Study of Aerosols Dispersion due to Zanjan Specialized Town of Zinc Activity

Document Type : Research Article

Authors

1 Department of Environmental Sciences, Faculty of Sciences, University of Zanjan, Zanjan, Iran.

2 Department of Physics, Faculty of Sciences, University of Zanjan, Zanjan, Iran.

3 Air Pollution Lab., Environmental department of Zanjan, Zanjan, Iran.

4 Department of Biology, Faculty of Life Sciences and Biotechnology, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran.

Abstract

Particulate pollutants, or aerosols, are tiny solid or liquid particles suspended in the air, which are considered one of the most important air pollutants due to their environmental and health effects. On the other hand, due to aerosols optical properties in terms of absorption and scattering of solar radiation, they alter the radiation budget of the atmosphere and the Earth. Therefore, aerosols are important components in climate studies, and are important factors of uncertainty in climate change models. Key sources of aerosols include natural sources such as wind erosion, salt particles from ocean waves, volcanic ash, as well as man-made sources such as fuel combustion in transportation, industry, and services. Meteorological conditions affect the emission and dispersion of particulate pollutants, so one of the main issues in the study of air pollution is how this emission occurs and the possibility of estimating and predicting the concentration of pollutants. This can be achieved by air pollution models. Air pollution models are generally divided into two categories: destination-oriented models and source-oriented models. In this work, both methods were employed. The first, is measuring the particulate pollutants concentration by sampling at different distances and geographical directions from the Zanjan specialized town of Zinc as an air pollutant source (destination-oriented model) and the second is utilizing emission data from the pollution source along with meteorological inputs such as wind and temperature in an air pollution dispersion model (source-oriented model) to estimate aerosol concentrations and their dispersion patterns. For the first method, 18 air sampling stations were established at appropriate points around the Zanjan specialized town of Zinc, after a previous study and visit to the area, as a synoptic measurement network with the aim of determining the concentration of particulate pollutants. Then, for a year, air sampling was carried out simultaneously, twice a month, for 72 hours at each station. After each sampling, the filters installed in the devices were collected and transferred to the Zanjan Department of Environment air pollution measurement laboratory, and after the drying stage, they were weighed to determine the concentration of airborne particles. For the second method, first the necessary data such as the characteristics of each unit's chimney, the output values of each chimney (by measurement) were prepared with helping of Zanjan Department of Environment, as well as meteorological data through the Zanjan Department of Meteorology. Then, using source-oriented models such as the fixed and variable box model and Gaussian models for point and surface sources, the concentration values of particulate pollutants were determined and their distribution were examined.
The results showed that the measured concentrations of particulate pollutants decrease with distance according to the concentration changes diagram and their classification maps with distance from the specialized settlement. By comparing the concentration values with the primary and secondary standards of the particulate pollutants, it is observed that respectively 4 and 7 stations out of 18 stations in the measurement network are above the permissible limit, and the remaining stations are below the permissible limit of the standard. Observation and study of pollution rose wind and distribution patterns derived from the Gaussian model also confirm the decrease in aerosols with distance and show that aerosol concentration values and their dispersion depend on meteorological variables, especially wind direction and speed. Given the location of Zanjan city in the northeast of the Zanjan Specialized Town of Zinc and the prevailing northwesterly wind, the concentration of particles in the central strip of Zanjan city extending from southwest to northeast is high, and the further away from the strip, the particle concentration is lower.

Keywords

Main Subjects

References

بهرام‌لوئیان، س. (1393). بررسی پتانسیل انرژی خورشیدی در استان زنجان. پایان‌نامه کارشناسی ارشد. به راهنمایی یوسفعلی عابدینی و حبیب اله عصاره. زنجان: دانشگاه زنجان، دانشکده علوم.
جوانمرد، س.؛ بداق جمالی، ج. و عابدینی، ی. (1394). مبانی هواشناسی فیزیکی وتعدیل وضع هوا. زنجان: انتشارات جهاد دانشگاهی استان زنجان.
حسین‌سعیدی، ل.؛ حاجی هادی، م. و رستگاری، م. (1395). تعیین غلظت فلزات سنگین در نواحی شهری
(مطالعه موردی: شهرری). مطالعات علوم محیط‌‌زیست، 1(1)، 23-36.
خدایی، ا. (1393). بررسی پتانسیل انرژی بادی در استان زنجان. پایان‌نامه کارشناسی ارشد. به راهنمایی یوسفعلی عابدینی و صادق ضیائیان. زنجان: دانشگاه زنجان، دانشکده علوم.
رستمی، م. (1383). تجزیه و تحلیل مدل‌های آلودگی هوا و روش‌های حل آن. پایان‌نامه کارشناسی ارشد. به راهنمایی محمد حسینی. تهران: دانشگاه تربیت مدرس، 1383.
رضازاده، م.؛ ایران نژاد، پ. و یاپینگ، ش. (1392). شبیه سازی گسیل غبار با مدل پیش بینی عددی وضع هوا  WRF-Chemبا استفاده از داده‌های جدید سطح دو در منطقه خاورمیانه. مجله فیزیک زمین و فضا، 39(1)، 191-212.
رنجبر‌سعادت‌آبادی، ع.؛ کرمی، س.؛ صحت‌کاشانی، س.؛ رهنما، م.؛ فتاحی، ا.؛ نوری، ف.؛ کریمخانی، م. و حسین‌حمزه، ن. (1398). مطالعه، طراحی و راه­اندازی سامانه جامع پایش، پیش­بینی و هشدار گرد‌وخاک استان خوزستان. پژوهشگاه هواشناسی و علوم جو.
ذوالفقاری نیک انجام، س. (1392)، مطالعه هواویزهای جو زنجان با استفاده از داده‌های ایستگاه زمینی و مقایسه آن با داده‌های به‌دست آمده از روش سنجش از راه دور، پایان نامه کارشناسی ارشد. به راهنمایی یوسفعلی عابدینی و حمیدرضا خالصی‌فرد. زنجان: دانشگاه زنجان، دانشکده علوم.
ذوالفقاری نیک انجام، س.؛ خالصی‌فرد، ح. ر. و عابدینی، ی. (1393). تخمین زمان ریزش پدیده چند روز غباری با استفاده از همبستگی داده‌های PM10 و داده‌های شیدسنج خورشیدی. فصلنامه علوم محیطی، 12 (1)، 115-120.‎
عابدینی، ی.؛ پری‌زنگنه، ع. و خامسی، ج. (1380). بررسی پخش و پراکندگی آلاینده‌های هوای ناشی از صنایع سرب و روی زنجان، اداره‌کل حفاظت محیط‌‌زیست زنجان و دانشگاه زنجان.
عابدینی، ی.؛ خامسی، ج. و عزیزی، ا. ح. (1386). بررسی مدل­های پخش و پراکنش آلودگی هوا و انتخاب مدل بهینه برای زنجان، دانشگاه زنجان و اداره‌کل حفاظت محیط‌‌زیست زنجان.
عابدینی، ی.؛ زمانی، ع.؛ رسولی‌فرد؛ م. ح.؛ خامسی، ج.؛ عابدی، ا. و نور، م. (1396). بررسی میزان غلظت فلزات سنگین ناشی از فعالیت شهرک روی بر شهر زنجان، اداره‌کل حفاظت محیط‌‌زیست زنجان و دانشگاه زنجان.
علی‌اکبری بیدختی، ع. ع. و بنی هاشم، ت. (1376). لایه آمیخته شهری و آلودگی هوا، محیط شناسی،20(0)، 60-53.
محمدشفیعی، م. ر. و محمدی، ب. (1392). آلودگی هوا و اثرات آن بر محیط زیست، انتشارات علم آفرین.
معصومی، ا.؛ عابدینی، ی.؛ مرادحاصلی، ر.؛کرمی، س. و تقیلو، م. (1402). بررسی منابع گرد و غباری زنجان و امکان سنجی پیش بینی آن(طرح پژوهشی)، اداره‌کل هواشناسی زنجان و سازمان مدیریت و برنامه ریزی استان زنجان.
معصومی، ا.؛ عابدینی، ی.؛ مرادحاصلی، ر.؛کرمی، س. و تقیلو، م. (1403). بررسی چشمه‌های داخلی گرد و غبار استان زنجان، نهمین همایش منطقه‌ای تغییر اقلیم و گرمایش زمین، دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان، 1403.
مظلومی، س. ع.؛ اسماعیلی ساری، ع. و بهرامی‌فر، ن. (1399). بررسی میزان فلزات سنگین در ذرات معلق (PM4) هوای شهر تهران و ارزیابی ریسک سلامت ناشی از آن ها. فصلنامه علوم محیطی، 18(1)، 1-16.
مهاجر، ج. (1391). شبیه سازی انتشار آلودگی در جو. پایان نامه کارشناسی ارشد. به راهنمایی کوروش باقری و یوسفعلی عابدینی، تهران، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، دانشکده علوم.
نور، م. (1394)، مطالعه انتشار آلودگی هوای ناشی از فعالیت شهرک تخصصی روی زنجان. پایان نامه کارشناسی ارشد. به راهنمایی یوسفعلی عابدینی. زنجان: دانشگاه زنجان، دانشکده علوم.
Arya, S. P. (1999). Air Pollution Meteorology and Dispersion. Oxford. Oxford University Press.
Briggs, G. A. (1975). Plume rise predictions. Lectures on Air Pollution and Environmental Impact, 59-111, Analyses, Workshop Proceedings, Boston, Massachusetts. September 29 - October 3. American Meteorological Society, Boston, Massachusetts.
De Nevers, N. (2000). Air Pollution Control Engineering. USA: McGraw-Hill.
EPA. (1995). User’s Guide for the Industrial Source Complex (ISC3) Dispersion Model. Volume II-Description of Model Algorithms, EPA-454/B-95-003b. U.S. Environmental Protection Agency, Research Triangle Park, N.C.
Friedlander, S. K. (1973). Chemical Element Balances and Identification of Air Pollution Sources. Envron. Sci. Technol. 7, 235-240.
Gharibzadeh, M., Alam, K., Bidokhti, A. A., Abedini, Y., & Masoumi, A. (2017). Radiative effects and optical properties of aerosol during two dust events in 2013 over Zanjan, Iran. Aerosol and Air Quality Research, 17(3), 888-898.
Gharibzadeh, M., Alam, K., Bidokhti, A. A., Abedini, Y., & Masoumi, A. (2018). Climatological analysis of the optical properties of aerosols and their direct radiative forcing in the Middle East. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics,183.
Golay, M.W. (1982). Numerical modeling of buoyant plumes in a turbulent, stratified atmosphere. Atmos. Environ., 16, 2373-2381.
Hanna, S. R. (1971). A Simple Model for Calculating Dispersion from Urban Area Sources. J. Air Pollut. Control Assoc., 21, 774-777.
Hanna, S. R., Metro Briggs, G. A., & Hosker, R. P. (1981). Handbook on atmospheric diffusion. Washington, USA: U.S. Department of Energy.
Hanna, S.R., & Paine, R.J. (1989). Hybrid Plume Dispersion Model (HPDM) Development and Evaluation. Journal of Applied Meteorology, 21, 206-224.
IPCC. (2007). Climate Change 2007: The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.
IPCC. (2021). Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.
Karl, B., Schnelle, Jr., & Partha, R. (1977). Atmospheric Dispersion Modeling Compliance Guide. USA: A Division of the McGraw-Hill Companies.
Lazaridis, M. (2023). Modelling approaches to particle deposition and clearance in the human respiratory tract, Air Quality, Atmosphere & Health, 16, 1989–2002.
Lazaridis, M. (2011). First Principles of Meteorology and Air Pollution, New York: Springer.
Leelossy, A., Ferenc Modnar, Jr., & Ferenc, I. (2014). Agnes Havasi, Istvan Lagzi, Robert Meszaros, Dispersion modeling of air pollutants in the atmosphere. Central European Journal of Geosciences, 6(3), 257-278.
Matthew, R. (2007). Air pollution climatology using meteorological reanalysis, Imperial College London, Ph.D thesis.
Morris, R. E., & Myers, T. C. (1990). User's Guide for the Urban Airshed Model. USA: U.S. Environmental Protection Agency Report EPA-450/4-90-007A and B.
Pasquill F., & Smith F. B. (1983). Atmospheric Diffusion New York: John Wiley and Sons, Inc.
Hurley, P. J., Physick, W. L., & Luhar, A. K. (2005). TAPM: a practical approach to prognostic meteorological and air pollution modelling. Environmental Modelling & Software, 20(6), 737-752.
Scheffe, R. D. (1993). A Review of the Development and Application of the Urban Airshed Model. Atmospheric Environment. Part B. Urban Atmosphere, 27(1), 23-39.
Schnelle, K. B., & Dey, P. R. (1999). Atmospheric dispersion modeling compliance guide. New York: McGraw-Hill.
Turner, D. B. (1970). Workbook of Atmospheric Dispersion Estimates, USA: U.S. Environmental Protection Agency Report AP-26, Washington, DC.
Turner, D. B. (1994). Workbook of Atmospheric Dispersion Estimates; an Introduction to Dispersion Modeling, 2d ed., Boca Raton: Lewis publishers.
Weil, J.C., & Brower, R.P. (1984). An Updated Gaussian Plume Model for Tall Stacks. Journal of Air Pollution Control Association, vol.34, 818-827.
WHO. (2000). Air quality Guideline. Second Edition, Denmark: Copenhagen.
Zlatev, Z. (1995). Computer Treatment of Large Air Pollution Models, Dordrecht-Boston-London: KLUWER Academic Publishers.
Journal of the Earth and Space Physics
Volume 52, Issue 1
online publication date: 30 May 2026
May 2026
Pages 65-87

Files

Share

How to cite

Statistics