آلودگی هوا و روش‌های کنترل آن

آلودگی هوا و روشهای کنترل آن امیر رضا طالیی 1 عضو هیئت علمی گروه مهندسی عمران و محیط زیست موسسه آموزش عالی جامی آلودگی هوا مختص یک منطقه نیست جو در ناحیه تروپوسفر (محل زندگی ما) به شدت در حرکت است .به همین دلیل بعض ًا مواد آالینده در سرتاسر جو پخش خ1واهند شد. 2 تعریف آلودگی هوا وجود یک یا چند آلوده کننده در هوای آزاد به آن مقدار ،مدت و ویژگی ها که برای زندگی انسان ،1گیاه و یا حیوانات خطرناک بوده و برای اشیاء و متعلقات زندگی مضر باشد و یا بطور غیر قابل قبولی مخل استفاده راحت از اموال گردد. 3 واژه ها و اصطالحات آلودگی هوا 4 آئروسل ()Aerosols پراکندگیذراتجامدیامایعد رمحیطگازی همچون 5 مه،میست،دودو غبار ()Dust بص1ور نامشخ1ص ذرات جامدی که غالب ًا بزرگت1ر از کلوئیدها بوده و قادر هس1تند ک1ه بطور موقت در هوا و ی1ا ه1ر گاز دیگری به حال1ت تعلی1ق درآین1د را شامل می گردد. تصویر میکروسکوپی یک ذره غبار 6 مشخصات غبار غبار تمایلی به چسبندگی ندارد مگر اینکه تحت تاثیر نیروی الکتریسیته ساکن قرار گیرد. ذرات تشکیل دهنده غبار معمو ًال پخش نمی شوند ولی تحت تاثیر نیروی جاذبه رسوب می نمایند. ذرات غبار در اثر نیروهای فیزیکی از ذرات بزرگتر حاصل می شوند. 7 قطره ()Droplet ذره کوچ1ک مایع دارای اندازه و وزن مخصوصی که در شرایط سکون سقوط می کند اما ممکن است در شرایط تالطم (توربوالنس) معلق بماند. 8 خاکستر فرار ()Fly Ash ذرات بسیار کوچک خاکستر که در اثر احتراق مواد سوختی وارد جریان1 گاز دودکش شده و این ذرات ممکن است حاوی ذرات ناقص سوخ1ته باشد. 9 تصویر میکروسکوپی از خاکستر فرار 10 مه ()Fog اصطالح نامشخصی است از برای وجود ذرات قابل روئویت که در حالت پراکندگی به صورت مایع هستند. تشکیل مه مستلزم تراکم است. در هوا شناسی به پراکندگی ذرات آب و یا یخ در هوا مه گفته می شود. 11 نمونه ای از مه در طبیعت 12 فیوم یا دمه ()Fume ذرات جامدی که در اثر تراکم حالت گازی و معمو ًال پس از تبخیر مواد ذوب شده و غالب ًا به همراه یک واکنش شیمیایی مثل اکسیداسیون تولید می شوند. فرایند جوشکاری یکی از منابع تولید فیوم است 13 گاز گاز یکی از سه حالت ماده است که شکل و حجم مستقل نداشته و تمایل به انبساط نامحدود دارد 14 میست ()Mist اصطالحی نامشخص برای ذرات بزرگ مایع با پراکندگی کم غلظت در شکل روبرو ذرات درشت آب به صورت میست برای مدت زمان کوتاهی در هوا معلق هستند. 15 ذره ()Particle جزأ کوچک مجزا از توده مایع و یا جامد را ذره گویند 16 دود ()Smog ذرات کوچک حاصل از احتراق ناقص است که عمدت ًا متشکل از کربن و سایر مواد قابل احتراق هستند. 17 دوده ()Soot اجتماع ذرات کربن اشباع شده که با مواد قیری آمیخته اند و اصو ًال در اثر احتراق ناقص مواد کربن دار به وجود می آیند ،دوده می نامند. تصوير ميکروسکوپي از يک ذره دوده 18 اتمسفر زمین به عنوان پوششی برای زمین از سرد و گرم شدن بیش از حد آن جلوگیری می نماید. موجودات زنده را از اشعه سوزان خورشید ،اشعه ماوراء بنفش و اشعه کیهانی محافظت می نماید و انشار صوت را سبب می گردد. 19 الیه های تشکیل دهنده اتمسفر 20 تغییرات دمایی اتمسفر با افزایش ارتفاع 21 عوامل جوی موثر در آلودگی هوا پخش آالیند ها تابعی از موقیعت جغرافیایی و شرایط جوی است. در برخی نقاط شرایط جوی باعث پخش و کاهش آلودگی می گردد و در برخی موارد شرایط جوی حتی باعث افزایش آلودگی نیز می شود. 22 باد ح1رکت افقی هوا را باد گویند. جریان باد باعث پخش و رقیق شدن آلودگی ها در هوا می گردد. میزان انتشار و انتقال هوای آلوده ب1ه س1رعت و قدرت باد بستگی دارد. معمو ًال بادهای1ی ب1ا س1رعت بی1ش از 30کیلومت1ر بر ساعت در انتقال و انتشار آلودگی ها موثر است. 23 جریان هوا ‏ ‏ ‏ ‏ ‏ 24 حرکت عمودی هوا را “جریان هوا” می نمامند. جریان های هوا نق1ش موثرتری از باد در کاه1ش آلودگ1ی دارند .زیرا آلودگی را از سطح زمین (محل زندگی) دور می نماید. در طبقات فوقان1ی ج1و باده1ا شدیدت1ر هس1تند و اگ1ر هوای آلوده ب1ه آنجا برد سریع تر رقیق می گردند. در مناط1ق ک1م فشار جریان عمودی رو ب1ه باالی هوا بیشت1ر اس1ت .در نتیجه هوا در این مناطق تمیز تر خواهد بود. در مناط1ق پرفشار جریان عمودی رو پایی1ن هوا بیشت1ر اس1ت .در نتیجه هوای آلوده در اتمسفر به خوبی پخش نشده و آلودگی مدام افزایش می یابد. نقش ریزش های جوی در پاک سازی محیط باران ،برف و ...نقش موثری در شستشوی هوا و انتقال آلودگی از هوا به زمین دارد. 25 انبهمه ممادهعنوا  ینرژیس یدرس هواآلودگ  ن ایجاد مه در هنگام اوج آلودگی هوا به دلیل ایجاد هسته های تراکم مواد آالینده منجر به افزایش شدید آلودگی می گردد. در بسیاری از حوادث مهم آلودگی هوا مه نقش سینرژیسم داشته است. 26 دما در جو در الیه تروپوسفر با افزایش ارتفاع بایستی دما کاهش یابد در شرایط طبیعی این کاهش به ازاء هر 100متر یک درجه سانتیگراد است .این تغییر دما را Lapse Rateمی نامند. 27 شرایط ادیاباتیک اگر به ازاء هر 100متر افزایش ارتفاع دمای هوا یک درجه کاهش یابد شرایط ادیاباتیک است 28 شرایط سوپر ادیاباتیک اگر به ازاء هر 100متر افزایش ارتفاع دمای هوا بیش از 1درجه سانتیگراد کاهش پیدا نماید شرایط را سوپر ادیاباتیک می نامند. 29 وارونگی دما (اینورژن) اگر به هر دلیلی با افزایش ارتفاع افزایش دما نیز به وجود آید وارونگی دمایی اتفاق افتاده است. 30 در شرایط اینورژن 1حرکت عمودی هوا وجود نداشته و آلودگی ها محبوس می گردند .در نتیجه غلظت آالینده ها در هوا افزایش می یابد. نمایی از وارونگی دما در این تصویر می بینید که دود از ارتفاعی خواص باالتر نمی رود نمایی از وارونگی دما در این تصویر می بینید که دود از ارتفاعی خواص باالتر نمی رود نمایی از وارونگی دما در این تصویر می بینید که دود از ارتفاعی خواص باالتر نمی رود نمایی از وارونگی دما در این تصویر می بینید که دود از ارتفاعی خواص باالتر نمی رود شرایط ایزوترمال در صورتی که با افزایش ارتفاع تغییرات دمایی وجود نداشته باشد، .شرایط ایزوترمال (خنثی) می باشد 35 پایداری و ناپایداری هوا معیار پایداری و ناپایداری هوا قابلی1ت ایجاد ی1ک حرکت عمودی در هوا می باشد. اگ1ر جزء س1عود کننده هوا از محی1ط اطراف خود گرم ت1ر باش1د شرایط ناپایدار است. اگ1ر جزء س1عود کننده دمای خود را از دس1ت بده1د و از دمای محیط سردتر گردد شرایط پایدار است. 36 انواع وارونگی دما (اینورژن) اینورژن فروکش 37 اینورژن تشعشعی حرکات دود پس از خروج از دود کش •حرکت حلقه اي •حرکت قيفي •حرکت بادبزني •حرکت باالرونده •حرکت دودي •حرکت محبوس 38 حرکت حلقه اي اين حرکت زماني رخ مي دهد که گراديان هوا در حالت فوق ادياباتيک بوده و .هوا به شدت متالطم باشد 39 .اين حالت معموالٌدر فصول گرم به همراه تابش شديد خورشيد ايجاد مي گردد حرکت قيفي حرکت قيفي زماني رخ مي دهد که گراديان دمايي کمتر از ادياباتيک باشد ولي به .حالت هم دمايي نرسد 40 حرکت بادبزني اين حرکت زماني ايجاد مي گردد که گراديان دمايي مثبت باشد .يعني زماني .که وارونگي دمايي کل ستون دود را فرا گرفته باشد 41 حرکت باال رونده اين حرکت زماني ايجاد مي گردد که تنها يک وارونگي دوما در پايين ستون دود .وجود داشته باشد 42 حرکت دودي اين حرکت دود در زمان شکستن وارونگي دما ايجاد مي گردد و معمو ًال در .يک دوره نيم ساعته از بين مي رود 43 حرکت محبوس اين حرکت دود زماني ظاهر مي گردد که ستون دود در بين پايه هاي .وارونگي دما قرار گرفته باشد 44 تصویر ماهواره ای دود ناشی از آتش سوزی حیات وحش در کالیفرنیا 45 اثرات جهاني آلودگي هوا ‏ ‏ ‏ ‏ 46 گرمايش جهاني افت ازن استراتوسفري باران هاي اسيدي آئروسل گرمايش جهاني گرم شدن زمين به دليل توليد گازهايي با ظرفيت زياد جذب حرارت ايجاد مي .گردد .اين گازها را گازهاي گلخانه اي مي نامند :اين گازها عبارتند از دي اکسيد کربن ،فريون ها ،هالوژن ها ،متان ،اکسيد نيتروس و کلروفلوروکربن ها 47 توانايي گازهاي گلخانه اي در گرمايش زمين طبقه بندي از لحاظ پتانسيل گرمايش زمين: کلروفلوروکربن ها ،اکسيد نيتروس ،متان و دي اکسيد کربن طبقه بندي از لحاظ کمي: در اکسيد کربن ،متان ،اکسيد نيتروس و کلروفلوروکربن ها 48 تاثيرات گرم شدن زمين ذوب يخهاي قطبي افزايش ارتفاع آب اقيانوسها تغييرات آب و هوايي 49 افت ازن استراتوسفري ازن طي يک چرخه با کمک جذب اشعه ماوراء بنفش خورشيد توليد و در واکنشهاي مختلف مصرف مي گردد. ترکيباتي همچون کلروفلوروکربنها باعث تشديد مصرف ازن و به هم خ1وردن تعادل چرخه ازن مي گردد. 50 خطرات کاهش غلظت اليه ازن کاهش غلظت ازن در استراتوسفر منجر به نفوز بيشتر اشعه هايي همچون اشعه ماوراء بنفش مي گردد که سرطانزا است و به چشم آسيب مي رساند. واحد اندازه گيري غلظت ازن دابسون است .يک دابسون 1معادل يک قسمت در يک بيليون قسمت ( )ppbازن است. 51 باران اسيدي وجود ترکيباتي همچون NOxو SOxدر هوا منجر به توليد اسيد سولفوريک و اسيد نيتريک در هنگام بارندگي و کاهش pHآب باران 1مي شود. در توليد باران اسيدي SOxمهمتر از NOxاست. 52 چرخه باران اسیدی 53 WایمWختلف ‏Wه pHآب 54 نمونه ای از اثرات بارانهای اسیدی 55 آلودگي ناشي از آئروسل ها منابع طبيعي خشکي (گرد و غبار ناشي از طوفان ،آتشفشان و)... منابع طبيعي اقيانوسي (توليد ذرات نمک ناشي از اسپري آب اقيانوسها) منابع مصنوعي (ذرات حاصل از احتراق) 56 تصویر ماهواره ای از حرکت توده غبار تصویر روبرو توده های عظیم غبار از بیابان های عراق و عربستان را نمایش می هد که .در حال وارد شدن به ایران است 57 W نقش آئروسل ها در اتمسفر پراکندن 1و جذب اشعه هاي خورشيدي. جذب اشعه مادون 1قرمز بازتابي از زمين. موثر بر تعادل حرارتي کره زمين از طريق ايجاد هسته هاي تراکم ج1هت ايجاد ابر و يخ در هوا. 58 قطر ذرات در آلودگي هوا قطر ذراتي که در آلودگي هوا موثر هستند 0.01تا 100ميکرون است ذرات بزرگتر از 10ميکرون در هوا را ذرات ذرات قابل ته نشيني يا Dustfall گويند 59 خواص سطحي ذرات از عوامل موثر در ته نشيني خواص سطحي ذرات عبارتند از: ‏ ‏ ‏ ‏ 60 جذب بر جامدات جذب بر مايعات جذب شيميايي چسبندگي انواع ذرات معلق در هوا ذرات معدني ذرات آلي ذرات بيولوژيکي 61 روشهای کنترل آلودگی هوا روشهای حذف گازهای آالینده از هوا ‏ ‏ ‏ ‏ ‏ جذب در مایعات جذب سطحی چگالش سوزاندن بیوفیلتراسیون جذب در مایعات این فرایند به کمک وسیله ای به نام اسکرابر انجام می گیرد. حالل مورد استفاده می تواند: آب ،روغن های معدنی ،آب آهک و ...باشد. شرط انجام صحیح این فرآیند انتخاب حالل مناسب است. 64 گازهای قابل حذف در کاربرد اسکرابرها ،HCl، SO2، H2SO4، HCN، H2S، NH3، Cl2ب11خار1های ب11نزن . آ11لیهمچونف11رما11لدو1ئ1ید ،ا1ت1یلنو امکان تصفیه گازهای داغ خروجی از صنایع به کمک اکرابرها وجود دارد. 65 جذب سطحی جذب می تواند به کمک مواد جاذبی همچون کربن فعال انجام می گیرد. موادی همچون ترکیبات آلی ،گازهای آالینده و ترکیبات مولد بو می توانند توسط جاذبهای مختلف حذف گردند. 66 چگالش در این روش با کاهش دما مواد آالینده را از حالت گاز به مایع تبدیل می نمایند. دمای کم و فشار باال به فرایند چ1گالش کمک می نماید. سوزاندن در دمای باال مواد آلی به دی اکسیدکربن و آب تبدیل می گردند. به دلیل هزینه باالی تولید حرارت برنامه ریزی جهت بازیافت انرژی باید در نظر گرفته شود. برای انجام احتراق خوب سه شرط زیر ضروری است: زمان ماند ،دمای مناسب ،اختالط کامل بیوفیلتراسیون بیوفیلترها سازگاری بسیار باالیی با محیط زیست داشته و قادر به حذف انواع آالینده ها با غلظتهای بسیار کم از محیط می باشند. بیوفیلتر خاکی  Wبیوفیلتر نمایی از یک بیوفیلترهای صنعتی روشهای حذف ذرات آالینده از هوا ‏ ‏ ‏ ‏ ‏ ته نشین کننده های ثقلی جداسازهای سانتریفوژی (سیکلونها) الکتروفیلترها انواع فیلترها اسکرابرها ته نشین کننده های ثقلی یکی از ساده ترین وسایل کنترل آلودگی هوا در ص1نایع می باشد. این وسایل با افزایش سطح مقطع و در نتیجه کاهش سرعت جریان هوا منجر به ته نشینی ذرات می گردند. این روش برای ذرات بزرگتر از 50میکرون موثر است. نمایی از ته نشین کننده های ثقلی راه بندها در ای1ن روش از ص1فحات راه بن1د ب1ه منظور کاه1ش س1رعت ذرات و ته نشینی آنها استفاده می شود. راه بنده1ا م1ی توانن1د ب1ه دو ص1ورت ت1ر و خش1ک مورد استفاده قرار گیرد. در هنگام کاربرد راه بندهای ت1ر عالوه بر ذرات ،برخی گازهای آالینده نیز حذف می گردند. نمونه هایی از راه بندها سیکلونها س1یکلونها بر اس1اس نیروی گری1ز از مرکز جداسازی ذرات را انجام می دهند. س1یکلونها قادرن1د ذرات1ی ب1ا قطر 5میکرون را نیز به راحتی از هوا جدا سازند. س1یکلونها نی1ز م1ی توانن1د برای افزایش راندمان ب1ه ص1ورت مرطوب نی1ز ب1ه کار گرفته شوند. نمونه ای از سیکلون رسوب دهنده الکترواستاتیک کاربرد این روش در حذف ذرات کوچکتر از 10میکرون می باشد. این روش بسیار موثر لیکن گران 1قیمت می باشد. این روش منحصرا ً قادر به حذف ذرات می باشد. این روش نیازمند ولتاژ باال و نیروی متخصص می باشد. ساختار رسوب دهنده های الکترو استاتیک اسکرابرهای تر اساس کار این روش شستشوی گاز به کمک یک حالل می باشد. در این روش بطور هم زمان گازها و ذرات حذف می گردند. در هنگام کاربرد این روش باید به تصفیه پساب حاصل نیز فکر شود. نمونه ای از اسکرابر تر نمونه ای از اسکرابر تر (ونچوری اسکرابر) نمایی از دستگاه ونچوری اسکرابر نمایی از دستگاه ‏Wابر معمولی اسکر فیلترهای فابریک ‏ ‏ ‏ ‏ این فیلترها بستر متخلخلی برای جداسازی ذرات از هوا می باشد. این فیلترها راندمان خوبی برای ذرات کوچکتر از یک میکرون دارند. این فیلترها توانایی تصفیه گازهای مرطوب را ندارند. گازهای داغ منجر به نابودی فیلترها می گردد. نوع خاصی از فیلترها ( )HEPAقادر به حذف 97/99درصد ذرات 3/0میکرون هستند.  Wهای هوا از نمای نزدیک نمونه ای از فیلتر کاغذی هوا W نحوه نصب فیلترهای فابریک  Wیک فیلتر فابریک پارچه ای نمای نزدیک Wوسکوپی از فیلترهای HEPA تصویر میکر