Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Оценка загрязнения атмосферы на территории, прилегающей к золоотвалу, и разработка составов и технологий связывания пылевидных материалов

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Оценка загрязнения атмосферы на территории, прилегающей к золоотвалу, и разработка составов и технологий связывания пылевидных материалов"

ртб оа 1 о ^

На правах рукописи

Старокожева Елена Анатольевна

ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ НА ТЕРРИТОРИИ, ПРИЛЕГАЮЩЕЙ К ЗОЛООТВАЛУ, И РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ И ТЕХНОЛОГИЙ СВЯЗЫВАНИЯ ПЫЛЕВИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

11. 00. 11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Оренбург - 1998

Работа выполнена в Оренбургском государственном университете и в институте горного дела им. A.A. Скочинского

Научный руководитель:

действительный член Академии гор ных наук, доктор технических наук профессор Ищук И.Г.

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Степанов В.В. кандидат технических наук, доцент

Макаров Е.Т. Мордовский государственный уни верситет им. Н.П. Огарёва

Защита состоится^' «с/ 998 г. вна заседании диссерта-

ционного совета К 064.64.02 в Оренбургском государственном университете по адресу: 460352, г. Оренбург, проспект Победы, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Оренбургского государственного университета.

Автореферат разослан "¿/¿¿^З^Д 998г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор географических наук, профессор-

O.K. Рычко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время к естественным факторам изменчивости в атмосфере добавился антропогенный, связанный с прогрессирующим её загрязнением различными примесями, в том числе пылью. Источники образования пыли многообразны, но есть технологии, которые напрямую связаны с пылевыделением, так как в основном технологическом процессе используют материалы в пылевидном состоянии. Это предприятия топливно-энергетического комплекса, которые могут загрязнять воздух как угольной пылью (склады хранения угля), так и золой (золоотвалы). Практика показала, что пыление золоотвалов в ряде случаев представляет большую опасность, чем пыление площадок хранения и переработки угля.

Теоретическое обоснование процессов образования и распространения пыли, а также технические решения различных вариантов пылесвязыва-ния даны в работах ряда российских учёных: Журавлёва В.П., Ищука И.Г., Кудряшова В.В., Позднякова Г.А., Степанова В.А., Скопина А.Н. и др.. Однако отсутствие описания процессов образования и распространения пыли из пылевидных материалов с единых позиций делает способы предупреждения пылеобразования недостаточно эффективными, а подбор химических веществ для пылесвязывания случайным. По этим причинам рекомендованные способы и средства не нашли широкого применения на практике.

Целью данной работы является поиск параметров для оценки загрязнения атмосферы промышленных городов пылью, разработка эффективных составов и технологий предупреждения пылеобразования.

Идея данной работы заключается в описании пылевых аэрозолей и пылевидных материалов с единых физико-химических позиций, в которых пыль и пылевидный материал отличаются лишь составом и строением пограничных слоев, а способы управления взмётыванием, рассеянием и оседанием пыли сводятся к управлению поверхностным взаимодействием (адгезией, аутогезией и смачиванием) в системе "твёрдое - жидкость - газ".

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Параметр, характеризующий влияние пылевого фактора на качество воздушной среды по пыли, который связан через концентрацию пыли с санитарно-гигиеническими требованиями к атмосфере, а через скорости воздушных потоков с климатическими характеристиками территории.

2. Методика составления карты - схемы загрязнения атмосферы на примере г. Караганды пылью от точечного источника (золоотвала ТЭЦ-1), которая позволяет выявить зону чрезвычайной экологической ситуации и зону экологического бедствия.

3. Модель пылевидного состояния материала, представляющая пыль и пылевидный материал как единую дисперсную систему и описывающая процессы взмётывания, рассеяния и оседания пыли.

4. Составы и технологии связывания пылевидных материалов, позволяющие сократить пылевыделение с единицы поверхности до 1000 раз.

Поставленная цель определила использование в работе комплексной методики исследования, включающей в себя: анализ и обобщение научных результатов, полученных другими авторами; теоретическое обобщение процессов взмётывания, рассеяния и оседания пыли; лабораторные, стендовые и промышленные эксперименты по выявлению закономерностей формирования пылевых потоков и их связывания различными составами.

Достоверность защищаемых в работе научных положений подтверждается: применимостью к ним предложенных теоретических подходов по взмётыванию, распространению и связыванию пыли на открытых площадках; статистически надёжным совпадением результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными в лабораторных, стендовых и промышленных условиях, а также с данными, полученными в различных научных коллективах и описанных в литературе; апробацией разработанных параметров, способов и средств и получением положительных результатов по управлению качеством воздушной среды в городе Караганде.

Научная новнзнаработы и её значимость состоят в том, что:

- впервые проведена оценка степени загрязнения воздушной среды пылью над территорией, прилегающей к золоотвалам ТЭЦ, определены размеры зон экологического бедствия, чрезвычайной и критической экологических ситуаций;

- с единых позиций описано поведение пыли в воздушной среде, включая её взмётывание, рассеяние и оседание;

- предложен метод подбора связывающих составов для пылевидных материалов и выбраны составы для закрепления угольной мелочи в железнодорожных вагонах и золы в золоотвалах.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в реализации её результатов в виде параметров оценки качества атмосферы, а также составов, способов и технологий структурирования пылевидных материалов на точечных источниках (золоотвале, в железнодорожных вагонах).

Реализация результатов исследования достигнута через:

- карту - схему, принятую Карагандинским областным управлением экологии и биоресурсов, позволяющую оценить качество воздушной среды над территорией г. Караганды; рекомендации путей повышения эффективности связывания пылевидных материалов, предложенные в ПО "Караганда-энерго"; составы для структурирования пылевидного материала в массе и технологии их нанесения на железнодорожные вагоны и поверхность золо-отвалов, внедренные на Карагандинских ТЭЦ-1 иТЭЦ-3.

Результаты исследований, представленных в диссертации, включены в методические разработки курсов " Экология ", "Экономика природопользования " и " Промышленная экология ", читаемых в Оренбургском государственном университете как в качестве общеобразовательных, так и специальных дисциплин. Кроме того, они внедрены в учебный процесс кафедры коллоидной химии, химической технологии и экологии Карагандинского государственного университета в виде методических указаний для проведения

лабораторного практикума по специальному курсу "Гетерокоагуляция пылевых аэрозолей" и при выполнении курсовых и дипломных работ.

Апробация работы. Основные положения работы доложены в период 1990-1997 г.г. на Российских, Казахстанских и региональных конференциях, совещаниях и семинарах: научно-практической конференции "Экологические проблемы Центрального Казахстана" (Караганда, 1989г.); научно-технической конференции" Совершенствование технологических процессов в пищевой промышленности и АПК" (Оренбург, 1996 г.), республиканской научно-практической конференции "Состояние и перспективы производства органических материалов на базе сырьевых ресурсов Центрального Казахстана." (Караганда, 1997 г.); международном симпозиуме "Степи Евразии. Сохранение природного разнообразия и мониторинг состояния экосистем (Оренбург, 1997 г.); российской научно-технической конференции "Сертификация и управление качеством экосистем на Южном Урале" (Оренбург, 1997); научно-практических и научно-теоретических конференциях Кар ГУ (1990-1993 г.г.)

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ.

Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 179 страницах машинописного текста, и содержит 45 рисунков, 24 таблицы, список литературы из 123 наименований и приложения.

Диссертационная работа выполнена в рамках государственной научно - технической программы "Энергия"(раздел "Экологически чистый угольный разрез"), разрабатываемой в период 1989 - 2005, на кафедре химии Оренбургского государственного университета и в лаборатории вентиляции и борьбы с пылью на угольных шахтах и разрезах ИГД им. A.A. Скочинского. В проведении лабораторных и промышленных испытаний принимали участие сотрудники кафедры коллоидной химии, химической технологии и эко-

логии Кар ГУ им. Е.А. Букетова. Автор приносит благодарность всем за помощь при проведении исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе приведён анализ причин загрязнения атмосферы пылью и выявлено, что основными источниками пылевыделения являются предприятия, занимающиеся хранением, транспортировкой и переработкой измельчённого сырья или отходов. На интенсивность образования и распространения пыли в воздушной среде влияют как технологические процессы, так и метеорологические условия.

Пылевые потоки, формирующиеся из многих пылевидных материалов, обладают повышенной седиментационной и агрегативной устойчивостью, поэтому распространяются на большие расстояния загрязняя, тем самым, атмосферу промышленных городов и населённых пунктов. Их токсичность зависит от дисперсности и химического состава частиц, поэтому качество атмосферы в населённых пунктах даже при одинаковой массовой концентрации пыли может сильно различаться .

Для гигиенической характеристики запылённой атмосферы могут использоваться разные параметры и критерии (средне суточная и максимально разовая концентрации пыли, индекс загрязнения атмосферы, категория опасности города). Но они не учитывают комплексного, одновременного влияния технологических и метеорологических факторов .

Вторая и третья главы диссертации посвящены рассмотрению механизмов формирования пылевидных материалов и их переходу в состояние аэрозоля. Известно, что технология подготовки угля к сжиганию в топках на современных ТЭЦ требует его измельчения до пылевидного состояния, а зола, формирующаяся при его сжигании становится еще более тонкодисперсной. Поэтому пылевидное состояние угля и золы мы предлагаем рассматривать как особое состояние, которому характерны свойства пыли и твердого тела. Управление переходом пылевидного материала в пыль и пыли в связанное состояние следует осуществлять путём регулирования процессов

происходящих на границе раздела "твердое тело - газ" и "твердое тело -твердое тело". Эти процессы позволяют описать переход как механохимиче-ское равновесие, а концентрацию пыли при взмётывании и оседании рассчитать по уравнению

1пС/Со = ±8гм(дА5 + УО/ЯТ, (1)

где С и С0 - начальная и равновесная концентрации пыли, мг/м3;

Б'м - поверхность, занимаемая одним молем газа м2/моль; ДА5 = 0,16 р„ г п (§Ь - и2) - энергия движения частицы, отнесённая к единице поверхности, Дж/м2;

рп - плотность пылинки, кг/м3;

гп - радиус пылинки, м;

% - ускорение свободного падения, м/с2;

Ь- высота падения, м;

и - скорость воздушного потока, м/с;

W - энергия взаимодействия на границе раздела фаз, Дж/м2; ЛТ - энергия моля идеального газа, Дж/моль.

Энергия взаимодействия зависит от направления термодинамического процесса. Для пылевзметывания она равна работе аутогезии СУ^ТЛ'аут), а для оседания пыли - удельной свободной энергии системы "твердое тело -газ = о тг). С механохимических позиций процесс пылевзметывания следует рассматривать как отрыв агломерированных частиц от структуры с последующим их разрушением в газовой среде. По граничному условию пы-левзмётывания [ 0,16 р„ гп ^Ь - и2) + \VayT >.0 ] можно рассчитать критическую скорость воздушного потока (окр), способного перевести пылевидный материал в пыль

икр= ^gh + Wayт/0,16pпrп (2)

Уравнения (1) и (2) позволяют описать процесс взмётывания пыли как физического тела (§Ь » \Vayr / 0,16 рп г„), так и структурированного материа-

ла (gh « Wayr / 0,16 рп гп), а также рассмотреть его как двухстадийный ме-ханохимический процесс (рис.1).

igo

кг/м2с 4,5 3 1,5 0

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 ♦ Угольная пыль в Зола

Рис.1. Зависимость сдуваемости угольной пыли и золы от логарифма скорости воздушного потока.

Первая стадия, - разрушение связей в пылевидном материале и переход во взвешенное состояние, - контролируется силами поверхностного взаимодействия в массе (силами аутогезии и когезии), а вторая, - перемещение фазы в газовой среде, - контролируется силами поверхностного взаимодействия в системе "твёрдое тело-газ" (адсорбцией) и силами гравитации. Определяющим параметром пылевзметывания следует считать критическую скорость сдувания образца, величина которой характеризует переход пылевидного материала во взвешенное состояние. Для угля такая скорость равна 7,1 м/с, для золы - 7,8 м/с. Увеличение естественной влажности угля до 8-10% усиливает аутогезию до работы когезии, равной 150* 10"3 Дж/м2 и приводит к увеличению критической скорости сдувания до 10-11 м/с и снижению пыле-выделения до санитарных норм. Поэтому предупреждение пылеобразования путём увлажнения пылевидного материала является доступным и наиболее используемым способом борьбы с пылью в местах его складирования. Однако при переработке угля наблюдается быстрая потеря несвязанной влаги из массы за 0,6-2 ч., что приводит к росту пылеобразования до 1000 раз.

Для равномерного распределения воды в пылевидном материале необходимо создать определённые условия для её смачивания. Константы скорости смачивания позволили выявить составы, пригодные для пылесвязыва-

ния. Так, по смачивающему эффекту, приемлемыми для связывания угля и золы в пылевидном состоянии являются следующие композиции: - 2,0%-ные растворы латекса, стабилизированные 1,0 % реагента ПО-1; 2,0-4,0%-ные растворы латекса, содержащие от 0,5 до 1,0% реагента ПО-1. Структурирование пылевидных материалов латексом позволяет получить полимерную пленку на поверхности (\Vayr -> со ) и предупредить пылевзметывание на длительное время (до 6 месяцев).

Взметнувшаяся пыль может либо рассеется в пространстве, либо осесть на подстилающую поверхность. Оседание пыли будет наблюдаться при Сттг - 0,16 рпг„ - иг) < 0, а по граничному условию можно рассчитать критическую скорость оседания пылинок на поверхность

и0= д/^Ь- ахг/0,16рпг„ . (3)

Эта скорость зависит от разности высот, на которых фиксируется изменение концентрации пыли, что согласуется с физическим подходом к процессу оседания. Однако, второй член выражения (3) указывает на возможность "зависания" частиц на определённой высоте в соответствии с механо-химическим подходом к седиментационно - диффузионному равновесию. Причём высота зависания частиц в свободном потоке будет равна

Ь= стг/0,16р„гп2§±о2^ (4)

Эксперименты показали, что равновесная концентрация пыли в воздушной среде и её средний радиус зависят от высоты, на которой отбираются пробы (табл. 1).

Таблица 1. Влияние высоты подъёма частиц на средний радиус и запылённость атмосферы

Место отбора пробы Средняя концентрация Средний радиус

по высоте, м пыли, мг/м3 частиц, мкм

1 3,6 ± 0,2 14,0 ± 2.4

5 2,3 ±0,1 3,0 ± 0,5

10 1,3+0,1 2,1 ±0,3

15 0,5 ±0,1 1,4 ±0,2

Между концентрацией пыли и высотой зависания устанавливается экспоненциальная связь, что подтверждает наши представления об оседании как о механохимическом процессе.

Наши наблюдения за рассеянием пыли, описанные а четвёртой главе в атмосфере показывают, что между качественным состоянием среды и метеоусловиями существует определённая связь, поэтому при оценке загрязнения атмосферы пылью нами учитывались особенности климата Центрального Казахстана, которые возможно характеризовать температурой атмосферы и скоростью воздушных потоков.

Температура атмосферы должна рассматриваться как самостоятельный фактор. Её увеличение на 30 °С приводит к повышению запылённости атмосферы у источника образования до 100 раз (рис. 2).

С, 200 мг/м3 150

100 --

50

123456789 10 11 12меся«

Рис.2. Изменение запыленности воздуха на борту золоотвала в течение года.

Особую роль в пылеобразовании играют воздушные потоки, так как именно они передают энергию движения пылевидному материалу, находящемуся в статическом состоянии. Максимальная запылённость атмосферы в чаше золоотвала наблюдается при скоростях ветра, превышающих критическую скорость сдувания (и>8 м/с) и достигает 200-400 мг/м3, а минимальное её значение (до 1 мг/м3) получено на расстоянии 5,3 км от источника пыле-выделения и при скорости ветра 0-3 м/с (табл. 2).

Таблица 2. Концентрационные характеристики пылевых потоков, сформировавшихся в различных условиях.

Место и условия отбо ра пробы Концентрация пыли

массовая, мг/м3 частичная, частип/м3

Чаша золоотвала ив=9-12 м/с, ф=3-б % 213 17,2* 106

На расстоянии от золоотвала 5,3км оа=0-3 м/с, Ф=3-6 % 0.75 9,2* 106

Следовательно, воздушные потоки являются вторым значимым метеофактором при распространении пыли на большие расстояния. И третьим фактором, влияющим на формирование пылевых потоков, следует считать влажность пылевидного материала, которая зависит от частоты и количества осадков. При увеличении влажности золы с до 10% запылённость воздушной среды снижается до 1000 раз.

Анализ зависимостей запылённости воздуха от температуры и скорости воздушных потоков, а также от влажности пылевидного материала показывает, что между ними устанавливается связь, типа

1пС/С0 = £(и^, 1/Т), (5)

которая позволяет нам говорить о применимости механохимического подхода как к описанию пылевидного материала, так и процессов его взмётывания и оседания.

Анализ дисперсного и химического составов пыли показал, что пылевые потоки, формирующиеся из угля и золы следует отнести к тонкодисперсным (г„ < 10 мкм) и силикозоопасным (БЮг > 60 %), а также распространяющимся на большие расстояния (до 5,5 км) с незначительными потерями мелких частиц (до 2-х раз).

В качестве определяющего параметра, характеризующего качество воздушной среды территории по пыли, нами принята категория опасности источника (Кп), которая учитывает суммарную массу выбросов вредных ве-

ществ в атмосферу (М), приведённую к одному классу опасности и описывается уравнением

Кп = М/ПДК = С/ПДК* Vi/t, (6)

где Vj - объём запылённой среды, м3; t - время формирования пылевого потока, с; ПДК - предельно-допустимая концентрация, мг/м\

Используя уравнение (6) произведена оценка категории опасности зо-лоотвала с учётом вероятности случаев скорости ветра с той или иной скоростью по формуле

Кп = [Ри'*Кпи1 + PU2* Кп°2 + Pui* КпЫ ]*Р0 , ( 7 )

где PUI- вероятность случаев скорости ветра ui;

ту ui

Кп - категория опасности золоотвала для случаев скорости ветра ш; Р0- вероятность дней без осадков.

Кп*350 104 300 м3/с250 200 150 100 50 0

456789 10 11 показатель безопасной^ показатель фактической токсичности токсичности

Рис. 3. Категория опасности золоотвала в различные месяцы года

Изменение категории опасности золоотвала в весенне-летне-осенний периоды года (рис. 3) показывает, что золоотвал во все наблюдаемые месяцы года выделяет пыли больше, чем разрешено санитарно- гигиеническими нормами.

Таким образом, золоотвал, находящийся в черте г. Караганды, представляет собой опасность для территории города и должен быть отнесён к источникам 1ой категории опасности (Кп=13,9* 106 м3/с).

Площадь территории, над которой распространяется пылевой поток, определяли исходя из следующих условий: толщину приземного слоя, в которой распространяется пыль, приняли равной 100 м, а объём воздушной среды - зависящим от скорости ветра, которая при штиле не превышает 1,0 м/с, при температурной стратификации может достигать 1,5 м/с и при направленных воздушных потоках усиливается до 10-30 м/с. Концентрация пыли в воздушной среде на некотором расстоянии от источника определяется лишь процессами рассеяния и рассчитывается из условия

С0*У„ = С|*^, (8)

то есть зависит лишь от соотношения площадей территорий, над которыми располагается пылевой поток

С; = С0*80/^, (9)

где 80 и Б* - площадь золоотвала и запылённой в данный момент территории, м2.

С, мг/м'

660 (3

495 330 165 0

ш/ 2/

[/ 1

10.5

и, м/с

14

0 3.5 7

1, 3-расчётные кривые 2-реальная

запылённости воздушно-сухой (1) запылённость и влажной (3) поверхностей золы

Рис. 4. Зависимость средней концентрации пыли в воздушной среде золоотвала от скорости ветра

Зависимости, построенные по уравнению (9) и по экспериментальным данным, имеют одинаковый вид (рис. 4).

Экспериментальные значения концентраций пыли при удалении от источника располагаются выше расчётных, то есть при расчётах нельзя не учитывать другие источники пылевыделения, находящиеся на этой территории. Следовательно, используя наши представления о рассеянии пыли можно рассчитать как площадь загрязнённой территории при разных метеоусловиях, так и степень её загрязнения.

Картирование территории показывает, что вокруг золоотвала возникли зоны экологического бедствия (Б.КЗ.З км2), чрезвычайной экологической (8,=15 км2) и критической (5,=1914 км2) ситуаций. В неблагоприятных по пылевому фактору условиях проживает всё население г. Караганды (585 тысяч человек), а 48 тысяч человек живут в зоне чрезвычайной экологической ситуации. Поэтому золоотвал ТЭЦ-1, имеющий площадь 43,8 га, относится к источникам загрязнения воздушной среды 1 категории опасности и для него должен быть разработан комплекс мероприятий по предупреждению пылевыделения.

В пятой главе рассматриваются методические подходы к поиску составов для предупреждения образования пыли из пылевидных материалов, а также технологии по их нанесению на пылящие поверхности. Для утилизации угольной пыли, накапливаемой в системах вентиляции, нами разработаны и предложены структурообразующие составы и технология перевода пыли в пастообразное состояние. Лучшим для связывания пылевидного материала следует считать состав, включающий 50% угольной пыли, 0,5% латекса, 1% реагента ПСЫ и остальное вода. Разработанная нами технология утилизации угольной пыли, использованная на Экибастузском топливно-энергетическом комплексе при погрузке угля в вагоны, предусматривает следующую стадийность: перевод пылевидного материала в стабильную пасту, содержащую минимум воды, но обладающую свойством текучести; нанесение пасты на пылящую поверхность угля, загруженного в ва-

гоны или складируемого в штабель; перевод пасты в твердое состояние (образование корки) при впитывании воды в уголь или при её испарении в воздух. Для нанесения пасты на поверхность угля нами предлагаются уже известные технические решения - штукатурные станции, снабжённые раство-ронасосами необходимой производительности (до 6м3/ч) или поливочные комплексы МПК конструкции института НИИОГР (г. Челябинск). Предлагаемые состав и технология позволяют решить две проблемы: утилизировать уже накопившуюся угольную пыль и предотвратить переход до 2,5 % угля в состояние пыли (табл. 3).

Таблица 3. Результаты испытаний способа утилизации угольной пыли

Место отбора проб Средняя масса угля в вагонах, т Влажность корки, %

обработанных необработанных

Экибастузский угольный разрез 68,4 71.6 35 ± 1

Карагандинская ТЭЦ-3 68,4 70,1 4,2 + 0,2

0,0 -1,5 -31

Железнодорожные вагоны, обработанные по вышеописанной технологии, могут перемещаться по территории на тысячи километров (г. Барнаул, г. Челябинск, г. Караганда и др.) с потерями угля в количестве не более ОД % от общей массы.

Для решения проблемы пылевыделения на золоотвалах Карагандинских ТЭЦ предлагается другой вариант, включающий в себя следующие стадии: получение стабильной эмульсии на основе латекса и смачивателя ПО-1; её нанесение на поверхность золоотвала и получение прочной и пластичной пленки. Для нанесения плёнкообразующих составов предложены несколько схем. Основной является схема с оросительными системами (дождевальными аппаратами типа ДД-15 и ДЦ-30), которые могут перемещаться от одного гидранта к другому. Дождевание по этой схеме позволяет регулировать расход раствора в широких пределах (0,5-10 л/м2).

Прочность покрытия, формирующегося на поверхности золоотвала, зависит от расхода латекса на единицу поверхности и колеблется от 1,2*104 до 100* 104 кг/м2. Оптимальным расходом следует считать 30-50г чистого вещества на один квадратный метр пылящей поверхности (рис. 5).

0 15 30 45 д,г/м2

Рис. 5. Зависимость времени сохранения пленки к действию воздушного потока(и>1- м/с) от расхода латекса.

Наблюдения за запылённостью воздуха в чаше золоотвала показали, что состав даёт эффективное экранирующее покрытие (табл. 4).

Таблица 4. Результаты испытаний пылесвязывающего состава

Дата Скорость ветра, м/с Запылённость воздуха, (мг/м3), сдуваемого с поверхности.

необработанной обработанной

9.08.93 2,0-4,1 23-60 1,3-3,5

23.08.93 4,0-16,0 35-820 2,2-3,9

24.10.93 4,0-12,0 30-150 1,8-3,9

Расчёты показывают, что затраты на пылесвязывание составами на основе латекса могут быть до 10 раз ниже, чем на пылесвязывание водой, а запыленность воздуха над обработанным золоотвалом может не превышать ПДК в течении трех - шести месяцев.

18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ данных, полученных разными исследователями по вопросам комплексной оценки атмосферы по пылевому фактору, а также теоретические и экспериментальные исследования привели автора работы к следующим выводам:

1. Процессы, связанные с транспортировкой и хранением угля и золы, сопровождаются выделением в атмосферу значительного количества пыли, которая относится к тонкодисперсной (80-90% частиц размером менее 10 мкм) и силикозоопасной (с содержанием БЮг более 60 %).

2. Золоотвал Карагандинской ТЭЦ-1 является мощным стационарным источником пылевыделения (Кп> 13,9*106 м3/с), а на прилегающей к нему территории формируются зоны экологического бедствия (Б= 3,3 км2) и чрезвычайной экологической ситуации (8=15 км2), в которых работает до двух тысяч человек и проживает около 50 тысяч человек. Заболевания легких и верхних дыхательных путей среди населения этих районов г. Караганды встречаются в 1,2 раза чаще, чем в среднем по городу.

3. Для решения задачи предупреждения пылеобразования на источнике разработана физическая модель пылевидного материала, исходя из которой описаны процессы взметывания, оседания и рассеяния пыли в воздушной среде. Пылевзметывание представляется как насыщение воздушной средой пылевидного материала, а оседание - как результат действия на одну частицу двух сил: силы тяжести на тело и силы межмолекулярного взаимодействия на поверхность. Результатом действия этих сил становится равновесие между диффузией и оседанием, приводящее к длительному "зависанию" частиц пыли на высоте, определяемой природой поверхности и радиусом частиц.

4. Пути предупреждения пылеобразования заключаются в упрочнении связей между поверхностями в пылевидном материале за счет структурирования. В качестве структурирующих составов нами предложены вода и

водные растворы. Механизм их действия различен, но все составы усиливают взаимодействие поверхностей в пылевидном материале.

5. Для длительного предупреждения пылеобразования рекомендованы пленкообразующие составы, включающие пленкообразователи или их смеси с пылевидным материалом. Использование пылесвязывающих составов, включающих в себя 50% угольной пыли, 0,5% латекса и 1,0% реагента ПО-1, позволяет решить предприятиям Экибастузского топливно-энергетического комплекса (ЭТЭК) несколько эколого-экономических задач: утилизировать любое количество угольной пыли, накапливающейся в местах усреднения и дробления угля (экономико-экологическа задача); предупредить образование и распространение на большие территории пыли в количестве до 2,5 % от транспортируемой массы угля (экологическая задача ); сократить на 2,5 % потери угля в виде пыли (экономическая задача).

7. Использование ггылесвязывающего состава на основе латекса позволяет предупредить пылеобразование на золоотвале ТЭЦ-1 в течение всего сухого периода (6 месяцев). Причем, несмотря на дороговизну компонентов этот способ и состав могут быть дешевле увлажнения поверхности водой до 10 раз.

8. Промышленные технологии нанесения пылесвязывающих составов предусматривают получение эмульсий или паст, их транспортировку на расстояние (до 500 км), а также нанесение на пылящую поверхность ( железнодорожный вагон, золоотвал, штабель и др.).

9. Реализация результатов исследований достигнута через:

- рекомендации путей повышения эффективности пылесвязывания в пылевидном материале для предприятий ЭТЭКа;

- испытания и внедрение составов в золоотвалах и железнодорожных вагонах для структурирования пылевидного материала в массе;

- разработку и внедрение технологий совмещения пылевидного материала и связующих составов на Экибастузском топливно-энергетическом комплексе и на Карагандинских ТЭЦ.

10. Результаты исследований могут быть использованы в угольной промышленности, стройиндустрии чёрной и цветной металлургии и других отраслях, имеющих хранилища сырья или отвалы твердых отходов, находящихся в пылевидном состоянии.

Список публикаций по теме диссертационной работы

1. Старокожева Е.А. Оценка склонности атмосферы города Караганды к загрязнению // В кн.: Химическая экология. - Караганда: Из-во Кар ГУ, 1996.-С. 6-9.

2. Старокожева Е.А. Исследование влияния золоотвалов ТЭЦ на запылённость атмосферного воздуха города Караганды // Совершенствование технологических процессов пищевой промышленности и АПК. / Тез. докл. Рос. научн.-техн. конф,- Оренбург 1996. - С. 167-168.

3. Цыцура A.A., Старокожева Е.А. Разработка методики определения константы скорости смачивания для процессов гидрообеспыливания // В кн.: Обеспыливание в строительстве. - Ростов-на-Дону: Из-во РИСИ, 1990. - С. 19-24.

4. Цыцура A.A., Микушин В.В., Старокожева Е.А. Граничные условия для физического и физико-химического подходов к гидрообеспыливанию // В кн.: Исследование и разработка способов и средств борьбы с дисперсными системами, загрязняющими окружающую среду. - Караганда: Из-во КарГУ, 1995. - С 67-73.

5. Ищук И.Г., Старокожева Е.А. Исследование влияния состава среды на пьшевзмётывание // В кн.: Химическая экология. - Караганда: Из-во КарГУ, 1996. - С. 14-17.

6. Цыцура A.A., Старокожева Е.А. Граничные условия оседания пылевых аэрозолей // Сертификация и управление качеством экосистем на Южном Урале / Тез. докл. Рос. научн.-техн. конф,- Оренбург 1997. С. 43.

7. Тарасова Т.Ф., Старокожева Е.А. Мониторинг состояния загрязнения атмосферы г. Караганды // Состояние и перспективы производства орга-

нических материалов на базе сырьевых ресурсов Центрального Казахстана / Материалы Республ. научн.-практ. конф,- Караганда 1997. - С 200-203.

8. Цыцура A.A., Куприянов А.Н., Старокожева Б.А. Разработка про-тивоэрозионных покрытий для нарушенных земель // Степи Евразии / Материалы международного симпозиума. Оренбург 1997. - С 149-150.

9. Ищук И.Г., Цыцура A.A., Старокожева Е.А. Разработка технологий для нанесения противоэрозионных покрытий на поверхности // Степи Евразии/Материалы международного симпозиума. Оренбург 1997. С 132-133.

Лицензия № ЛР02071Г» от 02.02.93.

Сдано в набор 12.01.98 Формат 60x84 1/16. Бумага пнсчая. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 Заказ 1924

Отнечатанно в Оренбургском государственном университете. 460352, г.Оренбург, ГСП, пр. Победы, 13. Издательство ОГУ