الهدف من نمذجة تلوث الهواء هو تقدير تركيزات الملوثات الخارجية التي تسببها ، على سبيل المثال ، عمليات الإنتاج الصناعي أو الإطلاق العرضي أو حركة المرور. تُستخدم نمذجة تلوث الهواء للتأكد من التركيز الكلي للمادة الملوثة ، وكذلك لإيجاد سبب المستويات المرتفعة غير العادية. بالنسبة للمشروعات في مرحلة التخطيط ، يمكن تقدير المساهمة الإضافية للعبء الحالي مقدمًا ، ويمكن تحسين ظروف الانبعاث.

الشكل 1. النظام العالمي لرصد البيئة / إدارة تلوث الهواء

اعتمادًا على معايير جودة الهواء المحددة للملوثات المعنية ، فإن القيم المتوسطة السنوية أو تركيزات الذروة في الوقت القصير هي موضع اهتمام. عادة يجب تحديد التركيزات في الأماكن التي ينشط فيها الناس - أي بالقرب من السطح على ارتفاع حوالي مترين فوق سطح الأرض.

العوامل التي تؤثر على تشتت الملوثات

هناك نوعان من المعلمات التي تؤثر على تشتت الملوثات: معلمات المصدر ومعلمات الأرصاد الجوية. بالنسبة لمعلمات المصدر ، تتناسب التركيزات مع كمية الملوثات المنبعثة. إذا كان الأمر يتعلق بالغبار ، فيجب أن يكون قطر الجسيم معروفًا لتحديد ترسيب وترسيب المادة (VDI 1992). نظرًا لأن التركيزات السطحية أقل مع ارتفاع أكبر للمكدس ، يجب أيضًا معرفة هذه المعلمة. بالإضافة إلى ذلك ، تعتمد التركيزات على الكمية الإجمالية لغاز العادم ، وكذلك على درجة حرارته وسرعته. إذا تجاوزت درجة حرارة غاز العادم درجة حرارة الهواء المحيط ، فسيكون الغاز عرضة للطفو الحراري. سرعة العادم ، والتي يمكن حسابها من قطر المكدس الداخلي وحجم غاز العادم ، ستسبب طفوًا ديناميكيًا للزخم. يمكن استخدام الصيغ التجريبية لوصف هذه الميزات (VDI 1985 ؛ Venkatram and Wyngaard 1988). يجب التأكيد على أنه ليس كتلة الملوث المعني ولكن كتلة الغاز الكلي هي المسؤولة عن طفو الزخم الحراري والديناميكي.

عوامل الأرصاد الجوية التي تؤثر على تشتت الملوثات هي سرعة الرياح واتجاهها ، وكذلك التقسيم الحراري العمودي. يتناسب تركيز الملوث مع مقلوب سرعة الرياح. هذا يرجع بشكل رئيسي إلى النقل المتسارع. علاوة على ذلك ، يزداد الاختلاط المضطرب مع تزايد سرعة الرياح. نظرًا لأن الانعكاسات المزعومة (أي الحالات التي تزداد فيها درجة الحرارة مع الارتفاع) تعيق الخلط المضطرب ، يتم ملاحظة التركيزات القصوى على السطح أثناء التقسيم الطبقي عالي الاستقرار. على العكس من ذلك ، فإن حالات الحمل الحراري تكثف الخلط الرأسي وبالتالي تظهر أقل قيم تركيز.

عادةً ما تستند معايير جودة الهواء - على سبيل المثال ، القيم المتوسطة السنوية أو 98 في المائة - إلى الإحصائيات. وبالتالي ، هناك حاجة إلى بيانات السلاسل الزمنية لمعلمات الأرصاد الجوية ذات الصلة. من الناحية المثالية ، يجب أن تستند الإحصائيات إلى عشر سنوات من المراقبة. في حالة توفر سلاسل زمنية أقصر فقط ، يجب التأكد من أنها تمثيلية لفترة أطول. يمكن القيام بذلك ، على سبيل المثال ، من خلال تحليل السلاسل الزمنية الأطول من مواقع المراقبة الأخرى.

يجب أن تكون السلاسل الزمنية للأرصاد الجوية المستخدمة أيضًا ممثلة للموقع الذي تم النظر فيه - أي يجب أن تعكس الخصائص المحلية. هذا مهم بشكل خاص فيما يتعلق بمعايير جودة الهواء بناءً على أجزاء الذروة للتوزيع ، مثل 98 بالمائة. إذا لم تكن مثل هذه السلاسل الزمنية في متناول اليد ، فيمكن استخدام نموذج تدفق الأرصاد الجوية لحساب واحد من البيانات الأخرى ، كما سيتم وصفه أدناه.

يوفر برنامج المراقبة العالمية للغلاف الجوي (GAW) (Miller and Soudine 1994) بيانات ومعلومات أخرى عن التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية للغلاف الجوي واتجاهاتها ، بهدف فهم العلاقة بين تكوين الغلاف الجوي المتغير والتغيرات العالمية. والمناخ الإقليمي ، والانتقال بعيد المدى في الغلاف الجوي ، وترسب المواد التي يحتمل أن تكون ضارة على النظم الإيكولوجية الأرضية ، والمياه العذبة ، والبحرية ، والدورة الطبيعية للعناصر الكيميائية في الغلاف الجوي العالمي / المحيط / نظام الغلاف الحيوي ، والآثار البشرية المنشأ عليها. يتكون برنامج المراقبة العالمية للغلاف الجوي من أربعة مجالات نشاط: النظام العالمي لرصد الأوزون (GO3OS) ، والرصد العالمي لتكوين الغلاف الجوي الخلفي ، بما في ذلك شبكة رصد تلوث الهواء الخلفية (BAPMoN) ؛ التشتت ، والنقل ، والتحول الكيميائي ، وترسب ملوثات الغلاف الجوي على اليابسة والبحر على نطاقات زمنية ومكانية مختلفة ؛ تبادل الملوثات بين الغلاف الجوي والأجزاء البيئية الأخرى ؛ والمراقبة المتكاملة. أحد أهم جوانب المراقبة العالمية للغلاف الجوي هو إنشاء مراكز نشاط علمي لضمان الجودة للإشراف على جودة البيانات المنتجة في إطار المراقبة العالمية للغلاف الجوي.

---

 

 

مفاهيم نمذجة تلوث الهواء

كما ذكر أعلاه ، يعتمد تشتت الملوثات على ظروف الانبعاث والنقل والخلط المضطرب. إن استخدام المعادلة الكاملة التي تصف هذه الميزات يسمى نمذجة التشتت الأولير (Pielke 1984). من خلال هذا النهج ، يجب تحديد مكاسب وخسائر الملوثات المعنية في كل نقطة على شبكة مكانية وهمية وفي خطوات زمنية مميزة. نظرًا لأن هذه الطريقة معقدة للغاية وتستغرق وقتًا طويلاً في الكمبيوتر ، فلا يمكن عادةً التعامل معها بشكل روتيني. ومع ذلك ، بالنسبة للعديد من التطبيقات ، يمكن تبسيطها باستخدام الافتراضات التالية:

• لا تغيير في ظروف الانبعاث مع مرور الوقت

• لا تغيير في ظروف الأرصاد الجوية أثناء النقل

• سرعة الرياح فوق 1 م / ث.

 

في هذه الحالة ، يمكن حل المعادلة المذكورة أعلاه تحليليًا. تصف الصيغة الناتجة عمودًا بتوزيع تركيز غاوسي ، وهو ما يسمى نموذج عمود غاوسي (VDI 1992). تعتمد معلمات التوزيع على ظروف الأرصاد الجوية ومسافة الريح وكذلك على ارتفاع المدخنة. يجب أن يتم تحديدها بشكل تجريبي (Venkatram and Wyngaard 1988). يمكن وصف الحالات التي تختلف فيها الانبعاثات و / أو بارامترات الأرصاد الجوية بمقدار كبير في الوقت و / أو المكان بواسطة نموذج النفث الغاوسي (VDI 1994). في ظل هذا النهج ، تنبعث نفث متميزة في خطوات زمنية محددة ، كل منها يتبع مساره الخاص وفقًا لظروف الأرصاد الجوية الحالية. في طريقها ، تنمو كل نفخة وفقًا للخلط المضطرب. يجب تحديد المعلمات التي تصف هذا النمو ، مرة أخرى ، من البيانات التجريبية (Venkatram and Wyngaard 1988). ومع ذلك ، يجب التأكيد على أنه لتحقيق هذا الهدف ، يجب أن تكون معلمات الإدخال متاحة بالقرار اللازم في الوقت و / أو المكان.

فيما يتعلق بالإطلاقات العرضية أو دراسات الحالة الفردية ، نموذج لاغرانج أو نموذج جسيم (المبدأ التوجيهي VDI 3945، الجزء 3) موصى به. وبالتالي فإن المفهوم هو حساب مسارات العديد من الجسيمات ، كل منها يمثل كمية ثابتة من الملوث المعني. تتكون المسارات الفردية من النقل بالرياح المتوسطة والاضطرابات العشوائية. نظرًا للجزء العشوائي ، فإن المسارات لا تتفق تمامًا ، ولكنها تصور الخليط بالاضطراب. من حيث المبدأ ، فإن نماذج لاغرانج قادرة على مراعاة ظروف الأرصاد الجوية المعقدة - على وجه الخصوص ، الرياح والاضطرابات ؛ يمكن استخدام الحقول المحسوبة بواسطة نماذج التدفق الموضحة أدناه لنمذجة تشتت لاغرانج.

نمذجة التشتت في التضاريس المعقدة

إذا كان لابد من تحديد تركيزات الملوثات في تضاريس منظمة ، فقد يكون من الضروري تضمين التأثيرات الطبوغرافية على تشتت الملوث في النمذجة. هذه التأثيرات ، على سبيل المثال ، هي النقل الذي يتبع الهيكل الطبوغرافي ، أو أنظمة الرياح الحرارية مثل نسمات البحر أو الرياح الجبلية ، والتي تغير اتجاه الرياح خلال النهار.

إذا حدثت مثل هذه التأثيرات على مقياس أكبر بكثير من منطقة النموذج ، يمكن النظر في التأثير باستخدام بيانات الأرصاد الجوية التي تعكس الخصائص المحلية. في حالة عدم توفر مثل هذه البيانات ، يمكن الحصول على البنية ثلاثية الأبعاد المؤثرة على التدفق حسب التضاريس باستخدام نموذج التدفق المقابل. بناءً على هذه البيانات ، يمكن تنفيذ نمذجة التشتت نفسها بافتراض التجانس الأفقي كما هو موضح أعلاه في حالة نموذج عمود غاوسي. ومع ذلك ، في الحالات التي تتغير فيها ظروف الرياح بشكل كبير داخل منطقة النموذج ، يجب أن تأخذ نمذجة التشتت نفسها في الاعتبار التدفق ثلاثي الأبعاد المتأثر بالبنية الطبوغرافية. كما ذكر أعلاه ، يمكن القيام بذلك باستخدام نموذج نفث غاوسي أو نموذج لاغرانج. هناك طريقة أخرى وهي إجراء نمذجة أويلر الأكثر تعقيدًا.

لتحديد اتجاه الرياح وفقًا للتضاريس الهيكلية الطوبوغرافية ، يمكن استخدام نمذجة التدفق المتسقة أو التشخيصية (Pielke 1984). باستخدام هذا النهج ، يتم ضبط التدفق على التضاريس عن طريق تغيير القيم الأولية بأقل قدر ممكن والحفاظ على اتساق كتلته. نظرًا لأن هذا نهج يؤدي إلى نتائج سريعة ، فيمكن استخدامه أيضًا لحساب إحصائيات الرياح لموقع معين إذا لم تتوفر ملاحظات. للقيام بذلك ، يتم استخدام إحصاءات الرياح الجيوستروفية (أي بيانات الهواء العلوي من مسابح خام).

ومع ذلك ، إذا كان لابد من النظر في أنظمة الرياح الحرارية بمزيد من التفصيل ، فيجب استخدام ما يسمى بالنماذج التنبؤية. اعتمادًا على مقياس منطقة النموذج وانحدارها ، يكون النهج الهيدروستاتيكي ، أو حتى النهج غير الهيدروستاتيكي الأكثر تعقيدًا ، مناسبًا (VDI 1981). تحتاج النماذج من هذا النوع إلى قدر كبير من طاقة الكمبيوتر ، فضلاً عن الكثير من الخبرة في التطبيق. تحديد التركيزات على أساس الوسائل السنوية ، بشكل عام ، غير ممكن مع هذه النماذج. بدلاً من ذلك ، يمكن إجراء دراسات الحالة الأسوأ من خلال مراعاة اتجاه واحد فقط للرياح وسرعة الرياح ومعلمات التقسيم الطبقي التي تؤدي إلى أعلى قيم تركيز السطح. إذا لم تتجاوز قيم أسوأ الحالات معايير جودة الهواء ، فلا داعي لمزيد من الدراسات التفصيلية.

الشكل 2. الهيكل الطبوغرافي لمنطقة النموذج

يوضح الشكل 2 والشكل 3 والشكل 4 كيف يمكن عرض نقل وتوزيع الملوثات فيما يتعلق بتأثير مناخات التضاريس والرياح المستمدة من النظر في ترددات الرياح السطحية والجيوستروفية.

الشكل 3. توزيعات التردد السطحي كما هو محدد من توزيع الترددات الأرضية

الشكل 4 - متوسط ​​تركيزات الملوثات السنوية لمنطقة افتراضية محسوبة من توزيع الترددات الأرضية لحقول الرياح غير المتجانسة

نمذجة التشتت في حالة المصادر المنخفضة

بالنظر إلى تلوث الهواء الناجم عن المصادر المنخفضة (مثل ارتفاعات المداخن بترتيب ارتفاع المبنى أو انبعاثات حركة المرور على الطرق) ، يجب مراعاة تأثير المباني المحيطة. سيتم احتجاز انبعاثات حركة المرور على الطرق إلى حد معين في الأخاديد في الشوارع. تم العثور على صيغ تجريبية لوصف هذا (Yamartino و Wiegand 1986).

الملوثات المنبعثة من كومة منخفضة تقع في مبنى سيتم التقاطها في الدوران على جانب لي من المبنى. يعتمد مدى دوران هذا اللي على ارتفاع وعرض المبنى ، وكذلك على سرعة الرياح. لذلك ، فإن الأساليب المبسطة لوصف تشتت الملوثات في مثل هذه الحالة ، بناءً على ارتفاع المبنى فقط ، ليست صالحة بشكل عام. تم الحصول على المدى الرأسي والأفقي لدوران اللي من دراسات نفق الرياح (Hosker 1985) ويمكن تنفيذه في نماذج تشخيصية متسقة الكتلة. بمجرد تحديد مجال التدفق ، يمكن استخدامه لحساب النقل والخلط المضطرب للملوث المنبعث. يمكن القيام بذلك عن طريق نمذجة تشتت لاغرانج أو أويلريان.

لا يمكن إجراء المزيد من الدراسات التفصيلية - المتعلقة بالإطلاقات العرضية ، على سبيل المثال - إلا باستخدام نماذج التدفق والتشتت غير الهيدروستاتيكي بدلاً من نهج التشخيص. نظرًا لأن هذا ، بشكل عام ، يتطلب طاقة كمبيوتر عالية ، يوصى باتباع نهج أسوأ الحالات كما هو موضح أعلاه قبل نمذجة إحصائية كاملة.

 

الرجوع

تعني مراقبة جودة الهواء القياس المنتظم لملوثات الهواء المحيط من أجل التمكن من تقييم التعرض للمستقبلات المعرضة للخطر (مثل الأشخاص والحيوانات والنباتات والأعمال الفنية) على أساس المعايير والمبادئ التوجيهية المستمدة من التأثيرات المرصودة ، و / أو لتحديد مصدر تلوث الهواء (تحليل سببي).

تتأثر تركيزات ملوثات الهواء المحيط بالتباين المكاني أو الزمني لانبعاثات المواد الخطرة وديناميات انتشارها في الهواء. نتيجة لذلك ، تحدث تغيرات ملحوظة يومية وسنوية في التركيزات. من المستحيل عمليا تحديد كل هذه الاختلافات المختلفة في جودة الهواء بطريقة موحدة (بلغة إحصائية ، عدد سكان حالات جودة الهواء). وبالتالي ، فإن قياسات تركيزات ملوثات الهواء المحيط لها دائمًا طابع العينات المكانية أو الزمنية العشوائية.

تخطيط القياس

تتمثل الخطوة الأولى في تخطيط القياس في صياغة الغرض من القياس بأكبر قدر ممكن من الدقة. تتضمن الأسئلة المهمة ومجالات تشغيل مراقبة جودة الهواء ما يلي:

قياس المنطقة:

• تحديد تمثيلي للتعرض في منطقة واحدة (المراقبة العامة للهواء)
• قياس تمثيلي للتلوث الموجود مسبقًا في منطقة منشأة مخطط لها (تصريح ، TA Luft (تعليمات فنية ، هواء))
• تحذير الضباب الدخاني (الضباب الدخاني الشتوي ، تركيزات الأوزون العالية)
• قياسات في المناطق الساخنة لتلوث الهواء لتقدير أقصى تعرض للمستقبلات (EU-NO₂ الدليل الإرشادي والقياسات في الأخاديد في الشوارع ، وفقًا للقانون الفيدرالي الألماني للتحكم في الانبعاثات)
• التحقق من نتائج إجراءات واتجاهات الحد من التلوث بمرور الوقت
• قياسات الفرز
• التحقيقات العلمية - على سبيل المثال ، نقل تلوث الهواء ، والتحويلات الكيميائية ، ومعايرة حسابات التشتت.

 

قياس المرفق:

• قياسات استجابة للشكاوى
• التحقق من مصادر الانبعاثات والتحليل السببي
• القياسات في حالات الحرائق والانطلاقات العرضية
• التحقق من نجاح إجراءات التخفيض
• مراقبة الانبعاثات المنفلتة من المصنع.

 

الهدف من تخطيط القياس هو استخدام إجراءات قياس وتقييم مناسبة للإجابة على أسئلة محددة بدرجة كافية من اليقين وبأقل تكلفة ممكنة.

يرد مثال للمعلمات التي يجب استخدامها لتخطيط القياس في الجدول 1 ، فيما يتعلق بتقييم تلوث الهواء في منطقة منشأة صناعية مخطط لها. مع الاعتراف بأن المتطلبات الرسمية تختلف باختلاف الولاية القضائية ، تجدر الإشارة إلى أن هناك مرجعًا محددًا هنا لإجراءات الترخيص الألمانية للمنشآت الصناعية.

الجدول 1. معلمات لتخطيط القياس في قياس تركيزات تلوث الهواء المحيط (مع مثال على التطبيق)

 

يوضح المثال الوارد في الجدول 1 حالة شبكة قياس من المفترض أن تراقب جودة الهواء في منطقة معينة بشكل تمثيلي قدر الإمكان ، للمقارنة بحدود جودة الهواء المعينة. الفكرة وراء هذا النهج هي أن الاختيار العشوائي لمواقع القياس يتم من أجل تغطية مواقع متساوية في منطقة ذات جودة هواء متفاوتة (على سبيل المثال ، مناطق المعيشة ، والشوارع ، والمناطق الصناعية ، والمتنزهات ، ومراكز المدن ، والضواحي). قد يكون هذا النهج مكلفًا للغاية في مناطق كبيرة بسبب عدد مواقع القياس اللازمة.

يبدأ مفهوم آخر لشبكة القياس بمواقع القياس التي يتم اختيارها بشكل تمثيلي. إذا تم إجراء قياسات لجودة الهواء المختلفة في أهم المواقع ، وكان طول الفترة الزمنية التي تظل فيها الكائنات المحمية في هذه "البيئات الدقيقة" معروفًا ، فيمكن عندئذٍ تحديد التعرض. يمكن توسيع هذا النهج ليشمل البيئات الدقيقة الأخرى (مثل الغرف الداخلية والسيارات) من أجل تقدير إجمالي التعرض. يمكن أن تساعد نمذجة الانتشار أو قياسات الفرز في اختيار مواقع القياس الصحيحة.

يتمثل النهج الثالث في القياس عند نقاط التعرض الأعلى المفترض (على سبيل المثال ، بالنسبة لأكسيد النيتروجين)₂ والبنزين في وديان الشوارع). إذا تم استيفاء معايير التقييم في هذا الموقع ، فهناك احتمال كاف بأن يكون هذا هو الحال أيضًا بالنسبة لجميع المواقع الأخرى. يتطلب هذا النهج ، من خلال التركيز على النقاط الحرجة ، عددًا قليلاً من مواقع القياس نسبيًا ، ولكن يجب اختيار هذه المواقع بعناية خاصة. هذه الطريقة الخاصة تخاطر بالمبالغة في تقدير التعرض الحقيقي.

يتم إعطاء معلمات الفترة الزمنية للقياس وتقييم بيانات القياس وتكرار القياس بشكل أساسي في تعريف معايير التقييم (الحدود) ومستوى اليقين المطلوب من النتائج. ترتبط حدود العتبة والشروط المحيطية التي يجب مراعاتها في تخطيط القياس. باستخدام إجراءات القياس المستمرة ، يمكن تحقيق دقة غير ملحومة مؤقتًا تقريبًا. لكن هذا ضروري فقط في مراقبة قيم الذروة و / أو تحذيرات الضباب الدخاني ؛ لرصد القيم المتوسطة السنوية ، على سبيل المثال ، القياسات غير المستمرة كافية.

القسم التالي مخصص لوصف قدرات إجراءات القياس ومراقبة الجودة كمعامل إضافي مهم لتخطيط القياس.

ضمان مستوى الجودة

قد يكون إجراء قياسات لتركيزات ملوثات الهواء المحيط مكلفًا ، ويمكن أن تؤثر النتائج على قرارات مهمة لها آثار اقتصادية أو بيئية خطيرة. لذلك ، تعد إجراءات ضمان الجودة جزءًا لا يتجزأ من عملية القياس. يجب تمييز مجالين هنا.

الإجراءات الموجهة نحو الإجراءات

يتكون كل إجراء قياس كامل من عدة خطوات: أخذ العينات ، وإعداد العينة والتنظيف ؛ الفصل والكشف (الخطوة التحليلية النهائية) ؛ وجمع البيانات وتقييمها. في بعض الحالات ، خاصة مع القياس المستمر للغازات غير العضوية ، يمكن استبعاد بعض خطوات الإجراء (على سبيل المثال ، الفصل). يجب السعي إلى الالتزام الشامل بالإجراءات في إجراء القياسات. يجب اتباع الإجراءات التي تم توحيدها وبالتالي توثيقها بشكل شامل ، في شكل معايير DIN / ISO أو معايير CEN أو إرشادات VDI.

تدابير موجهة للمستخدم

لا يمكن أن يضمن استخدام معدات وإجراءات معيارية ومثبتة لقياس تركيز ملوثات الهواء المحيط جودة مقبولة إذا لم يستخدم المستخدم طرقًا مناسبة لمراقبة الجودة. سلسلة المعايير DIN / EN / ISO 9000 (إدارة الجودة ومعايير ضمان الجودة) ، EN 45000 (التي تحدد متطلبات مختبرات الاختبار) ودليل ISO 25 (المتطلبات العامة لكفاءة مختبرات المعايرة والاختبار) مهمة للمستخدم- تدابير موجهة لضمان الجودة.

تشمل الجوانب المهمة لتدابير مراقبة جودة المستخدم ما يلي:

• قبول وممارسة محتوى التدابير بمعنى الممارسة المختبرية الجيدة (GLP)
• الصيانة الصحيحة لمعدات القياس ، والتدابير المؤهلة للتخلص من الاضطرابات وضمان الإصلاحات
• إجراء عمليات المعايرة والفحص المنتظم لضمان حسن سير العمل
• إجراء الاختبارات بين المختبرات.

 

إجراءات القياس

إجراءات قياس الغازات غير العضوية

توجد ثروة من إجراءات القياس لمجموعة واسعة من الغازات غير العضوية. سوف نفرق بين الطرق اليدوية والآلية.

الإجراءات اليدوية

في حالة إجراءات القياس اليدوية للغازات غير العضوية ، عادة ما يتم امتصاص المادة المراد قياسها أثناء أخذ العينات في محلول أو مادة صلبة. في معظم الحالات ، يتم تحديد القياس الضوئي بعد تفاعل لوني مناسب. العديد من إجراءات القياس اليدوية لها أهمية خاصة كإجراءات مرجعية. نظرًا لارتفاع تكلفة الموظفين نسبيًا ، فإن هذه الإجراءات اليدوية نادرًا ما يتم إجراؤها للقياسات الميدانية اليوم ، عندما تتوفر إجراءات تلقائية بديلة. يتم عرض أهم الإجراءات بإيجاز في الجدول 2.

الجدول 2. إجراءات القياس اليدوية للغازات غير العضوية

DL = حد الكشف ؛ s = الانحراف المعياري ؛ rel. s = نسبي s.

متغير خاص لأخذ العينات ، يستخدم بشكل أساسي فيما يتعلق بإجراءات القياس اليدوية ، هو أنبوب فصل الانتشار (العائق). تهدف تقنية Denuder إلى فصل أطوار الغاز والجسيمات باستخدام معدلات انتشارها المختلفة. وبالتالي ، غالبًا ما يستخدم في مشاكل الفصل الصعبة (مثل مركبات الأمونيا والأمونيوم ؛ أكاسيد النيتروجين وحمض النيتريك والنترات ؛ أكاسيد الكبريت وحمض الكبريتيك والكبريتات أو هاليدات / هاليدات الهيدروجين). في تقنية العَرْض الكلاسيكية ، يُمتص هواء الاختبار من خلال أنبوب زجاجي بطبقة خاصة ، اعتمادًا على المادة (المواد) التي سيتم جمعها. تم تطوير تقنية denuder بشكل أكبر في العديد من الاختلافات وأيضًا آليًا جزئيًا. لقد وسع بشكل كبير من إمكانيات أخذ العينات المتمايزة ، ولكن اعتمادًا على المتغير ، يمكن أن يكون شاقًا للغاية ، ويتطلب الاستخدام المناسب قدرًا كبيرًا من الخبرة.

الإجراءات الآلية

هناك العديد من أجهزة القياس المستمرة المختلفة في السوق لثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون والأوزون. بالنسبة للجزء الأكبر يتم استخدامها بشكل خاص في شبكات القياس. تم جمع أهم ميزات الطرق الفردية في الجدول 3.

الجدول 3. إجراءات القياس الآلي للغازات غير العضوية

 

يجب التأكيد هنا على أنه يجب معايرة جميع إجراءات القياس التلقائية المستندة إلى المبادئ الفيزيائية الكيميائية باستخدام إجراءات مرجعية (يدوية). نظرًا لأن المعدات الأوتوماتيكية في شبكات القياس تعمل غالبًا لفترات طويلة من الوقت (على سبيل المثال ، عدة أسابيع) دون إشراف بشري مباشر ، فمن الضروري أن يتم فحص أدائها الصحيح بشكل منتظم وتلقائي. يتم ذلك عمومًا باستخدام غازات صفرية واختبار يمكن إنتاجها بعدة طرق (تحضير الهواء المحيط ، اسطوانات الغاز المضغوط ، النفاذية ، الانتشار ، التخفيف الساكن والديناميكي).

إجراءات قياس ملوثات الهواء المكونة للغبار وتكوينها

من بين ملوثات الهواء الجسيمية ، يتم تمييز الغبار المتساقط والجسيمات العالقة (SPM). يتكون الغبار من جزيئات أكبر ، والتي تغرق على الأرض بسبب حجمها وسمكها. يتضمن SPM جزء الجسيمات المشتت في الغلاف الجوي بطريقة شبه مستقرة وشبه متجانسة وبالتالي يظل معلقًا لفترة معينة.

قياس الجسيمات العالقة والمركبات المعدنية في SPM

كما هو الحال مع قياسات ملوثات الهواء الغازية ، يمكن التمييز بين إجراءات القياس المستمرة والمتقطعة لـ SPM. كقاعدة عامة ، يتم فصل SPM أولاً على الألياف الزجاجية أو المرشحات الغشائية. يتبع تحديد الجاذبية أو قياس الإشعاع. اعتمادًا على أخذ العينات ، يمكن التمييز بين إجراء لقياس إجمالي SPM بدون تجزئة وفقًا لحجم الجسيمات وإجراء تجزئة لقياس الغبار الناعم.

مزايا وعيوب قياسات الغبار المعلق المجزأ متنازع عليها دوليًا. في ألمانيا ، على سبيل المثال ، تستند جميع حدود العتبة ومعايير التقييم إلى إجمالي الجسيمات العالقة. هذا يعني أنه ، بالنسبة للجزء الأكبر ، يتم إجراء قياسات SPM الإجمالية فقط. في الولايات المتحدة ، على العكس من ذلك ، فإن ما يسمى بإجراء PM-10 (الجسيمات 10 ميكرومتر) شائع جدًا. في هذا الإجراء ، يتم تضمين الجسيمات التي يبلغ قطرها الديناميكي الهوائي حتى 10 ميكرومتر (جزء تضمين بنسبة 50 في المائة) ، والتي يمكن استنشاقها ويمكن أن تدخل الرئتين. تتمثل الخطة في إدخال إجراء PM-10 في الاتحاد الأوروبي كإجراء مرجعي. تكلفة قياسات SPM المجزأة أعلى بكثير من تكلفة قياس الغبار المعلق الكلي ، لأن أجهزة القياس يجب أن تكون مزودة برؤوس أخذ عينات خاصة ومكلفة والتي تتطلب صيانة مكلفة. يحتوي الجدول 4 على تفاصيل حول أهم إجراءات قياس SPM.

الجدول 4. إجراءات قياس الجسيمات العالقة (SPM)

 

في الآونة الأخيرة ، تم أيضًا تطوير مغيرات المرشحات التلقائية التي تحتوي على عدد أكبر من المرشحات وتزودها بأخذ العينات ، واحدة تلو الأخرى ، على فترات زمنية محددة. يتم تخزين المرشحات المكشوفة في مجلة. تقع حدود الكشف عن إجراءات المرشح بين 5 و 10 ميكروغرام / م³ من الغبار كقاعدة.

أخيرًا ، يجب ذكر إجراء الدخان الأسود لقياسات SPM. قادمة من بريطانيا ، وقد تم دمجها في المبادئ التوجيهية للاتحاد الأوروبي ل SO₂ والغبار المعلق. في هذا الإجراء ، يتم قياس اسوداد المرشح المطلي بمقياس ضوئي منعكس بعد أخذ العينات. يتم تحويل قيم الدخان الأسود التي يتم الحصول عليها ضوئيًا إلى وحدات قياس الجاذبية (ميكروغرام / م³) بمساعدة منحنى المعايرة. نظرًا لأن وظيفة المعايرة هذه تعتمد بدرجة عالية على تكوين الغبار ، وخاصة محتواه من السخام ، فإن التحويل إلى وحدات قياس الجاذبية يمثل مشكلة.

اليوم ، غالبًا ما يتم تحديد المركبات المعدنية بشكل روتيني في عينات انبعاث الغبار المعلق. بشكل عام ، يتبع جمع الغبار المعلق على المرشحات انحلال كيميائي للغبار المنفصل ، نظرًا لأن الخطوات التحليلية النهائية الأكثر شيوعًا تفترض مسبقًا تحويل المركبات المعدنية والمعدنية في محلول مائي. من الناحية العملية ، فإن أهم الطرق حتى الآن هي التحليل الطيفي لامتصاص الذرات (AAS) والتحليل الطيفي بإثارة البلازما (ICP-OES). الإجراءات الأخرى لتحديد المركبات المعدنية في الغبار المعلق هي تحليل مضان الأشعة السينية ، الاستقطاب وتحليل التنشيط النيوتروني. على الرغم من أن المركبات المعدنية قد تم قياسها منذ أكثر من عقد من الزمن الآن كمكون من مكونات SPM في الهواء الخارجي في مواقع قياس معينة ، إلا أن الأسئلة المهمة لا تزال قائمة. وبالتالي ، فإن أخذ العينات التقليدي عن طريق فصل الغبار المعلق على المرشحات يفترض أن فصل مركبات المعادن الثقيلة على المرشح قد اكتمل. ومع ذلك ، تم العثور على مؤشرات سابقة في الأدبيات التي تشكك في هذا. النتائج غير متجانسة للغاية.

تكمن مشكلة أخرى في حقيقة أن الأشكال المركبة المختلفة ، أو المركبات الفردية للعناصر المعنية ، لا يمكن تمييزها في تحليل المركبات المعدنية في الغبار المعلق باستخدام إجراءات القياس التقليدية. في حين أنه في كثير من الحالات يمكن إجراء تحديدات إجمالية كافية ، فمن المستحسن إجراء تمايز أكثر شمولاً مع بعض المعادن المسببة للسرطان بشكل خاص (As، Cd، Cr، Ni، Co، Be). غالبًا ما تكون هناك اختلافات كبيرة في التأثيرات المسببة للسرطان للعناصر ومركباتها الفردية (على سبيل المثال ، مركبات الكروم في مستويات الأكسدة III و VI - فقط تلك الموجودة في المستوى السادس هي مسببة للسرطان). في مثل هذه الحالات ، سيكون من المرغوب فيه إجراء قياس محدد للمركبات الفردية (تحليل الأنواع). على الرغم من أهمية هذه المشكلة ، إلا أنه يتم إجراء المحاولات الأولى فقط لتحليل الأنواع في تقنية القياس.

قياس الغبار والمركبات المعدنية في الغبار

تُستخدم طريقتان مختلفتان تمامًا لتجميع الغبار المتساقط:

• أخذ العينات في أوعية التجميع

• أخذ العينات على الأسطح اللاصقة.

 

إجراء شائع لقياس تساقط الغبار (الغبار المترسب) هو ما يسمى بإجراء Bergerhoff. في هذا الإجراء ، يتم جمع كامل هطول الأمطار في الغلاف الجوي (الترسبات الجافة والرطبة) على مدى 30 ± 2 يومًا في أوعية على ارتفاع يتراوح بين 1.5 و 2.0 متر فوق سطح الأرض (الترسبات السائبة). ثم يتم أخذ أوعية التجميع إلى المختبر وتحضيرها (مصفاة ، تبخير الماء ، تجفيف ، وزن). تُحسب النتيجة على أساس مساحة سطح وعاء التجميع ووقت التعرض بالجرام لكل متر مربع واليوم (جم / م)²د). حد الكشف النسبي هو 0.035 جم / م²d.

تشمل الإجراءات الإضافية لجمع الغبار المتساقط جهاز Liesegang-Löbner والطرق التي تجمع الغبار المترسب على الرقائق اللاصقة.

جميع نتائج قياس الغبار هي قيم نسبية تعتمد على الجهاز المستخدم ، حيث يتأثر فصل الغبار بظروف التدفق في الجهاز والمعلمات الأخرى. يمكن أن تصل الاختلافات في قيم القياس التي تم الحصول عليها من خلال الإجراءات المختلفة إلى 50 في المائة.

من المهم أيضًا تكوين الغبار المترسب ، مثل محتوى الرصاص والكادميوم والمركبات المعدنية الأخرى. الإجراءات التحليلية المستخدمة لهذا هي في الأساس نفس تلك المستخدمة مع الغبار المعلق.

قياس المواد الخاصة في شكل غبار

المواد الخاصة في شكل الغبار تشمل الأسبستوس والسخام. يعد جمع الألياف على أنها ملوثات للهواء أمرًا مهمًا حيث تم تصنيف الأسبستوس على أنه مادة مسرطنة مؤكدة. الألياف التي يبلغ قطرها D ≤ 3 μm وطول L ≥ 5μm ، حيث L: D ≥ 3 ، تعتبر مسببة للسرطان. تتكون إجراءات قياس المواد الليفية من عد الألياف التي تم فصلها على المرشحات تحت المجهر. يمكن اعتبار الإجراءات المجهرية الإلكترونية فقط لقياسات الهواء الخارجية. يتم فصل الألياف على مرشحات مسامية مطلية بالذهب. قبل التقييم في مجهر المسح الإلكتروني ، يتم تحرير العينة من المواد العضوية من خلال ترميد البلازما مباشرة على المرشح. يتم حساب الألياف على جزء من سطح المرشح ، ويتم اختيارها عشوائيًا وتصنيفها حسب الهندسة ونوع الألياف. بمساعدة تحليل الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDXA) ، يمكن تمييز ألياف الأسبستوس وألياف كبريتات الكالسيوم والألياف غير العضوية الأخرى على أساس التركيب الأولي. الإجراء بأكمله مكلف للغاية ويتطلب أكبر قدر من العناية لتحقيق نتائج موثوقة.

أصبح السخام على شكل جزيئات تنبعث من محركات الديزل مناسبًا منذ أن تم تصنيف سخام الديزل أيضًا على أنه مادة مسرطنة. بسبب تركيبته المتغيرة والمعقدة وبسبب حقيقة أن المكونات المختلفة تنبعث أيضًا من مصادر أخرى ، لا يوجد إجراء قياس خاص بسخام الديزل. ومع ذلك ، من أجل قول شيء ملموس حول التركيزات في الهواء المحيط ، يتم تعريف السخام تقليديًا على أنه الكربون الأولي ، كجزء من إجمالي الكربون. يتم قياسه بعد أخذ العينات وخطوة الاستخراج و / أو الامتصاص الحراري. يتم تحديد محتوى الكربون من خلال الاحتراق في تيار أكسجين ومعايرة كولومترية أو كشف الأشعة تحت الحمراء غير المشتت لثاني أكسيد الكربون المتكون في العملية.

يستخدم أيضًا ما يسمى بجهاز قياس الهواء وجهاز استشعار الأيروسول الكهروضوئي لقياس السخام ، من حيث المبدأ.

قياس الترسبات الرطبة

إلى جانب الترسب الجاف ، يشكل الترسب الرطب في المطر والثلج والضباب والندى أهم الوسائل التي تدخل من خلالها المواد الضارة إلى الأرض أو الماء أو أسطح النبات من الهواء.

من أجل التمييز بوضوح بين الترسب الرطب في المطر والثلج (يمثل الضباب والندى مشاكل خاصة) من قياس الترسب الكلي (الترسب بالجملة ، انظر قسم "قياس الغبار المتساقط والمركبات المعدنية" أعلاه) والترسب الجاف ، ومجمعات المطر ، التي يتم تغطية فتحة المجموعة في حالة عدم وجود مطر (جهاز أخذ العينات الرطب فقط) ، وتستخدم لأخذ العينات. مع مستشعرات المطر ، التي تعمل في الغالب على مبدأ تغير التوصيلية ، يتم فتح الغطاء عندما يبدأ المطر في المطر ويغلق مرة أخرى عند توقف المطر.

يتم نقل العينات من خلال قمع (منطقة مفتوحة حوالي 500 سم² وأكثر) في حاوية تجميع مظلمة ومعزولة إن أمكن (من الزجاج أو البولي إيثيلين للمكونات غير العضوية فقط).

بشكل عام ، يمكن إجراء تحليل المياه المجمعة للمكونات غير العضوية دون تحضير العينة. يجب طرد المياه أو تصفيتها إذا كانت عكرة بشكل واضح. الموصلية وقيمة الأس الهيدروجيني والأنيونات المهمة (NO₃ ^- ، وبالتالي₄ ^2- ، الكلور^-) والكاتيونات (Ca²⁺K⁺، مغ²⁺، نا⁺، نه₄ ⁺ وهلم جرا) بشكل روتيني. المركبات النزرة غير المستقرة والحالات الوسيطة مثل H.₂O₂ أو HSO₃ ^- يتم قياسها أيضًا لأغراض البحث.

للتحليل ، تُستخدم الإجراءات المتاحة عمومًا للحلول المائية مثل قياس الموصلية ، والأقطاب الكهربائية لقيم الأس الهيدروجيني ، والتحليل الطيفي لامتصاص الذرات للكاتيونات (انظر قسم "قياس المواد الخاصة في شكل غبار" أعلاه) ، وبشكل متزايد كروماتوغرافيا التبادل الأيوني مع الكشف عن الموصلية للأنيونات.

يتم استخراج المركبات العضوية من مياه الأمطار ، على سبيل المثال ، مع ثنائي كلورو ميثان ، أو يتم تفجيرها باستخدام الأرجون وامتصاصها بأنابيب Tenax (فقط المواد شديدة التقلب). ثم تخضع المواد للتحليل الكروماتوغرافي للغاز (انظر "إجراءات قياس ملوثات الهواء العضوية" أدناه).

يرتبط الترسيب الجاف مباشرة بتركيزات الهواء المحيط. ومع ذلك ، فإن الاختلافات في تركيز المواد الضارة المنقولة جواً في المطر صغيرة نسبيًا ، بحيث تكون شبكات القياس ذات الشبكات العريضة كافية لقياس الترسب الرطب. تشمل الأمثلة شبكة قياس EMEP الأوروبية ، حيث يتم جمع إدخال أيونات الكبريتات والنترات وبعض الكاتيونات وقيم الأس الهيدروجيني للترسيب في حوالي 90 محطة. توجد أيضًا شبكات قياس واسعة النطاق في أمريكا الشمالية.

إجراءات القياس البصري لمسافات طويلة

في حين أن الإجراءات الموصوفة حتى الآن للقبض على تلوث الهواء عند نقطة واحدة ، فإن إجراءات القياس البصري للمسافات الطويلة تقيس بطريقة متكاملة على مسارات الضوء لعدة كيلومترات أو تحدد التوزيع المكاني. يستخدمون خصائص امتصاص الغازات في الغلاف الجوي في النطاق الطيفي للأشعة فوق البنفسجية أو المرئية أو الأشعة تحت الحمراء ويستندون إلى قانون لامبرت-بير ، الذي وفقًا له يتناسب ناتج مسار الضوء وتركيزه مع الانقراض المقاس. إذا قام المرسل والمستقبل لتركيب القياس بتغيير الطول الموجي ، فيمكن قياس عدة مكونات بالتوازي أو بالتتابع بجهاز واحد.

من الناحية العملية ، تلعب أنظمة القياس المحددة في الجدول 5 الدور الأكبر.

الجدول 5. إجراءات قياس المسافات الطويلة

LIDAR = كشف الضوء وتحديد المدى ؛ DIAL = الامتصاص التفاضلي LIDAR.

 

إجراءات قياس ملوثات الهواء العضوية

إن قياس تلوث الهواء الذي يحتوي على مكونات عضوية معقد بشكل أساسي من خلال مجموعة المواد في هذه الفئة من المركبات. يتم تغطية عدة مئات من المكونات الفردية ذات الخصائص السمية والكيميائية والفيزيائية المختلفة للغاية تحت العنوان العام "ملوثات الهواء العضوية" في سجلات الانبعاثات وخطط جودة الهواء في المناطق المزدحمة.

نظرًا للاختلافات الكبيرة في التأثير المحتمل على وجه الخصوص ، فإن جمع المكونات الفردية ذات الصلة قد أخذ مكان إجراءات الجمع المستخدمة سابقًا (على سبيل المثال ، كاشف تأين اللهب ، إجراء الكربون الكلي) ، والتي لا يمكن تقييم نتائجها بطريقة سمية. ومع ذلك ، فقد احتفظت طريقة FID بأهمية معينة فيما يتعلق بعمود فصل قصير لفصل الميثان ، وهو ليس شديد التفاعل من الناحية الكيميائية الضوئية ، ولتجميع السلائف المركبات العضوية المتطايرة (VOC) لتشكيل المؤكسدات الضوئية.

إن الضرورة المتكررة لفصل الخلائط المعقدة للمركبات العضوية إلى مكونات فردية ذات صلة تجعل قياسها عمليًا تمرينًا في الكروماتوغرافيا التطبيقية. الإجراءات الكروماتوغرافية هي الطرق المختارة عندما تكون المركبات العضوية مستقرة بدرجة كافية ، حرارياً وكيميائياً. بالنسبة للمواد العضوية ذات المجموعات الوظيفية التفاعلية ، فإن الإجراءات المنفصلة التي تستخدم الخصائص الفيزيائية للمجموعات الوظيفية أو التفاعلات الكيميائية للكشف عنها تستمر في التماسك.

تشمل الأمثلة استخدام الأمينات لتحويل الألدهيدات إلى الهيدرازونات ، مع القياس الضوئي اللاحق ؛ الاشتقاق باستخدام 2,4،2,4-dinitrophenylhydrazine وفصل XNUMX،XNUMX-hydrazone المتكون ؛ أو تشكيل صبغات آزو مع p- نيتروانيلين للكشف عن الفينولات والكريسولات.

من بين الإجراءات الكروماتوغرافية ، يتم استخدام كروماتوغرافيا الغاز (GC) والكروماتوجرافيا السائلة عالية الضغط (HPLC) بشكل متكرر لفصل المخاليط المعقدة في كثير من الأحيان. بالنسبة للكروماتوغرافيا الغازية ، تُستخدم أعمدة الفصل ذات الأقطار الضيقة جدًا (حوالي 0.2 إلى 0.3 مم وطولها من 30 إلى 100 متر تقريبًا) ، والتي تسمى الأعمدة الشعرية عالية الدقة (HRGC) ، بشكل حصري تقريبًا اليوم. تتوفر سلسلة من أجهزة الكشف للعثور على المكونات الفردية بعد عمود الفصل ، مثل FID المذكور أعلاه ، و ECD (كاشف التقاط الإلكترون ، على وجه التحديد للبدائل الكهربية مثل الهالوجين) ، PID (كاشف التأين الضوئي ، وهو حساس بشكل خاص للهيدروكربونات العطرية وأنظمة الإلكترون الأخرى) ، و NPD (كاشف الأيونات الحرارية على وجه التحديد لمركبات النيتروجين والفوسفور). يستخدم جهاز HPLC كاشفات خاصة للتدفق عبر التدفق والتي ، على سبيل المثال ، مصممة لتكون بمثابة كوفيت التدفق من خلال مطياف الأشعة فوق البنفسجية.

يعتبر استخدام مطياف الكتلة ككاشف فعال بشكل خاص ، ولكنه مكلف بشكل خاص. تحديدًا مؤكدًا حقًا ، خاصةً مع الخلائط غير المعروفة من المركبات ، غالبًا ما يكون ممكنًا فقط من خلال الطيف الكتلي للمركب العضوي. المعلومات النوعية لما يسمى بوقت الاستبقاء (الوقت الذي تبقى فيه المادة في العمود) والموجودة في مخطط الكروماتوجرام مع أجهزة الكشف التقليدية تُستكمل باكتشاف محدد للمكونات الفردية بواسطة مخططات شظايا الكتلة ذات حساسية عالية للكشف.

يجب أخذ العينات في الاعتبار قبل التحليل الفعلي. يتم تحديد اختيار طريقة أخذ العينات بشكل أساسي من خلال التقلب ، ولكن أيضًا من خلال نطاق التركيز المتوقع والقطبية والاستقرار الكيميائي. علاوة على ذلك ، مع المركبات غير المتطايرة ، يجب الاختيار بين قياسات التركيز والترسب.

يقدم الجدول 6 نظرة عامة على الإجراءات الشائعة في مراقبة الهواء من أجل الإثراء النشط والتحليل الكروماتوغرافي للمركبات العضوية ، مع أمثلة على التطبيقات.

الجدول 6. نظرة عامة على إجراءات قياس جودة الهواء الكروماتوغرافي الشائعة للمركبات العضوية (مع أمثلة على التطبيقات)

GC = كروماتوغرافيا الغاز ؛ GCMS = GC / التحليل الطيفي الشامل ؛ FID = كاشف التأين باللهب ؛ HRGC / ECD = دقة عالية GC / ECD ؛ ECD = كاشف التقاط الإلكترون ؛ HPLC = تحليل كروماتوجرافي سائل عالي الأداء. PID = كاشف التأين الضوئي.

 

تكتسب قياسات ترسيب المركبات العضوية ذات التطاير المنخفض (على سبيل المثال ، ثنائي بنزوديوكسين وثنائي بنزوفيوران (PCDD / PCDF) ، والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAH)) أهمية من منظور التأثير البيئي. نظرًا لأن الطعام هو المصدر الرئيسي للمدخول البشري ، فإن المواد المحمولة جواً المنقولة إلى النباتات الغذائية لها أهمية كبيرة. ومع ذلك ، هناك دليل على أن نقل المواد عن طريق ترسيب الجسيمات أقل أهمية من الترسيب الجاف للمركبات شبه الغازية.

لقياس الترسيب الكلي ، يتم استخدام الأجهزة المعيارية لترسيب الغبار (على سبيل المثال ، إجراء Bergerhoff) ، والتي تم تعديلها قليلاً عن طريق التعتيم كحماية ضد دخول الضوء القوي. مشاكل القياس التقنية الهامة ، مثل إعادة تعليق الجسيمات المنفصلة بالفعل ، التبخر أو التحلل الضوئي المحتمل ، يتم الآن البحث عنها بشكل منهجي من أجل تحسين إجراءات أخذ العينات الأقل من الأمثل للمركبات العضوية.

تحقيقات قياس الشم

تُستخدم استقصاءات قياس الشم في المراقبة لتحديد شكاوى الرائحة ولتحديد التلوث الأساسي في إجراءات الترخيص. وهي تعمل في المقام الأول على تقييم ما إذا كان ينبغي تصنيف الروائح الحالية أو المتوقعة على أنها كبيرة.

من حيث المبدأ ، يمكن التمييز بين ثلاث طرق منهجية:

• قياس تركيز الانبعاث (عدد وحدات الرائحة) بمقياس الشم ونمذجة التشتت اللاحقة

• قياس المكونات الفردية (على سبيل المثال ، NH₃) أو مخاليط من المركبات (مثل الكروماتوغرافيا الغازية للغازات من مدافن النفايات) ، إذا كانت تميز الرائحة بشكل مناسب

• تحديد الرائحة عن طريق عمليات التفتيش.

 

تجمع الإمكانية الأولى بين قياس الانبعاث والنمذجة ، ولا يمكن تصنيفها ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، تحت مصطلح مراقبة جودة الهواء. في الطريقة الثالثة ، يتم استخدام أنف الإنسان ككاشف بدقة منخفضة مقارنة بالطرق الفيزيائية والكيميائية.

ترد تفاصيل عمليات التفتيش وخطط القياس وتقييم النتائج ، على سبيل المثال ، في لوائح حماية البيئة في بعض الولايات الألمانية.

إجراءات قياس الفرز

تستخدم إجراءات القياس المبسطة في بعض الأحيان للدراسات التحضيرية (الفرز). تشمل الأمثلة أجهزة أخذ العينات السلبية وأنابيب الاختبار والإجراءات البيولوجية. باستخدام أجهزة أخذ العينات السلبية (المنتشرة) ، يتم جمع المواد المراد اختبارها من خلال عمليات التدفق الحر مثل الانتشار أو التخلل أو الامتزاز في أشكال بسيطة من المجمعات (الأنابيب واللوحات) وإثرائها في المرشحات المشبعة أو الشبكات أو وسائط الامتصاص الأخرى. وبالتالي لا يحدث ما يسمى بأخذ العينات النشط (امتصاص عينة الهواء من خلال مضخة). يتم تحويل الكمية المخصبة من المواد ، المحددة تحليليًا وفقًا لوقت التعرض المحدد ، إلى وحدات تركيز على أساس القوانين الفيزيائية (على سبيل المثال ، الانتشار) بمساعدة وقت التجميع والمعلمات الهندسية للمجمع. تنبع المنهجية من مجال الصحة المهنية (أخذ العينات الشخصية) وقياس الهواء الداخلي ، ولكن يتم استخدامها بشكل متزايد في قياسات تركيز ملوثات الهواء المحيط. يمكن الاطلاع على نظرة عامة في Brown 1993.

غالبًا ما تستخدم أنابيب الكاشف لأخذ العينات والتحليل التحضيري السريع للغازات. يتم امتصاص حجم هواء اختبار معين من خلال أنبوب زجاجي مملوء بكاشف امتزاز يتوافق مع هدف الاختبار. يتغير لون محتويات الأنبوب اعتمادًا على تركيز المادة المراد تحديدها الموجودة في هواء الاختبار. غالبًا ما تستخدم أنابيب الاختبار الصغيرة في مجال مراقبة مكان العمل أو كإجراء سريع في حالات الحوادث ، مثل الحرائق. لا يتم استخدامها للقياسات الروتينية لتركيز ملوثات الهواء المحيط بسبب حدود الكشف المرتفعة بشكل عام والانتقائية المحدودة للغاية. تتوفر أنابيب اختبار الكاشف للعديد من المواد في نطاقات تركيز مختلفة.

من بين الإجراءات البيولوجية ، تم قبول طريقتين في المراقبة الروتينية. من خلال إجراء التعرض المعياري للحزاز ، يتم تحديد معدل وفيات الحزاز خلال فترة التعرض البالغة 300 يوم. في إجراء آخر ، يتم تعريض عشب المراعي الفرنسي لمدة 14 ± 1 يومًا. ثم يتم تحديد مقدار النمو. كلا الإجراءين بمثابة تحديدات موجزة لتأثيرات تركيز ملوثات الهواء.

شبكات مراقبة جودة الهواء

في جميع أنحاء العالم ، يتم استخدام أكثر أنواع شبكات جودة الهواء تنوعًا. يجب التمييز بين شبكات القياس ، التي تتكون من محطات قياس أوتوماتيكية يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر (حاويات قياس) ، وشبكات قياس افتراضية ، والتي تحدد فقط مواقع القياس لأنواع مختلفة من قياسات تركيز ملوثات الهواء في شكل شبكة محددة مسبقًا. تمت مناقشة مهام ومفاهيم شبكات القياس أعلاه.

شبكات المراقبة المستمرة

تعتمد شبكات القياس التي تعمل باستمرار على محطات القياس الأوتوماتيكية ، وتعمل بشكل أساسي على مراقبة جودة الهواء في المناطق الحضرية. يتم قياس ملوثات الهواء مثل ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) والغبار وأول أكسيد النيتروجين (NO) وثاني أكسيد النيتروجين (NO₂) ، أول أكسيد الكربون (CO) ، الأوزون (O₃) ، وإلى حد ما أيضًا مجموع الهيدروكربونات (الميثان الحر ، C_nH_m) أو المكونات العضوية الفردية (مثل البنزين والتولوين والزيلين). بالإضافة إلى ذلك ، بناءً على الحاجة ، يتم تضمين معلمات الأرصاد الجوية مثل اتجاه الرياح وسرعة الرياح ودرجة حرارة الهواء والرطوبة النسبية وهطول الأمطار والإشعاع العالمي أو توازن الإشعاع.

تتكون معدات القياس التي يتم تشغيلها في محطات القياس بشكل عام من محلل ووحدة معايرة وإلكترونيات تحكم وتوجيه ، والتي تراقب معدات القياس بالكامل وتحتوي على واجهة معيارية لجمع البيانات. بالإضافة إلى قيم القياس ، توفر معدات القياس ما يسمى بإشارات الحالة الخاصة بالأخطاء وحالة التشغيل. يتم فحص معايرة الأجهزة تلقائيًا بواسطة الكمبيوتر على فترات منتظمة.

كقاعدة عامة ، يتم توصيل محطات القياس بخطوط البيانات الثابتة أو اتصالات الاتصال الهاتفي أو أنظمة نقل البيانات الأخرى إلى جهاز كمبيوتر (كمبيوتر معالجة أو محطة عمل أو كمبيوتر شخصي ، اعتمادًا على نطاق النظام) يتم فيه إدخال نتائج القياس ومعالجتها و عرض. تقوم أجهزة كمبيوتر شبكة القياس ، وعند الضرورة ، الأفراد المدربون تدريباً خاصاً بمراقبة ما إذا كان قد تم تجاوز حدود العتبة المختلفة. بهذه الطريقة يمكن التعرف على حالات جودة الهواء الحرجة في أي وقت. هذا مهم للغاية ، خاصة لرصد حالات الضباب الدخاني الحرجة في الشتاء والصيف (المؤكسدات الضوئية) وللحصول على المعلومات العامة الحالية.

شبكات القياس للقياسات العشوائية للعينة

خارج شبكة القياس عن بعد ، تُستخدم أنظمة قياس أخرى لمراقبة جودة الهواء بدرجات متفاوتة. تشمل الأمثلة شبكات القياس (المؤتمتة جزئيًا في بعض الأحيان) لتحديد:

• ترسب الغبار ومكوناته
• الغبار المعلق (SPM) ومكوناته
• الهيدروكربونات والهيدروكربونات المكلورة
• مواد عضوية منخفضة التطاير (ديوكسينات ، فيوران ، ثنائي الفينيل متعدد الكلور).

 

تم تصنيف سلسلة من المواد المقاسة بهذه الطريقة على أنها مواد مسرطنة ، مثل مركبات الكادميوم أو الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات أو البنزين. لذلك فإن رصدهم له أهمية خاصة.

لتقديم مثال على برنامج شامل ، يلخص الجدول 7 مراقبة جودة الهواء التي يتم إجراؤها بشكل منهجي في شمال الراين - وستفاليا ، والتي يبلغ عدد سكانها 18 مليون نسمة ، وهي الولاية الأكثر اكتظاظًا بالسكان في ألمانيا.

الجدول 7. المراقبة المنهجية لنوعية الهواء في شمال الراين - وستفاليا (ألمانيا)

 

الرجوع

إدارة تلوث الهواء

الهدف من مدير نظام التحكم في تلوث الهواء هو التأكد من أن التركيزات المفرطة لملوثات الهواء لا تصل إلى هدف حساس. يمكن أن تشمل الأهداف الأشخاص والنباتات والحيوانات والمواد. في جميع الحالات ، يجب أن نهتم بالأكثر حساسية لكل من هذه المجموعات. يمكن أن تشمل ملوثات الهواء الغازات والأبخرة والهباء الجوي ، وفي بعض الحالات ، المواد البيولوجية الخطرة. سيمنع النظام المصمم جيدًا الهدف من تلقي تركيز ضار من الملوثات.

تتضمن معظم أنظمة التحكم في تلوث الهواء مجموعة من تقنيات التحكم المتعددة ، وعادةً ما تكون مزيجًا من الضوابط التكنولوجية والضوابط الإدارية ، وفي المصادر الأكبر أو الأكثر تعقيدًا قد يكون هناك أكثر من نوع واحد من التحكم التكنولوجي.

من الناحية المثالية ، سيتم اختيار الضوابط المناسبة في سياق المشكلة التي سيتم حلها.

• ما الذي ينبعث ، وبأي تركيز؟
• ما هي الأهداف؟ ما هو الهدف الأكثر حساسية؟
• ما هي مستويات التعرض قصيرة المدى المقبولة؟
• ما هي مستويات التعرض طويلة الأجل المقبولة؟
• ما هي مجموعة الضوابط التي يجب اختيارها لضمان عدم تجاوز مستويات التعرض على المدى القصير والطويل؟

 

يصف الجدول 1 الخطوات في هذه العملية.

 

---

الجدول 1. خطوات اختيار ضوابط التلوث

 

 

* عند تعيين مستويات التعرض في الخطوة 3 ، يجب أن نتذكر أن هذه التعرضات هي تعرضات كاملة ، وليست فقط من النبات. بمجرد تحديد المستوى المقبول ، يتم فقط طرح مستويات الخلفية والمساهمات من النباتات الأخرى لتحديد الحد الأقصى للكمية التي يمكن أن يصدرها المصنع دون تجاوز مستوى التعرض المقبول. إذا لم يتم ذلك ، وسمح لثلاثة نباتات بالانبعاث بأقصى قدر ، ستتعرض المجموعات المستهدفة لثلاثة أضعاف المستوى المقبول.

** بعض المواد مثل المواد المسرطنة ليس لها حد لا يحدث دونه أي آثار ضارة. لذلك ، طالما يُسمح لبعض المواد بالهروب إلى البيئة ، سيكون هناك بعض المخاطر على السكان المستهدفين. في هذه الحالة ، لا يمكن تعيين مستوى عدم التأثير (بخلاف الصفر). بدلاً من ذلك ، يجب تحديد مستوى مقبول من المخاطر. عادة ما يتم تعيين هذا في نطاق 1 نتيجة سلبية في 100,000،1,000,000 إلى XNUMX،XNUMX،XNUMX شخص معرض.

---

 

قامت بعض الولايات القضائية ببعض الأعمال من خلال وضع معايير تستند إلى أقصى تركيز للملوثات التي يمكن أن يتلقاها هدف حساس. مع هذا النوع من المعايير ، لا يتعين على المدير تنفيذ الخطوتين 2 و 3 ، لأن الوكالة المنظمة قد فعلت ذلك بالفعل. بموجب هذا النظام ، يجب على المدير أن يضع فقط معايير الانبعاث غير الخاضعة للرقابة لكل ملوث (الخطوة 1) ، ثم تحديد عناصر التحكم اللازمة للوفاء بالمعيار (الخطوة 4).

من خلال وجود معايير جودة الهواء ، يمكن للمنظمين قياس التعرض الفردي وبالتالي تحديد ما إذا كان أي شخص يتعرض لمستويات ضارة محتملة. من المفترض أن المعايير الموضوعة في ظل هذه الظروف منخفضة بما يكفي لحماية المجموعة المستهدفة الأكثر حساسية. هذا ليس دائما افتراض آمن. كما هو موضح في الجدول 2 ، يمكن أن يكون هناك تباين كبير في معايير جودة الهواء الشائعة. تتراوح معايير جودة الهواء لثاني أكسيد الكبريت من 30 إلى 140 ميكروغرام / م³. بالنسبة للمواد الأقل تنظيمًا ، يمكن أن يكون هذا الاختلاف أكبر (1.2 إلى 1,718 ميكروغرام / م³) ، كما هو مبين في الجدول 3 للبنزين. هذا ليس مفاجئًا نظرًا لأن علم الاقتصاد يمكن أن يلعب دورًا كبيرًا في وضع المعايير كما يفعل علم السموم. إذا لم يتم تحديد معيار منخفض بما يكفي لحماية المجموعات المعرضة للإصابة ، فلن يتم تقديم خدمة جيدة لأحد. لدى السكان المعرضين شعور بالثقة الزائفة ، ويمكن أن يتعرضوا للخطر دون قصد. قد يشعر الباعث في البداية أنه استفاد من معيار متساهل ، ولكن إذا تطلبت التأثيرات في المجتمع من الشركة إعادة تصميم ضوابطها ، أو تثبيت عناصر تحكم جديدة ، فقد تكون التكاليف أعلى من القيام بذلك بشكل صحيح في المرة الأولى.

الجدول 2. مجموعة معايير جودة الهواء لملوثات الهواء التي يتم التحكم فيها بشكل شائع (ثاني أكسيد الكبريت)

 

الجدول 3. مجموعة معايير جودة الهواء لملوث هواء أقل شيوعًا (بنزين)

تم توحيد المستويات بمتوسط ​​وقت 24 ساعة للمساعدة في المقارنات.

(مقتبس من كالابريس وكينيون 1991.)

 

في بعض الأحيان يكون هذا النهج التدريجي لاختيار أدوات التحكم في تلوث الهواء قصير المدى ، ويذهب المنظمون والمصممون مباشرة إلى "حل عالمي". إحدى هذه الطرق هي أفضل تقنيات التحكم المتاحة (BACT). من المفترض أنه باستخدام أفضل توليفة من أجهزة تنقية الغاز والمرشحات وممارسات العمل الجيدة بشأن مصدر الانبعاث ، سيتم تحقيق مستوى انبعاثات منخفض بما يكفي لحماية المجموعة المستهدفة الأكثر حساسية. في كثير من الأحيان ، سيكون مستوى الانبعاث الناتج أقل من الحد الأدنى المطلوب لحماية الأهداف الأكثر حساسية. بهذه الطريقة يجب التخلص من جميع حالات التعرض غير الضرورية. يتم عرض أمثلة من BACT في الجدول 4.

الجدول 4. أمثلة مختارة لأفضل تقنيات التحكم المتاحة (BACT) توضح طريقة التحكم المستخدمة والكفاءة المقدرة

 

لا تضمن BACT في حد ذاتها مستويات تحكم كافية. على الرغم من أن هذا هو أفضل نظام تحكم يعتمد على ضوابط تنظيف الغاز وممارسات التشغيل الجيدة ، فقد لا يكون BACT جيدًا بما يكفي إذا كان المصدر مصنعًا كبيرًا ، أو إذا كان يقع بجوار هدف حساس. يجب اختبار أفضل تقنيات التحكم المتاحة للتأكد من أنها جيدة بما يكفي بالفعل. يجب فحص معايير الانبعاثات الناتجة لتحديد ما إذا كانت لا تزال ضارة أم لا حتى مع أفضل أدوات التحكم في تنظيف الغاز. إذا كانت معايير الانبعاثات لا تزال ضارة ، فقد يتعين النظر في الضوابط الأساسية الأخرى ، مثل اختيار العمليات أو المواد الأكثر أمانًا ، أو الانتقال في منطقة أقل حساسية.

هناك "حل عالمي" آخر يتجاوز بعض الخطوات وهو معايير أداء المصدر. تضع العديد من الولايات القضائية معايير الانبعاثات التي لا يمكن تجاوزها. تعتمد معايير الانبعاث على الانبعاثات عند المصدر. عادة ما يعمل هذا بشكل جيد ، ولكن مثل BACT يمكن أن يكون غير موثوق به. يجب أن تكون المستويات منخفضة بما يكفي للحفاظ على الحد الأقصى للانبعاثات منخفضة بما يكفي لحماية المجموعات السكانية المستهدفة المعرضة للتأثر من الانبعاثات النموذجية. ومع ذلك ، كما هو الحال مع أفضل تقنيات التحكم المتاحة ، قد لا يكون هذا جيدًا بما يكفي لحماية الجميع حيث توجد مصادر انبعاث كبيرة أو مجموعات سكانية قريبة معرضة للإصابة. إذا كان هذا هو الحال ، يجب استخدام إجراءات أخرى لضمان سلامة جميع الفئات المستهدفة.

كل من BACT ومعايير الانبعاثات بها خطأ أساسي. يفترضون أنه إذا تم استيفاء معايير معينة في المصنع ، فستتم حماية المجموعات المستهدفة تلقائيًا. هذا ليس بالضرورة كذلك ، ولكن بمجرد تمرير مثل هذا النظام إلى قانون ، تصبح التأثيرات على الهدف ثانوية للامتثال للقانون.

يجب استخدام معايير BACT وانبعاثات المصدر أو معايير التصميم كمعايير دنيا للضوابط. إذا كانت BACT أو معايير الانبعاثات ستحمي الأهداف الحساسة ، فيمكن استخدامها على النحو المنشود ، وإلا يجب استخدام ضوابط إدارية أخرى.

تدابير الرقابة

يمكن تقسيم الضوابط إلى نوعين أساسيين من الضوابط - التكنولوجية والإدارية. يتم تعريف الضوابط التكنولوجية هنا على أنها الأجهزة الموضوعة على مصدر انبعاث لتقليل الملوثات في تيار الغاز إلى مستوى مقبول للمجتمع والذي سيحمي الهدف الأكثر حساسية. يتم تعريف الضوابط الإدارية هنا على أنها تدابير رقابية أخرى.

الضوابط التكنولوجية

يتم وضع أنظمة تنظيف الغاز في المصدر ، قبل المكدس ، لإزالة الملوثات من تيار الغاز قبل إطلاقه في البيئة. يوضح الجدول 5 ملخصًا موجزًا ​​للفئات المختلفة لنظام تنظيف الغاز.

الجدول 5. طرق تنظيف الغاز لإزالة الغازات والأبخرة والجسيمات الضارة من انبعاثات العمليات الصناعية

 

منظف ​​الغاز هو جزء من نظام معقد يتألف من الشفاطات ومجاري الهواء والمراوح والمنظفات والمداخن. يؤثر تصميم كل جزء وأدائه وصيانته على أداء جميع الأجزاء الأخرى والنظام ككل.

وتجدر الإشارة إلى أن كفاءة النظام تختلف بشكل كبير لكل نوع من أنواع المنظفات ، اعتمادًا على تصميمه ومدخلات الطاقة وخصائص تيار الغاز والملوث. نتيجة لذلك ، فإن كفاءة العينة في الجدول 5 هي تقديرات تقريبية فقط. يتضح التباين في الكفاءات مع أجهزة الغسل الرطب في الجدول 5. وتتراوح كفاءة جمع أجهزة التنظيف الرطبة من 98.5 في المائة لجزيئات 5 ميكرومتر إلى 45 في المائة لجزيئات 1 ميكرومتر عند نفس انخفاض الضغط عبر جهاز الغسل (6.8 بوصات. مقياس الماء (wg)) )). بالنسبة للجسيمات ذات الحجم نفسه ، 1 ميكرومتر ، تنتقل الكفاءة من 45 في المائة من الكفاءة عند 6.8 واط إلى 99.95 عند 50 واط. ونتيجة لذلك ، يجب مطابقة منظفات الغاز مع تيار الغاز المحدد المعني. لا ينصح باستخدام الأجهزة العامة.

التخلص من النفايات

عند اختيار وتصميم أنظمة تنظيف الغاز ، يجب مراعاة التخلص الآمن من المواد المجمعة. كما هو مبين في الجدول 6 ، تنتج بعض العمليات كميات كبيرة من الملوثات. إذا تم جمع معظم الملوثات بواسطة معدات تنظيف الغاز ، فقد تكون هناك مشكلة في التخلص من النفايات الخطرة.

الجدول 6. عينة من معدلات الانبعاث غير المنضبط لعمليات صناعية مختارة

 

في بعض الحالات ، قد تحتوي النفايات على منتجات قيمة يمكن إعادة تدويرها ، مثل المعادن الثقيلة من المصهر ، أو المذيبات من خط الطلاء. يمكن استخدام النفايات كمواد خام لعملية صناعية أخرى - على سبيل المثال ، يمكن استخدام ثاني أكسيد الكبريت الذي يتم جمعه في صورة حمض الكبريتيك في تصنيع الأسمدة.

عندما لا يمكن إعادة تدوير النفايات أو إعادة استخدامها ، قد لا يكون التخلص منها سهلاً. لا يمكن أن يكون الحجم مشكلة فحسب ، بل قد يكون خطرًا بحد ذاته. على سبيل المثال ، إذا تعذر إعادة استخدام حمض الكبريتيك المأخوذ من غلاية أو مصهر ، فسيتعين معالجته مرة أخرى لتحييده قبل التخلص منه.

تشتت

يمكن أن يقلل التشتت تركيز الملوث في الهدف. ومع ذلك ، يجب أن نتذكر أن التشتت لا يقلل من إجمالي كمية المواد التي تغادر النبات. يسمح المكدس الطويل فقط بالانتشار والعمود قبل أن يصل إلى مستوى الأرض ، حيث من المحتمل أن توجد أهداف حساسة. إذا كان الملوث مصدر إزعاج في المقام الأول ، مثل الرائحة ، فقد يكون التشتت مقبولاً. ومع ذلك ، إذا كانت المادة ثابتة أو تراكمية ، مثل المعادن الثقيلة ، فقد لا يكون التخفيف حلاً لمشكلة تلوث الهواء.

يجب استخدام التشتت بحذر. يجب أن تؤخذ في الاعتبار الأحوال الجوية المحلية وظروف سطح الأرض. على سبيل المثال ، في المناخات الباردة ، خاصة مع الغطاء الثلجي ، يمكن أن يكون هناك تقلبات متكررة في درجات الحرارة يمكن أن تحبس الملوثات بالقرب من الأرض ، مما يؤدي إلى تعرضات عالية بشكل غير متوقع. وبالمثل ، إذا كان النبات يقع في وادي ، فقد تتحرك الأعمدة لأعلى ولأسفل في الوادي ، أو يتم حظرها بواسطة التلال المحيطة بحيث لا تنتشر وتتشتت كما هو متوقع.

الرقابة الإدارية

بالإضافة إلى الأنظمة التكنولوجية ، هناك مجموعة أخرى من الضوابط التي يجب مراعاتها في التصميم العام لنظام التحكم في تلوث الهواء. في الغالب ، تأتي من الأدوات الأساسية للنظافة الصناعية.

الاستبدال

تتمثل إحدى طرق الصحة المهنية المفضلة للتحكم في المخاطر البيئية في مكان العمل في استبدال مادة أو عملية أكثر أمانًا. إذا كان من الممكن استخدام عملية أو مادة أكثر أمانًا ، وتجنب الانبعاثات الضارة ، فإن نوع أو فعالية الضوابط تصبح أكاديمية. من الأفضل تجنب المشكلة بدلاً من محاولة تصحيح القرار الأول السيئ. تشمل أمثلة الاستبدال استخدام أنواع وقود أنظف وأغطية لتخزين كميات كبيرة ودرجات حرارة منخفضة في المجففات.

هذا ينطبق على المشتريات الصغيرة وكذلك معايير التصميم الرئيسية للمصنع. إذا تم شراء المنتجات أو العمليات الآمنة بيئيًا فقط ، فلن يكون هناك أي خطر على البيئة ، في الداخل أو الخارج. إذا تم إجراء عملية شراء خاطئة ، فإن باقي البرنامج يتكون من محاولة التعويض عن هذا القرار الأول. إذا تم شراء منتج أو عملية منخفضة التكلفة ولكنها خطرة ، فقد تحتاج إلى إجراءات ومعدات معالجة خاصة وطرق التخلص الخاصة. نتيجة لذلك ، قد يكون للعنصر منخفض التكلفة سعر شراء منخفض فقط ، ولكن سعرًا مرتفعًا لاستخدامه والتخلص منه. ربما تكون المادة أو العملية الأكثر أمانًا ولكن الأكثر تكلفة أقل تكلفة على المدى الطويل.

تهوية محلية

الضوابط مطلوبة لجميع المشكلات التي تم تحديدها والتي لا يمكن تجنبها عن طريق استبدال مواد أو طرق أكثر أمانًا. تبدأ الانبعاثات في موقع العمل الفردي ، وليس في المكدس. سيساعد نظام التهوية الذي يلتقط ويتحكم في الانبعاثات عند المصدر في حماية المجتمع إذا تم تصميمه بشكل صحيح. تعتبر أغطية ومجاري نظام التهوية جزءًا من نظام التحكم في تلوث الهواء الكلي.

يفضل استخدام نظام تهوية محلي. لا يخفف الملوثات ويوفر تيار غاز مركز يسهل تنظيفه قبل إطلاقه في البيئة. تعتبر معدات تنظيف الغاز أكثر كفاءة عند تنظيف الهواء بتركيزات أعلى من الملوثات. على سبيل المثال ، سوف يمنع غطاء الالتقاط الموجود فوق فوهة السكب في الفرن المعدني الملوثات من الوصول إلى البيئة ، وينقل الأبخرة إلى نظام تنظيف الغاز. في الجدول 5 ، يمكن ملاحظة أن كفاءات التنظيف لمنظفات الامتصاص والامتصاص تزداد مع تركيز الملوثات ، ولا ينصح باستخدام منظفات التكثيف للمستويات المنخفضة (أقل من 2,000 جزء في المليون) من الملوثات.

إذا لم يتم التقاط الملوثات من المصدر وتم السماح لها بالهروب من خلال النوافذ وفتحات التهوية ، فإنها تصبح انبعاثات هاربة غير خاضعة للرقابة. في بعض الحالات ، يمكن أن يكون لهذه الانبعاثات الهاربة غير المنضبطة تأثير كبير على الجوار المباشر.

العزلة

يمكن أن يكون العزل - تحديد موقع المصنع بعيدًا عن الأهداف الحساسة - طريقة تحكم رئيسية عندما تكون الضوابط الهندسية غير كافية في حد ذاتها. قد تكون هذه هي الوسيلة الوحيدة لتحقيق مستوى مقبول من التحكم عندما يجب الاعتماد على أفضل تكنولوجيا تحكم متاحة (BACT). إذا ، بعد تطبيق أفضل الضوابط المتاحة ، لا تزال مجموعة مستهدفة في خطر ، يجب النظر في العثور على موقع بديل حيث لا توجد مجموعات سكانية حساسة.

العزل ، كما هو مذكور أعلاه ، هو وسيلة لفصل نبات فردي عن الأهداف الحساسة. نظام عزل آخر حيث تستخدم السلطات المحلية تقسيم المناطق لفصل فئات الصناعات عن الأهداف الحساسة. بمجرد فصل الصناعات عن السكان المستهدفين ، لا ينبغي السماح للسكان بالانتقال إلى جوار المنشأة. على الرغم من أن هذا يبدو منطقيًا ، إلا أنه لا يتم استخدامه كثيرًا كما ينبغي.

إجراءات العمل

يجب تطوير إجراءات العمل لضمان استخدام المعدات بشكل صحيح وآمن ، دون المخاطرة بالعمال أو البيئة. يجب صيانة أنظمة تلوث الهواء المعقدة وتشغيلها بشكل صحيح إذا كانت ستؤدي وظيفتها على النحو المنشود. عامل مهم في هذا هو تدريب الموظفين. يجب تدريب الموظفين على كيفية استخدام المعدات وصيانتها لتقليل أو التخلص من كمية المواد الخطرة المنبعثة إلى مكان العمل أو المجتمع. في بعض الحالات ، تعتمد BACT على الممارسات الجيدة لضمان نتائج مقبولة.

مراقبة الوقت الحقيقي

النظام الذي يعتمد على المراقبة في الوقت الفعلي ليس شائعًا ولا يستخدم بشكل شائع. في هذه الحالة ، يمكن الجمع بين المراقبة المستمرة للانبعاثات والأرصاد الجوية مع نمذجة التشتت للتنبؤ بالتعرضات في اتجاه الريح. عندما تقترب حالات التعرض المتوقعة من المستويات المقبولة ، يتم استخدام المعلومات لتقليل معدلات الإنتاج والانبعاثات. هذه طريقة غير فعالة ، ولكنها قد تكون طريقة تحكم مؤقتة مقبولة لمنشأة قائمة.

على العكس من ذلك لإعلان التحذيرات للجمهور عندما تكون الظروف من شأنها أن تتواجد تركيزات مفرطة من الملوثات ، بحيث يمكن للجمهور اتخاذ الإجراء المناسب. على سبيل المثال ، إذا تم إرسال تحذير من أن الظروف الجوية تجعل مستويات ثاني أكسيد الكبريت في اتجاه الريح مفرطة ، فإن السكان المعرضين للإصابة مثل المصابين بالربو سيعرفون عدم الخروج من المنزل. مرة أخرى ، قد يكون هذا عنصر تحكم مؤقت مقبول حتى يتم تثبيت عناصر تحكم دائمة.

تُستخدم أحيانًا مراقبة الغلاف الجوي والأرصاد الجوية في الوقت الفعلي لتجنب أو تقليل أحداث تلوث الهواء الكبرى حيث قد توجد مصادر متعددة. عندما يصبح من الواضح أن مستويات تلوث الهواء المفرطة مرجحة ، قد يتم تقييد الاستخدام الشخصي للسيارات وإغلاق الصناعات الرئيسية التي تنبعث منها.

الصيانة / التدبير المنزلي

في جميع الحالات ، تعتمد فعالية الضوابط على الصيانة المناسبة ؛ يجب أن تعمل المعدات على النحو المنشود. لا يجب الحفاظ على أدوات التحكم في تلوث الهواء واستخدامها على النحو المنشود فحسب ، بل يجب الحفاظ على العمليات التي تولد انبعاثات محتملة وتشغيلها بشكل صحيح. مثال على العملية الصناعية هو مجفف رقائق الخشب مع وحدة تحكم في درجة الحرارة الفاشلة ؛ إذا تم تشغيل المجفف على درجة حرارة عالية جدًا ، فسوف ينبعث منه المزيد من المواد ، وربما نوعًا مختلفًا من المواد ، من خشب التجفيف. من الأمثلة على صيانة الغازات الأنظف التي تؤثر على الانبعاثات ، وجود أكياس تخزين رديئة بأكياس مكسورة ، مما يسمح للجسيمات بالمرور عبر المرشح.

تلعب التدبير المنزلي أيضًا دورًا مهمًا في التحكم في إجمالي الانبعاثات. الغبار الذي لا يتم تنظيفه بسرعة داخل المصنع يمكن أن يعاد تجويفه ويشكل خطرًا على الموظفين. إذا تم نقل الغبار إلى خارج المصنع ، فإنها تشكل خطرًا على المجتمع. يمكن أن يشكل سوء التدبير المنزلي في ساحة المصنع خطرًا كبيرًا على المجتمع. يمكن أن تؤدي المواد السائبة غير المغطاة أو نفايات النباتات أو الغبار الناتج عن المركبات إلى نقل الملوثات عبر الرياح إلى المجتمع. يعد الحفاظ على نظافة الفناء ، باستخدام حاويات أو مواقع تخزين مناسبة ، أمرًا مهمًا في تقليل إجمالي الانبعاثات. يجب ألا يتم تصميم النظام بشكل صحيح فحسب ، بل يجب استخدامه بشكل صحيح أيضًا إذا كان المجتمع بحاجة إلى الحماية.

من أسوأ الأمثلة على سوء الصيانة والتدبير المنزلي هو مصنع الاسترداد الرئيسي مع ناقل غبار رصاص مكسور. سُمح للغبار بالخروج من الناقل حتى أصبحت الكومة عالية جدًا لدرجة أن الغبار يمكن أن ينزلق أسفل الكومة ويخرج من نافذة مكسورة. ثم حملت الرياح المحلية الغبار حول الحي.

معدات أخذ عينات الانبعاث

يمكن أخذ عينات المصدر لعدة أسباب:

• لتوصيف الانبعاثات. لتصميم نظام للتحكم في تلوث الهواء ، يجب أن يعرف المرء ما ينبعث. لا يجب معرفة حجم الغاز فحسب ، بل يجب معرفة كمية المواد المنبعثة ، وهويتها ، وتوزيع حجمها في حالة الجسيمات. نفس المعلومات ضرورية لفهرسة إجمالي الانبعاثات في المنطقة المجاورة.

• لاختبار كفاءة المعدات. بعد شراء نظام التحكم في تلوث الهواء ، يجب اختباره للتأكد من أنه يؤدي المهمة المطلوبة.

• كجزء من نظام التحكم. عندما تتم مراقبة الانبعاثات باستمرار ، يمكن استخدام البيانات لضبط نظام التحكم في تلوث الهواء أو تشغيل المحطة نفسها.

• لتحديد الامتثال. عندما تتضمن المعايير التنظيمية حدودًا للانبعاثات ، يمكن استخدام عينات الانبعاثات لتحديد الامتثال أو عدم الامتثال للمعايير.

 

يعتمد نوع نظام أخذ العينات المستخدم على سبب أخذ العينات والتكاليف وتوافر التكنولوجيا وتدريب الموظفين.

انبعاثات مرئية

عندما تكون هناك رغبة في تقليل قوة تلوث الهواء أو تحسين الرؤية أو منع دخول الهباء الجوي في الغلاف الجوي ، فقد تستند المعايير إلى الانبعاثات المرئية.

تتكون الانبعاثات المرئية من جزيئات صغيرة أو غازات ملونة. كلما زاد تعتيم العمود ، زاد انبعاث المواد. هذه الخاصية واضحة للعيان ، ويمكن استخدام المراقبين المدربين لتقييم مستويات الانبعاث. هناك العديد من المزايا لاستخدام هذه الطريقة في تقييم معايير الانبعاث:

• لا يلزم معدات باهظة الثمن.

• يمكن لشخص واحد أن يدلي بملاحظات كثيرة في يوم واحد.

• يمكن لمشغلي المحطة تقييم آثار تغييرات العملية بسرعة بتكلفة منخفضة.

• يمكن الاستشهاد بالمخالفين دون اختبار المصدر الذي يستغرق وقتًا طويلاً.

• يمكن تحديد مكان الانبعاثات المشكوك فيها ثم تحديد الانبعاثات الفعلية عن طريق اختبار المصدر كما هو موضح في الأقسام التالية.

 

أخذ العينات الاستخراجية

تتطلب طريقة أخذ العينات الأكثر صرامة إزالة عينة من تيار الغاز من المكدس وتحليلها. على الرغم من أن هذا يبدو بسيطًا ، إلا أنه لا يُترجم إلى طريقة بسيطة لأخذ العينات.

يجب جمع العينة بطريقة متساوية الحركة ، خاصة عند جمع الجسيمات. يتم تعريف أخذ العينات متساوي الحركة على أنه أخذ العينات عن طريق سحب العينة إلى مسبار أخذ العينات بنفس السرعة التي تتحرك بها المادة في المكدس أو القناة. يتم ذلك عن طريق قياس سرعة تيار الغاز باستخدام أنبوب pitot ثم ضبط معدل أخذ العينات بحيث تدخل العينة إلى المسبار بنفس السرعة. يعد هذا ضروريًا عند أخذ عينات للجسيمات ، لأن الجسيمات الأكبر والأثقل لن تتبع أي تغيير في الاتجاه أو السرعة. نتيجة لذلك ، لن يكون تركيز الجسيمات الأكبر في العينة ممثلاً لتيار الغاز وستكون العينة غير دقيقة.

يظهر نموذج قطار لثاني أكسيد الكبريت في الشكل 1. إنه ليس بالأمر السهل ، ويلزم وجود عامل مدرب لضمان جمع العينة بشكل صحيح. إذا تم أخذ عينات من شيء آخر غير ثاني أكسيد الكبريت ، فيمكن إزالة أدوات الارتطام والحمام الجليدي وإدخال جهاز التجميع المناسب.

الشكل 1. رسم تخطيطي لقطار أخذ العينات متساوي الحركة لثاني أكسيد الكبريت

يمكن أن يكون أخذ العينات الاستخراجية ، وخاصة أخذ العينات متساوي الحركة ، دقيقًا ومتعدد الاستخدامات ، وله عدة استخدامات:

• إنها طريقة أخذ عينات معترف بها مع ضوابط جودة مناسبة ، وبالتالي يمكن استخدامها لتحديد الامتثال للمعايير.

• الدقة المحتملة للطريقة تجعلها مناسبة لاختبار أداء معدات التحكم الجديدة.

• نظرًا لأنه يمكن جمع العينات وتحليلها في ظل ظروف معملية خاضعة للرقابة للعديد من المكونات ، فمن المفيد تحديد خصائص تيار الغاز.

 

يمكن توصيل نظام أخذ العينات المبسط والآلي بغاز مستمر (أجهزة استشعار كهروكيميائية أو فوق بنفسجية ضوئية أو التأين باللهب) أو محلل جسيمات (مقياس نيفيلوميتر) لمراقبة الانبعاثات باستمرار. يمكن أن يوفر ذلك توثيقًا للانبعاثات وحالة التشغيل الفوري لنظام التحكم في تلوث الهواء.

أخذ العينات في الموقع

يمكن أيضًا أخذ عينات من الانبعاثات في المكدس. الشكل 2 هو تمثيل لمقياس إرسال بسيط يستخدم لقياس المواد في تيار الغاز. في هذا المثال ، يُسقط شعاع من الضوء عبر المكدس على خلية ضوئية. سوف تمتص الجسيمات أو الغاز الملون بعض الضوء أو تحجبه. كلما زادت المواد ، قل الضوء الذي يصل إلى الخلية الكهروضوئية. (انظر الشكل 2.)

الشكل 2. مقياس انتقال بسيط لقياس الجسيمات في كومة

باستخدام مصادر الضوء وأجهزة الكشف المختلفة مثل الأشعة فوق البنفسجية (UV) ، يمكن اكتشاف الغازات الشفافة للضوء المرئي. يمكن ضبط هذه الأجهزة على غازات معينة ، وبالتالي يمكن قياس تركيز الغاز في تيار النفايات.

An فى الموقع يتمتع نظام المراقبة بميزة على نظام الاستخراج حيث يمكنه قياس التركيز عبر المكدس أو القناة بأكملها ، بينما تقيس طريقة الاستخراج التركيزات فقط عند النقطة التي تم استخراج العينة منها. يمكن أن يؤدي هذا إلى حدوث خطأ كبير إذا لم يتم خلط تيار غاز العينة جيدًا. ومع ذلك ، فإن طريقة الاستخراج تقدم المزيد من طرق التحليل ، وبالتالي ربما يمكن استخدامها في المزيد من التطبيقات.

منذ فى الموقع يوفر النظام قراءة مستمرة ، ويمكن استخدامه لتوثيق الانبعاثات ، أو لضبط نظام التشغيل.

 

الرجوع

تهدف هذه المقالة إلى تزويد القارئ بفهم للتكنولوجيا المتاحة حاليًا للتعامل مع مكافحة تلوث المياه ، بناءً على مناقشة الاتجاهات والوقوع التي قدمها Hespanhol and Helmer في الفصل مخاطر الصحة البيئية. تتناول الأقسام التالية التحكم في مشاكل تلوث المياه ، أولاً تحت عنوان "التحكم في تلوث المياه السطحية" ثم تحت عنوان "التحكم في تلوث المياه الجوفية".

التحكم في تلوث المياه السطحية

تعريف تلوث المياه

يشير تلوث المياه إلى الحالة النوعية للشوائب أو عدم النظافة في المياه الهيدرولوجية لمنطقة معينة ، مثل مستجمعات المياه. إنه ناتج عن حدوث أو عملية تؤدي إلى انخفاض في فائدة مياه الأرض ، خاصة فيما يتعلق بصحة الإنسان والآثار البيئية. تشدد عملية التلوث على فقدان النقاء من خلال التلوث ، مما يعني أيضًا التطفل أو الاتصال بمصدر خارجي كسبب. يتم تطبيق المصطلح الملوث على مستويات منخفضة للغاية من تلوث المياه ، كما هو الحال في فسادها الأولي واضمحلالها. التلوث هو نتيجة التلوث ويوحي بانتهاك أو تدنيس.

المياه الهيدرولوجية

يمكن النظر إلى المياه الطبيعية للأرض على أنها نظام دائري مستمر كما هو موضح في الشكل 1 ، والذي يوفر توضيحًا بيانيًا للمياه في الدورة الهيدرولوجية ، بما في ذلك المياه السطحية والجوفية.

الشكل 1. الدورة الهيدرولوجية

كمرجع لجودة المياه ، المياه المقطرة (H₂س) تمثل أعلى حالة من النقاء. يمكن اعتبار المياه في الدورة الهيدرولوجية طبيعية ولكنها ليست نقية. تصبح ملوثة من كل من الأنشطة الطبيعية والبشرية. قد تنجم تأثيرات التدهور الطبيعي عن عدد لا يحصى من المصادر - من الحيوانات والنباتات وثورات البراكين وضربات الصواعق التي تسبب الحرائق وما إلى ذلك ، والتي تعتبر على المدى الطويل مستويات أساسية سائدة للأغراض العلمية.

يؤدي التلوث الناتج عن النشاط البشري إلى اختلال التوازن الطبيعي عن طريق تركيب النفايات التي يتم تصريفها من مصادر مختلفة. يمكن إدخال الملوثات في مياه الدورة الهيدرولوجية في أي وقت. على سبيل المثال: هطول الأمطار في الغلاف الجوي قد يتلوث بملوثات الهواء ؛ قد تتلوث المياه السطحية في عملية الجريان السطحي من مستجمعات المياه ؛ يمكن تصريف مياه الصرف الصحي في الجداول والأنهار ؛ وقد تتلوث المياه الجوفية من خلال التسرب والتلوث الجوفي.

 

 

يوضح الشكل 2 توزيع المياه الهيدرولوجية. ثم يتم فرض التلوث على هذه المياه ، وبالتالي يمكن اعتباره حالة بيئية غير طبيعية أو غير متوازنة. قد تحدث عملية التلوث في مياه أي جزء من الدورة الهيدرولوجية ، وتكون أكثر وضوحًا على سطح الأرض في شكل جريان من مستجمعات المياه إلى الجداول والأنهار. ومع ذلك ، فإن تلوث المياه الجوفية له تأثير بيئي كبير ويتم مناقشته بعد القسم الخاص بتلوث المياه السطحية.

الشكل 2. توزيع هطول الأمطار

مصادر تلوث المياه من مستجمعات المياه

مستجمعات المياه هي المجال الأصلي لتلوث المياه السطحية. يُعرَّف مستجمعات المياه على أنها مساحة من سطح الأرض تسقط عليها المياه الهيدرولوجية وتتراكم وتستخدم ويتم التخلص منها ثم يتم تصريفها في نهاية المطاف في مجاري أو أنهار أو مسطحات مائية أخرى. وهي تتألف من نظام تصريف مع جريان نهائي أو تجميع في مجرى أو نهر. عادة ما يشار إلى مستجمعات مياه الأنهار الكبيرة بأحواض الصرف. الشكل 3 هو تمثيل للدورة الهيدرولوجية على مستجمعات المياه الإقليمية. بالنسبة للمنطقة ، يمكن كتابة ترتيب المياه المختلفة كمعادلة بسيطة ، وهي المعادلة الأساسية للهيدرولوجيا كما كتبها فيسمان ولويس وناب (1989) ؛ الوحدات النموذجية مم / سنة:

P - R - G - E - T. = ±S

حيث:

P = هطول الأمطار (أي هطول الأمطار ، تساقط الثلوج ، البَرَد)

R = الجريان السطحي أو تدفق سطح مستجمعات المياه

G = المياه الجوفية

E = التبخر

T = النتح

S = التخزين السطحي

الشكل 3. الدورة الهيدرولوجية الإقليمية

يُنظر إلى هطول الأمطار على أنه الشكل الأولي في الميزانية الهيدرولوجية المذكورة أعلاه. مصطلح الجريان السطحي مرادف لتدفق التدفق. يشير التخزين إلى الخزانات أو أنظمة الاحتجاز التي تجمع المياه ؛ على سبيل المثال ، يخلق سد من صنع الإنسان (وابل) على نهر خزانًا لأغراض تخزين المياه. تتجمع المياه الجوفية كنظام تخزين وقد تتدفق من موقع إلى آخر ؛ قد تكون متدفقة أو متدفقة فيما يتعلق بالتيارات السطحية. التبخر هو ظاهرة على سطح الماء ، والنتح مرتبط بالانتقال من الكائنات الحية.

 

 

 

 

 

 

 

على الرغم من أن مستجمعات المياه قد تختلف اختلافًا كبيرًا في الحجم ، إلا أن بعض أنظمة الصرف لتصنيف تلوث المياه تصنف على أنها حضرية أو غير حضرية (زراعية ، ريفية ، غير متطورة) في طبيعتها. ينشأ التلوث الذي يحدث داخل أنظمة الصرف هذه من المصادر التالية:

مصادر نقطة: تصريف النفايات في جسم مائي استقبال في موقع محدد ، في نقطة مثل أنبوب الصرف الصحي أو نوع من منافذ النظام المركّز.

مصادر غير نقطية (متفرقة): التلوث الذي يدخل المسطح المائي المستقبِل من مصادر متفرقة في مستجمعات المياه ؛ يعتبر تصريف مياه الأمطار غير المحصلة في مجرى مائي نموذجيًا. يشار أحيانًا إلى المصادر غير النقطية بالمياه "المنتشرة" ؛ ومع ذلك ، يُنظر إلى المصطلح المشتت على أنه أكثر وصفيًا.

مصادر متقطعة: من نقطة أو مصدر يتم تفريغه في ظل ظروف معينة ، مثل ظروف التحميل الزائد ؛ تعتبر الفيضانات المجمعة للصرف الصحي خلال فترات هطول الأمطار الغزيرة نموذجية.

ملوثات المياه في الجداول والأنهار

عندما يتم تصريف النفايات الضارة من المصادر المذكورة أعلاه في مجاري مائية أو غيرها من المسطحات المائية ، فإنها تصبح ملوثات تم تصنيفها ووصفها في قسم سابق. يمكن تقسيم الملوثات أو الملوثات التي تدخل إلى جسم مائي إلى:

• الملوثات القابلة للتحلل (غير المحافظة): الشوائب التي تتحلل في النهاية إلى مواد غير ضارة أو يمكن إزالتها بطرق العلاج ؛ أي ، بعض المواد العضوية والمواد الكيميائية ، ومياه الصرف الصحي المنزلية ، والحرارة ، والمغذيات النباتية ، ومعظم البكتيريا والفيروسات ، وبعض الرواسب
• الملوثات غير القابلة للتحلل (المحافظة): الشوائب التي تبقى في البيئة المائية ولا تنقص في التركيز ما لم يتم تخفيفها أو إزالتها من خلال المعالجة ؛ أي ، مواد كيميائية عضوية وغير عضوية معينة ، أملاح ، معلقات غروانية
• الملوثات الخطرة التي تنقلها المياه: أشكال معقدة من النفايات الضارة بما في ذلك المعادن النادرة السامة ، وبعض المركبات العضوية وغير العضوية
• ملوثات النويدات المشعة: المواد التي تعرضت لمصدر إشعاعي.

 

أنظمة التحكم في تلوث المياه

يتم إصدار لوائح التحكم في تلوث المياه المطبقة على نطاق واسع من قبل الوكالات الحكومية الوطنية ، مع لوائح أكثر تفصيلاً من قبل الولايات والمقاطعات والبلديات ومناطق المياه ومناطق الحفظ ولجان الصرف الصحي وغيرها. على المستوى الوطني ومستوى الولاية (أو المقاطعة) ، عادة ما يتم تكليف وكالات حماية البيئة (EPAs) ووزارات الصحة بهذه المسؤولية. في مناقشة اللوائح أدناه ، يتبع التنسيق وأجزاء معينة مثال معايير جودة المياه المطبقة حاليًا في ولاية أوهايو الأمريكية.

تسميات استخدام جودة المياه

الهدف النهائي للسيطرة على تلوث المياه هو عدم تصريف الملوثات إلى المسطحات المائية ؛ ومع ذلك ، فإن الإنجاز الكامل لهذا الهدف عادة ما يكون غير فعال من حيث التكلفة. النهج المفضل هو وضع قيود على تصريفات التخلص من النفايات من أجل الحماية المعقولة لصحة الإنسان والبيئة. على الرغم من أن هذه المعايير قد تختلف على نطاق واسع في الولايات القضائية المختلفة ، إلا أن تسميات الاستخدام لمسطحات مائية محددة هي الأساس بشكل عام ، كما هو موضح بإيجاز أدناه.

تشمل إمدادات المياه:

• إمدادات المياه العامة: المياه الصالحة للاستهلاك الآدمي بالمعالجة التقليدية
• التوريد الزراعي: مياه صالحة للري وسقاية المواشي بدون معالجة
• التوريد الصناعي / التجاري: مياه صالحة للاستخدامات الصناعية والتجارية مع أو بدون معالجة.

 

تشمل الأنشطة الترفيهية ما يلي:

• مياه الاستحمام: المياه التي تكون مناسبة للسباحة خلال مواسم معينة وفقًا لما تمت الموافقة عليه لجودة المياه بالإضافة إلى شروط ومرافق الحماية
• اتصال رئيسي: المياه التي تكون مناسبة خلال مواسم معينة للاستجمام الذي يلامس الجسم بالكامل مثل السباحة والتجديف والغوص تحت الماء مع الحد الأدنى من التهديد للصحة العامة نتيجة لنوعية المياه
• جهة اتصال ثانوية: المياه التي تكون مناسبة خلال مواسم معينة للترفيه عن ملامسة الجسم جزئيًا مثل ، على سبيل المثال لا الحصر ، الخوض ، مع الحد الأدنى من الخطر على الصحة العامة نتيجة لنوعية المياه.

 

يتم تصنيف موارد المياه العامة على أنها مسطحات مائية تقع داخل أنظمة المتنزهات والأراضي الرطبة ومناطق الحياة البرية والأنهار البرية والمناظر الطبيعية والترفيهية والبحيرات المملوكة ملكية عامة والمياه ذات الأهمية الترفيهية أو البيئية الاستثنائية.

موائل الحياة المائية

تختلف التسميات النموذجية باختلاف المناخ ، ولكنها تتعلق بالظروف في المسطحات المائية لدعم وصيانة بعض الكائنات المائية ، وخاصة الأنواع المختلفة من الأسماك. على سبيل المثال ، يتم سرد استخدام التعيينات في مناخ معتدل كما هو مقسم في لوائح وكالة حماية البيئة في ولاية أوهايو (EPA) أدناه دون وصف تفصيلي:

• ماء دافئ
• مياه دافئة محدودة
• مياه دافئة استثنائية
• تعديل المياه الدافئة
• السلمون الموسمي
• ماء بارد
• موارد محدودة للمياه.

 

معايير التحكم في تلوث المياه

تتميز المياه الطبيعية ومياه الصرف الصحي من حيث تركيبها الفيزيائي والكيميائي والبيولوجي. الخصائص الفيزيائية الرئيسية والمكونات الكيميائية والبيولوجية لمياه الصرف الصحي ومصادرها هي قائمة طويلة ، تم الإبلاغ عنها في كتاب مدرسي من قبل Metcalf and Eddy (1991). يتم إعطاء الطرق التحليلية لهذه التحديدات في دليل مستخدم على نطاق واسع بعنوان الطرق القياسية لفحص المياه والصرف الصحي من قبل جمعية الصحة العامة الأمريكية (1995).

يجب التحكم في كل مسطح مائي معين وفقًا للوائح التي قد تتكون من معايير عددية أساسية وأكثر تفصيلاً كما هو موضح بإيجاز أدناه.

التحرر الأساسي من التلوث. إلى الحد العملي والممكن ، يجب أن تحقق جميع المسطحات المائية المعايير الأساسية "للحريات الخمس من التلوث":

1. خالية من المواد الصلبة العالقة أو غيرها من المواد التي تدخل المياه نتيجة للنشاط البشري والتي ستستقر في تكوين رواسب حمأة فاسدة أو غير مرغوب فيها ، أو ستؤثر سلبًا على الحياة المائية
2. خالية من الحطام العائم والزيوت والحثارة والمواد العائمة الأخرى التي تدخل المياه نتيجة لنشاط بشري بكميات كافية لتكون قبيحة المظهر أو تسبب التدهور
3. خالية من المواد التي تدخل المياه نتيجة لنشاط بشري ، أو ينتج عنها لون أو رائحة أو أي ظروف أخرى تؤدي إلى الإزعاج
4. خالية من المواد التي تدخل المياه نتيجة للنشاط البشري ، بتركيزات سامة أو ضارة للإنسان أو الحيوان أو الحياة المائية و / أو تكون مميتة بسرعة في منطقة الخلط
5. خالية من المغذيات التي تدخل المياه نتيجة لنشاط الإنسان ، بتركيزات تؤدي إلى نمو مزعج للأعشاب المائية والطحالب.

 

معايير جودة المياه هي قيود عددية وإرشادات للتحكم في المكونات الكيميائية والبيولوجية والسامة في المسطحات المائية.

مع وجود أكثر من 70,000 مركب كيميائي قيد الاستخدام اليوم ، من غير العملي تحديد التحكم في كل منها. ومع ذلك ، يمكن وضع معايير للمواد الكيميائية على أساس القيود لأنها تتعلق أولاً وقبل كل شيء بثلاث فئات رئيسية من الاستهلاك والتعرض:

C: تعتبر المعايير الكيميائية لحماية صحة الإنسان من الاهتمامات الرئيسية الأولى ويجب وضعها وفقًا لتوصيات وكالات الصحة الحكومية ومنظمة الصحة العالمية ومنظمات البحوث الصحية المعترف بها.

C: يجب أن تستند المعايير الكيميائية للتحكم في إمدادات المياه الزراعية إلى دراسات وتوصيات علمية معترف بها والتي من شأنها الحماية من الآثار السلبية على المحاصيل والثروة الحيوانية نتيجة لري المحاصيل وسقي الماشية.

C: يجب أن تستند المعايير الكيميائية لحماية الحياة المائية إلى دراسات علمية معترف بها فيما يتعلق بحساسية هذه الأنواع لمواد كيميائية معينة وأيضًا فيما يتعلق بالاستهلاك البشري للأسماك والأطعمة البحرية.

تتعلق معايير مياه الصرف السائلة بالقيود المفروضة على مكونات الملوثات الموجودة في النفايات السائلة وهي طريقة أخرى للتحكم. قد يتم تعيينها على أنها مرتبطة بتسميات استخدام المياه للمسطحات المائية ومن حيث صلتها بالفئات المذكورة أعلاه للمعايير الكيميائية.

تعتمد المعايير البيولوجية على ظروف موائل المسطحات المائية اللازمة لدعم الحياة المائية.

المحتوى العضوي لمياه الصرف الصحي والمياه الطبيعية

يعتبر المحتوى الإجمالي للمواد العضوية أكثر أهمية في تحديد قوة التلوث لكل من مياه الصرف الصحي والمياه الطبيعية. تستخدم ثلاثة اختبارات معملية بشكل شائع لهذا الغرض:

طلب الأكسجين الكيميائي الحيوي (BOD): خمسة أيام BOD (BOD5) هي المعلمة الأكثر استخدامًا ؛ يقيس هذا الاختبار الأكسجين المذاب الذي تستخدمه الكائنات الدقيقة في الأكسدة الكيميائية الحيوية للمواد العضوية خلال هذه الفترة.

طلب الأكسجين الكيميائي (COD): هذا الاختبار لقياس المواد العضوية في النفايات البلدية والصناعية التي تحتوي على مركبات سامة للحياة البيولوجية ؛ إنه مقياس لمكافئ الأكسجين للمادة العضوية التي يمكن أن تتأكسد.

إجمالي الكربون العضوي (TOC): هذا الاختبار ينطبق بشكل خاص على التركيزات الصغيرة من المواد العضوية في الماء ؛ إنه مقياس للمادة العضوية التي تتأكسد إلى ثاني أكسيد الكربون.

لوائح سياسة مكافحة التدهور

تعد لوائح سياسة مكافحة التدهور نهجًا إضافيًا لمنع انتشار تلوث المياه إلى ما وراء بعض الظروف السائدة. على سبيل المثال ، تتكون سياسة مكافحة التدهور الخاصة بمعايير جودة المياه التابعة لوكالة حماية البيئة في أوهايو من ثلاثة مستويات من الحماية:

الطبقة 1: يجب الحفاظ على الاستخدامات الحالية وحمايتها. لا يُسمح بمزيد من التدهور في جودة المياه والذي قد يتعارض مع الاستخدامات المعينة الحالية.

الطبقة 2: بعد ذلك ، يجب الحفاظ على جودة المياه بشكل أفضل من تلك اللازمة لحماية الاستخدامات ما لم يثبت أن جودة المياه المنخفضة ضرورية للتنمية الاقتصادية أو الاجتماعية المهمة ، على النحو الذي يحدده مدير وكالة حماية البيئة.

الطبقة 3: أخيرًا ، يجب الحفاظ على جودة موارد المياه وحمايتها. لا ينبغي أن تتدهور جودة المياه المحيطة الحالية بسبب أي مواد تم تحديدها على أنها سامة أو تتداخل مع أي استخدام محدد. يُسمح بتصريف أحمال الملوثات المتزايدة في المسطحات المائية إذا لم تؤد إلى خفض جودة المياه الموجودة.

مناطق خلط تصريف تلوث المياه ونمذجة تخصيص حمل النفايات

مناطق الخلط هي مناطق في جسم مائي تسمح بتصريف مياه الصرف الصحي المعالجة أو غير المعالجة لتحقيق ظروف مستقرة ، كما هو موضح في الشكل 4 لتيار متدفق. يكون الصرف مبدئيًا في حالة انتقالية يتم تخفيفها تدريجياً من تركيز المصدر إلى ظروف المياه المستقبلة. لا يجب اعتباره كيانًا علاجيًا ويمكن تحديده بقيود محددة.

الشكل 4. مناطق الخلط

عادة ، يجب ألا تقوم مناطق الخلط بما يلي:

• تتداخل مع هجرة الأنواع المائية وبقائها وتكاثرها أو نموها

• تشمل مناطق التفريخ أو الحضانة

• تشمل مآخذ إمدادات المياه العامة

• تشمل مناطق الاستحمام

• تشكل أكثر من نصف عرض الدفق

• تشكل أكثر من نصف مساحة المقطع العرضي لمجرى التيار

• تمتد المصب لمسافة تزيد عن خمسة أضعاف عرض التيار.

 

أصبحت دراسات تخصيص حمل النفايات مهمة بسبب التكلفة العالية للتحكم في المغذيات في تصريفات المياه العادمة لتجنب التخثث أثناء التدفق (الموضح أدناه). تستخدم هذه الدراسات بشكل عام استخدام نماذج الكمبيوتر لمحاكاة ظروف جودة المياه في مجرى ، خاصة فيما يتعلق بالمغذيات مثل أشكال النيتروجين والفوسفور ، والتي تؤثر على ديناميكيات الأكسجين المذاب. يتم تمثيل نماذج جودة المياه التقليدية من هذا النوع بواسطة نموذج وكالة حماية البيئة الأمريكية QUAL2E ، والذي وصفه براون وبارنويل (1987). النموذج الأحدث الذي اقترحه تايلور (1995) هو نموذج Omni Diurnal (ODM) ، والذي يتضمن محاكاة لتأثير النباتات المتجذرة على المغذيات المتدفقة وديناميات الأكسجين المذاب.

أحكام التباين

جميع لوائح التحكم في تلوث المياه محدودة من حيث الكمال ، وبالتالي يجب أن تتضمن أحكامًا تسمح بالاختلاف في الأحكام بناءً على شروط معينة قد تمنع الامتثال الفوري أو الكامل.

تقييم المخاطر وإدارتها فيما يتعلق بتلوث المياه

تعتبر لوائح التحكم في تلوث المياه المذكورة أعلاه نموذجية للنهج الحكومية العالمية لتحقيق الامتثال لمعايير جودة المياه وحدود تصريف مياه الصرف الصحي. بشكل عام ، تم وضع هذه اللوائح على أساس العوامل الصحية والبحث العلمي ؛ في حالة وجود بعض عدم اليقين فيما يتعلق بالتأثيرات المحتملة ، غالبًا ما يتم تطبيق عوامل الأمان. قد يكون تنفيذ بعض هذه اللوائح غير معقول ومكلف للغاية بالنسبة لعامة الناس وكذلك للمؤسسات الخاصة. لذلك هناك اهتمام متزايد بتخصيص أكثر كفاءة للموارد في تحقيق أهداف تحسين جودة المياه. كما أشرنا سابقًا في مناقشة المياه الهيدرولوجية ، لا توجد نقاء نقية حتى في المياه التي تحدث بشكل طبيعي.

يشجع النهج التكنولوجي المتنامي تقييم وإدارة المخاطر البيئية في وضع لوائح تلوث المياه. يعتمد المفهوم على تحليل الفوائد والتكاليف البيئية في تلبية المعايير أو الحدود. اقترح Parkhurst (1995) تطبيق تقييم المخاطر البيئية المائية كوسيلة مساعدة في وضع حدود للتحكم في تلوث المياه ، خاصة عندما ينطبق ذلك على حماية الحياة المائية. يمكن تطبيق طرق تقييم المخاطر هذه لتقدير الآثار البيئية للتركيزات الكيميائية لمجموعة واسعة من ظروف تلوث المياه السطحية بما في ذلك:

• مصدر التلوث

• تلوث مصدر غير محدد

• الرواسب الملوثة الموجودة في قنوات التدفق

• مواقع النفايات الخطرة المتعلقة بالمسطحات المائية

• تحليل معايير التحكم في تلوث المياه الحالية.

 

تتكون الطريقة المقترحة من ثلاث طبقات ؛ كما هو موضح في الشكل 5 الذي يوضح النهج.

الشكل 5. طرق إجراء تقييم المخاطر لمستويات متتالية من التحليل. المستوى 1: مستوى الفرز ؛ المستوى 2: التحديد الكمي للمخاطر الكبيرة المحتملة ؛ المستوى 3: تقدير كمية المخاطر الخاصة بالموقع

تلوث المياه في البحيرات والخزانات

توفر البحيرات والخزانات التخزين الحجمي لتدفق مستجمعات المياه وقد يكون لها فترات زمنية طويلة للتدفق مقارنة بالتدفق السريع للداخل والخارج للوصول إلى مجرى متدفق. لذلك فهي تحظى باهتمام خاص فيما يتعلق بالاحتفاظ بمكونات معينة ، وخاصة العناصر الغذائية بما في ذلك أشكال النيتروجين والفوسفور التي تعزز التخثث. التخثث هو عملية الشيخوخة الطبيعية التي يتم فيها إثراء محتوى الماء عضويًا ، مما يؤدي إلى هيمنة النمو المائي غير المرغوب فيه ، مثل الطحالب وصفير الماء وما إلى ذلك. تميل عملية التخثث إلى تقليل الحياة المائية ولها تأثيرات ضارة بالأكسجين المذاب. قد تعزز كل من المصادر الطبيعية والثقافية للمغذيات هذه العملية ، كما هو موضح في Preul (1974) في الشكل 6 ، حيث تظهر قائمة تخطيطية لمصادر المغذيات والمصارف لبحيرة Sunapee ، في ولاية نيو هامبشاير الأمريكية.

الشكل 6. قائمة تخطيطية لمصادر وأحواض المغذيات (النيتروجين والفوسفور) لبحيرة سونابي ، نيو هامبشاير (الولايات المتحدة)

يمكن بالطبع أخذ عينات من البحيرات والخزانات وتحليلها لتحديد حالتها الغذائية. تبدأ الدراسات التحليلية عادةً بتوازن العناصر الغذائية الأساسية مثل ما يلي:

(مغذيات البحيرة) = (مغذيات مياه البحيرة) + (احتباس المغذيات في البحيرة)

يمكن توسيع هذا الرصيد الأساسي ليشمل المصادر المختلفة الموضحة في الشكل 6.

يشير وقت التنظيف إلى جوانب الاحتفاظ النسبية لنظام البحيرة. تتمتع البحيرات الضحلة ، مثل بحيرة إيري ، بأوقات تدفق قصيرة نسبيًا وترتبط بتخثث متقدم لأن البحيرات الضحلة غالبًا ما تكون أكثر ملاءمة لنمو النباتات المائية. تتمتع البحيرات العميقة مثل بحيرة تاهو وبحيرة سوبيريور بفترات تدفق طويلة جدًا ، والتي ترتبط عادةً بالبحيرات مع الحد الأدنى من التخثث لأنه حتى الوقت الحاضر ، لم يتم تحميلها بشكل زائد وأيضًا لأن أعماقها القصوى لا تؤدي إلى نمو واسع النطاق للنباتات المائية ما عدا في epilimnion (المنطقة العليا). تصنف البحيرات في هذه الفئة عمومًا على أنها قليلة التغذية ، على أساس أنها منخفضة نسبيًا في العناصر الغذائية وتدعم الحد الأدنى من النمو المائي مثل الطحالب.

من المهم مقارنة أوقات التدفق لبعض بحيرات الولايات المتحدة الرئيسية كما أفاد Pecor (1973) باستخدام أساس الحساب التالي:

وقت تدفق البحيرة (LFT) = (حجم تخزين البحيرة) / (تدفق البحيرة)

بعض الأمثلة هي: بحيرة وابيسا (ميشيغان) ، LFT = 0.30 سنة ؛ بحيرة هوتون (ميشيغان) ، 1.4 سنة ؛ بحيرة إيري ، 2.6 سنة ؛ بحيرة سوبيريور ، 191 سنة ؛ بحيرة تاهو ، 700 عام.

على الرغم من أن العلاقة بين عملية التخثث ومحتوى المغذيات معقدة ، يتم التعرف على الفوسفور عادة على أنه المغذي المحدد. استنادًا إلى الظروف المختلطة تمامًا ، أفاد سوير (1947) أن تكاثر الطحالب يميل إلى الحدوث إذا تجاوزت قيم النيتروجين 0.3 مجم / لتر والفوسفور يتجاوز 0.01 مجم / لتر. في البحيرات والخزانات الطبقية ، تعد مستويات الأكسجين المذاب المنخفضة في نقص الدم هي علامات مبكرة على التخثث. طور Vollenweider (1968 ، 1969) مستويات تحميل حرجة من إجمالي الفوسفور والنيتروجين الكلي لعدد من البحيرات على أساس تحميل المغذيات ، ومتوسط ​​الأعماق والحالات الغذائية. لمقارنة العمل في هذا الموضوع ، نشر Dillon (1974) مراجعة نقدية لنموذج ميزانية المغذيات في Vollenweider والنماذج الأخرى ذات الصلة. تتوفر أيضًا نماذج كمبيوتر أكثر حداثة لمحاكاة دورات النيتروجين / الفوسفور مع تغيرات في درجات الحرارة.

تلوث المياه في مصبات الأنهار

المصب هو ممر وسيط للمياه بين مصب النهر وساحل البحر. يتكون هذا الممر من قناة مصب نهر تصل إلى تدفق النهر (المياه العذبة) من المنبع والتصريف الخارج على جانب مجرى النهر إلى مستوى مياه البحر المتغير باستمرار لمياه البحر (المياه المالحة). تتأثر مصبات الأنهار باستمرار بتقلبات المد والجزر وهي من بين أكثر المسطحات المائية تعقيدًا التي يتم مواجهتها في التحكم في تلوث المياه. السمات السائدة لمصب النهر هي الملوحة المتغيرة ، وتدور الملح أو السطح البيني بين الملح والمياه العذبة ، وغالبًا ما تكون مساحات شاسعة من المياه الضحلة والعكرة التي تعلوها المسطحات الطينية والمستنقعات المالحة. يتم توفير المغذيات إلى حد كبير إلى مصب النهر المتدفق وتندمج مع موائل مياه البحر لتوفير إنتاج غزير من الكائنات الحية والحياة البحرية. المرغوبة بشكل خاص هي المأكولات البحرية التي يتم حصادها من مصبات الأنهار.

من وجهة نظر تلوث المياه ، فإن مصبات الأنهار معقدة بشكل فردي وتتطلب عمومًا تحقيقات خاصة تستخدم دراسات ميدانية مكثفة ونمذجة حاسوبية. لمزيد من الفهم الأساسي ، تتم إحالة القارئ إلى Reish 1979 ، حول التلوث البحري ومصبات الأنهار ؛ وإلى Reid and Wood 1976 بشأن إيكولوجيا المياه الداخلية ومصبات الأنهار.

تلوث المياه في البيئات البحرية

قد يُنظر إلى المحيطات على أنها المياه أو الأحواض المستقبلة النهائية ، حيث إن النفايات التي تحملها الأنهار تصب في النهاية في هذه البيئة البحرية. على الرغم من أن المحيطات عبارة عن أجسام شاسعة من المياه المالحة ذات قدرة استيعاب غير محدودة على ما يبدو ، فإن التلوث يميل إلى إتلاف السواحل ويؤثر بشكل أكبر على الحياة البحرية.

تشمل مصادر الملوثات البحرية العديد من تلك التي تمت مواجهتها في بيئات مياه الصرف الصحي الأرضية بالإضافة إلى المزيد من المصادر المرتبطة بالعمليات البحرية. قائمة محدودة ترد أدناه:

• مياه الصرف الصحي والحمأة المنزلية ، النفايات الصناعية ، النفايات الصلبة ، نفايات السفن

• مخلفات مصايد الأسماك والرواسب والمغذيات من الأنهار والجريان السطحي للأرض

• الانسكابات النفطية ، التنقيب عن النفط في البحر ومخلفات الإنتاج ، عمليات التجريف

• الحرارة والنفايات المشعة والنفايات الكيماوية والمبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب.

 

كل مما سبق يتطلب معالجة خاصة وطرق تحكم. ربما يكون تصريف مياه الصرف الصحي وحمأة الصرف الصحي من خلال مصبات مياه المحيط المصدر الرئيسي للتلوث البحري.

للتكنولوجيا الحالية حول هذا الموضوع ، يحيل القارئ إلى كتاب بيشوب (1983) عن التلوث البحري ومكافحته.

تقنيات الحد من التلوث في تصريف المياه العادمة

عادة ما يتم تنفيذ معالجة مياه الصرف الصحي على نطاق واسع من قبل البلديات والمناطق الصحية والصناعات والمؤسسات التجارية ولجان مكافحة التلوث المختلفة. الغرض هنا هو وصف الأساليب المعاصرة لمعالجة مياه الصرف الصحي البلدية ثم تقديم بعض الأفكار المتعلقة بمعالجة النفايات الصناعية والأساليب الأكثر تقدمًا.

بشكل عام ، يمكن تجميع جميع عمليات معالجة مياه الصرف الصحي في أنواع فيزيائية أو كيميائية أو بيولوجية ، ويمكن استخدام واحد أو أكثر من هذه العمليات لتحقيق منتج نفايات سائلة مرغوب. تعتبر مجموعة التصنيف هذه أكثر ملاءمة لفهم نهج معالجة مياه الصرف الصحي وهي مُدرجة في الجدول 1.

الجدول 1. التصنيف العام لعمليات معالجة مياه الصرف الصحي وعملياتها

 

الأساليب المعاصرة لمعالجة مياه الصرف الصحي

التغطية هنا محدودة وتهدف إلى تقديم نظرة عامة مفاهيمية عن ممارسات معالجة مياه الصرف الصحي الحالية في جميع أنحاء العالم بدلاً من بيانات التصميم التفصيلية. بالنسبة لهذا الأخير ، تمت إحالة القارئ إلى Metcalf و Eddy 1991.

تتم معالجة مياه الصرف الصحي البلدية جنبًا إلى جنب مع بعض اختلاط النفايات الصناعية / التجارية في أنظمة تستخدم عادةً المعالجة الأولية والثانوية والثالثية على النحو التالي:

نظام المعالجة الأولية: المعالجة المسبقة ® الترسيب الأولي ® التطهير (المعالجة بالكلور) ® النفايات السائلة

نظام المعالجة الثانوية: المعالجة المسبقة ® الترسيب الأساسي ® الوحدة البيولوجية الترسيب الثاني + التطهير (المعالجة بالكلور) + النفايات السائلة للتيار

نظام العلاج الثلاثي: معالجة أولية ® ترسيب أولي ® وحدة بيولوجية ® ترسيب ثانوي وحدة ثالثية + تطهير (معالجة بالكلور) تدفق مياه سائلة إلى تيار

يوضح الشكل 7 أيضًا مخططًا تخطيطيًا لنظام معالجة مياه الصرف الصحي التقليدي. أوصاف نظرة عامة للعمليات المذكورة أعلاه تتبع.

الشكل 7. رسم تخطيطي لمعالجة مياه الصرف الصحي التقليدية

العلاج الأولي

الهدف الأساسي من المعالجة الأولية لمياه الصرف الصحي البلدية ، بما في ذلك مياه الصرف الصحي المحلية الممزوجة ببعض النفايات الصناعية / التجارية ، هو إزالة المواد الصلبة العالقة وتوضيح مياه الصرف الصحي ، لجعلها مناسبة للمعالجة البيولوجية. بعد بعض عمليات المعالجة المسبقة مثل الغربلة وإزالة الحصى والتكسير ، فإن العملية الرئيسية للترسيب الأولي هي ترسيب المياه العادمة الخام في خزانات ترسيب كبيرة لفترات تصل إلى عدة ساعات. تزيل هذه العملية من 50 إلى 75٪ من إجمالي المواد الصلبة العالقة ، والتي يتم سحبها كحمأة تحت التدفق مجمعة للمعالجة المنفصلة. يتم بعد ذلك توجيه التدفق الزائد من العملية للمعالجة الثانوية. في بعض الحالات ، يمكن استخدام المواد الكيميائية لتحسين درجة المعالجة الأولية.

العلاج الثانوي

تتم معالجة جزء المحتوى العضوي لمياه الصرف الذي يتم تعليقه جيدًا أو إذابته ولم يتم إزالته في العملية الأولية ، عن طريق المعالجة الثانوية. تشمل الأشكال المقبولة عمومًا للمعالجة الثانوية في الاستخدام الشائع المرشحات المتقطرة ، والملامسات البيولوجية مثل الأقراص الدوارة ، والحمأة المنشطة ، وبرك تثبيت النفايات ، وأنظمة البرك الهوائية ، وطرق استخدام الأراضي ، بما في ذلك أنظمة الأراضي الرطبة. سيتم التعرف على كل هذه الأنظمة على أنها تستخدم عمليات بيولوجية بشكل أو بآخر. تتم مناقشة أكثر هذه العمليات شيوعًا بإيجاز أدناه.

أنظمة الملامسات البيولوجية. المرشحات المتقطرة هي واحدة من أقدم أشكال هذه الطريقة للمعالجة الثانوية ولا تزال مستخدمة على نطاق واسع مع بعض طرق التطبيق المحسّنة. في هذه المعالجة ، يتم تطبيق النفايات السائلة من الخزانات الأولية بشكل موحد على طبقة من الوسائط ، مثل الصخور أو الوسائط البلاستيكية الاصطناعية. يتم تحقيق التوزيع المنتظم عادةً عن طريق تقطير السائل من الأنابيب المثقبة التي يتم تدويرها فوق الطبقة بشكل متقطع أو مستمر وفقًا للعملية المرغوبة. اعتمادًا على معدل التحميل العضوي والهيدروليكي ، يمكن لمرشحات التقطير إزالة ما يصل إلى 95٪ من المحتوى العضوي ، وعادة ما يتم تحليله على أنه طلب أكسجين كيميائي حيوي (BOD). هناك العديد من أنظمة الملامسات البيولوجية الحديثة المستخدمة والتي يمكن أن توفر عمليات إزالة العلاج في نفس النطاق ؛ تقدم بعض هذه الطرق مزايا خاصة ، خاصة قابلة للتطبيق في ظروف مقيدة معينة مثل الفضاء والمناخ وما إلى ذلك. وتجدر الإشارة إلى أن خزان الترسيب الثانوي التالي يعتبر جزءًا ضروريًا من إكمال العملية. في التسوية الثانوية ، يتم سحب بعض ما يسمى بحمأة الدبال كتدفق تحت ، ويتم تصريف الفائض كنفايات سائلة ثانوية.

الحمأة المنشطة. في الشكل الأكثر شيوعًا لهذه العملية البيولوجية ، تتدفق النفايات السائلة المعالجة الأولية إلى خزان وحدة الحمأة المنشط الذي يحتوي على تعليق بيولوجي موجود سابقًا يسمى الحمأة النشطة. يشار إلى هذا الخليط بالمواد الصلبة المعلقة في السائل المختلط (MLSS) ويتم توفير فترة تلامس تتراوح عادةً من عدة ساعات إلى 24 ساعة أو أكثر ، اعتمادًا على النتائج المرغوبة. خلال هذه الفترة ، يتم تهوية الخليط بدرجة عالية وتقليبها لتعزيز النشاط البيولوجي الهوائي. مع انتهاء العملية ، يتم سحب جزء من الخليط (MLSS) وإعادته إلى المؤثر لمواصلة عملية التنشيط البيولوجي. يتم توفير الترسيب الثانوي بعد وحدة الحمأة المنشطة لغرض تسوية تعليق الحمأة المنشطة وتفريغ التدفق الزائد الموضح كنفايات سائلة. هذه العملية قادرة على إزالة حوالي 95٪ من الطلب الأوكسجيني البيولوجي المؤثر.

العلاج العالي

يمكن توفير مستوى ثالث من العلاج عند الحاجة إلى درجة أعلى من إزالة الملوثات. قد يشتمل هذا الشكل من المعالجة عادةً على ترشيح الرمل ، وبرك التثبيت ، وطرق التخلص من الأرض ، والأراضي الرطبة والأنظمة الأخرى التي تزيد من استقرار التدفق الثانوي.

تطهير المخلفات السائلة

التطهير مطلوب عادة لتقليل البكتيريا ومسببات الأمراض إلى مستويات مقبولة. تعتبر المعالجة بالكلور وثاني أكسيد الكلور والأوزون والأشعة فوق البنفسجية من أكثر العمليات شيوعًا.

الكفاءة الكلية لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي

تشتمل مياه الصرف على مجموعة واسعة من المكونات التي تصنف عمومًا على أنها مواد صلبة معلقة ومذابة ، ومكونات غير عضوية ومكونات عضوية.

يمكن قياس كفاءة نظام المعالجة من حيث النسبة المئوية لإزالة هذه المكونات. المعلمات الشائعة للقياس هي:

• BOD: طلب الأكسجين الكيميائي الحيوي ، مُقاسًا بالملجم / لتر

• COD: طلب الأكسجين الكيميائي ، مُقاسًا بالملجم / لتر

• TSS: إجمالي المواد الصلبة العالقة ، مقاسة بالملغم / لتر

• TDS: مجموع المواد الصلبة الذائبة ، مقاسة بالملغم / لتر

• أشكال النيتروجين: بما في ذلك النترات والأمونيا ، مقاسة بالملغم / لتر (تعتبر النترات مصدر قلق خاص كمواد مغذية في التخثث)

• فوسفات: يقاس بالملليغرام / لتر (أيضًا مصدر قلق خاص كمغذٍ في التخثث)

• pH: درجة الحموضة ، مُقاسة كرقم من 1 (الأكثر حمضية) إلى 14 (معظم القلوية)

• تحسب البكتيريا القولونية: يُقاس على أنه الرقم الأكثر احتمالًا لكل 100 مل (القولونية والبكتيريا القولونية البرازية هي أكثر المؤشرات شيوعًا).

 

معالجة مياه الصرف الصناعي

أنواع المخلفات الصناعية

النفايات الصناعية (غير المنزلية) عديدة وتتنوع بشكل كبير في تكوينها ؛ قد تكون شديدة الحموضة أو قلوية ، وغالبًا ما تتطلب تحليلًا معمليًا مفصلاً. قد يكون العلاج المتخصص ضروريًا لجعلها غير ضارة قبل الخروج. السمية مصدر قلق كبير في التخلص من مياه الصرف الصناعي.

تشمل النفايات الصناعية التمثيلية: عجينة الورق والورق والمجازر ومصنع الجعة والمدابغ وتجهيز الأغذية ومصانع التعليب والكيماويات والبترول والمنسوجات والسكر والغسيل واللحوم والدواجن وتغذية الخنازير والتقديم وغيرها الكثير. الخطوة الأولى في تطوير تصميم المعالجة هي مسح النفايات الصناعية ، والذي يوفر بيانات عن الاختلافات في خصائص التدفق والنفايات. يمكن تلخيص خصائص النفايات غير المرغوب فيها كما ذكرها Eckenfelder (1989) على النحو التالي:

• المواد العضوية القابلة للذوبان مما يؤدي إلى استنفاد الأكسجين المذاب

• المواد الصلبة العالقة

• تتبع المواد العضوية

• المعادن الثقيلة والسيانيد والمواد العضوية السامة

• اللون والعكارة

• النيتروجين والفوسفور

• مواد حرارية مقاومة للتحلل البيولوجي

• النفط والمواد العائمة

• مواد متطايرة.

 

كما حددت وكالة حماية البيئة الأمريكية قائمة بالمواد الكيميائية العضوية وغير العضوية السامة مع وجود قيود محددة في منح تصاريح التفريغ. تتضمن القائمة أكثر من 100 مركب وهي طويلة جدًا بحيث لا يمكن إعادة طبعها هنا ، ولكن قد يتم طلبها من وكالة حماية البيئة.

طرق العلاج

تعتبر معالجة النفايات الصناعية أكثر تخصصًا من معالجة النفايات المنزلية ؛ ومع ذلك ، عندما تكون قابلة للتخفيض البيولوجي ، يتم علاجها عادةً باستخدام طرق مماثلة لتلك الموصوفة سابقًا (مناهج المعالجة البيولوجية الثانوية / الثالثة) للأنظمة البلدية.

تعد برك تثبيت النفايات طريقة شائعة لمعالجة مياه الصرف العضوية حيث تتوفر مساحة كافية من الأرض. تصنف أحواض التدفق عمومًا وفقًا لنشاطها البكتيري على أنها هوائية أو اختيارية أو لا هوائية. يتم تزويد الأحواض المهواة بالأكسجين عن طريق أنظمة التهوية المنتشرة أو الميكانيكية.

يوضح الشكل 8 والشكل 9 رسومات تخطيطية لأحواض تثبيت النفايات.

الشكل 8. بركة تثبيت ثنائية الخلية: رسم تخطيطي مقطعي

الشكل 9. أنواع البحيرات الهوائية: رسم تخطيطي

منع التلوث وتقليل النفايات

عندما يتم تحليل عمليات وعمليات النفايات الصناعية في المصنع من مصدرها ، فغالبًا ما يمكن التحكم فيها لمنع التصريفات الملوثة الكبيرة.

تعتبر تقنيات إعادة الدوران من الأساليب الهامة في برامج منع التلوث. مثال على دراسة الحالة هو خطة إعادة التدوير لمياه الصرف الصحي لدباغة الجلود التي نشرتها شركة بريول (1981) ، والتي تضمنت استعادة الكروم / إعادة استخدامه جنبًا إلى جنب مع إعادة التدوير الكامل لجميع مياه الصرف الصحي الخاصة بالمدابغ مع عدم وجود مياه صرف إلى أي تيار إلا في حالات الطوارئ. يظهر مخطط التدفق لهذا النظام في الشكل 10.

الشكل 10. مخطط التدفق لنظام إعادة تدوير مياه الصرف الصحي من المدابغ

لمزيد من الابتكارات الحديثة في هذه التكنولوجيا ، تتم إحالة القارئ إلى منشور حول منع التلوث وتقليل النفايات من قبل Water Environment Federation (1995).

الطرق المتقدمة لمعالجة مياه الصرف الصحي

يتوفر عدد من الطرق المتقدمة للحصول على درجات أعلى من إزالة مكونات التلوث حسب الحاجة. تتضمن القائمة العامة:

الترشيح (الرمل والوسائط المتعددة)

ترسيب كيميائي

امتصاص الكربون

الكهربي

التقطير

النترجة

حصاد الطحالب

استصلاح النفايات السائلة

إجهاد دقيق

تجريد الأمونيا

التناضح العكسي

التبادل الأيوني

تطبيق الأرض

نزع النتروجين

الأراضي الرطبة.

يجب تحديد أنسب عملية لأي موقف على أساس نوعية وكمية مياه الصرف الصحي الخام ، ومتطلبات المياه المستقبلة ، وبالطبع التكاليف. لمزيد من المرجع ، انظر Metcalf and Eddy 1991 ، والذي يتضمن فصلاً عن المعالجة المتقدمة لمياه الصرف الصحي.

دراسة حالة معالجة مياه الصرف الصحي المتقدمة

تقدم دراسة الحالة الخاصة بمشروع استصلاح مياه الصرف الصحي بمنطقة دان التي تمت مناقشتها في مكان آخر في هذا الفصل مثالاً ممتازًا للطرق المبتكرة لمعالجة مياه الصرف الصحي واستصلاحها.

التلوث الحراري

التلوث الحراري هو شكل من أشكال النفايات الصناعية ، يُعرَّف بأنه زيادات أو انخفاضات ضارة في درجات حرارة المياه العادية للمياه المستقبلة بسبب التخلص من الحرارة من المنشآت التي من صنع الإنسان. الصناعات التي تنتج حرارة النفايات الرئيسية هي الوقود الأحفوري (النفط والغاز والفحم) ومحطات توليد الطاقة النووية ومصانع الصلب ومصافي البترول والمصانع الكيماوية ومصانع اللب والورق ومعامل التقطير والمغاسل. مصدر القلق بشكل خاص هو صناعة توليد الطاقة الكهربائية التي تزود الطاقة للعديد من البلدان (على سبيل المثال ، حوالي 80 ٪ في الولايات المتحدة).

تأثير الحرارة المهدرة على المياه المستقبلة

التأثير على قدرة استيعاب النفايات

• تزيد الحرارة من الأكسدة البيولوجية.

• تقلل الحرارة محتوى تشبع الأكسجين في الماء وتقلل من معدل إعادة الأكسجة الطبيعية.

• التأثير الصافي للحرارة ضار بشكل عام خلال الأشهر الدافئة من العام.

• قد يكون تأثير الشتاء مفيدًا في المناخات الباردة ، حيث تتكسر ظروف الجليد ويتم توفير تهوية السطح للأسماك والحياة المائية.

 

التأثير على الحياة المائية

العديد من الأنواع لها حدود تحمل درجات الحرارة وتحتاج إلى الحماية ، خاصة في المناطق المتأثرة بالحرارة في مجرى مائي أو جسم مائي. على سبيل المثال ، عادةً ما تحتوي مجاري المياه الباردة على أعلى أنواع الأسماك الرياضية مثل التراوت والسلمون ، بينما تدعم المياه الدافئة عمومًا تجمعات الأسماك الخشنة ، مع وجود أنواع معينة مثل أسماك البايك والباس في المياه ذات درجة الحرارة المتوسطة.

الشكل 11. التبادل الحراري عند حدود المقطع العرضي للمياه المستقبلة

التحليل الحراري في المياه المستقبلة

يوضح الشكل 11 الأشكال المختلفة للتبادل الحراري الطبيعي عند حدود المياه المستقبلة. عندما يتم تصريف الحرارة إلى المياه المستقبلة مثل النهر ، من المهم تحليل سعة النهر للإضافات الحرارية. يمكن حساب ملف درجة حرارة النهر عن طريق حل ميزان حرارة مشابه لذلك المستخدم في حساب منحنيات ترهل الأكسجين المذاب. العوامل الرئيسية لتوازن الحرارة موضحة في الشكل 12 لمدى وصول النهر بين النقطتين A و B. يتطلب كل عامل حسابًا فرديًا يعتمد على متغيرات حرارة معينة. كما هو الحال مع توازن الأكسجين المذاب ، فإن توازن درجة الحرارة هو مجرد تجميع لأصول درجة الحرارة والمطلوبات لقسم معين. تتوفر مناهج تحليلية أخرى أكثر تعقيدًا في الأدبيات حول هذا الموضوع. يمكن استخدام نتائج حسابات توازن الحرارة في تحديد قيود التفريغ الحراري وربما قيود استخدام معينة لجسم مائي.

الشكل 12. سعة النهر للإضافات الحرارية

التحكم في التلوث الحراري

المناهج الرئيسية للتحكم في التلوث الحراري هي:

• تحسين كفاءة تشغيل محطة الطاقة

• أبراج التبريد

• أحواض التبريد المعزولة

• النظر في طرق بديلة لتوليد الطاقة مثل الطاقة المائية.

 

عندما تكون الظروف المادية مواتية ضمن حدود بيئية معينة ، يجب اعتبار الطاقة الكهرومائية كبديل للوقود الأحفوري أو توليد الطاقة النووية. في توليد الطاقة الكهرومائية ، لا يوجد التخلص من الحرارة ولا يوجد تصريف لمياه الصرف مما يسبب تلوث المياه.

التحكم في تلوث المياه الجوفية

أهمية المياه الجوفية

نظرًا لأن إمدادات المياه في العالم تُستخرج على نطاق واسع من طبقات المياه الجوفية ، فمن الأهمية بمكان حماية مصادر الإمداد هذه. تشير التقديرات إلى أن أكثر من 95٪ من إمدادات المياه العذبة المتوفرة على الأرض هي تحت الأرض ؛ في الولايات المتحدة ، يأتي ما يقرب من 50٪ من مياه الشرب من الآبار ، وفقًا لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية لعام 1984. نظرًا لأن تلوث المياه الجوفية وحركتها ذات طبيعة خفية وغير مرئية ، يتم إيلاء اهتمام أقل أحيانًا لتحليل هذا الشكل من أشكال تدهور المياه والتحكم فيه مقارنة بتلوث المياه السطحية ، وهو الأمر الأكثر وضوحًا.

الشكل 13. الدورة الهيدرولوجية ومصادر تلوث المياه الجوفية

مصادر التلوث الجوفية

يوضح الشكل 13 الدورة الهيدرولوجية مع المصادر المتراكبة لتلوث المياه الجوفية. تعد القائمة الكاملة للمصادر المحتملة للتلوث الجوفي قائمة واسعة النطاق ؛ ومع ذلك ، من أجل التوضيح ، تشمل المصادر الأكثر وضوحًا ما يلي:

• تصريف النفايات الصناعية

• المجاري الملوثة التي تتلامس مع طبقات المياه الجوفية

• عمليات التعدين

• التخلص من النفايات الصلبة والخطرة

• صهاريج التخزين تحت الأرض مثل البترول

• نظم الري

• التغذية الاصطناعية

• زحف مياه البحر

• انسكابات

• أحواض ملوثة ذات قيعان منفذة

• آبار التخلص

• حقول بلاط خزانات الصرف الصحي وحفر الترشيح

• حفر بئر غير لائق

• العمليات الزراعية

• أملاح إزالة الجليد عن الطرق.

 

يتم تصنيف الملوثات المحددة في التلوث تحت الأرض كذلك على النحو التالي:

• المكونات الكيميائية غير المرغوب فيها (قائمة نموذجية وليست كاملة) - عضوية وغير عضوية (مثل الكلوريد والكبريتات والحديد والمنغنيز والصوديوم والبوتاسيوم)

• الصلابة الكلية والمواد الصلبة الذائبة الكلية

• المكونات السامة (النموذجية ، القائمة غير الكاملة) - النترات ، الزرنيخ ، الكروم ، الرصاص ، السيانيد ، النحاس ، الفينولات ، الزئبق المذاب

• الخصائص الفيزيائية غير المرغوب فيها - الذوق واللون والرائحة

• مبيدات الآفات ومبيدات الأعشاب - الهيدروكربونات المكلورة وغيرها

• المواد المشعة - أشكال مختلفة من النشاط الإشعاعي

• بيولوجي - البكتيريا والفيروسات والطفيليات وما إلى ذلك

• حمض (درجة حموضة منخفضة) أو كاوية (درجة حموضة عالية).

 

مما سبق ، تعتبر النترات مصدر قلق خاص في كل من المياه الجوفية والمياه السطحية. في إمدادات المياه الجوفية ، يمكن أن تسبب النترات مرض ميتيموغلوبين الدم (زرقة الرضع). كما أنها تسبب آثار التخثث الضارة في المياه السطحية وتحدث في مجموعة واسعة من الموارد المائية ، كما أفاد بريول (1991). كما أبلغ كل من Preul (1964 ، 1967 ، 1972) و Preul and Schroepfer (1968) عن حركة النيتروجين والملوثات الأخرى تحت الأرض.

السفر التلوث في المجال تحت الأرض

حركة المياه الجوفية بطيئة ودقيقة للغاية مقارنة بحركة المياه السطحية في الدورة الهيدرولوجية. لفهم بسيط لسفر المياه الجوفية العادية في ظل ظروف تدفق ثابتة مثالية ، فإن قانون دارسي هو النهج الأساسي لتقييم حركة المياه الجوفية بأعداد رينولدز المنخفضة (R):

V = K(dh/dl)

حيث:

V = سرعة المياه الجوفية في الخزان الجوفي ، م / يوم

ك = معامل نفاذية طبقة المياه الجوفية

(dh/dl) = التدرج الهيدروليكي الذي يمثل القوة الدافعة للحركة.

في انتقال الملوثات تحت الأرض والمياه الجوفية العادية (H₂O) بشكل عام هو مائع الحمل ويمكن حسابه للتحرك بمعدل وفقًا للمعايير الواردة في قانون دارسي. ومع ذلك ، قد يختلف معدل انتقال أو سرعة الملوثات ، مثل مادة كيميائية عضوية أو غير عضوية ، بسبب عمليات التأفق والتشتت الهيدروديناميكي. تتحرك أيونات معينة بشكل أبطأ أو أسرع من المعدل العام لتدفق المياه الجوفية نتيجة التفاعلات داخل وسط الخزان الجوفي ، بحيث يمكن تصنيفها على أنها "متفاعلة" أو "غير متفاعلة". تكون ردود الفعل بشكل عام من الأشكال التالية:

• التفاعلات الفيزيائية بين الملوث وخزان المياه الجوفية و / أو السائل الناقل

• التفاعلات الكيميائية بين الملوث وخزان المياه الجوفية و / أو السائل الناقل

• الإجراءات البيولوجية على الملوث.

 

فيما يلي نموذجي للتفاعل مع الملوثات الجوفية المتفاعلة وغير المتفاعلة:

• تفاعل الملوثات - الكروم وأيون الأمونيوم والكالسيوم والصوديوم والحديد وما إلى ذلك ؛ الكاتيونات بشكل عام مكونات بيولوجية المكونات المشعة

• الملوثات غير المتفاعلة - الكلوريد والنترات والكبريتات وما إلى ذلك ؛ بعض الأنيونات بعض الكيماويات مبيدات الآفات ومبيدات الأعشاب.

 

في البداية ، قد يبدو أن تفاعل الملوثات هو النوع الأسوأ ، ولكن قد لا يكون هذا هو الحال دائمًا لأن التفاعلات تحجز أو تؤخر تركيزات الملوثات في السفر بينما قد يكون السفر غير المتفاعل للملوثات غير مقيّد إلى حد كبير. تتوفر الآن بعض المنتجات المنزلية والزراعية "اللينة" والتي تتحلل بيولوجيًا بعد فترة زمنية وبالتالي تتجنب احتمال تلوث المياه الجوفية.

معالجة طبقة المياه الجوفية

من الواضح أن الوقاية من التلوث تحت الأرض هي أفضل نهج ؛ ومع ذلك ، فإن الوجود غير المتحكم فيه لظروف المياه الجوفية الملوثة عادة ما يُعرف بعد حدوثها ، مثل الشكاوى من مستخدمي آبار المياه في المنطقة. لسوء الحظ ، بحلول الوقت الذي يتم فيه التعرف على المشكلة ، ربما يكون قد حدث ضرر شديد ويكون العلاج ضروريًا. قد يتطلب العلاج إجراء تحقيقات ميدانية مائية جيولوجية مكثفة مع التحليلات المختبرية لعينات المياه من أجل تحديد مدى تركيزات الملوثات وأعمدة السفر. غالبًا ما يمكن استخدام الآبار الموجودة في أخذ العينات الأولية ، ولكن الحالات الشديدة قد تتطلب حفرًا واسعة النطاق وأخذ عينات من المياه. يمكن بعد ذلك تحليل هذه البيانات لتحديد الظروف الحالية والتنبؤ بالظروف المستقبلية. يعد تحليل سفر تلوث المياه الجوفية مجالًا متخصصًا يتطلب غالبًا استخدام نماذج الكمبيوتر لفهم ديناميكيات المياه الجوفية بشكل أفضل ولإجراء تنبؤات في ظل قيود مختلفة. يتوفر عدد من نماذج الكمبيوتر ثنائية وثلاثية الأبعاد في الأدبيات لهذا الغرض. للحصول على مناهج تحليلية أكثر تفصيلاً ، تمت إحالة القارئ إلى الكتاب بواسطة Freeze and Cherry (1987).

الحد من التلوث

النهج المفضل لحماية موارد المياه الجوفية هو منع التلوث. على الرغم من أن معايير مياه الشرب تنطبق بشكل عام على استخدام إمدادات المياه الجوفية ، فإن إمدادات المياه الخام تتطلب الحماية من التلوث. الكيانات الحكومية مثل وزارات الصحة ووكالات الموارد الطبيعية ووكالات حماية البيئة مسؤولة بشكل عام عن مثل هذه الأنشطة. جهود مكافحة تلوث المياه الجوفية موجهة إلى حد كبير لحماية طبقات المياه الجوفية ومنع التلوث.

يتطلب منع التلوث ضوابط استخدام الأراضي في شكل تقسيم المناطق ولوائح معينة. قد تنطبق القوانين على منع وظائف محددة باعتبارها قابلة للتطبيق بشكل خاص على المصادر المحددة أو الإجراءات التي من المحتمل أن تسبب التلوث. التحكم عن طريق تقسيم استخدام الأراضي هو أداة لحماية المياه الجوفية الأكثر فاعلية على مستوى البلدية أو المقاطعة للحكومة. برامج حماية الخزان الجوفي ورأس البئر كما هو موضح أدناه هي أمثلة رائدة لمنع التلوث.

يتطلب برنامج حماية الخزان الجوفي تحديد حدود الخزان الجوفي ومناطق تغذيته. قد تكون طبقات المياه الجوفية من نوع غير محصور أو محصور ، وبالتالي تحتاج إلى تحليلها من قبل عالم الهيدرولوجيا لاتخاذ هذا القرار. معظم طبقات المياه الجوفية الرئيسية معروفة جيدًا بشكل عام في البلدان المتقدمة ، ولكن قد تتطلب مناطق أخرى تحقيقات ميدانية وتحليل هيدروجيولوجي. العنصر الرئيسي للبرنامج في حماية طبقة المياه الجوفية من تدهور جودة المياه هو التحكم في استخدام الأراضي فوق الخزان الجوفي ومناطق تغذيته.

حماية رأس البئر هو نهج أكثر تحديدًا ومحدودًا ينطبق على منطقة إعادة الشحن المساهمة في بئر معين. تتطلب الحكومة الفيدرالية الأمريكية بموجب التعديلات التي تم إقرارها في عام 1986 لقانون مياه الشرب الآمنة (SDWA) (1984) إنشاء مناطق محددة لحماية رؤوس الآبار لآبار الإمداد العامة. تُعرَّف منطقة حماية رأس البئر (WHPA) في SDWA على أنها "المنطقة السطحية والجوفية المحيطة ببئر المياه أو حقل البئر ، والتي توفر نظام إمداد المياه العام ، والذي من المحتمل بشكل معقول أن تتحرك الملوثات من خلاله وتصل إلى بئر أو بئر ماء مجال." الهدف الرئيسي في برنامج WHPA ، كما حددته وكالة حماية البيئة الأمريكية (1987) ، هو تحديد مناطق حماية الآبار بناءً على معايير مختارة ، وتشغيل البئر واعتبارات هيدروجيولوجية.

 

الرجوع