نگاهی به آلودگیهای زیست محیطی کارخانه های سیمان

[XMEHRDADX 7514]

آنچه در ادامه مي خوانيد برگرفته از مجموعه مقالات همايش دانشجويي مهندسي معدن است كه چندي پيش در دانشگاه صنعتي اصفهان برگزار شد.

 

 

 

چكيده

 

از آنجا كه امروزه در كشور ما تاسيس كارخانه‌هاي سيمان كه با بهره‌گيري از سرمايه‌گذاري‌هاي كلان انجام مي‌گيرد معمولا با اشتغالزايي و جوانب اقتصادي ديگر همراه است، توسعه صنعت سيمان روندي رو به‌رشد را طي مي‌كند. اما در راستاي اين منافع اقتصادي آسيب‌هاي زيست‌محيطي ناشي از كارخانه‌هاي سيمان اجتناب‌ناپذير است. اين آسيب‌ها شامل آلودگي هوا، آلودگي آب‌هاي زيرزميني منطقه، از بين رفتن پوشش گياهي و... است.

 

برخي از عواملي كه سبب ايجاد آلودگي مي‌گردند، عبارتند از:

 

1. گردوغبار ناشي از فرآيند آسيا كردن مواد اوليه

 

ذرات ريزتر از 10 ميكرون به‌طور مشخص با آسيب‌هاي بهداشتي رابطه نزديكي دارند.

 

2. گازهاي متصاعد شده نظير NOx و Sox كه از احتراق سوخت‌هاي موردنياز نظير نفت و زغال‌سنگ براي مشعل كوره حاصل مي‌شوند.

 

3. عناصر سنگين موجود در مواد آهكي، رسي و همچنين سوخت‌هاي كوره كه در گازهاي كوره آزاد مي‌شوند.

 

4. آزاد شدن يك سري مواد آلي و فلزات سمي از سوختن باطله‌هاي نفتي و ارگانيكي موجود در مواد اوليه.

 

براي جلوگيري از آلودگي‌هاي نامبرده راهكارهايي را مي‌توان در نظر گرفت تا اين اثرات به حداقل خود برسد. از جمله اقداماتي كه مي‌توان انجام داد، عبارتند از:

 

1. جمع‌آوري و بازيابي گرد و غبار ناشي از آسيا كردن مواد اوليه.

 

2. ايجاد سيستم‌هاي تخليه مناسب به همراه HOOD.

 

3. جريان هيدروليكي مناسب و سيستم‌هاي كنترل‌كننده بيرون راننده براي كم كردن مقدار مواد معلقي كه به بيرون حمل مي‌شود.

 

4. استفاده از سوخت‌هايي كه شامل حداقل NOx و Sox باشد.

 

5. استفاده حتي‌الامكان از پروسه خشك به جاي تر.

 

6. استفاده از شعله احيايي براي كاهش مقدار NOx و ساير تركيبات سمي.

 

براي فراهم آوردن توجيهات اقتصادي و زيست‌محيطي توام در صنعت سيمان نياز به يك تركيب قوي از راهكارهاي مناسب پيشگيري‌كننده از آلودگي‌هاي محيط‌زيست و فعاليت‌هايي كه از نظر اقتصادي نيز توجيه‌پذير باشد، مورد نياز است.

 

 

 

مقدمه

 

يكي از نگراني‌هايي كه در مورد پيشرفت روزافزون صنايع و كارخانه‌ها در جوامع امروزي مطرح است، بحث آلودگي‌هاي زيست‌محيطي است. آلودگي‌ها به دست خود انسان به‌وجود مي‌آيند و خود او را نيز مورد آسيب قرار مي‌دهند. در كشورهاي توسعه يافته غربي تلاش و سعي جدي در جهت ايجاد تكنولوژي براي كاهش عوامل آلوده‌كننده به‌وجود آمده از فرآيندهاي صنعتي انجام گرفته است. حال آنكه در كشورهاي در حال توسعه، تلاش و كوشش در راستاي پيشرفت هر چه سريع‌تر در زمينه صنايع و تكنولوژي‌هاي مدرن، توجه آنان را از پرداختن به مسائل زيست‌محيطي بازداشته است. يكي از عوامل مهم ايجادكننده آلودگي‌ها، فرآيند توليد سيمان در كارخانه‌ها است. طبق آمارهاي به‌دست آمده، در كشور ما نيز متاسفانه اثرات زيست‌محيطي ناشي از كارخانه‌هاي سيمان، به موضوعي بحث‌برانگيز و جدي تبديل شده است. هر چند سازمان محيط‌زيست كشور، ميزان مجازي را براي مواد آلوده‌كننده متصاعد شده در نظر گرفته است كه در بيشتر مناطق صنعتي دنيا به‌عنوان يكي از صنايع مهم و ضروري به‌شمار مي‌رود، ولي در هر حال با ايجاد راهكارهايي مناسب در صنعت سيمان، مي‌توان مقدار اين مواد را تا حد امكان كاهش داد و در 9 نتيجه از عواقب وخيم انساني و نباتي آن پيشگيري به عمل آورد.

 

در متني كه پيش رويتان است، ابتدا اشاره‌اي بر عوامل ايجادكننده آلودگي و اثرات مخرب زيست‌محيطي آنان خواهد شد و سپس راه‌حل‌هايي در جهت كنترل عوامل آلودگي آورده خواهد شد.

 

 

 

عوامل ايجادكننده آلودگي

 

1) غبارات متصاعد شده:

 

گردوغبارات ناشي از فرآيند توليد سيمان در موارد زير به‌وجود مي‌آيد:

 

1. حمل و نقل مواد اوليه توسط كاميون از معدن به سمت كارخانه.

 

2. فرآيند سنگ‌شكني مواد اوليه.

 

3. آسيا كردن مواد اوليه و كلينكر.

 

4. پيش گرم‌كن‌ها و كوره‌هاي پخت مواد.

 

يكي از نكات مهم در فرآيندهاي توليد ذرات ريز به صورت گرد و غبار، به‌وجود آمدن ذرات با اندازه‌ ريزتر از 10 ميكرون است كه مختصرا به صورت PM10 (particle material) در آيتم‌هاي زيست‌محيطي نشان داده مي‌شود. ذراتي با اندازه كوچكتر از 10 ميكرون به علت طبيعت فرار بودن و حركت آزادانه از عوامل مهم ايجاد بيماري‌هاي تنفسي هستند.

 

 

2) گاز SO2:

 

در صنعت سيمان براي تامين انرژي گرمايي لازم براي پخت مواد در كوره، نياز به احتراق موادي براي اين منظور است، موادي كه به‌طور معمول استفاده مي‌شوند در زير نشان داده شده است:

 

زغال‌سنگ 82 درصد، گاز طبيعي 3 درصد، نفت يك درصد و WDF (سوخت‌هاي مشتق شده از مواد باطله نظير تايرهاي فرسوده، روغن‌هاي موتورهاي استفاده شده) 14 درصد و زغال‌سنگ كه به‌عنوان منبع اصلي تامين سوخت به حساب مي‌آيد، به‌طور معمول شامل اجزاي سولفيدي نظير پيريت (Fes2) است. از سوختن و اكسيداسيون اين اجزا، گاز SO2 به‌وجود مي‌آيد. اين گاز تحت نور خورشيد به SO3 تبديل مي‌شود كه گازي با سابقه شديد آلودگي‌هاي زيست‌محيطي و به‌دنبال آن بيماري‌هاي تنفسي است. در مراحل بعدي SO3 نيز طي واكنش با آب‌هاي موجود به اسيد سولفوريك در بخار آب منجر مي‌شود. منبع ديگر توليد گاز SO2 مواد خام اوليه است، مواد خام اوليه در صنعت سيمان كه به‌طور معمول آهك و رس (مارن) هستند به دليل ماهيت رسوبي بودن شامل مقاديري از تركيبات سولفوري هستند كه با تجزيه تركيبات فوق و اكسيداسيون سولفور موجود، SO2 توليد مي‌شود. حدود نيمي از SO2 توليد شده، مربوط به اين مورد است.

 

 

3) NOX:

 

گاز NOX از جمله گازهاي بسيار مهمي است كه از احتراق سوخت‌هاي كوره نظير زغال‌سنگ و همچنين مواد اوليه به‌وجود مي‌آيد. از اكسيداسيون نيتروژن موجود در سوخت و مواد اوليه در نتيجه احتراق، اين گاز متصاعد مي‌شود كه در مراحل بعدي با گازهاي ديگر نظير VOC تركيب شده و توليد مواد مضر ديگري مي‌كند.

 

 

4) VOC:

 

VOC اسم مختصري براي تمام تركيبات گازي است كه از سوختن مواد آلي و ارگانيكي با ساختمان هيدروكربني در مواد اوليه خصوصا سنگ آهك توليد مي‌شود. از جمله مهمترين مواد آلي موجود در سنگ آهك «هيدروكربن‌هاي كروژن» و تركيباتي تحت عنوان PAH (هيدروكربن‌هاي پلي كلين آروماتيك) است.

 

نمونه‌اي از واكنش سوختن هيدروكربن‌ها به‌صورت زير است:

 

CH3OH plus (uv light_heat_oxygen) = HCHO (Metanol)(formaldehyde)

 

گازهاي VOC متصاعد شده در مقايسه با گازهاي ديگر نظير SO2 و NOX مقدار كمتري آلودگي دارد اما نكته قابل توجه در اينجا مقدار بالاي پتانسيل سوخت محلي (GWP) گازهاي VOC است كه حدود 11 برابر بيشتر از گازهاي ديگر نظير CO2 است.

 

بنابراين به راحتي مي‌توانند با گازهايي نظير NOX واكنش دهند:

 

VOC'S+NOX ==> O3+PIC'S

 

PIC محصول سوخت ناقص است كه ميزان سمي بودن آن تقريبا دو برابر VOC است.

 

 

5) گازهاي CO2 و CO:

 

CO2 (دي‌اكسيد كربن) از احتراق سوخت‌هاي كوره و همچنين كلسينه شدن آهك به‌وجود مي‌آيد كه در مراحل بعدي به CO تبديل مي‌شود. هر دو گاز CO2 و CO از جمله گازهاي سمي و مخل محيط‌زيست محسوب مي‌شوند اما شايان ذكر است كه به‌طور معمول ميزان توليد اين گازها نسبت به ساير گازهاي متصاعد شده مقدار كمتري دارد و توجه به كنترل آن شايد از نظر برخي‌ها بي‌اهميت باشد. با توجه به اين امر كه در فرآيند تر ميزان انرژي مصرفي بيشتر و در نتيجه آن توليد گاز CO2 بيشتر است، سيستم‌هاي خشك به تدريج جانشين سيستم‌هاي تر شده‌اند. تا آنجا كه بسياري از صنايع در اروپا و ژاپن و ايالات متحده از پروسه خشك به جاي پروسه تر بهره‌ مي‌برند.

 

 

6) عناصر سنگين HM:

 

سوخت‌هاي استفاده شده براي كوره پخت مواد و همچنين مواد اوليه خام به‌طور معمول داراي مقاديري از فلزات سنگين هستند كه مهمترين آنها جيوه و كادميوم است. طي فرآيند پخت مواد اوليه و احتراق سوخت‌ها اين فلزات سمي آزاد شده، وارد محيط شده و اكوسيستم اطراف را تحت تاثير قرار مي‌دهند. اثرات سوء اين دو عنصر در پوشش گياهي مناطق اطراف كارخانه‌هاي سيمان امري اجتناب‌ناپذير است. هنگامي كه دماي جوش فلزات سنگين از دماي كوره كمتر باشد، فلزات موجود در مواد اوليه و سوخت آزاد خواهند شد.

 

 

 

خطرات انساني

 

مهمترين خطرات ناشي از آلودگي هوا بر روي سلامتي انسان از جانب گازهاي SO2 ، NOx و غبارات متصاعد شده است. ارتباط بسياري از بيماري‌هاي تنفسي و ناهنجاري‌هاي ريوي با گاز SO2 امري ثابت شده است و همان‌طور كه قبلا گفته شد، توليد اسيد سولفوريك از SO2 نيز اثرات مخرب مشابهي خواهد داشت، به‌طوري كه اين اسيد موجب از بين رفتن بسياري از بافت‌هاي ارگانيكي موجودات زنده مي‌شود. آلوده شدن هواي اطراف كه منبع تنفس همه موجودات زمين است، به‌طور قطع پاسخگوي بسياري از بيماري‌هاي تنفسي خواهد بود. آلودگي‌هاي ناشي از مواد آلوده‌كننده علاوه بر تحت تاثير قرار دادن زندگي بشري، نظم اكوسيستم اطراف را از طرق ديگر انتقال نظير آب و خاك را كاملا به هم ريخته و حيات موجودات زنده و گياهان را به مخاطره خواهد انداخت. اخيرا مطالعات زيادي در مورد ارتباط بيماري‌هاي گوناگون با آلودگي ناشي از SO2، غبارات متصاعد شده و NOx به انجام رسيده است و حتي به‌طور كاملا تخصصي رابطه نزديكي بين بيماري‌هاي خاص با اين عوامل مشخص شده است. دو عضو اصلي بدن انسان كه مورد هجوم عوامل آلوده‌كننده قرار مي‌گيرد سيستم تنفسي و بينايي است. ارتباط بيماري‌هايي نظير سرفه مقاوم، اخلاط، برونشيت مزمن با وجود گازهاي SO2 و NOx ثابت شده است كه شيوع اين بيماري‌ها در مناطقي با آلودگي شديد تا 3ـ2 برابر مناطق با آلودگي كمتر بوده است. تمركز مواد ريز كه به صورت غبارات كارخانه‌هاي سيمان در محيط پخش مي‌شود يكي ديگر از عوامل نگران‌كننده است. اين مواد رفتاري مشابه به گازهاي SO2 و NOx دارند. اين ذرات از مواد مختلف با تركيب فيزيكي، شيميايي و اندازه‌هاي مختلف تشكيل شده است و شامل كربن عنصري فرار، عناصر سنگين، SO2 و PAHS هستند. فرّار بودن اين ذرات و ريزي قابل توجه آنها موجب قرار گرفتن آنها در بخش‌هايي از سيستم تنفسي كه به راه‌هاي ديگر به راحتي آلوده مي‌گردند، مي‌شود. گاز SO2 موجود در ذرات به‌طور معمول در ديواره‌هاي ناحيه بالاي سيستم تنفسي جذب مي‌شود. بدين وسيله وجود اين مواد ريز در بخش‌هاي تنفسي موجب ناراحتي‌هاي ريوي و تنفسي خواهد شد. از جمله آنها تشديد ناراحتي‌هاي تنفسي و بيماري‌هاي قلبي موجود، ناهنجاري در سيستم تدافعي در مقابل اشياي خارجي، آسيب به بافت‌هاي ريوي، مرگ زودرس و سرطان ريه است. هر چه اندازه ذرات ريزتر باشد خطرات ناشي از آن بيشتر خواهد شد. ذرات ريزتر از 10 ميكرون به‌طور معمول در اين مورد بررسي مي‌شوند. در ايالات متحده، ذرات ريزتر از 5/2 ميكرون كه با PM2/5 نشان داده مي‌شود در نظر گرفته مي‌شود و قوانين موجود براي كنترل آلودگي بر مبناي آنها صورت مي‌گيرد. يكي ديگر از خطرات ذرات ريز متصاعد شده، واكنش آنها با SO2 است كه موجب تشكيل تركيبات جديد نظير اسيد سولفوريك و بيوسولفات آمونيوم مي‌شود كه اسيدهاي افشانه‌اي خوانده مي‌شوند. اثرات انساني اين دو تركيب شامل بيماري‌هاي برونشيت حاد، مزمن و آسم است. در ذرات سولفاتي مقادير زيادي از SO2 وجود دارد كه موجب ايجاد ناراحتي براي چشم‌ها و دستگاه‌ تنفسي، كاهش فعاليت ريه و در نهايت مرگ و مير خواهد شد. براي مشخص شدن بهتر موضوع، دو مورد از نمونه‌هاي اثرات سوء عوامل فوق مورد بحث قرار مي‌گيرد.

 

 

 

تخريب پوشش گياهي

 

يكي از نتايج نگران‌كننده پديده آلودگي هوا ناشي از كارخانه‌هاي سيمان، تاثيرات چشمگير آن بر روي پوشش گياهي مناطق اطراف است. آلودگي هوا امروزه به عنوان امري جدي براي بقاي گياهان در مناطق صنعتي مطرح است. توسعه روزافزون صنايع با افزايش هجوم مواد آلوده‌كننده به طبيعت و آلوده‌تر كردن اكوسيستم اطراف همراه خواهد بود. صنعت سيمان در اين ميان نقش مهمي را در به هم زدن تعادل حيات طبيعي و ايجاد ناهنجاري‌هاي زيست‌محيطي ايفا مي‌كند. در اين ميان مواد آلوده‌كننده ناشي از كارخانه‌هاي سيمان به‌طور عمده شامل گرد و غبار متصاعد شده و فلزات سنگين آزاد شده است.

 

در تحقيقات عمده‌اي كه در مورد تاثير مواد آلاينده بر روي پوشش گياهي مناطق اطراف صنايع سيمان در بيشتر نقاط دنيا انجام شده است، به‌طور واضح تخريب حيات گياهي در نتيجه ورود مواد متصاعد شده به اثبات رسيده است. همان‌طور كه قبلا اشاره شد غبارات متصاعد شده از كارخانه‌هاي سيمان شامل بسياري از عناصر سنگين مانند Mg, Cu, Cr, Hg, Bz, Zn, Pb و همچنين تركيباتي نظير فلوريدها، سولفات‌ها و كلريد است. ورود تركيبات فوق به چرخه طبيعت از طريق هوا، آب و خاك كه به عنوان منابع تغذيه‌كننده گياهان هستند و تمركز آنها در مجاورت گياهان فعاليت‌هاي متابوليكي آنها را در تامين نيازمندي‌هاي حياتشان دچار مشكل مي‌كند. نوسانات زيست‌محيطي شامل دما، PH، خاك، رطوبت خاك و فرسايش خاك‌هاي اطراف در نتيجه عوامل آلوده‌كننده به‌وجود خواهد آمد كه به همراه آن منابع تامين انرژي براي اجزاي مختلف خاك تحت اين دگرگوني‌ها قرار خواهد گرفت و به‌طور تخصصي‌تر اركان حياتي گياه نظير محتويات كلروفيل، فيتوماس، پروتئين، نشاسته و... كاهش شديدي نشان خواهد داد. بنابراين فعاليت‌هاي متابوليكي و آنزيمي گياهان دچار اخلال شديدي خواهد شد. براي تعيين كمي اثرات فوق براي گياهان يكسري آزمايشاتي به‌طور معمول انجام شده كه شامل آناليز خاك‌هاي اطراف صنايع سيمان براي تعيين PH، بافت، محتويات كربنات كلسيم، كلريد، شوري و ماكزيمم ظرفيت جذبي آب است. مثال نمونه‌اي را در مورد آزمايشاتي كه بر روي سه‌گونه مختلف گياهي در شهرستان كراچي پاكستان انجام شده است را مرور مي‌كنيم. در كراچي كه وجود صنايع سيمان پوشش گياهي مناطق اطراف را به‌طور جدي به مخاطره انداخته است، سه‌گونه گياهي شامل Caressa caradas, Azadirachta indica و Delonix regia تحت آزمايش آلودگي قرار گرفته، به‌طوري كه از هرگونه يك نمونه را با غبار سيمان آلوده كرده و نمونه ديگر را به‌عنوان نمونه كنترل شده مورد بررسي قرار دهند. بدين‌ ترتيب به وضوح تاثير غبارات متصاعد شده بر روي رفتار گياه مشخص است. يعني كاهش تعداد برگ‌ها، ارتفاع رشد كم گياه و پوشش گياهي پراكنده كه در نتيجه ورود عوامل آلاينده به سيستم بيوشيميايي گياه و تحت تاثير قرار دادن اركاني نظير ميزان كلروفيل و استومات خواهد بود، است. نكته‌اي كه بايد به آن توجه داشت اين است كه آسيب‌پذيري گونه‌هاي مختلف گياهي در مقابل مواد آلاينده يكسان نيست. به عبارت ديگر يك گونه گياهي ممكن است ضعف‌هايي را در مواردي نشان دهد كه براي گونه گياهي ديگر تغييري در آن مورد حاصل نشده باشد. در واقع حساسيت گياهان مختلف به مواد آلاينده مختلف متفاوت است. غبارات كارخانه سيمان علاوه بر تمركز عناصر سنگين سمي به اجزاي مختلف گياه، در خاك‌هاي تغذيه‌كننده گياه تغييراتي ايجاد خواهد كرد كه از مهمترين آنها افزايش ظرفيت PH خاك به علت ورود تركيبات قليايي و افزايش ظرفيت جذبي آن براي خاك است. در مورد عامل اول قليايي شدن خاك در مورد برخي گياهان مفيد و براي برخي ديگر مضر است. ولي عامل دوم يعني افزايش ظرفيت جذبي خاك كه در نتيجه ورود مواد رسي به خاك است، يكي از عوامل مهم بازداشت گياه براي رشد است. عنصر جيوه به‌عنوان يك فلز سنگين سمي يكي از مهمترين عوامل آلوده‌كننده محيط‌زيست محسوب مي‌شود.

 

معدن و توسعه194

[XMEHRDADX 7514]

اين عنصر علاوه بر احتراق سوخت در كوره سيمان به مقدار قابل‌توجهي در غبارات متصاعد شده آزاد مي‌شود. طي مطالعاتي كه در رابطه با تغيير پوشش گياهي در نتيجه آلودگي جيوه در كارخانه سيمان پانيام در هندوستان انجام شد، گونه‌هاي مختلف گياهي در فواصل مختلف از كارخانه مورد آزمايش قرار گرفته و ميزان تمركز جيوه در آنها از طريق روش جذب اتمي اندازه‌گيري شد. درصد بالاي اين عنصر در گياهان نزديك به كارخانه نسبت به گياهان فواصل دورتر، عامل مهمي را در كاهش رشد گونه‌هاي گياهي كه در اطراف كارخانه بودند به اثبات رساند. يكي از عوامل كاهش فعاليت گياهان، تمركز عناصر سنگين سمي در بخش‌هاي مختلف گياه شامل برگ، ريشه و ساقه است كه البته براي گياهان مختلف نحوه تمركز متفاوت است يعني يك گياه ممكن است تمركزي از عنصر خاص را در برگ و گياه ديگر در ريشه داشته باشد. از جمله مهمترين فلزات سنگين در اين مورد جيوه و كادميوم است كه بيشترين تاثير را بر روي گياهان خواهند داشت. نكته ديگر اين است كه تمركز عناصر سنگين در گياه با فاصله گرفتن از منبع آلوده‌كننده كاهش مي‌يابد. همچنين تغييرات فصلي و بالطبع آن تغيير جهت وزش باد در نحوه تمركز موثر است.

 

 

 

راه‌هايي براي كنترل

 

در قسمت‌هاي قبلي عوامل آلوده‌كننده محيط‌زيست و تاثير آنها در زندگي انساني و نباتي بررسي شد. كارخانه‌هاي سيمان مي‌توانند با بهره‌گيري از تكنولوژي پيشرفته تا حد امكان سطح آلودگي را كاهش دهند. از آنجا كه انجمن حمايت از محيط‌زيست در هر كشور، ميزان مجاز آلودگي توسط كارخانه‌ها، ليست كرده است، صنايع سيمان موظفند به گونه‌اي عمليات توليد را اجرا كنند كه ميزان آلودگي در حد ميزان مجاز فهرست شده باشد. اما با توجه به اثرات مخرب و زيانبار اين آلودگي‌ها (هر چند كمتر از ميزان مجاز باشد)، سيستم‌هاي جديدي را مي‌توان جايگزين تكنولوژي‌هاي قديمي در صنايع سيمان كرد تا بتوان توليد مواد آلاينده را به حداقل رساند. براي مبارزه با توليد هر كدام از مواد آلوده‌كننده راهكارهايي پيشنهاد شده است كه برخي از آنها در كشور ما اجرا و برخي ديگر به دلايل اقتصادي توجيه‌پذير نيست. با توجه به اينكه ايجاد هر نوع سيستم جديد در كارخانه مستلزم صرف هزينه‌هاي اقتصادي مورد نياز خواهد بود، بايد به گونه‌اي رفتار كرد كه هم از نظر زيست‌محيطي و هم از جنبه اقتصادي فعاليت توليد توجيه‌پذير باشد، به عبارت ديگر بتوان يك حالت تعادل بين دو امر ايجاد كرد. در اين قسمت يكسري از تكنولوژي‌ها در جهت كاهش ميزان هر كدام از آلاينده‌ها مورد بحث قرار مي‌گيرد. بعضي از اين فناوري‌ها به‌طور متداول در ايران و ساير كشورها انجام مي‌گيرد اما برخي ديگر نيازمند در نظر گرفتن تدابير اقتصادي در اين باره است.

 

 

الف) كاهش در ميزان غبارات متصاعد شده:

 

همان‌طور كه قبلا اشاره شد، گرد و غبارات متصاعد شده در فعاليت‌هاي «سنگ‌شكني»، «آسيا كردن»، «حمل‌ونقل» و «كوره پخت» آزاد مي‌شود كه براي هر يك از اين موارد راهكارهاي ويژه‌اي براي جلوگيري از افزايش ميزان ورود غبارات به اطراف وجود دارد. يكي از اين تكنولوژي‌ها كه به‌طور معمول در كوره انجام مي‌شود، شامل جمع‌آوري و بازيافت غبارات معلق در گازهاي كوره است. بدين منظور يك محفظه سيكلون مانند به‌گونه‌اي تعبيه مي‌شود كه گازها به همراه غبارات معلق در آنها به درون آن راه پيدا كرده و با دو مكانيزم مختلف كه شامل جمع‌كننده الكترواستاتيكي (ESP) و *****هاي پارچه‌اي است، ذرات معلق موجود در گازها به دام مي‌افتد و به چرخه بازگردانده مي‌شوند. نوع انتخاب يكي از دو سيستم به مختصات گاز كوره و شرايط محلي بستگي دارد. در فرآيندهاي حمل مواد توسط كاميون‌ها از معدن به كارخانه نيز مقدار قابل توجهي از ذرات ريز فرّار به محيط وارد مي‌شوند. براي جلوگيري از فرّار ذرات در حين حمل مواد توسط كاميون، بايد از احاطه‌كننده‌ها (enclosure) و درپوش‌هايي (Hood) استفاده كرد تا مانند محافظ، وسيله نقليه مزبور را بپوشانند. مناطق غبارآلود نظير راه‌هاي حمل‌ونقل مواد بايد توسط سيستم‌هاي مناسب مرطوب شوند تا از برخاستن گرد و غبار از اين مناطق تا حد امكان جلوگيري به عمل آيد. سيستم‌هاي هيدروليكي كارخانه بايد به گونه‌اي طراحي شود تا ميزان مواد معلق در آنها كه به بيرون راه پيدا مي‌كند به حداقل برسد. براي جلوگيري از برخاستن غبار در فرآيند سنگ‌شكني ثانويه نيز مي‌توان از نصب تجهيزاتي نظير *****ها و پوشش‌هايي براي به دام انداختن ذرات استفاده كرد.

 

 

ب) SO2

 

راه‌حل‌هاي كاهش گازهاي SO2 و NOx به طور كلي مي‌توان به سه دسته تقسيم كرد:

 

1) جانشيني مواد اوليه يا سوخت با موادي با SO2 و Nox كمتر.

 

2) تعديل‌سازي احتراق.

 

3) كنترل‌هاي بعد از احتراق سوخت و مواد اوليه.

 

تعديل‌سازي احتراق شامل هرگونه تغيير فيزيكي و شيميايي در كوره است كه بتواند گازهاي متصاعد شده را كاهش دهد و كنترل‌هاي بعد از احتراق دربر گيرنده يكسري ابزاري است كه بعد از متصاعد شدن گازها موجب جذب آنها مي‌شود. ما در اينجا چندين روش كاهش گاز SO2 كه در ايالات متحده و اروپا انجام شده است، اشاره مي‌كنيم. لازم به ذكر است بعضي از روش‌ها به‌طور معمول در بسياري از كارخانه‌ها انجام مي‌شود اما برخي ديگر كه روش‌هاي پيشرفته‌تر يا كارايي بهتر است (هزينه بيشتر) هنوز كاملا رايج نشده است.

 

 

1) تغيير در مواد اوليه يا تركيبات سوختي

 

يكي از معمول‌ترين روش‌هاي كاهش SO2، استفاده از مواد اوليه و سوخت‌هايي است كه تا حد امكان محتويات سولفور آنها كم باشد. از اين رو براي تمامي كوره‌ها كاربرد دارد.

 

 

2) ايجاد شرايط قليايي (PH بالا) در كوره

 

در اين روش با اضافه كردن موادي نظير AFA, CaO, Ca(OH)2 (خاكستر فعال شده) با CaO بالا و... (كه به جذب‌كننده معروفند به گازهاي برون‌دهي از كوره) در كوره شرايط كاملا قليايي ايجاد مي‌‌شود. اين شرايط موجب جذب مقاديري از SO2 مي‌شود. اين روش براي تمامي كوره‌ها كاربرد دارد و تا 80ـ60 درصد SO2 را كاهش مي‌دهد.

 

 

3) روش (Flue Gas Desulfurization (FGD

 

روش FGD روشي پيشرفته در صنعت سيمان است كه براي كاهش قابل توجه SO2 استفاده مي‌شود. در اين روش SO2 به‌وسيله مايع يا دوغاب خاصي كه در يك برجك افشانه‌اي پخش مي‌شود، جذب مي‌گردد و يا با عبور از ميان اين مايع يا دوغاب به حالت حباب درمي‌آيد. اين مواد همچنين مي‌توانند مقادير قابل توجهي از HCI، غبارات باقي‌مانده، فلزات سنگين و NH3 را كاهش دهند. اين روش از كارايي بالا (99ـ90 درصد) برخوردار است.

 

 

4) AFGD

 

روش كاملا نوين در كاهش SO2 است كه به ميزان SO2 95_99/5 درصد را كاهش مي‌دهد. در اين روش از يك سري مواد شوينده كه از CKD (غبارات متصاعد شده در كوره) باطله‌هايي با پتاسيم بالا (خاصيت قليايي بالا) و... تشكيل شده است، براي واكنش با گازهاي اسيدي استفاده مي‌كنند.

 

 

 

NOX:

 

روش‌هاي متعددي براي كاهش ميزان NOX پيشنهاد شده است كه با توجه به هزينه عملياتي و كارآيي روش انتخاب مي‌شوند. در اينجا به يكسري تكنولوژي‌ها در اين زمينه كه در كشورهاي غربي صورت گرفته است اشاره مي‌شود.

 

 

1) سيستم كنترل‌كننده پروسه

 

از آنجا كه توليد گاز NOx به‌طور مستقيم با ميزان مصرف انرژي رابطه دارد، بنابراين با اجراي تكنولوژي براي متعادل‌سازي مصرف انرژي مي‌توان NOX را كاهش داد. با اجراي اين عمليات علاوه بر كاهش NOx بازدهي سوخت افزايش يافته، هزينه عملياتي كاهش مي‌يابد، ظرفيت زياد شده و پايداري عملياتي كوره نيز بيشتر مي‌شود. با ايجاد اين سيستم كمتر از 25 درصد در مقدار NOx كاهش حاصل مي‌شود.

 

 

2) تغيير در تركيبات خوراك كوره

 

با اضافه كردن برخي مواد باطله نظير خرده آهن‌هاي فرسوده، به خوراك كوره مي‌توان دماي لازم براي كلينكر شدن و بالطبع آن NOx متصاعد شده را كاهش داد. يكي از روش‌هاي خاص در اين مورد Cemstar است. در اين روش باطله‌هاي فولادي را به خوراك كوره اضافه مي‌كنند كه به‌واسطه آن گرماي احتراق دروني لازم براي كلينكر شدن مواد اوليه كاهش مي‌يابد و به اين ترتيب درصد NOx آزاد شده كاهش مي‌يابد. با اين روش 40ـ23 درصد در مقدار NOx كاهش حاصل مي‌شود.

 

 

3) استفاده از Low_NOX burners

 

موادي تحت عنوان Low_NOX burners طراحي شده‌اند كه براي كاهش آشفتگي شعله، به تاخير انداختن تركيب هوا با سوخت و... استفاده مي‌شوند. با استفاده از اين مواد شعله كوره طويل‌تر مي‌شود (در عوض اينكه در نتيجه احتراق‌هاي چند مرحله‌اي وسيع‌تر شود) و بنابراين دماي شعله كمتر مي‌شود و در نتيجه آن ميزان تشكيل NOX كاهش مي‌يابد. در اين روش به‌طور متوسط كاهش معادل با 27 درصد براي NOX به‌وجود مي‌آيد.

 

 

4) استفاده از بعضي سوخت‌هاي ديگر

 

استفاده از سوخت‌هايي نظير لاستيك‌هاي فرسوده اتومبيل، موجب ايجاد حرارت در دماهايي كمتر از معمول مي‌شود كه به اين ترتيب ميزان NOX توليد شده كمتر مي‌شود. همچنين موجب كاهش هزينه تامين سوخت شده و زمينه‌اي را براي ايجاد استفاده از مواد فرسوده شده در راستاي تامين انرژي را فراهم مي‌كند.

 

از اين روش براي پيش گرم‌كن‌ها و پيش كلسينه‌ها نمي‌توان استفاده كرد.

 

با استفاده از اين سيستم براي كوره‌هاي تر 28 تا 59 درصد و براي كوره‌هاي خشك 11 تا 55 درصد كاهش در ميزان NOX خواهيم داشت.

 

 

5) روش SNCR (كاهش‌دهنده‌هاي بدون حضور كاتاليزور)

 

در اين روش از يكسري شتاب‌گر شيميايي استفاده مي‌شود كه به واسطه آن NO به N2 كاهش مي‌يابد. اين محلول‌ها بر پايه آمونياك هستند. در بعضي از فرم‌هاي SNCR از آمونيوم موجود در بيوجامدهاي فاضلاب‌هاي خروجي از كارخانه‌ها به‌عنوان شناساگر شيميايي استفاده مي‌شوند. محلول اوره نيز مي‌تواند به‌عنوان شناساگر مورد استفاده قرار گيرد. اين روش براي كوره‌هاي تر كاربردي ندارد و به‌طور معمول 10 تا 15 درصد كاهش NOX را به همراه دارد.

 

 

6) روش SCR (كاهش‌دهنده‌هاي با حضور كاتاليزور)

 

در اين روش با استفاده از NH3 و يك كاتاليزگر، NO و NO2 به N2 كاهش مي‌يابد، اين روش در بسياري از كشورهاي اروپايي مورد حمايت قرار گرفته ولي در ايالات متحده به‌ندرت استفاده مي‌شود. با اين روش كه از تكنولوژي بسيار پيشرفته‌اي بهره مي‌برد 70 تا 90 درصد كاهش در ميزان NOX خواهيم داشت، اما هزينه آن نسبت به ساير روش‌ها بالاتر است. نكته قابل ذكر اين است كه بسياري از اين روش‌ها مي‌توانند تواما در پروسه مورد نظر مورد استفاده قرار گيرند ولي در هر صورت بايد معيارهاي اقتصادي را نيز به‌عنوان يك ركن اساسي در بقاي صنعت مربوطه در اذهان نگه داشت و روش‌هايي را انتخاب كرد كه هم از نظر اقتصادي و هم از نظر زيست‌محيطي توجيه‌پذير باشد.

 

 

 

VOC:

 

با اضافه كردن مقداري از كربن فعال شده به خوراك كوره و همچنين نصب سيستم‌هايي نظير اكسيدكننده ـ شوينده مي‌توان تا حد قابل قبولي VOC را كاهش داد. با وجود اين چون ميزان VOC و اثرات آن در مقايسه با گازهاي متصاعد شده ديگر كمتر است، در بسياري از كارخانه‌ها اقدامي در جهت كاهش آن صورت نمي‌گيرد.

 

 

 

فلزات سنگين:

 

همان‌طور كه قبلا گفته شد عناصر سنگين نظير جيوه، كادميوم، سرب و... هم در مواد اوليه و هم در سوخت وجود دارد. در صنعت سيمان سعي بر اين است كه عناصر سنگين موجود در مواد اوليه بدون اينكه در فضا آزاد شود در زمينه كلينكر قرار گيرد و اين مستلزم آن است كه تمامي عناصر سنگين در دماي جوش بالاتر از دماي كوره باشند، بنابراين با توجه به ساير عوامل موثر مي‌توان شرايط دماي كوره را به نحوي تامين كرد تا ميزان عناصر سنگين آزاد شده از مواد اوليه كاهش يابد. براي كاهش عناصر سنگين متصاعد شده از سوخت‌ها بايد از سوخت‌هايي استفاده كرد كه تا حد امكان ميزان عناصر سنگين در آنها كم باشد، يكي از عوامل مهم آزادسازي فلزات به اين طريق، سوزاندن مواد باطله براي بازيافت انرژي است. يكي از نمونه‌هاي مهم در اين راستا استفاده از ASR (ضايعات باقي‌مانده از اتومبيل‌هاي فرسوده) به‌عنوان سوخت كوره است. شركت OSWER در ايالات متحده به‌عنوان يك طرح نوين، استفاده از ASR (كه حدود 4 ميليون تن در سال در U.S توليد مي‌شود) براي بازيافت انرژي را مفيد قلمداد كرده است. اين در حالي است كه طي مطالعات انجام شده توسط ارگان‌هاي زيست‌محيطي، ASR با داشتن مقادير قابل توجهي از سرب، كادميوم و ساير آلوده‌كننده‌هاي محيط‌زيست به يكي از آلاينده‌هاي خطرناك تبديل شده است.

 

 

 

منابع و مآخذ:

 

1. Sourc category: cement kilns (Midwest RPO candidate control measures).

 

2. Cement manufacturing (in: Air pollution Engineering manual New york).

 

3. Assessment of inviromental impacts of Holcim Cement_Dundee plant (ecology center june 2003).

 

4. Periodical Effect of Cement Dust Pollution on the Growth of some plant species (Muhammad Zafar IQBAL Muhammad SHAFIQ): Department Of Botany University of Karachi PAKISTAN).

 

5. Mercury accumulation in selected plant species exposed to Cement dust pollution.

 

6. Rotionale for the Reduction of SO2 and particulate Air pollution.

 

7. OSWER innovation pilot (Using ASR as cement manufacturing feedstock).

 

 

نشریه توسعه و معدن 195