ملوثات الهواء: أنواع ، مصادر ، تأثيرات ومراقبة ملوثات الهواء
اقرأ هذه المقالة للتعرف على أنواع ومصدر وتأثيرات ومكافحة تلوث الهواء!
تلوث الهواء هو تغير في الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للهواء التي تسبب تأثيرات ضارة على البشر والكائنات الحية الأخرى. النتيجة النهائية هي تغيير في البيئة الطبيعية و / أو النظام البيئي.
Image Courtesy: giglig.com/wp-content/uploads/2011/05/pollution.jpg
وتسمى المواد المسؤولة عن التسبب في تلوث الهواء بتلوث الهواء. يمكن أن تكون ملوثات الهواء إما طبيعية (مثل حرائق الغابات) أو الاصطناعية (من صنع الإنسان) ؛ قد تكون في شكل غاز أو سائل أو صلب.
1. أنواع ملوثات الهواء:
يُعرف ملوث الهواء بأنه مادة في الهواء يمكن أن تسبب الضرر للإنسان والبيئة. يمكن أن تكون الملوثات على شكل جسيمات صلبة أو قطرات سائلة أو غازات. بالإضافة إلى ذلك ، قد تكون طبيعية أو من صنع الإنسان. يمكن تصنيف الملوثات إما الأولية أو الثانوية. عادة ، الملوثات الأولية هي المواد المنبعثة مباشرة من عملية ، مثل الرماد من ثوران بركاني ، أول أكسيد الكربون الغاز من عوادم السيارات أو ثاني أكسيد الكبريت الصادر من المصانع.
الملوثات الثانوية لا تنبعث مباشرة. بل إنها تتشكل في الهواء عندما تتفاعل الملوثات الأولية أو تتفاعل. أحد الأمثلة المهمة على الملوث الثانوي هو الأوزون بمستوى الأرض - وهو واحد من العديد من الملوثات الثانوية التي تشكل الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي.
تشمل الملوثات الأولية الرئيسية الناتجة عن النشاط البشري ما يلي:
أنا. أكاسيد الكبريت (SO x ):
يتم إنتاج ثاني أكسيد الكبريت من البراكين وفي العمليات الصناعية المختلفة. بما أن الفحم والبترول يحتويان غالباً على مركبات الكبريت ، فإن احتراقها يولد ثاني أكسيد الكبريت. مزيد من أكسدة SO 2 ، عادة في وجود محفز مثل NO2 ، تشكل H 2 SO 4 ، وبالتالي المطر الحمضي. هذا هو أحد أسباب القلق بشأن الأثر البيئي لاستخدام هذه الأنواع من الوقود كمصادر للطاقة.
ثانيا. أكاسيد النيتروجين (NO x ):
ينبعث ثاني أكسيد النيتروجين بشكل خاص من الاحتراق بدرجة حرارة عالية. ثاني أكسيد النيتروجين هو المركب الكيميائي مع الصيغة N0 2 . وهي مسؤولة عن الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي والأمطار الحمضية الخ.
ثالثا. أول أكسيد الكربون:
وهو غاز عديم اللون والرائحة وغير مهيج ولكنه سام للغاية. إنه ناتج عن الاحتراق غير الكامل للوقود مثل الغاز الطبيعي أو الفحم أو الخشب. عادم المركبات هو مصدر رئيسي لأول أكسيد الكربون.
د. ثاني أكسيد الكربون (CO 2 ):
غازات الدفيئة المنبعثة من الاحتراق ولكنها أيضًا غاز حيوي للكائنات الحية. إنه غاز طبيعي في الغلاف الجوي.
v المركبات العضوية المتطايرة:
المركبات العضوية المتطايرة هي ملوثات هواء هامة في الهواء الطلق. في هذا المجال ، غالباً ما يتم تقسيمها إلى فئات منفصلة من الميثان (CH 4 ) وغير الميثان (NMVOCs). الميثان هو غاز دفيئة فعال للغاية يساهم في زيادة الاحترار العالمي.
وتعتبر المركبات العضوية المتطايرة الهيدروكربونية الأخرى من الغازات المسببة للاحتباس الحراري مهمة عن طريق دورها في إنتاج الأوزون وفي إطالة عمر الميثان في الغلاف الجوي ، على الرغم من أن التأثير يختلف باختلاف نوعية الهواء المحلي. في داخل NMVOCs ، مركبات البنزين العطرية والتولوين والزيلين يشتبه في أنها مسرطنة وقد تؤدي إلى اللوكيميا من خلال التعرض لفترة طويلة. 1 ، 3-بوتادين مركب آخر خطير غالبا ما يرتبط بالاستخدامات الصناعية.
السادس. الجسيمات
الجسيمات ، يشار إليها باسم الجسيمات (PM) أو الجسيمات الدقيقة ، هي جزيئات صغيرة من الصلبة أو السائلة معلقة في الغاز. في المقابل ، يشير الهباء إلى الجسيمات والغاز معا. يمكن أن تكون مصادر الجسيمات من صنع الإنسان أو طبيعية.
بعض الجسيمات تحدث بشكل طبيعي ، تنشأ من البراكين ، العواصف الترابية ، حرائق الغابات والمراعي ، النباتات الحية ، ورذاذ البحر. كما تولد الأنشطة البشرية ، مثل حرق الوقود الأحفوري في المركبات ومحطات الطاقة والعمليات الصناعية المختلفة ، كميات كبيرة من الهباء الجوي.
إن الأيروصولات البشرية المنشأ - تلك التي تصنعها الأنشطة البشرية - في جميع أنحاء العالم ، تمثل في الوقت الحالي حوالي 10 في المائة من إجمالي كمية الأهباء الجوية في غلافنا الجوي. ترتبط المستويات المتزايدة من الجسيمات الدقيقة في الهواء بالمخاطر الصحية مثل أمراض القلب ، وظائف الرئتين المتغيرة وسرطان الرئة.
السابع. يمكن أن تسبب الجذور الحرة الثابتة - المرتبطة بالجزيئات الدقيقة المحمولة جواً - أمراضًا قلبية رئوية.
الثامن. المعادن السامة - مثل الرصاص والكادميوم والنحاس.
التاسع. مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs) - ضارة لطبقة الأوزون المنبعثة من المنتجات المحظورة حاليا من الاستخدام.
س. الأمونيا (NH 3 ) - المنبعثة من العمليات الزراعية. الأمونيا هي مركب مع الصيغة NH 3 . ويصادف عادة غازًا ذا رائحة مميزة نفاذة. تساهم الأمونيا بشكل كبير في الاحتياجات الغذائية للكائنات الحية من خلال العمل كمقدمة للمواد الغذائية والأسمدة. الأمونيا ، سواء بشكل مباشر أو غير مباشر ، هي أيضا لبنة البناء لتوليف العديد من المستحضرات الصيدلانية. على الرغم من الاستخدام الواسع للأمونيا ، فإنها تعتبر مادة كاوية وخطيرة.
الحادي عشر. الروائح - مثل القمامة والصرف الصحي والعمليات الصناعية
الثاني عشر. الملوثات المشعة - تنتج عن التفجيرات النووية ومتفجرات الحرب والعمليات الطبيعية مثل الاضمحلال الإشعاعي للرادون.
الملوثات الثانوية تشمل:
أنا. الجسيمات المشكلة من الملوثات الأولية الغازية والمركبات في الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي. الضباب الدخاني هو نوع من تلوث الهواء. كلمة "الضباب الدخاني" هي عبارة عن جزء من الدخان والضباب. وينتج الدخان الكلاسيكي من كميات كبيرة من حرق الفحم في منطقة ينتج عنها خليط من الدخان وثاني أكسيد الكبريت. لا يأتي الضباب الدخاني الحديث عادة من الفحم ولكن من انبعاثات المركبات والصناعية التي تعمل في الجو تحت أشعة الشمس لتشكيل ملوثات ثانوية تتحد أيضًا مع الانبعاثات الأولية لتشكل ضبابًا ضارًا كيميائيًا ضوئيًا.
ثانيا. الأوزون مستوى الأرض (O 3 ) تتكون من NOx و VOCs. الأوزون (O 3 ) هو أحد المكونات الأساسية للتروبوسفير (وهو أيضاً مكون هام من مناطق معينة في طبقة الستراتوسفير المعروفة باسم طبقة الأوزون). التفاعلات الكيميائية الضوئية والكيميائية التي تنطوي عليها تقود العديد من العمليات الكيميائية التي تحدث في الغلاف الجوي في النهار والليل. في تركيزات عالية بشكل غير طبيعي بسبب الأنشطة البشرية (إلى حد كبير احتراق الوقود الأحفوري) ، هو ملوث ، ومكون من الضباب الدخاني.
ثالثا. Peroxyacetyl nitrate (PAN) - يتشكل بالمثل من NOx و VOCs.
2. مصادر تلوث الهواء:
تشير مصادر تلوث الهواء إلى المواقع أو الأنشطة أو العوامل المختلفة المسؤولة عن إطلاق الملوثات في الغلاف الجوي. يمكن تصنيف هذه المصادر إلى فئتين رئيسيتين هما:
المصادر البشرية (النشاط البشري) تتعلق في الغالب بحرق أنواع مختلفة من الوقود:
أنا. وتشمل "المصادر الثابتة" مداخن الدخان في محطات توليد الطاقة ومرافق التصنيع (المصانع) ومحارق النفايات ، وكذلك الأفران وأنواع أخرى من أجهزة تسخين حرق الوقود.
ثانيا. وتشمل "المصادر المتنقلة" المركبات الآلية والسفن البحرية والطائرات وتأثيرات الصوت وما إلى ذلك.
ثالثا. الكيماويات والغبار وممارسات الحرق المتحكم بها في الزراعة وإدارة الغابات. الحرق المتحكم فيه أو الموصوف هو تقنية تستخدم أحيانا في إدارة الغابات أو الزراعة أو ترميم البيراري أو خفض غازات الدفيئة. تعتبر النار جزءًا طبيعيًا من كل من بيئة الغابات والأراضي المعشبة ويمكن أن يكون الحريق المتحكم به أداة للغابات. يعمل الحرق المتحكم فيه على إنبات بعض أشجار الغابات المرغوبة ، وبالتالي تجديد الغابة.
د. أدخنة من الدهان ، رذاذ الشعر ، الورنيش ، بخاخ الهباء والمذيبات الأخرى.
خامسا ترسب النفايات في مدافن النفايات ، والتي تولد الميثان. الميثان غير سام. ومع ذلك ، فهي قابلة للاشتعال للغاية ويمكن أن تشكل خليط متفجر مع الهواء. الميثان هو أيضا اختناق ويمكن أن يحل محل الأكسجين في مكان مغلق. قد يحدث اختناق أو اختناق إذا تم تقليل تركيز الأكسجين إلى أقل من 19.5 ٪ عن طريق النزوح.
v العسكرية ، مثل الأسلحة النووية ، الغازات السامة ، الحرب الجرثومية و الصواريخ.
مصادر طبيعية:
أنا. غبار من مصادر طبيعية ، وعادة مناطق كبيرة من الأرض مع قليل من النباتات أو بدونها.
ثانيا. الميثان المنبعث من هضم الطعام بواسطة الحيوانات ، على سبيل المثال الماشية.
ثالثا. غاز الرادون من الانحلال الإشعاعي داخل القشرة الأرضية. الرادون هو غاز نوبل عديم اللون ، عديم الرائحة ، طبيعي الوجود ، يتكون من انحلال الراديوم. يعتبر أن يكون خطرا على الصحة. يمكن غاز الرادون من المصادر الطبيعية تتراكم في المباني ، وخاصة في المناطق المحصورة مثل القبو وهو ثاني أكثر الأسباب شيوعا لسرطان الرئة ، بعد تدخين السجائر.
د. الدخان وأول أكسيد الكربون من حرائق الغابات.
v النشاط البركاني ، الذي ينتج الجسيمات ، والكلور ، والجسيمات الرماد.
3. آثار ملوثات الهواء:
هناك العديد من الآثار الضارة للملوثات الهواء:
أنا. أول أكسيد الكربون (المصدر - عادم السيارات ، التفاعلات الكيميائية الضوئية في الغلاف الجوي ، الأكسدة البيولوجية من الكائنات الحية البحرية ، إلخ) - يؤثر على النشاط التنفسي حيث أن الهيموجلوبين له صلة أكبر بالـ CO مقارنة بالأكسجين. وهكذا ، يجمع CO مع HB وبالتالي يقلل من قدرة الدم على حمل الأكسجين. وهذا يؤدي إلى عدم وضوح الرؤية والصداع وفقدان الوعي والموت بسبب الاختناق (نقص الأكسجين).
ثانيا. أكسيد الكربون (المصدر - حرق الكربون من الوقود الأحفوري ، ونضوب الغابات (التي تزيل ثاني أكسيد الكربون الزائد ويساعد في الحفاظ على نسبة ثاني أكسيد الكربون - الأكسجين) - يسبب الاحترار العالمي.
ثالثا. ﺛﺎﻧﻲ أآﺴﻴﺪ اﻟﻜﺒﺮﻳﺖ (اﻟﻤﺼﺪر - اﻟﺼﻨﺎﻋﺎت ، ﺣﺮق اﻟﻮﻗﻮد اﻷﺣﻔﻮري ، ﺣﺮاﺋﻖ اﻟﻐﺎﺑﺎت ، ﻣﺼﺎﻧﻊ اﻟﺘﻮﻟﻴﺪ اﻟﻜﻬﺮﺑﺎﺋﻲ ، ﻧﺒﺎﺗﺎت اﻟﺼﻬﺮ ، اﻟﻐﻼﻳﺎت اﻟﺼﻨﺎﻋﻴﺔ ، ﻣﺼﺎﻓﻲ ﺗﻜﺮﻳﺮ اﻟﻨﻔﻂ واﻟﺜﻮرات اﻟﺒﺮآﺎﻧﻴﺔ) - ﻣﺸﺎآﻞ ﺗﻨﻔﺴﻴﺔ ، ﺻﺪاع ﺷﺪﻳﺪ ، اﻧﺨﻔﺎض إﻧﺘﺎﺟﻴﺔ اﻟﻨﺒﺎﺗﺎت ، اﻻﺻﻔﺮار وﺗﺨﻔﻴﺾ وﻗﺖ اﻟﺘﺨﺰﻳﻦ ﻟﻠﻮرق والصفرار والأضرار التي لحقت الحجر الجيري والرخام ، وتلف الجلد ، وزيادة معدل تآكل الحديد والصلب والزنك والألومنيوم.
د. الهيدروكربونات المركبات العطرية النووية المتعددة (PAC) والهيدروكربونات العطرية النووية المتعددة (PAH) (مصدر - عوادم السيارات والصناعات ، تسريب خزانات الوقود ، النض من مواقع الإلقاء للنفايات السامة وبطانة قطران الفحم لبعض أنابيب الإمداد بالمياه) - المواد المسببة للسرطان (قد تسبب ابيضاض الدم).
خامسا - مركبات الكربون الكلورية الفلورية (الكلوروفلوروكربون) (المصدر- الثلاجات ومكيفات الهواء وكريم الحلاقة الرغوية وعلب الرش ومذيبات التنظيف) - تدمير طبقة الأوزون التي تسمح بعد ذلك لأشعة UV الضارة بالدخول إلى الغلاف الجوي. طبقة الأوزون تحمي الأرض من الأشعة فوق البنفسجية التي تنزلها الشمس. إذا كانت طبقة الأوزون مستنفدة بفعل الإنسان ، فإن التأثيرات على الكوكب قد تكون كارثية.
السادس. أكاسيد النيتروجين (مصدر - عوادم السيارات ، حرق الوقود الأحفوري ، حرائق الغابات ، محطات توليد الكهرباء ، محطات الصهر ، الغلايات الصناعية ، مصافي البترول والثوران البركاني) - أشكال الضباب الدخاني الكيميائي ، عند التركيزات الأعلى يسبب ضرر الورقة أو يؤثر على أنشطة التمثيل الضوئي للنباتات. ويسبب مشاكل في الجهاز التنفسي في الثدييات.
السابع. الجسيمات هاليدات الرصاص (التلوث بالرصاص) (المصدر- احتراق منتجات البنزين المحتوية على الرصاص) - التأثير السام في الإنسان.
الثامن. جزيئات الأسبستوس (المصدر - أنشطة التعدين) - الأسبست - مرض سرطاني في الرئتين.
التاسع. ثاني أكسيد السليكون (المصدر - صناعة قطع الحجارة ، صناعة الفخار ، صناعة الزجاج والأسمنت) - داء السلينة ، مرض سرطاني.
س. الزئبق (مصدر - حرق الوقود الأحفوري والنباتات) - تلف الكلى والكلى.
تؤثر ملوثات الهواء على النباتات عن طريق الدخول من خلال الثغور (المسام الورقية التي تنتشر عبرها الغازات) ، وتدمر الكلوروفيل وتؤثر على التمثيل الضوئي. خلال اليوم ، تكون الثغور مفتوحة على مصراعيها لتسهيل عملية التمثيل الضوئي. تؤثر ملوثات الهواء خلال النهار على النباتات عن طريق دخول الورقة من خلال هذه الثغور أكثر من الليل.
كما تؤدي الملوثات إلى تآكل طبقة شمعية من الأوراق تسمى بشرة. البشرة تحمي من فقدان الماء الزائد وتلف الأمراض والآفات والجفاف والصقيع. الأضرار التي لحقت بنية ورقة يسبب نخر (المناطق الميتة من ورقة) ، والخلايا (فقدان أو الحد من الكلوروفيل تسبب اصفرار ورقة) أو epinasty (الشباك لأسفل الشباك) ، وفصل (انخفاض الأوراق).
الجسيمات المودعة على الأوراق يمكن أن تشكل تغطيات وتوصيل الثغور وتقلل أيضًا من توافر ضوء الشمس. يمكن أن يؤدي التلف إلى موت النبات. 02 يؤدي إلى تبيض الأوراق والكلور والإصابات ونخر الأوراق. ينتج عن N02 زيادة في الإبصار ونقص النمو. يسبب O3 البقع على سطح الورقة والشيخوخة المبكرة والنخر والتبييض.
تتسبب نترات Peroxyacetyl (PAN) في تلميع سطح الطبقة السفلى من الورقة ، وإلحاق الضرر بالأوراق الشابة والأكثر حساسية ونمو المكبوت. تسبب الفلوريد نخرًا لأطراف الأوراق ، في حين ينتج الإثيلين في حالة نفاذ اللقاح وإفراز الأوراق وإلقاء الزهور.
4. السيطرة على تلوث الهواء:
يتم استخدام العناصر التالية عادةً كأجهزة للتحكم في التلوث بواسطة الصناعة أو أجهزة النقل. يمكنهم إما تدمير الملوثات أو إزالتها من تيار العادم قبل أن تنبعث في الغلاف الجوي.
أنا. التحكم بالجسيمات:
المجاميع الميكانيكية (الأعاصير الترابية ، الأعاصير المتعددة) - الفصل الإعصاري هو طريقة لإزالة الجسيمات من تيار الهواء أو الغاز أو الماء ، دون استخدام المرشحات ، من خلال فصل الدوامة. تستخدم التأثيرات الدورانية والجاذبية لفصل المخاليط من المواد الصلبة والسوائل.
يتم إنشاء تدفق الدوران (الهواء) بسرعة عالية داخل حاوية أسطوانية أو مخروطية تسمى الإعصار. يتدفق الهواء في نمط لولبي ، يبدأ من الأعلى (النهاية الواسعة) للإعصار وينتهي عند الطرف السفلي (الضيق) قبل أن يخرج من الإعصار في تيار مستقيم عبر مركز الإعصار ويخرج من الأعلى.
تحتوي الجسيمات الأكبر حجما (الأكثر كثافة) في التيار الدوار على الكثير من القصور الذاتي لتتبع المنحنى الضيق للجدول وتضرب الجدار الخارجي ، ثم تسقط إلى أسفل الإعصار حيث يمكن إزالتها.
في نظام مخروطي ، عندما يتحرك تدفق الدوران نحو الطرف الضيق من الإعصار ، ينخفض نصف قطر الدوران ، ويفصل الجسيمات الأصغر والأصغر. تحدد هندسة الأعاصير ، مع معدل التدفق ، نقطة القطع في الإعصار. هذا هو حجم الجسيمات التي سيتم إزالتها من التيار بكفاءة 50٪. ستتم إزالة الجسيمات الأكبر من نقطة القطع بكفاءة أكبر وجزيئات أصغر بكفاءة أقل.
ثانيا. المرسبات الكهروستاتيكية:
المرسب الكهروستاتيكي (ESP) ، أو منظف الهواء الكهروستاتيكي هو جهاز تجميع الجسيمات الذي يزيل الجزيئات من الغاز المتدفق (مثل الهواء) باستخدام قوة الشحنة الإلكتروستاتيكية المستحثة. أجهزة الترسيب الكهروستاتيكية هي أجهزة ترشيح عالية الفعالية تعوق تدفق الغازات إلى أدنى حد عبر الجهاز ، ويمكن بسهولة إزالة المواد الدقيقة مثل الغبار والدخان من تيار الهواء.
على العكس من أجهزة التنظيف الرطبة التي تستخدم الطاقة مباشرة إلى وسط السائل المتدفق ، يطبق ESP الطاقة فقط على الجسيمات التي يتم جمعها وبالتالي فهو فعال للغاية في استهلاك الطاقة (على شكل كهرباء).
ثالثا. أجهزة تنقية الجسيمات:
يصف المصطلح Wet scrubber مجموعة متنوعة من الأجهزة التي تزيل الملوثات من غاز المداخن في الفرن أو من تدفقات الغاز الأخرى. في جهاز التنظيف الرطب ، يتم تلامس تيار الغاز الملوث بسائل التنظيف ، عن طريق رشه بالسائل ، عن طريق إجباره عبر مجموعة سائلة ، أو عن طريق طريقة اتصال أخرى ، وذلك لإزالة الملوثات.
يعتمد تصميم أجهزة الغسل الرطب أو أي جهاز للتحكم في تلوث الهواء على ظروف العملية الصناعية وطبيعة ملوثات الهواء المعنية. خصائص الغاز مدخل وخصائص الغبار (إذا كانت الجسيمات موجودة) هي ذات أهمية قصوى.
يمكن تصميم أجهزة تنقية الغاز لجمع المواد الجسيمية و / أو الملوثات الغازية. تعمل أجهزة تنقية الغاز الرطب على إزالة جزيئات الغبار عن طريق التقاطها في قطيرات سائلة. تعمل أجهزة تنقية الغاز الرطب على إزالة الغازات الملوثة عن طريق إذابتها أو امتصاصها في السائل.
يجب فصل أي قطيرات موجودة في الغاز الداخل للغاز عن تيار الغاز الناتج عن طريق جهاز آخر يُشار إليه بمزيل ضباب أو فاصل entrainment (هذه المصطلحات قابلة للتبادل). أيضا ، يجب معالجة سائل تنظيف الناتجة قبل أي تفريغ النهائي أو إعادة استخدامها في المصنع:
أنا. يمكن فحص تلوث المركبات عن طريق ضبط المحركات بانتظام. استبدال المركبات القديمة الأكثر تلويثًا ؛ تثبيت المحولات الحفازة عن طريق تعديل المحرك للحصول على مخاليط كفاءة في استهلاك الوقود (العجاف) لخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون و الهيدروكربون. والحرق البطيء والمبرد للوقود للحد من انبعاثات أكاسيد النيتروجين.
ثانيا. استخدام الفحم منخفض الكبريت في الصناعات.
ثالثا. تقليل / تعديل الأنشطة التي تسبب التلوث مثل النقل وإنتاج الطاقة.
