تهویه صنعتی برای اکسید های نیتروژن (NOx)
اکسید های نیتروژن (ناکس) جزء ترکیبات خطرناک برای انسان و اکوسیستم هستند که باید برای آن تهویه صنعتی و تصفیه کننده قرار داد. در ادامه با ماهیت و خطرات آلاینده ناکس (NOx) آشنا می شویم و به نحوه مقابله با آن می پردازیم.
اکسید های نیتروژن (NOx) چیست ؟
اکسید های نیتروژن با نام های اکسید ازت ، ناکس (NOx) یکی از گاز های خطرناک خروجی از صنایع پتروشیمی و سایر صنایع که با سوخت های فسیلی در ارتباط اند می باشد. که از میان هفت اکسید رایج ازت مونوکسید نیتروژن (NO) و دی اکسید نیتروژن (NO2) به عنوان گاز گلخانه ای ، عامل از بین برنده سلامت انسان و و گرمایش زمین شناخته می شود .
مونوکسید نیتروژن (NO) گازيست بي رنگ و بي بو در حاليكه دی اکسید نیتروژن (NO2) گازي نارنجي رنگ متمایل به قهوه اي است. مونوکسید نیتروژن داراي نقطه جوش 152- درجه سانتی گراد و نقطه ذوب 164- درجه سانتی گراد می باشد و به دلیل فشار بین مولکولی پایین همواره در فاز گازی وجود دارد . دی اکسید نیتروژن نیز دارای نقطه جوش 21 درجه سانتی گراد و نقطه ذوب 9- درجه سانتی گراد میباشد. از خواص شیمیایی گاز دی اکسید نیتروژن می توان به خورنده بودن و اكسيدان قوي اشاره نمود و این آلاینده از لحاظ فيزيولوژيكي محرك مجاري تنفسي می باشد و درجه سميت آن چندين برابر NO می باشد.
NOx ابتدا به صورت NO در فرآیند احتراق از تركيب گاز نیتروژن (ازت) و اكسيژن هوا در درجه حرارت بالا تشكيل مي گردد و در مرحله دوم پس از ورود این آلاینده به هوا با سرعت بالا تبدیل به NO2 مي شود. مونوکسید نیتروژن و دی اکسید نیتروژن از فراورده های محصولات پتروشیمی نیز می باشد.
سه عامل آلوده کننده در کوره ها باعث آلودگی محیط زیست می گردد
*ذرات خاکستر حاصل از احتراق
*اکسید های گوگرد SOx یا SO3 ، SO2 (بیشتر بخوانید.)
*اکسید های ازت NO2، NOx یا NO
واکنش های شیمیایی تولید اکسید نیتروژن
O+N2→ NO + N
N+O2→ NO + N
N+OH→NO+H
منابع تولید آلاینده NOx
* دیگ های بخار ذغال سنگ و نفت و تجهیزات آن ها.
* موتورخودرو ها ، کشتی ها، هوا پیما ها .
* سیستم های گرمایش با استفاده از سوخت های حیوانی .
بنابراین محدوده بسیار وسیعی از تجهیزات و ادوات مورد استفده در فرآیند احتراق را شامل می شود .
* همچنین فرآیند هایی از قبیل تجهیزات تولید اسید نیتریک و ترکیب های آن از قبیل نیترات سلولزو نیتروبنزن (Nitrobenzene) .
* فرآیند های مرتبط با تولید رنگ ها
* سند بلاست فلزات
نیز جزء عوامل ایجاد آلاینده NOx محسوب می شوند .
خطرات اکسید های نیتروژن (NOx) بر سلامت انسان و محیط زیست
بیماری های شغلی در مواجهه با اکسید های نیتروژن
1-افزايش مت هموگلوبين :
ميزان نرمال مت هموگلوبين در خون بين صفر تا 8 درصد هموگلوبين است وقتي این میزان در اثر تماس در محيط آلوده به 10 تا 15 درصد هموگلوبين برسد. (اين غلظت در فضای بسته اتفاق می افتد ) ، علائمي مانند تنگي نفس ناشی از نارسايي اكسيژن پدیدار مي شود. البته غلظت بسیار بیشتر باعث سيانوز و مرگ در حيوانات شده است.
2-بازدارندگي آنزیم های بدن :
مونوکسید نیتروژن مانند یک انزیم بازدارنده عمل میکند و باعث توقف فعاليت هيدروژناز ، باكتري پروتئوس ولگاريس می شود.
3-اثرات مخرب بر مجاري تنفسي :
در مواجهه کوتاه مدت در غلظت کمتر 50 ppm فعاليت ريه ها با مشکل مواجهه می شود و دربلند مدت در غلظت هاي کمتر از 0/8PPM باعث افزايش تعداد تنفس و كاهش ظرفيت ريه ها می گردد. هچنین آسم و علائمی شبیه آسم ، رینیت آلرژیک ، سرفه و خس خس و برونشیت از عوارض تنفسی این آلاینده می باشد
4- تغييرات سلولي و ایجاد جراحات :
در غلظت های بالای 5ppm تغییرات جراحات آمفيزمي و سلولی هيپرپلازي رخ می دهد. در غلظت 15 ppm پس از 2 ساعت تماس با آلاینده ، تغييرات بر بافت هاي قلب ، كليه و كبد ایجاد می گردد.
5- اثرات مخرب بیولوژیکی:
کاهش سطح سیستم ایمنی بدن ، كاهش وزن و حساسيت در برابر باكتري ها و ويروس ها ، علائم تحریک کننده حاد ، سوزش چشم، حالت تهوع ، تحریک گلو نيز از عوارض آلودگي هوا به دي اكسيد نیتروژن مي باشد .
اثرات مخرب اکوسیستم توسط اکسیدهای نیتروژن
بر اساس مطالعات صورت گرفته توسط محققان و زیست شناسان در خصوص اثرات آلاینده NOx بر روی محیط زیست ، اثرات کوتاه مدت مواجهه با این آلاینده بر روی حیوانات مشاهده نشده بودو این امر به اندازه کافی نتوانست یک دستور العمل اجرایی جهت رابطه میزان غلظت ، مدت زمان مواجهه ، باز و بسته بودن محیط و فاکتور های دیگر را منتشر نماید. اما این موضوع ثابت شده است که عوارض کم تنفسی روی کودکان که در معرض گاز NOx که در اثر سوختن گاز شهری قرار میگیرند ، پس از مدتی از بین می رود و دلیل آن باز سازی و جاگزینی سریع سلول های کودکان در سنین رشد است.
تخریب لایه اوزون توسط گاز های گلخانه ای NOx
مونوکسید نیتروژن یکی از عوامل تخریب مولکول اوزون می باشد و این روند باعث تغییر چرخه اوزون مطابق رابطه شیمیایی زیر می باشد:
UV + O3 → O2+ O(فرا بنفش)
O + O2 → O3 +IR
حال وقتی در مرحله دوم واکنش فوق NO اضافه شود سریعاً با اتم اکسیژن واکنش داده و دی اکسید نیتروژن را تولید میکند و مانع تولید دوباره اوزون می شود و اینگونه عامل تخریب این چرخه و در نهایت لایه اوزون می باشد.
O + NO → NO2
تصفیه و فیلتراسیون آلاینده NOx
حدود آستانه مجاز کاری برای نیتروژن منوکسید 50 PPm و نیتروژن دی اکسید PPm3 می باشد. به همین منظور با جذب آلاینده از منطقه تنفسی کارکنان و تصفیه ان با روش های استاندارد از بالا رفتن غلظت الودگی جلوگیری می نماییم. اکسید نیتروز N2O به دلیل ساختار زاویه ای آن در آب بهتر حل میشود و در تعادل با مونکسید نیتروژن است.
2NO→ N2O4
این ترکیب در محیط های آبی و در حضور اکسیژن ، اسید نیتریک حاصل می شود.
N2O4 + 2H2O + O2 → 4HNO3
با افزودن موارد اکسنده قوی مثل پرمنگنات ( KMnO4) و پر اکسید هیدروژن و یا پر اکسید منیزیم (MgO2) می توانیم کلیه اکسید های نیتروژن را به صورت اسید نیتریک درآوریم. البته پرمنگنات پتاسیم تنها در سیستم های بسته قابل استفاده است ،پس در کندانس گاز های احتراق در پکیج های چگالشی قابل کاربرد نمی باشدو برای مصرف دوباره باید احیاء شود . برای احیاء آن ازکیلیت هایی چون اتیلن دی آمین تترا استات (EDTA) و یا نیتریلوتری استات (NTA)، به آب اضافه می شوند تا NO که با گاز های خروجی در پیوند است را به صورت معکوس به کیلیت پیوند دهد . این کیلیت ها به عنوان کمپلکس هایی از آهن2 هستند.
راهکار ساده و کاربردی و در عین حال مقرون به صرفه برای خنثی سازی گاز NOx (اکسید نیتریک) استفاده از تصفیه کننده های تر (وت اسکرابر) است که در آن گاز NOx شامل مونوکسید نیتروژن (NO) و دی اکسید نیتروژن (NO2) به شدت با آب و مولکول های اکسیژن واکنش می دهد و محصول آن نیتریک اسید HNO3 می باشد.
(H2O (l) + 3 NO2 (l) → 2 HNO3 (aq) + NO (g
(2H2O (l) + 3 O2 (g) + 4 NO (g) → 4 HNO3 (aq
در نتیجه برای خنثی سازی نیتریک اسید در واکنش فوق به آب سود NaOH یا دوغ آب آهک (Ca(OH)2) اضافه می نماییم ، واکنش زیر رخ می دهد که بسیار گرماده است.
(HNO3 (aq) + NaOH (aq) → H2O (l) + NaNO3 (aq
مطابق واکنش اسید و باز ، آب و نمک حاصل می گردد نمک حاصل سدیم نیترات یا سودا نیتر نام دارد که پودر سفید رنگ و کریستال بی رنگ دارد و محلول آن در آب با رعایت اصول ایمنی قابلیت دفع فاضلاب را دارد.
جمع بندی
به دلیل واکنش خوب اکسید های نیتروژن و اکسید های گوگرد با آب بهترین روش فیلتراسیون استفاده از تصفیه کننده های تر (وت اسکرابر) می باشد که سیال این تصفیه کننده محلول آب و سود می باشد . همچنین به دلیل فراورده اسیدی حاصل از واکنش های مذکور باید کانال ها و اتصالات و تصفیه کننده با پوشش ضد اسید محافظت گردد ،
تیم مهندسان بیست با طراحی و اجرای سیستم های تهویه صنعتی و تصفیه الاینده های هوابرد شامل هود ، کانال ها و اتصالات ضد اسید ، تصفیه کننده تر (وت اسکرابر) ، هواکش ، تابلو برق و مطابق استاندارد ACGIH آمریکا بهترین عملکرد تهویه و تصفیه آلاینده گاز NOx را تضمین می نماید، به طوری که غلظت آلاینده های خروجی پایین تر از استاندارد های OSHA و NIOSH باشد .