مداخن الدخان

في وقت واحد كان يوجد لكل منزل أو مصنع تقريبًا مدخنة واحدة على الأقل تنفث تيارًا من الدخان، عندما انتشرت المنازل وكانت المصانع صغيرة ربما كان لا يبدو أن الدخان مصدر قلق حقيقي، مع نمو السكان والمصانع أصبح تأثير جميع مداخن الدخان أكثر وضوحًا.

ما المقصود بمداخن الدخان؟

المداخن: هي أنابيب كبيرة تشبه المدخنة تسمح للدخان والغازات بالهروب من المباني، ظهر أول استخدام لمصطلح المدخنة في عام 1836 في وقت مبكر من الثورة الصناعية، بينما يمكن كتابة المدخنة على شكل كلمتين (“مدخنة الدخان”)، فإن المدخنة المركبة للكلمة هي الهجاء المفضل، حيث يشير مصطلح (chimneystack) إلى جزء المدخنة فوق السقف، على الرغم من أن المدخنة هي كلمة أخرى للمداخن إلا أن الناس يستخدمون المدخنة بشكل عام عند الإشارة إلى المداخن في المنازل ومداخن المصانع التجارية أو محطات الطاقة.
مداخن الدخان: هي مداخن صناعية كبيرة تستخدم في عملية احتراق الوقود الأحفوري في الأفران في الغالب بهدف إنتاج البخار لتشغيل مولدات الكهرباء أو خامات الصهر أو كعملية فصل أو تكرير، تم استخدام المداخن الدائرية التي تم إنشاؤها بعناية لزيادة تدفق الهواء القابل للاشتعال وكذلك عزل غازات العادم وثاني أكسيد الكربون والملوثات من الإطلاقات على مستوى الأرض خلال الأنشطة الصناعية الأكبر من أي وقت مضى، ساعد الاختلاف في درجة الحرارة بين الجزء السفلي داخل المكدس وخارجه على زيادة معدل تدفق الهواء عبر الفرن المعروف باسم تأثير المكدس، أن تقنية بناء المكدس يجب أن يصمم على أساس أن يكون عالي جدًا لأن سرعات الرياح أكبر عند الارتفاعات العالية وتشتت الغازات يؤدي إلى تقليل الغاز المتبقي في منطقة معينة.
تم استخدام المداخن لأول مرة خلال الثورة الصناعية بين القرن السابع عشر والقرن التاسع عشر وكان معروفًا أنها تفسد الأجواء في معظم المدن الكبرى ولكن تم ملاحظتها في المراكز الصناعية الكبيرة في بعض دول العالم مثل: مانشستر إنجلترا أو بيتسبرغ بنسلفانيا، خلال النمو الهائل وتطور الأنظمة المستخدمة لإنتاج الكهرباء التي تعمل على حرق الفحم حيث تم العثور على محطات كهربائية مركزية تعتمد على التيار المباشر في جميع أنحاء المدن التي تطلق أبخرة ضارة وسناجًا في هواء المدينة.
ساعدت المداخن الأطول في الحد من هذه المشكلة البيئية، خلال القرن العشرين تم استخدام المراوح لزيادة التيارات الهوائية اللازمة في الأفران في حين نمت الارتفاعات التي وصلت إلى 1300 قدم كوسيلة للامتثال للوائح السلامة البيئية التي أقرتها الحكومات.

تصميم المدخنة:

يجب أن تكون تصميمات المدخنة طويلة بما يكفي لإطلاق الغازات والدخان فوق طبقة الانقلاب المحلية ثم يرتفع الدخان ويتطاير بدلاً من الاستقرار في المنطقة المجاورة، تحدث الانقلابات السطحية عادة في الليل عندما يبرد الهواء البارد مباشرة ويظل الهواء البارد الثقيل في مكانه، قد يكون الانقلاب الليلي سماكة بضع مئات من الأقدام لذا يجب تصميم المداخن لتكون أطول من الظروف المحلية، لأن الدخان يحتاج إلى الارتفاع قد لا يُسمح بتغطية المطر فيجب على المصممين أيضًا مراعاة كيفية تأثير المباني المحيطة أو المعالم الطبيعية على تدفق الغازات المنبعثة والدخان.
قد تحتوي المداخن الحديثة على مرسبات إلكتروستاتيكية مثبتة لالتقاط الجسيمات (الرماد والسخام) لتقليل تلوث الهواء حيث تستخدم هذه المرسبات قطبين، يسبب القطب الأول السناج أو الرماد لتطوير شحنة سالبة ويحتوي القطب الثاني على شحنة موجبة قوية تجذب وتحمل الجسيمات، تختلف المرسبات الإلكتروستاتيكية اعتمادًا على نوع السناج والرماد الذي ينتقل عبر المداخن.
صناعة المدخنة هي صناعة تصنيع أساسية وعادة ما تكون دورية، تستخدم المصانع بشكل نمطي في مثل هذه الصناعات التي تحتوي على مداخن غاز المداخن وبالتالي تنتج كمية كبيرة من التلوث، خلال الحقبة الأولى من تطوير الطاقة الكهربائية كانت المحطات الكهربائية التي تعمل بالفحم في المناطق الحضرية شائعة قبل استخدام التيار المتناوب للإضاءة حيث يمكن للكهرباء الحالية المباشرة السفر مسافات قصيرة فقط.
تتطلب الحركة الجوية مراعاة سلامة إضافية للمداخن: يجب أن يكون لديها أضواء لتحذير الطائرات، اعتمادًا على المنطقة قد يزيد طول مداخن محطات الطاقة والمصانع عن 900 قدم.

مداخن الدخان وتلوث الهواء:

بشكل عام يشمل تلوث الهواء الخارجي الجسيمات الدقيقة والغازات الضارة والأوزون على مستوى الأرض، تأتي الجسيمات الدقيقة من حرق الوقود مثل الخشب والنفط والغاز الطبيعي والبنزين والفحم حيث تشمل الغازات الضارة ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون والأبخرة الكيميائية وينتج الأوزون الأرضي عن تفاعل الضباب الدخاني في المناطق الحضرية في ضوء الشمس.
تتطلب محطات الطاقة التي تحرق الوقود الأحفوري وخاصة الفحم مداخن لإطلاق الدخان والغازات المتولدة أثناء الاحتراق، تقلل المداخن الأطول من تأثير الملوثات على المنطقة المحلية من خلال نشر الملوثات التي تم إطلاقها على مساحة أكبر.
تختلف الملوثات الناتجة عن حرق الفحم بناءً على كيمياء الفحم ولكن بشكل عام يطلق الفحم المحترق ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين والزئبق والزرنيخ والبنزين، يأتي حوالي 40 في المائة من الكهرباء في العالم من محطات حرق الفحم، على سبيل المثال تولد جنوب إفريقيا حوالي 94 بالمائة من الكهرباء عن طريق حرق الفحم بينما تولد الهند والصين 70 إلى 75 بالمائة من الكهرباء عن طريق حرق الفحم.

مولدات الفحم وتلوث الهواء:

تتطلب وكالة حماية البيئة أن تقوم محطات توليد الطاقة المنتجة للفحم بفحص انبعاثات المداخن الخاصة بها سنويًا بواسطة مدقق حسابات مستقل،على الرغم من هذا الاختبار يتسبب تلوث الهواء من محطات توليد الطاقة في ما يقرب من 52000 حالة وفاة مبكرة في بعض دول العالم، على سبيل المثال ووفقًا لدراسة MIT لعام 2013 مع حدوث عدد أكبر من الوفيات في شرق الولايات المتحدة لأن الفحم يحتوي على نسبة أعلى من الكبريت، كان لتلوث الهواء الناتج عن الفحم الناتج عن المداخن تاريخياً نتائج مميتة مماثلة.
في ديسمبر عام 1952 أصبح الدخان المشترك الناتج عن حرق الفحم المنبعث من المداخن المنزلية في بعض الدول ومداخن المصانع سميكًا بشكل خاص مما أدى الانقلاب غير المتوقع لدرجة الحرارة إلى حبس الدخان، تتفاعل أكاسيد الكبريت في الدخان مع بخار الماء في الضباب لتكوين قطرات حمض الكبريتيك حيث أثرت هذه القطرات بشكل خاص على أولئك الذين يعانون من ظروف الرئة الحالية.
تسبب الضباب الدخاني الكبير عام 1952 بشكل مباشر وغير مباشر في وفاة ما يقدر بنحو 12000 شخص، بالإضافة إلى ذلك وجدت دراسة حديثة للأطفال الذين تقل أعمارهم عن عام واحد أو الذين كانت أمهاتهم حاملاً أثناء الضباب الدخاني العظيم أن نسبة الإصابة بالربو أعلى بنسبة 20 بالمائة تقريبًا.