دانلود مقاله آلاینده های شیمیایی هوا

مقدمه کلی آلاینده‌ها بر حسب ترکیب شیمیایی‌شان به دو گروه آلی و معدنی تقسیم می‌شوند.

ترکیبات آلی حاوی کربن و هیدروژن هستند.

برخی از ذرات آلی که بیش از سایر ذرات آلی در اتمسفر یافت می‌شوند عبارتند از: فنلها ، اسیدهای آلی و الکلها و معروفترین ذرات معدنی موجود در اتمسفر عبارتند از نیتراتها ، سولفاتها و فلزاتی مانند آهن ، سرب ، روی و وانادیم.

منابع آلاینده‌ها هوا دارای آلاینده‌های طبیعی نظیر هاگهای قارچها ، تخم گیاهان ، ذرات معلق نمک و دود و ذرات غبار حاصل از آتش جنگلها و فوران آتشفشانهاست.

همچنین هوا حاوی گاز منو اکسید کربن تولید شده به شکل طبیعی (CO) حاصل از تجزیه متان (CH4) و هیدروکربنها به شکل ترپنهای ناشی از درختان کاج ، سولفید هیدروژن (H2S) و متان (CH4) حاصل از تجزیه بی‌هوازی مواد آلی می‌باشد.

منابع آلاینده‌ها را بطور کلی می‌توان در چهار گروه اصلی طبقه بندی کرد: حمل و نقل متحرک ، احتراق ساکن ، فرآیندهای صنعت ، دفع مواد زاید جامد .

متان هیدروکربنها ترکیبات آلی که تنها دارای هیدروژن و کربن هستند به نام هیدروکربن نام می‌گیرند که بطور کلی به دو گروه آلیفاتیک و آروماتیک تقسیم می‌شوند.

هیدروکربنهای آلیفاتیک گروه هیدروکربنهای آلیفاتیک شامل آلکانها ، آلکنها و آلکین‌ها هستند.

آلکانها عبارتند از: هیدروکربنهای اشباع شده که در واکنشهای فتوشیمیایی اتمسفر نقش ندارند.

الکنها که معمولا به نام اولفین‌ها خوانده می‌شوند.

اشباع نشده هستند و در اتمسفر از لحاظ فتوشیمیایی تا حدودی فعال‌اند.

این گروه در حضور نور خورشید با اکسید نیتروژن در غلظتهای زیاد واکنش نشان می‌دهند و آلاینده‌های ثانوی مانند پراکسی استیل نیترات (PAN) و ازن (O3) را بوجود می‌آورند.

هیدروکربنهای آلیفاتیک تولید شده تا حدود (326mg/m3) برای سلامت انسان و جانوران خطرساز نیست.

آلکان هیدروکربنهای آروماتیک هیدروکربنهای آروماتیک که از لحاظ بیوشیمیایی و بیولوژیکی فعال و برخی از آنها بالقوه سرطانزا هستند یا از بنزن مشتق شده‌اند و یا به آن مربوط می‌شوند.

افزایش میزان ابتلا به سرطان ریه در نواحی شهری به هیدروکربنهای چند هسته‌ای خارج شده از اگزوز اتومبیل‌ها نسبت داده شده است.

بنزوپیرین سرطانزاترین هیدروکربنهاست.

بنزاسفنانتریلین ، بنزوانتراسین و کریزین هم مواد سرطانزای ضعیف‌اند.

هیدروکربن آروماتیک منابع هیدروکربنها میل‌لنگها و کاربراتورها ، بیشترین درصد آزادسازی هیدروکربنها را به خود اختصاص داده‌اند تجهیزات سوزاننده مکمل که با کاتالیست کار می‌کنند هیدروکربنها آزاد شده و منو اکسید کربن را سوزانده و تولید CO2 و آب می‌نمایند.

تکنولوژی کنترل هیدروکربنهای متصاعد شده از منابع ساکن تکنولوژی کنترل هیدروکربنهای متصاعد شده از منابع ساکن عبارتند از: خاکستر سازی ، جذب ، تراکم و جایگزین نمودن سایر مواد.

فرآیند خاکسترسازی با دستگاههای سوزاننده مکمل و دستگاههای سوزاننده مکمل کاتالیستی صورت می‌گیرد.

جذب سطحی توسط کربن فعال صورت می‌گیرد و جذب هیدروکربنها بوسیله یک محلول شوینده در برجهای سینی‌دار ، شوینده‌های جت و برجهای آکنه ، برجهای پاشنده و شوینده‌های ونتوری صورت می‌گیرد.

منو اکسید کربن گاز منو اکسید کربن بیرنگ ، بی‌مزه و بی‌بو است و در شرایط عادی از لحاظ شیمیایی بی‌اثر و طول عمر متوسط آن در اتمسفر حدود 2.5 ماه است.

در حال حاضر مقدار منو اکسید کربن در اتمسفر بر روی اموال انسانی ، گیاهان و اشیا بی‌اثر یا کم‌اثر است در غلظتهای زیاد منو کسید کربن به علت تمایل زیاد به جذب هموگلوبین می‌تواند در متابولیسم تنفسی انسان بطور جدی اختلال ایجاد نما‌ید.

غلظت منو اکسید کربن در نواحی متراکم شهری که ترافیک سنگین و حرکت خودروها کند است به میزان قابل توجهی افزایش می‌یابد منابع کربن ، منو کسید کربن طبیعی و انسانی هستند.

طبق گزارش آزمایشگاه ملی آرگون در اثر اکسیداسیون گاز متان حاصل از مرگ گیاهان سالانه 13.2 میلیون تن CO وارد طبیعت می‌شود.

منبع دیگر تولید این ماده متابولیسم انسانی است بازدم شخصی که در حال استراحت است بطور تقریبی حاوی CO1ppm است.

استانداردهای کنترل منو کسید کربن اکسید های گوگرد این اکسیدها شامل 6 ترکیب مختلف گازی هستند: منو اکسید سولفور (SO) ، دی ‌اکسید سولفور (SO2) ، تری اکسید سولفور (SO3) تترا اکسید سولفور (SO4) ، سکو اکسید سولفور (SO2) و هپتو اکسید سولفور (S2O7) در مطالعه آلودگی هوا دی اکسید سولفور و تری اکسید سولفور حائز بیشترین اهمیت است.

با توجه به پایداری نسبی SO2 در اتمسفر این کار می‌تواند به عنوان یک عامل اکسید کننده و یا احیا کننده وارد عمل شود.

SO2 که با سایر اجزای موجود در اتمسفر به شکل فتوشیمیایی یا کاتالیستی وارد واکنش می‌شود می‌تواند قطرات اسید سولفوریک (H2SO4) و نمکهای اسید سولفوریک را تولید بکند.

SO2 با آب وارد واکنش شده و تولید سولفورو اسید می‌نماید این اسید ضعیف با بیش از 80% SO2 آزاد شده در اتمسفر ناشی از فعالیتهای انسانی به سوزاندن سوختهای جامد و فسیلی مربوط می‌شود.

استانداردهای کنترل اکسیدهای ‌سولفور روشهای گسترده جهت کنترل اکسید سولفور عبارتند از: بکارگیری سوختهای دارای گوگرد کمتر ، جداسازی گوگرد از سوخت ، جایگزین ساختن منابع انرژی‌زای دیگر ، تبدیل زغال سنگ به مایع یا گاز ، پاکسازی محصولات حاصل از احتراق.

اکسیدهای نیتروژن شامل منو اکسید نیتروژن (NO) ، دی اکسید نیتروژن (NO2) ، نیترو اکسید (N2O) نیتروژن سیسکواکسید (N2O3) ، نیتروژن تترااکسید (N2O4) و نیتروژن پنتواکسید (N2O5) هستند.

دو گاز مهمی که در آلودگی هوا مهم‌اند عبارتند از: اکسید نیتریک (NO) و دی اکسید نیتروژن ، دی اکسید نیتروژن که از هوا سنگینتر و در آب محلول است در آب تشکیل اسیدنیتریک و یا اسیدنیترو و یا اکسیدنیتریک (NO) می‌دهد.

اسیدنیتریک و اسیدنیترو در اثر بارندگی به سطح زمین سقوط کرده یا با آمونیاک موجود در اتمسفر (NH3) ترکیب شده آمونیم نیترات (NH4NO3) بوجود می‌آورد.

NO2 یکی از اجزای غذایی گیاهان را تشکیل می‌دهد.

NO2 که در دامنه تشعشع فوق‌بنفش جاذب خوب انرژی به شمار می‌رود در تولید آلاینده‌های ثانوی هوا از قبیل ازن O3 نقش مهمی دارد مقدار NO آزاد شده در اتمسفر به مراتب بیش از مقدار NO2 آزاد شده است.

NO در فرآیندهای احتراقی با دمای زیاد و در اثر ترکیب نیتروژن و اکسیژن NO بوجود می‌آید.

منابع اکسیدهای نیتروژن برخی از اکسیدهای نیتروژن به صورت طبیعی و برخی به صورت انسانی ایجاد می‌شوند.

در اثر آتش‌سوزی جنگل مقدار اندکی NO2 ایجاد می‌شود.

تجزیه باکتریایی مواد آلی نیز سبب آزاد شدن NO2 در اتمسفر می‌شود.

در واقع منابع تولید کننده NO2 بطور طبیعی تقریبا 10 برابر منابع انسانی که در نواحی شهری دارای تراکم و غلظت هستند می‌باشد.

بخش عمده NO2 تولید شده از منابع انسانی مربوط به احتراق سوخت در منابع ساکن و حرکت وسائط نقلیه می‌باشد.

استانداردهای کنترل اکسیدهای نیتروژن بطور کلی اغلب اندازه گیریهای کنترلی برای NO2 آزاد شده در راستای محدود ساختن شرایط احتراق و کاهش تولید NO2 و همچنین استفاده از تجهیزات متنوع برای حذف NO2 از جریان گازهای خروجی انجام می‌شوند.

اکسید کننده‌های فتوشیمیایی اکسید ‌کننده‌ها یا اکسید کننده‌های کامل دو عبارتی هستند که برای توصیف مقادیر اکسید ‌‌کننده‌های فتوشیمیایی بکار می‌روند و معمولا نشان‌دهنده قدرت اکسید کنندگی هوای اتمسفر می‌باشند.

ازن (O3) که اکسید‌ کننده فتوشیمیایی اصلی است در حدود 90 درصد از اکسید کننده‌ها را بخود اختصاص می‌دهد.

سایر اکسید کننده‌های فتوشیمیایی مهم در کنترل آلودگی هوا عبارتند از: اکسیژن نوزاد (O) ، اکسیژن مولکولی برانگیخته (O2) ، پروکسی آسیل نیترات (PAN) ، پروکسی پروپانول نیترات (PPN) ، پروکسی بوتیل نیترات (PBN) ، دی اکسید نیتروژن (NO2) ، پراکسید هیدروژن (H2O2) و الکیل نیتراتها.

اثرات اکسید‌کننده‌ها اثرات اکسید‌کننده‌ها بر سلامتی انسان می‌تواند موجب سرفه ، کوتاهی نفس ، گرفتگی راه عبور هوا ، گرفنگی و درد قفسه سینه ، عملکرد نامناسب ششها ، تغییر سلولهای قرمز خون ، آماس خشک و سوزش چشم ، بینی و گلو شوند.

اکسید ‌کننده‌های اصلی که به گیاهان آسیب می‌رسانند عبارتند از PAN , O3 که از خلال روزنه‌های موجود در برگ وارد گیاه شده و در متابولیسم سلول گیاهی دخالت می‌کنند.

علائم بوجود آمده از تماس گیاه با PAN عبارتند از: برونزه شدن ، براق شدن و نقره‌ای شده سطح زیرین برگها.

تماس متناوب اکسید ‌کننده‌ها با گیاهان موجب کاهش محصولات می‌شود.

اکسید‌ کننده‌ها به سرعت با رنگها ، الاستومرها (اکسید ‌کننده‌ها) الیاف پارچه‌ای و رنگهای نساجی واکنش نشان داده و آنها را اکسید می‌کند.

استانداردهای کنترل اکسید ‌کننده‌ها این نکته روشن شده است که حتی اگر هیچ هیدروکربنی در اتمسفر وجود نداشته باشد تا زمانی که CO و NO2 حضور دارند مقادیر قابل ملاحظه‌ای از ازن می‌تواند تولید شود.

در حال حاضر علیرغم کوششهای منظم بر روی کنترل CO ، هیدروکربنها و NO2 مقادیری از این آلاینده‌ها که برای ایجاد ازن فتوشیمیایی کافی هستند، همچنان در اتمسفر وجود دارد.

آلودگی هوا در محیط های بسته متخصصان اعلام کرده اند که آلاینده های هوا و مواد سمی و خطر ناک در داخل خودرو ها ۱۰ برابر بیشتر از محیط بیرون خودروها است.

براساس یک تحقیق ۲ساله که بیش از پانصد هزار دلار هزینه داشت، برای اولین بار ذرات معلق داخل خودروها را در شرایط مختلف رانندگی و وضعیت های متفاوت ترافیکی آمریکا اندازه گیری کرده اند.

هدف از این بررسی تعیین مدت زمانی است که رانندگان شهر های بزرگ در معرض آلاینده های ناشی از خودروها قرار دارند.

البته بخشی از این تحقیق به سنجش میزان آلاینده های داخل اتوبوس مدارس، اختصاص یافت.

همچنین طبق بررسی هایی که روی سایر آلاینده ها انجام شده است، متخصصان متوجه شده اند که مقدار هیدروکربن و منواکسید کربن نیز در داخل خودروها حدود ۵ الی ۱۰ برابر بیشتر از خیابان ها و محیط اطراف ایستگاه های اندازه گیری آلاینده ها است.

نتایج مشابهی نیز برای چند آلاینده دیگر مانند: بنزن، تولوئن و چند ماده سمی دیگر به دست آمده است.

طبق گفته این کارشناسان افرادی که در خودرو ها از کولر استفاده می کنند به اندازه افرادی که دریچه های تهویه هوای خودروها را باز می گذارند، در معرض آلودگی هوا قرار دارند، البته آلودگی هوا در محیط های بسته به همین جا ختم نمی شود.

بلکه هوای داخل ساختمان اداره ها هم کارمندان را بیمار می کند.

افرادی که ساعت های متوالی در یک اتاق بسته می نشینند و هیچ ارتباطی با هوای بیرون ندارند، بیشتر از حد معمول دچار سردرد، گلودرد، خارش چشم، سرماخوردگی، حساسیت و آنفلوآنزا می شوند.

هوای داخل ساختمان اداره ها که کارمندان مدت زمان قابل توجهی از روز را در آن فضا می گذرانند به طور روز افزون آلوده به باکتری ها، کپک ها، حلال های ضد عفونی کننده و دیگر آلاینده ها است.

صرف نظر از محل کار و خودروی شخصی یا عمومی که هر روز به نوعی با آنها سروکار داریم، منزل را نیز نباید فراموش کرد، به طوری که از بین افرادی که در سال گذشته میلادی جان خود را به علت آلودگی هوا از دست داده اند، حدود ۸۰ درصد آنها به طور مستقیم و غیر مستقیم تحت تاثیر آلودگی هوای داخل ساختمان ها جان خود را از دست داده اند.

زنان که بیشترین مسئولیت را در کار های منزل برعهده دارند، اکثرا در معرض دود و دیگر آلاینده های درون ساختمان ها قرار دارند و در برابر آلودگی ها آسیب پذیر هستند.

همچنین مواد شیمیایی به کار رفته در انواع مبلمان و وسائل منزل مانند رنگ های شیمیایی، به مرور زمان موجب انتشار برخی ذرات شیمیایی خطرناک در محیط خانه و باعث رشد موجودات میکروسکوپی مانند قارچ ها و کپک ها می شود که می توانند موجب سردرد، حساسیت و غیره شوند.

البته نباید فراموش کرد که ماهیت آلودگی هوای داخل فضا های بسته با آلودگی هوای محیط اطراف متفاوت است.

آلاینده های اصلی داخل ساختمان ها عبارتند از: فرم آلدئید و تری کلرواتیلن که عمدتا از لوازم منزل، مواد ساختمانی و مواد شیمیایی مورد استفاده در فعالیت های خانگی منتشر شده و تا مدت زیادی در این فضا باقی می مانند.

طبق بررسی های دانشگاه «استین» در ایالت تگزاس، بعد از تهویه مستمر، استفاده حداکثر از گلدان و گیاهان آپارتمانی برای بهبود هوا توصیه می شود.

در ضمن حمام ها و ماشین های لباس شویی و ظرف شویی از مهم ترین منابع آلودگی هوای منازل مسکونی هستند.

براساس تحقیقات کارشناسان محیط زیست در دانشگاه استین، آب مصرفی یا آشامیدنی در منازل حاوی ذرات بسیار کوچک شیمیایی مانند کلر و رادون است و هنگامی که آب گرم می شود، این مواد تبخیر شده و به هوا منتقل می شوند و افراد با تنفس این هوای آلوده در معرض خطرات این مواد قرار می گیرند.

اثرات این مواد در هوا بسیار بیشتر از زمانی است که در آب آشامیدنی وجود دارند.

در تمام این بررسی ها، کارشناسان به این نتیجه رسیدند که غلظت تمام آلاینده های آزمایش شده در هوای داخل ساختمان، بسیار بیشتر از غلظت آن در هوای محیط بیرون بوده است و تهویه مناسب در داخل ساختمان می تواند شدت آلودگی این مواد در داخل ساختمان را به طرز چشمگیری کاهش دهد.

احتراق و آلودگی هوا مقدمه اگر چه احتراق یا خاکسترسازی از منابع اصلی آلودگی هوا هستند ، اما در فرآیند کنترل آلودگی هوا ، هدف از آن عبارت است از تبدیل آلاینده‌های هوا به دی اکسید کربن بی‌خطر یا آب.

دستگاه احتراق به منظور کنترل نشر آلاینده‌های هوا در جهت متمایل ساختن واکنشهای اکسیداسیون تا حد ممکن به سوی کامل شدن و باقی گذاشتن حداقل ترکیبات سوخته نشده طراحی می‌شود برای دستیابی به بازده مناسب در احتراق تلفیق مطلوب چهار عامل اصلی اکسیژن ، دما ، آشفتگی و زمان ضروری است.

در حین احتراق مقدار اکسیژن قابل دسترسی تعیین کننده محصولات نهایی بدست آمده است.

در اکسیداسیون اندک ، دوده و منو اکسید کربن محصولات فرعی احتراق‌اند در حالی که با وجود اکسیزن کافی ، منو اکسید کربن محصول فرعی احتراق خواهد بود.

اگر چه احتراق به محض آنکه یک ماده به نقطه شروع سوختن می‌رسد آغاز می‌شود، اما برای کنترل آلودگی هوا لازم است دما در نقطه خاکسترسازی ، جایی که گرمای بوجود آمده در اثر واکنش بیشتر از گرمای به هدر رفته در محیط اطراف است نگاهداشته شود.

برای مخلوط نگاه داشتن اکسیژن با مواد قابل احتراق لازم است آشفتگی توسط پره‌ها یا نازلهای تزریق بوجود آید.

طبقه بندی روشهای احتراق آلاینده‌ها برحسب آلاینده‌هایی که قرار است اکسید شود، روشهای احتراق شعله مستقیم ، ممکن است احتراق گرمایی یا احتراق کاتالیستی برای کنترل آلودگی هوا بکار روند.

احتراق شعله مستقیم در احتراق مستقیم گازهای زاید مستقیما در یک دستگاه احتراقی همراه و یا بدون وجود سوخت کمکی سوزانده می‌شوند.

در برخی مواقع ارزش حرارتی و اکسیژن موجود در گازهای زاید به منظور ارائه سوختن گازها کافی‌است در برخی موارد دیگر وارد کردن هوا و یا افزودن مقدار اندکی سوخت کمکی مخلوط گازی را به نقطه احتراق خود می‌رساند.

این دستگاهها معمولا واحدهای احتراقی انتها آزاد هستند که در محیط بازو در پایان یک جریان گاز زاید در قسمت فوقانی یک دودکش قرار گرفته‌اند و به منظور اطمینان یافتن از سوختن پیوسته مجهز به شمعک‌هایی می‌باشند.

گر چه سوختن شعله یک روش نسبتا اطمینان بخشی برای دفع مقادیر زیادی از گازهای زاید شدیدا قابل احتراق به شمار می‌روند، ولی این روش ایده‌آل نیست.

در صورتی که از گرمای حاصل از این سیستم‌ها به عنوان گاز بویلرها به سایر عملیات استفاده نشود مقادیر عظیمی از انرژی حرارتی که با در نظر گرفتن کاهش منابع سوخت فسیلی دارای اهمیت است به هدر خواهند رفت.

فرآیندهای احتراق شعله مستقیم در صورتی که گاز زاید به خودی خود تامین کننده بیش از 50 درصد کل ارزش حرارتی مورد نیاز برای خاکسترسازی می‌باشد از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه خواهد بود.

احتراق گرمایی در صورتی که غلظت گازهای آلاینده قابل احتراق برای انجام احتراق شعله مستقیم بسیار اندک باشد یک خاکستر ساز گرمایی یا پس سوزی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

بطور کلی گاز زاید غالبا بوسیله یک مبدل حرارتی پیشگرم می‌شود.

مبدل حرارتی از گرمای ایجاد شده بوسیله خاکسترساز گرمایی استفاده می‌کنند.

گاز پیشگرم شده به قسمت احتراقی که مجهز به یک مشعل دارای سوخت کمکی است رانده می‌شود.

دمای عملیاتی بستگی به ماهیت آلاینده‌ها در جریان گاز زاید دارد.

دماهای متداول بین 583 تا 927 درجه سانتی گراد تغییر می‌کنند در حالیکه بعضا این دما تا 1093 درجه سانتیگراد نیز افزایش می‌یابد.

از آنجا که سوختن ناقص منجر به ایجاد محصولات فرعی ناخواسته (عمدتا منو اکسید کربن) می‌شود زمان ، دما ، آشفتگی و جریان اکسیژن باید با دقت کنترل شوند.

این واحدها در کنترل نشر آلاینده‌های گازی صنایعی مانند تهیه قهوه و دودی کردن گوشت و ماهی از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند.

احتراق کاتالیستی احتراق یا خاکسترسازی کاتالیستی روش دیگری است که در مواقعی که مواد قابل احتراق در گاز زاید برای ایجاد شعله مستقیم ناکافی است، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کاتالیست سرعت اکسیداسیون را ، بی‌آنکه خود تحت واکنش شیمیایی قرار بگیرد، افزایش می‌دهد بدین ترتیب زمان توقف لازم را برای تکمیل فرآیند خاکسترسازی کاهش می‌دهد.

خاکسترسازی گرمایی زمان اقامت بین 20 تا 50 برابر بیشتر از زمان توقف در خاکسترسازهای کاتالیستی است.

ساختمان یک خاکستر ساز کاتالیستی معمولا یک خاکسترساز کاتالیستی از یک قسمت پیشگرم کننده و یک قسمت کاتالیستی تشکیل می‌یابد و حتی با وجود آنکه سیستم‌های کاتالیستی سرد در حال حاضر در دمای محیط کار می‌کنند، نیازمند پیشگرم نیستند و در چنین سیستمی شعله مستقیم وجود ندارد.

اگر چه سطح کاتالیست دارای درخشندگی است.

معمولا در محفظه پس سوز یک دمنده برای مخلوط کردن گازها و توزیع یکنواخت آنها بر روی کاتالیست ، قرار دارد.

مزایا و معایب فرآیند احتراق کاتالیستی بازده این قبیل خاکسترسازها بستگی به عوامل بسیاری دارد که از آن جمله می‌توان از غلظت آلاینده ، دمای جریان گاز ، غلظت اکسیژن زمان تماس و نوع کاتالیست نام برد دستیابی به بازده بیشتر از 90% امری غیر ممکن بنظر می‌رسد.

فرآیندهای احتراق کاتالیستی به منظور کنترل میزان نشر NO2SO2 هیدروکربنها و منو اکسید کربن مورد استفاده قرار گرفته‌اند مشکلات اصلی سیستم‌های کاتالیستی عبارتند از: مخارج زیاد تعمیر و نگهداری و همچنین مسموم شدن کاتالیست متان آلکان هیدروکربن آروماتیک N2O3 NO2 H2O2 دوده کربن نمای داخلی سوختن