ترکیبات آلی فرار

خصوصیات

ترکیبات آلی فرار گروه گسترده ای از ترکیبات آلی هستند که به علت فشار بخار بالای خود، تبخیر شده و به راحتی در جو آزاد می شوند. ترکیبات آلی فرار یا VOCs دارای نقطه جوش کمتر یا برابر با 250 درجه سانتیگراد و فشار بخار بالا و بیش از۵/۰کیلو پاسکال در 25 درجه سانتیگراد هستند. طول عمراین ترکیبات در جو از چند دقیقه تا چند ماه طول می کشد، که به آنها اجازه می دهد تا مسافت زیادی از منبع انتشار را طی کنند و به بدن وارد شوند.

منابع، میزان غلظت و توزیع

VOCs فرار منابع مختلفی دارند که به طور کلی می توان آنها را به منابع طبیعی و منابع انسانی تقسیم کرد:

منابع طبیعی: انتشاراز پوشش های گیاهی و آتش سوزی جنگل ها و....

منابع انسانی: محصولات استفاده شده در منازل نظیر رنگ ها، الکل، لاک[1]، چسب ها، مواد شوینده، مواد ضدعفونی کننده و سوخت های فسیلی[2] (سوخت های فسیلی از ترکیبات آلی تشکیل شده اند وهنگامی که در منازل و اماکن مختلف ذخیره می شوند، می توانند هیدروکربن های فرار منتشرکنند).

 ترکیبات آلی فرار به دلیل حضور در اتمسفر و تأثیر چشمگیر آنها بر محیط و سلامت انسان، به عنوان پارامترهای مهمی برای ارزیابی کیفیت هوا در محیط های داخل ساختمان و هوای آزاد در نظر گرفته می شوند

VOCs در محیط های داخل ساختمان و هوای آزاد از منابع مختلفی منتشرمی شوند که عبارتند از:

منابع انتشار VOCs در هوای داخل ساختمان: آلاینده هایی که از محیط بیرون وارد خانه می شوند، محصولات احتراق (ناشی از سوزاندن سوخت های جامد برای پخت و پز، گرمایش و روشنایی)، گازهای آزاد شده از مواد داخلی (انتشار از کف و دیوارها، رنگ های مصنوعی، چسب ها، لاک ها و موم) ، دود سیگار، لباسهایی که اخیراً خشک شده و خوشبو کننده ها.

منابع انتشار VOCs در هوای آزاد: ۱- منابع طبیعی (پوشش گیاهی و آتش سوزی جنگل) ۲- منابع انسانی (ترافیک، فعالیت های صنعتی، احتراق زغال سنگ وفرایندهای تبخیر مرتبط با صنعت و حمل و نقل یا استفاده از رنگ و حلال).

معمولا میانگین غلظت VOCs در محیط های با فعالیت صنعتی، تجاری و مسیرهای پرترافیک نسبت به سایر محیط ها بیشتر می باشد. همچنین غلظت این ترکیبات در ساعات اوج ترافیک افزایش می یابد. بطور کلی غلطت VOCs در مناطق نزدیک به ایستگاه های سوخت رسانی بیشتر از دیگر مناطق می باشد.

سازمان حفاظت محیط زیست در سال 2014 گزارش کرد بیشترین میزان انتشار VOCs در جو، مربوط به فعالیت های تولید نفت و گاز بوده است (در مجموع بیش از 3 میلیون تن در آن سال). پس از آن میزان انتشار در اثر ذخیره سازی، حمل و نقل مواد شیمیایی بود.

مواجهه عمومی و شغلی، اثرات بهداشتی و محیط زیستی

VOCs در تشکیل ازن تروپوسفری، مه دود فتوشیمیایی، اثر گلخانه ای و آثار سمی در محیط زیست تاثیردارند. مواجه کوتاه مدت با  غلظت های خاص برخی از VOCs موجود در هوا نمی تواند اثرات چندان مضری بر روی سلامتی داشته باشد اما مواجهه طولانی مدت با این ترکیبات اثرات نامطلوب بر روی سلامتی انسان به همراه دارد. اثرات سو‌ء کوتاه مدت و طولانی مدت VOCs بر سلامتی انسان عبارتند از: تحریک حسی، آلرژی، سندروم ساختمان بیمار ([3]SBS)، کاهش عملکرد ریه، آسم و حتی سرطان خون به ویژه در گروه های حساس مانند کودکان که در مقایسه با بزرگسالان، در برابر اثرات سوء آلودگی های محیطی آسیب پذیرتر هستند و همچنین نسبت به بزرگسالان از نظر ایمنی، فیزیولوژیکی و عصبی کمتر توسعه یافته اند.

مواجهه با VOCs از طریق استنشاق، بلع، تماس با چشم و جذب در پوست صورت می گیرد که مسیر استنشاق مهمترین مسیر مواجهه با این ترکیبات می باشد.

سرنوشت VOCs در هوا

بنزن و تولوئن ، اتیل بنزن وزایلن ها [4] از گروه  VOCsهستند. این آلاینده ها از نظر ساختاری از ساده ترین هیدروکربن های معطر هستند که می توانند تأثیر قابل توجهی بر وضعیت محیط داشته باشند، زیرا آنها در فرآیندهایی مانند تشکیل مه دود فتوشیمیایی (ازن + اکسیدان ها)، در ایجاد آلاینده های ثانویه و تشدید اثر گلخانه ای، نقشی اساسی دارند. متداول ترین گروه ترکیبات آلی فرار BTEX ها هستند اگرچه ترکیبات BTEX ساختار شیمیایی مشابهی دارند، اما در خصوصیات فیزیکوشیمیایی ترکیبات مختلف تفاوت وجود دارد. آنها در شرایط جوی به طور مشخص غیرفعال هستند. علاوه بر این، بنزن در مقایسه با تولوئن و ایزومرهای زایلن بسیار پایدار است و از نیمه عمر نسبتاً طولانی برخوردار است.

شیمی ترکیبات BTEX در تروپوسفر

VOCs سهم زیادی در شیمی اتمسفر دارند. به دلیل ساختار آنها، VOCs مونو آروماتیک آلکیلاته مانند تولوئن و زایلن ها دارای پتانسیل فتوشیمیایی بالایی هستند، بنابراین در واکنش های فتوشیمیایی موجود در جو، از جمله تشکیل ازن تروپوسفری نقش دارند. دلایل زیادی برای درک اهمیت مکانیسم واکنش ترکیبات آلی در تروپوسفر وجود دارد.VOCs  در تروپوسفر تحت تأثیر بسیاری از فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی قرار دارند که منجر به تبدیل یا حذف آنها از جو می شود. فرآیندهای شیمیایی که باعث تخریب VOCs می شوند عبارتند از: فتولیز (طول موج بیشتر از ۲۹۰ نانومتر)، واکنش با رادیکال های هیدروکسیل و نیتروژن، واکنش با ازن و واکنش با یون های کلر (که معمولاً در مناطق ساحلی رخ می دهد).

BTEX

معمول ترین گروه ترکیبات آلی فرار BTEX ها هستند که شامل بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلن می باشد که به BTEX معروف هستند و در فاز گازی در اتمسفر وجود دارند .

همانطور که قبلاً اشاره گردید، این ترکیبات ممکن است در تشکیل ازن در سطح زمین و مه دود فتوشیمیایی نقش داشته باشند، که می تواند باعث آسیب به گیاهان و مواد گردد. ترکیبات BTEX همچنین، تأثیر مهمی بر سلامتی انسان دارند و ممکن است سبب ایجاد سرطان، اختلالات عصبی و علائمی مانند ضعف، از دست دادن اشتها، خستگی، سرگیجه، حالت تهوع، آسم مزمن، تحریک چشم، پوست، غشاهای مخاطی و دستگاه تنفس گردند.

این ترکیبات، از هر دو منبع مصنوعی و طبیعی در هنگام ساخت یا استفاده از این مواد یا محصولات حاوی آنها، در اتمسفر منتشر می شوند. BTEX موجود در اتمسفر شهری ناشی از اگزوز وسایل نقلیه موتوری و تعدادی از فعالیت های صنعتی مانند فرآیند پتروشیمی، ذخیره سازی، توزیع، رنگ، حلال و فرآیندهای احتراق است. در مناطق شهری، ترکیبات BTEX تا 60 درصد از VOCs بدون متان را شامل می شوند. در میان این ترکیبات، بنزن یک نماینده مهم از هیدروکربن های معطر است و یک آلاینده با اولویت بالا، برای ارزیابی هوای شهری  می باشد.

ترکیبات BTEX در غلظت های بالا به دلیل دارا بودن فشار بخار بالا، در بسیاری از محیط های داخلی عمومی و مسکونی وجود دارند. BTEX موجود در هوای داخل ساختمان، از استعمال دخانیات، سوخت خانگی، مصالح ساختمانی، اجاق گاز، مبلمان، محصولات نظافت منزل و همچنین رنگ ها، لاک ها، حلال ها و چسب های استفاده شده در فضای داخلی ساختمان منتشر می شود.

امروزه از گاز طبیعی به طور گسترده ای به عنوان سوخت مناسب در وسایل نقلیه، پخت و پز و گرمایش در ایران استفاده می شود. گزارش شده است که  غلظت BTEX درگاز طبیعی اندک است و مقادیر قابل توجهی از BTEX  ممکن است از طریق نشت و در طی فرآیند احتراق گاز به هوای محیط منتشر  شود. غلظت کل  BTEXدر هوای داخل ساختمان، فقط از انتشار در فضای داخلی حاصل نمی شود، بلکه تحت تاثیر فضای بیرون نیز می باشد (با توجه به فرایندهای تبادل هوا بین محیط داخل وخارج).BTEX  در اتمسفر، عمدتاً توسط فتولیز و یا واکنش های شیمیایی با گونه های واکنشی مانند رادیکال OH (واکنش روز) و رادیکال های نیترات (واکنش شب) تخریب می شود. اندازه گیری غلظت BTEX در هوا به دلایل زیادی ضروری است  که عبارتند از: تعیین اثرات بهداشتی، منابع آلودگی، تغییرات مکانی و فصلی ومطابقت با استاندارد های موجود.