نگاهی به آلودگیهای زیست محیطی کارخانه های سیمان

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.

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.