Снижение воздействия пылевого фактора на окружающую среду и работников асбестоцементного производства

На правах рукописи

бурханова ренатА анвеРОВНА

снижение воздействия пылевого фактора

на окружающую среду и работников

асбестоцементного производства

05.26.01

Охрана труда (строительство)

05.23.19

Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Волгоград – 2013

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Волгоградский государственный архитектурно–строительный университет».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор	Мензелинцева Надежда Васильевна
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор кандидат технических наук	Желтобрюхов Владимир Федорович ФГБОУ ВПО «Волгоградский Государственный технический университет», заведующий кафедрой «Промышленная экология и безопасность жизнедеятельности» Тетерев Максим Владимирович ООО «Комплексные строительные технологии 7», главный инженер
Ведущая организация	ФГБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт охраны и экономики труда» Минсоцразвития России

Защита диссертации состоится 25 сентября 2013 г. В 10-00 на заседании

диссертационного совета ДМ212.026.05 при ФГБОУ ВПО Волгоградский

государственный архитектурно-строительный университет по адресу:

400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. Б-203.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке

ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно–строительный университет».

Автореферат разослан 22 августа 2013г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Фокин Владимир Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На предприятиях по производству асбестоцементных изделий наблюдается значительное образование мелкодисперной пыли. При этом для борьбы с пылевым фактором используется устаревшее оборудование – циклоны и рукавные фильтры. В соответствии с особенностями строения волокон асбеста, а также специфике производства наиболее мелкие фракции (РМ10, РМ2,5) не могут быть уловлены. Таким образом, концентрация асбестоцементной пыли в воздухе рабочей зоны превышает значение ПДК в 20 раз, а концентрация на границе санитарно-защитной зоны предприятия имеет 7-кратное превышение нормативов.

Пылевые отходы в дальнейшем не могут быть использованы, так как не выполняется необходимое разделение на фракции. Они представляют собой загрязняющее вещество I класса опасности.

Разработка эффективных инженерных решений по защите работающих от пыли помимо теоретических и экспериментальных исследований закономерностей, связанных с процессами выделения, распространения, оседания, улавливания пыли требует объективной оценки пылевой обстановки. Несмотря на многие теоретические исследования и практические разработки в этом направлении, в настоящее время отсутствует методология комплексной оценки пылевой обстановки на предприятиях данной отрасли.

Поэтому актуальными являются исследование пылевого фактора и на его основе разработка методик расчета «вторичной запыленности» и оценки герметичности оборудования, а также совершенствование расчета местных отсосов и модернизация систем пылеочистки.

Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета и в рамках научно – исследовательской работы №812/12У «Анализ дисперсного состава пыли в воздушной среде».

Цель работы – снижение запыленности на рабочих местах асбестоцементных цехов и сокращение выбросов в атмосферу посредством совершенствования методик расчета запыленности и конструктивных решений пылеулавливающих устройств.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие

задачи:

• оценка технологического оборудованя как источника пылевыделений;
• исследование дисперсного состава и обобщение данных об основных свойствах асбестоцементной пыли;
• теоретические и экспериментальные исследования аэродинамических характеристик пыли, выделяющейся из технологического оборудования, и разработка на их основе расчетной модели распространения пыли в воздухе рабочей зоны и зонах движения воздушных потоков;
• совершенствование методик расчета «вторичной запыленности» и оценки герметичности технологического оборудования при одновременной работе нескольких источников пыления;
• разработка конструкций местных отсосов и систем пылеочистки.

Основная идея работы состоит в разработке технических решений по совершенствованию конструкций обеспылевающего оборудования на основе уточнения величин массового расхода пыли, выбивающейся из технологического оборудования, вторичного пылеобразования, дисперсного состава и аэродинамических характеристик пыли.

Методы исследования включали обобщение известных научных и технических результатов, лабораторные и опытно–промышленные исследования, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПК.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, моделированием изучаемых процессов, планированием необходимого объема экспериментов, подтверждена результатами практической апробации на основе обширного исходного материала; использованием сертифицированных методик и программного обеспечения.

Научная новизна работы:

• определены и систематизированы данные о дисперсном составе и основных физико-химических свойств пыли, поступающей в системы аспирации и зоны обслуживания технологического оборудования в процессе производства асбестоцементных изделий;
• проанализированы методы определения «вторичной запыленности» и герметичности оборудования на предприятии, определена степень воздействия этих факторов на качество воздуха в рабочих помещениях;
• разработан метод расчета исходных данных для проектирования систем аспирации, пневмоуборки, пылеудаления и вентиляции в асбестоцементных цехах.

Практическая значимость работы:

• разработана установка для исследования дисперсного состава пыли при оседании частиц, заявка на патент на полезную модель №№ 2013121082 от 07.05.13г.;
• произведена оценка эффективности устройства для обеспыливания узла перегрузки сыпучего материала с применением аппарата ВЗП и двух отсосов;
• разработана “Методика определения «вторичной запыленности» в воздухе рабочей зоны”;
• разработанана “Методика оценки герметичности технологического оборудования”;

Реализация результатов работы:

• рекомендации по проектированию, выводы и научные результаты

внедрены ООО «ПТБ Волгоградгражданстрой» при разработке проектной документации;

• устройство для пневмоуборки успешно прошло опытно-промышленные испытания на ОАО «Себряковский комбинат асбестоцементных изделий»;
• материалы диссертационной работы используются кафедрой «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета в курсах лекций, а также в дипломном проектировании при подготовке бакалавров по специальности 280202 “Безопасность технологических процессов и производств”;
• материалы диссертационной работы используются кафедрой «Физика» ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета» при подготовке бакалавров по направлению 270800.62 «Техносферная безопасность»;
• материалы диссертационной работы используются кафедрой «Промышленная экология и безопасность жизнедеятельности» ФГБОУ ВПО Волгоградского технического университета» при подготовке инженеров по специальности 320700 “Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов”.

На защиту выносятся:

• полученные по результатам численных экспериментов зависимости, характеризующие уровень воздействия выбросов асбестоцементной пыли на работников производства и атмосферный воздух;
• данные о дисперсном составе и основных физико-химических свойствах пыли, поступающей в системы аспирации и рабочую зону при производстве асбестоцементных изделий;
• оценка эффективности ВЗП для асбестоцементного производства;
• метод определения «вторичной запыленности» и герметичности оборудования на предприятии;
• метод расчета местных отсосов;
• данные теоретических и экспериментальных исследований о мощности пылевыделений от технологического оборудования асбестоцементных цехов;
• усовершенствованная система пневмоуборки для предприятий по

производству асбестоцемента.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на Всероссийском конкурсе экологических проектов молодых ученых и специалистов «Экологическая безопасность и природопользование: наука, инновации, управление» (г. Москва, 2012 г.), на конкурсе молодых ученых «Аспекты охраны производственной и окружающей среды» (г. Волгоград, 2012 г.); на Всероссийской конференции «Экологическая безопасность и природопользование: наука, инновации, управление» (г. Волгоград, 2012 г.); ежегодных научно – технических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (2010г., 2011г., 2012г., 2013г.), VI Международной научно – технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли Юга России» (Волгоград, 2012г.), а также в научно – исследовательской работе «Анализ дисперсного состава пыли в воздушной среде» (Волгоград, 2012г.).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 7 работах и 1 заявке на патент.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем работы: 167 страниц, в том числе: 129 страниц – основной текст, содержащий 24 таблицы на 20 страницах, 27 рисунков на 22 страницах; список литературы из 150 наименований на 17 страницах; 4 приложения на 20 страницах.

содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулирована цель исследования и поставлены задачи для ее достижения, проанализированы научная новизна и практическая значимость исследования, приводятся сведения об апробации и практическом внедрении результатов, а также выносимые на защиту положения.

Первая глава посвящена обзору состояния вопроса и выбору направления исследования.

Проведенный анализ показал, что производство асбестоцемента является крупной и технически оснащенной отраслью в России, ежедневно выделяющей в воздух рабочей зоны, а затем и в окружающую среду значительное количество мелкодисперсной пыли. Асбестоцементная пыль образуется при добыче, переработке (особенно размельчении), а также при проведении различных работ с асбестсодержащими материалами. На предприятии основными источниками пыления являются дозаторы закачки асбеста, элеваторы, конвейерные бегуны, станки для выпиливания шифера и места растаривания асбеста. Несоблюдение мер предосторожности при производстве, транспортировке, хранении и утилизации может нанести значительный вред окружающей среде и здоровью работающих.

Санитарными нормами разных стран на основании медико-биологических исследований установлены ПДК асбестовых волокон в воздухе жилых и производственных помещений. Они близки по абсолютным значениям: в Англии - 0,07 волокон/см3, в Канаде - 0,04 волокон/см3, в России – 0,06 волокон/см3 или 2 мг/м3.

Новые научные разработки показывают, что мелкодисперсные взвешенные частицы (размер частиц менее 2,5 мкм) могут оказывать очень серьезные неблагоприятные эффекты на здоровье посредством попадания в легкие и могут привести к сердечнососудистым и респираторным заболеваниям.

Из асбестоцементных изделий волокна асбеста могут выделяться только при их интенсивной механической обработке (резка, сверление и др.). Термин “вдыхаемый асбест” означает асбестовые волокна длиной более 5 мм, диаметром менее 3 мм и отношением между длиной и диаметром не менее чем 3:1.

По существующей классификации асбестоцементная пыль, содержащаяся в выбросах в атмосферный воздух, относится к IV классу опасности. Уловленная пыль в основном вывозится на полигоны промышленных отходов, класс опасности такого вида отхода I, и является источником вторичного загрязнения окружающей среды.

Основные мероприятия по устранению воздействия пыли на работающих сводятся к использованию двух - или трехступенчатых установок обеспыливания. Сначала воздух проходит первую и вторую ступень очистки – циклоны, в качестве третьей используются рукавные фильтры. Данное оборудование не может обеспечить защиту от мелкодисперсной, волокнистой пыли асбестоцемента. Таким образом, воздух, содержащий частицы асбеста попадает в рабочую зону или в атмосферу.

При решении задач аспирации не используется свойство асбеста коагулировать при воздействии с водой. При визуальном исследовании, отмечается повторное взметывание ранее осевшей пыли, а также постоянный процесс витания мелкодисперсной пыли в воздухе рабочей зоны, имеет место неполная герметизация технологического оборудования.

Во второй главе приводятся результаты экспериментальных исследований дисперсного состава асбестоцементной пыли. Отбор проб осуществлялся из систем аспирации, обслуживающих технологическое оборудование и процессы, характеризующиеся наиболее интенсивным пылеобразованием, а также на границе санитарно-защитной зоны предприятия. Графическое изображение результатов представлено в виде интегральных функций распределения D(dч) массы частиц по диаметрам dч (рис. 1).

На рис.1 значения доли частиц асбестоцементной пыли в воздухе рабочей зоны изменяются для РМ10 – от 1,3% до 2,5% и в воздухе на границе санитарно-защитной зоны предприятия для РМ2,5 – от 6% до 10%. Для воздуха рабочей зоны данного производства в настоящее время предельно допустимых нормативов для РМ10 и РМ2,5 не существует, поэтому мы можем предполагать условное превышение.

Рис.1. Интегральные кривые распределения D(dч) массы частиц по диаметрам при производстве асбестоцементных изделий: 1 – выделяющейся в окружающую среду на границе санитарно-защитной зоны предприятия; 2 – выделяющейся в воздух рабочей зоны.

На основании проведенных исследований можно судить о наличии в воздухе рабочей зоны мелкодисперсной пыли и оценить процентное содержание частиц РМ10 и РМ2,5 в общей концентрации вредных загрязняющих веществ. Для асбестоцементной пыли доля от общей массы будет равна для РМ10 – 4%, для РМ2,5 – 0,1%.

Таким образом можно утверждать, если будет выполняться норматив, утверждённый для максимально разовой концентрации пыли в воздушной среде населенных мест для указанных производств (0,2 мг/м3 – асбестоцементная пыль), то будет выполняться и норматив для максимально разовых значений РМ10 и РМ2,5.

Также автором было выполнено исследование аэродинамических свойств частиц асбестоцементной пыли методом пофракционного оседания с последующим анализом ее дисперсного состава и построением зависимостей скорости оседания от эквивалентного диаметра частицы пыли в вероятностно-логарифмической сетке.

Для определения дисперсного состава пыли методом седиментометрии в воздушной среде в качестве прибора использовался разработанная автором установка для исследования дисперсного состава пыли при оседании частиц (рис.2).

Рис.2. Экспериментальная установка: 1 – подставка с металлическим основанием; 2 – ленточный транспортер; 3 – седиментационный цилиндр из стекла высотой , диаметром ; 4 – металлическая заслонка; 5 – конусообразная воронка из жестяного листа; 6 –поршень; 7 – предметный столик из пластика; 8 – поршень.

После выполнения экспериментальной части был осуществлен анализ дисперсного состава пыли, выделяющейся в асбестоцементном производстве микроскопическим методом с применением ПК. Метод определения дисперсного состава пыли основан на фотографировании увеличенных под микроскопом в 200-1000 раз отобранных образцов пылевидных частиц, закрепленных на предметном стекле, с последующей обработкой фотографий с помощью графического редактора. Дальнейший расчёт предполагает подсчёт количества частиц на каждом снимке и построение интегральных кривых в вероятностно-логарифмической сетке. Данные действия выполняются в программе «SpotExplorer».

В результате проведенных исследований установлено, что крупность оседающих частиц в течении 17 сек. уменьшается. Так медианный диаметр пыли, выделяющейся в асбестоцементном производстве, составил: через 3 сек. – 81 мкм; через 5 сек.– 56 мкм; через 7 сек. – 42 мкм; через 9 сек – 35 мкм; через 11 сек – 27 мкм; через 13 сек – 22 мкм, через 15 сек – 17 мкм; через 17 сек – 11 мкм.

По результатам проведенного дисперсного анализа построены зависимости скорости оседания от эквивалентного диаметра частицы в вероятностно-логарифмической сетке (рис. 3).

Рис.3. Интегральные кривые массы частиц пыли, выделяющейся в производстве железобетонных изделий, по диаметрам в вероятностно-логарифмической сетке: 1 – для пылеоседания через 3 сек; 2 – через 5 сек; 3 –через 7 сек; 4 –через 9 сек; 5 – через 11 сек; 6 – через 13 сек; 7 – через 15 сек; 8 – через 17 сек.