د. غاز كبريتيد الهيدروجين H₂S

ينتج غاز كبريتيد الهيدروجين من تخمر المخلفات البشرية السائلة، ومن الصناعات الجلدية وصناعة تكرير النفط وصناعة المطاط، ومن احتراق المواد التي تحتوي على عنصر الكبريت مثل الفحم وبعض المشتقات البترولية. ويتميز غاز كبريتيد الهيدروجين برائحته النفاذة التي تشبه رائحة البيض الفاسد.

ويُعد غاز كبريتيد الهيدروجين من أشد الغازات سُمية، إذ إنه أشد سمية حتى من غاز أول أكسيد الكربون، ويدخل غاز كبريتيد الهيدروجين إلى جسم الإنسان من طريق التنفس والجلد. ويؤثر في الجهاز العصبي المركزي، ويثبط عملية الأكسدة الخمائرية، ما يحدث اضطراباً في التنفس الخلوي. كما يؤثر هذا الغاز في قدرة الإنسان على التفكير، ويهيج الأغشية المخاطية في المجاري التنفسية وملتحمة العين.

ويبلغ تركيز غاز كبريتيد الهيدروجين في الهواء المسموح به بين 0.003 و0.008 جزء في المليون. وبمجرد الشعور برائحة غاز كبريتيد الهيدروجين (رائحة البيض الفاسد) يعني أن تركيزه في الهواء قد تعدى الحدود المسموح بها.

وتنص مواصفات جودة الهواء Ambient Air Quality Standards من قبل وكالة حماية البيئة Environment Protection Agency (EPA) الأمريكية، وتتبعها في ذلك العديد من بلدان العالم، على أنه يجب:

(1) ألا يتعدى متوسط تركيز غاز كبريتيد الهيدروجين في الهواء، في الساعة الواحدة، خلال أي مدة طولها 12 شهراً، 200 ميكروجرام لكل متر مكعب من الهواء (0.14 جزء في المليون)، أكثر من مرة واحدة في أي موقع.

(2) ألا يتعدى متوسط تركيز غاز كبريتيد الهيدروجين في الهواء، في الأربع والعشرين ساعة، خلال أي فترة طولها 12 شهراً، 40 ميكروجرام لكل متر مكعب من الهواء (0.03 جزء في المليون)، أكثر من مرة واحدة في أي موقع.

هـ. أكاسيد النيتروجين

يُعد أول أكسيد النيتروجين NO، وثاني أكسيد النيتروجين NO₂، من أهم أكاسيد النيتروجين الملوثة للهواء. وتنتج هذه الأكاسيد من اتحاد النيتروجين الجوي مع الأكسجين تحت درجات الحرارة العالية إثناء عملية الاحتراق، وتنتج السيارات نحو 70% من أكاسيد النيتروجين المرسلة في الهواء، أما الكميات الباقية فتنتج من الصناعات المختلفة ومن محطات الطاقة الكهربائية وغيرها.

وتعمل أكاسيد النيتروجين، وخاصة ثاني أكسيد النيتروجين على امتصاص الأشعة الشمسية المرئية، وعندما يصل تركيز ثاني أكسيد النيتروجين في الهواء إلى 0.25 جزء في المليون، فإنه يتسبب في انخفاض مدى الرؤية. كما تؤثر غازات أكاسيد النيتروجين على نمو وإنتاج النباتات، فعندما يصل تركيز غاز ثاني أكسيد النيتروجين في الهواء إلى 0.5 جزء في المليون لمدة 10ـ12 يوماً، فإن نمو وإنتاجية الطماطم تتدنى، أما إنتاجية الحمضيات، خاصة البرتقال، فتتدنى عندما يصل تركيز ثاني أكسيد النيتروجين إلى 0.25 جزء في المليون.

أما تأثير أكاسيد النيتروجين على الإنسان مباشرة، فتراوح بين الرائحة غير المستحبة، والحساسية الخفيفة، عندما تكون تركيزها منخفضة، إلى تأثيرات كبيرة على الجهاز التنفسي عندما يصل تركيزها إلى 6ـ12 جزء في المليون. ويكون هذا التأثير أكثر وضوحاَ على الأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين عامين وثلاثة أعوام.

وتنص مواصفات جودة الهواء Ambient Air Quality Standards من قبل وكالة حماية البيئة Environment Protection Agency (EPA) الأمريكية، وتتبعها في ذلك العديد من بلدان العالم، على أنه يجب:

(1) ألا يتعدى متوسط تركيز غاز ثاني أكسيد النيتروجين، في الساعة الواحدة، خلال أي فترة مدتها ثلاثون يوماً، تركيز 660 ميكروجرام من غاز ثاني أكسيد النيتروجين في المتر المكعب من الهواء (0.35 جزء في المليون)، أكثر من مرتين في أي موقع.

(2) ألا يتعدى متوسط تركيز غاز ثاني أكسيد النيتروجين، في العام، خلال أي فترة طولها 12 شهراً، تركيز 100 ميكروجرام من ثاني أكسيد النيتروجين في المتر المكعب الواحد من الهواء (0.05 جزء في المليون) في أي موقع.

و. غاز الأوزون O₃

يتكون غاز الأوزون في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي، عندما يحتوي الهواء على ثاني أكسيد النيتروجين ولو بتراكيز قليلة، وذلك عن طريق امتصاص غاز ثاني أكسيد النيتروجين للأشعة فوق البنفسجية من الإشعاع الشمسي لينتج أول أكسيد النيتروجين والأكسجين الذري.

 

	NO2 ثاني أكسيد النيتروجين		+				+		O أكسجين ذري

 

 

 

ومن ثم يتفاعل الأكسجين الذري مع الأكسجين الجزيئي ليكونا غاز الأوزون

	O أكسجين ذري		+

 

 

 

 

وعندما يكون أول أكسيد النيتروجين متوفراً في الهواء فإن الأوزون يتفاعل معه ما يقلل تركيز غاز الأوزون في الهواء

	O3 أكسجين ذري		+				NO2 ثاني أكسيد النيتروجين		+		O2 أكسجين جزيء

 

 

 

 

إلا أن وجود الهيدروكربونات في الهواء يستهلك أول أكسيد النيتروجين في الهواء من طريق التفاعل ما يحد من تحول غاز الأوزون إلى أكسجين جزيئي، ما يؤدي إلى تراكم غاز الأوزون في الطبقة السطحية من الهواء، ويكون مصاحباً لتكون الضباب الدخاني Smog.

ومع أن وجود غاز الأوزون ضرورياً خاصة في الطبقة العليا من الغلاف الغازي لحجب الأشعة فوق البنفسجية الضارة، ألا أنه عندما يزداد تركيزه في الطبقة السطحية من الغلاف الغازي يتسبب في أضرار صحية كثيرة أهمها حساسية الأغشية المخاطية في الجهاز التنفسي والعيون، وتورمات غريبة في أنسجة الرئتين (انظر جدول تأثيرات الأوزون حسب التركيز وفترة التعرض).

أما تأثير غاز الأوزون على النبات فيتمثل في تبقع الأوراق وتبرقشها، خاصة في العنب والبرسيم والبطاطس، والقمح، وتغير نفاذية الأغلفة الخلوية، وإعاقة نشاط الإنزيمات، وتخريب الشبكة الإندوبلازمية الداخلية، وتقليل معدل البناء الضوئي.

كما يؤثر غاز الأوزون على الأصبغة المستخدمة في تلوين المنسوجات، ويخرب المطاط، خاصة المطاط المستعمل في صناعة إطارات السيارات.

وتنص مواصفات جودة الهواء Ambient Air Quality Standards من قبل وكالة حماية البيئة Environmental Protection Agency (EPA) الأمريكية، وتتبعها في ذلك العديد من بلدان العالم، على أنه يجب:

ـ ألا يتعدى متوسط تركيز الأوزون، في الساعة الواحدة، تركيز 235 ميكروجرام من الأوزون في المتر المكعب من الهواء (0.12 جزء في المليون).

ـ ألا يتعدى متوسط تركيز الأوزون خلال ثمان ساعات 157 ميكروجرام من الأوزون لكل متر مكعب من الهواء (0.08 جزء في المليون).

ز. الهيدروكربونات

الهيدروكربونات هي المركبات المكونة من عنصري الكربون والهيدروجين، مثل غاز الميثان CH₄، والإيثان C₂H₂، والإثيلين C₂H₄ والبنزبيرين C₂OH₁₂. ويُعد المصدر الأساسي لهذه الغازات في الهواء الاحتراق الكامل وغير الكامل للوقود.

وتسهم السيارات بنحو 50% من غازات الهيدروكربونات المنبعثة في الهواء، ويعتمد معدل انبعاث هذه الغازات مع عادم السيارات على سرعة السيارة وتسارعها. فعندما تسير السيارات على الطرق السريعة بسرعة ثابتة من 85ـ90 كيلومتراً في الساعة، تكون كفاية محرك السيارة مرتفعة، وبالتالي يكون معدل انبعاث هذه الغازات مع عادم السيارة منخفضاً. أما في داخل المدن، حيث تضطر السيارات إلى تقليل السرعة ثم التسارع، فإن كفاءة المحرك تتدنى مما يجعل احتراق الوقود فيه غير كامل وبالتالي يزداد معدل خروج الهيدروكربونات مع عادم السيارات إلى الهواء.

ويُعد البنزبيرين C₂OH₁₂ Benzoperene من أشد المركبات الهيدروكربونية ضرراً على الإنسان، إذ يُجمع الباحثون على أنه من أهم المواد المسببة للسرطان. وينتج مركب البنزبيرين من احتراق الوقود، ومن القار المستخدم في الطرقات، وصناعة المطاط والسجائر. وتصل كمية ما يستنشقه الإنسان من مركب البنزبيرين في بعض المدن ما يعادل الكمية المتحصل عليها من عشرات السجائر. فقد قدر أن كمية البنزبيرين الذي يستنشقها الإنسان في مدينة ديترويت بولاية منشجان بشمال الولايات المتحدة الأمريكية تعادل كما لو دخن 37 سيجارة يومياً، أما في مدينة برمنجهام البريطانية فتصل كمية البنزبيرين الذي يستنشقها الإنسان يومياً ما يعادل تدخين 50 سيجارة.

ح. المواد العالقة

يقصد بالمواد العالقة هنا كل من الحبيبات الصلبة والقطرات السائلة الموجودة في الهواء. وبعض هذه المواد كبير أو قاتم اللون بما فيه الكفاية لكي يرى بالعين المجردة مثل الدخان، والبعض الآخر صغيراً جداً بحيث لا يكتشف إلا بالمجاهر الإلكترونية. وهذه المواد تقسم إلى مواد دقيقة أي المواد التي يقل قطرها عن 2.5 ميكرومتر، ومواد كبيرة عندما يزيد قطرها عن 2.5 ميكرومتر، وتأتي من عدة مصادر منها الطبيعي، ومنها البشري. وعادة تنتج المواد الدقيقة التي لا يزيد قطرها على 2.5 ميكرومتر من احتراق الوقود في محركات السيارات، ومحطات توليد الكهرباء، والمصانع، وحرق الأخشاب. أما المواد الأكبر من 2.5 ميكرومتر فتنتج عادة من حركة السيارات على الطرق غير المعبدة، والكسارات، وتذرية الرياح، وثوران البراكين.

وتتراكم هذه المواد العالقة في الهواء في الجهاز التنفسي وينجم عنها تأثيرات صحية متعددة. فعند التعرض للمواد العالقة الكبيرة يحدث تهيج للجهاز التنفسي كما هو الحال في مرض الربو. أما المواد العالقة الدقيقة فينجم عنها عدة مشكلات أهمها زيادة الحالات الإسعافية، والتنويم بالمستشفيات المتعلقة بأمراض القلب والرئتين، وتدني في كفاءة عمل الرئتين، وأحياناً الموت المبكر.

ويتعدى تأثير هذه المواد العالقة المشكلات الصحية ليشمل تدني الرؤية، وما تسببه من مشكلات، وتدمير للصبغات ومواد المباني.

وتنص مواصفات جودة الهواء Ambient Air Quality Standards من قبل وكالة حماية البيئة Environment Protection Agency (EPA) الأمريكية، وتتبعها في ذلك العديد من بلدان العالم، على أنه يجب:

(1) ألا يتعدى المتوسط الحسابي السنوي لتركيز المواد العالقة، التي لا يتجاوز قطرها 10 ميكرومتر، 50 ميكروجرام في المتر المكعب الواحد.

(2) ألا يتعدى المتوسط الحسابي اليومي لتركيز المواد العالقة، التي لا يتجاوز قطرها 2.5 ميكرومتر، 150 ميكروجرام في المتر المكعب الواحد.

(3) ألا يتعدى المتوسط الحسابي السنوي لتركيز المواد العالقة في الهواء التي لا يتجاوز قطرها 2.5 ميكرومتر، 15 ميكروجرام في المتر المكعب الواحد من الهواء.

(4) ألا يتعدى المتوسط الحسابي اليومي لتركيز المواد العالقة في الهواء، التي لا يتجاوز قطرها 2.5 ميكرومتر، 65 ميكروجرام في المتر المكعب الواحد من الهواء.

2. التحكم في تلوث الهواء

لقد كانت العمليات الطبيعية كافية لتنقية الهواء من الملوثات لقرون عديدة، ولكن مع الازدياد الحاد في معدلات نفث الملوثات في الهواء بعد الثورة الصناعية، لم تعد العمليات الطبيعية كافية لتنقية الهواء من الملوثات، ولا بد من تدخل الإنسان للحد من هذه الملوثات الضارة. وهناك العديد الإجراءات الممكن اتخاذها للحد من تلوث الهواء، بعضها وقائي يقوم على الحد من انبعاث الملوثات إلى الهواء، وبعضها علاجي يقوم بتخفيض الملوثات الضارة الموجودة في الهواء عن طريق تحويلها إلى مركبات غير ضارة. ويمكن تلخيص هذه الطرق كما يلي:

أ.  فصل الملوثات وترسيبها قبل الانبعاث في الهواء

في هذه الطريقة يتم فصل الملوثات سواء كانت جزيئات صلبة أو غازات، قبل انطلاقها في الهواء الخارجي، ويتم ذلك بطرق عدة أهمها المرشحات Filters والمرسبات الإلكتروستاتيكية Electrstatic Precipitators والإذابة في السوائل Solution، والادمصاص Adsorption على أسطح المواد الصلبة.

(1) المرشحات Filters

يمكن فصل الجزيئات الصلبة قبل انطلاقها إلى الهواء الخارجي بواسطة مرشحات تسمح للغازات بالمرور، بينما تحجز الجزيئات الصلبة لكبر حجمها مقارنة مع جزيئات الغازات.

(2) الترسيب الإلكتروستاتيكي Electrostatic Precipitation

وفي هذه الطريقة يتم احتجاز الجزيئات الصلبة على أسطح المواد الصلبة بفعل الطاقة الإلكتروستاتيكية.

(3) الإذابة في السوائل Solution

لأن جزيئات الغازات الملوثة ليست أكبر حجماً أو أثقل من جزيئات الهواء، فإنه لا يمكن فصلها بواسطة الطرق الميكانيكية مثل الترشيح والترسيب الإلكتروستاتيكي، إلا أن العديد من الغازات الملوثة للهواء يمكن إذابتها في السوائل، خاصة الماء، قبل خروجها إلى الهواء الخارجي، فعندما يمرر الهواء المحتوى على الغازات الملوثة خلال سوائل معينة قبل انطلاقه إلى الهواء الخارجي يتم ذوبان هذه الغازات السامة في السوائل. ومن أهم الغازات الملوثة التي يتم فصلها بهذه الطريقة غاز ثاني أكسيد الكبريت SO₂، وغاز كبريتيد الهيدروجين H₂S، وغاز الأمونيا NH₃.

(4) الادمصاص Adsorbtion

وفي هذه الطريقة يتم تمرير الغازات داخل أجسام صلبة مسامية ذات سطح نوعي Specific Surface كبير مثل الكربون النشط Activated Carbon فتقوم هذه الأجسام الصلبة بادمصاص جزيئات الغازات على أسطحها. وتتميز هذه الطريقة بأن الغازات المدمصة يمكن استعادتها ثانية وإعادة استعمالها إذا كانت هذه الغازات ذات قيمة اقتصادية عالية.

ب. تحويل الملوثات إلى مركبات غير سامة قبل انطلاقها إلى الهواء

تعد عملية الأكسدة من أهم الطرق المستخدمة لتحويل الملوثات السامة إلى مركبات جديدة، غير سامة. وتكون عملية الأكسدة عادة فعالة بشكل كبير، لتحويل بعض الغازات إلى مركبات غير ضارة، إلا أنها نادراً ما تستعمل لتحويل الجزيئات الصلبة.

ج. استعمال مصادر جديدة للطاقة أقل تلويثاً

يُعد البترول وقوداً أقل تلويثاً للهواء من الفحم، إلا أن الغاز الطبيعي أقل تلويثاً للهواء من البترول، كما أن هناك مصادر جديدة للطاقة تكون أقل تلويثاً للهواء مثل الطاقة الكهرومائية حيث تولد الكهرباء من تربينات تديرها الشلالات المتدفقة من السدود المقامة على الأنهار، ومثل الطاقة الشمسية حيث تحول الطاقة الكهرومغناطيسية القادمة من الشمس إلى طاقة كهربائية من طريق مصفوفات من الخلايا الشمسية.