Исследование основных показателей выбросов пыли асбестоцемента в атмосферный воздух для оценки их влияния на качество жизни работающих

Исследование основных показателей выбросов пыли асбестоцемента в атмосферный воздух для оценки их влияния на качество жизни работающих

Качество жизни человека напрямую зависит от качества окружающей среды для населения, проживающего в районах расположения предприятий стройиндустрии, и от качества производственной среды для работающих на предприятии [1].

При осуществлении многих технологических процессов в асбестоцементной промышленности в рабочие зоны предприятий выделяется большое количество мелкодисперсной пыли [2]. В настоящее время с медицинской точки зрения достаточно изучен патогенез воздействия пылевых частиц на организм работающего, причем их размер является очень важным фактором. Вследствие этого особо важное значение приобретают вопросы, связанные с исследованием дисперсного состава пыли, объема пылевыделений и фракционной концентрации пыли в воздухе рабочих и жилых зон [3,4].

В настоящее время действует целый ряд методик по расчету выбросов, достаточно апробированных на практике и позволяющих определять выбросы в атмосферу с погрешностью, не превышающей точность определения с помощью инструментальных методов [5,6].

В соответствии с методикой для расчетов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу неорганизованными источниками предприятий промышленности строительных материалов [7], объемы пылевыделений от всех этих источников при производстве асбестоцемента могут быть рассчитаны по формуле (1):

(1).

где К_1, К₂ … K₈ — полуэмпирические коэффициенты, учитывающие физико-химические характеристики строительного материала, местные метеоусловия и тип перегрузочного устройства;

К₅ — коэффициент, учитывающий влажность пылевой и мелкозернистой фракции материала (d<1мм).

K₉ — поправочный коэффициент, учитывающий фактор «залповости» выброса.

G_ч — суммарное количество перерабатываемого материала в час, т/час;

B — коэффициент, учитывающий высоту пересыпки.

Особое внимание представляют такие показатели, как весовая доля пылевой фракции в материале (К₁) и доля пыли, переходящая в аэрозоль (К₂). Анализ справочных данных литературы показывает, что значение данные коэффициентов для пыли асбестоцемента в справочной части методики [7] отсутствуют. асбестоцемент атмосферный пылевыделение В соответствии с проведённым авторами дисперсным анализом проб асбестоцементной пыли [8], взятых в воздухе рабочей зоны и из систем аспирации, обслуживающих технологическое оборудование и процессы на предприятии Волгоградской области (рис.1), диаметр частиц пыли не превышает 60 мкм. Таким образом, масса пылевой фракции размером от 0 до 200 мкм соответствует всей массе навески.

Следовательно:

_{= 1}

По данным, имеющимся в литературе (ГОСТ 12 871−93 (Асбест хризотиловый. Общие технические условия)), размер частиц аэрозоля пыли асбестоцемента установлен авторами и имеет величину 3 мкм.

Таким образом, для пробы, взятой в воздуховоде:

Рис. 1. — Интегральные кривые распределения D (d_ч) массы частиц по диаметрам при производстве асбестоцементных изделий: 1 — из систем аспирации, обслуживающих технологическое оборудование и процессы, характеризующиеся наиболее интенсивным пылеобразованием; 2 — выделяющейся в воздух рабочей зоны.

20% - доля частиц асбестоцементной пыли, переходящей в аэрозоль, в соответствии с интегральными кривые распределения D (d_ч) массы частиц по диаметрам (рис.1).

К₂ = 0,2.

Однако, анализируя [7], табличное значение К₁ должно стремиться к 0,05, а значение К₂ — к 0,01, как у материала наиболее близкого по своим физико-механическим свойствам к минеральной вате.

Тогда произведение этих коэффициентов составит для асбестоцемента:

К^ац = 1· 0,2 = 0,2.

для минеральной ваты, соответственно методике [7]:

К^мв = 0,05· 0,01 = 0,005.

Отношение коэффициентов:

К^ац / К^мв = 0,2 / 0,005 = 40.

В соответствии с (ГОСТ 12 871−93 (Асбест хризотиловый. Общие технические условия)), естественная влажность асбеста не должна превышать 2%. Следовательно:

К₅ = 0,8.

Значение К₅ должно стремиться к 1, как у строительного материала наиболее близкого по физико — механическим характеристикам к минеральной вате. Данное условие выполняется.

Согласно технологической схеме производства асбестоцементных изделий, асбест доставляют на заводы в бумажных мешках в железнодорожных вагонах. На заводе хранят в закрытом складе на деревянном полу в отдельных отсеках для разных марок и сортов. Следовательно, в данном случае «залповость» выброса не наблюдается.

К₉ = 1.

То есть, значение К₉ совпадает с табличным значением для минеральной ваты.

Далее авторами был определен коэффициент F для расчётов загрязнения атмосферы от мелкодисперсных взвешенных частиц размерами 10 мкм (РМ10) и 2,5 мкм (РМ 2,5) пыли асбестоцемента с помощью двух различных методик.

Чтобы определить безразмерный коэффициент F, учитывающий скорость оседания частицы, согласно примечания 1 к п. 2.5. ОНД-86 [9], необходимо с помощью интегральной кривой распределения масс частиц по диаметрам (рис.1) выявить такой диаметр d_g, чтобы масса всех частиц диаметром больше d_g составляла 5% общей массы частиц пыли и соответствующую d_g скорость оседания частицы V_g (м/c).

Далее определяется опасная скорость ветра U_м в соответствии с п. 2.9 ОНД-86 [9]. После чего устанавливается значение коэффициента F в зависимости от соотношения V_g/ U_м, а именно: при V_g/ U_м ?0,015 F=1,0; при 0,015g/ U_м ?0,030 F=1,5; для всех остальных значений V_g/U_м коэффициент оседания F устанавливается согласно п. 2.5 «б» ОНД-86.

Скорость оседания твердых частиц V_g определяется по закону Стокса:

(2).

где d_g — диаметр частиц, м;

сплотность частиц диаметром d₅, кг/м³;

nускорение свободного падения, м/с²;

мдинамическая вязкость газа, Па· с;

для воздуха.

(3).

где t — температура уходящих дымовых газов, °С.

С учетом реальных условий (3) формула (2) преобразуется:

(4).

где T — температура дымовых газов, равная 273+t, К;

Для данного строительного материала авторами получено значение.

V_g =3,51· 10^-4 м/с.

Опасная скорость ветра U_м для г. Волгограда принимается в соответствии со средними многолетними данными, повторяемость превышения которой составляет 5%: U_м1 = 9 м/с и штилевое значение U_м2 = 0,5 м/с. Таким образом, параметр V_g/U_м <0,015 и в первом и во втором случае. Следовательно, согласно приложения Е [10] коэффициент оседания F =1.

В соответствии с методикой [9] скорость оседания примеси зависит от характеристики её частицы и среды, в которой она движется и определяется в зависимости от критерия Рейнольдса Re. Критерий Рейнольдса, в свою очередь, для практических расчётов определяется по графику в зависимости от комплекса о*Re² [11], который определяется расчётом:

(5).

с_ср — плотность среды, для воздуха — 1,29 кг/м³,.

d — диаметр частицы пыли, м,.

g =9,81-ускорение свободного падения, с_ч — плотность частицы пыли, кг/м3,.

мвязкость воздушной среды, для воздуха- 18,14· 10^-6 н*сек/м².

В зависимости от Re согласно [12] скорость оседания частицы V_g определяется:

при Re <1,0, м/с (формула Стокса);

при 500 > Re >1,0, м/с;

при Re>500 _, м/с.

Далее определяется опасная скорость ветра U_м в соответствии с п. 2.9 ОНД-86 [9]. После чего устанавливается значение коэффициента F в зависимости от соотношения V_g/ U_м, а именно:

при V_g/ U_м ?0,015 F=1,0, при 0,015g/ U_м ?0,030 F=1,5, для всех остальных значений V_g/U_м коэффициент оседания F устанавливается согласно п. 2.5 «б» ОНД-86 [9].

Авторами статьи было определено значение параметра о· Re² =0,23· 10^-7 для асбестоцементной пыли. Далее вычислено значение V_g (Re <1,0), оно составило:

V_g =3,6· 10^-4 м/с Параметр v_g/u_м <0,015. Следовательно, согласно приложения Е [10] коэффициент оседания равен F =1.

Проведенные экспериментальные исследования дисперсного состава пыли позволили получить значения К₁ = 1 и К₂ = 0,2 для асбестоцементной пыли, которое можно использовать в расчетах выделения пыли по методике [1].

Расчёт ведется по укрупненным показателям для аналогичных по физическим свойствам материалов. Результаты работы показали, что фактические выбросы асбестоцементной пыли превышают в 40 раз ориентировочные значения, полученные расчетом по методике [7] для материалов-аналогов. Значения К₅ и К₉ для пыли асбестоцемента совпадают с табличными значениями для аналогичных по физическим свойствам материалов.

На основании экспериментальных данных К₁, К₂ и F можно с высокой степенью достоверности утверждать, что данная пыль относится к пылям с высокой степенью полидисперсности. Известно, что расчет рассеивания для пыли этого класса не проводится. Данная методика по ОНД-86 не работает для такого диаметра частиц, они стратифицируются на тысячи километров и находятся во взвешенном состоянии в течение нескольких часов. Следовательно, требуется дальнейшее изучение процессов рассеивания с созданием математического аппарата, методики, которая могла бы учесть данные физико-химических свойств частиц при их стратификации и седиментации.

• 1. Ильичев В. А. Техносферная безопасность. М.: Либрком, 2011. 240 с.
• 2. Workbook of atmospheric dispersion estimates: an introduction to dispersion modeling / D. Bruce Turner. Lewis Publishers, 2000. 192 p.
• 3. Азаров В. Н., Тертишников И. В, Маринин Н. А. Нормирование РМ₁₀ и РМ_2,5 как социальные стандарты качества жизни в районах расположения предприятий стройиндустрии // Жилищное строительство. 2012. № 3. С. 20−22.
• 4. Ullrich Teichert. Immissionen durch Asbestzement-Produkte Teil 1. Staub Reinhaltung der Luft, Vol. 46. 1986. No. 10, pp. 432−434.
• 5. Сергина Н. М., Боровков Д. П., Семенова Е. А. Совершенствование методов очистки воздуха рабочей зоны от пыли известкового щебня, выделяющейся при разгрузке железнодорожных вагонов // Инженерный вестник Дона, 2012, № 4. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2009/250/.
• 6. Сергина Н. М. О применении вероятностного подхода для оценки эффективности многоступенчатых систем пылеулавливания // Инженерный вестник Дона, 2013, № 3. ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1866/.
• 7. Методическое пособие по расчету выбросов от неорганизованных источников в промышленности строительных материалов. Новороссийск: ЗАО «НИПИОТСТРОМ», 2001. 31 с.
• 8. Азаров В. Н., Юркъян В. Ю., Сергина Н. М., Ковалева А. В. Методика микроскопического анализа дисперсного состава пыли с применением персонального компьютера (ПК) // Законодательная и прикладная метрология. 2004. № 1. С. 46−48.
• 9. ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. М.: Гидрометеоиздат, 1987. 92 с.
• 10. Методические указания по определению коэффициента оседания F при оценке загрязнения атмосферы твердыми выбросами ТЭС с учетом дисперсности летучей золы. М.: Российское акционерное общество энергетики и электрификации «ЕЭС России», 2001. 12с.
• 11. Рапопорт О. А., Копылов И. Д., Рудой Г. Н. К вопросу о нормировании выбросов мелкодисперсных частиц размерами менее 10 мкм (РМ₁₀) и менее 2,5 мкм (РМ_2,5). Екатеринбург: ООО «УГМК-Холдинг», 2009. 36 с.
• 12. Авербух Я. Д., Заостровский Ф. П., Матусевич Л. Н. Процессы и аппараты химической технологии. Ч.1. Свердловск: УПИ, 1969. 288 с.