بخشی از مقاله
طراحی سیستم غشایی مناسب جهت پالایش هوای غبارآلود
چکیده
چندین دهه است که مسئله آلودگی هوا به ویژه پدیده گرد و غبار و در پی آن بحران سندرم ساختمان یکی از موضوعات مهم و حتی نگران کننده، در سطح داخلی، منطقهای و بینالمللی به شمار میآید. با توجه به پیامد های زیان بار ذرات گرد و غبار، لزوم بررسی و سپس طراحی سیستم های مناسب جهت پالایش هوا در داخل ساختمان ها که افراد اکثریت وقت خود را در آن میگذرانند ، مشهود است. این مقاله ضمن اشاره به منابع ایجاد ریزگردها که منجر به افت کیفیت هوا در ساختمانها می شود، بر نقش سیستمهای تهویه مطبوع به عنوان مهمترین روش کنترل کیفیت هوای داخل ساختمانها تاکید کرده و با طراحی سیستم پالایش هوای سازگار با شرایط اقلیمی خاص کشور مشکلات زیست محیطی ذکر شده در بحث هوای غبارآلود داخل ساختمان ها را مرتفع می کند. نتایج حاصله نشان می دهد سیستم طراحی شده که بدون تغییر در ساختار اصلی ساختمان ها ، هوای تصفیه شده محیط بیرون را به داخل ساختمان ها هدایت میکند؛ راهکاری مناسب و کاربردی جهت رفع اثرات سندرم ساختمان است.
کلمات کلیدی: پدیده ریزگرد ها، سندرم ساختمان، تهویه مطبوع، پالایش هوا، غشاء پلیمری
1 مقدمه
یکی از بارز ترین آلوده کننده های هوایی، ذرات ریز گرد و غبار می باشند. چندین دهه است که مسائل آلودگی به ویژه پدیده گرد و غبار و انهدام محیطزیست یکی از موضوعات مهم و حتی نگران کننده، در سطح داخلی، منطقهای و بینالمللی به شمار میآید. ایران و سایر کشورهای این منطقه در عرضهای میانی کره زمین قرار دارند که از نظر اقلیمی به مناطق خشک و نیمه خشک شناخته می شوند. در این منطقه رخداد پدیده گرد و غبار امری طبیعی بوده و در بخشی از فصول سال شاهد رخداد این پدیده می باشیم؛ ولی در یک دهه گذشته، منطقه شاهد افزایش پدیده گرد و غبار می باشد. در 5 سال اخیر گرد و غبار غلیظی در بیش از 20 استان کشور واقع در قسمتهایی از نواحی شمال غرب، غرب، جنوب غرب ، جنوب، و بخش هایی از نواحی مرکز کشور را فرا گرفته است، به طوری که شهرهای بسیاری از استانهای کشور از جمله خوزستان، بوشهر، لرستان، کردستان ،ایلام،کهگیلویه و بویراحمد، فارس، کرمانشاه، تهران ،آذربایجان غربی، آذربایجان شرقی، و ... در هالهای از گرد و غبار فرو رفته و آسمان آبی این مناطق پوشیده از ذرات معلق در هوا شده است؛ البته لازم به ذکر است منشأ این گرد و غبار در تعدادی کانون محدود در منطقه می باشد، ولی چندین کشور را
تحت تأثیر خود قرار می دهد. لذا فقط کشور و مردم ما تحت تاثیر این شرایط نامطلوب نبوده و سایر کشورهای منطقه به خصوص سوریه و عراق هم در شرایط سخت تری متأثر از این توفان ها می باشند.
با توجه به نکات مذکور و نشأت گرفتن توفان های گرد و خاک از کشور های عراق و عربستان و با توجه به نابسامانی کشور عراق،پدیده ریزگردها در جنوب غربی کشور که اخیرا به پایتخت هم رسیده است ، می تواند بسیار خطرناک و برای سلامتی هموطنانمان بسیار مضر باشد. مطالعات انجام شده نشان می دهد که توفانهای گرد و غبار باعث افزایش %1.7 مرگ و میر می گردد.(1،(2
سازمان جهانیبهداشت1 برآورد نموده است که سالیانه 50000 نفر بر اثر مواجهه با ذرات معلق موجود در هوا دچار مرگ زودرس می شوند. ذرات گرد و غبار با توجه به تصاویر میکروسکوپی توزیع نسبتا گسترده ای از 2 میکرومتر تا حدود 50 میکرومتر را داراست. ذرات با اندازه 2.5 میکرومتر و
کمتر( (PM2.5 به صورت جدی بر سلامت تاثیر گذاشته؛ در مواجه های طولانی مدت باعث افزایش6 درصدی مرگ و میر به ازای افزایش هر10 µg/m3 در غلظت آن می شود. به ازای همین میزان افزایش؛ بیماریهای قلبی - عروقی به میزان %12 و سرطان ریه نیز به میزان %14 افزایش می یابد.((3 بیماری های ریوی و تنفسی که به شکل ساده خود می توانند به صورت خارش ، سوزش،آب ریزش و افزایش حساسیت های ناحیه چشم و همچنین در ناحیه بینی ، حلق و گلو افزایش ترشحات دستگاه تنفسی فوقانی ظاهر شوند. پژوهش ها همچنین نشان می دهند استنشاق هوای آلوده به ذرات معلق و گردوغبار باعث نفوذ این هوا به کیسه های هوایی شده ، بی نظمی ضربان قلب (آریتمی ) ، سردردهای شدید و مزمن ، حساسیت های شدید ، ضعف در بینایی و بیماری های پوستی را ایجاد می کند. حائز اهمیت است گروههایی که بیشتر در معرض خطرات پدیده گرد و غبار هستند شامل کودکان زیر 7 سال، افراد مسن، مبتلایان به بیماری آسم و افراد با بیماریهای قلبی و دیابتی میباشند.
امروزه در مناطق شهری ، افراد 90-80 درصد اوقات خود را در داخل ساختمانها در حالیکه مشغول انجام فعالیتهای مختلفی هستند ، سپری می نمایند؛ بنابراین در وضعیت حاد
سندرم ساختمان ناشی از ریزگرد ها افراد با سیستم دفاعی ضعیف تر ، می توانند به بیماری های مزمن ریوی دچار شوند.3
گرد و غبار با توجه به اولا جابه جایی های افقی فراوان که تا کیلومتر ها هم ادامه پیدا می کند و ثانیا اینکه هر گرم از خاک بیابانی حاوی 107 باکتر ی با تنوع 10000 نوع باکتری گوناگون و 106 قارچ است، می تواند عامل ایجاد یا انتقال انواع بیماری های باکتریایی یا ویروسی گردد. همچنین از مهمترین اثراتی که گرد و غبار بر روی محیط دارد اثر آن بر محیطهای مرطوب است. از این اثرات میتوان به ایجاد کدورت، ایجاد بوی نامطبوع، افزایش میزان EC2 آب اشاره کرد. تحقیقات اخیر نشانگر حضور آئروسل های زیستی و میکروبهای آلی در پدیده گرد و غبار میباشند. مقادیر بالایی از آسپرژیلوس، آئروباسیدیوم و کاتومیوم در خلال پدیده گرد و غبار مشاهده شده است. در پارهای موارد نیز انواع قارچها مانند بوتریسپوریوم رینوکلاریلاو تریکوتسیوم نیز قابل مشاهده است.((2
با توجه به تمامی موارد فوق و با در نظر گرفتن این واقعیت ها که ما همچنان پدیده گرد و غبار را تجربه خواهیم نمود، مخارج درمان و هزینه هایی که مسئله سندرم ساختمان به مردم متحمل می کند و هزینه هایی که باعث افزایش بودجه لازم خدمات درمانی دولت می افزاید ، همه و همه این مطلب را تداعی می کنند که تدبیر راهکاری کاربردی و فراگیر جهت رفع این بحران امری ضروری است. اکثر مردم از اثرات سندرم ساختمان بیمار نظیر خوابآلودگی، سردردهای مکرر، تحریک چشم و خستگی آگاه هستند. از طرف دیگر، بیماری مربوط به ساختمان (بی. آر. آی)، یک بیماری قابل تشخیص است که میتوان نشانههای آن را شناسائی کرده و مستقیماً به عوامل محیطی موجود در هوا نسبت داد. بیماری لژیونر، تب پونتیاک و تب ناشی از رطوبتزن توسط مسئولین پزشکی گزارش شده است.((1
با توجه به پیامد های زیان بار ذرات گرد و غبار ، لزوم بررسی و سپس طراحی سیستم های مناسب جهت پالایش هوا در داخل ساختمان ها که افراد اکثریت وقت خود را در آن میگذرانند ، مشهود است. با در نظر گرفتن راه های گوناگون جهت پالایش هوای غبارآلود ، فیلتراسیون به عنوان راهکاری اقتصادی مورد توجه قرار می گیرد. بنابراین با در نظر گرفتن گستره ی توزیع
ریزگرد ها؛ لزوم فیلتر کردن ذرات غبار 1میکرومتر با احتساب ضریب اطمینان برای سلامت مردم ضروری است .
فناوری غشایی تکنولوژی پاک و نوین در صنعت پاکسازی هوا می باشد که در طی چند سال اخیر استفاده از غشاهای پلیمری پیشرفت های چشمگیری در صنعت فیلتراسیون داشته اند به گونه ای که با تلاش های پژوهشگران، تکنولوژی ساخت غشاهای تخت متخلخل ممکن شده است.((4 بنابراین با غنیمت شمردن این امتیاز می توانیم سیستم پالایش هوای غبارآلود با تکنولوژی غشا پلیمری را به صورت خود کفا عملی کنیم.
در این مقاله با طراحی سیستم تهویه هوای مطبوع با رویکردی جدید در بخش فیلتراسیون یعنی حضور تکنولوژی غشا پلیمری متخلخل ، مشکلات ذکر شده در بحث هوای غبارآلود و خسارات ناشی از اثرات آن مرتفع می شود.
1 بدنه اصلی مقاله
1-2انتخاب غشاء مناسب
این مقاله به معرفی طراحی دستگاه پالایش هوای غبارآلود به عنوان یک اختراع ثبت شده((5 می پردازد که با توجه به اینکه استان های مختلفی در کشور با بحران ریزگردها مواجه هستند، لزوم انتخاب فیلتری سازگار با اقلیم های متفاوت محسوس است. بنابراین استفاده از فناوری غشایی راهکاری مؤثر برای کاربردی شدن این دستگاه در تمامی مناطق کشور می باشد که در این طراحی به عنوان تکنیکی نوین لحاظ شده است.
فیلتر های غشایی بایستی نظر شیمیایی مقاوم باشد و از نظر فیزیکی به قدر کافی در برابر شرایط فرآوری مقاومت کند، به سادگی مسدود نشود، امکان تخلیه تمیز و کامل کیک تشکیل شده را دارا باشد و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد.
این مقاله با معرفی غشاء پلیمری متخلخل به عنوان فیلتری نوین جهت فیلتراسیون با ویژگی های منحصر به فرد از جمله طول عمر بالا و پاک سازی آسان به کمک آب، این مشکل را حل کرده و آسان بودن استفاده از آن را برای کاربران مهیا می سازد. از جمله خصوصیات غشا پلیمری که آن را از دیگر گزینه ها متمایز می کند شامل نرخ عبور هوادهی بالا و افت فشار پایین که باعث کاهش انرژی مصرفی می شود. در شهرهای بزرگ وجود آلاینده های شیمایی و ترکیب شدن آنها با ریزگرد ها سبب کاهش عمر مفید فیلترهای هوا می شود،
استفاده از غشاء پلیمری با مقاوت شیمیایی بالا یکی دیگر از محاسن این فیلتر غشایی به شمار می آید. نوعی از تقسیم بندی های فیلتر های غشایی بر اساس میزان بازدهی آنها می باشد (بازدهی پایین ، بازدهی متوسط ، بازدهی بالا ، بازدهی بسیار بالا ) که غشاهای پلیمری با تخلخل متوسط 0.5 میکرون در گروه فیلتر هایی با بازدهی 99.99 درصد قرار می گیرد.(9،8،7،(6به دلیل گوناگونی شرایط آب و هوایی کشور خصوصیت "آب گریزی " غشا، این امکان را فراهم می کند تا محدودیتی برای استفاده از سیستم تصفیه هوای غبارآلود توسط تکنولوژی غشا در شرایط آب و هوایی متفاوت نظیر مرطوب ، معتدل و خشک نداشته باشیم. با توجه به آنالیز های انجام شده ذرات گرد و غبار موجود در هوا، دارای اندازه هایی در محدوده 2 تا 50 میکرون می باشند((PM2.5 ، با این تفاسیر، غشا پلیمری با تخلخل متوسط 0.5 میکرون قابلیت جذب حداکثری ریزگرد ها را داراست.
با توجه به بررسی های انجام شده فیلترها با ساختار چین خورده3 بهترین ساختار را برای فرآیند فیلتراسیون ایجاد می کنند. البته بهینه کردن و طراحی این چین خورده ها امری است که توجه به آن ضروری است. پانل فیلترهای تاخورده در صنایع گوناگونی مانند فیلتراسیون هوا در داروسازی و در اتاق تمیزها غیره کاربرد دارند.
فیلتر تاخورده فشردهتر و دارای مساحت فیلتراسیونی بیش از برگههای تخت است.با کاهش سرعت روی سطح مدیا و به دلیل افزایش مساحت فیلتراسیون ، بازده مجموعه فیلتر تاخورده بالاتر میرود و افت فشارش نیز کاهش مییابد. که نتیجتاً منجر به بهتر شدن پاکسازی فضا با هزینه عملیاتی کمتر خواهد شد. در واقع چین دادن مدیا باعث افزایش سطح موثر فیلتر و کاهش افت فشار می شود،در نتیجه چین دادن عمر فیلتر را بهینه می کند و به تصفیه ذرات معلق با دانسیته بالا و جریان هوا کمک می کند. پارامترهای بهینه سازی شامل تعداد تاها، ارتفاع تا، شکل تا و ویژگیهای مدیای فیلتر است.(12،11،(10
جریان ورودی بالادستی به طور موازی با جهت تاها حرکت میکند و سپس با عبور از فیلتر به جریان پاییندستی میرسد. افت فشار کلی در فیلترهای تاخورده نتیجه ادغام جریان در منطقه بالادستی ، نیروی مقاوم ویسکوز بین سیال و سطح متخلخل در هر دو کانال جریان بالادستی و پاییندستی، افت فشار از میان بستر فیلتر و انبساط جریان در منطقه پایین دستی،
