वायु प्रदूषण: वायुमंडल, प्रदूषक व मानक, मौसम विज्ञान व परिक्षेपण
1. वायुमंडल की संरचना व संघटन; स्रोत व वायुमंडलीय प्रक्रियाएँ
वायुमंडल अपने ताप पार्श्वचित्र से स्तरित है। क्षोभमंडल में, भूमि से ध्रुवों पर लगभग 8 km और भूमध्य रेखा पर 16–18 km तक, ताप ऊँचाई के साथ औसतन लगभग 6.5 °C/km गिरता है; इसमें अधिकांश द्रव्यमान व सम्पूर्ण मौसम है, और लगभग सारा वायु प्रदूषण इसके निचले एक-दो किलोमीटर में रहता है। क्षोभसीमा के ऊपर समतापमंडल लगभग 50 km तक ऊँचाई के साथ गर्म होता है क्योंकि उसकी ओज़ोन सौर पराबैंगनी सोखती है; मध्यमंडल लगभग 85 km तक फिर ठंडा होता है, और उसके ऊपर तापमंडल गर्म होता है। शुष्क वायु आयतन से लगभग 78% N₂, 21% O₂ व 0.93% Ar है, CO₂ अब 400 ppm से ऊपर, और Ne, He, CH₄, N₂O, H₂ व O₃ की सूक्ष्म मात्राएँ; जलवाष्प लगभग शून्य से लगभग 4% तक बदलती है।
प्राकृतिक स्रोतों में ज्वालामुखी (SO₂, राख), पवन-वाहित धूल, समुद्री लवण, वनाग्नि, पराग और वनस्पति के जैवजनित VOC (आइसोप्रीन, टर्पीन) आते हैं। मानवजनित स्रोतों में दहन प्रमुख है — बिजलीघर व उद्योग (SO₂, NOₓ, कण), वाहन (CO, NOₓ, हाइड्रोकार्बन, सूक्ष्म कण), घरेलू ठोस ईंधन तथा फ़सल-अवशेष व अपशिष्ट का खुला दहन — साथ में औद्योगिक प्रक्रम, विलायक और कृषि, जो अधिकांश अमोनिया उत्सर्जित करती है। उत्सर्जन के बाद प्रदूषक चार वायुमंडलीय प्रक्रियाओं से गुज़रते हैं: उत्सर्जन; रूपांतरण, मुख्यतः OH मूलक द्वारा ऑक्सीकरण (SO₂ से सल्फ़ेट, NO₂ से नाइट्रिक अम्ल व नाइट्रेट, VOC से द्वितीयक कार्बनिक एरोसॉल, और ओज़ोन बनाने वाला NOₓ–VOC प्रकाश-रसायन); माध्य पवन द्वारा परिवहन व विक्षोभ द्वारा तनुकरण; और शुष्क निक्षेपण (बैठना व पृष्ठों पर ग्रहण) तथा आर्द्र निक्षेपण (मेघ-भीतर रेनआउट व मेघ-नीचे वॉशआउट) द्वारा निष्कासन।
2. गैसें व कण, प्राथमिक व द्वितीयक प्रदूषक, आंतरिक वायु, व प्रभाव
प्राथमिक प्रदूषक यथावत उत्सर्जित होता है (SO₂, NO, CO, कालिख, सीसा); द्वितीयक प्रदूषक अग्रदूतों से वायु में बनता है (ओज़ोन, सल्फ़ेट व नाइट्रेट एरोसॉल, पेरॉक्सीऐसीटिल नाइट्रेट, अनेक नगरों में अधिकांश PM₂.₅ द्रव्यमान)। कणिकीय पदार्थ वायुगतिक व्यास से वर्गीकृत है: PM₁₀ (अंतःश्वसनीय, श्वासनलियों तक) व PM₂.₅ (सूक्ष्म, कूपिकाओं तक), मोटे कण अधिकांशतः यांत्रिक उद्गम के और सूक्ष्म कण अधिकांशतः दहन व द्वितीयक निर्माण से। निकष प्रदूषक — जो स्वास्थ्य निकषों के आधार पर परिवेशी मानकों से विनियमित हैं — परंपरागत रूप से छह हैं: कणिकीय पदार्थ, ओज़ोन, कार्बन मोनोऑक्साइड, सल्फ़र डाइऑक्साइड, नाइट्रोजन डाइऑक्साइड व सीसा; भारत के राष्ट्रीय परिवेशी वायु गुणता मानक (2009) बारह समेटते हैं, PM₂.₅ को अलग से, अमोनिया, बेंज़ीन, बेंज़ो(a)पाइरीन, आर्सेनिक व निकल जोड़ते हुए।
आंतरिक वायु प्रदूषण बाहरी स्तरों से बहुत अधिक हो सकता है। कम संवातन वाले घरों में ठोस ईंधन से खाना पकाना व तापन उच्च PM₂.₅ व CO उत्पन्न करते हैं; भवन-सामग्री व साज-सज्जा फ़ॉर्मेल्डिहाइड व अन्य VOC छोड़ते हैं; मृदा-गैस रेडॉन लाती है, यूरेनियम का रेडियोधर्मी क्षय उत्पाद और फेफड़ों के कैंसर का कारण; तंबाकू का धुआँ, दहन उपकरण (NO₂), फफूँद व जैव-एरोसॉल इसमें जुड़ते हैं; और "रुग्ण भवन सिंड्रोम" कम संवातन से जुड़ी शिकायतों का वर्णन करता है। स्वास्थ्य पर प्रभाव इससे निकलते हैं कि प्रदूषक कहाँ कार्य करता है: सूक्ष्म कण कूपिकाओं तक पहुँचते हैं और हृदवाहिनी व श्वसन रोगों से जुड़े हैं; CO हीमोग्लोबिन से ऑक्सीजन की अपेक्षा लगभग 200 गुना प्रबलता से बँधकर कार्बॉक्सीहीमोग्लोबिन बनाती है और ऊतकों को ऑक्सीजन से वंचित करती है; SO₂ व NO₂ श्वासनलियों को उत्तेजित करते हैं; ओज़ोन फेफड़ों में शोथ करती है; सीसा तंत्रिका-विष है, विशेषतः बच्चों हेतु। पर्यावरण पर प्रभावों में मृदा, झीलों व भवनों पर अम्ल निक्षेपण, फ़सलों व वनों को ओज़ोन क्षति, वनस्पति को फ़्लोराइड क्षति, पदार्थों का मलिनीकरण व संक्षारण, और धुंध आते हैं।
3. परिवेशी व उत्सर्जन मानक, वायु गुणता सूचकांक, दृश्यता व विकिरणी प्रभाव
परिवेशी मानक उस वायु में सांद्रता सीमित करता है जिसमें लोग साँस लेते हैं, एक निर्दिष्ट औसत काल हेतु; उत्सर्जन मानक सीमित करता है कि स्रोत क्या छोड़ सकता है, चिमनी-गैस में सांद्रता, द्रव्यमान दर या प्रति इकाई उत्पाद द्रव्यमान के रूप में। परिवेशी मानक लक्ष्य तय करते हैं; उत्सर्जन मानक, चिमनी-ऊँचाई नियम व ईंधन मानक उसे पाने के साधन हैं। प्रत्येक प्रदूषक उसकी हानि से मेल खाते औसत कालों के विरुद्ध तय है — कणों हेतु 24 घंटे व एक वर्ष, CO व ओज़ोन हेतु 8 घंटे, शिखरों हेतु 1 घंटा — और अनुपालन उन्हीं कालों पर आँका जाता है, किसी क्षण पर नहीं।
| प्रदूषक | वार्षिक | 24-घंटे (या कम) |
|---|---|---|
| PM₁₀ (μg/m³) | 60 | 100 |
| PM₂.₅ (μg/m³) | 40 | 60 |
| SO₂ (μg/m³) | 50 | 80 |
| NO₂ (μg/m³) | 40 | 80 |
| O₃ (μg/m³) | — | 100 (8-घंटे); 180 (1-घंटा) |
| CO (mg/m³) | — | 2 (8-घंटे); 4 (1-घंटा) |
| सीसा (μg/m³) | 0.5 | 1.0 |
वायु गुणता सूचकांक अनेक प्रदूषकों को जनता हेतु एक संख्या में बदलता है। प्रत्येक प्रदूषक की सांद्रता C_p उसके बैंड में रैखिक अंतर्वेशन से उप-सूचकांक में बदली जाती है, I_p = I_lo + (I_hi − I_lo)(C_p − BP_lo)/(BP_hi − BP_lo), और AQI अधिकतम उप-सूचकांक है, उत्तरदायी प्रदूषक सहित सूचित। भारत का राष्ट्रीय AQI आठ प्रदूषक और अच्छा (0–50) से गंभीर (401–500) तक छह श्रेणियाँ प्रयोग करता है। दृश्यता उन कणों से घटती है जो प्रकाश प्रकीर्णित व अवशोषित करते हैं; दृश्य परास कोशमीडर संबंध L_v = 3.912/b_ext का अनुसरण करता है, b_ext विलोपन गुणांक, और प्रकाश तरंगदैर्ध्य के निकट (0.1–1 μm) के सूक्ष्म कण सबसे प्रभावी हैं। एरोसॉल के विकिरणी प्रभाव प्रत्यक्ष हैं — सल्फ़ेट सूर्य-प्रकाश प्रकीर्णित कर ठंडा करता है, काला कार्बन अवशोषित कर गर्म — और अप्रत्यक्ष, क्योंकि कण मेघ संघनन नाभिक बनकर मेघों को अधिक चमकीला व दीर्घजीवी बनाते हैं।
4. वायु गुणता प्रबंधन: स्रोत, सूची, स्थायित्व, प्रतिलोमन, मिश्रण ऊँचाई व पवन आरेख
प्रबंधन हेतु स्रोत ज्यामिति से समूहित होते हैं: बिंदु स्रोत (चिमनियाँ), रेखा स्रोत (राजमार्ग, रेलमार्ग), और क्षेत्र स्रोत (नगर का घरेलू ईंधन प्रयोग, भूभराव, जलता खेत)। उत्सर्जन सूची प्रत्येक स्रोत का उत्सर्जन सक्रियता × उत्सर्जन गुणक × (1 − नियंत्रण दक्षता) के रूप में आकलित करती है — जलाया गया कोयला टन × kg SO₂ प्रति टन, वाहन-किलोमीटर × g/km — और उन्हें प्रदूषक, क्षेत्रक व ग्रिड कोष्ठ से जोड़ती है। यह परिक्षेपण प्रतिरूपण, परिवेशी प्रदूषण के स्रोतों में विभाजन, और यह चुनने का आरंभ बिंदु है कि नियंत्रण कहाँ सबसे अधिक सुधार देता है।
परिक्षेपण वायुमंडलीय स्थायित्व से नियंत्रित है, जो पर्यावरणीय ह्रास दर (ELR) की शुष्क रुद्धोष्म ह्रास दर Γ_d = g/c_p ≈ 9.8 °C/km, जिस पर उठता शुष्क वायु पार्सल ठंडा होता है, से तुलना करके मिलता है। यदि पर्यावरण Γ_d से तेज़ ठंडा हो (अतिरुद्धोष्म), विस्थापित पार्सल उठता रहता है और वायु अस्थायी है; यदि Γ_d पर ठंडा हो तो उदासीन; यदि धीमा (उपरुद्धोष्म), समतापी या ऊँचाई के साथ गर्म (प्रतिलोमन) हो तो स्थायी है और ऊर्ध्वाधर मिश्रण दबा रहता है। प्रतिलोमन स्वच्छ, शांत रातों में भूमि से विकिरण द्वारा, उच्च-दाब तंत्रों में वायु के अवतलन द्वारा, वाताग्रों पर, और ठंडे पृष्ठ पर गर्म वायु के अभिवहन द्वारा बनते हैं। मिश्रण ऊँचाई वह गहराई है जिसमें प्रदूषक मिलते हैं: वह ऊँचाई जहाँ अपराह्न के अधिकतम पृष्ठ ताप से खींचा शुष्क रुद्धोष्म पर्यावरणीय पार्श्वचित्र से मिलता है। उस स्तर में माध्य पवन के साथ यह संवातन गुणांक, मिश्रण ऊँचाई × पवन चाल (m²/s), देता है, जो एक ही माप है कि कोई क्षेत्र अपने उत्सर्जन को कितनी भली-भाँति परिक्षेपित करता है। पवन चाल ऊँचाई के साथ बढ़ती है, प्रायः घात नियम u = u₁(z/z₁)^p से निरूपित। पवन आरेख (विंड रोज़) किसी स्थल हेतु दिखाता है कि पवन प्रत्येक दिशा से कितनी बार और किस चाल से बहती है — उद्योगों को नगरों के अनुवात रखने व मॉनिटर स्थापित करने में प्रयुक्त।
| दशा | पंख | भू-स्तरीय प्रभाव |
|---|---|---|
| अतिरुद्धोष्म (अस्थायी), धूप वाला दिन | लूपिंग — बड़े भँवर ऊपर-नीचे ले जाते हैं | उच्च, रुक-रुक कर, चिमनी के निकट |
| उदासीन, मेघाच्छन्न या तेज़ पवन | कोनिंग — सममित शंकु | मध्यम, आगे अनुवात |
| पूर्ण प्रतिलोमन (स्थायी रात) | फ़ैनिंग — पार्श्व फैलता, ऊर्ध्व कम | जब तक रहे, निम्न |
| नीचे अस्थायी, चिमनी के ऊपर प्रतिलोमन | फ़्यूमिगेशन — भूमि तक नीचे मिश्रित | सबसे बुरी दशा: उच्च सांद्रताएँ |
| नीचे प्रतिलोमन, ऊपर अस्थायी | लॉफ़्टिंग — ऊपर की ओर परिक्षेपित | सबसे अच्छी दशा: भूमि तक कम पहुँचता |
5. गॉसीय पंख परिक्षेपण, पंख उत्थान व स्थलाकृतिक प्रभाव
गॉसीय पंख प्रतिरूप चिमनी ऊँचाई पर स्थिर पवन u (m/s) में प्रबलता Q (g/s) के सतत बिंदु स्रोत को लेता है, जिसमें पंख पवन के आर-पार (σ_y) व ऊर्ध्वाधर (σ_z) प्रसामान्य बंटनों के रूप में फैलता है, दोनों पास्किल स्थायित्व वर्ग (A, अति अस्थायी, से F, स्थायी) द्वारा तय दरों से अनुवात दूरी के साथ बढ़ते हैं। भूमि को प्रतिबिंब स्रोत द्वारा परावर्ती पृष्ठ मानकर C(x, y, z) = [Q/(2πuσ_yσ_z)] exp(−y²/2σ_y²) {exp[−(z − H)²/2σ_z²] + exp[−(z + H)²/2σ_z²]}। पंख की केंद्ररेखा पर भू-स्तर (y = 0, z = 0) पर यह C = [Q/(πuσ_yσ_z)] exp(−H²/2σ_z²) बनता है, और भू-स्तरीय स्रोत (H = 0) हेतु केवल Q/(πuσ_yσ_z)। भू-स्तरीय उच्चिष्ठ लगभग वहाँ होता है जहाँ σ_z = H/√2, अतः H बढ़ाना शिखर घटाता भी है और उसे आगे भी धकेलता है।
H प्रभावी चिमनी ऊँचाई है, भौतिक ऊँचाई + गैस के निर्गम संवेग व उत्प्लावकता से पंख उत्थान Δh। हॉलैंड समीकरण एक सामान्य आकलन है: Δh = (v_s d/u)[1.5 + 2.68 × 10⁻³ p d (T_s − T_a)/T_s], v_s निर्गम वेग (m/s), d चिमनी व्यास (m), p दाब (mbar) और T_s, T_a चिमनी-गैस व वायु ताप (K); ब्रिग्स सूत्र अधिक आधुनिक विकल्प हैं। भारत में SO₂ परिक्षेपण हेतु चिमनी ऊँचाई CPCB संबंध H = 14Q^0.3 से तय होती है, Q kg/h में SO₂ उत्सर्जन। स्थलाकृतिक प्रभाव यह सब विफल कर सकते हैं: घाटियाँ रात में ठंडी वायु व प्रतिलोमन फँसाती हैं और पवन को अपनी धुरी के अनुदिश मोड़ती हैं; ढलानें रात में अपवाह (ढलान-नीचे) पवन उत्पन्न करती हैं; तटों पर दिन में समुद्री समीर होती है जो तटरेखा पंख को भीतर ले जाकर फ़्यूमिगेट कर सकती है; ऊँचे भवन विक्षुब्ध अनुगामी क्षेत्र बनाते हैं जो छोटे पंख को नीचे खींचता है (डाउनवॉश), इसीलिए चिमनी पास के भवनों की ऊँचाई से कम-से-कम लगभग 2.5 गुना बनाई जाती है; और नगर ऊष्मा द्वीप बनाते हैं जो स्थानीय परिसंचरण बदलता है।
मुख्य बिंदु
- लगभग सारा प्रदूषण क्षोभमंडल के निचले भाग में है; शुष्क वायु 78% N₂, 21% O₂, 0.93% Ar है; प्रदूषक उत्सर्जित, रूपांतरित (अधिकांशतः OH से), परिवहित और शुष्क व आर्द्र निक्षेपण से निष्कासित होते हैं।
- ओज़ोन, सल्फ़ेट व नाइट्रेट द्वितीयक हैं; पारंपरिक निकष प्रदूषक PM, O₃, CO, SO₂, NO₂ व सीसा हैं; भारत के 2009 NAAQS बारह समेटते हैं, जैसे PM₂.₅ वार्षिक 40 व 24 h पर 60 (μg/m³)।
- उप-सूचकांक I = I_lo + (I_hi − I_lo)(C − BP_lo)/(BP_hi − BP_lo), और AQI सबसे बड़ा उप-सूचकांक है; दृश्य परास L_v = 3.912/b_ext।
- ELR > 9.8 °C/km अस्थायी, < 9.8 स्थायी, प्रतिलोमन प्रबल स्थायी; फ़्यूमिगेशन सबसे बुरा पंख; मिश्रण ऊँचाई अपराह्न रुद्धोष्म से; संवातन गुणांक = मिश्रण ऊँचाई × पवन चाल।
- भू-स्तरीय केंद्ररेखा C = [Q/(πuσ_yσ_z)] exp(−H²/2σ_z²), H = चिमनी ऊँचाई + पंख उत्थान (हॉलैंड); CPCB चिमनी ऊँचाई H = 14Q^0.3, Q kg/h SO₂ में।
अभ्यास प्रश्न (15)
उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।
समतापमंडल में ताप ऊँचाई के साथ मुख्यतः क्यों बढ़ता है?
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उत्तर: A — ओज़ोन सौर पराबैंगनी विकिरण सोखती है
समतापमंडलीय ओज़ोन लगभग 200 से 320 nm के बीच UV सोखकर उसे ऊष्मा में बदलती है, अतः स्तर लगभग 50 km पर समतापसीमा तक ऊपर की ओर गर्म होता है। कुछ दसियों किलोमीटर सूर्य से दूरी में कोई अंतर नहीं डालते, और समतापमंडल गुप्त तापन हेतु बहुत शुष्क है।कोई बिजलीघर प्रतिदिन 0.8% सल्फ़र वाला 500 t कोयला जलाता है, और उसकी फ़्लू-गैस विसल्फ़ुरीकरण इकाई 85% SO₂ हटाती है। प्रतिदिन कितना SO₂ उत्सर्जित होता है, टन में? (S = 32, O = 16)
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 1.2
जला सल्फ़र = 500 × 0.008 = 4 t/d; प्रत्येक टन S से 64/32 = 2 t SO₂ बनता है, अतः 8 t/d; 15% निकलता है: 8 × 0.15 = 1.2 t/d। गुणक 2 भूलने से 0.6 t/d मिलता है, जो SO₂ के बजाय सल्फ़र सूचित करता है।25 °C व 1 atm पर 0.1 ppm SO₂ की सांद्रता, μg/m³ में, क्या है? उत्तर निकटतम पूर्ण संख्या तक दें। (मोलर आयतन 24.45 L/mol; SO₂ = 64 g/mol)
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 262
C = ppm × M × 1000/24.45 = 0.1 × 64 × 1000/24.45 = 261.8 ≈ 262 μg/m³। 22.4 L (0 °C) लेने से 286 μg/m³ मिलता है; रूपांतरण का ताप दी गई दशाओं से मेल खाना चाहिए।निम्न में से कौन-से द्वितीयक प्रदूषक हैं?
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उत्तर: A — भू-स्तरीय ओज़ोन; B — पेरॉक्सीऐसीटिल नाइट्रेट (PAN); D — SO₂ से बना सल्फ़ेट एरोसॉल
ओज़ोन व PAN NOₓ व VOC से प्रकाश-रासायनिक रूप से बनते हैं, और सल्फ़ेट वायु या मेघ-बूँदों में SO₂ के ऑक्सीकरण से बनता है — सभी द्वितीयक। निकास की कार्बन मोनोऑक्साइड सीधे उत्सर्जित होती है, अतः प्राथमिक है।कार्बन मोनोऑक्साइड निम्न सांद्रताओं पर विषैली मुख्यतः इसलिए है कि वह:
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उत्तर: A — हीमोग्लोबिन से ऑक्सीजन की अपेक्षा कहीं अधिक प्रबलता से बँधकर ऑक्सीजन परिवहन घटाती है
CO लगभग O₂ से 200 गुना बंधुता के साथ कार्बॉक्सीहीमोग्लोबिन बनाती है, अतः छोटी सांद्रताएँ भी हीमोग्लोबिन का बड़ा भाग घेरकर हृदय व मस्तिष्क को ऑक्सीजन से वंचित करती हैं। यह न अम्लीय गैस है, न ऑक्सीकारक — यह अपचायक गैस है — और न कण।किसी वायु गुणता सूचकांक में PM₂.₅ के 91 व 120 μg/m³ विच्छेद बिंदु सूचकांक मान 201 व 300 के संगत हैं। 105 μg/m³ सांद्रता हेतु PM₂.₅ उप-सूचकांक क्या है? उत्तर निकटतम पूर्ण संख्या तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 249
I = I_lo + (I_hi − I_lo)(C − BP_lo)/(BP_hi − BP_lo) = 201 + (300 − 201)(105 − 91)/(120 − 91) = 201 + 99 × 14/29 = 201 + 47.8 = 248.8 ≈ 249। बैंड के निचले विच्छेद बिंदु के स्थान पर शून्य से अंतर्वेशन सामान्य भूल है।धुंध 0.3 km⁻¹ विलोपन गुणांक देती है। कोशमीडर संबंध से दृश्य परास, km में, क्या है? उत्तर दो दशमलव स्थानों तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 13.04
L_v = 3.912/b_ext = 3.912/0.3 = 13.04 km। नियतांक 3.912, −ln 0.02 है, उस 2% विपर्यास देहली का प्राकृतिक लघुगणक जिस पर वस्तु ठीक दिखती है।वायु गुणता मानकों व सूचकांकों के विषय में निम्न में से कौन-से कथन सही हैं?
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उत्तर: A — परिवेशी मानक एक निर्दिष्ट औसत काल हेतु वायु में सांद्रता सीमित करता है; B — उत्सर्जन मानक सीमित करता है कि स्रोत क्या छोड़ सकता है; D — काला कार्बन एरोसॉल सूर्य-प्रकाश सोखता है और तापक प्रभाव रखता है
(a) व (b) दो प्रकार के मानकों को परिभाषित करते हैं। (d) अवशोषक एरोसॉल का प्रत्यक्ष विकिरणी प्रभाव है, प्रकीर्णक सल्फ़ेट के विपरीत। (c) असत्य है: AQI अधिकतम उप-सूचकांक है, उत्तरदायी प्रदूषक सहित सूचित।वह पंख जो प्रातः भूमि तक नीचे आ जाता है, जब भूमि से तप्त अस्थायी परत चिमनी के ठीक ऊपर स्थित प्रतिलोमन तक बढ़ती है, कहलाता है:
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उत्तर: A — फ़्यूमिगेशन
फ़्यूमिगेशन नीचे अस्थायी वायु व ऊपर प्रतिलोमन ढक्कन है: पंख ऊपर नहीं निकल पाता और तेज़ी से नीचे मिश्रित होता है, उच्चतम भू-स्तरीय सांद्रताएँ देते हुए। लॉफ़्टिंग इसका उलटा है (नीचे प्रतिलोमन, ऊपर अस्थायी), फ़ैनिंग पूरे समय स्थायी परत है, और कोनिंग उदासीन।किसी नगर के पास प्रातःकालीन पर्यावरणीय ताप पार्श्वचित्र भूमि पर 20 °C से आरंभ होकर 5 °C/km से गिरता है। अपराह्न का अधिकतम पृष्ठ ताप 30 °C है। शुष्क रुद्धोष्म ह्रास दर 9.8 °C/km लेकर अधिकतम मिश्रण ऊँचाई, m में, क्या है? उत्तर निकटतम पूर्ण संख्या तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 2083
30 °C से शुष्क रुद्धोष्म T = 30 − 9.8z है और पर्यावरण T = 20 − 5z (z km में)। वे वहाँ मिलते हैं जहाँ 30 − 9.8z = 20 − 5z, अतः 4.8z = 10 व z = 2.083 km = 2083 m। 10 °C अंतर को केवल 9.8 से भाग देना (1020 m) इसकी उपेक्षा करता है कि पर्यावरण भी ऊँचाई के साथ ठंडा हो रहा है।10 m पर पवन चाल 4 m/s है और पवन पार्श्वचित्र 0.25 घातांक वाले घात नियम का पालन करता है। 160 m पर पवन चाल, m/s में, क्या है?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 8
u = u₁(z/z₁)^p = 4 × (160/10)^0.25 = 4 × 16^0.25 = 4 × 2 = 8 m/s। 3 m/s माध्य पवन सहित 1200 m मिश्रण ऊँचाई 3600 m²/s संवातन गुणांक देगी — दोनों का गुणनफल, अनुपात नहीं।कोई चिमनी 50 m प्रभावी ऊँचाई से 5 m/s पवन में 100 g/s SO₂ उत्सर्जित करती है। अनुवात किसी बिंदु पर जहाँ σ_y = 60 m व σ_z = 30 m, भूमि पर पूर्ण परावर्तन सहित पंख केंद्ररेखा पर भू-स्तरीय सांद्रता, μg/m³ में, क्या है? उत्तर निकटतम पूर्ण संख्या तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 882
C = [Q/(πuσ_yσ_z)] exp(−H²/2σ_z²) = [100/(π × 5 × 60 × 30)] × exp(−2500/1800) = 3.537 × 10⁻³ × 0.2494 = 8.82 × 10⁻⁴ g/m³ = 882 μg/m³। हर में 2π (परावर्तन बिना) के साथ यह 441 μg/m³ होगी।गैस 2 m व्यास की चिमनी से 15 m/s व 400 K पर 300 K व 1000 mbar वायु में, 5 m/s पवन के साथ, निकलती है। हॉलैंड समीकरण Δh = (v_s d/u)[1.5 + 2.68 × 10⁻³ p d (T_s − T_a)/T_s] से पंख उत्थान, m में, क्या है? उत्तर दो दशमलव स्थानों तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 17.04
v_s d/u = 15 × 2/5 = 6 m। कोष्ठक 1.5 + 2.68 × 10⁻³ × 1000 × 2 × 100/400 = 1.5 + 1.34 = 2.84 है। Δh = 6 × 2.84 = 17.04 m। केवल संवेग पद (6 × 1.5 = 9 m) गर्म गैस की उत्प्लावकता की उपेक्षा करता है, जो यहाँ लगभग आधा उत्थान देती है।CPCB संबंध H = 14Q^0.3, Q kg/h में SO₂ उत्सर्जन, से 100 kg/h SO₂ उत्सर्जन हेतु कितनी चिमनी ऊँचाई आवश्यक है, m में? उत्तर एक दशमलव स्थान तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 55.7
H = 14 × 100^0.3 = 14 × 10^0.6 = 14 × 3.981 = 55.7 m। छोटे घातांक के कारण उत्सर्जन दोगुना करना आवश्यक ऊँचाई केवल 2^0.3 = 1.23 गुना बढ़ाता है।परिक्षेपण के विषय में निम्न में से कौन-से कथन सही हैं?
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उत्तर: A — प्रभावी चिमनी ऊँचाई बढ़ाना अधिकतम भू-स्तरीय सांद्रता घटाता है और उसे आगे अनुवात ले जाता है; B — दिए स्रोत हेतु भू-स्तरीय सांद्रता चिमनी ऊँचाई पर पवन चाल के व्युत्क्रमानुपाती है; D — घाटियाँ रात्रिकालीन प्रतिलोमन व प्रदूषक फँसा सकती हैं
(a) exp(−H²/2σ_z²) पद और σ_z ≈ H/√2 पर उच्चिष्ठ से निकलता है। (b) u हर में आता है, क्योंकि तेज़ पवन पंख को अधिक वायु पर खींचती है (पंख उत्थान पर उसके प्रभाव को छोड़कर)। (d) रात में ठंडी वायु घाटियों में बहती है। (c) असत्य है: डाउनवॉश चिमनी ऊँची बनाकर — भवन ऊँचाई का लगभग 2.5 गुना — टाला जाता है, ताकि पंख अनुगामी क्षेत्र पार कर ले।