آخرین فناوری‌ها برای مقابله با آلودگی هوا

بیشتر آلاینده‌های هوا از فرآیندهای احتراق نشات می‌گیرند. استفاده فزاینده از سوخت‌های فسیلی که در اوایل قرن نوزدهم و به دنبال وقوع انقلاب صنعتی آغاز شد، شدت و تکرار دوره‌های آلودگی هوا را تشدید کرد. ظهور منابع متحرک آلودگی هوا یعنی وسایل نقلیه بنزینی، تأثیری شگرف در تشدید مشکلات مربوط به کیفیت هوا در شهرها گذاشت.

کنترل آلودگی هوا به مجموعه روش‌های به کار رفته در کاهش یا حذف انتشار موادی که ممکن است به محیط زیست و سلامت انسان آسیب بزند، اطلاق می‌شود.

تمرکز اصلی تلاش‌ها برای مهار آلودگی هوا در کشورهای صنعتی همواره بر محافظت از کیفیت هوا در محیط یا فضای باز بوده است. این کار شامل کنترل تعدادی از آلاینده‌های معیار خاص است که در ایجاد دود در شهر و بروز بیماری‌های مزمن بین مردم دست دارند.

آلاینده‌های معیار شامل ذرات معلق، مونوکسید کربن، دی اکسید گوگرد، دی‌اکسید نیتروژن، اُزُن و سرب هستند. از اواخر قرن بیستم، اثرات خطرناک گروه دیگری از آلاینده‌های هوا موسوم به "ذرات سمی هوا" (air toxics) نیز محرز شد. بیشتر ذرات سمی هوا مواد شیمیایی آلی شامل مولکول‌های حاوی کربن، هیدروژن و سایر اتم‌ها هستند.

بدون تردید، بهترین راه برای محافظت از کیفیت هوا کاهش انتشار این آلاینده‌ها با روی آوردن به سوخت‌ها و فرآیندهای پاک‌تر و یا استفاده از سیستم کنترل انتشار (Emission control system) در خودروها و دیگر منابع متحرک آلودگی هوا است. اما آلاینده‌هایی که به این روش از بین نمی‌روند، باید توسط دستگاه‌های تمیز کننده هوای مناسب به محض تولید و پیش از ورود به جو، جمع‌آوری شده و یا به دام انداخته شوند.

ذرات معلق را می‌توان با استفاده از طیف گوناگونی از فرآیندهای فیزیکی از جریان هوای آلوده خارج کرد. از جمله فناوری‌های مرسومی که در دنیا برای جمع آوری این ذرات ریز مورد استفاده قرار می‌گیرند، می‌توان به سیکلون‌ها، اسکرابرها، رسوب دهنده های الکترواستاتیکی و فیلترهای کیسه‌ای اشاره کرد. پس از جمع آوری، این ذرات به یکدیگر چسبیده و توده‌هایی را تشکیل می‌دهند که به راحتی می توان آن را از دستگاه مربوطه جدا و معمولاً در محل‌های دفن زباله دفع کرد.

پروژه مهار آلودگی هوا در نقاط مختلف جهان متفاوت است و بنابراین سیستم‌های کنترلی باید با توجه به شرایط و مولفه‌های موجود طراحی شوند. در یک شِمای کلی، سیکلون‌ها اغلب برای کنترل انتشار گرد و غبار صنعتی و به عنوان پیش تمیز کننده برای دیگر دستگاه‌های جمع آوری ذرات معلق، مورد استفاده قرار می‌گیرند. از اسکرابرهای مرطوب نیز معمولا در کنترل گرد و غبارهای قابل اشتعال یا انفجار و مه ایجاد شده ناشی از پردازش‌های صنعتی و شیمیایی و سوزاندن پسماندهای خطرناک، استفاده می‌شود. رسوب دهنده‌های الکترواستاتیکی و فیلترهای کیسه‌ای نیز اغلب در نیروگاه‌ها به کار گرفته می‌شوند.

سیکلون‌ها (Cyclones)

سیکلون از طریق عبور دادن جریان هوای آلوده از مسیری مارپیچ در داخل یک محفظه استوانه‌ای، ذرات ریز و معلق را از آن جدا می‌کند. هوای آلوده در جهت مماس با دیوار خارجی دستگاه وارد این محفظه می‌شود و با چرخیدن در داخل آن گردباد ایجاد می‌کند. ذرات معلق بزرگتر به خاطر اینرسی بیشتر به بیرون گردباد و به سمت دیواره محفظه رانده می‌شوند. اصطکاک با سطح دیوار از سرعت حرکت این ذرات کاسته و آن‌ها را به درون یک غبارگیر مخروطی شکل در بخش تحتانی سیکلون می‌کشاند. در ادامه، هوای تمیز در یک مارپیچ باریک‌تر در دل یک سیلندر داخلی به سمت بالا حرکت کرده و از یک خروجی در بالای صفحه بیرون می‌آید. ذرات گرد و غبار جمع شده به صورت دوره‌ای از داخل قیف خارج و دفع می‌شوند.

کارکرد سیکلون‌ها در از بین بردن ذرات آلاینده نسبتاً درشت است. این دستگاه‌ها می‌توانند ذرات بزرگ‌تر از حدود ۲۰ میکرومتر را با راندمان نود درصدی از بین ببرند. اما این فناوری به تنهایی برای دستیابی به استانداردهای دقیق کیفیت هوا کافی نیست و معمولا از آن به عنوان یک پیش تمیز کننده استفاده می‌شود و در مرحله بعد تجهیزات کارآمدتر چون رسوب دهنده‌های الکترواستاتیکی وفیلترهای کیسه‌ای به کار گرفته می‌شوند.

اسکرابرهای مرطوب با اسپری مستقیم آب یا یک مایع دیگر، ذرات معلق را به دام می‌اندازند. یک اسکرابر در واقع با ایجاد برخورد میان ذرات معلق و قطرات بی‌شمار ریز در اسپری، این ذرات را از جریان هوای کثیف می‌شوید.

انواع بسیار گوناگونی از اسکرابرهای مرطوب وجود دارد که یا به صورت تجاری موجود می باشند و یا قابل سفارش هستند. در حالی که همه ی اسکرابرهای مرطوب تا حدودی شبیه هم هستند، روش‌های مختلفی برای استفاده از مایع برای جمع آوری ذرات وجود دارد. اسکرابرهای مرطوب معمولا طبق روشی که باعث تماس گاز و مایع می‌شود، طبقه بندی می‌شوند که از آن جمله می‌توان به برج‌های اسپری، اسکرابرهای بستر آکنده، اتوماتیک، ونتوری، تراکمی و شارژی اشاره کرد.

ابزار غالب برای گیر انداختن ذرات معلق در اغلب اسکرابرهای مرطوب، نهفتگی لختی ذرات معلق بر روی قطرات مایع می‌باشد. انتشار براونی نیز به جمع آوری ذرات می‌انجامد اما تأثیرات آن فقط برای ذرات با قطر تقریباً ۰.۱ میکرومتر یا کمتر، قابل توجه است. جداسازی مستقیم، مکانیسم جمع آوری دیگر اسکرابر می باشد. مکانیسم‌های جمع آوری کم‌اهمیت‌تر اسکرابر، از گرانش، الکترواستاتیک و چگالش استفاده می‌کنند.

رسوب‌دهنده‌های الکترواستاتیکی (Electrostatic precipitators)

رسوب‌دهی الکترواستاتیک یک روش مرسوم در از بین بردن ذرات ریز موجود در جریان هوا است.  در یک رسوب‌دهنده الکترواستاتیکی، ذرات معلق موجود در هوا پس از ورود به دستگاه از لحاظ الکتریکی باردار می‌شوند و سپس از طریق یک میدان الکتریکی حذف می‌شوند. دستگاه رسوب‌دهی شامل حایل و دیواره‌هایی برای توزیع جریان هوا، صفحات جاذب و الکترود تخلیه، یک سامانه گرد و غبارگیری و قیف‌هایی برای جمع آوری است. ولتاژی بالا از جریان مستقیم (DC) در حدود ۱۰۰۰۰۰ ولت، برای شارژ ذرات به الکترودهای تخلیه وارد می‌شود. این الکترودها سپس به صفحات جاذبی که بار مخالف دارند، جذب شده و بر روی آن‌ها به دام می‌افتند.

ذراتی که به صفحات جاذب می‌چسبند به صورت دوره‌ای با لرزاندن یا ضربه زدن به صفحات که معمولا با یک لایه ۶ میلی‌متری از گرد و غبار پوشیده می‌شوند، از بین می‌روند. این ذرات خارج شده در قیفی در بخش تحتانی دستگاه جمع آوری و از آن برای دفع تخلیه می‌شوند. یک رسوب‌دهنده الکترواستاتیک می تواند ذراتی به اندازه ۱ میکرومتر را با راندمان بالای ۹۹ درصد از بین ببرد.

یکی از کارآمدترین دستگاه‌ها برای از بین بردن ذرات معلق موجود در هوا، فیلترهای کیسه‌ای هستند. یک فیلتر کیسه‌ای معمولی شامل تعدادی کیسه باریک و آویخته است که هرکدام چیزی در حدود ۲۵ سانتی‌متر قطر دارند.  هوای آلوده از طریق فن‌هایی در پایین محوطه بزرگی که این کیسه‌ها در آن قرار گرفته‌اند به سمت بالا فرستاده می‌شود. ذرات معلق در کیسه‌های فیلتر به دام می‌افتند در حالی که هوای تمیز از داخل کیسه‌ها عبور کرده و از بالای فیلتر خارج می‌شود.

یک فیلتر کیسه‌ای گرد و غبار می‌تواند نزدیک به ۱۰۰ درصد ذراتی به کوچکی ۱ میکرومتر و بخش عمده‌ای از ذرات ۰.۰۱میکرومتری را از بین ببرد.

برای افزایش عمر مفید فیلترهای کیسه‌ای، هوایی که قرار است تصفیه شود باید قبل از ورود به دستگاه، معمولا تا دمای کمتر از ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد خنک شود.

فیلترهای کیسه‌ای در پایان کار با جداسازی لایه اضافی گرد و غبار، تمیز می‌شوند. این کار به چندین روش مختلف چون تکان دادن مکانیکی کیسه‌ها و یا معکوس کردن جریان هوا انجام می‌شود. گرد و غبار جمع‌آوری شده از فیلترها سپس به قیفی که در بخش تحتانی دستگاه تعبیه شده منتقل شده که از آن‌جا برای دفع برده می‌شوند.

آلودگی هوا این روزها به بلای جان بیشتر شهروندان ایرانی و به ویژه پایتخت نشینان تبدیل شده است. خوب است تا این بار با روی آوردن به فناوری‌های روز خود را برای مقابله با این معضل همیشگی تجهیز کنیم.