دانلود - موسسه آموزش عالی جامی
Download
Report
Transcript دانلود - موسسه آموزش عالی جامی
آلودگی هوا و روشهای کنترل آن
امیر رضا طالیی
1
عضو هیئت علمی گروه مهندس ی عمران و محیط زیست موسسه آموزش عالی جامی
آلودگی هوا مختص یک منطقه نیست
جو در ناحیه تروپوسفر (محل زندگی ما) به شدت در حرکت است .به
ً
همین دلیل بعضا مواد آالینده در سرتاسر جو پخش خواهند شد.
2
تعریف آلودگی هوا
وجود یک یا چند آلوده کننده در هوای آزاد به آن مقدار ،مدت و
ویژگی ها که برای زندگی انسان ،گیاه و یا حیوانات خطرناک بوده
و برای اشیاء و متعلقات زندگی مضر باشد و یا بطور غیر قابل
قبولی مخل استفاده راحت از اموال گردد.
3
واژه ها و اصطالحات آلودگی هوا
4
آئروسل )(Aerosols
پراکندگی ذرات جامد یا مایع در محیط گازی
همچون
مه ،میست ،دود و...
5
غبار )(Dust
بصور نامشخص ذرات جامدی
ً
که غالبا بزرگتر از کلوئیدها
بوده و قادر هستند که بطور
موقت در هوا و یا هر گاز
دیگری به حالت تعلیق درآیند
را شامل می گردد.
تصویر میکروسکوپی یک ذره غبار
6
مشخصات غبار
غبار تمایلی به چسبندگی ندارد مگر اینکه تحت تاثیر نیروی
الکتریسیته ساکن قرار گیرد.
ً
ذرات تشکیل دهنده غبار معموال پخش نمی شوند ولی تحت تاثیر
نیروی جاذبه رسوب می نمایند.
ذرات غبار در اثر نیروهای فیزیکی از ذرات بزرگتر حاصل می شوند.
7
قطره )(Droplet
ذره کوچک مایع دارای اندازه و وزن مخصوص ی که در شرایط سکون
سقوط می کند اما ممکن است در شرایط تالطم (توربوالنس)
معلق بماند.
8
خاکستر فرار )(Fly Ash
ذرات بسیار کوچک خاکستر که در اثر احتراق مواد سوختی وارد
جریان گاز دودکش شده و این ذرات ممکن است حاوی ذرات
ناقص سوخته باشد.
9
تصویر میکروسکوپی از خاکستر فرار
10
مه )(Fog
اصطالح نامشخص ی است از برای وجود ذرات قابل روئویت که در
حالت پراکندگی به صورت مایع هستند.
تشکیل مه مستلزم تراکم است.
در هوا شناس ی به پراکندگی ذرات آب و یا یخ در هوا مه گفته می
شود.
11
نمونه ای از مه در طبیعت
12
فیوم یا دمه )(Fume
ذرات جامدی که در اثر تراکم حالت
ً
گازی و معموال پس از تبخیر مواد
ً
ذوب شده و غالبا به همراه یک
واکنش شیمیایی مثل
اکسیداسیون تولید می شوند.
فرایند جوشکاری یکی از منابع تولید فیوم
است
13
گاز
گاز یکی از سه حالت ماده است که شکل و حجم مستقل نداشته و
تمایل به انبساط نامحدود دارد
14
میست )(Mist
اصطالحی نامشخص برای ذرات بزرگ
مایع با پراکندگی کم غلظت
15
در شکل روبرو ذرات درشت آب به
صورت میست برای مدت زمان
کوتاهی در هوا معلق هستند.
ذره )(Particle
جزأ کوچک مجزا از توده مایع و یا جامد را ذره گویند
16
دود )(Smog
ً
ذرات کوچک حاصل از احتراق ناقص است که عمدتا متشکل از
کربن و سایر مواد قابل احتراق هستند.
17
دوده )(Soot
اجتماع ذرات کربن اشباع شده که با مواد قیری
ً
آمیخته اند و اصوال در اثر احتراق ناقص مواد کربن دار
به وجود می آیند ،دوده می نامند.
تصوير ميکروسکوپي از يک ذره دوده
18
اتمسفر زمین
به عنوان پوشش ی برای زمین از سرد و گرم شدن بیش از حد آن
جلوگیری می نماید.
موجودات زنده را از اشعه سوزان خورشید ،اشعه ماوراء بنفش
و اشعه کیهانی محافظت می نماید و انشار صوت را سبب می
گردد.
19
الیه های تشکیل دهنده اتمسفر
20
تغییرات دمایی
اتمسفر با افزایش
ارتفاع
21
عوامل جوی موثر در آلودگی هوا
پخش آالیند ها تابعی از موقیعت جغرافیایی و شرایط جوی است.
در برخی نقاط شرایط جوی باعث پخش و کاهش آلودگی می گردد
و در برخی موارد شرایط جوی حتی باعث افزایش آلودگی نیز می
شود.
22
باد
حرکت افقی هوا را باد گویند.
جریان باد باعث پخش و رقیق شدن آلودگی ها در هوا می گردد.
میزان انتشار و انتقال هوای آلوده به سرعت و قدرت باد بستگی
دارد.
ً
معموال بادهایی با سرعت بیش از 30کیلومتر بر ساعت در انتقال
و انتشار آلودگی ها موثر است.
23
جریان هوا
24
حرکت عمودی هوا را “جریان هوا” می نمامند.
جریان های هوا نقش موثرتری از باد در کاهش آلودگی دارند .زیرا آلودگی را
از سطح زمین (محل زندگی) دور می نماید.
در طبقات فوقانی جو بادها شدیدتر هستند و اگر هوای آلوده به آنجا برد
سریع تر رقیق می گردند.
در مناطق کم فشار جریان عمودی رو به باالی هوا بیشتر است .در نتیجه
هوا در این مناطق تمیز تر خواهد بود.
در مناطق پرفشار جریان عمودی رو پایین هوا بیشتر است .در نتیجه هوای
آلوده در اتمسفر به خوبی پخش نشده و آلودگی مدام افزایش می یابد.
نقش ریزش های جوی در پاک سازی محیط
باران ،برف و ...نقش موثری در شستشوی هوا و انتقال آلودگی از هوا
به زمین دارد.
25
مه به عنوان ماده سینرژیسم در آلودگی هوا
ایجاد مه در هنگام اوج آلودگی هوا به دلیل ایجاد هسته های تراکم
مواد آالینده منجر به افزایش شدید آلودگی می گردد.
در بسیاری از حوادث مهم آلودگی هوا مه نقش سینرژیسم داشته
است.
26
دما در جو
در الیه تروپوسفر با افزایش ارتفاع بایستی دما کاهش یابد
در شرایط طبیعی
این کاهش به ازاء هر 100متر یک درجه سانتیگراد است .این تغییر دما را
Lapse Rateمی نامند.
27
شرایط ادیاباتیک
اگر به ازاء هر 100متر افزایش ارتفاع دمای هوا یک درجه کاهش
یابد شرایط ادیاباتیک است
28
شرایط سوپر ادیاباتیک
اگر به ازاء هر 100متر افزایش ارتفاع دمای هوا بیش از 1درجه
سانتیگراد کاهش پیدا نماید شرایط را سوپر ادیاباتیک می نامند.
29
وارونگی دما (اینورژن)
اگر به هر دلیلی با افزایش ارتفاع افزایش دما نیز به وجود آید
وارونگی دمایی اتفاق افتاده است.
در شرایط اینورژن حرکت عمودی هوا وجود نداشته و آلودگی ها
محبوس می گردند .در نتیجه غلظت آالینده ها در هوا افزایش می
یابد.
30
نمایی از وارونگی دما
در این تصویر می بینید که دود از ارتفاعی خواص باالتر نمی رود
نمایی از وارونگی دما
در این تصویر می بینید که دود از ارتفاعی خواص باالتر نمی رود
نمایی از وارونگی دما
در این تصویر می بینید که دود از ارتفاعی خواص باالتر نمی رود
نمایی از وارونگی دما
در این تصویر می بینید که دود از ارتفاعی خواص باالتر نمی رود
شرایط ایزوترمال
در صورتی که با افزایش ارتفاع تغییرات دمایی وجود نداشته باشد،
شرایط ایزوترمال (خنثی) می باشد.
35
پایداری و ناپایداری هوا
معیار پایداری و ناپایداری هوا قابلیت ایجاد یک حرکت عمودی در
هوا می باشد.
اگر جزء سعود کننده هوا از محیط اطراف خود گرم تر باشد
شرایط ناپایدار است.
اگر جزء سعود کننده دمای خود را از دست بدهد و از دمای محیط
سردتر گردد شرایط پایدار است.
36
انواع وارونگی دما (اینورژن)
اینورژن فروکش
37
اینورژن تشعشعی
حرکات دود پس از خروج از دود کش
•حرکت حلقه اي
•حرکت قيفي
•حرکت بادبزني
•حرکت باالرونده
•حرکت دودي
•حرکت محبوس
38
حرکت حلقه اي
39
اين حرکت زماني رخ مي دهد که گراديان هوا در حالت فوق ادياباتيک بوده و
هوا به شدت متالطم باشد.
ٌ
اين حالت معموالدر فصول گرم به همراه تابش شديد خورشيد ايجاد مي
گردد.
حرکت قيفي
حرکت قيفي زماني رخ مي دهد که گراديان دمايي کمتر از ادياباتيک باشد ولي به
حالت هم دمايي نرسد.
40
حرکت بادبزني
اين حرکت زماني ايجاد مي گردد که گراديان دمايي مثبت باشد .يعني
زماني که وارونگي دمايي کل ستون دود را فرا گرفته باشد.
41
حرکت باال رونده
اين حرکت زماني ايجاد مي گردد که تنها يک وارونگي دوما در پايین ستون دود
وجود داشته باشد.
42
حرکت دودي
ً
اين حرکت دود در زمان شکستن وارونگي دما ايجاد مي گردد و معموال در
يک دوره نيم ساعته از بین مي رود.
43
حرکت محبوس
اين حرکت دود زماني ظاهر مي گردد که ستون دود در بین پايه هاي
وارونگي دما قرار گرفته باشد.
44
تصویر ماهواره ای دود ناش ی از آتش سوزی حیات وحش در کالیفرنیا
45
اثرات جهاني آلودگي هوا
46
گرمايش جهاني
افت ازن استراتوسفري
باران هاي اسيدي
آئروسل
گرمايش جهاني
گرم شدن زمین به دليل توليد گازهايي با ظرفيت زياد جذب حرارت ايجاد مي
گردد .اين گازها را گازهاي گلخانه اي مي نامند.
اين گازها عبارتند از:
دي اکسيد کربن ،فريون ها ،هالوژن ها ،متان ،اکسيد نيتروس و
کلروفلوروکربن ها
47
توانايي گازهاي گلخانه اي در گرمايش زمین
طبقه بندي از لحاظ پتانسيل گرمايش زمین:
کلروفلوروکربن ها ،اکسيد نيتروس ،متان و دي اکسيد کربن
طبقه بندي از لحاظ کمي:
در اکسيد کربن ،متان ،اکسيد نيتروس و کلروفلوروکربن ها
48
تاثیرات گرم شدن زمین
ذوب يخهاي قطبي
افزايش ارتفاع آب اقيانوسها
تغيیرات آب و هوايي
49
افت ازن استراتوسفري
ازن طي يک چرخه با کمک جذب اشعه ماوراء بنفش خورشيد توليد
و در واکنشهاي مختلف مصرف مي گردد.
ترکيباتي همچون کلروفلوروکربنها باعث تشديد مصرف ازن و به هم
خوردن تعادل چرخه ازن مي گردد.
50
خطرات کاهش غلظت اليه ازن
کاهش غلظت ازن در استراتوسفر منجر به نفوز بيشتر اشعه هايي
همچون اشعه ماوراء بنفش مي گردد که سرطانزا است و به
چشم آسيب مي رساند.
واحد اندازه گیري غلظت ازن دابسون است .يک دابسون معادل يک
قسمت در يک بيليون قسمت ) (ppbازن است.
51
باران اسيدي
وجود ترکيباتي همچون NOxو SOxدر هوا منجر به توليد اسيد
سولفوريک و اسيد نيتريک در هنگام بارندگي و کاهش pHآب
باران مي شود.
در توليد باران اسيدي SOxمهمتر از NOxاست.
52
چرخه باران اسیدی
53
pHآبهای مختلف
54
نمونه ای از اثرات بارانهای اسیدی
55
آلودگي ناش ي از آئروسل ها
منابع طبيعي خشکي (گرد و غبار ناش ي از طوفان ،آتشفشان و)...
منابع طبيعي اقيانوس ي (توليد ذرات نمک ناش ي از اسپري آب
اقيانوسها)
منابع مصنوعي (ذرات حاصل از احتراق)
56
تصویر ماهواره ای از
حرکت توده غبار
تصویر روبرو توده های عظیم غبار از
بیابان های عراق و عربستان را نمایش می
هد که در حال وارد شدن به ایران است.
57
نقش آئروسل ها در اتمسفر
پراکندن و جذب اشعه هاي خورشيدي.
جذب اشعه مادون قرمز بازتابي از زمین.
موثر بر تعادل حرارتي کره زمین از طريق ايجاد هسته هاي تراکم
جهت ايجاد ابر و يخ در هوا.
58
قطر ذرات در آلودگي هوا
قطر ذراتي که در آلودگي هوا موثر هستند 0.01تا 100ميکرون
است
ذرات بزرگتر از 10ميکرون در هوا را ذرات ذرات قابل ته نشيني يا Dustfall
گويند
59
خواص سطحي ذرات از عوامل موثر در ته نشيني
خواص سطحي ذرات عبارتند از:
جذب بر جامدات
جذب بر مايعات
جذب شيميايي
چسبندگي
60
انواع ذرات معلق در هوا
ذرات معدني
ذرات آلي
ذرات بيولوژيکي
61
روشهای کنترل آلودگی هوا
روشهای حذف گازهای آالینده از هوا
جذب در مایعات
جذب سطحی
چگالش
سوزاندن
بیوفیلتراسیون
جذب در مایعات
این فرایند به کمک وسیله ای به نام اسکرابر انجام می گیرد.
حالل مورد استفاده می تواند:
آب ،روغن های معدنی ،آب آهک و ...باشد.
شرط انجام صحیح این فرآیند انتخاب حالل مناسب است.
64
گازهای قابل حذف در کاربرد اسکرابرها
،Cl2 ،NH3 ،H2S ،HCN ،H2SO4 ،SO2 ،HClبخارهای آلی
همچون فرمالدوئید ،اتیلن و بنزن.
امکان تصفیه گازهای داغ خروجی از صنایع به کمک اکرابرها وجود
دارد.
65
جذب سطحی
جذب می تواند به کمک مواد جاذبی
همچون کربن فعال انجام می گیرد.
موادی همچون ترکیبات آلی ،گازهای
آالینده و ترکیبات مولد بو می توانند
توسط جاذبهای مختلف حذف گردند.
66
چگالش
در این روش با کاهش دما مواد آالینده را از حالت گاز به مایع تبدیل
می نمایند.
دمای کم و فشار باال به فرایند چگالش کمک می نماید.
سوزاندن
در دمای باال مواد آلی به دی اکسیدکربن و آب تبدیل می گردند.
به دلیل هزینه باالی تولید حرارت برنامه ریزی جهت بازیافت انرژی
باید در نظر گرفته شود.
برای انجام احتراق خوب سه شرط زیر ضروری است:
زمان ماند ،دمای مناسب ،اختالط کامل
بیوفیلتراسیون
بیوفیلترها سازگاری بسیار باالیی با محیط زیست داشته و قادر به
حذف انواع آالینده ها با غلظتهای بسیار کم از محیط می باشند.
بیوفیلتر خاکی
نمایی از یک بیوفیلتر
بیوفیلترهای صنعتی
روشهای حذف ذرات آالینده از هوا
ته نشین کننده های ثقلی
جداسازهای سانتریفوژی (سیکلونها)
الکتروفیلترها
انواع فیلترها
اسکرابرها
ته نشین کننده های ثقلی
یکی از ساده ترین وسایل کنترل آلودگی هوا در صنایع می باشد.
این وسایل با افزایش سطح مقطع و در نتیجه کاهش سرعت جریان هوا منجر به ته
نشینی ذرات می گردند.
این روش برای ذرات بزرگتر از 50میکرون موثر است.
نمایی از ته نشین کننده های ثقلی
راه بندها
در این روش از صفحات راه بند به منظور کاهش سرعت ذرات و
ته نشینی آنها استفاده می شود.
راه بندها می توانند به دو صورت تر و خشک مورد استفاده قرار
گیرد.
در هنگام کاربرد راه بندهای تر عالوه بر ذرات ،برخی گازهای آالینده
نیز حذف می گردند.
نمونه هایی از راه بندها
سیکلونها
سیکلونها بر اساس نیروی گریز از مرکز
جداسازی ذرات را انجام می دهند.
سیکلونها قادرند ذراتی با قطر 5میکرون
را نیز به راحتی از هوا جدا سازند.
سیکلونها نیز می توانند برای افزایش
راندمان به صورت مرطوب نیز به کار
گرفته شوند.
نمونه ای از سیکلون
رسوب دهنده الکترواستاتیک
کاربرد این روش در حذف ذرات کوچکتر از 10میکرون می باشد.
این روش بسیار موثر لیکن گران قیمت می باشد.
ً
این روش منحصرا قادر به حذف ذرات می باشد.
این روش نیازمند ولتاژ باال و نیروی متخصص می باشد.
ساختار رسوب دهنده های الکترو استاتیک
اسکرابرهای تر
اساس کار این روش شستشوی گاز به کمک یک حالل می باشد.
در این روش بطور هم زمان گازها و ذرات حذف می گردند.
در هنگام کاربرد این روش باید به تصفیه پساب حاصل نیز فکر
شود.
نمونه ای از اسکرابر تر
نمونه ای از اسکرابر تر
(ونچوری اسکرابر)
نمایی از دستگاه ونچوری اسکرابر
نمایی از دستگاه
اسکرابر معمولی
فیلترهای فابریک
این فیلترها بستر متخلخلی برای جداسازی ذرات از هوا می باشد.
این فیلترها راندمان خوبی برای ذرات کوچکتر از یک میکرون دارند.
این فیلترها توانایی تصفیه گازهای مرطوب را ندارند.
گازهای داغ منجر به نابودی فیلترها می گردد.
نوع خاص ی از فیلترها ) (HEPAقادر به حذف 97/99درصد ذرات 3/0
میکرون هستند.
نمونه ای از فیلتر های هوا از نمای نزدیک کاغذی
هوا
نحوه نصب فیلترهای فابریک
نمای نزدیک یک فیلتر فابریک پارچه ای
تصویر میکروسکوپی از فیلترهای HEPA