اصول و مبانی آلودگی هوا - نسخه قابل چاپ +- انجمن بهداشت حرفه ای ایران (https://www.occupationalhealth.ir) +-- انجمن: عوامل زیان آور محیط کار (https://www.occupationalhealth.ir/forum-1.html) +--- انجمن: عوامل شیمیایی Chemical agents (https://www.occupationalhealth.ir/forum-86.html) +---- انجمن: عوامل شیمیایی در محیط کار (https://www.occupationalhealth.ir/forum-21.html) +---- موضوع: اصول و مبانی آلودگی هوا (/thread-62.html) |
اصول و مبانی آلودگی هوا - masoomi - 09-18-2012 اصول و مبانی آلودگی هوا عمدهترین منابع آلاینده هوا را به دو قسمت تقسیم میکنند: طبیعی و غیر طبیعی منابع آلاینده طبیعی: منابع طبیعی آلایندهها آن دسته از منابعی است که انسان در آنها دخالت کمتری دارد که شامل فعالیتهای آتشفشانها، آتش سوزی طبیعی جنگلها و مراتع، فرسایش بادی و ایجاد ذرات معلق در هوا، ذرات دیگر مثل بذر گیاهان و قارچها، هاگها که 50% آلودگیها را تشکیل میدهند ولی از آنجایی که منبع طبیعی دارند آنچنان اهمیت ندارند. منابع آلاینده غیرطبیعی: منابع این دسته خود شامل سه بخش است: الف ) صنایع ب) ترافیک و وسایل نقلیه موتوری ج) وسایل گرمایشی در بخش صنایع گازهای آلاینده کارخانجات مطرح است. در بخش دوم دود ماشینها مخصوصاً در شهرهای بزرگ و در بخش سوم سوخت گازهای فسیلی برای ایجاد گرما مطرح میشوند. انواع مواد آلاینده بدین صورت است: ترکیبات گوگردی: SH2, SO2, SO3 ترکیبات کربن دار: CO, CO2 و دوده ترکیبات ازت دار: NO2, NO ترکیبات فلوئوردار: F, HF و سرب گرد و غبار و اسموگ ازن ترکیبات گوگردی SO2 گازی است بیرنگ که بیشتر به صورت باران اسیدی مطرح میشود. بوی زننده و نافذ دارد. سنگینتر از هوا است و با آب ترکیبشده تولید اسید سولفوریک میکند. در هوا به تدریج اکسید شده و تبدیل به SO3 میشود و بعد با بخار آب ترکیب شده، اسید سولفوریک را به وجود میآورد. منابع مهم تولید این گاز به دو شکل طبیعی شامل آتشفشانها و آتش سوزی جنگلها و اکسید شدن H2S و غیرطبیعی حاصل فعالیتهای انسان که به دو صورت احتراق سوخت های فسیلی و استخراج معادن کانی های مس و روی میباشد، است. این گاز توسط موتورهای دیزلی و نیروگاهها تولید میگردد. منبع دیگری که تولید سولفور میکند، صنایع و پالایشگاههای نفت و کارخانجات تولید اسید سولفوریک یا سولفور هستند. میزان ورود SO2 به جو حدود 150 میلیون تن در سال میباشد و عمدتاً در کشورهای صنعتی و پیشرفته نیمکره شمالی است که نزدیک به 90% ورود این گازها در اثر سوختهای فسیلی است. مدت دوام SO2 در هوا دائم نیست و بعد یا ترکیب میشود یا از بین میرود. دی اکسید سولفور همراه دود عامل مرگ و میر بالا در موارد حاد آلودگی هوا،در شهرهای بزرگ و صنعت جهان است. اثر عمده این آلایندهها بر ریههاست. بدین ترتیب که راههای هوایی را تنگ میکند و تنفس را مشکل میسازد و یا تولید اسید به بافتهای بینی، حلق حنجره و ریه آسیب میرساند. این عارضه در بیماران آسمی و کودکان آشکارتر است. مهمترین اثرات این آلاینده در غلظت های بالا، تأثیر آن بر سیستم تنفسی، بیماریها و نارساییهای ناشی از آن، کاهش سیستم دفاعی ریهها و تشدید بیماریهای قلبی و تنفسی است. مهمترین زیرگروه افراد جامعه که به دیاکسید گوگرد حساس هستند، افراد دارای بیماری آسم، برونشیت یا آمفیزم و بیماری قلبی هستند. بچهها و افراد مسن نیز به این گاز حساس میباشند. غلظتهای بالای این گاز باعث سوزش چشم و ناراحتیهای تنفسی میشود. گاز دی اکسید گوگرد باعث تخریب محصولات، گیاهان و برگ درختان میشود. این آلاینده به همراه در اکسید نیتروژن، یکی از عوامل مهم بارانهای اسیدی است که باعث مشکلات زیادی نظیر اسیدی شدن آب دریاچهها و رودخانهها و تسریع خوردگی ساختمانها و کاهش میزان دید میشود. تأثیر این آلاینده بر سیستم تنفسی، در حضور غلظت زیاد ذرات معلق تشدید میشود. H2S گازی بی رنگ، قابل اشتعال با بوی زننده عمدتاً توسط آتشفشانها، بعضی چشمههای معدنی، تجزیه آلی در باتلاقها، سواحل دریاها و اقیانوسها معمولاً تولید میشود. از منابع تولید غیرطبیعی تولید H2S نیز بعضی صنایع مثل کاغذسازی، پالایشگاههای نفت و گاز، کارخانجات تولید کودهای شیمیایی را نام برد. ترکیبات کربن دار: این ترکیبات معمولاً در اثر سوختن موادی که در ساختمان آنها کربن وجود دارد وارد محیط میشوند. اغلب گیاهان و سوختهای فسیلی این مواد را دارند. مواد کربن دار بسته به اینکه کامل میسوزند یا ناقص و بینابین و یا نیمهکامل موادی مثل کربن یا دوده و منو کسید کربن و دیاکسید کربن دار وارد جو میکنند. دوده ذرات معلق کربن است که محصول احتراق ناقص است، یکی از متداولترین آلاینده های جامد در کورهها است. منو کسید کربن که در اثر احتراق ناقص وارد محیط میشود به عنوان یکی از آلایندههای اصلی در هوا بخصوص در اجتماعات بزرگ شهری است. بی رنگ و بی بو است. در چهار راهها به علت توقف ماشینها در پشت چراغ قرمز به علت سوختن ناقص سوخت میزان زیادی CO تولید میشود. منبع اصلی ایجاد این گاز وسایل نقلیه موتوری و وسایل گرمایشی است. البته روندهای صنعتی و احتراق ناقص سوخت در تأسیسات تجاری و سوزاندن زبالهها و آتشسوزی جنگلها در تولید CO نقش دارند. مونوکسیدکربن شکل دیگری از ترکیبات کربن دار محسوب میشود. مونوکسید کربن گازی بی بو و سمی است که عمدتاً از اگزوز ماشین در اثر احتراق ناقص سوختهای فسیلی ناشی میشود. این گاز حمل اکسیژن خون به مغز، قلب و اعضا دیگر را مختل میکند و افرادی که به امراض قلبی مبتلا هستند به علت کاهش اکسیژن خون مخصوصاً در معرض خطر تولید میباشند. دود سیگار یکی دیگر از منابع مهم مونواکسید کربن است. بنابراین میزان این گاز در خون افراد سیگاری بسیار بالاتر از افراد غیر سیگاریست منواکسید کربن به سبب ایجاد اختلال در تهیه اکسیژن مورد نیاز بافتهای بدن بهواسطه کاهش قدرت هموگلوبین در حمل اکسیژن و همچنین تشکیل کربوکسی هموگلوبین بر روی سلسله اعصاب مرکزی اثر میگذارد. صدمات ناشی از این آلاینده بیشتر متوجه کسانی است که بیماریهای قلبی و عروقی بخصوص آنژین قفسه صدری دارند. قرار گرفتن در معرض غلظت بالای این گاز باعث کاهش در دقت بینایی، توان کاری، قابلیت یادگیری و انجام فعالیتهای دشوار میشود. چهار نوع بیماری که معمولاً در هنگام مواجهه با منواکسید کربن مشاهده می شود عبارتست از: اثرات قلبی اثرات عصبی تجزیه فیبرین بیماری های دوران زایمان علاوه بر این در تعدادی از آزمایشات انجام شده بر روی حیوانات نیز اثر ژنتیکی در شرایط مواجهه با غلظت های بالا مشاهده شده است . واکنش های شیمیایی ، جذب توسط گیاهان ، اکسید شدن با روش های بیولوژیک در اقیانوس ها ، تبدیل این گاز به CO2 ، فعالیت برخی از میکروارگانیسم ها و واکنش های فتوشیمیایی همگی احتمالاتی است که درباره جدا شدن این گاز از جو وجود دارد . CO2 محصول سوختن کامل تمام ترکیبات آلی است. ماده بسیار حیاتی برای بسیاری از موجودات زنده و یکی از ترکیبات هوا است . هیدروکربنهای سوخته: عناصر اصلی هیدروکربنها، کربن و هیدروژن است. اغلب هم دارای نقطه ذوب و جوش پایینی هستند، اشکال مختلفی هم دارند. در بحث هیدروکربنها بیشتر بحث تصعید یا تبخیر مواد نفتی در محیطهایی که ما آنها را ذخیره میکنیم، داریم. منابع اصلی تولید هیدروکربنها وسایل نقلیه موتوری، پالایشگاهها، تصفیه خانهها، ذخیره مواد نفتی و همچنین سوزاندن سایر مواد فسیلی یا آلی مثل چوب و کاغذ است. ترکیبات نیتروژن دار: در بین این ترکیبات NO و NO2 از مهمترین آلایندهها در اغلب اجتماعات انسانی است. NO گازی است بی رنگ با اثر سمی اندک اما در طبیعت اکسید شده و به گاز سمی NO2 تبدیل میشود. NO2 هم در غلظت زیاد به رنگ قرمز متمایل به قهوهای با بویی تند و نافذ است. این گاز در حرارتهای بالای احتراق مواد سوختنی از ترکیب نیتروژن هوا و اکسیژن تولید میشود. در واقع ازت اتمی در شرایط مناسب (درجه حرارت کافی) با اکسیژن اتمی و یا مولکولی وارد واکنش میشود و اکسیدهای ازت بهوسیله NO را به وجود میآورد که خود NO در مجاورت نور خورشید (کاتالیزور) اکسید شده تبدیل به NO2 میشود. اکسیدهای نیتروژن در اثر احتراق مواد سوختی در ماشینها و نیروگاهها ایجاد میگردند. خطر اکسیدهای نیتروژن که به خطرات ثانویه معروف است تولید اسموگ است. دی اکسید نیتروژن مخاط برونشها را تحریک میکند و بدین وسیله سبب افزایش عفونتهای تنفسی در کودکان و افزایش شکایات تنفسی مثل سرفه و خلط در بزرگسالان میشود. بیماران مبتلا به آسم به اثرات ناشی از این گاز به شدت حساس میباشند. دی اکسید نیتروژن یکی از گازهای فعال در واکنشهای جو است و از عوامل تولید مه دود فتوشیمیایی میباشد. این گاز میتواند باعث ایجاد سوزش در ریهها و کاهش میزان مقاومت سیستم تنفسی در مقابل بیماریهایی مثل آنفلوانزا گردد. اثرات کوتاه مدت این گاز تاکنون ناشناخته مانده است ولی مواجهه پیوسته یا گاه به گاه با غلظتهایی بالاتر از آنچه که معمولاً در هوا یافت میشود، میتواند باعث بیماری شدید تنفسی در کودکان گردد. اکسیدهای نیتروژن، هسته اولیه تشکیل ازن و بارانهای اسیدی هستند و ممکن است بر اکوسیستمهای گیاهی و آبی اثرات منفی بجا بگذارد. در برخی نواحی هم ممکن است اکسیدهای نیتروژن به عامل اصلی تجمع ذرات معلق تبدیل بشوند. اکسیدکنندههای فتوشیمیایی: این گروه از آلایندهها را آلایندههای ثانویه می گویند. این مواد در نتیجه یکسری واکنشها بین هیدروکربورها و ترکیبات ازت دار (هر دو از سوختهای فسیلی منتج میشوند) با کمک اشعه ماوراءبنفش در سطح بالای جو تولید میشوند که مهمترین این ترکیبات ازن O3 و پراکسی استیل نیترات (PAN) هستند. در اینجا نور نقش اصلی را دارد چون انرژی آن بهوسیله NO2 در حضور برخی از هیدروکربورها جذب میشود و طی واکنشی NO2 به NO و اکسیژن اتمی O تجزیه میشود. اکسیژن اتمی بعداً با اکسیژن ملکولی موجود در هوا ترکیب شده و ازن میدهد و یا اینکه با سایر ترکیبات خروجی اگزوز ماشینها ترکیب میشود و PAN را تولید میکند. O3 و PAN از عوامل مهم تولید اسموگ یا دودمه هستند. اسموگ: اسموگ همان دودمه است که از دود و مه تشکیل شده است. متراکم شدن بخار آب در هوا تولید مه میکند. اگر این مه در یک محیط آلوده باشد با مخلوط این دو اسموگ یا دودمه به وجود میآید. در واقع حالتی یا آلودگی خاصی است که در اثر واکنشهای بین اکسیدهای ازت و هیدروکربنهای آلی در مقابل نور خورشید به وجود میآید. دو نوع اسموگ وجود دارد اسموگ اسیدی (London Smog) اسموگ اکسید کننده ( LosAngeles Smog ) عامل فعال کننده اسموگ اسیدی ترکیبات گوگردی و عامل فعال کننده اسموگ اکسید کننده O3 و PAN هستند . عوامل مؤثر در تشکیل اسموگ: مهمترین عامل مؤثر در تشکیل اسموگ نحوه پراکنش مواد آلاینده در هوا است که خود این نحوه پراکنش تابعی از این فاکتورها است : جهت و شدت باد وضعیت حرارتی در مجاورت زمین ارتفاع منبع خروجی مواد آلوده کننده وضعیت توپوگرافیک در همین مبحث موضوع وارونگی یا Inversion مطرح است. وارونگی عبارت است از محصور شدن هوای سرد توسط یک لایه از هوای گرم. شدت و دوام وارونگی تحت تأثیر فصول مختلف سال قرار دارد. پائیز و زمستان معمولاً دارای طولانیترین و بیشترین اینورژن هستند. ترکیبات فلوئور دار: این ترکیبات مضر هستند. ترکیبات فلوئور دار از نظر مقدار در فضا در مقایسه با سایر مواد آلاینده کم هستند اما سمیت این عناصر بسیار بیشتر از برخی دیگر از آلایندهها است. یکی از سمیترین مواد آلاینده هوا به شمار میروند. معمولاً به صورت آزاد در طبیعت یافت نمیشود اما با رطوبت هوا ترکیب شده و به صورت HF در میآید. از نظر آلودگی هوا برای ما اسید فلوئوریدریک، گازهای فلوئوردار، فلوئوروسیلیسیم به فرمول SiF4، آئروسلهای فلوئوردار (آئروسل ذرات ریز معلق در هوا را می گویند) از اهمیت بیشتری برخوردارند. در طبیعت این مواد به شکل ترکیب با سایر مواد تشکیل دهنده کانیها وجود دارد. این کانیها فلوریت یا CaF4، کریولیت Na3AlF6 میباشند. موادی که معمولاً برای تهیه کودهای شیمیایی مخصوصاً کودهای فسفاته بکار میرود معمولاً فلوئور در ترکیباتشان دارند. صنایع مختلف از قبیل صنایع سرامیک، آجر، چینی، آلومینیوم، شیشه سازی و تولید کود شیمیایی نیز به ایجاد این ترکیبات کمک میکنند.. ذرات معلق در هوا: این ذرات میتوانند به صورت مایع یا جامد باشند. زمان تعلیق این گرد و غبار در هوا میتواند از چند ثانیه تا چند ماه باشد که بستگی به وزن ذرات دارد. گاهی شکل دوم آنها هم مؤثر است. ذرات ریز خاک، خاکستر آتشفشانها، ترشحات نمک حاصل از جزر و مد امواج دریا، ویروسها، باکتریها، هاگها و گردههای گیاهان از منابع طبیعی در تولید ذرات گرد و غبار هستند. این منابع قبل از ظهور انسانها هم بوده اما ذرات گرد و غباری که ما به عنوان آلودگی مورد بحث قرار میدهیم زاییده دست بشر است و از سه طریق وارد محیط میشود: سوزاندن مواد: از سوزاندن مواد آلی و معدنی دوده، بخار و انواع اکسیدها وارد جو میشوند. واکنش شیمیایی: در اکثر روشهای شیمی صنعتی از قبیل تهیه اسید سولفوریک یا تصفیه نفت این مواد در هوا میتوانند فشرده شوند. خرد یا صاف و آسیاب کردن: در معادن که سنگها و کانیها را خرد میکنند تا مواد مورد استفاده را بیرون بکشند منجر به تولید این ذرات میشود. در داخل کارخانجات این کانیها مجدداً باید سائیده و صاف شود، در اثر عملیات ساختمانی، کشاورزی، صنایع مختلف این مواد بهطور قابل ملاحظهای تولید میشوند و در هوا پخش میگردند. تأثیرات ذرات معلق بر سلامتی انسان به گونههای ذیل تقسیم میشود: الف) خطرات تنفسی ب) تأثیرات سوء بر قفسه صدری ج) تأثیرات بر مکانیسمهای دفاعی و تصفیهای د) تأثیرات سرطانی محل و مقدار نشت ذرات در دستگاه تنفسی، تابعی از فاکتورهای فیزیکی معینی است که مهمترین آنها، اندازه ذرات میباشد باران اسیدی: با سوختن هر مادهای انواع آلایندههای گازی وارد جو میشود. در بین این مواد آلاینده مهمترین آنها که در ایجاد باران اسیدی نقش دارند ترکیبات گوگردی شامل SO2 و ترکیبات ازت دار NO است. این مواد به دو طریق یا به شکل گازی و گرد و غبار و یا به شکل واکنشهایی که در اتمسفر با بخار آب تشکیل میدهند همراه باران دوباره به زمین برمی گردند. در این موارد می گوییم باران اسیدی است. باران اسیدی شدیداً موجب تخریب ساختمانها میشود. بهطور کلی باران اسیدی در محیطهای آبی اثرات زیادی روی اکوسیستمهای آبی میگذارد. این اثرات روی ماهیها بدین شرح است: ماهیان ماده در مقابل تنش اسیدی قادر به تخم ریزی نیستند. لارو ماهیها در محیط اسیدی قادر به زندگی نیستند. رشد ماهیها کم میشود. میزان تخم ریزی در هر نوبت بسیار کم میشود. منطقه به بیماریها حساسیت بیشتری نشان میدهند. هوای اسیدی: هوای اسیدی در اثر مه دود فتوشیمیایی هنگامی که دی اکسید کربن و دی اکسید سولفور و بهویژه اکسید نیتریک به اسید تبدیل میشوند، به وجود میآید. این گازها ابرهای بسیار ظریفی از قطرات ریز اسیدی را تشکیل میدهند. اين هوای اسیدی بعداً به صورت باران اسیدی فر و میریزد و باعث آسیب رساندن به گیاهان و درختها میشود. اگر ذرات اسید ریز وارد ریهها شوند تحریکات راههای تنفسی، سرفه و حتی خسخس سینه را به همراه دارند. |