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.