Reducing Particulate Matter Emissions in Landfills Using Novel Dust Suppressants: A New Approach to Improving Air Quality

تُعد الرياح نحاتاً قوياً للأرض، فهي قادرة على رفع التربة السائبة ونقلها لأميال، وهي عملية تُعرف بتعرية الرياح. وعندما يحدث هذا في الأماكن التي تكون فيها الأرض جافة وتفتقر إلى الغطاء النباتي، فإنها تخلق سحباً من الغبار الناعم يمكن أن تسافر بعيداً عن مصدرها. وهذا الغبار ليس مجرد مصدر إزعاج؛ بل هو خطر صحي كبير يسد الهواء الذي نتنفسه ويقلل من جودة الحياة في المجتمعات المجاورة. وفي المناطق القاحلة مثل أجزاء من إيران، حيث يندر هطول الأمطار وترتفع درجات الحرارة، تكون التربة عرضة للتأثر بشكل خاص. فبدون وجود غطاء نباتي يثبتها في مكانها، تلتقط الرياح بسهولة الجزيئات الصغيرة، محولةً السماوات الصافية إلى سماوات ضبابية ملوثة. وقد سعى العلماء منذ فترة طويلة لإيجاد طرق لوقف هذه العملية، بحثاً عن مواد يمكنها ربط التربة معاً، مما يجعلها ثقيلة بما يكفي لمقاومة قوة الرياح دون الإضرار بالبيئة أو التكلفة الباهظة.

وفي دراسة حديثة، وضع الباحثون هدفاً لاختبار نهج جديد لحل هذه المشكلة في موقع محدد: مكب نفايات ميامي في مشهد، إيران. يُعد هذا الموقع مصدراً رئيسياً للغبار لأنه يقع على طول ممرات الرياح التي تجتاح الصحاري المجاورة، والتربة هناك رخوة ورملية. أراد الفريق معرفة ما إذا كان بإمكانهم استخدام مواد بسيطة وطبيعية لطلاء الأرض ومنع الغبار من التطاير. وقد اختاروا أربعة مواد مختلفة للاختبار: السماد العضوي (الكومبوست)، وهو مادة عضوية متحللة؛ والسماد الدودي (فيرميكومبوست)، وهو مادة مشابهة تم إنتاجها بمساعدة ديدان الأرض؛ والبنتونيت، وهو نوع من الطين يتمدد عند البلل؛ والنانو-طين (نانو-بنتونيت)، وهو نسخة أكثر نعومة من نفس ذلك الطين. وكان الهدف هو خلط هذه المواد مع تربة المكب ومعرفة مدى قدرتها على تماسك الأرض عند تعرضها لرياح قوية.

وللحصول على إجابة واضية، لم يعتمد الباحثون على التخمين أو الملاحظات الميدانية وحدها. بل أخذوا عينات من التربة من المكب وأحضروها إلى بيئة مختبرية محكومة حيث يمكنهم محاكاة ظروف الرياح الموجودة في العالم الحقيقي. واستخدموا نفق الرياح، وهو جهاز ينفخ الهواء بسرعة ثابتة فوق صينية من التربة، مما يسمح لهم بقياس كمية الأتربة التي تُزال بدقة. واختبروا التربة تحت ظروف مختلفة، من خلال تغيير حجم جزيئات التربة، وكمية مادة كبح الغبار الممزوجة، ومدة هبوب الرياح، وسرعة حركتها. وقاموا بتشغيل الرياح بسرعتين محددتين، وهما 4 أمتار في الثانية و7 أمتار في الثانية، وتركوا الرياح تهب لمدة 10 أو 15 دقيقة. ومن خلال وزن التربة قبل وبعد هبوب الرياح، استطاعوا حساب مقدار التعرية بدقة ومدى فعالية كل خليط في منعها.

وكشفت النتائج أن حجم جزيئات التربة لعب دوراً رئيسياً في مدى فعالية المواد الكابحة. ووجد الباحثون أن التربة ذات الجزيئات الأكبر، والتي مرت عبر منخل يحتوي على 20 ثقباً في البوصة الواحدة، كانت الأكثر استجابة لجميع المعالجات. وفي هذه الحالة المحددة، تمكنت مواد كبح الغبار من تقليل كمية التربة المفقودة بفعل الرياح بنسبة تزيد عن 85 بالمائة. ومن بين المواد التي تم اختبارها، أثبت السماد العضوي (الكومبوست) أنه الأكثر فعالية عند استخدامه بكميات صغيرة. فعند خلطه في التربة بنسبة 10 بالمائة من الوزن، قلل السماد العضوي من تعرية الرياح بنسبة 86.52 بالمائة في ظل ظروف الرياح الأخف. كما أدى البنتونيت أداءً جيداً جداً أيضاً، رغم أنه تطلب كمية أكبر قليلاً، وهي 20 بالمائة من الوزن، لتحقيق انخفاض بنسبة 80 بالمائة في التعرية. ومن المثير للاهتمام أن الدراسة وجدت أن استخدام المزيد من المادة الكابحة لم يؤدِ دائماً إلى نتائج أفضل؛ ففي كثير من الحالات، كانت الجرعات المنخفضة فعالة تماماً مثل الجرعات الأعلى، وهو اكتشاف هام لإدارة التكاليف والموارد.

كما نظر الباحثون في المدة التي يجب أن تهب فيها الرياح لإحداث فرق، ووجدوا أن الوقت لم يكن عاملاً رئيسياً في إعدادهم التجريبي المحدد. فسواء هبت الرياح لمدة 10 دقائق أو 15 دقيقة، لم تتغير كمية التربة المفقودة بشكل كبير. وهذا يشير إلى أنه بمجرد خلط المادة الكابحة، فإنها تعمل فوراً على ربط التربة، بدلاً من الحاجة إلى وقت للاستقرار أو التفاعل. وأكدت الدراسة أن سرعة الرياح كانت مهمة، حيث تسببت الرياح الأسرع طبيعياً في مزيد من التعرية، لكن المواد الكابحة كانت لا تزال قادرة على إمساك الأرض حتى عند السرعة الأعلى البالغة 7 أمتار في الثانية. وتأتي نجاح هذه المواد من قدرتها على إنشاء شبكة من الروابط بين جزيئات التربة؛ إذ يعمل السماد العضوي والطين مثل الغراء، حيث يملآن الفجوات بين حبيبات الرمل ويجعلان السطح أكثر صلابة ومقاومة للتفكك.

يقدم هذا العمل طريقة عملية وصديقة للبيئة لإدارة الغبار في المناطق الضعيفة مثل مكبات النفايات. فمن خلال استخدام مواد متاحة وسهلة الاستخدام ومفيدة للتربة، مثل السماد العضوي والطين، يمكن تحسين جودة الهواء بشكل كبير دون اللجوء إلى المواد الكيميائية القاسية. وتسلط الدراسة الضوء على أن خليطاً بسيطاً من 10 بالمائة من السماد العضوي أو 20 بالمائة من البنتونيت يمكن أن يقلل بشكل كبير من كمية الغبار الداخلة إلى الغلاف الجوي. وتشير هذه النتائج إلى أنه مع الجمع الصحيح بين المواد ومعدلات التطبيق، يمكن للمجتمعات حماية هوائها وصحتها من الآثار الضارة لتعرية الرياح، وتحويل المناظر الطبيعية القاحلة والمغبرة إلى بيئة أكثر استقراراً وأماناً.