uomustansiriyah.edu.iq · Web viewأهم أكاسيد الكبريت SOx (حيث x=1,2,3) شيوعا هو ثاني أوكسيد الكبريت SO 2 ، صفاته غاز عديم اللون

Lectures on Air Pollutions I Prof Dr Monim H Al-Jiboori

Lectures on

Air Pollution I

References

1. Monim H Al-Jiboori: , الجوي الغالف 2015تلوث

2. Seinfeld J. H. and Pandis S. N., Atmospheric Chemistry

and Physcis: from Air pollution to Climate Change, 3rd ed.,

John Wily and son, Inc., 2016, pp. 766-841.

3. Lazaridis, M., First Principles of Meteorology and Air

Pollution, Greece: Springer, 2011, p. 362.

4. Hemond, H. F. and Frechner-Levy E. J., Chemical fate and

transport in the environment, 2 nd edition ed., Academic

press, 2000, p. 290.

5. Tiwary A. and Colls J., Air pollution: Measurment,

modeling and mitigation, 3 rd eddition ed., Routledge,

2010, p. 140.

1


1 Air pollution definition:

هو أحد أنواع التلوث البيئي - يعني وجود ملوث��ات أو م��واد غ��ير مرغوب فيها في اله��واء النقي، اذا م��ا زادت كمياته��ا عن الح��دود العظمى المسموح بها ستسبب تأثيرات مؤذية. هذه الت��أثيرات لم تنحصر على صحة البشر فقط بل تعدت الى منشآت بيئية أخ��رى مثل الغط��اء النب��اتي والحيوان��ات وغيره��ا. فض��ال عن تغ��ير أل��وان الطبيعة مثل لون األحمر المصفر لج��و الم��دن الحض��رية أو الج��و

الضبابي او روائح غير مرغوب فيها.

2 Natural air compositions مكونات الهواء الطبيعي يتكون الهواء الطبيعي )غير الملوث( الذي تتركز معظم كثافته عند قاع الغالف الجوي من خليط من الغازات التي تتميز بأن له��ا معدالت نس��ب ثابت��ة تقريب��ا عن��د أي من االرتفاع��ات العمودي��ة أو

أدناه يبين1.1المسافات األفقية وعند االزمنة المختلفة. الجدول نسب الغ��ازات الموج��ودة بتراك��يز لم تتغ��ير خالل عم��ر البش��رية على الرغم من ح��دوث بعض الظ��واهر الطبيعي��ة مث��ل انفج��ارات البراكين وحرائق الغابات نتيجة البرق. فعن��د تج��اوز ه��ذه النس��ب

يعني حدوث خلل في الهواء وبالتالي حدوث تلوث للهواء.

التركيز ) الوزن النسبةالصيغالمكون2


(ppmالجزيئيالحجميةةN278.0828.02النتروجين

O220.9532.04األوكسجينAr0.93439.88اآلرگونNe0.001820.0018.18النيونHe0.000524.005240هيليومKr0.000183.71140كربتون

Xe0.000008131.387اكسنون كبريتيد

الهيدروجينH2S0.00000002

أوكسيد ثانيالكربون

CO20.03244.01358000

CH40.000151720الميثانH20.000052.00500هيدروجين

النتروز N2O-44.04312أوكسيدO30.0002 - 048.0610 – 50االوزون

الماء – H2O0.05بخار0.0001

18.000.004 – 4

أوكسيد ثانيالنتروجين

NO20.000000148.020.1 - 5

أوكسيد أولالكربون

CO0.000128.0050 – 150

NH30.00000060.1 – 10آمونياأوكسيد ثاني

الكبريتSO20.000000264.00.03 - 30

غبار ) 0.000001- جسيمات

3


وسخام(كلوروفلوروكربونا

تCFCs-0.00000002

3 Pollutants measure units وحدات قياس الملوثات

تقاس تراكيز الغازات عدا االوزون بوحدتين اساسيتين:

Volumetricاوال: حجمية

لتحديد نسبة الخلط بين حجم الغاز الملوث وحجم الهواء األصلي، أي بمع��نى نس��بة ع��دد جزيئ��ات الغ��از المل��وث الى الع��دد الكلي لجزيئات الهواء. ل��ذا تس��تخدم ثالث وح��دات ش��ائعة هي: أج��زاء

،ppmالغ��از لك��ل ملي��ون )يرم��ز له��ذه الوح��دة ( أو10-6 ،ppbتعطى باألجزاء لكل بليون )رمزها (، واخ��يرا ب��االجزاء10-9

،pptلكل تربليون )رمزها (. يفضل استخدامها عند دخ��ول10-12 الغاز الى مكان معين فالتأثيرات ربما تعتم��د بص��ورة رئيس��ة على

عدد المواقع الجزيئية المشغولة بجزيئات الغاز الملوث.

Gravimetricثانيا: كتلية

( ومن أب��رز ه��ذهg/m3لتحديد كتلة الم��ادة لوح��دة حجم اله��واء ) (. ويستحس��ن اس��تعمالهاµg/m3( أو )mg/m3الوحدات ش��يوعا )

عند استخالص تركيز غاز ما من المرش��ح المع��الج ألج��ل التحلي��ل4


الكيمي��ائي أو للت��أثيرات الص��حية المتعلق��ة بكتل��ة المل��وثالمستنشق.

للملوث��اتparticles/m3تستخدم أحيانا وبصورة مناسبة وحدات الجسيمية العالقة. وأحيانا يقاس تركيز الملوثات الجسيمية بوزنها

(.Tun/mile2( أو )mg/cm2على وحدة المساحة كأن تكون )

من الممكن تحويل الوحدات الحجمية الى الكتلية تحت ظروف ( )درجة حرارة الص��فر المئ��وي وض��غط ج��ويSTPالجو القياسية )واحد( بالعالقة:

CX (mgm3 )=C X (ppm )

22.4∗M X (1)

يمث��ل حجم م��ول واح��د من الغ��از النقي ي��زن كتل��ة22.4حيث موالرية نسبية عند الظروف الجوية القياسية. ام��ا عن��د الظ��روف غير القياسية )عن��د درج��ة ح��رارة ب��الكلفن والض��غط بالباس��كال(

فالتحويل يتم

CX (ppm )= R∗TP ¿MX

∗CX (μg/m3) (2)

بين��ما ت��قاس كم��ية األوزون في الغ��الف الج��ويOzoneف��ي الغال��ب بوف��رة ع��مود االوزون column

abundanceال��ذي ه��و جم��ع جمي��ع جزيئ��ات االوزون ف��وق – سنتميتر مربع من السطح بين سطح األرض وقمة الغالف الجوي.

5


نحص��ل على وف��رة العم��ود1016*2.7عند قسمة هذا العدد على الذي هو اسم العالم المكتشف)Dobson )DUبوحدات الدبسن

م لذلك؛1920لألوزون عام

1 DU = 2.7 * 1016 molecules of ozone/cm2

، الخ��ارجCO ما التركيز الكتلي لغاز اول اوكسيد الكربون، مثال: 28 ووزن��ه الجزي��ئي ppm 1.5من عادم الس��يارة ال��ذي ترك��يزه

P=1013.3تحت ظروف قياسية وغير قياسية )بض��غط Paودرج��ة (؟T=298 Kحرارة

( نحسب التركيز الكتلي على2( و)1من عالقة )الح��ل: الترتيب

CCO (mg /m3 )=CCO (ppm )

22.4∗MCO=

1.522.4

∗28=1.07mg /m3

CCO (μg/m3 )=P∗MCO

R∗T∗CCO (ppm )=1.0133∗105∗28

8.314∗298∗1.5

¿1717.8μg /m3

Homeworks:

: لم��اذا س��ميت غ��ازات الن��تروجين واالوكس��جين واآلرگون1سبالدائمية؟

6


اذا ك��ان ترك��يزهN2O لغ��از ppm: ما ه��و الترك��يز بوح��دات 2س1.25 µg/m3 في الجو؟

CO2 اذا ك��ان المل��وث غ��از mg/m3: ما هو التركيز بوحدات 3س

في الجو؟ppm 2.1( بتركيز 44)وزنه الجزيئي

4. Air pollutants

Air pollution sources تلوث مصادر الهواء

7


المصادر الطبيعية .Natural sources1

هي المصادر التي ال يكون لالنسان دخ��ل في إح��داث التل��وث،أي غير المتسببة بفعل األنشطة البشرية، وأهمها:

. البراكين:1 انفجار البراكين يبعث م��واد جس��يمية ص��لبة فض��ال عن غازات ملوثة مثل ثاني اوكسيد الكبريت وكبريتي��د الن��تروجين

والميثان وغيرها.

حرائ��ق الغاب��ات الناتج��ة والمتس��ببة بفع��ل ال��برق. الحرائق:2 تبعث كميات ضخمة من الملوثات بشكل دخ��ان وهي��دروكاربونات غ��ير محروق��ة وأول أوكس��يد الكرب��ون وث��اني أوكس��يد الكرب��ون

وأكاسيد النتروجين والرماد.

كتل��ة كب��يرة من اله��واء حامل��ة معه��ا. العواصAف الغباريAة:3 دق��ائق غباري��ة أو رملي��ة. ومن أهم تأثيراته��ا تعك��ر ص��فاء الج��و وبالتالي تقلي��ل م��دى الرؤي��ا األفقي��ة وحجب أش��عة الش��مس من

الوصول الى سطح االرض فضال عن اضرارها الصحية.

تطل��ق البح��ار باس��تمرار جزيئ��ات الهب��اء الى الغالف. البحار:4 الجوي على شكل جزيئات الملح المتناثرة بفعل االم��واج البحري��ة

والمد والجزر.

8


على ال��رغم من ان النبات��ات الخض��راء. النباتات واألشجار:5 الى األوكس��جين خالل عملي��ةCO2ت��ؤدي دورا مهم��ا في تحوي��ل

إنه��ا تع��د من المص��ادر الرئيس��ة ال��تركيب الض��وئي إال للهي��دروكربونات. وال يغيب عن بالن��ا حبيب��ات الطل��ع أو اللق��اح

Pollen grainsالعالقة في اله��واء وال��تي تنتق��ل في فص��ل الربي��ع بفع��ل الري��اح ألج��ل إخص��اب األزه��ار تس��بب ص��عوبات التنفس

وأمراض الحساسية.

تتميز هذه البحيرات بالتأثير. البحيرات المالحة والقاعدية:6 المحلي على البيئة. فالغازات الكبريتية المنبعثة في فص��ل الربي��ع

تكون ذات روائح قوية للغاية عند االقتراب من مصدرها.

.2 المصAAAAAAAAAAAAادر البشAAAAAAAAAAAAرية Anthropogenic sources

تتمث��ل في كث��ير من الفعالي��ات والنش��اطات ال��تي يق��وم به��ا االنس��ان فالملوث��ات الناتج��ة بفعل��ه ت��دخل الغالف الج��وي من

مصدرين:

المصادر الثابت��ة وتش��مل المعام��ل الص��ناعية ومحط��ات تولي��د1. الطاق��ة الكهربائي��ة ومعام��ل انت��اج الفحم والب��ترول واألس��منت والمنازل والدوائر الحكومية. وفي أغلب االحوال تختل��ف ك��ل من هذه المصادر في انبعاث الملوثات كما ونوعا، فمعمل ال��ورق مثال

9


اذا ما بقي في مكانه اليوم وغدا فإنه سيطلق الكمي��ة نفس��ها من أنواع الملوثات ما لم يكن هناك أي تغير رئيسي في عملية الصنع او االنتاج. وتطلق هذه المصادر ملوثاتها حسب نوعية الصنع ففي الغ��الب أنبعاث��ات مص��انع الن��واتج الكيمياوي��ة هي غب��ار أو هب��اء أو

أبخرة أو غازات.

المصادر المتحركة وتتضمن وسائط ومركبات النقل المختلف��ة2. من سيارات وسفن بأنواعه��ا وط��ائرات بأنواعه��ا ال��تي تنتق��ل من مكان إلى آخر تحت الماكنة نفسها الخاصة به��ا. وتك��ون انبعاث��ات هذه المصادر مختلفة بحسب نوع الس��يارات والماكن��ات والوق��ود المستخدم، فمثال وقود الكازولين ينتج انبعاث��ات الهي��دروكاربونات وأول أوكسيد الكربون وثاني أوكسيد الكربون وأكاسيد النتروجين وجس��يمات، وأم��ا وق��ود ال��ديزل فتنتج مكائن��ه ملوث��ات أكاس��يد

النتروجين وجسيمات وثاني أوكسيد الكبريت.

ومن أهم مصادر تلوث الغالف الجوي الناتج بفعل االنسان:

إن التلوث الص��ناعي ي��أتي من الن��واتج. المصادر الصناعية:1 الص��ناعية للم��واد الخام��ة. مثال الحدي��د من المع��دن الخ��ام، واالخشاب المنشورة من االشجار، والك��ازولين من النف��ط الخ��ام والحجر من المقالع. ويمكن أن ينبعث التلوث الص��ناعي أيض��ا من المص��انع ال��تي تح��ول الن��واتج الى ن��واتج أخ��رى كالس��يارات من

10


الفوالذ واألث��اث من االخش��اب واالص��باغ من الجوام��د والم��ذيباتوتبليط االسفلت من الصخور والنفط.

المن��افع في المجتمع��ات( العامAAة: Utilities. المنAAافع )2 الحديثة كثيرة، إذ هي جزء ال يتجزأ من الحياة وال يمكن االس��تغناء عنها. فمحطات الطاقة الكهربائية تجه��ز الكهرب��اء ألج��ل األض��اءة والتدفئة المنزلية فضال عن تشغيل االجهزة الكهربائي��ة كالثالج��ات والمجم��دات والتلف��زة والمك��انس وغيره��ا. الن��وع االخ��ر لمص��در التلوث الخطير هو فضالت المجتمع الحديث، فمحطات معالج��ات مياه الصرف الصحي او المياه الثقيلة التي تعم��ل بحال��ة س��يئة أو

سوء التصميم لها.

لح��د االن توج��د هن��اك الكث��ير من. المصAAادر الشخصAAية: 3 المصادر الشخصية للتلوث حتى لو اتجه المجتم��ع الى الص��ناعات والمنافع المركزية مثل الس��يارات واف��ران ال��بيت والمس��توقدات والمدافئ الزيتية ومواقد شوي اللحوم والحرق المفتوح للنفاي��ات واألوراق النباتي��ة اليابس��ة. فالطاق��ة المتح��ررة وانبعاث��ات تل��وث الهواء من المصادر الشخص��ية هي في الغ��الب أك��بر من المن��افع

والصناعية.

5 Nature of air pollutants طبيعةالملوثات الهوائية

11


ألجل معرفة أك��ثر الملوث��ات الهوائي��ة الرئيس��ة خط��ورة، ف��إن خطورة أي ملوث تعتمد على تركيزه اوال ومدة التعرض ل��ه ثاني��ا. ويعد غاز أول أوكسيد الكربون أكثر هذه الملوثات ش��يوعا ويمكن عده معيارا لقياس خطورة الملوثات الرئيسة المختلفة. والجدول

ن معامل تأثير هذه الملوثات.2 يبي

مستوى االحتمالالملوث

µg/m3

معاملالتأثير

أول أوكسيد الكربون(CO)

56001

أكاسيد الكبريت )SOx)

36515.3

26021.5المواد الجسيميةأكاسيد النتروجين )

NOx)25022.4

الهيدروكاربونات )HC)

45125

ومعامل التأثير ألي ملوث يعطى بالعالقة:

CO لـ ملوثاوليمستوىالاحتمال =مستوىالاحتماللاي (3 )معاملالتأثير

المقصود بمستوى االحتمال هو أعلى تركيز للعنصر الملوث يمكن تحمله من قبل االنسان خالل مدة تعرض ساعة.

12


=�� 15.3مثال معامل التأثير لغ��ازات 5600/365 ��= SOxه��ذا ، م��رة أك��ثر15 تبلغ خطورته��ا ح��والي SOxالرقم يعني ان غازات

اذا كان لها التركيز نفسه. COمن غاز

ويمكن إيجاد درجة الخطورة ألي ملوث بالعالقة اآلتية:

الجو الملوثفي مستوىالاحتمالتركيز = الخطورة (4 )درجة

من غ��ازات µg/m3 100فمثال درج��ة الخط��ورة لترك��يز NOx فانه لم يع��د1 اذا كانت درجة الخطورة اقل من 0.4يساوي

خطرا.

30 )وزن��ه الجزي��ئي NO2 ملوث ثاني أوكس��يد الن��تروجين مثال: ( منتش��ر في ج��وµg/m3 250ومستوى تحمله من قبل االنسان

ما درج��ةppm 0.1مدينة حضرية مزدحمة بالسكان يبلغ تركيزه خطورته؟

g/m3 الى ppmالح��ل: نح��ول الترك��يز من وح��دات

(:1باستخدام )

ال� =NO2 = )0.1/22.4( * 30= 0.134 mg/m3تركيز 134 µg/m3

(:3ومن معادلة )

0.54=134250

=NO2 تركيز

=مستوىالاحتمال الخطورة درجة

13


واخيرا يمكن تحديد تسلس��ل الملوث��ات األولي��ة المختلف��ة حس��بخطورتها من العالقة:

المطروحالسنوي×معاملالتأثير =الوزن (5 )الوزنالمؤثر

فالملوثات األولي��ة في الج��دول الس�ابق ت�ترتب حس�ب خطورته�ابالتسلسل اآلتي:

الهيدروكربونات–الدقائق–أكاسيد الكبريت–أكاسيد النتروجين–أولأوكسيد الكربون.

5. Primary Air Pollutants

1. Volatile organic compounds )VOCs( المركبات العضوية المتطايرة

أحد المركبات العضوية التي هي بصورة رئيسة الهي��دروكاربونات المتكونة من الكربون والهيدروجين. تتواجد في الطبيعة بالح��االت الثالثة: الغازية والسائلة والصلبة اعتمادا على ذرات الكرب��ون في

ال�ذي ينتج (CH4المركب. وأبسط هيدروكربون هو غ��از الميث��ان ) معظم��ه بفع��ل التحل��ل البكت��يري للم��ادة العض��وية في مي��اه المستنقعات واألهوار. ومن مص��ادرها الثابت��ة تتض��من المص��انع البتروكيمياوي�ة ومص��انع تكري�ر النف��ط ومص��انع الطالء والتنظي�ف الج��اف واح��تراق الوق��ود في وس��ائل النق��ل ومحط��ات الطاق��ة الكهربائي��ة وعملي��ات التبخ��ر من حق��ول النف��ط والغ��از الط��بيعي

14


والص��ناعات ال��تي تس��تخدم الم��ذيبات الهيدروكاربوني��ة وص��ناعةالمطاط واللدائن.

ومن المركب��ات العض��وية المتط��ايرة األخ��رى هي الب��نزين )C6H6( وبع��ض مرك��بات الكلوروفل�وروكارب��ونات )CFCs)

Chlorofluorocarbonsالتي له��ا أث��ر كب��ير في فق��دان االوزون في طبقة الستراتوسفير.

هي غ��ازات متكون��ة باس��تبدال جمي��ع ذراتCFCs مركب��ات بذرات الكل��ور أو الفل��ور،C2H6الهيدروجين في الميثان أو اإليثان

Freon المع��روف تجاري��ا ب��الفريون CFC-12مثال يتك��ون م��ركب )ثنائي كلورفلوروميثان( بإستبدال ذرات CF2Cl2صيغته الكيميائية

الهيدروجين األربع في الميث��ان ب��ذرتين كلوروفل��ور. ام��ا الم��ركب المعروف باسم ثالثي الكلورفلوروميثانCFC-11المهم االخر هو

CFCl3ال��ذي يس��تخدم في مكيف��ات اله��واء الض��خمة. ه��ذان المركبان خامالن في طبقة التروبوسفير لذلك تختلط فيه ثم تنفذ ببطء الى الستراتوسفير إذ يتم تحللها ضوئيا عند تعرضها لألش��عة

فوق البنفسجية لتطلق ذرات الكلور. CFC l3+hv→CFCl2+Cl λ<320nm R1 CF2C l2+hv→C F2Cl+Cl λ<230nm R2

تمثل الط��ول الم��وجي. إن ذرات الكل��ور المنتج��ة منλحيث ان التف��اعلين أعاله له��ا أث��ر كب��ير في ه��دم طبق��ة االوزون في

الستراتوسفير.

2 Sulfur dioxide أكاسيد الكبريت

15


( ش��يوعا ه��و ث��انيx=1,2,3 )حيث SOx أهم أكاسيد الك��بريت ، صفاته غاز عديم اللون غير قابل لالشتعالSO2أوكسيد الكبريت

ذو رائح��ة ناف��ذة مهيج��ة لألنس��جة الحساس��ة في األن��ف والفم والعين، إذ ينتج عن التع��رض له��ذا الغ��از ص��عوبات في التنفس كالربو وأمراض الرئة والسعال. وكم��ا ت��ؤدي كميات��ه الكب��يرة الى إصابة نباتات معينة كالخس والسبانخ، واحيانا تظهر عالمات قصر

ألوان أوراق أشجار النباتات واضعاف انتاجها. أن اهم مص��ادره الطبيعي��ة هي انفج��ارات ال��براكين وك��ذلك الجس��يمات الكبريتي��ة الناتج��ة من رذاذ المحيط��ات والين��ابيع الكبريتية إذ يعد كملوث ثانوي ناتج من تأكسد كبريتيد الهيدروجين

في الجو: H 2S+O2→SO2+H 2 R3

الى الغالف الج��وي بص��ورة رئيس��ة بفع��ل الص��ناعاتSO2ي��دخل الحارق��ة للوق��ود االحف��وري الحاوي��ة على ك��بريت في تركيب��ه الكيمياوي )مثل النفط والفحم( كم��ا في محط��ات تولي��د الطاق��ة البخاري��ة وعملي��ات ص��هر خام��ات الكبريتي��دات ومص��افئ تكري��ر

النفط ومعامل الورق. إال بنسب منخفض��ة مقارن��ةSO3عند احتراق الوقود ال يتكون غاز

(% اعتم��ادا على ظ��روف10-1ت��تراوح بين ) SO2مع نسب غ��از الحرق وطبيعة الوقود وفق المعادلتين:

S+O2 →SO2 R4 2SO2+O2 →2SO3 R5

بنسب منخفضة لالسباب اآلتية:R5يحدث تفاعل

16


عند درج��ات الح��رارة العالي��ة ال��تيSO3. الثبوتية الضعيفة لغاز 1 بس��رعةSO2 الى SO3تحدث عادة عند حرق الوق��ود ل��ذا يتفك��ك

.C˚ 1200عند درجة حرارة تك��ون س��رعة التفاع��ل بطيئ��ة ج��دا في درج��ات الح��رارة2.

المنخفضة. تستخدم بعض المعادن وأكاسيدها في رم�اد االح��تراق كمحف�ز3.

.SO2 الى SO3لتفكك هو أبسط أكاسيد الكبريت تأثيرا علىSO2 على الرغم من ان

صحة االنسان إال ان الملوث��ات الثانوي��ة الناتج��ة عن��ه له��ا ت��أثيرات في الجو المغبر بوجود بخار الماءSO2أشد وأخطر. فعند أكسدة

ال��تي تش��ل األه��داب H2SO4تتك��ون جزيئ��ات ح��امض الكبريتي��ك الموجودة في القصيبات الهوائية عن عمله��ا الط��بيعي كمنظف��ات فتدخل بعض العوالق الصغيرة جدا الى رئة االنسان. فضال عن إن

في الجو وبمس��اعدة بعض الفل��زات ت��ؤديSO3 الى SO2أكسدة في الماء وتحويله الى حامض الكبريتيك:SO3الى ذوبان

SO3+H2O→H2 SO 4 R6الذي يعد المسبب الرئيس النتاج االمطار الحمضية.

3 Nitrogen oxides أكاسيد النتروجين

هناك ثالثة أكاسيد مألوفة للنتروجين: : غ��از غ��ير قاب��ل لالح��تراق وغ��ير س��امN2O أوكس��يد الن��تروز 1.

وعديم اللون وحلو المذاق. : غاز سام وغير قابل لالح��تراق فض��ال عنNO أوكسيد النتريك 2.

إنه عديم اللون والرائحة.17


: غاز ذو رائح��ة خانق�ة غ��ير قاب�لNO2 ثاني أوكسيد النتروجين 3.لالحتراق وله لون بني محمر. وذل��ك آلث��اره المتع��ددة منNO2من أهم ه��ذه األكاس��يد ه��و

الناحيتين البيئية والصحية، إذ يساهم في تكوين االمطار الحمض��ية في االجواء الرطب��ة بوج��ودHNO3عند تحوله إلى حامض النتريك

بخار الماء. فضال عن إنه غير مس��تقر في الغالف الج��وي فيتحل��ل بفعل األشعة فوق البنفسجية ويتحد مع عناص��ر أخ��رى ليك��ون م��ا

. Photochemical fogيسمى الضباب الكيموضوئي ومن أهم المص��ادر الطبيعي��ة تحل��ل مركب��ات الن��تروجين في

بفع��ل العم��ل الط��بيعي للبكتيري��ا، وك��ذلكNO وN2Oالترب��ة الى تضيف الزوابع الرعدية كميات قليلة من هذه االكاسيد الى الهواء. ص��ناعيا تتول��د ه��ذه األكاس��يد عن��د تفاع��ل بعض من الن��تروجين المتوافر في اله��واء م��ع األوكس��جين خالل عملي��ات ذات درج��ات الحرارة العالية. تتم هذه العمليات عند حرق الوقود داخل مك��ائن

منNOاح��تراق المص��ادر الثابت��ة ووس��ائط النق��ل. حيث يتك��ون اتحاد نتروجين الهواء مع االوكسجين كاآلتي:

N 2+O21500℃→

2 NO R7 تحت درجات الحرارة العالي��ة منNO2وقد يتكون جزء يسير من

في الجوNOتحول NO+ O22

1 →N O2 R8 والمص��ادر الرئيس��ة ألكاس��يد الن��تروجين هي مركب��ات النق��ل

ومحطات الطاقة الكهربائية ووحدات معالجة الفضالت.4 Carbon monoxide أول أوكسيد الكربون

18


أك��ثر الملوث��ات الغازي��ة ش��يوعا ويوج��د بك��ثرة في الطبق��ات السفلى من الغالف الجوي. فهو غاز سام ع��ديم الل��ون والرائح��ة والطعم وخامل كيميائيا تحت الظ��روف الطبيعي��ة وقلي��ل ال��ذوبان في الماء وأخف قليال من الهواء. إن كمياته الصغيرة له��ا خط��ورة على االنسان خصوصا في المناطق قليلة التهوية كأنف��اق الط��رق

السريعة ومرآب السيارات تحت االرض. وتط��رح المص��ادر الطبيعي��ة كمي��ات هائل��ة من أول أوكس��يد

، الى الجو مثل تأكس��د غ��از الميث��ان ال��ذي ينتج منCOالكربون، من الفعالي��ات الحيوي�ة ال�تيCOتحلل المواد العضوية. كم��ا ينتج

تج��ري في البح��ار وعلى اليابس��ة مث��ل الحي��اة الخض��راء. ه��ذه الكميات الهائلة تفوق ما تطرحه المصادر الصناعية، إال ان تركيزه ال يتغير، لذا الب��د من امتص��اص له��ذا الغ��از في الطبيعي��ة، فهن��اك

ليس بغ��ازCOثالثة عمليات تسير به��ذا االتج��اه؛ إذ المع��روف ان ت��ؤثر علىCO2أحتب��اس ح��راري ولكن أنبعاثات��ه وتأكس��ده الى

المناخ الع��المي، وقي��ام الكائن��ات الحي��ة الدقيق��ة بتخليص الغالف بوس��اطة عملي��اتCOالج��وي س��ريعا من كمي��ات كب��يرة من

بيولوجية تح��دث في ال��ترب، وأخ��يرا ترس��به الى القمم الجليدي��ةوتحلله في مياه المحيطات.

الى الج��وCO وتضيف المص��ادر الص��ناعية كمي��ات هائل��ة من سببها:

Fossil. االحتراق غير الكام��ل للوق��ود االحف��وري 1 fuelوذل��ك ، بسبب نقص نسبة الهواء المجهز كوقود عند الحرق.

في درجات الحرارة العالي��ة وتحويل��ه CO2. اختزال الكربون ل� 2. COالى

. ظاهرة تفكك نواتج االحتراق تحت درجات الحرارة العالية. 319


��رى وال يش��م فمن الممكن ان يس��ببCO ولك��ون غ��از ال ي الموت من غ��ير تح��ذير مس��بق فمثال خالي��ا االنس��ان تحص��ل على األوكس��جين من خالل ص��بغة ال��دم المعروف��ة ب��الهيموكلوبين

Hemoglobinالتي تقوم بإلتق��اط األوكس��جين من الرئ��ة وتتح��د مع��ه وتنقل��ه أخ��يرا الى جمي��ع اعض��ائه، ولكن لس��وء الح��ظ

فلو كانت كميات كب��يرةO2 على COهيموكلوبين االنسان يفضل في الهواء الذي يتنفسه االنسان فان دماغه س��يحرم منCOمن O2.وتظهر اعراض الصداع واالجهاد

5 Particular matter المواد الجسيمية يحت��وي الغالف الج��وي على جس��يمات مختلف��ة االحج��ام واألش��كال والمكون��ات الكيمياوي��ة، فهي تش��مل م��واد ص��لبة

500وق��طرات س��ائلة منت�شرة. تت�راوح أقطار الجس��يمات من µm رمل( الى( 3 nm .)نوية(

في الغ��الب تنتج الم��واد الجس��يمية من النش��اطات البش��رية العمرانية والصناعية وأنش�طة الخ��دمات المتع��ددة كطحن الم��واد المختلف��ة وعملي��ات االح��تراق وغب��ار التص��نيع وال��رش واحتك��اك اطارات الس��يارات وحرك��ة المركب��ات ال��تي تنتج اض��طرابا ق��رب أس��طح الط��رق. وال يفوتن��ا المص��ادر الطبيعي��ة كالتعري��ة الريحي��ة

Coarseألسطح الترب والبنايات فإنه��ا تنتج الجس��يمات الخش��نة particulates .

Atmospheric وكث��يرا م��ا يس��تخدم مص��طلح الهب��اء الج��وي aerosolsعلى المواد الصلبة األصغر حجما العالقة في الج��و وال

يمكن مشاهدتها، أي تلك المواد التي تترسب ببطء ج��دا ح��تى ل��و انجرفت بوساطة الهطول. ينتج الهب��اء من تك��اثف الغ��ازات خالل

20


االح��تراق ومن فع��ل الري��اح على س��طح االرض. ويطل��ق على بالجس��يمات الدقيق��ةµm 2.5الجسيمات التي يقل قطره��ا عن

Fine particulatesال��تي تنتج ع��ادة من م��واد ذات الطبيع��ة المتطايرة أو من غاز يتفاعل مع احد مكونات الهواء. والجسيمات األكبر حجما من ذلك بالجسيمات الخشنة التي تنطلق إلى اله��واء بفعل عملي��ات الس�حق وتلمي�ع الس�طوح. فض�ال عن ه�ذا تص�نف

الجسيمات الى أنواع مختلفة أهمها )حسب أقطارها(: 500: م��واد ص��لبة يزي��د قطره��ا عن Grits الجزيئ��ات الرملي��ة 1

µm 9، تنشأ مع هب��وب الري��اح الش��ديدة بس��رعة أك��بر من m/s ال��تي ال تلبث أن تع��ود إلى االرض يك��ون مص��درها العواص��ف

الغبارية. : عبارة عن خليط من جسيمات صلبة او سائلة اوDust. الغبار 2

خليط منهما التي تتباين اقطارها بش��كل كب��ير وهي ادق الرم��ال. Dust( غب��ار م��تراكم 1هناك نوعين من الغب��ار المل��وث لله��واء: )

fallالذي هو عبارة عن جسيمات من الغبار التي ال تلبث ان تعود ( غب��ار ع��الق2لألرض بع��د إنطالقه��ا بفع��ل الجاذبي��ة األرض��ية و)

Suspended dustالذي تبقى جسيماته عالقة بالهواء وتس��قط بفعل الجاذبية األرضية بمع��دالت متفاوت��ة تبع��ا لحجم ووزن ه��ذه

الجسيمات. : جس��يمات صل��بة )كاربوني��ة( وق��طراتSmoke. ال��دخان 3

تتجمعµm(� 10 -� 1متكاث��فة م��ن الس��وائل اق��طارها بي��ن )مع بعضها في حركة ثم ال تلبث أن تتشتت في الهواء.

: جزيئات ماء متكاثفة موج��ودة بكمي��ات دوراني��ةFog. الضباب 4كثيرة في الهواء يمكن مشاهدتها حول مصانع االغذية وغيرها.

21


: جس��يمات صل��بةFumes. االبخرة المعدني��ة )دق��ائق غازي��ة( 5 ، تنطلق عموما منµm(� 1–0.01دقي��قة ج��دا اق��طارها ب��ين )

التك��ثيف او التص��عيد للتف��اعالت الكيمياوي��ة لألبخ��رة المنبعث��ة منالهواء.

: قط��رات س��وائل متكاثف��ة ومتباين��ة الحجم معل��قMist الرذاذ 6 في الهواء وأخطرها الرذاذ الحمضي، وبالعادة ال يزيد قطره��ا عن

2 µm . وهناك حاالت تتركب فيها أنواع مختلف��ة من الجس��يمات مث��ل:

من الض��باب وال��دخان، وك��ذلك الض��بابSmogالضباب الدخاني من الرذاذ والغبار والغازات الملوثة.Hazeالرقيق

Other pollutants

1. Lead )Pb(

يعد الرصاص أحد العناص��ر الثقيل��ة فه��و عنص��ر س��ام ذو ل��ون ˚1740 ونقطة غليان C ˚327فضي – رصاصي له درجة انصهار

Cمعظم الرص��اص ي��دخل الى الغالف الج��وي من ع��وادم . السيارات التي تعمل بالكازولين الحاوي على مركبات��ه وهي راب��ع

ال��تي تخ��رج على هيئ��ة أكاس��يدات4Pb(C2H5اثي��ل الرص��اص )وكلوريدات كما يتحول قسم منها الى كربونات الرصاص.

يتبخر الرصاص أو أمالح الرصاص ككلوري��د الرص��اص في بعض أنواع االحتراق المنبعثة من مصادر انبعاث��ه الثابت��ة وي��برد ويتكث��ف الرصاص فيما بعد مكونا جس��يمات دقيق��ة ص��غيرة أقطاره��ا تبل��غ

22


تبقى معلق��ة في الج��و ألوق��ات طويل��ة وتقط��عµm 0.1ح��والي مسافات مختلفة عن مصدرها االصلي أو على هيئة دق��ائق كب��يرة

تس��قط مباش��رة على االرض. ه��ذهµm 10يص��ل قطره��ا الى الجسيمات تعد مشكلة عندما تترسب على بعض ال��ترب ودخوله��ا الى المي��اه الجوفي��ة. ومنه��ا تت��أثر النبات��ات بترس��ب مركب��ات الرص��اص على أس��طح أوراقه��ا وس��يقانها. ان التع��رض ال��دائم للرص��اص -وح��تى للج��رع القليل��ة من��ه- ي��ؤدي إلى ت��راكم كميت��ه

وتجمعها في أنسجة الجسم فتصبح ذات تأثيرات ضارة.2. Ammonia (NH3)

توجد ثالث مصادر إلنبعاث غ��از االموني��ا الج��وي هم��ا: فض��الت الحيوانات الناتج��ة من حض��ائر المواش��ي وال��دواب بس��بب تحل��ل اليوري��ا من ه��ذه الفض��الت وح��امض اليوري��ك الن��اتج من فض��الت الدجاج والطيور. وعند تطور الزراعة واشتدادها بس��بب اس��تخدام سماد اليوريا تزداد كميات انبعاثات االمونيا. وال ننسى ان مركبات االمونيوم متوافرة في أنسجة النبات فعندما يكون التركيز الجوي

Compensationأقل من القيمة الحرجة المعروفة بنقطة التعويض pointفان االمونيا يتش�تت الى الج�و من خالل الثغ�ور، وب�العكس

اذا زادت عن حد هذه النقطة فس��يكون هن��اك ترس��يب. ل��ذا ف��ان معدل االنبعاث يتأثر بحالة النبات والثغور والمناخ األصغري. توج��د هناك مصادر أخرى عديدة لغ��از االموني��ا مث��ل المص��انع الص��ناعية

لألسمدة.3. Mercury

Mercury is an eurotoxic pollutant that is released by a variety of

sources. Mercury exists in the atmosphere as Hg0(elemental

23


mercury) and HgII (oxidized mercury). Mercury is emitted

primarily in gaseous form as elemental mercury (Hg0). Hg0 is

oxidized in the atmosphere to HgII, with a life time of∼1year.

HgIIis highly water-soluble and is removed from the atmosphere

by wet and dry deposition. HgII also partitions between the gas phase and aerosol.

Secondary pollution

هي تل��ك الملوث��ات ال��تي تتك��ون فق��ط من تفاع��ل الملوث��ات الرئيسة خصوصا الغازية منه��ا م��ع بعض مركب��ات اله��واء األخ��رى مثل بخار الم��اء بوج��ود أش��عة الش��مس كمص��در للطاق��ة وت��وافر الظروف الجوية المستقرة التي ت��ؤدي إلى زي��ادة ترك��يز أكاس��يد الن��تروجين والهي��دروكابونات المنبعث��ة من وس��ائط النق��ل وبعض الص��ناعات. ومن أهم وأخط��ر ه��ذه الملوث��ات ه��و الض��باب

)عبارة عن محلول من غازاتPhotochemical smogالكيموضوئي وجزيئات الهباء يحدث في المدن الكبيرة(، ومن أهم مركباته غ��از االوزون الذي يتشكل في هواء الطبقة القريب��ة من س��طح االرض )االوزون التروبوس��فيري م��ادة مؤذي��ة بالص��حة، ذو رائح��ة كريه��ة ضارة بالعيون والجهاز التنفسي( ال��ذي ال ينبعث بص��ورة مباش��رة

الى الغالف الجوي.

24


Measurement systems and air quality monitoring

��د من قي��اس إلج��ل ض��مان س��المة ونظاف��ة اله��واء المحي��ط؛ الب تراكيز مكوناته باستمرار سواء كان اله��واء ملوث��ا أم غ��ير مل��وث.

فيوجد هناك أنواع من قياس تلوث الهواء: قياسات الهواء المحيط كقياس تراكيز الملوثات في اله��واءاوال:

لض��مان التنفس الع��ام، وج��ودة نوعي��ة اله��واء والحص��ول على معلومات عن طبيعة الملوثات في جو المنطقة، وهذا م��ا يس��مى

.Ambient air monitoringبمراقبة الهواء المحيط قياس��ات التراك��يز أو مع��دالت األنبع��اث من داخ��ل مص��ادرثانيا:

التل��وث قب��ل خروجه��ا اله��واء المحي��ط يس��مى بإختب��ار المص��درSource testingالغرض من هذه القياسات ه��و معرف��ة الكمي��ات .

المنبعث��ة من المل��وث وم��دى التقي��د بالمواص��فات المعتم��دة أو لقي��اس كف��اءة عم��ل األجه��زة المس��تخدمة في معالج��ة الغ��ازات

العادمة. قياسات العناص��ر االنوائي��ة مث��ل س��رعة الري��اح واتجاهاته��اثالثا:

ومعدالت االنحدار الحراري وغيرها ضرورية لتحدي��د كيفي��ة انتق��الالملوثات من المصدر الى المستلم.

25


معايير أخذ العينات الهوائية . يوضع جامع العينات بعي��دا عن الس��طوح والج��دران والح��واجز1

ف��وقm 3-2كاالش��جار والنبات��ات وغالب��ا م��ا يوض�ع على ارتف��اع مستوى سطح االرض، على أن ال يكون موضوع قريبا من مص��در

التلوث أو قريبا من مسارات الطرق. . يجب عم��ل مظل��ة لألجه��زة إذا ك��انت ض��رورية لحمايته��ا من2

الهطول، أو عمل سياج بسيط كبناء صغير لتوفير الحماية الكافي��ةلها من الرياح الشديدة.

. ان ال يؤثر أي عارض على تركيز الشوائب عند نقطة القي��اس،3أو تداخل المصادر المحلية قرب الرياح القادمة نحو الموقع.

. إمكاني��ة الوص��ول الى الموق��ع بس��هولة في جمي��ع األوق��ات4والمواسم، وإن يكون آمن من الحيوانات الكبيرة إو التخريب.

. المواقع الدائمية تتطلب تدفئة كافية وتوافر الطاقة الكهربائي��ة5 للتك��ييف الج��وي لكي نحص��ل على بيئ��ة عم��ل مالئم��ة ومس��تقرة

لعمل االجهزة. . موقع أخذ العينة أو قياسها يجب أن يكون الهواء مم��اثال له��واء6

المنطقة المجاورة.

Air pollution monitoring systems يقصد بها تحديد كمية الملوثات الهوائية من مص��ادرها المختلف��ة ودراسة العوام��ل الجوي��ة ال��تي ت��ؤثر في انتش�ار ه��ذه الملوث��ات، وبذلك تحدد تراكيزها في البق��اع المختلف��ة من المنطق��ة الواقع��ة تحت المراقبة. وتساعد معرفة التركيز الجهات البيئية على اتخ��اذ القرار المناسب لضمان ع��دم وص��ول ترك��يز الملوث��ات الى حال��ة

حرجة تؤدي الى مردودات خطرة على الناس. ويفهم من مص��طلح المراقب��ة على ان��ه جم��ع عين��ات هوائي��ة وتحليله��ا بك��ل وس��ائل القي��اس المتاح��ة س��واء ك��انت أجه��زة

26


اتوماتيكية أو تقليدية. ويجري القياس أو التحليل بصورة مس��تمرة أو بين حين وآخر اعتمادا على الشائبة المعني��ة وس��رعة تغييره��ا.

والهدف من شبكات المراقبة: . تمي��يز مص��ادر التل��وث المختلف��ة الس��يما تل��ك المس��ؤولة عن1

خصائص معينة في الهواء )أو حالة تلوث معينة(.. التحذير من وجود حالة من التلوث الهوائي نوعا ومقدارا.2. تحديد اتجاه مسار الملوثات )اتجاه التلوث(.3. تستخدم كمؤشر لمستويات معينة من حاالت التلوث.4

1. Stationary monitoring networks

الهدف من تأس��يس المحط��ات الثابت��ة لمراقب��ة نوعي��ة اله��واء الحقيقية داخل حدود الدولة الواحدة أو الحكومات المحلية، كذلك تحديد أثر المصادر الحديثة للملوثات لهذا تؤسس هذه المحط��ات قبل مدة أقلها س��نة من إنش��اء مص��انع حديث��ة ليتم تحدي��د نوعي��ة اله��واء قب��ل االنش��اء. واخ��يرا له��ا دور مهم في معرف��ة نزاع��ات

الملوثات على المدى الطويل. وألج��ل إنتق��اء موق��ع الش��بكة يجب ان تت��وافر البيان��ات االنوائي��ة والطبوغرافية ونسب الس��كان فض��ال عن ج��رد الملوث��ات ونم��اذج

التشتت الرياضية.2. Mobil monitoring networks

تتم من خالل وض��ع أجه��زة قي��اس التل��وث على المركب��ات المتحركة كالطائرات والسيارات والهيلوكب��ترات وم��ا ش��ابه ذل�ك، وبما أن االنتقال الجوي والتحوالت الكيميائية تح��دث بين المص��در والمستلم فان فائدة المراقبة المتحركة تمكن في الحص��ول على البيان��ات الالزم��ة للمس��اعدة في فهم تك��ون وانتق��ال الض��باب الكيموضوئي والترسيب الحمضي وتش��تت الملوث��ات الغازي��ة من مصدرها. وال يفوتنا ان نذكر ان هذه المركبات تستطيع ان تتحرك

27


إلى أم��اكن ح��دوث الترس��بات الكيميائي��ة الخط��رة وح��وادث المحط��ات الكيميائي��ة والنووي��ة وال��براكين. الفائ��دة االخ��رى من أنظمة المراقبة المتحركة هو قدرتها في الحصول على معلوم��ات تخص نوعية الهواء في المنطقة المتوس��طة )بين أجه��زة مراقب��ة

المصدر واألجهزة الثابتة المستقرة(. ومن مح��دداتها تش��غيل األجه��زة المالئم��ة في بيئ��ة المركب��ات المتحرك��ة ال��تي ال تجه��ز ببيئ��ة ذات درج��ة ح��رارة ثابت��ة نس��بيا المطلوب��ة في تش��غيل أجه��زة نوعي��ة اله��واء، فض��ال عن تع��رض األجهزة الى تغيرات عمودي��ة ح��ادة في الض��غط. معظم األجه��زة

مم��ا يتطلب توف��يرACتص��مم لتعم��ل بوس��اطة التي��ار المتن��اوب كمي��ات كب��يرة من بطاري��ات التي��ار المباش��ر. واخ��يرا التغ��يرات الزمنية والمكانية للتراك�يز تح�دث بص�ورة بطيئ�ة ج�دا فال تس�مح لالجه��زة برص��د التغ��يرات الس��ريعة في التراك��يز خالل تح��رك

مركبات المراقبة داخل وخارج الغمامة الملوثة.Air quality assurance

Airي�عبر عن تق��يي��م نوع��ية اله��واء ب��معام��ل ت�ل��وث اله��واء pollution indexالذي يعني قي��اس لظ��روف التش��تت في الغالف

الجوي باالعتم��اد على دال��ة المتغ��يرات البيئي��ة، أو نهج يح��ول قيم المؤشرات المرتبطة بتلوث الهواء )تراكيز ملوثات ع��دة او م��دى الرؤيا( إلى رقم مفرد أو مجموع��ة أرق��ام. تص��مم ب��رامج ض��مان

نوعية الهواء ألداء وظيفتين:. تقييم بيانات نوعية الهواء المتجمعة.1. تحسين عملية تجميع البيانات.2

هاتان الوظيفتين تشكالن دورة. جريان الغاز في المداخن الصناعية الكبيرة ربما تكون مستقرة ومختلط��ة بصورة جيدة جدا عبر قطر المدخنة. ففي هذه الحال��ة أي )عين��ة م��أخوذة عند أي زمن أو أي مكان في المدخنة( تتغير من نقط��ة الى نقط��ة أخ��رى ومن زمن الى زمن آخر. لذلك قياسات التجزئة الكث��يرة يجب عمله��ا م��ع

28


فإذا كانت المدخنة متس��اوية المس��احة يحس��ب المع��دلcأخذ المعدالت .بالمعادلة اآلتية:

c= total masstotal volume

=∑ v A c

∑ v A=[∑ vc

∑ v ]for equal areas

(6)

A ترك��يز المل��وث اللحظي المق��اس من قب��ل األجه��زة، وcحيث سرعة الملوثات. أما إذا ك��انت المدخن��ة غ��يرvمساحة المدخنة و

متساوية المساحة فإن الحسابات ستكون اكثر تعقيدا. عند اختب��ار المص��در قس��مت المدخن��ة الى أربع��ة مق��اطعمثال:

متساوية المساحة وتم قياس تراكيز الملوثات والسرعة عن��د ك��لمقطع كما موضح في الجدول أدناه:

مع��دل احس��بللغاز في التركيز الجاري

هذه المدخنة؟الحل:

c=∑ v∗c

∑ v=

10×500+12×600+14×650+15×67510+12+14+15

=616 μg/m3

ولمعرفة نوعية الهواء المحيط تؤخ��ذ قياس��ات تراك��يزه ب��األجهزة وبف��ترات زمني��ة منتظم��ة ثابت��ة ثم يتم إج��راء بعض االحص��ائيات

التالية:1. Concentration rate

يحس��ب مع��دل التراك��يز اوال ثم يق��ارن م��ع المق��اييس الدولي��ةوالمحلية. ويتم بالمعادلة اآلتية:

29

رقمالمقط

ع

السرعة )m/s)

التركيز )µg/m3)

110500212600314650415675


c= 1∆t∫c dt (7)

: زمن القي��اس. ويفض��ل قي��اس التراك��يز بوس��اطة أجه��زةtحيث 15س��ريعة االس��تجابة، بع��دها يمكن عم��ل المع��دالت، ك��أن ك��ل

دقيقة او كل ساعة او كل ستة ساعات2. Pollutants rose

إلى س��تة عش��ر مقطع��ا اتجاهي��ا،360º تقسم الدائرة الكامل��ة . قياس��ات الملوث��ات الس��اعية للملوث��ات22.5ºزاوي��ة ك��ل من��ه

المأخوذة يعمل لها مع��دالت حس��ب اتج��اه الري��اح الهاب��ة من ك��لمقطع

3. Frequency distribution

ويتم استنتاج المنحنى التكراري للتراكيز من تجزئة المدى الكامل للتراك�يز المقاس�ة خالل س�نة إلى م�ديات ثانوي�ة، وتحس�ب ع�دد القيم المتك��ررة الواقع��ة خالل ك��ل م��دى ث��انوي. ويع��بر عن ه��ذه الحسابات كنسب مئوية وذلك بتقسيم عدد التكرارات داخ��ل ك��ل

مدى ثانوي على العدد الكلي وضربه في مئة. (: سجلت منظوم�ة قي��اس ملوث�ات هوائي�ة منص�وبة على س��طحHWس )

خالل س��اعات نه��ارSO2مبنى في منطق��ة الوزيري��ة قياس��ات تراك��يز غ��از :5/7/2010عمل يوم

الوقت) ساعة)

091011121314

SO2 (ppm)0.030.032

0.008

0.011

0.012

0.017

أحسب معدل التركيز خالل مدة القياس؟ وم��ا مع��دل انح��راف القياس��اتعن معدلهم؟

30


Air pollution meteorology

أنظمة الطقس تحدد كيف تنتشر وتتحرك الملوثات الهوائية خالل طبقة التروبوسفير. فمس��ألة تل��وث اله��واء تتض��من ثالث��ة أج��زاء: مصدر التلوث وحركة او تشتت التلوث، ومستلم التلوث كما مبين

في الشكل.

فتراك��يز الغ��ازات وجس��يمات الهب��اء مت��أثرة ب��الظروف الجوي��ة كالرياح ودرجات الحرارة والتغ��يرات العمودي��ة ل��درجات الح��رارة والغيوم والرطوبة النسبية. بعد طرح الملوثات الغازي��ة الى الج��و المحيط فان ه��ذه الظ��روف ت��ؤدي دورا هام��ا في أس��لوب كيفي��ة انتقال الملوثات من جو المدينة مثال الى خارجه��ا. فحال��ة التل��وث

الهوائي في أي منطقة يحكمها عامالن:. حجم الملوثات المنبعثة من مصادرها المختلفة.1. سرعة انتقال الملوثات ومدى تخفيفها بالهواء النقي.2

Dynamic forces influenced air pollution1. Pressure gradient force

يتجه الذي معينة مسافة خالل الضغط فرق نتيجة الهواء يتحرك . الواطئ الى العالي الضغط من

31


2. Apparent Coriolis force

حركة بتعجيل تقوم الفضاء في المثبت للراصد تبدو حقيقية ليستتدور عندما وتظهر الشمالي، الكرة نصف في اليمين نحو الهواء

. المتحرك الهواء تحت األرض3 .Friction force

تظه��ر ق��رب الس��طح وتبطء حرك��ة الري��اح، وتتج��ه عكس اتج��اه الرياح. والسطوح األكثر خشونة هي االك��ثر احتكاك��ا مث��ل أس��طح الم��دن والغاب��ات، بينم��ا تص��بح ض��عيفة ف��وق أس��طح المي��اه

والصحاري.4 .Apparent central force

تظهر نتيجة دوران الجسم حول المحور وتتجه نحو الخ��ارج بعي��دةعن محور الدوران.

Example: Draw a diagram showing the forces and the gradient wind around an elevated low-pressure center in the Southern Hemisphere?

HW: Draw a diagram showing

the forces and resulting winds

32


around a surface low-pressure

center in the Southern Hemisphere?

Local wind systems1 .Geostrophic wind

تنش��أ في الطبق��ات البعي��دة عن س��طح األرض ف��وق الطبق��ةBoundaryالمتآخم��ة layerبين ق��وتي انح��دار الض��غط العمودي��ة

وكريولس، حيث يلغى تأثير االحتكاك السطحي. تهب هذه الري��احعلى طول خطوط تساوي الضغط المستقيمة تقريبا.

2 .Gradient wind رياح تتواجد في طبقات الجو العليا وتج�ري بس�رعة ثابت�ة تقريب��ا، تقع تحت تأثير ق�وى انح�دار الض�غط وكري�ولس والمركزي�ة ال�تي يجب أن تك��ون متزن��ة. وتتج��ه ح��ول مراك��ز الض��غط ال��واطئ

والعالي.3 .Friction wind

تنشأ داخل الطبقة المتآخمة، تؤدي قوة االحتك��اك دورا هام��ا في انح��راف الرياح عن مجراها لتكون بموازاة خطوط تساوي الضغط إذ تعم��ل زاوي��ة

معها.4 .Surface wind

عند الطبقة المتآخمة الس��طحية يتغ��ير ع��ادة اتجاهه��ارياح تتواجد وش��دتها لع��دة أس��باب منه��ا مع��دل االنح��دار العم��ودي أو توزي��ع الحرارة عند البحار واليابسة أو الحركات االضطرابية أو االحتك��اك

مع سطح االرض.5 .Periodical wind

تنتج بس��بب تغ��يرات في من��اطق الض��غط ال��واطئ والع��الي عن��د فترات زمني��ة مح��ددة تمت��د خالل س��نة أو أق��ل، مث��ل نس��يم ال��بر

33


والبحر. سببها تغيرات في طبوغرافية سطح االرض، والتوزيع بيناليابسة والبحر ينتج عنه تسخين لمناطق مختلفة.

6 .Land and sea breezes

عن��د المن��اطق الس��احلية نتيج��ة االختالف في درج��ات الح��رارة والضغط الجوي بين اليابسة والبح��ر الناش��ئ عن وص��ول األش��عةالشمسية. يحدث نسيم البحر في الصيف ونسيم البر في الشتاء.

7 .Valley and mountain breeze

ينشأ عن��د س��فوح األودي��ة، ففي أثن��اء اللي��ل تهب��ط طبق��ة هوائي��ة سطحية باردة كثيفة نحو قيعان األودية على شكل نس��يم الجب��ل. أما خالل ساعات النهار فالشمس تؤدي الى تمدد الهواء وارتفاعه

نحو االعلى على ش��كل نس��يم وادي.

34


8. Urban-rural circulation

دورة هوائية تحدث فوق الم��دن الحض��رية وأح��د أطرافه��ا بس��بب خس��ونتها اك��ثر من المن��اطق المحيط��ة به��ا، جريانه��ا نح��و خ��ارج

.Urban heat islandالمدينة تسمى بجزيرة الحضر الحرارية

9. Flow around structures

عن��دما تص��طدم الري��اح في مس��ارها باالجس��ام )أو ال��تراكيب( المعزولة كالمباني واألش��جار وغيره��ا فإنه��ا في الع��ادة تض��طرب

جري��ان مض��طرب ب��القرب من أو خل��فWakeبق��وة ويتك��ون أثرهذه االجسام.

35


Wind rose عبارة عن مخط�ط ي�بين النس�بة المئوي�ة لل�وقت ال�ذي تهب في�ه الري��اح من اتجاه��ات مختلف��ة عن��د موق��ع معين خالل م��دة زمني��ة طويلة. فمن الممتع أن نعرف عند جم��ع بيان��ات الري��اح واتجاهه��ا قبل وصولها المحطة أفضل من معرف��ة اين س��تتجه، ال��ذي يح��دد اتجاه انتق��ال الملوث��ات من مص��درهم. ومن المحتم��ل ان تراك��يز الملوثات من مصادرها تكون أكثر حساسية إلى اتجاه الري��اح من أي متغير انوائي آخر. وتظه��ر األهمي��ة العظمى ل��وردة ال��ريح في

Prevailingتعيين الرياح السائدة windالتي له��ا أهمي��ة كب��يرة في الدراسات البيئي��ة الس��يما المتعلق��ة باختي��ار المواق��ع الص��ناعية أو

السكنية.Wind speed profile تغاير سرعة الرياح االفقية واتجاهها م��ع االرتف��اع مهم في تخمين تشتت الملوثات الجوي�ة بع�د مغادرته�ا فوه�ات الم�داخن. بش�كل عام سرعة الرياح تزداد مع االرتفاع ولكن تعيق العوارض االرضية )مثل االشجار واالبنية والخ( حركة الرياح وتبطئها. فتؤدي خش��ونة السطح دورا مهما في توزيع الرياح عموديا ويمكن تخمين س��رعة

الرياح من العالقة اللوغاريتمية اآلتية عند الظروف المتعادلة: U ( z )=U ¿

κln( z−zd

z0) (8)

:zd وSurface roughness length: طول خشونة السطحz0حيث ان Zero-displacementط��ول االزاح��ة الص��فرية lengthو U*س��رعة

االحتكاكية Frictionالرياح velocityو κ :كرمان فان Vonثابتkármán بين تتراوح الغير. 0.4و 0.35وقيمته الظروف عند أما

عامل لها يضاف المستقرة، وغير المستقرة الظروف متعادلة،االستقرارية فيصبح mΨتصحيح

36


U ( z )=U ¿

κln( z−zd

z0)−Ψm

ويمكن حس��اب س��رعة الري��اح باالعتم��اد على الق��انون الهندس��ياألسي للرياح:

U ( z )=U r ( zzr )

α

(9)

α: سرعة الري��اح عن��د ارتف��اع م��رجعي، قيم��ة األس Urحيث إن متغيرة حسب خشونة السطح واالستقرارية الجوية حيث تبلغ عند

بينم��ا ت��زداد الى1/7الظ��روف المتعادل��ة لالس��طح الغ��ير خش��نة عند المناطق الحضرية.0.25

: جد س�رعة الرياح عند قمة فوه��ة مدخن��ة محط��ة ط��اقةمثال واقعة في منطق��ة اح��راش متوس��طةm 80كهربائية ارتفاع�ها

5 عند ارتفاع m/s 2.6، إذ بلغت سرعة الرياح0.26αالكثافة، =m؟

Uالح�ل: ( z )=U r ( zzr )

α

=2.6( 805 )

0.26

=5.3m /s

5.8سجلت س��رعة الري��اح في ج��و مدين��ة بغ��داد (:HWسؤال )m/s من قبل محطة قسم علوم الجو المنصوبة على سطح مبنى

ك��م تبل��غ س��رعة الري��اح عن��د ارت��فاع ،m 22ارتفاع��ه ؟0.3، اذا علمت ان قيم األس m 60مدخ��نة

Atmospheric Turbulence

37


تتولد من جريان الهواء فوقEddiesحركة الرياح العشوائية جدا عناصر الخشونة )الحظ شكل( واالستقرار الحراري للجو، إذ تبل��غ ذروة االض��طراب في وقت الظه��ر، وأدنى قيم��ه في وقت اللي��لالدامس، ويعد عامال رئيسا في مزج الهواء مع الغمامات الملوثة.

In laminar flow, the fluid particles follow the streamlines exactly, as shown by the linear dye trace in the laminar region. In turbulent flow, eddies of many sizes are superimposed onto the mean flow. When dye enters the turbulent region, it traces a path dictated by both the mean flow (streamlines) and the eddies. Larger eddies carry the dye laterally across streamlines. Smaller eddies create smaller scale stirring that causes the dye to spread (diffuse). فال��دوامات على ج��انبي الغمام��ة الح��ارة تتس��بب بفع��ل االنح��دار االفقي للكثاف��ة. وتنتج بحرك��ة الري��اح الع��ابرة ف��وق االجس��ام كالمب��اني واالش��جار والعوائ��ق االخ��رى كنتيج��ة لالض��طراب الميكانيكي أو بوس�اطة ق�وى الطف�و الناتج��ة عن تس�خين اله�واء قرب السطح بفعل سطوع الشمس كنتيجة لالضطراب الحراري. البد من االشارة إلى أن حجم ومقياس الدوامات المتس��ببة بفع��ل

38

Streamlines are everywhere parallel to the mean flow











































االض��طراب الح��راري هي أوس��ع من تل��ك المتس��ببة بفع��لاالضطراب الميكانيكي.

Dry adiabatic lapse rate انتق��ال الملوث��ات لمس��افة عش��رات الكيلوم��ترات في طبق��ة التروبوسفير تت��أثر كث��يرا ب��التغيرات العمودي��ة ل��درجات الح��رارة. ففي الغالف الجوي الجاف الحاوي على بخار ماء من دون ضباب او قطيرات مائية سائلة او غيوم يكون تناقص درجة الح��رارة م��ع االرتف��اع الن��اتج بفع��ل ه��ذه االزاح��ة يس��مى بمع��دل االنح��دار

DALR( Γd.)االديباتيكي الجاف dTdz =−g

c p=−0.98≈−1℃/100m=Γd (10)

األشارة السالبة تعني تناقص درجة الحرارة مع االرتفاع.

تبعث غمامة ملوثة بدرجة حرارةm 100 مدخنة ارتفاعها مثال:20 ºC 18وإن درجة الح��رارة عن��د س��طح االرض ºCمع��دل ،

200 لغاية ارت��فاع ºC/km 4.5-انحدار الهواء المحيط يب�لغ m . 20بعد هذا االرتفاع ينقلب معدل االنحدار ليصبح ºC/km.+

اف��ترض ان الظ��روف اديباتيكي��ة تمام��ا، م��ا ه��و االرتف��اع ال��ذيستصعده وكيف ستكون؟

الح��ل: يبين الشكل أدناه معدالت انح��دارارت مختلف��ة م��ع درج��ات الح��رارة. إذ يف��ترض أن الغمام��ة ت��برد عن��د االنح��دار

يك��ونm 200. تحت االرتف��اع ºC/km 10االديب��اتيكي الج��اف الجو تحت االديباتيك فيكون الجو المحيط أبرد من الغمام��ة ل��ذلك

ت��برد الغمام��ة إلى درج��ةm 225ستصعد وتبرد. وعن��د االرتف�اع ولكن الهواء المحيط س��يكون عن��د ه��ذه درج��ةºC 18.7حرارة

ستكون مخروطهm 225الحرارة والغمامة تتوقف الصعود. بعد .m 225قليال وال تنفذ االرتفاع

39


WH: If the observed temperature cools 14 C between the ground and 2 km above the ground, what is the environmental lapse rate? Is it larger or smaller than the dry adiabatic lapse rate?

Atmospheric StabilityStability is a measure of whether pollutants emitted will convectively rise and disperse or build up in concentration near the surface. ميالن الج�و لممانع��ة أو تعزي��ز الحرك��ة العمودي��ة، أو توق��ف أو زي��ادة

وجود االضطراب الجوي. In Figure below, when a parcel of air that is unsaturated is displaced vertically, it rises, expands, and cools dry adiabatically )along the dashed line(. If the environmental temperature profileis stable )right thick line(, the rising parcel is cooler and more dense than is the air in the environment around it at every altitude. As a result of its lack of buoyancy, the parcel sinks, compresses, and warms until its temperature equals that of the air around it. This is stable air. Stable air is associated with near-surface pollution buildup because pollutants perturbed vertically in stable air cannot rise and disperse.

40


In unstable air, an unsaturated parcel that is perturbed vertically continues to accelerate in the direction of the perturbation. Unstable air is associated with near surface pollutant cleansing. If the environmental temperature profile is unstable )left thick line(, a parcel rising adiabatically )along the dashed line( is warmer and less dense than is the environment around it at every altitude, and the parcel continues to accelerate. The parcel stops accelerating only when it encounters air with the same temperature as the parcel. This occurs when the parcel reaches a layer with a new environmental lapse rate. In neutral air )when the dry and environmental lapse rates are equal(, an unsaturated parcel that is perturbed vertically neither accelerates nor decelerates, but continues along the direction of its

41


initial perturbation at a constant velocity. Neutral air results in pollution dilution slower than in unstable air but faster than in stable air. Whether unsaturated air is stable or unstable can be determined by comparing the dry adiabatic lapse rate with the environmental lapse rate. Symbolically, the stability criteria are

(11)

االنح��دار الب��يئي في س: وضح مع��دل؟ºC/km 9.8الغ�الف الجوي ثم اشتق قيمته البالغة

WH: Characterize the stability of each of the two layers in Figure with one of the stability criteria given

in Equation 6?

Atmospheric stability and temperature profile تصنف استقرارية الجو بدرجة من الدقة إلى ستة أصناف في االرتفاع��ات

:الواطئة التصنيفات

العامة التصنيفات

الدقيقةالرم

ز42


مستقر غيرمستقر غير جدا

A

متوسط غيرمتوسط

B

مستقر غير قليال

C

Dمتعادلمتعادل

مستقر مستقر

متوسطE

جدا Fمستقر توزيع درجات الحرارة مع االرتف��اع يس��مى بمع��دل االنح��دار البي��ئي ال��ذي يس��تخدم لتحدي��د االج��واء المس��تقرة وغ��ير المس��تقرة. فترس��م مع��دالت

كما في الشكل أدناه. الجو الذي ل��ه مع��دل انح��دارFالى Aاالنحدار من جميع Neutral atmosphere يسمى بالجو المتعادل Dيناظر الى الخط

تس��مى أج��واء غ��ير مس��تقرةDخط��وط مع��دالت االنح��دار يس��ار الخ��ط بمعدالت األنحدار فوق الكاظم، أما الخطان Cو Bو Aوتسمى الخطوط

Eو F الواقع��ان يمين الخ��ط Dفيكون��ان لالج��واء المس��تقرة ويس��مى وفي حالة. Subadiabatic lapse rateبمعدالت االنحدار تحت الكاظم

ثب��وت درج��ة الح��رارة م��ع االرتف��اع ف��ان الج��و يس��مى ب��الثبوت الح��راريIsothermal .وغالبا ما يكون الجو مستقرا

43


44

Documents

uomustansiriyah.edu.iq · Web viewأهم أكاسيد الكبريت SOx (حيث x=1,2,3) شيوعا هو ثاني أوكسيد الكبريت SO 2 ، صفاته غاز عديم اللون