آلوده کننده‌های هوا و اثرات آن

(مجتبی خطایی _ مهندس شیمی صنایع گاز)

مقدمه

هر ماده‌ای که وارد هوا شود ، خواص فیزیکی ، شیمیایی و زیستی آن را تغییر می‌دهد و به چنین هوای تغییر یافته هوای آلوده گویند.از زمان برپایی آتش، آلودگی هوا با انسان بوده است ولی در دوران‌های مختلف به جنبه‌های متفاوتی از آلودگی اهمیت داده شده است. در مقیاس کوچک آلودگی‌های محلی که اثراتی از مزاحمت‌های ساده تا بیماری‌های خطرناک و دیرعلاج را باعث می‌شوند مورد توجه می‌باشند و در حد جهانی مسائلی مثل تخریب لایه اوزن، باران‌های اسیدی و گرمایش زمین مورد توجه و بحث است. منشاء آلودگی‌های هوا در اوایل انقلاب صنعتی عمدتاً صنایع و سوخت زغال سنگ بوده است و در قرن بیستم و بیست و یکم مسئولیت آلودگی هوا در شهرها با حمل و نقل درون شهری می‌باشد. سوخت‌های فسیلی در حمل و نقل صنعت از یک طرف و فرآیندهای صنعتی با مصرف مواد خام و محصولات تولیدی از طرف دیگر از عوامل عمده آلودگی‌های دست ساز می‌باشند. اولین آلاینده‌های هوا احتمالاً دارای منشأ طبیعی بوده‌اند. دود ، بخار بدبو ، خاکستر و گازهای متصاعد شده از آتشفشانها و آتش سوزی جنگل‌ها ، گرد و غبار ناشی از توفان‌ها در نواحی خشک ، در نواحی کم ارتفاع مرطوب و مه‌های 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، کلاً جزئی از محیط زیست ما به شمار می‌رفته‌اند. به استثنای موارد حاد ، نظیر فوران آتشفشان.

تاریخچه آلودگی هوا

آلودگی هوا عبارت است از حضور یک و یا بیش از یک آلاینده در هوای آزاد مانند گرد و خاک ، دود غلیظ ، گاز مه آلود ، بوی نامطبوع به مقدار کافی ، با خواص مشخص و تداوم که می‌تواند حمایت انسان ، گیاه و جانوران و اصول انسانی را به مخاطره اندازد.

دود یکی از قدیمی‌ترین 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 پر جمعیت داد، آلودگی هوا ، بقدری افزایش یافت که زنگ خظر برای برخی از ساکنان آن شهرها وجود به صدا در آمد. 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.

طبقه بندی آلاینده‌های هوا

آلاینده‌های هوا را به چند طریق تقسیم کرده‌اند که از آن جمله می‌توان به تقسیم از نظر منشاء آلودگی که اوّلیه و ثانویه می‌باشد و تقسیم از نظر اثرات فیزیولوژیکی نام برد.

از نظر منشاءآلاینده‌های اوّلیه آن‌هایی هستند که به همان شکل و ترکیبی که از منبع تولید خارج شده‌اند در هوا وجود دارندمانندSO2،CO، .HC 

آلاینده‌های ثانویه معمولاً از ترکیب آلاینده‌های اوّلیه تحت تأثیر اشعه خورشید تولید می‌شوند مثل اسماگ فوتوشیمیایی، اوزن وقسمت عمدهNO2.

از نظر اثرات فیزیولوژیکی

به 5 گروه عمده تقسیم می‌شوند که عبارت‌اند از :

1) خفه کننده‌ها شامل خفه کننده‌های ساده مانندCO2، متان و سایر گازهای خنثی که با رقیق کردن اکسیژن محیط (محیط‌های بسته) باعث خفگی می‌شوند و خفه کننده‌های ترکیبی که به علت ترکیب با آنزیم‌ها و ارگان‌های بدن ایجاد خفگی می‌کنند مانندCO

2) تحریک کننده‌ها شامل تحریک کننده‌های مجاری فوقانی تنفسی (SO2) و مجاری تحتانی تنفسی (NO2) می‌شوند

3) سموم سیستمیک که با حمله به ارگان‌ها باعث بیماری عضوی از بدن می‌گردند مثل ترکیبات جیوه، سرب، هیدروکربن‌های آروماتیک

4) ترکیبات مخدّر و بیهوش کننده که روی اعصاب اثر می‌گذارند مثل هیدروکربن‌های الیفاتیک کلره

5) مواد سرطان‌زا ـ بنزاپیرن، بنزن، هیدروکربن‌های عطری چند هسته ای.

زباله‌های موجود در هوا

هوای شهرها دارای یک ترکیب از گازهای آلوده کننده می‌باشد .گازهای کشنده ناشی از کارخانجات با دوده ، اکسید نیتروژن ،مونوکسید کربن و سرب اگزوز ماشین‌ها ترکیب می‌شود.

مواد آلوده کننده هوا و تاثیرات انها بر سلامتی

مواد آلوده کننده هوا شامل مونوکسید کربن، دی اکسید گوگرد، اکسیدهای ازت، هیدروکربن‌های سوخته نشده ،ذرات ریز معلق در هوا ،ازن و سایر ترکیبات سربی می‌باشند.

منابع انتشار آلاینده‌های هوا را به دو گروه ثابت و متحرّک تقسیم کرده‌اند. گروه ثابت همانطور که از اسم آن‌ها پیداست شامل صنایع، نیروگاه‌ها و مراکز تجاری و مسکونی می‌شود و منابع متحرّک انواع وسایل نقلیه از موتور سیکلت تا هواپیما و کشتی را شامل می‌گردد.آلودگی هوا در صنایع هم به علّت مصرف سوخت است و هم نوع فرآیند، در حالیکه در منابع متحرّک عمدتاً حاصل احتراق سوخت بوده و به صورت گازهای آلاینده و یا ذرات، وارد هوا می‌شود. مقدار آلودگی تولید شده از منبع را با وزن آلودگی به واحد وزن مواد خام مصرفی یا محصول تولیدی بیان می‌کنند و به آن ضریب انتشار می‌گویند.

مونوکسید کربن (co)

مونوکسید کربن با فرمولCOوزن مولکولی 01/28 نقطه ذوب 207 درجه سانتیگراد و نقطه جوش 192 درجه سانتیگراد، گازی اسـت بـی رنگ و بـی بـو که حاصل احتراق ناقص زغال و سوخت‌هـــای فسیلی است. حد طبیعی آن در هوا 01/0 تا 2/0 قسمت در میلیون (حجمی) است. در مناطق شهری معمولاً زیر 17 قسمت در میلیون است ولی در شهر تهران در ساعات ترافیک و بعضی مناطق برای کوتاه مدت تا 50PPMو حتی بیشتر هم گزارش شده است. در محیط‌های بسته و کارگاه‌ها غالباً از 100 پی پی‌ام هم تجاوز می‌نماید. مونوکسید کربن چهار نوع اثر مهم بر اعمال فیزیولوژیکی انسان دارد :

1) اثرات قلب و عروق

2) رفتارهای عصبی

3) اثرFibrinolysis

4) اثر بر جنین

هیپوکسی که بوسیله مونوکسید کربن ایجاد می‌شود منجر به نارسایی در اعمال حسی و عضلات مثل مغز، قلب، جدار داخلی عروق خونی و پلاکت‌ها می‌شود.

با توجه به اینکه میل ترکیبی مونوکسید کربن با هموگلوبین خون حدود 220 برابر بیشتر از اکسیژن است، در محیط‌های آلوده کربوکسی هموگلوبین خون به سرعت افزایش می‌یابد. در جوانان با رسیدن کربوکسی هموگلوبین خون به 5% ظرفیت اکسیژن گیری بدن پایین آمده و اثرات آن روی قلب به وضوح نشان داده شده است.

دی اکسید گوگرد ( SO2 )

حتی در غلظت‌های بسیار کم موجب ایجاد واکنش‌هایی در مغز ، تحریک غشاء مخاطی دستگاه تنفس ، افزایش مقاومت ریه به جریان هوا ، درد در ناحیه سینه ، گاهی ریزش خون از بینی ، اثر بر سیستم گوارش ، تحریک چشم ، تنگی نفس ، افزایش ضربان قلب ، افزایش سرعت حرکات تنفسی ، توسعه بیماری‌های مزمن ریوی بخصوص برونشیت ، سرفه و کاهش ظرفیت تنفسی می‌گردد همچنین خون افرادی که در معرض این گاز قرار گرفته‌اند نشان می‌دهد که این گاز سنتزDNA(عامل انتقال وراثت ) را مختل می‌کند و ازرشد برخی از گلبول‌های سفید خون (لنفوسیت‌ها) جلوگیری می‌کند که در نتیجه سیستم دفاعی بدن کاهش می‌یابد .

اکسیدهای ازت

اکسیدهای ازت به دو طریق مستقیم و غیر مستقیم بر سلامت انسان اثر می‌گذارند . اثر مستقیم آن‌ها بستگی به نوع اکسید دارد زیراNO2نزدیک به چهار برابر بیشتر ازNOسمی است و در غلظت‌های مساوی باCOاز آن زیان آورتر است . اثرات ثابت شدهNO2بر روی انسان‌ها کاملاً به اثر تنفسی محدود می‌شود که باعث پیامدهائی نظیر اختلال در بویائی ، بیحالی ، خستگی ، ناراحتی‌های حفره بینی ، اشکالات تنفسی ، تحریک گلو ، چشم ، ناراحتی‌های اعصاب ، گشادی مردمک چشم ، افزایش برونشیت حاد و تولید نیتروزامین .

ذرات معلق در هوا

ذرات استنشاق شده ممکن است در مجاری تنفسی فوقانی اثر تحریکی داشته و یا در داخل شش‌ها نفوذ نماید وایجاد عوارضی در شش‌ها نماید که منجر به اختلالاتی در اعمال تنفسی گردد . از جمله ذرات معلق در هوا عنصر سرب است که بیشتر از طریق تنفس وارد بدن می‌شود و قابلیت حمل اکسیژن در خون را کم می‌کند ، لذا اکسیژن کافی به مغز نمی‌رسد . این نارسائی در کودکان می‌تواند منجر به عقب ماندگی ذهنی شود و یا سرب می‌تواند بر روی دستگاه خون ساز کلیه و مجاری ادراری اثر گذارد . اثرات مزمن ممکن است نظیر سردرد ، ضعف ، سستی یبوست ، خط آبی یا بورتون در سرتا سر لثه‌ها ، بی اشتهایی و کم خونی باشد . از اثرات نامطلوب دیگر کاهش میدان دید است . بر اثر این کاهش حمل و نقل زمینی و هوایی با اشکالاتی روبرو گردید . بعلاوه اثرات روانی کاهش میدان دید در یک منطقه که ساکنان آن از تماشای زیبایی‌های طبیعی محروم می‌شوند قابل ملاحظه است .

ازن

ازن در اثر واکنش‌های فتوشیمیایی توسط هیدروکربن‌های خروجی از اگزوز ماشین‌ها و اکسیدهای نیتروژن در اتمسفر بوجود می‌آید و به این ترتیب جزء آلاینده‌ةای ثانویه بشمار می‌رود .
از جمله اثرات مضر این آلاینده بر سلامتی انسان، سوزش چشم و ریه‌ها می‌باشد.آمارها نشان می‌دهد که حملات آسم در روزهاییکه غلظت بالایی از این آلاینده مشاهده شده بطور مشخصی افزایش یافته است. ازن موجود در هوا آسیب‌های شدیدی به کودکان، افراد سالخورده و افراد دارای ناراحتی تنفسی وارد می‌کند. ازن همچنین موجب کاهش بازدهی محصولات کشاورزی و از بین رفتن جنگل‌ها و اکوسیستم گیاهی می‌شود.

 مشکلات آلودگی هوا

آلودگیهای ناشی از منابع طبیعی معمولاً 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. 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 شیگاگو سینسنیاتی به سال 1881 نام برد. ولی اجرای این قوانین و قوانین مشابه آن‌ها با دشواری‌هایی مواجه گردید و برای تمیز نمودن هوا یا جلوگیری از آلودگی بیشتر آن تقریباً 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 و چندین هزار تن دیگر بیمار شدند. 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 ، پنسلوانیا بیمار شدند. درست سه سال بعد از فاجعه مه دود لندن در سال 1952 ، که نادیده گرفتن عواقب جدی آلودگی هوا غیر ممکن گردید، 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 و این مه دود به دستگاه تنفسی انسان سخت آسیب رسانده بود و بیشتر مردم به زودی 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.

 منابع آلاینده‌ها

هوا دارای آلاینده‌های طبیعی نظیر هاگ‌های قارچ‌ها ، تخم گیاهان ، ذرات معلق نمک و دود و ذرات غبار حاصل از آتش جنگل‌ها و فوران آتشفشان هاست. هم چنین هوا حاوی گاز منو اکسید کربن تولید شده به شکل طبیعی (CO) حاصل از تجزیه متان (CH4) و هیدروکربن‌ها به شکل ترپنهای ناشی از درختان کاج ، سولفید هیدروژن (H₂S) و متان (CH₄) حاصل از تجزیه بی‌هوازی مواد آلی می‌باشد.منابع آلاینده‌ها را بطور کلی می‌توان در چهار گروه اصلی طبقه بندی کرد: حمل و نقل متحرک ، احتراق ساکن ، فرآیندهای صنعت ، دفع مواد زاید جامد .

احتراق و آلودگی هوا

اگر چه احتراق یا خاکسترسازی از منابع اصلی آلودگی هوا هستند ، اما در فرآیند کنترل آلودگی هوا ، هدف از آن عبارت است از تبدیل آلاینده‌های هوا به دی اکسید کربن بی‌خطر یا آب. دستگاه احتراق به منظور کنترل نشر آلاینده‌های هوا در جهت متمایل ساختن واکنش‌های اکسیداسیون تا حد ممکن به سوی کامل شدن و باقی گذاشتن حداقل ترکیبات سوخته نشده طراحی می‌شود برای دستیابی به بازده مناسب در احتراق تلفیق مطلوب چهار عامل اصلی اکسیژن ، دما ، آشفتگی و زمان ضروری است. در حین احتراق مقدار اکسیژن قابل دسترسی تعیین کننده محصولات نهایی بدست آمده است. در اکسیداسیون اندک ، دوده و منو اکسید کربن محصولات فرعی احتراق‌اند در حالی که با وجود اکسیزن کافی ، منو اکسید کربن محصول فرعی احتراق خواهد بود

باران اسیدی چیست؟

یکی از آثار و نتایج آلودگی هوا باران اسیدی است. در دو دهه اخیر و در برخی نواحی صنعتی و بر اثر فعالیت‌های کارخانه‌ها میزان دی اکسید گوگرد و دی اکسید ازت در هوا افزایش یافته است. این دو ماده در اتمسفر با اکسیژن و بخار آب واکنش شیمیایی ایجاد می‌کند و به صورت اسید نیتریک و اسید سولفوریک در می‌آید. این ذرات اسیدی مسافت‌های طولانی را بوسیله باد طی می‌کنند و به صورت باران اسیدی بر سطح زمین فرو می‌ریزند.باران اسیدی به پدیده‌هایی مانند مه اسیدی و برف اسیدی که با نزول مقادیر قابل توجهی اسید از آسمان همراه هستند، اطلاق می‌شود.

باران هنگامی اسیدی است که میزانPHآب آن کمتر از 5،6 باشد. این مقدارPHبیانگر تعادل شیمیایی بوجود آمده میان دی‌اکسید کربن و حالت محلول آن یعنی بی‌کربنات () در آب خالص است.

اثرات بر اکو سیستم

باران اسیدی دارای نتایج زیانبار اکولوژیکی می‌باشد و وجود اسید در هوا نیز بر روی سلامتی انسان اثر مستقیم دارد. همچنین بر روی پوشش گیاهی تأثیرات نامطلوبی می‌گذارد. باران اسیدی باعث از بین رفتن بناها و آثار تاریخی بخصوص در ساختمان‌هایی که از سنگ مرمر یا آهک ساخته شده باشند ، می‌شود. همچنین میزان حاصلخیزی خاک را کاهش می‌دهد و حتی ممکن است مواد سمی را وارد خاک‌ها کند و نیز موجب نابودی درختان ، کاهش مقاومت آن‌ها بخصوص در برابر سرما می‌شود.

راهکارها در جهت کاهش آلودگی

1-خارج کردن صنایع الاینده و کارخانه‌ها از محدوده شهری

2-از رده خارج کردن خودروهای فرسوده و اجرای طرح معاینه فنی خودروها در زمان لازم و همچنین نصب فیلتر برروی اگزوز خودروهای شخصی وعمومی

3-ترویج فرهنگ استفاده از وسایل حمل ونقل عمومی

4-گیاهان و درختان ریه‌های زمین هستند پس در حفظ محیط زیست کوشا باشیم.

5-استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر که هم اکنون در نقاط مختلف دنیا استفاده می‌شود مانند انرژی خورشیدی. باد.گرمایی و صرفه جویی در مصرف انرژی‌های تجدید ناپذیرو سوخت‌های فسیلی

6- همچنین مصرف مواد غذایی دارای چربی امگا3 و ویتامینcواب نارنج آب انار وچای سبز در پاک سازی خون از مواد الاینده مؤثر است.

نتیجه

در سطح جهانی، حمل و نقل عامل اصلی تولید دی اکسید کربن و انتشار آن در جو است و اثر گلخانه ای حاصل از آن یکی از جدی‌ترین معضلات زیست محیطی به شمار می‌آید.بخش حمل  و نقل یکی از هدف‌های عمده زیر بنایی، برای افزایش و بهبود کیفیت محیط زیست به شمار می‌رود. وقوع بحران‌های نفتی، افزایش سریع تعداد خودروها، کاهش ذخایر نفتی و تصویب قانون‌های سخت مبارزه با آلودگی محیط زیست، ساخت خودروهای کم مصرف و با آلایندگی کم و همچنین استفاده از سوخت‌های جایگزینرا در دستور کار مراکز تحقیقاتی جهان قرار داده است.

با توجه به محدودیت‌های موجود در استفاده از منابع زیست محیطی رسیدن به یک محیط پاک وظیفه تمامی شهروندان می‌باشد تا قدمی در راستای سلامت این اکوسیستم طبیعی برداریم. ما به این امید می‌باشیم که اقدامات صورت گرفته در این راستا مفید واقع شود تا شاهد هوای پاک در آینده باشیم.