تعریف آلودگی هوا

آلودگی هوا عبارت‎ است از وجود هر نوع آلاینده اعم از جامد، مایع، گاز و یا تشعشع پرتوزا و غیرپرتوزا در هوا به تعداد و در مدت زمانیكه كیفیت زندگی را برای انسان و دیگر جانداران به خطر اندازد و یا به آثار باستانی و اموال خسارت وارد آورد.
تعریف آلاینده های اولیه و ثانویه
آلاینده های اولیه آلاینده هایی هستند كه مستقیماً نشأت گرفته از منابع آلودگی هستند و بصورت مستقیم وارد اتمسفر شده و با همان ترکیبی که وارد هوا شده اند در هوا حضور داشته و قابل اندازه گیری می باشند. مونو اکسید کربن، هیدروکربن ها، اکسیدهای نیتروژن، دی اكسید گوگرد، گرد و غبار و … آلاینده اولیه می باشد.
آلاینده های ثانویه آلاینده هایی است که در اثر بر هم كنش عوامل محیطی مانند نور خورشید، رطوبت و واکنش های فتوشیمیایی، هیدرولیز و اکسیداسیون بر روی آلاینده های اولیه تولید می شوند و بطور کلی منشاء این آلاینده ها آلاینده های اولیه ای هستند که وارد اتمسفر می شوند این آلاینده ها شامل ازون، پراکسی استیل نیترات، اسیدسولفوریک و اسید نیتریک که از آلاینده های اولیه نظیر ترکیبات هیدروکربنی، SO2 و NOx حاصل می شوند.
آلاینده های هوا
ذرات معلق کمتر از ده میکرون PM10:
ذرات جامد یا مایع موجود در هوا هستند که دارای قطری کمتر از ۱۰ میکرون بوده و بر اثر سوزاندن چوب، احتراق ناقص در تركیبات هیدروكربنی، احتراق سوخت موتورهای دیزل و …، واحدهای صنعتی، کشاورزی ، جاده های آسفالت نشده و فعالیتهای ساختمان سازی و آلاینده های غیر گازی، ایجاد و منتشر می شود. این ذرات به علت ابعاد ریز خود می توانند از سیستم دفاعی مجاری تنفسی عبور نمایند.
دی اکسید نیتروژن NO2:
این گاز به رنگ قهوه‌ای متمایل به قرمز است و بویی بسیار تند و زننده دارد. دی‌اکسید نیتروژن از مهمترین آلاینده‌های هوا به شمار می رود. هر ساله میلیون‌ها تن از این گاز در اثر فعالیت‌های انسانی به ویژه مصرف سوخت‌های فسیلی تولید می‌شود. دی‌اکسید نیتروژن در ترکیب با هوای مرطوب تولید اسید نیتریک می‌کند که موجب پوسیدگی شدید فلزات می‌شود. همچنین در غلظت‌های بالا باعث ایجاد مه‌دود شده و میدان دید را به شدت کاهش می‌دهد و بر رشد گیاهان اثر منفی شدید دارد. این گاز از اثر گلخانه‌ای نیز برخوردار است. منابع تولید این آلاینده سوختن بنزین، گاز طبیعی، زغال سنگ، نفت می باشد.
مونوکسید کربن:
مونوکسید کربن با فرمول شیمیایی CO، گازی است که بر اثر سوختن ناقص کربن بوجود می‌آید. این گاز بسیار سمی است اما رنگ و بوی خاصی ندارد. به همین دلیل، قاتل نامریی نامیده می شود. میل ترکیبی کربن مونوکسید با هموگلوبین خون حدود ۳۰۰ برابر بیشتر از میل ترکیب گاز اکسیژن است. جالب است بدانید که در خون همه ی ما حدود ۵ درصد کربن مونوکسید وجود دارد اما اگر این مقداربه ۲۰ درصد برسد باعث مرگ ما خواهد شد.
گاز CO توانایی خون را برای انتقال اكسیژن كاهش داده ، به هموگلوبین خون می چسبد و تولید كربوكسی هموگلوبین COHb می نماید . بنا براین خون حاوی اكسیژن كمتری می شود و می تواند روی مغز و تپش قلب تاثیر جدی بگذارد. میزان COHb موجود در خون بر اساس درصد نشان داده می شود .هنگامی كه درصد COHb مساوی ۱۰ باشد سرگیجه و سر درد اتفاق می افتد و زمانی كه به ۵۰ درصد برسد می تواند كشنده باشد . هر دو اثر تاثیر مقطعی داشته ، چنانچه فرد مسموم با هوای پاك مواجه شود اثرات COHb به تدریج ظرف مدت ۴ ساعت از بین می رود . در این میان وسایط نقلیه موتوری بزرگترین سهم را در تولید این آلاینده به خود اختصاص می دهند .
ذرات معلق کمتر از دو و نیم میکرون PM2.5:
این ذرات دارای قطر ۲٫۵ میکرون و یا کمتر می باشند که تقریبا ۳۰/۱ قطر موی انسان است و ذرات ریز (fine) نیز نامیده می شوند. ترکیب شیمیایی ذرات بسته به محل، زمان و آب و هوا متفاوت بوده و منابع انتشار آن شامل انواع فعالیت های احتراقی (وسایل نقلیه موتوری، نیروگاهی، سوزاندن چوب، و غیره) و فرایندهای صنعتی خاص می باشد. این ذرات هم به طور مستقیم ساطع شده و هم به شکل آلاینده ثانویه در جو شکل می گیرند.
مطالعات بهداشتی، ارتباط معنا داری بین قرار گرفتن در معرض ذرات ریز و مرگ زودرس ناشی از بیماری های قلبی و ریوی را نشان داده است. ذرات ریز می تواند بیماری های قلب و ریه را تشدید نماید و باعث اثراتی مانند علائم قلبی و عروقی، آریتمی های قلبی ، حملات قلبی، علائم تنفسی، حملات آسم و برونشیت گردد. این اثرات می تواند منجر به افزایش تعداد مراجعات به بیمارستان ها و اورژانس و غیبت از مدرسه یا محل کار شود. افراد مبتلا به بیماری های قلبی و ریوی، سالمندان و کودکان بیش از سایر افراد در معرض ذرات معلق ریز هستند.
دی اکسید گوگرد SO2:
دی اکسید گوگرد گازی است بی رنگ و غیر قابل انفجار که بویی خفه کننده دارد و تقریبا دو برابر هوا وزن دارد و یکی از آلاینده های هوا محسوب می شود و همچنین تخمین زده می شود که به طور متوسط ۲ تا ۴ روز در هوا باقی بماند. بیش از ۸۰ درصد اکسیدهای گوگرد به دست بشر در جریان احتراق سوخت های فسیلی از منابع ثابت آلوده کننده، تولید می شود. از این مقدار سهم نیروگاه های تولید برق ۸۵ درصد و سهم خودروها تنها ۲ درصد است.پالایشگاه های نفت، صنایع مس، کاغذ سازی و کارخانه های سیمان نیز از جمله منابع غیر احتراقی تولید اکسیدهای گوگرد به شمار می روند.
ازون
گاز ازون از ترکیب سه اتم اکسیژن ایجاد می شود و یک اکسید کننده قوی می باشد. ازون موجود در سطح زمین برای سلامتی انسان، جانوران و گیاهان مضر بوده و از آن به عنوان ازون بد و آلاینده یاد می شود. این گاز به طور مستقیم در هوا منتشر نمی شود بلکه توسط واکنش های شیمیایی بین اکسیدهای نیتروژن و ترکیبات آلی فرار در حضور نور خورشید ایجاد می گردد از این رو میزان ازون در تابستان و در وسط روز بیش از سایر مواقع است. گازهای خروجی از تاسیسات صنعتی و نیروگاه ها، اگزوز موتور خودرو، بخارات بنزین و حلال های شیمیایی برخی از منابع اصلی تولید آن می باشند.
ازون موجود در هوایی که تنفس می کنیم می تواند به سلامتی ما آسیب برساند به ویژه در روزهای گرم و آفتابی که به طور معمول، ازون به حد ناسالم می رسد. حتی میزان نسبتاٌ پایین ازون می تواند باعث بروز عوارض بر سلامتی انسان شود. به ویژه افراد مبتلا به بیماری های ریوی، کودکان، سالمندان و افرادی که در خارج از منزل فعال هستند ممکن است به ازون حساس باشند.

شاخص كیفیت هوا یا AQI
AQI (Air Quality index) شاخصی است كه برای گزارش روزانه كیفیت هوا به كار می‌رود و نشان می‌دهد كه هوای اطرافتان چقدر تمیز یا آلوده است و این حد از آلودگی چه اثراتی ممكن است بر سلامتی شما داشته باشد. این شاخص بر اثراتی متمركز است كه ممكن است چند ساعت یا چند روز بعد از تنفس در این هوا با آنها مواجه شد.
در تهران این شاخص برای ۶ آلاینده هوا اندازه‌گیری و روزانه گزارش می‌شود: منواكسید كربن (CO)، ازون (O3)، دی اكسید نیتروژن (NO2)، دی اكسید گوگرد (SO2)، ذرات معلق زیر ۵/۲ میكرون (PM2.5) و ذرات معلق زیر ۱۰ میكرون (PM10). بالاترین شاخص در بین این شش مقدار، به عنوان شاخص كلی آن روز گزارش می‌شود.
محدوده این شاخص بین ۰ تا ۵۰۰ متغیر است. هرچه شاخص بالاتر باشد، هوا آلوده‌تر و اثرش بر سلامتی بیشتر است. مثلا شاخص ۵۰ نشان‌دهنده هوای پاك با اثری خیلی كم بر سلامت عموم مردم است، اما شاخص ۳۰۰ نشان‌دهنده وضعیت هوای اضطراری است.
شاخص ۱۰۰ عمدتا نشان دهنده مقدار مجاز آلاینده‌ها طبق استاندارد‌های ملی است و این مقداری است كه برای حفاظت از سلامت عمومی تعیین می‌گردد. مقادیر زیر ۱۰۰ معمولا قابل قبول فرض می‌شوند اما با عبور شاخص از ۱۰۰، كیفیت هوا ابتدا برای گروه‌های حساس و سپس به تدریج برای همه ناسالم خواهد شد.
کیفیت هوا بوسیله تعیین غلظت آلاینده های اصلی در ایستگاههای سنجش اندازه گیری می شود. این ایستگاهها بسته به جمعیت شهر و وسعت آن ممکن است متعدد باشند. داده های خام بدست آمده از سنجش آلاینده ها با استفاده از رابطه ارائه شده در زیر به AQI تبدیل می شوند.

فیلترها
با توجه به افزایش آلاینده های موجود در هوای بیرون، کیفیت هوای ورودی به فضاهای مختلف توسط سیستمهای هوارسان و تهویه مطبوع روز به روز اهمیت بیشتری می
یابد. در این میان فیلترها به عنوان اصلی ترین عامل زدایش آلاینده
ها در دستگاههای هوارسان نقش بسزایی در افزایش کیفیت هوای ورودی به فضاها با کاربریهای مختلف دارند. تکنولوژی های نوین در ساختار فیلتر و نحوه فیلتراسیون هوای آلوده، سبب افزایش چشمگیر راندمان فیلتراسیون و به طور همزمان کاهش مصرف انرژی به سبب کاهش افت فشار بستر فیلتر می-گردد.
فیلترهای الکترواستاتیک به عنوان یکی از مدرنترین تکنولوژیهای موجود در صنعت فیلتراسیون، روز به روز کاربرد بیشتری یافته و جایگزین تکنولوژیهای قدیمی تر می
گردند. راندمان بالای این فیلترها به همراه قابلیت زدایش ذرات بسیار ریز و ارگانیسم
های باکتریال فیلتراسیون هوای ورودی با کیفیت مورد انطباق در استانداردهای مرتبط را به خوبی تضمین می¬کند.
معرفی فیلترهای الکترواستاتیک
امروزه در بازار تهویه محصولاتی موجودند که با نام فیلترهای الکترواستاتیک عرضه می گردند که برخلاف عنوان جذابشان، در بهترین حالت میتوانند به عنوان آیونایزر عمل کنند. در این نوع تکنولوژی، یک یا چند الکترود برای دوقطبی کردن هوا با اعمال ولتاژ DC زیاد به الکترود یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد می کنند و سبب باردار کردن ذرات هوا می گردند. ذرات گرد وغبار موجود در هوا توسط قطبهای غیر همنام جذب و با بهم پیوستن تعداد زیادی از آنها و افزایش وزنشان به میزان لازم سقوط وته نشین می شوند. بالطبع این فرآیند مجهز به سیستم جمع آوری ذرات ته نشین شده نیست و به طور کلی نمی تواند عمل فیلتراسیون نامیده شود. همچنین عمل انقید و به هم چسبیدن ذرات گرد و غبار برای افزایش وزنشان تا میزان مورد نیاز برای ته نشینی، نیازمند زمان است و بنابر ادعای سازندگان برای افزایش کیفیت بیولوژیک هوا زمان معینی برای قرار گرفتن در معرض این سیستم مورد نیاز است.

انواع فیلترهای الکترواستاتیک

فیلترالکترواستاتیک منفعل ( Passive Electrostatic Filters )
این فیلترها از جنس فایبرگلاس یا الیاف مصنوعی با مقاومت بالا ساخته شده اند.این الیاف در حین ساخت باردار می شوند که سبب جذب میکروپارتیکلهای با بار مخالف می گردد.از معایب آنها کاهش شدید راندمان با افزایش جذب ذرات و حساسیت بسیار آنها در برابر رطوبت است که الیاف فایبر گلاس را بی بار و فیلتر را بی اثر می نماید.
فیلتر الکترواستاتیک با صفحات فعال ( Electrostatic Filters/active plate )
در این نوع فیلتر صفحات بارداری موجودند که سبب جذب ذرات غبار باردار می شوند. در این نوع فیلتر ولتاژ و آمپر متناظرش باید به میزان دقیق تولید و حفظ شود که یونیزه کردن و عملیات فیلتراسیون به خوبی صورت پذیرد.

فیلترالکترواستاتیک کریستال شرکت SABIANA
در طراحی و ساخت فیلتر الکترواستاتیک از تمامی جنبه های مثبت فیلترالکترواستاتیک فعال بهره برده شده و جنبه های منفی آن کاهش یافته است. این فیلتر از دو سکشن متفاوت کاملا مستقل تشکیل شده است. سکشن اول متشکل از الکترود و قسمتهای ایزولاسیون است که “active element section” نامیده می شود. سکشن دوم که ” Passive element section” نامیده می شود، از صفحات آلومینیومی تشکیل شده و در سایزهای گوناگونی تولید میشود تا مناسب هرگونه کاربری باشد. سکشن دوم خود از دو پارت اکتیو و پسیو مستقل پشت سر هم تشکیل شده است.بخش پسیو به منظور جمع آوری ذرات و بخش اکتیو متصل به منبع تغذیه جهت پولارایز کردن هوای عبوری از آن سکشن و دفع ذرات همنام به سمت کلکتورهای جمع کننده مورد استفاده قرار می گیرد.

خواص ضد میکروبی فیلتر کریستال
فیلترهای الکترواستاتیک به دلیل یونیزه کردن هوای عبوری به همراه آلاینده ها و همچنین تولید مقدار کمی اوزون همراه با تابش اشعه uv، از تکثیر باکتری ها موجود در سطح ذرات آلاینده با اکسیده کردن آنها جلوگیری نموده و آنها را غیر فعال می کند. قابل ذکر است که این دی-اکتیو کردن باکتری ها توسط سیستمهای فیلتراسیون متعارف حتی در راندمان های بالا قابل حصول نیست.
…… انواع عوامل بیماریزا از قبیل ریزگردها و عوامل آلرژی زا (POLLEN,MITES,FUNGI ETC.) بر مبنای قطر ذره، شکل و بیماریهایی که می تواندد سبب شوند دسته بندی می کند.بر اساس مکانیزم فیلتراسیون فیلترهای الکترواستاتیک تمامی این ذرات بیماری زا می توانند توسط این نوع فیلتر به دام افتاده و غیرفعال شوند. در رابطه با ویروسها و ابعاد بسیار ریز آنها نیز، از آنجایی که همیشه به ذرات بزرگتر متصل هستند و توسط آنها انتقال می یابند، می توانند توسط فیلترها به دام افتاده و غیرفعال شوند.
راندمان فیلتر الکترواستاتیک در زدودن باکتری ها
شکل ۴ نمونه آزمایشی را که بر روی یک صفحه در معرض جریان هوا در دو حالت فیلتر روشن/خاموش نشان می دهد. نمونه سمت راست نشان دهنده صفحه آزمایش در حالت استفاده از فیلتر الکترواستاتیک و شکل سمت چپ نشان دهنده صفحه آزمایش در حالت غیرفعال بودن فیلتر می باشد. شمارش ذرات توسط میکروسکوپ حاکی از راندمان ۸۵ درصدی این فیلتر در زدایش باکتری هاست.
تاثیر فیلتر الکترواستاتیک در غیرفعال کردن باکتری ها
تاثیر فیلتر الکترواستاتیک در کاهش رشد باکتری ها
همانطور که اشاره شد افزایش ذرات PM10 خطر مرگ های قلبی عروقی منتسب ¸ خطر مرگ¬های تنفسی را به شدت افزایش می دهد. تاثیر بكارگیری فیلترهای كریستالی را در كاهش غلظت PM10 نشان میدهد. استفاده از فیلتر كریستال میتواند حتی تا ۸۵ درصد غلظت ذرات معلق را كاهش دهد.

راندمان فیلتراسیون
فیلترهای مکانیکی بر اساس استاندارد EN 779 دسته بندی می شوند. در این استاندارد برای رده های مختلف قطر ذرات (Coarse,medium,fine ) و بر اساس افت فشار در حالت تمیز راندمان فیلترها تعریف می شود. این در حالی است که استاندارد EN 13053 تعیین کننده ماکزیمم افت فشاری است که در آن افت فشار فیلتر بایستی تعویض گردد. بنابراین راندمان فیلترهای مکانیکی باید در افت فشار تعیین شده توسط این استاندارد بررسی گردد
مصرف انرژی
بدیهی است که بخش قابل توجهی از انرژی مصرفی در فن دستگاههای تهویه مطبوع صرف غلبه بر افت فشار داخلی دستگاه در قسمتهای مختلف از قبیل قسمت فیلتراسیون و کویلها می شود. با سختگیرانه تر شدن الزاامات مرتبط با کیفیت هوای داخل، نیاز به فیلترهای با راندمان بالا و در نتیجه افزایش افت داخلی دستگاههای تهویه مطبوع به این معنی است که فن دستگاه می بایست انرژی بیشتری مصرف کن تا هوا را از روی بستر فیلتراسیون عبور دهد. با توجه به ساختار فیلترهای الکترواستاتیک، به دام افتادن ذرات و جذب آنها روی صفحات جمع کننده، عملا مجرای عبور هوا محدود نمی شود و بنابراین افت فشار در این فیلترها با تقریب خوبی ثابت می ماند. عملیات احیای این فیلترها زمانی انجام می گیرد که حجم ذرات انباشته شده خاصیت میدان مغناطیسی تولیدی را تحت تاثیر قرار دهند. برای مقایسه مصرف انرژی مرتبط با افت فشار فیلترهای الکترواستاتیک و مکانیکی، آزمایشی بر روی یک بستر فیلتر با شرایط یکسان برای هر دوحالت صورت گرفته است
معایب
از آنجایی که ذرات با قطر بیشتر از ۵۰ میکرون به نسبت سایر ذرات دارای وزن و حجم بیشتری می باشند، بار الکتریکی ایجاد شده بر روی سطوح آنها ممکن است به اندازه کافی بزرگ نباشد که بر نیروی اینرسی ناشی از سرعت سیال غلبه کند و آنرا به دام صفحات جمع کننده بندازد. به همین دلیل در اغلب کاربری ها توصیه می شود از پیش فیلترهای فلزی با راندمان G1-G4 قبل از فیلترهای کریستال استفاده شود.

فهرست