دانلود تحقیق بررسی آلودگی مونوکسیدکربن در تونل محور هراز

مونوکسیدکربن یکی از آلاینده های مهم هوا به شمار می رود که آثار مخرب زیادی بر سلامتی انسان می سازد. همچنین به عنوان گاز شاخص در طراحی تهویه تونل ها استفاده می شود. به همین منظور در این مطالعه، غلظت مونوکسیدکربن در 5 تونل محور هراز، در سه روز هر روز در دو مرحله، صبح و عصر به وسیله دستگاه گازآنالایزر، مدل 70 Emicont اندازه گیری شد. نمونه برداری به مدت 6 دقیقه در ارتفاع یک متری از سطح زمین (ارتفاع تنفسی)، در فصل بهار انجام شد. نتایج حاصل نشان دهنده غلظت های بالایی از این گاز در تونل های مورد بررسی است. غلظت مونواکسید کربن در دامنه ای از pmm 9 تا 300 تغییر داشته است. غلظت های مشاهده از مونواکسید کربن، همبستگی مثبت با طول تونل و همچنین میزان تردد واقعی را نشان داده است.

بشر علی رغم دستیابی به سیارات و کرات دیگر و با وجود پیشرفت سریع فناوری، متاسفانه هنوز نتوانسته است محیطی را که خود در آن زندگی می کند، مدیریت کند و این مسئله منجر به بحران های محیط زیستی شده است، بحران هایی که به اشکال گوناگون مانند: تخریب لایه ازن، گرم شدن زمین، تغییرات اقلیمی، آلودگیهای مختلف هوا ، آب ، خاک و غیره خود را نشان می‌دهد. که در نهایت انسانی که به دلیل منافع زودگذر خود باعث به وجود آمدن چنین اختلالات و نابسمانی هایی در سازوکار این جهان منظم شد، خود در بیشتر موارد به طور جبران ناپذیری، متضرر می شود.
امروزه آلودگی هوا یکی از مشکلات کشورهاست. به طور کلی افزایش روند صنعتی شدن، گسترش شهرهای بزرگ و به تبع آنها توسعه صنعت حمل و نقل، همگی دست به دست یکدیگر داده اند تا بشر به نوعی دیگر، در محیط زیست خود تغییر ایجاد کند، تغییری بسیار تهدید کننده، یعنی آلودگی هوا. فعالیت های مختلف بشری سهم متفاوتی در آلودگی هوا دارند، که در بین منابع آلوده کننده هوا، نقل و انتقالات، منشاء اصلی آلودگی هوا محسوب می شود. یکی ازعمده ترین گازهای ناشی از حمل و نقل، مونوکسید کربن است.
یکی از نقاطی که این گاز می تواند تا میزان خطرناکی بالا رود، تونل هاست. با توجه به کوهستانی بودن ایران، وجود تونل ها در جاده های بین شهری مسئله ای گریزناپذیر است. در ایران این تونل ها اغلب از تهویه لازم و مناسب، برخوردار نیستند، به همین دلیل گازهای خارج شده از اگزوز اتومبیل ها در محیط تونل تجمع یافته و غلظت های خطرناکی را به وجود می آورند، که البته می تواند منجر به حوادث ناخوشایندی شود.
به عنوان مثال: جاده هراز از جمله جاده های مهم و پر تردد کشور بوده که از آمل تا رودهن کشیده شده است. با توجه به کوهستانی بودن آن، این جاده از دل کوه های زیادی عبور می کند و به همین دلیل 16 تونل در مسیر این جاده قرار دارد، که هدف این مطالعه نیز بررسی میزان مونوکسید کربن در تونل های این جاده است، این گاز به عنوان گاز شاخص در طراحی تهویه تونل، مدنظر قرار می گیرد.
تعریف CO:
مونوکسید کربن یکی از عمومی ترین و گسترده ترین آلاینده های هواست. گازی بی رنگ، بی بو و بی مزه، که به طور خیلی ضعیف در آب قابل حل می باشد. این گاز چگالی کمتری نسبت به هوا دارد. به دلیل ترکیبی بالای مونوکسید کربن با هموگلبین خون که 200 تا 250 بار بیشتر از اکسیژن است، جزء آلاینده های مهم به شمار می رود. بر اثر این میل ترکیبی، در محیطی که مونوکسید وجود داشته باشد، این ترکیب در خون انسان جای اکسیژن را گرفته و به جای ایجاد اکسی هموگلوبین، کربوکسی هموگلوبین تولید می شود.
این گاز در اثر احتراق ناقص سوخت های کربن دار در شرایط نامناسب به وجود می آید. مطالعات نشان می دهد که بیش از 70% از مونواکسید کربن منتشر شده درهوا درجریان عملیات حمل و نقل و حرکت خودروها تولید می شود. اما در بین وسایط نقلیه موتوری، موتورهای بنزینی بزرگترین سهم را در تولید مونوکسید کربن دارا هستند. در پارکینگ های زیرزمینی و چند طبقه، تونل های جاده ها، محیط های کوچک محصور، در صورت احتراق موتورها در شرایط تهویه ناکافی، میانگین مونوکسیدکربن می تواند تا pmm 100 برای چندین ساعت بالا برود، با پیک های ناپایدار که می توانند بسیار بالاتر باشند. تقریبا 80 تا 90 درصد مونوکسید کربن، جذب شده و موجب کاهش در ظرفیت حمل اکسیژن خون می شود. هنگامی که حدود 50% هموگلبین با مونوکسیدکربن ترکیب شود، خون از گاز تقریبا اشباع شده و موجب مرگ می شود. مونوکسیدکربن یکی از عمده ترین دلایل مسمومیت های ناخواسته منجر به مرگ است. به دلیل میل ترکیبی بالای مونوکسیدکربن با هموگلبین،در صورتی که میزان کمی از این گاز هم درهوا وجود داشته باشد، کربوکسی هموگلبین تشکیل می شود. باتوجه به غلظت حجمی اکسیژن در هوا به میزان 9/20 درصد، نسبت HbCo (کربوکسی هموگلبین) به HbCo (اکسی هموگلبین) به طور طبیعی حدود 01/0 است. میزان HbCo در خون بستگی به غلظت منواکسیدکربن در هوایی که در آن تنفس می کنیم، خواهد داشت، اما تولید HbCo در خون یک تحول برگشت پذیر است. در صورت کاهش مونوکسید کربن در هوای محیط، HbCo تجزیه شده و مونوکسیدکربن از طریق تنفس از بدن دفع می شود. علایم بیشماری در مورد اثر مونوکسیدکربن موجود در محیط بر انسان وجود دارد. ارگان ها و بافت هایی که اغلب متاثر می شوند، شامل: مغز،سیستم عروقی، اعمال ماهیچه اسکلتی و جنین در حال رشد می باشد.
نکته قابل توجه اینکه نیمه عمر این گاز در جنین بسیار طولانی تر از مادران است( 1999 ،WHO). میزان استاندارد اولیه مونوکسیدکربن توسط HWO، pmm 9(10 میلی گرم بر مترمکعب) متوسط هشت ساعته و pmm 35(40 میلی گرم بر مترمکعب) متوسط یک ساعته تعیین شده است.


انواع مطالعاتی که در مورد تونل ها انجام شده است:
Bendelius در سال 2003 مطالعه ای در مورد تهویه تونل انجام داد. در این پژوهش به رابطه میزان و ترکیب ترافیک در تولید انواع گازهای آلاینده و ارتباط آن با نحوه طراحی تهویه پرداخته شده است. در این بررسی عمده ترین ترکیبات برون ریز از موتورهای بنزینی را مونوکسیدکربن، دی اکسیدکربن، دی اکسید گوگرد ، اکسیدهای نیتروژن و هیدروکربن های نسوخته و در مورد موتورهای دیزلی، اکسیدهای نیتروژن، دی اکسیدکربن و دی اکسید گوگرد تشکیل می دهد همچنین در این مطالعه بیان شده است که تولید گازهای آلوده کننده توسط خودروها به عواملی چون سرعت، شیب، ارتفاع محل و ضوابط کشور درباره عمر خودروها بستگی دارد. دود خودروهای گازوییلی به وزن و سرعت خودرو و شیب و ارتفاع جاده، عمر خودرو و کیفیت نگهداری آن بستگی دارد.
More در سال 1999 آلودگی هوای ناشی از تهویه تونل را در سیدنی مورد بررسی قرار داد. در این مطالعه نگرانی موجود در مورد تهویه هوای فیلتر نشده و متاثر شدن افراد ساکن اطراف تونل توسط گازهای آلاینده تهویه شده از تونل، مطرح شد. این توده های هوای تهویه شده از تونل، از نظر آلودگی و غلظت نسبت به استانداردهای بین المللی بسیار خطرناک بوده در شرایط جوی خاص، به طرف محل سکونت ساکنان در اطراف تونل کشیده خواهد شد.
برای حل این مشکل، دو راه حل ارائه شده:
1- واکنش سریع برای کاهش انتشارات وسائط نقلیه؛
2- به کارگیری سیستم های تصفیه هوا برای خروجی تونلها.
عوامل موثر در آلودگی تونل:
عوامل مختلفی در تولید و تجمع آلاینده های هوا در تونل دخیل اند این عوامل را می توان به دو دسته تقسیم کرد: دسته اول عواملی که به ساختار تونل برمیگردد مانند طول، شیب، پیچ(قوس)، عرض،وجود یا عدم وجود تهویه مناسب، که سه مورد شیب،پیچ(قوس) و عرض در تولید، تهویه در تجمع یا عدم تجمع آلاینده ها و طول در تولید و تجمع آلاینده ها نقش دارد. دسته دوم عوامل عبارتند از: تراکم وسایط نقلیه(حجم ترافیک)، ترکیب ترافیک، فرآورده های سوختی، ارتفاع از سطح دریا.
افزایش طونل موجب افزایش زمان ماندن اتومبیل ها درون تونل و در نتیجه، افزایش گازههای آلاینده حاصل از اگزوز اتومبیل ها در هوای تونل می شوند و از طرف دیگر طول زیاد تونل تهویه طبیعی تونل را مشکل و گاهی غیرممکن می کند. شیب تونل ها از آن جهت اهمیت دارد، که بر سرعت اتومبیل ها تاثیر می گذارد، و سرعت اتومبیل ها در تولید دود و مونوکسیدکربن تاثیر چشمگیری دارد، هنگامی که اتومبیل در سر بالایی حرکت می‌کند، سوخت بیشتری مصرف می‌کند، که پیامد آن، افزایش محصولات مضر خروجی از اگزوز است. شیب زیاد نه تنها موجب افت جریان ترافیک می شود، بلکه مشکلات تهویه را افزایش می دهد، به همین دلیل حداکثر شیبی که برای تونل ها مجاز دانسته شده است، 4% است، البته برای تونل های خیلی طویل، حداکثر شیب به 2% محدود می شود. در شیب های زیر 4%، در تونل های کوتاه، تهویه طبیعی صورت می گیرد. پیچ های(قوس‌های) تونل هم از عواملی اند که می توانند در افزایش بار آلودگی موثر باشند. پیچ‌ها موجب کاهش سرعت اتومبیل ها و به تبع آن کاهش دور موتور، می شود که تهویه طبیعی و جریان هوای بین دهانه های ورودی و خروجی را مشکل کرده و می توانند به تجمع آلاینده ها هم کمک کنند. عرض تونل با حجم ترافیک در ارتباط است تونل‌های با باندهای عریض ترافیک روان تر داشته، که موجب کاهش تولید گازهای آلاینده از اگزوز اتومبیل ها می شود.
یکی از عواملی که در میزان آلودگی تونل اهمیت دارد، تراکم وسایط نقلیه ای است که ازآن تونل عبور می کند. به طور قطع این عامل در طراحی سیستم تهویه، نقش مهمی دارد. عرض تونل و تعداد باندهای آن در حجم ترافیک تاثیر می گذارد، هرچه عرض تونل کمتر، شیب بیشتر باشد، ظرفیت حداکثر تراکم وسایط نقلیه یک تونل که برای طراحی تهویه پیش بینی می شود، کمتر خواهد شد و ظرفیت حداکثر در تونل دو طرفه نسبت به تونل یکطرفه کمتر خواهد بود. بغیر از تراکم وساط نقلیه و حجم ترافیک، نوع وسیله نقلیه و ترکیب ترافیک هم در میزان آلودگی و به دنبال آن طراحی سیستم تهویه، اهمیت دارد. یکی از مسائل مهمی که به هنگام طراحی سیستم تهویه تونل باید مد نظر قرار گیرد، تعداد کامیون ها و اتوبوس هایی است که همراه با اتومبیل های سواری، در تونل حرکت می کنند. واضح است که وجود کامیون یا اتوبوس در یکی از باندهای تونل، سبب کندی سرعت و درنتیجه کاهش چگالی ترافیک می شود. بدیهی است در سر بالایی، این موضوع بیشتر موثر است. از آنجا که حجم گازهای تولید شده در زمان حرکت و توقف نیز متفاوت است، در زمان ترافیک سنگین حجم گازهای خروجی از اگزوز افزایش می یابد. وجود کامیون و اتوبوس در رشته زنجیر ترافیک تونل، سبب افزایش آلودگی بویژه افزایش مونوکسیدکربن، اکسیدهای نیتروژن و دوده می شود.
در نقاط مرتفع نسبت به سطح دریا، به علت کاهش غلظت هوا، نسبت سوخت و هوای موتورهای بنزینی افزایش می یابد. پیامد این مسئله، افزایش مصرف سوخت و در نتیجه افزایش میزان مونوکسیدکربن نسبت به ارتفاعات پایین تر است. اگر کاربراتور اتومبیل برای ارتفاعات کم و سطح دریا تنظیم شده باشد، این افزایش چشمگیرتر خواهد بود. به دنبال اهداف این تحقیق در بین 16 تونل جاده هراز، با توجه به مشخصات ساختاری از نظر طول، شیب، پیچ(قوس) از یک سو و نزدیکی این تونل ها به یکدیگر از سوی دیگر(به دلیل اینکه نمونه برداری از آنها در شرایط زمانی تقریبا یکسانی انجام شود)؛ همچنین محدودیت هایدستگاه نمونه برداری، 5 تونل در محدوده وانا تا امام زاده هاشم مورد بررسی قرار گرفت. مشخصات تونل های مورد بررسی در جدول شماره(1) ذکر شده است.