منشا یابی ذرات معلق کوچکتر از ۲.۵ میکرون در شهر تهران

مقدمه و اهمیت موضوع:

ذرات معلق یا همان ریزگرد ها، مجموعه تمامی جامدات و مایعات معلق در هوا می باشد. این ذرات به طور مستقیم توسط منابع طبیعی (آتشفشان ها، طوفان های شن و ماسه و آتشسوزی در جنگل ها و مراتع و…) و یا صنایع ساخت بشر (دود خروجی از اگزوز اتومبیل ها و دود حاصل از سوخت کارخانه ها و نیروگاه ها و…) وارد هوا می شوند و یا در هوا در اثر ترکیب با مولکول‌های موجود در هوا بوجود می آیند.

شهر تهران با جمعیت ساکنی در حدود 8 میلیون نفر از نظر آلودگی هوا در میان بحرانی ترین کلانشهرهای دنیا قرار دارد. براساس اطلاعات موجود، درحال حاضر یکی از مهمترین آلاینده های هوا در شهر تهران از نظر ایجاد وضعیت ناسالم کیفیت هوا، ذرات معلق و مخصوصاً ذرات معلق کوچکتر از ۲.۵ میکرون می‌باشند. اندازه گیریهای انجام شده نشان داد که در سال 1391 حدود 338 روز متوسط غلظت 24 ساعته ذرات معلق کوچکتر از ۲.۵ میکرون در شهر تهران از حد استاندارد ملی (مصوب 1388) و رهنمود سازمان جهانی بهداشت (WHO: World Health Organization) بالاتر بوده است.

ذرات معلق آلاینده هوا در شهر تهران از منابع مختلفی منتشر می‌شوند که شناسایی آن ها و برآورد سهم هر منبع انتشار، کمک شایانی به مدیران جهت تصمیم گیری و تدوین راهکار های کنترلی خواهد داشت، چراکه با تعیین سهم منابع می‌توان تمرکز بیشتری بر روی مدیریت و کنترل منابع عمده و اصلی انتشار داشت. به‌عبارت دیگر اولین قدم در مدیریت مسئله آلودگی هوا شهر تهران، تعیین سهم منبع انتشار آلاینده‌ها می‌باشد. به‌منظور توسعه و اجرای سیاست‌های کنترلی ذرات معلق هوا و همچنین محافظت از سلامت افراد جامعه در مواجهه با ذرات معلق هوا، آگاهی از میزان سهم منابع اصلی انتشار آلاینده‌های هوا بسیار ضروری است. بطور کلی منابع عمده تولید ذرات معلق کوچکتر از ۲.۵ میکرون در شهرها شامل احتراق مواد سوختی، وسایل نقلیه، پخت و پز، استعمال دخانیات و گردوغبار می باشد.

اولین مطالعات در این زمینه به سال 1375 و کار گروه ژاپنی جایکا بر می گردد که در پروزه “طرح جامع بررسی آلودگی هوای تهران بزرگ ” انجام گرفت و پس از آن جسته و گریخته کارهایی در بعضی از دانشگاه های کشور انجام گرفته است. با توجه به اهمیت تعیین سهم انواع منابع انتشار ذرات معلق، پروژه منشاء یابی ذرات معلق زیر 2.5 میکرون هوای تهران در سال 1393 با مشارکت دانشکده مهندسی عمران دانشگاه صنعتی شریف و دانشکده مهندسی عمران دانشگاه ویسکانسین-مدیسون آمریکا تعریف و عملیاتی گردید.

روش انجام کار:

تئوری انجام کار:

به منظور برآورد سهم انواع منابع تولید کننده ذرات معلق از دو روش مختلف استفاده می شود. روش اول عبارت است از تهیه فهرست انتشار که در این روش، میزان انتشار از تک تک منابع تولید کننده آلاینده بر حسب میزان نرخ فعالیت و ضریب انتشار منبع تولید کننده آلاینده محاسبه شده در نهایت سهم انواع تولید کننده های آلاینده برآورد می گردد. در روش دوم با استفاده از اندازه گیری ترکیبات شیمیایی موجود در نمونه های ذرات معلق جمع آوری شده، امکان برآورد سهم منابع آلاینده فرآهم می شود. به واقع مواد زیادی هستند که به عنوان ردیاب در سهم بندی منابع یاد می شود با توجه به اطلاعات سهم انواع منابع انتشار در تولید انواع ترکیبات شیمیایی و استفاده از روشهای آماری، امکان برآورد سهم انواع منابع انتشار در تولید ذرات معلق فراهم می گردد. مدلهای ریاضی مختلفی در این ارتباط وجود دارد که مهمترین آنها مدل موازنه جرمی موارد شیمیایی (Chemical Mass Balance) است.

عملیات اجرایی:

برای اطلاع از وضعیت آلاینده ذرات معلق کوچکتر از ۲.۵ میکرون و شناسایی منابع آن در شهر تهران می بایست ایستگاه های مختلفی را در شهر تهران انتخاب گردید به طوریکه تمامی منابع محتمل تولید این آلاینده را در بر بگیرید. بدین منظور در فاز اول پروژه تنها از دانشگاه صنعتی شریف به عنوان محل نمونه برداری و سپس در فاز دوم چهار ایستگاه (ایستگاه محلاتی-ایستگاه صنعتی شریف- ایستگاه تهرانسر- ایستگاه شهریار) در چهار نقطه مکانی مختلف در شهر تهران بهره برداری گردید. شکل 1 موقعیت مکانی این ایستگاه ها را نشان می دهد.

شکل 1. موقعیت ایستگاه های مورد بررسی

همچنین جهت نمونه برداری از ذرات معلق در چهار ایستگاه شریف، محلاتی، تهرانسر و شهریار از دستگاه های نمونه برداری ذرات معلق و فیلتر های تفلون و کوآرتز استفاده شد.

شکل 2 : فیلترها قبل و بعد از نمونه برداری از ذرات هوا

فیلتر های نمونه برداری که از دو جنس تفلون و کوارتز بوده و طی یک دوره یکساله با فاصله زمانی هر شش روز یکبار در دو دستگاه های نمونه گیر حجم کوچک به مدت 24 ساعت قرار داده گرفته شد. در نهایت فیلتر ها جمع آوری و به آزمایشگاه شیمی تجزیه جهت آنالیز تمامی عناصر فلزی، غیر فلزی، کاتیونها، آنیونها و کربنهای آلی و معدنی ارسال گردید.

شکل 3. تصویر دستگاه های نمونه برداری

نتایج :

بر اساس نتایج بدست آمده از سهم بندی منابع موارد ذیل قابل ذکر است:

یک از مهمترین عنار تشکیل دهنده ذرات معلق هوا، کربن است. به واقع بخش کربن دار ذرات معلق به عنوان یکی از زیان بارترین ترکیبات موجود در ذرات معلق از نظر تاثیر بر سلامتی به شمار می رود. این بخش به طور کلی به دو قسمت کربن آلی (OC) و کربن معدنی (EC) تقسیم بندی می شود. کربن آلی شامل عناصری همچون هیدروکربنها حلقوی(PAHs)، آلکانها، اسیدهای آلی، هوپین ها و استرین ها می گردد و منبع آنها وسایل نقلیه بنزینی و دیزلی، احتراق سوخت های فسیلی، احتراق چوب، تجزیه گیایهان و واکنشهای فوتوشیمیای است از سوی دیگر کربن معدنی به دوده اطلاق می گردد که مهمترین منبع آن احتراق ناقص سوخت های فسیلی وسایل نقلیه بنزینی و دیزلی است. از آنجائیکه کربن معدنی عمدتا از احتراق سوخت های فسیلی وسایل نقلیه تولید می شود لذا با استفاده از نسبت غلظت کربن آلی به کربن معدنی می توان دریافت که منشاء ذرات بیشتر از چه منابعی است.

در نمودار شماره -1 مقادیر بدست آمده برای نسبت OC/EC در هوای تهران به همراه خطوط حاصل برای منابع انتشار نشان داده شده است. با استناد به پراکندگی نقاط در میان این خطوط مشاهده می گردد که بیشتر نقاط مربوط به OC/EC هوای تهران به سمت وسایل نقلیه بنزینی و پس از آن وسایل نقلیه دیزلی و کربن ثانویه متمایل است.

نمودار 1- تخمین منابع مهم انتشار EC و OC به کمک نسبت OC/EC

همچنین با توجه به نتایج مدل ریاضی CMB مشاهده می شود که وسایل نقلیه دیزلی، احتراق گاز طبیعی، احتراق بیومس و ذرات ریز ناشی از تجزیه گیاهان، مهم ترین منابع انتشار OC در هوای تهران را تشکیل می دهند. همانطور که ملاحظه می گردد وسایل نقلیه بنزینی و دیزلی در مجموع بخش عظمی از OC (کربن آلی) را تشکیل می دهد.

نمودار شماره2: درصد مشارکت منابع مختلف انتشار OC از مدل MM-CMB

نمودارهای شماره 3 نشان دهنده سهم بندی منابع انتشار OC در ماههای مختلف سال است.

بر اساس این نمودارها ملاحظه می گردد که مشارکت وسایل نقلیه بنزینی در ماه های سرد سال بیشتر از ماه های گرم است. تمایل کمتر به استفاده از وسایل نقلیه عمومی و استفاده بیشتر از خودروهای شخصی در هوای سرد یکی از دلایل بالا بودن مشارکت این منابع در دماهای پایین تر است. این روند برای وسایل نقلیه دیزلی متفاوت است بطوریکه در ماه های گرم درصد مشارکت این منبع بیشتر از ماه های سرد سال است. به نظر می رسد علاوه بر وسایل نقلیه دیزلی در این منطقه وسایلی نظیر ژنراتورهای دیزلی به منظور تولید برق نیز مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین افزایش فعالیت های عمرانی در ماه های گرم سال می تواند موجب افزایش استفاده از وسایل نقلیه سنگین شود.

نمودار شماره 3 : نتایج حاصل از مدل MM-CMB برای درصد مشارکت منابع انتشار OC

همچنین نمودار شماره 4 نمایش دهنده سهم بندی منابع تولید کننده الاینده ذرات کوچکتر از ۲.۵ میکرون در شهر تهران در ماههای مختلف سال نمایش می دهد.

نمودار شماره 4- سهم بندی منابع انتشار ذرات کوچکتر از ۲.۵ میکرون در شهر تهران

بر این اساس مشاهده می گردد که ذرات گرد و غبار، سولفات و وسایل نقلیه بنزینی بیشترین سهم را در انتشار ذرات معلق در هوای تهران دارند. پس از آن ها وسایل نقلیه دیزلی، آمونیوم، ذرات ناشی از تجزیه گیاهان، نیترات و احتراق بیومس رده های بعدی انتشار ذرات معلق ریز را به خود اختصاص داده اند. احتراق گاز طبیعی نیز با درصد انتشار کمتر از یک، سهم قابل اغماضی در انتشار این ذرات به اتمسفر دارد.

در پایان می توان گفت بر اساس نتایج بدست آمده از سهم بندی منابع توسط مدل موازنه جرمی عناصر شیمیایی ملاحظه می گردد که وسایل نقلیه بنزینی و دیزلی در مجموع 41.7 ± 23.23 درصد از کل ذرات معلق کوچکتر از ۲.۵ میکرون منتشر شده در هوای شهر تهران را تشکیل داده و مهمترین منبع انتشار ذرات معلق به شمار می روند.

نظر دهید