Development and Performance Evaluation of an Automated Spraying System (EcoGate) for Reducing Dust Emissions in Mine Transport

मध्य एशिया के शुष्क परिदृश्यों में, बिना पक्की सड़कों पर भारी ट्रकों की आवाजाही से धूल का एक निरंतर बादल बन जाता है। यह केवल एक दृश्य संबंधी समस्या नहीं है; यह एक महत्वपूर्ण पर्यावरणीय चुनौती है जहाँ वाहनों के पहियों और उनके निचले हिस्सों द्वारा सूखी मिट्टी और खनिज कणों को हवा में उछाला जाता है, जो हवा के साथ लंबी दूरी तक यात्रा करते हैं। खनन क्षेत्रों में, यह धूल वायु गुणवत्ता को खराब करती है और आसपास की भूमि पर जम जाती है, जिससे मानव स्वास्थ्य और स्थानीय पारिस्थितिकी तंत्र दोनों के लिए जोखिम पैदा होता है। इससे निपटने के पारंपरिक तरीकों में अक्सर पूरी सड़क पर पानी का छिड़काव करना या भार को ढंकना शामिल होता है, लेकिन ये दृष्टिकोण अक्षम हो सकते हैं, क्योंकि इनमें पानी की विशाल मात्रा का उपयोग होता है और सफलता भी मध्यम ही मिलती है, या फिर वे ऐसे रसायनों पर निर्भर होते हैं जो पर्यावरण को नुकसान पहुँचा सकते हैं। इंजीनियरों और पर्यावरण वैज्ञानिकों के लिए मुख्य प्रश्न यह है कि बिना संसाधनों या ऊर्जा को बर्बाद किए, इस धूल को उसके स्रोत पर ही कैसे रोका जाए।

उज्बेकिस्तान के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या के लिए एक लक्षित समाधान विकसित किया है, जो विशेष रूप से उन क्षणों पर ध्यान केंद्रित करता है जब धूल का उत्पादन सबसे तीव्र होता है: खान परिवहन मार्गों के प्रवेश और निकास बिंदु। उन्होंने 'इकोगेट' (EcoGate) नामक एक प्रणाली बनाई और परीक्षण की, जो एक स्वचालित मेहराब (archway) है जिसे सड़क को गीला करने के बजाय गुजरने वाले वाहनों पर स्प्रे करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। डेखोनोबॉड पोटैश प्लांट (Dehkonobod Potash Plant) में स्थापित, यह प्रणाली एक ऐसे क्षेत्र में काम करती है जो अपने शुष्क और हवादार जलवायु के लिए जाना जाता है, जहाँ धूल का प्रसार विशेष रूप से गंभीर है। शोधकर्ताओं का लक्ष्य एक ऐसी विधि बनाना था जो न केवल धूल को प्रभावी ढंग से नियंत्रित करे बल्कि पानी का संरक्षण भी करे और स्थानीय बिजली ग्रिड पर निर्भर न रहे।

इकोगेट उपकरण एक धातु का ढांचा है जो 4.2 मीटर ऊंचा और 3.8 मीटर चौड़ा है, जिसे खदान में उपयोग होने वाले सबसे बड़े परिवहन ट्रकों के आकार के अनुरूप बनाया गया है। इस ढांचे के भीतर, पंद्रह नोजल सममित रूप से व्यवस्थित हैं: पांच ऊपर और पांच प्रत्येक तरफ। यह लेआउट सुनिश्चित करता है कि पूरा वाहन, जिसमें पहिए और निचले हिस्से भी शामिल हैं, महीन धुंध (mist) की चपेट में आ जाए। सभी नोजल एक जैसे नहीं हैं; ऊपर वाले थोड़े छोटे हैं, जबकि किनारे वाले नोजल बड़े हैं, यह एक ऐसा डिज़ाइन विकल्प है जिसका उद्देश्य अलग-अलग आकार की बूंदें बनाना है जो धूल के कणों से टकराने और उन्हें पकड़ने की अधिक संभावना रखती हैं। जब एक ट्रक पास आता है, तो सेंसर उसकी गति का पता लगाते हैं और स्वचालित रूप से सिस्टम को सक्रिय कर देते हैं। पूरी प्रक्रिया लगभग पच्चीस सेकंड लेती है, जिस दौरान वाहन पर पानी का छिड़काव किया जाता है।

इस प्रणाली को जो चीज़ विशिष्ट बनाती है, वह है इसका जल प्रबंधन। स्प्रे को बहकर गायब होने देने के बजाय, इकोगेट प्रणाली उपयोग किए गए पानी को मेहराब के आधार पर एक संग्रह चैनल में एकत्र करती है। यह पानी एक अवसादन टैंक (settling tank) में बहता है जहाँ भारी मिट्टी के कण नीचे बैठ जाते हैं। फिर साफ पानी को फ़िल्टर किया जाता है और पुन: उपयोग के लिए सिस्टम में वापस पंप किया जाता है। इस पुनर्चक्रण चक्र (recirculation loop) का अर्थ है कि सिस्टम को निरंतर ताजे पानी की आपूर्ति की आवश्यकता नहीं होती है। पूरा संचालन एक 3-किलोवाट सौर ऐरे (solar array) द्वारा संचालित होता है, जो एक बैटरी बैंक को चार्ज करता है, जिससे सिस्टम स्थानीय बिजली आपूर्ति से स्वतंत्र रूप से कार्य कर पाता है। यह विशेष रूप से दूरदराज के खनन क्षेत्रों में मूल्यवान है जहाँ बुनियादी ढांचा सीमित है।

शोधकर्ताओं ने इकोगेट प्रणाली के प्रदर्शन को छिड़काव प्रक्रिया से पहले और बाद में हवा में धूल की मात्रा की तुलना करके मापा। उन्होंने पाया कि सिस्टम ने धूल की सांद्रता को 75 से 85 प्रतिशत तक कम कर दिया। प्रभावशीलता का यह स्तर पारंपरिक जल छिड़काव विधियों की तुलना में काफी अधिक है, जो आमतौर पर केवल 40 से 60 प्रतिशत की कमी प्राप्त करते हैं। इसकी सफलता के पीछे का तंत्र भौतिक है: पानी की बूंदें हवा में तैरते धूल से टकराती हैं, जिससे कण आपस में चिपक जाते हैं और भारी हो जाते हैं। एक बार पर्याप्त भारी होने के बाद, वे हवा में निलंबित रहने और हवा के साथ बह जाने के बजाय जमीन पर गिर जाते हैं।

संसाधन उपयोग के मामले में, यह प्रणाली अत्यधिक कुशल साबित हुई। प्रत्येक ट्रक के गुजरने पर, सिस्टम 10 से 14 लीटर पानी का उपयोग करता है। पुनर्चक्रण तंत्र के कारण, सुविधा के लिए कुल पानी की खपत उन पारंपरिक तरीकों की तुलना में 60 से 70 प्रतिशत कम हो गई जिनमें पानी का पुन: उपयोग नहीं किया जाता है। सिस्टम को प्रतिदिन लगभग तीस वाहनों के यातायात प्रवाह को संभालने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो प्रतिदिन लगभग 0.3 से 0.4 घन मीटर पानी की खपत करता है। अध्ययन में यह भी नोट किया गया कि पानी के स्प्रे का दबाव सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाता है; हालांकि उच्च दबाव महीन बूंदें बनाता है जो अधिक धूल पकड़ सकती हैं, लेकिन एक ऐसी सीमा है जहाँ दबाव बढ़ाने से परिणाम में सुधार नहीं होता और केवल पानी की बर्बादी होती है। शोधकर्ताओं ने एक विशिष्ट दबाव सीमा की पहचान की जो प्रदर्शन और जल संरक्षण के बीच सबसे अच्छा संतुलन प्रदान करती है।

अध्ययन स्वीकार करता है कि ये परिणाम विशिष्ट परिस्थितियों में, वाहनों की एक सीमित संख्या और एक विशेष जलवायु में एकत्र किए गए थे। शोधकर्ताओं ने धूल के कणों के विशिष्ट आकार को विस्तार से नहीं मापा, जो यह समझने के लिए आवश्यक होता कि सिस्टम सबसे छोटे, सबसे खतरनाक कणों को कैसे प्रभावित करता है। हालाँकि, एकत्रित डेटा पुष्टि करता है कि इकोगेट प्रणाली एक व्यवहार्य, टिकाऊ तकनीक है। सौर ऊर्जा, जल पुनर्चक्रण और स्वचालित, लक्षित छिड़काव को जोड़कर, यह प्रणाली खनन कार्यों में वायु प्रदूषण को कम करने का एक व्यावहारिक तरीका प्रदान करती है। यह व्यापक, संसाधन-भारी विधियों से एक सटीक, कुशल दृष्टिकोण की ओर बदलाव का प्रतिनिधित्व करता है जो समस्या को ठीक वहीं संबोधित करता है जहाँ वह उत्पन्न होती है, जिससे आसपास के समुदाय और पारिस्थितिकी तंत्र के लिए एक स्वच्छ वातावरण सुनिश्चित होता है।