اثرات آلودگی گوگرد بر محیط زیست

آلودگی هوا یكی از پدیده های زندگی مدرن امروزی و ناشی از پسماندهایی است كه دراثر فعالیتهای شبانه روزی بشر بوجود می آید

مقدمه :

آلودگی هوا یكی از پدیده های زندگی مدرن امروزی و ناشی از پسماندهایی است كه دراثر فعالیتهای شبانه روزی بشر بوجود می آید. این پسماندها ناشی از تولید مواد غذایی، صنعتی، كالاهای مختلف و انرژی است. شاید بتوان علل اصلی آلودگی هوا را در احتراق ناقص جستجو كرد كه طی آن بر اثر عدم سوخت رسانی كامل و یا نسبت نامناسب هوا و سوخت پس از احتراق موادی نظیر منواكسید كربن، اكسید سولفور ، اكسید نیتروژن ذرات خاكستر و یا هیدروكربونهایی كه سوخته نشده وارد هوا می شوند و از آنجایی كه این مواد بر روی كل حیات اثر سوء می گذارد به عنوان آلوده كننده هوا از آنها یاد می شود.

در سالهای اخیر توجه زیادی به محیط زیست شده است و اصطلاحات جدیدی مانند آلولوژی، محیط زیست، مه دود فتو شیمیایی اثرات گلخانه ای در مكالمات وارد گردیده است. در همین حال به مشكلاتی از محیط زیست پی می بریم كه محلول استفاده از تكنولوژی بسیار پیشرفته ای است كه برای تامین رفاه مادی مورد نیاز بوده است.از جمله این مشكلات آلودگی هوا ست كه باعث افزایش بیماریهای تنفسی در میان سالخوردگان وجوانان، كاهش میزان دید،خسارت گیاهان وجانوران گردیده و اثرات آن درسطح جهانی فاجعه آمیز میباشد بدنیست تعریفی از آلودگی هوا داشته باشیم. انجمن مشترك  مهندسین آلودگی هوا و كنترل آن تعریف زیر را برای آلودگی هوا بیان كرده است:

آلودگی هوا یعنی وجود یك یا چند آلوده كننده مانند گرد و غبار، فیوم ها، گازها، میت ها، بو، دود و بخارات در هوای آزاد با كمیتها، ویژگیها و زمان ماند كه برای زندگی انسان، گیاهان و جانوران خطرناك و برای اموال و تأسیسات مختلف مضر می باشد و یا به طور غیر قابل قبولی مخل استفاده راحت از زندگی و اموال گردد.

در اینجا به بررسی آلودگی هوای ناشی از گازها و به طور مخصوص گاز دی اكسید گوگرد() می پردازیم. در اثر وجود این ماده ریزش باران و برف اسیدی مشاهده می شود كه در اثر تبدیل  به ذرات سولفات یا قطرات اسید سولفوریك تحت تأثیر شرایط جوی صورت می گیرد.

تركیبات گوگردی كه در یك محل منتشر می شوند تحت تأثیر حركت باد ممكن است در محلی دیگر از هوا جدا گردند، جدا شدن ممكن است به علت بارندگی، سقوط وزنی و یا برخورد مستقیم به سطح زمین یا گیاهان انجام گیرد. در زمینهایی كه طبیعتاً اسیدی هستند(مثل ممالك اسكاندیناوی)اضافه شدت تركیبات گوگردی سرعت رشد جنگلها و در نتیجه حاصلخیزی را كاهش داده است.

قسمت اعظم آلودگی هوا توسط دی اكسید گوگرد ناشی از انتشار گازهای حاصل از احتراق می باشد كه به مقدار زیادی از طریق نیروگاههای بزرگی كه در حال حاضر وجود دارند رواج پیدا می كند.

   یك گاز بدون رنگ و غیر قابل اشتعال است. خواص فیزیكی این گاز را می توانید در جدول زیر بدینگونه نمایش دهیم. غلظت لازم برای تشخیص مزه آن بین 0.3-1 ppm در هوا می باشد و آستانه بو در حدود 0.5 ppm می باشد. این گاز دارای بویی تند و تحریك كننده می باشد.

واكنشهای مختلفی توسط موجود در هوا ممكن است اتفاق افتد، برای مثال

 

 

 

اثرات نامساعد آلودگی هوا روی كیاهان از مدتها قبل شناخته شده است ولی مكانیسم هایی كه آلوده كننده ها با آن به گیاهان حمله می كنند هنوز به خوبی شناخته نشده اند. مكانیسمی كه برای تأثیر دی اكسید گوگرد پیشنهاد شده به صورت زیر است:

مكانیسمی كه با آن ضایعه حاد رخ می دهد ظاهراً به خاطر قدرت گیاه در تبدیل دی اكسید گوگرد جذب شده به اسید سولفوریك می باشد كه بعداً به سولفات ها تبدیل می شود و در نوك و حاشیه برگها ذخیره می گردد. با جذب مقادیر بیشتر تصور می شود كه سولفیت نیز انباشته شده و سپس تبدیل به اسید سولفورو می شود كه در نهایت به سلول برگ حمله خواهد كرد. از طرف دیگر صدمات مزمن از انباشته شدن تدریجی مقدار زیادی سولفات در بافت برگ نتیجه می شود. سولفات تشكیل شده از جذب ائیدرید سولفوروی هوا به سولفات جذب شده از طریق ریشه اضافه می گردد.

بنابراین مشاهدا می شود كه مقدار  بیش از 0.5 ppm  در مدت كوتاهی می تواند باعث خسارت به گیاه شود.

 

1-1 ) منابع دی اكسیدگوگرد: (ائیدرید سولفورو)

مصرف زغال سنگ با 0.5 درصد گوگرد كه برای یك نیروگاه 2250 مگاواتی استفاده شده است، همان آلودگی یك نیروگاه 1000 مگاواتی تولید می كرد، اگر مقدار گوگرد زغال سنگ 1.12 درصد بود، یعنی ائیدرید گوگرد تولیدی به 17400 پوند در ساعت و یا 76000 تن در سال بالغ می شد. به طور معمول مصرف زغال سنگ در ایالات متحده امریكا به وسیله مصرف كنندههای برق شامل 10⁶×42 تن زغال سنگ با كمتر از 1 درصد گوگرد، 10⁶ ×138 تن زغال سنگ با 1.1 تا3  درصد گوگرد و 10⁶ ×48 تن زغال با درصد گوگردی بیشتر از 3 درصد می باشد(پری ودكارلو، 1967). به طور متوسط زغال سنگ مصرف شده به وسیله صنایع تولید الكتریسیته قبل از اجرای قانون سال 1970 محتوی 2.5 درصد گوگرد بود.

گوگرد در زغال سنگ به صورت پیریت آهن، تركیبات آلی، و سولفاتها وجود دارد. تنها دو شكل اولیه از اهمیت زیاد برخوردارند. بعد از آنكه زغال سنگ خرد گردید، گوگردی را كه به صورت پیریت وجود دارد می توان به طور جزئی جدا نمود، زیرا كه آهن پیریت با روشهای استفاده از نیروی ثقل قابل جدا كردن می باشد. شستشو با آب و نیروی ثقل می تواند مقدار گوگرد موجود  در زغال را تا میزان یك سوم كاهش دهد.

 

1.1.2 ) تركیبات نفتی

نفت خام دارای مقادیر متغیری گوگرد می باشد. فرآیندهای تصفیه بیشترین مقدار گوگرد را در اجزاء سنگین تقطیر كه دارای بالاترین درجه حرارت نقطه جوش می باشند، باقی می گذارد. بنابراین گوگرد محتوی سوخت باقیمانده تقطیر ممكن است 4 تا 6 مرتبه از نفت خام بیشتر باشد. سوخت باقیمانده تقطیر معمولاً در نیروگاههای تولید برق، به عنوان درجه 6 و در كشتیها به عنوان بانكر- سی مورد استفاده قرار می گیرد و گوگرد آن معمولا بین 75 /0  تا 5/2 درصد می باشد. نفت خام  كشور های لیبی، نیجریه، و اندونزی تماماً دارای گوگرد كم می باشد. نكته قابل توجه آن است كه مقدار نفت در دسترس كه  بدون گوگرد زداوئی گوگرد آن كم باشد محدود بوده و از طرفی نیاز به چنین نفتی روبه افزایش است. در سال 1966 در ایالات متحده تقریباً 600 میلیون بشكه مازوت (نفت سیاه) سوخته شده كه بیشتر از 80 درصد آن دارای حداقل 2 درصد گوگرد بوده است. بیشترین مقدار آن برای گرم كردن اماكن، صنایع و تولید برق مصرف گردیده است.

چنین فرآیند شیمیایی برای جدا كردن گوگرد از نفت خام مورد استفاده قرار می گیرند. بعضی از پالایشگاهها به دستگاههایی مجهز گردیده اند كه می توانند میزان گوگرد موجود در نفت سیاه(مازوت) را تا كمتر از یك درصد كاهش دهند. ولی ساده ترین روش برای تهیه چنین سوختی آن است كه نفت باقیمانده با درصد گوگرد زیاد را با نفت تقطیری با گوگرد كم مخلوط نمایند.

 

1.1.3) گاز طبیعی

معمولاً گاز طبیعی محتوی مقدار ناچیزی گوگرد می باشد و از مخلوط هیدروكربنهای سبك به خصوص متان تشكیل گردیده است. در نیروگاه تولید برق استفاده از این سوخت به اندازه خیلی زیاد مطلوب می باشد. در حالیكه احتراق سوخت به خصوص برای  تولید برق، بیشترین مقدار از انتشار گوگرد را ایجاد می نماید منابع عظیم دیگری نیز وجود دارند. با یك حساب ساده به ازاء هر پوند(453/0 كیلوگرم) مس تولید شده 2 پوند(906/0 كیلوگرم) از طریق دودكش خارج     می شود.

 

1.1.4) منابع طبیعی

آماری كه انتشار گوگرد تولید شده به وسیله انسان را با مقدار ناشی از منابع طبیعی مقایسه می كند كه در فصل سوم داده شده است. انتشار جهانی به وسیله رابینسون و رابینز محاسبه گردیده كه برابر با 10⁶ ×146 تن در سال 1970 می باشد كه از این مقدار 70 درصد از احتراق زغال سنگ و 16 درصد از احتراق مواد نفتی است. 93% از حاصله در نیمكره شمالی منتشر می شود. كل انتشار تركیبات گوگردی 10⁶ × 220 تن در سال تخمین زده شده است كه از گازهائی مانند  ، و تركیبات سولفات حاصل از دریاها ناشی می گردند . انتشار گوگرد آلوده كننده در حدود 10⁶×73 تن در سال (نیمی از 10⁶×146 تن )است. بدین ترتیب منابع طبیعی گوگرد هنوز هم بیشتر از انتشار حاصل از مراحل احتراق می باشد ، اگر چه این بدان معنی نیست كه بخواهیم اثرات سوء غلظتهای  را بخصوص در مناطق شهری كمتر كنیم. بر طبق نظریات رابینسون و رابینز (1970) عمر  در اتمسفر شهرها در حدود 2 ساعت و در مناطق دور از  شهر 2 روز  می باشد . آنها هم عمر  را در حدود 4 روز تخمین زده اند. مشكل است كه بتوان این رقم آخر را تعیین نمود، زیرا كه مكانیسم های زیادی برای برطرف شدن  وجود دارد.  می تواند مستقیماً به وسیله باران شسته شود و یا بر روی گیاهان ذخیره گردد.

سرانجام شواهدی وجود دارد كه در اتمسفر مه آلود و با رطوبت زیاد  می تواند با آمونیاك (در اتمسفر به مقدار جزئی وجود دارد) وارد واكنش شده و تشكیل سولفات آلومینیم   را بنماید كه متعاقباً به وسیله عمل شستشوی باران از اتمسفر برطرف می شود. تمامی این مكانیسم های مختلف برای جدا كردن باعث می گردند كه  عمر كوتاهی در اتمسفر داشته باشد.

 

1.2 ) اثرات  در روی مواد

1.2.1 ) خوردگی

خوردگی معمولاً‌ به معنی فساد تدریجی فلزات است. ولی در اینجا تعریف عمومی است به طوری كه اثرات بر روی فلزات، مصالح ساختمانی و منسوجات را هم شامل خواهد شد. مهمترین آلوده كننده هوا كه مسئول خورده شدن فلزات می باشد،  است كه وقتی به  تبدیل می شود باعث خوردگی الكتروشیمیائی فلزات می گردد.

به نظر می رسد كه ذرات دوده به این واكنش شتاب می دهند. دلیل آن احتمالاً جذب گازها به وسیله ذرات می باشد. عامل نسبتاً مهم دیگر رطوبت نسبی و حرارت است.

فلزاتیكه خراب می شوند محدود به فولاد، آلومینیوم، مس، روی و آهن نمی باشند.

خسارت این نوع اثر آلودگی هوا شامل فساد اقلام گوناگونی چون ریلهای فولادی راه آهن، سیمهای هوائی كنتاكتهای برق در هوای آزاد، فلزات پلها، سقفها و غیره نیز می باشد.

هزینه های اضافی برای رنگ آمیزی و جایگزینی اجناس گرانتر بجای چیزهای خورده شده نیز باید به زیانهای شمرده شده، اضافه شود.

سنگهای ساختمانی هم در اثر آلوده كننده های خورنده خسارت می بینند، بخصوص سنگ آهك  و دولومیت ( و ) كه مورد حمله اسید سولفوریك قرار می گیرند. تمیز كردن لكه های روی سنگ كه در اثر مخلوطی از تركیبات گوگردی و ذرات بوجود می آید نیاز به مخارج اضافی دارد، یكی از روشهای جدا كردن  از كاز دودكش، تركیب مردن آن با  می باشد، جالب است كه همین واكنش بطور غیردلخواه در طبیعت صورت می گیرد و باعث فساد سنگهای ساختمانی می شود.

نقاشی ساختمانها نیز در اثر آلودگی هوا خسارت می بیند، مناطق زیادآلوده بیشتر به تكرار رنگ آمیزی احتیاج پیدا می كنند.

از آنجائی كه رنگ دانه های ارزان قیمت بیشترین خسارت را می بینند احتمالاً این مشكل ادامه دارد.

نور آفتاب و رطوبت نسبی تشدید كننده این اثر هستند.

 

1.2.2 ) گنجینه های هنر

در سراسر دنیای صنعتی آلودگی هوا خسارت زیادی را بر اشیاء هنری وارد آورده است. خساراتی كه طی 70 سال اخیر در لندن اتفاق افتاده بیش از كل زیانهائی است كه طی هزاران سال ماقبل آن پیش آمده بود. همچنین نیترات ها، سولفات ها، كلرورها و سایر نمكها ضمن كریستال شدن، رشد می كنند، حال اگر این تركیبات وارد تركها شوند نیروی رشد كریستال آنها باعث بزرگتر شدن ترك در نهایت تكه تكه شدن، سنگ می شود.

در بعضی از مناطق جنوبی اروپا نقاشیهای آب رنگ روی دیوار، كه مربوط به دوران قبل رنسانس می باشند در اثر آلودگی هوا خسارات زیادی دیده اند.

 

1.3) خسارات مالی

تخمین خسارات مالی آلودگی هوا در رابطه با بعضی اثرات زیان بخش آن مشكل می باشد. بعضی خسارات مانند آنچه كه بر كشاورزی وارد آمده تخمین زده شده است، ولی بسیاری از اثرات آلودگی هوا غیر مستقیم یا پنهانی هستند و لذا نمی توان قیمتی بر آنها نهاد. از آنجمله كاهش رشد نباتات با غلظتهای كم ولی مزمن،تماس با مخلوطی از آلودگیها،‌اضافه پرداختی برای تمیزكاری و خسارات وارده به كارهای هنری می باشد. علی رغم این مشكلات تخمینهائی هم زده شده است.

گزارش كمیته امور عمومی (1963 كه در ولوزین 1966 چاپ شده) چنین نظر می دهد: «در مورد زیانهای وارده به لوازم و دارائی كه آلودگی هوا باعث می شود اطلاعات درستی در دست نیست. تخمینهای متفاوتی درباره زیانهای آلودگی زده شده و یكی از تخمینهائی كه غالباً‌بكار برده نشده است است رقم 65 دلار را برای هر نفر در سال پیشنهاد می كند.