خلاصه کتاب مهندسی محیط زیست
مبانی مهندسی محیط زیست تألیف دیوای هان مفاهیم پایه‌ای مانند بوم‌سازگان‌ها چرخه‌های زیستی پایداری و سنجش از دور را بررسی می‌کند. این کتاب با رویکردی جامع تعامل انسان و محیط‌زیست را تحلیل می‌نماید.
خلاصه فصل اول : ترازهای مواد و انرژی
فصل «ترازهای مواد و انرژی» به‌طور جامع به بررسی اصول و مفاهیم بنیادی توازن جرم و انرژی در سیستم‌های زیست‌محیطی و فرآیندهای مهندسی می‌پردازد. هدف این فصل ارائه مبنایی تحلیلی برای حل مسائل زیست‌محیطی با تأکید بر قانون بقای ماده و انرژی است. در آغاز فصل مفهوم تراز ماده (Material Balance) تعریف شده و بر این اصل استوار است که در یک سیستم بسته میزان مواد ورودی خروجی و انباشته‌شده باید در تعادل کامل باشد.
در ادامه سیستم‌های زیست‌محیطی از نظر نوع تبادل مواد به سه دسته «سیستم‌های بسته» «سیستم‌های باز» و «سیستم‌های نیمه‌بسته» طبقه‌بندی می‌شوند. در یک سیستم بسته هیچ ماده‌ای از مرزهای آن خارج یا وارد نمی‌شود درحالی‌که در سیستم باز جریان‌های ماده به‌صورت آزادانه از مرزهای سیستم عبور می‌کنند. سیستم‌های نیمه‌بسته نیز حالتی میانی داشته و جریان مواد به‌صورت محدود یا کنترل‌شده برقرار است. در این بخش روش تدوین معادلات توازن مواد و نحوه به‌کارگیری آنها در حل مسائل عملی با ارائه مثال‌های عددی و نمودارهای شماتیک توضیح داده شده است.
بخش مهم بعدی به بررسی مفهوم «حالت پایدار» (Steady-State) اختصاص دارد. در حالت پایدار شرایط سیستم از نظر جرم و انرژی در طول زمان تغییر نمی‌کند. به عبارت دیگر میزان ورود و خروج ماده و انرژی به سیستم برابر بوده و میزان انباشت درون سیستم صفر است. فصل با ارائه چند مثال و معادله ریاضی نحوه تشخیص و کاربرد این حالت را در فرآیندهای زیست‌محیطی و تصفیه‌ای مشخص می‌سازد.
مبحث بعدی شامل ترازهای انرژی (Energy Balances) است که اصل بنیادین آن بر قانون اول ترمودینامیک (قانون بقای انرژی) مبتنی است. بر اساس این اصل انرژی نه ایجاد می‌شود و نه از بین می‌رود؛ بلکه تنها از شکلی به شکل دیگر تبدیل می‌شود. انرژی در این فصل به انواعی از جمله انرژی جنبشی پتانسیل حرارتی شیمیایی و الکتریکی تقسیم شده و روش‌های محاسبه هر یک به همراه مثال‌های کاربردی ارائه گردیده است.
سپس به مفهوم «بازده انرژی» پرداخته می‌شود که به صورت نسبت انرژی خروجی مفید به انرژی ورودی تعریف می‌گردد. این مفهوم در ارزیابی کارایی و بهینه‌سازی سیستم‌های مهندسی محیط زیست از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این قسمت محاسبات بازده انرژی به همراه نمونه‌هایی از فرایندهای تصفیه و بازیافت انرژی توضیح داده شده است.
در بخش بعدی رویکرد عملی به حل مسائل مرتبط با ترازهای مواد و انرژی معرفی شده و مراحل انجام تحلیل‌های توازن به ترتیب زیر توضیح داده می‌شود: تعیین مرزهای سیستم شناسایی جریان‌ها انتخاب مبنا برای محاسبه تدوین معادلات توازن ماده و انرژی و در نهایت حل همزمان معادلات برای دستیابی به پاسخ دقیق.
در ادامه کاربردهای عملی توازن مواد و انرژی در حوزه‌های مهندسی محیط زیست از جمله تصفیه آب و فاضلاب کنترل آلودگی هوا مدیریت پسماند و فرایندهای صنعتی بررسی شده است. این کاربردها به صورت مطالعات موردی و مثال‌های حل‌شده ارائه شده تا ارتباط بین مفاهیم نظری و مسائل عملی روشن‌تر شود.
در پایان فصل نکات کلیدی شامل: اهمیت دقت در تعیین مرزهای سیستم لزوم بررسی جامع تمامی جریان‌های ورودی و خروجی و ضرورت توجه به واحدهای اندازه‌گیری و تبدیل واحدها در محاسبات تراز ماده و انرژی جمع‌بندی شده است.
بدین ترتیب فصل «ترازهای مواد و انرژی» ضمن تبیین اصول و مبانی توازن ماده و انرژی دانش و مهارت لازم را برای تحلیل سیستماتیک و کاربردی مسائل زیست‌محیطی به خواننده منتقل می‌کند.
خاتصه فصل دوم : ارزیابی ریسک
فصل «ارزیابی ریسک» از کتاب «مهندسی محیط زیست» به بررسی جامع فرآیندهای شناسایی تحلیل و مدیریت ریسک‌های زیست‌محیطی می‌پردازد. این فصل با تمرکز بر اصول علمی و کاربردی ساختار منسجمی را برای درک و اجرای ارزیابی ریسک در پروژه‌های مهندسی محیط زیست ارائه می‌دهد.
تعریف و اهمیت ارزیابی ریسک
ارزیابی ریسک به‌عنوان فرآیندی سیستماتیک برای شناسایی خطرات بالقوه و تعیین احتمال و شدت پیامدهای آنها تعریف می‌شود. هدف اصلی این فرآیند فراهم‌کردن اطلاعات لازم برای تصمیم‌گیری‌های مبتنی بر شواهد در جهت حفاظت از سلامت انسان و محیط زیست است.
مراحل اصلی ارزیابی ریسک
- شناسایی خطر (Hazard Identification): در این مرحله منابع بالقوه خطر مانند مواد شیمیایی فرآیندهای صنعتی یا عوامل فیزیکی شناسایی می‌شوند.
- ارزیابی دوز-پاسخ (Dose-Response Assessment): بررسی رابطه بین میزان مواجهه با یک عامل خطرناک و شدت اثرات آن بر سلامت انسان یا محیط زیست.
- ارزیابی مواجهه (Exposure Assessment): تعیین میزان مدت و مسیرهای مواجهه جمعیت یا اکوسیستم با عامل خطرناک.
- توصیف ریسک (Risk Characterization): ترکیب اطلاعات مراحل قبلی برای ارائه تصویری کلی از سطح ریسک و عدم‌قطعیت‌های مرتبط با آن.
روش‌های ارزیابی ریسک
فصل به معرفی روش‌های مختلف ارزیابی ریسک می‌پردازد از جمله:
- تحلیل درخت خطا (Fault Tree Analysis): روشی منطقی برای شناسایی مسیرهای ممکن وقوع خطاها و حوادث.
- تحلیل درخت رویداد (Event Tree Analysis): بررسی پیامدهای ممکن ناشی از یک رویداد اولیه.
- ارزیابی ریسک کمی (Quantitative Risk Assessment): استفاده از داده‌های عددی برای تعیین احتمال و شدت ریسک‌ها.
- ارزیابی ریسک کیفی (Qualitative Risk Assessment): استفاده از قضاوت‌های کارشناسی برای طبقه‌بندی ریسک‌ها بر اساس شدت و احتمال.
کاربردهای ارزیابی ریسک در مهندسی محیط زیست
فصل به بررسی کاربردهای ارزیابی ریسک در زمینه‌های مختلف مهندسی محیط زیست می‌پردازد از جمله:
- مدیریت پسماندهای خطرناک: ارزیابی ریسک‌های مرتبط با ذخیره‌سازی حمل‌ونقل و دفع پسماندهای خطرناک.
- تصفیه آب و فاضلاب: شناسایی و کنترل ریسک‌های ناشی از آلاینده‌های شیمیایی و میکروبی.
- آلودگی هوا: تحلیل ریسک‌های مرتبط با انتشار آلاینده‌ها و تأثیر آنها بر سلامت عمومی.
خلاصه فصل سوم : مهندسی منابع آب
فصل «مهندسی منابع آب» به بررسی روش‌ها و اصول مهندسی برای مدیریت کمی و کیفی منابع آب می‌پردازد. ابتدا مفهوم «منابع آب» به عنوان تمامی منابع طبیعی آب موجود برای استفاده انسان‌ها شامل آب‌های سطحی (رودخانه‌ها دریاچه‌ها) آب‌های زیرزمینی و ذخایر بارش تشریح می‌شود.
بخش اول به تبیین چرخه هیدرولوژیکی اختصاص دارد که جریان طبیعی آب از طریق تبخیر تعرق بارش نفوذ و رواناب را شامل می‌شود. در این بخش معادله عمومی چرخه آب (Water balance equation) معرفی شده و عوامل مؤثر بر هر بخش از معادله مورد بحث قرار می‌گیرد.
بخش دوم اصول و روش‌های اندازه‌گیری و پایش منابع آب را معرفی می‌کند. این روش‌ها شامل تکنیک‌های سنجش جریان رودخانه اندازه‌گیری سطح آب در سفره‌های زیرزمینی و همچنین روش‌های نمونه‌برداری برای ارزیابی کیفیت آب است. اهمیت دقت در اندازه‌گیری‌ها به منظور تصمیم‌گیری دقیق در مدیریت منابع آب نیز تأکید می‌گردد.
در بخش سوم مفهوم «آبخیزداری» به‌عنوان ابزاری برای کنترل و مدیریت پایدار حوزه‌های آبخیز مطرح شده است. تکنیک‌های متداول نظیر کنترل فرسایش خاک تقویت نفوذ آب به زمین و مدیریت رواناب‌های سطحی جهت حفاظت از کیفیت و کمیت آب شرح داده می‌شود.
بخش چهارم فصل به مبانی مهندسی مخازن اختصاص یافته است. در این قسمت انواع مخازن ذخیره آب شامل سدهای مخزنی و تنظیمی بررسی شده و روش‌های طراحی حجم مخزن با توجه به نیازهای آبی تغییرات فصلی جریان آب تبخیر و رسوب‌گذاری به تفصیل توضیح داده می‌شود.
بخش پنجم بر مدیریت منابع آب زیرزمینی تمرکز دارد. مفاهیم اساسی مانند سفره‌های آب زیرزمینی سطح ایستابی معادلات جریان آب زیرزمینی (قانون دارسی) و عوامل مؤثر بر پایداری سفره‌ها بیان شده است. در این بخش روش‌های پایدار برداشت آب از منابع زیرزمینی برای جلوگیری از افت سطح آب و نشست زمین نیز بررسی می‌شود.
در بخش ششم مدیریت تقاضای آب شرح داده می‌شود. در اینجا اهمیت پیش‌بینی تقاضا مدیریت مصرف آب در کشاورزی صنعت و مصارف خانگی و همچنین نقش فناوری‌های نوین (مانند آبیاری قطره‌ای و استفاده مجدد از آب) جهت کاهش مصرف آب و بهینه‌سازی بهره‌برداری مطرح شده است.
بخش هفتم و پایانی فصل به موضوع کیفیت آب و مدیریت حفاظت کیفی اختصاص دارد. این بخش آلاینده‌های متداول منابع آب مانند مواد مغذی فلزات سنگین آلاینده‌های میکروبی و شیمیایی را معرفی و منابع انتشار آنها را مشخص می‌کند. همچنین رویکردهای کلی پیشگیری و کنترل آلودگی آب شامل مناطق حفاظت شده منابع آب و مقررات زیست‌محیطی مورد بحث قرار می‌گیرد.
به‌طور کلی این فصل با ارائه یک نگاه جامع و مهندسی‌شده اصول ضروری مدیریت پایدار منابع آب از نظر کمی و کیفی را تبیین کرده و پایه‌ای منطقی برای تصمیم‌گیری‌ها و اقدامات عملی در زمینه مهندسی و مدیریت منابع آب فراهم می‌آورد.
خلاصه فصل چهارم : شیمی آب
مقدمه به شیمی آب
این بخش اهمیت بنیادی شیمی آب را در مهندسی محیط زیست توضیح می‌دهد. آب به عنوان حلال جهانی معرفی شده و نقش آن در واکنش‌های شیمیایی طبیعی و مصنوعی مورد بررسی قرار گرفته است. تمرکز بر درک ترکیب شیمیایی آب‌های طبیعی آب آشامیدنی و فاضلاب‌ها و تأثیر فرایندهای شیمیایی بر کیفیت آب از محورهای اصلی این بخش است.
خواص فیزیکی و شیمیایی آب
خواص اصلی آب شامل قطبیت مولکولی ظرفیت گرمایی ویژه بالا گرمای تبخیر زیاد چگالی غیرمعمول و توانایی بالای انحلال مواد شیمیایی معرفی شده است. ویژگی‌های یونی آب از جمله تشکیل پیوندهای هیدروژنی و نقش آنها در ایجاد ساختار آب در شرایط مختلف توضیح داده می‌شود.
تعادل‌های شیمیایی در آب
این بخش مفاهیم بنیادی تعادل‌های شیمیایی در محیط‌های آبی را شرح می‌دهد. معادله تعادل کلی ثابت تعادل و نحوه محاسبه غلظت یون‌ها و ترکیبات مختلف مورد بحث قرار گرفته است. واکنش‌های اسید-باز تشکیل کمپلکس‌ها و فرآیندهای رسوب-انحلال به‌طور دقیق بررسی شده‌اند.
اسیدها و بازها در آب
تعریف دقیق اسیدها و بازها بر اساس نظریه برونستد-لوری ارائه شده است. مفاهیم pH pOH و نحوه محاسبه آنها به تفصیل بیان شده‌اند. همچنین تفسیر رفتار اسیدی و بازی آب‌های طبیعی و روش‌های متداول تنظیم pH توضیح داده شده‌اند.
تعادل کربنات‌ها
این بخش بر اهمیت سیستم کربنات در کنترل pH آب متمرکز است. واکنش‌های بین دی‌اکسید کربن اسید کربنیک بی‌کربنات و کربنات تشریح شده و معادلات تعادلی آنها به تفصیل آورده شده است. نقش این سیستم در تنظیم خاصیت بافری آب‌های طبیعی توضیح داده شده است.
اکسایش-کاهش (ردوکس) در آب
مفاهیم کلیدی واکنش‌های اکسایش-کاهش و پتانسیل الکترودی ارائه شده‌اند. تعریف پتانسیل ردوکس (ORP) عوامل مؤثر بر آن و نحوه سنجش این پتانسیل در نمونه‌های آبی تشریح شده است. اهمیت واکنش‌های ردوکس در حذف آلاینده‌ها تصفیه آب و چرخه‌های زیست‌شیمیایی آب‌های طبیعی بررسی شده است.
انحلال گازها در آب
قوانین هنری و روابط مربوط به انحلال گازهایی نظیر اکسیژن دی‌اکسید کربن و آمونیاک در آب شرح داده شده‌اند. تاثیر دما فشار و ترکیب شیمیایی آب بر انحلال گازها به تفصیل بررسی شده و نمودارها و جداول استاندارد برای درک بهتر ارائه شده‌اند.
ترکیبات آلی و معدنی در آب
این بخش به طبقه‌بندی ترکیبات آلی (نظیر هیدروکربن‌ها مواد آلی طبیعی) و معدنی (نظیر فلزات سنگین یون‌های معدنی) موجود در آب پرداخته است. خواص شیمیایی این ترکیبات منابع ورود آنها به محیط‌های آبی و تأثیرات احتمالی بر کیفیت آب به طور منظم ارائه شده است.
شیمی آب‌های طبیعی
آب‌های سطحی آب‌های زیرزمینی و آب‌های دریا به عنوان سه محیط عمده آبی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. ترکیب یونی غالب ویژگی‌های شیمیایی فاکتورهای مؤثر بر کیفیت و فرآیندهای طبیعی مانند بارندگی تبخیر و نفوذ توضیح داده شده‌اند.
فرآیندهای تبادل یونی
مفاهیم تبادل یونی انواع تبادلگرهای یونی مکانیسم‌های عملکرد آنها و نقش آنها در حذف آلاینده‌های آبی به صورت دقیق و ساختارمند شرح داده شده‌اند. کاربرد تبادل یونی در تصفیه آب آشامیدنی و تصفیه فاضلاب نیز بررسی شده است.
شیمی تصفیه آب
واکنش‌های شیمیایی کلیدی در فرآیندهای تصفیه آب شامل انعقاد لخته‌سازی رسوب‌دهی و گندزدایی معرفی شده‌اند. مکانیزم عملکرد مواد شیمیایی مورد استفاده (مانند کلر ازن و آلوم) و اثر آنها بر کیفیت آب خروجی با ذکر معادلات شیمیایی توضیح داده شده است.
جمع‌بندی
در پایان فصل اهمیت تسلط بر شیمی آب برای طراحی بهره‌برداری و بهینه‌سازی سیستم‌های مدیریت و تصفیه آب تأکید شده است. درک صحیح واکنش‌های شیمیایی فرآیندهای تعادلی و خواص ترکیبات آلی و معدنی به عنوان اصول اساسی مهندسی محیط زیست معرفی شده‌اند.
خلاصه فصل پنجم : تصفیه آب
مقدمه به تصفیه آب
فصل با تأکید بر اهمیت حیاتی تصفیه آب برای تأمین آب آشامیدنی سالم و حفاظت از سلامت عمومی آغاز می‌شود. آب‌های طبیعی اغلب حاوی آلاینده‌های فیزیکی شیمیایی و میکروبیولوژیکی هستند که باید قبل از مصرف انسانی حذف شوند. هدف کلی تصفیه آب کاهش غلظت آلاینده‌ها به سطحی ایمن و قابل قبول بر اساس استانداردهای کیفیت آب است.
مراحل اصلی تصفیه آب
فرآیند تصفیه آب به طور سنتی به چهار مرحله اصلی تقسیم می‌شود: انعقاد و لخته‌سازی ته‌نشینی فیلتراسیون و گندزدایی.
- انعقاد و لخته‌سازی: در این مرحله مواد شیمیایی منعقدکننده مانند سولفات آلومینیوم (زاج سفید) یا کلرید آهن به آب افزوده می‌شود. این مواد باعث می‌شوند ذرات معلق ریز (کلوئیدی) به یکدیگر بچسبند و توده‌های بزرگتری به نام لخته (Floc) تشکیل دهند.
- ته‌نشینی: لخته‌های سنگین‌شده در اثر جاذبه در حوضچه‌های ته‌نشینی پایین می‌روند. این فرآیند باعث حذف بخش عمده‌ای از مواد جامد معلق و برخی از آلاینده‌های جذب‌شده به لخته‌ها می‌شود.
- فیلتراسیون: آب پس از ته‌نشینی از بسترهای فیلتراسیون عبور داده می‌شود. این فیلترها معمولاً از شن ماسه و گاهی زغال فعال ساخته شده‌اند و ذرات باقی‌مانده را حذف می‌کنند.
- گندزدایی: در نهایت برای از بین بردن میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا گندزدایی انجام می‌شود. کلر رایج‌ترین گندزدا است اگرچه از ازن و اشعه فرابنفش نیز در برخی سیستم‌ها استفاده می‌شود.
ملاحظات شیمیایی در تصفیه آب
این بخش به بررسی واکنش‌های شیمیایی مرتبط با مراحل تصفیه می‌پردازد. عواملی مانند pH آب نقش حیاتی در کارایی انعقاد دارند. همچنین تأکید می‌شود که باقی‌مانده کلر در آب توزیع‌شده برای محافظت در برابر آلودگی‌های ثانویه ضروری است.
انواع روش‌های تصفیه تکمیلی
در مواردی که آب حاوی آلاینده‌های خاصی مانند نیترات‌ها فلزات سنگین یا ترکیبات آلی فرار باشد روش‌های پیشرفته‌تری مورد نیاز است. این روش‌ها شامل اسمز معکوس تبادل یونی جذب سطحی بر روی زغال فعال و استفاده از فناوری‌های غشایی می‌شوند.
کنترل کیفیت و استانداردهای آب آشامیدنی
بخش دیگری از فصل به شرح استانداردهای کیفیت آب آشامیدنی پرداخته است. سازمان‌هایی مانند EPA (آژانس حفاظت از محیط زیست آمریکا) و WHO (سازمان جهانی بهداشت) حدود مجاز آلاینده‌ها را تعیین می‌کنند. در این قسمت به اهمیت پایش مداوم آب خروجی از تصفیه‌خانه‌ها اشاره شده است تا اطمینان حاصل شود که استانداردها رعایت می‌شوند.
طراحی و بهره‌برداری از تصفیه‌خانه‌های آب
این قسمت اصول طراحی تصفیه‌خانه‌ها را بیان می‌کند شامل تعیین ظرفیت بر اساس نیاز جمعیت انتخاب فرآیندهای مناسب و برنامه‌ریزی برای بهره‌برداری کارآمد و نگهداری مناسب تجهیزات. پارامترهایی مانند دبی آب میزان بار آلودگی و هزینه‌های اقتصادی در طراحی لحاظ می‌شوند.
چالش‌ها و مسائل نوظهور در تصفیه آب
در بخش پایانی فصل چالش‌های نوظهور مانند حضور آلاینده‌های نوین (نظیر داروها و محصولات آرایشی بهداشتی) نیاز به کاهش مصرف انرژی در تصفیه‌خانه‌ها و توسعه فناوری‌های پایدار بررسی می‌شود. همچنین به افزایش نیاز به تصفیه مجدد آب و بازیافت آب در شرایط کم‌آبی اشاره شده است.
خلاصه فصل شیشم : آلودگی آب
فصل «آلودگی آب» به بررسی جامع منابع انواع اثرات و روش‌های کنترل آلودگی آب می‌پردازد. این فصل ابتدا با تعریف آلودگی آب آغاز می‌شود و آن را به عنوان تغییرات فیزیکی شیمیایی یا زیستی در کیفیت آب که آن را برای استفاده انسانی یا اکوسیستمی نامطلوب می‌کند معرفی می‌کند.
در بخش منابع آلودگی آلودگی‌های نقطه‌ای و غیرنقطه‌ای تفکیک می‌شوند. منابع نقطه‌ای شامل تخلیه‌های مستقیم فاضلاب‌های صنعتی فاضلاب شهری و پساب‌های کشاورزی از طریق لوله یا کانال به آب‌های پذیرنده هستند. در مقابل منابع غیرنقطه‌ای به آلودگی‌هایی اطلاق می‌شود که از طریق بارندگی ذوب برف یا رواناب سطحی به آب‌ها وارد می‌شوند و شامل آلاینده‌هایی مانند کودهای شیمیایی سموم دفع آفات و آلاینده‌های شهری می‌شود.
سپس انواع آلاینده‌های آب طبقه‌بندی و توضیح داده می‌شود. این آلاینده‌ها شامل:
- آلاینده‌های فیزیکی (نظیر رسوبات معلق و تغییرات دما)
- آلاینده‌های شیمیایی (شامل فلزات سنگین مواد مغذی مانند نیتروژن و فسفر ترکیبات آلی سمی)
- آلاینده‌های بیولوژیکی (مانند باکتری‌ها ویروس‌ها و انگل‌ها) هستند. برای هر گروه از آلاینده‌ها ویژگی‌ها منابع اصلی و اثرات زیست‌محیطی به‌طور دقیق تشریح شده است.
بخش بعدی به پیامدهای آلودگی آب می‌پردازد. پیامدهای زیست‌محیطی شامل کاهش تنوع زیستی اختلال در زنجیره‌های غذایی و تخریب زیستگاه‌های آبی است. پیامدهای انسانی شامل گسترش بیماری‌های منتقله از طریق آب مسمومیت‌های شیمیایی و اثرات اقتصادی ناشی از کاهش کیفیت منابع آب برای کشاورزی صنعت و مصرف شرب می‌شود.
در ادامه فصل به شاخص‌های کیفیت آب می‌پردازد. پارامترهای کلیدی برای سنجش کیفیت آب شامل میزان اکسیژن محلول (DO) تقاضای اکسیژن بیوشیمیایی (BOD) کل مواد جامد محلول (TDS) سطح نیتروژن و فسفر غلظت فلزات سنگین و میزان آلودگی میکروبی معرفی شده و اهمیت اندازه‌گیری هر یک در ارزیابی وضعیت آلودگی توضیح داده می‌شود.
بخش بعدی به تشریح فرآیندهای طبیعی تصفیه آب در محیط‌های آبی اختصاص دارد. این فرآیندها شامل ته‌نشینی ذرات معلق تجزیه بیولوژیکی مواد آلی جذب سطحی آلاینده‌ها توسط رسوبات و فرآیندهای شیمیایی نظیر اکسیداسیون طبیعی است. محدودیت‌های این فرآیندها در برابر حجم بالای آلاینده‌ها نیز مطرح می‌شود.
فصل سپس به روش‌های کنترل آلودگی آب می‌پردازد. این روش‌ها در سه سطح اصلی طبقه‌بندی می‌شوند:
- کنترل در منبع: شامل بهبود فرآیندهای صنعتی استفاده بهینه از کودها و سموم و کاهش مصرف منابع آلوده‌کننده.
- تصفیه فاضلاب: شامل تصفیه اولیه ثانویه و پیشرفته برای حذف آلاینده‌های فیزیکی شیمیایی و زیستی از فاضلاب قبل از تخلیه به محیط‌های آبی.
- مدیریت منابع آب: شامل حفاظت از مناطق آبخیز کنترل رواناب بازسازی تالاب‌ها و سیاست‌های مدیریت یکپارچه منابع آب.
در بخش نهایی فصل به موضوع قوانین و مقررات مربوط به آلودگی آب می‌پردازد. استانداردهای کیفیت آب مقررات مربوط به تخلیه فاضلاب صنعتی و شهری و سیاست‌های بین‌المللی حفاظت از منابع آب معرفی شده و نقش آنها در کاهش آلودگی و حفاظت از منابع آبی تحلیل می‌شود.
این فصل با تأکید بر ضرورت رویکردهای پایدار و تلفیقی در مدیریت آلودگی آب به پایان می‌رسد و اهمیت مشارکت بین دولت‌ها صنایع و عموم مردم در مقابله با این چالش جهانی برجسته می‌شود.
خلاصه فصل هفتم : تصفیه فاضلاب
فصل «تصفیه فاضلاب» به بررسی اصول فرایندها و فناوری‌های مورد استفاده برای پاکسازی فاضلاب‌های شهری و صنعتی پرداخته و اهمیت آن را در حفظ سلامت عمومی و محیط زیست تشریح می‌کند. این فصل با تعریف فاضلاب آغاز می‌شود و به معرفی ترکیبات اصلی آن شامل مواد آلی معدنی میکروارگانیسم‌ها و آلاینده‌های خطرناک می‌پردازد.
در بخش نخست اهداف تصفیه فاضلاب توضیح داده می‌شود که شامل حذف مواد جامد معلق کاهش بار آلی حذف یا کاهش مواد مغذی (نیتروژن و فسفر) از بین بردن عوامل بیماری‌زا و کاهش آلاینده‌های خطرناک شیمیایی است. سپس استانداردهای کیفی خروجی فاضلاب بسته به نوع کاربری نهایی (تخلیه در محیط استفاده مجدد یا تغذیه آب زیرزمینی) معرفی می‌شود.
در ادامه طبقه‌بندی فرآیندهای تصفیه فاضلاب به چهار مرحله اصلی تشریح می‌شود:
- تصفیه اولیه (فیزیکی):
در این بخش فرآیندهای جداسازی فیزیکی مانند آشغال‌گیری دانه‌گیری و ته‌نشینی اولیه مورد بررسی قرار می‌گیرند. نقش این مرحله در حذف ذرات معلق درشت و آماده‌سازی فاضلاب برای مراحل پیشرفته‌تر توضیح داده شده است. - تصفیه ثانویه (بیولوژیکی):
این قسمت به تفصیل به فرآیندهای زیستی مانند لجن فعال فیلترهای چکنده راکتورهای ناپیوسته متوالی (SBR) و سایر روش‌های بیولوژیکی می‌پردازد. اهمیت کاهش بار آلی (BOD و COD) توسط میکروارگانیسم‌ها و شرایط مورد نیاز برای عملکرد بهینه این سیستم‌ها تحلیل شده است. - تصفیه پیشرفته یا ثالثیه (تکمیلی):
در این بخش فناوری‌های تصفیه پیشرفته برای حذف مواد مغذی مواد آلی مقاوم فلزات سنگین و میکروآلاینده‌ها معرفی می‌شود. روش‌هایی مانند انعقاد-لخته‌سازی فیلتراسیون پیشرفته جذب سطحی (معمولاً با کربن فعال) اسمز معکوس و روش‌های اکسیداسیون پیشرفته (AOPs) توضیح داده شده‌اند. - گندزدایی (Disinfection):
اهمیت حذف عوامل بیماری‌زا پیش از تخلیه فاضلاب به محیط زیست یا استفاده مجدد در این بخش بررسی می‌شود. روش‌های متداول گندزدایی شامل کلرزنی استفاده از ازن و تابش فرابنفش (UV) معرفی و مقایسه شده‌اند.
سپس به مدیریت لجن تولیدی در فرآیند تصفیه پرداخته شده است. ویژگی‌های لجن مراحل تغلیظ تثبیت (هوازی و بی‌هوازی) آبگیری و دفع یا استفاده مجدد از لجن (مانند استفاده به‌عنوان کود کشاورزی) به تفصیل بیان شده است.
در بخش‌های بعدی طراحی و بهره‌برداری از تصفیه‌خانه‌های فاضلاب مورد بحث قرار می‌گیرد. مفاهیم مربوط به دبی ورودی بارگذاری مواد آلی زمان ماند هیدرولیکی نسبت‌های غذایی میکروبی و پارامترهای کلیدی طراحی برای واحدهای مختلف شرح داده می‌شود. تأکید می‌شود که طراحی مناسب باید متناسب با ویژگی‌های کمی و کیفی فاضلاب و نیازهای محیطی منطقه انجام گیرد.
در انتهای فصل چالش‌ها و روندهای نوین در تصفیه فاضلاب بررسی شده است. مباحثی مانند تصفیه غیرمتمرکز استفاده از فناوری‌های انرژی‌زا (Wastewater-to-Energy) تصفیه فاضلاب‌های حاوی ترکیبات نوظهور (دارویی میکروپلاستیک‌ها) و توسعه سامانه‌های هوشمند کنترل فرآیند از جمله موضوعات مطرح‌شده می‌باشند.
فصل با تأکید بر نقش کلیدی تصفیه فاضلاب در حفاظت از منابع آب سلامت انسان توسعه پایدار و اقتصاد دایره‌ای به پایان می‌رسد.
خلاصه فصل هشتم : آلودگی هوا
تعریف و اهمیت آلودگی هوا
فصل با تعریف آلودگی هوا آغاز می‌شود: حضور یا افزایش هر ماده شیمیایی فیزیکی یا بیولوژیکی در هوا که موجب تغییرات نامطلوب در کیفیت آن شده و به سلامت انسان سایر موجودات زنده یا محیط زیست آسیب می‌رساند. اهمیت این موضوع به دلیل تأثیرات مستقیم آن بر سلامت عمومی تغییرات اقلیمی و کیفیت زندگی مورد تأکید قرار گرفته است.
منابع آلودگی هوا
در این بخش منابع آلودگی هوا به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
- منابع طبیعی شامل آتش‌سوزی جنگل‌ها فعالیت‌های آتشفشانی طوفان‌های گرد و غبار و رهاسازی گازهای طبیعی مانند متان از مرداب‌ها.
- منابع انسانی یا مصنوعی شامل احتراق سوخت‌های فسیلی (در نیروگاه‌ها وسایل نقلیه و صنایع) فعالیت‌های کشاورزی (انتشار آمونیاک) و فرآیندهای صنعتی (انتشار ترکیبات آلی فرار و فلزات سنگین).
انواع آلاینده‌های هوا
فصل به طبقه‌بندی آلاینده‌ها بر اساس حالت فیزیکی و منشأ تولید می‌پردازد:
- آلاینده‌های اولیه: موادی که مستقیماً از منابع منتشر می‌شوند مانند مونوکسیدکربن (CO) دی‌اکسید گوگرد (SO₂) ذرات معلق (PM) و ترکیبات آلی فرار (VOCs).
- آلاینده‌های ثانویه: موادی که در جو از طریق واکنش‌های شیمیایی بین آلاینده‌های اولیه و سایر اجزای جو تشکیل می‌شوند مانند ازن (O₃) و ذرات نیترات یا سولفات.
مکانیزم‌های تشکیل آلاینده‌های ثانویه
تشکیل آلاینده‌های ثانویه در اثر واکنش‌های فتوکاتالیستی (مانند تشکیل ازن تروپوسفری در حضور نور خورشید) واکنش‌های اسیدی (تشکیل باران اسیدی) و فرآیندهای اکسیداسیون در جو توضیح داده شده است.
اثرات آلودگی هوا
اثرات آلاینده‌ها بر سه حوزه بررسی شده است:
- سلامت انسان: شامل بیماری‌های تنفسی (آسم برونشیت) بیماری‌های قلبی سرطان ریه و مرگ زودرس.
- محیط زیست: آسیب به گیاهان (کاهش فتوسنتز) آسیب به خاک و آب از طریق باران اسیدی و تهدید تنوع زیستی.
- تغییرات اقلیمی: نقش گازهای گلخانه‌ای مانند دی‌اکسیدکربن و متان در گرم شدن جهانی و تغییر الگوهای اقلیمی.
استانداردهای کیفیت هوا
در این بخش به معرفی و ضرورت تعیین استانداردهای کیفیت هوا برای حفاظت از سلامت عمومی پرداخته شده است. شاخص کیفیت هوا (AQI) و مقادیر مجاز برای آلاینده‌های اصلی توسط سازمان‌هایی نظیر EPA (آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا) توضیح داده می‌شود.
فناوری‌های کنترل آلودگی هوا
فناوری‌های مختلف کاهش و کنترل آلودگی هوا در دو حوزه اصلی ارائه شده‌اند:
- کنترل آلاینده‌های گازی: استفاده از اسکرابرهای شیمیایی جذب سطحی با کربن فعال و تبدیل کاتالیستی برای حذف گازهایی چون SO₂ NOₓ و VOCs.
- کنترل ذرات معلق: استفاده از فیلترهای کیسه‌ای الکترواستاتیک پرسیپیتاتورها (ESP) و سیکلون‌ها برای کاهش ذرات معلق.
سیاست‌ها و مقررات کنترل آلودگی هوا
فصل به قوانین و مقررات ملی و بین‌المللی مرتبط با آلودگی هوا اشاره می‌کند از جمله قانون هوای پاک (Clean Air Act) و پروتکل کیوتو و بر اهمیت سیاست‌های مبتنی بر علم برای کاهش انتشار آلاینده‌ها تأکید دارد.
روش‌های اندازه‌گیری آلودگی هوا
ابزارها و روش‌های اندازه‌گیری آلاینده‌های هوا شامل نمونه‌گیری فعال و غیرفعال استفاده از دستگاه‌های تحلیلی (مانند کروماتوگرافی گازی برای VOCها) و سنجش غلظت ذرات و گازها در محیط‌های شهری و صنعتی توضیح داده می‌شوند.
نقش مهندسان محیط زیست
در پایان نقش مهندسان محیط زیست در طراحی سیستم‌های کنترل آلودگی ارزیابی تأثیرات زیست‌محیطی پروژه‌ها توسعه فناوری‌های پاک و مشارکت در سیاست‌گذاری‌های محیطی برای کاهش آلودگی هوا مورد تأکید قرار گرفته است.
خلاصه فصل نهم : آلودگی صوتی
مقدمه
آلودگی صوتی به‌عنوان یکی از اشکال آلودگی محیط زیست به وجود صدایی ناخواسته یا آزاردهنده در محیط اطلاق می‌شود که می‌تواند سلامت انسان و حیات وحش را تحت تأثیر قرار دهد. این فصل با تعریف آلودگی صوتی آغاز می‌شود و به اهمیت توجه به این نوع آلودگی در طراحی و مدیریت محیط‌های انسانی می‌پردازد.
مفاهیم پایه و ویژگی‌های صوت
صوت نوسانات مکانیکی امواج در محیط مادی (مانند هوا آب یا جامدات) تعریف می‌شود که توسط گوش انسان قابل درک است. ویژگی‌های کلیدی صوت شامل فرکانس (تعداد نوسانات در ثانیه برحسب هرتز) شدت (میزان انرژی صوتی بر واحد سطح) و فشار صوت (واحد اندازه‌گیری دسی‌بل) می‌باشد. در این بخش تأکید می‌شود که درک صوت به شدت وابسته به فرکانس و شدت آن است و محدوده‌ی شنوایی انسان در بازه 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز قرار دارد.
منابع آلودگی صوتی
منابع آلودگی صوتی به دو گروه عمده تقسیم می‌شوند:
- منابع صنعتی: شامل کارخانجات ماشین‌آلات سنگین و تجهیزات ساختمانی.
- منابع غیرصنعتی: شامل ترافیک جاده‌ای ریلی هوایی فعالیت‌های تفریحی و اجتماعی.
هر یک از این منابع ویژگی‌های خاصی دارند که در شدت و الگوی انتشار صوت مؤثر است. برای مثال صدای مداوم ماشین‌آلات صنعتی با صدای گذرای هواپیماها تفاوت‌های زیادی در مدیریت و کنترل دارند.
اثرات آلودگی صوتی
این بخش به اثرات فیزیولوژیکی و روانی آلودگی صوتی بر انسان می‌پردازد. مهم‌ترین اثرات عبارتند از:
- آسیب به سیستم شنوایی از جمله کاهش شنوایی موقت یا دائم.
- افزایش استرس اضطراب تحریک‌پذیری و بروز اختلالات خواب.
- تاثیر بر سیستم قلبی-عروقی از طریق افزایش فشار خون و ضربان قلب.
- کاهش کارایی در محیط‌های کاری و تحصیلی.
همچنین اثرات زیست‌محیطی آلودگی صوتی بر حیات وحش از جمله اختلال در رفتارهای مهاجرتی جفت‌یابی و تغذیه‌ی حیوانات نیز بررسی می‌شود.
اندازه‌گیری و ارزیابی صدا
ارزیابی آلودگی صوتی از طریق اندازه‌گیری پارامترهایی چون فشار صوت سطح فشار صوتی و معادل سطح فشار صوتی انجام می‌شود. ابزارهای اندازه‌گیری مانند دسی‌بل‌متر و تحلیل‌گر طیفی معرفی شده و روش‌های استاندارد نمونه‌برداری و تحلیل داده‌ها توضیح داده می‌شود. واحد اصلی اندازه‌گیری دسی‌بل (dB) است که مقیاسی لگاریتمی دارد و امکان مقایسه‌ی شدت‌های بسیار متفاوت صوتی را فراهم می‌کند.
شاخص‌های آلودگی صوتی
شاخص‌های متنوعی برای توصیف و تحلیل آلودگی صوتی معرفی شده‌اند از جمله:
- Leq (سطح صدای معادل): متوسط سطح صدا در یک بازه زمانی مشخص.
- Lmax و Lmin: به ترتیب بیشینه و کمینه‌ی سطح صدا در دوره اندازه‌گیری.
- LDN (سطح نویز روز-شب): شاخصی که شدت نویز را با لحاظ وزن‌دهی به صداهای شبانه ارزیابی می‌کند.
هر یک از این شاخص‌ها کاربردهای ویژه‌ای در ارزیابی‌های محیطی دارند.
استانداردها و مقررات
این قسمت به معرفی استانداردها و حد آستانه‌های مجاز برای سطوح صوتی در محیط‌های مختلف مانند مناطق مسکونی تجاری صنعتی و مناطق حساس (مانند بیمارستان‌ها و مدارس) می‌پردازد. استانداردهای سازمان بهداشت جهانی (WHO) آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده (EPA) و سایر نهادهای ملی و بین‌المللی بررسی شده‌اند.
روش‌های کنترل و کاهش آلودگی صوتی
کنترل آلودگی صوتی از طریق راهکارهای فنی و مدیریتی صورت می‌گیرد:
- کنترل در منبع: شامل طراحی و استفاده از تجهیزات کم‌صدا استفاده از دیواره‌های جاذب صوت و بهینه‌سازی فرآیندهای صنعتی.
- کنترل در مسیر انتقال: استفاده از موانع صوتی پوشش‌های گیاهی و تغییر آرایش فیزیکی محیط برای کاهش انتشار صوت.
- کنترل در محل دریافت: شامل عایق‌بندی صوتی ساختمان‌ها نصب پنجره‌های دو جداره و استفاده از مواد جاذب صوت در فضای داخلی. همچنین سیاست‌های برنامه‌ریزی شهری برای جداسازی کاربری‌های پر سر و صدا از مناطق حساس به‌عنوان یک رویکرد مدیریتی معرفی شده است.
نتیجه‌گیری
فصل با تأکید بر اهمیت پایش مستمر برنامه‌ریزی صحیح و اجرای قوانین سخت‌گیرانه برای مدیریت آلودگی صوتی پایان می‌یابد. آلودگی صوتی نه تنها یک مشکل محیط زیستی بلکه یک تهدید جدی برای بهداشت عمومی و کیفیت زندگی محسوب می‌شود که نیازمند اقدامات فوری و مستمر است.
خلاصه فصل دهم :مدیریت پسماند جامد
فصل «مدیریت پسماند جامد» به بررسی جامع اصول روش‌ها و چالش‌های مرتبط با مدیریت انواع مختلف پسماندهای جامد می‌پردازد. این فصل با تعریف پسماند جامد آغاز می‌شود و سپس طبقه‌بندی ویژگی‌ها تولید جمع‌آوری پردازش بازیافت دفع و اثرات زیست‌محیطی آن را به تفصیل تشریح می‌کند.
در ابتدای فصل تعریف پسماند جامد به‌عنوان موادی که پس از استفاده انسانی دیگر ارزش اقتصادی مستقیم ندارند ارائه می‌شود. این پسماندها شامل زباله‌های خانگی صنعتی تجاری کشاورزی و ساختمانی می‌شوند. فصل تأکید می‌کند که مدیریت صحیح این پسماندها برای حفظ بهداشت عمومی و محیط زیست ضروری است.
در بخش بعدی طبقه‌بندی پسماندها مطرح می‌شود. پسماندها به دسته‌هایی چون پسماندهای شهری (MSW) پسماندهای صنعتی پسماندهای خطرناک و پسماندهای زیست‌پزشکی تقسیم می‌شوند. هر گروه ویژگی‌های فیزیکی شیمیایی و زیست‌شناختی خاص خود را دارد که بر نحوه مدیریت آنها تأثیر می‌گذارد.
سپس به میزان و ترکیب پسماند پرداخته می‌شود. این بخش با ارائه داده‌های آماری عوامل مؤثر بر تولید پسماند (مانند سطح زندگی الگوهای مصرف و فصل‌ها) را بررسی می‌کند. مشخص می‌شود که درصد مواد آلی پلاستیک فلزات شیشه و مواد دیگر در پسماندها بسته به منطقه و سبک زندگی متفاوت است.
در ادامه فصل فرآیندهای جمع‌آوری و انتقال پسماند تشریح می‌شود. در این قسمت به طراحی مسیرهای جمع‌آوری انتخاب تجهیزات مناسب برنامه‌ریزی زمان‌بندی و هزینه‌های مرتبط پرداخته شده است. اهمیت بهینه‌سازی این فرآیندها برای کاهش هزینه‌های عملیاتی و افزایش بهره‌وری مورد تأکید قرار گرفته است.
بخش بعدی به بازیافت و استفاده مجدد اختصاص دارد. در این قسمت اصول تفکیک در مبدأ فناوری‌های بازیافت بازارهای محصولات بازیافتی و تأثیرات اقتصادی و زیست‌محیطی بازیافت بررسی می‌شود. همچنین چالش‌های فرهنگی اقتصادی و فنی در پیاده‌سازی موفق برنامه‌های بازیافت تحلیل شده است.
سپس روش‌های پردازش و دفع نهایی پسماندها توضیح داده می‌شود. این روش‌ها شامل کمپوست‌سازی تبدیل به انرژی (WTE) دفن بهداشتی (landfilling) و سوزاندن (incineration) هستند. در هر مورد مزایا معایب تکنیک‌های طراحی الزامات زیست‌محیطی و معیارهای انتخاب روش مناسب شرح داده شده است. به‌طور خاص دفن بهداشتی به‌عنوان رایج‌ترین روش دفع با جزئیات کامل شامل طراحی سلول‌ها پوشش‌دهی مدیریت شیرابه و کنترل گازها معرفی شده است.
فصل با بررسی پیامدهای زیست‌محیطی و بهداشتی مدیریت نامناسب پسماند ادامه می‌یابد. آلودگی آب خاک و هوا تولید گازهای گلخانه‌ای تهدید سلامت عمومی و تأثیرات اکولوژیکی از جمله مواردی هستند که مورد توجه قرار گرفته‌اند. همچنین نقش سیاست‌های ملی مقررات بین‌المللی و فناوری‌های نوین در بهبود مدیریت پسماند تشریح می‌شود.
در پایان فصل بر ضرورت رویکردهای یکپارچه و پایدار در مدیریت پسماند جامد تأکید می‌کند. این رویکرد شامل کاهش در مبدأ طراحی محصولات قابل بازیافت ارتقاء آگاهی عمومی استفاده از فناوری‌های پاک و بهبود سیستم‌های قانونی و اقتصادی پشتیبان است. هدف نهایی دستیابی به حداقل تولید پسماند و حداکثر بازیافت و استفاده مجدد با کمترین آسیب به محیط زیست است.
درباره نویسنده :دکتر مجید عباس‌پور
دکتر مجید عباس‌پور استاد دانشگاه صنعتی شریف و نویسنده کتاب «مهندسی محیط زیست» با تخصص در حوزه‌های مهندسی محیط زیست و انرژی نقش مهمی در توسعه آموزش و پژوهش در این حوزه در ایران ایفا کرده است. تألیفات و فعالیت‌های علمی ایشان تأثیر بسزایی در ارتقاء دانش و آگاهی در زمینه‌های مرتبط با محیط زیست داشته و وی را به‌عنوان یکی از چهره‌های برجسته در این عرصه معرفی کرده است.
کتاب های مرتبط با مهندسی محیط زیست
- مهندسی محیط زیست:این کتاب توسط Joseph A. Salvato Nelson L. Nemerow و Franklin J. Agardy تألیف شده و در سال 2003 منتشر شده است. این مرجع جامع به بررسی اصول و کاربردهای مهندسی محیط زیست می‌پردازد و شامل موضوعاتی مانند تصفیه آب و فاضلاب مدیریت پسماند و کنترل آلودگی هوا است.
- مقدمه‌ای بر مهندسی محیط زیست:تألیف Mackenzie L. Davis و David A. Cornwell این کتاب در سال 2012 منتشر شده و به عنوان یک منبع آموزشی برای دانشجویان مهندسی محیط زیست شناخته می‌شود. مباحثی مانند کیفیت آب تصفیه فاضلاب و آلودگی هوا را پوشش می‌دهد.
- مهندسی فاضلاب: تصفیه و بازیابی منابع:این کتاب توسط Metcalf & Eddy تألیف شده و در سال 2014 منتشر شده است. به بررسی فرآیندهای تصفیه فاضلاب و بازیابی منابع می‌پردازد و برای مهندسان و دانشجویان پیشرفته مناسب است.
- مهندسی محیط زیست: اصول و عمل:تألیف Richard O. Mines Jr. و Laura W. Lackey این کتاب در سال 2014 منتشر شده و به بررسی اصول اساسی مهندسی محیط زیست و کاربردهای عملی آن می‌پردازد
- عناصر مهندسی محیط زیست: ترمودینامیک و سینتیک:تألیف Kalliat T. Valsaraj این کتاب در سال 2000 منتشر شده و به بررسی ترمودینامیک و سینتیک در مهندسی محیط زیست می‌پردازد.
- مبانی آلودگی هوا:تألیف Daniel A. Vallero این کتاب در سال 2025 منتشر شده و به بررسی اصول آلودگی هوا و روش‌های کنترل آن می‌پردازد.
- مهندسی محیط زیست:تألیف A.K. Jain این کتاب در سال 2024 منتشر شده و به بررسی موضوعاتی مانند تصفیه آب مدیریت پسماند و برنامه‌ریزی محیط زیست می‌پردازد.
- کتابچه راهنمای مهندسی محیط زیست:ویرایش دوم این کتاب توسط Robert A. Corbitt در سال 2023 منتشر شده و به عنوان یک مرجع جامع در زمینه مهندسی محیط زیست شناخته می‌شود.
- مقدمه‌ای بر توسعه پایدار:تألیف Peter Rogers Kazi F. Jalal و John A. Boyd این کتاب در سال 2007 منتشر شده و به بررسی توسعه پایدار و اصول آن می‌پردازد.
- اصول و سیاست‌های زیست‌محیطی:تألیف Sharon Beder این کتاب در سال 2006 منتشر شده و به بررسی اصول و سیاست‌های محیط زیستی می‌پردازد.