تلوث هواء

Air pullution -

 الآزوت (النتروجين)

تلوّث الهواء

تمّام درويش

مصادر تلوّث الهواء

أنواع تلوّث الهواء

مخاطر تلوّث الهواء على الإنسان والبيئة

طرائق مراقبة تلوّث الهواء وتجهيزاتها

طرائق التخفيف من تلوّث الهواء

تلوث الهواء air pollution هو وجود مادة أو مجموعة مواد في الغلاف الجوي ضارة بصحة الإنسان أو الكائنات الحية، أو مزعجة أو غير مرغوبة للإنسان أو الكائنات الحية سواء بصورة مباشرة أم غير مباشرة. ويعد إصدار هذه المواد تلوثاً عندما يتجاوز قدرة العمليات الطبيعية في الغلاف الجوي على تمديد هذه الملوثات أو ترسيبها أو تفكيكها.

الغلاف الجوي هو طبقة رقيقة نسبياً تحيط بالكرة الأرضية، وتؤدي الدور الرئيسي في وجود الحياة على كوكب الأرض، وتحتوي على غازات هي غاز الآزوت (النتروجين) 78% وغاز الأكسجين 21% مع نسب ضئيلة من غازات أخرى. عند انطلاق الملوثات إلى الغلاف الجوي تتعرض لعمليات مختلفة: انتشار أفقي أو شاقولي، تفكك، تغيّرات فيزيائية، تفاعلات كيميائية، توضُّع على سطح الأرض بشكل جاف أو رطب (متساقطات).

يعد تلوث الهواء تحدياً كبيراً للدول الصناعية والنامية بدرجات متفاوتة لتأثيراته الكثيرة ولاسيما في صحة البشر؛ ففي عام 2012 تسبب تلوث الهواء المحيط في 3.7 ملايين حالة وفاة في العالم وفق إحصائيات منظمة الصحة العالمية، وبلغت حصة الدول الفقيرة من هذه الحالات 88%. ويؤثر تلوث الهواء في صحة الإنسان والحيوان، كما يؤثر في نمو النبات ويضر مكونات البيئة جميعها.

يقاس تلوث الهواء بواحدات مختلفة أكثرها استخداماً واحدة الملي غرام في المتر المكعب (mg/m³)، والمكروغرام في المتر المكعب (μg/m³)، إضافة إلى واحدة الجزء في المليون (ppm)  والجزء في البليون (ppb).

مصادر تلوّث الهواء

1- المصادر الطبيعيةnatural sources : وفي مقدمتها النشاط البركاني الذي يطلق كميات هائلة من ملوثات الهواء على شكل جسيمات صلبة وغازات، أهمها غاز ثنائي أكسيد الكبريت SO₂، وغاز كبريتيد الهدروجينH₂S ، وغاز الميتانCH₄ .والعواصف الرملية أيضاًمصدر طبيعي لتلوث الهواء بالغبار الذي يعد بذاته خطراً صحياً مهماً، ويتفاقم تأثيره عندما يختلط بالملوثات الأخرى. وتعد حرائق الغابات أيضاً مصدراً طبيعياً لتلوث الهواء بالدخان والغازات والرماد، والمسبب قد يكون طبيعياً أو بتأثير بشري. ويضاف إلى ذلك كله المواد العضوية الطيارة التي تطلقها النباتات مثل التربنتينات، إضافة إلى غبار الطلع والغازات التي تطلقها الحيوانات، وتلك الناتجة من تحلل الكتلة الحيوية مثل غاز الميتان.

2 – مصادر النشاط البشري anthropogenic sources: ينجم عن النشاط البشري طيف واسع من ملوثات الهواء تصنّف مصادرها إلى متحركة أو ثابتة:

أ- المصادر المتحركة mobile sources: وتشمل وسائل النقل مثل السيارات والقطارات والسفن والطائرات التي تحرق أنواعاً مختلفة من الوقود الأحفوري مطلقة في أثناء تحركها ملوثات أهمها غاز ثنائي أكسيد الكربون CO₂، وغاز أحادي أكسيد الكربون CO، وغاز ثنائي أكسيد الكبريت SO₂ وغاز أكسيد الآزوت NO₂.

ب- المصادر الثابتةstationary sources : وتشمل محطات توليد الطاقة الكهرحرارية والحراقات وأجهزة التدفئة والأفران ومحطات معالجة النفايات الصلبة ومصانع الإسمنت ومصانع المواد الكيميائية ومصانع الأسمدة والمبيدات ومصانع الغزل والنسيج، وتتسبب هذه المصادر في إصدار ملوثات كثيرة تختلف بحسب الوقود المستخدم أو سيرورات التصنيع، ومن الملوثات الأساسية CO₂، CO،  SO₂،NO₂ ، H₂S، والمعادن الثقيلة والمركبات العضوية الطيارة والمبيدات والدايوكسينات والفوران.

أنواع تلوّث الهواء

يمكن تصنيف تلوث الهواء بعدة طرائق بحسب المعيار المستعمل:

- إذا كان التصنيف بحسب الانتشار الأفقي للتلوث ورقعته يمكن الحديث عن: تلوث موضعي، تلوث محلي، تلوث إقليمي، تلوث قاري، تلوث عالمي.

- أما إذا كان التصنيف بحسب الانتشار الشاقولي للتلوث فيمكن الحديث عن: تلوث تروبوسفيري، وتلوث ستراتوسفيري نسبةً إلى طبقات الجو التي تبلغها الملوّثات. وتلوث التروبوسفير هو الذي يؤثر تأثيراً مباشراً في الكائنات الحية، في حين يؤثّر تلوث  الستراتوسفير في طبقة الأوزون.

ويمكن تصنيف ملوثات الهواء بحسب منشأ الملوّثات أو بحسب حالتها الفيزيائية. وعند التصنيف بحسب المنشأ هناك ملوثات أولية primary pollutants ؛ وهي الملوثات التي تنطلق من مصدر التلوث مباشرةً إلى الغلاف الجوي مثل أحادي أكسيد الكربون، وملوثات ثانويةsecondary pollutants، وهي الملوثات التي تتشكّل في الغلاف الجوي نتيجة تفاعلات كيميائية مثل غاز الأوزون  O₃الذي ينتج من آليات كيميائية مختلفة مثل تفاعل أكاسيد الآزوت NO_X مع المركبات العضوية الطيارة، ويعد تركيز الأوزون في الجو مؤشراً رئيسياً للتفاعلات الكيمائية الضوئية photochemical. الجدير بالذكر أن بعض الملوثات قد تكون أولية وثانوية في آن واحد، أي إن مصدرها قد يكون مباشراً أو غير مباشر مثل المواد الجسيمية العالقة Suspended Particulate Matter (SPM).

ويمكن تصنيف ملوثات الهواء بحسب الحالة الفيزيائية إلى غازات وجسيمات Particulate Matter (PM)، والجسيمات أو الدقائق هي مواد صلبة أو سائلة أقطارها أقل من 1000 مكرومتر وتختلف الدقائق بحسب أقطارها وأشكالها وتركيبها الكيميائي وخصائصها الفيزيائية. وتحتوي عموماً على مزيج من الغبار والمعادن والكبريتات والنترات والأمونيا وكلوريد الصوديوم والماء. وأخطرها الجسيمات القابلة للاستنشاق التي تقل أقطارها عن 10 مكرومتر ويرمز إليها ب PM₁₀،والتي تقل أقطارها عن 2.5 مكرومتر ويرمز إليها بPM_2.5 .PM₁₀

تعاني معظم المدن الكبرى في العالم من ظاهرة الضباب الدخاني أو الضبخان التي تتجلى بتراكم ملوّثات الهواء التي تحجب الرؤية، وتتألف من جسيمات صلبة  particles  وحلالات aerosols  تشكل غمامة ساكنة تعلوها طبقة هواء دافئة تمنعها من التشتت. وللضبخان نوعان: الضبخان الفحمي الذي ينسب تاريخياً إلى مدينة لندن، والضبخان الضوئي الذي ينسب إلى مدينة لوس أنجلوس، ويرى في مدن مثل دمشق والقاهرة ومكسيكو، ويظهر عند وجود تراكيز مرتفعة من أكاسيد الآزوت ومن المركبات العضوية، ودرجة حرارة مرتفعة وسطوع شمسي، ويبلغ ذروته في فترة الغروب ويستمر حتى صباح اليوم التالي.

مخاطر تلوّث الهواء على الإنسان والبيئة

يؤثّر تلوث الهواء في الصحة والبيئة والمناخ. وتدخل ملوثات الهواء جسم الإنسان عن طريق التنفس أو الجلد أو الابتلاع، والطريق التنفسي هو السبيل الأخطر. وتتسبب الملوثات في تأثيرات ضارة تختلف بحسب نوع الملوث وتركيزه ومدة تعرض الشخص له وحالته الصحية العامة وصفاته الوراثية ونمط حياته. وتبدأ هذه التأثيرات بردود فعل تحسسية بسيطة وصولاً إلى أمراض الرئتين والقلب، وقد تؤدي إلى أنواع مختلفة من مرض السرطان. ومما يزيد من خطر ملوثات الهواء أن للعديد منها تأثيراً متآزراً يزيد من أضرارها ولاسيما لدى الأطفال والمرضى وكبار السن ويحسب خطر الملوث من تركيز الملوّث في الجو مضروباً في مدة التعرّض.

- غاز الأوزونO₃: يسبب حساسية في العينين والتهابات في البلعوم والتهابات في القصبات والربو.كما يؤثر الأوزون في التركيب الضوئي في النباتات وينقص من مردود المحاصيل، وله تأثير مؤكسد في المواد مثل المطاط، وهو من غازات الدفيئة التي تسهم في الاحتباس الحراري.

- غاز ثنائي أكسيد الآزوت NO₂: يسبب حساسية في العينين والتهابات في مجرى التنفّس والتهابات في القصبات والربو. وتؤدي أكاسيد الآزوت دوراً محورياً في ظهور العديد من الملوثات الثانوية فتسهم في توليد الأوزون والأمطار الحامضية، وتتسبب في ارتفاع معدلات النترات في التربة.

- غاز أحادي أكسيد الكربون CO: غاز سام يتحد مع خضاب الدم بدلاً من الأكسجين بشكل غير عكوس، ويسبب أمراض القلب والأوعية الدموية والخمول.

- غاز ثنائي أكسيد الكبريت SO₂: يسبب التهابات في القصبات والأغشية المخاطية، ويسهم في الأمطار الحامضية، ويؤثر في الأبنية الحجرية.

- المعادن الثقيلة: لها تأثيرات صحية تراكمية خطرة؛ فالرصاص مثلاً يؤثر في القلب والجهاز العصبي والجهاز البولي والكبد، كما يؤثر في معدل الذكاء لدى الأطفال. والكادميوم يؤثر في القلب والكريات الحمراء والجهاز التناسلي. كما تلوِّث المعادنُ الثقيلة مثل الرصاص والزئبق والكادميوم والزرنيخ التربةَ وتنتقل منها إلى الماء والغذاء.

- المركبات العضوية الطيارةVolatile Organic Compounds (VOCs)  والمركبات العطرية المتعددة الحلقات Poly Cyclic Aromatic Hydrocarbons  (PAHS)؛ لها تأثيرات سمية متفاوتة، ولبعضها تأثير مسرطن مثل البنزن والبنزوبيرين. وتؤدي المركبات العضوية الطيّارة والمركبات العطرية المتعددة الحلقات إلى توليد الأوزون وملوثات ثانوية أخرى مثل الألدهيدات وبيروكسي أسيل نترات Peroxyacyl nitrates  (البانات (PANs.

- الجسيمات العالقة (PM₁₀،PM_2.5): تسبب حساسية في العينين والتهابات في مجرى التنفّس والتهابات في القصبات والربو وأمراض القلب والسرطان. والجسيمات الصغيرة الحجم هي الأخطر على الصحة بسبب طول فترة بقائها في الجو وقدرتها على الوصول عميقاً إلى داخل أنسجة الرئتين. وللجسيمات العالقة تأثير مضاعف يرتبط بكونها جسيمات من جهة، وبما تحمله من ملوثات أخرى سامّة من جهة ثانية. وتؤدي الجسيمات العالقة إلى تلويث الأبنية، إضافة إلى تأثيرات أخرى تبعاً للمواد الكيميائية المحملة عليها.

- مركبات فلور كلور الكربون Chlorofluorocarbons (CFCs)  أو الفريونات المستخدمة في التبريد، والهالونات المستخدمة في إطفاء الحرائق هي مركبات خاملة وغير سامة، ولكن لها تأثير خطر في طبقة الأوزون.

-  للأمطار الحامضية تأثير ضار شديد في بيئة المناطق التي تسقط فيها، فهي تحتوي على حمض الكبريت وحمض الآزوت، وتتسبب في ضرر كبير للغابات والمحاصيل الزراعية، إضافة إلى تلويثها التربة والمسطحات المائية وكذلك المياه الجوفية، كما تؤدي إلى تناقص في أعداد الحيوانات البرية والأسماك وتأكُّل الأبنية والمعالم السياحية والأثرية. ويدرج في الجدول (1) الملوثات الرئيسة ومصادرها ومخاطرها.

 

الجدول (1) ملخص معلومات عن الملوثات الأساسية.

الملوّث النوع المصادر الرئيسية المخاطر الصحية الرئيسية القيم المرجعية لمنظمة الصحة العالمية NO2 أوّلي وثانوي حرق الوقود أمراض الجهاز التنفسي  μg/m3   40متوسط القيمة المسموح بها سنوياً.    200μg/m3 متوسط القيمة المسموح بها في الساعة. SO2 أوّلي حرق الوقود والكتلة الحيوية أمراض الجهاز التنفسي μg/m3  20   متوسط القيمة المسموح بها في 24 ساعة.  500   μg/m3  متوسط القيمة المسموح بها في عشر دقائق. O3 ثانوي تفاعلات كيميائية ضوئية أمراض الجهاز التنفسي  μg/m3  100 متوسط القيمة المسموح بها في 8 ساعات. CO أوّلي الاحتراق غير الكامل للوقود ولاسيما البنزين، وحرائق الغابات. أمراض القلب والجهاز العصبي.  mg/m3 100متوسط القيمة المسموح بها في 15 دقيقة. 60   mg/m3 متوسط القيمة المسموح بها في 30 دقيقة. 30  mg/m3 متوسط القيمة المسموح بها في الساعة. الجسيمات العالقة  (PM10) أوّلي وثانوي حرق الوقود والخشب والغبار، الصناعات، التفاعلات الكيميائية الضوئية أمراض الجهاز التنفسي، سرطان الرئة والأمراض القلبية 20μg/m3   متوسط القيمة المسموح بها سنوياً.  50  μg/m3متوسط القيمة المسموح بها في 24 ساعة. الجسيمات العالقة (PM2.5) أوّلي وثانوي حرق الوقود والخشب، الغبار، الصناعات، تفاعلات كيميائية ضوئية أمراض الجهاز التنفسي، سرطان الرئة والأمراض القلبية 10 μg/m3 متوسط القيمة المسموح بها سنوياً. 25  μg/m3 متوسط القيمة المسموح بها في 24 ساعة. VOCs أوّلي الاحتراق غير الكامل للوقود أمراض الجهاز التنفسي، بعضها مسرطن بحسب المركب

طرائق مراقبة تلوّث الهواء وتجهيزاتها

تعد عملية مراقبة تلوّث الهواء أو رصد تلوّث الهواء air pollution monitoring  من أهم أدوات حماية البيئة، وتقوم على قياس مستويات تلوث الهواء وفق استراتيجية مدروسة ومبرمجة جغرافياً وزمنياً.

الغاية من عمليات الرصد هي تحديد قيم مؤشر جودة الهواء وتحديد تجاوزات مستويات التلوث، وتقييم فعالية برامج تخفيف التلوث، وتقدير الكميات الإجمالية للانبعاثات وتقدير مخاطر التلوث، وتغذية برمجيات نمذجة التلوث. تتألف شبكات رصد تلوث الهواء من محطات ثابتة ومختبرات متنقلة. وتجري عملية القياس بطرائق يدوية أو آلية، إضافة إلى طرائق الرصد من بعد بواسطة الطائرات والأقمار الصناعية.

ومن الطرائق الآلية المستخدمة مطيافية الأشعة تحت الحمراء Infrared  (IR) لقياس CO، ومطيافية الفلورة الضوئيةالكيميائيةUV fluorescence  لقياس SO₂، ومطيافية التألق الكيميائي chemiluminescence  لقياس  NO₂، ومطيافية الأشعة فوق البنفسجية المرئية Ultra-Violet Visible (UV-vis) spectroscopy لقياس O₃. كما تستخدم الحساسات الإلكتروكيميائية على نطاق واسع لقياس العديد من الغازات في أجهزة القياس المحمولة.

وتستخدم طرائق يدوية لاعتيان تركيز المركبات العضوية الطيارة والمركبات العطرية وتحديدها، فلتحديد تركيب الجسيمات العالقة يتم اعتيان الجسيمات العالقة على مرشحات (فلاتر) filters وتحسب كميتها بطرائق وزنية، وتحدد نسب المعادن الثقيلة بعملية استخلاص بحمض الآزوت وحمض كلور الماء، ثمّ يجري التحليل الكمي بمطيافية الامتصاص الذري Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS)، في حين يجري تحديد تراكيز المركبات العضوية بالاستخلاص بمذيبات عضوية، ويجري التحليل الكمي بطرائق الاستشراب اللوني الغازي Gas Chromatography (GC) أو السائل High-Performance Liquid Chromatography (HPLC) مع الاستعانة بمطيافية الكتلة Mass Spectrometry (MS).

طرائق التخفيف من تلوّث الهواء

تسعى الدول إلى اعتماد استراتيجيات للتخفيف من تلوّث الهواء وذلك بإصدار تشريعات تحد من التلوّث وتضبط كمية الانبعاثات وتحدد نوعية الهواء المحيط. وتتجلى هذه الاستراتيجيات في إجراءات وقائية أو علاجية. وقد نجح الكثير من الدول المتقدمة في العقدين الأخيرين في خفض مستويات التلوث بالعديد من الملوثات. أما في الدول النامية فما يزال الوضع معقداً نتيجة تزايد هجرة سكان الأرياف إلى المدن والاستهلاك المتزايد للوقود الأحفوري والأعباء المالية الضخمة المترتبة على اعتماد وسائل تخفيف التلوث.

وعلى الصعيد العالمي تسعى المنظمات الإقليمية والدولية إلى إبرام اتفاقيات للحد من تلوث الهواء مثل بروتوكول مونتريال الخاص بالحد من انبعاثات المواد التي تستنزف طبقة الأوزون، واتفاقية استوكهولم الخاصة بالملوثات العضوية الدائمة Persistent Organic Pollutants (POPs)، وبروتوكول كيوتو للحد من انبعاثات غازات الدفيئة.

يمكن عملياً الحد من تلوّث الهواء بتخفيض كمية الانبعاثات من المصادر، أو بمعالجة هذه الانبعاثات قبل انطلاقها في الجو. ويمكن بوجه عام تخفيض كمية الانبعاثات بتخفيض الاعتماد على الوقود الأحفوري، وبتحسين نوعية الوقود وبتحسين شروط الاحتراق في المحركات والحراقات والمصانع، وبتطوير عمليات التصنيع لتصبح صديقة للبيئة. فعلى سبيل المثال انخفضت مستويات التلوث بالرصاص انخفاضاً كبيراً بلغ حتى 98% في المناطق التي اُعتمد  فيها البنزين الخالي من الرصاص بعد الاستغناء عن إضافة رباعي إتيل الرصاص المستخدم لتحسين أداء المحرك.

يمكن استخدام المرشّحات (الفلاتر) أو أجهزة الترسيب بالكهرباء الساكنة (الإلكتروستاتيكية) للحد من التلوث بالجسيمات الصلبة، وتستخدم هذه الطرائق على نطاق واسع في مصانع الإسمنت. وللحد من انبعاث الملوثات الغازية يمكن استخدام إحدى طرائق الامتصاص أو الامتزاز أو التكثيف أو التحويل لمواد غير ملوِّثة.ويعد غاز ثنائي أكسيد الكبريت ملوثاً أساسياً، وللتخفيف من انبعاثاته يفضّل استخدام وقود أحفوري ذي محتوًى كبريتي منخفض. أمّا عند حرق فيول أو فحم عالي الكبريت فيمكن إضافة محسنات احتراق أو تركيب منظومات غسيل غازات الاحتراق مثل أبراج الغسيلscrubbers ، وتقوم أبراج الغسيل التي تستخدم فيها محاليل قلوية بخفض كمية SO₂ المنبعث بنسب تصل إلى 95%.

ويمكن الحد من إصدار أكاسيد الآزوت باستخدام تقنيات الحراقات الحديثة، أو بالمعالجة الوسائطية للإصدارات، أو باستخدام أجهزة الغسيل.

تلجأ الكثير من الدول إلى استعمال مقدار يسمّى "مؤشّر جودة الهواء"  لتنبيه السكان يومياً ولاسيما في المدن الكبرى لمستوى تلوث الهواء وذلك بطريقة بسيطة ومفهومة بالاعتماد على تراكيز الملوثات الأساسية، وهي في معظم الدول أربعة تشمل الأوزون، الجسيمات العالقة، أول أكسيد الكربون، وثنائي أكسيد الآزوت. وتوضع حدود هذا المؤشر على شكل عتبات إخبار وإنذار بناءً على التأثيرات الصحية المباشرة للملوثات، وليس بناءً على التأثير المزمن للملوثات على المدى البعيد أو على النواحي الأخرى غير الصحية. ويبين الجدول (2) قيم مؤشر جودة الهواء ومستواها.

الجدول (2) قيم مؤشر جودة الهواء بحسب وكالة حماية البيئة الأمريكية.

وعلى صعيد مساهمة الأفراد فبإمكان كل شخص أن يسهم في الحد من انبعاثات ملوثات الهواء باتخاذ إجراءات، مثل تجنب سكب البنزين أو المركبات الطيّارة الأخرى، وبتقليل استخدام السيارة وتخفيض الحمولة الزائدة، وبتخفيض استهلاك وقود التدفئة والكهرباء، وبالقيام بصيانة دورية لمحرك العربة أو وسائل التدفئة لتحسين الاحتراق، وبتجنب حرق النفايات سواء كانت منزلية أم زراعية أم صناعية.

مراجع للاستزادة: -      A. Albahnasawi, Air Pollution - Latest Status and Current Developments, IntechOpen 2023. -      S. L. JonasLabee, Air Pollution, Climate and Health, Arcler Education Incorporated 2021. -      Weltgesundheitsorganisation, WHO Global Air Quality Guidelines Particulate Matter (PM2.5 and PM10), Ozone, Nitrogen Dioxide, Sulfur Dioxide and Carbon Monoxide,World Health Organization  2021.

---

- التصنيف : التقانات الصناعية - النوع : التقانات الصناعية - المجلد : المجلد العاشر، طبعة 2025، دمشق مشاركة :