اصول و مبانی آلودگی هوا

اصول و مبانی آلودگی هوا

عمده ترین منابع آلاینده هوا را به دو قسمت تقسیم می کنند : طبیعی و غیر طبیعی

منابع آلاینده طبیعی:

منابع طبیعی آلاینده ها آن دسته از منابعی است که انسان در آنها دخالت کمتری دارد که شامل فعالیت های آتشفشان ها ، آتش سوزی طبیعی جنگل ها و مراتع ، فرسایش بادی و ایجاد ذرات معلق در هوا، ذرات دیگر مثل بذر گیاهان و قارچ ها ، هاگ ها که 50% آلودگی ها را تشکیل می دهند ولی از آنجایی که منبع طبیعی دارند آنچنان اهمیت ندارند.

منابع آلاینده غیرطبیعی
منابع این دسته خود شامل سه بخش است :

الف) صنایع
ب) ترافیک و وسایل نقلیه موتوری
ج) وسایل گرمایشی

در بخش صنایع گازهای آلاینده کارخانجات مطرح است. در بخش دوم دود ماشین ها مخصوصاً در شهرهای بزرگ و در بخش سوم سوخت گازهای فسیلی برای ایجاد گرما مطرح می شوند .
انواع مواد آلاینده بدین صورت است :

• ترکیبات گوگردی: SH2 ،SO2 ،SO3
• ترکیبات کربن دار: CO ،CO2 و دوده
• ترکیبات ازت دار: NO2 ،NO
• ترکیبات فلوئوردار: F ،HF و سرب
• گرد و غبار و اسموگ
• ازن

ترکیبات گوگردی SO2

گازی است بی رنگ که بیشتر به صورت باران اسیدی مطرح می شود. بوی زننده و نافذ دارد. سنگین تر از هوا است و با آب ترکیب شده تولید اسید سولفوریک می کند. در هوا به تدریج اکسید شده و تبدیل به SO3 می شود و بعد با بخار آب ترکیب شده، اسید سولفوریک را بوجود می آورد. منابع مهم تولید این گاز به دو شکل طبیعی شامل آتشفشان ها و آتش سوزی جنگل ها و اکسید شدن H2S و غیرطبیعی حاصل فعالیت های انسان که به دو صورت احتراق سوخت های فسیلی و استخراج معادن کانی های مس و روی می باشد، است. این گاز توسط موتورهای دیزلی و نیروگاه ها تولید می گردد. منبع دیگری که تولید سولفور می کند، صنایع و پالایشگاه های نفت و کارخانجات تولید اسید سولفوریک یا سولفور هستند . میزان ورود SO2 به جو حدود 150 میلیون تن در سال می باشد و عمدتاً در کشورهای صنعتی و پیشرفته نیمکره شمالی است که نزدیک به 90% ورود این گازها در اثر سوخت های فسیلی است.

مدت دوام SO2 در هوا دائم نیست و بعد یا ترکیب می شود یا از بین می رود. دی اکسید سولفور همراه دود عامل مرگ و میر بالا در موارد حاد آلودگی هوا،‌در شهرهای بزرگ و صنعت جهان است. اثر عمده این آلاینده ها بر ریه هاست. بدین ترتیب که راه های هوایی را تنگ می کند و تنفس را مشکل می سازد و یا تولید اسید به بافت های بینی، حلق حنجره و ریه آسیب می رساند. این عارضه در بیماران آسمی و کودکان آشکارتر است.

مهمترین اثرات این آلاینده درغلظت های بالا، تأثیر آن بر سیستم تنفسی، بیماری ها و نارسایی های ناشی از آن، کاهش سیستم دفاعی ریه ها و تشدید بیماری های قلبی و تنفسی است. مهمترین زیر گروه افراد جامعه که به دی اکسید گوگرد حساس هستند، افراد دارای بیماری آسم، برونشیت یا آمفیزم و بیماری قلبی هستند. بچه ها و افراد مسن نیز به این گاز حساس می باشند. غلظت های بالای این گاز باعث سوزش چشم و ناراحتی های تنفسی می شود. گاز دی اکسید گوگرد باعث تخریب محصولات، گیاهان و برگ درختان می شود. این آلاینده به همراه در اکسید نیتروژن، یکی از عوامل مهم باران های اسیدی است که باعث مشکلات زیادی نظیر اسیدی شدن آب دریاچه ها و رودخانه ها و تسریع خوردگی ساختمان ها و کاهش میزان دید می شود. تأثیر این آلاینده بر سیستم تنفسی، در حضور غلظت زیاد ذرات معلق تشدید می شود.

H2S 

ایمنی گاز سولفید هیدروژن (H2S)

گازی بی رنگ، قابل اشتعال با بوی زننده عمدتاً توسط آتشفشان ها، بعضی چشمه های معدنی ، تجزیه آلی در باتلاق ها، سواحل دریاها و اقیانوس ها معمولاً تولید می شود. از منابع تولید غیرطبیعی تولید H2S نیز بعضی صنایع مثل کاغذ سازی، پالایشگاه های نفت و گاز، کارخانجات تولید کودهای شیمیایی را نام برد.

ترکیبات کربن دار 

هیدرو کربن ها

این ترکیبات معمولاً در اثر سوختن موادی که در ساختمان آنها کربن وجود دارد وارد محیط می شوند. اغلب گیاهان و سوخت های فسیلی این مواد را دارند. مواد کربن دار بسته به اینکه کامل می سوزند یا ناقص و بینابین و یا نیمه کامل موادی مثل کربن یا دوده و منوکسید کربن و دی اکسید کربن دار وارد جو می کنند.

دوده ذرات معلق کربن است که محصول احتراق ناقص است ، یکی از متداول ترین الاینده های جامد در کوره ها است. منوکسید کربن که در اثر احتراق ناقص وارد محیط می شود به عنوان یکی از آلاینده های اصلی در هوا بخصوص در اجتماعات بزرگ شهری است. بی رنگ و بی بو است. در چهار راه ها به علت توقف ماشین ها در پشت چراغ قرمز به علت سوختن ناقص سوخت میزان زیادی CO تولید می شود .

منبع اصلی ایجاد این گاز وسایل نقلیه موتوری و وسایل گرمایشی است. البته روندهای صنعتی و احتراق ناقص سوخت در تأسیسات تجاری و سوزاندن زباله ها و آتش سوزی جنگل ها در تولید CO نقش دارند. مونوکسیدکربن شکل دیگری از ترکیبات کربن دار محسوب می شود. مونوکسید کربن گازی بی بو و سمی است که عمدتا از اگزوز ماشین در اثر احتراق ناقص سوخت های فسیلی ناشی می شود. این گاز حمل اکسیژن خون به مغز، قلب و اعضا دیگر را مختل می کند و افرادی که به امراض قلبی مبتلا هستند به علت کاهش اکسیژن خون مخصوصاً در معرض خطر تولید می باشند. دود سیگار یکی دیگر از منابع مهم مونواکسید کربن است. بنابراین میزان این گاز در خون افراد سیگاری بسیار بالاتر از افراد غیر سیگاریست.

منواکسید کربن به سبب ایجاد اختلال در تهیه اکسیژن مورد نیاز بافت های بدن بواسطه کاهش قدرت هموگلوبین در حمل اکسیژن و همچنین تشکیل کربوکسی هموگلوبین بر روی سلسله اعصاب مرکزی اثر می گذارد. صدمات ناشی از این آلاینده بیشتر متوجه کسانی است که بیماری های قلبی و عروقی بخصوص آنژین قفسه صدری دارند. قرار گرفتن در معرض غلظت بالای این گاز باعث کاهش در دقت بینایی، توان کاری، قابلیت یادگیری و انجام فعالیت های دشوار می شود.

چهار نوع بیماری که معمولاً در هنگام مواجهه با منواکسید کربن مشاهده می شود عبارتست از:

• اثرات قلبی
• اثرات عصبی
• تجزیه فیبرین
• بیماری های دوران زایمان

علاوه بر این در تعدادی از آزمایشات انجام شده بر روی حیوانات نیز اثر ژنتیکی در شرایط مواجهه با غلظت های بالا مشاهده شده است. واکنش های شیمیایی، جذب توسط گیاهان، اکسید شدن با روش های بیولوژیک در اقیانوس ها، تبدیل این گاز به CO2، فعالیت برخی از میکروارگانیسم ها و واکنش های فتوشیمیایی همگی احتمالاتی است که درباره جداشدن این گاز از جو وجود دارد.

CO2 محصول سوختن کامل تمام ترکیبات آلی است. ماده بسیار حیاتی برای بسیاری از موجودات زنده و یکی از ترکیبات هوا است .

هیدروکربن های سوخته 

عناصر اصلی هیدروکربن ها، کربن و هیدروژن است . اغلب هم دارای نقطه ذوب و جوش پایینی هستند، اشکال مختلفی هم دارند. در بحث هیدروکربن ها بیشتر بحث تصعید یا تبخیر مواد نفتی در محیط هایی که ما آنها را ذخیره می کنیم، داریم. منابع اصلی تولید هیدروکربن ها وسایل نقلیه موتوری، پالایشگاه ها، تصفیه خانه ها، ذخیره مواد نفتی و همچنین سوزاندن سایر مواد فسیلی یا آلی مثل چوب و کاغذ است.

ترکیبات نیتروژن دار

در بین این ترکیبات NO و NO2 از مهمترین آلاینده ها در اغلب اجتماعات انسانی است. NO گازی است بی رنگ با اثر سمی اندک اما در طبیعت اکسید شده و به گاز سمی NO2 تبدیل می شود. NO2 هم در غلظت زیاد به رنگ قرمزمتمایل به قهوه ای با بویی تند و نافذ است. این گاز در حرارت های بالا ی احتراق مواد سوختنی از ترکیب نیتروژن هوا و اکسیژن تولید می شود. در واقع ازت اتمی در شرایط مناسب (درجه حرارت کافی) با اکسیژن اتمی و یا مولکولی وارد واکنش می شود و اکسید های ازت بوسیله NO را بوجود می آورد که خود NO در مجاورت نور خورشید (کاتالیزور) اکسید شده تبدیل به NO2 می شود . اکسیدهای نیتروژن در اثر احتقاق مواد سوختی در ماشین ها و نیروگاه ها ایجاد می گردند. خطر اکسیدهای نیتروژن که به خطرات ثانویه معروف است تولید اسموگ است.

دی اکسید نیتروژن مخاط برونش ها را تحریک می کند و بدین وسیله سبب افزایش عفونت های تنفسی در کودکان و افزایش شکایات تنفسی مثل سرفه و خلط در بزرگسالان می شود. بیماران مبتلا به آسم به اثرات ناشی از این گاز به شدت حساس می باشند.

دی اکسید نیتروژن یکی از گازهای فعال در واکنش های جو است و از عوامل تولید مه دود فتو شیمیایی می باشد. این گاز می تواند باعث ایجاد سوزش در ریه ها و کاهش میزان مقاومت سیستم تنفسی در مقابل بیماری هایی مثل آنفلونزا گردد . اثرات کوتاه مدت این گاز تاکنون ناشناخته مانده است ولی مواجهه پیوسته یا گاه بگاه با غلظت هایی بالاتر از آنچه که معمولاً در هوا یافت می شود ، می تواند باعث بیماری شدید تنفسی در کودکان گردد.

اکسیدهای نیتروژن، هسته اولیه تشکیل ازن و باران های اسیدی هستند و ممکن است بر اکوسیستم های گیاهی و آبی اثرات منفی بجا بگذارد. در برخی نواحی هم ممکن است اکسیدهای نیتروژن به عامل اصلی تجمع ذرات معلق تبدیل بشوند.

اکسیدکننده های فتوشیمیایی

این گروه از آلاینده ها را آلاینده های ثانویه می گویند. این مواد در نتیجه یکسری واکنش ها بین هیدروکربورها و ترکیبات ازت دار (هر دو از سوخت های فسیلی منتج می شوند) با کمک اشعه ماوراء بنفش در سطح بالای جو تولید می شوند که مهم ترین این ترکیبات ازن O3 و پراکسی استیل نیترات (PAN) هستند. در اینجا نور نقش اصلی را دارد چون انرژی آن بوسیله NO2 در حضور برخی از هیدروکربورها جذب می شود و طی واکنشی NO2 به NO و اکسیژن اتمی O تجزیه می شود. اکسیژن اتمی بعداً با اکسیژن ملکولی موجود در هوا ترکیب شده و ازن می دهد و یا اینکه با سایر ترکیبات خروجی اگزوز ماشین ها ترکیب می شود و PAN را تولید می کند. O3 و PAN از عوامل مهم تولید اسموگ یا دودمه هستند.

اسموگ

اسموگ همان دودمه است که از دود و مه تشکیل شده است. متراکم شدن بخار آب در هوا تولید مه می کند. اگر این مه در یک محیط آلوده باشد با مخلوط این دو اسموگ یا دودمه بوجود می آید. در واقع حالتی یا آلودگی خاصی است که در اثر واکنش های بین اکسیدهای ازت و هیدروکربن های آلی در مقابل نور خورشید بوجود می آید. دو نوع اسموگ وجود دارد

• اسموگ اسیدی (London Smog)
• اسموگ اکسید کننده (LosAngeles Smog)

عامل فعال کننده اسموگ اسیدی ترکیبات گوگردی و عامل فعال کننده اسموگ اکسید کننده O3 و PAN هستند.

عوامل مؤثر در تشکیل اسموگ

مهمترین عامل مؤثر در تشکیل اسموگ نحوه پراکنش مواد آلاینده در هوا است که خود این نحوه پراکنش تابعی از این فاکتورها است:

• جهت و شدت باد
• وضعیت حرارتی در مجاورت زمین
• ارتفاع منبع خروجی مواد آلوده کننده
• وضعیت توپوگرافیک

در همین مبحث موضوع وارونگی یا Inversion مطرح است.

وارونگی عبارت است از محصور شدن هوای سرد توسط یک لایه از هوای گرم. شدت و دوام وارونگی تحت تأثیر فصول مختلف سال قرار دارد. پائیز و زمستان معمولاً دارای طولانی ترین و بیشترین اینورژن هستند.

ترکیبات فلوئور دار

این ترکیبات مضر هستند. ترکیبات فلوئور دار از نظر مقدار در فضا در مقایسه با سایر مواد آلاینده کم هستند اما سمیت این عناصر بسیار بیشتر از برخی دیگر از آلاینده ها است. یکی از سمی ترین مواد آلاینده هوا به شمار می روند. معمولاً به صورت آزاد در طبیعت یافت نمی شود اما با رطوبت هوا ترکیب شده و به صورت HF در می آید. از نظر آلودگی هوا برای ما اسید فلوئوریدریک، گازهای فلوئوردار، فلوئور و سیلیسیم به فرمول SiF4، آئروسل های فلوئوردار (آئروسل ذرات ریز معلق در هوا را می گویند) از اهمیت بیشتری برخوردارند.

در طبیعت این مواد به شکل ترکیب با سایر مواد تشکیل دهنده کانی ها وجود دارد. این کانی ها فلوریت یا CaF4، کریولیت Na3AlF6 می باشند. موادی که معمولاً برای تهیه کودهای شیمیایی مخصوصاً کودهای فسفاته بکار می رود معمولاً فلوئور در ترکیباتشان دارند. صنایع مختلف از قبیل صنایع سرامیک، آجر، چینی، آلومینیوم، شیشه سازی و تولید کود شیمیایی نیز به ایجاد این ترکیبات کمک می کنند.

ذرات معلق در هوا 

ذرات معلق در هوا

این ذرات می توانند به صورت مایع یا جامد باشند. زمان تعلیق این گرد و غبار در هوا می تواند از چند ثانیه تا چند ماه باشد که بستگی به وزن ذرات دارد. گاهی شکل دوم آنها هم مؤثر است.

ذرات ریز خاک، خاکستر آتشفشان ها، ترشحات نمک حاصل از جزر و مد امواج دریا، ویروس ها، باکتری ها، هاگ ها و گرده های گیاهان از منابع طبیعی در تولید ذرات گرد و غبار هستند. این منابع قبل از ظهور انسان ها هم بوده اما ذرات گرد و غباری که ما به عنوان آلودگی مورد بحث قرار می دهیم زاییده دست بشر است و از سه طریق وارد محیط می شود:

سوزاندن مواد: از سوزاندن مواد آلی و معدنی دوده ، بخار و انواع اکسیدها وارد جو می شوند.

واکنش شیمیایی: در اکثر روش های شیمی صنعتی از قبیل تهیه اسید سولفوریک یا تصفیه نفت این مواد در هوا می توانند فشرده شوند.

خرد یا صاف و آسیاب کردن: در معادن که سنگ ها و کانی ها را خرد می کنند تا مواد مورد استفاده را بیرون بکشند منجر به تولید این ذرات می شود. در داخل کارخانجات این کانی ها مجدداً باید سائیده و صاف شود، در اثر عملیات ساختمانی، کشاورزی، صنایع مختلف این مواد بطور قابل ملاحظه ای تولید می شوند و در هوا پخش می گردند.

تأثیرات ذرات معلق بر سلامتی انسان به گونه های ذیل تقسیم می شود:

الف) خطرات تنفسی
ب) تأثیرات سوء بر قفسه صدری
ج) تأثیرات بر مکانیسم های دفاعی و تصفیه ای
د) تأثیرات سرطانی

محل و مقدار نشت ذرات در دستگاه تنفسی، تابعی از فاکتورهای فیزیکی معینی است که مهمترین آنها، اندازه ذرات می باشد.

باران اسیدی

با سوختن هر ماده ای انواع آلاینده های گازی وارد جو می شود. در بین این مواد آلاینده مهمترین آنها که در ایجاد باران اسیدی نقش دارند ترکیبات گوگردی شامل SO2 و ترکیبات ازت دار NO است. این مواد به دو طریق یا به شکل گازی و گرد و غبار و یا به شکل واکنش هایی که در اتمسفر با بخار آب تشکیل می دهند همراه باران دوباه به زمین برمی گردند. در این موارد می گوییم باران اسیدی است. باران اسیدی شدیداً موجب تخریب ساختمان ها می شود. بطور کلی باران اسیدی در محیط های آبی اثرات زیادی روی اکوسیستم های آبی می گذارد. این اثرات روی ماهی ها بدین شرح است :

• ماهیان ماده در مقابل تنش اسیدی قادر به تخم ریزی نیستند.
• لارو ماهی ها در محیط اسیدی قادر به زندگی نیستند.
• رشد ماهی ها کم می شود.
• میزان تخم ریزی در هر نوبت بسیار کم می شود.
• منطقه به بیماری ها حساسیت بیشتری نشان می دهند.

هوای اسیدی

هوای اسیدی در اثر مه دود فتوشیمیایی هنگامی که دی اکسید کربن و دی اکسید سولفور و بویژه اکسید نیتریک به اسید تبدیل می شوند،‌ به وجود می آید. این گازها ابرهای بسیار ظریفی از قطرات ریز اسیدی را تشکیل می دهند. این هوای اسیدی بعدا به صورت باران اسیدی فر و می ریزد و باعث آسیب رساندن به گیاهان و درخت ها می شود. اگر ذرات اسید ریز وارد ریه ها شوند تحریکات راه های تنفسی،‌ سرفه و حتی خس خس سینه را به همراه دارند.

این پست بروزرسانی شد و فایل «مبانی کنترل آلودگی هوا» با موضوعات زیر پیوست شد.

حتما بخوانید:

⇐ روش های مهندسی کنترل آلودگی هوا

⇐ مدل سازی و کنترل آلودگی هوا

⇐ آلودگی هوا و انتشار آن