دانلود مقاله تکنولوژی‌های کنترل انتشار

مدیریت کیفیت هوا به منظور نظارت بر کیفیت هوا و یا نمونه های آلاینده‌ی هوا و فهرست تخمین خروجی ها ایجاد شده است.این داده ها به ما کمک می کنند تا شرایط محیطی فعلی را تخمین بزنیم وبر طبق آن شرایط آینده را پیش بینی کنیم.نظارت بر داده ها و نیز اندازه گیری آنها می تواندما را در دسته بندی اهداف و برآورد میزان تأثیر اقدامات کنترلی ونظارت های اجرایی با توجه به قوانین موجود یاری دهد.
به منظور اجرای نظارت بر کیفیت هوا و نیز تخمین لیست خروجی ها ، درک اصول انتقال و پراکندگی آلاینده های هوا به همان اندازه مهم است که اصول مدل پراکندگی آن آلاینده ها اهمیت دارند.



تکنولوژی های کنترل انتشار

1- انتقال و پراکندگی آلاینده های هوا

عوامل پیچیده‌ی متعددی بر پدیده‌ی انتقال و پراکندگی آلاینده های هوای اطراف ما مؤثرند.

الگوهای آب و هوایی موقت در یک منطقه (وضع هوا) و نیز در مقیاس جهانی و همچنین شرایط جغرافیایی محل تحت مطالعه،‌بر نحو‌ه‌ی انتقال و پراکندگی آلاینده ها تا ثیر می گذارند.برای مثال جهت غالب الگوهای آب و هوایی موقت در کشور ایالات متحده از سمت غرب به سمت شرق است و این خود یک عامل مؤثر در تشکیل باران اسیدی در هنگام انتقال آلاینده ها است.
در مقیاس فرامحلی، جریان یا عدم جریان هوا ،‌دو عامل اصلی هستند که بر فرایند انتقال و پراکندگی آلاینده ها تاثیر دارند.

باد همان جریان طبیعی هوا در راستای افقی می باشد و هنگامی رخ می دهد که هوای گرم بالا آمده و هوای سرد جای آن را می‌گیرد.جریان هوا همچنین به علت تفاوت فشار در سطوح مختلف جو پدید می آید.

فشار، همان وزن هوا در یک نقطه‌‌ی معین است.

وزن نیز به نوبه‌ی خود توسط ارتفاع و دمای ستون هوا معین می گردد.

در این وضعیت به علت سنگین تر بودن هوای سرد نسبت به هوای گرم، یک توده‌ی پرفشار هوا تشکیل می شود.

به طور عکس، یک توده‌ی کم فشار هوا نیز توسط هوای گرم و سبک تشکیل می شود.

تفاوت در فشار این دو توده موجب آن می شود که هوا از نواحی پرفشار به سمت نواحی کم فشار حرکت کرده و در نتیجه باد ایجاد می شود.سرعت باد می تواند تاثیر زیادی بر فرایند تمرکز الاینده ها در یک منطقه‌ی محلی بگذارد.

هرچه سرعت باد بیشتر باشد، تمرکز آلاینده ها بیشتر خواهد بود.

باد، آلاینده ها را رقیق کرده و آنها را به سرعت در مناطق اطراف پخش می کند.

پایداری جوی بسته به حرکت عمودی هوا تعریف می شود.

شرایط جوی ناپایدار منجر به تداخل عمودی می شود.

اساساً در طی روز هوای نزدیک به سطح زمین به دلیل جذب انرژی خورشید گرمتر از لایه های بالایی جو است.

بنابراین این هوای گرمتر و سبکتر بالا رفته و در رویه های بالایی جو با هوای سردتر و سنگین تر مخلوط شده که در نتیجه‌ی آن ما شاهد شرایط جوی ناپایدار هستیم.

همچنین با ادامه‌ی روند تغییر و تبدیل هوای گرم و سرد به یکدیگر،‌هوای آلوده نیز پخش و پراکنده می شود.

شرایط جوی پایدار زمانی حاصل میشود که توده‌ی هوای گرم در بالای توده‌ی هوای سرد قرار گرفته و در نتیجه انتقالات بسیار نا چیزی در مرز بین این دو محیط ایجاد می شود که می توان از آن صرفنظر کرد.

این حالت را وارونگی دما می نامیم.

هنگامی که وارونگی دما رخ می دهد،‌هوای آلوده‌ی موجود در پایین ترین لایه‌ی جو به دام می افتد و فقط بادهای قوی(طوفان) قابلیت پراکندن آن را دارد.

از آنجایی که سیستم های پر فشار اغلب ترکیبی از فرایندهای وارونگی دما و بادهای کم سرعت را در پی دارند(یعنی قدرت کافی برای پراکندن آلاینده ها ندارند)،‌تمرکز طولانی مدت آنها بر روی یک منطقه‌ی صنعتی معمولاً منجر به پیدایش اثرات جانبی همچون دودمه شدید می شود.

پراکندگی آلاینده های یک منبع انتشار آلاینده می تواند تحت تاثیر مقداری تلاطم در هوای اطراف منبع نیز باشد.

هم جریان افقی و هم جریان عمودی هوا می توانند ایجاد تلاطم بنمایند.





اشعه‌ی خورشیدی
بارش و رطوبت هوا

اشعه‌ی خورشیدی یه تشکیل اوزون کمک کرده و اقدام به ایجاد آلاینده های ثانویه در هوا می کند.

همچنین رطوبت هوا و نیز بارش باران و برف می تواند موجب تشدید واکنش هایی در جو شده و بدین ترتیب آلاینده های ثانویه‌ی خطرناکی ایجاد شوند.

برای نمونه می توان باران اسیدی را حاصل اینگونه فرایندها دانست.

البته توجه داریم که نزولات جوی مزایایی هم دارند.

مثلاً باران،‌آلاینده های هوا را شسته و کمک می کند که مواد آلاینده‌ی ریزی که طی فعالیت هایی نظیر ساختمان سازی و برخی صنایع تولید می شوند، به کمترین میزان تقلیل یابند.

با توجه به عوامل مؤثر بر فرایند انتقال و پراکندگی آلاینده ها، آلودگی جوی که در قسمت غرب میانه‌ی ایالات متحده تولید می شود می تواند بر روی دریاچه ها و جنگل های سواحل شرقی این کشور اثر معکوس داشته باشد.

از سوی دیگر،‌ما در شهرهای بزرگ که توسط مکان های پیچیده‌ی جغرافیایی همچون دره ها و رشته کوه ها احاطه شده اند به دلیل حصار و مانع طبیعی که موجب گسیختگی فرایند پراکندگی آلاینده ها می شوند، اغلب شاهد تمرکز آلاینده های هوا می باشیم.

لس آنجلس، دنویر و مکزیکوسیتی چند نمونه از شهرهایی هستند که به لحاظ جغرافیایی در گودی هایی واقع شده اند که توسط چند رشته کوه احاطه گشته اند.

این شهرها سطوح بالایی از آلودگی را به خود می بینند که متأثر از شرایط مکانی مناطق اطراف این شهر هاست.

اگرچه همه‌ی عوامل مربوط به مسئله‌ی آلودگی این شهرها عواملی پیچیده اند، اما به هر حال آنها مثالهایی از شرایطی هستند که نشان دهنده‌ی تمرکز بیشتر آلاینده ها توسط شرایط طبیعی مساعد برای آلودگی هستند.

هرچند برای کنترل چنین نیروها و شرایط طبیعی کار زیادی نمی توان انجام داد، چند تکنیک وجود دارد که برای کمک به پراکندگی آلاینده ها در چنین شرایطی مؤثرند.

شایع ترین راه پراکنده کردن آلاینده‌ها در این مواقع استفاده از دودکش های غول پیکر صنعتی( gas stacks )است.

این سازه ها دودکش های صنعتی بلندی هستند که البته اغلب به عنوان نماد آلودگی هوا شناخته می شوند.

این دودکش های غول پیکر معمولاً با پیش فرض وجود یک مجتمع صنعتی در اطراف آنها طراحی می‌شوند.وظیفه‌ی این دودکش ها این است که آلاینده ها را در ارتفاع مناسبی از سطح زمین رها سازند تا این آلاینده ها قبل از رسیدن به سطح زمین پراکنده شوند.

هر چه ارتفاع این دودکش ها بیشتر باشد، احتمال پراکندگی و کاهش غلظت آلاینده ها قبل از تاثیر گذاردن بر جمعیت پیرامون خود بیشتر خوهد بود.

جریان قابل مشاهده‌ی آلودگی که از یک دودکش خارج می شود را تل و یا توده ی آلودگی می نامیم.

ارتفاع یک تل متاثر از سرعت و قابلیت شناور بودن گازهایی است که از دودکش خارج می شوند.

اغلب اوقات، گرما و حرارت را باید به این سیستم اضافه کرد که موجب افزایش ارتفاع تل آلودگی می شود.

این فرایند را صعود تل آلودگی می نامیم .

فرایند صعود تل دودی به آلاینده های منتشره از یک لوله‌ی دودکش اجازه می دهد که به ارتفاعات بالاتری از جو صعود کنند.

در نتیجه چون تل دودی به ارتفاعات بالاتری دست یافته است و فاصله‌ی بیشتری از سطح زمین دارد، ما شاهد پراکندگی بیشتری(غلظت کمتر) از آلاینده های نشست کرده بر روی سطح زمین خواهیم بود.

شکل یک تل دودی وابسته به ارتفاع دودکش و نیز محیط اطراف یک دودکش است.

هنگامی که هوای پیرامون ساختمان ها و دیگر سازه ها به جریان می افتد، آثار فرایند تلاطم پدیدار می گردد.

بسته به ارتفاع دودکش، احتمال آن وجود دارد که تل دودی یه سمت پایین و در نتیجه به درون این توده‌ی متلاطم راه یابد(به عبارت دیگر هوای آلوده‌ی بالای این سیستم متلاطم به درون آن مکیده شود).

این فرایند تحت عنوان آیرو دینامیک تل آلاینده و یا شستشوی سیستم متلاطم ساختمان ها توسط آلاینده ها مطالعه می شود.

چنین فرآیندی می تواند منجر به تمرکز فوری و فوق العاده‌ی آلاینده ها در مسیر هوای جاری در منبع آلودگی شود.

از سوی دیگر شرایط ثبات و پایداری جوی نیز موجب دگرگونی هایی در ساختار تل دودی خواهد شد.

شرایط پایدار باعث می شود که تل دودی یه صورت یکنواخت در محیط اطراف منبع آلودگی پخش شود.

در حالی که شرایط ناپایدار منجر به توزیع دورانی و یا حلقه ای تل دودی خواهد شد.

آلاینده های منتشره از دودکش های بزرگ ممکن است تا فواصل دور جابجا شوند.

بطور کلی تمرکز و غلظت آلاینده ها هنگامی که از نقطه‌ی انتشار شروع به ماجرت می کنند کاهش می یابد و این آلاینده ها توسط باد و سایر منابع طبیعی پراکنده می شوند.

الگوهای موقت آب و هوایی بر روی جهت کلی و نیز پراکندگی آلاینده ها تاثیر می گذارند.

همان طور که قبلاً یادآور شدیم، آلاینده های آزاد شده در غرب میانه بر جمعیت و جغرافیای شرق تاثیر می گذارد.

الگوهای موقت آب و هوایی همچنین پاسخی به این چرایی هستند که مسائلی چون باران های اسیدی در دسته‌ی پیامدهای منطقه ای قرار گرفته و در عین حال توجهات بین المللی را به خود جلب کرده اند.
در آخر باید گفت که شرایط آب و هوایی و عوامل جغرافیایی می توانند اثر گذاری منفی بر روی فرایند انتقال و پراکندگی آلاینده ای هوا داشته باشند.

یکی از نمونه هایی که نشان دهنده‌ی نحوه‌ی تاثیر گذاری نوع آب و هوا بر فرایند پراکندگی آلاینده هاست، پدیده‌ی وارونگی دما می باشد.

چنین پدیده ای می تواند از صعود آلاینده ها به لایه های بالاتر جو و پراکندگی آنها جلوگیری کرده و منجر به بروز تمرکز(و سکون) آلاینده های هوا می شود.

شهرهایی چون لندن و دونورای ایالت پنسیلوانیا چنین پدیده ای را تجربه کرده اند.

مدل سازی انتشار(پراکندگی) مدل سازی انتشار روشی است برای تخمین زدن میزان تمرکز و غلظت آلاینده ها در سطح زمین و در فواصل مختلف نسبت به منبع آلاینده.

تعریف مدل سازی: یک تکنیک عمومی است که برای ارائه‌ی محاسبات ریاضی مربوط به عوامل مؤثر بر فرآیند انتقال و پراکندگی آلاینده ها استفاده می گردد.

کامپیوترها به طور گسترده به منظور یاری رساندن به دانشمندان در زمینه‌ی مدل سازی برای سیتم‌های پیچیده‌ی درگیر با فرآیند انتقال و پراکندگی آلاینده های هوا مورد استفاده قرار می گیرند.

به منظور مدل سازی فرایند انتقال و پراکندگی آلاینده های هوا به اطلاعات ویژه ای در مورد یک نقطه‌ی انتشار آلاینده ها نیازمندیم،اطلاعاتی از قبیل موقعیت مکانی نقطه‌ی انتشار(طول و عرض جغرافیایی)، نوع و مقدار آلاینده های خروجی، شرایط فیزیکی دودکش غول پیکر مانند ارتفاع آن و نیز بسیاری عوامل هواشناسی مانند سرعت باد، منحنی دمای منطقه و فشار هوا در منطقه.

با وارد کردن داده های مذکور در بند فوق در یک مدل نرم افزاری، دانشمندان می توانند نحوه‌ی انتشار و پخش شدن آلاینده ها را در هوا پیش بینی کنند.

بدین ترتیب میزان تمرکز آلایند ها در فواصل و جهات مختلف نسبت به دودکش غول پیکر تخمین زده می شود.

هنگام انتخاب یک مدل کیفی هوا به منظور تحلیل کیفی هوای اطراف یک منبع بایستی مواردی از قبیل نوع آلاینده های ساتع شده، پیچیدگی ساختاری منبع و شرایط مکانی مجتمع صنعتی را مد نظر قرار دهیم.

دو سیستم مدل سازی رایج که توسط آژانس حفاظت از محیط زیست آمریکا(EPA) استفاده می‌گردند، عبارتند از مدل منبع مجتمع صنعتی(ISC) و سیسم برآورد آشکارسازی سراسری جمعیت(ASPEN).

مدل ISC را می توان برای ارزیابی تمرکز آلاینده های منتشره از یک طیف گسترده‌ی منابع آلاینده‌ی موجود در یک شهر صنعتی تا بیش از فاصله‌ی 50 کیلومتر مورد استفاده قرارداد.

بعلاوه این مدل می تواند سرعت نشت آلاینده ها را تخمین بزند و همچنین در مواجهه با عوارض پیچیده‌ی جغرافیایی نیز کارآمد است.

اما مدل ASPEN برای تخمین زدن کمی میزان تمرکز و غلظت آلاینده های هوا در یک منطقه‌ی بسیار وسیع همچون سرتاسر خاک ایالات متحده به کار می رود.

دو مدل فوق الذکر ابزاری هستند برای آنکه به دانشمندان کمک کنند تا به ارزیابی میزان تمرکز(غلظت) آلاینده ها بپردازند.

و خلاصه آنکه معمولاً از دقت این مدل ها توسط مسائل ذاتی و همیشگی که به هنگام خلاصه سازی و ساده سازی عوامل وابسته و پیچیده‌ی مؤثر بر فرایند انتقال و انتشار آلاینده ها پیش می آید، کاسته می شود.

به دو دلیل عمده از مدل سازی پراکندگی(انتشار) استفاده می کنیم: توسط مدل سازی ما قادر خواهیم بود که میزان پراکندگی آلاینده ها را در اکثر مناطقی که در آنها نظارتی بر هوای محیط وجود ندارد، ارزیابی کنیم.

مدل های مربوط می توانند شدت آلودگی بالقوه را قبل از احداث کارگاه و یا مجتمع هایی که دارای منابع آلاینده هستند پیش بینی کنند، دقیقاً به همان ترتیب که یک دستگاه جدید کنترل آلودگی بر خروجی آلاینده تاثیر می گذارد.

همانطور که قبلاً از نظر خوانندگان گذشت، فلسفه‌ی پیدایش رشته‌ی مدیریت کیفیت هوا ، بر اساس نظارت بر کیفیت هوا (به عبارت دیگر نمونه برداری از آلاینده های هوا) و تخمین زدن فهرستی از خروجی های آلاینده بنا نهاده شده است.

داده های نظارتی بخش مهمی از زیر بنای برنامه های کیفیت هوایی ایالات متحده است.

داده ها و اطلاعات خام مربوط به هوای محیط به منظور ارزیابی میزان پیشرفت استانداردهای ملی کیفیت هوای محیط در ایالات متحده استفاده می شوند.

این داده ها همچنین برای تعیین شرایط پایه برای یک منطقه‌ی معین که تحت احداث پروژه های جدیدی که قابلیت آلایندگی دارند می باشد، و نیز به منظور گسترش مدل های پراکندگی آلاینده های هوا استفاده می شوند.

از دیگر موارد استفاده‌ی داده های مربوط به هوی محیط، می توان به پژوهش و ارزیابی علمی نقش انسان ها نسبت به آلاینده ها اشاره نمود.

در مجموع شبکه های نظارت بر هوای محیط در ایالات متحده: سطوح کیفیت هوای عمومی را گزارش می دهند.

وضعیت قابل قبول کیفیت آب و هوا را در شهرها و دیگر مناطق مشخص می کنند.

انحراف در کیفیت هوا را پیش بینی کرده و میزان پیشرفت برنامه های کنترل انتشار آلودگی را ارزیابی می کنند.

از گسترش برنامه های کنترل انتشار و نیز برنامه های پژوهشی کیفیت هوا پشتیبانی می کنند.

اطلاعات بیشتر در مورد مدل سازی کیفیت هوا در آدرس زیر در دسترس است: HTTP://WWW.EPA.GOV/OAR/OAQPS/MODELING.HTML نظارت بر تمرکز آلاینده ها در هوای محیط سیستم نظارت پیوسته بر انتشار (آلاینده ها) یک روش برای ارزیابی و حفاظت از کیفیت هوا، از راه گسترش و رشد یک برنامه‌ی نظارت بر هوای محیط حاصل می شود.

در حال حاضر شبکه های نظارت بر کیفیت هوا در ایالات متحده بر روی آلاینده های معیار، به موازات اطلاعات مربوط به آلودگی هوای محیط در قبال کاهش میدان دید(به دلیل حضور آلاینده ها در هوا) و نیز اطلاعات مربوط به باران های اسیدی، تمرکز دارند.

اگرچه در حال حاضر هیچ شبکه‌ی ملی نظارت بر مواد سمی موجود در هوا وجود ندارد، اما در حدود 300 سایت نظارتی به صورت پراکنده وجود دارند که به تولید اطلاعات مربوط به برخی از 188 آلاینده‌ی خطرناک هوا (HAPs) مشغولند.

سازمان EPA در حال تعامل با آژانس های ایالتی، شهری و نیز محلی است تا از طریق سایت های نظارتی موجود، یک شبکه‌ی ملی نظارت بر آلاینده های هوا ایجاد کند.

"برنامه‌ی نظارت بر کیفیت هوا" ای که توسط EPA ارائه شده است، در حقیقت توسط آژانس های ایالتی، شهری و منطقه ای(محلی) اجرا می شود.

این برنامه شامل سه دسته‌ی عمده‌ی ایستگاه های نظارت بر کیفیت هوا است: ایستگاه های نظارتی ایالتی و محلی(SLAMS) ایستگاه های نظارتی ملی(NAMS) ایستگاه های نظارتی ویژه که با مقاصد خاصی مستقر گردیده اند(SPMA) یک دسته‌ی الحاقی به این سه گروه، ایستگاه نظارت بر برآوردهای نورشیمی(شاخه‌ایی از شیمی که در مورد اثر نور در مواد شیمیایی بحث می نماید)، (PAMS) را نیز می توان نام برد که در سال 1990 به در خواست و پیشنهادهای اصلاحی مجلس سنا شکل گرفت.

ایستگاه های نظارتی ایالتی-محلی بدان جهت بنا نهاده شد تا به فرمانداریهای ایالتی و یا محلی امکان گسترش شبکه های نظارتی کارا و مناسب تر با توجه به هوای محیط آنها را بر طبق برنامه های اجرایی ایالت‌(SIPs) بدهد.

ایستگاه های ایالتی-محلی تشکیل دهنده‌ی شبکه ای در برگیرنده‌ی 4000 ایستگاه می باشند.

ایستگاه های نظارتی ملی(NAMS) زیر مجموعه‌ی ایستگاه های ایالتی-محلی می باشند، با این تفاوت که در دستورالعمل این ایستگاه ها بر مناطق شهری و نیز مناطقی که توسط منابع متفاوت و متعدد آلوده می شوند، تاکید بیشتری می شود.

در سراسر کشور آمریکا تقریباً 1080 ایستگاه از این دست موجود است.

ایستگاه های نظارتی با اهداف ویژه نیز زیر نظر آژانس های ایالتی و محلی و به منظور انجام اهداف نظارتی کوتاه مدت اداره می شوند.

این ایستگاه ها به طور ثابت و همیشگی باقی نمی مانند و می توان آنها را با توجه به نیازهای متغیر و ناپایدار و نیز با در نظر گرفتن اهمیت پروژه ها تنظیم کرد.

و نهایتاً یک ایستگاه پژوهشی نور شیمی (در بالا توضیح داده شد) در هنگام نیاز به نظارت گسترده‌تر بر اوزون و ترکیبات تشکیل دهنده‌ی آن در مناطقی با سطوح بالای اوزون مفید خواهد بود.

به عنوان نمونه در سال 2002، 22 ایستگاه نظارتی و تحقیقاتی از این دست در راستای اجرای اهداف خود فعالیت داشتند.

سایت های نظارت بر هوا می توانند به طور مداوم و یا روزانه و یا به طور دوره ای از هوا نمونه گیری کنند و سپس با کمک این نمونه ها به بررسی حداکثر میزان تمرکز آلاینده ها و همچنین تمام انحرافات مربوط به آلودگی بپردازند و سپس نتایج این بررسی ها را به پایگاه زیر سیستم اطلاعاتی کیفیت هوا(AQS)گزارش داده شوند.

در حالت نمونه گیری به طور مداوم، تمرکز و مقدار آلاینده ها با کمک روش های خودکار(اتوماتیک) معین می گردند و به طور دائمی در حال ضبط و بررسی هستند.

در صورتی که نمونه ها بطور روزانه جمع آوری شوند،‌غلظت و تمرکز آلاینده ها، یک بار در هر ساعت و یا در هر روز و بر طبق یک برنامه‌ی کامل، هم به روش دستی و هم به روش اتوماتیک قابل دسترسی می باشد.

در نمونه گیری دوره ای(نمونه گیری ایستا)، تخمین ویژگیهای کیفی و کمی آلاینده ها و یا تاثیر آنها توسط تجهیزات و مواد مورد استفاده در اندازه گیری کیفی ، و در دوره های طولانی مدت(هر هفته و یا هر ماه) بررسی و ارائه می شوند.

مورد مهم دیگر میدان دید می باشد که آژانس مشارکتی نظارت بر مناطق دیدنی حفاظت شده(شبکه‌ی IMPROVE) عهده دار کنترل این مورد می باشد.

این نهاد به جمع آوری اطلاعات مفید می پردازد تا اندازه‌ی میدان دید را در مناطقی چون پارک های ملی و یا دیگر مناطق حفاظت شده توصیف کند.

این سازمان در سال 1987 میلادی و به منظور مشخص کردن انواع آلاینده هایی که به طور عمده باعث کاهش میدان دید در مناطق حفاظت شده می شوند و نیز برای ارزیابی میزان پیشرفت اهداف ملی CAA در راستای اصلاح تخریب های مربوط به میدان دید چه در وضعیت موجود و چه در آینده، تأسیس شد.

اطلاعات بیشتر در مورد نظارت بر آلودگی هوا در آدرس اینترنتی زیر موجود است: http://www.epa.gov/oar/oaqps/monitoring.html یک سیستم نظارت پیوسته بر انتشار آلاینده ها، در حقیقت به تمام تجهیزات و امکانات ضروری برای مشخص کردن میزان تمرکز و یا سرعت انتشار یک گاز و یا ماده‌ی خاص اطلاق می‌شود که در این سیستم از روش اندازه گیری تحلیل آلاینده و نیز یک معادله‌ی تبدیل، نمودار و یا برنامه‌ی کامپیوتری به منظور تولید نتایج در واحدهایی که حداقل‌های قابل اعمال برای انتشار و یا همان "استاندارد" در آنها رعایت شده است، استفاده می شود.

سیستم های نظارت پیوسته بر انتشار آلاینده ها با توجه به برخی آیین نامه‌های EPA در مورد تعیین برآوردهای پیوسته و یا تعیین تجاوزهای صورت گرفته نسبت به استاندارد، مورد نیاز هستند.

برخی زیر مجموعه های منحصر به فرد EPA ، مشخص کننده‌ی روش های مرجعی هستند که برای اثبات مدلل دقت و صحت سیستم های نظارت پیوسته مورد استفاده قرار می گیرند.

اصول نمونه برداری و تحلیل الف)نظارت بر ذره های جامدِ ریز نظارت بر ذره های ریز معمولاً با اندازه گیری های دستی و متعاقب آن آنالیزهای آزمایشگاهی صورت می گیرد.

اندازه گیری یک ذره‌ی ریز با استفاده از اصول اندازه گیری وزن و یا غلظت صورت می گیرد.

تعریف روش آنالیز اندازه گیری وزن ویا غلظت: به تحلیل کمی و شیمیایی وزن یک ماده که معمولاً جزیی از یک رسوب شیمیایی جدا شده و خشک شده است، روش آنالیز اندازه گیری وزن و یا غلظت می گویند.

در این روش،یک دستگاه نمونه گیر فیلتر دار با حجم توده ای بالا(ساخته شده از یک وسیله‌ی دارای خلأ که هوا را از درون فیلتر عبور داده و ماده را جذب می کند) آلاینده های اتمسفری را به دام انداخته تا در مراحل بعد آزمایش های تعیین وزن و تحلیل های شیمیایی بر روی آنها انجام شود.

در این روش ذره های موجود در هوا در فیلتر باقی می مانند و سپس وزن فیلتر اندازه گیری می شود.

وزن فیلتر دارای آلاینده ها منهای وزن یک فیلتر تمیز، مقدار ماده‌ی ریز موجود در یک حجم معین از هوا را مشخص می کند.

آنالیز مواد شیمیایی می تواند با استفاده از روش های زیر انجام شود: طیف سنجی جذب در مقیاس اتمی(AAS) طیف سنجی تشعشع ماهتابی(AFS) طیف نمایی زوج پلاسمای واسطه((ICP طیف نمایی تشعشع ماهتاب اشعه‌ی X طیف سنجی جذب در مقیاس اتمی (AAS) روش فوق رایج ترین روش برای تعیین عناصر تنها و منفرد در نمونه های آنالیز شده است.دستگاه AAS یک وسیله‌ی حساس است که تا 60 عنصر فلزی یا ترکیب فلز دار را به طور کمی تشخیص می دهد.

اساس این تکنیک بر اندازه گیری تغییرات انرژی ماده در حالت تجزیه‌ی اتمی است.

یک ماده‌ی تجزیه شده‌ی اتمی در واقع ماده ایست که ترکیب شیمیایی آن به روش تحلیل شیمیایی مشخص شده است.

به عنوان مثال برای اندازه گیری سرب موجود در فرایند نظارت ذره ای، از روش طیف سنجی جذب در مقیاس اتمی استفاده می شود.

در روش های اندازه گیری وزن و یا غلظت، بعد از آنکه ذرات سرب توسط یک فیلتر تفلون(PTFE) جمع آوری شدند، توسط یک اسید مناسب، از فیلتر تفلون جدا می شوند.

نمونه‌ای که در اثر واکنش با اسید آب دار شده است تبخیر می شود و سپس به عنصرهای سازنده اش در حالت گازی تجزیه می شود.

عنصر اندازه گیری شده(در این نمونه سرب) از درون ظرف بسته‌ی واکنش به درون یک زبانه‌ی آتش کشیده می شود و یا به درون یک بوته‌ی آزمایش گرافیتی تزریق می شود.

در این هنگام نمونه به ذرات اتمی تبدیل می شود.

سپس یک کاتدِ میان تهی و یا لامپ خلأ بدون الکترود، می تواند منبعی باشد به منظور جذب طول موج ذرات ریز فلز.

اتم ها در یک حالت متحد و یا به اصطلاح در حالت پایه، انرژی را جذب کرده، برانگیخته می شوند و به سطح انرژی بالاتر می روند.

آنگاه یک یک دستگاه آشکارساز(موج یاب) مقدار نور جذب شده توسط عنصر را اندازه گیری می کند.

بنابراین تعداد اتم های در حالت پایه‌ی موجود در شعله‌ی آتش یا بوته‌ی آزمایش تعیین می گردد.

اطلاعات خروجی از چنین طیف سنجی را می توان توسط یک دستگاه مخصوص بر روی یک نوار به صورت یک نمودار درآورد و یا توسط کامپیوتر پردازش نمود.

بدین ترتیب می توان میزان تمرکز فلز آلاینده را با استفاده از منحنی های درجه بندی، آماده و یا بطور مستقیم از طریق ابزار به دست آورد.

ب)نظارت بر آلاینده های گازی نظارت بر آلاینده های گازی را می توان با استفاده از اصول و روش های مختلفی انجام داد.

برای نمونه نظارت و بررسی آلاینده ای مثل سولفور دراکسید(SO2) را می توان با استفاده از روشهای دینامیکیِ نمونه برداری و برای غلظت های میانگین تا بیش از یک دوره‌‌ی 24 ساعته و یا با استفاده از نمونه برداری استاتیکی برای دوره های طولانی تر مثل 30 روز انجام داد.

برخی از رایج ترین فنون تحلیل آلاینده های گازی عبارتند از: طیف سنجی نور، آشکارسازی ارتعا امواج با استفاده از روش های شیمیایی، رنگ نگاری گاز-طیف سنجی جرم(GC-MS)، طیف نمایی چهارمین دگرگونی حاصل از اشعه‌ی مادون قرمز(FTIR).

نتیجه‌ی همه‌ی روش های نمونه برداری و تحلیل، داده های کمی می‌باشد.

اعتبار داده های خروجی به دقت و صحت روش های مورد استفاده برای تولید داده های خروجی بستگی دارد.

دقت، شامل حوزه ای می شود که در آن روش اندازه گیری مورد استفاده، مقادیر واقعی متناظر با آن را می دهد.

صحت داده های خروجی نیز یک نوع اندازه گیری تغییرپذیریهای مشاهده شده در مجموعه های دونسخه ای و یا تحلیل های تکراریست.

برای اطمینان از اعتبار داده ها و اطلاعات، اندازه گیریهای کنترلی و کمی متفاوتی با توجه به روش مرجع و اصلی به استخدام در می آیند.

نخستین اندازه گیری کمی و کنترلی، درجه بندی می باشد.

درجه بندی(کالیبره کردن)، دقت یک اندازه گیری را مشخص می کند.

بدین ترتیب که رابطه‌ی بین خروجی یک فرایند تحت اندازه گیری و یک ورودی معین را تبیین و تشریح می کند.

هر یک از روش های اصلی، پروسه های جامع درجه بندی خاص خود را دارند که برای اطمینان از نتایج دقیق، باید دنبال شوند.

آژانس حفاظت از محیط زیست آمریکا "EPA " همچنین اقدام به رشد و تولید برنامه های گسترده‌ی کیفی که به صورت تضمینی ارائه می شوند تا اعتبار داده ها را تضمین کنند، کردهاست.

یکی از مؤلفه های اساسی تضمین کمی، انجام بازرسی هاست.

در یک فرایند بازرسی، یک و یا تعداد زیادی آزمایشگاه به تحلیل یک نمونه‌ی معین استاندارد از آلاینده ای خاص می پردازند.

اگر این آزمایشگاه ها به نتایج مورد انتظار برسند می توانند تضمین کنند که روش ها و فرآیند‌های مورد استفاده توسط ایستگاه های نظارتی درست و دقیق هستند.

جدول: روش های اندازه گیری و تحلیل آلاینده های هوا روش های نظارت بر آلاینده های گازی روش طیف سنجی نور طیف سنجی نور یکی از مفید ترین و در عین حال گسترده ترین روش مورد استفاده برای تحلیل های کمی است.

یک طیف نمای نور، وسیله ایست که مقدار نور جذب شده توسط نمونه‌ی تحت مطالعه را اندازه می گیرد.

این ابزار بدین طریق عمل می کند که یک پرتو نوری را از درون نمونه عبور می دهد و سپس شدت نوری را که به آشکارگر می رسد اندازه می گیرد.

روش طیف سنجی (طیف نمایی) نور متکی بر اصول رنگ سنجی می باشد و معمولاً برای اندازه گیری غنا و تمرکز گاز دی اکسید سولفور به کار می رود.

در این روش رنگ ها و مواد شیمیایی با محلولی که شامل SO2 است ترکیب و مخلوط می شوند.

رنگ محلول منجر به جذب مقادیر متفاوتی از نور می شود.

نهایتاً مقدار نور جذب شده نشانگر مقدار دی اکسید سولفور موجود در نمونه است.

اوزون را توسط اصل طیف سنجی اشعه‌ی فرابنفش تک رنگ جذب شده نیز می توان مورد تجزیه و تحلیل قرار داد.

هنگامی که اشعه‌ی فرابنفش با طول موج 253.7 نانومتر از درون جایگاه چشمی عبور می کند، مقدار ثابتی از هوای مطلق و نیز هوای محیط به درون جایکاه کشیده می شود.

شدت اشعه‌ی ماوراءِ بنفش که از جایگاه چشمی می گذرد، توسط اوزون موجود در نمونه تقلیل می یابد.

این سیگنال کاهش یافته با سیگنال ثابت و تقلیل نیافته ای که از هوای مطلق در یافت می شود، مقایسه می شود.

تفاوت بین این دو شدت توسط دستگاه های الکترونیکی به یک متن تشریحی در مورد اوزون موجود در هوای محیط ترجمه می شود.

آشکار سازی ارتعاش امواج با استفاده از روش های شیمیایی روش های شیمیایی آشکار سازی امواج که به منظور مشخص نمودن اجزای گازی یک نمونه استفاده می شوند، به هنگام نیز به وسایل فوق العاده حساس،که گاهاً بسیار کمیاب هستند و یا بسیار گران تمام می شوند، برای مشخص نمودن آلاینده های جوی مانند اوزون، اسید های نیتروژن و سولفور و نیز ترکیبات آنها، سرچشمه می گیرند.

اساس این روش بر طیف های ساتره از یک گونه‌ی برانگیخته که طی یک واکنش شیمیایی ایجاد شده است، بنا نهاده شده است.

اکسیدهای نیتروژن را می توان به کمک واکنش NO و O3 در حالت گازی آشکار کرد.

یک نمونه‌ی هوای طبیعی به همراه مقداری اوزون درون یک ظرف مخصوص نمونه مخلوط می شود.

بخشی از NO موجود طی یک واکنش معکوس به NO2 فعال تبدیل می شود که منجر به بازگشت به یک سطح پایین تر انرژی گشته و و در نتیجه در جریان واکنش از خود نور ساتر می کند.

این پدیده را chemiluminescene و یا همان "آشکار سازی امواج طی یک واکنش شیمیایی" می نامیم.

شدت این نور را می توان توسط لوله‌ی تکثیر کننده‌ی نور اندازه گیری کرد که با مقدار NO موجود در نمونه متناسب است.

یک واکنش ثانویه تمامی اکسید های نیتروژن را در نمونه‌ی هوا اندازه می گیرد و در نتیجه تمرکز و غلظت NO2 را می توان محاسبه کرد.

روش مهم دیگری نیز از آشکار سازی موج طی واکنش شیمیایی اقتباس شده که برای نظارت و کنترل اوزون موجود در اتمسفر به کار برده می شود.

در این روش، اساس آشکار سازی بر شب تابی و یا همان تابناکی( پدیده‌ی نور افشانی جسمی پس از قرار گرفتن در معرض تابش اشعه ) تولید شده به هنگام واکنش اوزون با کانی رنگی rhodamine-B که توسط یک سطح ژلاتینی حاوی سیلیس و یا اتیلن جذب شده است، استوار است.

این واکنش شیمیایی پالس های نوری تولید می کند که توسط یک لوله‌ی تکثیر کننده‌ی نور آشکارسازی و محاسبه می شود.

میزان غلظت و تمرکز اوزون با مقایسه‌ی تعداد پالس های نوری ایجاد شده توسط نمونه ای که دارای غلظت مشخصی از اوزون است، معین می گردد.

رنگ نگاری گاز (GC) در نظارت بر آلودگی هوا، روش رنگ نگاری گاز بعلاوه‌ی یک آشکار ساز یونیزاسیون تابشی (FID) زوج مناسبی هستند که برای تشخیص هویت کیفی و نیز تعیین ویژگی های کمی ترکیبات آلی فرار(VOCs) به کار می روند.

دستگاه رنگ نگاری گاز شامل یک ستون، یک اجاق(کوره)، و نیز یک آشکارساز است.

در این وسیله نمونه‌ی تحت بررسی، به طرف ستون می رود و سپس به ترکیبات منفرد تجزیه می شود.

بعد به سمت آشکارساز یونیزاسیون با شعله‌ی هیدروژنی می‌رود.

شعله‌ی موجود در یک آشکارساز یونیزاسیون شعله ای، با سوزاندن هیدروژن با هوا تولید می شود.

وقتی که یک نمونه وارد این قسمت از دستگاه می شود، هیدروکربن ها سوزانده شده و به یون تبدیل می شوند که در نتیجه‌ی آن، الکترون آزاد می شود.

یک دستگاه جمع آوری کننده‌ی الکترون، که ولتاژ معینی را برای قطبش دادن اعمال می کند، الکترون های آزاد را جذب کرده و جریانی از الکترون ها تولید می کند که با مقدار هیدروکربن های موجود در نمونه متناسب است.

سرانجام سیگنال حاصل از آشکارساز یونیزاسیون شعله ای توسط یک تقویت کننده تقویت شده و توسط یک نمایشگر و یا یک وسیله‌ی خارجی به صورت نتیجه‌ی خروجی مشخص می گردد.

رنگ نگاری گازـــ طیف سنجی جرم (GC- MS) ابزار رنگ نگاری گاز- طیف سنجی جرم نیز به منظور مشخص نمودن ضحور تکیبات آلی فرار در نمونه مورد استفاده قرار می گیرد.

طیف سنج های جرم، اختلاف بین نسبت جرم بر وزن (m/Z) اتمها و یا مولکول های یونیزه شده را اندازه می گیرد تا آنها را از یکدیگر جدا کند.

روش طیف سنجی جرمی برای تعیین خاصیت و معرفی نوع اتمها و مولکول ها و نیز برای مشخص نمودن اطلاعات شیمیایی و ساختاری مولکول ها مفید است.

مولکول ها در هنگام متلاشی شدن، از الگوهای مشخص و متمایزی پیروی می کنند که این الگو ها اطلاعاتی را برای تعیین هویت و تشخیص اجزای ساختاری آنها در اختیار می نهد.