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

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

11 2 1 В.Н. Азаров , С.А. Кошкарев , М.А. Николенко , Р.А. Бурханова

1 Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет 2Ростовский государственный строительный университет

Аннотация: В статье приводятся результаты сравнительного анализа полученных авторами основных показателей при расчете выбросов пыли асбестоцемента в атмосферный воздух в соответствии со стандартной методикой и расчет коэффициента оседания F для асбестоцементной пыли.

Ключевые слова: методика, асбестоцемент, асбестоцементные заводы, объемы пылевыделений, качество жизни, воздействие на здоровье 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):

Мг = К1 • К 2 • К 3 • К 4 • К 5 • К 7 • К 8 • К 9 • В • < ' ^

3600

где К1; К2 ... К8 - полуэмпирические коэффициенты, учитывающие физико-химические характеристики строительного материала, местные метеоусловия и тип перегрузочного устройства;

К5 - коэффициент, учитывающий влажность пылевой и мелкозернистой фракции материала ^<1мм).

К9 - поправочный коэффициент, учитывающий фактор «залповости» выброса.

Оч - суммарное количество перерабатываемого материала в час, т/час;

В - 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.

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:

т

т,- пыл.фр.

к1 =-=1

т

пыли

По данным, имеющимся в литературе (ГОСТ 12871-93 (Асбест хризотиловый. Общие технические условия)), размер частиц аэрозоля пыли асбестоцемента установлен авторами и имеет величину 3 мкм. Таким образом, для пробы, взятой в воздуховоде:

т

К = аэр

т

пыл.фр.

Рис.1. - Интегральные кривые распределения и(йч) 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.

таэр = 20% • ™пыл.фР

20 % - доля частиц асбестоцементной пыли, переходящей в аэрозоль, в соответствии с интегральными кривые распределения 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:

Кац = 10,2 = 0,2 для минеральной ваты, соответственно методике [7]:

Кмв = 0,05-0,01 = 0,005 Отношение коэффициентов:

Кац / Кмв = 0,2 / 0,005 = 40 В соответствии с (ГОСТ 12871-93 (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 Б 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 Б, 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 ^ , чтобы масса всех частиц диаметром больше dg составляла 5 % общей массы частиц пыли и соответствующую ^ скорость оседания частицы Vg (м/с).

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

Скорость оседания твердых частиц Vg определяется по закону Стокса:

V _9.8 • р у

18 •м

где - диаметр частиц, м;

р- плотность частиц диаметром кг/м3;

п- ускорение свободного падения, м/с2;

^- динамическая вязкость газа, Па-с; для воздуха

М =

1.75 • 10-6 •

0.683

273

0.683

где г - температура уходящих дымовых газов, °С. С учетом реальных условий (3) формула (2) преобразуется:

у = 1,45 -!°6 • Р

Ж т0683

где Т - температура дымовых газов, равная 273+г, К;

Для данного строительного материала авторами получено значение УЖ =3,51-Ю-4 м/с.

Опасная скорость ветра Uм для г.Волгограда принимается в соответствии со средними многолетними данными, повторяемость превышения которой составляет 5% : им1 = 9 м/с и штилевое значение им2 = 0,5 м/с. Таким образом, параметр УЖ/им <0,015 и в первом и во втором случае. Следовательно, согласно приложения Е [10] коэффициент оседания Б =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 Я^. Критерий Рейнольдса, в свою очередь, для практических расчётов определяется по графику в зависимости от комплекса [11], который определяется расчётом:

= 8/6-Рср -йЪ- Ж- (Рч-Рср) V1

3

рср - плотность среды, для воздуха - 1,29 кг/м , d - диаметр частицы пыли, м, g =9,81-ускорение свободного падения,

рч - плотность частицы пыли, кг/м3,

вязкость воздушной среды, для воздуха- 18,1410-6 н*сек/м2. В зависимости от согласно [12] скорость оседания частицы Vg определяется:

й 2

при Re <1,0 V _ g —Рср , м/с (формула Стокса);

18 • л

при 500 > Re >1,0 V _ , м/с;

g рр

при Re>500 V _ 5,45 •

(РЧ -Рр )•й

с^_ м/с.

Рср

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

при Vg/ Им <0,015 Б=1,0, при 0,015^/ Им <0,030 Б=1,5, для всех остальных значений Vg/Uм коэффициент оседания Б устанавливается согласно п. 2.5 «б» ОНД-86 [9].

2 7

Авторами статьи было определено значение параметра ^^ =0,23 10"' для асбестоцементной пыли. Далее вычислено значение Vg (Re <1,0), оно составило:

Vg =3,6-10-4 м/с

Параметр vg/uм <0,015. Следовательно, согласно приложения Е [10] коэффициент оседания равен Б =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.

Литература

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 РМ2,5 как социальные стандарты качества жизни в районах расположения предприятий стройиндустрии // Жилищное строительство. 2012. №3. С. 2022.

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 (РМ2,5). 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.

References

1. Il'ichev V.A. Tekhnosfernaya bezopasnost' [Technosphere Safety]. M.: Librkom, 2011. 240 p.

2. Workbook of atmospheric dispersion estimates: an introduction to dispersion modeling / D. Bruce Turner. Lewis Publishers, 2000. 192 p.

3. Azarov V.N., Tertishnikov I.V, Marinin N.A. Zhilishhnoe stroitel'stvo. 2012. №3. pp. 20-22.

4. Ullrich Teichert. Immissionen durch Asbestzement-Produkte Teil 1. Staub Reinhaltung der Luft, Vol. 46. 1986. No. 10, pp. 432-434.

5. Sergina N.M., Borovkov D.P., Semenova E.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, №4. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2009/250/.

6. Sergina N.M. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №3. URL:ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1866/.

7. Metodicheskoe posobie po raschetu vybrosov ot neorganizovannykh istochnikov v promyshlennosti stroitel'nykh materialov [Guidelines on the calculation of emissions from fugitive sources in the building materials industry]. Novorossijsk: ZAO «NIPIOTSTROM», 2001. 31 p.

8. Azarov V.N., Jurkjan V.Ju., Sergina N.M., Kovaleva A.V. Zakonodatel'naja i prikladnaja metrologija. 2004. №1. pp. 46-48.

9. OND-86. Metodika rascheta kontsentratsiy v atmosfernom vozdukhe vrednykh veshchestv, soderzhashchikhsya v vybrosakh predpriyatiy [Method of calculating the concentrations in the air of harmful substances contained in industrial emissions]. M.: Gidrometeoizdat, 1987. 92 p.

10. Metodicheskie ukazaniya po opredeleniyu koeffitsienta osedaniya F pri otsenke zagryazneniya atmosfery tverdymi vybrosami TES s uchetom dispersnosti letuchey zoly [Methodological guidance on the definition of sedimentation coefficient F in the evaluation of air pollution emissions solid TPP with the fineness of fly ash]. M.: Rossiyskoe aktsionernoe obshchestvo energetiki i elektrifikatsii «EES Rossii», 2001. 12p.

11. Rapoport O.A., Kopylov I.D., Rudoy G.N. K voprosu o normirovanii vybrosov melkodispersnykh chastits razmerami menee 10 mkm (RM10) i menee

2,5 mkm (RM25) [On the regulation of emissions of fine particles smaller than 10 microns (PM10) and less than 2.5 microns (PM25)]. Ekaterinburg: OOO «UGMK-Kholding», 2009. 36 p.

12. Averbukh Ya.D., Zaostrovskiy F.P., Matusevich L.N. Protsessy i apparaty khimicheskoy tekhnologii [Processes and devices of chemical technology]. Ch.1. Sverdlovsk: UPI, 1969. 288 p.