О влиянии промышленных предприятий на загрязненность мелкодисперсной пылью жилых территорий города

DOI:

Постановка проблемы. Многие города в своей планировке включают размещение промышленных предприятий рядом с жилыми кварталами, что связано с необходимостью размещения рабочих радом с местом работы. В настоящее время такие населенные пункты, не редко, попадают в санитарнозащитные зоны предприятий [12]. За последнее время среди жителей таких районов участились заболевания, которые присущи работникам промышленности (бронхит пылевой этиологии, пневмокониоз, дерматозы, кохлеарный неврит и др.) [2, 14, 18–21]. Причиной сложившейся обстановки можно считать отсутствие контроля содержания пыли в зонах проживания. Если на самих предприятиях для защиты рабочих предусмотрено использование средств защиты от воздействия пыли и осуществляется контроль качества воздуха рабочей территории [3–6, 15], то на территории жилой застройки подобный мониторинг проводится не регулярно. Поэтому исследования запыленности населенных пунктов, расположенных вблизи промышленных площадок, являются актуальной задачей.

Теоретический анализ. Современные научные разработки показывают [2, 13, 14, 17], что почти во всех случаях возникновения острых и хронических заболеваний дыхательных путей возрастание доли мелкодисперсных частиц размером менее 2,5 мкм оказывало более существенное влияние на уровень смертности, чем возрастание доли частиц размером 10 мкм. Частицы с аэродинамическим диаметром 10 мкм, прошедшие при отборе проб на анализ через селективный импактор (приспособление, обеспечивающее 50 % задержку частиц диаметром 10 мкм), относят к РМ10. Частицы с аэродинамическим диаметром 2,5 мкм относят к РМ2,5. Верхний предел полного отсеивания соответствует 7 мкм.

В настоящее время в России введены в действие Гигиенические нормативы ГН 2.1.6.2604-10 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в ат- мосферном воздухе населенных мест», которые с 21 июня 2010 г. устанавливают предельно допустимую концентрацию (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест в мг/м3 для взвешенных частиц размером менее 10 мм (среднесуточная величина ПДК равна 0,06 мг/м3) и для частиц размером менее 2,5 мкм (среднесуточная величина ПДК равна 0,035 мг/м3) [1].

Методика эксперимента. Для исследования дисперсного состава пыли предлагается использование методики микроскопического анализа с применением ПК, которая позволяет оценить характер мелкодисперсной пыли [2]. Методика предназначена для измерений дисперсного состава пылевидных частиц путем разностороннего фотографирования через микрофотоприставку, полученных с исследованного объекта образцов, увеличенных под микроскопом в 200–2000 раз. Количество необходимых фотографий зависит от полидисперсности пыли. Снятие изображения с фотоаппарата и последующая обработка производится с помощью графического пакета Adobe PhotoShop. Для цифровой обработки чернобелых изображений используется программный продукт «SPOTEXPLRER V1.0», позволяющий: выявить форму пылевидных частиц, коэффициент их сферичности; построить интегральные функции распределения частиц по эквивалентным диаметрам.

В качестве объекта для исследования был выбран ряд промпредприятий России, имеющих золоотвалы. Проведены исследования по содержанию концентраций РМ10 и РМ2,5 в производственной зоне промышленного предприятия, в жилой зоне, находящейся в километровой зоне от предприятия и в приусадебной зоне, расположенной в 500 м от промышленной зоны. Были отобраны пробы на источнике пыления (золоотвал), в застроенном микрорайоне и в зоне приусадебных территорий. Результаты исследования концентрации пыли при скорости ветра 3–5 м/с сведены в таблице 1.

Получено, что наибольший процент выноса пыли с золоотвалов зависит от влажности элементов, слагающих золоотвал, и размера отвала (массы).

Анализ полученных результатов. Результаты исследований показали, что на расстоянии в зоне 1 км от золоотвала при ветре 2,5 м/с запыленность составляет 0,15–0,30, что не превышает нормы. При скорости ветра до 5 м/с показатели запыленности возрастают. На расстоянии 50 м от золоотвала РМ10 составляет приблизительно 50 %, а РМ2,5 – около 10–20 %; на расстоянии 500 м от золо-отвала РМ10 составляет более 30 %, а РМ2,5 достигает 30 %, то есть ветер способен переносить мелкодисперсную пыль на значительные расстояния. В жилой зоне вблизи про- мышленного предприятия, расположенной, как правило, за пределами 50 метровой отметки отмечается повышенное содержание мелкодисперсной пыли.

Предлагается на таких участках использовать разработанную автором пылеуборочную машину, отличающуюся от известных ранее [7, с. 1–3; 8, с. 1–5; 9, с. 1–4; 10, с. 1–6; 16, с. 234–286] тем, что она содержит пылегазовый аэродинамический узел, способствующий снижению выноса пыли в атмосферу городской среды, расширению возможностей по утилизации загрязненных веществ и снижающий ущерб окружающей среде [11, с. 1–6].

Пылегазовый аэродинамический узел пылеуборочной машины (рис. 1) содержит ци-

Таблица 1

Результаты замеров концентрации пыли при скорости ветра 3–5 м/с

Точка замера	Концентрация пыли, мг/м³
	Общая	РМ 10	РМ 2,5
Вблизи золотвала (2–5 м)	5,0–15,0	0,9–4,0	0,4–0,8
На расстоянии 50 м от золоотвала	0,7–1,9	0,4–0,9	0,07–0,39
На расстоянии 200 м от золоотвала	0,5–0,8	0,3–0,4	0,2–0,25
На расстоянии 500 м от золоотвала	0,35–0,6	0,25–0,3	0,20–0,22
На расстоянии 1000 м от золоотвала	0,1–0,25	0,12–0,18	0,08–0,13

Рис. 1. Общий вид пылегазового аэродинамического узла для пылеуборочных машин:

1 – вентиляторный нагнетатель; 2 – привод; 3 – цилиндрическая вихревая рабочая камера;

4, 7, 8, 10, 13, 16, 23 – ветви; 5 – накопитель; 6 – створки накопителя; 9 – пылеуловитель; 11 – нагнетательный канал;

14 – фильтрационная камера; 15 – фильтра тонкой очистки; 17, 19 – каналы; 18 – резервуар с пенящейся жидкостью;

20 – вентиль; 21 – датчик пыли; 22 – эжектор; 24 – сопло; 25 – тяжелая фракция; 26 – пылевидная фракция

линдрическую вихревую рабочую камеру, собирающую загрязняющие вещества с твердых поверхностей, имеет систему патрубков, по которым загрязненная масса попадает в накопитель для концентрации тяжелой фракции, снабжен пылеуловителем для сбора пылевидной фракции (частицы до 5 мм) и фильтрационной камерой с фильтром тонкой очистки. Движение воздушного потока создается вентиляторным нагнетателем с приводом.

Пылегазовый аэродинамический узел для пылеуборочных машин, содержит: вентиляторный нагнетатель воздуха с приводом, цилиндрическую вихревую рабочую камеру с системой патрубков для прохождения рабочего газового потока, накопитель для тяжелой фракции загрязняющих веществ, пылеуловитель для концентрации пылевидной фракции, с возможностью вторичного использования и фильтрационную камеру (см. рис. 1). Причем, пылегазовый аэродинамический узел снабжен резервуаром с пенообразующей жидкостью, для максимального выведения частиц пыли в цилиндрическую вихревую камеру, к тому же он содержит регулирующий датчик пыли, сигнализирующий превышение текущей запыленности фильтруемого воздуха при пяти-двадцати кратной концентрации пыли.

Устройство работает следующим образом. Пылегазовый аэродинамический узел содержит вентиляторный нагнетатель с приводом, который создает воздушный поток, способный с помощью цилиндрической вихревой рабочей камеры захватывать с твердой поверхности загрязняющие вещества и распределять тяжелую фракцию в накопитель, где путем автоматического открытия створок она может удаляться, утилизируясь в последующем как мусор. Пылевидная фракция попадает в пылеуловитель, где после изъятия может использоваться вторично, например, при засыпке котлованов, траншей, устройстве дорожных полотен и других целей строительства.

Воздушный поток, проходя через вентиляторный нагнетатель, попадает в нагнетательный канал и распределяется по двум ветвям. Одна ветвь входит в фильтрационную камеру. Она имеет тангенсальное направление, что позволяет воздушному потоку закручиваться и очищаться с помощью фильтра тонкой очистки. Очищенный воздушный по- ток соединяется с атмосферным воздухом. Другая ветвь выводит загрязненную воздушную массу для дальнейшей очистки. В зоне сочленения этих ветвей установлен датчик пыли, сигнализирующий превышение текущей запыленности фильтруемого воздуха при пятидвадцати кратной концентрации пыли.

Узел снабжен подставкой, где размещен резервуар, который содержит жидкость, попадающую через решетку пенообразователя в выводящий канал. При срабатывании датчика происходит открытие вентиля с подачей пенообразующей жидкости через эжектор, где пенообразующая жидкость способствует увеличению степени очистки воздушной струи. Поток выходит к соплу, сопряженному с входом вихревой рабочей камеры, и вновь, захватывая загрязняющие вещества, он проходит по пылегазовому аэродинамическому узлу, где происходит концентрация тяжелой фракции в накопителе и пылевидной фракции в пылеуловителе.

Использование пылегазового аэродинамического узла позволяет пылеуборочной машине иметь длительный рабочий режим, так как загрязняющие вещества концентрируются в двух элементах: накопителе (тяжелая фракция) и пылеуловителе (пылевидная фракция), утилизация не требует специальных навыков в обслуживании, может происходить во время рабочего процесса.

Пылегазовый аэродинамический узел для пылеуборочных машин способствует: максимальной очистке загрязненной поверхности; позволяет разделять по фракциям загрязняющие вещества, что расширяет возможности их утилизации; уменьшает стоимость по очистке твердых поверхностей; снижает ущерб окружающей среде городской территории и улучшает экологическую обстановку. Использование регулирующего датчика пыли, сигнализирующего превышение текущей запыленности фильтруемого воздуха при пятидвадцати кратной концентрации, позволяет экономить пенообразующую жидкость.

Стоимость рассматриваемой машины составит 3410800 руб. Стоимость аналогичной пылеуборочной машины на мировом рынке составляет 181400 $. Коэффициент эффективности предлагаемого проекта выражается формулой:

f ^ = K; • 100%, (1)

где K_p = 6530800/3987900 = 1,6 – плановая стоимость аналога пылеуборочной машины, K_в = 6530800/ 3410800 = 1,9 – плановая стоимость предлагаемой пылеуборочной машины.

Таким образом, получаем, что коэффициент эффективности, вычисленный по (1) составит f_эф =1,6/1,9•100% =84%.

Пылеуборочная машина, оснащенная пылегазовым аэродинамическим узлом, позволяет выполнять не только ежедневную качественную уборку зон предприятия, городских территорий, а также эффективна после проведения строительных и ремонтно-аварийных работ. Благодаря компактности машина обладает повышенной маневренностью, что позволит производить очистные работы в стесненных условиях промышленной площадки, на участках уплотненной застройки, широкое ее применение улучшит экологическую составляющую городской агломерации.

Выводы

• 1.    При оценке загрязнения воздушной среды в жилых массивах не рассматриваются вопросы механизма возникновения и распространения пыли в зависимости характера прилегающего промышленного производства.

• 2.    Проведенные исследования динамики загрязняющих веществ, образующихся с золоотвалов показали, что наибольший процент выноса пыли зависит от влажности элементов, слагающих золоотвал, и размера отвала (массы).

• 3.    В жилой зоне вблизи промышленного предприятия отмечается повышенное содержание мелкодисперсной пыли.

• 4.    Для промышленных и жилых зон предлагается использование пылеуборочной машины, способствующий снижению выноса пыли в атмосферу городской среды и расширению возможностей по утилизации загрязненных веществ.