مشهورترین روش کنترل غبار جاده ها بکارگیری غبارنشان با آب است . افزودنی ها نیز غالبا سورفاکتانتها، نمک ها، امولسیونهای نفتی، پلیمرها و چسبها هستند. اگرچه ساختار جاده برای کاهش انتشار غبار مهم است؛ اما هنوز نیاز است الزامات کنترل غبار برای جاده ها اجرا شود چون بهترین جاده های ساخته شده نیز غبار تولید میکند.

الزامات کنترل غبار جاده

انتخاب افزودنی مناسب به شرایط سایت معدن بستگی دارد. عملکرد هر کدام از افزودنی های کنترل غبار فوق با بکارگیری راندمان کنترل ارزیابی میشود. راندمان کنترل غلظت غبار جاده قبل و بعد از بکارگیری سیستم کنترل غبار با رابطه زیر تعیین میشود:

CE = control efficiency, percent;

U = untreated or uncontrolled road dust concentration, mg/m3; and

T = treated or controlled road dust concentration, mg/m3.

بطور کلی هرچه راندمان برای یک ماده کنترل غبار بیشتر باشد عملکرد آن بهتر است که باعث میشود انتشار کمتری از سطح جاده بوجود آید. راندمان بیان شده برای کل جامد معلق (total suspended solids (TSP میباشد.

آماده سازی جاده

بکارگیری بسیاری از فرونشانهای غبار نیازمند آماده سازی جاده از قبل میباشد. تجهیزات موردنیاز برای اجرای فرونشانی غبار جاده عبارت است از: یک جاده صاف کن گریدر با تیغه ، یک فشرده کننده کامپکتور و یک کامیون آب برای پخش فرونشان روی سطح جاده.

وقتیکه چند نوع غبارنشان بکار میرود باید برنامه ریزی مناسب انجام شود. چون بسیاری از آنها زمان زیادی برای سفت شدن قبل از برگشت عبور و مرور به جاده نیاز دارند. به علاوه بسته به مقدار جاده چند روز هوای خشک برای بکارگیری مناسب فرونشان لازم هست. جاده باید کاملا قبل از بکارگیری فرونشان آماده شود به طریق زیر:

• هرگونه تیغه کشی مورد نیاز برای حذف پستی و بلندی جاده باید قبل از اجرای غبارنشان کامل شود
• هرگونه سنگ بزرگ که برای یک سطح جاده خوب ساخته نشده است باید از سطح جاده کنار زده شود
• جاده باید قوس خوبی برای حذف قابلیت جمع شدن آب داشته باشد چون میتواند اثر مخربی برای سطح جاده داشته باشد و ایجاد چاله آب کند
• و سیستم غبارنشان در آخرین مرحله انجام میشود

اجرای مناسب آماده سازی جاده باعث میشود غبارنشان در حداکثر راندمان خود عمل نماید. برای بکارگیری فرونشان غبار سطح جاده باید شخم زده شود تا ضخامت 25-50mm از سطح جاده سست شود. دو متغیر برای بکارگیری غبارنشان در این نقطه وجود دارد:

• متغیر اول که معمولا با غبارنشان نمک بکار میرود، مطمئن شدن از پخش یکنواخت لایه سست 25-50mm سطح جاده است. سپس غبارنشان با نرخ توصیه شده به این لایه سست بکار میرود. در نهایت سطح ترجیحا با غلتک بادی یا روشهای دیگر فشرده میشود. نباید در جاده تردد شود تا غبارنشان کاملا خودش را بگیرد. زمان عمل آوری بسته به نوع غبارنشان است (معمولا 24 ساعت کافی است)
• متغیر دوم کنار زدن بیشتر مواد سست به بطور تپه ای windrows به دو طرف جاده است. این تپه ها برای اطمینان از عدم فرار غبارنشان از روی سطح جاده بکار میرود. یک سوم غبارنشان توصیه شده روی سطح جاده بین دو تپه بکار میرود. سپس تپه ها به وسط جاده برگردانده میشود و بطور یکنواخت روی سطح آن پخش میشود. سپس یک سوم دیگر غبارنشان روی سطح جاده بکار میرود. برای همزدن غبارنشان، خاک و سنگ جاده مجددا شخم زده میشود. پس از کامل شدن شخم زدن یک سوم آخر غبارنشان به عنوان لایه رویی روی سطح جاده بکار میرود. هنگام اجرای این لایه آخر باید از مصرف زیاد غبارنشان اجتناب شود. در نهایت قبل از خشک شدن غبارنشان، سطح جاده ترجیحا با یک غلتک نیوماتیک فشرده میشود. باید صبر کرد که غبارنشان عمل بیاید (معمولا 24 ساعت ولی بستگی دارد به نوع غبارنشان بکار رفته) سپس عبور و مرور به جاده برگردانده شود.

به یاد داشته باشید موارد فوق دستورالعمل کلی برای بکارگیری غبارنشان است. دستورالعملهای خاص باید از سازنده غبارنشان استعلام شود.

آب

پاشیدن آب مشهورترین روش برای کنترل غبار جاده است. بکارگیری آن ساده ترین و آسانترین روش کنترل غبار میباشد؛ چون هیچگونه آماده سازی قبلی نیاز ندارد. معمولا با استفاده از کامیون، آب روی سطح جاده اسپری میشود. 

یک کامیون برای پاشیدن آب روی جاده معمولا شامل یک تانک، یک پمپ، و لوله کشی موردنیاز برای فرستادن آب به نازلهای پشت کامیون میباشد. اسپری های کناری نیز ممکن است وجود داشته باشد اما اختیاری است. ظرفیت مخزن آب بسته به اندازه کامیون میتواند تا 110m3 باشد. برخی کامیونهای آب ممکن است آبپاشهای بزرگ water cannon داشته باشند که میتواند برای خیس کردن پایل مواد هنگام کنترل غبار بارگیری استفاده شود. این آبپاش توسط اوپراتور کنترل میشود و میتواند بچرخد و بالا رود تا آب را به محل موردنظر بفرستد.

 نازلهای اسپری برای خیس کردن جاده معمولا الگوی تخت fan spray هستند و روی کامیون در یک موقعیت ثابت نصب میشود. این نازلها میتواند نازلهای اسپری استاندارد خریداری شده یا نازلهای ساده دست ساز باشند. 

 نازلهای ساده با ایجاد چند سوراخ در طول یک لوله آب ساخته میشود و در پشت کامیون نصب میشود. بهتر است نازلها بگونه ای چیده شود که همپوشانی نازلها به حداقل برسد تا بیشترین پوشش اسپری بدست آید. اوپراتور میتواند اسپری آب را با خاموش و روشن کردن پمپ توسط یک کلید قطع و وصل کند. در برخی کامیونهای آب، اوپراتور میتواند هر اسپری را جداگانه قطع و وصل کند که باعث بهینه شدن مصرف آب شود.

عیب بکارگیری آب این است که باید بطور دائم اسپری شود. موسسه U.S. EPA آمریکا نتایج تست مختلفی را برای جاده های آبپاشی شده ارائه کرده است. بکارگیری آب با نرخ 0.6lit به ازای هر مترمربع راندمان کنترل غبار حدود 95% برای کل ذرات معلق TSP تا نیم ساعت بعد از مصرف دارد. تست دیگر نشان داده است بکارگیری آب با نرخ 2.12lit/m2 راندمان 74% برای TSP تا 3-4 ساعت بعد از بکارگیری آب دارد. البته راندمان کنترل غبار برای آب میتواند بسیار متغیر باشد چون بسیار وابسته به جنس مواد جاده، ترافیک و شرایط آب و هوایی است. برای مثال یک مطالعه مستقل دیگر نشان داده است که جاده های آبپاشی شده هر یک ساعت یکبار با یک کامیون آب راندمان 40% برای کل ذرات معلق دارد. وقتی آبپاشی به یکبار در هر نیم ساعت افزایش می یابد، راندمان برای TSP نیز به 55 درصد میرسد.

طی یک مطالعه میدانی موسسه NIOSH نشان داده است بکارگیری آب مانع انتشار شدید غبار از جاده برای چند ساعت بعد از مصرف در یک روزگرم با آسمان صاف و بدون ابر شده است. مقدار آب بکار رفته اندازه گرفته نشده است، اما طبق مشاهدات بسیار زیاد بوده تا حدی که آب از جاده روان شده است. هنگام روز دما در محدوده بین 25-32˚C و رطوبت نسبی 37-64% بوده است. شکل زیر غلظت غبار اندازه گرفته شده در طی یک روز با یکبار بکارگیری آب در 10 صبح را نشان میدهد. 

هیچ دستورالعمل منتشرشده ای برای مقدار آب در کنترل غبار جاده ها وجود ندارد. در گذشته یک فاکتور قدیمی انتشار U.S. EPA  بیان میکرد که روزهایی که حداقل 0.25mm بارش داشته باشد، انتشار غباری از جاده وجود نخواهد داشت [EPA 1998] . اما سال 2001 در یک مطالعه انجام شده در کانزاس به این نتیجه رسیدند که مقدار رطوبت جاده برای بهترین کاهش انتشار غبار حدود 2% است. بعلاوه به غیر از فاصله زمانی هایی که قبلا به آن اشاره شد هیچ دستورالعمل منتشر شده ای برای تعیین زمان بهینه تکرار آبپاشی ها وجود ندارد. تعیین فاصله زمانی بهینه آبپاشی ها به مقدار آب ریخته شده روی جاده، حجم ترافیک جاده و شرایط غالب آب و هوا بستگی دارد.

سورفاکتانتها Surfactants

سورفاکتانتها یا افزودنی های خیس کننده میتواند عمر آب را برای کنترل غبار افزایش دهد. مشابه آب، سورفاکتانتها معمولا به غیر از برداشتن هرگونه مواد سست از سطح جاده، فرایند خاص استفاده ندارد.

سورفاکتانتها باعث کاهش کشش سطحی آب میشوند. در نتیجه ذرات روی سطح جاده بهتر در قطرات آب نفوذ میکند و پتانسیل پوشش سطح قطره افزایش می یابد (یعنی نفوذ قطرات آب اجازه میدهد آب سطح بیشتری را خیس کند). همچنین کشش سطحی کاهش یافته باعث نفوذ آسانتر آب ترکیب شده به چند سانت زیر سطح میشود. در نتیجه بستر خیس شده به عنوان یک منبع آب عمل می نماید. بطوریکه وقتی رطوبت سطح تبخیر شد، بستر بتواند رطوبت کنترل غبار را از طریق عمل مویینگی فراهم آورد و عمر آب را افزایش دهد.

اطلاعات کمی در مورد بکارگیری سورفاکتانتها برای افزایش عمر خیسی جاده ها وجود دارد. هرچند مشاهدات نشان داده اند با استفاده از سورفاکتانتها زمان بین خیس کردن جاده ها میتواند بین 33-50 درصد افزایش یابد.

نمکها Salt

مخلوط محلولهای نمک با آب نیز برای کنترل غبار جاده بکار میرود. کلرید منیزیم یکی از مشهورترین افزودنی های پایه نمکی برای کنترل غبار میباشد. دیگر افزودنی ها کلرید کلسیم، آهک هیدراته و سیلیکاتهای سدیم هستند که کلرید کلسیم با خواصی مشابه کلرید منیزیم مشهورترین آنها میباشد. کلرید کلسیم جاذب رطوبت است یعنی رطوبت را از اتمسفر جذب میکند تا جاده را در شرایط نمناک نگهدارد. در آب و هوای خیلی خشک ممکن است بکارگیری متناوب آب لازم باشد تا عملکرد جاده را درسطح قابل قبول نگهدارد. فرایندهای بکارگیری کلرید کلسیم یا کلرید منیزیم مشابه روش توضیح داده شده فصل " آماده سازی جاده " میباشد.

آزمایشها نشان داده است راندمان کنترل غبار کلریدمنیزیم برای جاده کامیونها، تا حدود 95% برای 22 روز پس از بکارگیری میباشد. برای کلریدکلسیم دو هفته بعد از بکارگیری اولیه راندمان کنترل 82% اندازه گرفته شده است و در طی 7 هفته به 14درصد کاهش یافته است. علت این کاهش سایش سطح جاده بخاطر حجم ترافیک و بارش (چون که کلرایدها در آب حل میشود و میتواند شسته شود) گزارش شده است.

از فواید بکارگیری کلرایدها برای کنترل غبار، جذب رطوبت از هوا است که باعث میشود سطح رطوبت جاده در بالاترین مقدار باقی بماند. همچنین میتوانند بعنوان ذوب کننده یخ و برف در زمستان عمل کند. درضمن کلرایدها معمولا زمان عمل آوری پس از بکارگیری نیاز ندارد.

یکی از معایب کلرایدها احتمال خوردگی زودرس تجهیزات استفاده کننده از جاده میباشد. همچنین میتوانند برای گیاهان و پرسنل(اگر با پوست و چشم تماس یابد) مضر باشد. کلرایدها در آب حل میشوند و ممکن است هنگام بارندگی از سطح جاده شسته شود و در طی زمان عملکرد خود را از دست بدهد.

امولسیونهای نفتی Petroleum Emulsions

رزینهای نفتی معمولا محصولات مهندسی شده یا محصول جانبی تولید روغنهای روانکاری میباشد. آنها معمولا شامل امولسیونهای پایدار پسماندهای نفتی ، عصاره حلال و لجن اسیدی است. اگر سطح جاده در شرایط خوبی باشد، بکارگیری آن نسبتا ساده است. برخی مواد نیاز به تیغه زدن تا عمق 25mm ، سپس پاشش رزین و فشرده سازی سطح دارد؛ بقیه انواع میتواند با بکارگیری مستقیم رزین روی سطح جاده بدون هیچگونه پیش شرطی استفاده شود. بسیاری از رزینهای نفتی 24 ساعت لازم دارد تا سطح جاده عمل آید. بنابراین مهم است که در این 24 ساعت در جاده رفت و آمد نشود.

بکارگیری رزینهای نفتی در جاده های دسترسی غبار را به مقدار قابل توجهی کاهش داده است. گزارشها حاکی از آن است که برای مدت شش ماه تا یکسال جاده های دسترسی با این روش بدون غبار نگهداشته شده است. جاده های عبور کامیونها برای مدت 3-4 هفته نسبتا بدون غبار گزارش شده اند.

برای امولسیونهای نفتی، راندمانهای کنترل غبار ثبت شده بسیار متغیر است. برای جاده کامیون در یک عملیات شن و ماسه، راندمان کنترل غبار میتواند تا 70% در مدت 21 روز بعد از بکارگیری مشتقات نفتی باشد. دیگر آزمایشها نشان داده است که راندمان کنترل غبار 4-38% طی یک دوره 4 هفته ای بعد از بکارگیری در چند سایت زغال روزمینی میباشد. دیگر اختلافات در راندمان میتواند بخاطر نوع امولسیون نفتی، روش بکارگیری، نوع رفت و آمد ماشینها و روش اندازه گیری باشد.

یک فایده اولیه بکارگیری امولسیونهای نفتی این است که آنها خورنده نیستند. همچنین در آب حل نمیشود؛ بنابراین باران آنها را جابجا نخواهد کرد و تبخیر نخواهد شد. آنها نسبتا غیرسمی و غیر آتش زا است و اثر معکوس روی رشد گیاهان ندارد. از معایب آن نیاز به 24 ساعت زمان برای عمل آوری است. بنابراین نباید در این مدت رفت و آمدی انجام شود. رفت و آمد باید فقط به تجهیزات چرخ دار محدود شود چون تجهیزات کشنده سطح کار شده را خواهد شکست و باعث تضعیف کنترل غبار روی سطح جاده میشود. در نهایت دمای نگهداری محصولات امولسیونی قبل از بکارگیری باید کنترل شود چون آنها نمیتوانند شرایط یخ زدن یا بجوش آمدن را تحمل کند.

پلیمرها Polymers

پلیمرها شامل آکریلیک ها acrylics و وینیل ها vinyls هستند که بصورت افزودنی های شیمیایی با آب مخلوط شده و پس از تشکیل یک محلول رقیق روی سطح جاده بکار میرود. نحوه بکارگیری آن بستگی به مارک پلیمر بکار رفته دارد اما معمولا شامل یک فرایند ساده آماده سازی سطح جاده سپس اسپری کردن محلول در چند مرحله است.

اگرچه بسیاری از مارکهای پلیمر در کنترل غبار جاده کامیون بکار میرود اما مطالعه کمی در مورد راندمان آنها ثبت شده است. یک مطالعه روی جاده های کامیون گزارش کرده است که یک پلیمر خاص راندمان را بین 74-81% در طول 4 هفته پس از بکارگیری کنترل کرده است. اختلاف در راندمان اعلامی بخاطر بارش باران بوده که در سایتهای مختلف فرق داشته است. مطالعه دیگر در یک جاده کثیف عمومی راندمان کنترل غبار با همان پلیمر خاص را 94-100% تا یک هفته و 37-65% در 11 ماه بعد از استفاده گزارش کرده است.

فایده بکارگیری پلیمرها این است که غیرخورنده و غیرسمی هستند. همچنین به عنوان یک افزودنی کنترل غبار عمر طولانی دارند. البته گزارش شده است که بارش میتواند روی عمر آنها تاثیر بگذارد. نحوه استفاده میتواند بسته به نوع مواد از پروسه ساده آماده سازی اولیه جاده و اسپری محلول روی سطح جاده با یک مخزن کامیون تا فرایندهای پیچیده نیازمند آماده سازی جاده و همزدن اضافی و صاف کردن مجدد هنگام بکارگیری محلول پلیمر متفاوت باشد. بعلاوه پلیمرها میتواند برای پایداری خاک نیز بکار رود.

چسب ها Adhesives

چسبها ترکیبات، محلولها و فرمولهایی هستند که با سطح خاک ترکیب شده تا یک سطح جاده جدید را تشکیل دهد. یکی از مشهورترین چسبها سولفونات لیگنین lignin sulfonate است که اساسا ضایعات کارخانه های خمیر و کاغذ است و یک محصول کنترل غبار به خوبی تثبیت شده است. هنگام قرارگیری تکه های چوب در محلول سولفونات تولید میشود. این محلول، لیگنین lignin یا چسب binder را از تکه های چوب جذب میکند و تشکیل محلول سولفونات لیگنین مورد استفاده برای کنترل غبار را میدهد.

بکارگیری سولفونات لیگنین شامل پروسه هایی است که قبلا تحت عنوان آماده سازی جاده مطرح شده است. در صورت مصرف مناسب سولفونات لیگنین مشاهده شده است که با بکارگیری متناوب محلول جاده های دسترسی از شش ماه تا دو سال بدون غبار نگه داشته شده است. گزارش شده است که جاده های کامیون بعد از هر بکارگیری 3-4 هفته بدون غبار مانده است. پاشش مجدد میتواند بطور ساده با اسپری کردن محلول روی جاده انجام شود. مگر اینکه جاده در وضعیت ضعیفی باشد که فرایند آماده سازی جاده باید انجام شود.

آزمایش میدانی سولفونات لیگنین نشان داده است که راندمان کنترل غبار بین 50-63% تا 4 هفته بعد از مصرف میباشد و بیشترین راندمان کنترل بلافاصله پس از مصرف اتفاق می افتد. دیگر آزمایشهای سایت راندمان کنترل را 31-45% عنوان کرده که این اختلاف میتواند بخاطر جنس مواد جاده، نوع تجهیزات و بارش باران باشد. بارش میتواند تاثیر مهمی روی راندمان کنترل غبار داشته باشد چون سولفونات لیگنین محلول در آب است و میتواند با باران از روی جاده شسته شود.

از دیگر فواید بکارگیری سولفونات لیگنین به عنوان افزودنی کنترل غبار جاده، غیرخورنده بودن است و بخاطر وجود کارخانه های کاغذ قابل دستیابی است. از معایب آن این است که میتواند با برخی فرایندهای معدنی مثل فلوتاسیون تداخل داشته باشد. از آنجاییکه قابل حل در آب است ممکن است از سطح جاده شسته شود و برای برقراری مناسب کنترل غبار نیاز به بکارگیری مجدد سولفونات لیگنین دارد.

دیگر روشهای کنترل غبار

کنترل سرعت Speed Control

کنترل سرعت ماشینها روی جاده میتواند روش موثری برای کنترل غبار باشد. هرچند این روش مغایر تولید حداکثر است. کامیونها طراحی شده اند تا در سرعت بهینه کار کنند؛ کاهش سرعت کامیونها نرخ تولید معدن را کاهش میدهد که ممکن است مطلوب نباشد. با وجود این نشان داده شده است وقتی سرعت از 40km/h به 16km/h کاهش می یابد، پتانسیل تولید ذرات غبار کمتر از 10micron تا 58% و کاهش سرعت از 40km/h به 24km/h تولید غبار را تا 42% کاهش میدهد. در مطالعه دیگر با محدودکردن سرعت روی جاده های خاکی به 40km/h راندمان کنترل غبار 44% گزارش شده است.

کنترل ترافیک Traffic Control

علاوه بر کامیونهای معدن در سایت، بسیاری از سایتها کامیونهایی برای حمل مواد به مشتری دارند. این کامیونها اغلب در دسته های 2-3 تایی یا بیشتر وارد سایت میشوند. اگر کامیونها روی جاده خاکی رفت و آمد کنند، برقراری یک فاصله 20 ثانیه بین آنها 52% کاهش انتشار غبار قابل استنشاق به راننده کامیونهای پشتی نشان داده است. به علاوه این فاصله زمانی 20 ثانیه باعث میشود ابر غبار تولید شده از کامیون جلویی فرونشیند که دید راننده پشتی خراب نشود. بنابراین میتواند احتمال تصادف بخاطر اختلال دید از غبار تولید شده کامیونها را کاهش دهد.

منبع: 

هندبوک کنترل غبار در صنایع معدنی

Dust Control Handbook for Industrial Minerals Mining and Processing

نوشتن دیدگاه