مطالب آموزشی مهندسی عمران گرایش محیط زیست
مطالب آموزشی مهندسی عمران گرایش محیط زیست
آموزش مهندسی عمران و محیط زیست از اهمیت بسیاری در عصر کنونی برخوردار است، چرا که بحرانهای زیستمحیطی و تغییرات اقلیمی به سرعت در حال گسترش هستند و تاثیرات قابل توجهی بر کیفیت زندگی انسانها و سلامت کره زمین دارند. در این میان، پدیدههایی نظیر اثر گلخانهای، گرمایش جهانی و آلودگیهای مختلف مانند آلودگی هوا، فاضلابهای شهری و خانگی، بارانهای اسیدی و روان آبهای شهری نیاز به توجه و بررسی دقیق دارند. این مسائل نه تنها تهدیداتی برای اکوسیستمهای طبیعی به شمار میآیند، بلکه بر روی ساختارهای اجتماعی، اقتصادی و بهداشتی جوامع نیز تاثیرات منفی میگذارند.
از این رو، هدف این مقاله بررسی اثرات این پدیدهها و راهکارهای علمی و مهندسی برای کنترل و کاهش آنها است. در این راستا، مهندسان عمران و محیط زیست باید راهحلهای کاربردی برای کاهش آلودگی، بهبود کیفیت منابع آب و خاک و کاهش اثرات منفی ناشی از تغییرات اقلیمی ارائه دهند. در این مقاله به با مطالب آموزشی مهندسی عمران گرایش محیط زیست آشنا میشویم.
مطالب آموزشی مهندسی عمران گرایش محیط زیست
اثر گلخانه ای
اثر گلخانهای فرآیندی است که موجب افزایش دمای سطح زمین و جو میشود. این پدیده به دلیل حضور برخی گازهای اتمسفری مانند دیاکسید کربن، بخار آب و متان اتفاق میافتد. این گازها با جذب تابشهای بلندموجی که از سطح زمین منتشر میشود، تعادل انرژی کره زمین را تغییر میدهند و اثر گلخانهای را ایجاد میکنند.
گازهای گلخانهای عمل فیلتر یک طرفهای را ایفا میکنند؛ به این معنی که نور مرئی (امواج کوتاه) را به راحتی وارد جو میکنند، اما از عبور تابشهای بلندموج در جهت مخالف جلوگیری میکنند. این مکانیسم باعث افزایش دمای زمین و ایجاد گرمایش جهانی میشود. بدون این اثر گلخانهای، دمای متوسط کره زمین به جای ۱۵ درجه سانتیگراد، به حدود ۱۸- درجه سانتیگراد کاهش مییافت و حیات بر روی زمین ممکن نبود.
هنگامی که انرژی حاصل از خورشید از اتمسفر عبور میکند، بخشی از انرژی توسط ابرها و دیگر ذرات اتمسفری به فضا بازتاب یا منعکس میشود و حدود ۱۹ درصد انرژی موجود توسط ابرها، گازها (مانند ازن) و ذرات در اتمسفر جذب میشود. حدود ۵۵ درصد انرژی خورشیدی از میان اتمسفر زمین عبور میکند و ۴ درصد، از سطح به فضا منعکس میشود. به طور متوسط، ۵۱ درصد تابش خورشید به سطح زمین میرسد. سپس، این انرژی، منجر به گرم شدن سطح زمین، ذوب برف و یخ، تبخیر آب و فتوسنتز گیاهی میگردد. گرم شدن زمین توسط نور خورشید موجب میشود که سطح زمین به عنوان یک تابشگر انرژی در باند موج بلند (گاهی تابش مادون قرمز نامیده میشود)، عمل کند.
دیگر نکات قابل ذکر:
با وجود اینکه انتشار انرژی معمولاً به سمت فضا است، ولی فقط بخش کوچکی از این انرژی واقعا به فضا باز میگردد و بخش اعظم تابش مادون قرمز بیرون رونده، توسط گازهای گلخانهای جذب میشود. جذب تابش موج بلند توسط اتمسفر باعث میشود که انرژی گرمایی اضافی به اتمسفر زمین اضافه شود. مولکولهای گاز گلخانهای اتمسفر که اکنون گرمتر هستند، شروع به تابش انرژی موج بلند در همه جهات میکنند. بیش از ۹۰ درصد انتشار این انرژی موج بلند به سطح زمین میرسد که بار دیگر توسط سطح جذب میشود. گرم شدن زمین توسط تابش موج بلند باعث میشود، سطح زمین بار دیگر تابش کند و چرخهای که شرح داده شد، دوباره تکرار شود، تا زمانی که هیچ موج بلندی برای جذب، در دسترس نباشد. مقدار انرژی گرمایی که با اثر گلخانهای به اتمسفر اضافه میشود، با غلظت گازهای گلخانهای در اتمسفر زمین کنترل میشود.
گرمایش جهانی در مطالب آموزشی مهندسی عمران گرایش محیط زیست
تابش خورشید پیش از عبور از فضا به جو زمین میرسد و بخش بیشتر آن توسط زمین جذب میشود. تقریبا ۴۷ درصد انرژی خورشیدی تابیده شده، توسط سطح آبها و خشکی ها جذب میشوند. بررسیها نشان میدهد زمین پس از گرم شدن و جذب، اشعه مادون قرمز از خود منتشر میکند که بخشی از آن به وسیله گازهای گلخانهای موجود در فضا جذب و مجددا توسط این گازها به سطح زمین تابیده میشوند. بخش دیگر نیز از جو عبور کرده و خارج میشوند و این تبادل انرژی باعث پایا ماندن دمای زمین در حد مناسبی میشود.
مشاهدات جهانی بر فراز سطح از اواخر دهه ۱۹۵۰، نشان میدهد که تروپوسفر (بالای ۱۰ کیلومتر) نسبت به سطح به صورت فوق العادهای گرم شده است، در حالی که استراتوسفر (۱۳-۱۰ کیلومتر) به طور روشنی از ۱۹۷۹ سرد شده است. در حال حاضر کره زمین ۰٫۶ درجه سانتیگراد گرمتر از سال ۱۹۰۰ است. تغییر اقلیم در سال ۱۹۹۵ میلادی، بر تغییرات جهانی حاکی از افزایش دمای کره زمین حدود ۰٫۷ درجه سانتیگراد، از نیمه دوم قرن نوزدهم اشاره نموده است.
این گرمای جهانی سبب افزایش مقادیر جدی و شرایط آب و هوایی بد در دورههای نه چندان دور میشود. منظور از پدیده گرمایش جهانی، افزایش طبیعی یا انسان انگیخته در متوسط دمای اتمسفر در نزدیکی سطح زمین است. متأسفانه فعالیتهای بشری ظاهرا در حال افزایش غلظت گازهای گلخانهای در اتمسفر میباشند. از این گازها، بخار آب مهمترین نقش را در کاهش خروج انرژی به عهده دارد. به طوری که پرتوهای با طول موج کمتر از ۸ میکرومتر (میکرون) و یا بیشتر از ۱۸ میکرومتر را جذب میکند.
دیگر موارد قابل ذکر شامل:
با این وجود انسان مستقیما اثری روی غلظت بخار آب اتمسفر نمیگذارد. گرمایش جهانی البته دلیلی است بر اینکه چرا احتیاج به اجتناب از تولید دی اکسیدکربن وجود دارد. گازهایی شبیه دی اکسیدکربن در داخل اتمسفر بالایی، جایی که آنها به عنوان یک صافی برای نور خورشید عمل میکنند، به اشعههای خورشید اجازه عبور میدهند اما از عبور مجدد تشعشع گرما جلوگیری میکنند، همانند آنچه در شیشهای در داخل گلخانه اتفاق میافتد. نتیجه آن با توجه به این که گلخانه در این مورد تمام دنیاست، بالا رفتن دما است.
ضرورت کنترل و تصفیه لجن فاضلاب شهری
فاضلابهای شهری پس از طی مراحل تصفیه و فرایندهای عملیاتی، به دو بخش اصلی پساب و لجن تقسیم میشوند. هر یک از این بخشها باید کیفیتی مناسب و مطابق با استانداردهای زیستمحیطی برای بازگشت به طبیعت داشته باشند. پسابهای تصفیهشده معمولاً کیفیت مناسبی برای تخلیه به محیط زیست دارند، اما لجنها که به دلیل تغلیظ آلایندهها در فاضلاب به وجود میآیند، نمیتوانند به صورت خام یا حتی تصفیهشده به طبیعت وارد شوند.
برای حل این مشکل، مهندسان محیط زیست دو روش اصلی را پیشنهاد میکنند: استفاده مجدد و دفع نهایی لجن. در روش استفاده مجدد، پس از تصفیه و بیخطرسازی لجن، از آن برای آبیاری، کوددهی و اصلاح خاک استفاده میشود. در روش دفع نهایی، پس از انجام پیشتصفیههای لازم، لجن به عنوان یک ماده زائد شناخته میشود که باید با رعایت استانداردهای خاص برای دفع به محیط زیست ارسال شود. بنابراین، چه در روش استفاده مجدد و چه در روش دفع نهایی، کنترل و تصفیه لجن باید به عنوان یکی از مراحل کلیدی و اساسی در تصفیهخانهها در نظر گرفته شود.
پارامترهای بیولوژیکی کیفیت آب در مطالب آموزشی مهندسی عمران گرایش محیط زیست
آب محیطی است که هزاران گونه بیولوژیکی، بخشی یا تمام دوران حیات خود را درآن سپری میکنند. میکروارگانیسم ها(باکتریها، قارچها و جلبک ها) کاتالیزورهای زندهای هستند که امکان انجام برخی از واکنشهای شیمیایی را درآب فراهم میسازند. بخش کثیری از واکنشهای شیمیایی مهم، چون واکنشهای مواد آلی و فرآیندهای اکسیداسیون واحیاء، از طریق واسطههای باکتریایی انجام میگیرد.
قارچها و باکتریها به جز باکتریهای فتوسنتزکننده تحت عنوان سادهکنندگان در چرخه غذایی دسته بندی میشوند. سادهکنندگان ترکیبات شیمیایی را میشکنند و به انواع سادهتر تبدیل میکنند و به این طریق انرژی لازم برای رشد و سوخت و ساز خود را فراهم میسازند. جلبکها در چرخه غذایی به عنوان تولیدکنندگان دسته بندی میشوند زیرا انرژی خورشید را به صورت انرژی شیمیایی ذخیره میکنند. نیازهای غذایی جلبکها شامل کربن، نیتروژن، فسفر، گوگرد و مقادیر اندکی از عناصری نظیر سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم، آهن و غیره میباشد.
ارگانیزمهای آبزی از لحاظ اندازه و پیچیدگی از کوچکترین میکروارگانیزمها تا بزرگترین ماهیها متنوع هستند. همه اعضای جامعه بیولوژیکی تا اندازهای بر کیفیت آب تاثیر میگذارند و حضور و یا عدم حضور آنها نیز ممکن است دلیلی بر ویژگیهای کیفی منبع آبی باشد. ارگانیزمها همچنین عامل اصلی خودپالایی منابع آب میباشند ولی میزان مشارکت ارگانیزمهای مختلف در فرآیند مذکور کاملا متفاوت است.
مهمترین مکانیزمهای بیولوژیکی موجود در آب، ارگانیزمهایی هستند که در ایجاد بیماریها نقش اصلی را ایفا میکنند. بسیاری از گونههای بیماریزا قادرند در آب به حیات خود ادامه داده، برای مدت زمان قابل ملاحظهای خواص بیماریزایی خود را حفظ نمایند. این ارگانیزمهای بیماریزا که منشا آبی دارند در برگیرنده انواع باکتریها، ویروسها، پروتوزاها و کرمهای انگلی میباشند.
آلودگی ناشی از روان آبهای شهری
یکی از منابع آلاینده شهری، روان ابهای شهری است. در شهر شیراز عمده سیلاب شهری توسط کانالهای کوچک و لولههای منتهی به رودخانه خشک جمع آوری شده و سپس بدون هیچگونه تصفیه یا احیاء به دریاچه مهارلو انتقال مییابد.
سیلابهای شهری و تاثیرات اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی آن به عنوان یک پدیده طبیعی همچون سایر پدیدهها به مدد برنامهریزی و مدیریت صحیح، قابل پیشبینی و کنترل میباشد. به طوریکه از یک سو خسارتهای آن را میتوان به حداقل رسانید و از سوی دیگر با احیای سیلاب شهری بخشی از نیاز به آب را برطرف نمود.
کیفیت سیلابهای شهری تابعی از عوامل مختلف است. در شروع بارندگی، بسیاری از آلودگیهای هوا در قطرات باران حل میشوند. همچنین به علت مومنتوم موجود در قطرات باران، از برخورد آنها به سطوح آلوده شهری مثل خیابانها، پشت بام و نمای منازل فرسایش ایجاد میشود. در نهایت این فعل و انفعالات منشا ایجاد مواد معلق و محلول مختلفی میگردد و به آلوده شدن سیلابهای شهری میانجامد. این سیلابها همچنین تاثیر قابل توجهی از نظر فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی بر آب و خاک پذیرنده خواهند داشت.
جریان سیلابهای آلوده شهری میتواند طیف وسیعی از آلایندهها را به صورت معلق و محلول به محیطهای آبی و خاکی منتقل کند. این انتقال موجب عدم توازن اکولوژیکی در محیط زیست میشود. تحقیقات نشان دادهاند که آلایندههای موجود در سیلابهای شهری میتوانند کیفیت آبهای زیرزمینی را نیز تهدید کنند، به خصوص اگر تمهیدات خاصی برای جلوگیری از این آلودگیها در نظر گرفته نشود.
برای کنترل آلودگی ناشی از سیلابهای شهری، باید در محل تولید آلودگی و جایی که آلایندهها از سطوح غیرقابل نفوذ شسته میشوند، این آلایندهها مهار شوند. باید از حرکت آلودگیها به سمت منابع آب پاییندست یا حوضههای دیگر جلوگیری کرد تا از تاثیرات منفی بیشتر بر محیط زیست و منابع آب پیشگیری شود.
آلودگی ناشی از فاضلابهای شهری و خانگی
اولین اثر تخلیه فاضلاب در آبهای موجود، کاهش اکسیژن محلول در آنها، کوچ و یا مرگ و میر موجودات آبزی و احتمالأ پیدایش مواد با بوهای زننده در اثر اکسیداسیون غیرهوازی است. در اثر تخلیه فاضلاب، مقدار زیادی مواد مغذی مانند ترکیبات ازتی و فسفاتی به آب اضافه خواهند شد. از طرفی دیگر مهمترین و خطرناکترین اثر آلودگی ناشی از تخلیه فاضلابها، ورود عوامل بیماری زا به آب میباشد که به شدت آبهای سطحی و زیر زمینی را آلوده میسازند.
فاضلاب های شهری دارای انواع موجودات ریز، میکروب ها، ویروسها و چند نوع ماده شیمیایی معین میباشند. عمدهترین آنها آمونیاک و نیز مقداری اوره میباشد. جدا از عواملی که در بالا به عنوان آلودهکننده آب و نهایتا تولید فاضلاب نام برده شد، آلایندههای دیگری نظیر آلایندههای بیولوژیکی که از دفع پسابهای بیمارستانی و مراکز بهداشتی شهری ناشی میشود. مواد جامد و رسوبات، مواد رادیواکتیو، مواد نفتی و آلوده کنندههای حرارتی(نظیر فرودگاه ها) نیز وجود دارد.
از جمله عوارض ناگوار تخلیه بیرویه فاضلاب شهر، بالا آمدن سطح آبهای زیرزمینی در منطقه جنوب و جنوب شرقی تهران میباشد. روی هم رفته فاضلاب خانگی و شهری اصلیترین منبع آلودگی آب زیرزمینی و دریاچه و همینطور آلودگی خاک و اراضی کشاورزی میباشد.
پدیده باران اسیدی در مطالب آموزشی مهندسی عمران گرایش محیط زیست
باران یا نشت اسیدی هنگامی به وجود میآید که گازهای متصاعد شده اکسیدهای سولفور (Sox) و اکسیدهای نیتروژن (NOx) در مجاورت نور خورشید با بخار آب واکنش شیمیایی داده باشد. در کنار آن تشکیل ترکیبات اسیدی قوی، نظیر اسید سولفوریک و اسید نیتریک میدهند. این ترکیبات همراه با سایر ترکیبات آلی و غیر آلی به صورت گازهای حاصل از احتراق و ذرات جامد (نشست خاک) بر زمین فرود میآیند و یا همراه قطرات باران، دانههای برف، مه یا شبنم (نشت مرطوب) به سطح زمین میرسند. متناسب با حساسیت اکوسیستمهایی که این نشست ها در آن فرود میآیند، اثرات نشت اسیدی متفاوت است.
در برخی از نواحی شدیداً بافری، ترکیبات اسیدی طی سالها بیآنکه افزایش قابل ملاحظهای در اسیدیته سطح آب یا خاک بوجود آورند، میتوانند نشت کنند، اما حین نشت در جاهایی که به مقدار کم بافری هستند. میتواند سبب افزایشهای شدید اسیدیته شود. باران اسیدی، خسارات قابل ملاحظهای به ساختمانها و بناهای تاریخی در نواحی بسیار صنعتی بوجود آورده است.
اما این آسیبها تنها محدود به نواحی صنعتی نمیشود. دودکش های بلند، آلایندهها را به نواحی بالاتر تروپوسفر منتقل مینمایند؛ جایی که آلایندهها چندین روز باقی میمانند و معمولاً به نقاط دور دست برده میشوند.
اثرات مستقیم و غیر مستقیم آلودگی هوا
- اثرات آلودگی هوا
- مستقیم
- مرگ و میر ناشی از مسمومیتهای تنفسی و بیماریهای مرتبط؛
- ایجاد بیماریهای روانی و جسمی مرتبط بیماریهای ریوی، قلبی، حنجره، چشم و اختلالات خونی و سرطانی؛
- خسارت به فضای سبز شهری؛
- اختلالات ژنتیکی و انتقال این آثار به نسلهای بعدی.
- غیر مستقیم
- افت توان ابتکار و تفکر؛
- کاهش رشد جسمی کودکان؛
- نارضایتی شهروندان؛
- کاهش تمایل به سرمایه گذاریهای اقتصادی و فرهنگی؛
- بالا رفتن مصرف آب و مواد شوینده؛
- ایجاد بیرمقی و کم حوصلگی و خستگی مزمن.
تقسیم بندی آلایندهها بر اساس ترکیب
حالات فیزیکی
عوامل موثر در کیفیت هوا به دو گروه بزرگ تقسیم میشوند: ذرات که ممکن است مایع یا جامد باشند و گازها. ذرات بدین صورت تعریف شدهاند: هر ماده پراکنده اعم از جامد یا مایع که در آن اجتماع تک تک اجزا بزرگتر از یک مولکول کوچک تنها (تنها با قطر طبیعی ۰٫۰۰۲) اما کوچکتر از حدود ۵۰۰ میکرومتر است، ذره به شمار میرود. مونوکسید کربن و اکسیدهای گوگرد و نیتروژن نیز مهمترین آلایندههای گازی به شمار میروند.
ترکیب شیمیایی
آلایندهها اعم از اولیه و ثانویه میتوانند بسته به ترکیب شیمیایی خود به دو گروه آلی یا معدنی تقسیم شوند. ترکیبات آلی حاوی کربن و هیدروژن هستند، و بسیاری از آنها دارای عناصری مانند اکسیژن، نیتروژن، فسفر و گوگرد میباشند. هیدروکربنها ترکیبات آلی هستند که تنها دارای کربن و هیدروژن هستند. آلدئیدها و کتونها دارای اکسیژن، کربن و هیدروژن هستند.
سایر ترکیبات آلی مهم در مورد آلودگی هوا عبارت اند از کربوکسیلیک اسیدها، الکلها، اترها و استرها، آمینها و ترکیبات آلی گوگرددار. موادمعدنی موجود در هوای غیر آلوده عبارت اند از: کربن و مونوکسید، دی اکسیدکربن، کربناتها، اکسیدهای سولفور، اکسیدهای نیتروژن، ازن، هیدروژن فلوراید و هیدروژن کلراید.
در راستای پروژههای تحقیقاتی و دانشگاهی، مهندسان عمران با گرایش محیط زیست میتوانند با استفاده از روشهای نوین، راهکارهای علمی و عملی برای مقابله با مشکلات زیستمحیطی ارائه دهند. این پروژهها شامل پایاننامههای دکتری و ارشد با تمرکز بر تغییرات اقلیمی و بحرانهای محیطی هستند. به عنوان مثال، انجام پروژههای پژوهشی در زمینه کنترل آلودگی هوا یا طراحی سایتهای دیجیتال برای اطلاعرسانی درباره پروژههای محیط زیستی میتواند به توسعه این حوزه کمک کند.
با توجه به نیاز روزافزون در صنایع مختلف، پذیرش و چاپ مقالههای علمی در زمینه مهندسی عمران و محیط زیست اهمیت ویژهای دارد. در این راستا، آموزشهای تخصصی مانند فتوشاپ برای طراحی گرافیکی مقالات و ICDL برای تسلط بر نرمافزارهای مهندسی بسیار مفید است.
مهندسان و پژوهشگران میتوانند پروژههای تحقیقاتی و سازمانی را با استفاده از مهارتهای مدیریتی که از آموزشگاههای فنی و حرفهای کسب کردهاند، به طور مؤثر اجرا کرده و در راستای کاهش اثرات منفی تغییرات اقلیمی و بهبود کیفیت منابع طبیعی قدم بردارند.
آلودگی هوا در مطالب آموزشی مهندسی عمران گرایش محیط زیست
آلودگی هوا به معنای حضور آلایندهها در هوای آزاد است. این آلایندهها میتوانند شامل گرد و خاک، دود غلیظ، گازها، مه آلوده، بوی نامطبوع، دود یا بخار باشند. در صورتی که این آلایندهها به مقدار کافی و با ویژگیهای خاص خود حضور داشته باشند، میتوانند به خطرات جدی برای حیات انسانها، گیاهان، جانوران و اموال انسانها منجر شوند. به عبارت دیگر، آلودگی هوا ممکن است باعث اختلال در روند طبیعی زندگی و به خطر افتادن سلامت و رفاه عمومی گردد. در تعریفی سادهتر، آلودگی هوا به وجود مواد مضر در هوا اشاره دارد که اثرات منفی بر محیط زیست و سلامت انسانها دارند.
آلودگی هوا به طور کلی به معنای حضور هر نوع آلاینده، اعم از جامد، مایع، گاز یا تشعشعات پرتوزا و غیرپرتوزا در هوا است. این آلایندهها به مقدار و مدت زمانی که کیفیت زندگی انسانها، دیگر جانداران و حتی آثار باستانی را تهدید کند، یا به اموال خسارت وارد کند، به عنوان آلودگی شناخته میشوند. در ایران، آلودگی هوا به ویژه در شهرهای بزرگ و کلانشهرهایی مانند تهران به وضعیت بحرانی رسیده است. این آلودگی عمدتاً ناشی از سوخت فسیلی خودروها است که تأثیرات منفی شدیدی بر سلامت مردم و محیط زیست دارد.
آلودگی هوا در تهران در موارد متعددی به حدی رسیده است که مقامات محیط زیست و مقامات بهداشتی کشور وضعیت آلودگی هوا را خطرناک اعلام کرده و خروج از منزل را برای مردم، خطرناک اعلام کردهاند.
برای دیدن ادامهی مطالب این مقاله اینجا کلیک کنید.
