گاز های موجود در جو

مقدمه:
ترکيبات جو
هوا مخلوطي از گازهاي مختلف است. گرچه جو زمين ظاهراً به دليل ماهيت گازي شکل خود بي وزن به نظر مي رسد، اما داراي جرمي به مقدار ۱۰۱۴×۶/۵ تن مي باشد. به استثناي بخار آب، نسبت اختلاط گازهاي تشکيل دهنده هوا تا ارتفاع ۶۰ کيلومتري نسبتاً ثابت است. حدود ۹۹ درصد حجم هواي زمين را دو گاز ازت و اکسيژن تشکيل مي دهد که ازت با ۷۸ درصد، پيکره اصلي جو

زمين است، بعد از آن اکسيژن قرار دارد، و ساير گازها فقط يک درصد را شامل مي شوندو جدول گازهاي تشکيل دهنده جو را در يک هواي خشک (بدون بخار آب و آلاينده ها) به صورتهاي حجمي و جرمي نشان مي دهد که معمولاً تقسيم بندي حجمي آن متداولتر است. اگر سهم بخار آب موجود در جو را نيز در اين تقسيم بندي دخالت دهيم، اين نسبتها ثابت نخواهد بود زيرا دماي طبقات پايين جو هميشه در حال تغيير است و با رسيدن دما به نقطه ميعان و تبديل بخار به مايع، درصد حجمي بخارآب در جو تغيير خواهد کرد. گرچه وزن مولکولي بخار آب از وزن ساير عناصر تشکيل دهنده جو

 

کمتر است، با اين وجود بخار آب عمده در لايه هاي پايين جو متمرکز مي باشد. بيشترين مقدار بخار آب در لايه مجاور سطح زمين است و با افزايش ارتفاع، به سرعت از ميزان آن کاسته مي شود. وجود بخار آب در نزديکي سطح زمين: اولاً به دليل وجود اقيانوسهاست که منبع اصلي تأمين آن است؛ و ثانياً سرد بودن لايه هاي فوقاني جو که مانع از نفوذ بخار آب مي شوند.
جالب است بدانيم که مقدار دي اکسيد کربن موجود در جو زمين در طول قرن گذشته افزايش پيدا کرده است. بخشي از اين افزايش به دليل مصرف زياد سوختهاي فسيلي است که نتيجه آن آزاد شدن گاز CO2 است.
علاوه بر ترکيبات دائمي جو که اشاره شد، جو زمين حاوي مواد معلق گوناگون مانند ذرات نمک، گرد و غبار و قطرات بسيار کوچک آب نيز مي باشد که نبايد آنها را جزء ترکيبات گازي جو به حساب آورد. اما نقش اين مواد، بخصوص قطرات کوچک آب را نيز نمي توان نايده گرفت.

جدول۱ – تركيبات حجمي و جرمي هواي خشك
نوع گاز درصد حجمي درصد جرمي
ازت
اكسيژن
آرگون
دي اكسيد كربن ۰۸۴/۷۸
۹۴۶/۴۰
۹۳۴/۰
۰۳۳/۰ ۵۱/۷۵
۱۵/۲۳
۲۸/۱
۰۴۶/۰

ارتفاع و ساختار جو
جو زمين، پوشش عظيم گازي شكل است كه اطراف كره زمين قرار گرفته و حتي در سطح آن نيز نفوذ نموده است. هر مقدار از سطح زمين دور شويم از غلظت هوا كاسته مي شود. بطوري كه غلظت هوا در لايه هاي انتهايي آنقدر كم مي شود كه بالاخره بطور غير محسوسي با جو خورشيد در هم مي آميزد. در ابتدا كاهش غلظت هوا بسيار سريع است بطوري كه ۵۰ درصد جرم هوا در ارتفاع كمتر از ۵/۵كيلومتري سطح زمين قرار دارد و نيمي از آنچه باقي مي ماند نيز در ۵/۵ كيلومتر دوم متمركز است. به عبارت ديگر سه چهارم جرم هوا در ارتفاع كمتر از ۱۱ كيلومتري سطح زمين پراكنده است. افزايش غلظت هوا در نزديك سطح زمين يكي به دليل جاذبه و ديگري فشاروارده از سطوح بالاتر جو است.
ساختارجو را ميتوان از ديدگاههاي مختلف مورد بررسي قرار داد. يكي از معيارهايي كه بر اساس آن لايه هاي جو طبقه بندي مي شوند دماي هوا است. طبقه بندي حرارتي از نظر تغييرات هوا و اثرات مستقيم گرما بسيار با اهميت مي باشد.
با توجه به محدود بودن اطلاعات ما از خصوصيات جو در لايه هاي فوقاني و به اين دليل كه سطوح بالايي هنوز تحت بررسي و تحقيق مي باشد هيچ گونه تعريف و مشخصه جامعي از ساختار جو در اين قسمت وجود ندارد. در شكل ۱ ساختار لايه بندي جو از برخي جنبه هاي فيزيكي نشان داده شده است. پايينترين لايه جو كه در برگيرنده بيشترين جرم هواست و همچنين بزرگترين ويژگي آن كاهش تدريجي دماي هوا نسبت به ارتفاع مي باشد. لايه تروپوسفر نام دارد. بيشترين تغييرات جوي كه كاهش دما نسبت به ارتفاع مهمترين آنهاست، در اين لايه اتفاق مي افتد. ضخامت متوسط لايه تروپوسفر حدود ۱۱ كيلومتر است.
روي لايه تروپوسفر طبقه استراتوسفر قرار دارد كه ضخامت متوسط آن حدود ۲۳ كيلومتر است. در ۳ كيلومتر اول استراتوسفر، دماي هوا ثابت است اما در قسمتهايي بالاتر دماي هوا با ارتفاع افزايش مي يابد لايه مزوسفر در بالاي طبقه استراتوسفر واقع شده و به صورتي است كه در آن دماي هوا

نسبت به افزايش ارتفاع بطور سريع كاهش پيدا مي كند. ترموسفر انتهاييترين لايه جو مي باشد كه در آن بار ديگر دماي هوا با ارتفاع به سرعت زياد مي شود. اين لايه از ارتفاع تقريبي ۸۰ كيلومتري شروع و تا ۱۹۰ كيلومتري سطح زمين ادامه دارد. بدين ترتيب جو زمين از نظر حرارتي به چهار لايه متمايز: تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر، و ترموسفر تقسيم مي شود. مرز بين لايه هاي اول و دوم، تروپوپاز،مرز لايه هاي دوم و سوم استراتوپاز و مرز لايه هاي سوم و چهارم مزوپاز نام گرفته

است. مزوپاز محلي است كه پايينترين دما را دارا مي باشد.

تأثير فعاليتهاي انسان بر وضعيت جو
وقتي مي شنويم که مثلاً مردم شهر لوس آنجلس در وضعيت مه دود (Smong) هوا با ماسک ضد گاز در خيابانها ظاهر مي شوند، بايد به خود آئيم که واقعاً چه بلايي بر سر جو زمين آورده ايم.
مواد زايدي که در يک جامعه غير صنعتي دور ريخته مي شود نه تنها آلوده کننده به حساب نمي آيند بلکه اين مواد در اصل بخشي از چرخه عناصر در طبيعت است. اما در جوامع صنعتي، توسعه فرايندهاي انرژي، بيش از نياز شخصي افراد آن جامعه بوده و به دو صورت بر جو زمين تأثير مي گذارد: يکي تغيير در ترکيب گازهاي جو؛ و ديگري تغييردماي جو. از زمان انقلاب صنعتي تاکنون بشر هميشه بيش از توان طبيعت درپاک سازي جو، مواد آلاينده وارد آن کرده است. اثرات آلودگي هوا از چند نظر حائزاهميت است: تأثير اول آن، تغييراتي است که در ترکيب گازهاي جوي ايجاد مي شود و براي سلامتي انسان مضر است؛ دومين تأثير، افزوده شدن ذرات معلق در هوا (Aerosols)؛ و سومين اثر، تغيير دماي جو زمين است.

آلاينده هاي گازي شکل
بطوري که در جدول نشان داده شد، دي اکسيد کربن فقط بخش بسيار کوچکي از گازهاي جو را تشکيل مي دهد؛ اما اين مقدار ناچيز، همان طور که مشروحاً خواهيم ديد، اهميت زيادي دارد. CO2 و بخار آب، جذب کننده اصلي انواع طول موجهاي تابشهاي حرارتي هستند که باعث گرم شدن هوا مي شوند. هر چه ميزان CO2 در جو اضافه شود بر دماي هواي کره زمين افزوده مي گردد. کارشناسان هواشناسي بر اين عقيده اند که اگر افزايش CO2 موجب افزايش دماي هوا مي گردد؛ برعکس، افزايش ذرات معلق در هوا با انعکاس و پراکنده کردن تابش خورشيدي باعث سرد شدن جو مي شوند، و لذا تأثير گاز CO2 از اين طريق خنثي مي گردد.
گاز دي اکسيد کربن در اثر سوخت کامل کربن و مواد فسيلي، حاصل مي گردد. گرچه CO2 به مقدار بسيار زيادي توسط وسايل نقليه، صنايع و سوختهاي خانگي توليد مي شود، اما تنفس آن مستقيماً بر سلامتي انسان اثر ندارد، و تنها تأثير آن، گرم شدن جو زمين مي باشد. در شکل ۲ تغييرات گاز کربنيک هوا از سال ۱۸۶۰ تا ۱۹۷۰ و پيش بيني روند افزايشي آن تا سال ۲۰۰۰ نشان داده شده است.
مونوکسيدکربن يا گاز CO2 که در اثر سوخت ناقص مواد کربن دار حاصل مي شود بسيار خطرناک و سمي است. با تراکم اين گاز به مقدار ۱۰۰ قسمت در ميليون به فاصله چند ساعت سلامتي

انسان به خطر مي افتد. گازهاي CO2 و اسيد سولفوريک نيز به مقدار کمتري توليد مي شوند، اما اثرات آنها بيشتر و کشنده تر است. هنگام تنفس، وقتي گاز اسيدسولفوريک وارد ريه ها مي شود سلولها به طور دايم از بين مي روند. گاز SH2 که بوي تخم مرغ گنديده مي دهد از ضايعات کارخانجات حاصل شده و سمي بودن آن به مراتب خطرناکتر از ديگر گازها مي باشد. اين گاز

موجب اغلب مرگ و ميرها و بيماريهاي ناشي از آلودگي هواست. در فرايندهاي شيميايي جو چندين نوع اکسيد ازت توليد مي شود که خطرناکترين آن اکسيد نيتريک (NO2) است. تابش خورشيد، اکسيد ازت را به ازن که نوعي اکسيژن فعال و سمي است تجزيه مي کند. بعضي از فرايندهاي صنعتي موادي از جمله فلوريد هيدروژن (HF) توليد مي کند. اين ماده شيميايي بسيار خورنده است و با تراكمي كمتر از يك قسمت در بيليون مي تواند خسارات زيادي به گياهان وارد

آورد. دي سولفيد كربن نوع ديگري از گازهاي سمي است كه در صنايع كاغذسازي به مقدار زياد توليد مي شود.
علاوه بر گازهاي معدني مذكور، تركيباتي از نوع گازهاي آلي و فرار كه بسيار سمي هستند نيز وارد جو مي گردد. اين گازها عبارتنداز: اتيلين، فورمالدئيد و تعدادي گازهاي حلال. اتيلين، هيدروكربن مهمي است كه در دود اتومبيلها، اتوبوسها و كاميونها وجود دارد. تراكم اين گازها به مقدار يك قسمت در بيليون به اغلب گياهان زراعتي صدمه مي زند. فورمالدئيد، ماده شيميايي از انواع گازهاي آلوده كننده است. اين ماده تركيبي تحريك كننده دودي شكل بوده كه در محل سوزانيدن زباله ها توليد مي شود. حلالهاي آلي در هواي نواحي صنعتي به وفور يافته مي شود كه اثرات آنها، از تحريكات ساده تا مسموميتهاي شديد مي باشد.
هنوز به خوبي اثرات واقعي گازهاي راديواكتيو روشن نشده و خطرات حاصله چه به لحاظ توارثي و چه به لحاظ پزشكي قابل توجه و تحت بررسي است.

آئروسلها
هر چند بيشتر آئروسلها و ذرات معلق در هوا منشا طبيعي داشته و حاصل انفجارهاي آتشفشانها ، گردو خاك حاصل از باد و يا ذرات نمك مي باشند، با وجود اين مقدار زيادي از مواد معلق همان طور كه گفته شد، توسط انسان و فعاليتهاي صنعتي وارد جو مي شود. صرف نظر از اين كه ذرات مزبور چگونه توليد و در فضا پراكنده شده باشند. نقش مهمي در تغيير اب و هواي كره زمين دارند از حالت کلي دواثر متضاد مواد ملق در هوا ، اين است كه با انعكاس پرتوهاي خورشيدي به خارج از جو باعث سرد شدن زمين مي شوند، و يا ممكن است با جذب انرژي خورشيد، موجب گرم

شدن هواي كره زمين گردند.
در حال حاضر ما شاهد افزايش مقدار آئروسلها در مناطق شهري هستيم ، ولي هنوز دلايلي كه نشان دهد ذرات فوق در مقياس جهاني تاثير دارند به دست نيامده است. با اين وجود بااطمينان مي توان انظار داشت كه با گسترش شهرها باز هم به مقدار ذرات معلق در هوا اضافه شود و اثرات جدي آن در زندگي بشر و تغيير آب و هواي زمين مشهود گردد.
هر چند نقش انسان در آلوده كرده جو موثر است، اما طبيعت نيز گاهي اوقات با وارونگي دما نسبت به ارتفاع در تشديد موضوع دخالت دارد. زيرا هنگامي كه اين حالت اتفاق مي افتد، هواي

سرد و آلوده به دليل سنگيني بيشتر در سطوح پايين، و هواي گرم در ارتفاع بالا قرار مي گيرد ولذا جو حالت پايدار به خود گرفته و امكان مخلوط شدن و تهويه هوا وجود ندارد.

آيا هوا با كمبود اكسيژن مواجه خواهد شد؟
مصرف سوختهاي فسيلي بطور جدي و قابل ملاحظه اي اكسيژن موجود در هوا را از بين مي

برد. از طرف ديگر به دليل آلودي درياها و درياچه ها و وارد شدن مواد سمي به داخل آنها رشد جلبكهاي سبز-آبي را كه يكي از منابع اصلي تامين اكسيژن هستند به مخاطره افكنده است. نظر به اين كه اكسيژن محصول جانبي فرايند فتوسنتز مي باشد، كاهش گياهان دريايي مي بايد تعادل توليد و مصرف اكسيژن را در هوا و اقيانوسها مختل سازد.
مساله كم شدن اكسيژن در طبيعت مورد بررسي دقيق بسياري از محققين قرار گرفته و تا به حال نتيجه اين بوده است كه خوشبختانه هيچ گونه كاهش جدي در مقدار اكسيژن ديده نمي شود و اكنون مقدار سالانه مصرف اكسيژن به صورت سوخت معادل مقدار توليد آن در فر؟آيندهاي فتوسنتز مي باشد. اگر انسان مي توانست با فعاليت هاي صنعتي تمام سوخت هاي آلي را مصرف كند فقط كمتراز ۳ درصد اكسيژن موجود در هوا مورد استفاده قرار مي گرفت، در حالي كه اكسيژن ذخيره در اقيانوسها به مراتب، بيشتر از اين مقدار بوده و مي تواند كمبود آن را جبران نمايد.
آيا دماي كره زمين افزايش خواهد يافت؟
در حال حاضر متوسط دماي كره زمين ۱۵ درجه سانتي گراد تخمين زده شده است.
در محاسبه اين دما بيلان كل انرژي دريافتي از خورشيد، مقدار انرژي ذخيره شده در جو و مقدار واتابي كه به خارج از جو برگشت داده مي شود، در نظر گرفته شده است. هر گونه تغييري كه در اجزاي بيلان انرژي كره زمين داده شود مي تواند دماي فعلي زمين را تغيير دهد.
همان طور كه قبلا توضيح داده شد بخار آب و گاز دي اكسيد كربن مهمترين جذب كننده هاي انرژي تابشي در جو مي باشند كه از اين دو بخار آب از اهميت بيشتري برخوردار است. هر نوع فرايندي كه موجب افزايش مقدار co2 و بخار آب بشود در افزايش دماي هوا موثر خواهد بود. در يكصد سال گذشته مقدار دي اكسيد كربن هوا به ميزان ۱۵% افزايش يافته است.

يكي از مسائل غير قابل پيش بيني در مورد آلودگي هوا پرواز هواپيماهاي با سرعت مافوق صوت در سطوح فوقاني جو مي باشد كه با پراكنده كردن بخار آب و گاز co2 در لايه استراتوسفر مشكلاتي را ايجاد كرده است.
هنوز معلوم نيست كه آيا رها شدن اين ذرات در قسمت تحتاني استراتوسفر باعث گرم تر شدن لايه هاي پاييني جو مي شود و يا اين كه با تشكيل ابر وانعكاس تابش خورشيد توسط اين ابرها، جو زمين سردتر خواهد شد. نهايتا مشكل حرارتي جو زمين با تداخل اثرات گوناگون آلودگي هوا مساله اي پيچيده به نظر مي رسد كه محققين هنوز به نظريه ثابتي نرسيده اند. ذخيره حرارتي جو كه با تابش مستقيم خورشيد و بازتاب حرارتي زمين تنظيم مي شود، تحت تاثير حرارت مستقيم ايج

اد شده توسط انسان قرار ميگيرد. منابع حرارتي و سوخت مواد در كارخانجات و فعاليتهاي صنعتي انسان، مستقيما حرارت را به جو منتقل مي سازد.
گرچه ما با ديد مختصر و كوتاه به مساله دخالت انسان در آلوده كردن جو نگاه كرديم، اما همين نگاه مختصر نشان مي دهد كه تاثير فعاليتهاي انساني به آلوده كردن جو تا چه اندازه حائز اهميت است.

آلودگي هوا

معناي اصطلاح آلودگي هوا چيست؟ يك مقايسه كلي ما بين آلودگي و عدم آلودگي هوا به اين سوال پاسخ خواهد داد. اين نقطه شروعي منطقي براي هر مطالعه اي در مورد آلودگي هوا مي باشد.
هواي غير آلوده:
هوا، بعنوان يك تعريف مصطلح براي توصيف مخلوطي از گازها كه هر يك قشر نسبتا نازكي را در اطراف زمين به وجود مي آورند به كار برده مي شود. تركيب اين مخلوط از زمين به طرف بالا تا حدود ۵۰ مايل به طور قابل ملاحظاه اي ثابت است.
جدول ۲ چگونگي تركيب آلودگي هواي خشك را طبقه اي از طبقات پيرامون كره زمين به صورت درصد حجمي ارائه مي دهد، در ضمن مجموع جرم نسبي هر جز در تمام اتمسفر نيز داده شده است.
در جدول ۲ مشخص شده نيتروژن واكسيژن از گازهاي بسيار فراگير اتمسفر و رويهم رفته ۹۹% حجم را تشكيل مي دهند.
تقريبا مابقي اتمسفر از آرگون و كربن دي اكسيد، درصد حجمي كل مجموع اين چهار جز در هواي خشك تميز ۹۹/۹۹ درصد است. جدول ۲ شامل اجزا هواي خشك است بنابر اين آب از قلم افتاده شده كه يك جز اصلي پنجم از هواي تميز مي باشد. در جدول ۲ آب وارد نشده زيرا بر خلاف ساير اجزا بخار اب به مقادير متفاوتي در هواي تميز يافت مي شود. آب موجود در اتمسفر وابسته به دما

و سرعت تبخير آب از منابع موجود از ۰۱/۰ تا ۵ درصد تغيير مي كند و عموما مقدار آن ما بين ۱ تا ۳ درصد است. مشخص است كه وجود بخار آب غلظت ساير اجزا اتمسفري را به زير مقادير داده شده در جدول ۲ تغيير خواهد بود. هر چند تناسب نسبي ساير اجزاء اساسا ثابت باقي مي ماند و وقتي كه ميزان رطوبت مشخص شود درصد ساير گازها مي توانند از اين ثابت تناسب محاسبه شوند. اجاز جزئي هوا بسيار متعددند و تعدادي از آنها از روندهاي طبيعي متنوعي حاصل مي شوند. هيدروژن سولفيدH2S سولفوردي اكسيد so2 و كربن منوكسيد co همگي توسط عمل

آتشفشانها حاصل شده و در اتمسفر موجود هستند.
پوسيدگي گياهان و جانداران تحت شرايط فاقد اكسيژن (پوسيدگي غير هوازي)

جدول ۲
غلظت جرم كلي
درصد حجمي ميليون در تن

اجزا اصلي
نيتروژن N2 09/78 4220000000
اكسيژنO2 95/20 1290000000
ارگون Ar 93/0 72000000
كربن دي اكسيد CO2 032/0 2700000
اجزا فرعي
نئون Ne 0018/0 70000
هليوم He 00052/0 4000
متان CH4 00015/0 4600
كريپتون Kr 0001/0 16200
هيدروژن H2 00005/0 190
نيتروس اكسيد N2O 00002/0 1700
كربن منواكسيد CO 000001/0 540
گزنون Xe 000008/0 2000
ازون O3 000002/0 190
آمونياک NH3 0000006/0 21
نيتروژن دي اكسيد NO2 0000001/0 9
نيتريك اكسيد NO 00000006/0 3
سولفوردي اكسيد SO2 00000002/0 2
هيدروژن سولفيد H2S 00000002/0 1

منشا و ماهيت آلاينده هاي هوا
به طور كلي، آلاينده چيست؟ هر گاه ماده اي با تراكمي بيشتر از تراكم متداولش در فضا- كه غالبا مقدار بسيار ناچيزي است- يافت شود، به آن آلاينده گويند. موارد گاز كربونيك، اكسيدهاي نيتروژن، اوزون، و امونياك كه از سازاهاي عادي فضاي غير آلوده اند استثنا هستند. اما به متان، آمونياك و هيدروژن سولفيد را توليد مي كند. اكسيدهاي نيتروژن(N20,NO,NO2) توسط تخليه بارالكتريكي در طي رعد و برق توليد مي شوند. و نيز چندين تن كربن منوكسيد توسط آتش سوزي جنگلها به وجود مي آيد.

هواي آلوده:
اضافه شدن هر ماده اي تا حدي خواص فيزيكي و شيميايي هواي تميز را تغيير مي دهد. بنابر اين چنين موادي به عنوان آلوده كننده هوا در نظر گرفته مي شوند.
آلوده كننده ها معمولا به عنوان موادي كه باعث تاثيرات قابل توجهي براي بشر، حيوانات، نباتات يامواد بشوند طبقه بندي ميگردند. بر اين اساس تقريبا هر ماده طبيعي يامصنوعي كه بتواند از هوا بدست آيد به عنوان آلوده كننده طبقه بندي مي شود. چنين موادي به صورت ذرات جامد قطرات مايع، گازها و يا مخلوطي از اين اشكال هستند. اكثر مشكلات آلودگي هوا به تنوع انواع مختلف آلوده كنند ه ها در شكلهاي گوناگون مربوط مي گردد.

آلودگي هوا
محض آنكه مثلا تراكم گاز كربونيك بيش از تراكم متداول آن كه از لحاظ حجمي در حدود ۳۰۰ قسمت در ميليون است، برسد مي توان ان را به عنوان يك ماده آلوده تلقي كرد. آلاينده ها داراي سه منبع اصلي هستند كه عبارتند از اجاقهاي خانگي، كوره هاي صنعتي و مواد نشر يافته از آنها، و بالاخره گازهاي خارج شده از لوله اگزوز وسايل نقليه موتوري.
تمام اين منابع مواد متعددي پخش مي كنند كه از بين آنها تاكنون بالغ برصد ماده شناسايي شده و شامل مواد زير است:

-گازها و بخارات تركيبات بسيار متنوع معدني و آلي، مانند اكسيد هاي گوگرد، نيتروژن، و غيره يا ئيدروكربورهاي چرب (آليفاتيک) و معطر(آروماتيک) اسيدها، بازها، فنول ها و غيره.
ذرات جامد يا حبابهاي مايع تشكيل شده از ائروسول هايي كه ريزترين ذره آن داراي ابعاد حداقل ۳% ميكرو ميلي متر است و مي تواند به صورت ائروسول باقي بماند و به ۲۰ ميكروميلي متر يا بيشتر هم (براي ذراتي كه فورا روي زمين قرار مي گيرند) برسد.
پنج نوع از مواد كه به عنوان آلوده كننده هاي عمده هوا شناخته شده اند و باعث بوجود آمدن بيش از ۹۰% از عوامل آلودگي هوا مي شوند عبارتند از:
۱- كربن منواكسيدco

۲- اكسيدهاي نيتروژن Nox
3- هيدروكربن ها HC
4- اكسيدهاي سولفور Sox
5- ذرات معلق )

كربن منوكسيد carbon MoNoxide
كربن منوكسيد يكي از فراوانترين و گسترده ترين آلوده كننده ها است كه در اتمسفر پايين يافت مي شود كربن منوكسيد گازي است كه در تمام دماهاي بالاتر از نقطه جوشش (۱۹۲- درجه سانتيگراد) بي رنگ بي بو و بي مزه است. چگالي آن ۵/۹۶ درصد هوا است و به طور قابل ملاحظه اي غير قابل حل در آب مي باشد. اين گاز قابل اشتعال است و با شعله آبي مي سوزد.
۱-۲ منابع co
منابع طبيعي و مصنوعي (انساني) هر دو در تشكيل co اتمسفر سهيم هستند. وجود co در اگزوز اتومبيلها و ساير مواد زائد كه نتيجه سوخت ضعيف و ناقص مي باشد، كاملا شناخته شده است، اثرات محيطي co از اين منابع و ساير منابع مصنوعي مورد مطالعه قرار گرفته است. تشخيص اهميت نقشي كه به وسيله منابع طبيعي co ايفا مي گردد اخيرا صورت گرفته است. اولن بار در سال ۱۹۴۹ مشخص گرديد كه co سازنده بخش بسيار كوچكي از اتمسفر است. اين تشخيص

زماني بود كه خطوط جذبي در سيستم طيف خورشيدي كشف شد. در نهايت اين مشاهدات به تحقيقات مختصري در مورد منابع طبيعي co قبل از ۱۹۷۲ انجاميد، ابتدا تصور مي شد كه سهم اين منابع در مقايسه با نتايجي كه از فعاليتهاي انسان (مصنوعي) به دست آمده بسيارجزئي است. ولي مطالعات بعد از ۱۹۷۲ خلاف اين مسئله رانشان داد. منابع طبيعي درتوليد co نسبت به منابع مصنوعي سهم بيشتري دارند، همانطور كه در شكل ۳ نشان داده شده است.

 

تقريبا ۱۰ برابر co وارد اتمسفر مي شود از منابع طبيعي است. متان منبع بيش از ۷۷ درصد co اتمسفري طبيعي است و معلوم شده است كه در نتيجه تجزيه مواد آلي فرورفته در باتلاق ها كشترازهاي برنج و مناطق گرمسيري جهان تجزيه مواد آلي فرورفته در باتلاق ها، كشترازهاي برنج و مناطق گرمسيري جهان حاصل مي شود. انتشار جهاني متان به مقدار حداقل ۱٫۶ بيليون تن در سال تخمين زده شده است. مسلم است كه متان اتمسفري با راديكالهاي هيدروكسيل(OH) يا اكسيژن اتمي(O) براي تشكيل راديكال هاي متيل(CH3) عمل مي كند. واكنش هاي عبارتند از:
CH4+OHH2O+CH3
CH4+OOH+CH3
رابطه بالا بيشتر انجام مي شود، اما هر دو وظيفه يكساني بعهده دارند كه عبارتند از ويراني دائمي CH4 اتمسفري.
CH3 راديكالي توليد شده بيشتر براي توليد CO نهائي عمل مي كند.
راديكال هاي هيدروكسيل و اكسيژن محتاج اكسايش اوليه CH4 هستند و طبق واكنش هاي زيرحاصل مي شوند:
نورخورشيد
O3O2+O
O+H20OH+OH
بنابر اين منبع اصلي co اتمسفري مرحله اي است كه CO در اتمسفر توليد مي گردد نسبت به مرحله ايكه در اتمسفر پخش مي شود.
اقيانوسها دومين منبع توليد co اتمسفري مي باشند از انجا كه سطح آبها در تماس با اتمسفر مي باشند انتظار مي رود كه شامل co حل شده و جذب شده از اتمسفر باشند. هر چند كه عملا مقدار co حل شده دراقيانوس ها از ۱۰ تا ۴۰ برابر بيش از مقداري است كه ازچنين جذبي انتظار مي رود. گياهان پست دريائي و ساير منابع بيولوژيكي سهم قابل ملاحظه اي در توليد co موجود در آبها را دارند اين co متعاقبا در اتمسفر آزاد مي شود. اين يك باور غلط عمومي است كه تقريبا هر چيز موجود در اتمسفر زمين به جز نيتروژن، اكسيژن و مقدار كمي از گازهاي نادر در نتيجه فعاليت هاي بشري به وجود مي آيد.

اهميت CO ناشي از فعاليهاي انسان (منابع مصنوعي)

 

عليرغم سهم كوچك اين منابع در مقام مقايسه با انتشار جهاني CO (9.4 درصد از کل) تاثير منابع مصنوعي نيز نبايد ناديده گرفته شود. اطلاعات قبلي نمي توانند توجيه كننده اين واقعيت مهم باشند كه منابع طبيعي CO در سراسر جهان پخش شده اند در حالي كه منابع مصنوعي در مناطق بسيار كوچك متمركز شده اند. براي مثال ۹۵ تا ۹۸ درصد از CO اتمسفري در يك منطقه شهري ناشي از فعاليتهاي انساني حاصل مي شود. اين مقادير CO بطور معمول ۵۰ تا ۱۰۰ برابر از مقادير مشخص جهاني( ۰٫۱ تا ۰٫۵ PPM) بالاتر است. اثر نابع مصنوعي در مشكلات آلودگي هوا به طور مقدماتي محصول دو خاصيت موقعيت و سرعت بالاي انتشار هستند بنابر اين باقيمانده بحث آلودگي CO روي منابع مصنوعي متمركز خواهد بود.

شيمي تشكيل CO
تشكيل CO از منابع مصنوعي در فضا از يكي از فرايندهاي شيميائي زير ناشي مي گردد.

۱- سوخت ناقص كربن يا محصولات حاوي كربن- زماني كه اكسيژن كافي جهت سوخت وجود نداشته باشد به وقوع مي پيوندد و به جاي كربن دي اكسيد(co2) توليد مي گردد.
۲- يك واكنش در حرارت بالا، بين CO2 و مواد حاوي كربن صورت مي پذيرد.
۳- در حرارت بالا CO2 به co و o تجزيه مي گردد.
مطالعات جزئيات اين فرايندها نقش آلودگي كربن منواكسيد را مشخص مي نمايد.
فرايند۱- تشكيل اكسيدهاي كربن، وقتي كه كربن و اكسيژن خالص با هم تركيب مي گردند‏ ، فرايند ساده ايست. نظير سوختن مواد حاوي كربن در هوا كه شامل يك سري فعل و انفعالات مي گردد. عليرغم پيچيدگي پاره اي اصول كلي در خصوص اين واكنش ها شناخته شده، به عبارت ساده سوختن كربن در مواد سوختي به شكل مراحل زير انجام مي گيرد.
۲c+o2۲co
2co+o2۲co2
واكنش اول تقريبا ده بار سريعتي از دومي انجام مي شود. بنابر اين co در فعل وانفعال سوختن يك واسطه است و اگر O2 به اندازه كافي موجود نباشد به صورت محصول نهائي ظاهر خواهد شد. Co همچنين مي تواند در به عنوان محصول نهائي ظاهر گردد. اگر مواد سوختي و هوا به خوبي مخلوط نشده باشند مخلوط ناقص موجب مي گردد كه در مناطقي از اختلاط هوا و مواد سوختي اكسيژن كافي وجود نداشته باشد. رابطه توليد co و وجود اكسيژن در شكل ۴ نشان داده شده كه در آن توليد co در سه موتور احتراق داخلي در مقابل نسبت هوا به مواد سوختي ترسيم گرديده است. تاثير كمبود اكسيژن در توليد co كاملا مشهود است.

فرآيند۲: واكنش مورد نظر در اين فرآيند به صورت زير مي باشد.
Co2+c۲co
اين واكنش به آساني در حرارتهاي بالا، كه معمولا در بسياري از تجهيزات صنعتي ماند كوره ها وجود دارند انجام مي گيرد.

Co توليد شده از اين طريق در پاره اي موارد لازم و سودمند مي باشد مثل كوره ها كه به عنوان احيا كننده در توليد آهن از سنگ اكسيد آهن عمل مي كند. ولي بخشي از co ممكن است وارد اتمسفر شود و موجب آلودگي گردد.
فرآيند ۳: تحت شرائط خاصي واكنشي كه در آن اكسيژن كافي براي سوختن كامل نيز وجود دا

شته باشد هنوز ممكن است به عنوان منبعي براي توليد co عمل كند. اين به علت حرارت بالاي ناشي از تجزيه co2 به o و co مي باشد.
در اين وضعيت در حرارت بالا كربن دي اكسيد و co درحال تعادل وجود خواهند داشت. طبق فرمول:

حرارت بالاتر به توليد co و o كمك مي كند. براي مثال در حرارت ۱۷۴۵ درجه سانتيگراد يك درصد co2 به o و co تجزيه خواهد شد و در حرارت ۱۹۴۰ درجه سانتيگراد ۵% آن تجزيه مي گردد. اگر يك مخلوط در حال تعادل در حرارت بالا به طور ناگهاني سرد شود، co موجود در مخلوط سرد شده باقي مي ماند.

غلظت و توزيع co:
از آنجا كه اتومبيل به تنهايي توليد كننده بزرگترين منبع آلودگي co مي باشد(۶/۶۵%) مناطق پرجمعيت شهري غلظت بالايي از co را نشان مي دهند. در چنين مناطقي غلظت co بستگي به وضعيت فعاليتهاي روزانه جمعيت دارد.
غلظت روزانه co بستگي كامل به ميزان ترافيك دارد.
بالاترين ميزان تراكم در محلهايي ديده مي شود كه بار سنگين ترافيك دارند و وضعيت روزانه جز در آخر هفته ها تفاوت چنداني با هم ندارند. تراكم در زوهاي هفته بالاتر از روز جمعه مي باشد.
غلظت هوا از co در هر منطقه با سرعت ورود آن به اتمسفر سرعت پراكندگي و از بين رفتن آن مشخص مي گردد. در مناطق شهري سرعت از بين رفتن خيلي پائين تر است لذا سرعت پراكندگي مستقيما به جهت سرعت باد تلاطم هوا و پايداري اتمسفر مربوط مي گردد. شهرهاي بزرگ اگر چه تلاطم به وسيله حركت اتومبيلها و جريان هوا در بالا و اطراف ساختمانها ايجاد مي گردد. ولي به طور موضعي دوره هاي طولاني از سكون هوا پيش مي آيد. كه منجر به پراكندگي ناكافي و نتيجتا افزايش تراكم coدر هواي خواهد شد.

اثرات co روي انسان:
مسلم است كه اگر شخص در معرض co با غلظت زياد قرار بگيرد خواهد مرد ولي تاثير co باميزان كم (۱۰۰ppm و يا كمتر) اخيرا كشف شده است. اين حد غلظت از آن نظر اهيمت دارد كه معمولا ميزان co در هواي آلوده از ۱۰۰ppm كمتر مي باشد. كربن منوكسيد از آن نظر خطرناك است كه قادر است با هموگلوبين خون تركيب گردد. هموگلوبين معمولا به عنوان انتقال دهنده در خون عمل مي كند و اكسيژن را به شكل o2Hb اكسي هموگلوبين از ششها به سلولهاي بدن و co2 را از سلولها به ششها مي رساند (به شكل co2Hb) علاوه بر اين هموگلوبين مي تواند تركيبي با co به شكل (coHb) به وجود آورد. هنگامي كه چنين تركيبي ايجاد مي شود قدرت خون جهت انتقال

اكسيژن كم مي شود. ميل تركيبي co با هموگلوبين ۲۰۰ بار بيشتراز o2 است. در نتيجه اگر هر دو امكان وجود داشته باشد coHb بيشتر از Hb o2 تشكيل خواهد شد. اثرات co بر روي سلامتي موجودات عموما از نسبت در صد coHb در خون تعيين مي شود. هنگاميكه غلظت coHb پايين تر از دو درصد باشد اثر چنداني بر روي سلامتي ندارد.
پاره اي از شواهد گواه بر آنست كه غلظت coHb به ميزان دو تا پنج درصد تاثير مخربي بر سلامتي دارد. شواهد مسلمي وجود دارد دال بر آنكه اشخاصي كه مبتلا به امراض قلبي كرونرو آسم هستند مخصوصا در مقابل coHb باميزان بيشتر از ۵% آسيب پذير مي باشند.
سطح coHb خون ۱% توضيح اثرات

كمتر از ۱ اثر مخصوصي مشاهده نشده
۱ تا ۲ اثرات رفتاري كمي مشاهده مي شود
۲ تا ۵ اثر بر روي سيستم مركزي عصبي، بينايي،‌علائم رواني
بيشتراز ۵ اختلال بر روي اندامهاي بدن ظاهر مي گردد.
۱۰ تا ۸۰ سردرد، خستگي، خواب آلودگي، اختلال تنفسي، كوما و مرگ

اكسيدهاي نيتروژن
هشت نوع متفاوت اكسيد ازت شناخته شده اند. ولي معمولا فقط سه نوع آنهادر اتمسفر يافت مي شوند. اين سه نوع عبارت از: نيتروس اكسيد N2o نيتريك اكسيد NO نيتروژن دي اكسيد NO2 است.
نيتروس اكسيد، گازي بيرنگ، غير قابل اشتعال وغير سمي بامزه و بوي نسبتا خوب است.
نتريك اكسيد نيز، بي رنگ و غير قابل اشتعال ولي بي بو و سمي است.
نيتروژن دي اكسيد، گازي است با رنگ قرمز- قهوه اي غير قابل اشتعال وبي بوي شديدا خفقان زا مشخص مي شود.
منابع اكسيدهاي نيتروژن
منابع طبيعي و مصنوعي هر دو مسئول توليد آنها هستند. انتشار اين منابع طبق اصول و برآوردهاي جهاني همان الگوئي را كه قبلا براي كربن منواكسيدذكر شد دنبال مي كند. عمدتا منابع طبيعي از منابع مصنوعي در اين مورد سهم بيشتري دارند. درصد انتشار از منابع طبيعي و منابع مصنوعي مشخصا در اين سه نوع اكسيد متفاوت است. NO اتمسفري به وسيله هر دو منبع طبيعي (۸۰%) و مصنوعي (۲۰%) توليد مي شود در حالي كه تقريبا تمام N2O منتشر شده در اتمسفر از يك منبع مصنوعي به وجود مي آيد. عمل تخمير به وسيله باكتريها در خاك به منظور تجزيه تركيبات تشكيل دهنده ازت منبع عمده N2O را تشكيل مي دهد. مكانيسم دقيق شيميائي اين فرآيند هنوز قطعا مشخص نشده است. ولي تاثير زيادي در انتشار سالانه كه ۵۹۲ ميليون تن N2O برآورد شده است دارد. عمل تخمير باكتريها همچنين مسئول يك توليد تخميني سالانه ۴۳۰ ميليون تن NO مي باشد. اشعه هاي نوري باعث مي شوند كه ازت و اكسيژن اتمسفر به روشهاي گوناگوني تركيب شوند. NO.N2o,No2 مقدار كلي اكسيدهاي ازت توليد شده ناچيز است. احتراق منبع اصلي توليد مصنوعي اكسيد نيتروژن است در طي احتراق با دماي بالا ازت و اكسيژن هوا واكنش نشان مي دهند كه هم NO و NO2 را تشكيل مي دهند. مقدار نسبي NO و NO2 توليد شده به دماي احتراق و به نسبت ازت به اكسيژن موجود بستگي دارد. به هر حال NO2 اغلب به كمترين مقدار تشكيل مي شود. بر طبق اصول جهاني فرآيندهاي احتراق ۱۰۶ ميليون تن در سال اكسيد نيتروژن برآورد شده را كه مانند NO محاسبه گرديده است منتشر مي سازد. اين مقدار در حدود ۳۵ درصد پايين تر از ۱۶۳ ميليون تن به دست آمده بر اساس NO2 است. غالبا به صورت NO2 مورد استفاده قرار مي گيرند زيرا كه NO هنگامي كه در اتمسفر است به NO2¬ تبديل مي شود. شكل ۵ مقدار نسبي انتشار اكسيد نيتروژن را از منابع مختلف نشان مي دهد. درصدهاي استفاده شده بر

اساس حجم كل اكسيدهاي نيتروژن انتشار يافته هستند. بنابر اين ۴۳% NO2¬ يعني كه هر ۱۰۰ حجم از اكسيدهاي نيتروژن توليد شده بر اساس مقياس هاي جهاني ۴۳ حجم از NO2¬ را در بر دارند.
فرض بر اين بود كه تمام اكسيدهاي نيتروژن از منابع سوختي، احتراق به شكل NO دارند. از قراين موجود چنين بر مي آيد كه تقريبا ۹ برابر اكسيد ازت از منابع طبيعي و نه از منابع مصنوعي وارد اتمسفر مي شود. يك چنين موقعيت مشابهي در موردي كه قبلا براي CO ذكر كرديم وجود دا

رد. منابع طبيعي در كل دنيا گسترده هستند. در حالي كه منابع مصنوعي در فضاهاي كوچكي متمركز مي شوند.

اكسيدهاي نيتروژن به عنوان آلوده كننده ها:
آلودگي اكسيد نيتروژن هوا عليرغم حضور مقادير N2o در اتمسفر معمولا برحسب No2 , NO در نظر گرفته مي شود. دلايل چنين عملي عبارتند از:
۱- NO و NO2 سمي هستند، در حاليكه N2O چنين نيست.
۲- NO و NO2 در واكنش هاي فتوشيميائي اتمسفر سهيم هستند ولي N2O نيست.
۳- NO و NO2 ¬ منابع عمده مصنوعي دارند در حالي كه N2O ندارد. علامت Nox اغلب مجموعه اي براي NO و NO2 دخيل در آلودگي هوا به كار مي رود.
شيمي تشكيل Nox
تقريبا تمام NO و NO2 ناشي از منابع مصنوعي توسط اكسايش اتمسفري ازت در طي احتراق در دماي بالا توليد مي شوند. ازت و اكسيژن هوا NO را به وجود مي آورند. واكنتش هاي بعدي NO با اكسيژن بيشتر NO2 مي دهد. رابطه هايي كه اين واكنش ها را نشان مي دهند عبارتند از:
۲NO+O2NO2
N2+O2۲NO
هوا تقريبا از ۷۸% ازت و ۲۱ % حجمي اكسيژن تشكيل شده است. در دماي معمولي اين دو گاز تمايل خيلي كمي به واكنش با يكديگر دارند زيرا واكنش دومي بي نهايت گرماگير است. انرژي مطلوب فقط دردماهاي بالا مثل حرارتهايي كه توسط فرآيندهاي احتراق توليد مي شوند قابل دسترس است. حتي در اين دماها فقط مقدار كمي No توليد مي شود ولي اين مقدار از لحاظ تغليظ آلودگي هوا داراي اهميت است. جدول پايين حاوي داده هائي است كه دماي وابسته به واكنش اولي و سرعتي را كه برحسب آن واكنش دنبال مي شود نشان مي دهد. اين داده ها براي مخلطو گازهائي است كه حاوي ۷۵% N2 و ۳% O2 مي باشد كه مي توانند در دماي مشخص شده به تعادل برسند. اين مخلوط ازت –اكسيژن شرايط واكنش را در فرآيند احتراق آماده مي سازد زيرا عمده اكسيژن موجود در هوا با مواد تحت واكنش احتراق در يكجا قرار مي گيرد.
در طي احتراق گازهاي در حال واكنش براي يك مدت خيلي كوتاهي در دماي شعله هستند. از اين رو اگر قرار است مقادير زيادي No توليد شود سرعت واكنش بايد زياد باشد. بر طبق جدول پايين سرعت واكنش انطوركه توسط زمان لازم براي تشكيل ۵۰۰PPM NO اندازه گيري شده است در دماهاي پايين ۱۷۰۰ درجه سانتيگراد بطور نسبي پائين است ولي در دماهاي بالاتر به سرعت افزايش مي يابد. بنابر اين زمان اقامت گازها در منطقه احتراق و همچنين دماي شعله مقدار NO را كه عملا تشكيل مي گردند مشخص مي سازد.
اگر مايعات دفعي احتراق همين كه خارج مي شوند به آرامي سرد شوند NO به O2 ,N2 بر ميگردد. در هر حال در اغلب وسايل احتراقي بخش عمده اي از انرژي حرارتي توليدات گاز سريعا بكار مفيد بر گردانده مي شوند و گازها سريعا سرد ميگردند. تحت چين شرايطي NO در دماي پايين تر خروجي باقي مي ماند چرا كه فرصت تجزيه شدن را ندارد. واكنش NO با اكسيژن براي تشكيل تحت شرايط احتراق صورت نمي گيرد.

درجه حرارت (سانتيگراد) غلظت No در معادله ppm زمان براي تشكيل ۵۰۰PPM از NO
27
527
1316
1538
1760
1980 10-10*1/1

۷۷/۰
۵۵۰
۱۳۸۰
۲۶۰۰
۴۱۵۰ –

+۱۳۷۰
۱۶۲
۱/۱
۱۱۷/۰

جائي كه CO فورا واكنش مي دهد تا co2 را تشكيل دهد. دليل اين موضوع پايداري NO2 در دماهاي بالاست. در دماي ۱۵۰ درجه سانتيگراد NO2 شروع به تجزيه شدن به NO و O2 و در دماي ۶۰۰ درجه سانتيگراد به طور كامل تجزيه مي شود. نتيجتا مقدار بسيار كمي NO2 در مخلوط گازي در دماي احتراق يافت مي شود. هنگام ترك منطقه احتراق NO شامل مايعات دفعي در مخلوط شدن با هوا به سرعت سرد مي گردد. هنگامي كه دما به زير ۶۰۰ درجه سانتيگراد مي رسد NO2 تشكيل مي شود كه مقدارآن بسيار اندك است زيرا كه سرعت واكنش در دماهاي پايين تر خيلي آهسته است. بنابر اين عمده NOX منتشر شده بيشتر به شكل NO است تا ۲NO درست مخالف موقعيت اكسيد كربن جائي كه CO2 در بيشترين مقدار توليد مي شود. در حدود ۱۰% از NOX از كارخانجات توليد نيرو و فقط ۲ تا ۳ درصد NOX از اتومبيل ها به شكل NO توليد مي شوند. جدول زمان مطلوب براي اكسايش NO به NO2 از طريق واكنش ۲ در دماي ۲۰۰ درجه سانتيگراد را نشان مي دهد. زمان براي دست يافتن به تبديلات ۲۵% و ۹۰% داده شده است. به وابستگي سرعت واكنش به غلظت NO توجه كنيد. گرچه غلظت NO ممكن است از ۳۰۰۰PPM بالاتر در منطقه احتراق باشد اين غلظت دراثر رقيق شدن گازهاي احتراقي توسط هوا به سرعت كاهش مي يابد.
غلظت NO
PPM زمان اكسايش
۲۵% ۵۰% ۹۰%
۱۰۰۰۰
۱۰۰۰
۱۰۰
۱۰
۱ ۴/۸ثانيه
۴/۱ دقيقه
۱۴ دقيقه

۳/۲ ساعت
۲۴ ساعت ۲۴ ثانيه
۴ دقيقه
۴۰دقيقه
۷ ساعت
۷۲ ساعت ۶/۳ دقيقه

۳۶ دقيقه
۶ ساعت
۶۳ ساعت
۶۴۸ ساعت
بنابر اين آخرين خط جدول سرعت حقيقي واكنشها را به طور تقريبي نشان مي دهد.

چرخه نوري NO2
در اتمسفر NO2 , NO هر دو درگير يكسري واكنشهاي فتوشيميائي كه به طور طبيعي اتفاق مي افتد و منجر به افزايش در غلظت NO2 و كاهش در غلظت NO مي شود. اين واكنشها كه مجتما به عنوان چرخه نوري NO2 شناخته شده اند يك نتيجه مستقيم از يك عمل متقابل بين نور خورشيد و NO2 مي باشند. مراحل اين چرخه كه در شكل نشان داده شده اند عبارتند از:
۱- NO2 انرژي را به شكل نور ماوراي بنفش از خورشيد جذب مي كند.
۲- انرژي جذب شده مولكولهاي NO2 را به مولكول هاي NO و اتم هاي اكسيژن مي شكند. اكسيژن اتمي توليد شده بسيار فعال است.
۳- اتم هاي اكسيژن اتمي با اكسيژن اتمسفري واكنش نشان مي دهند تا ازون يك آلوده كننده فرعي را توليد كنند.
۴- ازون با NO واكنش مي دهد تا NO2 و O2 بدهد و چرخه كامل مي شود.
اثر ويژه اين چرخه گردش سريع NO2 است واگر براي واكنش دهندگان رقابت كننده در اتمسفر اين چنين نبود، اين چرخه هيچ اثر ويژه اي نداشت.
غلظتهاي محدود NO2 و No تا زماني كه O3 , NO در كميت هاي مساوي تشكيل و نابود شوند تغيير نخواند يافت.

واكنش هاي رقابتي ئيدروكربن ها را غالبا از همان منابع NOX منتشر مي شوند درگير مي سازد

. ئيدروكربن ها طوري با يكديگر واكنش مي دهند كه چرخه نامتعادل مي شوند و تبديل NO به NO2 سريعتر از تفكيك NO2 به O,NO است. اين اثر همچنين منجر به ساخته شدن مواد ديگري كه مجموعا به عنوان اكسيدانها شناخته شده اند مي گردد.

۸-۳- اثرات NOx بر روي اجسام:

زمينه مطالعه و تحقيقات آزمايشگاهي اكسيدهاي نيتروژن (NOx) و محصولات واكنش آنها (نيترات) را به طور موفقيت آميزي به مشكلات مربوط به رنگهاي نساجي، تارهاي نساجي و آلياژهاي نيكل – برنج مربوط ساخته است. بعضي از رنگهاي نساجي وقتي كه در معرض NOx قرار بگيرند رنگ مي بازند. اين رنگ هاي شامل آنهايي كه در استات ريون، پنبه و ويسكوزريون استفاده مي شوند، مي گردد. مشكل رنگ زدايي پنبه، در نيمه سال ۱۹۵۰ روشن گرديد. هنگامي كه خانم هاي خانه دار از رنگ زدايي پارچه هاي ابريشمي زماني كه آن پارچه ها با خشك كن هاي گازسوز خانگي خشك مي شدند، شكايت كردند. اين رنگ زدايي به اكسيدهاي نيتروژني كه در طي احتراق گاز طبيعي كه براي گرم كردن خشك كن ها استفاده مي شد، مربوط دانسته شد. سطح NOx در چنين خشك کن هايي بين ppm 6/0 تا ۲/۰ تشخيص داده شد. سطوح بالاي نيترات هاي ذره اي باعث ايجاد عارضه فشردگي در فنرهاي سيمي نيكل – برنجي در دستگاههاي تقويت كننده اي كه توسط شركتهاي تلفن استفاده مي شوند گرديده است. معلوم شد كه غلظت هاي بالاي نيتراتي در گرد و غبار هوائي كه در مجاورت محل هاي ترك برداشته جمع شده، اين عوارض را توليد كردند.

۹-۳- كنترل آلودگي NOx:
پيشرفت روش هاي كنترل اكسيدهاي نيتروژن نسبت به ساير آلوده كننده هاي عمده اتمسفري كمتر بوده است. بسياري از مشكلات به متغيرهاي مربوط به فرايندهاي احتراق بستگي دارند. فرايندهايي كه مسئول بيشتر انتشارات NOx هستند. اين متغيرها شامل اين موارد مي شوند:
۱- تنوع انواع گوناگون سوخت مصرف شده.
۲- تنوع در تدابير مختلف احتراق استفاده شده.
۳- دماهاي شعله اي متفاوتي كه بدست مي آيد.
۴- آلوده كننده هاي متفاوت ديگري كه در توليدات احتراقي به وجود مي آيند.
به علت فعل و انفعالات بين اين متغيرها، محتمل به نظر نمي رسد كه يك روش ساده تنها براي كنترل عمومي NOx كافي باشد. براي مثال روشي كه هم اكنون براي استعمال در كنترل NOx در حال پيشرفت است استفاده از ديگ هاي بخار با سوخت نفت مي باشد كه به نظر اميد بخش مي رسد. همين روش وقتي كه براي ديگ هاي بخار با سوخت زغال سنگ مورد استفاده قرار مي گيرد، نقص هاي زيادي را نشان مي دهد. روش ديگري كه براي رفع NOx از گازهاي دفعي استفاده مي شود، در صورتي كه SO2 نيز وجود داشته باشد عملي است ولي در عدم حضورآن عملي نمي گردد. زغال سنگ در حال سوختن so2 توليد مي كند. در صورتي كه گازوئيل در حال سوختن آن را توليد نمي كند. دو روش عمومي براي كنترل انتشارات NOx وجود دارد:
۱- اصلاحات منابع براي كاهش مقدار NOx توليد شده،
۲- رفع NOx از گازهاي دفعي قبل از آزادسازي آنها در اتمسفر.
اغلب روشهاي كنترل مورد استفاده كه در اصلاحات منابع استفاده مي شوند، به ويژه شرايط احتراقي هستند. غلظت NOx در گازهاي دفعي به شدت به دماي احتراق و غير قابل دسترسي به اكسيژن در ماكزيمم بستگي دارد. كاهش در هر دو عامل باعث كاهش در سطوح NOx مي گردد، و اين تأثيرات فزاينده هستند. براي كنترل انتشارات NOx از ۱۹۷۵ به بعد اتومبيل هاي متحده با چرخش مجدد گازهاي دفعي (EGR) كامل گرديدند.
در اين روش يك گاز بي اثر (غير قابل احتراق) براي رقيق كردن مخلوط هواي سوخت در حال سوختن در موتور استفاده قرار مي گيرد. اين رقيق كردن ماكزيمم دماي احتراق را پايين مي آورد و غلظت اكسيژن را در مخلوط در حال سوختن كاهش مي دهد. قسمتي از گاز دفعي برگردانيده

شده به وسيله يك سرپوش تنظيم مي شود و معمولاً در حد دامنه ۱۵ تا ۲۲ درصد از حجم مخلوط هواي سوختي پايين مي آيد. استفاده از احتراق دو مرحله اي محقق گرديده كه يك روش موثر

جديد براي كاهش توليد NO در ماشين هاي جديد الكتريكي مولد نيرو مي باشد. در مرحله اول احتراق، سوخت در دماي نسبتاً بالا با حضور مقدار زير استوكيومتري هوا سوخته مي شود. فقط ۹۵ تا ۹۰ درصد از مقدار لازم براي احتراق كامل مورد نياز است. تشكيل NO توسط فقدان هواي اضافه محدود مي گردد.در مرحله دوم، احتراق سوخت در يك دماي نسبتاً پايين صورت مي گيرد كه همچنين تشكيل NO را محدود مي سازد. كنترل كاتالتيك انتشارات NOx از اتومبيل ها روشي اس

ت كه فعالانه تحت بررسي است. رفع NO مستلزم كاهش O2 و N2 است در حالي كه رفع CO و ئيدروكربن ها مستلزم اكسايش CO2 و H2O است. بنابراين يك سيستم كاتاليزور دو گانه لازم است. در سيستم هايي كه هم اكنون تحت مطالعه هستند گازهاي دفعي ابتدا از يك كاتاليزور

كاهنده عبور داده مي شوند. جائي كه NO با ئيدروكربنها واكنش نشان مي دهند تا N2 و H2O تشكيل گردند. (هم چنين در اگزوز) مقداري آمونياك (NH3) نيز در اين مرحله از عمل تشكيل مي شود.
هوا بعداً تزريق مي گردد و مخلوط از يك كاتاليزور اكسيدي عبور داده مي شود جايي كه آلوده كننده هاي باقي مانده به H2O و CO2 اكسيد مي شوند. مقدار اضافي هوا قبل از مرحله آخر اكسايش باعث مشكلاتي چند مي گردد. زيرا كه هر آمونياك تشكيل شده در مرحله كاهش به وسيله كاتاليزور اكسيدي مجدداً به NO2 اكسيد مي شود. كاتاليزورهاي كاهنده، شامل فلز روتانيم يا نمك هاي مربوطه، تحت بررسي قرار دارند چرا كه آنها NOx را به ميزان بسيار كمي به NH3 تبديل مي كنند. كاتاليزور مسي – نيكلي كه به عنوان كاتاليزورهاي كاهنده موثر شناخته شده اند.

 

۱۰-۳- اندازه گيري NOx
براي تعيين غلظت گاز NO2 از روش كالريمتري استفاده مي شود، (روش رنگ سنجي) گاز NO2 را با محلول اسيدي سولفانيليك اسيد و محلول يك نرمال N – (۱- نفتيل) – اتيلن دي آمين هيدروكلريد مخلوط مي كنند. رنگ صورتي توليد مي شود كه داراي جذب ماكزيممي در nm-550 نانومتر است. با استفاده از روش اسپكروسكپي مي توان غلظت گاز NO2 را تعيين نمود. در صورت وجود NO ماده مي باشد ولي غلظت گاز NO به دست آمده دقيق نمي باشد. در اين روش گاز ازن NO مي توانند نا مطلوب داشته باشند با اين روش مي توان غلظت گاز NO2 را از ppm5 تا چند ppb (قسمت در بيليون) تعيين نمود.

هيدروكربن ها و اكسيدان هاي فتوشيميايي
هيدروكربن ها و اكسيدهاي فتوشيميايي دو مقوله جدا، ولي مربوط به هم از تركيبات آلوده كننده هستند. هيدروكربن ها آلوده كننده هاي عمده، هستند. چون كه آنها مستقيماً به داخل هوا فرستاده مي شوند. اكسيدان هاي فتوشيميايي آلوده كننده هاي فرعي مي باشند که منشاء آنها در اتمسفر از واکنش هايي است که به آلودکننده هاي عمده مربوط مي شود.. هر دو گروه با همديگر مورد بحث قرار مي گيرند. چرا كه اغلب اكسيدان هاي فتوشيميايي از واكنش هايي كه در آن هيدروكربن ها مستقيماً يا غير مستقيم دخالت دارند، منشا مي گيرند. هر تخميني از اثرات آلودگي هيدروكربن اتمسفري بايد عوامل مهم بوجود آمده توسط اكسيدانهاي فتوشيميايي را شامل شود. در حقيقت تصور مي شود كه اغلب اثرات اصل آلودگي هيدروكربن به وسيله تركيبات ناشي شده از واكنش اتمسفري هيدروكربن ها به وجود مي آيند.

۱-۴- هيدروكربن ها:
اين تركيبات از عناصر هيدروژن و كربن تشكيل يافته اند. دقيقاً وجود دهها هزار تركيب از چنين تركيباتي شناخته شده اند. آنها در هر سه حالت فيزيكي (گاز، مايع، جامد) در دماي معمولي يافت مي شوند. خصوصيات حالت فيزيكي هر يك از آنها به ساختمان مولكولي و به خصوص به تعداد اتم هاي كربني كه اين مولكول ها را مي سازند بستگي دارد. اين مولكول ها كه شامل يك تا چهار اتم كربن مي شوند و در دماي معمولي به صورت گاز هستند در حالي كه آنهائي كه پنج يا بيشتر اتم كربن دارند مايع يا جامد هستند. به طور كلي تمايل به حالت جامد يا افزايش تعداد اتم هاي كربن افزايش مي يابد.
هيدروكربن هايي كه مهمترين عامل آلودگي هوا هستند در دماي معمولي اتمسفري به حالت گازند يا آنهائي كه در چنين دماهائي بسيار فرازند (به راحتي به گاز تبديل مي شود)
اغلب ساختمان نسبتاً ساده اي متشكل از دوازده يا كمتر اتم كربن در هر مولكول دارند. هيدروكربن ها مي توانند بر اساس ساختمان مولكول هايشان به خطي و حلقوي تقسيم بندي مي شوند.
يك هيدروكربن آروماتيك به عنوان يك واحد ساختماني حاوي يك يا بيشتر حلقه هاي شش عضو

ي كربن كه به شكل بنزن آشكار مي شود مي باشد. (به شكل ۷ مراجعه شود) هيدروكربن هاي آليفاتيك (خطي) فاقد اين ساختمان حلقوي مي باشند. هيدروكربن ها در تقسيم بندي هاي بعدي خود به اشباع و غير اشباع تقسيم مي شوند. يك هيدروكربن اشباع هيدروكربني است كه در آن تمام اتم هاي كربن با چهار اتم كربن ديگر يا اتم هاي هيدروژن پيوند ساده تشكيل مي دهد. ي

ك هيدروكربن غيراشباع حاوي دو يا بيشتر اتم كربن ديگر يا اتم هاي هيدروژن پيوند ساده تشكيل مي دهد. يك هيدروكربن غيراشباع حاوي دو يا بيشتر اتم كربن است كه با كمتر از چهار اتم ديگر پيوند تشكيل مي دهد از آنجائي كه تمام اتمهاي كربن درهيدروکربن ها چهار پيوند دارند مولکول ها غير اشباع بايد حداقل داراي يک پيوند چندگانه (دو گانه يا سه گانه) در بين اتم هاي كربن باشند. ساختمان مولكولي و تقسيم بندي برخي از هيدروكربن هائي كه معمولاً در اتمسفر شهري يافت مي شوند در شكل۷ داده شده است. اهميت اين طبقات متفاوت تركيبات هنگامي آشكار مي شود كه فعاليت و سمي بودن آنها در نظر گرفته شود. هر دو اين خاصيت ها نسبت به طبقه تركيب فرق مي كنند.
تعداد هيدروكربنهائي كه در آلودگي هوا دخيل هستند نسبتاً زياد است. تجزيه هواي شهري به وسيله كروماتوگرافي گازي پنجاه و شش تركيب متفاوت هيدروكربن را مشخص نموده است. اين تعداد موجود، احتمالا زياد است ولي حساسيت روش تجزيه از شناخته شدن بقيه تركيبات در غلظت بسيار كم جلوگيري مي نمايد. در سال ۱۹۶۵ يك سري ۲۰۰ تائي از نمونه هاي هوا در ناحيه لوس آنجلس گرفته شد و هر يك از نمونه ها براي هيدروكربن ها مورد تجزيه قرار گرفت. غلظت هاي متوسط فراوان ترين آنهائي كه شناخته شدند در جدول داده شده است.
نام هيدروكربن ها فرمول هيدروكربن غلظت هيدروكربن
متان CH4 22/3
تولوئن C7H8 05/0
– n بوتان C4H10 06/0
ايزوپنتان C5H12 04/0
اتان C2H6 10/0
بنزن C6H6 03/0
– n پنتان C5H12 03/0
پروپان C3H8 05/0
اتيلن C2H4 06/0

۲-۴- منابع هيدروكربن ها:
اغلب هيدروكربن ها از منابع طبيعي وارد اتمسفر مي شوند. همان طور كه در مورد NOx و CO هم صدق مي كند. تقريباً تمام اين منابع درگير فرايند هاي زيستي هستند اگر چه تعداد كمي از آنها

فعاليتهاي مربوط به حرارت مركزي زمين و فرايندهائي را كه درمناطق داراي زغال سنگ، گاز طبيعي و نفت خام روي مي دهد شامل مي شوند. متان (CH4) ساده ترين هيدروكربن ها در كميت هائي بيش از هر هيدروكربن ديگري در اتمسفر منتشر مي گردد. طبق برآورد جهاني سالانه مقدار ۳۱۰ ميليون تن تخمين زده شده است.
نام علامت اختصاري ساختمان
ازن O3
پروكسي استيل نيترات PAN

پروكسي پروپيونيل نيترات PPN
پراكسي بنزوئيل نيترات PBzN
فعل و انفعالات تجزيه باكتريايي، منبع اصلي را تشكيل مي دهند و مقادير بسيار فراواني در باتلاق ها و مرداب ها و ساير آبهاي راكد توليد مي شوند. گياهان به خصوص درختان، نيز منابع طبيعي هيدروكربن هاي اتمسفري هستند. اكثر هيدروكربن هاي منتشر شده از وزن مولكولي بيشتري برخوردار هستند و به ترپن ها و هم ترپن ها تقسيم مي شوند. ساختمان دو ماده مشترك در اين مقوله ها – پنين و ايزوپرن در شكل۷ نشان داده شده است. ۱۷۰ ميليون تن ترپن نوع هيدروكربني، سالانه وارد جو زمين مي گردد. انتشارات جهاني هيدروكربنها از منابع مصنوعي به ۸۸ ميليون تن بالغ مي گردد. بخش عظيمي از اين مقدار از فعاليتهاي كه در آنها نفت خام، (كه تركيب پيچيده اي از هيدروكربنها است) شکل ۸ شرکتدارد ناشي مي گردد. فعاليت هاي اين مقدمه مشخصا تصفيه و حمل و نقل نفت خام و احتراق توليدات تصفيه شده است. شكل۹ مقايسه اي را بين انتشارات طبيعي و مصنوعي هيدروكربن ها نشان مي دهد. غلظت هاي هيدروكربن ها غيرهواي شهري بين pmm5/1 تا ۱ متان و كمتر از pmm1 ساير هيدروكربن هاي برآورد شده است. غلظت هاي زياد متان نتيجه فعل و انفعالات شيميايي است. متان به اندازه بقيه هيدروكربن ها مثل ترين ها وارد فعل و انفعالات فتوشيميايي اتمسفري نمي گردد.
هيدروكربن هاي اشباع شده مثل متان، كمتر از تركيبات غير اشباع شده، نظير ترپن ها، فعال هستند. مقداري از متان اتمسفري در نتيجه فرايندي كه قبلا شرح داده شد به CO تبديل مي شود.

۳-۴ تشكيل اكسيدانهاي فتوشيميايي:
عمده اثرات مضر آلودگي هيدروكربن به وسيله خود هيدروكربن ها به وجود نمي آيد بلكه به وسيله محصولات تشكيل شده در حين تحت تاثير واقع شدن هيدروکربن ها در فعل و انفعالات شيميايي در اتمسفر به وجود مي آيند اين محصولات قبلا به عنوان اكسيدان هاي فتو شيميايي توصيف شده اند. فعل و انفعالات اتمسفري مسئول توليد اكسيدان هاي فتوشيميايي بسيار پيچيده و به طور ناقص شناخته شده اند. به هر حال برخي جنبه هاي عمومي شناخته شده و شامل موارد ذيل مي شوند.
۱- چرخه نوري NO2 بخش مهمي از اين مرحله است. به خاطر داشته باشيد اين چرخه از سه واكنش تشكيل شده است:
(رابطه ۱-۱) NO+OنورخورشيدNO2+HV
(رابطه ۲-۱) O+O2O3
(رابطه۳-۱) O3+NONO2+O2
هيدروكربن ها با O و O3 توليد شده در رابطه ۱-۱ و ۲-۱ رقابت مي كنند و بنابراين چرخه را بر مي گردانند. اين واكنش هاي رقابتي راديكالهاي آزاد هيدروكربن توليد مي كنند كه به علت الكترون هاي جفت نشده بسيار فعالند.
۲- راديكالهاي آزاد هيدروكربن يك مخلوط كمپلكس با مواد ديگر، راديكال هاي آزاد و آلوده كننده هاي اصلي و تشكيلات طبيعي هوا را توليد مي كند. اين تركيب معمولا به مقوله مه دود فتوشيميايي

موسوم مي باشد.
يك تنوع وسيع در تمايل هيدروكربن ها براي وارد شدن در مرحله آلودگي فتوشيميايي هوا وجود دارد. به عنوان يك نتيجه، غيرممكن است كه بر اساس غلظت كلي هيدروكربن، سهم يك تركيب هيدروكربني را در آلودگي فتوشيميايي هوا دقيقاً پيش بيني كنيم. اجزا‌ دقيق اين تركيب بايد شناخته شوند. براي مثال متان غالبا بيش از همه هيدروكربنهاي ديگر، در هوا فراوان است. معهذا سهم ناچيزي در تشكيل اكسيدان هاي فتوشيميايي دارد. بنابراين سطوح بالاي هيدروكربن ها عمدتا متشكل از متان، مشكلاتي كمتر از سطوح پاييني كه عمدتا مواد ديگري را شامل مي شود ايجاد مي كند. تركيبات آلي غيراشباع شده فعالترين مواد هستند .اين توالي يك مكانيزم پيشنهادي را براي تشكيل پروكسي آسيل نيترات هاي موجود در مه دود نشان مي دهد. شكل خلاصه

نموداري از قطع چرخه نوري NO2 را توسط هيدروكربنها نشان مي دهد.

۴-۴- غلظت هيدروكربن ها و اكسيدان ها فتوشيميايي:
سطوح اتمسفري موادي كه در تشكيل مه دود فتوشيميايي درگير هستند طبق يك الگوي منظم با اوقات روز تغيير مي كند، همانطور كه در شكل ۱۱نشان داده شده است. اين تغييرات از آنجائي كه مقدار فعاليت انساني (منبع مصنوعي) سبب آلوده كننده عمده ضروري (NO، هيدروكربن ها) و شدت تابش خورشيدي لازم براي تبديل آلوده كننده هاي عمده به آلوده كننده هاي فرعي (O3، PAN) با اوقات روزي تغيير مي كند منطقي مي باشد. اين نوسان غلظت، حاكي از تصديق مكانيزم پيشنهاد شده براي تشكيل مه دود همان طور كه در جدول نشان داده شده است. تابع زير تغييرات روزانه غلظت را نشان مي دهد.
۱- سطوح محدود NO و هيدروكربن به هنگام صبح به نسبت تعداد افراد افزايش مي يابد.
۲- هنگام طلوع خورشيد NO2 كه از قبل در اتمسفر بود، شروع به تجزيه شيميايي مي كند.NO2NO+O واكنش اكسيژن اتمي ايجاد مي كند و سطح NO را افزايش مي دهد. اكسيژن اتمي توليد شده براي تشكيل ازن و بنيان آزاد هيدروكربن قابل دسترس است.
۳- غلظت ازن همان طور كه توسط منحني (اكسيدان) در شكل۱۱ نشان داده شده، با غلظت فزاينده، NO همگام مي شود.
۴- تا ساعت ۷ صبح تاثير راديكال هاي آزاد هيدروكربن ها آشكار مي گردد. آنها با مقدار قابل توجهي NO تركيب و موجب NO2 بيشتر و يك كاهش در سطح NO مي شوند.
۵- غلظت هاي بالاتر NO2 و نور خورشيد شديدتر، اكسيژن اتمي بيشتر توليد مي كند تا ساعت ۸ صبح به غلظت زياد ازن منتهي مي گردد.
۶- تا ساعت ۱۰ صبح سطح NO به طور قابل توجهي كاهش مي يابد. اين فرايند از رخ داد NO+O3NO2+O2 جلوگيري مي كند، در نتيجه غلظت O3 به سرعت افزايش مي يابد.
۷- در طي ساعات بعدازظهر اتمسفر مملو از اكسيدان، هيدروكربن ها را به ديگر انواع مولكول هاي آلي تبديل كرده لذا در سطح اتمسفري كاهش مي يابد.
۸- غلظت ازن همان طور كه ساعات روز سپري مي شود توسط واكنش با ساير آلوده كننده هاي زمين و گياهان بيشتر، كاهش مي يابد.

اكسيد كننده هاي ديگري نيز در هواي آلوده وجود دارند كه عبارتنداز:
پراستيک اسيد ، استيک پر اکسيد ، اتيل هيدرو پراکسيد ، ترشلي ، بوتيل هيدرو پراکسيد ، n- بوتيل هيرو پراکسيد
به استثناي متان غلظت متوسط هيدروكربن ها در هواي شهر در حدود ppm10/0 تا ۰۳/۰ قرار مي گيرند. اين مقدار فقط دامنه غلظت غليظ ترين گروه ها را نشان مي دهد. متان به علت فقدان واكنش پذيري در واكنش فتوشيميايي مستثني گرديده است.
ازن به عنوان غليظ ترين جزء هواي آلوده با سطوح بالاي اكسيدان هاي فتوشيميايي شناخته شده است. تغييرات غلظت O3 با اوقات روز به طور وضوح در شكل ۱۱ نشان داده شده اس

ت. غلظت پراكسي آسيل نيترات ها و ديگر اعضاي سنگين وزن تر خانواده، PAN مرتبا اندازه گيري و در اتمسفر آلوده شهرهاي متعددي مشاهده شده اند. تشكيل آنها مستقيماً به توليد ازن اتمسفري مربوط مي باشد، بنابراين مفروض است كه آنها در اتمسفر در سطوح بالا موجود باشند.
اكسيدها سولفور
سولفور اكسيدي كه به بيشترين مقدار در اتمسفر انتشار مي يابد سولفور دي اكسيد SO2 مي باشد. معمولا مقدار كمي از سولفور تري اكسيد SO3 همراه سولفور دي اكسيد است. ولي مقاديري بيشتر از حدود ۱ تا ۲ درصد SO2 نمي باشد. مجموعه اين دو نوع اكسيد با SOx نشان داده مي شود. سولفور دي اكسيد گازي بي رنگ و غيرقابل اشتعال، با نقطه ذوب و جوش به ترتيب C 5/75- و C0/10- است. در غلظت هاي نزديك به ppm3 بوي زننده و سوزش آوري دارد. سولفور تري اكسيد گازي فوق العاده فعال و بي رنگ و به آساني به صورت مايع متراكم مي گردد. (C8/44=b.p). تحت شرايط معمولي SO3 در اتمسفر يافت نمي شود. چون كه سريعا با رطوبت واكنش مي دهد و سولفوريك اسيد به وجود مي آورد. (H2SO4)
در اين روند معمولي را كه توسط شيميدانان محيط زيست دنبال مي شود پي گرفته و SO3 را به عنوان بخشي از انتشارات SO2 در نظر مي گيريم.

منابع سولفور اكسيدها:
طبق اصول جهاني برآورد شده كه سالانه ۱۴۶ ميليون تن SO2 مستقيماً وارد اتمسفر مي گردد. به علاوه سالانه نزديك به ۱۹۴ ميليون تن SO2 در نتجه اكسايش هيدروژن سولفيد (H2S) در اتمسفر توليد مي شود. بنابراين يك فرايند فرعي (اكسايش H2S) بيش از انتشارات مستقيم SO2 اتمسفري مي باشد. اين شبيه به موقعيتي است كه پيش از اين آلودگي براي كربن منوكسيد مورد بحث قرار گرفت.
منشا H2S اتمسفري، فساد مواد آلي است. باتلاقها، لجن زارها و جلگه ها علي الخصوص مولد آن هستند. اقيانوس ها منشا سالانه ۳۰ ميليون تن مي باشند، در حالي كه منابع بيولوژيكي ۷۰ ميليون تن توليد مي كنند. فعاليت هاي آتشفشاني كمي H2S توليد مي كند ولي بر طبق اصول جهاني اين مقدار در مقايسه با مقدار توليد شده از فرايند هاي بيولوژيكي قابل چشم پوشي است.
مقدار كمي H2S 3 ميليون تن در سال، در نتيجه فعاليتهاي صنعتي وارد اتمسفر مي گردد و كل انتشارات جهاني را تا ۱۰۳ ميليون تن در هر سال مي رساند. سرنوشت اين مقدار عظيم H2S آزاد شده در اتمسفر زمين از اهميت قابل توجهي برخوردار است. تا اواخر نيمه دوم ۱۹۶۰ در مورد چگونگي حذف H2S جز اين كه اين ماده نهايتاً به سولفات اكسيده مي شود، اطلاعات ديگري وجود نداشت.
اكنون معتقد شده اند كه واكنش:
H2S+O3H20+SO2
گام مهمي در اين فرايند مي باشد. آزمايشات نشان مي دهند كه رابطه وقتي كه غلظت هاي مواد تركيب شونده به آنهائي كه در اتمسفر هستند باشد خيلي سريع انجام مي گيرد.

ازن (O3) جزء ناچيز طبيعي اتمسفر است و مقادير اضافي آن از چرخه نوري NO2 به وجود مي آيد. اكسايش كامل ۱۰۳ ميليون تن باعث توليد سالانه ۱۹۴ ميليون تن SO4 مي شود انتشارات سولفور اكسيد غيرطبيعي (مصنوعي) (۱۴۶ ميليون تن سالانه) عمدتاً از احتراق زغال سنگ به وجود مي آيد. احتراق سوخت نفتي و ذوب سنگ معدن سولفيد سهم كوچك ولي مهمي در انتشار سولفور دي اكسيد در اتمسفر دارد. هيچ منبع عمده طبيعي SO2 شناخته نشده است اگر چه مقدار كمي احتمالا در گازهاي منتشر شده در اثر فعاليتهاي آتشفشاني وجود دارد. شكل۱۲ درصد انتشارات جهاني SO2 منتشر شد از هر يك منابع فوق الذكر را نشان مي دهد. مقايسه اين نمودارها با مي سازد. درصد خيلي بيشتري از كل انتشارات SO2 ناشي از فعاليتهاي انسان (مصنوعي) به وجود مي آيد تا از ساير آلوده كننده ها .
گوگرد در تمام زغال سنگ ها به مقاديري در دامنه بين ۲/۰ تا ۷ درصد از وزن زغال سنگ را تشكيل مي دهد. اين گوگرد در پروتئين هيا موادي نظير گياهان و موجودات دريايي كه زماني زنده بوده اند، وجود داشت. گوگرد پروتئيني در فرايند كربنه شدن باقي مي ماند و بخشي از زغال سنگ به وجود آمده مي شود.
ساير سوخت هاي فسيلي (نفت خام و گاز طبيعي) كه از راههاي شبيه به اين به وجود مي آيند. همان طور كه انتظار مي رود حاوي گوگرد مي باشند. معهذا اين سوخت ها همان مشكلات انتشار SOx را كه زغال سنگ توليد مي كند، توليد نمي كند. زيرا بيشتر گوگرد آزار رساننده طي مراحل مختلف گاز طبيعي و تصفيه نفت خام از بين مي رود. بنابراين متوجه مي شويم كه چرا حمل و نقل با سوخت نفت خام تصفيه شده يك منبع جدي آلودگي SOx نيست. تكنولوژي موجود براي حذف گوگرد، به حالت گازي يا مايع بودن سوخت بستگي دارد و به سادگي به جامد تبديل نمي شود. هم اكنون تحقيقات فراواني با هدف كشف راههاي اقتصادي موثر براي حذف گوگرد از زغال سنگ در دست اقدام است.
نگاهي دقيق تر به زوايد فرايندهاي صنعتي دومين منشا بزرگ SOx اين موضوع را آشكار مي كند كه سه چهارم انتشارات در اين زمينه به عمليات ذوب كننده مربوط مي شود. آلودگي سولفور اكسيد غالبا از فعاليتهاي ذوب كننده به وجود مي آيد زيرا كه خيلي از عوامل مفيد طبيعتاً در غالب سولفيد ها وجود دارند. براي مثال كانيهاي سولفيد منبع مهمي از مس (CuFeS2، CuS2) روي (ZnS) جيوه (HgS) و سرب (PbS) مي باشند. اغلب كانيهاي سولفيد تغليظ شده و در هوا برشته مي شوند تا سولفيد ها به آساني كاهش يافته و به اكسيدها تبديل گردند.
برخي واكنش هاي شاخص اين نمونه ها عبارتنداز:
۲ZNS+3O2۲ZNO+2SO2
2CU2S+3O2۲CU2O+2SO2
بنابراين عمليات ذوب كننده معمولي به طور مرتب So2 را به عنوان يك محصول فرعي توليد مي كند و مقداري از آن به طور غيرقابل تغييري وارد اتمسفر مي گردد.
شيمي تشكيل SOx:
احتراق هر ماده حاوي گوگرد هم SO2 و هم SO3 توليد مي كند. مقدار نسبي اكسيد تشكيل شده بستگي به مقدار حضور اكسيژن ندارد. دي اكسيد تحت هر گونه شرايط احتراقي در بيشترين مقدار تشكيل مي شود. كميت So3 توليد شده به شرايط واكنش علي الخصوص به دما بستگي دارد و بين ۱ تا ۱۰ درصد کل Sox توليد شده نوسان دارد. چگونگي تشكيل Sox را مي توان با يك فرايند دو مرحله اي نشان داد:

S+O2SO2
2SO2+O2۲SO3
در نتيجه دو عامل، SO3 خيلي كمي توليد مي شود: ۱- ناپايداري SO3 در دماي بالا و ۲- سرعت واكنش در دماهاي پايين است. در دماي c1200 SO3 سريعاً به SO2 و O2 تجزيه مي شود (عكس واكنش بالا) با حضور كاتاليزور تجزيه دردماهاي خيلي پايين تر صورت مي گيرد. براي مثال در مورد پلاتينوم تجزيه در C4300 آغاز مي شود. بعضي از ذرات فلزي كه در تمام زغال سنگ ها پيدا مي شوند تاثير كاتاليتيكي نيز اعمال مي كنند و از جمع شدن SO3 در گازهاي دفعي احتراقي جلوگيري به عمل مي آورند. به هنگام ترك منطقه احتراق گازهاي دفعي وقتي كه با هوا مخلوط مي شو

ند به سرعت سرد مي گردند. معهذا عليرغم پايداري فزاينده اي در دماهاي پايين تر هيچ SO3 تشكيل نمي گردد. اين بار سرعت واكنش از چنين تشكيلي جلوگيري به عمل نمي آورد.
واكنش بالا در دماي اتمسفري خيلي آرام صورت مي گيرد. نتيجه نهايي اين دو عامل انتشار Sox عمدتاً به شكل SO2 مي باشد. بايد متذكر شد كه واكنش هاي در محتوي آلودگي هوا نامطلوب هستند ولي دو نمونه از مهمترين واكنش هاي تكنولوژي جديد شيمي مي باشند و گام هاي اساسي را در توليد سولفوريك اسيد نشان مي دهند. بيشتر اين اسيد تا ديگر مواد شيميايي به خاطر اهميتش در توليد مواد حياتي مانند كودها و در صنعت در ايالات متحده توليد مي شود. دومين واكنش بالا با حضور كاتاليزور واناديوم پنتواكسيد (V2O5) در دماهاي ۴۵۰ تا ۴۰۰ درجه (به طور چشمگيري زير دماهاي احتراق) صورت مي گيرد.

ذرات معلق:
آلوده كننده هاي هوا كه مورد بحث قرار گرفتند، همگي گاز بودند نبايد تصور كرد كه تمامي ذرات آلوده كننده هوا در حالت گازي هستند. به طور كلي به ذرات جامد كوچك و قطرات مايع، ذرات معلق مي گويند كه در حال حاضر به شدت در آلودگيها و مسائل و مشكلات مربوط به آن سهيم مي باشند. آب خالص به صورت قطره اي، تنها مايعي است كه از اين طبقه بندي مجزاست.
اصطلاحات ذرات معلق و ائروسل (ذرات پراكنده) اغلب به جاي يكديگر به كار مي روند. ائروسل به ذراتي اطلاق مي شود كه به صورت پراكنده (جامد يا مايع) در واسطه گازي قرار گرفته باشند. مه دود، غبار، دود سيگار، دود اتومبيل و گرد و خاك به عنوان منابع اصلي ذرات معلق تلقي مي شوند. مه دود يا غبار تركيبي از قطرات معلق مايع، دودها معمولا شامل ذرات دوده حاصل از احتراق، دوده حاصل از اتومبيل و كارخانجات بخارات متراكم شده فلزي و يا تركيباتي آلي، گرد و غبار هاي منتج از تجزيه مكانيكي تركيبات موجود در خاك مي باشند.
ذرات معلق بعضي مواقع به صورت ذرات قابل زيست (زنده) نظير باكتري ها، جلبك ها، كپك ها و اسپورها (هاگها) هستند و يا به صورت ذرات غيرقابل زيست (غيرزنده) شامل موادي از قبيل تركيبات آلي، فلزات، گرد و غبار و نمك هاي دريايي، طبقه بندي مي شوند.
ذرات معلق آلوده كننده هوا به دلايل زير مورد توجه خاصي قرار مي گيرند:
۱) بسياري از ذرات معلق در مقايسه با آلوده كننده هاي گازي ديگر موجب اختلال مجاري تنفسي مي شوند.

۲) بعضي از ذرات معلق با همكاري هم اثرات سمي آلوده كننده ها را افزايش مي دهند.
۳) ذرات معلق، آلوده كنندگي اتمسفر را افزايش داده و باعث كاهش بينايي مي شوند.
۴) ذرات معلق از بعضي از آلوده كننده هاي گازي موجود در اتمسفر بوجود مي آيند.

منابع ذرات معلق:
ذرات معلق به دو طريق، ۱) از تجزيه و هم پاشي تكه هاي بزرگ مواد و يا ۲) از تراكم و تجمع ذرات كوچكتر شامل مولكول تشكيل مي شوند. در طي عمل تجزيه و تقسيم نمكهاي دريايي ائروسل

به وجود مي آيند، ذرات معلق اتمسفري با بيشترين كميت شكل مي گيرند (بيش از دو برابر هر ماده منفرد ديگري). با تخمين مي توان گفت كه سالانه در حدود ۱۰۰۰ ميليون تن از اين ائروسل ها (ذرات پراكنده) وارد اتمسفر مي شوند. چگونگي تشكيل آنها در شكل۱۳ نشان داده شده است. (شکل ۱۳- مراحل تشکيل نمک درياي آئروسل)
مكانيسم به صورت شكستگي لايه نازكي از مايع كه در سطوح فوقاني تشكيل و شامل حبابهاي هوا و آب دريا مي باشد، متمركز است، هر دفعه كه حباب مي تركد، لايه نازك فوقاني به حدود ۲۰۰ ذره معلق كوچك و ريز شكسته ميشود. به علاوه اين شكستگي باعث تشكيل جريان سريع آب در قسمت تحتاني حباب ميشود. اين جريان فواره اي اب موجب به وجود آمدن تعداد بيشتر ذرات معلق مي گردد. آب به سرعت از لابه لاي ذرات تبخير شده و ذرات را به صورت نمكهاي دريايي در مي آورد. مراحل طبيعي ديگري كه مستقيما ذرات معلق را وارد اتمسفر مي كنند عبارت است از: پراكنده شدن گردو غبار، فعاليت هاي آتشفشاني و آتش سوزي در جنگل ها
ذرات معلقي كه بدين طريق مستقيما وارد اتمسفر ميشوند، خواه از منابع طبيعي و يا از منابع مصنوعي حاصل شده باشند، ذرات معلق اصلي ناميده مي شوند. همان طور كه داده هاي جدول نشان مي دهد، گرد و غبار حاصل از وزش باد، يكي از سه عاملي است كه سهم زيادي در تشكيل ذرات معلق آلوده كننده دارد. بعضي از مواد گازي كه به طور طبيعي آزاد مي شوند، در اتمسفر واكنش داده تا ذرات معلق ثانويه (فرعي) را تشكيل دهند. اين مراحل به طور عمده منبع عظيم ذرات معلق موجود در اتمسفر مي باشند. فرايندهايي كه توليد، NH3، H2S، NOx و ترپن ها را به همراه دارند، مسئول توليد ساليانه ۱۱۰۵ ميليون تن از ذرات معلق مي باشند.
مكانيسم تشكيل ذرات معلق مثالي از مراحل پراكنده شدن ذرات است.
منبع توليد (ميليون تن / سال)
منابع مصنوعي
مواد معلق آلوده ۹۲
سولفات از SO2 147

نيترات از NOx 30
واكنش هاي فتوشيميايي هيدروكربن ها ۲۷
منابع طبيعي
گرد و غبار جامد ۲۰۰
سولفات از H2S 204
نيترات از NOx 432
آمونيوم از NH3 269

واكنش هاي فتوشيميايي از ترپن ها ۲۰۰
آتشفشانها (ذرات كوچك) ۴
آتش سوزي جنگل ها ۳
نمك دريا ۱۰۰۰

منبع اصلي ذرات معلق توسط منابع مصنوعي آلوده كننده شامل توليد و تشكيل ائروسل هاي (ذرات پراكنده) فرعي از آلوده كننده هاي گازي اصلي مي باشندو تقريباً ۲۰۴ ميليون تن ذرات معلق از چنين تغيير و تبديل بدست مي آيند. اين ميزان حدود ۲۰ درصد از ذرات معلق طبيعي است كه طي فرايند مشابهي توليد مي گردند. ورود مستقيم ذرات معلق (اصلي) حاصل از منابع مصنوعي به اتمسفر در حدود ۹۲ ميليون تن در سال مي باشد. كل ذرات معلق منتشره تقريباً شامل ۲/۵۰ درصد ذرات معلق ثانويه (فرعي و ۸/۴۹ درصد ذرات معلق اوليه (اصلي) مي باشند. بنابراين منابع طبيعي به طور عمده بر منابع مصنوعي غالب هستند (۶/۸۸% در مقال ۴/۱۱%).

۲-۶ تركيب شيميايي ذرات معلق
تركيب شيميايي ذرات معلق آلوده كننده در محدوده وسيعي متغير مي باشند. عملا اگر حجم هاي زيادي از هوا را نمونه برداري كرده و از روش هاي تجزيه اي كاملاً حساس استفاده كنيم، تركيبات معدني را به خوبي تركيبات آلي مي توانيم در ذرات معلق بيابيم. تركيب واقعي ذرات معلق كاملاً وابسته به منبع آن مي باشد. ذرات خاكي و آلوده كه شامل كلسيم، آلومينيم و سيليس هستند در بين خاك ها و مواد معدني مشترك مي باشند. دود حاصل از سوختن ذغال سنگ، روغن چوب و زباله شامل تركيبات آلي زيادي مي باشد . تركيبات آلي همچنين در گرد حشره كش ها و بعضي از محصولاتي كه در صنايع غذايي و كارخانجات شيميايي نيز حاصل مي شود يافت مي گردد. ذرات معلق فرعي (ثانويه) موجود در اتمسفر كه شامل اجزاي گازي شكل، اغلب حاوي نمك هاي معدني آمونيوم، سولفات و يا نيترات هستند.
اختلاف تركيبات ذرات معلق بخوبي توسط اطلاعات جمع آوري شده در رابطه با ذرات معلق آلوده كننده اي كه از يك منبع بوجود مي آيند نظير احتراق ذغال سنگ نشان داده مي شود. هنگامي كه توده وسيعي از ذغال سنگ سوزانده شود، بيشتر مواد معدني كه بعد از احتراق باقي مي مانند به شكل خاكستر مي باشند. تركيب پايه و اصلي اين خاكستر آلومينيوم سيليكات است كه در خا

ك چيني هم مشترك مي باشد. در كارخانجات موتوريزه بيشتر از تكه هاي نرم و خرد شده ذغال سنگ استفاده مي شود تا توده هاي حجيم آن. تحت شرايطي، به اندازه ۸۰ درصد از خاكسترهاي به همراه گازهاي وارد شده به اتمسفر تحت عنوان خاكسترهاي پراكنده حمل مي گردند. تركيبات خاكسترهاي پراكنده جمع آوري شده از گازهاي سوختي در جدول فهرست بندي شده است. به نظر منطقي مي رسد كه در نظر بگيريم تركيب خاكستر هاي پراكنده شده مشابه تركيبات حاصل از گازهاي سوختي باشد.

 

ذغال سنگ علاوه بر اجزاي اصلي (تركيبات اصلي)، حاوي مقدار كمي عناصر نادر (كمياب) مي باشد. عناصر نادر به طور كلي به موادي اطلاق مي شود كه در محدوده ما بين ۱/۰ درصد (ppm1000) يا كمتر در پوسته زمين يافت مي شوند. در طي تشكيل ذغال سنگ، اين عناصر تمايل دارند تا يك حدي در ذغال تغليظ شوند. در اثر احتراق عناصر نادر (كمياب) از ذغال آزاد شده و به صورت ذرات معلق گازي شكل منتج مي گردند. به طور كلي عناصر كمياب به شكل اكسيده خود در آمده و به خاكسترهاي پراكنده اي در هوا معلق هستند. با وجود غلظت كم عناصر كمياب در ذغال، مقادير نسبتاَ زيادي از آنها در ذرات معلق يافت مي شوند. بسياري از اين عناصر كمياب سمي مي باشند و اگر غلظت آنها در اتمسفر افزايش يابد، خطرات زيان بخشي بر سلامت انسان خواهند داشت.

۳-۶- اندازه ذرات معلق:
اندازه ذرات معلق بر حسب ميكرومتر (۱NM) بيان مي شود كه اين واحد يك ميليونيوم متر است. دامنه تغييرات اندازه معلق بين ۰۰۰۲/۰ ميكرومتر (كمي بزرگتر از مولكولهاي كوچك) تا ۵۰۰۰m مي باشد . اندازه تعدادي از ذرات معلق همچنين دامنه تغييرات اندازه ذراتي که بر سلامت انسان تاثير مي گذارند آورده شده است. رابطه ي بين اندازه ذرات معلق آلوده کننده و منابع آن ها وجود دارد ذراتي با قطر بيشتر از m10 در نتيجه فرايندهاي مكانيكي از قبيل فرسايش بادي، اسپري كردن و خرد نمودن مواد و نرم كردن يا خرد شدن مواد توسط وسايل نقليه موتوري و عابرين پياده ايجاد مي شود.
ذراتي با قطر بين m10 تا ۱ حاصل از خاك مناطق، محصولات حاصل از احتراق مواد در صنايع و گرد و غبار و خاك حاصله در محل مودر نظر و همچنين در بعضي از مناطق نمكهاي دريا مي باشند. ذراتي با قطر بين m1/0 تا ۱ به طور عمده محصولات حاصل از احتراق و يا ذرات پراكنده فتوشيميايي مي باشند. ماهيت ذرات با قطر كمتر از m1/0 كاملاَ از نظر شيميايي مشخص نشده است. به نظر مي رسد كه از منابع سوختي منشا گرفته باشند. ذرات كوچكتر از m1/0 در اتمسفر رفتاري مشابه رفتار مولكول از خود نشان مي دهند. حركت آنها در اثر برخورد دائمي با مولكول هاي گاز به صورت تصادفي و اتفاقي در مي آيد. علاوه بر اين، آنها اغلب با يكديگر برخورد كرده، بهم ديگر چسبيده و تشكيل مجموعه بزرگتري را در طي عمل انعقاد مي دهند. ذراتي بزرگتر از m1 رفتار كاملاً متفاوتي را از خود نشان مي دهد. زيرا ذرات بزرگ بوده و به دليل جاذبه زياد ته نشين مي شوند. ميزان انعقاد (لخته شدن) چنين ذراتي پايين (كم) است.
ذرات بزرگتر از m10 به دليل جاذبه شديد بين ذرات مدت كوتاهي در هوا معلق مي مانند. عم

ل تحريك و جابجايي ذرات در اثر جاذبه زياد مابين آنها، رسوبي شدن نام دارد. در نتييجه فرايند لخته شدن و رسوب كردن، ذراتي كه به صورت معلق براي مدت زيادي در اتمسفر باقي مي مانند. اغلب اندازه مابين m10 تا ۱/۰ دارند. اندازه ذرات معلق عامل مهمي در تشخيص اثرات آلوده كننده ذرات مذكور است

اثرات ذرات معلق بر روي مقدار كل اشعه خورشيدي
آلودگي توسط ذرات معلق تقريباً مقدار تابش نور خورشيد را به سطح زمين كاهش مي دهد. موا

د آلوده كننده بعضي از پرتوهاي فرعي (ساطع شده از خورشيد) را جذب و برخي را به فضا بر مي گردانند و دو نتيجه اين امر عبارت است از: ۱- كاهش بينايي در اثر كاهش نور مرئي در دسترس ۲- كاهش دماي زمين
نواحي شهري به علت دارا بودن مقدار بيشتري از ذرات معلق در اتمسفر به مقدار ۱۵ تا ۲۰ درصد كمتر از نواحي روستايي، اشعه خورشيد را دريافت مي كنند. در طول دوره هايي با آلودگي هواي زياد، ميزان اشعه اي كه به سطح زمين مي رسد تا ۳۰ درصد نيز مي تواند كاهش يابد.
در نيتجه اين كمبود نور، نزا به نور مصنوعي در ادارات، كارخانجات و منازل به وجود مي آيد كه يك فشار اقتصادي محسوب مي گردد. بعلاوه، توليد نور نيازمند مصرف انرژي كه خود موجب افزايش ذرات معلق در اتمسفر مي شود.
در ارتباط با رابطه ممكن ميان كاهش اشعه خورشيدي و تعادل حرارتي زمين نگرانيهايي وجود دارد. عليرغم افزايش CO2 اتمسفر در طي چند دهه گذشته كه مي بايست موجب افزايش دماي زمين شود ملاحظه مي گردد به دماي متوسط زمين از دهه ۱۹۴۰ به طور نامحسوس كاهش يافته است افزايش انعكاس اشعه خورشيد توسط ذرات معلق بيش از آن حدي است كه توسط اثر آب و هوايي CO2 اتمسفر جبران مي شود.

كنترل انتشار ذرات معلق
تكنيك هاي كه براي كنترل انتشار ذرات معلق وجود دارندهمگي بر تسخير آنها قبل از وارد شدن به اتمسفر استوارست . روشهاي براي انجام اين كار مهم وجود دارد كه به اندازه ذرات بستگي دارند. چهار نوع از وسايلي كه امروزه استفاده ميشوند عبارتند از:
۱- اطاقك تصفيه بر اساس وزن ذرات، گازهاي جاري وارد اطاقكي كه به اندازه كافي براي كاهش دادن سرعت آنها بزرگ است ميشوند و يك چهارچوب زماني كافي براي ته نشين شدن ذرات يا قطرات تدارك ديده شده است اطاقك معمولا به شكل يك مخزن مستطيل شكل افقي است. ذرات با قطربيش از ۵۰ ميكرومتر عموما از اين راه جدا مي شوند. زمان ته نشيني طولاني كه براي ذرات كوچكتر لازم است، موجب شده تا اين نوع دستگاه براي جداسازي آنها غير عملي باشد.
۲- جمع كننده هاي گردبادي، جريان گاز در يك مارپيچ چرخشي موجب ايجاد يك نيروي گريز از مركز بر روي ذرات معلق شده و آنها را به بيرون از جريان گاز يعني به طرف ديواره ها كه محل جمع آوري آنهاست، مي راند چنين دستگاههايي با كارآيي ۹۵ درصد براي ذراتي با قطر ۵ تا ۲۰ ميكرومتر مورد استفاده قرار ميگيرد.
شكل۱۴ دياگرام شماتيك از يك نمونه جمع كننده گردبادي است.
۳- تصفيه كننده هاي مرطوب، شيوه هاي تصفيه از يك مايع (معمولا آب ) در كمك به جداسازي

آلودگي هاي جامد، مايع و گازي استفاده مي شود.
كارآيي اين نوع وسايل بستگي به درجه و تاثير متقابل ميان فاز مايع و آلودگي هاي مورد جداسازي دارد. ميزان تماس و تاثير متقابل با استفاده از اطاقك هاي اسپري با برج هايي كه مايع را به صورت اسپري در مي آوردند افزايش مي يابد.
راه ديگري كه غالبا مورداستفاده قرار ميگيرد عبور از بالا به پايين مايع از بين يك بستر فشرده از مواد

است. در زماني كه جريان گاز از پايين به بالا صورت ميگيرد. مايع داراي جريان عكس است.
۴- رسوب دهنده هاي الكترواستاتيكي، حركت ذرات در ناحيه اي كه داراي پناسيل الكترواستاتيكي بالا است منجر به باردار شدن آنها شده و سپس به ناحيه اي بار مخالف جايي كه بتوانند جمع آوري شوند، جذب مي گردند.
دو طرح اوليه از اين وسايل، لوله و صفحه مي باشند. نوع صفحه اي شامل يك سري از صفحات فلزي موازي با پناسيل الكتريكي بالا مي باشد، به طوريكه صفحات با بار مخالف در كنار هم هستند. (شكل۱۵). در نوع لوله اي يك سيم تخليه بار از مركز لوله مي گذرد كه يا به زمين متصل است و يا به وسيله سيم ديگري شديداً باردار مي شود. شكل۱۶ يك طرح شماتيك از اين دستگاه است.

۱۲-۶ ذرات معلق آلي
موادي آلي كه به صورت ذرات معلق در اتمسفر قرار دارند به دو دسته آليفاتيك و آروماتيك تقسيم مي شوند. آليفاتيك ها، تركيباتي هستند كه بين ۲۸-۱۶ كربن دارند و چنين به نظر مي رسد كه براي سلامتي انسان مضر نيستند و در واكنشهاي اتمسفري هم شركت نمي كنند. دسته آروماتيك ها كه معمولاَ داراي چند حلقه آروماتيكي بوده و بسيار خطرناك و سرطان زا مي باشند. چند نمونه از اين مواد عبارتنداز: بنزوپيرن – اکريدين – بنزوفلورانتين -کريستن
از مواد آلي اكسيژندار كه در هواي آلوده يافت مي شوند مي توان آلدهيدها، كتونها، اپوكسيدها، استرها، كتونها و لاكتون ها را نام برد كه تعدادي از آنها سرطان زا هستند. در بين اسيدهاي آلي استئاريك اسيد CH3(CH2)16CO2H پالمتيك اسيد CH3(CH2)14CO2H لينوئيک اسيد و ميرسدC18H34O2 اولئيك اسيد اسيد لوريك و بهنيك اسيد در اتمسفر يافت شده اند. از مواد قليايي موجود در اتمسفر اكريدين را توان نام برد.
ازن : ازن يکي از سازاهاي طبيعي جو است و درارتفاع زياد داراي تراکمبسيار بالايي است . اما در نزديکي سطح زمين تراکم آن متغير است. مقادير مشاهده شده بدون آلودگي و در سواحل غير مسکوني بين ۴۰ تا ۶۰ ميکروگرم در متر مکعب است.
در شهرهايي كه آلودگي ناشي از گازهاي اگزوز وسايل نقليه نسبتاَ كم است، ازن با تيدروكربورها به طور دقيقتر با اولفين ها تركيب مي شود و از بين مي رود. سازوكار اين واكنش كه در مرحله گازي انجام مي گيرد، با تشكيل موقتي يك يون مضاعف توجيه مي شود كه به سرعت تفكيك مي شود و توليد يك تركيب كربونيلي و يك يون مضاعف جديد مي كند؛ اين سازوكار با ساز و كار تشكيل اوزونيد در مرحله مايع متفاوت است:
اين يون سپس بر حسب سه روند متمايز، كه تابع ساختمان اولفين اوليه است، تفكيك مي شود:
برعكس، هنگامي كه مجموعه اي از مقتضيات خاص ايجاد شود آلودگي زياد و آفتابگيري شديد كه شرايط ايجاد مهدود اكسيد اند نسبت ازن موجود در جو افزايش پيدا مي كند و به ۱۰۰۰ تا ۱۲۰۰ ميكروگرم در متر مكعب مي رسد. اين ويژگي در مورد تشكيل نيترات پراسيل نيز مورد بررسي قرار خواهد گرفت.
آلاينده هاي معدني مختلف
۱- فلوئور و مشتقات آن. فلوئور در طبيعت به صورت فلوئور و بسيار فراوان و تقريبا هميشه در كانه

هاي فوسفور با اين عنصر همراه است. اين كانها ماده اوليه صنايع تبديلي بسياري هستند كه اساساَ توليد اصلي آنها انواع كودهاست (اسيد فوسفوريك، فوسفات امونيوم، سوپر فسفاتها، و غيره) در اين صنايع با وجود آنكه در انتهاي زنجيره توليد دستگاههاي شستشو نصب شده است و حتي کار آيي آن ها مي تواندفراتر از ۹۹ درصد نيز باشد، مجموعه عمليات تكليس و تاثير اسيد سولفوريك موجب انتشار كمابيش فراوان تركيبات فلوئوردار مي شود.

صنايع توليد آلومينيوم بوكسيت مذاب را الكتروليز مي كنند؛ در اين مورد از كربوليت به عنوان مايه گداز استفاده مي شود. اين ماده هگزا فلوئور و آلومينات سوديوم [AlF6]Na3 است. توليد آلومينيوم در دماهاي بالا صورت مي گيرد، وايجاد محصولات فلوئوردار غيرقابل اجتناب است. متداولترين نوع آلودگي فلوئوري در دره هاي آلپ است، چه در اين منطقه، به دليل نزديكي كانه ها و منابع انرژي الكتريكي، صنعت آلومينيوم متمركز شده است.
۲- سرب و مشتقات آن. سرب و مشتقاتش كه اساسا اكسيدهاي آنند، دو منشاء احتمالي دارند: از جنبه موضعي، در نزديكي كارخانه هايي كه سرب توليد مي كنند يا در حالت مذاب آن را به مصرف مي رسانند مشاهده مي شود. اساسا اين نوع، صنايع، كارخانه هاي بازيابي ضايعات وسايل سربي (لوله هاي كهنه، صفحات انباره ها، و غيره) هستند، اما وجود آنها در هواي شهرها به علت اضافه كردن تركيبات آلي سرب مانند تتراآلكيل سرب (تترامتيل، تترااتيل، وغيره) در سوخت مايع خودروهاي موتوري است. اين مواد به علت قدرت ضد انفجاري كه به بنزين مي بخشد مشهورند. در خلال احتراق مخلوط ئيدروكربورهاي سوختني در سيلندرها، اين تركيبات به نحو كمابيش شديدي تخريب مي شوند و سرب در گاز حاصل از سوخت، خواه به صورت فلز، اكسيد خواه مجدداَ به شكل تركيبات مختلف در مي آيد كه از واكنش با ديگر سازاهاي كمكي بنزين به وجود آمده اند به عنوان مثال مشتقات هالوژن. بخش كمي از سرب به صورت تركيبات آلي در فضا يافت مي شود. در پاريس، محتواي سرب معدني، در حوالي چهارراههاي بسيار آلوده كمتر از ۱۰ ميكروگرم در متر مكعب هواست.
۳- اكسيدهاي آهن. منبع اصلي نشر اكسيد آهن در فضا ، صنعت ذوب آهن است زيرا: در مبدلها، هوا، و در حال حاضر به طور روزافزون اكسيژن، را بر روي فلز مذاب مي دمند تا كربون بسوزد، اما اثر مستقيم اكسيژن بر فلز غيرقابل اجتناب است و مقدار بسيار زيادي Fe2O3 به وجود مي آيد كه در محيط زيست پراكنده مي شود.
۴- سيليكانها. هر يك از ما با عبور از نزديكي يك كارخانه سيمان مي تواند ملاحظه كند كه چشم انداز حول و حوش آن رنگهاي زيباي خود را از دست داده و با غبار سفيدي پوشيده شده است؛ سقف منازل، درختان، زمين، همگي در قشر كمابيش ضخيم گرد و غبار سيمان كه از كوره خارج شده فرو رفته اند. با مشاهده چنين نمود واضحي از يك ألودگي موضعي، نبايد فراموش كرد كه اي

ن فقط مربوط به ذرات سنگينتري است كه قابليت نشت دارند و بخش ديگري از ذرات كه نمي توان از أنها صرف نظر كرد با ابعادي كوچكترند كه به مناطق كمابيش دور كشانده مي شوند. اين امر خود دليل اصلي حضور سيليكاتها در فضاست و دليل ديگر انتشار أنها وسايل سنگ شكن ابتداي است كه در نزديكي معادن سنگ مشغول به كارند.

بوها :

در خاتمه بايد انتشار مواد بد بو را ، كه ماهيتشان اغلب اوقا ت ناشناخته است ، ذكر كرد. اين مواد براي اشخاصي كه در معرض آنها قرار دارندگاه ، اگر واقعاً مضرنباشد ،عذاب غير قابل تحملي خواهد بو ددر محلها ي تخليه عمومي زباله ، فرايندهاي ميكروبي اتفاق مي افتد و در آنجا گرماي آزاد شده از پديدهاي اكسايش خود به خودي مواد آلي ممكن است موجب آتش سوزي بي دليل شود . اين عمل هميشه با پيروليز (آتشكافت ) گسترده همراه است كه غالباً‌ منبع غير قابل تحمل بوهاي بد است . برخي از صنايع نيز به خاطر هواي نامطبوعي كه در محيط پيرامونشا ن به وجود مي آورند شهرت دارند ، از آن جمله كارخانه هايي كه با استخوان و باقيمانده هاي كشتار گاهها كار مي كنند، صنايع بسته بندي مواد گوشتي ،دباغيها ، كاغذ سازيها ، و غيره .
تمام آنچه كه برشمرده شد ، نمودي از آلودگي هواست : آلودگي ، هم ازنظر تنوع آلاينده ها
و هم به علت عظمت وزني مواد نشر يافته دركل دنيا ، مشخص مي شود و محاسبه آن بسيار دشوار است .
اثر كلي آلاينده هاي جوي بر اعضاي مختلف و عملكرد بدن انسان ؛
در مطالبي كه در پي خواهد آمد ، ظواهر كلي اثرات آلاينده هاي فضايي را – بدون آنكه در ميزان سهم و مسئوليت هر يك تمايزي قائل شويم – مورد بررسي قرار خواهيم داد .

۱- تأثير روي نايژه هاي و ريه ها :
نظر به حساسيت دستگاه ريوي – تنفسي در برابرزيان آلاينده هاي جوي ،‌ طبيعتاً‌ مطالعات انجام شده در مدتي بيش از پانزده سال در كشورهايي كه آلودگي هوا در آنها به صورت مسئله نگران كننده در آمده ، معطوف به همين موضوع مهم بوده است .
به طوركلي مي توان گفت كه آلودگي متداول جو كه داراي عيار متوسطي از آلاينده هاست براي انسان سالم جاي ترس ندارد برعكس، اشخاصي كه آمادگي قبلي داشته وبه بيماريهاي
مختلف ريوي – تنفسي مبتلا شده باشند ، حق دارند كه ازآن بيمناك باشند ازميان اين بيماران
بايستي بويژه دسته اي را مورد بررسي قرارداد كه به برونشيت مزمن و نارسايي انسدادي تنفسي مبتلا بوده اند .
ابتدا به تعريف برونشيت مزمن مي پردازيم از ميان ظواهر مختلف اين بيماري مي توان با استفاده از نظريات فرئور وكودري ،موارد زير را تميز داد .
– برونشيت هاي مزمن شديد به تمام بيماريهايي گفته مي شود كه با سرفه خلط دار يا بدون خلط مشخص مي شود : اين عارضه در طي سه سال و در بخش عمده اي از هر سال به طور روزانه در ساعات معيني از روز همراه است ؛
– برونشيت حاد عود كننده به برونشيت هاي سختي اطلاق مي شود كه بيش از سه هفته به طول مي انجامد و هرساله ظاهر مي شود اين عنوان هنگامي به بيماري اطلاق مي شود كه سه سال پياپي تكرار شود ؛
– برونشيت هاي مزمن خفيف بيماريهايي هستند كه با سرفه هاي صبحگاهي يا عوارض نزديك به آنچه كه براي برونشيت شديد گفته شد مشخص مي شوند و مدت عارضه آنها كمتر از سه سال است .
علائم مشهود برونشيت عبارت است از ؛ سرفه هاي خشك گاه و بيگاه كه بسرعت با خلط كما بيش زياد همراه مي شود ؛ اين خلط در ابتدا روشن است، سپس چرگ آلوده مي نمايد همراه با آن ، ناراحتي تنفسي به وجود مي آيد كه در ابتدا گهگاه بوده و در هنگام تلاش كردن رخ مي دهد ، سپس بتدريج افزايش مي يابد به طوري كه باعث كاهش نيروي كاري مي شود يا كارگر را مجبور مي سازد شغل خود را عوض كند با توجه به اين چهار چوب اختلاف مزمن ، حوادث وخيمي نيز افزوده مي شود كه عبارتند از ناراحتي تنفسي شديد به طوري كه بيمار مجبور به ترك تمامي فعاليتها مي شود ، ناراحتي ناشي از عفونت شديد مجاري تنفسي كه با تب و چرك آلودگي خلط

مشخص مي شود و بيمار را مجبور به بستري شدن و مداوا با آنتي بيوتيك مي سازد در اين حالت گاهي بستري شد ن در بيمارستان اجباري است بنا بر برآورد انگليسيها ، حداقل ۱۰در صد مرگ و مير كلي ناشي از برونشيت مزمن است از مدتها پيش ، پزشكان خاطر نشان ساخته اند كه برونشيت مزمن با دخانيات و بويژه سيگار ارتباط مستقيم دارد نويسندگان انگليسي موفق شده اند نقش آلاينده هاي جو را در دخالت حال مبتلايان به برونشيت مزمن ثابت كنند احتمالاً‌ نتيجه بدي كيفيت هواي استنشاق شده در مورد مبتلايان به تنگي نقس (آسم ) و ورم شش ( آمفيزم )

بسيار بارزتر است .
بيماران نارسايي انسدادي تنفسي با ناراحتي دراز مدت عمل تنفس مشخص مي شود اين ناراحتي به علت آن است كه عمل نفوذ هوا در شبكه درخت تنفسي با يك افزايش مقاومتي مواجه مي شود اين عارضه نشانه يك بيماري خاص نيست ، بلكه هميشه در مواردي كه آلودگي فضا تنها عامل ايجاد ناراحتي باشد مشاهده شده است ، از جمله نزد كارگراني كه در تونلهاي جاده سازي كار مي كنند يا ساكنان شهري بسياز آلوده در غرب پنسيلوانيا البته در مقام مقايسه با ساكنان شهري بسيار آلودگي كمتري است .