Совершенствование методов контроля и оценки дисперсного состава пыли в воздухе рабочей зоны и эффективности инженерно-экологических систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.01, кандидат технических наук Тетерева, Елена Юрьевна

• Тетерева, Елена Юрьевна
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тетерева, Елена Юрьевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ 12 ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Обзор существующих классификаций пыли строительных производств по дисперсности

1.2. Анализ существующих методов определения дисперсного состава 15 пыли и обработки результатов

1.3. Анализ существующих методов описания дисперсного состава 21 пыли, поступающей в воздух рабочих зон и в инженерно-экологические системы предприятий стройиндустрии

1.4. Описание дисперсного состава пыли как случайной функции

1.5. Существующие критерии оценки качества воздуха в отношении 36 взвешенных частиц в России и за рубежом

1.5.1. Обзор международных подходов к нормированию 3 6 качества воздуха

1.5.2. Нормирование качества воздуха в Российской Федерации

1.6. Обзор существующих подходов к оценке эффективности 41 инерционных пылеуловителей

1.7. Обоснование выбора направлений исследования

1.8. Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ ДИСПЕРСНОГО СОСТАВА ПЫЛИ В ВОЗДУХЕ РАБОЧИХ ЗОН И ИНЖЕНЕРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

2.1. Усовершенствованный способ определения эквивалентного диаметра частиц через их объем при анализе дисперсного состава пыли строительных производств микроскопическим методом с помощью применения приставки к микроскопу

2.2. Анализ результатов дисперсного состава пыли, поступающей в 51 рабочие зоны и в инженерно-экологические системы предприятий строительных производств

2.3. Теоретическое обоснование применения метода «рассечения» для 57 разделения генеральной совокупности исследуемой пыли на крупные и мелкие фракции при анализе дисперсного состава пыли

2.4. Алгоритм расчета диаметра «рассечения» при разделении 61 генеральной совокупности исследуемой пыли на крупные и мелкие фракции

2.5. Расчетная модель определения общего проскока пыли для 67 пылеуловителей инерционного типа строительных производств

2.6. Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА «РАССЕЧЕНИЯ» ПРИ АНАЛИЗЕ ДИСПЕРСНОГО СОСТАВА ПЫЛИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРЕДПРИЯТИЙ СТРОЙИНДУСТРИИ

3.1. Опытно-промышленные исследования дисперсного состава 79 клинкерной пыли, выделяющейся в воздух рабочей зоны от узла пересыпки предприятия по производству цемента

3.2. Методика и программа эксперимента исследований дисперсного 83 состава клинкерной пыли, выделяющейся в воздух рабочей зоны от узла пересыпки предприятии по производству цемента

3.3. Анализ результатов проведенного опытно-промышленного 85 эксперимента исследований дисперсного состава клинкерной

3.4. Исследование дисперсного состава пыли в воздухе рабочей зоны завода железобетонных изделий для определения концентраций РМ10 и РМ 2,

3.5. Исследование эффективности работы пылеулавливающего 94 оборудования инженерно-экологической системы дробильно-сортировочного завода с использованием сведений о дисперсном составе пыли, поступающей на очистку

3.6. Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Основные положения усовершенствованной методики 102 микроскопического анализа дисперсного состава пыли с помощью использования приставки к микроскопу и применения метода «рассечения»

4.2. Усовершенствованный метод контроля дисперсного состава пыли 106 в воздухе рабочих зон предприятий стройиндустрии с применением метода «рассечения»»

4.3. Усовершенствованная методика расчета инерционных 111 пылеулавливающих устройств

4.4. Эффективность реализованных мероприятий, разработанных на 117 основе результатов контроля и оценки содержания мелких фракций пыли в воздухе рабочих зон предприятий стройиндустрии

4.4.1. Социально-экономическая эффективность

4.4.2. Эколого-экономическая эффективность

4.5. Выводы по четвертой главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методов контроля и оценки дисперсного состава пыли в воздухе рабочей зоны и эффективности инженерно-экологических систем»

Актуальность проблемы.

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 (РМ 2,5) и не более 10 мкм (РМ 10), поскольку наибольшую опасность представляют частицы пыли малого размера, которые способны проникать в легкие человека. Однако для воздуха рабочих зон предприятий характерно нормирование концентрации взвешенных веществ без учета размеров их частиц. Система контроля и оценки концентрации и состава частиц именно малых размеров в воздухе рабочих и санитарно-защитных зон в настоящее время отсутствует, что не позволяет объективно.оценить степень воздействия пыли на качество производственной и окружающей сред.

При решении задач по снижению запыленности принят детерминированный подход к определению как дисперсного состава пыли, так и к ее общей концентрации. В производственных условиях дисперсный состав пыли воздуха рабочих зон, как правило, непостоянен вследствие I колебаний параметров технологических процессов, атмосферного воздуха и других факторов. Поэтому представляется актуальным решение задач охраны труда и экологической безопасности с использованием подхода к анализу дисперсного состава в воздушной среде предприятий как случайной функции и на основе данного подхода совершенствование методов проектирования инженерно-экологических систем и оценки пылевого фактора предприятий стройиндустрии.

Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.

Целью работы является совершенствование методов оценки и контроля мелкодисперсной составляющей пылевого фактора предприятий для -разработки на основании полученных данных мероприятий по улучшению условий труда и повышению экологической безопасности строительных производств.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: исследования возможности применения дифференцированного подхода к описанию мелких и крупных фракций пыли в воздухе рабочих зон и инженерно-экологических системах строительных производств; определение значения диаметра «рассечения» при разделении совокупности частиц пыли на крупные и мелкие фракции для раздельного исследования их законов распределения; исследования вероятностных характеристик функции прохода пыли, поступающей в инженерно-экологические системы и воздух рабочих зон предприятий стройиндустрии; совершенствование способа определения эквивалентного диаметра " частиц при исследовании дисперсного состава пыли микроскопическим методом; экспериментальные исследования состава мелких фракций пыли, выделяющейся от узла перегрузки,'клинкера; определение концентрации мелких фракций пыли строительных производств (РМ10, РМ 2,5); теоретические и экспериментальные исследования зависимости эффективности пылеулавливающего инерционного оборудования от дисперсного состава пыли, поступающей на очистку в производстве стройматериалов.

Основная идея работы состояла в использовании дифференцированного и вероятностного подходов при оценке и контроле содержания мелкодисперсной пыли в воздухе рабочей и санитарно-защитной зон, для разработки мероприятий по снижению запыленности и подбора наиболее эффективного пылеулавливающего оборудования для решения задач охраны труда и экологической безопасности — защиты работников от пыли.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, математическое моделирование, 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 удовлетворяющей требуемым критериям сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований,- выполненных в лабораторных и опытно-промышленных условиях.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- усовершенствован аналитический способ описания дисперсного состава пыли в воздухе рабочей зоны и инженерно-экологических системах на базе метода «рассечения» совокупности частиц пыли на мелкие и крупные фракции с использованием предложенного алгоритма расчета значения диаметра «рассечения»;

- на основании экспериментальных исследований получены зависимости дисперсного состава и концентрации пыли от времени и расстояния до источника пыления в воздухе рабочей зоны;

- предложено применение метода «рассечения» для контроля и оценки дисперсного состава пыли в воздухе рабочих зон и эффективности инженерно-экологических систем предприятий стройиндустрии;

- усовершенствован метод контроля и оценки дисперсного состава пыли в воздухе рабочих зон предприятий стройиндустрии с учетом раздельных законов распределения крупных и мелких фракций пыли;

- усовершенствован метод расчета инерционных пылеулавливающих устройств, где в качестве исходных данных используются результаты анализа дисперсного состава пыли, поступающей на очистку, полученные с помощью применения метода «рассечения». Практическое значение работы: определены и систематизированы данные опытно-промышленных исследований дисперсного состава пыли, поступающей в инженерно-экологические системы и рабочую зону предприятий по производству гипса, цемента и железобетонных изделий; показана эффективность применения метода «рассечения» для оценки дисперсного состава пыли при исследованиях запыленности воздуха рабочей зоны предприятий стройиндустрии и расчете эффективности пылеудаляющих устройств; определено соотношение концентраций мелких фракций пыли (РМ 10 и РМ 2,5) и общей запыленности воздуха рабочей зоны бетоносмесительного отделения завода ЖБИ; усовершенствована и апробирована методика микроскопического анализа дисперсного состава пыли, поступающей в воздух рабочих зон и инженерно-экологические системы предприятий стройиндустрии, с использованием объемного способа определения эквивалентного диаметра частиц с помощью использования приставки к микроскопу (свидетельство на полезную модель №2005115216) и применением метода «рассечения» для исследования законов распределения частиц мелких фракций пыли.

Реализация результатов работы: использованы результаты контроля и оценки дисперсного состава пыли гипсового камня с применением метода «рассечения» для разработки и внедрения проектных решений по улучшению качества воздуха рабочей зоны дробильно-сортировочного завода; определены концентрации мелких фракций РМ 10 и РМ 2,5 пыли воздуха рабочей- зоны бетоносмесительного отделения завода по производству железобетонных изделий по результатам проведенного обследования технологического оборудования как источника пылевого загрязнения;

- прошла испытания промышленная установка удаления запыленного воздуха от технологического оборудования дробления гипсового камня для снижения запыленности воздуха рабочих и санитарно-защитных зон ДСЗ ООО «КНАУФ ГИПС КУБАНЬ»;

- приняты для использования ООО «Ассоциация Экотехмониторинг» рекомендации по расчету и подбору пылеудаляющего оборудования и усовершенствованная методика микроскопического анализа дисперсного состава пыли, поступающей в воздух рабочих зон и инженерно-экологические системы предприятий стройиндустрии;

- материалы диссертационной работы использованы кафедрой БЖДТ ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 280101 «Безопасность жизнедеятельности в техносфере», 280102 «Безопасность технологических процессов и производств».

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

- метод «рассечения», усовершенствованный посредством использования алгоритма расчета диаметра «рассечения», позволяет исключить влияние случайных параметров как технологических процессов, так и производственной среды предприятия на функции прохода мелких фракций пыли и использовать полученные данные для контроля и оценки дисперсного состава пыли в воздухе рабочей зоны и эффективности инженерно-экологических систем предприятий строительных производств;

- экспериментальные зависимости дисперсного состава и концентрации общей массы пыли от времени и расстояния до источника пыления в воздухе рабочей зоны позволяют прогнозировать распространение пыли в производственном помещении, в то время как данные характеристики для мелких фракций пыли остаются неизменными в пределах интервалов варьирования факторов эксперимента;

- усовершенствованный метод расчета инерционных пылеулавливающих устройств позволяет определять их расчетную эффективность с учетом колебаний дисперсного состава поступающей на очистку пыли; - усовершенствованный метод контроля дисперсного состава пыли при оценке воздуха рабочей зоны предприятия позволяет определить необходимость разработки и эффективность мероприятий, направленных на улучшение условий труда за счет снижения концентрации мелкодисперсных частиц пыли в воздухе рабочих зон строительных производств.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на: Международной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (Самарканд, 2010 г.); XVI международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» (Донецк, 2009 г.); IV международной научно-технической конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (Волгоград, 2010 г.); научно-технической конференции «Проблемы охраны производственной и окружающей среды» (Волгоград, 2005, 2010 гг.); ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (Волгоград, 2005-2010 г.).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 11 работах, в том числе 1 патент на полезную модель.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 190 страниц, в том числе: 138 страниц - основной текст, содержащий 19 таблиц на 16 страницах, 35 рисунков на 28 страницах; список литературы из 179 наименований на 18 страницах, 5 приложений на 34 страницах.

Заключение диссертации по теме «Охрана труда (по отраслям)», Тетерева, Елена Юрьевна

4.5 Выводы по четвертой главе

1. На основании объемного способа определения эквивалентного диаметра частиц и метода «рассечения» для исследования отдельно частиц мелких и крупных фракций пыли усовершенствована методика микроскопического анализа дисперсного состава пыли, поступающей в воздух рабочих-зон и инженерно-экологические системы предприятий стройиндустрии;

2. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований усовершенствован метод контроля дисперсного состава пыли в воздухе рабочих зон предприятий стройиндустрии с применением метода «рассечения», позволяющий оценить и проследить динамику состава мелких фракций в генеральной совокупности пыли в воздухе рабочих зон предприятий;

3. Проведен метод контроля дисперсного состава пыли в воздухе рабочих зон предприятий стройиндустрии с применением метода «рассечения» на дробильно-сортировочном заводе. На основе полученных результатов были разработаны и реализованы мероприятия по уменьшению запыленности воздуха рабочей зоны предприятия, особенно мелких фракций гипсовой пыли, в результате которых концентрация пыли в рабочей зоне предприятий достигла до норм ПДК;

4. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований усовершенствована методики расчета инерционных пылеуловителей, позволяющая отображать диапазон изменения I значений эффективности работы инженерно-экологической системы с возможностью прогнозированиям наиболее вероятного из них;

5. Проведены опытно-промышленные испытания и внедрен аппарат ВЗП-800, подобранный на основе усовершенствованной методики расчета инерционных пылеуловителей. Эффективность его работы составила 97%. Эколого-экономический эффект от возврата сырья в производство после внедрения аппарат ВЗП-600 составил 187 746,99 руб/ год;

6. В результате реализации мероприятий по уменьшению запыленности в цехах по производству гипса после проведения контроля дисперсного состава пыли в воздушной среде предприятия ожидаемый социально-экономический эффект составит 482 446,60 рублей за первый год, и 580 529,00 руб. за второй и последующие года.