آلودگي هواي منتشر از نيروگاههاي
دكتر منصور غياث‌الدين ـ مهندس ناصر بازرگان
مركز تحقيقات نيرو
ايران
واژه‌هاي كليدي ـ آلودگي هوا ـ نيروگاه ـ سوخت فسيلي ـ محيط زيست
چكيده
نياز روز افزون جهان و به خصوص كشورهاي در حال توسعه به انرژي برق توسعه نيروگاه را طلب مي‌كند كه اين امر طي‌سالهاي اخير بسيار پرشتاب بوده است.بديهي است همسو با افزايش نيروگاهها سوختهاي فسيلي به خصوص نفت كوره كه‌مهمترين تأمين كننده نياز سوخت نيروگاهها است افزايش يافته، به طوري كه در سال 1373 بيش از 90 درصد از برق توليدي‌در كشور از طريق نيروگاههاي حرارتي بوده و فقط 7/9 درصد از انرژي ابي استفاده شده است.
بدين ترتيب نيروگاه‌هابزرگترين مصرف كننده سوختهاي سنگين مي‌باشند.وجود گوگرد كه غلظت آن در نفت‌هاي ايران 5/2 تا 5/3 درصدمي‌رسد و حدود 0/26 درصد ازت بانضمام ازت موجود در هوا و شرايط احتراق، اكسيدهاي گوگرد و ازت را توليد و انتشارمي‌دهد، علاوه برآن منوكسيدكربن و هيدروكربنهاي ناشي از احتراق ناقص بانضمام ذرات معلق و دوده از جمله ديگرآلاينده‌هاي هوا هستند كه در محيط انتشار مي‌يابد با اين حال شايد يكي از مشكلاتي كه امروزه به نيروگاههاي با سوخت‌فسيلي مربوط مي‌شود دي‌اكسيدكربن مي‌باشد كه اثرات آن در نيروگاههاي با سوخت فسيلي كشور از نظر انتشار تغيير اقليم‌هم اكنون مشهود است.در اين مطالعه اعم آلاينده‌ها مورد بررسي قرار گرفته و در چندين نوبت اندازه‌گيري گازهاي خروجي‌از دودكش اندازه‌گيري شده است.دامنه انتشار ايت آلاينده‌ها و اثرات آنها بر سلامت انسان و محيط زيست مورد بحث قرارگرفته است.آنچه بعنوان نتيجه مي‌توان بيان كرد اين است كه انتشار آلاينده‌هائي چون اكسيدهاي ازت و گوگرد تقريباًدر كليه‌نيروگاه‌هاي با سوخت مايع كشور بيش از حد استاندارد مي‌باشد و در نيروگاههاي گاز سوز نيز مشكل انتشار اكسيدهاي ازت‌وجود دارد.در پايان اين مطالعات راه حلهائي نيز براي كاهش اثرات آلاينده‌ها بر محيط زيست پيشنهاد شده است.
سرآغاز
فعاليت‌هاي بشر براي تامين امكانات رفاهي و تامين نيازهاي زندگي و بالاخره بهبود كيفيت زيستي بطور مستقيم وغيرمستقيم بر محيط زيست اثر گذاشته و چنانچه چاره انديشي نشود در دراز مدت و شايد هم ميان مدت نه تنها كيفيت زندگي را بهبود نبخشد بلكه آن را به نابودي بكشاند.توليد برق به خصوص با استفاده از سوختهاي فسيلي نمونه‌اي از اين فعاليتها و يا توسعه زير بنايي است كه آلودگيهاي زيادي را وارد محيط زيست مي‌نمايد و تخريب آن را باعث مي‌گردد. بطوركلي مي‌توان گفت توسعه به قول دكتر ماهلر اگر در برنامه توسعه بهداشت و محيط زيست فراموش شود همه چيز فراموش‌شده است (1) زيرا زندگي در محيط زيست ناسالم بسيار ملال‌آور خواهد بود.سالانه صدها هزار نفراز ساكنين كره زمين و به‌خصوص در شهرهاي صنعتي از سرطان‌هاي مرتبط با آلودگي هوا جان مي‌سپارند.صدها هزار نفر از بيماريهاي برونشيت، آمفيزم و ساير بيماريهاي تنفسي رنج مي‌برند. (2) هزاران هكتار از جنگلهاي آلمان، كانادا و ساير نقاط جهان در اثر گازهاي اسيدي منتشره از صنايع و عمدتاً نيروگاهها نابود شده يا رو به نابودي مي‌روند.(3و 4)در چنين شرايطي جلوگيري از آلودگي‌هوا يا بهتر بگوييم كنترل آلاينده‌ها امري ضروري و اجتناب‌ناپذير مي‌نمايد.
مهمترين آلاينده‌هاي هوا منتشره از نيروگاهها از نظر اثرات فوري و محلي دي اكسيد گوگرد و اكسيدهاي ازت و ذرات هستند و از نظر اثرات جهاني دي اكسيد كربن مي‌باشد.
دي‌اكسيد گوگرد (SO2)
تقريباً 100 درصد گوگرد موجود در سوخت مايع مصرفي نيروگاهها كه بين 5/2 تا 5/3 درصد در سوختهاي ايران است تبديل به SO2 مي‌شود. به عبارت ديگر هر كيلوگرم گوگرد موجود در سوخت 2 كيلوگرم SO2 توليد مي‌نمايد و استاندارد SO2 در هواي آزاد براي ميانگين 24 ساعته 260 ميكروگرم در متر مكعب است.
مقادير بيشتر با توجه به غلظت، باعث تحريك مجاري فوقاني تنفسي، تحريك و تورم ريه‌ها، كاهش DNA و تغييرات‌كروموزومي مي‌شود.
ضمناًدر محيطي كه SO2وجود داشته باشد لنفوسيت‌ها از بين مي‌روند و مقاومت بدن در برابر بيماريهاي عفوني كاهش مي‌يابد مقدار 2قسمت در ميليون دي‌اكسيد گوگرد براي بسياري از گياهان سمي است و دي‌اكسيد گوگرد در هوا بهSO2اكسيد شده و بصورت باران اسيدي به زمين باز مي‌گردد، كه اين پديده اكنون با تغييرPHدرياچه‌ها و رودخانه‌ها زندگي آبزيان‌را به خطر انداخته و با بارش بر جنگل‌ها و مزارع كشاورزي خسارات اقتصادي زيادي به بار آورده است. از اثرات ديگر آن خوردگي فلزات به خصوص در خود نيروگاه را مي‌توان ذكر كرد.
اكسيدهاي ازت
استاندارد اكسيدهاي ازت براي ميانگين 24 ساعته تعريف نشده ولي ميانگين سالانه 05/0 قسمت در ميليون مي‌باشد، دي‌اكسيد ازت در ششها تبديل به نيتروزامين كه يك ماده سرطان‌زا مي‌باشد مي‌گردد و يا وارد خون شده بيماري خونيMethemoglobinemiaرا باعث مي‌گردد بطور كلي دي‌اكسيد ازت يك محرك قسمتهاي تحتاني ريه بوده و ايجاد تورم درريه‌ها مي‌نمايد و ضمناً ماكروفاژها را مهار كرده و مقاومت بدن را در برابر بيماري‌ها ضعيف مي‌كند. اكسيدهاي ازت درچرخه واكنشهاي فتوشيميايي توليد، اوزن، PANو اسماگ مي‌نمايد كه هم براي سلامت انسان و هم گياهان مضر مي‌باشد.
دي‌اكسيد كربن
هر چند از نظر محيط زيست و بهداشت در واكنش احتراق هر چقدر دي‌اكسيد كربن بيشتري توليد شود بهتر است ولي بهرحال دي‌اكسيد كربن از جمله گازهاي گلخانه‌اي شناخته شده مي‌باشد كه به علت افزايش غلظت آن طي پنجاه سال اخير بين 6/0 تا 1 درجه سانتي‌گراد به ميانگين دماي كره زمين افزوده شده است. (6) در مورد اثر تغيير دما همين نكته كافي است كه بافقط 6 درجه سانتي‌گراد دوران يخبندان به بين يخبندان تبديل شده است تا زماني كه انرژيهاي جانشين مانند خورشيد، باد،زمين گرمايي و امواج دريا به بهره‌برداري كامل نرسد استفاده از سوختهاي فسيلي و انتشار هر چه بيشتر دي‌اكسيد كربن غيرقابل اجتناب است.تنها كمكي كه مي‌توان انجام داد استفاده بهينه از انرژي و در نتيجه صرفه جويي در مصرف مي‌باشد.
استفاده از نيروگاههاي سيكل تركيبي يكي از اقدامات مؤثر در جهت كاهش مصرف در نيروگاه و در نتيجه توليد CO2 مي‌باشد.
با توجه به آنكه اشاره شد بخش محيط زيست مركز تحقيقات نيرو طي يك برنامه مدون ظرف سه سال آلودگيهاي منتشره از نيروگاههاي كشور را بررسي نموده است كه در اينجا چكيده بخشي از اين مطالعه كه مربوط به آلودگي هوا مي‌باشد به اطلاع خواهد رسيد.
روش تحقيق
محل بررسي تقريباً كليه نيروگاههاي حرارتي اعم از بخاري يا توربين‌هاي گازي مي‌باشد كه آلاينده‌ها هم در گاز خروجي وهم در محيط اطراف اندازه‌گيري شدند.
روش اندازه‌گيري
اندازه‌گيري آلاينده‌هاي گاز خروجي دودكش با استفاده از Stack Analyser Testo -350 مجهز به سنسورهاي الكتروشيميايي براي گازهاي O2, CO2, CO, SO2, NO2 و NO فشار گاز و براي سرعت گاز خروجي از Pitot tube استفاده شد وسنجش دماي گاز با استفاده از سنسور Testo انجام گرفته است و اندازه‌گيري آلاينده‌ها در محيط اطراف با روشهاي شيميايي مندرج در ASTM صورت گرفته (9) و براي محاسبه پراكندگي آلاينده‌ها از مدل گوس و نرم‌افزار Screen استفاده‌شده است.
يافته ها
هم اكنون در كشور ما 34نيروگاه حرارتي در شبكه برق سراسري روزانه 5887ميليون ليتر مازوت و 12541 ميليون مترمكعب گاز طبيعي و 1151 ميليون ليتر گازوئيل مصرف مي‌كنند و سالانه 1365 كيلووات ساعت براي هر هموطن برق توليدمي‌نمايند. در بين نيروگاههاي مطالعه شده 8 نيروگاه كه از سوخت مازوت استفاده مي‌نمايند غلظت دي‌اكسيد گوگرد درگازهاي خروجي آنان با توجه به گوگرد بالاي مازوت‌هاي مصرفي بيش از استانداردهاي رايج است.
ولي چنانچه به استاندارد اوليه پيشنهادي سازمان حفاظت محيط زيست ايران مقايسه شود فقط 6 نيروگاه از حد مجاز 800 قسمت در ميليون تجاوز نموده است.
ضمناً بر اساس ضريب انتشار بدست آمده در اين پژوهش مقدار SO2تخليه شده توسط نيروگاه در هواي ايران به 547500 تن در سال بالغ مي‌شود. بديهي است اين مقدار همراه با آنچه از طريق ساير صنايع وارد جو مي‌شود مي‌تواند خسارات‌اقتصادي زيادي را بر محيط زيست وارد آورد.
همچنين 6 نيروگاه كه در بين آنها نيروگاههاي گازسوز نيز ديده مي‌شود بيش از حد استاندارد 135گرم به گيگاژول انرژي‌ورودي اكسيدهاي ازت وارد هوا مي‌نمايد بايد اضافه نمود كه استاندارد ملي براي NOX خروجي هنوز مشخص نشده است.برآورد NOX تخليه شده در ايران از طريق دودكش نيروگاهها به 147450 تن در سال ميرسد ميزان CO2 در گاز خروجي‌بين 3 تا 15 درصد اندازه‌گيري شده است كه دقيقاً با توجه به تنظيم نسبت هوا به سوخت متغير بوده است به عبارت ديگرغلظت CO2 عكس غلظت CO مي‌باشد. طبق محاسبات انجام شده در شرايط استيوكيومتري با احتراق هر كيلوگرم مازوت 55/1 كيلوگرم CO2 و هر متر مكعب گاز طبيعي 98/1 متر مكعب CO2 توليد مي‌نمايد كه با توجه به دماي متوسط گاز خروجي (60 درجه سانتي‌گراد) جمعاً با مصرف مازوت و گاز طبيعي 103*38141 تن CO2 در سال توليد مي‌شود. ولي ازآنجا كه سوخت كامل نيست و شرايط استيوكيومتري برقرار نمي‌باشد با توجه به اندازه‌گيري‌هاي انجام شده بطور متوسط103*21900تن دي‌اكسيدكربن از طريق نيروگاهها توليد مي‌گردد و هر چند اين مقدار نسبت به كل دي‌اكسيدكربن توليدي در جهان فقط كسري از درصد را تشكيل مي‌دهد ولي از آنجا كه ايران قرارداد كنواكسيون تغييرات اقليم را پذيرفته و به‌تصويب مجلس شوراي اسلامي رسيده است ناچار بايد مطالعاتي در اين زمينه نيز صورت گيرد و سهم ايران در انتشار آنهاتعيين گردد. در اين راستا يك بررسي كلي به منظور تدوين متدولوژي تحقق در بخش محيط زيست به موجب قراردادي كه با سازمان حفاظت محيط زيست داشته است صورت گرفته كه موضوع بحث اين مقاله نمي‌باشد.همچنين در برنامه ريزي توسعه ظرفيت نيروگاهي كشور كه طي برنامه‌هاي پنجساله اول تا سوم اجرا شده يا در دست اجرا است عمدتا گرايش به‌سمت ايجاد نيروگاههاي ابي در اولويت اول و سپس سيكل تركيبي بوده است كه در مجموع انتشار آلاينده‌هاي نيروگاهي وگلخانه‌اي را از نظر مقدار سرانه كاهش مي‌دهد.
انتشار آلودگي در محيط اطراف نيروگاه
براي اندازه‌گيري دي اكسيد گوگرد در اطراف نيروگاه از روش آب اكسيژنه و تيتراسيون و براي اكسيدهاي ازت از روش گريس-سالتزمن و براي ذرات معلق از نمونه برداري حجم زياد استفاده شده است.از آنجا كه ارائه نتايج كليه نيروگاهها در اين مقاله نمي‌گنجد به يك مورد اشاره مي‌شود.
غلظت اكسيد گوگرد در جهت وزش باد حتي تا فاصله 5000متري 149 ميكروگرم در متر مكعب بوده كه تقريباً 2/5 برابر ميانگين سالانه بوده ولي از استاندارد 24 ساعته تجاوز نمي‌كند در اين اندازه‌گيري سرعت جريان باد 6 متر در ثانيه و دماي‌هوا 23 درجه سانتي‌گراد بوده است در همين شرايط و در همين فاصله مدل، عدد 345 ميكروگرم در متر مكعب را داده است‌كه با ضريب 3/2 با مقادير اندازه‌گيري شده تطابق دارد معمولا تا اين مقدار انحراف مورد قبول مدل سازان است و حداكثرآلودگي ناشي از نيروگاه مورد بحث كه داراي دودكش به ارتفاع 120 متر مي‌باشد در حالت پايداري جوي C در فاصله 4390متري حدود 3/345 ميكروگرم در متر مكعب بر آورد شده است.بطور كلي ميانگين غلظت دي اكسيد گوگرد در نمونه‌هاي‌جمع آوري شده در فصول مختلف در اطراف نيروگاه تا فاصله 5 كيلومتري در جهت غرب 034/0 با انحراف معيار 013/0 در جهت جنوب 026/0 با انحراف معيار 007/0 ، در جهت شرق 031/0 با انحراف معيار 013/0 و در جهت شمال 013/0 با انحراف معيار 009/0 قسمت در ميليون بوده است.
در محاسبات انجام شده حداكثر SO2 در شرايط بحراني در فاصله 1278 متري 1187 ميكروگرم در متر مكعب برآوردشده است.
دي اكسيد ازت
حداكثر غلظت اكسيدهاي ازت در نمونه‌ها 36 ميكروگرم در متر مكعب در 500 متري جنوب شرقي نيروگاه زماني اتفاق افتاده كه سرعت باد 3 متر در ثانيه بوده است در برآورد انجام شده توسط مدل حداكثر ممكن در شرايط بحراني 305ميكروگرم در متر مكعب در بدترين شرايط جوي و در فاصله 1258متري از پاي دودكش خواهد بود.اين مقدار حدود دوبرابر استاندارد مي‌باشد ولي در اندازه‌گيري‌هاي انجام شده هميشه مقدار NOX در فواصل و جهات مختلف از دودكش‌نيروگاه، كمتر از استاندارد بوده است و محاسبه مدل هم در شرايط اندازه‌گيري حدود 68ميكروگرم در متر مكعب را نشان مي‌دهد كه تا حدود زيادي با آنچه قبلا بحث شد توافق دارد.
علاوه بر اين ميزان گوگرد موجود در برگ چندين گونه گياهي منطقه اندازه‌گيري شده است كه نشان مي‌دهد ميانگين گوگرد دربرگ گياهان تا فاصله 5000 متري در مقايسه با گياهان پاركي كه حدود 16 كيلومتر از نيروگاه فاصله دارد حدود 2 برابر تفاوت‌دارد (286/0 در پارك و 484/0 در 5000 متري و 484/0 در 3000 متري).
پيشنهادات براي كاهش به ترتيب شامل:
مطالعات انجام شده به اين نتيجه رسيده است كه چون نيروگاههاي مازوت سوز در شرايط مختلفي از نظر هواشناسي، توپوگرافي و امكانات قرار گرفته‌اند لازم است با توجه به شرايط موجود براي هر كدام جداگانه تصميم گرفته شود، مثلا براي نيروگاهي كه بين يانگسترم و دودكش فضاي كافي وجود ندارد نمي‌توان از اسكرابر استفاده كرد لذا روشهاي پاشش خشك ياكاتاليست را مي‌توان بررسي نمود و يا در جائيكه مشكل تهيه آب وجود دارد اسكرابرتر اقتصادي نخواهد بود در اين زمينه مطالعاتي انجام گرفته و يك مورد در حال بررسي نهائي مي‌باشد. بهر حال روشهاي رايج به ترتيب شامل:
1- تغير سوخت مايع به گاز
2- گوگرد زدايي از سوخت قبل از مصرف.
3- استفاده از روشهاي كنترل شامل اسكرابرهاي تر يا خشك و ساير فراينده‌هاي رايج (FGD)
فهرست مراجع و ماخذ
1- Panel op Experts for Environmental Management Water ressources (1989) management
2- World Bank, World Development Report 1992, Develpment and the Oxford University, Press. Environment
3- IUCN - The World Conservation Union Caring for the Earth, A straregy for Sustanable Living; Gland,Switzerland 1991.
4- World Bank, World Development 1994, Infrastrucure for Development, University Press. Oxford
5- World Health Organiation; Air Quality guideline for Europe 1987.
6ـ منصور غياث‌الدين، آلودگي هوا (ترجمه) موسسه انتشارات دانشگاه تهران، چاپ دوم 1373.
7ـ غياث‌الدين، منصور، نشريه علمي دانشكده بهداشت، دانشگاه علوم پزشكي تهران، 1372.
8ـ مركز تحقيقات نيرو، گزارشات پروژه اثرات زيست محيطي، نيروگاه، آلودگي هوا، 1375.
9- Annual Book of ASTM Standards Volum 11.03 0994.
10- مركز تحقيقات نيرو، گزارشات نيرو پروژه اثرات زيست محيطي، نروگاه، آلودگي هوا، 1375.
معرفی مختصر :