Защита атмосферы на предприятиях строительной индустрии

Глава I. Особенности загрязнения атмосферы предприятиями строительной индустрии

1.1 Влияние пыли на здоровье человека

1.2 Влияние пылевых выбросов на окружающую среду

1.3. Нормирование содержания вредных веществ в атмосфере воздуха и в воздухе производственных помещений

1.4 Основные направления и перспективы борьбы с загрязнением атмосферы предприятиями строительной индустрии

Глава 2. Классификация методов определения концентрации пыли

Глава 3. Обеспыливание и очистка газов на различных строительных предприятиях

3.1 Обеспыливание цехов по производству древесно-волокнистых плит (ДВП) и изделий из древесины

3.1.1 Технология производства и источники пыле-паро-газообразования

3.1.2 Локализация вредных выделений на отдельных участках производства ДВП

3.2 Обеспыливание и очистка газов на заводах кровельных материалов

3.2.1 Химические методы очистки газов, применяемые на заводах кровельных и теплоизоляционных материалов

3.2.2 Характеристика пылегазовых выбросов при производстве кровельных и теплоизоляционных материалов

3.2.3 Очистка газов от углеводородов, фенола и одоризирующих компонентов

3.3 Обеспыливание газов при производстве керамических изделий

Глава 4. Современные способы борьбы с пылеобразованием

4.1 Технологические мероприятия по уменьшению пылеобразования

4.1.1 Вибрационная дезинтеграция - универсальная технология для переработки материалов

4.2 Основные типы современных аппаратов для улавливания пыли

Заключение

Литература

Введение

Производства строительных материалов представляют собой сложные технологические процессы, связанные с превращением сырья в разные состояния и с различными физико-механическими свойствами, а также с использованием разнообразной степени сложности технологического оборудования и вспомогательных механизмов. Во многих случаях эти процессы сопровождаются выделением больших количеств полидисперсной пыли, вредных газов и других загрязнений.

Повышенное выделение пыли наблюдается при производстве бетонной смеси: на участке смесительного отделения – до пяти предельно допустимых концентраций (ПДК), в надбункерном помещении 1,5-2, в отделении дозирования рабочей смеси 3-4 ПДК.

Производство цемента, извести, доломита, инертных материалов сопровождается на отдельных участках особо обильным пылевыделением, превышающим ПДК в 5-10. а в некоторых случаях до нескольких десятков и даже сотен раз.

При технологическом процессе производства силикатного кирпича повышенное выделение пыли наблюдается на рабочих местах в помещениях подготовки смеси от 2 до 20, в формовочном цехе от 2 до 5 ПДК.

При производстве керамики и глиняного кирпича наибольшее пылевыделение, превышающее ПДК на складах глины 1,5-2,5, песка 5-7. в смесеприготовительном цехе 12-15, а в отделении помола шамота запыленность достигает 30-32 ПДК. На участке погрузки и разгрузки запыленность в 2-3 раза превышает допустимые концентрации. Основное пылевыделение при производстве плит минеральной ваты на участке подготовки насадки местами превышает санитарные нормы в 40-70, на участке печей – в 10-20, формирования минеральной ваты – в 5-10 раз. На участке механической обработки древесноволокнистых плит концентрация пыли превышает ПДК в 1,3-1,6 раза.

При пилении, фрезеровании, шлифовании древесины воздух рабочего места загрязняется полидисперсной древесной пылью, концентрация которой превышает санитарные нормы в 1,5-3 раза, иногда до 5-10 раз.

Для арматурных цехов производства нестандартных металлических конструкций характерна пыль металлов и их окалин, сварочные аэрозоли двуокиси углерода и марганца.

Предприятиями отрасли ежегодно выбрасывается в атмосферный воздух более 4 млн. т вредных веществ, в том числе около 2,4 млн. т, или 58% твердой неорганической пыли. Сверхнормативный ее выброс составляет 1,41 млн. т, а превышение норматива по газообразным вредным веществам – 722 тыс. т (1).

Пылегазовые выбросы производства строительных материалов содержат 85 вредных пылевых компонентов, причем многие из них, не имея запаха и цвета – те сразу проявляют себя. Пыль производственной техносферы – причина разнообразных заболеваний персонала, износа технологического оборудования и вспомогательных механизмов, снижения качества продукции и рентабельности производства.

Эти пылевые выбросы, весьма токсичные сами по себе, под действием солнечных лучей и при участии озона могут образовывать новые, еще более токсичные соединения. При этом атмосферная турбулентность и ветер не успевают удалять из воздушного бассейна предприятий растущие в связи с интенсификацией производства пылевые выбросы.

Проблемы создания безотходной технологии и внедрения новейших пылеулавливающих комплексов на действующих предприятиях производства строительных материалов пока не решены. Традиционно действующие мокрые системы пылеулавливания исключительно энергоемки, требуют организации шламового хозяйства, исключают утилизацию уловленной пыли и не всегда обеспечивают нормы предельно допустимых выбросов (ПДВ).

Поэтому особое значение приобретают разработка н анализ научных основ энергосберегающего сухого пылеулавливания.

Глава I. Особенности загрязнения атмосферы предприятиями строительной индустрии (строительный материал) и ее влияние на здоровье

1.1 Влияние пыли на здоровье человека

В научной терминологии взвешенные в воздухе твердые или жидкие частицы называют аэрозолями или аэродисперсными системами. Осажденную твердую фазу аэрозоля принято называть аэрогелем. Для простоты изложения мы будем и аэрозоли, и аэрогели называть пылью, а в необходимых случаях уточнять применение терминов. Производственная пыль – это мельчайшие твердые частицы, выделяющиеся при дроблении, размоле и механической обработке различных материалов, погрузке и выгрузке сыпучих грузов и т.п., а также образующиеся при конденсации некоторых паров.

Пыль, образующаяся на предприятиях строительной индустрии, весьма разнообразна по свойствам, химическому и дисперсному составу. Частицы пыли различных веществ оказывают неодинаковое воздействие на организм человека и делятся на две группы. К первой группе относятся пыли ядовитых (токсичных) веществ, опасных для организма в целом, ко второй – пыли, вредно действующие на органы дыхания, т.е. преимущественно фиброгенного действия. По степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на четыре класса опасности: 1) чрезвычайно опасные; 2) высокоопасные; 3) умеренно опасные и 4) малоопасные.

В связи с развитием химии и использованием химических веществ в производстве строительных материалов в последние годы возросло количество вредных веществ, содержащихся в пыли. Например, при обработке древесины выделяется не только древесная, но и токсичная пыль веществ, которыми древесина пропитывается. Пыль, выделяющаяся при шлифовании и полировании по лаку, может содержать частицы абразивного материала и токсичных веществ – отвердевших полиэфирных и нитроцеллюлозных лаков. Токсичные химические вещества, например формальдегид, содержат также пыль, образующуюся при обработке древесностружечных плит. Постоянное вдыхание формальдегида может привести к хроническому отравлению.

Загрязнение поверхности тела пылью приводит к гнойничковым заболеваниям и экземам. Попадание пыли в глаза вызывает воспалительный процесс слизистых оболочек – конъюнктивит.

Наибольшую опасность для человека представляют частицы пыли размером до 5 мкм. Они легко проникают в легкие и там оседают, вызывая разрастание соединительной ткани, которая не способна передавать кислород из вдыхаемого воздуха гемоглобину крови и выделять углекислый газ. Развивающиеся при этом профессиональные заболевания называют пневмо-кониозами. Форма пневмокониозов зависит от вида вдыхаемой пыли: силикоз – при вдыхании кварцсодержащей пыли, силикатоз – силикатной пыли, антракоз – угольной пыли и др.

Наибольшим фиброгенным действием обладают пылеватые частицы, содержащие свободную двуокись кремния (SiO₂).

Весьма опасна для здоровья работающих пыль кварца, кристобалита и тридимита, образующаяся при производстве стекла и динасовых изделий, содержащая свыше 90% свободной двуокиси кремния (2).

Промышленные пыли шамотного производства (при содержании свободной и общей двуокиси кремния соответственно 10-30 и 50-60%) отличаются повышенной способностью вызывать заболевание пневмокониозом. Пыль от шамота более опасна, чем пыль от глины. При превращении глины в шамот при обжиге несколько повышается содержание свободной двуокиси кремния в результате разложения каолинита на мулит и кристобалит.

Загрязненный воздух промышленных центров – одна из главных причин широкого распространения заболеваний дыхательных путей, особенно у детей. Установлено, что заболеваемость раком легких у людей, работающих и живущих в городах, значительно выше, чем у сельских жителей.

Пыль строительных материалов (см. схему) можно разделить на органическую и неорганическую (минеральную).

К органический ныли относится древесная пыль, выделяющаяся во всех отраслях деревообрабатывающей промышленности, пыль разнообразных пластмасс, отделочных тканей, ваты, полиэфирных смол. Неорганической является пыль сырьевых материалов горных пород и строительных материалов вторичной обработки. Все горные породы (и пыль горных пород) делятся по способу образования на три большие группы: изверженные, осадочные и метаморфические (2).

Изверженные породы (гранит, диорит и им подобные) широко используются в производстве щебня, необходимого для получения высокопрочных бетонов. Пыль изверженных пород в основном выделяется при их дроблении

и измельчении щековыми, конусными и другими дробилками и мельницами. Для пыли изверженных пород характерен средний диаметр частиц 20-30 мкм, площадь удельной поверхности 2500-4500 см²/см³. Пыль неслипающаяся. Среднее удельное электрическое сопротивление 10⁵-10⁸ Ом´м, т.е. они наиболее эффективно могут улавливаться электрофильтрами.

Пыль осадочных пород – это пыль песка, каолина, глины, доломита, известняка. Осадочные породы наиболее широко применяются в производстве строительных материалов. Песок является сырьевым материалом силикатного и глиняного кирпича, стеклянного и минерального волокна, а также входит в состав керамических изделий, бетон.

Пыль осадочных пород характеризуется широким диапазоном площади удельной поверхности – от 3000 до 5000 см²/см³, средним диаметром частиц 14-40 мкм. Наиболее мелкодисперсной является пыль каолина и глины, выделяющаяся при их помоле и сушке. Частицы до 10 мкм составляют по массе 32-53%. Вся пыль осадочных пород хорошо смачивается (смачиваемость 55-91%) , но вяжущие свойства отсутствуют. Слипаемость сильно зависит от влажности пыли и колеблется в пределах (0,39-3,9) 10² Па за исключением песчаной пыли, которая имеет низкую слипаемость (015-0,17) 10² Па.

Удельное электрическое сопротивление пыли осадочных пород составляет 4,7´10⁵–1,3´10⁸ Ом´м в зависимости от ее влажности.

Электрические заряды пылевых частиц осадочных пород в основном имеют следующее распределение по знакам зарядов; положительные заряды 62-69% частиц, отрицательные 22-33%, нейтральные 3-9% (за исключением пылевых частиц известняка, из которых 58% заряжаются отрицательно, 40% положительно и 2% остаются нейтральными.

Метаморфические породы – гнейс, кварцит, талькомагнезит – используются в производстве огнеупорных материалов. Пыль, выделяющаяся в процессе производства, имеет физико-механические свойства, зависящие от стадии обработки, степени дробления. Для пыли метаморфических пород характерны средний размер частиц 20-30 мкм и площадь удельной поверхности – от 2500 до 4000 см²/см³. По слипаемости метаморфические породы разделяются на слабослипающиеся и неслипающиеся. Среднее удельное электрическое сопротивление (за исключением графитовой пыли) 10⁵ – 10⁸ Ом´м.

Следует отметить силикозоопасность пыли метаморфических пород, так как наличие свободной двуокиси кремния в кварцевой пыли достигает 70-85%.

Пыль строительных материалов вторичной обработки можно разделить на несколько групп со свойственными каждой из них специфическими физико-химическими и механическими свойствами. Пыль неорганических вяжущих веществ включает пыль основных вяжущих материалов – цемента, извести и гипса. Производство цемента занимает значительную долю в промышленности строительных материалов. Цементная пыль отличается высокой дисперсностью. Пылинки диаметром менее 5 мкм составляют по массе до 39%, а менее 20 мкм – до 79% выбросов цементных мельниц. Для цементной пыли характерны высокое удельное электрическое сопротивление – 1,5´10⁷-1,9´10¹⁰ Ом´м, высокая гигроскопичность, резко выраженная щелочная реакция.

Для изготовления других неорганических вяжущих материалов – извести, гипса – используют оборудование и аппараты, аналогичные применяемым при производстве цемента, поэтому физико-химические и механические свойства и характеристики пыли, образующейся в процессе получения этих материалов, весьма близки к свойствам цементной пыли (3).

Пыль керамических изделий включает пыль кирпича, керамзита и облицовочных изделий. Она содержит значительное количество свободной двуокиси кремния: при обжиге глиняного кирпича более 7%, при обжиге керамзита – до 32%.

Пыль искусственных каменных необожженных материалов, например пыль бетона, выделяется при изготовлении, погрузке, выгрузке и транспортировке железобетонных изделий.

Добыча и обработка асбеста являются крупной отраслью промышленности. Асбестовая пыль выделяется на разных этапах производства асбеста и асбестоцементных изделий. Основная масса пылевых частиц, выделяющихся в производстве асбестового картона, имеет размер 1-4 мкм, волокнистые частицы составляют 8,5-17 %.

Таким образом, пыль строительных материалов и конструкций по своим физико-химическим и механическим свойствам очень разнообразна, поэтому при определении концентрации пыли и принятии мер по снижению запыленности требуется тщательное ее исследование.

1.2 Влияние пылевых выбросов на окружающую среду

Вредное действие пыли не ограничивается влиянием на здоровье человека. Атмосфера способна в некоторой мере самоочищаться от промышленных загрязнений пылью в результате осаждения твердых частиц, вымывания их из воздуха осадками, растворения и поглощения вредных веществ растениями. В настоящее время процессы самоочищения уже не всегда способны справиться с возрастающим промышленным загрязнением. Загрязняющие атмосферу вещества накапливаются, и в некоторых районах их концентрация уже теперь является недопустимо высокой. Исследования показали, что общая запыленность атмосферного воздуха за полвека значительно возросла. Запыленность атмосферы оказывает сложное влияние на климат. Крупнейшие ученые пришли к выводу, что часть выбрасываемой в воздух промышленной пыли (около 10%) не выпадает из атмосферы, а воздушными течениями выносится в заоблачное пространство. Пыль, вынесенная выше облаков, не очищается осадками и способствует замутнению атмосферы. Она создает как бы экран солнечного света и изменяет отражательную способность земли. Загрязнение атмосферы городов аэрозолями и газами приводит к резкому уменьшению солнечной радиации. Ультрафиолетовая радиация, обладающая бактерицидным действием, уменьшается до 30%, а видимая составляющая солнечной радиации – более чем на 50%. При этом снижается видимость, увеличиваются повторяемость туманов, количество осадков и облачность, изменяется циркуляция воздушных потоков. Над центром города образуется конвективная струя, вызывающая движение воздушных потоков из периферийных, нередко промышленных, районов к центру города, что ведет к повышению концентрации вредных веществ в центральной его части.

Содержание углекислого газа в атмосфере увеличивается на 0,02% за каждые 10 лет. Углекислый газ обладает специфическими свойствами: он прозрачен для большей части солнечного спектра, но не полностью пропускает инфракрасные лучи, солнечная энергия видимой части спектра проходит через него, а тепловая энергия от поверхности земли в диапазоне инфракрасных волн поглощается и отражается им. Чем выше концентрация углекислого газа, тем большая часть солнечной радиации усваивается землей. Это способствует повышению средней температуры земли. С другой стороны, при увеличении количества аэрозолей в атмосфере уменьшается количество солнечной энергии, поступающей к земле (3).

Загрязнение воздушной среды наносит огромный материальный ущерб и экономике, обусловленный ускоренным разрушением строительных материалов, металлов, резины, тканей, бумаги, красок и т. п. Скорость коррозии железа в промышленных городах в 3 раза выше, чем в городах со слаборазвитой промышленностью, и в 20 раз, чем в сельской местности. Содержание вредных веществ в воздухе городов сокращает срок службы покрытий из цинка в 5-6 раз. Дерево, хлопок, кожа в загрязненном воздухе разрушаются значительно быстрее, чем в чистом. Требует больших расходов постоянная очистка и окраска различных сооружений и ограждающих конструкций, а также реставрация памятников архитектуры. Загрязнение приводит к гибели сельскохозяйственных растений и животных. Ущерб от загрязнения во всем мире исчисляется огромными суммами.

Пыль, выделяющаяся в производственных помещениях, приводит к быстрому износу оборудования. Пыль, содержащаяся в воздухе, разрушающе действует на поршни и цилиндры двигателей внутреннего сгорания. Очень чувствительны к пыли электрические машины. Незащищенные обмотки электродвигателей покрываются коркой, уменьшается их охлаждение, и вследствие их перегрева двигатель может выйти из строя. Различные приборы в запыленной атмосфере быстрее выходят из строя. Защита от пыли в таких производствах, как радио- и электропромышленность, является частью технологического процесса.

Пыль, образующаяся при выгрузке транспорта и переработке сыпучих навалочных грузов, загрязняет территорию, примыкающую к месту выгрузки, и производственные помещения и для ее уборки требуются дополнительные непроизводительные затраты труда.

1.3 Нормирование содержания вредных веществ в атмосфере воздуха и в воздухе производственных помещений

Чистота атмосферного воздуха в населенных пунктах нашей страны оценивается двумя показателями: максимальными разовыми и среднесуточными предельно допустимыми концентрациями (ПДК) вредных веществ. В основу нормирования положено предотвращение последствий кратковременного и постоянного действия токсичных веществ на организм человека. Значения ПДК вредных веществ в воздухе населенных пунктов приведены в санитарных нормах проектирования промышленных предприятий (СН 245-71).

В воздухе рабочей зоны производственных помещений также установлены ПДК вредных веществ, превышение значений которых недопустимо. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны – это концентрации, которые при ежедневной работе (41 ч в неделю) в течение всего рабочего стажа не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего или последующего поколений. Предельно допустимые концентрации вредных веществ и аэрозолей преимущественно фиброгенного действия приведены в ГОСТ 21.1.005-76 «ССБТ. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования».

Из сказанного следует, что эффективная очистка воздуха от пыли, выбрасываемой предприятиями строительной индустрии; представляет собой важную народнохозяйственную задачу.

Очистка воздуха, выбрасываемого в атмосферу, установками пылеулавливания

В нашей стране действуют Государственные стандарты системы «Охрана природы. Атмосфера». Стандарты учитывают современные гигиенические, экологические и экономические требования защиты атмосферы от промышленных выбросов. Они регламентируют правила установления и контроля допустимых выбросов вредных веществ в атмосферу промышленными предприятиями, обеспечивая сохранение чистоты воздушного бассейна.

Промышленные производства и технологическое оборудование, являющиеся источниками загрязнения атмосферы, разделяются на четыре группы: 1) имеющие условно чистые выбросы, в которых концентрация вредных веществ не превышает гигиенических норм; 2) имеющие дурнопахнущие выбросы; 3) содержащие нетоксичные вещества; 4) имеющие выбросы, содержащие канцерогенные токсичные или ядовитые вещества.

Различают неорганизованные промышленные выбросы, поступающие в атмосферу в виде ненаправленных загрязненных потоков газа в результате нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки или хранения продукта, и организованные промышленные выбросы, поступающие в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды и трубы.

Выбросы в зависимости от состава вредных веществ классифицируются по их агрегатному состоянию. В зависимости от агрегатного состояния вредных веществ выбросы подразделяются на следующие классы:

I – газообразные и парообразные; II – жидкие; III – твердые; IV – смешанные.

Выбросы по химическому составу делятся на группы, а в зависимости от размера частиц – на подгруппы. Твердые выбросы подразделяются на четыре подгруппы с размерами частиц, мкм: менее 1; 1-10; 10-50 и свыше 50.

При выбросе вентиляционного воздуха концентрация вредных веществ в приземном слое атмосферы не должна превышать значений, установленных санитарными нормами. Для обеспечения этого условия СНиП 11-33-75 устанавливают предельно допустимые концентрации (ПДК) выбросов в зависимости от объемов воздуха, удаляемого от технологического оборудования.

Предельно допустимая концентрация пыли С₁, мг/м³, в очищенных вентиляционных выбросах при объеме воздуха более 15000 м³/ч определяется по формуле:

С₁ = 100 К (1)

Значение коэффициента К зависит от ПДК пыли в рабочей зоне производственных помещений:

ПДК, мг/м³ ...<2 >2 и<4 >4и<6 >6 и<10

К 0,3 0,6 0,8 1

При объеме очищенных вентиляционных выбросов L менее 15000 м³/ч предельное остаточное содержание пыли С₂ мг/м³ в них определяется по формуле:

С₂ = (160-4L)´К. (2)

Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны производственных помещений принимаются в соответствии с ГОСТ 12.1.005 – 76. ПДК наиболее часто встречающихся в строительной индустрии аэрозолей преимущественно фиброгенного действия приведены в табл. 1.

Таблица 1. Предельно допустимые концентрации пыли в воздухе рабочей зоны