Снижение запыленности атмосферного воздуха при работе бетоносмесительного узла

На правах рукописи

АБИКЕНОВА АСЕЛЬ АМАНГЕЛЬДИЕВНА Снижение запыленности атмосферного воздуха при работе бетоносмесительного узла 03.00.16 – Экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Республика Казахстан Алматы, 2010

Работа выполнена в Алматинском университете энергетики и связи и Казахской Головной архитектурно-строительной академии

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Жараспаев М.Т.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Бектенов Л. Б.

кандидат технических наук Кайсенов К.К.

Ведущая организация: Институт горного дела им. Д. Кунаева

Защита состоится «26» ноября 2010 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д14.02.04 при Алматинском университете энергетики и связи по адресу: 050013, г. Алматы, ул. Байтурсынова, 126, ЗУС А-211. Факс 8 (7272) 925057.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алматинского университета энергетики и связи (050013, г. Алматы, ул. Байтурсынова,126) Автореферат разослан «26» октября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук К.К. Жумагулов ВВЕДЕНИЕ Актуальность работы. На сегодня в Казахстане действует более предприятий стройиндустрии. Только за 2005 год рост производства строительных материалов, изделий и конструкций по 20 видам (по сравнению с аналогичным периодом прошлого года) составил в среднем 25,1 %. При этом, рост объемов производства основных видов строительной продукции составил по: цементу - на 8,6%, сборным железобетонным конструкциям – на 17,9 %, песку – на 39,7 %, нерудным материалам – на 15,8 %, теплоизоляционным материалам – на 10,4%, окнам, дверям из дерева – на 16,8%, конструкциям из дерева – на 56,9 %, обои – на 28,9 %, силикатному кирпичу – на 20,7%, трубам из пластмасс – на 34,2 %, краскам и лакам – на 23,4%, кирпичу керамическому – на 23,6, бетону – на 35,7 %.

Рост объемов строительства приводит к ухудшению качества атмосферного воздуха, одного из основных компонентов природной среды, который является важным аспектом при оценке воздействия проектируемого и существующих (действующих) объектов на окружающую среду и здоровье населения. Кроме того, несовершенство технологических процессов и оборудования, неудовлетворительная работа газо- и пылеулавливающего оборудования, слабого контроля за выбросами вредных веществ в атмосферу состояние воздушной среды на промышленных площадках и прилегающих территориях не всегда отвечает требованиям санитарных норм, что наносит ущерб окружающей среде, здоровью людей и, прежде всего, работающим на промышленных площадках.

В связи с этим решение задач снижения запыленности атмосферного воздуха является весьма актуальной.

Основная идея работы заключается в использовании законов аэро газодинамики для определения параметров устройств улавливания пыли.

Цель работы. Разработка средства снижения пылевыделений при работе бетоносмесительного узла.

Основные задачи исследования:

- оценка состояния атмосферного воздуха на территории строительных заводов при различных процессах производства строительных материалов;

- аналитическое обоснование радиуса загрязнения пылью окружающей среды при производстве строительных материалов и изделий;

- проектирование схемы лабораторного стенда для экспериментального исследования эффективности различных фильтровальных материалов;

- разработка пылеулавливающего укрытия для бетоносмесительного узла;

опытно – промышленное исследование эффективности пылеулавливающего укрытия бетоносмесительной установки;

- определение экономической эффективности при внедрении разработанного устройства.

Методы исследования. В работе использованы методы исследования, основанные на анализе научно-технической литературы по снижению выбросов пыли при производстве строительных материалов и изделий. Рассмотрены практические методы повышения эффективности пылеулавливания. Проведено лабораторное и опытно-промышленное исследование эффективности с применением современной контрольно-измерительной аппаратуры. При установлении экономической эффективности при внедрении природоохранных мероприятий произведены все необходимые экономические расчеты.

Научные положения, выносимые на защиту:

- радиус загрязнения атмосферного воздуха пылью бетоносмесительных установок зависит от логарифма отношения произведения запыленности воздуха на скорость выброса пыли к произведению предельно-допустимой концентрации на скорость конвективного воздухообмена и обратно пропорционален коэффициенту оседания пыли;

- снижение пылевыделения из бетоносмесительной установки обеспечивается использованием пылеулавливающего укрытия, параметры которого зависят от характеристик пылящего материала и запыленного потока воздуха;

- эффективность пылеулавливающего укрытия, установленного на бетоносмесительный узел, увеличивается с ростом размера частиц, начиная с % для частиц размером менее 1 мкм и заканчивая 100 % для частиц более мкм.

Научная новизна:

1. Установлена зависимость радиуса загрязнения пылью от предельно допустимых значений пыли, запыленности и скорости выхода газовоздушного потока из источника, а также коэффициента оседания пыли.

2. Установлена зависимость параметров пылеулавливающего укрытия от характеристик пылящего материала и запыленного потока воздуха.

3. Установлена зависимость эффективности пылеулавливающего укрытия от размера улавливаемых частиц.

Личный вклад автора в науку:

- постановка цели и задачи исследования, обоснование выбранных методов повышения эффективности пылеулавливания на основе существующих;

- установление зависимости радиуса загрязнения пылью окружающей среды от запыленности в источнике выброса и коэффициента оседания пыли;

- разработка устройства для улавливания и возврата выбрасываемой пыли при работе бетоносмесительного узла.

Обоснованность научных положений подтверждается:

- использованием теоретических основ молекулярной физики и аэродинамики;

-большим количеством фактического материала и их анализом;

результатов аналитического исследования с -сопоставимостью результатами лабораторными и опытно-промышленными, а также использованием законов математики при обработке результатов лабораторных и опытно-промышленных исследований.

Практическая ценность и реализация работы. Пылеулавливающее укрытие уменьшает запыленность окружающей среды и может быть использовано для снижения выбросов пыли от различных «холодных» источников.

Базируясь на приведенной методике расчета радиуса загрязнения целесообразно требование от предприятий платы не только за выбросы вредных веществ, но и за загрязнение почв пылью в зоне загрязнения.

Результаты исследования внедрены на бетоносмесительном узле завода по производству строительных материалов и изделий ТОО «Стройдеталь».

Апробация научной работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной научной конференции «Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан – 2030», Карагандинский государственный технический университет, 2001 г;

международной научно-практической конференции «Региональные проблемы экологии и безопасности жизнедеятельности», Казахская головная архитектурно-строительная академия: 2002 г;

четвертой международной научно-технической конференции «Энергетика, телекоммуникации и высшее образование в современных условиях», Алматинский институт энергетики и связи, 2004 г.;

региональной студенческой научно-практической конференции «Экологическое состояние Семиречья: проблемы и пути решения», Жетысуский государственный университет им. И. Жансугурова, 2004 г.;

шестой международной научно-технической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология)», Казахский национальный технический университет им. К. Сатпаева, 2004 г.;

международной заочной научно практической конференции «Информационное пространство современной науки», Чебоксарский научно-исследовательский институт педагогики и психологии, 2010 г.;

седьмой юбилейной международной научно-технической конференции «Энергетика, телекоммуникации и высшее образование в современных условиях», Алматинский университет энергетики и связи, 2010 г.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 14 работах, 6 из которых в изданиях рекомендованных Комитетом по надзору и аттестации в сфере образования и науки МОиН РК.

Имеется 4 авторских свидетельства на изобретение, выданных Комитетом по правам интеллектуальной собственности Министерства юстиции Республики Казахстан. Публикации охватывают период с 2001 по 2010 гг.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов и выводов, которые изложены на 125 страницах компьютерного набора, иллюстрируется 27 рисунками, 25 таблицами, списка литературы из наименований и 4 приложений.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Основные схемы производства строительных материалов включают добычу, доставку, измельчение (дробление, помол), рассев сырья, перемешивание основного сырья с добавками, водой и другими связующими веществами, прессование, сушку и в большинстве случаев обжиг изделий. Для приготовления многокомпонентных смесей применяют весовые дозаторы различных типов. Сырьевая смесь перемешивается в смесителях. Процесс производства обычно заканчивается сортировкой (отбраковкой) изделий и упаковкой.

При изготовлении бетонной смеси наблюдается повышенное выделение пыли как в окружающую среду, так и в атмосферу рабочих мест в помещениях бетоносмесительных узлов. Пыль выделяется при подаче песчаного заполнителя ленточным транспортером и пневмотранспорте цемента из складов в бункера, дозировке этих компонентов в бетоносмесители и при их смешивании.

Повышенным выделением пыли отличаются следующие помещения:

надбункерное, дозирования рабочих смесей и смесительное. Эти помещения находятся на разных уровнях бетоносмесительного узла.

В диссертации рассматривается способ расчета радиуса зоны загрязнения от источника пылевыделений. Также рассматривается способ снижения выброса пыли в окружающую среду при работе бетоносмесительного узла при помощи пылеулавливающего укрытия.

Бетоносмесительная установка, имеющаяся на заводе по производству строительных материалов и изделий ТОО «Стройдеталь», предназначена для приготовления тяжелых бетонных смесей.

При работе бетоносмесительного узла, а именно при сбросе сыпучих материалов в него, происходит интенсивное пылевыделение. Ранее при введении в эксплуатацию бетоносмесительного узла в его устье был установлен рукавный фильтр, обеспечивавший очистку выходящих газов от пыли на 99 %, который вышел из строя и был демонтирован. После демонтажа рукавного фильтра и получения предписания органов экологического контроля о снижении выбросов пыли до предельно-допустимых значений, руководством предприятия было принято решение закрыть устье БСУ металлическим листом.

Но данная мера, решив проблему выброса в окружающую среду, породила другую, а именно, пыль стала выбиваться в рабочую зону через узлы перегрузки и последующая аттестация рабочих мест выявила этот факт. И, как следствие, металлический лист с устья бетоносмесительного узла был убран.

Для уменьшения выбросов пыли в окружающую среду предлагается использование пылеулавливающего укрытия. Пылеулавливающее укрытие представляет собой парусообразный фильтр, устанавливаемый на устье бетоносмесительного узла.

При таких параметрах выброса, которые наблюдаются при работе бетоносмесительного узла, нецелесообразно устанавливать плоский фильтровальный материал на его устье. Так как каждый фильтровальный материал имеет гидравлическое сопротивление, которое в обычных устройствах очистки воздуха преодолевается работой вентилятора.

Гидравлическое сопротивление фильтровального материала при отсутствии вентилятора будет снижать скорость прохождения воздуха через него, из-за чего запыленность в силу действия избыточного давления будет выбиваться в рабочую зону.

В бетоносмесительном узле воздух по законам аэро- и газодинамики движется снизу вверх за счет силы динамического удара, возникающего при сбросе смешиваемых материалов в бетоносмесительный узел, порождающий разность давлений воздуха на разных высотах.

Схема бетоносмесительного узла с установленным пылеулавливающим укрытием изображена на рисунке 1.

1- пылеулавливающее укрытие, 2- бетоносмесительный узел, 3 – конвейерная лента сыпучих материалов, 4 – скатная крыша, 5 – емкость для воды, 6 – смотровая площадка, 7 – бетоносмеситель, 8 – трубопровод подачи цемента Рисунок 1 - Схема бетоносмесительного узла с установленным пылеулавливающим укрытием Давление запыленного воздуха, действующего на пылеулавливающее укрытие, можно определить по уравнению Бернулли, по которому давление «текущей среды» возрастает с уменьшением скорости потока этой среды, при этом понятие «текучая среда» включает в себя как жидкость, так и газ.

Согласно теории неразрывной струи отдельные виды механической энергии текущей среды могут изменяться, но при этом их сумма остается неизменной.

Рассмотрим один из наиболее простых частных случаев уравнения Бернулли для струи несжимаемой текущей среды. Если взять в одной и той же струе два произвольных сечения 1 и 2 и отметить их значками 1 и 2 величины, относящиеся соответственно к первому или второму сечениям, то уравнение будет иметь вид:

P1 12 P 2 р (1) h1 h2 2 2, g 2 g g 2 g g h1 - высота установки парусообразного фильтра, м;

h2 - высота уровня удара сыпучих материалов о бетоносмесительную установку, м;

Р1 – давление воздуха на высоте h1, Па;

Р2 – давление воздуха на высоте h2, Па;

1 - скорость воздуха на высоте h1, м/с;

2 - скорость воздуха на высоте h2, м/с;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

р - потери полного давления, Па Преобразуя формулу с учетом того, что h2 h1 h, получаем:

22 12 (2) Р P1 P2 hg р, При движении воздуха часть энергии потока расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений. Потери полного давления в любом элементе газохода неразделимы. Однако для удобства расчета в одном и том же элементе газохода их часто условно разделяют на «местные» потери ( р м ) и потери «трения» ( ртр ).

Суммарное гидравлическое сопротивление какого-либо элемента газохода рассчитывается по формуле:

2 (3) р ртр р м ( м тр ), где м - коэффициент местного сопротивления данного элемента газохода;

тр - коэффициент сопротивления трения данного элемента газохода.

Коэффициент сопротивления трения газохода с квадратным сечением определяется по формуле:

(4) l тр k н, DГ где l – длина газохода, м;

Dг – эквивалентный диаметр газохода, м;

- коэффициент сопротивления единицы относительной длины участка;

kH - поправочный коэффициент на форму поперечного сечения газохода.

Эквивалентный диаметр газохода рассчитывается по формуле:

4 F 4 7,2 2 (5) DГ 7,2 м, 4 7, П где F – площадь поперечного сечения газохода, м2;

П – периметр сечения, м.

Поправочный коэффициент на форму поперечного сечения газохода kH определяется по таблице 1 в зависимости от соотношения сторон сечения газохода и числа Рейнольдса Re.

Число Рейнольдса Re определяется по формуле:

D Г (1,29 42,962 10 6 ) 2 7,2 (6) Re 1026332, 1,81 10 где - динамическая вязкость газа в газоходе, для воздуха при температуре 20 С составляет 1,81*10-5 Па с.

Таблица 1 - Поправочный коэффициент kH Соотношение 0 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1, сторон сечения Ламинарный режим (Re 2000) kн 1,5 1,34 1,2 1,02 0,94 0,9 0, Турбулентный режим (Re 2000) kн 1,10 1,08 1,06 1,04 1,02 1,01 1, Коэффициент сопротивления единицы относительной длины участка определяется по таблице в зависимости от числа Рейнольдса Re и коэффициента шероховатости поверхности газохода, который равен:

(7), DГ где - эквивалентная шероховатость поверхности газохода. Для железобетонной поверхности внутренней части бетоносмесительного узла принимается 2,5 мм.

При соотношении сторон сечения БСУ равным 1 и Re 2000 kн=1,0.

Коэффициент шероховатости поверхности газохода для БСУ равен 0, 0,0004, следовательно, коэффициент сопротивления участка равен 7, 0,014.

Коэффициент сопротивления трения газохода БСУ равен:

l тр k н 1,0 0,014 0, DГ 7, В бетоносмесительном узле по всей длине сечение одинаково и не имеется внезапного расширения или сужения сечения, шайб, диффузоров, конфузоров, изогнутых участков и т.п. поэтому местные потери давления отсутствуют и м =0. Суммарное гидравлическое сопротивление газохода БСУ равно:

2 (1,29 0,000042962) 2 р ( м тр ) 0,0175 0,045 Па, 2 При проведении исследований была замерена скорость воздуха на высоте h1 и h2. Для более точных значений было сделано по пять измерений в каждой точке. Разность давлений для первого отбора значений скорости будет равна:

(1,29 42,962 10 6 ) 9,81 2 2 1,6 Р 9 (1,29 42,962 10 6 ) 9,81 0,045 115,3 Па 2 9, Результаты измерений приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты измерений скорости на высоте и h1 h бетоносмесительного узла Скорость движения воздуха, м/с Среднее значение Наименова 1-ый 2-ой 3-ий 4-ый 5-ый ние h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h Скорость, 2, 1,6 2 1,61 2,3 1,6 2 1,61 2,1 1,7 1,624 2, м/с Р, Н/м 115,43 116,24 115,43 115,67 115,48 115, По данным таблицы 2 видно, что с уменьшением скорости движения воздуха разность давлений между уровнями 1 и 2 БСУ увеличивается.

Пылеулавливающее укрытие аккумулирует данное давление, задерживает и возвращает пыль в технологический цикл.

Пылеулавливающее укрытие работает автономно, и при этом не требуется расхода электроэнергии. Объем пылеулавливающего укрытия зависит от объема срываемого сыпучего материала, который можно установить исходя из технологии производства, а именно расхода цемента и заполнителей используемых для получения бетонной массы при одном технологическом цикле.

Для расчета высоты пылеулавливающего укрытия можно представить его в виде сферического сегмента с основанием ADBF. Точка С является вершиной шарового сегмента. Высотой шарового сегмента отрезок О1С, то есть перпендикуляр, восстановленный из центра О1 основания до пересечения с поверхностью шара, является высота пылеулавливающего укрытия (Рисунок 2).

Отрезок АО1 равен радиусу основания пылеулавливающего укрытия r.

По закону Пифагора можно выразить радиус шара через радиус и высоту пылеулавливающего укрытия:

r 2 h С (8) R 2h h А F А В r О1 Объем шарового сегмента находится по выражению:

D R R О (9) V h 2 ( R h) Подставляя значения формулы (4.5) получаем:

Рисунок 2 - Шаровой сегмент r 2 h2 h (10) V h 2 ( ) 2h Откуда:

h 3 3r 2 h 6V 0 (11) Так как дискриминант уравнения D 0, то уравнение имеет 1 решение (одно действительное и два мнимых). При решении данного уравнения определена высота пылеулавливающего укрытия, которая составляет 0,42 м.

Для обоснованного выбора материала пылеулавливающего укрытия были произведены лабораторные испытания образцов фильтровальных материалов.

Основной оцениваемой характеристикой при лабораторных испытаниях являлась пылепроницаемость, т.е. эффективность пылеочистки с их помощью.

Фильтровальные материалы исследуются в условиях, приближенных к реальным условиям работы бетоносмесительного узла. Для исследования эффективности очистки воздуха от пыли при работе бетоносмесительного узла, были подобраны следующие лабораторные образцы фильтровальных тканей: образца хлопчатобумажных тканей;

лавсановая ткань;

синтетическая ткань;

капроновая ткань;

2 образца флизелиновой ткани.

Лабораторная установка состоит из спаянных между собой двух труб из оргстекла, первый из которых представляет собой бункер, а второй воздуховод.

В бункере имеется отверстие, в которое вставлен вентилятор. В круглый дозатор предварительно засыпается навеска пыли, которая при вращении последнего одинаковыми порциями высыпается в бункер.

Далее запыленный воздух при помощи вентилятора движется по воздуховоду, в конце которого установлен фильтрадержатель ИРА-10. При помощи анализа навесок пыли весовым методом оценивается эффективность очистки воздуха от пыли соответствующими образцами ткани. Результаты замеров, приведены на графиках, приведенных на рисунках 3 и 4.

Анализ результатов экспериментальных замеров показывает, что максимальная средняя эффективность очистки от пыли наблюдается у трех образцов: хлопчатобумажная ткань (Россия), флизелин нитепрошивной (Китай), лавсан (Китай).

Средняя скорость движения воздуха при динамическом ударе сыпучих материалов у бетоносмесителя составляет 2,1 м/с, а в устье БСУ скорость составляет 1,62 м/с. То есть рабочая скорость фильтрующей ткани в пылеулавливающем укрытии составляет 1,6-2,0 м/с.

Особенности эксплуатации пылеулавливающего укрытия предполагают, что материал, из которого он изготавливается, должен быть достаточно легким и тонким, чтобы подниматься под действием давления избыточного воздуха и быть достаточно прочным, чтобы выдерживать постоянное натяжение при действии давления воздуха. В интервале скоростей 1,6-2,0 м/с наибольшая эффективность очистки от пыли наблюдается у флизелина китайского производства, а также по своей плотности он является наиболее подходящим материалом для пылеулавливающего укрытия.

Эффективность очистки от пыли, % 92, 87, Эффективность очистки 82, от пыли, % 77, 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2, 72, Скорость газовоздушной смеси, м/с Хлопчатобумажная ткань (Казахстан) 1,2 1,6 2 2, Хлопчатобумажная ткань (Россия) Скорость газовоздушной смеси, м/с Ткань синтетическая Капрон Лав сан Флизелин (Китай) Флизелин (Турция) Рисунок 4 – Зависимость Рисунок 3 – Зависимость эффективности пылеочистки от эффективности пылеочистки от скорости движения воздуха скорости движения воздуха Следовательно, в качестве фильтрующего материала предлагается флизелин нитепрошивной. Для изготовления пылеулавливающего укрытия и при его дальнейших опытно-промышленных испытаниях применяется материал флизелин Danelli F4GX80. Флизелин – нетканый пористый материал с волокнистой структурой из композиции целлюлозных и минеральных волокон, очень плотное по своей структуре. Флизелин, усиленный нитью (нитепрошивной), имеет более высокую эластичность. Флизелин изготавливается клеевой и неклеевой. На неклеевой флизелин клеевое покрытие не наносится. На основу клеевого флизелина клеевое покрытие наносится в виде порошка или пасты точечным или сплошным способом.

Свойства, характеризующие флизелин: стойкость к истиранию;

прочность;

плохое впитывание влаги;

практически не мнется и пачкается.

Одним из основных свойств установки очистки является его способность к очистке от уловленной пыли. Регенерация пыли, уловленной в пылеулавливающем укрытии, происходит автоматически. При прекращении технологического сброса сыпучих материалов и уменьшения давления запыленного воздуха пылеулавливающее укрытие провисает вниз и при этом происходит автоматическое встряхивание пыли из парусообразного фильтра.

Для покроя пылеулавливающего укрытия было сшито 3,5 полотна ткани шириной 1,6 м и длиной 5,6 м, из которого было выкроено 2 лоскута радиусом 3 м и длиной полуокружности 16 м. При сшивании между собой краев лоскутов получается куполообразное пылеулавливающее укрытие. По периметру ткани пылеулавливающего укрытия пришивается окантовочная лента из двух слоев ткани, в которую вдевается железная пластина шириной см с ранее заготовленными отверстиями. Через эти отверстия с использованием шайб и болтов пылеулавливающее укрытие прикручивается к металлическому основанию отверстия в устье БСУ. Для исключения попадания дождевых потоков и снижения ветровой нагрузки, действующей на пылеулавливающие укрытие, над БСУ возведена скатная крыша.

После установки пылеулавливающего укрытия установлена эффективность очистки воздуха. Для замера средней концентрации пыли на входе в пылеулавливающее укрытие через окно конвейерной ленты песка в геометрическом центре устья бетоносмесительного устройства были установлены пробоотборники.

Для замера средней концентрации пыли на выходе из пылеулавливающего укрытия отбор проб производился непосредственно над куполом укрытия под скатной крышей. В каждом случае, для получения достоверных данных было произведено по пять замеров.

Средняя запыленность по сечению устья бетоносмесительного узла составляет 44,909 мг/м3. Запыленность в точке расположенной над пылеулавливающим укрытием составляет 3,477 мг/м3. Таким образом, коэффициент очистки пылеулавливающего укрытия составляет 92%.

Фракционный состав пыли, определенный при помощи счетного метода.

На входе пылеулавливающего укрытия процентное содержание определенных фракций в пробе по количеству распределено примерно равномерно (Рисунок 5), а на выходе процентное содержание фракций до 5 мкм преобладает (Рисунок 6).

Средняя степень очистки по фракциям эффективность составляет 91,5 %.

На рисунке 7 приведена пофракционная эффективность работы пылеулавливающего укрытия.

Рисунок 5 - Пофракционное Рисунок 6 - Процентное содержание количество пылинок в отобранных определенных фракций в отобранных пробах пробах по количеству эффективность улавливания пыли, % 0 5 10 15 20 25 30 35 размер частиц, мкм Рисунок 7 - Пофракционная эффективность работы пылеулавливающего укрытия Предприятия, их отдельные здания и сооружения с различными технологическими процессами, являющимися источниками выделения в окружающую среду вредных веществ необходимо отделять от жилой застройки санитарно-защитными зонами.

Радиус загрязнения пылью рассчитывается по формуле:

N 3 ( B ) r, ln K N ПДК (0 ) (12) где К – коэффициент оседания пыли,м- N3 – запыленность в источнике выброса пыли, мг/м3;

NПДК – предельно-допустимая концентрация пыли, равная 0,3 мг/м3.

B - скорость выброса и распространения пыли из источника, м/с;

O – средняя скорость конвективного теплообмена, м/с.

Коэффициент оседания пыли является расчетной величиной, определяемой по формуле:

N (13) К= N r где N - разность запыленности в точках на расстоянии r1 и r2, мг/м3;

N - запыленность в точке на расстоянии r1, мг/м ;

r - разность расстоянии r1 и r2, м.

Для установления коэффициента оседания проведены замеры при работе бетоносмесительного узла при полной технологической загрузке.

С целью установления аналитического вида эмпирической зависимости радиуса загрязнения пылью от коэффициента оседания пыли методом наименьших квадратов осуществлена ее аппроксимация полиноминальной (y=mx2-bx+c) и логарифмической (y=ln(x)+b) функциями.

На рисунке радиус загрязнения пылью, м показан характер этих зависимостей и степень соответствия экспериментальным y = 1,1758x 2 - 41,184x + 416, данным R2 = 0, y = -127,31Ln(x) + 420, Для прогноза R2 = 0, радиуса загрязнения пылью по коэффициенту оседания можно 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, использовать обе коэффициент оседания, м- модели, но предпоч тительнее Рисунок 8 - График зависимости радиуса полиноминальная загрязнения от коэффициента оседания пыли функция, поскольку точность расчета с ее использованием равна 96 %:

Y=1,1758x2-41,184x+416, Таким образом, на основании проведенного корреляционного и регрессивного анализов можно оперативно прогнозировать радиус загрязнения окружающей среды источниками пылевыделений.

Результаты расчетов по установлению радиуса загрязнения пылью при работе бетоносмесительного узла приведены в таблице 3 и на рисунках 9 и 10.

Таблица 3 - Результаты расчета радиуса загрязнения пылью при работе бетоносмесительного узла Радиус загрязнения пылью, м Коэффи Средняя скорость без с Направле циент ветра по пылеулавлива пылеулавлива ние света оседани направлениям, м/с ющего ющим я, м - укрытия укрытием С 0,0270 6,3 272,27 83, СВ 0,0217 7,4 363,30 107, В 0,0282 6 271,39 85, ЮВ 0,0319 5,4 237,75 78, Ю 0,0427 3,7 171,47 65, ЮЗ 0,0223 5,5 341,84 95, З 0,0277 5 279,56 78, СЗ 0,0346 5,2 218,74 73, С СЗ СВ З В ЮЗ ЮВ Ю 1 – СЗЗ по СанПиН 3792;

2 – СЗЗ Рисунок 10 - Радиус загрязнения по предлагаемой методике пылью при работе бетоносмесительного узла с Рисунок 9 - Радиус загрязнения пылеулавливающим укрытием пылью при работе БСУ Расчеты показывают, что наибольшее загрязнение окружающей среды пылью происходит с северо-восточной стороны, а минимальное загрязнение наблюдается с южной стороны. Установление пылеулавливающего укрытия позволило уменьшить зону загрязнения пылью в 3,2 раза.

Использование разработанной методики расчета радиуса загрязнения пылью будет способствовать достоверной оценке зоны воздействия на окружающую среду. Внедрение пылеулавливающего укрытия позволило уменьшить количество выбрасываемой пыли. Предполагаемая экономическая эффективность за счет использования пылеулавливающего укрытия при оценке платежей за выбросы составляет 430 271 тенге в год. Результаты диссертации приняты для дальнейшего использования на ТОО «Стройдеталь», г. Актобе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертации изложены научно обоснованные экологические, технические и экономические решения по снижению пылевыделений при производстве строительных материалов и изделий.

Основные научные результаты, практические выводы и рекомендации, полученные в диссертации, заключаются в следующем:

1. На основании проведенного исследования пылевыделений при производстве строительных материалов и изделий дана комплексная оценка загрязнения пылью окружающей среды. Рассмотрены существующие методы и конструкции аппаратов снижения выбросов пыли в строительной индустрии.

2. Установлена зависимость радиуса загрязнения пылью окружающей среды от коэффициента оседания, уровня запыленности в источнике, нормативных санитарно-гигиенических значений для пыли, скоростей выхода и распространения пыли и конвективного воздухообмена.

3. Спроектирована схема стенда для экспериментального исследования пылезадерживающей эффективности различных образцов тентовых материалов.

4. Разработано и установлено пылеулавливающее укрытие бетоносмесительного узла ТОО «Стройдеталь», эффективность пылеочистки которого, по результатам опытно-промышленных испытаний, составляет 92%.

Произведено обоснование размеров и материала пылеулавливающего устройства.

5. Рассчитан радиус загрязнения пылью при работе бетоносмесительного узла до и после установки пылеулавливающего укрытия. При этом внедрение пылеулавливающего укрытия позволяет уменьшить зону загрязнения пылью в 3.2 раза.

6. Разработанное устройство пылеулавливания внедрено на ТОО «Стройдеталь». В целом данное устройство может быть внедрено в строительной индустрии на холодных источниках выброса пыли.

Оценка полноты решений поставленных задач Поставленная цель и сформулированные задачи исследования, включающие анализ современного состояния загрязнения окружающей среды предприятиями строительной индустрии, оценку и мониторинг воздействия технологии производства бетона и строительного раствора на атмосферный воздух, разработку способа очистки воздуха от пыли при работе бетоносмесительного узла, разработку методики расчета радиуса загрязнения пылью от источника выброса, оценку экономической эффективности технологии, характеризуются полнотой решения до внедрения на производстве.

Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов Методика расчета радиуса загрязнения используется для оценки воздействия как источников пыли в отдельности, так и предприятия в целом.

Разработанное пылеулавливающее укрытие используется для источников, имеющих «холодные» выбросы.

Оценка технико-экономической эффективности внедрения Использование разработанной методики расчета радиуса загрязнения пылью будет способствовать достоверной оценке зоны воздействия на окружающую среду. Внедрение пылеулавливающего укрытия позволит уменьшить количество выбрасываемой пыли. Предполагаемая экономическая эффективность за счет использования пылеулавливающего укрытия при оценке платежей за выбросы составляет 430 271 тенге в год. Результаты диссертации приняты для дальнейшего использования на ТОО «Стройдеталь», г. Актобе.

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области Разработан эффективный способ снижения пылевыделений при работе бетоносмесительного узла, применение которых требует минимальных затрат на весь цикл процесса очистки по сравнению с существующими способами.

Полученные результаты могут быть использованы при проектировании новых объектов по производству бетона и строительного раствора.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1 Жараспаев М.Т., Байзакова А.А, Бигузина А.Т. К вопросу определения санитарно-защитных зон предприятий. // Наука и образование-ведущий фактор стратегии «Казахстан - 2030: труды междунар. науч. конф. – Караганда, 2001. Вып. 2. - С. 208-210.

2 Жараспаев М., Байзакова А.А., Тажигулова Б.К., Жараспаева Г.Ж., Турсынбаева А.Т. Влияние интенсивности пылевыделений на изменение санитарно-защитных зон предприятия // Региональные проблемы экологии и безопасности жизнедеятельности: матер. междунар. науч.-практ. конф. Алматы: КазГАСА, - 2002. - Ч. 2. - С. 80-84.

3 А.С. 31901 Национальное патентное ведомство. Способ определения радиуса зоны загрязнения выбросами вредных веществ / Жараспаев М., Байзакова А.А., Нургабылов У.Ш. и др.;

опубл. 15.03.2002, Бюл.№3. – 2 с.: ил.

4 А.С. 33351 Национальное патентное ведомство. Способ определения интенсивности пылевыделения / Жараспаев М., Байзакова А.А., Нургабылов У.Ш. и др.;

опубл. 15.08.2002, Бюл. № 8. – 2 с.:ил.

5 А.С. 33763 Национальное патентное ведомство. Способ определения интенсивности пылевыделения / Жараспаев М., Байзакова А.А., Касенов К.М. и др.;

опубл. 16.09.2002, Бюл. № 9. – 2 с.:ил.

6 А.С. 33765 Национальное патентное ведомство. Способ определения коэффициента оседания пыли и газов в атмосфере от источников загрязнения / Жараспаев М., Байзакова А.А., Нургабылов У.Ш. и др.;

опубл. 16.09.2002, Бюл.

№ 9. – 2 с.:ил.

7 Жараспаев М., Байзакова А.А., Жуков Д. Оценка загрязнения воздуха рабочих зон и окружающей среды вредными примесями технологических процессов производства // Энергетика, телекоммуникации и высшее образование в современных условиях: тр. 4 междунар. науч.-технич. конф. - Алматы, 2004. – Т. 2. – С. 122-123.

8 Жараспаев М., Байзакова А.А, Хаирлиева Н.Г. Определение интенсивности выделения с учетом влияния технологического оборудования // Новое в безопасности жизнедеятельности» (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология) : тр. шестой междунар. науч.-технич.

конф. - Алматы, 2004. – Ч. 1. – С. 131-134.

9 Байзакова А.А, Ильичева А. Оценка загрязнения воздуха рабочих зон и окружающей среды с учетом действия технологического оборудования // Экологическое состояние Семиречья: проблемы и пути решения: матер. регион.

студенческой науч.-практ. конф. - Талдыкурган, 2004. – С. 54-56.

10 Абикенова А.А. Способы снижения пылевыделения при производстве строительных материалов // Информационное пространство современной науки: матер. Междунар. заочной науч.-практ. конф. – Чебоксары, 2010.

11 Абикенова А.А. Анализ состояния природной среды зоны расположения предприятия // Поиск. Серия естественных и технических наук. Алматы, 2010. - № 2. – С.152-156.

12 Жараспаев М.Т., Абикенова А.А Определение физико-технических характеристик пылеулавливающих укрытий // Новости науки Казахстана. – Алматы, 2010. - № 2. - С. 170-174.

13 Абикенова А.А., Санатова Т.С., Мананбаева С.Е. Применение пылеулавливающих аппаратов для очистки от мелкодисперсных взвешенных частиц // Стратегический план 2020: Казахстанский путь к лидерству. X Сатпаевские чтения: матер. междунар. науч. конф. молодых ученых, студентов и школьников. - Павлодар: ПГУ им. С. Торайгырова. - 2010. - Т. 22. - С. 230 235.

14 Жараспаев М.Т., Хакимжанов Т.Е., Абикенова А.А. Теоретическое обоснование работы пылеулавливающего укрытия бетоносмесительного узла // Вестник Алматинского университета энергетикит и связи. – Алматы, 2010. - № 3/2. – С. 57-61.

ТЙІН АБИКЕНОВА СЕЛ АМАНГЕЛДІЫЗЫ Бетон араластырышты жмысы кезінде атмосфералы ауаны шадануын азайту 03.00.16 – Экология Зерттеу нысаны. Бетонараластырыш ондырыны жмысы кезінде ластанан атмосфералы ауа.

Жмысты масаты. Бетонараластырыш ондырыны жмысы кезінде шаны блінуін азайту дісі зірлеу.

Жмысты жргізуді діснамасы. Жмыста рылыс материалдарын жне німдерін ндіруде ша шыаруларын азайту бойынша ылыми техникалы дебиеттерді талдауында негізделген зерттеу дістері олданылды.

Шаттыш тиімділігін арттыруды практикалы дістері арастырылды.

азіргі баылау-лшеуіш аппараттарын олданумен зертханалы жне тжірибелі-нерксіптік зерттеуді тиімділігі келтірілді.

ылыми аидалар:

- бетонараластырыш ондырыны шаымен атмосфералы ауаны ластау радиусы шаны тыну коэффициентіне керіпропорционал жне ша ауаны шыу жылдамдыыны шадылыа кбейтіндісіні шаны шекті русат етілген мніні конвективті жылу алмасу жылдамдыыны кбейтіндісіні атнасынын логарифміне туелді;

- шаттыш жамылысыны олдануы бетонараластырыш ондырыда шыан шадануынны азайтуына келтіреді. Оны параметрлары шадатан аралас материалдарды жне шадану аыныны сипаттамаларына туелді;

бетонараластырыш ондырына орнатылан шаттыш жамылысыны тиімділігі блшектеріні млшері скен сайын седі, 1 мкм блшектеріні млшеріне сйкес 75 пайыздан бастап, 20 мкм блшектеріне сйкес 100 пайызбен аяталады.

ылыми жаалытары:

ша шін нормативтік санитарлы-гигиеналы мніне, шадану дегейінен, кзіндегі ауа алмасуыны жылдамдыынан жне тыну коэффициентінен атмосфераны шамен ластану радиусыны туелділігі аныталды;

шадатан аралас материалдарды жне шадану аыныны сипаттамаларынан шаттыш жамылысыны параметрларыны туелділігі аныталды;

тталан блшектеріні млшерінен шаттыш жамылысыны тиімділігіні туелділігі аныталды.

Жмыс нтижелері келесілерден ортындыланады:

рылыс материалдарын жне німдерін ндіруде шаны шыуына жргізілген зерттеу негізінде оршаан ортаны ша-тозамен ластануына кешендік баа берілді. рылысты индустрияда ша шыарындарын азайту аппараттарыны дістері мен рылымдары арастырылды;

тарауы коэффициентінен, ша шін нормативтік санитарлы-гигиеналы мніне, ластану кзіндегі шадану дегейінен, шаны шыуы мен тарауы жне конвенктілік ауа ауысымы жылдамдыынан оршаан ортаны ша тозамен ластану радиусыны туелділігі рылды;

шаттыш жамылысыны материалдарды трлі лгілеріні шабгеуіш тиімділігін эксперименттік трде зерттеу шін стенді слбасы жобаланды;

“Стройдеталь” ЖШС бетонараластырыш ондырысына шаттыш жамылысы рылды жне зірленді, тжірибелі-нерксіптік сына нтижесі бойынша шады тазалау тиімділігі 92 % рады.

бетонараластырыш ондырыны жмыс істеу кезінде шаттыш жамылысын орнатана дейінгі жне кейінгі шамен ластану радиусы есептелді. Осы негізде шаттыш жамылысын енгізу шамен ластану зонасын 3,2 есеге дейін азайтуа ммкіндік береді;

зірленген шаттыш рылысы “Стройдеталь” ЖШС-а орнатылды.

Негізгі конструкторлы, технологиялы жне техникалы пайдалану сипаттамалары. Шаттыш жамылысы ос сйкесті фильтрді сынады, ол бетонараластырыш ондырыны аузында орнатылан. Шаттыш жамылысы жмысыны принципі аралас материалдарды динамикалы соысында лгіленген ауа ысымыны есебінен шадану аыныны сзілуіне негізделген. Шаттыш жамылысында сталан ша регенерациясы автоматты трде жреді. Шаттыш жамылысы дербес жмыс істейді жне ол электр энергиясы шыынын талап етпейді.

Енгізу дрежесі. Шамен ластанан радиусы есебіні зірленген дістерін олдану оршаан ортаа сер ету зонасыны аны баасына жадай жасайтын болады. Шаттыш жамылысын енгізу шыарылатын ша сапасын азайтуа ммкіндік береді.

ылыми-зерттеу жмысын енгізу орытындысы. Бетонараластырыш ондырына шаттыш жамылысын енгізуі ша шыаруларын 92%-а азайтты.

олдану аясы. Ластанан радиус есебіні дістері сер ету баасы шін жекеленген ша кздері сияты, ттастай да олданылады. зірленген шаттыш жамылысы “салын” шыарулары бар кздер шін олданылады.

Жмысты экономикалы тиімділігі немесе маызы. Шыарылымдар шін тлемдерді баалауда шаттыш жамылысын олдану есебінен болжамды экономикалы тиімділік жылына 430 271 тегені райды.

Зерттеу нысаныны дамуы туралы болжамды сыныстар.

Бетонараластырыш ондырыны жмысы кезінде шаблуін азайтуды, азіргі тсілмен салыстыранда тазалау процесіні барлы циклінде минимальды шыынды талап ететін тиімді тсіл зірленді. Алынан нтижелер бетон жне рылыс ерітінділерін ндіру бойынша жаа обьектілерді жобалауда олданылуы ммкін.

RESUME АBIKENOVA АSSEL АMANGELDIYEVNA Atmospheric air dust content reduction at concrete mixer unit work 03.00.16 - Ecology Research site: polluted atmospheric air at concrete mixer unit work.

Work purpose: means and methods development to decrease dust emission by the manufacture of building materials and products.

Work carrying out methodology. There were used research methods in work based on analysis of the scientific and technical literature concerning the dust emission reduction by the manufacture of building materials and products. There were considered practical methods to increase dust removal efficiency. There was also carried out laboratory and industrial trial research of efficiency with application of modern control-measuring instruments. All necessary economic calculations were made at the establishment of economic efficiency at introduction of nature protection actions.

Scientific regulations:

- atmospheric air pollution radius by the concrete mixer unit dust depends on the dust air output logarithm connection with the dust emission speed to the maximum-allowed concentration output on the convective air exchange speed and back-proportioned to the dust subsidence coefficient;

- concrete mixer unit dust emission reduction is provided with the dust removal cover use which parameters depend on the raising dust material and dusty air flow characteristic;

- effectiveness of the dust removing cover, installed on the concrete mixer unit, increases with the particle's sizes growth including from 75% for the particles size less than 1 mcm and complete 100% for the particles more than 20 mcm.

Scientific novelty:

1. There was established dust pollution radius dependence on the maximum allowed dust norm, becoming dusty, air speed in the source and dust subsidence coefficient.

2. There was established dust removing cover parameters dependence on the raising dust material and dusty air flow.

There was established dust removing cover effectiveness dependence on the catching particle sizes.

Work results consist in the following:

- There was given complex estimation of environment pollution by dust on the basis of carried out research of dust emission by manufacture of concrete and building solution. Considered existing methods and devices constructions for the reduction of dust emission in the building industry;

- established environment dust pollution radius dependence on the subsidence factor, dust content level in a source, dust sanitary-and-hygienic normative values, dust output and distribution speed and convective air exchange;

- substantiation of the size and materials of the dust removal cover by means of the experimental research test bench of a various fabric samples dust hold back efficiency;

- developed and established dust removal cover of the " Stroidetal Ltd."

Company concrete mixer unit, which dust cleaning efficiency makes 92 % according to the industrial-trial tests;

- dust pollution radius calculation at the concrete mixer unit work before and after dust removal cover installation;

At the same time the introduction of dust removal cover allows to reduce dust polluted area 3,2 times.

- developed dust catching device was introduced in "Stroidetal Ltd." Company.

As a whole the given device can be introduced in the building industry on a cold sources of dust emission.

The basic constructive, technological and теchnical-operational characteristics. Dust removal cover represents filter which looks like a sale installed on orifice of concrete mixer unit. Dust removal cover work principle is based on the filtration of dusty flow at the expense of air pressure formed at mixed materials throw down into the concrete mixer unit. Regeneration of the dust caught in the dust removal cover results automatically. Dust removal cover hangs down after mixed materials technological throw down finishing and dusty air pressure reduction and at the same time dust shake out from the filter results automatically. Dust removal cover works independent and does not need electric power consumption. There were calculated sizes and sorted out materials of the dust removal cover with the help of the experimental laboratory test bench.

Introduction degree. Use of the developed calculation methodology of dust pollution radius will promote an authentic estimation of an influenced environment area. Dust removal cover introduction will allow dust emission quantity reduction.

The results of dissertation are accepted for the further use in the "Stroidetal Ltd."

Company in Аktobe.

Research work introduction results. Introduction of dust removal cover on the concrete mixer unit contributed to reduction of dust emission by 92 %.

Scope of use. Pollution radius calculation methodology is used for an estimation of influence as dust sources separately, and the enterprises as a whole. The developed dust removal cover is used for the sources having "cold" emissions.

Economic efficiency or the work importance. Prospective economic efficiency makes 430 271 tenge a year due to the use of dust removal cover at an estimation of payments for emissions.

Research site development forecast offers. There was developed effective way of dust emission reduction at the concrete mixer unit work which application demands minimal expenses for all cycle of clearing process in comparison to the existing ways. The received results can be used at designing of a new concrete manufacturing and building solution sites.

АБИКЕНОВА АСЕЛЬ АМАНГЕЛЬДИЕВНА Снижение запыленности атмосферного воздуха при работе бетоносмесительного узла Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Подписано в печать 23.10.2010 г.

Печать ризографическая. Формат издания 60х84 1/16.

Бумага офсетная №1. Условных печатных листов 1. Тираж 120 экз.

Копировально-множительное бюро Некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» г. Алматы, ул. Байтурсынова, 126.