آلودگی هوا و روش‌های کنترل آن

آلودگی هوا و روش‌های کنترل آن

اسلاید 1: آلودگی هوا و روشهای کنترل آن1امیر رضا طلاییعضو هیئت علمی گروه مهندسی عمران و محیط زیست موسسه آموزش عالی جامی

اسلاید 2: آلودگی هوا مختص یک منطقه نیستجو در ناحیه تروپوسفر (محل زندگی ما) به شدت در حرکت است. به همین دلیل بعضاً مواد آلاینده در سرتاسر جو پخش خواهند شد.2

اسلاید 3: تعریف آلودگی هواوجود یک یا چند آلوده کننده در هوای آزاد به آن مقدار، مدت و ویژگی ها که برای زندگی انسان، گیاه 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

اسلاید 4: واژه ها و اصطلاحات آلودگی هوا4

اسلاید 5: آئروسل (Aerosols) پراکندگی ذرات جامد یا مایع در محیط گازیهمچونمه، میست، دود و...5

اسلاید 6: غبار (Dust)بصور نامشخص ذرات جامدی که غالباً بزرگتر از کلوئیدها بوده و قادر هستند که بطور موقت در هوا و یا هر گاز دیگری به حالت تعلیق درآیند را شامل می گردد.تصویر میکروسکوپی یک ذره غبار6

اسلاید 7: مشخصات غبارغبار تمایلی به چسبندگی ندارد مگر اینکه تحت تاثیر نیروی الکتریسیته ساکن قرار گیرد.ذرات تشکیل دهنده غبار معمولاً پخش نمی شوند ولی تحت تاثیر نیروی جاذبه رسوب می نمایند.ذرات غبار در اثر نیروهای فیزیکی از ذرات بزرگتر حاصل می شوند.7

اسلاید 8: قطره (Droplet) ذره کوچک مایع دارای اندازه و وزن مخصوصی که در شرایط سکون سقوط می کند اما ممکن است در شرایط تلاطم (توربولانس) معلق بماند.8

اسلاید 9: خاکستر فرار (Fly Ash)ذرات بسیار کوچک خاکستر که در اثر احتراق مواد سوختی وارد جریان گاز دودکش شده و این ذرات ممکن است حاوی ذرات ناقص سوخته باشد. 9

اسلاید 10: تصویر میکروسکوپی از خاکستر فرار10

اسلاید 11: مه (Fog)اصطلاح 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

اسلاید 12: نمونه ای از مه در طبیعت12

اسلاید 13: فیوم یا دمه (Fume)ذرات جامدی که در اثر تراکم حالت گازی و معمولاً پس از تبخیر مواد ذوب شده و غالباً به همراه یک واکنش شیمیایی مثل اکسیداسیون تولید می شوند.فرایند جوشکاری یکی از منابع تولید فیوم است13

اسلاید 14: گازگاز یکی از سه حالت ماده است که شکل و حجم مستقل نداشته و تمایل به انبساط نامحدود دارد14

اسلاید 15: میست (Mist)اصطلاحی نامشخص برای ذرات بزرگ مایع با پراکندگی کم غلظتدر شکل روبرو ذرات درشت آب به صورت میست برای مدت زمان کوتاهی در هوا معلق هستند.15

اسلاید 16: ذره (Particle)جزأ کوچک مجزا از توده مایع و یا جامد را ذره گویند16

اسلاید 17: دود (Smog)ذرات کوچک حاصل از احتراق ناقص است که عمدتاً متشکل از کربن و سایر مواد قابل احتراق هستند.17

اسلاید 18: دوده (Soot)تصوير ميکروسکوپي از يک ذره دودهاجتماع ذرات کربن اشباع شده که با مواد قیری آمیخته اند و اصولاً در اثر احتراق ناقص مواد کربن دار به وجود می آیند، دوده می نامند.18

اسلاید 19: اتمسفر زمینبه 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

اسلاید 20: لایه های تشکیل دهنده اتمسفر20

اسلاید 21: تغییرات دمایی اتمسفر با افزایش ارتفاع21

اسلاید 22: عوامل جوی موثر در آلودگی هواپخش آلایند 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

اسلاید 23: بادحرکت افقی هوا را باد گویند.جریان باد باعث پخش و رقیق شدن آلودگی ها در هوا می گردد.میزان انتشار و انتقال هوای آلوده به سرعت و قدرت باد بستگی دارد.معمولاً بادهایی با سرعت بیش از 30 کیلومتر بر ساعت در انتقال و انتشار آلودگی ها موثر است. 23

اسلاید 24: جریان هواحرکت عمودی هوا را “جریان هوا” می نمامند.جریان های هوا نقش موثرتری از باد در کاهش آلودگی دارند. زیرا آلودگی را از سطح زمین (محل زندگی) دور می نماید.در طبقات فوقانی جو بادها شدیدتر هستند و اگر هوای آلوده به آنجا برد سریع تر رقیق می گردند.در مناطق کم فشار جریان عمودی رو به بالای هوا بیشتر است. در نتیجه هوا در این مناطق تمیز تر خواهد بود.در مناطق پرفشار جریان عمودی رو پایین هوا بیشتر است. در نتیجه هوای آلوده در اتمسفر به خوبی پخش نشده و آلودگی مدام افزایش می یابد.24

اسلاید 25: نقش ریزش های جوی در پاک سازی محیطباران، برف و... نقش موثری در شستشوی هوا و انتقال آلودگی از هوا به زمین دارد.25

اسلاید 26: مه به عنوان ماده سینرژیسم در آلودگی هواایجاد مه در هنگام اوج آلودگی هوا به دلیل ایجاد هسته های تراکم مواد آلاینده منجر به افزایش شدید آلودگی می گردد.در بسیاری از حوادث مهم آلودگی هوا مه نقش سینرژیسم داشته است. 26

اسلاید 27: دما در جودر لایه تروپوسفر با افزایش ارتفاع بایستی دما کاهش یابددر شرایط طبیعیاین کاهش به ازاء هر 100 متر یک درجه سانتیگراد است. این تغییر دما را Lapse Rate می نامند.27

اسلاید 28: شرایط ادیاباتیکاگر به ازاء هر 100 متر افزایش ارتفاع دمای هوا یک درجه کاهش یابد شرایط ادیاباتیک است28

اسلاید 29: شرایط سوپر ادیاباتیکاگر به ازاء هر 100 متر افزایش ارتفاع دمای هوا بیش از 1 درجه سانتیگراد کاهش پیدا نماید شرایط را سوپر ادیاباتیک می نامند.29

اسلاید 30: وارونگی دما (اینورژن)اگر به هر دلیلی با افزایش ارتفاع افزایش دما نیز به وجود آید وارونگی دمایی اتفاق افتاده است.در شرایط اینورژن حرکت عمودی هوا وجود نداشته و آلودگی ها محبوس می گردند. در نتیجه غلظت آلاینده ها در هوا افزایش می یابد.30

اسلاید 31: نمایی از وارونگی دمادر این تصویر می بینید که دود از ارتفاعی خواص بالاتر نمی رود

اسلاید 32: نمایی از وارونگی دمادر این تصویر می بینید که دود از ارتفاعی خواص بالاتر نمی رود

اسلاید 33: نمایی از وارونگی دمادر این تصویر می بینید که دود از ارتفاعی خواص بالاتر نمی رود

اسلاید 34: نمایی از وارونگی دمادر این تصویر می بینید که دود از ارتفاعی خواص بالاتر نمی رود

اسلاید 35: شرایط ایزوترمالدر صورتی که با افزایش ارتفاع تغییرات دمایی وجود نداشته باشد، شرایط ایزوترمال (خنثی) می باشد.35

اسلاید 36: پایداری و ناپایداری هوامعیار پایداری و ناپایداری هوا قابلیت ایجاد یک حرکت عمودی در هوا می باشد.اگر جزء سعود کننده هوا از محیط اطراف خود گرم تر باشد شرایط ناپایدار است.اگر جزء سعود کننده دمای خود را از دست بدهد و از دمای محیط سردتر گردد شرایط پایدار است.36

اسلاید 37: انواع وارونگی دما (اینورژن)اینورژن تشعشعیاینورژن فروکش37

اسلاید 38: حرکات دود پس از خروج از دود کشحرکت حلقه ايحرکت قيفيحرکت بادبزنيحرکت بالاروندهحرکت دوديحرکت محبوس38

اسلاید 39: حرکت حلقه اياين حرکت زماني رخ مي دهد که گراديان هوا در حالت فوق ادياباتيک بوده و هوا به شدت متلاطم باشد.اين حالت معمولاٌدر فصول گرم به همراه تابش شديد خورشيد ايجاد مي گردد.39

اسلاید 40: حرکت قيفيحرکت قيفي زماني رخ مي دهد که گراديان دمايي کمتر از ادياباتيک باشد ولي به حالت هم دمايي نرسد.40

اسلاید 41: حرکت بادبزنياين حرکت زماني ايجاد مي گردد که گراديان دمايي مثبت باشد. يعني زماني که وارونگي دمايي کل ستون دود را فرا گرفته باشد.41

اسلاید 42: حرکت بالا روندهاين حرکت زماني ايجاد مي گردد که تنها يک وارونگي دوما در پايين ستون دود وجود داشته باشد. 42

اسلاید 43: حرکت دودياين حرکت دود در زمان شکستن وارونگي دما ايجاد مي گردد و معمولاً در يک دوره نيم ساعته از بين مي رود.43

اسلاید 44: حرکت محبوساين حرکت دود زماني ظاهر مي گردد که ستون دود در بين پايه هاي وارونگي دما قرار گرفته باشد.44

اسلاید 45: تصویر ماهواره ای دود ناشی از آتش سوزی حیات وحش در کالیفرنیا45

اسلاید 46: اثرات جهاني آلودگي هواگرمايش جهانيافت ازن استراتوسفريباران هاي اسيديآئروسل46

اسلاید 47: گرمايش جهانيگرم 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 ها47

اسلاید 48: توانايي گازهاي گلخانه اي در گرمايش زمينطبقه بندي از لحاظ پتانسيل گرمايش زمين: کلروفلوروکربن ها، اکسيد نيتروس، متان و دي اکسيد کربنطبقه بندي از لحاظ کمي:در اکسيد کربن، متان، اکسيد نيتروس و کلروفلوروکربن ها48

اسلاید 49: تاثيرات گرم شدن زمينذوب يخهاي قطبيافزايش ارتفاع آب اقيانوسهاتغييرات آب و هوايي49

اسلاید 50: افت ازن استراتوسفريازن 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 خوردن تعادل چرخه ازن مي گردد.50

اسلاید 51: خطرات کاهش غلظت لايه ازنکاهش 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 معادل يک قسمت در يک بيليون قسمت (ppb) ازن است.51

اسلاید 52: باران اسيديوجود ترکيباتي همچون NOx و SOx در هوا منجر به توليد اسيد سولفوريک و اسيد نيتريک در هنگام بارندگي و کاهش pH آب باران مي شود.در توليد باران اسيدي SOx مهمتر از NOx است.52

اسلاید 53: چرخه باران اسیدی53

اسلاید 54: pH آبهای مختلف54

اسلاید 55: نمونه ای از اثرات بارانهای اسیدی55

اسلاید 56: آلودگي ناشي از آئروسل هامنابع 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

اسلاید 57: تصویر ماهواره ای از حرکت توده غبارتصویر روبرو توده های عظیم غبار از بیابان های عراق و عربستان را نمایش می هد که در حال وارد شدن به ایران است.57

اسلاید 58: نقش آئروسل ها در اتمسفرپراکندن و جذب اشعه هاي خورشيدي.جذب اشعه مادون قرمز بازتابي از زمين.موثر بر تعادل حرارتي کره زمين از طريق ايجاد هسته هاي تراکم جهت ايجاد ابر و يخ در هوا.58

اسلاید 59: قطر ذرات در آلودگي هواقطر ذراتي که در آلودگي هوا موثر هستند 0.01 تا 100 ميکرون استذرات بزرگتر از 10 ميکرون در هوا را ذرات ذرات قابل ته نشيني يا Dustfall گويند59

اسلاید 60: خواص سطحي ذرات از عوامل موثر در ته نشينيخواص سطحي ذرات عبارتند از:جذب بر جامداتجذب بر مايعاتجذب شيمياييچسبندگي60

اسلاید 61: انواع ذرات معلق در هواذرات معدنيذرات آليذرات بيولوژيکي61

اسلاید 62: روشهای کنترل آلودگی هوا

اسلاید 63: روشهای حذف گازهای آلاینده از هواجذب در مایعاتجذب سطحیچگالشسوزاندنبیوفیلتراسیون

اسلاید 64: جذب در مایعات این فرایند به کمک وسیله ای به نام اسکرابر انجام می گیرد.حلال مورد استفاده می تواند:آب، روغن های معدنی، آب آهک و... باشد.شرط انجام صحیح این فرآیند انتخاب حلال مناسب است.64

اسلاید 65: گازهای قابل حذف در کاربرد اسکرابرهاHCl، SO2، H2SO4، HCN، H2S، NH3، Cl2، بخارهای آلی همچون فرمالدوئید، اتیلن و بنزن.امکان تصفیه گازهای داغ خروجی از صنایع به کمک اکرابرها وجود دارد.65

اسلاید 66: جذب سطحیجذب می تواند به کمک مواد جاذبی همچون کربن فعال انجام می گیرد.موادی همچون ترکیبات آلی، گازهای آلاینده و ترکیبات مولد بو می توانند توسط جاذبهای مختلف حذف گردند.66

اسلاید 67: چگالشدر این روش با کاهش دما مواد آلاینده را از حالت گاز به مایع تبدیل می نمایند.دمای کم و فشار بالا به فرایند چگالش کمک می نماید.

اسلاید 68: سوزاندندر دمای بالا مواد آلی به دی اکسیدکربن و آب تبدیل می گردند.به دلیل هزینه بالای 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، اختلاط کامل

اسلاید 69: بیوفیلتراسیونبیوفیلترها سازگاری بسیار بالایی با محیط زیست داشته و قادر به حذف انواع آلاینده ها با غلظتهای بسیار کم از محیط می باشند.

اسلاید 70: بیوفیلتر خاکی

اسلاید 71: نمایی از یک بیوفیلتر

اسلاید 72: بیوفیلترهای صنعتی

اسلاید 73: روشهای حذف ذرات آلاینده از هواته نشین کننده های ثقلیجداسازهای سانتریفوژی (سیکلونها)الکتروفیلترهاانواع فیلترهااسکرابرها

اسلاید 74: ته نشین کننده های ثقلییکی از ساده ترین وسایل کنترل آلودگی هوا در صنایع 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 50 میکرون موثر است.

اسلاید 75: نمایی از ته نشین کننده های ثقلی

اسلاید 76: راه بندهادر این روش از صفحات راه بند به منظور کاهش سرعت ذرات و ته نشینی آنها استفاده می شود.راه بندها می توانند به دو صورت تر و خشک مورد استفاده قرار گیرد.در هنگام کاربرد راه بندهای تر علاوه بر ذرات، برخی گازهای آلاینده نیز حذف می گردند.

اسلاید 77: نمونه هایی از راه بندها

اسلاید 78: سیکلونهاسیکلونها بر اساس نیروی گریز از مرکز جداسازی ذرات را انجام می دهند.سیکلونها قادرند ذراتی با قطر 5 میکرون را نیز به راحتی از هوا جدا سازند.سیکلونها نیز می توانند برای افزایش راندمان به صورت مرطوب نیز به کار گرفته شوند.

اسلاید 79: نمونه ای از سیکلون

اسلاید 80: رسوب دهنده الکترواستاتیککاربرد این روش در حذف ذرات کوچکتر از 10 میکرون می باشد.این روش بسیار موثر لیکن گران قیمت می باشد.این روش منحصراً قادر به حذف ذرات می باشد.این روش نیازمند ولتاژ بالا و نیروی متخصص می باشد.

اسلاید 81: ساختار رسوب دهنده های الکترو استاتیک

اسلاید 82: اسکرابرهای تراساس کار این روش شستشوی گاز به کمک یک حلال 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.

اسلاید 83: نمونه ای از اسکرابر تر

اسلاید 84: نمونه ای از اسکرابر تر (ونچوری اسکرابر)

اسلاید 85: نمایی از دستگاه ونچوری اسکرابر

اسلاید 86: نمایی از دستگاه اسکرابر معمولی

اسلاید 87: فیلترهای فابریکاین 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 (HEPA) قادر به حذف 97/99 درصد ذرات 3/0 میکرون هستند.

اسلاید 88: نمونه ای از فیلتر های هوا از نمای نزدیک کاغذی هوا

اسلاید 89: نحوه نصب فیلترهای فابریک

اسلاید 90: نمای نزدیک یک فیلتر فابریک پارچه ای

اسلاید 91: تصویر میکروسکوپی از فیلترهای HEPA