مقاله ساخت دستگاه اندازه گیری آلاینده های هوا جهت تعیین میزان آلودگی هوا

بخشی از مقاله

چکیده

به ورود هر ذره، مولکول بیولوژیکی یا ترکیب مضر - جامد، مایع یا گاز - به اتمسفر هوا که منجر به ایجاد خطر برای سلامتی، آسیب دیدن یا بیماری موجودات زنده شود و اکوسیستم یک منطقه را تحت تاثیر قرار دهد، آلودگی هوا میگویند. برای مقابله با این آلودگی باید زمانهایی که هوا آلوده هست را پیدا کرد و پیشگیریهای لازم از جمله مصرف لبنیات و سبزیجات را انجام داد.دو عامل وارونگی دما و سکون هوا باعث انباشت آلایندهها در فصول سرد میشود، در نتیجه در فصول سرد آلودگی هوا به مراتب بیشتر از فصول گرم است. حال برای پی بردن به مقدار آلایندهها باید از دستگاه اندازهگیری آلایندههای هوا استفاده کرد، که این دستگاه شامل سنسورهایی جهت اندازهگیری دیاکسیدکربن، منواکسیدکربن، ازن، دی اکسیدگوگرد، ذرات معلق و میزان اکسیژن موجود در محیط است، این دستگاه قادر است مقدار هر آلاینده را به تفکیک اندازهگیری کند. و بالاترین مقدار آلایندهها را به عنوان شاخص کیفیت هوا معرفی میکند که نشان دهنده وضعیت کلی آلودگی هوا در آن منطقه است. این دستگاه قادر است که اطلاعات حاصل از اندازهگیری هر سنسور را به صورت لحظهایی بر روی تلفن همراه نمایش دهد.

کلمات کلیدی: دستگاه اندازهگیری آلایندهها، شاخص کیفیت هوا، آلودگی هوا، ذرات معلق، سطح نگرانی بهداشت، وارونگی دما، سکون هوا

مقدمه

محیط زیست به معنای تمام اجسامی است که اطراف ما را احاطه نمودهاند. اما آن گونه که در کتاب های بوم شناسی آمده است، محیط زیست یک پدیده پیچیده و درهم تنیده است که شامل محیطهای اجتماعی، بیولوژیکی و فیزیکی است که فرایند زیستن را احاطه نموده، بر آن تأثیر گذاشته و تأثیر میپذیرد. و بطورکلی به لایه گازی که اطراف یک سیاره یا یک ستاره را احاطه کرده و موقعیت آن تحت اثر جاذبه تثبیت شده باشد، اتمسفر گفته میشود.در واقع ورود هر ذره، مولکول بیولوژیکی یا ترکیب مضر - جامد، مایع یا گاز - به اتمسفر هوا که منجر به ایجاد خطر برای سلامتی، آسیب دیدن یا بیماری موجودات زنده شده و اکوسیستم یک منطقه را تحت تاثیر قرار دهد، به عنوان آلودگی هوا شناخته میشود. این نوع آلودگی میتواند از منابع انسانی و یا طبیعی نشأت بگیرد.

ذرات معلق یا همان ریزگردها، مجموعه تمامی جامدات و مایعات معلق در هوا میباشد. این ذرات به طور مستقیم توسط منابع طبیعی - آتشفشانها، طوفان های شن و ماسه و آتشسوزی در جنگل-ها و مراتع و... - و یا صنایع ساخت بشر - دود خروجی از اگزوز اتومبیلها و دود حاصل از سوخت کارخانهها و نیروگاهها و... - وارد هوا میشوند و یا در هوا در اثر ترکیب با مولکولهای موجود در هوا بوجود میآیند. آلودگی هوا از بزرگترین معضلات کلان شهرهاست که با گذشت زمان و افزایش تعداد خودروها وخیمتر میشود.آلودگی هوا را نمیتوان مربوط به دوران حاضر و یا یک عصر خاص دانست، حتی قبل از اینکه بشر اولیه موفق به کشف آتش شود، یعنی بتواند با برهم زدن دو سنگ بر یکدیگر و یا ایجاد اصطکاک سریع بین دو قطعه چوب خشک آتش تولید کند، آلودگی هوا بر اثر دود حاصل از آتشسوزی طبیعی جنگلها وجود داشته است.

پیش از تصرف و آلوده کردن هوای محیطزیست توسط انسانها، گازهای متصاعد شده از آتشفشانها وآتشسوزی جنگلها، گردوغبار ناشی از توفان ها در نواحی خشک، کم ارتفاع مرطوب و مه های رقیق شامل ذرات حاصل از درختهای کاج و صنوبر در نواحی کوهستانی از جمله آلایندههای هوایی بودند که منشأ طبیعی داشتند و جزئی از محیطزیست ما به شمار میرفتهاند. به استثنای موارد حاد، نظیر فوران آتشفشانها، آلودگیهای ناشی از منابع طبیعیمعمولاً ایجاد چنان مشکلات جدی برای حیات جانوران و انسان ها نمی کند. این در حالی است که فعالیت های انسانی چنان مشکلاتی از نظر آلودگی هوا ایجاد کرده است که بیم آن میرود، بخشهایی از اتمسفر زمین تبدیل به محیطی مضر برای سلامت انسانها گردد.

لی و همکارش[1] به بررسی رطوبت و عملکرد چرخشی یک خشک کن بر روی تمیز کننده هوای محیط داخلی پرداختند. با افزایش استانداردهای زندگی، تقاضای مردم برای بهبود محیط داخلی منزل بیشتر شده است. با این حال، محیط داخلی در بخشهای عمده چین با چالشهای جوی مواجه است. در این مقاله یک سیستم تهویه جذب جدید که ترکیبی از تهویه مطبوع حرارتی و تمیز کننده هوای داخل است، ارائه شده است. آنها به این نتیجه رسیدند که روتور خشک کن ژل سیلیکا میتواند تمیز کردن هوای داخل را به خوبی رطوبت دهنده تمیز کند و همچنین دمای هوای بازسازی یک عامل کلیدی بر عملکرد روتور خشک کننده است.

کانگ و همکاران[2] به بررسی هوای مطبوع در اتاق عمل بیمارستانها پرداختند. با پیشرفت تدرجی علم پزشکی، محققان به این نتیجه رسیدند که وضعیت هوای اتاق عمل بر روی نتایج جراحی تأثیر مستقیمی دارد بدین صورت که با کنترل نحوه جریان هوا، سیستم تهویه، گرمای هوا، رطوبت و غلظت آلاینده ها میتوان یک اتاق عمل خوب را مهیا کرد. بنابراین آنها به این نتیجه رسیدند که کیفیت هوای اتاق عمل یک فاکتور مهم در نتیجه جراحی است.فن و همکاران[3] به بررسی درست آلودگی هوا حاصل از حمل و نقل در یک خانه روستایی در شمال شرقی چین پرداختند که نتایج نشان میدهد خانههای روستایی بیشتر در معرض ذرات معلق زیر 2/5 میکرون قرار دارند، در شکل - - 1 نشان داده شده است که این ذرات باعث افزایش ایسکمی مغزی1 میشود، ایسکمی مغزی عارضه ناشی از نرسیدن اکسیژن به مغز میباشد.

همچنین این ذرات باعث التهاب ریه و استرس اکسیداتیو2میشود، استرس اکسیداتیو همان پیروزی رادیکالهای آزاد بر دفاع آنتی اکسیدانی بدن است و نوعی حمله بیولوژیک به ارگانیسم بدن گفته میشود. حاصل استرس اکسیداتیو در بدن انواع سرطان، دیابت، نارساییهای قلبی، آسیب های مغزی، مشکلات عضلانی، پیری زودرس، آسیب های چشمی و در کل ضعف سیستم ایمنی بدن است.حقیقتنما و همکاران[4] به بررسی عوامل آلوده کننده محیط زیست و راه-های مقابله با آلودگی هوا پرداختند، آنها با بررسی شاخص کیفیت هوای شهر تهران به مدت 6 سال وضعیت هوای این شهر را مورد مطالعه قرار دادند. نکته قابل توجه این است که در مدت 6 سال، شهر تهران پنج روز هوای بسیار ناسالم را تجربه کرده که این یک هشدار بسیار جدی است. همچنین به این نتیجه رسیدند که با استفاده از فیلترهای مختلف میتوان میزان آلودگی هوا را کاهش داد.

در شکل - - 2 وضعیت پنج ساله هوای تهران را نمایش میدهد. به گونهایی که-1هوای بسیار آلوده -2هوای ناسالم-3 هوای ناسالم برای گروههای حساس -4هوای سالم -5هوای پاک میباشد.موفارهی و همکاران[5] به طراحی کارخانه جذب دیاکسیدکربن - 1 - CO2 برای بهبود دیاکسیدکربن حاصل از دودکش توربین های گازی پرداختند، در این تکنولوژی میتوان دیاکسیدکربن را از طریق منقبضکردن، کاهشدما و افزایشفشار از دیگر گازها جدا کرد که این جدایی در دمای-56/6 درجه سانتیگراد و فشار 5/18 بار حاصل میشود. در زیر این دما و فشار شکل مایع دیاکسیدکربن حاصل نمیشود و نمیتوان دیاکسیدکربن را جداسازی یا تصفیه کرد، ولی بالاتر از این فشار و دما میتوان دیاکسیدکربن را به یک شکل خاصی از مایع جدا کرد. با توجه به اهمیت کاهش دیاکسیدکربن در کارخانههای شیمیایی و کاهش این گاز گلخانه در جو، محلول آمین به عنوان بهترین فرایند برای جذب مواد شیمیایی انتخاب شد.

لو و همکاران[6] به بررسی حفاظت از محیط زیست برای حفظ امراض و ایجاد دمای مناسب برای بازدید کنندگان در موزههای باستان شناسی پرداختند. هوای ساختمان موزهها باید به گونهایی باشد که هم آثار را حفظ کند و هم بازدید کنندهها را راضی نگه دارد. در این مقاله، یک روش کنترل مستقل محیط زیست با استفاده از یک سیستم تهویه مطبوع تقسیم شده برای راحتی بازدید کننده و یک سیستم تهویه جابجایی برای حفظ ایمنی پیشنهاد شده است. نتایج نشان می دهد که هر دو سیستم تهویه مطبوع میتواند به طور مستقل با پارامترهای مختلف کار کنند.پن و همکاران[7] به مقایسه آماری آلاینده های آلوده کننده هوا در چند سال مختلف در شهر تیانجین پرداختند آنها با استفاده از رابطه - 1 - معروف به رابطه خاکستری به تجزیه و تحلیل آلایندهها وکیفیت هوا پرداختند که نتایج نشان میدهد غلضت آلایندهها تا قبل از سال 2015 در حال کاهش است.

تائو و همکاران[8] به مطالعات جدید در زمینه تصفیه هوا و کنترل کیفیت هوای داخل کابین هواپیما پرداختند و همانطور که در شکل - - 4 مشاهده میکنید دستگاه تصفیه جدید را بجای دستگاه قبلی معرفی کردند، در این دستگاه افت فشار کم، هزینه نگهداری پایین، حجم و وزن آن کم است.تکنولوژی کنترل جدید به طور موثر میتواند به حل مشکلات فعلی کیفیت هوای داخل کابین بپردازد.ساموتائف و همکاران[9] به بررسی ایزوتوپهای آلفا رادیواکتیو از آلودگی بدن انسان با ردیابی حضور یونهای هوا پرداختند. دستگاه جدیدی که در این گزارش شرح داده شده است، میتواند حرکت سریع ذرات آلفا را در فاصله-ای از منبع تابش تشخیص دهد. هدف اصلی سیستم اندازه گیری پورتال در تشخیص یونهایی است که در اثر متقابل ذرات آلفا با محیط هوا اتفاق می-افتد.

اسپینل و همکاران[10] به کالیبراسیون سنسورهای کم هزینه موجود برای کنترل کیفیت هوا در یک منطقه نیمه روستایی در ایتالیا، با استفاده از سنسورهای هواشناسی - دما، رطوبت نسبی، باد و فشار - جهت اندازهگیری آنالیزرها پرداختند. آنها سنسورها را به سه روش خطیساده، خطیچندمتغییره و شبکهعصبی کالیبره و انتخاب کردند که نتایج نشان میدهد، تردیدی در اندازهگیریهای روش خطی و چند منظوره وجود دارد ولی در روش شبکه عصبی به اطلاعات پایه برای کالیبراسیون احتیاج است که نزدیکترین نتایج بین دادهای پایه و اندازهگیری شده را نشان میدهد.

ژون و همکاران[11] آمادهسازی گرافن به عنوان یک ماده تمیز کننده فیلتر هوا، آنها در این آزمایش 5 گرم پودر گرافیت، 2/5 گرم سدیم نیترات و 100 میلیلیتر اسید سولفوریک غلیظ را به یک بشر اضافه کردند و بعد از همزدن، این محلول را به مدت 2 ساعت در یک حمام یخ قرار دادند. سپس 15 گرم پتاسیم پرمنگنات را به آرامی اضافه کرده و در دمای 20 درجه سانتیگراد قرار داده سپس به مدت یک ساعت در دمای 35 درجه نیز حرارت دادند، بعد از آن 230 میلیلیتر آبمقطر را به آرامی به محلول اضافه کردند و محلول را به مدت 30 دقیقه تا 98 درجه گرم کردند، سپس 500 میلیلیتر آبمقطر و 5 میلیلیتر آباکسیژنه اضافه کردند، این گرافن در تصفیه هوا تأثیر به سزایی دارد و باعث کاهش آلودگی هوا میشود.

یو و همکاران[12] به تجزیه و تحلیل غلظت آلایندهها در اتاق تهویه هوا با انواع مختلف هوا سازها پرداختند، در این مقاله به شبیهسازی سه نوع مختلف تهویه مطبوع، سه حجم مختلف هوا و سه غلظت متفاوت آلاینده و غلظت آلایندههای داخل ساختمان به روشهای مختلف و قدرت انتشار آلایندههای مختلف هوا پرداختند. مقایسه نتایج نشان میدهد که زمانیکه که هوا در اتاق در جریان باشد، اثر ضدعفونی کننده بهتری نسبت به دو نوع دیگر از منابع هوا دارد. افزایش مقدار هوای تازه میتواند به طور قابل توجهی غلظت آلودگیهای داخلی را کاهش دهد، بنابراین آلودگی هوا را کاهش میدهد.