Не пыли, дорога... (ч. 2)
Современные технологии и оборудование для пылеподавления и стабилизации грунта химическими веществами

В предыдущей статье мы писали, что самый простой способ пылеподавления – распыление воды. Но у этого метода есть серьезные недостатки. Более совершенный способ – это пылеподавление с помощью связывающих химических веществ (поверхностно-активных веществ, ПАВ), с помощью которых закрепляется поверхность грунтов и сыпучих материалов – источников пыли. Изготовители этих составов уверяют, что применение их продуктов намного эффективнее и в конечном итоге обходится дешевле распыления воды.

Химические средства пылеподавления связывают частицы любых материалов, предотвращают образование и попадание пыли в воздух, образуя на поверхности грунта или сыпучего материала твердую корку или пленку.

Технологические дороги

Если говорить о подавлении пыли на гравийных и грунтовых технологических дорогах в карьерах и на стройках, то наиболее эффективным способом борьбы является распыление жидкого пылеподавляющего реагента. Даже после однократного применения вещества количество пыли, поднимающейся над дорогой после прохождения транспортного средства, существенно уменьшается, исчезает необходимость целыми днями использовать поливальные машины. В первый год затраты на мероприятия по пылеподавлению с использованием химического состава обычно не превышают затрат по традиционному пылеподавлению водой. Во второй и последующие годы проводятся «поддерживающие» обработки, постепенно все реже и реже. Уже со второго года эти затраты значительно понижаются, и за несколько лет общая экономия может составить до 75% по сравнению с пылеподавлением водой. При повторном внесении вещество соединяется с ранее внесенным, таким образом постепенно накапливаясь, частицы пыли обволакиваются и становятся тяжелее, намного меньше остается мелких частиц, способных подняться в воздух в виде пыли. Эта тенденция будет продолжаться, и бюджет на пылеподавление станет по величине лишь малой долей от того, что затрачивалось на ежедневное орошение поливальными машинами. Некоторые химические составы показывают отличные результаты даже при очень напряженном грузовом движении по обработанной дороге.

Если выполняется стабилизация грунта, почва сначала разрыхляется, а затем обрабатывается стабилизирующим составом. Частицы грунта покрываются химическим веществом, чтобы уменьшить пластичность грунта и его способность поглощать воду. На следующем этапе грунт уплотняется катком, при этом количество воды, воздушных полостей и пустот в грунте уменьшается, частицы грунта сближаются друг с другом, таким образом, увеличиваются плотность и прочность, уменьшается его водопроницаемость, грунт начинает меньше впитывать и пропускать воду к нижележащим слоям. Затем грунт на дороге обрабатывается водонепроницаемым изолирующим составом, чтобы подавить раздувание ветром пыли и предотвратить эрозию дорожной поверхности.

Пылеподавляющие составы не испаряются и не вымываются дождями и талыми водами, устойчивы к действию ультрафиолетовых лучей и почвенных микробов, для их применения не требуется специального оборудования. Для обработки больших площадей можно использовать поливомоечные машины. Дождевальная установка может устанавливаться на грейдеры и грунтовые катки. Обработка выполняется со скоростью до 10 км/ч.

 

Универсальное средство

Связывающие химические вещества – универсальное средство. Ими можно подавлять пыль во время строительства, защищать почву от эрозии. Некоторые химические реагенты служат не только для пылеподавления, но и сокращают потери угля за счет выветривания при транспортировке по железной дороге, а также предотвращают риск самопроизвольного возгорания угля в хранилищах и взрыва угольной пыли. Штабелированные сыпучие материалы могут быть обработаны связывающими веществами. Вещества, образующие корку, особенно выгодны для обработки штабелей, которые долгое время не бывают в работе, – корка не требует обслуживания и штабеля не нужно поливать водой. Для того чтобы защитить цементно-полимерные и бетонные полы от образования пыли, используются различные пропиточные составы.

 

Химические вещества

Винил-акриловая эмульсия. Один из самых эффективных и применяемых во всем мире способов пылеподавления – распыление полимеров на водной основе. Большинство полимерных продуктов, используемых для стабилизации и укрепления грунтов, являются сополимерами на основе винилацетата или акрила.

Рекомендуется сначала выровнять дорогу грейдером, так как большинство акриловых сополимеров лучше работает на только что выровненной поверхности грунта. После нанесения эмульсии вода испаряется, и продукт затвердевает. Обычно полимер распыляют не менее двух раз. Получающийся укрепленный слой отличается высокой морозостойкостью (остается эластичным и не растрескивается при температуре до –30 °С) и стойкостью к агрессивным средам, высокой эластичностью, надежно защищает грунт от ветровой и дождевой эрозии.

Сополимеры могут выпускаться в форме порошка. Такие вещества либо разбрасываются по обрабатываемой поверхности, либо перемешиваются с грунтом, либо растворяются предварительно в жидкости.

В зависимости от количества внесенного вещества регулируется время защитного действия – от недель до нескольких лет. Существуют химические средства (как утверждают их производители), которые после однократного применения (обработки поверхности штабеля, хвостохранилища) выполняют функцию пылеподавления в течение 8–10 лет.

Если применяют технологию, при которой грунт разрыхляют, перемешивают с эмульсией и уплотняют катком, также нанося на поверхность достаточно толстую пленку, грунту может быть придана нужная прочность, вплоть до величины, сравнимой с прочностью цемента, затвердевший слой будет держаться несколько лет, служа средством пылеподавления для дороги, только раз в год нужно будет дополнительно распылять средство по поверхности. Когда на обработанной таким образом дороге начинают образовываться рытвины, достаточно просто их засыпать смесью почвы с эмульсией, масса приклеится к окружающему грунту и станет частью ровной дороги.

Применяются также продукты из природных органических полимеров, которые наносятся на поверхность дороги. Такие полимеры нетоксичны и полностью биологически разложимы. Это значит, что по истечении срока действия полимера грунт возвращается в первозданное состояние.

Усиливающие смачивание присадки. Чтобы усилить эффективность действия воды при пылеподавлении, в нее могут добавлять полимерные вяжущие и химические ПАВ, усиливающие смачивание, такие как мыло и моющие вещества, которые уменьшают поверхностное натяжение воды и обеспечивают увлажнение большего количества частиц грунта имеющейся в наличии влагой, а также органические увлажнители. В воду можно добавить ионный реагент, который увеличит способность капель соединяться с частицами пыли. Как заявляют производители подобных химических веществ, иногда достаточно 2 мг вещества на 1 м³ воды, чтобы количество пыли в воздухе снизилось наполовину. Эффективность действия воды увеличивается до 50%, вода медленнее испаряется, поверхность (дороги или площадки) дольше остается влажной.

Хлористый магний. Считается, что хлористый магний (бишофит, MgCl2) – эффективное решение для пылеподавления. Грунтовые и гравийные технологические дороги после грейдирования могут обрабатываться хлористым магнием (и другими гигроскопическими солями, такими как хлористый кальций, гашеная известь (гидроксид кальция) и силикаты натрия (жидкое стекло), который поглощает влагу из воздуха и увлажняет поверхность дороги. В отличие от большинства материалов, предназначенных для борьбы с пылью, бишофит абсорбирует влагу из воздуха даже в жаркую погоду, что достаточно для поддержания оптимального уровня влаги в частицах дороги. За счет движения грузовиков обработанный бишофитом слой дополнительно уплотняется.

Бишофит связывает частицы пыли, образующиеся за счет износа дорожного покрытия, и не позволяет им подниматься в воздух. Специалисты утверждают, что в зависимости от интенсивности автомобильного движения и погодных условий разового применения бишофита хватает для обеспыливания дороги на срок от 3–6 недель до нескольких месяцев, иногда достаточно применять один раз в год, а для подавления пыли открытого хранилища любого пылеобразного материала – до 18 месяцев. Сроки службы дорог увеличиваются в 2–3 раза. Экономический анализ показывает, что применение хлорида магния для обработки поверхности дорог снижает ежегодные расходы на их содержание на 30–40%. Это вещество оказывает очень незначительное воздействие на окружающую среду.

Недостатки. Есть мнение, что хлористый магний работает на грунтовых дорогах не очень эффективно – он налипает на колеса грузовиков, и приходится наносить его каждую неделю. Даже несмотря на то, что составы хлористого магния содержат антикоррозионные присадки, продукт может вызывать коррозию, если попадает на металлические поверхности. Рекомендуется тщательно мыть автомобили после каждой обработки дороги веществом.

Битумно-водная эмульсия. Для пылеподавления применяется битумно-водная эмульсия со многими присадками. Битумные смолы собирают отдельные частицы пыли в агломераты, а не образуют пленку, как акриловые сополимеры, поэтому смолы могут подавлять образование пыли намного дольше, чем пленка сополимера, которая быстро разрушится. Механизм работы битумной эмульсии заключается в том, что даже когда проезжающий транспорт поднимает пыль, утяжеленные частицы пыли быстрее опускаются на землю. Уже через 15 минут после применения вещество становится устойчивым к действию атмосферных осадков, и дорога готова к использованию. В результате применения этого состава использование воды и поливальных машин сокращается на 80%: состав достаточно наносить дважды в день при разведении в воде в соотношении 1:40. Состав также повышает прочность дороги, в результате меньше образуется рытвин, за счет чего на 2/3 сокращаются затраты на ее ремонт и потери от временного закрытия дороги. Однако некоторые специалисты утверждают, что битумные эмульсии слишком дороги, потому что требуют постоянного ухода при эксплуатации дороги.

Сульфонат лигнин аммония (лигносульфонаты). В зонах, наиболее чувствительных к воздействиям на окружающую среду, используют реагенты на основе лигнина (природный ароматический полимер, содержащийся в клетках растений). Он является вяжущим, альтернативой хлорсодержащим веществам для обработки немощеных дорог, придает дорожной поверхности темно-коричневый или черный цвет. Лигнин служит не так долго, как хлористый магний, но зато оказывает меньшее влияние на окружающую среду. У него имеется недостаток: если лигнин попадет на автомобиль (особенно легковой), его будет трудно стереть, как пятно от смолы. Обычно это удается сделать теплой водой с мылом.

 

Испытания эффективности химических средств пылеподавления

Некоторые специалисты утверждают, что все химические средства пылеподавления не позволяют получить сколько-нибудь длительного эффекта, требуют дополнительных обработок, не безвредны для окружающей среды, порой требуют подогрева (т. е. дополнительных затрат) при распределении, легко вымываются атмосферными осадками, выветриваются и нестойки к механическим воздействиям.

Однако опыт – критерий истины. В США проводили исследования эффективности пылеподавляющего состава на основе битумной смолы. Составом обработали грунтовую дорогу, а затем в течение 4 месяцев по ней про­шли около 7000 автомобилей. После этого сравнили содержание частиц пыли размером 10 и 2,5 мк (РМ10 и РМ2.5) в воздухе над обработанной и необработанной дорогами. Над обработанной дорогой содержание в воздухе РМ10 было на 86–98%, а РМ2.5 – на 83– 97% меньше, чем над участком, не подвергавшимся обработке.

Безусловно, характеристики грунта и климатические условия в разных регионах резко различаются. Поэтому неудивительно, что результаты других сравнительных испытаний ряда пылеподавляющих средств, проведенных в США, принесли совсем иные результаты. Были подобраны участки грунтовой дороги (обрабатываемые и контрольные для сравнения) с одинаковыми характеристиками. Затем каждый участок был обработан одним из средств пылеподавления. Испытания проводились в двух регионах.

Регион 1. После обработки средствами пылеподавления результаты измерений были следующими: а) на 30-й день на всех обработанных участках отмечено снижение содержания пыли в воздухе не менее 50% по сравнению с необработанным участком дороги; б) подобная тенденция была выявлена и на 60-й день после обработки, за исключением того, что количество поднимаемой пыли увеличилось более чем вдвое по сравнению со значениями, зафиксированными на 30-й день.

Регион 2. Результаты: а) на 30-й день все составы обеспечили снижение содержания пыли в воздухе не менее чем на 66% по сравнению с контрольным участком дороги; б) такие же уровни снижения содержания пыли сохранились и на 60-й день, за исключением поливинилакрилового сополимера, эффективность которого быстро уменьшалась в период между 30-м и 60-м днями. Видимо, в результате движения тяжелой гусеничной техники в указанный период ухудшились характеристики защитного слоя из этого продукта.

По прошествии года одни и те же дороги были дважды обработаны теми же средствами пылеподавления, и были получены следующие результаты.

По другим источникам, при правильном использовании пылеподавляющие составы обеспечивают в среднем около 80% уменьшения содержания РМ10 в воздухе.

Кардинальная разница в результатах различных испытаний свидетельствует о том, что эффективность действия того или иного средства пылеподавления зависит от множества внешних факторов, кроме того, выяснилось, что у многих продуктов характеристики не соответствуют заявленным их производителями, т. е. в каждом конкретном случае нужно специально подбирать оптимальное средство пылеподавления.

 

Гидромульчирование

Еще один способ борьбы с пылеобразованием – гидромульчирование, или гидропосев, т. е. пред­отвращение эрозии почвы за счет стабилизации и рекультивации грунтов путем создания растительного покрова из травы и другой растительности. На грунт или поверхность штабелей различных материалов, на песчаные поверхности и другие источники пыли, раздуваемой ветром, наносится смешанная с вяжущим разжиженная мульча, которая может состоять, например, из бумажных волокон, компоста от грибов, древесной коры или даже синтетических полимеров. В смесь могут добавляться семена трав, удобрения, красители и вещества, увеличивающие липкость состава.

Состав можно распылять любым удобным способом либо перемешивать с грунтом культиватором. Могут применяться аэропланы и специализированные полноприводные 2–4-осные автомобили (в т. ч. сочлененные) для гидромульчирования, которые оснащаются смесителями и оборудованием для разбрызгивания составов: мощной водяной пушкой, вентилятором или дождевальной установкой, а также широким шлангом, который просто держат в руках. Подобные автомобили способны обрабатывать до 10 га в день.

Через несколько часов вода из мульчи испаряется, вяжущее полимеризуется и образует надежное твердое покрытие, не раздуваемое ветром и водонепроницаемое. Если покрывается грунтовая дорога либо садовые дорожки, в смесь можно добавить мелкий гравий. При обработке гравийных дорог продукт распыляется на предварительно увлажненный гравий. Срок службы такого покрытия зависит от концентрации нанесенного вещества и может составлять от одного сезона (после которого разрастается травяной покров) до нескольких месяцев и даже лет.

Также влияют такие внешние факторы, как тип грунта, погодные условия и напряженность транспортного движения. Состав вообще может быть не рассчитан на транспортное движение, а предназначен, например, для защиты почвы от эрозии. Но и такие составы, если нанести их в достаточном количестве, могут выдерживать движение пешеходов и даже небольших автомобилей.

Долгое время важность мероприятий по подавлению пыли недооценивалась. Хотелось бы, чтобы этот вопрос, наконец, стал решаться и широкие массы производственников осознали, что пылеподавление – это не только статья расходов, но важный фактор сохранения окружающей среды и здоровья людей.