الملوثات الكيميائية المميزة

يمكن أن تحدث الملوثات الكيميائية للهواء الداخلي على شكل غازات وأبخرة (غير عضوية وعضوية) وجسيمات. إن وجودهم في البيئة الداخلية هو نتيجة دخولهم إلى المبنى من البيئة الخارجية أو جيلهم داخل المبنى. تختلف الأهمية النسبية لهذه الأصول الداخلية والخارجية باختلاف الملوثات وقد تختلف بمرور الوقت.

الملوثات الكيميائية الرئيسية التي توجد عادة في الهواء الداخلي هي كما يلي:

1. ثاني أكسيد الكربون (CO₂) ، وهو منتج استقلابي وغالبًا ما يستخدم كمؤشر على المستوى العام لتلوث الهواء المرتبط بوجود البشر في الداخل
2. أول أكسيد الكربون (CO) ، أكاسيد النيتروجين (NO_x) وثاني أكسيد الكبريت (SO₂) ، وهي غازات احتراق غير عضوية تتشكل في الغالب أثناء احتراق الوقود والأوزون (O₃) ، وهو نتاج تفاعلات ضوئية كيميائية في الأجواء الملوثة ولكن قد تنطلق أيضًا من بعض المصادر الداخلية
3. المركبات العضوية التي تنشأ من مجموعة متنوعة من المصادر الداخلية والخارجية. توجد مئات من المواد الكيميائية العضوية في الهواء الداخلي على الرغم من وجود معظمها بتركيزات منخفضة جدًا. يمكن تصنيفها وفقًا لنقاط الغليان الخاصة بها ، ويحدد أحد التصنيفات المستخدمة على نطاق واسع ، كما هو موضح في الجدول 1 ، أربع مجموعات من المركبات العضوية: (1) المركبات العضوية المتطايرة جدًا (VVOC) ؛ (2) متطايرة (المركبات العضوية المتطايرة) ؛ (3) شبه متطاير (SVOC) ؛ و (4) المركبات العضوية المرتبطة بالجسيمات (POM). يتم إذابة المواد العضوية في الطور الجزيئي أو امتصاصها على الجسيمات. قد تحدث في كل من طور البخار والجسيمات اعتمادًا على تقلبها. على سبيل المثال ، توجد الهيدروكربونات متعددة الحلقات (PAHs) المكونة من حلقتين بنزين مصهورتين (على سبيل المثال ، النفثالين) بشكل أساسي في طور البخار وتلك التي تتكون من خمس حلقات (على سبيل المثال ، benz [a] البيرين) في الغالب في الطور الجسيمي.

الجدول 1. تصنيف الملوثات العضوية الداخلية

من الخصائص المهمة لملوثات الهواء في الأماكن المغلقة أن تركيزاتها تختلف من حيث المكان والزمان إلى حد أكبر مما هو شائع في الهواء الطلق. ويرجع ذلك إلى التنوع الكبير في المصادر ، والتشغيل المتقطع لبعض المصادر والمصارف المختلفة الموجودة.

تخضع تركيزات الملوثات التي تنشأ أساسًا من مصادر الاحتراق لتغير زمني كبير جدًا وتكون متقطعة. كما تؤدي الإطلاقات العرضية للمركبات العضوية المتطايرة بسبب الأنشطة البشرية مثل الرسم إلى اختلافات كبيرة في الانبعاثات مع مرور الوقت. قد تختلف الانبعاثات الأخرى ، مثل إطلاق الفورمالديهايد من المنتجات الخشبية مع تقلبات درجة الحرارة والرطوبة في المبنى ، ولكن الانبعاث مستمر. قد يكون انبعاث المواد الكيميائية العضوية من المواد الأخرى أقل اعتمادًا على ظروف درجة الحرارة والرطوبة ولكن تركيزاتها في الهواء الداخلي ستتأثر بشكل كبير بظروف التهوية.

تميل الاختلافات المكانية داخل الغرفة إلى أن تكون أقل وضوحًا من الاختلافات الزمنية. قد تكون هناك اختلافات كبيرة داخل المبنى في حالة المصادر المحلية ، على سبيل المثال ، آلات التصوير في المكتب المركزي ، وأفران الغاز في مطبخ المطعم ، وقصر تدخين التبغ في منطقة معينة.

مصادر داخل المبنى

عادةً ما تنتج المستويات المرتفعة من الملوثات الناتجة عن الاحتراق ، وخاصة ثاني أكسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة ، عن أجهزة الاحتراق غير المهووسة أو ذات التهوية غير السليمة أو التي تتم صيانتها بشكل سيئ وتدخين منتجات التبغ. تنبعث سخانات الغاز والكيروسين التي لم يتم تهويتها كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون₂، لا_x، وبالتالي₂والجسيمات والفورمالديهايد. تعمل مواقد وأفران الطهي بالغاز أيضًا على إطلاق هذه المنتجات مباشرة في الهواء الداخلي. في ظل ظروف التشغيل العادية ، يجب ألا تطلق سخانات الهواء القسري التي تعمل بالغاز وسخانات المياه نواتج الاحتراق في الهواء الداخلي. ومع ذلك ، يمكن أن يحدث انسكاب غاز المداخن والتركيب الخلفي مع الأجهزة المعيبة عندما يتم خفض ضغط الغرفة عن طريق أنظمة العادم المنافسة وفي ظل ظروف أرصاد جوية معينة.

دخان التبغ من البيئة

ينتج تلوث الهواء الداخلي من دخان التبغ عن دخان التيار الجانبي والزفير السائد ، والذي يشار إليه عادةً باسم دخان التبغ البيئي (ETS). تم تحديد عدة آلاف من المكونات المختلفة في دخان التبغ وتختلف الكميات الإجمالية للمكونات الفردية حسب نوع السجائر وظروف توليد الدخان. المواد الكيميائية الرئيسية المرتبطة بـ ETS هي النيكوتين ، النيتروسامين ، الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات ، أول أكسيد الكربون ، أول أكسيد الكربون₂، لا_xوالأكرولين والفورمالديهايد وسيانيد الهيدروجين.

مواد البناء والمفروشات

كانت المواد التي حظيت باهتمام أكبر كمصادر لتلوث الهواء الداخلي هي الألواح الخشبية التي تحتوي على راتينج اليوريا فورمالديهايد (UF) وعزل جدار تجويف UF (UFFI). ينتج عن انبعاث الفورمالديهايد من هذه المنتجات مستويات مرتفعة من الفورمالديهايد في المباني وقد ارتبط ذلك بالعديد من الشكاوى من سوء جودة الهواء الداخلي في البلدان المتقدمة ، لا سيما خلال أواخر السبعينيات وأوائل الثمانينيات. يعطي الجدول 1970 أمثلة على المواد التي تطلق الفورمالديهايد في المباني. تُظهر هذه أن أعلى معدلات الانبعاث قد ترتبط بالمنتجات القائمة على الخشب و UFFI وهي منتجات غالبًا ما تستخدم على نطاق واسع في المباني. يتم تصنيع اللوح الحبيبي من جزيئات خشبية دقيقة (حوالي 1980 مم) ممزوجة براتنجات UF (2 إلى 1٪ بالوزن) ويتم ضغطها في الألواح الخشبية. يستخدم على نطاق واسع للأرضيات وألواح الجدران والأرفف ومكونات الخزانات والأثاث. طبقات الخشب الصلب مُلصقة براتنج UF وتُستخدم بشكل شائع في ألواح الجدران الزخرفية ومكونات الأثاث. تحتوي الألواح الليفية متوسطة الكثافة (MDF) على جزيئات خشبية أدق من تلك المستخدمة في ألواح الخشب المضغوط وهي مرتبطة أيضًا براتنج UF. غالبًا ما يستخدم MDF للأثاث. المصدر الأساسي للفورمالدهيد في جميع هذه المنتجات هو بقايا الفورمالديهايد المحتبسة في الراتنج نتيجة لوجودها الزائد اللازم للتفاعل مع اليوريا أثناء تصنيع الراتينج. لذلك يكون الإطلاق أعلى عندما يكون المنتج جديدًا ، وينخفض ​​بمعدل يعتمد على سمك المنتج ، وقوة الانبعاث الأولية ، ووجود مصادر الفورمالديهايد الأخرى ، والمناخ المحلي وسلوك الركاب. قد يكون معدل الانخفاض الأولي للانبعاثات 6٪ خلال الأشهر الثمانية إلى التسعة الأولى ، متبوعًا بمعدل انخفاض أبطأ بكثير. يمكن أن يحدث الانبعاث الثانوي بسبب التحلل المائي لراتنج UF وبالتالي تزداد معدلات الانبعاث خلال فترات ارتفاع درجة الحرارة والرطوبة. أدت الجهود الكبيرة من قبل الشركات المصنعة إلى تطوير مواد ذات انبعاثات أقل باستخدام نسب أقل (أي أقرب إلى 8: 50) من اليوريا إلى الفورمالديهايد لإنتاج الراتنج واستخدام كاسحات الفورمالديهايد. أدت اللوائح التنظيمية وطلب المستهلكين إلى انتشار استخدام هذه المنتجات في بعض البلدان.

الجدول 2. معدلات انبعاث الفورمالديهايد من مجموعة متنوعة من أثاثات مواد البناء والمنتجات الاستهلاكية

تطلق مواد البناء والمفروشات مجموعة واسعة من المركبات العضوية المتطايرة الأخرى التي كانت موضع قلق متزايد خلال الثمانينيات والتسعينيات. يمكن أن يكون الانبعاث مزيجًا معقدًا من المركبات الفردية ، على الرغم من أن القليل منها قد يكون هو المسيطر. حددت دراسة أجريت على 1980 مادة بناء 1990 نوعًا كيميائيًا مختلفًا. كانت هذه المركبات العضوية المتطايرة في الأساس عبارة عن هيدروكربونات أليفاتية وعطرية ، ومشتقاتها من الأكسجين والتربينات. كانت المركبات ذات أعلى تركيزات انبعاث ثابتة ، بترتيب تنازلي ، هي التولوين ، m-زيلين ، تيربين ، n-بوتيل أسيتات ، n- البوتانول ، nالهكسان ، p-زيلين ، إيثوكسي إيثيل أسيتات ، n- هيبتان و oزيلين. أدى تعقيد الانبعاثات إلى حدوث انبعاثات وتركيزات في الهواء غالبًا ما يتم الإبلاغ عنها على أنها إجمالي تركيز المركب العضوي المتطاير (TVOC) أو إطلاقه. يقدم الجدول 3 أمثلة لمعدلات انبعاث TVOC لمجموعة من منتجات البناء. تُظهر هذه الاختلافات وجود اختلافات كبيرة في الانبعاثات بين المنتجات ، مما يعني أنه في حالة توفر بيانات كافية ، يمكن اختيار المواد في مرحلة التخطيط لتقليل إطلاق المركبات العضوية المتطايرة في المباني المشيدة حديثًا.

الجدول 3. إجمالي تركيزات المركبات العضوية المتطايرة (TVOC) ومعدلات الانبعاث المرتبطة بمختلف أغطية الأرضيات والجدران والطلاءات

^a بولي كلوريد الفينيل ، كلوريد البوليفينيل.

ثبت أن المواد الحافظة للأخشاب هي مصدر للفينول الخماسي الكلور والليندين في الهواء وفي الغبار داخل المباني. وهي تستخدم في المقام الأول لحماية الأخشاب للتعرض في الهواء الطلق وتستخدم أيضًا في المبيدات الحيوية المطبقة في معالجة العفن الجاف ومكافحة الحشرات.

المنتجات الاستهلاكية والمصادر الداخلية الأخرى

يتغير تنوع وعدد المنتجات الاستهلاكية والمنزلية باستمرار ، وتعتمد انبعاثاتها الكيميائية على أنماط الاستخدام. تشمل المنتجات التي قد تساهم في مستويات المركبات العضوية المتطايرة الداخلية منتجات الأيروسول ومنتجات النظافة الشخصية والمذيبات والمواد اللاصقة والدهانات. يوضح الجدول 4 المكونات الكيميائية الرئيسية في مجموعة من المنتجات الاستهلاكية.

الجدول 4. المكونات والانبعاثات من المنتجات الاستهلاكية والمصادر الأخرى للمركبات العضوية المتطايرة (VOC)

تم ربط المركبات العضوية المتطايرة الأخرى بمصادر أخرى. يتم إدخال الكلوروفورم في الهواء الداخلي بشكل رئيسي نتيجة لتوزيع أو تسخين ماء الصنبور. تطلق آلات نسخ العمليات السائلة الأيزوديكانات في الهواء. تستخدم المبيدات الحشرية لمكافحة الصراصير والنمل الأبيض والبراغيث والذباب والنمل والعث على نطاق واسع كرذاذ وأجهزة تعفير ومساحيق وشرائط مشربة وطعم وأطواق للحيوانات الأليفة. وتشمل المركبات ديازينون ، وباراديكلوروبنزين ، وخماسي كلوروفينول ، وكلوردان ، وملاثيون ، ونفتالين ، وألدرين.

تشمل المصادر الأخرى الركاب (ثاني أكسيد الكربون والروائح) والمعدات المكتبية (المركبات العضوية المتطايرة والأوزون) ونمو العفن (المركبات العضوية المتطايرة والأمونيا وثاني أكسيد الكربون) والأرض الملوثة (الميثان والمركبات العضوية المتطايرة) ومنظفات الهواء الإلكترونية ومولدات الأيونات السالبة (الأوزون).

مساهمة من البيئة الخارجية

يوضح الجدول 5 النسب النموذجية داخل المباني وخارجها للأنواع الرئيسية من الملوثات التي تحدث في الهواء الداخلي ومتوسط ​​التركيزات المقاسة في الهواء الخارجي للمناطق الحضرية في المملكة المتحدة. عادة ما يكون ثاني أكسيد الكبريت الموجود في الهواء الداخلي من أصل خارجي وينتج من مصادر طبيعية وبشرية. يعتبر احتراق الوقود الأحفوري المحتوي على الكبريت وصهر خامات الكبريتيد من المصادر الرئيسية لثاني أكسيد الكبريت في طبقة التروبوسفير. مستويات الخلفية منخفضة للغاية (1 جزء في البليون) ولكن في المناطق الحضرية قد تكون التركيزات القصوى للساعة من 0.1 إلى 0.5 جزء في المليون. يمكن لثاني أكسيد الكبريت أن يدخل مبنى في الهواء المستخدم للتهوية ويمكن أن يتسلل من خلال فجوات صغيرة في هيكل المبنى. هذا يعتمد على مقاومة الهواء للمبنى وظروف الأرصاد الجوية ودرجات الحرارة الداخلية. بمجرد الدخول إلى الداخل ، سوف يختلط الهواء الداخل ويخفف بالهواء الداخلي. يتم امتصاص ثاني أكسيد الكبريت الذي يتلامس مع مواد البناء والأثاث ويمكن أن يقلل هذا التركيز الداخلي بشكل كبير فيما يتعلق بالخارج ، خاصة عندما تكون مستويات ثاني أكسيد الكبريت في الهواء الطلق مرتفعة.

الجدول 5. الأنواع الرئيسية للملوثات الكيميائية للهواء الداخلي وتركيزاتها في المناطق الحضرية في المملكة المتحدة

^a خدمات الاختبارات التربوية ، دخان التبغ البيئي.

أكاسيد النيتروجين هي نتاج الاحتراق ، وتشمل المصادر الرئيسية عوادم السيارات ومحطات توليد الكهرباء التي تعمل بالوقود الأحفوري وسخانات الفضاء المنزلية. أكسيد النيتريك (NO) غير سام نسبيًا ولكن يمكن أن يتأكسد إلى ثاني أكسيد النيتروجين (NO₂) ، خاصة أثناء نوبات التلوث الكيميائي الضوئي. تبلغ تركيزات ثاني أكسيد النيتروجين في الخلفية حوالي 1 جزء في البليون ولكنها قد تصل إلى 0.5 جزء في المليون في المناطق الحضرية. الهواء الطلق هو المصدر الرئيسي لثاني أكسيد النيتروجين في المباني التي لا تحتوي على أجهزة وقود غير مزودة بفتحات تهوية. كما هو الحال مع ثاني أكسيد الكبريت ، فإن الامتصاص عن طريق الأسطح الداخلية يقلل التركيز في الداخل مقارنة بالتركيز في الخارج.

ينتج الأوزون في طبقة التروبوسفير عن طريق تفاعلات كيميائية ضوئية في أجواء ملوثة ، وتولده هو دالة على شدة ضوء الشمس وتركيز أكاسيد النيتروجين والهيدروكربونات التفاعلية وأول أكسيد الكربون. في المواقع النائية ، تتراوح تركيزات الأوزون في الخلفية من 10 إلى 20 جزء في البليون ويمكن أن تتجاوز 120 جزء في البليون في المناطق الحضرية في أشهر الصيف. التركيزات الداخلية أقل بشكل ملحوظ بسبب التفاعل مع الأسطح الداخلية ونقص المصادر القوية.

يُقدَّر إطلاق أول أكسيد الكربون نتيجة للأنشطة البشرية بنسبة 30٪ من ذلك الموجود في الغلاف الجوي لنصف الكرة الشمالي. تبلغ مستويات الخلفية حوالي 0.19 جزء في المليون وفي المناطق الحضرية يرتبط النمط النهاري للتركيزات باستخدام السيارة ذات المستويات القصوى للساعة التي تتراوح من 3 جزء في المليون إلى 50 إلى 60 جزء في المليون. وهي مادة غير تفاعلية نسبيًا وبالتالي لا تنضب بالتفاعل أو الامتزاز على الأسطح الداخلية. تضيف المصادر الداخلية مثل أجهزة الوقود غير المهيأة إلى مستوى الخلفية بخلاف ذلك بسبب الهواء الخارجي.

العلاقة الداخلية والخارجية للمركبات العضوية خاصة بالمركب وقد تختلف بمرور الوقت. بالنسبة للمركبات ذات المصادر الداخلية القوية مثل الفورمالديهايد ، عادة ما تكون التركيزات الداخلية هي السائدة. بالنسبة للفورمالديهايد ، تكون التركيزات عادة أقل من 0.005 مجم / م³ والتركيزات الداخلية أعلى بعشر مرات من القيم الخارجية. المركبات الأخرى مثل البنزين لها مصادر خارجية قوية ، والمركبات التي تعمل بالبنزين لها أهمية خاصة. تشمل المصادر الداخلية للبنزين ETS وهذا يؤدي إلى متوسط ​​التركيزات في المباني في المملكة المتحدة 1.3 مرة أعلى من تلك الموجودة في الهواء الطلق. يبدو أن البيئة الداخلية ليست بالوعة كبيرة لهذا المركب ، وبالتالي فهي لا تحمي من البنزين من الخارج.

تركيزات نموذجية في المباني

عادة ما تتراوح تركيزات أول أكسيد الكربون في البيئات الداخلية من 1 إلى 5 جزء في المليون. يلخص الجدول 6 النتائج الواردة في 25 دراسة. تكون التركيزات أعلى في وجود دخان التبغ البيئي ، على الرغم من أنه استثنائي لتجاوز التركيزات 15 جزء في المليون.

الجدول 6. ملخص القياسات الميدانية لأكاسيد النيتروجين (NO^x) وأول أكسيد الكربون (CO)

^a ND = لم يتم الكشف عنها.

عادة ما تكون تركيزات ثاني أكسيد النيتروجين في الداخل من 29 إلى 46 جزء في البليون. في حالة وجود مصادر معينة مثل مواقد الغاز ، قد تكون التركيزات أعلى بشكل ملحوظ ، ويمكن أن يكون للتدخين تأثير قابل للقياس (انظر الجدول 6).

توجد العديد من المركبات العضوية المتطايرة في البيئة الداخلية بتركيزات تتراوح من حوالي 2 إلى 20 مجم / م³. تم تلخيص قاعدة بيانات أمريكية تحتوي على 52,000 سجل عن 71 مادة كيميائية في المنازل والمباني العامة والمكاتب في الشكل 3. البيئات التي يؤدي فيها التدخين الشديد و / أو التهوية السيئة إلى تركيزات عالية من ETS يمكن أن تنتج تركيزات المركبات العضوية المتطايرة من 50 إلى 200 مجم / م³. تساهم مواد البناء بشكل كبير في التركيزات الداخلية ومن المرجح أن تحتوي المنازل الجديدة على عدد أكبر من المركبات يتجاوز 100 مجم / م³. يساهم التجديد والطلاء في زيادة مستويات المركبات العضوية المتطايرة بشكل ملحوظ. يمكن أن تتجاوز تركيزات المركبات مثل أسيتات الإيثيل و 1,1,1،20،XNUMX ثلاثي كلورو الإيثان والليمونين XNUMX مجم / م XNUMX³ أثناء أنشطة الشاغلين ، وأثناء غياب السكان ، قد ينخفض ​​تركيز مجموعة من المركبات العضوية المتطايرة بحوالي 50٪. تم وصف حالات محددة لتركيزات مرتفعة من الملوثات بسبب المواد والمفروشات المرتبطة بشكاوى الركاب. وتشمل هذه المشروبات الكحولية البيضاء من الدورات المحقونة المقاومة للرطوبة ، والنفثالين من المنتجات التي تحتوي على قطران الفحم ، وإيثيل هيكسانول من أرضيات الفينيل ، والفورمالديهايد من المنتجات الخشبية.

الشكل 1. التركيزات الداخلية اليومية لمركبات مختارة للمواقع الداخلية.

العدد الكبير من المركبات العضوية المتطايرة الفردية التي تحدث في المباني يجعل من الصعب تفصيل التركيزات لأكثر من المركبات المختارة. تم استخدام مفهوم TVOC كمقياس لخليط المركبات الموجودة. لا يوجد تعريف مستخدم على نطاق واسع لنطاق المركبات التي يمثلها TVOC ، لكن بعض الباحثين اقترحوا أن تحديد التركيزات إلى أقل من 300 مجم / م.³ يجب أن تقلل من شكاوى الركاب حول جودة الهواء الداخلي.

مبيدات الآفات المستخدمة في الداخل منخفضة التطاير نسبيًا وتحدث التركيزات في نطاق منخفض ميكروغرام لكل متر مكعب. يمكن للمركبات المتطايرة أن تلوث الغبار وجميع الأسطح الداخلية بسبب ضغوط بخارها المنخفضة والميل إلى الامتصاص بواسطة المواد الداخلية. كما تتأثر تركيزات الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات في الهواء بشدة بتوزيعها بين مرحلتي الغاز والهباء الجوي. يمكن أن يكون للتدخين من قبل الركاب تأثير قوي على تركيزات الهواء الداخلي. تتراوح تركيزات الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات عادة من 0.1 إلى 99 نانوغرام / م³.

الرجوع