Dla zobrazowania złożoności zagadnień propagacji i redukcji zapylenia, zaprezentowano przykładowe wyniki pomiarów z zakładów kruszyw, objętych programem badawczym Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej nt. - „Ocena skuteczności stosowanych technicznych rozwiązań ochronnych w górnictwie skalnym - w ograniczaniu zapylenia w środowisku kopalnianym” (Nr I1100-S20065).

Pył w środowisku zakładów produkcji kruszyw
Pył jest integralnie związany z górnictwem kruszyw, co wynika ze specyfiki technologii przeróbczych polegających na dezintegracji surowca i przemieszczaniu rozdrobnionych produktów. W zakładach kruszyw najczęściej mamy do czynienia z emisją niezorganizowaną – bezpośrednio z procesów technologicznych oraz wtórną z powierzchni przemysłowych. Emisja zorganizowana występuje tylko w sytuacjach funkcjonowania urządzeń odpylających.
Mimo powszechności zjawiska powstawania i obecności pyłu w środowisku zakładów wydobywczo-produkcyjnych, stworzenie modelu przestrzennego emisji i imisji niezorganizowanej, dostosowanego do dynamiki procesów przeróbki kruszyw, stwarza wyjątkowe trudności. Sytuację taką usprawiedliwiają również uwarunkowania legislacyjne, ponieważ przepisy bezpośrednio nie obligują przedsiębiorców do monitorowania emisji niezorganizowanej. Wiedza na temat pyłu ma zdecydowanie charakter intuicyjny, poparty indywidualnymi doświadczeniami i wrażeniami optycznymi. Nie ulega wątpliwości, że wielkość i przebieg emisji pyłu z procesów przeróbki kruszyw zależy od czynników technologicznych: rodzaju surowca, realizowanych operacji, stopnia rozdrobnienia oraz wielkości strugi materiału. Druga grupa to uwarunkowania zewnętrzne – przede wszystkim warunki atmosferyczne i sytuacja terenowa. Ale jak sparametryzować te czynniki, dodatkowo uwzględniając dynamikę procesu produkcyjnego? Jest to pytanie, istotne również z punktu widzenia projektowania technik redukcji zapylenia.
Ograniczanie zapylenia ma kapitalne znaczenie w aspektach bezpieczeństwa zdrowia i ochrony środowiska. Widoczną chmurę pyłu unoszącą się z urządzeń i operacji technologicznych, na ogół oceniamy z punktu widzenia stężenia całkowitego, i nie zastanawiamy się jaki jest stopień dyspersji pyłu oraz skład mineralogiczny czy też chemiczny.   
Natomiast szkodliwość dla zdrowia zanieczyszczeń pyłowych jest zróżnicowana i zależy przede wszystkim od rodzaju pyłu, wymiaru i kształtu ziaren, świeżości przełomu, stężenia i czasu oddziaływania oraz wrażliwości osobniczej. Prawne normatywy pyłowe (higieny pracy i środowiska ogólnego) odnoszą się do trzech podstawowych frakcji ziarnowych, które jednocześnie opowiadają trzem strefom przenikania i depozycji pyłu w odcinkach dróg oddechowych – górnych (pył całkowity TSP lub „wdychalny” IPM), tchawiczno-oskrzelowych (frakcje torakalne TPM, wymiarowy odpowiednik pyłu PM10) oraz wymiany gazowej (frakcje respirabilne RPM, w przybliżeniu odpowiednik pyłu PM4). W aspektach analiz jakościowych pyłu, dla surowców kruszywowych istotna jest zawartość krystalicznej krzemionki oraz sporadycznie występujących włókien minerałów azbestowych. Zdecydowanie najbardziej szkodliwe dla organizmu są frakcje pyłu respirabilne, zawierające krzemionkę, odpowiedzialną za powstawanie pylicy krzemianowej. Należy pamiętać, że biologiczna agresywność pyłu jest większa w sytuacji występowania świeżych przełomów ziarnowych. 

Metody ograniczania zapylenia
Techniki ograniczania zapylenia w środowisku przemysłowym, zwłaszcza w ostatnim okresie, rozwijają się szczególnie szybko, co wynika z ogólnego postępu technologicznego, ale również z rosnącego zainteresowania przedsiębiorców tematami bezpieczeństwa pracy i ochrony środowiska. Sytuacja taka jest wynikiem systematycznego podwyższania normatyw środowiskowych oraz konsekwentnego ich egzekwowania już na etapie uzyskiwania decyzji środowiskowych i pozwoleń inwestycyjnych. W zakładach produkcji kruszyw podstawowymi metodami ograniczania emisji pyłu są: hermetyzacja procesów, odpylenie odciągowe oraz systemy zraszające.
 
Hermetyzacja źródeł powstawania pyłu w zakładach przeróbczych jest wyjątkowo trudna, z uwagi na specyfikę technologii i warunki eksploatacji. W zależności od przyjętego modelu przestrzennego zakładu przeróbczego, zamknięciu może podlegać cała przestrzeń czy też moduły produkcyjne, poprzez umieszczenie urządzeń przeróbczych w obiektach budowlanych o różnym stopniu izolacji (obiekty pełne z otworami technologicznymi, wiaty, zadaszenia itp.). Drugi sposób to hermetyzacja indywidualna, czyli stosowanie różnego rodzaju osłon na urządzeniach technologicznych. Najczęściej są to: konstrukcje stalowe stałe lub segmentowe, plandeki, rury zsypne, czy też różnego typu rękawy załadunkowe. Izolacji powinny podlegać głównie wszystkie przestrzenie operacyjne: przesiewania i sortowania, kruszenia, przesypów międzyoperacyjnych oraz zrzutu produktów na stożki magazynowe lub skrzynie środków transportu. Na pewno stopień hermetyzacji ciągu przeróbczego jest bardzo istotnym czynnikiem rzutującym na wielkość emisji pyłu z instalacji przeróbczej i dla potrzeb ocen środowiskowych powinien być wymiernie określany. Hermetyzacja procesów stanowi sama w sobie element ochrony przeciwpyłowej oraz jest bezwzględnie wymagana w sytuacji zastosowania odpylania odciągowego.

Odpylanie procesowe kruszyw jest jednocześnie istotnym etapem uszlachetniania produktów poprawiającym ich jakość. W takich sytuacjach, dokumentacja instalacje odpylającej jest częścią projektu technologicznego, której skuteczność i efektywność jest oceniana w wymiarze produktywności, a aspekty środowiskowe są niewątpliwie istotną wartością dodaną tych rozwiązań. W zakładach kruszyw na ogół stosowane jest odpylnie z filtrami pulsacyjnymi (różnych rozwiązań w zależności od producenta) oraz wspomagająco, przy dużych stężeniach pyłu, urządzenia cyklonowe. Odpylacze filtracyjne, w porównaniu do odśrodkowych, charakteryzują się wyższą skutecznością oczyszczania pyłów drobnych i bardzo drobnych, szczególnie szkodliwych dla zdrowia. Coraz rzadziej stosowane są odpylacze wodne (inżektorowe), o stosunkowo niskiej skuteczności odpylania. Dodatkowym problemem odpylania „mokrego” jest powstawanie pulpy odpadowej, trudnej do składowania czy też wykorzystania. Z nowych technik odpylania, które pojawiły się na rynku, warto zwrócić uwagę na urządzenia wykorzystujące zjawiska elektrostatyczne, specjalnie przygotowane dla zakładów kruszyw. Są to odpylacze o konstrukcji segmentowej, nakładane na przenośniki taśmowe, w wersji przygotowanej dla urządzeń stacjonarnych i mobilnych (odpylacze typu HX firmy SANDVIK). Czas ich montażu jest bardzo krótki (wynosi 2-3 dni) i co jest bardzo istotne – nie wymagają instalacji odciągowej.

Zraszanie wodne jest podstawową metodą ograniczania emisji niezorganizowanej w zakładach przeróbczych oraz emisji wtórnej z dróg technologicznych, placów składowych oraz ogólnie – terenów przemysłowych. Efekt redukcji zapylenia w wyniku zraszania uzyskuje się poprzez: uławianie drobin pyłu z powietrza (penetracja przestrzeni zanieczyszczonej pyłem), blokowanie jego rozprzestrzeniania na kurtynach wodnych (działanie skoncentrowane) oraz poprzez zmniejszenie powstawania pyłu z uwagi na zwilżenie surowca (blokowanie unosu pyłu). Istotną wadą systemów zraszających jest ograniczone ich stosowanie w okresach zimowych. Problem zamarzania instalacji wodnej można częściowo wyeliminować poprzez przedmuchiwanie sprężonym powietrzem lub stosowanie podgrzewania temperaturowego. Należy jednak pamiętać, że zraszanie nie eliminuje pyłu z procesu produkcyjnego w sposób ostateczny; uławiany pył osiada na produktach przerobu oraz na otaczającej powierzchni.
Zraszanie, w odróżnieniu od odpylania, ma zasadniczo negatywny wpływ na przebieg operacji i procesu produkcji kruszyw, a właściwy dobór i eksploatacja instalacji zraszającej ma kapitalne znaczenie w aspektach jakości produktów końcowych. Wpływ wody i wilgotności nadawy dla poszczególnych urządzeń i etapów przeróbki jest bardzo zróżnicowany. Zdecydowanie bardziej wrażliwe na obecność wody są wyższe stopnie przerobu, a wyjątkowo problematyczne jest stosowanie zraszania w przestrzeniach sortowania i klasyfikacji kruszyw. Nadmierna wilgotność jest również niewskazana dla eksploatacji przenośników taśmowych, stąd ograniczone są możliwości „lania wody” w przestrzeniach zrzutu produktów po operacjach kruszenia czy przesiewania. Niewątpliwie, projektowanie instalacji zraszających dla zakładów przeróbczych wymaga znajomości procesu przeróbki kruszyw i indywidualnego podejścia dla każdej instalacji przeróbczej. Zadania tego typu mogą być zlecane specjalistycznym firmom usługowym, ale w praktyce najczęściej są realizowane systemem gospodarczym, przez własne służby techniczne zakładu. Stąd eksploatowane urządzenia i systemy zraszające w zakładach kruszyw są bardzo zróżnicowane pod względem poziomu ich zaawansowania technicznego, wykonawstwa i sposobu eksploatacji. Początkowo, instalacje zraszające w zakładach kruszyw były adaptacją systemów ogrodowych i rolniczych. Aktualnie na rynku powszechnie dostępne są specjalistyczne instalacje przemysłowo-wodne i powietrzno-wodne (dwuprzewodowe), a także przewoźne armatki wodne. Istotnym elementem każdego systemu zraszającego jest sama głowica zraszająca. Produkowane są dysze o różnej konstrukcji i parametrach technicznych, dające odmienne efekty rozpraszania wody w zakresie: stopnia dyspersji kropel, kąta i formy zraszania. Dla przykładu – w instalacjach zraszających można wykorzystać dysze: o strumieniu płaskim, pełnym lub pustym stożku zraszania, a także głowice mgłowe czy też wytwarzające mikro-mgłę (np. dyfuzory ceramiczne). Systemy mgłowe są szczególnie preferowane do zastosowaniu w zakładach przeróbki kruszyw, ale należy również pamiętać o ich wadach. Mogą okazać się mało skuteczne przy dużych stężeniach z udziałem pyłu „grubego”, a także być przyczyną powstawania niekorzystnych zjawisk lokalnej „szadzi pyłowej” i ograniczania widoczności – dla układów sterowania z wykorzystaniem sensorów fotokomórkowych, obklejania szyb pojazdów itp. Z uwagi na specyfikę procesu technologii przeróbki kruszyw, w systemach zraszających należy odpowiednio dobierać zraszacze różnego rodzaju tak, aby ograniczyć negatywny wpływ wody na proces przeróbki i jednocześnie uzyskać dostateczną skuteczność redukcji zapylenia. Istotnym parametrem technicznym instalacji zraszającej jest nie tylko rozmieszczenie i rodzaj dysz, ale również kąt operacyjny rozpraszanej strugi, w zależności czy chcemy uzyskać efekt bariery czy też porywania cząsteczek pyłu. Właściwe projektowanie instalacji zraszającej w zakładach kruszyw jest coraz bardziej doceniane, również w aspektach odpowiedniego sterowania parametrami i modułami zraszania, uwarunkowanego dynamiką procesu przeróbki. „Lanie wody” – nie jest już wystarczającą metodą redukcji zapylenia; należy robić to w sposób metodyczny, z wcześniejszym zaplanowaniem.

Producenci kruszyw mają aktualnie duże możliwości wyboru środków technicznych ograniczających zapylenie i na ogół stosowane są jednocześnie różne techniki – należy jednak mieć wiedzę na temat skuteczności ich stosowania.

Autor: Mariola Stefanicka, Instytut Górnictwa Politechniki Wrocławskiej

Fot. M. Stefanicka
 

 Jak zamówić prenumeratę czasopisma drukowaną/elektroniczną