آلاینده‌های یک کارخانه سیمان و عوارض زیست‌محیطی آنها بر انسان، جانوران و پوشش‌های گیاهی
گردآوری و نگارش: دکترداریوش خدری
چکیده
امروزه آلودگی هوا به‌عنوان یکی از معضلات مهم شهرنشینی و زندگی صنعتی مطرح بوده و زندگی تمام افراد جامعه تحت‌تأثیر این مسئله قرار گرفته است. صنعت سیمان نیز یکی از صنایع کلیدی در کشورهای درحال‌توسعه می‌باشد که در اجرای پروژه‌های مختلف کاربرد زیادی دارد. سیمان به‌عنوان یکی از مهم‌ترین فرآورده‌های ساختمانی نقش اساسی در پیشبرد برنامه‌های عمرانی کشور دارد و در بخش‌های اساسی ساخت‌وساز چه به‌عنوان بتن و چه به‌عنوان فرآورده‌های بتنی و کارهای بنائی مصرف می‌شود. بااین‌وجود این صنعت یکی از صنایع آلوده‌کننده محیط‌زیست محسوب می‌گردد.
توجه به کنترل اثرات آلودگی هوا، آب‌وخاک در مراحل مختلف تولید سیمان اعم از استخراج سنگ معدن، بارگیری،
فرایند خردایش مواد اولیه، پروسه پخت مواد خام، استخراج و کارایی حرارتی کارخانه سیمان، نه‌تنها موجب حفظ محیط‌زیست خواهد شد، بلکه به تعالی و بهینه بودن عملکرد کارخانه‌های سیمان کمک بسزایی خواهد نمود. ازآنجاکه امروزه در کشور ما تأسیس کارخانه‌های سیمان که با بهره‌گیری از سرمایه‌گذاری‌های کلان انجام می‌گیرد معمولاً با اشتغال‌زایی و جوانب اقتصادی دیگر همراه است، توسعه صنعت سیمان روندی روبه‌رشد را طی می‌کند. اما در راستای این منافع اقتصادی آسیب‌های زیست‌محیطی ناشی از کارخانه‌های سیمان اجتناب‌ناپذیر است. در واقع این صنعت مسئول ۵ درصد از کل آلودگی زیست‌محیطی در جهان می‌باشد، به‌طوری‌که نادیده‌گرفتن اثرات زیست‌محیطی آن در دهه‌های اخیر و توجه صرف به درآمدهای ناشی از این صنعت، خسارات جبران‌ناپذیر اقتصادی و اجتماعی را متوجه انسان و محیط‌زیست کرده است.
صنعت سیمان از زمان‌های خیلی دور با مشکلات آلایندگی محیط‌زیست مواجه گردیده است. این مشکلات برای یک دوره طولانی فقط به انتشار گردوغبار و اثرات آن محدود بود. ولی از حدود ۴۰ سال پیش انتشار گازهای خاص مانند دی‌اکسید گوگرد، اکسیدهای نیتروژن و دی‌اکسیدکربن، مونوکسید کربن نیز موردتوجه جدی قرار گرفته است و از این گازها به‌عنوان گازهای آلاینده هوا در این صنعت نام‌برده می‌شود که در صورت عدم کاهش انتشار آنها صدمات جبران‌ناپذیری به محیط‌زیست وارد می‌شود کارخانجات سیمان باتوجه‌به مراحل تولید سیمان که شامل پیش گرمکن، کلینکرسازی، خنک‌کردن کلینکر، عملیات آسیاب کردن و انبارکردن است، با ایجاد گردوغبار، تولید گازهای آلاینده و گلخانه‌ای از قبیل NOx ، CO2 ، SO2، CO و …در این پروسه پیچیده، به‌عنوان یکی از منابع آلوده‌کننده محیط‌زیست نیز شناخته شده است.
در این پژوهش بر آن شدیم تا رویکرد نوینی در جهت بررسی آلاینده‌های عمده هوا در کارخانه سیمان و معرفی اجمالی اقدامات مؤثر در جهت کاهش انتشار و اثرات آلاینده‌های منتشره ارائه دهیم.
مقدمه
یکی از صنایع بزرگ و استراتژیک کشور صنعت سیمان می‌باشد. سیمان به‌عنوان پایه توسعه کشور، در احداث مسکن، پروژه‌های سدسازی، کارخانجات صنعتی، ساختمان‌ها، توسعه راه‌ها و… نقش اساسی دارد. با افزایش رشد صنعت سیمان، کارخانجات سیمان سهم عمده‌ای در افزایش آلودگی محیط‌زیست را کسب می‌کنند. باتوجه‌به ماهیت صنعت سیمان و ماشین‌آلات مورداستفاده در آن، عوامل زیان‌آور متعددی در محیط کار صنایع سیمان چه در مرحله ساخت و چه در مرحله بهره‌برداری سلامتی شاغلین را متأثر می‌سازد. آلودگی هوا یکی از پدیده‌های تأثیرگذار بر کیفیت زندگی انسان است که می‌تواند کارایی و سلامت جوامع وسیعی را دچار مشکل کند . از عوامل اصلی که سبب ایجاد آلودگی در این صنعت می‌گردند عبارت‌اند از گردوغبار که عمدتاً در مراحلی مانند استخراج، حمل‌ونقل، انبار و آسیاب کردن مواد اولیه و محصول تولید می‌گردد.
از مهم‌ترین آلاینده‌های گازی شکل ناشی از پروسه تولید سیمان CO2 ، Co ، SO2 و NOxها هستند که دارای دو منشأ اصلی یعنی واکنش‌های شیمیایی مواد اولیه در اثر حرارت و دیگری ناشی از سوخت مصرفی کارخانه می‌باشند.
با گسترش این صنعت تعداد کارگرانی که به اقتضای شغل در تماس با گردوغبار سیمان هستند رو به افزایش است. به‌طورکلی تولید سیمان یک فرایند آلوده‌کننده است و عوامل زیان‌آور متعددی در محیط کار سلامتی شاغلین را متأثر می‌سازد.
عوارض شغلی ناشی از تماس با گردوغبار سیمان متعدد است و مهم‌ترین آنها عبارت‌اند از درماتیت، رینیت، آسم شغلی، برونشیت مزمن و سیلیکوزیس مطالعات مختلفی در مورد ارزیابی اثرات حاد و مزمن مواجهه با گردوغبار سیمان صورت‌گرفته است. در تعدادی از مطالعات رابطه معنی‌داری بین تماس با گردوغبار سیمان و علائم تنفسی مزمن و کاهش ظرفیت‌های ریوی مشاهده شده است مطالعاتی که در خصوص ارزیابی اثرات زیست‌محیطی کارخانه سیمان بر محیط اطراف صورت‌گرفته است این صنعت را به‌عنوان یک منبع منتشرکننده مهم گاز دی‌اکسیدکربن معرفی می‌کند. تولید گاز گلخانه‌ای دی‌اکسیدکربن می‌تواند اثر زیادی بر گرم‌شدن زمین داشته باشد؛ بنابراین صنعت سیمان با تولید آلاینده‌هایی که ذکر آن رفت به‌عنوان یکی از صنایع آلوده‌کننده محیط‌زیست شناخته شده است و هزینه‌های اجتماعی بسیار سنگینی را به لحاظ جبران خسارت‌های فوق بر دولت‌ها تحمیل می‌نماید. بدیهی است که در چنین شرایطی یکی از نگرانی‌های اصلی صنعت سیمان، تأمین منافع زیست محیطی و عدم تخریب محیط‌زیست می‌باشد. هدف از این پژوهش معرفی اجمالی آلودگی هوا ناشی از کارخانه سیمان و ارائه راهکارهای موجود برای کاهش اثرات و کاهش انتشار آلاینده‌ها می‌باشد .
بحث
مواد آلاینده ناشی از صنایع سیمان شامل گردوغبار، ترکیبات کربن‌دار، اکسیدهای گوگرد و اکسیدهای ازت است. در بین این مواد، ذرات گردوغبار به‌خاطر تولید و انتشار بیشتر در محیط از اهمّیت بیشتری. برخوردار است .
طبق گزارش منتشره از سوی سازمان حفاظت محیط‌زیست بر اساس بازدیدهای میدانی در برخی از کارخانه‌های سیمان فعال و همچنین جمع‌آوری اطلاعات پایه از طرف ادارات کل استان‌ها نسبت به تهیه آمار سوخت، موقعیت جغرافیایی و میزان کارایی کارخانجات سیمان اقدام شده که نتایج حاصله به شرح جدول زیر است.
بر اساس مطالعات صورت‌گرفته موانع و مشکلات کنترل آلاینده‌های زیست‌محیطی در صنایع سیمان عبارت‌اند از :
• اولویت دادن تولید و سودآوری نسبت به جلوگیری از انتشار آلاینده‌ها
• عدم کافی بودن دانش فنی و اطلاعات بروز پرسنل و مدیران در خصوص تجهیزات مناسب برای جلوگیری از انتشار آلاینده‌ها
•ضعف سازمانهای نظارتی در اجرای قوانین
•کمبود اعتبارات لازم برای سرمایه‌گذاری در زمینه محیط‌زیست
مهم‌ترین آلاینده‌های صنعت سیمان:
الف) گازها
در صنعت سیمان برای تأمین انرژی گرمایی لازم برای پخت مواد در کوره، نیاز به احتراق موادی برای این منظور است، موادی که به طور معمول در کل دنیا به‌عنوان مواد اولیه استفاده می‌شوند شامل زغال‌سنگ یا مازوت ۲۸ درصد، گاز طبیعی ۳ درصد، نفت یک درصد و RDF (سوخت‌های مشتق شده از مواد باطله نظیر تایرهای فرسوده، روغن‌های موتورهای استفاده شده) ۴۱ درصد می‌باشد.
که البته در کشور ما بخش عمده انرژی احتراق در کارخانه‌های سیمان از طریق مصرف گاز طبیعی حاصل می‌شود.
عمده‌ترین گازهایی که در حین فرایند تولید سیمان منتشر می‌شوند، عبارت‌اند از مونوکسید کربن، دی‌اکسیدکربن، سولفید هیدروژن، دی‌اکسید گوگرد، اکسیدهای نیتروژن و ترکیبات آلی فرار یا VOC
۱- دی‌اکسیدکربن
از مهم‌ترین گازهای منتشره در صنعت سیمان گاز دی‌اکسیدکربن است؛ به‌طوری‌که سهم این صنعت در تولید این گاز ۳% در کل جهان می‌باشد. برای تولید سیمان، دی‌اکسیدکربن از اکسیداسیون کربنات در فرایند تولید کلینکر (دانه‌های حاصل از حرارت دادن به سنگ آهک و آلومینیوم سیلیکات که قطر ۲۵-۳ میلیمتر دارند) تولید می‌شود. این فرایند یکی از فرایندهای اصلی صنعت سیمان و همچنین منابع غیر احتراقی انتشار این گاز در صنعت سیمان، حدود %۴ کل انتشارات دی‌اکسیدکربن را در جهان به خود اختصاص داده است . لذا کل انتشار گاز CO2 در طی فرایندهای احتراقی و غیر احتراقی تولید سیمان در مجموع %۳ کل انتشار دی‌اکسیدکربن را در کل جهان شامل می‌شود.
با درنظرگرفتن انتشار کربن فرایندی، سهم کشور چین به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان که تنها %۱ تولیدات خود را صادر می‌کند، %۵۷ است و لذا بیشترین سهم در تولید دی‌اکسیدکربن در
صنعت سیمان را دارا است. بعد از چین، هند با سهم %۵ در رتبه دوم قرار گرفته و کشورهایی که در رتبه‌های بعد از هند قرار گرفته‌اند دارای ۱.۵الی ۲ درصد کل انتشار هستند و به ترتیب شامل آمریکا، ترکیه، ژاپن، روسیه، برزیل، ایران و ویتنام هستند . بر اساس آمار و ارقام موجود، صنعت سیمان از پتانسیل بسیار بالایی برای کنترل و انتشار دی‌اکسیدکربن برخوردار است. مقدار دی‌اکسیدکربن انتشار یافته به‌ازای یک تن سیمان تولید شده به عواملی چون شدت مصرف انرژی برای تولید کلینکر و سیمان، نسبت کلینکر در سیمان، نوع سوخت مصرفی در کوره و ضریب انتشار دی‌اکسیدکربن برای الکتریسیته مصرفی بستگی دارد .
کارخانه تولید سیمان از شدت مصرف انرژی و انتشار بالایی به دلیل ماهیت تولید خود برخوردار است . انتشار دی‌اکسیدکربن در این صنعت به‌صورت مستقیم و غیرمستقیم صورت می‌گیرد. منبع اصلی انتشارات مستقیم، کلسیناسیون سنگ آهک و تولید کلینکر است و تقریباً %۵۰ کل انتشارات را شامل می‌شود . انتشارات غیرمستقیم ناشی از احتراق سوخت‌های فسیلی اعم از زغال‌سنگ، نفت کوره یا گاز طبیعی در کوره است و در حدود %۴۰ انتشار در بخش سیمان را شامل می‌شود. همچنین الکتریسیته مصرفی ماشین‌آلات واحد حمل‌ونقل به‌عنوان دیگر منابع انتشار غیرمستقیم
دارای سهم ۵ تا ۱۰ درصد هستند.
اثرات دی‌اکسیدکربن بر انسان و محیط‌زیست
انتشار بیش از حد این گاز که در نتیجه احتراق سوخت‌های فسیلی تولید می‌شود باعث افزایش غیر متعادل دمای کره زمین و ایجاد گرمایش جهانی که پدیده‌ای مخرب است می‌گردد. درعین‌حال این گاز در صورت افزایش در محیط می‌تواند اثرات سوء سلامتی نیز به همراه داشته باشد. برخلاف مونواکسیدکربن که یک خفه‌کننده شیمیایی محسوب می‌شود و با هموگلوبین خون ترکیب می‌گردد، دی‌اکسیدکربن یک خفه‌کننده ساده است و با هموگلوبین خون ترکیب نشده و از طریق جایگزین شدن به‌جای اکسیژن باعث ایجاد خفگی می‌شود. غلظت بیشتر از %۴ دی‌اکسیدکربن برای سلامتی و حیات بسیار خطرناک است .
۲-ترکیبات NOX
گازهای NOX از جمله گازهای بسیار مهمی است که از احتراق سوخت‌های کوره نظیر زغال‌سنگ و همچنین مواد اولیه به وجود می‌آیند. از اکسیداسیون نیتروژن موجود در سوخت و مواد اولیه در نتیجه احتراق، این نوع گازها متصاعد می‌شود که در مراحل بعدی با گازهای دیگر نظیر VOC ترکیب شده و تولید مواد مضر دیگری می‌کند.
اثرات NOX بر انسان و محیط‌زیست
اکسیداسیون NO به NO2 در غلظت‌های بالا، سریع و در غلظت‌های پایین، آهسته است؛ به جز در مواردی که هیدروکربن و نور خورشید وجود داشته باشد. گاز NO2 در واکنش فتوشیمیایی به‌راحتی تشکیل می‌شود و بدین ترتیب آن را یکی از محصولات فتوشیمیایی می‌نامند، درصورتی‌که منبع اصلی آن احتراق در حرارت زیاد است. این گاز به رنگ قهوه‌ای مایل به قرمز است، به همین علت این گاز به طور مؤثری دید را در شهرها کم می‌کند. به‌علاوه بوی تند و زننده آن در غلظت ppm 2 -1 قابل تشخیص است. میزان متهموگلوبین به طور طبیعی در خون به طور طبیعی بین صفر تا ۸% هموگلوبین است. وقتی در اثر تماس در محیط آلوده غلظت آن در خون به ۱۰ تا ۱۵ درصد هموگلوبین برسد (این غلظت در هوای آزاد به دست نمی‌آید) علائمی مانند تنگی نفس کوششی که نارسایی اکسیژن یا هیپوکسی را به دنبال دارد.
تغییرات در فعالیت ریه‌ها تماس با غلظت تا ppm 50 در کوتاه‌مدت یا غلظت‌های کم در مدت طولانی‌تر با افزایش تعداد تنفس و کاهش ظرفیت ریه‌ها همراه است.
اثرات سیستمیک شامل تغییرات بافت‌های کلیه و کبد و قلب پس از ۲ ساعت تماس با غلظت ppm 15 کاهش وزن، کاهش مصونیت در برابر باکتری‌ها و احتمالاً عفونت‌های ویروسی نیز از عوارض آلودگی هوا به دی‌اکسید ازت می‌باشد. اثرات ثابت شده NO2 بر روی انسان‌ها و تقریباً حیوانات کاملاً به اثرتنفسی محدود می‌شود. شدت مسمومیت بستگی به زمان در معرض تابش قرارگرفتن و غلظت دارد. بچه‌ها نسبت به آلاینده‌های استنشاقی حساس‌تر بوده و باعث افزایش ریسک مرگ‌ومیر آنها می‌شود.
کنترل و کاهش اکسیدهای نیتروژن NOX
روش‌های متعددی برای کاهش میزان NOX پیشنهاد شده است که باتوجه‌به هزینه عملیاتی و کارایی روش، انتخاب می‌شوند.
•سیستم کنترل‌کننده پروسه
ازآنجاکه تولید گاز NOX به طور مستقیم با میزان مصرف انرژی رابطه دارد، بنابراین با اجرای تکنولوژی برای متعادل‌سازی مصرف انرژی می‌توان NOX را کاهش داد . با اجرای این عملیات علاوه
بر کاهش NOX بازدهی سوخت افزایش‌یافته، هزینه عملیاتی کاهش می‌یابد، ظرفیت زیاد شده و پایداری عملیاتی کوره نیز بیشتر می‌شود. با ایجاد این سیستم کمتر از ۲۵ درصد در مقدار NOX کاهش حاصل می‌شود.
•تغییر در ترکیبات خوراک کوره
با اضافه‌کردن برخی مواد باطله نظیر خرده آهن‌های فرسوده، به خوراک کوره می‌توان دمای لازم برای کلینکر شدن و به‌تبع آن NOX متصاعد شده را کاهش داد. در این روش باطله‌های فولادی را به خوراک کوره اضافه می‌کنند که به‌واسطه آن گرمای احتراق درونی لازم برای کلینکر شدن مواد اولیه کاهش می‌یابد و به‌این‌ترتیب درصد NOx آزاد شده کاهش می‌یابد. با این ۲۳ تا ۴۰ درصد در مقدار NOx کاهش حاصل می‌شود.
•استفاده از بعضی سوخت‌های جایگزین
استفاده از سوخت‌هایی نظیر لاستیک‌های فرسوده اتومبیل، موجب ایجاد حرارت در دماهایی کمتر از معمول می‌شود که به‌این‌ترتیب میزان NOX تولید شده کمتر می‌شود. همچنین موجب کاهش هزینه تأمین سوخت شده و زمینه‌ای را برای ایجاد استفاده از مواد فرسوده شده در راستای تأمین انرژی را فراهم می‌کند. با استفاده از این سیستم برای کوره هایتر ۲۸ تا ۵۹ درصد و برای کوره‌های خشک ۱۱ تا ۵۵ درصد کاهش در میزان NOX خواهیم داشت .
•روش SCR (کاهش‌دهنده‌های با حضور کاتالیزور)
در این روش با استفاده از NH3 و یک کاتالیزگر، NO و NO2 به N2 کاهش می‌یابد، این روش در بسیاری از کشورهای اروپایی مورد حمایت قرار گرفته ولی در ایالات متحده به‌ندرت استفاده می‌شود.
با این روش که از تکنولوژی بسیار پیشرفت‌های بهره میبرد ۷۰ تا ۹۰ درصد کاهش در میزان NOX خواهیم داشت، اما هزینه آن نسبت به سایر روش‌ها بالاتر است. نکته قابل‌ذکر این است که بسیاری از این روش‌ها می‌توانند تواما در پروسه موردنظر مورداستفاده قرار گیرند ولی درهرصورت باید معیارهای اقتصادی را نیز به‌عنوان یک رکن اساسی در بقای صنعت مربوطه در اذهان نگه داشت و روش‌هایی را انتخاب کرد که هم از نظر اقتصادی و هم از نظر زیست‌محیطی توجیه‌پذیر باشد .
• سولفید هیدروژن
گازی بی‌رنگ و شدیداً سمی است که به‌آسانی در آب حل شده و دارای قابلیت اشتعال و انفجار است.
این گاز بسیار خطرناک و کشنده است که در غلظت‌های پایین بوی تخم‌مرغ گندیده می‌دهد و در غلظت‌های بالا بوی شیرین دارد. این گاز قابل انفجار بوده و چنانچه در غلظت‌های بین ۴% تا ۴۴ % در هوا و در معرض شعله باز و یا منبع تولید جرقه قرار گیرد، باعث ایجاد آتش‌سوزی و انفجار می‌شود. در صنعت معمولاً به‌عنوان یک محصول فرعی ناخواسته تولید می‌شود امّا در بعضی پروسه‌ها یک ماده واسطه مهم است.
اثرات سولفید هیدروژن بر انسان و محیط‌زیست
گاز سولفید هیدروژن بسیار سمی است. این گاز از طریق ممانعت در عملکرد آنزیم سیتوکروم اکسیداز مانع جذب اکسیژن می‌گردد. تماس کوتاه‌مدت (حاد ) با سولفید هیدروژن باعث ایجاد سوزش و حساسیت در حلق، بینی، چشم و ریه‌ها می‌گردد. تماس با غلظت‌های بالاتر آثار جدی بر سلامت به جا گذاشته و منجر به مرگ می‌گردد. درصورتی‌که فرد غلظت زیادی از این گاز را استنشاق کند و یا به مدت طولانی در این محیط قرار گیرد، H2S مانند سیانید به سیتوکروم اکسیداز موجود در میتوکندری‌ها وصل شده و مانع فعالیت آن می‌شود و از این طریق از متابولیسم سلولی اکسیژن جلوگیری می‌کند. در نتیجه مرکز اصلی تنفس در مغز فلج شده و تنفس متوقف می‌گردد (فرد دچار خفگی می‌شود) درمسمومیت مزمن با گاز H2S ، ماده سمی به مقدار کم و جزئی در دفعات متعدد و در زمان طولانی وارد بدن شده و علائم ممکن است پس از سال‌ها بروز یابند. گاز سولفید هیدروژن اثرات مزمن و تحت حاد
گسترده‌ای دارد. در غلظت‌های خیلی پایین، این گاز باعث سردرد، خواب‌آلودگی، بی‌حالی، حالت تهوع، استفراغ، تحریک چشم‌ها و سیستم تنفسی (ریه‌ها و مسیر ورود هوا از دهان، بینی و راه‌های هوایی ) می‌گردد. چشم‌ها در اثر تماس با این گاز قرمز، ملتهب و دردناک گردیده و به نور حساس می‌شوند. اثرات مزمن این گاز بر روی سیستم تنفسی شامل سرفه، درد در بینی و گلو و درد هنگام تنفس می‌باشد.
۴ -دی‌اکسید گوگرد SO2
این گاز تحت نور خورشید به SO3 تبدیل می‌شود که گازی باسابقه شدید آلودگی‌های زیست‌محیطی و به دنبال آن بیماری‌های تنفسی است. در مراحل بعدی SO3 نیز طی واکنش با آب‌های موجود به اسیدسولفوریک در بخار آب منجر می‌شود. مواد خام اولیه در صنعت سیمان که به طور معمول آهک و رس )مارن( هستند به دلیل ماهیت رسوبی بودن شامل مقادیری از ترکیبات سولفوری هستند که با تجزیه ترکیبات فوق و اکسیداسیون سولفور موجود، SO2 تولید می‌شود. حدود نیمی از SO2 تولید شده، مربوط به این مورد است.
اثرات دی‌اکسید گوگرد بر انسان و محیط‌زیست
مهم‌ترین خطرات ناشی از آلودگی هوا بر روی سلامتی انسان از جانب گازهای SO2 ، NOx و غبارات متصاعد شده است. ارتباط بسیاری از بیماری‌های تنفسی و ناهنجاری‌های ریوی با گاز SO2 امری ثابت شده است .
اخیراً مطالعات زیادی در مورد ارتباط بیماری‌های گوناگون با آلودگی ناشی از SO2 ، غبارات متصاعد شده و NOX به انجام رسیده است و رابطه نزدیکی بین بیماری‌های خاص با این عوامل مشخص شده است. دو عضو اصلی بدن انسان که مورد هجوم این عوامل آلوده‌کننده قرار می‌گیرد، سیستم تنفسی و بینایی است. ارتباط بیماری‌هایی نظیر سرفه مداوم، اخلاط، برونشیت مزمن با وجود گازهای SO2 و NOX ثابت شده است که شیوع این بیماری‌ها در مناطقی با آلودگی شدید تا ۳-۲ برابر مناطق با آلودگی کمتر بوده است. تمرکز مواد ریز که به‌صورت غبارات کارخانه‌های سیمان در محیط پخش می‌شود یکی دیگر از عوامل نگران‌کننده است. فرّار بودن این ذرات و ریزی قابل‌توجه آنها موجب قرارگرفتن آنها در بخش‌هایی از سیستم تنفسی که به راه‌های دیگر به‌راحتی آلوده می‌گردند، می‌شود . گاز SO2 موجود در ذرات به طور معمول در دیواره‌های ناحیه بالای سیستم تنفسی جذب می‌شود. بدین‌وسیله وجود این مواد ریز در بخش‌های تنفسی موجب ناراحتی‌های ریوی و تنفسی خواهد شد. از جمله آنها تشدید ناراحتی‌های تنفسی و بیماری‌های قلبی موجود، ناهنجاری در سیستم تدافعی در مقابل اشیای خارجی، آسیب به بافت‌های ریوی، مرگ زودرس و سرطان ریه است.
هر چه اندازه ذرات ریزتر باشد خطرات ناشی از آن بیشتر خواهد شد.
کنترل و کاهش دی‌اکسید گوگرد SO2
راه‌حل‌های کاهش گازهای SO2 را به‌طورکلی می‌توان به شش دسته تقسیم کرد :
•جانشینی مواد اولیه یا سوخت با موادی با SO2 کمتر :
یکی از معمول‌ترین روش‌های کاهش SO2 ، استفاده از مواد اولیه و سوخت‌هایی است که تا حد امکان محتویات سولفور آنها کم باشد. ازاین‌رو برای تمامی کوره‌ها کاربرد دارد.
•تعدیل سازی احتراق :
تعدیل سازی احتراق شامل هرگونه تغییر فیزیکی و شیمیایی در کوره است که بتواند گازهای متصاعد
شده را کاهش دهد.
•کنترل‌های بعد از احتراق سوخت و مواد اولیه :
کنترل‌های بعد از احتراق دربرگیرنده یکسری ابزاری است که بعد از متصاعد شدن گازها موجب جذب آنها می‌شود.
•ایجاد شرایط قلیایی (PH بالا) در کوره :
در این روش با اضافه‌کردن موادی نظیر ۲(Ca(OH) و ،CaO, AFA خاکستر فعال شده با CaO بالا و…
در کوره شرایط کاملاً قلیایی ایجاد می‌شود. این شرایط موجب جذب مقادیری از SO2 می‌شود. این روش برای تمامی کوره‌ها کاربرد دارد و تا ۶۰ تا ۸۰ درصد SO2 را کاهش می‌دهد.
•روش(Flue Gas Desulfurization (FGD
روش FGD روشی پیشرفته در صنعت سیمان است که برای کاهش قابل‌توجه SO2 استفاده می‌شود.
در این روش SO2 به‌وسیله مایع یا دوغاب خاصی که در یک برجک افشانه‌ای پخش می‌شود، جذب می‌گردد و یا با عبور از میان این مایع یا دوغاب به حالت حباب درمی‌آید. این مواد همچنین
می‌توانند مقادیر قابل‌توجهی از HCI ، غبارات باقیمانده، فلزات سنگین و NH3 را کاهش دهند. این روش از کارایی بالا ۹۰ تا ۹۹ درصد برخوردار است.
۵-ترکیبات آلی فرار : VOC
این ترکیبات بعد از ذرات معلق، بیشترین فراوانی و تنوع نشر را دارند و به طور معمول ناشی از منابع ثابت و در صنایع سیمان عمدتاً طی مراحل پخت مواد خام منتشر می‌شوند.
VOC اسم مختصری برای تمام ترکیبات گازی است که از سوختن مواد آلی و ارگانیکی با ساختمان هیدروکربنی در مواد اولیه خصوصاً سنگ آهک تولید می‌شود. از جمله مهم‌ترین مواد آلی موجود در سنگ آهک هیدروکربن‌های کروژن و ترکیباتی تحت عنوان PAH ( هیدروکربن‌های پلی کلین آروماتیک) است . گازهای VOC متصاعد شده در مقایسه با گازهای دیگر نظیر SO2 و NOX مقدار کمتری آلودگی دارد.
امّا نکته قابل‌توجه در اینجا مقدار بالای پتانسیل سوخت محلی گازهای VOC است که حدود ۱۱ برابر بیشتر از گازهای دیگر نظیر CO2 است؛ بنابراین به‌راحتی می‌توانند با گازهایی نظیر NOX واکنش دهند.
اثرات ترکیبات آلی فرار بر انسان و محیط‌زیست
مواد آلی فرّار بسته به نوع ترکیبات و غلظت، اثرات گوناگونی را بر سلامت و بهداشت ایجاد می‌کنند.
این اثرات از مزاحمت بو تا کاهش ظرفیت ریه و حتی سرطان را شامل می‌شود.
کنترل و کاهش ترکیبات آلی فرار :VOC
با اضافه‌کردن مقداری از کربن فعال شده به خوراک کوره و همچنین نصب سیستم‌هایی نظیر اکسیدکننده شوینده می‌توان تا حد قابل قبولی VOC را کاهش داد. با وجود این چون میزان VOC و اثرات آن در مقایسه با گازهای متصاعد شده دیگر کمتر است، در بسیاری از کارخانه‌ها اقدامی در جهت کاهش آن صورت نمی‌گیرد.
ب ) ذرات معلق:
مهم‌ترین آلاینده‌های منتشره از صنایع تولید سیمان از نظر اثرات فوری و محلی ذرات و منوکسید کربن هستند که هرکدام اثرات مختلفی را بر موجودات زنده و محیط وارد می‌سازند. گردوغبار و گازهای ناشی از صنعت سیمان امروزه از اهمیت خاصی برای تولیدکنندگان و سازمانهای طرف‌دار محیط‌زیست و سکنه اطراف کارخانجات برخوردار می‌باشد. وجود ذرات به همراه گازهای آلاینده هوا از جمله ترکیبات نیتروژن و کربن در خروجی این صنایع می‌تواند اثرات جبران‌ناپذیری را بر انسان‌ها و محیط اطراف صنایع فوق از جمله گیاهان وارد سازد .
به‌طورکلی گردوغبارات ناشی از فرایند تولید سیمان در موارد زیر به وجود می‌آید:
- گردوغبار خروجی از دودکش‌ها و گردوغبار ناشی از فرایند آسیاب کردن مواد اولیه و غیره.
- حمل‌ونقل مواد اولیه توسط کامیون از معدن به سمت کارخانه
- فرایند سنگ‌شکنی مواد اولیه
- آسیاب کردن مواد اولیه و کلینکر
- پیش گرمکن‌ها و کوره‌های پخت مواد
یکی از نکات مهم در فرایندهای تولید ذرات ریز به‌صورت گردوغبار، به‌وجودآمدن ذرات با اندازه کوچک‌تر از ۱۰ میکرون است که مختصراً به‌صورتparticle material) PM10) در آیتم‌های زیست‌محیطی نشان داده می‌شود. ذراتی با اندازه کوچک‌تر از ۱۰ میکرون به علت طبیعت فرار بودن، قابلیت ته‌نشینی در سیستم تنفسی انسان و حرکت آزادانه از عوامل مهم ایجاد بیماری‌های تنفسی هستند.
اثرات ذرات معلق بر انسان و محیط‌زیست :
ذرات منتشره از صنعت سیمان باتوجه‌به اندازه و ترکیب با سایر آلاینده‌های هوا، اثرات مختلف و جبران‌ناپذیری را بر گیاهان وارد می‌سازند. گردوغبار و زائدات ناشی از صنایع سیمان با افزایش تولید
نیز افزایش‌یافته و علاوه بر آلودگی هوا، آلودگی خاک و به دنبال آن آسیب به بافت‌های گیاهان به‌ویژه در اراضی اطراف کارخانه را در پی خواهد داشت .
افزایش غلظت گردوغبار منتشره از کارخانجات سیمان در هوا باعث کاهش شدید قابلیت فتوسنتز، بسته‌شدن روزنه برگ‌ها و به طور عمده کاهش رشد و باروری گیاهان می‌شود. همچنین موجب کاهش نسبت کلروفیل نوع a به نوع b می‌شود که این تغییرات در دو نوع کلروفیل آسیب به دستگاه فتوسنتز را در پی دارد که از عواقب آن مسمومیت و افزایش تنش‌های آبی در گیاه است .
به‌عنوان‌مثال در پژوهشی که در سال ۲۰۱۳ به بررسی آثار گردوغبار ناشی از صنایع سیمان بر تنوع و تراکم پوشش گیاهی (کارخانه سیمان آبیک) اطراف کارخانه پرداختند که نتایج حاصل از آنالیز عناصر نمونه‌های خاک، ارزیابی تراکم گیاهان مرتعی، میزان ذرات رسوب یافته بر روی گیاهان و ارزیابی تنوع پوشش گیاهی نشان می‌دهد که بین تنوع و تراکم پوشش گیاهی با رسوب ذرات گردوغبار خروجی از دودکش‌های کارخانه یک همبستگی معکوس برقرار است. به عبارتی با دورشدن از منبع انتشار ذرات میزان رسوب ذرات کاهش و تنوع و تراکم پوشش گیاهی افزایش می‌یابد.
در اطراف کارخانه میزان رسوب ذرات بیشتر و تنوع گونه‌ها کمتر می‌شود . به‌طورکلی ذرات گردوغبار اتمسفری باعث بسته‌شدن روزنه‌ها و افزایش دمای برگ‌ها می‌شود.
ذرات گردوغبار در داخل برگ‌ها وارد می‌شوند و باعث کاهش فعالیت فتوسنتزی و کاهش رشد می‌شود.
رسوب گردوغبار بر روی برگ مانند لایه محافظی برای انتشار آفات و بیماری‌های گیاهی و فعالیت قارچ‌های بیماری‌زا عمل می‌کند.
کنترل و کاهش در میزان غبارات متصاعد شده :
گردوغبارات متصاعد شده در فعالیت‌های سنگ‌شکنی، آسیا کردن، حمل‌ونقل و کوره پخت آزاد می‌شود که برای هر یک از این موارد راهکارهای ویژه‌ای برای جلوگیری از افزایش میزان ورود غبارات به اطراف وجود دارد. یکی از این تکنولوژی‌ها که به طور معمول در کوره انجام می‌شود، شامل جمع‌آوری و بازیافت غبارات معلق در گازهای کوره است. بدین منظور یک محفظه سیکلون مانند به‌گونه‌ای تعبیه می‌شود که گازها به همراه غبارات معلق در آنها به درون آن راه پیدا کرده و با دو مکانیزم مختلف که شامل جمع‌کننده الکترواستاتیکی و فیلترهای پارچه‌ای است، ذرات معلق موجود در گازها به دام می‌افتد و به چرخه بازگردانده می‌شوند. نوع انتخاب یکی از دو سیستم به مختصات گاز کوره و شرایط محلی بستگی دارد . در فرایندهای حمل مواد توسط کامیون‌ها از معدن به کارخانه نیز مقدار قابل‌توجهی از ذرات ریز فرّار به محیط وارد می‌شوند. برای جلوگیری از فرّار ذرات در حین حمل مواد توسط کامیون، باید از احاطه‌کننده‌ها (enclosure) و درپوش‌هایی استفاده کرد تا مانند محافظ، وسیله نقلیه مزبور را بپوشانند. مناطق غبارآلود نظیر راه‌های حمل‌ونقل مواد باید توسط سیستم‌های مناسب مرطوب شوند تا از برخاستن گردوغبار از این مناطق تاحدامکان جلوگیری به عمل آید. سیستم‌های هیدرولیکی کارخانه باید به‌گونه‌ای طراحی شود تا میزان مواد معلق در آنها که به بیرون راه پیدا می‌کند به حداقل برسد. برای جلوگیری از برخاستن غبار در فرایند سنگ‌شکنی ثانویه نیز می‌توان از نصب تجهیزاتی نظیر فیلترها و پوشش‌هایی برای به دام انداختن ذرات استفاده کرد.
جمع‌بندی
موضوع محیط‌زیست به یکی از مسائل اصلی و پراهمیت سال‌های اخیر تبدیل شده است، به‌طوری‌که نگرانی‌های فزاینده‌ای در خصوص گسترش صنایع آلوده‌کننده، همانند صنعت سیمان مطرح گردیده است. این نگرانی‌ها باتوجه‌به مزیت‌های نسبی و توجه مسئولین ذی‌ربط به گسترش صنعت سیمان در کشورمان، از دید مسئولین پنهان نیست. کارخانه‌های سیمان می‌توانند با بهره‌گیری از تکنولوژی پیشرفته تاحدامکان سطح آلودگی را کاهش دهند. اقدامات انجام شده، بعضاً نشان‌دهنده امکان تلقی صنعت سبز به این صنعت آلاینده می‌باشد و نمونه‌هایی از آن در سطح جهانی و حتی در داخل کشور قابل‌ملاحظه است . به‌عنوان‌مثال شرکت سیمان نهاوند با اجرای پروژه‌ها و برنامه‌های محیط‌زیستی و اجرای راهکارهای کنترل آلاینده‌های آب‌وهوا تا کنون چهار دوره متوالی طی سال‌های ۱۳۹۲ لغایت ۱۳۹۶ به‌عنوان صنعت سبز و واحد برتر محیط‌زیستی در کشور انتخاب شده است.
بااین‌همه توجه به مسائل زیست‌محیطی در این صنعت یکی از ملاحظات مهم مدیران و مسئولین ذی‌ربط قرار گرفته است. البته نمی‌توان از نظر دور داشت که احداث کارخانه‌های سیمان علاوه بر مزایای اقتصادی چنانچه به‌صورت اصولی و در چهارچوب مبانی و اصول محیط‌زیست مدیریت شوند، می‌توانند به حفظ محیط‌زیست نیز کمک کنند به‌عنوان‌مثال؛ در یک پژوهش منتج به این شد که کارخانجات سیمان می‌توانند به بهبود شرایط زیست‌محیطی مناطق اطراف خود نیز کمک نمایند. با توجه به ویژگی‌های مناسب فرایند تولید سیمان، این صنعت می‌تواند ضایعات و زباله‌های حاصل از فرایند مختلف صنعتی و انسانی را به طور مناسبی استفاده نماید. در حال حاضر، صنعت سیمان می‌تواند با سرمایه‌گذاری مناسب و اتخاذ روش‌های صحیح از زباله‌های شهری، تایرهای فرسوده، فاضلاب شهری، ضایعات کشتارگاهی، ضایعات دامداری‌ها، خار و خاشاک و ضایعات نفتی به‌عنوان سوخت بهره گیرد. همچنین ضایعات و مواد دورریزی همچون ضایعات سنگ‌بری‌ها، نخاله‌های ساختمانی، ضایعات صنایع دیگر مثل لجن نیروگاه‌ها قابلیت کاربرد در این صنعت را داراست.
نتیجه‌گیری
باتوجه‌به گستردگی صنعت سیمان در کشور، در این پژوهش سعی بر آن داشتیم که آلاینده‌های عمده حاصل از فعالیت این کارخانه‌ها در بخش هوا را معرفی و با تشریح اثرات زیان‌بار هریک از آنها بر محیط زیست به ارائه راهکارهای قابل‌اجرا در زمینه کنترل و کاهش انتشار آلودگی بپردازیم. علی‌ای‌حال با توجه به شرایط و مشکلات کارخانه‌های سیمان در کشور که عمدتاً در مناطق شهری و حومه شهرها تأسیس گردیده‌اند، لازم است برنامه جامع با رویکردهای همه‌جانبه جهت ساماندهی تأسیس و بهره‌برداری در کارخانه‌های سیمان صورت پذیرد که در همین راستا ارائه برنامه جامع کاهش آلودگی‌های صنعتی ناشی از پروسه تولید سیمان دارای منافع زیست‌محیطی، اقتصادی و اجتماعی به شرح زیر است:
• افزایش کیفیت زیست‌محیطی
• رفع نارضایتی محتمل جوامع بومی
•افزایش آگاهی و دانش زیست‌محیطی در سطوح مختلف جامعه، مسئولین و تصمیم‌گیران
• اعتباربخشی به صنعت کشور در سطوح بین‌المللی
پیشنهادات در خصوص کاهش آلودگی‌های ناشی از پروسه تولید سیمان به شرح زیر ارائه می‌گردد:
- تشویق به استفاده از فناوری‌های نوین
- جایابی مناسب کارخانه‌ها از لحاظ زیست‌محیطی
- استفاده از انرژی‌های پاک‌تر به‌جای سوخت‌های فسیلی و قدیمی مثل مازوت
- بهینه‌سازی تجهیزات و سیستم‌های کنترلی
- بهینه‌سازی تجهیزات خط تولید به‌منظور بالابردن راندمان تولید و کاهش انتشار آلاینده‌ها
- ایجاد و توسعه فضای سبز داخل و خارج کارخانه
- تشکیل و اجرای سیستم یکپارچه مدیریت زیست‌محیطی و ایمنی در کارخانه ( HSE )
۸.. ارائه آموزش عمومی و تخصصی برای مدیران، پرسنل و جوامع بومی - انجام تحقیقات کاربردی جهت بهینه‌سازی مصرف سوخت و کاهش هدررفت انرژی
- ارائه و بروز رسانی استانداردهای لازم
