الوقاية والسيطرة على تلوث الهواء
على مر العصور يقوم الإنسان بإلقاء النفايات في الغلاف الجوي ، وقد اختفت هذه الملوثات بالرياح.
لقد رأينا أن المصادر الرئيسية لتلوث الهواء هي:
(ط) السيارات ،
(2) الصناعات ، لا سيما نفايات المدخنة ،
(3) النباتات القائمة على الوقود الأحفوري (الفحم) ، كمحطات للطاقة الحرارية.
يجب اتخاذ خطوات للتحكم في التلوث عند المصدر (الوقاية) وكذلك بعد إطلاق الملوثات في الغلاف الجوي. هناك حاجة ملحة لمنع انبعاثات من أعلاه ذكرت المصادر الرئيسية لتلوث الهواء.
[خمس نقاط للتحكم في الانبعاثات المحتملة لملوثات الهواء]
يمكن التحكم في الانبعاثات بعدد من الطرق.
هناك خمسة احتمالات منفصلة للتحكم مبينة في الشكل 2.6.
يتم النظر هنا باختصار هنا على النحو التالي:
1. تصحيح المصدر:
1 هو الحل الأسهل لمشكلة تلوث الهواء ، حيث نوقف العملية المذنبة. ومن ثم ، يطلق عليه أيضا الوقاية. يجب على المهندس النظر في إمكانية التحكم في الانبعاثات عن طريق تغيير العملية. على سبيل المثال ، إذا تم العثور على السيارات لتحرير مستويات الرصاص عالية في الهواء ، فإن الحل الأكثر منطقية هو ببساطة القضاء على الرصاص في البنزين. لقد تم تصحيح المصدر وتم حل المشكلة.
بالإضافة إلى تغيير المواد الخام ، قد يتم أيضًا استخدام تعديل العملية لتحقيق نتيجة مرغوبة. على سبيل المثال من المعروف أن محارق النفايات البلدية تنتن. يمكن التحكم بسهولة في الروائح إذا تم تشغيل المحارق في درجة حرارة عالية بما يكفي لتأكسد المواد العضوية التي تسبب الرائحة تمامًا. تعرف تدابير مثل تغيير العملية أو تحويل المواد الخام أو تعديل المعدات لتلبية معايير الانبعاثات بضوابط التحكم.
وعلى النقيض من ذلك ، فإن التخفيف هو المصطلح المستخدم لجميع الأجهزة وطرق تقليل كمية الملوثات التي تتسرب إلى الغلاف الجوي بمجرد أن تنبعث المادة من المصدر. بمعنى أوسع وببساطة ، من الأفضل الإشارة إلى جميع الإجراءات كضوابط.
2. جمع الملوثات:
وغالباً ما تكون أخطر مشكلة في مكافحة تلوث الهواء هي جمع الملوثات من أجل توفير العلاج. السيارات هي الأكثر خطورة ، فقط لأن الانبعاثات لا يمكن جمعها بسهولة. إذا استطعنا أن نفقد العادم من السيارات إلى بعض المرافق المركزية ، فإن علاجهم سيكون أكثر معقولية من السيطرة على كل سيارة على حدة.
كان أحد النجاحات في جمع الملوثات هو إعادة تدوير الغازات النافخة في محرك الاحتراق الداخلي. من خلال إعادة إشعال هذه الغازات وإصدارها من خلال نظام العادم في السيارة ، يمكن التخلص من الحاجة إلى تركيب جهاز معالجة منفصل للسيارة. لدى مهندسي التحكم في تلوث الهواء أوقاتهم الأصعب عندما لا يتم جمع الملوثات من قوس صناعي ولكن يتم بثها من النوافذ والأبواب وما إلى ذلك.
3. التبريد:
غالبًا ما تكون غازات العادم التي يتم معالجتها ساخنة جدًا بالنسبة لمعدات التحكم ويجب أولاً تبريد الغازات. ويمكن القيام بذلك من خلال ثلاث طرق عامة: التخفيف ، والتبريد ، أو ملفات تبادل الحرارة (الشكل 2.7). التخفيف مقبول فقط إذا كان إجمالي كمية العادم الساخن صغيرًا. يمتلك التبريد ميزة إضافية تتمثل في تنقية بعض هذه الغازات والجسيمات. ربما تكون ملفات التبريد هي الأكثر استخدامًا ، وهي مناسبة بشكل خاص عندما يمكن الحفاظ على الحرارة.
4. العلاج:
يتطلب اختيار جهاز المعالجة الصحيح مطابقة خصائص الملوثات وخصائص جهاز التحكم. من المهم إدراك أن أحجام ملوثات الهواء تتراوح بين العديد من الطلبات ، ومن ثم ليس من المعقول أن نتوقع أن يكون جهاز واحد فعال لجميع الملوثات.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن أنواع المواد الكيميائية في الانبعاثات غالباً ما تملي استخدام بعض الأجهزة. على سبيل المثال ، يمكن تنظيف غاز يحتوي على تركيز عالٍ من S02 بواسطة بخاخات الماء ، ولكن H2 SO 4 الناتج قد يسبب مشاكل تآكل خطيرة.
تظهر العديد من الأجهزة في السوق ، وفيما يلي أكثرها استخدامًا:
(أ) لا تُعد غرف البيع أكثر من أماكن كبيرة في المداخن ، على غرار خزانات الاستيطان في معالجة المياه. هذه الغرف إزالة فقط الجسيمات الكبيرة.
(ب) تستخدم الأعاصير على نطاق واسع لإزالة الجسيمات الكبيرة. ينفخ الهواء القذر إلى أسطوانة مخروطية ، ولكن خارج الخط المركزي. هذا يخلق دوامة عنيفة داخل المخروط ، والهياكل الصلبة الثقيلة تهاجر إلى جدار الأسطوانة حيث تبطئ بسبب الاحتكاك وتوجد في الجزء السفلي من المخروط. الهواء النظيف موجود في منتصف الأسطوانة ويخرج من الأعلى. تستخدم الأعاصير على نطاق واسع كمنظفات سابقة لإزالة المواد الثقيلة قبل المعالجة الإضافية.
(ج) تعمل المرشحات حقيبة مثل المكانس الكهربائية المشتركة. تستخدم أكياس القماش لجمع الغبار الذي يجب التخلص منه بشكل دوري من الأكياس. النسيج يزيل جميع الجسيمات تقريبا. تستخدم فلاتر الأكياس على نطاق واسع في العديد من الصناعات ؛ ولكنها حساسة لدرجة الحرارة والرطوبة العالية.
(د) يأتي جامعو الرطب بالعديد من الأشكال والأشكال. يعتبر برج الرش البسيط (الشكل 2.8) طريقة فعالة لإزالة الجسيمات الكبيرة. أجهزة تنقية أكثر كفاءة تعزز الاتصال بين الهواء والماء عن طريق العنف في مقطع ضيق يدخل فيه الماء. بشكل عام ، كلما كان اللقاء أكثر عنفاً ، وبالتالي كلما كانت فقاعات الغاز أو قطرات الماء أصغر ، كلما كان التنظيف أكثر فعالية.
(هـ) تستخدم أجهزة الترسيب الاستاتيكية على نطاق واسع في محطات توليد الطاقة الكهربائية. تتم إزالة المادة الجسيمية أولاً بواسطة الشحن من الإلكترونات (القفز من قطب كهربائي عالي الجهد إلى آخر ، ثم الانتقال إلى القطب الموجب الشحنة. نوع واحد كما هو موضح في الشكل 2.8 يتكون من أنبوب بسلك معلق في الوسط ستجمع الجسيمات على الأنبوب ، ويجب إزالتها عن طريق ضرب الأنابيب بالمطارق ، ولا تحتوي المرسبات الكهربائية على أجزاء متحركة ، وتتطلب طاقة كهربائية ، وتكون فعالة للغاية في إزالة جسيمات ميكرون الفرعية.
(ز) الامتزاز هو استخدام مادة مثل الكربون المنشط لالتقاط الملوثات. قد تكون هذه adsorbers مكلفة لإعادة التجديد. معظم هذه الأعمال تعمل بشكل جيد للمواد العضوية ولها استخدام محدود للملوثات غير العضوية. يوضح الشكل 2.9 خطوات برج الامتزاز.
(ح) الترميد هو طريقة لإزالة الملوثات الغازية عن طريق حرقها في C02 و H20 والإدراج. هذا يعمل فقط للأبخرة القابلة للاحتراق.
'1' يشمل الاحتراق الحفاز استخدام عامل حفاز لإكثار الملوثات أو تغييرها كيميائياً.
من المهم مرة أخرى التأكيد على اعتماد فعالية جهاز العلاج على حجم الجسيمات. يوضح الشكل 2.10 النطاقات التقريبية للتكيف مع طرق المعالجة المختلفة التي نوقشت أعلاه.
5. التشتت:
علم الأرصاد الجوية له تأثير كبير على تلوث الهواء. تنطوي مشكلة تلوث الهواء على ثلاثة أجزاء. المصدر وحركة الملوثات والمتلقي (الشكل 2.10). يتأثر تركيز الملوثات عند المستلم بالتشتت في الغلاف الجوي ، أو كيف يتم تخفيف الملوث بالهواء النقي. هذا التشتت يحدث أفقياً وعمودياً.
ويعرض دوران الأرض مناطق جديدة للشمس للتألق عليها والهواء الدافئ. وفقا لذلك ، يتم إنشاء نمط من الرياح حول العالم ، وبعض الموسمية (مثل الأعاصير) وبعض دائم. غالباً ما يستخدم مهندسو تلوث الهواء شكلاً مختلفاً من الريح (ارتفعت صورة الريح من بيانات سرعة الرياح وبيانات الاتجاه) ، التي يطلق عليها تلوث ارتفع ليحدد مصدر الملوثات.
الانتشار هو عملية نشر الانبعاثات على مساحة كبيرة وبالتالي تقليل تركيز الملوثات المحددة. انتشار الرش أو التشتت هو أفقي وكذلك عمودي. الحد الأقصى لتركيز الملوثات هو في خط مركز العمود ، أي في اتجاه الرياح السائدة.
بينما نتحرك أبعد من خط الوسط ، يصبح التركيز أقل. إذا افترضنا أن انتشار عمود في الاتجاهين يقترب من خلال منحنى احتمالية غوسية ، فيمكننا حساب تركيز الملوثات على أي مسافة X اتجاه الريح من المصدر.
ﻳﻤﻜﻦ اﻟﺘﻨﺒﺆ ﺑﺄﺧﻄﺎر اﻟﺘﻠﻮث ﻋﻠﻰ أﺳﺎس ﺑﻴﺎﻧﺎت اﻷرﺻﺎد اﻟﺠﻮﻳﺔ ، وﻳﻤﻜﻦ ﺗﻄﻮﻳﺮ اﻹﻧﺬار اﻟﻤﺒﻜﺮ ﺑﺨﺼﻮص ﻇﺮوف اﻟﺨﻄﺮ اﻟﻤﺤﺘﻤﻠﺔ وﺧﻄﻂ اﻟﻄﻮارئ ﻹﻏﻼق اﻟﺼﻨﺎﻋﺎت.
مراقبة الملوثات من المصادر المتحركة:
وبالرغم من أن العديد من الطرق المذكورة أعلاه يمكن أن تنطبق أيضًا على مصادر الحركة ، إلا أن أحد مصادر الحركة الخاصة يستحق السيارة بشكل خاص. عملية المحرك لها تأثير مباشر على الانبعاثات. يختلف مقدار CO و HC و NOx أثناء التباطؤ والتسارع والإبحار والإبطاء.
تتضمن تقنيات التحكم في الانبعاثات لمحرك السيارات الاحتراق الداخلي المصفوفات والمفاعلات الحفازة وتعديلات المحرك. قد يكون للضبط تأثير كبير على مكونات الانبعاث. على سبيل المثال ، فإن نسبة الهواء / الوقود المرتفعة (خليط قليل الخلط) ستقلل كل من CO و HC ، ولكن مع زيادة NOx.
واستراتيجية التحكم الثانية ، المستخدمة الآن على نطاق واسع ، هي المفاعل الحفزي الذي يكسد CO و HC إلى CO 2 و H 2 O. والمفاعل الثاني يقلل من NOx إلى N 2 . المفاعلات الحفازة الأكثر شعبية لها عيبان خطيران. أولا ، من السهل عرقلة من الرصاص. تم دفع هذا التحرك إلى البنزين غير الرصاص من هذا السبب وليس بسبب القلق لمستويات الرصاص في الغلاف الجوي. المشكلة الثانية مع المفاعلات هي أن مركبات الكبريت في البنزين تتأكسد إلى جسيمات SO 3 ، وبالتالي تزيد من مستويات الكبريت في البيئة.
في تعديل محرك تقنية التحكم الثالث ، يتم استخدام محرك الشحن الطبقي دون ردود فعل حفزية. في هذه المحركات ، تحتوي الاسطوانات على مقصورتين ، مع حجرة واحدة تستقبل خليطًا غنيًا ، تشتعل ، ومن ثم توفر لهبًا واسعًا لبوم فعال في مقصورة الاسطوانة الرئيسية. كما تم تطوير تعديلات أخرى. من الصعب تصنيع محرك احتراق داخلي نظيف تمامًا. السيارات الكهربائية نظيفة ولكنها لا تستطيع تخزين سوى طاقة محدودة وبالتالي فإن نطاقها محدود.
الطرق العامة للسيطرة على تلوث الهواء عن طريق السيارات والصناعات اعتبرت أعلاه لفترة وجيزة. وترد أدناه بعض التدابير المحددة للسيطرة على الملوثات الموجودة في المركبات والصناعية في الهواء.
تلوث المركبات:
1. للتحقق من انبعاثات الملوثات من عوادم السيارات:
يمكن تحقيق ذلك من خلال:
(1) استخدام نسبة جديدة من البنزين والهواء ،
(2) توقيت أكثر دقة لتغذية الوقود ،
(3) استخدام الإضافات الغازية لتحسين الاحتراق ،
(4) عن طريق حقن الهواء في العادم لتحويل مركبات العادم إلى مواد أقل سمية، وبواسطة
(5) تحديث تصميم المحرك و / أو تركيب معدات التخميد (الجهاز) لتحسين الاحتراق مع تصميم المحرك الحالي.
ينتج أول أكسيد الكربون من محتوى الهواء المنخفض في خليط الوقود ، في حين يتم تعزيز إنتاج أكسيد النيتروجين من خلال درجات حرارة احتراق عالية. تتبع الهيدروكربونات نمط CO أو أكثر.
يمكن تحقيق الإزالة الكاملة لهذه الملوثات الثلاثة إما عن طريق تحديث التصميم الحالي للمحركات (على سبيل المثال أربعة محركات السكتة الدماغية) أو عن طريق إجراء التغييرات المناسبة في الأجهزة لتحسين الاحتراق.
2. للتحكم في التبخر من خزان الوقود و carburettor:
يمكن القيام بذلك من خلال:
(1) جمع الأبخرة مع الفحم المنشط عند إيقاف تشغيل المحرك وإشعاله عند تشغيل المحرك ،
(2) إخضاع البنزين في الخزان لضغط طفيف لمنع الغاز من التبخر و
(3) تطوير البنزين منخفض التطاير الذي لا يتبخر بسهولة.
3. استخدام المرشحات:
بعض أبخرة الغاز تهرب بين الجدران والمكبس الذي يدخل في علبة المرافق ومن ثم التفريغ في الغلاف الجوي. يتم تحرير الهيدروكربونات (حوالي 25٪) بهذه الطريقة. وبالتالي ، فإن استخدام المرشحات التي تلتقط وتعيد تدوير هذه الغازات المنجرفة في المحرك يجب أن تتحكم في انبعاث هذه الهيدروكربونات.
4. التحكم من خلال القانون:
هذه يجب أن تفرض بعض المعايير من خلال قانون المركبات الآلية وغيرها من القوانين لتصميم المحركات وما إلى ذلك.
التلوث الصناعي:
وللتحقق من تلوث الهواء بنفايات مداخن المصانع الصناعية ، يجب أن نضع تدابير لإزالة المادة الجسيمية والملوثات الغازية من النفايات. تنطوي إزالة الجسيمات على تجميعها تحت تأثير قوى مختلفة ، وبالتالي نقلها باستمرار من تيار الغاز.
المعدات المستخدمة لإزالتها هي:
(ط) جامعي الإعصار ، و
(2) المرسبات الإلكتروستاتيكية (ESPs). وبالتالي يتعين علينا توليد تكنولوجيا التحكم. في الوقت الحالي ، هناك عدد قليل من محطات الطاقة والصناعات التي قامت بتركيب أجهزة ESP.
1. جامعي الإعصار:
هنا يخضع غاز النفايات المحتوي على جزيئات للطرد المركزي. تتحرك الجسيمات العالقة نحو جدار جسم الإعصار ، ثم إلى قاعها ثم تخرج أخيرًا. إزالة جامعي الإعصار حوالي 70 ٪ من الجسيمات.
2. المرسبات الالكتروستاتيكية (ESPs):
لإزالة الجسيمات من تيار الغاز ، يتم تطبيق القوى الكهربائية داخل الغرفة في المرسب. تصبح الجسيمات المعلقة مشحونة أو مؤينة ، وهي تنجذب إلى أقطاب مشحونة ثم تزيل. يمكن للمزودات الكهروضوئية إزالة 99٪ من ملوثات الجسيمات من عادم المدخنة
تعمل أنظمة ESP بشكل جيد في محطات توليد الطاقة ومصانع الورق ومصانع الأسمنت ومصانع الكتل الكربونية وما إلى ذلك. قد يجعل الغبار المقاوم عالي المقاومة عملية الفصل في ESP صعبة. للتغلب على هذا ، يتم استخدام المرشحات النسيجية أو المرشحات حقيبة. لكن المرشحات النسيجية غير مناسبة للجسيمات الرطبة أو اللاصقة ، والظروف المسببة للتآكل الشديد ، ودرجات حرارة الغاز المرتفعة.
الملوثات الغازية:
يمكن إزالة هذه بواسطة الطرق الثلاثة التالية.
(أ) الأنظمة الرطبة:
تستخدم هذه الأغراض كأبراج غسيل حيث يتم تدوير السائل القلوي بشكل مستمر. يتفاعل هذا السائل مع SO 2 لإنتاج راسب.
(ب) النظم الجافة:
هنا يتم السماح لملوثات الغاز بالتفاعل مع مادة ماصة تحت مرحلة الجفاف. يتم وضع الدولوميت والجير (CaO) والحجر الجيري (CaOH) في طريق الغاز المتدفق (SO2). العملية ليست مكلفة للغاية ولا تنطوي على أي رذاذ من الماء. وينتج عن الماء الملامس لـ SO2 التآكل H 2 SO 4 .
(ج) الأنظمة الرطبة الجافة:
هنا يتفاعل الماء في المادة الماصة مع مكونات الحمض. وهذا يوفر بديلاً عن عملية الرطب التقليدية المستخدمة لإزالة الكبريت من غازات الوقود من المراجل التي تعمل بالفحم. وينتشر هيدروكسيد الكالسيوم الماص في تيار الغاز الساخن في شكل قطيرات صغيرة. يتفاعل الكالسيوم مع ثاني أكسيد الكبريت (SO 2) وتتسبب الغازات الساخنة في تبخر الماء في وقت واحد.
المنتج النهائي عبارة عن طاقة جافة تحتوي في الغالب على الرماد المتطاير والأملاح. ويمكن أيضا استخدام الفحم كمادة ماصة. ويمكن أيضًا استخدام ماصات أخرى لالتقاط الكحول والبنزين. هذه الطريقة فعالة جدا في مصانع التنظيف الجاف ، محلات الطباعة ، مصانع الطلاء ، مصانع تجهيز الأغذية ، مصانع الجعة والصناعات الدوائية. يمكن استخدام احتراق الغازات للصناعات البترولية الخ.
السيطرة من خلال القانون:
مثل المركبات الآلية ، يجب أن تطبق المعايير من خلال القوانين المناسبة للصناعات أيضا. هناك شروط أخرى يمكن أن يفرضها القانون.
