دانلود مقاله منابع آلودگی هوا و کاربرد پرتو فرا بنفش و ازون

بخشی از مقاله

منابع آلودگي هوا و کاربرد پرتو فرا بنفش و ازون
استفاده از پرتو فرابنفش چند سالي است که بصورت صنعتي کاربرد دارد .
در سالهاي 1980 ميلادي انواع زيادي از محصولات U.V. به بازار عرضه شد ولي کم کم در اثر افزايش توقعات مشتريها در ارتباط با کيفيت و سلامت فقط چند کشوري در سطح جهاني به توليد اين کالا مبادرت مي ورزند . امروزه استفاده از اشعه ماورا بنفش براي ضد عفوني ، پاستوريزه کردن و استريليزاسيون آب و هوا بکار رفته و به عنوان يکي از بي خطرترين و نزديکترين روشها به طبيعت به شمار مي رود.

استفاده از گاز ازون بعنوان يک اکسيد کننده قوي و عاملي براي تصفيه شيميايي هوا و از يبن بردن بوهاي نامطبوع نيز به تازگي مورد توجه قرار گرفته است و علي رغم برداشتهاي غلط بتدريج مورد قبول واقع شده و کاربرد آن گسترده مي شود . دستگاههاي استفاده کننده از اشعه ماورا بنفش کم خرجترين ،‌ساده ترين و در عين حال کارآمد ترين دستگاههاي ضد عفوني کننده به شمار مي روند و مي توانند به ميزان 99/99 درصد ميکروب ها ، ويروس ها ، قارچها و... را نابود کنند . از پرتو فرابنفش در ايران تنها در بيمارستان ها و آن هم بصورتي بسيار ناقص در اطاقهاي عمل استفاده مي شود . اين شرکت براي اولين بار اقدام به استفاده از روش پرتودهي ماورابنفش و ازون دهي در جهت سلامت محيط زيست نموده است و مفتخر است که تاکنون در اين راه گامهاي بلندي در کشور عزيزمان برداشته و اميدمان آن است که اين ره پر رهرو باد.

تمام موجودات زنده براي پيدايش و حفظ بقاي خود به سه دسته ترکيبات اصلي نياز دارند که عبارتند از آب ، اکسيژن و مواد غذايي . اهميت آب و اکسيژن که از هواي موجود در جو پيرامون کره زمين به دست مي آيد بيشتر است بطوري که بسياري از موجودات پست مانند موجودات تک سلولي در صورت در دسترس نبودن مواد غذايي تا مدتهاي مديدي به زندگي بصورت غير فعال ادامه مي دهند و يا گياهان در طول روز تنها با دريافت آب ، دي اکسيد کربن و انرژي نورخورشيد به حيات خود ادامه داده و توليد اکسيژن مي کنند و فقط در شب به اکسيژن نياز دارند . خود انسان نيز در صورتي که آب به اندازه کافي در دسترس داشته باشد 3-2 ماه بدون غذا زنده مي ماند .

متاسفانه فعاليت هاي روزافزون بشر بويژه پس از انقلاب صنعتي روزبروز بر آلودگي منابع آب افزوده و در مقياسهاي بزرگ سبب آلودگي هوا مي شود . بنابراين حفظ اين منابع از انواع آلودگيها يا رفع آلودگيها بروشهاي گوناگون به يکي از دل مشغوليهاي اصلي بشر تبديل شده و گاه بصورت يک معضل در آمده است .
از جمله اين آلودگيها ، آلودگيهاي شيميايي و ميکروبيولوژيکي است . در اين نوشتار ابتدا مروري مختصر بر منشا آلودگي هوا شده است وسپس به سازوکارهايي که طبيعت براي مقابله با اين آلودگيها برگزيده است اشاره شده است . در ادامه از روشهاي متداول و رايج مقابله با اين آلودگيها سخن به ميان آمده است و در نهايت روشهاي جديدي که الهام گرفته از طبيعت بوده و سالهاست در کشورهاي پيشرفته از آنها استفاده مي شود معرفي شده است .

2- منشا آلودگي هوا :
براي اينکه بدانيم منشا آلودگي منابع هوا از کجاست ابتدا بايد بدانيم اين آلودگي ها چه هستند .
هواي سالم هوايي است که ميزان ذرات معلق آن از يک حد خاصي تجاوز نکرده و يک سري ترکيبات شيميايي آن مانند دي اکسيد کربن در يک محدوده خاص باقي مانده و يک سري آلاينده هاي شيميايي مانند مونوکسيد کربن و اکسيدهاي نيتروژن و گوگرد ترجيحا در آن ظاهر نشده و يا در حداقل مقدار مجاز قرار گيرد . همچنين وجود برخي از ميکروارگانيسم ها در هوا خطرناک بوده و افزايش برخي ديگر از يک حدي معين خطرناک است . بنابراين آلودگي هاي هوا به صورت زير دسته بندي ميشوند .

1- آلاينده هاي شيميايي
2- آلاينده هاي ميکرو بيولوژيکي
3- ذرات معلق
منشا آلودگي هوا را مي توان به سه دسته تقسيم کرد :
1- طبيعت
2- حيوانات
3- انسانها

برخي از فعل و انفعالات طبيعي مانند سيلابها ، آتشفشانها ، تغيير و تحولات لايه هاي پوسته زمين گاه در مقياسهاي بسيار بزرگي سبب آلودگي هوا مي شود . بروز آتشفشانها در چند سال اخير در برخي از کشورهاي آسيايي شرقي و کاهش ديد ناشي از آن براي پروازهاي مسافربري که از طريق جرايد به اطلاع عموم رسيده است ، خود شاهد اين مدعاست.
بروز آتشفشانها سبب بيرون ريختن مواد معلق و گازهاي شيميايي در تناژهاي بسيار بالايي مي شود .

حيوانات در مقياسهاي کوچک بيشتر در حد آلودگي هاي ميکروبيولوژيکي در آلوده کردن هوا موثرند . اما انسان در مقياس وسيع ، بويژه پس از انقلاب صنعتي و با راه اندازي صنايع مختلف و استفاده از سوخت فسيلي ، بشدت باعث آلودگي هوا شده و روزبروز بر دامن اين آلودگي ها مي افزايد ، بطوريکه امروزه در مورد هوا بارها شاهد بحرانهايي در داخل کشور و خارج از آن بوده ايم .
1-2- طبيعت چه سازگاروکارهايي براي مقبله با آلودگي ها دارد ؟

دست تواناي طبيعت به ياري پروردگار در طي ساليان متمادي چنان شرايط متعادلي را در کره خاکي ما حکم فرما نموده است که امکان زيستن براي انواع موجودات زنده با تنوع بسيار زياد امکان پذير شده است .
تمام پديده هاي موجود در طبيعت نيز به ياري حفظ اين شرايط پرذاخته و هر کجا که تعادل نظامها بر هم خورده با قدرت و در عين حال ظرافت خاصي تعادل دوباره برقرار مي شود .

طبيعت براي پاک نگهداشتن هوا سازوکارهاي متعدد و جالبي دارد . نور خورشيد دامنه وسيعي از طيف الکترومغناطيس را از خود ساطع مي کند . هر قسمت از اين طيف خاصيتي داشته و کار ويژه اي انجام مي دهد . اگر از طول موجهاي بلند شروع کرده و به طرف طول موجهاي کوتاه پيش برويم به ترتيب ابتدا امواج مادون قرمز را خواهيم داشت که انرژي گرمايي را فراهم مي کند . سپس به محدوده کوچک امواج نوراني ميرسيم که توسط چشم ما قابل رويت است . پس از آن امواج ماورا بنفش را داريم . اين امواج براي حيات موجود بر روي کره خاکي تهديد آميز است اما لايه اي از اکسيژن رقيق در سطوح بالاي جو بخش عمده اي از اين امواج با طول موجهاي بسيار خطرناک را جذب و تبديل به ازون و امواج مادون قرمز مي نمايد که هيچ نوع ضرري براي موجود زنده ندارد . باين ترتيب اين لايه که به لايه ازون معروف است مانند فيلتري طبيعي عمل کرده و و تنها به بخش اندکي از امواج ماورا بنفش اجازه رسيدن به سطح زمين مي دهد . اين بخش اندک عمدتا وظيفه نگهداشتن تعادل ميکروارگانيسمي موجود در سطح زمين و هواي اطراف آن را به عهده دارد .

پس از امواج ماورا بنفش ، امواج يونيزه کننده ، اشعه X و اشعه کيهاني را داريم که بسيار پرقدرت بوده و کار اصلي آن يونيزه کردن اتم گازهاي موجود در لايه هاي فوقاني جو است .
اين لايه هاي يونيزه شده چندين وظيفه به عهده دارند . اول از همه از نفوذ بيشتر امواج يونيزه کننده ، اشعه X و اشعه کيهاني جلوگويري مي کنند . ثانيا با باردار کردن ذرات معلق موجود در جو تحتاني و نزديک به زمين باعث تجمع اين ذرات و گرد آمدن آنها پيرامون يکديگر و ساخت ذرات درشت تر و در نهايت ته نشين شدن آنها مي شود . به اين ترتيب ذرات معلق نيز از هوا گرفته مي شود . البته لايه هاي يونيزه شده خواص ديگري هم دارند که توضيح آنها در اين بحث نمي گنجد.

در نهايت مقدار کمي ازون نيز در جو تحتاني و نزديک به سطح زمين بر اثر تابش اندک پرتو ماورا بنفش خورشيد و نيز بر اثر رعد و برق بوجود مي آيد که باعث طراوت و تازگي هوا و ازبين رفتن بسياري از آلاينده هاي شيميايي و کمک به از بين بردن ميکروارگانيسمهاي مضر مي شود . بوي هواي پاک کوهستان و همچنين هواي پاکي که پس از هر رعد و برق استنشاق مي شود مربوط به همين مقدار اندک ازون در سطح زمين است .
2-2- روشهاي متداول و رايج براي مقابله با آلودگي هوا :
انسان در طول زندگي خود متوجه ضرر و زيانهاي ناشي از آلوده شدن هوايي که استنشاق مي کند شده است و روشهايي را براي مقابله با آنها ابداع و بکار برده است . برخي از اين روشها الهام گرفته از طبيعت است . اما برخي را نيز طي پيشرفت تکنولوژي ابداع کرده است که گاهي ضرر و زيانهاي ناشي از آنها بيشتر از منافع آنها است.
در تصفيه و ضد عفوني هوا روشهاي فيزيکي و شيميايي متفاوتي بطور مجزا يا توام بکار مي روند .

از روشهاي فيزيکي مي توان فيلتراسيون ، ته نشين کردن ذرات و پرتو دهي فرابنفش را نام برد .
با فيلتراسيون بسته به نوع فيلتر بکار رفته ذراتي به درشتي گردوغبار تا ذراتي به اندازه ويروسها از هوا جدا مي شوند . فيلترهايي که مي توانند باکتريها و ويروسها را از هوا جدا کنند بسيار گران هستند.
ته نشين کردن ذرات روش ديگري براي جدا کردن ذرات معلق از هوا ميباشد.

اينکار با استفاده از نيروي جانب مرکز ( گريز از مرکز ) دز سيکلونهاي گوناگون و يا باردار کردن ذرات و سپس جذب آنها روي صفحات داراي بار الکتريکي انجام مي شود .
اخيرا تلفيقي از روش فيلتراسيون و ته نشيني به وسيله باردار شدن ذرات به منظور جداسازي ذرات معلق بکار گرفته شده است .
با پرتو دهي فرابنفش به راحت ترين شکل ممکن بشرط طراحي مناسب تمام ميکروارگانيسمهاي مضر در هوا از بين مي روند.
روشهاي شيميايي در تصفيه هوا کمتر کاربرد دارند اما مي توان به روشهايي چون شستشوي شيميايي هوا و ازون دهي اشاره کرد .
شستشوي هوا با آب و يا يک سري مواد شيميايي به منظور انحلال و جدا کردن تعدادي از آلاينده هاي شيميايي و مضر از هوا مي باشد . کاربرد اين روش بويژه در سيستمهاي هواساز اماکني که در شهرهاي بزرگ قراردارند بسيار مهم است .

ازون دهي در حد استانداردهاي مجاز به منظور ضد عفوني کردن هوا و از بين بردن تعدادي از آلاينده هاي شيميايي و بوهاي نامطبوع بکار مي رود.

3-2- استفاده از روشهاي جديد در امر تصفيه هوا
امروزه در کشورهاي پيشرفته براي تصفيه و ضد عفوني منابع آب و هوا استفاده از روشهايي که با طبيعت سازگار باشند بطور روز افزون مورد توجه قرار مي گيرد . کاربرد پرتو فرابنفش و ازون از اين جمله بوده و هر دو بر گرفته از روشهايي است که طبيعت براي تصفيه و ضد عفوني منابع آب و هوا اختيار کرده است .

3 - تعريف
1-3- پرتو فرابنفش : پرتو فرابنفش طول موج بين 190تا 350 نانومتر طيف الکترو مغناطيس مي باشد و انرژي آن تا حدي است که مي تواند روي پيوندهاي ملکولي اثر گذاشته و آنها را شکسته و پيوندهاي جديدي را پديد آورد . طول موجي که براي از بين بردن ميکروارگانيسمها مورد نظرات است 254 نانومتر مي باشد. در اين طول موج رشته هاي وراثتي اين موجودات شامل انواع باکتريها ، ويروسها ، قارچها ، مخمرها و جلبکها به هم جوش خورده و قدرت تکثير از اين موجودات گرفته مي شود .

اين طول موج خاص به طور مصنوعي با تخليه الکتريکي درون بخار جيوه در لامپهاي مخصوص مولد پرتوفرابنفش توليد مي شود . در واقع اين لامپها عصاره ميکروب کش نور خورشيد را تهيه مي کنند.
2-3- ازون : ازون شکل سه اتمي اکسيژن است . گازي است با بوي نافذ با قدرت اکسيد کنندگي بسيار بالا . در طبيعت با تابش پرتو فرابنفش نور خورشيد و همچنين بر اثر تخليه الکتريکي هنگام رعدو برق پديد مي آيد . بطور مصنوعي بوسيله طول موج 189-185 نانومتر لامپهاي فرابنفش مخصوص توليد ازون ، تخليه الکتريکي و روشهاي الکتروشيميايي توليد مي شود .
خاصيت اکسيد کنندگي زياد اين گاز سازوکار اصلي آن در مراحل مختلف تصفيه هوا مي باشد .4 - کاربردها

1-4) کاربرد پرتوفرابنفش در تصفيه هوا
هواي يکي از عناصر اصلي براي بقاي موجودات از جمله انسان است . بنابراين حفظ آن از انواع آلودگي هايي که ناشي از فعل و انفعالات طبيعت يا فعاليتهاي بشري مي باشد از مهمترين موضوعاتي است که مورد توجه مي باشد . از جمله اين آلودگي ها ، آلودگي به انواع ميکروارگانيسم هاي مختلف مي باشد.
ماهيت هوا طوري است که مي تواند ميکروارگانيسم هاي گوناگوني رادر خود ذخيره سازد و انتقال دهد. پالايش هوا از اين ميکروگانيسم ها از نظر حفظ يک سطح بهداشتي و استاندارد و نيز از بين بردن کامل آنها در مکانهايي خاص از اهميت بسزايي برخوردار است.

در هوا ميزان دوز لازم پرتوفرابنفش که براي از بين بردن ميکروارگانيسم هاي موجود در هوا لازم است مشخص است . کاربرد مولدهاي پرتو فرابنفش در مکانهايي مانند بيمارستانها ، صنايعي که پروسه توليد در آنها بايد بدون حضور ميکروارگانيسمها باشد مانند صنايع الکترونيک ، غذايي ، دارويي، ‌سرم سازيها و... سابقه اي ديرينه دارد .