNOG INDEKSA LUKE 5.1. Definiranje teoretskog modela U radu se za izradu ekološkog indeksa luke koristila metodologija složenih indeksa koja uključuje različite statističke metode za obradu podataka (Nardo et al., 2008). Koristeći u radu opisanu metodologiju moguće je identificirati trendove utjecaja luke na okoliš odnosno stanje okoliša luke. Time se utvrđuje usmjerenost proaktivnih luka ka održivosti, te određuje utjecaj lučkih procesa na okoliš. Metodološki gledano, procjena utjecaja lučkih procesa na okoliš temelji se na dekompoziciji značajnih aspekata utjecaja lučkih područja na okoliš u hijerarhijsku strukturu čiji su elementi: a) pokazatelji, b) podindeksi, c) složeni okolišni indeks. Indeks utjecaja lučkih procesa na okoliš (okolišni indeks) nalazi se na vrhu hijerarhije, dok su podindeksi kao skupine pokazatelja i pokazatelji na nižim razinama (Slika 6). OKOLIŠNI INDEKS IO Podindeks I n1 Podindeks I n2 Podindeks I n3 I NP1 I NP1 I NP1 I NP2 I NP2 I NP I NPn. I NPn. I NPn Slika 6. Generički linearni hijerarhijski model za integraciju utjecaja luke na okoliš u okolišni indeks Glavni kriterij u odabiru odgovarajućih pokazatelja jest njihova ekološka relevantnost. Okolišni indeks nastao primjenom ovog modela trebao bi: - biti reprezentativan, odnosno uključivati sve aspekte utjecaja lučkog područja na okoliš, 51

61 - biti jednostavan i lak za interpretaciju, - moći se periodički izračunavati temeljem postupaka opisanim u modelu, - biti korektiv luci, tj. lučkoj upravi s ciljem poboljšanja tehnoloških procesa i organizacije rada, - pružiti temelje za eventualno rangiranje lučkih terminala iste vrste i namjene. Razvijanjem teoretskog modela, utvrđuju se faze postupci u formiranju okolišnog indeksa (Slika 7). Odabir pokazatelja Grupiranje pokazatelja u podindekse Procjena utjecaja pokazatelja Normalizacija pokazatelja Ponderiranje pokazatelja (pomoću AHP) Izračun podindeksa, I P Integracija podindeksa u I O Slika 7. Grafikon postupka za izračun okolišnog indeksa (IO) Faza procjene i odabira pokazatelja utjecaja lučkih procesa na okoliš U prvom koraku, na temelju analize i sinteze postojeće literature, definirali su se najvažniji pokazatelji utjecaja lučkih područja na okoliš (opisani u poglavlju 3). U odabiru pokazatelja vodilo se računa o tome da budu univerzalno primjenjivi (Slika 8). Definira se kriterij za odabir pokazatelja kojima se opisuje negativni učinak lučkih procesa na okoliš. Negativni učinak odnosi se na okoliš lokalnog područja s aspekta utjecaja na kvalitetu zraka, kvalitetu mora i tla. Međutim, mora se uzeti u obzir da je svaka luka specifična, pa će se s obzirom na tu činjenicu pojaviti potreba za različitim pristupima utvrđivanju važnosti pokazatelja utjecaja lučkih procesa na okoliš. Različite geografskohidrografske specifičnosti područja u kojima se pojedina luka nalazi mogu utjecati na različite kriterije za odabir pokazatelja. Također, kriteriji za odabir pokazatelja utjecaja 52

62 lučkih procesa na okoliš mogu se korigirati i s obzirom na potrebu usklađivanja s regionalnim i nacionalnim zakonskim regulativama. Slika 8. Grafikon prve faze - odabir pokazatelja utjecaja lučkih procesa na okoliš Model sadrži relevantne pokazatelje koji su primjenjivi u svakoj luci, ali također dopušta i nadopunu pokazateljima ovisno o specifičnostima pojedinog lučkog područja. Luke bi trebale biti u mogućnosti same identificirati ključne aspekte svoje djelatnosti (aktivnosti, usluge i produkte) koji utječu na okoliš, te ih adekvatno nadzirati s ciljem povećanja održivog razvoja luke. U tom je smislu ovaj model fleksibilan jer omogućava svakoj lučkoj upravi da s obzirom na specifičnost konkretnih procesa pri manipulaciji teretom formulira kriterije za odabir relevantnih pokazatelja. Zbog svega navedenoga, primjena ovoga predloženog modela može na transparentan način objediniti sve aspekte utjecaja na okoliš, kontinuirano pratiti utjecaj luke na okoliš, te upravi pružiti smjernice za održivo poslovanje. U skladu s navedenim izabiru se relevantni pokazatelji na temelju njihovog značaja, mjerljivosti i reprezentativnosti, kao i njihove međusobne povezanosti tj. korelacije. Pregled najznačajnijih utjecaja lučkih procesa na okoliš dan je u Tablici 2. 53

63 Tablica 2. Značajni pokazatelji utjecaja lučkih procesa na okoliš Pokazatelji Simbol Jedinica Emisija ugljičnog dioksida CO2 g/jedinici tereta Emisija dušikovog oksida NOx g/jedinici tereta Emisija sumpornog oksida SOx g/jedinici tereta Emisija ugljičnog monoksida CO g/jedinici tereta Emisija krutih čestica PM g/jedinici tereta Emisije nemetanskih hlapivih organskih spojeva NMVOC g/jedinici tereta Emisija dušikova oksida N2O g/jedinici tereta Emisija amonijaka NH3 g/jedinici tereta Emisija olova Pb g/jedinici tereta Emisija buke B db (A) Ukupan utrošak energije Euk kwh/ jedinici tereta Električna struja Eel kwh/ jedinici tereta Gorivo (dizel) Ed kwh/ jedinici tereta Plinsko gorivo Ep m 3 /jedinici tereta ulje za podmazivanje Ep l/ jedinici tereta Ukupan otpad OU kg/ jedinici tereta Opasni otpad OO kg/ jedinici tereta Inertni otpad OI kg/ jedinici tereta Komunalni otpad OK kg/ jedinici tereta Sanitarna otpadna voda V m 3 / jedinici tereta Lužnatost/kiselost ph Suspendirana tvar St mg/l Kemijska potrošnja kisika KPK mgo2/l Biokemijske potrošnja kisika BPK5 mgo2/l Anionski detrgenti Ad mg/l Neionski detrgenti Nd mg/l Ukupna ulja i masti UM mg/l Mineralna ulja Mu mg/l Koliformne bakterije Kb broj/100 ml Fekalni koliformi broj/100 ml Fekalni streptokoki broj/100 ml Salinitet o /oo Amonijak mg/l N Otopljeni kisik mg O2/l Ugljikovodici µg/l U Tablici 2 objedinjeni su najreprezentativniji pokazatelji utjecaja lučkih procesa na okoliš, kojima se mogu objasniti glavni aspekti utjecaja luke na okoliš. Ovi se pokazatelji klasificiraju i integriraju u podskupine i skupine. Ovisno o zahtjevima koji 54

64 proizlaze iz primjene zakonskih propisa i međunarodnih konvencija o zaštiti okoliša, broj pokazatelja može se modificirati Faza grupiranja pokazatelja utjecaja lučkih procesa na okoliš Svi elementi lučkog sustava, međusobno povezani, čine dinamički sustav koji sačinjavaju lučka infrastruktura i suprastruktura (specifična, prekrcajna, prometna, distribucijska i skladišna infrastruktura), terminalna transportna sredstva, prekrcajna mehanizacija, tehnologija i organizacija rada, sustav veza i ostali sadržaji (Dundović, 2002). Infrastrukturni objekti su tzv. pasivni objekti koji ne proizvode lučku uslugu, nepokretna sredstva za rad u luci, ali služe za organiziranje i obavljanje temeljne lučke djelatnosti. Lučku suprastrukturu čine lučki objekti i sredstva za rad koja služe kod prekrcaja tereta, skladištenja robe i kod nekih specifičnih lučkih aktivnosti, tzv. aktivni objekti jer se neposredno koriste u proizvodnji lučke usluge. U svakom od tih elemenata lučkog sustava pojavljuju se negativni utjecaji na okoliš, kao posljedica obavljanja lučke usluge. Negativni utjecaji lučkih procesa na okoliš identificiraju se kao pokazatelji grupirani u skupine (Slika 9). Lučka infrastruktura (podgradnja) i lučka suprastruktura (nadgradnja) su svi lučki objekti koji na pasivan i/ili aktivan način obavljaju različite aktivnosti kojima izravno i neizravno vrše pritisak na okoliš, emisijama u zrak, tlo i more. Slika 9. Grafikon skupina pokazatelja utjecaja lučkih procesa na okoliš 55

65 Terminalna transportna sredstva i prekrcajna mehanizacija pogonjena električnom energijom ili dizelskim gorivom ovisno o njihovoj vrsti, veličini i tehničkoeksploatacijskim svojstvima, troše određenu količinu energije po satu rada. Navedena lučka sredstva u atmosferu emitiraju određene količine emisije: CO2, NOx, SOx, PM, NMVOC, i dr. istovremeno proizvodeći buku, te na taj način imaju izravan utjecaj na kvalitetu okoliša. U nekim svjetskim i europskim lukama postoje instalirani uređaji koji mjere dnevna onečišćenja zraka na lučkim područjima, te bilježe razinu buke. U hrvatskim lukama u primjeni je zakonski okvir: Zakon o zaštiti okoliša (Narodne novine 110/07) i Zakon o zaštiti zraka (Narodne novine 178/04, 60/08), Zakon o zaštiti od buke (Narodne novine 30/09), Pravilnik o najvišim dopuštenim razinama buke u sredini u kojoj ljudi rade i borave (Narodne novine 145/04), Pravilnik o djelatnostima za koje je potrebno utvrditi provedbu mjera za zaštitu od buke (Narodne novine 91/07), te Normativni okvir provedbe ispitivanja: HRN ISO : Akustika - Opis, mjerenje i utvrđivanje buke okoliša - 1. dio: Osnovne veličine i postupci utvrđivanja; HRN ISO : Akustika - Opis, mjerenje iutvrđivanje buke okoliša - 2. dio: Određivanje razina buke okoliša. Ti se pokazatelji svrstavaju u skupinu emisija u zrak. Različite vrste energenata koji se na terminalima koriste za pogon lučkih prekrcajnih sredstava, a u koje se svrstavaju dizelsko gorivo i ulje za podmazivanje, primjenjuju se u skladu sa zakonskim okvirom: Uredba o kakvoći tekućih naftnih goriva, (Narodne novine 53/06), Uredba o tehničkim standardima zaštite okoliša od emisija hlapivih organskih spojeva koje nastaju skladištenjem i distribucijom naftnih derivata, (Narodne novine 135/06), Uredba o naknadama za okoliš na vozila na motorni pogon (Narodne novine 02/04). Utrošak električne energije za rad svih sredstava lučke mehanizacije i svih ostalih procesa u infrastrukturnim i suprastrukturnim objektima, uz navedeno pokazatelji su koji čine skupinu energenata. Na lokaciji lučkih terminala generiraju se količine otpadnih voda koje se moraju zbrinjavati sukladno Pravilniku o zbrinjavanju svih vrsta otpada iz tehnološkog procesa i mulja iz procesa pročišćavanja otpadnih voda, odnosno u skladu s važećim zakonskim propisima. U cilju sustavne zaštite voda i mora od onečišćenja, lučka uprava svake luke trebala bi propisati mjere zaštite kojima se utvrđuju aktivnosti i postupci na očuvanju i zaustavljanju onečišćenja mora. Hrvatske bi luke trebale provoditi odredbe Zakona o 56

66 vodama (Narodne novine 153/09), Pravilnika o izdavanju vodopravnih akata (Narodne novine 78/10), Zakona o otpadu (Narodne novine 178/04). Otpadne vode podrazumijevaju ispuštanje oborinskih, sanitarnih i tehnoloških otpadnih voda. Oborinske se vode, ovisno o infrastrukturi i vrsti terminala, odvode izravno u more i djelomično u upojne bunare. Odvodnja sanitarnih otpadnih voda u objektima (potrošne vode za piće, kuhanje i pranje u kuhinji i menzi, pranje podova kuhinja i sanitarnih čvorova te odvod sanitarnih čvorova, odvod sanitarnih čvorova iz radionice, skladišta i ostalih infrastrukturnih objekata) odvija se sanitarnom instalacijom (horizontalnim i vertikalnim granama) temeljnim kanalima do najčešće javnog gradskog kolektora. Pod tehnološkim otpadnim vodama podrazumijevaju se vode koje nastaju pranjem podnih površina različitih vrsta radionica, a koje su opterećene ostacima mineralnih ulja te ih je prije ispusta potrebno pročistiti na separatoru mineralnih ulja i masti, dimenzioniranom i izvedenom sukladno očekivanom protoku i opterećenju da bi se zadovoljili zahtjevi za kvalitetom ispuštene otpadne vode. Kvaliteta mora u lučkom akvatoriju ispituje se uzorkovanjem (jednom mjesečno, jednom do dva puta godišnje), ovisno o propisanim državnim zakonskim regulativama i propisima lučke uprave pojedine luke. U hrvatskim se lukama kakvoća vode ispituje sukladno Zakonu o vodama (Narodne novine 153/2009) i Uredbi o standardu kakvoće voda (Narodne novine 89/2010). Ovi navedeni pokazatelji svrstavaju se u skupinu emisija u more. Na lokaciji lučkih terminala u infrastrukturnim i suprastrukturnim objektima generiraju se i različite vrste krutog i tekućeg opasnog i neopasnog (inertnog) tehnološkog otpada te komunalni otpad. Tehnološki i komunalni otpad se klasificira, te mu se pridružuje ključni broj sukladno Uredbi o kategorijama, vrstama i klasifikaciji otpada. S otpadom se mora postupati na način da se štiti ljudsko zdravlje, te osigura zaštita okoliša, pitkih voda i mora, a postupci s otpadom u hrvatskim lukama trebali bi biti u skladu s Pravilnikom o gospodarenju otpadom (Narodne novine 23/07 i 111/07), Pravilnika o gospodarenju otpadnim uljima (Narodne novine 124/06), Pravilnika o vrstama otpada 57

67 (Narodne novine 27/96) kao i Uredbe o kategorijama, vrstama i klasifikaciji otpada (Narodne novine 50/2005). Ovi navedeni pokazatelji svrstavaju se u skupinu tehnološkog i komunalnog otpada. Tablica 3. Integriranje pokazatelja iz podskupina u skupine Emisija ugljičnog dioksida CO2 Emisija NOx Emisija SOx Emisija krutih čestica Emisije nemetanskih hlapivih organskih spojeva Emisija ugljičnog monoksida Emisija dušikova oksida Emisija amonijaka Emisija olova Emisija buke Ukupan utrošak energije Električna struja Gorivo (dizel) Ulje za podmazivanje Plinsko gorivo Sanitarna otpadna voda Lužnatost/kiselost Suspendirana tvar Kemijska potrošnja kisika Biokemijske potrošnja kisika Anionski detrgenti Neionski detrgenti Ukupna ulja i masti Mineralna ulja Fekalni koliformi Fekalni streptokoki Salinitet Amonijak Otopljeni kisik Ugljikovodici Ukupan otpad Opasni otpad Inertni otpad Komunalni otpad EMISIJE U ZRAK ENERGENTI EMISIJA OTPADNIH VODA U MORE TEHNOLOŠKI I KOMUNALNI OTPAD Odabrani pokazatelji integriraju se u standardizirane podskupine obzirom na njihove značajke (Tablica 3). Pritom se grupiraju pokazatelji koji nastaju iz različite strukture složenog sustava luke tj. njenih podsustava (Slika 10). 58

68 Slika 10. Grafikon druge faze - grupiranje pokazatelja utjecaja lučkih procesa na okoliš 5.4. Faza integriranja skupina pokazatelja u podindekse Unutar svakog podindeksa, pokazatelji se procjenjuju i kategoriziraju prema njihovom utjecaju na okoliš. Procjena se temelji na pregledu dostupne literature i njihove identifikacije iz prakse na terminalima luke. Pregledom do sada objavljene stručne i znanstvene literature kompilirali su se pokazatelji iz skupina utjecaja na okoliš te su se kvantitativno obradili u cilju dobivanja uvida u njihove statističke atribute (raspona, distribucije, varijance i sl.). Time se omogućila integrirana procjena utjecaja lučkih procesa na okoliš povezivanjem relevantnih pokazatelja u podindekse utjecaja na razini luke, te naposljetku u jedan okolišni indeks. Integracija lučkih pokazatelja u podindekse prikazana je na Slici 11 i 12, te u Tablici 4. 59

69 INTEGRACIJA U PODINDEKSE III korak Slika 11. Grafikon treće faze integriranje skupina pokazatelja u podindekse Slika 12. Grafikon formiranja skupina pokazatelja u podindekse 60

70 Tablica 4. Klasifikacija pokazatelja i integracija u podindekse emisije u zrak emisije buke Skupina pokazatelja utrošak energije otpadne vode emisije u more tehnološki otpad komunalni otpad Oznaka skupine, j Podindeks Pokazatelji Zrak 1 IPZ I X,PZ i = 1,, n More 2 IPM I X,PM i = 1,, n Otpad 3 IPO I X,PO i = 1,, n Odabranim pokazateljima u svakoj skupini dodjeljuje se oznaka skupine (pokazatelji emisija u zrak j = 1; pokazatelji emisija u more j = 2; pokazatelji emisija otpada j = 3). Pokazatelji podskupina emisija u zrak i emisija buke, te pokazatelji podskupine energenti s obzirom na njihov izravan i/ili neizravan utjecaj na atmosferu, formiraju podindeks zrak. Različite generirane podskupine otpada, tehnološki opasni i neopasni otpad te komunalni otpad, integrirani su u skupinu pokazatelja koja formira podindeks otpad. Sve vrste otpadnih voda koje nastaju na lučkom području (ispuštanje oborinskih, sanitarnih i tehnoloških otpadnih voda) čine skupinu pokazatelja integriranih u podindeks more (Tablica 4). U svakoj skupini pokazatelja j rast vrijednosti pokazatelja ima negativan učinak na okoliš luke Faza određivanja težinskih faktora skupina pokazatelja utjecaja lučkih procesa na okoliš U ovoj fazi, koristeći matematičku notaciju Analitičkog hijerarhijskog procesa (AHP) 6, određuju se ponderi za pojedine skupine pokazatelja (podindekse) koji će se koristiti u izračunu okolišnog indeksa. U ovoj fazi (Slika 13) postupak za računanje težinskih faktora pokazatelja uključuje formiranje matrice težinskih faktora i izračunavanje normalizirane matrice. 6 AHP metodu razvio je Thomas Saaty (Saaty, 1980.), predstavlja vrlo važnu metodu za odlučivanje koja ima svoju primjenu u rješavanju kompleksnih problema čije elemente čine ciljevi, kriteriji, podkriteriji i alternative. 61

71 PONDERIRANJE II NORMALIZACIJA POKAZATELJA IV korak Slika 13. Grafikon četvrte faze izračun težinskih faktora i normalizacija podataka skupina pokazatelja Neka je n broj pokazatelja čije težine (ponderre) wi treba odrediti na temelju procjene vrijednosti njihovih omjera koji se označavaju s aij= wi/wj. Od omjera relativnih važnosti aij formira se matrica relativnih važnosti A: w 1 w 1 w 1 w 2 w 1 w n a 11 a 12 a 1n w A = [ 2 w 1 w 2 w 2 w 2 w n a 21 a 22 a 2n ] = [ ] w n w 1 w n w 2 w n w n a n1 a n2 a nn Za slučaj konzistentnih procjena za koje vrijedi aij = aik akj matrica A zadovoljava jednadžbu Aw=nw, gdje je w vektor (jednostupčana matrica) prioriteta: w 1 w 1 w 1 w 2 w 1 w n w 1 w 1 w [ 2 w 1 w 2 w 2 w 2 w n w 2 w 2 ] [ ] = n [ ] w n w 1 w n w 2 w n w n w n w n 62

72 Težinski se faktori mogu odrediti rješavanjem problema matrične jednadžbe po jednostupčanoj matrici w za rješenje svojstvene vrijednosti λ različito od 0 to jest: A w = λ w Matrica A ima neka posebna svojstva: pozitivna je, recipročna je (aij = 1/aji ranga r(a)=1) te su svi njezini redovi proporcionalni prvom redu, zbog čega je samo jedna njezina svojstvena vrijednost različita od 0 i jednaka je n (sve ostale svojstvene vrijednosti su jednake 0). Budući da je suma svojstvenih vrijednosti pozitivne matrice jednaka sumi na dijagonali, svojstvena vrijednost različita od nule ima vrijednost n: λmax = n. Aproksimativno računanje najveće svojstvene vrijednosti i najvećeg svojstvenog vektora matrice, odnosno težinskih vrijednosti wi je (metoda zbroja) koja se temelji na sljedećim povezanim jednakostima: Iz toga slijedi: zbog Aw = nv a ij w j = nw i j w i = 1 n a ijw j j (5) (6) proizlazi: a ij = j w 1 + w n w j i uvjeta normalizacije težina w i = 1 i w j = 1 ; i konačno w i a i = 1 ij n a ij (8) j i a ij (7) Hijerarhijski gledano, na nultoj razini je indeks i nije ga moguće uspoređivati ni s jednim drugim elementom, dok su na prvoj razini razmatrana tri podindeksa (IPZ, IPM, IPO,) (Slika 12). Procjene o relativnim težinskim faktorima (ponderi) izražene su funkcijom važnosti svakog pokazatelja u odnosu na druge pokazatelje skupine k. Pokazatelji u svakoj skupini pokazatelja, podindeksu, uspoređuju se u parovima, svaki sa svakim, na istoj razini hijerarhijske strukture (pair-wise comparison), postavljanjem pitanja o tome koji od dvaju pokazatelja i i j je važniji. Potrebno je ukupno n x (n-1)/2 usporedbi, što znači da je broj usporedbi proporcionalan kvadratu broja elemenata koji se uspoređuju. Postupak za računanje težina iz usporedbi pokazatelja u parovima sadrži tri osnovna koraka: formiranje matrice omjera težina (pondera), formiranje normalizirane matrice i 63

73 izračunavanje težina. Potrebno je za svaki par pokazatelja Xi,j i Yi,j procijeniti relativnu važnost na način da se donositelj odluke odluči za jednu od sljedećih tvrdnji: - oba pokazatelja jednako su važna, - pokazatelj Xi je važniji od pokazatelja Xj, - pokazatelj Xj je važniji od pokazatelja Xi. Izbor određene tvrdnje povlači za sobom odgovarajuću kvantifikaciju omjera težina tih pokazatelja wi i wk na sljedeći način (Saaty, 1991): - a i,j = w i w j = 1 - a i,j = w i w j > 1 - a i, = w i wj < 1 Formiranje matrice omjera prioriteta (težina) tj. pozitivne recipročne matrice A (NxN) gdje je dijagonala aii = 1, a recipročna vrijednost aji =(1/ aii), i,j =1, n pod uvjetom da: ako je pokazatelj i za v-puta važniji od pokazatelja j, tada je pokazatelj j 1/ v-puta važnosti pokazatelja i. U svrhu uspoređivanja parova obzirom na utjecaj na okoliš (odnosno određivanja njihove relativne važnosti u odnosu jednih na druge) koristili su se rezultati anketiranja hrvatskih i inozemnih stručnjaka (Tablica 15). Pri uspoređivanju u parovima, intezitet važnosti iskazan je Saatyjevom skalom relativne važnosti (Saaty, 2000; Hafeez et al., 2002) (Tablica 5). Vrijednost 1 pokazuje jednakost između dva pokazatelja, dok vrijednost n > 1 znači da je jedan pokazatelj n puta važniji od onog s kojim se uspoređuje. Ova je skala odabrana jer se na ovaj način usporedbe vrše u ograničenom rasponu gdje je percepcija dovoljno osjetljiva da učini razliku. Za bolje razumijevanje ove metode, važno je navesti temeljna načela na kojima se metoda zasniva (Harker & Vargas, 1987): 1. Temeljno načelo recipročnosti. Ako je element A n puta značajniji od elementa B, tada je element B 1/n puta značajniji od elementa A. 2. Temeljno načelo homogenosti. Usporedba elemenata ima smisla jedino ako su elementi usporedivi (npr. ne mogu se uspoređivati težine komarca i slona). 3. Temeljno načelo zavisnosti. Dopušta se usporedba među grupom elemenata jedne razine u odnosu na element više razine. Usporedbe na nižim razinama zavise od elemenata više razine. 64

74 4. Temeljno načelo očekivanja. Svaka promjena u strukturi hijerarhije zahtijeva ponovno računanje prioriteta u novoj hijerarhiji. Tablica 5. Sateyjeva skala relativne važnosti (Saaty, 2000; Hafeez et al., 2002). Intezitet važnosti, Definicija Objašnjenje v 1 Jednaka važnost Dva pokazatelja jednako doprinose cilju 3 Umjereno važnije Na temelju iskustva i procjena daje se umjerena prednost jednom pokazatelju u odnosu na drugi 5 Strogo važnije Na temelju iskustva i procjena strogo se favorizira jedan pokazatelj u odnosu na drugi 7 Vrlo stroga, Jedan pokazatelj se izrazito favorizira u odnosu na drugi, njegova dokazana važnost dominacija se dokazuje u praksi 9 Ekstremna važnost 2,4,6,8 Međuvrijednosti Potreban je kompromis ili daljnja podjela 1,1 1,9 Decimalne vrijednosti 1/V Recipročnost Dokazi na temelju kojih se favorizira jedan pokazatelj u odnosu na drugi potvrđeni su s najvećom uvjerljivošću Pri usporedbi pokazatelja koji su po važnosti tako blizu jedan drugome, potrebne su decimalne vrijednosti za preciznije isticanje razlike u njihovoj važnosti Ako je pokazatelj A n puta značajniji od pokazatelja B, tada je pokazatelj B 1/n puta značajniji od pokazatelja A U ovom koraku pokazateljima se pridodaju određene težine (ponderi) prema usvojenom teoretskom okviru, kako bi se pravilno odredio značaj pojedinih pokazatelja i osigurala konzistentnost rezultata s definiranim teoretskim modelom. Za izračunavanje indeksa konzistencije i omjera konzistencije treba izračunati najveću svojstvenu vrijednost λmax matrice. Iz Aw=λmaxw proizlazi da za svaku komponentu wi svojstvenog vektora w vrijedi: λ max = 1 w i a ij w j j pa se približna vrijednost λmax može se izračunati kao prosječna vrijednost sume redova podijeljene s pripadnim težinama, a zbog svojstava ove matrice vrijedi λmax n, a razlika λmax n koristi se u mjerenju konzistencije procjena. (9) Uz pomoć indeksa konzistencije CI = λ max n n 1 izračunava se omjer konzistencije: CR = CI RI gdje je RI slučajni indeks, odnosno indeks konzistencije. (10) (11) 65

75 Ako za matricu A vrijedi CR 0,10, procjene relativnih važnosti kriterija tj. težina smatraju se prihvatljivima. U suprotnom, treba istražiti razloge zbog kojih je nekonzistentnost procjena neprihvatljivo visoka, odnosno poboljšati konzistenciju procjena tako da bude zadovoljen uvjet CR 0,10 (Saaty, 1980). Postoje i drugi načini za približno izračunavanje težine i najveće svojstvene vrijednosti kao što su metoda korijena i metoda potenciranja. Upravo iz razloga što ima sposobnost identifikacije i analiziranja nekonzistentnosti u procesu uspoređivanja parova, AHP metoda spada u primjenjive metode. Uzroci nekonzistentnosti mogu biti različiti (Forman, 2007): - unošenje pogrešne i/ili inverzne vrijednosti pojedinog težinskog faktora, tzv. tipfeler, u mnogim računalnim analizama često neprimijećen, - nedostatak relevantnih podataka (zbog nepostojeće metode sinteze i analize informacija, ili propusta odgovorne osobe) može generirati nedosljednost u određivanju prioriteta pri usporedbi u parovima, - i dr. Zbog toga AHP metoda ima veliku prednost jer omogućuje praćenje konzistentnosti procjena u svakom trenutku postupka uspoređivanja elemenata u parovima Normalizacija vrijednosti pokazatelja utjecaja lučkih procesa Nakon određivanja težinskih faktora pokazatelja za pojedine skupine indikatora, obzirom da su indikatori izraženi u različitim mjernim jedinicama, prije integracije u podindekse, odnosno konačno u okolišni indeks, pristupa se normalizaciji vrijednosti svakog pokazatelja upotrebom jednog ili više statističkih atributa koji su prethodno izračunati. U tu svrhu potrebno je normalizirati vrijednost svakog pokazatelja prema izrazu (12), nakon čega se vrši agregacija množenjem vrijednosti pokazatelja sa svojim ponderom. I N,ijt = 1 I Y,ijt I max,jt I min,jt (12) I min,jt Ovim se izračunom pruža mogućnost inkorporiranja različitih vrijednosti pokazatelja, s različitim mjernim jedinicama. Normalizacija pokazatelja omogućava njihovu integraciju. 66

76 5.7. Izračun vrijednosti podindeksa Normalizirane vrijednosti svakog pokazatelja u pojedinom podindeksu množe se s izračunatim težinskim faktorom (ponderom) svoje skupine te se izračunava vrijednost podindeksa za određeni period (Slika 14). U ovoj se disertaciji formira model kojim se računaju vrijednosti svakog podindeksa za svaki mjesec od siječnja do prosinca, te vrijednost godišnjeg podindeksa. Slika 14. Grafikon pete faze izračun skupina pokazatelja Kako bi se izračunali podindeksi, prethodno je potrebno je normalizirati vrijednost svakog pokazatelja svake skupine (IP, j) za svaku grupu pokazatelja j koristeći izraz (12), nakon čega se vrši agregacija množenjem vrijednosti pokazatelja sa svojim ponderom prema izrazu (13): za koji vrijedi: n n I Pjt = w ji jit. I N,ijt w ji = 1, w ji 0 ji (13) 67

77 pri čemu je I Pjt podindeks za skupinu pokazatelja j. Izračun podindeksa I Pjt u vremenu t (mjeseci/godina) za pokazatelje skupine emisija u zrak j=1, tj. podindeksa zrak IPZ, za pokazatelje skupine emisija u more j=2, tj. podindeksa more IPM, za pokazatelje skupine emisija otpada j=3, tj. podindeksa otpad IPO, izvodi se prema izrazu (13). Wji je težinski faktor (ponder) pokazatelja i za skupinu pokazatelja j, koji odražava važnost tog pokazatelja u procjeni utjecaja lučkih procesa na okoliš Izračun vrijednosti okolišnog indeksa Normalizirane vrijednosti pojedinih podindeksa množe se s izračunatim težinskim faktorom (ponderom) svoje skupine te se zbrajaju u jedinstveni okolišni indeks (Slika 15). Naposljetku, podindeksi se kombiniraju u složeni indeks ekološkog učinka okolišni indeks IO prema izrazu (14): n I O = w j. I P,jt (14) jt u kojem w j označava faktor koji predstavlja težinski faktor pridodan grupi j odnosno podindeksu za svaki navedeni mjesec u godini. Slika 15. Grafikon šeste faze izračun okolišnog indeksa 68

78 Tako se izračunava okolišni indeks za svaki mjesec u tekućoj godini, te na kraju vrijednost godišnjeg okolišnog indeksa IO. Što je veća vrijednost okolišnog indeksa, to je negativni utjecaj odvijanja lučkih procesa i pritisak na okoliš veći, i obrnuto. Također, to isto vrijedi i za svaki podindeks, odnosno vrijednosti skupine standardiziranih pokazatelja koje ga definiraju kroz promatrani vremenski period. Naposljetku se pristupa analizi dobivenih vrijednosti podindeksa i okolišnih indeksa postupcima deskriptivne statistike. Deskriptivnom se statistikom utvrđuju odnosi podindeksa i indeksa na mjesečnoj, odnosno na godišnjoj razini. U tu se svrhu analiziraju varijacije, trend, postojanje ekstrema između pojedinih podindeksa, te indeksa. Također vrši se usporedba vrijednosti podindeksa i indeksa za i godinu. Tim se pristupom dobivaju agregirane vrijednosti u okolišnom indeksu tj. pojednostavljena i kvantificirana informacija o negativnom učinku luke na okoliš pri obavljanju lučkih procesa. Negativni ekološki učinci pri odvijanju lučkih procesa i ekološka odgovornost lučkog sektora i brodarske industrije, uz sve češće pritiske javnosti i međunarodnih direktiva, stalni su izazovi lučkog menadžmenta i drugih zainteresiranih dionika. Ovim predloženim pristupom integralne procjene i formiranjem okolišnog indeksa tj. agregacijom pokazatelja lučkih aktivnosti u okolišni indeks mogu se dobiti smjernice za nove instrumente usmjeravanja lučke i/ili regionalne i/ili nacionalne politike. U cilju testiranja i validacije primjene nove metodologije okolišnog indeksa, metodologija će se primijeniti na primjeru kontejnerskog terminala luke Rijeka, te će se analizirati prednosti i mogući nedostaci primjene ove metodologije u praksi. 69

79 6. STUDIJA SLUČAJA KONTEJNERSKOG TERMINALA LUKE RIJEKA Učinkovitost predloženog modela izračuna okolišnog indeksa IO testirana je na studiji slučaja. Potrebni podaci dobiveni su uvidom u fakture, dostavnice i izvještaje tvrtke Adriatic Gate Container Terminal (AGCT) i Lučke uprave Rijeka. Adriatic Gate Container Terminal pruža usluge morskog kontejnerskog terminala usko vezane za aktivnosti slagališta kontejnera, ali također pruža usluge ukrcaja/iskrcaja robe u/iz kontejnera, depoa i prateće usluge. U narednom razdoblju cilj Lučke uprave Rijeka, te AGCT Rijeka je povećanje kontejnerskih kapaciteta, te značajnije pozicioniranje na morskom kontejnerskom tržištu Jadrana. Prateći cilj, u skladu s održivim razvojem, je uspostava cjelovitog sustava upravljanja okolišem na području Lučke uprave Rijeka. Sustav upravljanja okolišem predviđa izradu procedura i postupaka koje će definirati program praćenja stanja okoliša, odgovornosti i načine postupanja u različitim situacijama, kao i reagiranje na neočekivane (iznenadne) štetne situacije koje mogu nastati na području lučke uprave. Uspostavom sustava, Lučka uprava Rijeka ima namjeru ishoditi certifikat upravljanja okolišem, uvođenje PERS Certifikata (Port Environmental Review System), a nakon toga certifikaciju po ISO ili EMAS ( 2015). Kako bi se integrirali svi aspekti utjecaja kontejnerskog terminala Brajdica na okoliš, te olakšalo razumijevanje ekoloških pitanja na koja se treba koncentrirati i time poboljšali načini postupanja i zaštite okoliša na području mora, zraka, buke, energije i otpada, predloženi je model primijenjen na terminal u koncesiji tvrtke AGCT Rijeka te je izračunat okolišni indeks IO s podindeksima za razdoblje od siječnja god. do srpnja god. Okolišni indeks pridonijet će lakšem praćenju stanja okoliša, identifikaciji značajnih izvora mogućeg negativnog utjecaja lučkih aktivnosti na okoliš, te uspostavi njihovog praćenja Opis lokacije i tehnološkog procesa kontejnerskog terminala Brajdica Luka Rijeka kao pomorska građevina je luka otvorena za javni promet i od osobitog je međunarodnog značenja. Kontejnerski terminal Brajdica namijenjen je prihvatu, transportu i skladištenju roba. Terminal se nalazi na istočnoj strani Rijeke uz ušće Rječine (Slika 1). Lokacija Brajdice obuhvaća lučko područje koje se prostire istočno od Rječine, sjeverno i južno uz željezničku stanicu Sušak, te je omeđeno sa sjevera i istoka 70

80 Cindrićevom ulicom i Šetalištem XIII. divizije. Kontejnerski promet u zadnjih nekoliko godina bilježi znatan porast prometa (Slika 16). Slika 16. Lokacija kontejnerskog terminala Brajdica Izvor: U sklopu II faze izgradnje kontejnerskog terminala Brajdica, izgrađena je nova obala dužine 300 m koja služi za prihvat brodova najvećih maritimnih zahtjeva i velikog gaza. Izgradnjom nove obale, ukupna dužina obale kontejnerskog terminala iznosi 623 metra. Istovremeno se mogu privezati dva veća kontejnerska broda. Interni promet odvija se putem tegljača s poluprikolicama, te pomoću traktora s prikolicama. Kod obrade Ro-Ro brodova, te prijevoza kontejnera na brod preko Ro-Ro rampe, koriste se 4 Ro-Ro tegljača, s pogonom na sva 4 kotača. U trenucima povećanog prometa koriste se i prijevozna sredstva prijevoznih tvrtki izvan samog kontejnerskog terminala. Osnovne karakteristike terminala Brajdica: - površina terminala je cca m 2, - zatvoreni skladišni prostor m 2, - max. godišnji kapacitet > TEU ( TEU-a), - jednokratni kapacitet TEU, - dubina mora: 14,2 m, prihvat većih kontejnerskih brodova matica, - brzina manipulacije do 20 boxova/sat/most, 71

81 - Ro-Ro terminal, - Slobodna zona. Od opreme i mehanizacije na terminalu se između ostalog nalaze: - 2 kontejnerska mosta QC - obalna dizalica (ZPMC -Shangai Zhenhua Heavy Industries tipa post panamax), - 2 kontejnerska mosta QC obalna dizalica (Samsung), - 6 kontejnerskih mostova za manipulaciju kontejnerima na skladišnom prostoru (RTG), - 2 željeznička kontejnerska mosta (RMG), - 6 RS-a (reach stacker) - autodizalice za kontejnere, - 11 terminalnih traktora, vučna vozila, - 17 prikolica, - 3 viličara, priključaka za hlađene kontejnere (24 satni nadzor), - oprema za pregled kontejnera pomoću X-zraka. Osnovni elementi izgradnje završne faze kontejnerskog terminala Brajdica su: -izgradnja drugog obalnog pristana dužine 328 metara s pristupnom dubinom uz obalni rub od 14,5 m, -povećanje skladišne površine u pozadini novog pristana, -izgradnja željezničkog terminala, -definiranje frigo prostora, -nabava post-panamax obalne mehanizacije, -nabava skladišnih portalnih dizalica-transtejnera. Na lokaciji terminala nalazi se spremnik goriva za interne potrebe volumena l s tankvanom, a terminal je također priključen na gradsku plinsku mrežu. Nove obalne dizalice na Brajdici imaju dohvat od pedeset metara, što je oko 18 redova kontejnera koje mogu podići na visinu od 36 metara iznad razine platoa terminala, odnosno, prema podacima iz AGCT-a deset su metara više od postojećih dviju Samsungovih dizalica. 72

82 Slika 17. Fotografija kontejnerskog terminala Brajdica iz zraka Izvor: Slika 18. Shema smještaja i gabarita kontejnerskog terminala Brajdica Izvor: 73