این مقاله به بررسی پیشینه آلودگی هوا، نقش بیوراکتورها در کاهش آلاینده ها و تحولات صنعتی مرتبط با کنترل کیفیت هوا می پردازد.
مقدمه
آلودگی هوا یکی از معضلات زیست محیطی است که سابقه ای طولانی در تاریخ تمدن بشر دارد. گرچه در دوران باستان این پدیده به دلیل وجود طبیعت بکر و دخالت اندک انسان، در حد ناچیزی ظاهر می شد، اما شواهد تاریخی نشان می دهند که حتی آتش سوزی های طبیعی جنگل ها نیز نوعی از آلودگی هوا را در محیط ایجاد می کردند. با ورود انسان به دوره های تمدنی و به ویژه از زمان انقلاب صنعتی، این مسئله به تدریج تشدید شده و اشکال پیچیده تری به خود گرفته است.
تحول اساسی در الگوهای سوخت رسانی از چوب به زغال سنگ و سپس فرآورده های نفتی، منشأ اصلی بسیاری از ترکیبات سمی و خطرناک در جو شد. شهرهای بزرگ اروپا از قرن شانزدهم به بعد شاهد بحران هایی بودند که در برخی موارد دولت ها را مجبور به تصویب قوانین سختگیرانه برای کنترل سوخت های آلاینده می کرد. ممنوعیت استفاده از زغال سنگ در لندن در قرون وسطی و تهدید مجرمان به اعدام، نمونه ای از این اقدامات است که نشان دهنده وخامت اوضاع در آن زمان بوده است.
در قرن بیستم، با افزایش رشد صنعتی و جمعیت، شدت و گستره آلودگی هوا ابعاد جهانی یافت. از حوادث مه دود مرگبار در دره میوز بلژیک گرفته تا فاجعه دونورا در ایالات متحده، نشان داد که آلودگی های تجمع یافته هوا در شرایط خاصی مانند وارونگی دما می توانند جان صدها نفر را به خطر اندازند. این رویدادها منجر به تلاش هایی برای کاهش آلاینده ها در مقیاس های محلی و بین المللی شد.
در همین راستا، پژوهشگران و مهندسان به دنبال راهکارهایی برای تصفیه هوا و کاهش ترکیبات سمی در آن برآمدند. یکی از فناوری هایی که توجه زیادی را به خود جلب کرد، استفاده از بیوراکتورها بود. این سامانه ها با بهره گیری از میکروارگانیسم های خاص، توانایی تجزیه آلاینده های آلی و معدنی موجود در جریان های گازی را دارند و با تبدیل آن ها به ترکیبات بی ضرر یا کمتر خطرناک، به بهبود کیفیت هوا کمک می کنند.
بیوراکتورها با تکیه بر اصول مهندسی زیستی، در انواع مختلفی طراحی شده اند که هر یک برای نوع خاصی از آلاینده ها و شرایط عملیاتی بهینه سازی شده است. از بیوفیلترها گرفته تا بیواسکرابرها و راکتورهای غشایی، هر یک قابلیت های متفاوتی در مواجهه با ترکیباتی مانند آمونیاک، گوگرد، ترکیبات آلی فرار و دیگر آلاینده ها دارند. کاربرد این فناوری نه تنها در صنایع بزرگ بلکه در محیط های شهری و نیمه صنعتی نیز مورد بررسی قرار گرفته است.
مطالعه عملکرد بیوراکتورها نشان می دهد که این تجهیزات علاوه بر کارایی بالا، در بسیاری موارد از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه هستند. هزینه های نگهداری پایین، نیاز اندک به انرژی، و عدم تولید پسماندهای ثانویه، از جمله ویژگی هایی هستند که موجب محبوبیت روزافزون آن ها در حوزه تصفیه هوا شده است. در عین حال، چالش هایی مانند ناپایداری زیستی در برابر تغییرات شدید شرایط محیطی، نیاز به کنترل دقیق دما و رطوبت، و مسئله افت فشار نیز از موانعی هستند که در طراحی و بهره برداری بهینه این سیستم ها باید مدنظر قرار گیرد.
توسعه فناوری های نوین و ورود هوش مصنوعی به فرآیند طراحی و کنترل بیوراکتورها، افق های جدیدی را در افزایش بازده و قابلیت تطبیق پذیری این سامانه ها با شرایط متغیر زیست محیطی فراهم کرده است. داده های تجربی حاصل از آزمایش های صنعتی، همراه با شبیه سازی های رایانه ای، امکان پیش بینی دقیق تر رفتار سیستم را در مواجهه با ترکیبات مختلف فراهم می سازد.
با توجه به وضعیت بحرانی آلودگی هوا در بسیاری از نقاط جهان، بهره گیری از بیوراکتورها به عنوان راهکاری پایدار در جهت کاهش بار آلودگی ها، جایگاه مهمی در سیاست گذاری های زیست محیطی یافته است. آینده این فناوری ها به شدت وابسته به پیشرفت های علمی، حمایت های دولتی و افزایش آگاهی عمومی در خصوص ضرورت کنترل آلاینده ها خواهد بود.
فهرست مطالب:
مقدمه
منابع آلودگی هوا
آثار آلودگی هوا
تعریف آلودگی هوا
مهمترین آلودگی های تولید شده توسط بشر
واکنش بیولوژیکی چیست؟
چرا واکنش های بیو لوژیکی با اهمیت هستند؟
بیوراکتورها چگونه کار می کنند؟
فاکتورهای مؤثر در عملکرد بیوراکتور
انواع بیوراکتور
بیوفیلتر (BIOFILTER)
معادلات حاکم در بیوفیلتر
فیلترهای چکنده بیولوژیکی (BIOTRICKING FILTER)
معادلات حاکم در فیلترهای چکنده بیولوژیکی
بیواسکرابر (BIOSCRUBBER)
معادلات حاکم در بیواسکرابر
روش های حل معادلات
مراجع
