انبعاثات المداخن: الملوثات وطرق الرصد والامتثال الصناعي

جدول المحتويات

الانبعاثاتتشير الانبعاثات الجوية إلى المواد الملوثة التي تُطلق في الهواء نتيجة الأنشطة البشرية أو المصادر الطبيعية. وتشمل أبرز المصادر البشرية الأنشطة الصناعية ووسائ...
قراءة المزيد
الصادرة عن المداخن هي غازات وجسيمات تُطلق في الغلاف الجوي عبر المداخن أو القنوات أو منافذ التصريف في المصادر الصناعية الثابتة، مثل محطات الطاقة ومصافي التكرير ومصانع الإسمنت والمصانع الكيميائية ومحارق النفايات. ويجري قياسها عبر اختبارات دورية للمداخن أو أنظمة رصد آلية مستمرة من أجل تحديد كمية الملوثات مثل NOx وSO2 وCO وCO2 والمركبات العضوية المتطايرة والجسيمات العالقة، والتحقق من الامتثال لحدود الانبعاث وتقييم أثرها في جودة الهواءيشير جودة الهواء إلى حالة الهواء الذي نتنفسه وتركيبه من حيث الملوثات الموجودة في الغلاف الجوي. وتُعد جيدة عندما تكون مستويات الملوثات منخفضة ولا تشكل خطرًا...
قراءة المزيد
.

ويُعد هذا النوع من رصد انبعاثات المداخن أساس الامتثال التنظيمي للمصادر الثابتة، إذ يتيح تحويل التركيز المقيس داخل المدخنة إلى معدل انبعاث كتلي (كمية الملوث التي تغادر المدخنة أو نقطة الانبعاث في وحدة الزمن) ومقارنته بالقيم الحدية التي تحددها اللائحة المحلية المعمول بها، سواء عبر أخذ العينات المرجعية متساوية السرعة أو عبر أنظمة رصد آلية معتمدة تعمل بصورة مستمرة.

لا يحل الرصد المستمر لانبعاثات المداخن محل القياس التنظيمي داخل المدخنة، لكنه يوفر الرؤية اللازمة لفهم كيف تنعكس هذه الانبعاثات على جودة الهواء الفعلية خارج نقطة التصريف.

نستعرض فيما يلي ما هي انبعاثات المداخن، وما المصادر الصناعية التي تنتجها، وما الملوثات التي تحتويها عادةً، من أكاسيد النيتروجين والكبريت إلى الجسيمات العالقة والمركبات العضوية المتطايرة. كما نميّز بين الانبعاثات الموجَّهة والانبعاثات الهاربة، ونصف أبرز طرق القياس، ونراجع الإطار التنظيمي الذي يحكم حدود الانبعاث في الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة. وأخيرًا نتناول الأثر البيئي لهذه الانبعاثات خارج المدخنة ودور الرصد المحيطي ورصد محيط المنشأة بوصفه طبقة مكمّلة لتحديد نطاقها الحقيقي من حيث جودة الهواء حول نقطة الانبعاث.

لا يحل الرصد المستمر لانبعاثات المداخن محل القياس التنظيمي داخل المدخنة، لكنه يوفر الرؤية اللازمة لفهم كيف تنعكس هذه الانبعاثات على جودة الهواء الفعلية خارج نقطة التصريف. - Kunak

لا يحل الرصد المستمر لانبعاثات المداخن محل القياس التنظيمي داخل المدخنة، لكنه يوفر الرؤية اللازمة لفهم كيف تنعكس هذه الانبعاثات على جودة الهواء الفعلية خارج نقطة التصريف.

ما هي انبعاثات المداخن

انبعاثات المداخن، أو الانبعاثات الموجَّهة، هي خليط من الغازات والجسيمات يتولد في عملية صناعية ويُطلق في الغلاف الجوي عبر قناة أو نقطة تصريف محددة هي المدخنة، وهذا هو العامل الذي يميزها عن أنواع التصريف الأخرى. ولأنها تصدر من مصدر نقطي أو مصدر ثابت، فإن غاز المداخن يمر عبر قناة يمكن تحديدها قبل أن يصل إلى الهواء الخارجي، بدلًا من أن يتسرب بصورة منتشرة من نقاط متعددة في أرجاء المنشأة.

ابتكارات في مجال جودة الهواء بنقرة واحدة

ابقَ على اطلاع على الهواء الذي تتنفسه!

اشترك في نشرتنا الإخبارية لتتلقى آخر المستجدات في مجال تكنولوجيا مراقبة البيئة، والدراسات المتعلقة بجودة الهواء، والمزيد.

أريد الاشتراك!

يتيح توجيه الغازات المتبقية إلى قناة تصريف واحدة تحديد قيمة حد الانبعاث (ELV) خاصة بذلك المصدر، تُثبَّت في التصريح البيئي للمنشأة وفقًا للنشاط وقدرة المنطقة المحيطة على استيعاب التلوث. ويسهّل هذا التوجيه أيضًا تطبيق أنظمة الخفض (المرشحات ومنقيات الغازات والمحولات الحفازة) قبل نقطة التصريف مباشرة. كما يسمح بتركيب معدات القياس مباشرة على القناة، إما يدويًا بالتقاط الملوث لتحليله في المختبر، وإما عبر أنظمة آلية تقرأ التركيز بصورة مستمرة.

المداخن والقنوات والمصادر الثابتة

يصدر انبعاث المدخنة دائمًا من مصدر ثابت، أي منشأة ثابتة مثل محطة طاقة أو مصنع إسمنت أو محرقة، يمر غاز المداخن فيها عبر قناة قبل أن يصل إلى الهواء الخارجي. وهذه النقطة هي الأساس من الناحية التنظيمية، لأن القواعد تشترط توجيه الانبعاثات عبر مدخنة كلما كان ذلك ممكنًا من الناحية التقنية، وذلك بالتحديد لأن المصدر الموجَّه يمكن قياسه وتحديد كميته ومراقبته بدقة، في حين تُعد الانبعاثات التي تتسرب دون المرور عبر قناة، مثل التسربات من الصمامات والوصلات ومناطق التخزين، انبعاثات منتشرة أو هاربة وتتطلب لذلك طرق رصد مختلفة.

النقاط الرئيسية التي تحدد انبعاث المدخنة هي:

  • منشؤه عملية صناعية يمكن تحديدها (احتراق أو تكليس أو ترميد أو تصنيع كيميائي، وغيرها).
  • يُطلق عبر قناة أو نقطة تصريف ثابتة يمكن تحديد موقعها.
  • تركيب متغير من الغازات (NOx وSO2 وCO وCO2 والمركبات العضوية المتطايرة) والجسيمات العالقة، بحسب النشاط والوقود المستخدم.
  • إمكانية القياس المباشر عبر أخذ العينات اليدوي أو الأنظمة الآلية المستمرة.
  • الخضوع لقيمة حد انبعاث مقررة في التصريح البيئي المقابل.
لا يوجد دائمًا ارتباط مباشر بين المدخنة المصدِرة للانبعاثات والنشاط الذي يولّدها، إذ يمكن لمدخنة واحدة أن تجمع غازات من عدة عمليات مختلفة داخل المنشأة نفسها.

الفروق بين الانبعاثات الموجَّهة والهاربة والمنتشرة

لا تصل كل الانبعاثات الصناعية إلى الهواء الخارجي عبر قناة. وينبغي التمييز بين ثلاث فئات:

نوع الانبعاث الوصف مثال كيفية الرصد
الانبعاثات الموجَّهة تُطلق إلى الخارج عبر مدخنة أو قناة ثابتة، ما يتيح قياسها مباشرة عند نقطة التصريف. مداخن الغلايات أو الأفران أو العمليات الصناعية. القياس داخل المدخنة عبر أنظمة الرصد المستمر للانبعاثات (CEMS) أو حملات دورية.
الانبعاثات الهاربةالانبعاثات الهاربة هي انطلاقات لغازات أو أبخرة أو جسيمات تفلت من منشأة صناعية دون أن تُوجَّه عبر مدخنة أو مجرى أو أي نقطة انبعاث أخرى خاضعة للتحكم. وتنشأ ع...
قراءة المزيد
تتسرب دون قصد عبر عناصر مثل الصمامات والوصلات والمضخات والحشوات وخزانات التخزين، دون المرور عبر قناة. تسربات المركبات العضوية المتطايرة أو الميثان أو H2S من معدات العمليات. برامج LDAR (الكشف عن التسريبات وإصلاحها) أو المستشعرات المحمولة أو شبكات رصد محيط المنشأة.
الانبعاثات المنتشرة تأتي من أسطح مكشوفة أو أنشطة ليست لها نقطة انبعاث محددة، ولذلك لا يمكن التقاطها عبر مدخنة. أكوام المواد وعمليات التحميل والتفريغ ومواقع دفن النفايات وأعمال الحفر. شبكات الرصد المحيطي ومستشعرات محيط المنشأة ونمذجة انتشار الملوثات.

تركيز الانبعاث مقابل تركيز الهواء المحيط

من الجوانب التي تسبب التباسًا في هذا النوع من الانبعاثات أن التركيز المقيس داخل المدخنة ليس هو نفسه التركيز الذي يتنفسه الناس خارج المنشأة، المعروف بالتركيز المحيطي. فيُقاس تركيز الانبعاث عند نقطة التصريف مباشرة، ويُستخدم للتحقق من الامتثال لقيمة حد الانبعاث المقررة في التصريح البيئي. أما التركيز المحيطي فهو نتيجة تشتت الملوث وتخففه وتحوله في الغلاف الجوي بحسب الظروف الجوية والتضاريس والمسافة عن المصدر، ولذلك قد يكون أقل بكثير من التركيز الأصلي في المدخنة (أو قد يسلك سلوكًا مختلفًا خلال حلقات محددة).

ويُعد الفرق بين تركيز الانبعاث والتركيز المحيطي سبب استكمال كثير من المنشآت القياس داخل المدخنة بشبكات رصد محيطي ورصد لمحيط المنشأة، وهي التي تُبلغ فعليًا عن جودة الهواء الذي يُتنفس خارج نقطة الانبعاث.
تحدث أبرز الانبعاثات في مصافي التكرير في أفران العمليات، التي توفر الطاقة الحرارية اللازمة لتفاعلات مثل التقطير والإصلاح الحفزي والمعالجة الهيدروجينية والألكلة. - Kunak

تحدث أبرز الانبعاثات في مصافي التكرير في أفران العمليات، التي توفر الطاقة الحرارية اللازمة لتفاعلات مثل التقطير والإصلاح الحفزي والمعالجة الهيدروجينية والألكلة.

أبرز المصادر الصناعية لانبعاثات المداخن

تصدر انبعاثات المداخن عن مجموعة صغيرة نسبيًا من القطاعات الصناعية، لكل منها عمليات احتراق أو تحول كيميائي تحدد الملوثات التي تنبعث منها ونسبتها.

محطات الطاقة ومنشآت الاحتراق

تولّد محطات الطاقة وغيرها من منشآت الاحتراق انبعاثاتها الرئيسية، مثل SO2 وNOx والجسيمات العالقة وCO2 والمعادن الثقيلة (As وCd وCr وCu وHg وPb وNi وZn)، من الغلايات والأفران التي تُحرق فيها الوقود الأحفوري لإنتاج الكهرباء أو البخار أو الحرارة. وتختلف تركيبة هذه الانبعاثات بحسب الوقود المستخدم: فزيت الوقود ذو المحتوى الأعلى من الكبريت يرفع انبعاثات SO2، بينما تُسهم درجات حرارة الاحتراق الأعلى في تكوّن NOx.

مصافي التكرير والمصانع البتروكيميائية

تحدث أبرز الانبعاثات التي تنتجها مصافي التكرير في أفران العمليات، التي توفر الطاقة الحرارية اللازمة لتفاعلات مثل التقطير والإصلاح الحفزي والمعالجة الهيدروجينية والألكلة. وتضاف إليها انبعاثات وحدات التكسير الحفزي والشعلات، وبصورة أكثر انتشارًا المركبات العضوية المتطايرة المنطلقة في وحدات العمليات المختلفة وأثناء تخزين الخزانات. وأكثر الملوثات تميزًا في هذا القطاع ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين، وتنتج أساسًا عن زيوت الوقود وغاز المصفاة المستخدمين وقودًا.

الإسمنت والغلايات والصناعات المعدنية غير الفلزية

ينتج تصنيع الإسمنت انبعاثات كبيرة من حيث الكمية من الجسيمات العالقة وNOx وSO2 وCO وCO2، إلى جانب كميات أقل من المركبات العضوية المتطايرة غير الميثانية (NMVOCs) وNH3 والكلور. وأهم المصادر النقطية هي الفرن ومبرّدات الكلنكر، إضافة إلى المسخنات المسبقة للتكليس ومطاحن المواد الخام والإسمنت، بينما قد تسهم المواد الخام والوقود المستخدمة في تكوين الكلنكر بكميات ضئيلة من المعادن الثقيلة المنبعثة في صورة جسيمات أو أبخرة. وتنتج انبعاثات NOx أساسًا في فرن الكلنكر بسبب درجات حرارة التكليس المرتفعة، في حين تعتمد انبعاثات SO2 على محتوى الكبريت في الوقود والمواد الخام معًا.

محارق النفايات ومنشآت المعالجة الحرارية للنفايات

تعالج محارق النفايات المخلفات عبر احتراق مضبوط، وهي عملية تولّد غاز مداخن ذا حمولة ملوثات معقدة بصورة خاصة، لأن التركيب غير المتجانس للنفايات قد ينتج مركبات سامة تتطلب أنظمة خفض محددة قبل إطلاقها في الغلاف الجوي. ويميل هذا القطاع إلى الخضوع لحدود انبعاث صارمة بصورة خاصة، وذلك بالتحديد بسبب تباين المواد المحروقة وخطر تولّد ملوثات عضوية ثابتة.

الصناعات الكيميائية والمعدنية والتحويلية

تُظهر الصناعة الكيميائية تنوعًا واسعًا في انبعاثات المداخن بحسب المنتج المصنَّع. فإنتاج حمض الكبريتيك يطلق SO2 وضباب حمض الكبريتيك، وإنتاج حمض الهيدروكلوريك يطلق Cl2 وHCl، وإنتاج الأمونيا ينبعث منه أساسًا CO2 الناتج عن الإصلاح البخاري للميثان المستخدم للحصول على هيدروجين التخليق (مع آثار من NH3 غير المحوَّلة)، وإنتاج اليوريا ينبعث منه NH3 والجسيمات العالقة، من بين عمليات أخرى لكل منها ملف انبعاثات خاص بها. وفي قطاع الصناعات المعدنية والتحويلية عمومًا، تجمع الانبعاثات بين مركبات مشتقة من المواد الخام المستخدمة (مثل المركبات القلوية) ومن الوقود المستخدم في عمليات التجفيف والحرق، وأهمها SO2 وNOx وCO والجسيمات العالقة والمركبات العضوية المتطايرة غير الميثانية.

تعتمد تركيبة انبعاثات المداخن على الوقود والعملية الصناعية، وهو ما يحدد الملوثات الواجب رصدها وكيفية رصدها. - Kunak

تعتمد تركيبة انبعاثات المداخن على الوقود والعملية الصناعية، وهو ما يحدد الملوثات الواجب رصدها وكيفية رصدها.

أبرز الملوثات الموجودة في انبعاثات المداخن

بما أن انبعاثات المداخن تحتوي على مزيج من الغازات والجسيمات تعتمد تركيبته مباشرة على العملية الصناعية والوقود المستخدم، وبما أن قطاع الطاقة مسؤول عن معظم الحجم العالمي المنبعث، فمن المفيد النظر في كيفية تولّد الغازات الرئيسية وآثارها.

تعتمد تركيبة انبعاثات المداخن على الوقود والعملية الصناعية، وهو ما يحدد الملوثات الواجب رصدها وكيفية رصدها.

أكاسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت وأول أكسيد الكربون

تتكوّن أكاسيد النيتروجين (NOx)أكاسيد النيتروجين (NOx) وأكسيد النيتروز (N2O) من الملوثات الهوائية الرئيسية التي تؤثر على جودة الهواء والمناخ عبر قطاعات متعددة: حضرية وصناعية وزراعية. تنت...
قراءة المزيد
أساسًا أثناء الاحتراق، إما من النيتروجين الموجود في الوقود نفسه أو من النيتروجين الموجود في الهواء المستخدم لحرقه، ولذلك فهي مرتبطة مباشرة بدرجة الحرارة وبتصميم عملية الاحتراق. أما ثاني أكسيد الكبريت (SO2) فيعتمد بصورة شبه كاملة على محتوى الوقود من الكبريت. ففي أنظمة الاحتراق يتحول نحو 95% من الكبريت الموجود إلى SO2، ويتأكسد ما بين 1% و5% إلى ثالث أكسيد الكبريت (SO3)، وينبعث ما بين 1% و3% في صورة جسيمات كبريتات. أما أول أكسيد الكربون (CO)أول أكسيد الكربون (CO) هو غاز غير مرئي (عديم اللون والرائحة) وفي الوقت نفسه قاتل صامت لأنه في غضون دقائق قليلة فقط يُظهر تأثيره السام الخطير عند استنشاقه ف...
قراءة المزيد
فهو غاز سام ينتج عن الاحتراق غير الكامل للوقود الأحفوري، حين لا يتوافر ما يكفي من الأكسجين أو الحرارة لإتمام أكسدة الكربون إلى CO2.

ثاني أكسيد الكربون وغازات الدفيئة

ثاني أكسيد الكربون (CO2) هو غاز الدفيئة الرئيسي من أصل صناعي، ويمثل قطاع الطاقة نحو 91.8% من إجمالي انبعاثاته، مقابل 6.4% من صناعة الإسمنت وحرق النفايات، و1.8% من الصناعة الكيميائية والمعدنية. وإلى جانب CO2، تأخذ قوائم جرد الانبعاثات في الحسبان الميثان (CH4) وأكسيد النيتروز (N2O) بوصفهما من غازات الدفيئةغازات الدفيئة (GHGs) هي غازات طبيعية وبشرية المنشأ تحبس الحرارة في الغلاف الجوي للأرض، وتنظم درجة حرارة الكوكب. ومع ذلك، عندما تزداد تركيزاتها بسبب الأنشطة...
قراءة المزيد
المهمة، ولكل منهما مصادر طبيعية وبشرية، مع أن النشاط البشري يهيمن بوضوح على انبعاثاتهما في الغلاف الجوي. وتنضاف إليها، بأحجام أقل ولكن بإمكانية احترار أعلى بكثير، مركبات الهيدروفلوروكربون (HFCs) والبيرفلوروكربون (PFCs) وسداسي فلوريد الكبريت (SF6).

الجسيمات العالقة والغبار

يقل قطر الجسيمات المنبعثة أثناء عمليات الاحتراق عادةً عن ميكرومتر واحد، وتسبب آثارًا بيئية مثل تراجع الرؤية والأمطار الحمضية وتدهور المواد المعرضة للعوامل الجوية. وتُصنَّف هذه الجسيمات عادةً بحسب الحجم (PM10 وPM2.5) لأن هذه الفئة الحجمية هي التي تحدد قدرتها على اختراق الجهاز التنفسي، ومن ثم أهميتها الصحية. وفي قطاعات مثل الإسمنت، يأتي الغبار من عملية التكليس نفسها ومن مناولة المواد الخام وتبريد الكلنكر، ما يجعله من الملوثات ذات الأولوية في الرقابة عند المدخنة.

المركبات العضوية المتطايرة والملوثات الخطرة

المركبات العضوية المتطايرة غير الميثانية (NMVOCs) هي مركبات عضوية غير الميثان قادرة على تكوين مؤكسدات كيميائية ضوئية عند تفاعلها مع أكاسيد النيتروجين بوجود أشعة الشمس. وتنضم إلى هذه المجموعة الملوثات العضوية الثابتة والمواد السامة مثل البنزين والفورمالديهايد والأكرولين والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs)، الشائعة في عمليات الاحتراق غير الكامل.

الغازات الحمضية والمعادن والملوثات الخاصة بعمليات بعينها

تولّد بعض العمليات الصناعية ملوثات شديدة الخصوصية. فإنتاج حمض الكبريتيك يطلق SO2 غير المحوَّل وضباب أو بخار حمض الكبريتيك؛ وإنتاج حمض الهيدروكلوريك يطلق HCl الغازي غير الممتص والكلور والمركبات العضوية المكلورة؛ وإنتاج اليوريا ينبعث منه الأمونيا والجسيمات العالقة، من بين ملفات أخرى خاصة بكل نشاط كيميائي. أما بالنسبة إلى المعادن، فيبرز الزئبق بسمّيته وثباته وقدرته على التراكم الأحيائي، ويُعد احتراق الفحم مصدره البشري الرئيسي، إذ أسهم بنحو 888 طنًا (46% من الإجمالي العالمي) في عام 2005 وفق بيانات برنامج الأمم المتحدة للبيئة. ويمكن أيضًا أن تنبعث معادن أثرية أخرى مثل الزرنيخ والكادميوم والكروم والنحاس والرصاص والنيكل والزنك في صورة جسيمات أو أبخرة، سواء من الوقود أو من المواد الخام المستخدمة في العملية.

يشكّل الرصد المحيطي ورصد محيط المنشأة الطبقة المكمّلة اللازمة لتحديد النطاق الحقيقي لانبعاثات المداخن الصناعية في جودة الهواء حول نقطة الانبعاث. - Kunak

يشكّل الرصد المحيطي ورصد محيط المنشأة الطبقة المكمّلة اللازمة لتحديد النطاق الحقيقي لانبعاثات المداخن الصناعية في جودة الهواء حول نقطة الانبعاث.

كيف تُقاس انبعاثات المداخن

تُحدَّد كمية انبعاثات المداخن عبر نهجين عامين متكاملين. فمن جهة هناك الاختبارات الدورية التي يجريها فنيون في أوقات محددة، بينما تتيح أنظمة الرصد الآلي القياس المستمر لأنها مدمجة بصورة دائمة في المنشأة. ويشترك النهجان في الهدف نفسه: تحديد تركيز الملوثاتيشير مصطلح تركيز الملوثات في الهواء المحيط (الإميسيّون) إلى تركيز مادة ملوثة يُقاس في الغلاف الجوي عند موقع محدد. وقد تنشأ هذه الملوثات عن الأنشطة البشرية ...
قراءة المزيد
الموجودة في غاز المداخن
للتحقق من الامتثال لقيمة حد الانبعاث المقررة في التصريح البيئي المقابل. ولتحديد هذا التركيز، يعتمدان على ما يلي:

الاختبارات الدورية لانبعاثات المداخن

يتمثل الاختبار الدوري في أخذ عينات من غاز المداخن في أوقات محددة، عادةً بوتيرة سنوية أو نصف سنوية تحددها اللائحة المعمول بها، باستخدام طرق مرجعية موحدة لكل ملوث. ويُكلَّف بهذا النوع من القياس عادةً مختبرات معتمدة، ويقدّم صورة لحظية تمثيلية عن ظروف الانبعاث وقت أخذ العينات، وإن كان لا يستطيع رصد التغيرات التي تحدث خارج تلك الفترة الزمنية.

أخذ عينات الجسيمات متساوي السرعة

لقياس الجسيمات العالقة في المدخنة، يُستخدم أخذ العينات متساوي السرعة، وهي تقنية تُضبط فيها سرعة دخول الغاز إلى مسبار أخذ العينات بحيث تطابق سرعة الغاز في القناة الرئيسية. وهذا الضبط ضروري لأن اختلاف سرعة الشفط عن سرعة التدفق الفعلية يؤدي إلى التقاط غير متناسب للجسيمات الأكبر أو الأصغر، ما يشوّه النتيجة؛ ولهذا يُحافَظ على تناسب معدل تدفق العينة مع معدل تدفق الغاز المنبعث من المدخنة.

أنظمة الرصد الآلي المستمر للانبعاثات

تُعرف أنظمة الرصد الآلي دوليًا باسم CEMS (نظام الرصد المستمر للانبعاثات)، وهي ترصد وتسجل باستمرار انبعاثات المصادر الثابتة مثل محطات الطاقة ومصافي التكرير ومصانع الإسمنت ومحارق النفايات. ويدمج نظام CEMS محللات الغازات وأنظمة قياس الجسيمات العالقة والعتامة وقياس معدل التدفق الحجمي ونظام إدارة بيانات الانبعاثات (DAHS) الذي يركّز السجل ويدعم الإبلاغ التنظيمي. وأكثر الملوثات رصدًا بصورة مستمرة هي NOx وSO2 وCO وCO2 والجسيمات العالقة، وإن كان يمكن أن تُضاف إليها HCl وHF وNH3 والزئبق أو المركبات العضوية المتطايرة بحسب النشاط الخاضع للتنظيم.

الأنظمة الاستخلاصية وأنظمة القياس في الموقع

تنقسم أنظمة CEMS إلى تكوينين رئيسيين بحسب موضع تحليل الغاز. فتلتقط الأنظمة الاستخلاصية عينة من غاز المداخن وتنقلها عبر خط مسخَّن إلى وحدة تهيئة (تضم مضخات ومبردات ومحولات) وتحللها خارج المدخنة، في خزانة المحلل. أما الأنظمة في الموقع فتجري القياس مباشرة داخل القناة، دون استخلاص العينة، باستخدام تقنيات مثل أنظمة الليزر التي تخترق تدفق الغاز نفسه. ويعتمد الاختيار بين أحدهما والآخر على عوامل مثل درجة حرارة الغاز ومحتواه من الرطوبة أو الجسيمات، ومتطلبات الصيانة في كل منشأة صناعية محللة.

التركيز ومعدل التدفق ومعدل الانبعاث الكتلي

لا تفيد أي من هذه التقنيات بمفردها دون معرفة معدل التدفق الحجمي للغاز المار عبر المدخنة، لأن التركيز المقيس (مثلًا بوحدة mg/m3) يجب أن يُجمع مع هذا المعدل للحصول على معدل الانبعاث الكتلي بوحدة kg/h أو g/s، وهي الكمية التي تُقارَن فعليًا بحد الانبعاث التنظيمي. ولذلك تتضمن أنظمة CEMS المعتمدة والاختبارات الدورية معًا أنظمة لقياس التدفق الحجمي بوصفها جزءًا لا يتجزأ من المنشأة، وليس مجرد محللات للتركيز.

دون قياس معدل التدفق الحجمي للغاز، لا يمكن تحويل التركيز إلى معدل انبعاث كتلي ولا التحقق من الامتثال لحدود الانبعاث.
يصدر انبعاث المدخنة دائمًا من مصدر ثابت، أي منشأة ثابتة مثل مصنع إسمنت. - Kunak

يصدر انبعاث المدخنة دائمًا من مصدر ثابت، أي منشأة ثابتة مثل مصنع إسمنت.

رصد انبعاثات المداخن والامتثال التنظيمي

لن يكون لقياس انبعاثات المداخن معنى دون مراعاة الإطار التنظيمي الذي يفرضه ويحدد كيفية إجرائه وبأي وتيرة وفي ظل أي ضوابط جودة.

للاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة نظامان تنظيميان مختلفان للرقابة على انبعاثات المداخن، لكنهما يشتركان في منطق واحد: وضع حدود للانبعاثات، واشتراط طرق قياس موثوقة، وإرساء إجراءات اعتماد تضمن جودة البيانات.

توجيه الانبعاثات الصناعية وأفضل التقنيات المتاحة

في الاتحاد الأوروبي، يضع توجيه الانبعاثات الصناعية 2010/75/EU (IED) إطار المنع المتكامل للتلوث ومكافحته لأكبر المنشآت الصناعية. ويهدف إلى تجنب التلوث الناتج عن النشاط الصناعي وتقليله، والقضاء عليه قدر الإمكان.

وجوهر هذا التوجيه هو أفضل التقنيات المتاحة (BAT)، أي التقنيات الأكثر فاعلية لتحقيق مستوى عالٍ من حماية البيئة ككل، والتي ينتج عن تطبيقها BAT-AELs، أي مستويات الانبعاث المرتبطة بأفضل التقنيات المتاحة، وهي النطاق المرجعي الذي تُقارَن به الانبعاثات المقيسة في المدخنة. وقد عُدِّل التوجيه في عام 2024 بموجب التوجيه (EU) 2024/1785، الذي يوسّع نطاقه ليشمل انبعاثات تربية الماشية ويعزز دور التقنيات الناشئة، مثل المضافات العلفية المثبطة للميثان أو مستشعرات الرصد المستمر في الوقت الفعلي للانبعاثات المعوية.

طرق EPA ومواصفات أداء أنظمة CEMS

في الولايات المتحدة، تنظّم EPA أنظمة CEMS عبر الباب 40 من مدونة اللوائح الفيدرالية (40 CFR)، وتعرّف نظام CEMS بأنه مجموعة المعدات اللازمة لتحديد تركيز أو معدل انبعاث غاز أو جسيمات باستخدام محللات ومعادلة تحويل. ولضمان موثوقية النظام وقت تركيبه، تشترط EPA أن يجتاز مواصفات الأداء (PS)، وهي مجموعة من 18 بروتوكولًا مرقمًا تغطي كل شيء من العتامة (PS-1) وSO2/NOx (PS-2) إلى الجسيمات العالقة (PS-11) والزئبق (PS-12A/B) أو كلوريد الهيدروجين الغازي (PS-19). وبعد التركيب، يجب أن يخضع النظام كذلك لفحوص جودة دورية (مثل اختبار الدقة النسبية (RA) قياسًا إلى طريقة مرجعية)، وهي شروط واردة في الملحق F من 40 CFR Part 60، وتقيّم ما إذا كانت البيانات الصادرة لا تزال صالحة لتحديد الامتثال التنظيمي.

معايير EN وISO والاعتماد وMCERTS

في أوروبا، تُضمن موثوقية أنظمة CEMS عبر معايير EN وISO التقنية التي تحدد الطرق المرجعية وإجراءات المعايرة ومراقبة الجودة، وتستكملها مخططات اعتماد وطنية. ويُعد MCERTS (مخطط شهادات الرصد)، الذي طُوّر في المملكة المتحدة، من أوسع المخططات المرجعية اعترافًا. وهو يمنح الشهادة لكل من معدات الرصد المستمر والأفراد والجهات التي تجري الاختبارات الدورية، وقد جرى توسيعه ليشمل أنظمة الرصد المحيطي والمستشعرات منخفضة التكلفة.

يتيح مخطط MCERTS المرجعي، بوصفه مزيجًا من المعايير التقنية ومخططات الشهادات، للجهات التنظيمية الثقة بأن قراءة الانبعاث، سواء صدرت عن نظام CEMS أو عن اختبار دوري، تعكس فعلًا حالة المدخنة وليس خطأ في القياس أو المعايرة.
انبعاثات المداخن الصناعية، الصادرة عن مصدر نقطي أو ثابت، تعني أن غاز المداخن يمر عبر قناة يمكن تحديدها قبل أن يصل إلى الهواء الخارجي. - Kunak

انبعاثات المداخن الصناعية، الصادرة عن مصدر نقطي أو ثابت، تعني أن غاز المداخن يمر عبر قناة يمكن تحديدها قبل أن يصل إلى الهواء الخارجي.

الاختبارات الدورية مقابل الرصد المستمر للانبعاثات

الاختيار بين الاختبار الدوري ونظام الرصد الآلي المستمر لانبعاثات المداخن ليس مسألة أي الطريقتين أنسب، بل مسألة معرفة ما تشترطه اللائحة المعمول بها ومستوى الرقابة الذي تحتاجه كل منشأة.

والواقع أن اللائحة نفسها تعد النهجين صالحين. فالرصد المستمر (CEMS) يوفر متوسطات للتركيز على فترات من دقائق أو ساعات، بينما يرسل أخذ العينات الدوري (شهريًا أو نصف سنوي أو سنويًا، بحسب معيار الانبعاث المعمول به) العينات إلى المختبر ويحصل على النتائج بعد أيام أو أسابيع.

المعيار الاختبارات الدورية أنظمة الرصد الآلي المستمر (CEMS)
التغطية الزمنية صورة لحظية تمثيلية في وقت محدد، بوتيرة شهرية أو نصف سنوية أو سنوية. تسجيل دون انقطاع، مع بيانات كل دقيقة أو كل ساعة.
التكلفة استثمار أولي أقل، لكن بتكلفة متكررة عن كل حملة لأخذ العينات وتحليلها في المختبر. استثمار أولي أعلى في المعدات والتهيئة، مع تكلفة تشغيل موزعة على مدى الزمن.
التركيب لا يتطلب تركيبًا دائمًا؛ بل يكفي تهيئة مصدر الانبعاث لأخذ عينة تمثيلية. يتطلب تركيبًا ثابتًا مدمجًا في المدخنة، مع أنظمة تهيئة وإدارة للبيانات (DAHS).
القدرة على رصد الحلقات محدودة، لأنه يعكس فقط الظروف وقت أخذ العينات، دون رصد الذروات خارج تلك الفترة. عالية، لأنه يتيح تحديد الذروات والاتجاهات والانحرافات في الوقت الفعلي.
الاستخدام التنظيمي صالح بوصفه طريقة مرجعية في المنشآت الأقل متطلبات، أو للتحقق من نظام CEMS. مطلوب في المنشآت الأكبر أو الأعلى خطورة، ويخضع لمواصفات الأداء وضوابط الجودة الدورية.
احتياجات الصيانة منخفضة بين الحملات؛ وتتركز الصيانة حول كل اختبار على حدة. مستمرة، مع المعايرة وضوابط الجودة والتحقق الدوري قياسًا إلى الطرق المرجعية.

متى تُستخدم كل طريقة

لا تفرض اللائحة نهجًا واحدًا شاملًا، إذ يُطلب عادةً من المنشآت الأكبر أو الأكثر خطورة بيئيًا، مثل محطات الطاقة والمحارق ومصانع الإسمنت الكبيرة، تركيب أنظمة CEMS، بينما يمكن للمنشآت الأصغر أو المصادر الأقل أهمية الامتثال عبر الاختبارات الدورية. وثمة خيار ثالث وسيط: المحللات المحمولة. وهي توفر مستوى الأداء نفسه الذي توفره وحدة ثابتة لكن بصورة مؤقتة، وتفيد في التحقق من سلامة عمل نظام CEMS مركّب، وفي التقييمات القصيرة التي تمتد من ثلاثة إلى خمسة أيام.

لماذا يكمّل النهجان أحدهما الآخر

عمليًا، تجمع منشآت كثيرة بين الطريقتين. فبينما يوفر نظام CEMS الرقابة المستمرة اللازمة للتحكم في العملية والكشف المبكر عن الحلقات، تُستخدم الاختبارات الدورية بالطرق المرجعية للتحقق من دقة النظام الآلي نفسه وإثباتها. وهذا المنطق نفسه القائم على طبقات متكاملة، من حل مستمر مع تحقق دوري، هو ما يرتبط لاحقًا بدور الرصد المحيطي ورصد محيط المنشأة، الذي يضيف طبقة ثالثة من الرقابة تتجاوز نقطة الانبعاث.

الانبعاثات الصادرة عن المداخن هي غازات وجسيمات تُطلق في الغلاف الجوي عبر المداخن أو القنوات أو منافذ التصريف في المصادر الصناعية الثابتة. - Kunak

الانبعاثات الصادرة عن المداخن هي غازات وجسيمات تُطلق في الغلاف الجوي عبر المداخن أو القنوات أو منافذ التصريف في المصادر الصناعية الثابتة.

من المدخنة إلى جودة الهواء المحيط

بمجرد أن يغادر الملوث المدخنة، يتوقف تركيزه المقيس عند تلك النقطة عن أن يكون المتغير الحاسم. ومن تلك اللحظة، يصبح المهم هو كيف تتصرف كتلة الغاز تلك في الغلاف الجوي، أي التركيز المحيطي الذي يصل في النهاية إلى مستوى سطح الأرض، حيث يتنفس الناس.

كيف تتشتت أعمدة الانبعاثات في الغلاف الجوي

عند مغادرة المدخنة، يرتفع الغاز إلى ارتفاع فعّال (الارتفاع المادي للقناة مضافًا إليه الارتفاع الإضافي الناتج عن الزخم الأولي للغاز وفرق الحرارة مع الهواء المحيط)، ومن هناك يتحرك أفقيًا في اتجاه الرياح بينما يتشتت في المستوى العمودي عبر الاضطراب الجوي.

ولا يكون هذا السلوك واحدًا دائمًا. فـبحسب الاستقرار الجوي وظروف الرياح، يمكن أن يتخذ العمود أشكالًا مختلفة، من نمط مخروطي يمكن التنبؤ به في ظروف رياح معتدلة ومستقرة، إلى عمود متعرج غير منتظم في ظروف الاضطراب، أو عمود مروحي ينتشر أفقيًا قرب سطح الأرض عند وجود انقلاب حراري ورياح ضعيفة.

تتيح الخوارزميات، القائمة على البيانات الجوية، تتبع مسار تلوث الهواء وتحديد مصدره المحتمل. - Kunak

تتيح الخوارزميات، القائمة على البيانات الجوية، تتبع مسار تلوث الهواء وتحديد مصدره المحتمل. إنفوغرافيك Envirosuite.

وثمة حالة ذات صلة خاصة بالصناعة: حين تكون الغازات المنبعثة أبرد من الهواء المحيط ويُظهر العمود طفوًا سالبًا، فيهبط مباشرة نحو الأرض ويزيد تراكيز الملوثات في محيط مصدر الانبعاث تحديدًا.

لماذا لا يصف القياس داخل المدخنة وحده التعرض عند مستوى سطح الأرض

تُظهر نماذج التشتت هذه (وأكثرها استخدامًا نموذج العمود الغاوسي) أن التركيز النهائي عند نقطة معينة يعتمد على متغيرات عديدة خارجة عن المدخنة نفسها، مثل سرعة الرياح واتجاهها وفئة الاستقرار الجوي والمسافة عن المصدر وتضاريس الأرض والظروف الجوية في ذلك الوقت. ونتيجة لذلك، يمكن لمنشأتين لهما معدل الانبعاث الكتلي نفسه في المدخنة أن تولّدا مستويات تعرض مختلفة تمامًا عند سطح الأرض، لمجرد اختلاف الارتفاع الفعّال لمداخنهما أو الظروف الجوية المحلية أو التضاريس المحيطة.

تركيز انبعاثات المداخن المقيس عند نقطة التصريف مقياس للامتثال التنظيمي، لكنه لا يكشف بذاته مقدار الملوث الذي يتنفسه العاملون أو المجتمعات القريبة فعليًا.

الرصد المحيطي ورصد محيط المنشأة بوصفهما دليلًا مكمّلًا

هذه الفجوة بين ما يُقاس في المدخنة وما يحدث عند مستوى سطح الأرض هي بالتحديد ما يغطيه رصد محيط المنشأة. فعلى خلاف نظام CEMS الذي يراقب نقطة محددة وثابتة، ينشر رصد محيط المنشأة شبكة من المحطات حول المنشأة تتيح معرفة ما يحدث فعلًا في المحيط، فترصد كلًّا من أثر الانبعاثات الموجَّهة بعد تشتتها وأثر المصادر الهاربة أو المنتشرة التي لا يستطيع أي نظام CEMS التقاطها.

ولا تحل طبقة الرقابة التي يوفرها الرصد المحيطي ورصد محيط المنشأة محل القياس التنظيمي داخل المدخنة؛ بل توفر دليلًا مكمّلًا. فهي تربط التراكيز المحيطية بالظروف الجوية في الوقت نفسه، ما يتيح ربط رصد ذروات محددة بأنشطة بعينها في المنشأة. وبهذا تمنح الصناعة والمجتمعات القريبة صورة أكمل بكثير عن الأثر الحقيقي للنشاط الصناعي في جودة الهواء الذي يتنفسونه.

يوفر رصد محيط المنشأة السياق الذي لا يستطيع القياس داخل المدخنة تقديمه، إذ يربط الانبعاثات بالظروف الجوية وأثرها في الهواء الذي تتنفسه المجتمعات القريبة.
انبعاثات المداخن، أو الانبعاثات الموجَّهة، هي خليط من الغازات والجسيمات يتولد في عملية صناعية ويُطلق في الغلاف الجوي عبر قناة أو نقطة تصريف محددة هي المدخنة. - Kunak

انبعاثات المداخن، أو الانبعاثات الموجَّهة، هي خليط من الغازات والجسيمات يتولد في عملية صناعية ويُطلق في الغلاف الجوي عبر قناة أو نقطة تصريف محددة هي المدخنة.

كيف نحسّن إدارة انبعاثات المداخن

إلى جانب الامتثال لقيمة حد الانبعاث، يمكن أن تصبح البيانات الناتجة عن القياس داخل المدخنة أداة فاعلة لتحسين العملية الصناعية نفسها، وكذلك لتعزيز موثوقية القياسات وفهم الأثر البيئي الحقيقي للمنشأة.

استخدام بيانات الانبعاثات لتحسين العمليات الصناعية

تفيد بيانات الانبعاثات الدقيقة والمستمرة في إثبات الامتثال التنظيمي، لكنها تتيح أيضًا تحسين عملية الإنتاج نفسها ورفع كفاءة الطاقة ومن ثم خفض تكاليف التشغيل. فنظام CEMS الذي يسجل التغيرات الفورية في NOx أو SO2 أو CO يستطيع الإشارة إلى أوجه قصور في الاحتراق، أو عدم توافق في جرعات كواشف الخفض، أو انحرافات في جودة المواد الخام، قبل أن تتحول إلى تجاوز تنظيمي، ما يتيح معالجة سبب المشكلة وليس نتيجتها فحسب. وهذه القدرة على الاستباق هي ما يحوّل رصد الانبعاثات من التزام رد فعلي إلى أداة تحكم تنبؤية في العملية.

مراقبة الجودة والمعايرة وإمكانية تتبع البيانات

لا تكون قراءة الانبعاث مفيدة إلا إذا كانت موثوقة، وتُضمن هذه الموثوقية عبر إجراءات موحدة لمراقبة الجودة. وفي أوروبا، يحدد المعيار EN 14181:2015 ثلاثة مستويات لضمان الجودة (QAL):

العنصر الهدف متى يُنفَّذ
QAL1 التحقق من أن نظام القياس الآلي (AMS) مناسب للاستخدام ويستوفي متطلبات الأداء قبل تركيبه. قبل تركيب المعدات.
QAL2 معايرة نظام AMS بمقارنة قراءاته بالطرق المرجعية لضمان دقة البيانات. بعد التركيب، ثم كل ثلاث إلى أربع سنوات لاحقًا (بحسب المنشأة).
QAL3 التحقق المستمر من احتفاظ المعدات باستقرارها ومن بقاء انحراف الصفر والمدى ضمن حدود مقبولة. طوال فترة تشغيل النظام.
الاختبار السنوي للمراقبة (AST) التأكد من أن المعايرة المحصلة في إطار QAL2 لا تزال صالحة وأن النظام يحتفظ بموثوقيته. سنويًا.

وفي الولايات المتحدة، يرد مخطط مكافئ في مواصفات الأداء واختبارات الدقة النسبية الواردة في 40 CFR، بينما يشترط في دول مثل تشيلي بروتوكول محدد للضمان والرقابة على الجودة (QA/QC) إجراء اختبارات خطية موثقة ومعايرات للغازات أو عمليات تدقيق للارتباط المطلق لضمان إمكانية تتبع كل قراءة مُبلَّغ عنها.

دمج بيانات المدخنة والأحوال الجوية وجودة الهواء

تتمثل الخطوة الأخيرة نحو الإدارة المتقدمة للانبعاثات في دمج بيانات المدخنة مع المعلومات الجوية ومع شبكات جودة الهواء المحيط، بدلًا من التعامل معها بوصفها مصادر معلومات معزولة. فتجمع نماذج التشتت الفورية بين بيانات الانبعاث الصادرة عن أجهزة الرصد المستمر والبيانات الجوية الصادرة عن المحطات السطحية لمحاكاة سلوك عمود التلوث على أساس ساعي والتركيز المتوقع عند مستوى سطح الأرض. ويتيح هذا الدمج للصناعة ربط ذروة رُصدت في محطة محيط المنشأة بظروف الرياح والاستقرار الجوي في ذلك الوقت، وربطها، عند الاقتضاء، بتغير محدد سجّله نظام CEMS في المدخنة، فتُغلق الحلقة بين ما يُنبعث وكيف يتشتت وما أثره الفعلي في جودة الهواء الذي يتنفسه العاملون والمجتمعات القريبة.

كيف تكمّل Kunak رصد انبعاثات المداخن

لا تحل محطات Kunak لرصد انبعاثات المداخن محل الاختبارات التنظيمية التي تُجرى في المدخنة، ولا تعادل نظام CEMS المركّب في قناة التصريف. فبما أنها لا تقيس تركيز غاز المداخن ولا معدل تدفقه عند نقطة التصريف، لا يمكن استخدامها طريقةً للامتثال لقيمة حد الانبعاث المقررة في التصريح البيئي. ودورها مختلف ومكمّل، إذ توفر رؤية لما يحدث خارج المدخنة، في المحيط الذي تنتهي فيه هذه الانبعاثات بعد تشتتها فتؤثر في الناس والنظم البيئية على حد سواء.

وتتيح شبكة من محطات Kunak AIR Pro منتشرة حول منشأة صناعية معرفة التركيز الفعلي للملوثات في الهواء المحيط، أي حجم الأثر في المحيط الذي يحدد في نهاية المطاف تعرض العاملين والمجتمعات. وهذا رقم قد يختلف اختلافًا كبيرًا عن التركيز المقيس في المدخنة، بحسب الأحوال الجوية والمسافة عن مصدر الانبعاث.

وعلى خلاف نظام CEMS الذي تجري رقابته عند نقطة ثابتة واحدة، يغطي رصد محيط المنشأة المحيط الكامل للمنشأة الصناعية، فيرصد كلًّا من أثر الانبعاثات الموجَّهة بعد تشتتها وأثر المصادر الهاربة أو المنتشرة التي لا يستطيع أي نظام داخل المدخنة التقاطها.

تعمل محطات محيط المنشأة على تسجيل ذروات التركيز في الوقت الفعلي، في المكان الذي تقع فيه آثارها تحديدًا، عند مستوى سطح الأرض. وهذا مهم بصورة خاصة أثناء حلقات الطفو السالب للعمود أو الانقلاب الحراري، حيث يمكن أن يتركز الملوث قرب المصدر بدلًا من أن يتشتت على ارتفاع.

وبالمثل، تُستخدم البيانات المحيطية المقيسة ميدانيًا في التحقق من نماذج التشتت ومعايرتها (مثل نموذج العمود الغاوسي) التي تتنبأ بكيفية تصرف العمود بحسب الأحوال الجوية، وذلك بمقارنة التنبؤ النظري بتركيز الملوث المسجل فعليًا.

وتقوم محطات Kunak AIR، بدمجها مستشعرات الأحوال الجوية إلى جانب مستشعرات مختلف ملوثات الغلاف الجوي، بربط كل ذروة تركيز باتجاه الرياح وسرعتها في كل لحظة، ما يسهّل تحديد المصدر المعين الذي يأتي منه الانبعاث حين تتعدد مصادر الانبعاث المحتملة في المنطقة.

ويمكن توجيه شبكة رصد محيط المنشأة، مثل الشبكات التي تنشئها Kunak، نحو المستقبِلات الحساسة تحديدًا (المناطق السكنية أو المدارس أو المرافق الصحية القريبة)، لضمان ألا تقتصر الرقابة على الامتثال التنظيمي عند مصدر الانبعاث، بل تستجيب أيضًا للحماية الفعلية للصحة العامة في محيط الصناعة المرصودة.

ومن الأمثلة على هذا التركيز على المستقبِلات الحساسة مشروع Nama Water Services في سلطنة عُمان، حيث ترصد 28 محطة Kunak AIR Pro مجهزة بمستشعرات H2S وNH3 والمركبات العضوية المتطايرة الروائح المنبعثة من عدة محطات لمعالجة مياه الصرف الصحي تقع في مدن مختلفة من البلاد، وذلك تحديدًا لحماية السكان القريبين. وفي بيئة حضرية أكثر، نشر مجلس مدينة بلباو شبكة من 41 محطة Kunak AIR Pro بتكوينات مختلفة بحسب الموقع، تشمل مجسّات إضافية لتقييم أثر منطقة الانبعاثات المنخفضة وتوفير رقابة دائمة على جودة الهواء في الأحياء والمناطق الأكثر حساسية في المدينة.

وعند ورود شكوى بشأن الروائح أو وقوع حادثة تلوث محددة، يتيح وجود سجل تاريخي للبيانات المحيطية بدقة زمنية عالية إعادة بناء ما حدث وربطه بالأحوال الجوية وتشغيل المنشأة في ذلك الوقت، ما يوفر أدلة موضوعية للصناعة والسلطات والمجتمع المتضرر على حد سواء.
تحتوي انبعاثات المداخن الصناعية عادةً على تشكيلة من الملوثات، من أكاسيد النيتروجين والكبريت إلى الجسيمات العالقة والمركبات العضوية المتطايرة. - Kunak

تحتوي انبعاثات المداخن الصناعية عادةً على تشكيلة من الملوثات، من أكاسيد النيتروجين والكبريت إلى الجسيمات العالقة والمركبات العضوية المتطايرة.

أسئلة شائعة حول انبعاثات المداخن

ما هي انبعاثات المداخن؟

انبعاثات المداخن، أو الانبعاثات الموجَّهة، هي خليط من الغازات والجسيمات يتولد في عملية صناعية ويُطلق في الغلاف الجوي عبر قناة أو نقطة تصريف محددة هي المدخنة.

وهي تصدر دائمًا من مصدر ثابت، أي منشأة ثابتة مثل محطة طاقة أو مصفاة تكرير أو مصنع إسمنت أو محرقة، يمر غاز المداخن فيها عبر قناة قبل أن يصل إلى الهواء الخارجي. ويجعل هذا التوجيه من المدخنة مصدرًا نقطيًا يسهل تحديد موقعه بوضوح، ما يتيح للوائح اشتراط الرقابة عليه كلما كان ذلك ممكنًا من الناحية التقنية، إذ يسهل كثيرًا تحديد كمية قناة يمكن تحديدها ومراقبتها مقارنةً بتسرب منتشر في أرجاء المصنع كله. ومع ذلك، لا يوجد دائمًا ارتباط مباشر بين المدخنة المصدِرة للانبعاثات والنشاط الذي ينشئها، إذ يمكن لمدخنة واحدة أن تجمع غازات من عدة عمليات مختلفة داخل المنشأة الصناعية نفسها.

ما الملوثات الشائعة في انبعاثات المداخن الصناعية؟

تعتمد تركيبة انبعاثات المداخن مباشرة على العملية الصناعية والوقود المستخدم. فتتكوّن أكاسيد النيتروجين (NOx) أساسًا أثناء الاحتراق، من النيتروجين الموجود في الوقود نفسه أو من الهواء المستخدم لحرقه.

ويعتمد ثاني أكسيد الكبريت (SO2) بصورة شبه كاملة على محتوى الوقود من الكبريت، بينما ينتج أول أكسيد الكربون (CO) عن الاحتراق غير الكامل. أما ثاني أكسيد الكربون (CO2) فهو غاز الدفيئة الرئيسي من أصل صناعي، ويتركز خصوصًا في قطاع الطاقة.

وتأتي الجسيمات العالقة، المصنفة بحسب الحجم (PM10 وPM2.5)، من الاحتراق ومن عمليات التكليس أو مناولة المواد الخام على حد سواء. أما المركبات العضوية المتطايرة غير الميثانية (NMVOCs) فهي مركبات عضوية غير الميثان قادرة على تكوين مؤكسدات كيميائية ضوئية. وتنضم إليها ملوثات خاصة بعمليات بعينها، مثل حمض الكبريتيك والكلور والأمونيا أو معادن ثقيلة كالزئبق والزرنيخ والكادميوم والكروم والرصاص والنيكل، مصدرها الوقود أو المواد الخام.

كيف تُقاس انبعاثات المداخن؟

تُحدَّد كمية انبعاثات المداخن عبر نهجين عامين متكاملين. فتتمثل الاختبارات الدورية في أخذ عينات من غاز المداخن في أوقات محددة، بوتيرة تحددها اللائحة المعمول بها، باستخدام طرق مرجعية موحدة لكل ملوث، بما في ذلك أخذ العينات متساوي السرعة للجسيمات العالقة، الذي يضبط سرعة الشفط على سرعة الغاز الفعلية في القناة. أما أنظمة الرصد الآلي المستمر (CEMS) فترصد الانبعاثات وتسجلها دون انقطاع، وتدمج محللات الغازات وقياس معدل التدفق الحجمي ونظام إدارة البيانات. ويمكن أن تكون هذه الأنظمة استخلاصية، حين تحلل العينة خارج المدخنة، أو في الموقع، حين يُجرى القياس مباشرة داخل القناة.

وفي الحالتين، يجب جمع التركيز المقيس مع معدل التدفق الحجمي للغاز للحصول على معدل الانبعاث الكتلي، وهو الكمية التي تُقارَن فعليًا بقيمة حد الانبعاث التنظيمي، سواء عبر اختبار منفرد أو عبر رصد مستمر معتمد وفق مواصفات الأداء.

ما الفرق بين انبعاثات المداخن والانبعاثات الهاربة والانبعاثات المنتشرة؟

تمر انبعاثات المداخن عبر قناة ثابتة يمكن تحديدها، ما يتيح قياسها مباشرة عند نقطة التصريف عبر اختبارات دورية أو أنظمة CEMS، ومقارنتها بقيمة حد انبعاث محددة في التصريح البيئي.

أما الانبعاثات الهاربة فتتسرب دون ضبط من مكونات مثل الصمامات والوصلات والحشوات وخزانات التخزين، دون المرور عبر أي قناة، ولذلك لا يمكن قياسها بالطرق نفسها وتتطلب أنظمة كشف خاصة، مثل برامج LDAR (الكشف عن التسريبات وإصلاحها).

وثمة فئة ثالثة هي الانبعاثات المنتشرة، وتنشأ من أسطح واسعة (أكوام المواد أو مناطق التحميل) ليست لها نقطة تسرب محددة، ولا يمكن كذلك توجيهها نحو مدخنة.

الفروق بين انبعاثات المداخن والانبعاثات الهاربة والانبعاثات المنتشرة - Kunak

إنفوغرافيك: الفروق بين انبعاثات المداخن والانبعاثات الهاربة والانبعاثات المنتشرة – Kunak

وهذا التمييز أساسي من منظور الإدارة البيئية لأن كل نوع من الانبعاثات يتطلب استراتيجية رقابة مختلفة. ففي حين تُراقَب الانبعاثات الموجَّهة بأنظمة CEMS أو اختبارات دورية في القناة نفسها، تحتاج الانبعاثات الهاربة والمنتشرة إلى رصد محيط المنشأة لكي يمكن كشفها وتحديد كميتها بدقة في محيط المنشأة.

هل يمكن لمستشعرات جودة الهواء أن تحل محل نظام CEMS؟

لا. فنظام CEMS المنظَّم يقيس مباشرة تركيز الملوثات، وفي حالات معينة معدل التدفق الحجمي للغازات في المدخنة نفسها، ويجب أن يجتاز مواصفات الأداء وضوابط الجودة التي تحددها اللائحة المعمول بها، مثل مواصفات الأداء الصادرة عن EPA أو المعيار EN 14181 في أوروبا.

ولا تجري محطات رصد جودة الهواءيعد التحكم في جودة الهواء مهمة أساسية من أجل الاستمتاع بظروف بيئية مثالية لتحقيق تنمية بشرية صحية والحفاظ على البيئة في حالة جيدة. تعد التطورات المجتمعية ا...
قراءة المزيد
هذا القياس عند نقطة التصريف، ولذلك ليست لها حجية قانونية لإثبات الامتثال لقيمة حد الانبعاث المقررة في التصريح البيئي للمنشأة. ودورها مكمّل: توفير رؤية للأثر الفعلي لهذه الانبعاثات بعد تشتتها في الغلاف الجوي، ورصد محيط المنشأة الصناعية، وكشف الحلقات عند مستوى سطح الأرض، واختبار نماذج التشتت وربط التراكيز المحيطية بالأحوال الجوية في ذلك الوقت. وهي طبقة رقابة مفيدة بصورة خاصة لحماية العاملين والمجتمعات القريبة، وتدعم التحقيقات في الشكاوى أو الحلقات المحددة، وتوفر أدلة موضوعية عن جودة الهواء الفعلية، لكنها لا تحل أبدًا محل الاختبار التنظيمي أو نظام CEMS المركّب في المدخنة.

يُعد توجيه انبعاثات المداخن أمرًا أساسيًا من الناحية التنظيمية، لأن اللوائح تشترط توجيه الانبعاثات عبر مدخنة كلما كان ذلك ممكنًا من الناحية التقنية. - Kunak

يُعد توجيه انبعاثات المداخن أمرًا أساسيًا من الناحية التنظيمية، لأن اللوائح تشترط توجيه الانبعاثات عبر مدخنة كلما كان ذلك ممكنًا من الناحية التقنية.

الجمع بين قياس المصدر والرصد البيئي

تحدد الاختبارات الدورية داخل المدخنة وأنظمة الرصد الآلي المستمر (CEMS) ما تطلقه المنشأة تحديدًا عند نقطة تصريفها، وبأي تركيز وبأي معدل انبعاث كتلي، وتقارنه بقيمة حد الانبعاث المقررة في تصريحها البيئي. وقياس المصدر هذا هو، وسيظل، الأساس القانوني للامتثال التنظيمي للمصادر الثابتة، وذلك بالتحديد لأنه يوفر قراءة معتمدة وقابلة للتتبع والمقارنة وفق مواصفات الأداء التي تشترطها اللائحة المعمول بها.

غير أن هذه القراءة وحدها لا تفسر ما يحدث بعد مغادرة الملوث للمدخنة. فتشتت العمود في الغلاف الجوي يعتمد على الأحوال الجوية والتضاريس والارتفاع الفعّال للمصدر، وهي عوامل تحدد ما إذا كان هذا الانبعاث ينعكس في أثر كبير عند مستوى سطح الأرض أم يتخفف دون عواقب تُذكر. وفي الفجوة بين ما يُنبعث وما يُتنفس في النهاية تضيف شبكات الرصد المحيطي ورصد محيط المنشأة قيمتها. فهي، وإن كانت لا تحل محل الاختبار التنظيمي أو نظام CEMS، تتيح ملاحظة كيف تتصرف هذه الانبعاثات بعد تشتتها، وربطها باتجاه الرياح وسرعتها، وكشف الحلقات الفعلية في محيط المنشأة.

ولذلك يتطلب فهم انبعاثات المداخن فهمًا كاملًا الجمع بين المنظورين. فقياس المصدر يوثّق ما يطلقه المصدر، بينما يُظهر الرصد البيئي كيف يؤثر هذا الانبعاث في الهواء الذي يتنفسه العاملون والمجتمعات القريبة. وهذه الرؤية المزدوجة هي ما يتيح للصناعة الانتقال من الامتثال التفاعلي إلى نهج إدارة بيئية قائم فعلًا على المعرفة.