автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему: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

12 СЕН 2013

Волгоград-2013

005532828

005532828

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

Желтобрюхов Владимир Федорович ФГБОУ ВПО «Волгоградский Государственный технический университет», заведующий кафедрой «Промышленная экология и безопасность жизнедеятельности»

кандидат технических наук

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 —^ Фокин

диссертационного совета — Владимир Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На предприятиях по производству асбестоце-ментных 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 спецификой производства наиболее мелкие фракции (РМю, РМ2,5) не могут быть уловлены. Поэтому, концентрация асбе-стоцементной пыли в воздухе рабочей зоны на ряде предприятий превышает значение ПДК в 5 раз, а концентрация на границе санитарно-защитной зоны предприятия имеет 2-кратное превышение нормативов.

Одной из проблем производства является то, что пылевые отходы, представляющие собой загрязняющее вещество I класса опасности, в дальнейшем не могут быть использованы, так как не выполняется необходимое разделение на фракции.

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, совершенствование расчета местных отсосов и модернизация систем пылеочист-ки, в том числе с разделением уловленной пыли на фракции.

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 асбестоце-ментных 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 оборудования 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;

- разработка систем пылеочистки с разделением уловленной пыли на фракции.

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 ас-

пирации и выбивающейся в 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.;

- предложено устройство для обеспыливания узла перегрузки сыпучего материала с применением аппарата ВЗП и двух отсосов, произведена оценка его эффективности;

- разработана "Методика определения «вторичной запыленности» в воздухе рабочей зоны" при производстве асбестоцементных изделий;

- разработанана "Методика оценки герметичности технологического оборудования" при производстве асбестоцементных изделий.

Реализация результатов работы:

- рекомендации по проектированию, выводы и научные результаты внедрены ООО «ГГГБ Волгоградгражданстрой» при разработке раздела ОВОС проектов ПНООЛР, ПДВ, раздела «Мероприятия по защите окружающей среды» для производств, использующих асбестоцемент;

- устройство для пневмоуборки успешно прошло опытно-промышленные испытания на ООО «Ассоциация Экотехмониторинг»;

- устройство для обеспыливания узла перегрузки сыпучего материала с применением аппарата ВЗП и двух отсосов успешно внедрено на ООО «ЛЕС»;

- 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 экспериментальных исследований зависимости, характеризующие уровень пылевыделений асбестоцементной пыли в рабочую зону и окружающую среду;

- данные о дисперсном составе и основных физико-химических свойствах пыли, поступающей в системы аспирации и рабочую зону при производстве асбестоцементных изделий;

- экспериментальное исследование эффективности аппаратов ВЗП различных конструкций для асбестоцементных производств;

- метод определения «вторичной запыленности» и герметичности оборудования на предприятии;

- 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

6

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.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем работы: 169 страниц, в том числе: 144 страницы - основной текст, содержащий 16 таблиц на 20 страницах, 34 рисунка на 32 страницах; список литературы из 150 наименований на 17 страницах; 4 приложения на 25 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности исследуемой темы. В нем даны основные цели и задачи, научная новизна и практическая значимость данной работы. Здесь же приведены результаты апробации и внедрения проведенных исследований, а также конкретизированы основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору состояния вопроса и выбору направления исследования.

Проведенный анализ показал, что производство асбестоцемента является в России крупной отраслью, 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 асбестсодержащи-ми материалами. На предприятии основными источниками пыления являются дозаторы закачки асбеста, станки для выпиливания шифера, конвейерные бегуны, элеваторы и места растаривания асбеста. Несоблюдение мер безопасности 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 значени-

ям: 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 повлечь необратимые последствия для здоровья людей.

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.

Пыль, содержащаяся в выбросах асбестоцементных предприятий в атмосферный воздух, может быть отнесена по степени опасности к IV классу. Когда уловленная пыль попадает на полигоны промышленных отходов, ее класс опасности возрастает до I. Это один из источников вторичного загрязнения окружающей среды.

Для устранения воздействия пыли на работающих используются двух -или трехступенчатые установки обеспыливания. Сначала воздух проходит первую и вторую ступень очистки - циклоны, в качестве третьей используются рукавные фильтры. Имеющееся оборудование не может обеспечить защиту от мелкодисперсной, волокнистой пыли асбестоцемента. Таким образом, воздух, содержащий частицы асбеста попадает в рабочую зону и 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, установлена недостаточная герметизация технологического оборудования.

Во второй главе приводятся результаты экспериментальных исследований дисперсного состава асбестоцементной пыли. Из систем аспирации технологического оборудования был осуществлен отбор проб. Также были взяты пробы на границе санитарно-защитной зоны предприятия. Графическое изображение результатов исследования представлено в виде интегральных функций распределения Б(с1ч) массы частиц по диаметрам А, (рис. 1).

ошл

99.

39. 99

98 97 35

30

Я) 70 60 50 40 30 20

10 5

2 1

0.5 0.1

1 2 10 20 100 с!ч.мхм

Рис.1. Интегральные кривые распределения 0(ё,,) 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 РМю и РМ2,5 в общей концентрации вредных загрязняющих веществ. На рис. 1 значения доли частиц асбестоцементной пыли в воздухе рабочей зоны изменяются для РМю - от 1,3% до 2,5%, частицы РМ2,5 в воздухе рабочей зоны не присутствуют. На границе санитарно-защитной зоны предприятия, в воздухе определяются только частицы РМ2,5 , процентное содержание которых составляет от 6% до 10% от всей массы пыли.

Таким образом, можно утверждать, что выбросы производств асбестоцементных изделий характеризуются высоким процентным содержанием мелкодисперсной пыли. В соответствии с нормативным значением, утверждённым главным санитарным врачом РФ Онищенко Г.Г., максимально разовая концентрация в воздушной среде населенных мест для мелкодисперсной пыли должна составлять 300 мкг/м3. Если будет выполняться норматив для ПДК санитарно-защитной зоны (0,2 мг/м3 - асбестоцементная пыль), содержание мелкодис-

персной пыли в воздухе составит 0,12 мг/м3. Следовательно, норматив для максимально разовых значений РМГО и РМ2,5 воздуха рабочей и санитарно-защитной зон не выполняется.

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 дисперсного анализа пыли методом седиментометрии в воздушной среде использовалась 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 Н = 1200 мм, диаметром й = 160 мм; 4 - металлическая заслонка; 5 - конусообразная воронка из жестяного листа; 6 -поршень; 7 - предметный столик из пластика; 8 - поршень.

После проведения эксперимента был выполнен анализ дисперсного состава асбестоцементной пыли микроскопическим методом с применением ПК. Метод заключается в фотографировании образцов пылевидных частиц, увели-

8

3

чеиных под микроскопом в 200-1000 раз, 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».

Результаты исследований зависимости скорости оседания от эквивалентного диаметра частицы пыли, образующейся при производстве асбестоцемента (рис.3), позволяют констатировать, что при скорости 0,38 м/с частицы имеют максимальный размер 81 мкм, медианный размер 55 мкм и минимальный размер 7 мкм. При скорости 0,1 м/с частицы имеют максимальный размер 27 мкм, медианный размер 22 мкм и минимальный размер 4,5 мкм. При скорости 0,07 м/с частицы имеют максимальный размер 11 мкм, медианный размер 6 мкм и минимальный размер 2,2 мкм.

...... :: :г........: *......;""FJ~'....... Г

1 3

.................. "-.............™ ......

!... 1 ^ i......

]

"

-..............-.....

о 13 20 30 40 50 50 70 30 90

Рис.3. Зависимость скорости оседания от эквивалентного диаметра частицы

в полулогарифмической сетке: 1 - минимальные эквивалентные диаметры; 2 - медианные эквивалентные диаметры; 3 - максимальные эквивалентные диаметры.

Таким образом, выявлена зависимость скорости оседания от эквивалентного диаметра частицы. Это дает возможность вывести формулу для определения скорости оседания частицы пыли, выбивающейся из технологического оборудования:

^У=кх+Ь

у=юкх+ь 11

У=10ь-10кх

Обозначим 10ь = А, тогда V = А- К)8",

где V- скорость оседания частицы пыли, м/с;

с1 - эквивалентный диаметр частицы пыли, мкм; А, В - коэффициенты, характеризующие вид пыли.

При экспериментальном исследовании было установлено, что наибольшее количество частиц пыли выпадает на первых одиннадцати секундах. Это утверждение относится как к численности, так и к массе частиц.

В третьей главе приведены результаты экспериментального исследования эффективности устройства для обеспыливания узла перегрузки асбестоцемента с применением аппарата ВЗП и двух отсосов (рис. 4).

Рис. 4. Схема экспериментальной установки для исследования эффективности

ВИП: 1,11- транспортеры; 2 - тройник-раскручиватель; 3, 9 - замерные штуцеры; 4, 6 - верхний и нижний ввод аппарата; 5 - регулирующая заслонка; 6- вентилятор; 7, 13 - верхний и нижний местные отсосы; 10 - вентилятор; 11 - узел обеспыливания; 14 - закручиватель,; 15 - щетки; 16 -аппарат ВИП.

При проведении эксперимента в качестве функции отклика определялась эффективность улавливания, а в качестве определяющих факторов были выбраны: Ьобщ - общий расход газа в системе, м3/ч; Ь„ /Ьавщ- доля расхода газа, подаваемого в аппарат через нижний ввод; С - относительная концентрация поступающей пыли на очистку, отнесенная к 1 г/м3.

Диапазоны изменения факторов:

80 < 1„Гщ <120;

0,2 < Ь,Лоби1< 0,4;

20 < С < 60.

Обработка результатов экспериментальных исследований позволила получить уравнение регрессии вида:

77 = 90,75 —5£ - -\1,2ЬИС -2С (2)

общ н оОщ к '

Результаты эффективности улавливания асбестоцементной пыли аппаратом ВЗП в зависимости от доли расхода газа, подаваемого в аппарат через нижний ввод, приведены на рис. 5.

7&,О0

75,90 75,80

75,70

75,бО 75, ВО

—»—го «О ао

бО 80 —20 ЮО —100 —<®~ бо юо

—•¡~~20 12 О ——-40 120 — 60 17.0

75,40

0,2

Рис. 5. Экспериментальные зависимости эффективности улавливания асбестоцементной пыли аппаратом ВЗП при:

80: 1 - С = 20; 2 - 40; з - С = 60; 1о6"<= 100: 4-С = 20;5-С=40;6-С =60; 4а,_ 120: 7 _ С _ 20; 8 - С= 40; 9 - С =60;

Таким образом, на основании полученных экспериментальных исследований пыли, выделяющейся при производстве асбестоцементных изделий, наибольшая эффективность улавливания отмечается при соотношении расходов, подаваемых на нижний и верхний ввод, равном 0,2; при общем расходе газа в системе - 120 м3/ч и относительной концентрации, поступающей пыли на очистку, находящейся в пределах от 40 до 60 г/м3.

Глава 4 посвящена анализу возможных мер снижения негативного воздействия выбросов загрязняющих веществ в воздух рабочей зоны и окружающую среду: совершенствованию методики расчета вторичной запыленности и оценки герметичности оборудования, методики по расчету местных отсосов, а также подбору исходных данных по проектированию систем пневмоуборки.

В значительной степени состояние воздушной среды производственных помещений зависит от эффективности пылеуборочного оборудования, а также предотвращения повторного поступления пыли в атмосферу рабочей зоны.

Для предупреждения вторичного загрязнения на рабочих местах необходима модернизация системы пневмоуборки, либо ее замена более совершенной. С этой целью, могут быть усовершенствованы аспирационные воронки, регулирующие и закручивающие устройства (с целью повышения надежности транспортирования дисперсной фазы при большом диапазоне размеров частиц), проведено более точное определение скоростей витания и транспортирования.

Необходимо оценить степень герметичности оборудования, применяемого в асбестоцементном производстве. Главным в оценке технологического оборудования является выявление наиболее пылящего оборудования, что определяется методом точечной оценки мощности выбросов пыли.

При оценке количества пылевыделений делается вывод о достаточной степени герметичности оборудования и об эффективности работы систем аспирации. Эффективность средств обеспыливания оценивается с помощью методики полного обследования систем аспирации.

Важной причиной неэффективной работы систем аспирации считают некорректный подбор местных отсосов и неправильно рассчитанные значения требуемых объемов воздуха, удаляемого аспирационными установками. Слишком высокие объемы приводят к большому уносу пыли из технологического оборудования. Это приводит к выбросу в атмосферу значительного ко-

личества пыли. Занижение объемов влечет за собой поступление значительного количества пыли в рабочие цеха.

Многими авторами приводятся различные данные по выбору количества воздуха, удаляемого от однотипного пылящего оборудования. Отсутствие единой методики расчета не позволяет достичь единого подхода в решении этой задачи.

В качестве методики по расчету местных отсосов автором был выбран метод В.Н. Посохина, где расчетная интенсивность отсоса соответствует ситуации, при которой в зоне дыхания работающего параметры воздуха соответствуют нормируемым.

На предприятии по производству асбестоцементных изделий были проведены опытно-промышленные испытания. По результатам исследований, концентрация асбестоцементной пыли достигает значения ПДК в зоне работы технологического оборудования при расходе отсасываемого воздуха 710 - 830 м3/ч.

В соответствии с результатами методик расчета нами для предприятий по производству асбестоцемента предложена усовершенствованная система пневмо-уборки (рис.6).

Рис. 6. Схема системы пневмоуборки, рекомендуемая для заводов асбестоцемента: 1 -пылепроводы; 2-пылеосадительная камера; 3 - аппарат отвеивания; 4 - воздуходувка; 5 - пылеуловитель ВИП; 6 -бункер отходов.

Принцип работы системы включает: сбор пыли пылеуборочным инструментом и ее передачу посредством пылепроводов в пылеосадительную камеру,

15

где отделяются наиболее крупные фракции; поступление пылевоздушной смеси в аппарат отвеивания, в котором происходит отделение чистого асбестоцемента; улавливание инерционным пылеуловителем на встречных закрученных потоках очищенного продукта.

По результатам исследований, проведенных на ООО «Ассоциация Эко-техмониторинг» было определено, что эффективность очистки производственных помещений от загрязнения асбестоцементной пылью повысилась. Это позволило уменьшить концентрацию асбестоцементной пыли до нормативных значений и сократить объем выбросов в окружающую среду на 20%.С учетом капитальных и эксплуатационных затрат на установку системы пневмоуборки ожидаемый общий экономический эффект равен 60000 руб./год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной задачи - снижение запыленности воздуха рабочей зоны, а также сокращение выбросов в атмосферу при производстве асбестоцемента.

Основные выводы по работе

1. Проведенный анализ показал, что практически все технологические операции асбестоцементного производства сопровождаются значительными выбросами мелкодисперсной пыли: в воздух рабочей зоны - 5-кратное превышение, в воздух окружающей среды - 2-кратное превышение норматива, введенного главным санитарным врачом РФ Онищенко Г.Г. Поэтому для снижения воздействия пылевого фактора на окружающую среду и работников асбестоцементных предприятий очень важна оценка технологического оборудования как источника пылевыделений. Необходимо совершенствование конструкций аспирационного оборудования в соответствии с величинами массового расхода выделяющейся пыли, ее дисперсного состава, аэродинамических характеристик и вторичного пылеобразования.

2. По результатам выполненных теоретических и экспериментальных исследований получены данные дисперсного анализа и аэродинамических характеристик пыли, выделяющейся при производстве

асбестоцемента.

3. Успешно внедрено устройство для обеспыливания узла перегрузки сыпучего материала с применением аппарата ВЗП и двух отсосов на ООО «ЛЕС».

4. Проведена оценка эффективности работы обеспыливающих устройств на ООО «Ассоциация Экотехмониторинг».

5. Успешно прошли опытно - производственные испытания системы пневмоуборки на ООО «Ассоциация Экотехмониторинг».

6. Разработана новая методика оценки «вторичной запыленности» и оценке герметичности оборудования.

7. Проведена апробация предложенных автором методик по оценке работы обеспылевающего оборудования.

8. Разработаны и внедрены рекомендации по проектированию систем аспирации;

9. Годовой экономический эффект от реализации разработанных решений составляет 60 тыс.руб/год.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

Работы, опубликованные в рецензируемых научных журналах и изданиях

1. Бурханова, P.A. Об исследовании аэродинамических характеристик ас-бестоцементной пыли в воздухе рабочей зоны / P.A. Бурханова [и др.] // Интернет-вестник Волгогр. гос. арх.-строит. ун-та. Политематическая серия. Волгоград : Электронный журнал, 2012. - Вып. 1(20). Режим доступа: www.vestnik.vgasu.ru.

2. Бурханова, P.A. Экологическая безопасность как социальный стандарт качества жизни (на примере предприятий по производству асбестоце-ментных изделий) / P.A. Бурханова, H.A. Маринин // Научные проблемы гуманитарных исследований. Пятигорск: Изд-во РИА-КМВ. 2012. Вып.7. С. 164-169.

3. Бурханова, P.A. О дисперсном составе пыли в воздушной среде в производстве строительных материалов 1 P.A. Бурханова [и др.] // Вестник Волгогр. гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. Волгоград: Изд-во ВолгГАСУ. 2013. Вып. 30 (49). С. 256-260.

4. Бурханова, P.A. Социальные проблемы охраны здоровья на предприятиях по производству асбестоцементных изделий / P.A. Бурханова // Научные проблемы гуманитарных исследований. Пятигорск: Изд-во РИА-КМВ. 2013. Вып.1. С. 147-151.

Отраслевые издания и материалы конференций

1. Бурханова, P.A. О различиях хризотилового и амфиболового асбеста / Р.А.Бурханова // Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития 2011 : материалы Между-нар. науч.-практ. конф. 04.10.2011г. - Одесса: Изд-во Черноморье, 2011. Т.29. С. 30-31.

2. Бурханова, P.A. Особенности защиты от запыленности на рабочих местах в производстве асбестоцементных изделий / P.A. Бурханова // Проблемы охраны производственной и окружающей среды: сб.науч.ст. Волгоград: Изд-во ВолгГАСУ. 2011. Вып.З. С.90-92.

3. Бурханова, P.A. Применение дисперсного анализа пыли при исследовании физико-химических свойств пылевых выбросов асфальтобетонных заводов г.Волгограда / Р.А.Бурханова // Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли юга России : материалы Междунар. науч.-техн. конф. 15.05.2012г. - Волгоград: Изд-во ВолгГАСУ, 2012. С. 394-397.

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

Подписано в печать 03.07.2013г. Заказ № 90 Тираж 100 экз. Печ. л.

Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная. Печать офсетная.

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1 Отдел оперативной полиграфии

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

БУРХАНОВА РЕНАТА АНВЕРОВНА

СНИЖЕНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПЫЛЕВОГО ФАКТОРА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И РАБОТНИКОВ АСБЕСТОЦЕМЕНТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

05.23.19 Экологическая безопасность строительства и

04201361320

На правах рукописи

05.26.01

Охрана труда (строительство)

городского хозяйства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель Доктор технических наук, профессор Мензелинцева Надежда Васильевны

Волгоград - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЯ......................................................................................................9

1.1 .Анализ запылённости на рабочих местах на предприятиях по производству асбестоцементных изделий........................................................................................9

1.2. Асбест и его вредные свойства. Асбестовая пыль.........................................14

1.3. Анализ пыли на рабочих местах в асбестоцементном производстве...........16

1.4 Существующие средства защиты в производстве асбестоцементных изделий .....................................................................................................................................20

1.5. Анализ существующих способов описания процессов пылеоседания в воздушной среде........................................................................................................24

1.6. Выбор направления исследования...................................................................27

1.7. Выводы по первой главе....................................................................................29

ГЛАВА 2. Теоретические и конструктивные решения по повышению эффективности систем аспирации, оборудования в цехах по производству асбестоцементных изделий......................................................................................30

2.1. Исследование дисперсного состава асбестоцементной пыли на рабочих местах.........................................................................................................................30

2.2. Исследование аэродинамических характеристик асбестоцементной пыли 31

2.3. Теоретические исследования процесса пылеоседания асбестоцементной пыли............................................................................................................................36

2.4. Физико - химические свойства асбестоцементной пыли..............................40

2.5. Основные конструктивные решения по снижению запылённости на рабочих местах..........................................................................................................43

2.6. Выводы по второй главе....................................................................................47

ГЛАВА 3. Экспериментальные и опытно - промышленные исследования.......49

3.1. Программа и методика проведения эксперимента.........................................49

Факторы..................................................................................................................52

Ч/О^ли 1и1 ш ................................................................................

шьтатов исследований....................................................................

эмышленные исследования величин аспирационных объемов >го оборудования. Подбор оптимальной схемы организаи

Выводы по третьей главе..............................................................

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

117

ВВЕДЕНИЕ

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 спецификой производства наиболее мелкие фракции (РМю, РМ2,5) не могут быть уловлены. Поэтому, концентрация асбестоцементной пыли в воздухе рабочей зоны на ряде предприятий превышает значение ПДК в 5 раз, а концентрация на границе санитарно-защитной зоны предприятия имеет 2-кратное превышение нормативов.

Одной из проблем производства является то, что пылевые отходы, представляющие собой загрязняющее вещество I класса опасности, в дальнейшем не могут быть использованы, так как не выполняется необходимое разделение на фракции.

Чтобы разработать комплекс долговременных решений по проблеме защиты от пылевых выбросов на рабочих местах, кроме исследований процессов пыления на асбестоцементных предприятиях, необходимо провести их оценку. На данный момент методология такой оценки отсутствует. Поэтому актуальными являются: исследование пылевого фактора и на его основе разработка методик расчета «вторичной запыленности» и оценки герметичности оборудования, совершенствование расчета местных отсосов и модернизация систем пылеочистки, в том числе с разделением уловленной пыли на фракции.

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.

В данной работе предполагается решит следующие задачи:

- проведение комплексной оценки технологического оборудования;

- обобщение и анализ основных свойств и дисперсного состава пыли асбестоцемента;

- исследования аэродинамических показателей пыли, выделяющейся при технологических процессах, и определение основных принципов распространения пыли в воздухе промышленных цехов;

- совершенствование методик расчета «вторичной запыленности» и оценки герметичности технологического оборудования;

- разработка конструкций местных отсосов;

- разработка систем пылеочистки с разделением уловленной пыли на фракции.

Основная идея работы заключется в создании инженерных решений по улучшению уже существующих моделей аспирационного оборудования с учетом показателей массового расхода пыли, попадающей в воздух рабочей зоны, характера вторичной запыленности и дисперсного состава пыли.

Методы исследования состояли из анализа научных, лабораторных, промышленных исследований. Включали также обработку данных эксперимента при помощи математической статистики и современных информационных средств.

Научная достоверность основана на применении основных теоретических положений научного анализа, создании моделей рассматриваемых процессов, планированием необходимого количества экспериментов, подтверждена результатами практической апробации на основе обширного исходного

материала; использованием сертифицированных методик и программного обеспечения.

Научная новизна работы:

- изучены и конкретизированы данные о физико-химических свойствах пыли асбестоцемента и ее дисперсном составе;

- 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.;

- усовершенствовано устройство для обеспыливания узла пересыпки сырья при помощи аппарата ВЗП и двух отсосов, произведена оценка его эффективности;

- разработана "Методика определения «вторичной запыленности» в воздухе рабочей зоны" при производстве асбестоцементных изделий;

- разработана "Методика оценки герметичности технологического оборудования" при производстве асбестоцементных изделий.

Реализация результатов работы:

- рекомендации по проектированию, выводы и научные результаты внедрены ООО «ПТБ ПСО Волгоградгражданстрой» при разработке раздела ОВОС проектов ПНООЛР, ПДВ, раздела «Мероприятия по защите окружающей среды» для производств, использующих асбестоцемент;

-устройство для пневмоуборки успешно прошло опытно-промышленные испытания на ООО «Ассоциация Экотехмониторинг»;

-аппарат для обеспыливания узла пересыпки сырья при помощи ВЗП и двух отсосов успешно внедрено на ООО «ЛЕС»;

- данные научного исследования нашли применение в работе кафедры «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета и при выполнении дипломных проектов бакалаврами 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 экспериментальных исследований зависимости, характеризующие уровень пылевыделений асбестоцементной пыли в рабочую зону и окружающую среду;

- данные о дисперсном составе и основных физико-химических свойствах пыли, поступающей в системы аспирации и рабочую зону при производстве асбестоцементных изделий;

- экспериментальное исследование эффективности аппаратов ВЗП различных конструкций для асбестоцементных производств;

- метод определения «вторичной запыленности» и герметичности оборудования на предприятии;

- результаты научных исследований об объеме выделений пыли при работе 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, 2012г.); на Всероссийской конференции «Экологическая безопасность и природопользование: наука, инновации, управление» (г.Волгоград, 2012г.); 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. Результаты диссертационных исследований отражены в 7 статьях.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем работы: 138 страниц, в том числе: 115 страниц - основной текст, содержащий 16 таблиц на 20 страницах, 34 рисунка на 32 страницах; список литературы из 150 наименований на 17 страницах; 3 приложения на 21 страницах.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1.Анализ запылённости на рабочих местах на предприятиях по производству асбестоцементных изделий

Пыль - измельченное состояние какого-либо твердого вещества в виде частиц, не связанных или весьма слабо связанных друг с другом механически. Эти частицы легко поднимаются в воздух, способны висеть в нем или оседать из него под влиянием силы тяжести или электрического притяжения поверхности.

Пыль можно рассматривать с нескольких точек зрения:

1) по величине частиц;

2) по их форме;

3) по химическому составу;

4) по растворимости;

5) по отношению к живому организму.

Классификация пыли по Гиббсу основана на свойствах оседаемости и летучести. По ней пыль в состоянии аэрозоля (взвешенная в воздухе) делится на 3 категории:

1) «Собственно пыль» с частицами крупнее 10"3 см в диаметре; в спокойном воздухе они оседают с постепенно возрастающей скоростью и не рассеиваются в нем (не диффундируют)

2) «Облака» или «туманы» с частицами от 10"3 до 10"5 см в диаметре; в неподвижном воздухе они оседают с постоянной скоростью по закону Стокса в зависимости от своей величины и также неспособны рассеиваться в воздухе

3) «Дымы», состоящие из частичек от 10"5 см и ниже. Они находятся в постоянном Броуновском движении, совершенно неспособны оседать в спокойном воздухе и способны к диффузии в нем.

Свойства оседаемости и летучести пыли зависят от комбинации многих факторов: удельного веса пыли, поверхности, формы, их влажности,

электрического состояния и температуры. С другой стороны, явления оседания и диффузии зависят и от окружающего воздуха, его плотности, движения, электрического состояния и т. д. В чистом воздухе содержится меньше 1 мг/м3 пыли.

Критерием для объединения в термин «пыль промышленная» различных веществ, поступающих в воздух в виде пыли под влиянием производственного процесса, служит физический признак - мелко раздробленное их состояние в воздушной среде. Химический состав промышленной пыли очень разнообразен и во многих случаях именно он определяет характер вредного воздействия пыли.

Из соединений кремниевой кислоты выделяется своей вредностью пыль асбеста. Основными неблагоприятными производственными факторами завода асбестоцементных конструкций являются пыль, высокая температура, а также шум и вибрация [68].

Асбестоцемент представляет собой композиционный материал, широко применяемый в строительной отрасли. Он имеет вид цементного камня, армированного волокнами асбеста, который получается методом формования из смеси асбеста, портландцемента и воды. Асбестоцементные волокна являются своеобразной арматурой для изделий из асбестоцемента. Состав этого материала гарантирует срок службы до 50 лет, что намного превышает срок службы других строительных материалов: металлических конструкций, пластмасс, рубероида, дерева и др. Кроме того, изделия из асбестоцемента легко поддаются окрашиванию и обработке - эти свойства становятся очень ценными для различного рода дизайнерских работ.

В природной среде асбест встречается в виде минерала - хризотил -асбеста, который отличается волокнистостью строения и имеет свойство расщепляться на тончайшие и прочные волокна. Россия имеет крупнейшие в мире сырьевые запасы хризотил - асбеста, а также очень активно их разрабатывает. В нашей стране накоплен многолетний опыт производства асбестоцементных изделий и их многообразного применения в строительстве.

Следовательно, условия развития асбестоцементной отрасли в России не позволяют в обозримом будущем отказаться от применения хризотилового асбеста. [124].

Асбест считается канцерогеном при ингаляционном пути поступления (т.е. его вдыхании). Присутствие пыли асбеста в воздухе может вызвать развитие бронхита и раковых опухолей. Профессиональном заболеванием у работников данной отрасли является асбестоз.

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/см , в Канаде-0,04 волокон/см , в России -0,06 волокон/см или 2 мг/м .

Онкологической службой Южно-Казахстанской области в период с 1999 по 2008 год были изучены уровни содержания асбестсодержащей пыли в различных цехах завода асбестоцементных конструкций и выявлено, что уровни асбестсодержащей пыли, воздействующие на работников завода, превышают предельно допустимые концентрации [37].

В формовочном цехе Шымкентского завода асбестоцементных конструкций концентрация пыли асбеста в воздухе в среднем составила (3,0±0,3) мг/м3, а в аппаратном - (2,8±0,2) мг/м3, в то же время эти показатели в динамике имели тенденции к снижению: в формовочном цехе - с (3,0±0,3) мг/м3 (1999 г.) до (2,0±0,3) мг/м3 в 2008г, в аппаратном цехе - с (2,8±0,2) мг/м3 в 1999-м году до (1,9±0,2) мг/м3 в 2008-м году.

Наибольшее загрязнение воздуха асбестовой пылью-(3,0±0,3) мг/м отмечалось в формовочном цехе в 1999-м году (рис. 1.1).

4,00 3,50 3,00 2,50 МГ/МЗ 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00

Рис. 1.1 Динамика концентраций асбеста в воздухе рабочей зоны формовочного цеха Шымкентского завода асбестоцементных конструкций за 1999-2008 годы

За исследуемые годы концентрация асбеста в воздухе рабочей зоны формовочного цеха снизилась на 33,3%, в аппаратном цехе - на 34,5%. Это обусловлено тем, что, начиная с 1999-го года, на предприятии проводилась коренная реконструкция. В результате, на протяжении указанного периода наблюдается снижение уровня запыленности воздуха рабочей зоны [86].

Состояние производственной среды в цеха�