Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Аналитический обзор и выбор направления исследования 9
1.1 Анализ факторов оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, при производстве восстановительных работ
1.2 Анализ методов предотвращения негативного воздействия на окружающую среду, при производстве восстановительных работ
1.3 Выбор направления исследования 31
1.4 Выводы 32
Глава II. Исследование качественных и количественных параметров пылевых загрязнений поступающих в атмосферный воздух при демонтаже поврежденных и разрушенных зданий 34
2.1 Анализ причин образования пылевыделений при производстве работ по демонтажу разрушенного жилого фонда 34
2.2 Анализ свойств пылевых загрязнений, выделяющихся при производстве работ по демонтажу разрушенного жилого фонда 35
2.3 Методика определения мощности пылевыделения 38
2.4 Результаты определения мощности пылевыделения 44
2.5 Выводы 50
Глава III. Разработка и экспериментальные исследования техничеких решений для очистки пылевых выбросов, образующихся при демонтаже разрушенных зданий 51
3.1 Разработка мобильной системы пылегазоочистки . 51
3.2 Экспериментальные исследования эффективности работы мобильной обеспыливащей установки 57
3.3 Анализ результатов экспериментальных исследований 63
3.4 Определение параметра интенсивности закрутки потока необходимого для предотвращения образования пылевых отложений в гофрированном воздуховоде . 72
3.5 Выводы . 78
Глава IV. Практическая реализация результатов исследований 80
4.1 Разработка рекомендаций по проектированию мобильных систем воздухоочистки . 80
4.2 Результаты испытаний мобильной системы, предназначенной для локализации и очистки пылевых выбросов при работах по демонтажу поврежденных и разрушенных зданий 88
4.3 Расчет эколого-экономического эффекта от внедрения результатов исследования 92
4.4 Выводы 97
Заключение 99
Библиографический список
- Анализ методов предотвращения негативного воздействия на окружающую среду, при производстве восстановительных работ
- Анализ свойств пылевых загрязнений, выделяющихся при производстве работ по демонтажу разрушенного жилого фонда
- Экспериментальные исследования эффективности работы мобильной обеспыливащей установки
- Результаты испытаний мобильной системы, предназначенной для локализации и очистки пылевых выбросов при работах по демонтажу поврежденных и разрушенных зданий
Анализ методов предотвращения негативного воздействия на окружающую среду, при производстве восстановительных работ
В настоящее время отсутствуют надежные методы инженерной оценки и прогнозирования экологической безопасности технологических процессов строительства и производства. Вместе с тем практика строительства и особенно в восстановительных работах указывают на острую необходимость в таких методах инженерного прогноза. Особую роль здесь играет использование расчетных и лабораторных методов оценки, которые должны оцениваться и представляться в виде разрабатываемых, в настоящее время, стандартах, экологических, санитарно-гигиенических паспортах и других нормативных документах.
В практике расчета и проектирования, и при восстановительных работах жилых домов, и промышленных объектов, а также в организации трудовых процессов все еще доминируют принципы одностороннего учета влияния внешних нагрузок со стороны окружающей среды на создаваемые объекты и конструкции. Под этим углом зрения проводится обоснование рабочих свойств восстанавливаемых объектов и режимом их функционирования [8].
Такой путь бескомпромиссного технократического вмешательства в природу при восстановительных работах в строительстве создает опасные предпосылки необратимого (деградационного) процесса и экологического ущерба в регионе строительства. Первоосновой выхода из сложившейся практики неуправляемого техногенеза является необходимость четкость зональной классификации в регионе строительства. Первоосновной выхода из четкой зональной классификации промышленного осваиваемых регионов по принципы техногенного воздействия на свойства природной среды[13].
Разработка такой классификации при восстановительных работах в строительстве требует накопления и тщательного изучения информации по следующим направлениям:
1. Факторы техногенного воздействия на окружающую среду в зоне промышленного освоения территории, при этом устанавливаются: номенклатурный состав техногенных факторов
Коэффициент экологической весомости по техногенному воздействию на компоненты В.И. Вернадского восстановительных работах в строительстве где: N (wi) - показатель конкретного вида воздействия wi, выраженный в системе единиц физических величин; Q- размер зоны, подвергаемой техногенному воздействию.
Количественная оценка уровня техногенного воздействия промышленного объекта при восстановительных работах в строительстве требует предварительного факторного анализа, позволяющего определить значения величин N (wi) и Ysi .
Приближенные значения Ysit установленные путем обобщения многолетнегоопыта в строительстве и эксплуатации объектов представлены в таблице 1.1. Таблица 1.1 Классификация критериев техногенных воздействий при производстве восстановительных работ в строительстве
2. Признаки и показатели антропогенного изменения, природного ландшафта в регионе в восстанавливаемых объектов строительства. В данном случае такие показатели также могут быть представлены в единичной и комплексной форме. При заданной номенклатуре таких показателей целесообразно в качестве обобщенного критерия антропогенного изменения природного ландшафта использовать размер (в одно-, двух или трехмерных выражений) зоны поражения (отрицательного воздействия на природу со стороны объекта), т.е. Rs (гэ) = /э (х, у, z). (1.4.)
Здесь /э — функция экологического воздействия, определяющая реакцию окружающей среды в радиусе действия Rs. Учитывая временный характер взаимодействия между объектом и окружающей средой, имеем: R3 [гэ (Yi%\t)] =/э ( х, у, z ) (1.6.) Реакция окружающей среды в радиусе действия Rs. Система 1.6 описывает обусловленность антропогенного изменения природного ландшафта ПТГ от величин и направлений техногенного воздействия со стороны восстанавливаемого строительного объекта[17, 38, 42, 51, 71].
3. Особенности природных ландшафтов определяют выбор экологической модели прогноза регионального уровня взаимодействия сооружаемого объекта с окружающей средой.
Существующие нормативно-технические требования не учитывают зонального принципа в нормировании требований к формированию объектов, путем введения критериев техногенного воздействия на окружающую среду. Вместе с тем данный вопрос может быть решен при наличии количественного воздействия для природных ландшафтов в зонах дислокации объектов, различающихся по степени технофильности:
а) ландшафты, обладающие высокими рекреационными показателями (L1); сохранность их должна быть обеспечена инженерным обустройством и биологической мелиорацией, постоянным восстановлением растительных сообществ, локализацией очагов повышенной нагрузки на почвенно-растительный покров, регулярным уходом за насаждениями; б) ландшафты, содержащие в своих недрах месторождения полезных ископаемых (L2); обеспечение их сохранности предъявляет повышенные требования к надежности сооружаемых объектов;
в) сельскохозяйственные и лесные ландшафты, которые используются для получения сельскохозяйственной продукции (L3); их охрана состоит в рациональном, технологически и экологически грамотном использовании;
г) ландшафты, которые малопригодны для сельского хозяйства или создания рекреационных зон, не содержат полезных ископаемых (L4); такие ландшафты предпочтительны для промышленного и гражданского строительства [93, 94, 101, 118, 122, 133].
В свете перестройки промышленной структуры и при восстановительных работах в строительстве важную роль играет экологизация производства и оздоровление персонала. Это в первую очередь, связано с экологической реконструкцией, создаваемой человеком производственной и инфраструктурной среды, которая в современных условиях требует использования новых возможностей в развитии промышленной структуры. Приоритетными среди них служат:
Анализ свойств пылевых загрязнений, выделяющихся при производстве работ по демонтажу разрушенного жилого фонда
Воздействие строительства и восстановительных работ происходит на всех этапах строительной деятельности, начиная добычей строительных материалов и заканчивая эксплуатацией уже готовых объектов.
Таким образом, воздействие восстановительных работ в строительстве на окружающую природную среду следует различать как строительство -важнейшая отрасль народного хозяйства с одной стороны и с другой - как продукция этой отрасли – магистрали, урбанизированные территории и т.д.
Как любая отрасль народного хозяйства строительство и восстановительные его работы нуждаются в большом количестве различного сырья, строительных материалов, водных, энергетических и других различных ресурсов, добыча и получение которых оказывает мощное воздействие на экологическую безопасность окружающей среды.
С ведением восстановительных работ непосредственно на строительной площадке связаны нарушения ландшафтов и загрязнение экологии. Эти нарушения берут свои начала с расчистки территории строительства, снятия или повреждения растительного слоя, выполнения земляных работ. При расчистке территории, как для строительства, так и для восстановительных работ в строительстве образуется значительный объем отходов, при сжигании, которые загрязняют окружающую среду, или загромождают свалочные территории. Данные воздействия меняют морфологию участков, ухудшая географические условия, что способствует развитию эрозии [1, 34, 41, 43]. Степень воздействия на экологическую безопасность в прежнюю очередь зависит: - от строительных материалов; - технологии возведения зданий и сооружений - технологической оснащенности строительного производства; - типа и качества строительных машин, механизмов и транспортных средств и других факторов. Территория строек становится источником для загрязнения близь расположенных участков выхлопами и шумом.
Вода обильно используется в восстановительных работах в строительстве, выступая в качестве компонентов растворов, затем она сбрасывается и загрязняет грунтовые почвы и воды. Несмотря на то, что строительство относится к процессам скоротечным, влияние его на окружающую природную среду недостаточно изучено, большинство экологических мероприятий носит рекомендательный характер.
На современном этапе негативные воздействия восстановительных работ в строительстве включают в себя :
Важнейшим этапом составления ОВОС выступает показатель результата оценки планируемых изменений в окружающей среде и их последствия. Оценка предполагает соотнесение прогнозируемых или установленных состояний показателей с нормативными состояниями отдельных компонентов ландшафта или ландшафта в целом. На современном этапе выделяют пять этапов оценки экологических последствий от планируемой хозяйственной деятельности:
Методический комплекс с усредненными показателями экологической безопасности восстановительных работ в строительстве должен охватывать все уровни его взаимодействия с окружающей средой. Для того чтобы система критериев методического комплекса с усредненными показателями экологической безопасности восстановительных работ в строительстве могла найти практическое применение, она должна быть основана на существующей информационной, а также нормативно-правовой базе. В другом случае из-за отсутствия или недостатка какой-либо исходной информации практическое применение предложенных расчетов с показателями будет затруднено или не возможно [46- 50].
Комплекс характеристик и показателей экологической безопасности восстановительных работ в строительстве должен обеспечивать возможность: 1) оценки уровня безопасности восстановительных работ в строительстве в нормальных условиях (должны охватываться три таких основных аспекта, как экологический, социальный и эколого-экономический); 2) оценки вероятности опасности в аварийных условиях. Безопасность восстановительных работ в строительстве должна включать следующую группу натуральных и условных показателей, характеризующих вредное влияние восстановительных работ в строительстве: - объемы фактических сбросов и выбросов вредных веществ в атмосферу; - объемы вывоза отходов; - уровни вредных физических воздействий; - рассчитанные и фактические поля средних и максимальных концентраций вредных веществ в различных средах;
Формирование экологически чистых жилых объектов, других объектов промышленного характера в период восстановления требует серьезной обработки широкого спектра, вопросов качества среды обитания людей. Жилой комплекс в той и иной степени подвержен техногенному геохимическому воздействию в результате поступления в различные компоненты (почву, воздух, поверхностные и подземные воды) значительного количества вредных веществ [69, 127].
Экспериментальные исследования эффективности работы мобильной обеспыливащей установки
При производстве работ по демонтажу поврежденных и разрушенных зданий, а так же при разборе завалов и руин, и в процессе последующей транспортировки отходов, неизбежно происходит образование пылевых частиц и поступление их в атмосферный воздух.
Данный процесс связан с механическим взаимодействием между собой обломков различных строительных конструкций и материалов. В виду того, что основными материалами, используемыми в жилищном строительстве являются либо порошкообразные вещества (цемент, известь, гипс и т.д.) либо элементы и конструкции изготовленные из таковых материалов (кирпич, бетон, балки и панели и т.д.), при их механическом взаимодействии происходят процессы крошения и измельчения, с последующим образованием пылевидных отходов.
Процессы демонтажа зданий и разбора завалов характеризуются различными видами работ, связанными с механическим воздействием на строительные конструкции и материалы, а также взаимодействием материалов, приводящим к образованию пылевых отходов. Интенсивное образование пылевых отходов происходит на работах по разрушению зданий гирей, применении отбойных молотков, работе бульдозеров и экскаваторов.
Другим существенным источником пылевых загрязнений являются погрузочно - разгрузочные работы, проводимые при вывозе образовавшихся отходов на полигоны, либо к месту дальнейшей переработки. Используемый для этой цели автотранспорт, как правило, представляет собой самосвал с открытым кузовом, загрузка которого осуществляется при помощи экскаваторов либо транспортеров. Образующиеся при этом в результате взаимодействия насыпаемых материалов пылевые частицы эжектируются потоком воздуха и интенсивно поступают в атмосферу.
Кроме того, в ряде случаев, при наличии возможности повторного использования материалов, полученных при разрушении и демонтаже зданий, их предварительное измельчение проводится непосредственно на площадке. Данный процесс всегда сопровождается пылевыделением.
Для оценки мощности пылевыделения и количества пылевых отходов, образующихся в процессе демонтажа разрушенных и поврежденных зданий проведены натурные исследования.
Большая часть пылевых отходов представляет собой продукт измельчения цементного камня, который является основным материалом железо-бетоных конструкций, а также входит в состав швов и соединений. Кроме того, существенная доля приходится на известковую пыль, образующуюся при измельчении отделочных материалов (штукатурки, шпаклевки, текстолитовых перегородок и т.д.).
Как показывает опыт, пылевые отходы данных материалов, при соответствующем отборе и подготовке могут быть использованы в качестве наполнителей в дорожном строительстве и при производстве строительных материалов и конструкций, например стеновых панелей.
Проведенные исследования показали, что основные физико-химические свойства пылевых отходов практически не отличаются от свойств исходных материалов. Существенные отличия наблюдаются лишь в значительно меньшей адгезионной способности цементной и известковой пылей, взятой из измельченных образцов строительных конструкций.
Наиболее важной с точки зрения отвеивания и улавливания характеристикой пылевых частиц является дисперсионный состав. Для определения дисперсионного состава пылей поступающих в воздушную среду при проведении работ по демонтажу разрушенных и поврежденных жилых панельных зданий, использован метод микроскопии [6, 19, 22, 32, 54], результаты анализа приведены на рис. 2.1.
Интегральные кривые распределения массы по диаметрам частиц D(d4) в вероятностно-логарифмической координатной сетке для пыли выделяющейся в процессе демонтажа и разборки завалов панельно-сборных жилых зданий: 1 - пыль измельченного цементного камня железобетонных конструкций; 2 - пыль измельченного цементного камня соединительных швов; 3 - известковая пыль отделочных материалов.
Как следует из данных, приведенных на рис. 2.1 пыль цементного камня существенно крупнее известковой (медианные диаметры соответственно d50 = 45 и d50 = 18). Данное обстоятельство позволяет существенно облегчить задачу разделения пылевых отходов т.к. помимо существенных различий в истинной плотности (плотность цементной пыли/) = 2700 кг/м известковой/) = 1200 кг/м ) наличие разницы в размерах пылевых частиц обеспечивает достаточные различия в траектории движения их в сепарационных устройствах инерционно-воздушного типа [37, 39]. Кроме того, пониженная адгезионная способность пылей полученных из отвердевщего цемента и извести также создают благоприятные условия для их разделения.
Интегральные кривые распределения массы по диаметрам частиц D(dч) в вероятностно-логарифмической координатной сетке для пыли выделяющейся при производстве работ по сносу кирпичной жилой застройки: пыль выделяющаяся при сносе зданий из керамического кирпича; 2 - выделяющаяся при сносе зданий из силикатного кирпича.
Как следует из данных, представленных на рис. 2.2 пыль, выделяющаяся в процессе демонтажа кирпичных зданий является мелкодисперсной. Медианные диаметры частиц пыли керамического кирпича составляет d50 = 24 мкм. Аналогичное значение для пыли силикатного кирпича составляет d50 = 31 мкм. Таким образом, пылевые загрязнения, выделяющиеся при демонтаже разрушенных и поврежденных зданий из кирпича, характеризуются более мелким размером частиц в сравнении с загрязнениями образующимися при демонтаже железобетонных панельных зданий. Данное обстоятельство позволяет сделать вывод о том, что организация процесса локализации и очистки выбросов при проведении демонтажа кирпичных зданий, характеризуется большей сложностью чем при демонтаже панельных строений.
Анализ физико-химические свойств пылей, образующихся при демонтаже и расчистке завалов жилых зданий показал, что они идентичны физико-химическим свойствам пылей, образующихся при производстве соответствующих строительных материалов. Так например, сравнение дисперсного состава, плотности, адгезионной способности и угла естественного откоса пыли, образующейся при производстве работ по сносу зданий из керамического кирпича, показал практически полное совпадение с таковыми свойствами пыли выделяющейся в технологическом процессе данного строительного материала [74, 87, 94, 112]. Данный факт, помимо однородности химического состава, объясняется также схожестью процессов, порождающих образование пылевых частиц, главным из которых является механическое измельчение.
Результаты испытаний мобильной системы, предназначенной для локализации и очистки пылевых выбросов при работах по демонтажу поврежденных и разрушенных зданий
При демонтаже поврежденных или разрушенных строительных конструкций, наибольшее пылевыделение в атмосферный воздух наблюдается при операциях связанных с погрузкой и разгрузкой отходов. В виду того, что погрузочные и разгрузочные работы, как правило, производятся насыпным методом, при взаимодействии между собой обломки и части строительных конструкций крошатся, в результате чего выделяется большое количество пылевых частиц. Воздух, эжектируемый в процессе насыпания подхватывает пылевые частицы, в результате чего образуется пылевоздушная смесь.
В настоящее время распространен способ предотвращения выбивания пылевоздушной смеси образующейся при загрузке бункеров сыпучими пылевидными дисперсными веществами, посредством создания разряжения путем организации отсоса из его объема. Однако, для очистки пылевых загрязнений выделяющихся при наполнению емкостей предназначенных для транспортирования сыпучих материалов затруднено. Основным фактором препятствующем размещению обеспыливающих установок на транспортируемых емкостях, предназначенных для перемещения сыпучих материалов является их массово-габаритные характеристики и необходимость в источнике энергии.
Для очистки пылевых выбросов образующихся при разгрузке (загрузке) емкостей предназначенных для сыпучих материалов, предлагается создание передвижных установок, предназначенных для очистки пылевых загрязнений содержащихся в воздухе, отводимом из их объема.
Для присоединения мобильных аспирационных установок к транспортируемым бункерам рекомендуется использование гибкого гофрированного шланга, вместо жестких воздуховодов, что облегчает крепеж, монтаж и демонтаж и предоставляет необходимую мобильность для оборудования.
Одной из проблем, возникающих при использовании гибкого гофрированного воздуховода, является образование пылевых отложений, обусловленное внутренней геометрией поверхности. При движении пылевоздушного потока гофрированному воздуховоду образуются завихрения потока, приводящие к образованию зон разрежения в углублениях, вследствие чего пылевые частицы начинают выпадать из потока и осаждаться на внутренних поверхностях.
Для предотвращения забивания гибкого гофрированного воздуховода рекомендуется организация закрутки пылегазового потока, создаваемая посредством использования тангенциального закручивателя (рис. 4.1) 2 Рис. 4.1 Организация отвода пылегазового потока от аспирационного укрытия с использованием тангенциального закручивателя. 1 – аспирационное укрытие; 2 – конфузор; 3 – входной патрубок тангенциального закручивателя; цилиндрическая камера тангенциального закручивателя; 4 – гофрированный воздуховод; 5 – присоединительные фланцы.
Для подбора параметра интенсивности закрутки потока, позволяющего предотвратить образование пылевых отложений на внутренних поверхностях гофрированного воздуховода, предлагается использование эмпирической зависимости: общий расход пылевоздушной смеси удаляемой от укрытия; l/d - отношение длинны гофрированного воздуховода к его диаметру.
Область применения данной зависимости распространяется на значения относительной длинны гофрированного воздуховода в пределах l/d= 10... 20, при диаметрах воздуховода d = 80... 150 мм. На практике применение гофрированных воздуховодов больших длин затруднено в виду их провисания, и как правило не требуется т.к. мобильность аспирационной установки позволяет приблизить ее на достаточно близкое расстояние. Применение вздуховодов диаметром менее 80 мм нерационально в виду повышенной подверженности забиванию и большому аэродинамическому сопротивлению, ограничивающему расход аспирируемой пылевоздушной смеси. Использование воздуховодов диаметром более 150 мм на практике не требуется в виду ограниченного объема аспирируемых емкостей (автомобильных кузовов и железнодорожных вагонов.
Подбор геометрических характеристик тангенциального закручивателя потока, для обеспечения требуемой интенсивности закрутки производится при помощи зависимости: диаметр цилиндрической части закручивателя; Ь - высота сечения тангенциального ввода закручивателя отнесенная к диаметру цилиндрической камеры; а - ширина сечения тангенциального ввода закручивателя отнесенная к диаметру цилиндрической камеры.
В качестве основного пылеулавливающего оборудования для мобильной аспирационной установки предлагается использование пылеуловителей на встречных закрученных потоках, характеризующихся сравнительно более высокой степенью улавливания мелкодисперсной пыли.
Для обеспечения жестких массово-габаритных требований, предъявляемых к мобильным аспирационным установкам, предлагается использование одноступенчатой компоновочной схемы системы очистки., с рециркуляцией очищенного газа и разделением потока посредством применения центробежного разделителя-концентратора.
С целью снижения аэродинамического сопротивления предлагается использование тангенциального раскручивателя потока, установленного на выходе из пылеуловителя на встречных закрученных потоках вместо стандартного вентиляционного отвода, позволяющего кроме снижения аэродинамического сопротивления за счет утилизации энергии закрутки потока применение тангенциальных раскручивателей потока, также снизить габаритную высоту пылеулолвителя (рис. 4.2).
Предлагаемая компоновочная схема, позволяет эффективно обеспечивает локализацию пылевых выбросов, образующихся при заполнении мобильных емкостей, и достаточно высокую степень очистки удаляемой воздушно-пылевой смеси. Однако для достижения требуемых характеристик необходимо обеспечить оптимальный аэродинамический режим. Аэродинамический режим работы установки характеризуется следующими основными параметрами: 1. Общий расход пылевоздушной смеси, удаляемой от бункера с целью обеспечения необходимого разрежения, препятствующего выбиванию воздушно-пылевой смеси; 2. Интенсивность закрутки потока, в начальном сечении гибкого гофрированного воздуховода, препятствующая образованию пылевых отложений на его внутренних поверхностях; 3. Отношение расхода газа подаваемого на вторичный ввод пылеуловителя ВЗП к общему, подаваемому на очистку; 4. Отношение расхода газа направляемого на первичный ввод пылеуловителя ВЗП после прохождения разделителя-концентратора, к общему, подаваемому на очистку.
