Совершенствование методов контроля и оценки дисперсного состава пыли в воздухе рабочей зоны и эффективности инженерно-экологических систем

Актуальность проблемы.

В настоящее время в ряде стран, в том числе и в России, нормируется содержание в атмосферном воздухе частиц с размерами не более 2,5 мкм (РМ 2,5) и не более 10 мкм (РМ 10), поскольку наибольшую опасность представляют частицы пыли малого размера, которые способны проникать в легкие человека. Однако для воздуха рабочих зон предприятий характерно нормирование концентрации взвешенных веществ без учета размеров их частиц. Система контроля и оценки концентрации и состава частиц именно малых размеров в воздухе рабочих и санитарно-защитных зон в настоящее время отсутствует, что не позволяет объективно. оценить степень воздействия пыли на качество производственной и окружающей сред.

При решении задач по снижению запыленности принят детерминированный подход к определению как дисперсного состава пыли, так и к ее общей концентрации. В производственных условиях дисперсный состав пыли воздуха рабочих зон, как правило, непостоянен вследствие I колебаний параметров технологических процессов, атмосферного воздуха и других факторов. Поэтому представляется актуальным решение задач охраны труда и экологической безопасности с использованием подхода к анализу дисперсного состава в воздушной среде предприятий как случайной функции и на основе данного подхода совершенствование методов проектирования инженерно-экологических систем и оценки пылевого фактора предприятий стройиндустрии.

Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.

Целью работы является совершенствование методов оценки и контроля мелкодисперсной составляющей пылевого фактора предприятий дляразработки на основании полученных данных мероприятий по улучшению условий труда и повышению экологической безопасности строительных производств.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: исследования возможности применения дифференцированного подхода к описанию мелких и крупных фракций пыли в воздухе рабочих зон и инженерно-экологических системах строительных производствопределение значения диаметра «рассечения» при разделении совокупности частиц пыли на крупные и мелкие фракции для раздельного исследования их законов распределенияисследования вероятностных характеристик функции прохода пыли, поступающей в инженерно-экологические системы и воздух рабочих зон предприятий стройиндустриисовершенствование способа определения эквивалентного диаметра «частиц при исследовании дисперсного состава пыли микроскопическим методомэкспериментальные исследования состава мелких фракций пыли, выделяющейся от узла перегрузки,'клинкераопределение концентрации мелких фракций пыли строительных производств (РМ10, РМ 2,5) — теоретические и экспериментальные исследования зависимости эффективности пылеулавливающего инерционного оборудования от дисперсного состава пыли, поступающей на очистку в производстве стройматериалов.

Основная идея работы состояла в использовании дифференцированного и вероятностного подходов при оценке и контроле содержания мелкодисперсной пыли в воздухе рабочей и санитарно-защитной зон, для разработки мероприятий по снижению запыленности и подбора наиболее эффективного пылеулавливающего оборудования для решения задач охраны труда и экологической безопасности — защиты работников от пыли.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, математическое моделирование, 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 удовлетворяющей требуемым критериям сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований, — выполненных в лабораторных и опытно-промышленных условиях.

Научная новизна работы состоит в том, что:

— усовершенствован аналитический способ описания дисперсного состава пыли в воздухе рабочей зоны и инженерно-экологических системах на базе метода «рассечения» совокупности частиц пыли на мелкие и крупные фракции с использованием предложенного алгоритма расчета значения диаметра «рассечения»;

— на основании экспериментальных исследований получены зависимости дисперсного состава и концентрации пыли от времени и расстояния до источника пыления в воздухе рабочей зоны;

— предложено применение метода «рассечения» для контроля и оценки дисперсного состава пыли в воздухе рабочих зон и эффективности инженерно-экологических систем предприятий стройиндустрии;

— усовершенствован метод контроля и оценки дисперсного состава пыли в воздухе рабочих зон предприятий стройиндустрии с учетом раздельных законов распределения крупных и мелких фракций пыли;

— усовершенствован метод расчета инерционных пылеулавливающих устройств, где в качестве исходных данных используются результаты анализа дисперсного состава пыли, поступающей на очистку, полученные с помощью применения метода «рассечения». Практическое значение работы: определены и систематизированы данные опытно-промышленных исследований дисперсного состава пыли, поступающей в инженерно-экологические системы и рабочую зону предприятий по производству гипса, цемента и железобетонных изделийпоказана эффективность применения метода «рассечения» для оценки дисперсного состава пыли при исследованиях запыленности воздуха рабочей зоны предприятий стройиндустрии и расчете эффективности пылеудаляющих устройствопределено соотношение концентраций мелких фракций пыли (РМ 10 и РМ 2,5) и общей запыленности воздуха рабочей зоны бетоносмесительного отделения завода ЖБИусовершенствована и апробирована методика микроскопического анализа дисперсного состава пыли, поступающей в воздух рабочих зон и инженерно-экологические системы предприятий стройиндустрии, с использованием объемного способа определения эквивалентного диаметра частиц с помощью использования приставки к микроскопу (свидетельство на полезную модель № 2 005 115 216) и применением метода «рассечения» для исследования законов распределения частиц мелких фракций пыли.

Реализация результатов работы: использованы результаты контроля и оценки дисперсного состава пыли гипсового камня с применением метода «рассечения» для разработки и внедрения проектных решений по улучшению качества воздуха рабочей зоны дробильно-сортировочного заводаопределены концентрации мелких фракций РМ 10 и РМ 2,5 пыли воздуха рабочейзоны бетоносмесительного отделения завода по производству железобетонных изделий по результатам проведенного обследования технологического оборудования как источника пылевого загрязнения;

— прошла испытания промышленная установка удаления запыленного воздуха от технологического оборудования дробления гипсового камня для снижения запыленности воздуха рабочих и санитарно-защитных зон ДСЗ ООО «КНАУФ ГИПС КУБАНЬ»;

— приняты для использования ООО «Ассоциация Экотехмониторинг» рекомендации по расчету и подбору пылеудаляющего оборудования и усовершенствованная методика микроскопического анализа дисперсного состава пыли, поступающей в воздух рабочих зон и инженерно-экологические системы предприятий стройиндустрии;

— материалы диссертационной работы использованы кафедрой БЖДТ ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 280 101 «Безопасность жизнедеятельности в техносфере», 280 102 «Безопасность технологических процессов и производств».

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

— метод «рассечения», усовершенствованный посредством использования алгоритма расчета диаметра «рассечения», позволяет исключить влияние случайных параметров как технологических процессов, так и производственной среды предприятия на функции прохода мелких фракций пыли и использовать полученные данные для контроля и оценки дисперсного состава пыли в воздухе рабочей зоны и эффективности инженерно-экологических систем предприятий строительных производств;

— экспериментальные зависимости дисперсного состава и концентрации общей массы пыли от времени и расстояния до источника пыления в воздухе рабочей зоны позволяют прогнозировать распространение пыли в производственном помещении, в то время как данные характеристики для мелких фракций пыли остаются неизменными в пределах интервалов варьирования факторов эксперимента;

— усовершенствованный метод расчета инерционных пылеулавливающих устройств позволяет определять их расчетную эффективность с учетом колебаний дисперсного состава поступающей на очистку пыли- - усовершенствованный метод контроля дисперсного состава пыли при оценке воздуха рабочей зоны предприятия позволяет определить необходимость разработки и эффективность мероприятий, направленных на улучшение условий труда за счет снижения концентрации мелкодисперсных частиц пыли в воздухе рабочих зон строительных производств.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на: Международной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (Самарканд, 2010 г.) — XVI международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» (Донецк, 2009 г.) — IV международной научно-технической конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (Волгоград, 2010 г.) — научно-технической конференции «Проблемы охраны производственной и окружающей среды» (Волгоград, 2005, 2010 гг.) — ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (Волгоград, 2005;2010 г.).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 11 работах, в том числе 1 патент на полезную модель.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 190 страниц, в том числе: 138 страниц — основной текст, содержащий 19 таблиц на 16 страницах, 35 рисунков на 28 страницахсписок литературы из 179 наименований на 18 страницах, 5 приложений на 34 страницах.

4.5 Выводы по четвертой главе.

1. На основании объемного способа определения эквивалентного диаметра частиц и метода «рассечения» для исследования отдельно частиц мелких и крупных фракций пыли усовершенствована методика микроскопического анализа дисперсного состава пыли, поступающей в воздух рабочих-зон и инженерно-экологические системы предприятий стройиндустрии;

2. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований усовершенствован метод контроля дисперсного состава пыли в воздухе рабочих зон предприятий стройиндустрии с применением метода «рассечения», позволяющий оценить и проследить динамику состава мелких фракций в генеральной совокупности пыли в воздухе рабочих зон предприятий;

3. Проведен метод контроля дисперсного состава пыли в воздухе рабочих зон предприятий стройиндустрии с применением метода «рассечения» на дробильно-сортировочном заводе. На основе полученных результатов были разработаны и реализованы мероприятия по уменьшению запыленности воздуха рабочей зоны предприятия, особенно мелких фракций гипсовой пыли, в результате которых концентрация пыли в рабочей зоне предприятий достигла до норм ПДК;

4. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований усовершенствована методики расчета инерционных пылеуловителей, позволяющая отображать диапазон изменения I значений эффективности работы инженерно-экологической системы с возможностью прогнозированиям наиболее вероятного из них;

5. Проведены опытно-промышленные испытания и внедрен аппарат ВЗП-800, подобранный на основе усовершенствованной методики расчета инерционных пылеуловителей. Эффективность его работы составила 97%. Эколого-экономический эффект от возврата сырья в производство после внедрения аппарат ВЗП-600 составил 187 746,99 руб/ год;

6. В результате реализации мероприятий по уменьшению запыленности в цехах по производству гипса после проведения контроля дисперсного состава пыли в воздушной среде предприятия ожидаемый социально-экономический эффект составит 482 446,60 рублей за первый год, и 580 529,00 руб. за второй и последующие года.