Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Аналитический обзор и выбор направления исследований
1.1. Анализ влияния предприятий строительной индустрии на загрязнение атмосферы производственной и жилой зоны пылевыми выбросам
1.2. Существующие критерии оценки качества воздуха в отношении взвешенных частиц в России и за рубежом
1.2.1. Обзор международных подходов к нормированию качества воздуха
1.2.2 Нормирование качества воздуха по взвешенным веществам в Российской Федерации
1.3 Анализ существующих методов определения дисперсного состава пыли и обработки результатов
1.4. Выбора направления исследования, задачи 30
1.5. Выводы по первой главе 33
ГЛАВА 2. Анализ исходных данных для оценки РМіо, РМг,5 в жилых зонах вблизи предприятий строительного комплекса .
2.1. Исследование дисперсного состава пыли с помощью 35
системы подготовки воздуха комплекса чистых помещений (КЧП).
2.1.1. Обоснование выбора КЧП для исследования дисперсного 3 состава пыли
2.1.2. Описание системы подготовки воздуха КЧП, условия отбора проб пыли
2.1.3. Основные результаты исследования дисперсного состава пыли в КЧП
2.2. Сравнение методик исследования дисперсного состава пыли
2.2.1. Микроскопический метод 43
2.2.2. Лазерный метод в газовой фазе 49
2.2.3. Лазерный метод в жидкостной фазе 50
2.2.4. Результаты сравнения методик исследования
2.3. Основные результаты исследования дисперсного состава пыли на ОАО «Промстройконструкция»
2.4. Основные результаты исследования дисперсного состава пыли на золоотвале ГРЭС и в жилой зоне
2.5. Выводы по второй главе 63
ГЛАВА 3. Теоретический анализ процессов анализа дисперсного состава обеспыливания, пыления и пылеоседания
3.1. Анализ дисперсного состава пыли, как случайной 65 функции
3.2. Экспериментальные исследования зависимости между 69 PMio и PM2.5 на источнике пыления и границе СЗЗ
3.3. Расчёт коэффициента рассеивания мелких фракций 73
3.4. Расчет характеристик случайной функции прохода для пыли в воздухе жилой зоны
3.5. Расчёт риска превышения случайной функции дисперсного состава нормативного значения.
3.6. Выводы по третьей главе 88
ГЛАВА 4. Практическая реализация результатов исследований 89
4.1. Исследование механизма улавливания частицами пыли строительных производств микрочастиц органической пыли
4.2. Проведение мониторинга с учётом исследования захвата органических частиц
4.3. Предложение по организации мониторинга предприятий стройиндустрии
4.5. Выводы по четвертой главе 114
Заключение 115
Список литературы
- Существующие критерии оценки качества воздуха в отношении взвешенных частиц в России и за рубежом
- Нормирование качества воздуха по взвешенным веществам в Российской Федерации
- Описание системы подготовки воздуха КЧП, условия отбора проб пыли
- Расчет характеристик случайной функции прохода для пыли в воздухе жилой зоны
Введение к работе
Актуальность проблемы. Качество жизни человека напрямую зависит от качества окружающей среды для населения, проживающего в районах расположения предприятий стройиндустрии и от качества производственной среды работающих на предприятии. При осуществлении многих технологических процессов, в частности, при дроблении, истирании, транспортировке порошкообразного сырья и продуктов и т. д., в рабочие зоны предприятий выделяется большое количество мелкодисперсной пыли, которая, в свою очередь, под влиянием различных климатических факторов переносится в жилые зоны, расположенные вблизи промышленных предприятий.
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, особое значение приобретают вопросы, связанные с исследованием дисперсного состава пыли и фракционной концентрации пыли в воздухе рабочих и жилых зон.
В мировой практике с учетом рекомендаций Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в ряде стран, в том числе и в России, осуществлен переход на нормирование содержания в воздушной среде частиц пыли с размерами не более 2,5 мкм (или) 10 мкм. Главным эффектом воздействия от вдыхания частиц РМ10 и РМ2,5 на организм человека является проникновение в верхние дыхательные пути и легкие, что вызывает повреждение легочной ткани, респираторные заболевания. Следует отметить, что результаты ряда исследовательских проектов свидетельствуют о целесообразности нормирования мелких частиц (РМ10 и РМ2,5) вследствие их различного действия на организм человека и длительности нахождения во взвешенном состоянии в воздухе.
Изучение природы образования мелкодисперсных частиц (РМ10 и РМ2,5) на предприятиях строй индустрии юга Волгограда, их элементного состава, способа воздействия на организм человека, привело к выводам о наличии в их составе цеолитов - природных и искусственных минералов, которые, имея пористую структуру, благодаря высоким сорбирующим свойствам, могут захватывать продукты выбросов предприятий химического и нефтехимического комплекса многократно усиливая степень негативного воздействия на органы дыхания, сердечно - сосудистую и иммунную систему человека.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.
Цель работы - снижение негативного воздействия предприятий строй - индустрии на воздушную среду жилой зоны посредством повышения качества прогноза запыленности атмосферного воздуха. Исследование и сопоставление различных методик микроскопического анализа дисперсного состава с применением ПК для использования наиболее точной в системе мониторинга воздушной среды.
Для достижения поставленной цели в работе решались основные задачи:
- сравнение различных методик измерения концентрации дисперсного состава пыли, с целью определения долей мелких фракций (РМ10 и РМ2,5) для ряда предприятий строй индустрии;
- анализ дисперсного состава пыли (РМ10 и РМ2,5) в жилых зонах, при суммарном воздействии выбросов предприятий строй индустрии химической промышленности и энергетики;
- анализ качества вентиляционного воздуха, поступающего в рабочую зону, в частности комплекса чистых помещений, из воздухозаборных устройств, расположенных в жилых зонах, производственных зонах и на границе санитарно-защитных зон;
- экспериментальное исследование влияния выбросов пыли предприятиями стройиндустрии на качество воздушной среды жилой зоны (на примерах завода ЖБИ и кирпичного завода);
- исследование механизма улавливания частицами пыли строительных производств органических соединений, содержащихся в выбросах предприятий химической промышленности и энергетики, расположенных в непосредственной близости друг от друга, изучение поровой структуры частиц пыли строительных производств;
- разработка принципов организации, схем мониторинга пылевого загрязнения воздуха мелкодисперсными фракциями жилой зоны при суммарном воздействии предприятиями стройиндустрии, химической промышленности и энергетики;
- разработка расчётной математической модели для оценки доли пылевых выбросов от предприятий стройиндустрии, загрязняющих производственную и жилой зону.
Основная идея работы состоит в совершенствовании системы мониторинга загрязнения воздушной среды жилой зоны мелкими фракциями пыли при суммарном воздействии предприятий стройиндустрии, химической промышленности и энергетики в соответствии с введенными в действие гигиеническими нормативами ГН 2.1.6.2604-1.
Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, натурные, теоретические и лабораторные исследования, математическую обработку экспериментальных данных методами математической статистики и анализа с применением ПЭВМ.
Достоверность научных исследований и выводов работы обоснована применением классических положений теоретического анализа, моделированием изучаемых процессов, планированием экспериментов и подтверждена удовлетворительной сходимостью полученных данных экспериментальных исследований в лабораторных и натурных условиях с результатами теоретических обобщений и данными других авторов.
Научная новизна работы заключается в том, что:
- экспериментально доказано усечённое логарифмически-нормальное распределение дисперсного состава пыли в воздухе городской среды, жилых зонах, на границах санитарно-защитных зон (СЗЗ), в приточных вентиляционных системах, системах аспирации, и других инженерно-экологических системах;
- изучен механизм улавливания частицами пыли строительных производств органических соединений, содержащихся в выбросах предприятий химической промышленности и энергетики, расположенных в непосредственной близости друг от друга и поровая структура частиц пыли строительных производств;
- предложена система подбора защитных мероприятий по снижению негативного воздействия пылевых частиц (РМ10 и РМ2,5) на загрязнение атмосферы производственной и жилой зоны;
- разработана математическая модель для оценки доли пылевых выбросов от предприятий стройиндустрии, загрязняющих производственную и жилой зону.
Практическое значение работы:
- разработаны мероприятия по контролю и прогноза запылённости атмосферного воздуха производственной и жилой зоны,
- разработаны методики подбора защитных мероприятий, позволяющие обеспечить комплексное снижение негативного воздействия пылевых частиц (РМ10 и РМ2,5).
Использование результатов работы:
- разработана и передана в ОАО «Промстройконструкция», ОАО «Волгохимремонт», ООО «Волгмехстрой», ОАО «Югспецстрой», система подбора защитных мероприятий по снижению экологической нагрузки на окружающую среду;
- рекомендации по совершенствованию системы мониторинга загрязнения воздушной среды жилой зоны мелкими фракциями пыли при суммарном воздействии предприятий стройиндустрии, химической промышленности и энергетики использованы на предприятии ОАО «Промстройконструкция», ОАО «Волгохимремонт», ООО «Волгмехстрой», ОАО «Югспецстрой»;
- материалы диссертационной работы использованы для подготовки учебных пособий и лекционных курсов кафедрой БЖДТ ВолгГАСУ при подготовке инженеров по специальности «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» (280101); «Защита окружающей среды» (280200.68); «Инженерная защита окружающей среды» (280202).
На защиту выносятся:
- результаты анализ дисперсного состава пыли (РМ10 и РМ2,5) в жилых зонах, при суммарном воздействии выбросов предприятий строй индустрии химической промышленности и энергетики;
- обоснование механизма улавливания частицами пыли строительных производств органических соединений, содержащихся в выбросах предприятий химической промышленности и энергетики, расположенных в непосредственной близости друг от друга, изучение поровой структуры частиц пыли строительных производств;
- математическая модель для оценки доли пылевых выбросов от предприятий стройиндустрии, загрязняющих производственную и жилой зону;
- методика контроля и оценки дисперсного состава и концентрации пылевых частиц (РМ10 и РМ2,5) в воздухе рабочих, санитарно-защитных, и жилых зон, для мониторинга соответствия гигиеническим нормативам ГН 2.1.6.2604-10
- система подбора защитных мероприятий по снижению экологической нагрузки на окружающую среду.
Апробация результатов диссертации.
Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Экологическая безопасность и безопасность жизнедеятельности» (Тобольск 2012 г.), ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет (Волгоград, 2009-2011).
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 9 работах, в том числе 3-х изданиях, рекомендованных ВАК РФ
Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения. Списка используемой литературы из 115 наименований, и приложений. Общий объём диссертации включает 144 страницы, содержит 25 рисунков и 27 таблиц.
Существующие критерии оценки качества воздуха в отношении взвешенных частиц в России и за рубежом
На предприятиях строительного комплекса пыль является одним из основных производственных факторов, который воздействует как на производственную, так и на окружающую среду. Поскольку наибольшую опасность представляют частицы пыли малого размера, которые способны проникать в легкие человека, 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 (РМ2;5) и не более 10 мкм (РМ10). Учитывая высокую степень опасности здоровью человека именно мелких частиц, для объективной оценки степени воздействия пыли на здоровье человека и окружающую среду необходимо определение концентраций частиц малых размеров в воздухе рабочих и санитарно-защитных зон.
Пылевую обстановку в жилых зонах при суммарном воздействии промышленных предприятий, можно рассматривать в частном и общем случаях. В частном случае, как правило, понимают оценку пылевой обстановки только в рабочих зонах: которая включает замеры концентраций пыли в воздухе рабочей зоны, исследование свойств пыли (физико-химических, дисперсный состав), составление пылевого баланса для изолированных помещений. Кроме этого понимают и оценку такой важной его составляющей, как мощность пылевыделений от технологического оборудования в рабочую зону, а также оценку эффективности средств пылеудаления, пылеподавления и пр. В общем случае под пылевой обстановкой, кроме вышеперечисленного, понимается также и оценка мощности пылевых выбросов в атмосферу, степени загрязнения атмосферного воздуха в жилой зоне, превышающая санитарно-гигиенические нормативы, эффективности пылеочистных устройств. Однако существует особая группа производств, на которых зоны загрязнения пылевыми выбросами от организованных и неорганизованных источников совпадают также с рабочими зонами, расположенными на промышленных площадках (асфальтобетонные заводы, заводы железобетонных изделий и др.). Поэтому при анализе пылевой обстановки в таких случаях приходится одновременно решать проблемы охраны труда и охраны окружающей среды. Следовательно, для таких производств оценка пылевой обстановки в общем и частном случаях совпадают.
Для принятия решений по пылеудалению, расчета концентрации пыли в изолированных объемах, для определения требуемого воздухообмена, как правило, применяется уравнение пылевого баланса массы пыли [46,57,59,62,76,77,110]. Для расположенных в изолированных помещениях рабочих зон, в достаточной степени апробированы методы анализа пылевой обстановки, основанные на составлении пылевого баланса помещений [25, 61, 63,]. Коптев Д.В. выделил два взаимно противоположных процесса, происходящих в изолированных помещениях [63]; накопление пыли в воздушной среде рабочего помещения (при рециркуляции вентиляционного воздуха, вместе осевшей пыли, выбивание пыли из находящихся под давлением элементов систем пылеудаления и пр.) и выпадение на пол и оборудование. Составление и решение дифференциальных уравнений баланса пыли в помещении для случаев применения общеобменной и местной (с рециркуляцией) вентиляции [63] позволили получить расчетные зависимости и для оценки ряда важных параметров, влияющих на пылевую обстановку (оценка достаточности кратности воздухообмена, время достижения предельно-допустимой концентрации (ПДК), средняя общая концентрация в воздухе в любой момент времени и пр.).
Е.И. Богуславский [17,18,19,21,31] на основании системного подхода с использованием вероятностно-статистических методов к решению проблем пылеудаления исследовал, в частности, процессы распространения пыли в замкнутых ограниченных и локальных производственных объемах. Им предложена система комплексного пылеудаления, состоящая из шести иерархических уровней. Системный подход к оценке пылевой обстановки применялся в ряде работ Азаровым В.Н, Журавлевым В.П., Беспаловым В.И, Грачевым Ю.Г. и другими авторами [4,16,101] .
Анализируя в общем виде уравнения массового баланса на основе балансовой модели процесса массопереноса пыли в ограниченном производственном объеме Е. И. Богуславский выделил необходимостъ введения двух параметров: ПДПь ПДПг [21]. Для производств с постоянным пребыванием людей в помещении - предельно допустимое поступление пыли в ограниченный производственный объем (ПДГТО - это такие поступления пыли в единицу времени на 1 м объема помещения, в результате которых запыленность в рабочей зоне превышает ПДК. Для производств с временным пребыванием людей в помещении - предельно допустимое поступление пыли в ограниченный производственный объем (ПДП2) - это такие пыле поступления в единицу времени на 1 м3 объема помещения, в результате которых запыленностъ в рабочей зоне взрывоопасных производств не превышает расчетной критической массы пыли.
Анализ величины пылевыделений от технологического оборудования проводился в целом ряде работ [7,8,9,16, 20-24,52, 61,63,65]. Азаровым В.Н, Коптевым Д.В, Калинушкиным М.П, Мечиком В.Л, Богуславским Е.И. отмечалось, что для производств величина пылеоседания пропорциональна концентрации пыли в воздухе рабочей зоны и является постоянной для конкретного производства и соответствующих условий. Е.И. Богуславский теоретически обосновал, что пропорциональность сохраняется только в двух случаях: при равномерном распределении концентрации пыли по высоте или для конкретной фиксированной высоты, например, зоны дыхания работающего.
Вопросы распределения концентрации пыли по высоте для изолированных помещений исследовали различные авторы: Д.В. Коптев [62], О.Д. Нейков, И.Н. Логачев [80], Е.И. Богуславский [19,26,27] , В.А. Минко, В.Г. Шаптала В.Г. [86] и ряд других авторов [69,77,87,89,104].
Вопросам оценки запыленности воздушной среды и разработки мер по ее снижению на рабочих местах на предприятиях стройиндустрии посвящено значительное число исследований [7-9, 13, 14, 16, 22-24, 42, 54, 58, 62, 70, 71,79,86]. Подавляющее большинство авторов, как правило, отмечают неудовлетворительное состояние воздушной среды на рабочих местах. При этом, наиболее интенсивными источниками пылеобразования считают места перегрузки материала, где создаются повышенные давления под воздействием падающего материала и эжектируемого им воздуха (перегрузка сыпучего материала с конвейера на конвейер; дробильно-помольные операции; транспортирование сыпучих материалов; заполнение материалом емкостей и силосов; работа основного технологического оборудования прессов, смесителей, мельниц, питателей, грохотов, сушильных барабанов и т.д.) [13,63,75].
Нормирование качества воздуха по взвешенным веществам в Российской Федерации
Чистое помещение - это помещение, в котором контролируется счетная концентрация аэрозольных частиц и которое построено и используется так, чтобы свести к минимуму поступление, генерацию и накопление частиц внутри помещения, и в котором, при необходимости, контролируются другие параметры, такие как температура, влажность, давление [97]. Задача обеспечения чистоты в помещении наиболее эффективно решается на основе всестороннего подхода, учитывающего как специфические черты каждого конкретного помещения (объемно-планировочные характеристики, технологическое назначение, предъявляемые требования по чистоте и климатическим параметрам), так и особенности, характеризующие помещение как элемент совокупности помещений. Это положение находит отражение в создании комплексов чистых помещений, основными принципами, проектирования которых являются: - зонирование на функциональные модули помещений; - создание физического барьера между модулями; - создание физического барьера между модулями и строительными конструкциями здания; - обеспечение требуемого расчетного воздухообмена; - подготовка приточного воздуха с требуемыми параметрами по влажности, температуре и микробиологической чистоте; - рациональная организация перетоков воздуха из более чистых модулей, в менее чистые; - распределение воздуха в модулях с организацией заданного направления его движения, учитывающего особенности помещения и технологического процесса; - высокоэффективную очистку внутреннего воздуха модулей. Система вентиляции и кондиционирования воздуха, применяемая в помещениях КЧП, обеспечивает: - подготовку приточного воздуха с требуемыми параметрами по температуре и степени очистки; - распределение приточного воздуха; - регулирование объёма приточного воздуха для выполнения требуемых параметров воздухообмена в помещении; - раздачу воздуха с организацией заданного направленного его движения; - удаления воздуха из помещений; Система вентиляции и кондиционирования воздуха включает в себя: - систему кондиционирования и распределения приточного воздуха; - вытяжные общеобменные системы, местные вытяжные системы из вытяжных шкафов; - системы управления с системами информационного обеспечения. Примером функционирования приточной системы может служить использование центрального кондиционера «Веза» (Россия), с внешними блоками фирмы «McQuay».
Приточная система обеспечивает нагрев (в холодное время года), кондиционирование (охлаждение в тёплое время года) и высокоэффективную очистку воздуха от микрочастиц. Для очистки приточного воздуха используются фильтры грубой очистки класса 04, фильтры тонкой очистки класса Р8. В качестве последней ступени очистки используются фильтры высокоэффективной очистки класса Н 13, расположенные в распределителях воздуха. Кроме указанных агрегатов, приточные системы состоят из клапанов с электроприводами, воздуховодов, крепёжных узлов и деталей, дроссель-клапанов и распределителей воздуха.
Вытяжные системы обеспечивают удаление отработанного воздуха из помещений. Вытяжные системы состоят из крепёжных узлов и деталей, дроссель-клапанов, шумоглушителей, воздуховодов, инерционных решеток, диффузоров и обратных клапанов.
Примером функционирования вытяжных систем может служить использование низкопрофильной вентиляционной установки АМС 784.00.000-500 (ЗАО «АМС»), с использованием центробежных вентиляторов «Rosenberg». Кондиционер приточной системы устанавливается в вентиляционной комнате «а». Вытяжные вентиляторы систем устанавливаются вентиляционной комнате «б». Воздухозабор системы приточной вентиляции расположен на высоте 9,5 м от 0,0 отметки корпуса.
Расчётный баланс приточного и удаляемого воздуха и система диффузоров с инерционными решётками обеспечивают в помещениях перепад давлений, требуемый для недопущения перетоков воздуха из грязных помещений в чистые. Ниже приведён расчет параметров системы кондиционирования воздуха.
Приточная система и система кондиционирования воздуха по температуре обеспечивают доведение и поддержание в автоматическом режиме параметров воздушной среды КЧП в пределах, регламентированных нормативными документами. Нагрев приточного воздуха обеспечивается в центральном кондиционере секциями: - водяного нагрева, в обеспечение работоспособности, которых должно быть предусмотрено снабжение вентиляционной камеры горячей водой; - электрического нагрева.
Расчётные параметры наружного воздуха для Волгограда согласно СНиП 23-01-99: Летний режим: t = +33 С. Зимний режим: i = - 25 С, I = 58 кДж/кг Таблица 2.1. Расчётные параметры системы подготовки воздуха КЧП [97].
Для получения проб пыли проводилась разборка системы фильтрации воздухоподготовки КЧП, первой и второй ступени, третья ступень - фильтр тонкой очистки не разбирался, с целью недопущения разгерметизации всего комплекса. После выбивания пыли из фильтров осуществлялось взвешивание проб на электронных весах: Проба 1.1 - 0,5 гр. Проба 1.2 - 0,72 гр. Проба 2.1 -0,14 гр. Проба 2.2-0,15 гр.
Методика микроскопического дисперсионного анализа с применением ПК [10] предназначена для измерений величины пылевидных частиц путем разностороннего фотографирования через микрофотоприставку образцов, увеличенных под микроскопом в 200-2000 раз, и дальнейшего расчета дисперсионного состава пыли, выделяющейся в атмосферный воздух и воздух рабочей зоны от технологических процессов в промышленности и сельском хозяйстве. Количество необходимых фотографий зависит от полидисперсности пыли. Снятие изображения с фотоаппарата и последующая обработка производится с помощью любого графического пакета, например Adobe PhotoShop, для сохранения изображения; в формате Windows Bitmap (.bmp) в черно-белом режиме (1 bit/pixel). Дальнейший расчет дисперсного состава пыли, поступающей как в воздух рабочей зоны, так и в инженерно-экологические системы, включает в себя выявление содержания частиц определенной фракции пыли в ее генеральной совокупности. Рассмотрение дисперсного состава именно мелких фракций пыли и определение доли от всей совокупности исследуемой пыли является целью данного метода. С помощью компьютерной программы «SPOTEXPLORER», позволяющей производить цифровую обработку черно-белых изображений в формате Windows Bitmap ( .bmp), по площади занимаемой пылевидной частицы, рассчитывается её эквивалентный диаметр, и определяется количество частиц различного размера. По окончании сканирования фотографии, выдаётся результат в виде графика и таблиц. Кроме определения размеров пылевых частиц и их количества, метод микроскопии позволяет также изучить строение пылевых частиц.
Описание системы подготовки воздуха КЧП, условия отбора проб пыли
Методика лазерного анализа дисперсного состава пыли в газовой среде, (приложение 3), применяется с использованием анализатора размеров частиц MASTERSIZER модификации Micro, 2000, 2000Е, выпускающихся по технической документации фирмы «Malvern Instruments Ltd», Великобритания. Анализаторы размеров частиц MASTERSIZER предназначены для измерения дисперсных параметров (размеров частиц и функций распределения частиц по размерам) суспензий, эмульсий, порошкообразных материалов. Область применения: контроль технологических процессов и качества продукции в химической, пищевой, фармацевтической, горнодобывающей промышленности, порошковой металлургии; при производстве абразивов, керамики, цемента, глины, мела и других строительных материалов, пигментов, порошковых красок и др. материалов, а также при проведении исследований в биологии, медицине, экологии и др. областях науки.
Принцип действия анализатора основан на регистрации оптического излучения, рассеянного частицами, находящимися в измерительной кювете анализатора. В качестве источника света в модификациях 2000Е и Micro используется He-Ne лазер с длинной волны 632,8 нм, а в модификации 2000-He-Ne лазер и источник синего света. По измеренной зависимости интенсивности рассеянного излучения от угла рассеяния осуществляется расчет распределения частиц по размерам. Рассеянное лазерное излучение регистрируется под разными углами с помощью высокочувствительных многоэлементных детекторов-фотодиодных матриц.
Конструктивно анализаторы состоят из блока, в котором размещается оптико-аналитическая система с измерительной кюветой для работы с жидкими и сухими образцами и блока пробоподготовки (диспергатора). Управление анализатора производится с помощью персонального компьютера (ПК). Программно осуществляется юстировка прибора, управление процессом измерения, обработка выходной информации, печать и сохранение результатов измерения.
Система пробоподготовки при работе с жидкими образцами обеспечивает механическое и ультразвуковое диспергирование анализируемых образцов. Измерение происходит при постоянной циркуляции суспензии (эмульсии) через измерительную ячейку. Измерение сухих образцов происходит при перемещении частиц через измерительную ячейку в одном направлении за счёт направленного потока воздуха.
Представление выходных данных результатов измерений предусмотрено в виде таблиц и распределения частиц по размерам в виде интегральных кривых и дифференциальных гистограмм. По назначению анализаторы являются лабораторными (стационарными); по уровню автоматизации-автоматизированные; по видам источников питания - с сетевым питанием.
Измерения проводили на приборе SALD-2101 Laser Diffraction Particle Size Analyzer (SHIMADZU). Диапазон измерений прибора 0,03 - 1000 мкм. Прибор SALD-2101 допускает измерение относительно тонких растворов плотностью 0,1% и меньше. Измерение проводится в кварцевой кювете, куда помещается растворитель (дистиллированная вода) и определенное количество анализируемой суспензии. Для приготовления суспензии 0,5 см3 образца смешивали с 40 мл дистиллированной воды на магнитной мешалке в течение 2-Ю минут. Для анализа отбиралось 0,5 мл полученной суспензии. Перед каждым последующим измерение кювета тщательно промывается дистиллированной водой. Результаты измерения обрабатываются в программном пакете WingSALD-2101 и выдаются в виде дифференциального и интегрального распределения частиц по размерам.
С целью выбора наиболее точной методики определения дисперсного состава пыли в системе экологического мониторинга был проведен анализ дисперсного состава пыли по стандартной методике «Методические указания по определению объёма и запылённости технологических газов в газоотходах», (Новосибирск, 1983 г.)., с помощью лазерного анализатора размеров частиц MASTERSIZER, модификация Micro, 2000, 2000Е, и с помощью прибора SALD-2101 Laser Diffraction Particle Size Analyzer (SHIMADZU) для измерения дисперсного состава пыли в жидкостной среде. В качестве исследуемых образцов отбиралась пыль:
Расчет характеристик случайной функции прохода для пыли в воздухе жилой зоны
Реализация программы индустриализации, а также послевоенное восстановление промышленности, во многом предопределили схему размещения строительных производств. Пример размещения промышленности в Волгограде яркое тому подтверждение. Как правило, заводы по производству строительных материалов располагались вблизи объектов энергетики, а также строящихся предприятий металлургии, химии и нефтехимии. Такое размещение можно назвать рациональным с точки зрения экономики, но не экологии. На сегодняшний день на примере южной промышленной зоны Волгограда можно увидеть соседнее размещение: - заводы ЖБИ -6, ГРЭС, ОАО «Химпром»; - ТЭЦ-2, ОАО «Волгоградский керамический завод», ОАО «ЛУКОЙЛ Волгограднефтепереработка»; - ОАО «Каустик», ТЭЦ-3, ОАО «Промконструкция», ООО «Универсалстрой». Сложившаяся ситуация требует более совершенного подхода для исследования дисперсного состава и концентрации мелких фракций пыли, выбрасываемой предприятиями, и в частности, учитывать их суммарное воздействие, как на производственную, так и на окружающую среду.
В процессе подготовки диссертации были проведены экспериментальные исследования, целью которых являлось изучение механизма улавливания частицами пыли строительных производств микрочастиц органической пыли, содержащихся в выбросах предприятий химической промышленности и энергетики, расположенных в непосредственной близости друг от друга, изучение поровой структуры частиц пыли строительных производств. Изучение природы образования мелкодисперсных частиц (РМю и РМ2,з) на предприятиях стройиндустрии южной части Волгограда, их элементного состава, способа воздействия на организм человека, привело к выводам о наличии в их составе цеолитов - природных и искусственных минералов, которые, имея пористую структуру, благодаря высоким сорбирующим свойствам, могут захватывать продукты выбросов предприятий химического и нефтехимического комплекса многократно усиливая степень негативного воздействия на органы дыхания, сердечно - сосудистую и иммунную систему человека. Суть эксперимента заключалась в исследовании элементного состава выбрасываемой пыли строительными производствами и предприятиями энергетики, изучение структуры пылевых частиц, определение внутренней поверхности и сорбирующих способностей.
Для определения влияния выбросов в атмосферу на элементный состав пылевого загрязнения, были отобраны пробы на источнике пыления (золоотвал), и в жилой зоне, находящейся в окружении ГРЭС.
Измерения загрязняющих веществ, осуществлялись аспираторами «Электроаспиратор ABA». Выброс вредных загрязняющих веществ в атмосферу от источников их выделения производился после очистки, выгрузки золы на предназначенной территории.
Отбор проб пыли технологической на объекте, производился в соответствии с ОНД-90 «Руководство по контролю источников загрязнения атмосферы», ГОСТ Р 50820-95 «Оборудование газоочистное и пылеулавливающее. Методы определения запыленности газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения», ГОСТ 17.2.4.07-90 «Методы определения давления и температуры газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения». Все замеры на объекте проводились с условием, выбранным таким образом, чтобы аспираторы были расположены с наветренной стороны. Замерные точки были расположены на равноудалённых расстояниях от площадки, причём 6 аспираторов располагались с наветренной стороны от площадки (основные замеры), и 1 фоновый находился с подветренной стороны.
Измерения скорости, температуры воздуха, относительной влажности, а также атмосферного давления проводились в специально оборудованной метеостанции, расположенной непосредственно рядом с местом проведения замеров. Оценка эффективности работы пылеулавливающего оборудования определялась путем сопоставления количества пыли, попадающей на фильтр.
Элементный анализ выполнен аналитической лабораторией Института Катализа СО РАН рентгеноспектральным флуоресцентным методом на анализаторе ARL -Advant х с Rh- анодом рентгеновской трубки.
В результате измерений и проведённого исследования получены результаты: - для пыли от источника загрязнения (золоотвал ГРЭС) оценка содержания элементов ( весовой %): элементы до Г-49,85; Si-28,63; Al-13,93; Ге-3,89; Са-1,37; Ti-0,8; К-0,67; Р-0,24; Mg-0,15; Ва-0,13; Na-0,09; 8-0,08; Mn-0,07; Sr-0,05; Zr-0,03; Cl-0,011; Cu-0,01; Zn-0,009; -0,006; N1-0,002; - для пыли в воздушной среде жилой зоны оценка содержания элементов (весовой %): элементы до Г- 65,94; С1- 33,3; Si- 0,37; AI- 0,15; Ге- 0,1; К- 0,011; Na- 0,04; Са- 0,035; Т1- 0,024; 8- 0,013; Mn- 0,004; При этом элементы до Г состоят из химических элементов, атомная масса которых ниже 18 (в т.ч. водород, углерод, азот, кислород).
Анализируя элементный состав отобранных проб, следует обратить внимание на высокое процентное содержание алюминия и кремния как в золоотвале, так и в воздушной среде, что позволяет выдвинуть гипотезу о наличии в пробах минеральной пыли - цеолитов.
Цеолиты - алюмосиликаты, кристаллическая структура которых образована тетраэдрическими фрагментами 8104 и AL04, объединенными общими вершинами в трехмерный каркас, пронизанный полостями и каналами. Способны селективно выделять и вновь впитывать различные вещества, а также обменивать катионы. Цеолиты могут являться активными сорбентами. В монографии Голохваста К.С. «Взаимодействие организмов с минералами» [30], описаны активные сорбирующие свойства цеолитов, и их влияние на иммунную систему человека и животных. В частности, указано, что «...не мотивированное (случайное) вдыхание некоторых природных минералов в виде пыли может являться одним из звеньев в естественной системе поддержания иммунитета».
В нашем случае в организм человека попадает минерал, имеющий пористую структуру, и уже сорбировавший из окружающей среды вредные для человека химические соединения, которые могут оказывать на организм вторичное поражающее воздействие. Для подтверждения (опровержения) существующей гипотезы следует провести исследование сорбирующих свойств пыли в пробах, и дальнейшее исследование проводить с учётом полученных результатов.
Таким образом, проведение исследований показывает, что при анализе пылевого загрязнения в жилой зоне необходимо учитывать следующее: - элементный состав загрязняющих веществ в пыли на источниках загрязнения, источниках выбросов и в замерах жилой зоны не совпадает. Ряд элементов, присутствующих в источниках выбросов, не доходит до жилой зоны (рассеивается, оседая в поверхностном слое почвы); - уменьшение доли металлов (в т.ч. тяжёлых), увеличение доли элементов до фтора, указывает на то, что при расчете рассеивания и оценки других гигиенических нормативов (например, РМ 10, РМ 2,s) следует учитывать как плотность веществ, так и размер частиц; - исследуя загрязнение жилой зоны, необходимо учитывать сорбирующие свойства минеральной пыли.
