اولین آلاینده های هوا احتمالا دارای منشأ طبیعی بوده‌اند. دود، بخار بدبو، خاکستر و گازهای متصاعد شده از آتشفشانها و آتش‌سوزی جنگلها، گرد و غبار ناشی از توفانها در نواحی خشک، در نواحی کم‌ ارتفاع مرطوب و مه های رقیق شامل ذرات حاصل از درختهای کاج و صنوبر در نواحی کوهستانی، پیش از آنکه مشکلات مربوط به سلامت انسانها و مشکلات ناشی از فعالیتهای انسانی محسوس باشند، کلا جزئی از محیط زیست ما بشمار می‌رفتند، به استثنای موارد حاد ، نظیر فوران آتشفشان.

آلودگیهای ناشی از منابع طبیعی معمولا ایجاد چنان مشکلات جدی برای حیات جانوران و یا اموال انسانها نمیکنند. این در حالی است که فعالیتهای انسانی، ایجاد چنان مشکلاتی از نظر آلودگی می‌نمایند که بیم آن میرود بخشهایی از اتمسفر زمین تبدیل به محیطی مضر برای سلامت انسانها گردد .

تاریخچه آلودگی

دود یکی از قدیمی ترین آلاینده‌های هوا است که برای سلامت بشر مضر است. زمانی که دود ناشی از آتش حاصله از سوختن چوب توسط ساکنین اولیه غارها جای خود را به دود ناشی از کوره‌های زغال سوز در شهرهای پرجمعیت داد، آلودگی هوا بقدری افزایش یافت که زنگ خظر برای برخی از ساکنان آن شهرها بصدا درآمد. در سال 61 بعد از میلاد ، "سنکا" (Seneca) فیلسوف رومی از هوای روم بعنوان هوای سنگین و از دودکشهای هود با عنوان تولید کننده بوی بد نام برد.

در سال 1273 میلادی ، "ادوارد اول" پادشاه انگلستان عنوان کرد که هوای لندن به حدی با دود و مه آلوده شده است و آزار دهنده است که از سوختن زغال سنگ دریایی جلوگیری خواهد کرد. علیرغم هشدار پادشاه مذکور، نابودی گسترده جنگلها، چوب را تبدیل به یک کالای کمیاب نمود و ساکنان لندن را وادار ساخت تا بجای کم کردن مصرف زغال سنگ به میزان بیشتری از آن استفاده کنند.
تا سال 1661 میلادی یعنی بیش از یک قرن بعد ، تغییر قابل ملاحظه‌ای در آلودگی هوا بوجود نیامد. چاره جویی و پیشنهادات عبارت بودند از برچیدن تمامی کارخانه‌های اطراف شهر لندن و بوجود آمدن کمربند سبز در اطراف شهر بالاخره این چاره جویی‌ها کارساز شد.

مشکلات آلودگی هوا

شواهدی دال بر علاقمندی جوامع انسانی در غلبه بر مشکل آلودگی هوا وجود دارند که از جمله آنها میتوان از تصویب و اجرای قوانین کنترل دود در شیکاگو سینسنیاتی به سال 1881 نام برد. ولی اجرای این قوانین و قوانینی مشابه آنها با دشواریهایی مواجه گردید و برای تمیز نمودن هوا یا جلوگیری از آلودگی بیشتر آن، تقریبا کاری انجام نشد. در سال 1930 در دره بسیار صنعتی میوز در کشور بلژیک در اثر پدیده وارونگی ، مه دود در یک فضای معین محبوس گردید. در نتیجه 63 تن جان خود را از دست داده ، چندین هزار تن دیگر بیمار شوند.
حدود 18 سال بعد در شرایط مشابهی در ایالات متحده آمریکا، یکی از اولین و بزرگترین فاجعه‌های زائیده آلودگیها رخ داد، یعنی 17 نفر جان خود را باختند و 43 درصد جمعیت نورا در پنسیلوانیا بیمار شدند. درست سه سال بعد از فاجعه مه دود لندن در سال  1952، نادیده گرفتن عواقب جدی آلودگی هوا غیرممکن گردید.

در روز سه شنبه 4 دسامبر سال 1952 حجم عظیمی از هوای گرم به طرف قسمت جنوبی انگلستان حرکت کرده، با ایجاد یک وارونگی دمایی سبب نشست یک مه سفید در لندن شد. این مه دود به دستگاه تنفسی انسان سخت آسیب میرساند. درنتیجه بیشتر مردم بزودی با مشکلاتی از قبیل قرمز شدن چشمها، سوزش گلو و سرفه‌های زیاد مواجه شدند و پیش از آنکه در 9 دسامبر از سطح شهر دور شوند، 400 مورد مرگ مربوط به آلودگی هوا گزارش کردند. این تعداد تلفات برای متوجه ساختن افکار بریتانیایی‌ها جهت تصویب قانون هوای تمیز در سال 1956 کافی بود.

قانون کنترل آلودگی هوا

این قانون در ایالات متحده امریکا به نام قانون کنترل آلودگی هوا )قانون عمومی( 159_84 به تصویب رسید. اما این مصوبه تنها موجب به تصویب رسیدن یک قانون مؤثرتر گردید. این قانون یکبار در سال 1960 و بار دیگر در سال 1962 بازنگری شد و به قانون هوای تمیز سال 1963 )قانون عمومی 206_88( که برنامه‌های ناحیه‌ای محلی و ایالتی را برای کنترل هوا تشویق میکرد و در عین حال حق مداخله را برای دولت فدرال در صورت به خطر افتادن سلامت و رفاه اهالی ایالت در اثر آلودگی ناشی از ایالات دیگر محفوظ نگه می‌داشت، الحاق گردید.

این قانون معیارهایی برای کیفیت هوا وضع کرد که بر اساس آنها ، استانداردهای کیفیت هوا و گازهای متصاعد شده در دهه 1960 میلادی پی‌ریزی شد.

اجرای قانون هوای تمیز

اجرای قانون هوای تمیز در سال 1970 به آژانس نو بنیاد حفاظت محیط زیست (EPA) محول گریدید. قانون به وضع استانداردهای درجه اول و دوم کیفیت هوای محیط زیست پرداخت. استانداردهای اولیه متکی بر معیارهای کیفیت هوا، برای حفظ سلامت عموم مردم، دامنه وسیعی از ایمنی را در نظر میگیرد. درحالی که استانداردهای ثانوی که آنها نیز متکی بر معیارهای کیفیت هوا باشند، برای حفظ رفاه عموم انسانها، بعلاوه گیاهان ، جانوران ، اموال و دارائی هستند.

اصلاحات قانون هوای تمیز به سال 1977 به تقویت باز هم بیشتر قوانین موجود پرداخته است. اگر چه این امکان وجود دارد که تغییرات بیشتری نیز انجام شود، کاملا محتمل است که کنترل آلودگی هوا برای ایجاد شرایطی که تحت آن هوا برای نسلهای آینده تمیزتر و سالم‌تر نگاهداشته شود، از حمایت بیشتر عامه مردم برخوردار شود.

آلوده سازهای مهم : 

1)   ذرات آلوده و معلق در هوا : ذرات آلوده به موادی جامد که در هوا معلق است اطلاق میشود (این ذرات میتوانند به صورت جامد نیز باشند) و حدود 00002/0 تا 500 میکرومتر باشند که این مواد با این اندازه میتوانند از چند ثانیه تا چند ماه در هوا پراکنده باشند .

2)   قابلیت جذب اتمسفر : گذشته از قابلیت کاهش دید در اثر وجود ذرات معلق آلوده کننده ی هوا، در اتمسفر گازهایی وجود دارند که در اثر مواد آلوده کننده وارد محیط میشوند و بعلت قابلیت تشعشع و یا جذب نور، قابلیت دید را تغییر میدهد که این گازها توسط اتمسفر جذب میشوند .

3)   گاز منواکسیدکربن بیرنگ و بدون بو است. میزان منواکسیدکربن متصاعد در جهان 350 میلیون تن است در سال  تخمین زده میشود که 20% آن توسط ساخته های بشر است .

4)  دی اکسید سولفور : دی اکسید سولفور و so2 و تری اکسید سولفور (so3) از نوع سولفور هایی هستند که در اتمسفر زمین هستند. دی اکسید سولفور غیر آتشزا و گازی بیرنگ و غیر انفجاری میباشد. غلظت بیشتر از    ppm3/-1 بر حس چشایی اثر می گذارد .

5)  ذرات فلزی و پلاستیکی و اکسید های نیتروژن دار : ذرات فلزی و پلاستیکی و اکسید های نیتروژن دار( از 6 الی 7 اکسید نیتروژن گازهای NO2 &NO) از آلوده کننده های مهم هوا هستند. اگر غلظت NO2  به 25/ ppm  برسد قابلیت دید را به میزان قابل توجهی کاهش خواهد داد .

اگر گیاهان به مدت 10 الی 12 روز در معرض هوای محتوای 05/ ppm، NO2قرار گیرند رشد آنها کاهش می یابد. ذرات پلاستیکی عایق کننده یکی از عوامل مهم در بروز سرطان میباشد.

      عوامل جوی موثر:

۱) تشعشع خورشید: انرژی نوری خورشید

 باعث میشود بتوان زمین را مانند یک جسم داغ دارای حرارت 62 درجه ی فارنهایت ( 290k) در نظر گرفت و این زمین دارای پرتوی ماورائ بنفش میباشد که از خود متصاعد میکند و باعث ایجاد اثر گلخانه ای میشود .

2) قطرات آب و بخار : باعث ایجاد اثر گلخانه ای میشود

3) توزیع باد: محاسبه ی پراکنده گی میزان غلظت مواد آلوده در اتمسفر نه تنها بستگی به سرعت باد دارد بلکه به جهت آن نیز بستگی دارد.

4) نرخ افت: یکی از مهمترین خصوصیات اتمسفر، ویژگی پایداری آن و بعبارت دیگر میزان تمایل آن به توقف کردن حرکتهای عمودی جریان در هم میباشد این خاصیت بطور مستقیم در چگونگی پراکنده شدن مواد آلوده تاثیر خواهد داشت .

5 ) پدیده وارونگی دما

6) بارندگی

7) اثرات جزیره ای

منابع آلوده کننده ی طبیعت :

 نیرو گاهها، سایر منابع ثابت از سوخت و یا زغال سنگ، در سیستم متحرک سوخت گازوئیل، بنزین، و یا سوخت موتور جت، پروژه های کارخانه ای نظیر خردکردن، آرد کردن، تجزیه کردن و.... همه روزه آلوده کننده ی محیط زیست هستند.

آلوده کننده ها و میزان تولید (1000*)تن

طبقه‌بندی آلاینده‌ها بر حسب حالت ماده

ذرات آلاینده‌ها

عبارتند از جامدات و مایعاتی که شامل غبار، دودهای غلیظ، دود، خاکستر، غبار مه آلود و اسپری هستند. تحت شرایط مناسب ذرات آلاینده ها از اتمسفر جدا و ته نشین میشوند.

آلاینده‌های گازی

آلاینده های گازی که سیالهای بی شکل‌اند، کاملا فضای آزاد شده در آن را اشغال میکنند و بسیار شبیه به هوا عمل نموده، از اتمسفر جدا نمیشوند. در میان آلاینده های معروف گازی از اکسیدهای کربن، اکسیدهای سولفور، اکسیدهای نیتروژن، هیدروکربنها و اکسیدکننده‌ها میتوان نام برد.

طبقه‌بندی ذرات

1.      خواص فیزیکی که عبارتند از اندازه، شکل، ته نشین شدن و کیفیت نوری

2.      خواص شیمیایی که عبارتند از ترکیبات آلی و معدنی

3.      خواص بیولوژیکی بصورت باکتریها، ویروسها، هاگها و غیره

نحوه تشکیل ذرات

ذرات را میتوان بر حسب نحوه تشکیل به صورت غبار، دود، دود غلیظ، دود حاصل از خاکستر، غبار مه آلود یا اسپری طبقه بندی نمود .

غبار

غبار عبارتست از ذرات کوچک جامد بوجود آمده از خرد شدن جرمهای بزرگتر در حین فرآیندهایی نظیر خرد کردن، آسیاب کردن یا انفجار که ممکن است بطور مستقیم و یا غیرمستقیم در اثر بکار گیری موادی از قبیل زغال سنگ، سیمان یا دانه‌ها وارد اتمسفر شوند.

دود

دود از ذرات ریز جامد از احتراق ناقص ذرات آلی نظیر زغال سنگ، چوب یا تنباکو که عمدتا از کربن و سایر مواد قابل احتراق تشکیل یافته‌اند، تشکیل میشود.

دود غلیظ

دود غلیظ از ذرات جامد ریز از مایع شدن بخارات مواد جامد تشکیل میشود. دود غلیظ ممکن است در اثر تصعید، تقطیر، تکلیس شدن یا فرآیندهای ذوب فلزات بوجود آید.

دود ناشی از خاکستر

دود ناشی از خاکستر از ذرات غیرقابل احتراق ریزی که در گازهای حاصل از احتراق زغال سنگ بوجود می‌آید تشکیل یافته است.

غبار مه آلود

غبار مه آلود از ذرات مایع یا قطرات تشکیل شده در اثر مایع شدن بخار، پراکندگی یک مایع یا انجام یک واکنش شیمیایی بوجود می‌آید.

• ذرات آلی موجود در اتمسفر:  فنلها، اسیدهای آلی و الکلها
• معروفترین ذرات معدنی موجود در اتمسفر:  نیتراتها، سولفاتها و فلزات آهن، سرب، منگنز، روی و وانادیم

منابع تولید ذرات

ذرات ممکن است گرده گیاهان، هاگها، باکتریها، ویروسها، تک یاخته‌ایها، قارچها و بقایای زنگ زدگی و غبار ناشی از فعالیتهای آتشفشانی و یا مواد مضر به سلامت انسانها (دود ناشی از خاکستر ، دود ، دوده‌ها ، اکسیدهای فلزی و نمکها ، فلزات روغنی یا قیری ، قطرات اسیدی ، سیلیکاتها و سایر غبارهای معدنی و دودهای غلیظ فلزی) باشند.

استانداردها و کنترل ذرات

اگر چه کنترل ذرات در محل تولید آنها یا به کمک رقیق سازی انجام پذیر است، اما این اصل که رقیق کردن راه حل مشکل آلودگی است، دارای کاربرد نیست و نمیتوان از آن بعنوان یک روش کنترل کننده مفید نام برد. تنها روش قابل قبول کنترل در محل تولید کننده آلودگی و متکی به اصول ته نشین سازی ، سانتریفوژ ، فشرده نمودن ، فیلتراسیون بارهای الکتریکی میباشند

مطالب ذکر شده در کلاس آلودگی هوا

عمده ترین روش اندازه گیری، ذرات روش وزنی میباشد:

روش اشعه ماورائ بنفش

مهمترین دستگاهی که برای اندازه گیری ذرات (ذرات معلق) به روش وزنی استفاده میشود high valume است که روش اندازه گیری این دستگاه هم کیفی و هم کمی میباشد.

دستگاه  dust wall jarبرای اندازه گیری ذرات راسب استفاده میشود و یک روش کمی است.

دستگاه  low valume برای محیط های بسته استفاده میشود .

در روش داس وال جار از ظرفی که ارتفاع آن 2 برابر دهانه ی آن باشد و از جنس فولاد ضد زنگ  و یا شیشه ای است استفاده میشود، از آب مقطر با Ec کمتر از یک برای جذب ذرات استفاده میکنیم که میتوان آنرا یا در آزمایشگاه و یا در محیط استفاده کرد. اما باید حجم آب استفاده شده ثبت شود .

شرایط محیطی لازم جهت انجام آزمایش :

باید مکان انجام آزمایش دور از منابع نقطه ای باشد (KM 15-10(

باید دور از درختان باشد و براساس وضعیت جغرافیایی و مساحت شهری چند نقطه ی نمونه برداری مشخص شود، همچنین دسترسی به ظرف نمونه آسان باشد. دور از خطر باشد و همچنین محیطی باشد که پایه به زمین محکم شده باشد و بتواند ظرف را به مدت 1 ماه در خود حفظ نماید.

اگر محیط مورد نظر سرد باشد باید از مواد ضد یخ استفاده کرد و اگر محل نمونه برداری گرم باشد باید از سولفات مس و یا نقره برای جلوگیری از رشد جلبک و یا قارچ استفاده کرد.

دور ظرف باید از حلقه پرندگان (ring bird) استفاده شود ( جهت جلوگیری از نشستن پرندگان بر روی ظرف نمونه ) همچنین باید مرتباً به ظرف نمونه سرکشی کنیم تا آب ظرف نمونه خشک نشود و مقدار آب اضافه شده به ظرف نباید به اندازه ای باشد که رسوبات داخل ظرف به بیرون بریزد.

بعد از این مدت ظرف را با کاور پوشانده و به آزمایشگاه منتقل میکنیم و بعد از آن باید ظرف را کاملا تکان داده و حجم آب را اندازه گیری میکنیم سپس ظرف را داخل آون خشک کرده و وزن آن را محاسبه میکنیم از اختلاف وزن ظرف در ابتدا و انتها وزن ذره بدست می آید .

برای اندازه گیری مواد فرار ابتدا نمونه را در آون خشک کرده و سپس در کوره سوزانده و در دیسکاتور خنک میکنیم، اگر وزن بوته ی چینی پس از خارج شدن از آون را از وزن بوته ی خارج شده از کوره کم کنیم  وزن مواد فرار بدست می آید و اگر وزن بوته ی چینی را از وزن بوته ی چینی خارج شده از کوره کم کنیم وزن مواد غیر فرار بدست می آید. 

دستگاههای والیوم از پیشرفته ترین دستگاههای اندازه گیری ذرات میباشد

دستگاه دارای یک فیلتر میباشد، مقدار حجم هوای مکش شده و وزن فیلتر اندازه گیری میشود.

در بالای دستگاه یک کلاهک وجود دارد که p10 ذرات با قطر کوچکتر مساوی, tsp کل ذرات

P2/5  را اندازه گیری میکند.

کل ذرات از دهانه ی آن وارد دستگاه میشود در دستگاه یک پمپ وجود دارد که هوا را از بالا مکش میکند و از فیلتر عبور میدهد و ذرات روی فیلتر نشست میکنند و هوای تمیز از بالا خارج میشود دستگاه از ارتفاع 3 متری از زمین پیچ میشود مدت نمونه برداری از این دستگاه 24 ساعت میباشد و در بعضی از مواقع 12-24 ساعت هم به طول می انجامد.

فیلتر وزن شده در آزمایشگاه در کاور قرار داده میشود و سپس در دیسکاتور خشک میکنیم و در نهایت آن را اندازه گیری میکنیم                                                              

                                            وزن فیلتر- وزن ذره و فیلتر = وزن ذره

پمپ داخل دستگاه هنگام کار کردن دبی را نشان میدهد دبی ابتدا و انتها با هم متفاوت میباشد چون هنوز فیلتر تمیز میباشد و حجم هوای بیشتری را عبور میدهد.

کلاهک براساس نازل درون آن pm2/5 - pm10 را اندازه گیری میکند نباید به فیلتر دست زد

باید آن را با پنس در دستگاه قرار داد برای اندازه گیری ذرات شرایط محیطی مانند دما و فشار و رطوبت تاثیرگذار است و همچنین دبی اندازه گیری شده استاندار باشد

سنسور پشت دستگاه مقدار دما و فشار و رطوبت را اندازه گیری میکند.

  Micro dustpor  

این دستگاه در حجم هوای زیاد استفاده نمیشود و برای اندازه گیری هوای محیط های بسته بکار میرود. این دستگاه با اشعه ی نوری (اشعه ی ماورائ بنفش ) کار میکند.

با استفاده از اندازه گیری کدورت مقدار ذرات را اندازه گیری میکند.

نمونه برداری این دستگاه آنی است و همان لحظه میزان ذرات را نشان میدهد، این دستگاه میتواند گراف ذرات را نیز رسم میکند .

به مرور زمان ذرات در پروپ نشست میکنند و روی اشعه را گرفته بنابراین از یک span هوایی  برای تمیز کردن هوای داخل پروپ استفاده میشود.

نمونه برداری از گازها

جنسیت ذرات با گازها متفاوت میباشد و جداسازی دو فاز گازی دشوار میباشد:

1.      جذب سطحی

2.      جذب در مایع

3.      صافیهای چسبنده

4.      چگالش

برای جداسازی گازها نیاز به جاذب است که این جاذب میتواند مایع یا جامد باشد که اگر مایع باشد جذب در مایع و اگر جامد باشد جذب سطحی است .

هر چه سطح متخلخل تر باشد جذب بهتر صورت میگیرد

جاذبهای سطحی مانند سیلیکاژن, آلومینا و کربن فعال

دستگاه Gastec

این دستگاه یک پمپ ثابت دارد ولی دارای سنسورهای مختلفی میباشد که برای اندازه گیری گاز های مختلف بکار میرود، روی پمپ یک محفظه قرار دارد که درون آن یک سنسور میباشد که ورودی آن مدرج میباشد و با گرفتن گاز مورد نظر روی سنسور تغییر رنگ ایجاد میشود، در صورتی که سطح آن مایل باشد قسمت صاف آن خوانده میشود و در صورتی که هم پررنگ و هم کم رنگ باشد مابین آن خوانده میشود؛ این دستگاه ml 100حجم هوا را مکش میکند.

بحث ونتیجه گیری

بطور كلي منابع آلوده كنندة هوا عبارتند از منابع طبيعي و منابع غيرطبيعي يا مصنوعي؛ با توجه به تأثيرات مثبت فعل و انفعالات عناصر طبيعي در دراز مدت مانند طوفانها – گرد و غبار صحراها – دود و خاكسترهاي آتش سوزيهاي جنگلي، املاح موجود در جو، فعاليتهاي آشتفشاني، شهابهاي آسماني و منابع گياهي و حيواني، بعضي عقيده دارند كه در كوتاه مدت، اينگونه منابع در اثر بر هم زدن تعادل ظاهري در محيط زيست، موجب آلودگي ميشوند. بدان جهت اينگونه فعل و انفعالات طبيعي را در گروه آلاينده هاي طبيعي قرار ميدهند .

منابع غيرطبيعي يا مصنوعي، برعكس به دست انسان بوجود آمده و آلودگيهاي ناشي از آن حاصل فعاليتهاي آدمي است. از جمله وسايل نقليه – صنايع – منابع تجاري و خانگي و …

مطالعات و اندازه گيريهاي انجام يافته برروي غلظت آلاينده ها در نقاط مختلف شهرهاي پرترافيك نشان داده است كه در خيلي از موارد هوايي كه تنفس ميكنيم از نقطه نظر مونواكسيدكربن و هيدروكربوهاي نسوخته به مراتب از حد مجاز آلوده تر است. اگرچه صنعت و تكنولوژي، عامل رشد اقتصادي كشورها هستند ولي آلودگي هوا نيز ره آورد آنهاست.

منابع

http://daneshnameh.roshd.ir

http://environment-88.blogfa.com/post-79.aspx