- 02166129745
- info@araco.ir
آلودگی هوا یکی از مهمترین مشکلات زیستمحیطی بسیاری از شهرهای بزرگ جهان و از جمله کلانشهرهای ایران است. تهران، اصفهان، مشهد، تبریز، اهواز، اراک، کرج و برخی دیگر از شهرهای صنعتی کشور در دورههای مختلف سال با افزایش غلظت آلایندههای هوا مواجه میشوند.
اما علت آلودگی هوای شهرها چیست؟ آیا فقط خودروها عامل آلودگی هستند؟ صنایع و نیروگاهها چه نقشی دارند؟ ریزگردها از کجا وارد شهرها میشوند؟ و مهمتر از همه، چرا در بعضی روزها آلودگی هوا بهسرعت افزایش پیدا میکند؟
پاسخ این پرسشها را باید در ترکیب دو عامل جستوجو کرد:
نخست، میزان و نوع انتشار آلایندهها و دوم، شرایط جوی و توانایی جو برای پراکنده کردن این آلایندهها.
در واقع ممکن است میزان انتشار آلاینده در دو روز تقریباً مشابه باشد، اما به دلیل تفاوت در باد، دما، پایداری جو و ارتفاع لایه اختلاط، کیفیت هوا در این دو روز کاملاً متفاوت شود.
یکی از مهمترین پدیدههایی که میتواند باعث تجمع آلایندهها در نزدیکی سطح زمین شود، وارونگی دما یا وارونگی هوا است.
آلودگی هوا به وجود غلظت غیرطبیعی یا نامطلوب مواد شیمیایی، ذرات و سایر آلایندهها در هوای محیط گفته میشود؛ بهگونهای که کیفیت هوا کاهش یافته و سلامت انسان، محیطزیست یا ساختمانها و تجهیزات تحت تأثیر قرار گیرد.
آلایندهها میتوانند مستقیماً از یک منبع وارد هوا شوند یا در اثر واکنشهای شیمیایی و فتوشیمیایی در خود جو تشکیل شوند.
به همین دلیل معمولاً آلایندههای هوا را میتوان به دو گروه کلی تقسیم کرد:
این مواد مستقیماً از یک منبع وارد جو میشوند.
برای مثال:
مونوکسید کربن (CO)
دیاکسید گوگرد (SO₂)
اکسیدهای نیتروژن (NOx)
بخشی از ذرات معلق
برخی ترکیبات آلی فرار
این آلایندهها مستقیماً از یک منبع منتشر نمیشوند، بلکه در اثر واکنشهای شیمیایی آلایندههای اولیه در جو تشکیل میشوند.
ازن سطح زمین (O₃) یکی از مهمترین نمونههای آلاینده ثانویه است که در حضور نور خورشید از واکنش اکسیدهای نیتروژن و ترکیبات آلی فرار تشکیل میشود.
منابع آلودگی هوا را میتوان به دو گروه اصلی تقسیم کرد:
منابع طبیعی
منابع انسانی یا ناشی از فعالیتهای انسانی
البته در بسیاری از شهرها، آلودگی واقعی حاصل ترکیبی از چندین منبع است و سهم هر منبع به فصل، شرایط جوی، نوع سوخت، ساختار شهری و فعالیتهای صنعتی منطقه بستگی دارد.
همه آلودگی هوا ناشی از فعالیت انسان نیست.
گردوغبار طبیعی، طوفانهای گردوخاک، آتشسوزیهای طبیعی و برخی فرایندهای زمینشناسی میتوانند ذرات مختلفی را وارد هوا کنند.
در بعضی مناطق ایران، ریزگردها و گردوغبار نقش مهمی در افت کیفیت هوا دارند. این مسئله بهخصوص در بخشهایی از غرب، جنوبغرب و شرق کشور اهمیت بیشتری پیدا میکند.
ذرات گردوغبار میتوانند از فاصلههای نسبتاً دور نیز توسط باد منتقل شوند. بنابراین ممکن است بخشی از ذرات موجود در هوای یک شهر، در داخل همان شهر تولید نشده باشند.
به همین دلیل برای مقابله با آلودگی ذرات معلق، همیشه نمیتوان تنها به کنترل منابع داخل شهر اکتفا کرد و گاهی باید منشأ منطقهای و فرامرزی گردوغبار نیز بررسی شود.
حملونقل یکی از منابع مهم انتشار آلایندههای هوا در بسیاری از مناطق شهری است.
خودروها و وسایل نقلیه در اثر احتراق سوخت میتوانند آلایندههایی مانند:
مونوکسید کربن (CO)
اکسیدهای نیتروژن (NOx)
ذرات معلق
ترکیبات آلی فرار
را وارد هوا کنند.
نوع خودرو، سن موتور، وضعیت تعمیر و نگهداری، کیفیت سوخت، فناوری موتور، سیستم کنترل آلایندگی و نحوه رانندگی همگی بر میزان انتشار آلایندهها تأثیر دارند.
بنابراین نمیتوان همه خودروها را از نظر میزان آلایندگی در یک گروه قرار داد.
اتوبوسها، کامیونها، کامیونتها و برخی ماشینآلات سنگین به دلیل استفاده از موتورهای دیزلی و میزان مصرف سوخت بالا میتوانند در انتشار برخی آلایندهها اهمیت زیادی داشته باشند.
در موتورهای دیزلی، کنترل ذرات معلق و اکسیدهای نیتروژن اهمیت ویژهای دارد.
البته میزان واقعی انتشار به عواملی مانند فناوری موتور، استاندارد آلایندگی، وضعیت موتور و سیستم اگزوز، نوع سوخت و شرایط کارکرد وابسته است.
بنابراین بیان یک درصد ثابت برای سهم خودروهای سنگین در تمام شهرها و تمام سالها علمی نیست.
کارخانهها و واحدهای صنعتی نیز بسته به نوع فرایند میتوانند منابع مختلفی از آلایندهها باشند.
برای مثال صنایع میتوانند از طریق:
احتراق سوخت
کورهها
دیگهای بخار
فرایندهای شیمیایی
انتشار گردوغبار
تبخیر ترکیبات آلی
حملونقل مواد اولیه و محصولات
بر کیفیت هوای منطقه تأثیر بگذارند.
میزان تأثیر صنایع نیز به نوع صنعت، ظرفیت تولید، نوع سوخت، تجهیزات کنترل آلایندگی، ارتفاع دودکش و شرایط جوی منطقه بستگی دارد.
بنابراین نمیتوان سهم صنایع را برای تمام شهرهای ایران یکسان در نظر گرفت.
نیروگاههای حرارتی نیز میتوانند در صورت استفاده از سوختهای فسیلی، منبع انتشار آلایندههایی مانند اکسیدهای نیتروژن، دیاکسید گوگرد و ذرات معلق باشند.
نوع سوخت اهمیت بسیار زیادی دارد.
احتراق سوختهای حاوی گوگرد میتواند باعث افزایش انتشار اکسیدهای گوگرد شود. همچنین شرایط احتراق و تجهیزات کنترل آلایندگی نیروگاه بر مقدار انتشار آلایندهها تأثیر مستقیم دارند.
به همین دلیل کیفیت سوخت و نحوه مدیریت مصرف سوخت نیروگاهها یکی از موضوعات مهم در کنترل آلودگی هواست.
برای شناخت بهتر آلودگی هوا باید با مهمترین آلایندهها آشنا شویم.
سازمان جهانی بهداشت آلایندههایی مانند ذرات معلق، دیاکسید نیتروژن، دیاکسید گوگرد، ازن و مونوکسید کربن را از مهمترین آلایندههای مرتبط با سلامت انسان معرفی میکند.
یکی از مهمترین شاخصهای آلودگی هوا، ذرات معلق یا Particulate Matter است.
این ذرات ترکیبی از مواد جامد و مایع بسیار ریز هستند که در هوا معلق میمانند.
دو اندازه بسیار مهم در پایش آلودگی هوا عبارتاند از:
ذراتی با قطر آیرودینامیکی حدود ۱۰ میکرومتر یا کمتر.
ذراتی با قطر آیرودینامیکی حدود ۲.۵ میکرومتر یا کمتر.
PM2.5 به دلیل اندازه بسیار کوچک خود میتواند به قسمتهای عمیقتر دستگاه تنفسی نفوذ کند و اثرات قابل توجهی بر سلامت داشته باشد. شواهد علمی ارتباط میان مواجهه با ذرات معلق و بیماریهای قلبی-عروقی و تنفسی را بهخوبی نشان دادهاند.
منابع ذرات معلق میتوانند شامل موارد مختلفی باشند:
احتراق سوخت
خودروهای دیزلی
نیروگاهها
صنایع
فعالیتهای ساختمانی
فرسایش سطح جاده
گردوغبار طبیعی
سایش لاستیک و ترمز
آتشسوزی
بنابراین هر افزایش PM الزاماً به معنای افزایش مستقیم انتشار دود اگزوز خودروها نیست.
مونوکسید کربن با فرمول CO یک گاز بیرنگ و بیبو و سمی است که عمدتاً در اثر احتراق ناقص سوختهای حاوی کربن تولید میشود.
منابع مهم CO شامل:
موتور خودروها
وسایل احتراقی
برخی فرایندهای صنعتی
سیستمهای گرمایشی با احتراق ناقص
هستند.
مونوکسید کربن با کاهش توانایی خون برای انتقال اکسیژن میتواند برای انسان خطرناک باشد؛ بهخصوص در فضاهای بسته که امکان تجمع آن وجود دارد.
نکته مهم: مونوکسید کربن CO با دیاکسید کربن CO₂ متفاوت است و نباید این دو گاز با یکدیگر اشتباه گرفته شوند.
اکسیدهای نیتروژن که معمولاً با عنوان NOx شناخته میشوند، گروهی از ترکیبات هستند که در فرایندهای احتراق، بهخصوص در دماهای بالا، تشکیل میشوند.
یکی از مهمترین اعضای این گروه، دیاکسید نیتروژن یا NO₂ است.
منابع مهم NOx عبارتاند از:
خودروها
موتورهای دیزلی
نیروگاهها
کورههای صنعتی
تجهیزات احتراقی
NO₂ علاوه بر اثر مستقیم بر سلامت، در شیمی اتمسفر نیز نقش مهمی دارد و میتواند در تشکیل آلایندههای ثانویه مانند ازن سطح زمین مشارکت کند.
مهمترین ترکیب این گروه، دیاکسید گوگرد یا SO₂ است.
SO₂ عمدتاً در اثر احتراق سوختهای حاوی گوگرد و برخی فرایندهای صنعتی تولید میشود.
منابع آن میتوانند شامل:
نیروگاههای حرارتی
صنایع
کورهها
پالایشگاهها
احتراق سوختهای فسیلی
باشند.
میزان گوگرد موجود در سوخت یکی از عوامل مهم تعیینکننده میزان انتشار SO₂ است. دیاکسید گوگرد میتواند باعث تحریک دستگاه تنفسی شود و در شیمی تشکیل ذرات ثانویه نیز نقش داشته باشد.
ازن موجود در لایههای بالایی جو برای حفاظت از زمین در برابر بخشی از تابش فرابنفش اهمیت دارد؛ اما ازن نزدیک سطح زمین یک آلاینده هوا محسوب میشود.
ازن سطح زمین معمولاً مستقیماً از دودکش یا اگزوز خودرو خارج نمیشود، بلکه در اثر واکنشهای شیمیایی میان اکسیدهای نیتروژن و ترکیبات آلی فرار در حضور نور خورشید تشکیل میشود.
به همین دلیل آلودگی ازن میتواند در روزهای گرم و آفتابی افزایش پیدا کند.
اینجا به یکی از مهمترین قسمتهای بحث میرسیم.
ممکن است منابع آلاینده یک شهر در دو روز تفاوت بسیار زیادی نداشته باشند، اما کیفیت هوا در این دو روز کاملاً متفاوت باشد.
دلیل این موضوع آن است که انتشار آلاینده تنها عامل تعیینکننده کیفیت هوا نیست.
شرایط جوی میتواند مشخص کند که آلایندهها:
در نزدیکی منبع باقی بمانند،
در یک حجم بزرگتر از هوا پخش شوند،
توسط باد جابهجا شوند،
یا در نزدیکی سطح زمین تجمع پیدا کنند.
یکی از مهمترین حالتهای جوی که باعث تجمع آلایندهها میشود، وارونگی دما است.
در شرایط معمولی، در بخش پایینی جو یعنی تروپوسفر، با افزایش ارتفاع دمای هوا به طور معمول کاهش پیدا میکند.
البته نرخ کاهش دما ثابت نیست و به شرایط جوی بستگی دارد.
در یک وضعیت پایدار، ممکن است شرایطی ایجاد شود که در آن به جای کاهش دما با ارتفاع، دمای هوا در یک لایه با افزایش ارتفاع بیشتر شود.
به این وضعیت وارونگی دما یا Temperature Inversion گفته میشود.
در این حالت، لایه گرمتر در بالای هوای سردتر نزدیک سطح زمین قرار میگیرد و پایداری جو افزایش مییابد.
نتیجه این است که حرکت عمودی هوا محدودتر میشود و اختلاط آلایندهها در ارتفاع کاهش پیدا میکند.
برای درک سادهتر موضوع، یک شهر را در نظر بگیرید که در آن خودروها، صنایع و سایر منابع در طول روز آلاینده تولید میکنند.
در یک روز با شرایط جوی مناسب، باد و حرکت عمودی هوا میتوانند به پراکنده شدن آلایندهها کمک کنند.
اما اگر یک لایه پایدار و وارونه در بالای سطح زمین تشکیل شود، حرکت عمودی هوا کاهش پیدا میکند.
در نتیجه آلایندههایی که در نزدیکی سطح زمین منتشر میشوند، در حجم نسبتاً محدودی از هوا تجمع پیدا میکنند.
اگر همزمان باد ضعیف باشد، شرایط برای افزایش غلظت آلایندهها بسیار مساعدتر خواهد شد.
بنابراین:
وارونگی دما الزاماً آلاینده جدیدی تولید نمیکند؛ بلکه میتواند شرایط جوی را برای تجمع آلایندههای موجود فراهم کند.
این تفاوت بسیار مهم است.
یکی از انواع متداول وارونگی، وارونگی تشعشعی یا Radiation Inversion است.
این پدیده معمولاً در شرایطی رخ میدهد که سطح زمین در طول شب انرژی خود را از طریق تابش از دست داده و سرد میشود.
هوای نزدیک سطح زمین نیز در تماس با سطح سرد، دمای خود را از دست میدهد.
اگر شرایط جوی پایدار باشد، هوای سرد در نزدیکی سطح زمین باقی میماند و ممکن است هوای گرمتر در ارتفاع بالاتر قرار گیرد.
در چنین شرایطی، یک لایه وارونه شکل میگیرد.
اگر در همین زمان انتشار آلایندهها ادامه داشته باشد و باد نیز ضعیف باشد، غلظت آلایندهها در نزدیکی سطح زمین میتواند افزایش پیدا کند.
وارونگی دما بهتنهایی تمام ماجرا نیست.
عوامل مختلفی میتوانند باعث افزایش پایداری جو و کاهش پراکندگی آلایندهها شوند، از جمله:
باد یکی از مهمترین عوامل جابهجایی و پراکنده شدن آلایندههاست.
وقتی سرعت باد بسیار کم باشد، آلایندهها با سرعت کمتری از منطقه دور میشوند.
هرچه جو پایدارتر باشد، اختلاط عمودی هوا محدودتر میشود.
ساختار جغرافیایی منطقه میتواند بر حرکت هوا تأثیر بگذارد.
وجود کوهها و قرار گرفتن یک شهر در دره یا حوضه میتواند در برخی شرایط جوی، پراکندگی آلایندهها را دشوارتر کند.
البته نباید تصور کرد که وجود کوه بهتنهایی علت آلودگی یک شهر است؛ وضعیت آلودگی حاصل تعامل میان منابع انتشار، هواشناسی و جغرافیای منطقه است.
در شرایط مناسب، آسمان صاف میتواند باعث افزایش سرمایش تابشی سطح زمین در طول شب و شکلگیری وارونگی تشعشعی شود.
خیر.
این یکی از مهمترین نکاتی است که باید در مورد آلودگی هوا در نظر گرفت.
وارونگی دما منبع تولید آلاینده نیست.
اگر شهری هیچ منبع قابل توجهی برای انتشار آلاینده نداشته باشد، حتی یک وارونگی شدید نیز نمیتواند بهتنهایی آلودگی ناشی از خودرو یا صنعت ایجاد کند.
آنچه در یک روز آلوده اتفاق میافتد، حاصل ترکیب دو عامل اصلی است:
انتشار آلاینده + شرایط نامناسب جوی برای پراکندگی
به زبان ساده:
اگر آلاینده تولید نشود، وارونگی مشکل آلودگی ایجاد نمیکند؛ اما اگر آلاینده زیادی تولید شود و همزمان جو نیز پایدار باشد، غلظت آلایندهها میتواند بهشدت افزایش پیدا کند.
تهران مانند بسیاری از کلانشهرهای بزرگ با ترکیبی از عوامل مختلف روبهرو است.
برخی از مهمترین عوامل عبارتاند از:
جمعیت زیاد
حجم بالای تردد خودروها
وجود وسایل نقلیه سنگین
فعالیتهای صنعتی و خدماتی
مصرف سوخت
ساختار شهری متراکم
شرایط جغرافیایی منطقه
رخدادهای جوی پایدار
وارونگیهای دما در فصل سرد
باد ضعیف در برخی دورهها
اما هیچکدام از این عوامل را نباید بهتنهایی علت آلودگی تهران دانست.
شدت آلودگی هوا در هر روز نتیجه برهمکنش منابع انتشار و شرایط جوی است.
در بسیاری از شهرها، فصل سرد شرایط متفاوتی برای پراکندگی آلایندهها ایجاد میکند.
در شبهای سرد و آرام، سطح زمین سریعتر سرد میشود و شرایط برای شکلگیری وارونگی تشعشعی مساعدتر میشود.
از طرف دیگر، مصرف سوخت برای گرمایش افزایش پیدا میکند و برخی منابع احتراقی نیز فعالیت بیشتری دارند.
اگر این شرایط با باد ضعیف همراه شود، ظرفیت طبیعی جو برای پراکنده کردن آلایندهها کاهش مییابد.
به همین دلیل در برخی دورههای سرد سال، ترکیب انتشار آلاینده + پایداری جو + وارونگی دما میتواند باعث ایجاد روزهای بسیار آلوده شود.
خیر.
حملونقل یکی از منابع مهم آلودگی شهری است، اما سهم منابع مختلف در هر شهر و هر آلاینده متفاوت است.
برای مثال ممکن است یک منبع برای انتشار NOx اهمیت زیادی داشته باشد، در حالی که منبع دیگری سهم بیشتری در انتشار ذرات معلق داشته باشد.
همچنین منابع آلاینده میتوانند به دو دسته کلی تقسیم شوند:
منابع متحرک:
خودروها، اتوبوسها، کامیونها و سایر وسایل نقلیه.
منابع ثابت:
نیروگاهها، صنایع، کارخانهها، کورهها و سایر تجهیزات ثابت.
علاوه بر این، منابع طبیعی مانند گردوغبار نیز در برخی مناطق نقش مهمی دارند.
بنابراین برای کاهش آلودگی هوا باید منبع هر آلاینده بهصورت جداگانه شناسایی و کنترل شود.
محدودیت تردد میتواند در شرایط خاص باعث کاهش بخشی از انتشار آلایندههای ناشی از ترافیک شود، اما نمیتوان انتظار داشت که یک اقدام منفرد، مشکل پیچیده آلودگی هوای یک کلانشهر را حل کند.
اگر منابع دیگری مانند صنایع، نیروگاهها، خودروهای سنگین، تجهیزات احتراقی و گردوغبار همچنان فعال باشند، محدودیت تردد خودروهای شخصی فقط بخشی از مسئله را هدف قرار میدهد.
راهکار مؤثر باید بر اساس منبع آلاینده و نوع آلاینده طراحی شود.
کاهش آلودگی هوا نیازمند مجموعهای از اقدامات همزمان است.
بهبود کیفیت خودروها، معاینه فنی مؤثر، نوسازی ناوگان فرسوده و توسعه حملونقل عمومی میتواند در کاهش انتشار آلایندههای ناشی از حملونقل مؤثر باشد.
کاهش آلایندههای موجود در سوخت و استفاده از سوخت مناسب برای هر نوع موتور و تجهیزات احتراقی اهمیت زیادی دارد.
صنایع باید بر اساس نوع فرایند و آلاینده تولیدی به تجهیزات مناسب کنترل آلایندگی مجهز شوند.
انتخاب سوخت مناسب و استفاده از سیستمهای کنترل انتشار میتواند میزان آلایندههای خروجی نیروگاهها را کاهش دهد.
کنترل گردوغبار، مدیریت فعالیتهای ساختمانی، کنترل منابع صنعتی و کاهش انتشار ذرات ناشی از احتراق از اقدامات مهم در این زمینه هستند.
هرچه وابستگی به خودروهای شخصی کاهش پیدا کند، امکان کاهش بخشی از انتشار آلایندههای ناشی از حملونقل افزایش مییابد.
بدون اندازهگیری دقیق، تصمیمگیری درباره آلودگی هوا دشوار است.
پایش مداوم آلایندهها به شناسایی روندها، منابع و دورههای پرخطر کمک میکند. سازمان جهانی بهداشت نیز پایش مداوم و دادههای قابل اعتماد کیفیت هوا را برای شناخت و مدیریت آلودگی مهم میداند.
در کنار کنترل منابع آلاینده در فضای باز، تهویه مناسب در فضاهای بسته نیز اهمیت بسیار زیادی دارد.
در محیطهایی مانند:
تونلها
پارکینگهای طبقاتی
سولهها
کارخانهها
کارگاهها
فضاهای صنعتی
معادن
ممکن است آلایندههایی مانند CO، NOx، ذرات معلق و سایر آلایندهها در اثر فعالیت تجهیزات یا خودروها تولید شوند.
در چنین محیطهایی، تهویه مناسب وظیفه دارد هوای آلوده را از منطقه تنفسی افراد دور کرده و هوای تازه را جایگزین کند.
البته باید توجه داشت که تهویه با کنترل آلودگی در منبع یکسان نیست.
اگر آلایندهای در یک فرایند صنعتی تولید میشود، بهترین راهکار در وهله اول کاهش یا کنترل انتشار در همان منبع است و سیستم تهویه باید بهعنوان بخشی از راهکار مهندسی کلی مورد استفاده قرار گیرد.
آلودگی هوای تهران و سایر شهرهای بزرگ را نمیتوان به یک عامل واحد نسبت داد.
ترکیبی از عوامل مختلف در ایجاد و تشدید آلودگی نقش دارند:
خودروها و وسایل نقلیه
خودروهای سنگین و دیزلی
صنایع
نیروگاهها
سوختهای فسیلی
فعالیتهای ساختمانی
گردوغبار و ریزگردها
شرایط جغرافیایی
سرعت و جهت باد
پایداری جو
و پدیده وارونگی دما
در این میان باید میان تولید آلاینده و تجمع آلاینده تفاوت قائل شد.
خودرو، صنعت یا نیروگاه میتواند آلاینده تولید کند؛ اما اینکه این آلاینده در محیط پراکنده شود یا در نزدیکی سطح زمین تجمع پیدا کند، به شرایط جوی نیز وابسته است.
وارونگی دما یکی از مهمترین شرایطی است که میتواند پراکندگی عمودی آلایندهها را محدود کند و باعث افزایش غلظت آنها در نزدیکی سطح زمین شود.
بنابراین برای حل مسئله آلودگی هوا، همزمان باید دو مسئله مورد توجه قرار گیرد:
کاهش میزان انتشار آلایندهها از منابع مختلف
و
شناخت و پیشبینی شرایط جوی که موجب تجمع آلایندهها میشوند.
در نهایت، آلودگی هوا یک مسئله چندعاملی است و حل آن نیز به یک راهکار چندبخشی نیاز دارد؛ از بهبود کیفیت سوخت و نوسازی ناوگان حملونقل گرفته تا کنترل انتشار صنایع، مدیریت گردوغبار، توسعه حملونقل عمومی، پایش دقیق کیفیت هوا و استفاده صحیح از سیستمهای تهویه در محیطهای بسته.
World Health Organization (WHO)، اطلاعات مربوط به آلودگی هوای محیط و اثرات آلایندهها بر سلامت.
World Health Organization، راهنمای جهانی کیفیت هوا برای PM2.5، PM10، O₃، NO₂، SO₂ و CO.
U.S. Environmental Protection Agency (EPA)، آلایندههای معیار و استانداردهای کیفیت هوای محیط.