سوالات انتشار و نرخ انتشار آلاینده با پاسخ تشریحی

سوالات انتشار و نرخ انتشار آلاینده با پاسخ تشریحی

فرمت: Pdf  تعداد صفحات: 30

در این بخش 54 سوال با پاسخ تشریحی بیان شده است که نمونه هایی از آن بیان شده است. در ابتدا با کلیاتی از انتشار و نرخ انتشار آلاینده ها آشنا شویم.

تعریف انتشار آلاینده

انتشار (Emission) به فرآیند آزادسازی آلاینده‌ها از یک منبع به محیط اطراف گفته می‌شود. این آلاینده‌ها می‌توانند به صورت گاز، بخار، ذرات معلق (آئروسل) یا فیبر وارد هوای محیط کار یا محیط زیست شوند. منابع انتشار آلاینده‌ها بسیار متنوع هستند و شامل فرآیندهای صنعتی (مانند آبکاری، جوشکاری، رنگ‌پاشی)، فعالیت‌های شیمیایی (تبخیر حلال‌ها)، احتراق سوخت‌های فسیلی و حتی فعالیت‌های ساده مانند نظافت با مواد شیمیایی می‌باشند.

کنترل انتشار آلاینده‌ها یکی از اصول اساسی بهداشت حرفه‌ای (Occupational Hygiene) و مهندسی ایمنی (HSE) است، زیرا مواجهه تنفسی با آلاینده‌ها می‌تواند منجر به بیماری‌های شغلی نظیر آسم، سرطان ریه، مسمومیت‌های عصبی و آسیب به کبد و کلیه گردد.

نرخ انتشار (Emission Rate) و اهمیت آن

نرخ انتشار (Emission Rate – ER) کمیتی است که میزان آزادسازی آلاینده در واحد زمان را نشان می‌دهد و معمولاً بر حسب kg/hr، g/s، lb/min یا mol/s بیان می‌شود.

رابطه اصلی محاسبه نرخ انتشار در بسیاری از متون بهداشت حرفه‌ای به صورت زیر است:

ER = جرم آلاینده منتشر شده / زمان انتشار

ER=جرم آلاینده منتشر شده زمان انتشار
ER=زمان انتشارجرم آلاینده منتشر شده​

یا در مثال‌های عملی مانند فرآیند چسباندن صفحات لمینیت با حلال تولوئن:

ER = (مقدار حلال در هر قطعه (lb) × تعداد قطعات در واحد زمان × تعداد کارگران فعال) / (مدت زمان تبخیر کامل حلال (min))

دلایل اهمیت نرخ انتشار:

1. طراحی سیستم‌های تهویه صنعتی:
   نرخ انتشار به همراه حد مجاز مواجهه (OEL – Occupational Exposure Limit) و وزن مولکولی آلاینده، پارامتر اصلی در معادله تهویه رقیق‌سازی (Dilution Ventilation) است:

Q = (K × 387 × 10⁶ × ER) / (MW × OEL)

1. که در آن $Q$ نرخ جریان هوای لازم بر حسب cfm، $K$ ضریب اختلاط هوا، MW وزن مولکولی و $OEL$ حد مجاز شغلی می‌باشد.
2. ارزیابی مواجهه شغلی:
   با دانستن نرخ انتشار و ابعاد محیط، می‌توان غلظت آلاینده در ناحیه تنفسی کارگر را برآورد کرد.
3. انتخاب استراتژی کنترلی:
   هر چه نرخ انتشار بالاتر باشد، کنترل آلاینده با تهویه موضعی (LEV – Local Exhaust Ventilation) ضروری‌تر می‌شود، زیرا تهویه عمومی به تنهایی قادر به رقیق‌سازی سریع آلاینده نخواهد بود.
4. مدیریت ریسک و پیشگیری از بیماری‌های شغلی:
   نرخ انتشار بالا در مجاورت کارگر بدون کنترل مناسب، به سرعت غلظت آلاینده را از حد مجاز فراتر برده و سبب بروز عوارض حاد (مانند سردرد، تهوع، تحریک تنفسی) و مزمن (مانند سرطان‌زایی، نوروتوکسیسیتی) می‌شود.

عوامل مؤثر بر نرخ انتشار

نرخ انتشار یک آلاینده به عوامل متعددی وابسته است که مهم‌ترین آنها عبارتند از:

تفاوت بین انتشار در فضای باز و فضای بسته

• فضای باز (Outdoor):
  به دلیل وجود جریان‌های طبیعی هوا و حجم عظیم اتمسفر، آلاینده به سرعت رقیق می‌شود. با این حال، در شرایط بدون باد یا نزدیک کارگر (مانند جوشکاری در فضای باز)، ممکن است غلظت موضعی همچنان از حد مجاز فراتر رود.

• فضای بسته (Indoor):
  آلاینده‌ها تمایل به تجمع دارند و در غیاب تهویه کافی، غلظت آن‌ها به سرعت افزایش می‌یابد. در این فضاها، نرخ انتشار تعیین‌کننده اصلی دبی هوای لازم برای تهویه است.

نمونه سوال:

1- چه عواملی بر نرخ انتشار حلال های آلی به محیط موثر هستند؟

الف – دما: دمای حلال تعیین کننده فشار بخار حلال است. با افزایش دمای حلال، فشار بخار افزایش می‌یابد. به طور کلی به ازای هر ۱۰ درجه سانتیگراد افزایش دما، فشار بخار دو برابر می‌شود. در مباحث میکروبیولوژی هم به ازای هر ۱۰ درجه سانتیگراد افزایش دما، فعالیت میکروبی دو برابر می‌شود.

ب – دمای محیط: با افزایش دمای هوا، نرخ تبخیر افزایش می‌یابد.

ج – جابجایی و آشفتگی هوا: با افزایش جابجایی و آشفتگی هوا در سطح مایع، نرخ تبخیر افزایش می‌یابد.

د – سطح حلال: با افزایش سطح حلال، نرخ تبخیر افزایش می‌یابد.

ه – سطح ویژه: حلال با سطح ویژه بیشتر، بالاترین نرخ تبخیر را دارد.

و – درصد حلال: اگر حلال مخلوطی از چند جزء حلالی باشد، هر جزء حلالی مقداری از سطح ویژه حلال مورد نظر را در فصل مشترک مایع-هوا خواهد کاست. حلال در دسترس برای تبخیر به هوا، از نرخ تبخیر به هوا خواهد کاست.

ز – قانون رائول (Raoult’s Law): بیان‌کننده حضور اثر سایر حلال‌ها بر سرعت و یا ممانعت از تبخیر سایر اجزاء حلال است.

ح – قانون هانری (Henry’s Law): بیان‌کننده مقدار ماده موجود در فاز هوا نسبت به فاز حلالی است که وابسته به فشار اتمسفری بالای حلال است.

ط – فشار اتمسفری: با افزایش فشار اتمسفری بر روی حلال، از فشار بخار و نرخ تبخیر حلال کاسته می‌شود.

ی – وجود حلال به شکل آئروسل با آب و دیگر حلال‌های آلی

صرف نظر از متغیرهای فوق، بر اساس قانون دوم ترمودینامیک جرم ثابت بوده و با تبخیر حلال فقط انتقال و توزیع جرم از فازی به فاز دیگر انجام می‌شود. مواد جامد نظیر کریستال‌های ید و یا گلوله‌های نفتالین بر اثر فشار بخار بالایی که دارند مستقیماً به هوا تصعید می‌شوند. در هوای سرد اگر لباس خیس بر روی بند رخت انداخته شود، تبخیر بخار آب قابل مشاهده خواهد بود.

۲- فشار بخار TDI در دمای ۷۰°فارنهایت ۰.۰۱mmHg و فشار بخار متیل فنیل دی ایزوسیانات MDI در دمای ۱۰۴°فارنهایت، ۰.۰۱mmHg می باشد فراریت نسبی دو ترکیب را مقایسه کنید؟

با ۱۰°C افزایش دما، فشار بخار مواد دو برابر و با هر ۱۰°C کاهش دما فشار بخار نصف می شود. به این ترتیب با کاهش دمای MDI از ۱۰۴°F به ۸۶°F، فشار بخار MDI هم از ۰.۰۱mmHg به ۰.۰۰۵mmHg کاهش می یابد.
اگر دمای MDI با ۱۸°F کاهش به ۶۸°F برسد، فشار بخار قطرات مایع به ۰.۰۰۲۵mmHg می رسد با انجام میان یابی فشار بخار MDI در دمای ۷۷°F تقریباً ۰.۰۰۳۸mmHg خواهد شد.

به این ترتیب TDI با دارا بودن فشار بخار در مقایسه با MDI به این ترتیب 0.01mmHg / 0.00038mmHg = 26.3 مرتبه فراتر از MDI است.

در این مثال فراریت نسبی با در نظر گرفتن پارامتر فشار بخار و بدون توجه به سایر پارامتر های موثر بر نرخ تبخیر محاسبه شده است. اگرچه MDI در دمای کمتر از 99F جامد است ولی در این دما هنوز هم از فشار بخار برخوردار است برای دستیابی به نرخ تبخیر مشابه سطح ظرف MDI باید ۲۶.۳ مرتبه بیشتر از سطح ظرف TDI مایع باشد.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ سوالات دانسیته و گازهای حامل با پاسخ تشریحی

⇐ سوالات آلودگی هوا با پاسخ تشریحی

⇐ سوالات تجزیه و تحلیل نمونه های هوا با پاسخ تشریحی