Совершенствование методов экологического мониторинга пылевого загрязнения воздушной среды в жилых зонах при суммарном воздействии промышленных предприятий

На правах рукописи

ТЕРТИШНИКОВ ИГОРЬ ВИКТОРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПЫЛЕВОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ В ЖИЛЫХ ЗОНАХ ПРИ СУММАРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

05.23.19 Экологическая безопасность строительства

и городского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Волгоград — 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, заслуженный эколог РФ	АЗАРОВ ВАЛЕРИЙ НИКОЛАЕВИЧ
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, заслуженный эколог РФ	ЖЕЛТОБРЮХОВ ВЛАДИМИР ФЁДОРОВИЧ ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный политехнический университет», заведующий кафедрой «Промышленная экология и безопасность жизнедеятельности»
кандидат технических наук	ЗУБКОВА ИРИНА ЮРЬЕВНА Министерство экономики, внешнеэкономических связей и инвестиций правительства Волгоградской области, начальник отдела административных реформ и развития муниципальных образований
Ведущая организация:	ОАО НИИ «Атмосфера»

Защита диссертации состоится 18 мая 2012 года в 1000 на заседании диссертационного совета ДМ 212.026.05 при ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 400074,

г. Волгоград, ул. Академическая, 1, (ауд. Б-203)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Автореферат разослан 18 апреля 2012 года

Ученый секретарь диссертационного совета

Юрьев Ю.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Качество жизни человека напрямую зависит от качества окружающей среды для населения, проживающего в районах расположения предприятий стройиндустрии и от качества производственной среды работающих на предприятии. При осуществлении многих технологических процессов, в частности, при дроблении, истирании, транспортировке порошкообразного сырья и продуктов и т. д., в рабочие зоны предприятий выделяется большое количество мелкодисперсной пыли, которая, в свою очередь, под влиянием различных климатических факторов переносится в жилые зоны, расположенные вблизи промышленных предприятий.

В настоящее время с медицинской точки зрения достаточно изучен патогенез воздействия пылевых частиц, на организм работающего, причем их размер является очень важным фактором. Вследствие этого, особое значение приобретают вопросы, связанные с исследованием дисперсного состава пыли и фракционной концентрации пыли в воздухе рабочих и жилых зон.

В мировой практике с учетом рекомендаций Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в ряде стран, в том числе и в России, осуществлен переход на нормирование содержания в воздушной среде частиц пыли с размерами не более 2,5 мкм (или) 10 мкм. Главным эффектом воздействия от вдыхания частиц РМ10 и РМ2,5 на организм человека является проникновение в верхние дыхательные пути и легкие, что вызывает повреждение легочной ткани, респираторные заболевания. Следует отметить, что результаты ряда исследовательских проектов свидетельствуют о целесообразности нормирования мелких частиц (РМ10 и РМ2,5) вследствие их различного действия на организм человека и длительности нахождения во взвешенном состоянии в воздухе.

Изучение природы образования мелкодисперсных частиц (РМ10 и РМ2,5) на предприятиях строй индустрии юга Волгограда, их элементного состава, способа воздействия на организм человека, привело к выводам о наличии в их составе цеолитов - природных и искусственных минералов, которые, имея пористую структуру, благодаря высоким сорбирующим свойствам, могут захватывать продукты выбросов предприятий химического и нефтехимического комплекса многократно усиливая степень негативного воздействия на органы дыхания, сердечно - сосудистую и иммунную систему человека.

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

Цель работы - снижение негативного воздействия предприятий строй - индустрии на воздушную среду жилой зоны посредством повышения качества прогноза запыленности атмосферного воздуха. Исследование  и сопоставление различных методик микроскопического анализа дисперсного состава с применением ПК для использования наиболее точной в системе мониторинга воздушной среды.

Для достижения поставленной цели в работе решались основные задачи:

- сравнение различных методик измерения концентрации дисперсного состава пыли, с целью определения долей мелких фракций (РМ10 и РМ2,5) для ряда предприятий строй индустрии;

- анализ дисперсного состава пыли (РМ10 и РМ2,5) в жилых зонах, при суммарном воздействии выбросов предприятий строй индустрии химической промышленности и энергетики;

- анализ качества вентиляционного воздуха, поступающего в рабочую зону, в частности комплекса чистых помещений, из воздухозаборных устройств, расположенных в жилых зонах, производственных зонах и на границе санитарно-защитных зон;

- экспериментальное исследование влияния выбросов пыли предприятиями стройиндустрии на качество воздушной среды жилой зоны (на примерах завода ЖБИ и кирпичного завода);

- исследование механизма улавливания частицами пыли строительных производств органических соединений, содержащихся в выбросах предприятий химической промышленности и энергетики, расположенных в непосредственной близости друг от друга, изучение поровой структуры частиц пыли строительных производств;

- разработка принципов организации, схем мониторинга пылевого загрязнения воздуха мелкодисперсными фракциями жилой зоны при суммарном воздействии предприятиями стройиндустрии, химической промышленности и энергетики;

- разработка расчётной математической модели для оценки доли пылевых выбросов от предприятий стройиндустрии, загрязняющих производственную и жилой зону.

Основная идея работы состоит в совершенствовании системы мониторинга загрязнения воздушной среды жилой зоны мелкими фракциями пыли при суммарном воздействии предприятий стройиндустрии, химической промышленности и энергетики в соответствии с введенными в действие гигиеническими нормативами ГН 2.1.6.2604-1.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, натурные, теоретические и лабораторные исследования, математическую обработку экспериментальных данных методами математической статистики и анализа с применением ПЭВМ.

Достоверность научных исследований и выводов работы обоснована применением классических положений теоретического анализа, моделированием изучаемых процессов, планированием экспериментов и подтверждена удовлетворительной сходимостью полученных данных экспериментальных исследований в лабораторных и натурных условиях с результатами теоретических обобщений и данными других авторов.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- экспериментально доказано усечённое логарифмически-нормальное распределение дисперсного состава пыли в воздухе городской среды, жилых зонах, на границах санитарно-защитных зон (СЗЗ), в приточных вентиляционных системах, системах аспирации, и других инженерно-экологических системах;

- изучен механизм улавливания частицами пыли строительных производств органических соединений, содержащихся в выбросах предприятий химической промышленности и энергетики, расположенных в непосредственной близости друг от друга и поровая структура частиц пыли строительных производств;

- предложена система подбора защитных мероприятий по снижению негативного воздействия пылевых частиц (РМ10 и РМ2,5) на загрязнение атмосферы производственной и жилой зоны;

- разработана математическая модель для оценки доли пылевых выбросов от предприятий стройиндустрии, загрязняющих производственную и жилой зону.

Практическое значение работы:

- разработаны мероприятия по контролю и прогноза запылённости атмосферного воздуха производственной и жилой зоны,

- разработаны методики подбора защитных мероприятий, позволяющие обеспечить комплексное снижение негативного воздействия пылевых частиц (РМ10 и РМ2,5).

Использование результатов работы:

- разработана и передана в ОАО «Промстройконструкция», ОАО «Волгохимремонт», ООО «Волгмехстрой», ОАО «Югспецстрой», система подбора защитных мероприятий по снижению экологической нагрузки на окружающую среду;

- рекомендации по совершенствованию системы мониторинга загрязнения воздушной среды жилой зоны мелкими фракциями пыли при суммарном воздействии предприятий стройиндустрии, химической промышленности и энергетики использованы на предприятии ОАО «Промстройконструкция», ОАО «Волгохимремонт», ООО «Волгмехстрой», ОАО «Югспецстрой»;

- материалы диссертационной работы использованы для подготовки учебных пособий и лекционных курсов кафедрой БЖДТ ВолгГАСУ при подготовке инженеров по специальности «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» (280101); «Защита окружающей среды» (280200.68); «Инженерная защита окружающей среды» (280202).

На защиту выносятся:

- результаты анализ дисперсного состава пыли (РМ10 и РМ2,5) в жилых зонах, при суммарном воздействии выбросов предприятий строй индустрии химической промышленности и энергетики;

- обоснование механизма улавливания частицами пыли строительных производств органических соединений, содержащихся в выбросах предприятий химической промышленности и энергетики, расположенных в непосредственной близости друг от друга, изучение поровой структуры частиц пыли строительных производств;

- математическая модель для оценки доли пылевых выбросов от предприятий стройиндустрии, загрязняющих производственную и жилой зону;

- методика контроля и оценки дисперсного состава и концентрации пылевых частиц (РМ10 и РМ2,5) в воздухе рабочих, санитарно-защитных, и жилых зон, для мониторинга соответствия гигиеническим нормативам ГН 2.1.6.2604-10

- система подбора защитных мероприятий по снижению экологической нагрузки на окружающую среду.

Апробация результатов диссертации.

Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Экологическая безопасность и безопасность жизнедеятельности» (Тобольск 2012 г.), ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет (Волгоград, 2009-2011).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 9 работах, в том числе 3-х изданиях, рекомендованных ВАК РФ

Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения. Списка используемой литературы из 115 наименований, и приложений. Общий объём диссертации включает 144 страницы, содержит 25 рисунков и 27 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель, задачи и основная идея работы, её научная новизна и практическая значимость, приведены сведения об апробации и внедрении результатов проведённых исследований.

В первой главе работы проведен анализ влияния предприятий строительной индустрии на загрязнение атмосферы производственной и жилой зоны пылевыми выбросами, изучены исследования нормирования мелкодисперсных твёрдых взвешенных частиц в России и за рубежом, рассмотрены современные методы измерения (РМ10 и РМ2,5)в городских условиях. На предприятиях стройиндустрии пыль является одним из основных производственных факторов, который воздействует как на производственную, так и на окружающую среду. Поскольку наибольшую опасность представляют частицы пыли малого размера, которые способны проникать в легкие человека, в настоящее время в ряде стран, в том числе и в России, нормируется содержание в атмосферном воздухе частиц с размерами не более 2,5 мкм (РМ2,5) и не более 10 мкм (РМ10). Учитывая высокую степень опасности здоровью человека именно мелких частиц, для объективной оценки степени воздействия пыли на здоровье человека и окружающую среду необходимо определение концентраций частиц малых размеров в воздухе рабочих и санитарно-защитных зон.

Система контроля и оценки дисперсного состава и концентрации частиц именно малых размеров в воздухе рабочих, санитарно-защитных и жилых зон на данный момент отсутствует, что не позволяет объективно оценить степень воздействия пыли на качество производственной и окружающей сред. Это пример одной из самых актуальных проблем экологической безопасности и охраны труда, где необходимо знание дисперсного состава пыли в воздушной среде предприятий и прилегающих жилых зон. Для решения поставленных задач, предложена методика микроскопического анализа дисперсного состава с применением персонального компьютера (ПК).

В настоящее время в теории и практике оценки пылевой обстановки в рабочей зоне предприятий и условий функционирования инженерно-экологических систем принят детерминированный подход к измерению и описанию дисперсного состава пыли, который представляется в виде дифференциальных или интегральных кривых как содержание среднего числа частиц данного размера или их массы. Исследованиями в этой области занимались Азаров В.Н., Богуславский Е.И., Коузов П.А., Мечик В.Л., Ромашов Г.И.,Самсонов В.Т, Черный Л.М. и др. Например, наиболее часто используется интегральная функция распределения массы частиц по диаметрам или функция прохода D(dч), т.е. доля частиц пыли, прошедших через сито с заданным размером ячеек dч, в общей массе просеиваемой пробы, выраженная в процентах.

Во второй главе проведены исследования дисперсного состава и физико-химических свойств пыли. В качестве исследуемых объектов были выбраны: ОАО «Промстройконструкция», ООО «Универсал». ВФ ИК СО РАН. Отбор проб проводили в жилой зоне, зоне загрязнения территории организованными и неорганизованными источниками, рабочей зоне предприятий. Особое внимание уделялось исследованию дисперсного состава пыли улавливаемой системой подготовки воздуха комплекса чистых помещений (КЧП), где для очистки приточного воздуха используются фильтры грубой очистки класса G4, фильтры тонкой очистки класса F8. В качестве последней ступени очистки используются фильтры высокоэффективной очистки класса H13, расположенные в распределителях воздуха и герметично соединенные со стенками чистого отсека.

Расчет концентрации пыли по фракционному составу СD(d)проводили по формуле:

, (мг/м3) (1)

где D(dч) – содержание частиц пыли (%), в определяемом дисперсионном диапазоне, установленном по размеру (диаметру) пылевидных частиц (dч);

С - массовая концентрация пыли в пробе воздуха (газа), мг/м3.

(2)

где m – привес пыли на фильтре, определенный гравиметрическим методом как разность весов фильтра после и до отбора пробы, мг;

V0 – отобранный объем воздуха (газа), м3

Полученные результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1. Исследование дисперсного состава и концентрации твердых частиц в системе подготовки воздуха комплекса чистых помещений (КЧП)

Номер замера	D(dч) PM2,5, %	CD(PM2,5) мг/м3	D(dч) PM10, %	CD(PM10) мг/м3	Средняя концентрация, мг/м3
Первая ступень очистки
1.1	следы	следы	0,4	0,005	1,27
1.2	следы	следы	0,4	0.004	1,27
Вторая ступень очистки
2.1	1	0,003	71	0,19	0,25
2.2	0,33	0,0008	54	0,013	0,25

Интегральные функции распределения массы частиц по диаметрам для пыли в 1 и 2 ступенях очистки воздуха комплекса чистых помещений ВФ ИК СО РАН представлены на рис.1.

а б

Рис. 1 Интегральные функции распределения массы частиц по диаметрам для пыли, отобранной на фильтрах первой и второй ступенях системы подготовки воздуха комплекса чистых помещений ВФ ИК СО РАН: а – для пыли на фильтре первой ступени очистки; б – для пыли на фильтре второй ступени очистки.

С целью выбора наиболее точной методики определения дисперсного состава пыли в системе экологического мониторинга был проведен анализ дисперсного состава пыли по стандартной методике «Методические указания по определению объёма и запылённости технологических газов в газоотходах», Новосибирск, 1983. и с помощью лазерного анализатора размеров частиц MASTERSIZER, модификация Micro, 2000, 2000Е, используемого НИЦ ОАО «Каустик».

Анализ полученных результатов (рис. 2) показал, что совпадение кривых с достаточной степенью точности наблюдается для частиц с диаметром до 20мкм, после чего несовпадение результатов становится существенным, и позволяет сделать вывод о большей точности стандартной методики исследования дисперсного состава пыли для величин РМ10, РМ2,5.

а б

в г

Рис. 2  Интегральные функции распределения массы частиц по диаметрам для проб пыли отобранных на ОАО «Промстройконструкция»:

а – пробы из цементной банки на открытой площадке; б – пробы из цементной банки внутри цеха; в – пробы из циклона, расположенного на улице; г – пробы на подаче щебня внутри БСО: 1 - микроскопический метод; 2 - лазерный метод

Подтверждением этого служит результаты исследования пыли в производственной зоне ВФ ИК СО РАН (рис. 3).

Рис. 3 Интегральные функции распределения массы частиц по диаметрам для пыли в производственной зоне ВФ ИК СО РАН: 1 - микроскопический метод; 2 - лазерный метод;

На рис.4 даны результаты исследования дисперсного состава, проведенные методом лазерного измерения в жидкой среде с помощью прибора SALD-2101 Laser Diffraction Particle Size Analyzer (SHIMADZU).

а б

в г

Рис. 4 Интегральные функции распределения массы частиц по диаметрам для пыли:

а - с производственной зоны ВФ ИК СО РАН; б – с золоотвала; в – с первой ступени системы вентиляции КЧП ВФ ИК СО РАН; г – со второй ступени системы вентиляции КЧП ВФ ИК СО РАН:

1 - после проведения исследования микроскопическим методом; 2 - кривая после проведения исследования лазерным методом в газовой среде; 3 - кривая после проведения исследования лазерным методом в жидкостной среде;

Измерение проводилось в кварцевой кювете, куда помещался растворитель (дистиллированная вода) и определенное количество анализируемой суспензии. Результаты измерения обрабатывались в программном пакете WingSALD-2101 и выданы в виде дифференциального и интегрального распределения частиц по размерам.

Рассмотрев графики рис.4 (а, б, в, г), можно сделать вывод, о том, что при исследовании лазерным методом в жидкостной среде полученные значения имеют систематически заниженные значения распределения по сравнению с теми, которые были получены с использованием других методов измерений. Данный эффект, возможно, является следствием поверхностного натяжения жидкости, которые удерживают на поверхности раствора микрочастицы до 8 – 12 мкм, и они становятся невидимыми для лазерного счётчика частиц. Другим объяснение данного явления может быть процесс коагуляции исследуемой субстанции в жидкой среде, т.е. образования агрегатов - более крупных (вторичных) частиц, в результате чего происходит «потеря» мелких частиц. Наконец, вполне разумным объяснением наблюдаемого эффекта является неоднородность пыли по элементному составу и, соответственно плотности частиц. Присутствие микрочастиц с различным удельным весом, например древесной и органической пыли приводит к тому, что часть частиц всплывают в кварцевой кювете, что делает невозможным рассчитать их истинное распределение. Часть микрочастиц с высокими значениями плотности (содержащих металлы) при перемешивании в кварцевой кювете наоборот, остается на дне кюветы и не попадает в поле лазерного луча, что тоже изменяет наблюдаемую картину распределения.

Таким образом, можно заключить, что метод лазерного измерения в жидкой среде с помощью прибора SALD-2101 Laser Diffraction Particle Size Analyzer (SHIMADZU), в ряде случаев не приводит к правильным результатам при исследовании поли элементной пыли, которая, как правило, присутствует в городской среде. По этой причине наиболее приемлемыми методами являются те, которые основаны либо на прямом микроскопическом измерении частиц, либо на рассеянии лазерного луча на частицах пыли в газовой фазе.

В третьей главе проведен теоретический анализ процессов обеспылевания, пылеулавливания и пылепереноса на основе использования стохастических дифференциальных уравнений для математического моделирования задач по защите окружающей среды.

При рассмотрении задач, возникающих при организации мониторинга важно оценить вероятность превышения реальной концентрации С мг/ м3, РМ10 и РМ2,5 не только максимально разовых значений, но и среднесуточных и среднегодовых. Так например, одной из решаемых задач было экспериментальное исследование зависимости между долями мелких фракций (РМ10 и РМ2,5) на источнике выбросов и границе СЗЗ для предприятий стройиндустрии ОАО «Промконструкция», ООО «Универсалстрой». Проведены исследования, в ходе которых установлено, что процессы производства строительных материалов не являются стационарными вследствие неоднородности свойств материалов, сбоев в работе машин и механизмов, и др. технологических особенностей. Поэтому запыленность выбрасываемого в атмосферу воздуха колебалась в некотором диапазоне. Для получения достоверных данных в ходе мониторинговых исследований, в течение 50 дней в разный годовой и суточный период производилось по несколько серий замеров в воздушных потоках систем аспирации, пневмотранспорта, в воздухе рабочих зон, находящихся на территории предприятия и на границах санитарно – защитной зоны. Обследования проводились на 2 предприятиях строительной индустрии южной части Волгограда. Одновременно производился отбор проб для дисперсного анализа состава пылевоздушной смеси. Для контроля полученных данных параллельно проводились замеры приборами фирмы MINI Wall, MASTERSIZER, SHIMADZU, позволяющими определить содержание взвешенных частиц размером менее 10 мкм, менее 2,5 мкм.

Измерения запыленности проводились практически одновременно во всех замерных сечениях и точках, чем обеспечивалась идентичность отбора проб в каждом из сечений режиму работы системы и поступления пыли.

Замеры на границе санитарно – защитной зоны производились на расстоянии 100 метров от источников выбросов по направлению преобладающего ветра, значение РМ10 колебалось в довольно узком диапазоне. На источниках выброса она составляла 4,7 – 5,8 % от общей концентрации, после циклонов 5 – 8,6%, после пылеуловителей на встречных закрученных потоках – 7,1 – 8,8 % и 10,1– 12,6 % после тканевых фильтров. Расчетное значение РМ10 определяется на основании измерений и последующей аппроксимации по изложенной выше методике. На границе санитарно – защитной зоны увеличение доли РМ10 в концентрации твердых частиц составляет от 52 до 71 %, при этом стохастическая связь определяется выражением:

,

(3)

где Ссзз – концентрация твердых частиц в воздухе санитарно- защитной зоны, мг/м3;

Сист – концентрация пыли в выбросе источника, мг/м3;

Крмф – коэффициент, характеризующий рассеивание мелких фракций.

Коэффициент Крмф является случайной величиной для каждого из основных видов производств, достаточно высок и изменяется в пределах от 0,59 до 0,92.

На основании проведённых исследований (рис. 5) представлены функции плотности распределения значений D(dч) в сечениях случайной функции прохода D(dч,) для пыли, содержащейся в воздухе жилой зоны вблизи производств силикатного кирпича и ЖБИ.

Рис. 5

а) б) Функции плотности распределения  значений D(dч) в сечениях случайной функции прохода D(dч,) для пыли содержащейся в воздухе жилой зоны вблизи: а) – производства силикатного кирпича; б) – производства ЖБИ; 1 – для dч = 2,5 мкм, 2 – для dч =10 мкм.

Важнейшей характеристикой пылевой обстановки на предприятии следует считать интегральную фракционную концентрацию Сф(dч) пыли в воздухе рабочей зоны, в выбросах в атмосферу и в жилой зоне соответствующую массовой концентрации всех частиц с размерами от dmin до dч, которую также можно рассматривать как случайную функцию. Во многих случаях функцию Сф(dч) можно представить как произведение общей концентрации пыли С0, которая также может рассматриваться как случайная величина, и случайной функции прохода D(dч,):

.

(4)

где dч, – диаметры частиц

Рассмотрим задачу в общем случае. Оценим вероятность того, что фракционная концентрация превосходит величину норматива РМ10норм, т.е. найдем Р(РМ10>РМ10 норм). Как отмечалось выше, мощность пылевыделений и, следовательно, общая концентрация пыли в воздухе жилой зоны C0, являющаяся случайной величиной, функция прохода D(dч) массы частиц пыли для значения dч=dнорм, также является случайной величиной. Во многих случаях при этом величина выброса от источников загрязнения не зависит от колебаний дисперсного состава выбросов.

Вероятность того, что значение случайной функции прохода для dч=10 мкм не превышает РМ10норм /С0 равна величине

,		(5)
где fD10	- дифференциальные функции распределения случайной величины функции D(dч) прохода массы частиц пыли по диаметрам при dч = 10 мкм.

Применив формулу полной вероятности, получим:

,

(6)

где fc – функция распределения случайной величины концентрации С0.

Таким образом, на основании функций распределения fc и fD10, построенных по замерам общей концентрации и дисперсного состава пыли в воздухе рабочей зоны по формуле (6) можно рассчитать риск (вероятность) превышения фракционной концентрацией норматива: Р(РМ10 > РМ10норм).

Аналогично будет выглядеть формула превышения норматива и для РМ2,5. Например, рассечение, приведенное для результатов исследования проб на предприятиях ОАО «Промстройконструкция», ООО «Универсал» показали, что уровень превышения норматива РМ10 составил 0,12 и 0,5 мг/м3 соответственно, а также для РМ2,5 составил 0,10 и 0,05 мг/м3.

В четвёртой главе изучен механизм механизма улавливания частицами пыли строительных производств органических соединений, содержащихся в выбросах предприятий химической промышленности и энергетики, расположенных в непосредственной близости друг от друга. Образцы пыли были получены: на источнике пыления (золоотвал), и в жилой зоне, находящейся в окружении ГРЭС; на источниках выбросов ОАО «Промстройконструкция», на фильтрах системы подготовки воздуха и в производственной зоне ВФ ИК СО РАН. Элементный анализ частиц пыли выполнен рентгеноспектральным флуоресцентным методом на анализаторе ARL -Advant'x c Rh- анодом рентгеновской трубки.

На основе проведённого исследования получены результаты:

- для пыли золоотвал ГРЭС ( весовой %):

Элементы до F-49,85; Si-28,63; Al-13,93; Fe-3,89; Ca-1,37; Ti-0,8; K-0,67; P-0,24; Mg-0,15; Ba-0,13; Na-0,09; S-0,08; Mn-0,07; Sr-0,05; Zr-0,03; Cl-0,011; Cu-0,01; Zn-0,009; Y-0,006; Ni-0,002.

- для пыли в воздушной среде жилой зоны (весовой %):

Элементы до F- 65,94; Si- 20,37; Al- 10,15; Cl- 3,3; Fe- 0,1; K- 0,011; Na- 0,04; Ca- 0,035; Ti- 0,024; S- 0,013; Mn- 0,004.

- для образцов пыли ВФ ИК СО РАН для пыли производственной зоны;

О-62,72; Si-7,9; Al-9,98; Fe-3,1; Ca- 6,9; Na- 0,43; K-0,49; Ti-0,15; Mg-0,93; P-0,31; S-1,45; Mn-0,03; Cl-5,25; Cu-0,01; Zr-0,002; Zn-0,14; Cr-0,04; Pb-0,05; Ba-0,02; Ni-0,02; Sr-0,03; Br-0,007.

На рис. 6-9 представлены фотографии частиц пыли из производственного корпуса ВФ ИК СО РАН с различным увеличением.

Рис. 6 Фотография частиц пыли Рис. 7 Фотография частиц пыли

с увеличением х 100 с увеличением х 300

Рис. 8 Фотография частиц пыли Рис. 9 Фотография частиц пыли

с увеличением х 1 000 с увеличением х 3 000

На Рис. 8 и 9 отчётливо видны кристаллы остроугольной формы. Изучена поровая структура частиц пыли и распределение пор по размерам на основании анализа изотерм сорбции-десорбции.

Проведенные исследования показали, что частицы исследуемой пыли могут быть отнесены к классу цеолитов. Цеолиты, как известно, имеют регулируемую поровую структуру и одинаковы размер пор, и способных к селективному поглощению ряда веществ, в частности, органических.

Данное предположение подтверждено результатами исследования проб строительной пыли из производственной зоны ВФ ИК СО РАН, на которую влияет хлорное производство ОАО «Каустик», увеличивая содержание органических веществ на поверхности микрочастиц пыли. Анализ был произведен на хроматомасс-спектрометре Ajilent 7000B c тройным квадрупольным детектором, для десорбции проб был использован термодесорбер Markes Unity 2. Пыль некоторое время находилась в воздухе и сорбировала на свою поверхность различные органические соединения. Установлено содержание соединения серы, ксилол, гексан, триметилбензол, метилстирол, додекан, нафталин, пиридин, бифенил, пситадекан, бензопенон, ароматика.

Таким образом, проведение исследований показывает, что при разработке системы мониторинга пылевого загрязнения в жилой зоне необходимо учитывать следующее:

- необходимо учитывать сорбирующие свойства минеральной пыли.

- элементный состав загрязняющих веществ в пыли на источниках загрязнения, источниках выбросов и в замерах жилой зоны не одинаков. Ряд элементов, присутствующих в источниках выбросов не доходит до жилой зоны (рассеивается, оседая в поверхностном слое почвы);

- уменьшение доли металлов (в т.ч. тяжёлых), увеличение доли элементов до фтора, указывает на то, что при расчете рассеивания и оценки других гигиенических нормативов (например, РМ10 и РМ2,5) следует учитывать как плотность веществ, так и размер частиц.

.

Рис. 10. Хроматограмма, масс-спектрометров органических соединений с поверхности строительной пыли производственной зоны ВФ ИК СО РАН

Учитывая высокую токсичность органических соединений, впитываемых пылью, способность микрочастиц РМ10 и РМ2,5, проникать в верхние дыхательные пути и альвеолы лёгких, способность некоторых ароматических соединений при нагреве до температуры человека, выделяться из микропор пыли, образовывать новые соединения, возможно более токсичнее исходных, следует сделать вывод о том, что микро частицы пыли РМ10 и РМ2,5, образованные в процессе производства стройматериалов, проведения работ по строительству и реконструкции объектов, находящихся в санитарно-защитных зонах предприятий химического, нефтехимического комплекса и энергетики, обладают вторичными поражающими факторами, усиливая степень негативного влияния на организм человека.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе снижение негативного воздействия предприятий стройиндустрии на воздушную среду жилой зоны посредством повышения качества прогноза запыленности атмосферного воздуха.

На основании полученных натурных, теоретических, экспериментальных и лабораторных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Проведен анализ воздействия микрочастиц пыли строительных производств РМ10 и РМ2,5, на организм человека. Установлено, что контроль содержания таких частиц в воздухе должен быть положен в основу при разработке системы экологического мониторинга.

2.Дисперсный состав пыли в воздухе городской среды, жилых зонах, на границах СЗЗ, в приточных вентиляционных системах, системах аспирации, и других инженерно-экологических системах, подчиняется усечённому логарифмически-нормальному распределению.

3. Проведен сопоставительный анализ известных методик определения дисперсного состава: микроскопическим методом, лазерным методом в газовой среде и лазерным методом в жидкостной среде. На основе проведенных исследований для использования в системе экологического мониторинга может быть использована стандартная микроскопическая методика, как более точная.

4. Разработана математическая модель для оценки доли пылевых выбросов от предприятий стройиндустрии, загрязняющих производственную и жилой зону.

5. Изучен механизм улавливания частицами пыли строительных производств органических соединений, содержащихся в выбросах предприятий химической промышленности и энергетики, расположенных в непосредственной близости друг от друга и поровая структура частиц пыли строительных производств. Установлено, что исследуемая группа пыли относится к классу цеолитов, способных к селективному поглощению ряда веществ, в частности органических.

6. Предложена система подбора защитных мероприятий по снижению негативного воздействия пылевых частиц (РМ10 и РМ2,5) на загрязнение атмосферы производственной и жилой зоны в системе экологического мониторинга.

7. Рекомендации по совершенствованию системы мониторинга загрязнения воздушной среды жилой зоны мелкими фракциями пыли при суммарном воздействии предприятий стройиндустрии, химической промышленности и энергетики использованы на предприятии ВФ ИК СО РАН, ОАО «Югспецстрой».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

Публикации в ведущих рецензируемых научно-технических

журналах и изданиях

1. Азаров В.Н. Об оценке концентрации мелкодисперсной пыли (РМ10 и РМ2,5) в воздушной среде. / Азаров В.Н., Тертишников И.В., Калюжина Е.А., Маринин Н.А. // Вестник ВолгГАСУ. Сер. Строительство и архитектура. – Вып. 25(44) - 2011. - С. 402-407.

2. Азаров В.Н. Нормативы РМ10 и РМ2,5 как социальные стандарты качества жизни и критерии оценки пылевой обстановки в районах расположения предприятий стройиндустрии. / Азаров В.Н., Тертишников И.В., Маринин Н.А. 2012. Научно-технический и производственный журнал «Жилищное строительство» Вып. 3

3. Исследование дисперсного состава пыли строительных производств при решении задач охраны труда и экологической безопасности / Карапузова Н.Ю., Чижов Н.И., Тертишников И.В., Мартынова О.А // Интернет-вестник ВолгГАСУ. Политематическая серия. - Волгоград, 2012. - Вып.1 (20). URL: http://vestnik.vgasu.ru/

Публикации в других изданиях

4. И.В. Тертишников. Система контроля РМ10 и РМ2,5 как актуальная проблема защиты окружающей среды в районах расположения предприятий стройиндустрии. Тобольск. Всероссийская научно-практическая конференция (с международным участием) Экологическая безопасность и безопасность жизнедеятельности: Современные проблемы и поиски решений. Апрель 2012 г.

5. И.В. Тертишников, Д.А.Черноморова. Современные принципы нормирования мелкодисперсных твёрдых взвешенных частиц ТВЧ-10, ТВЧ-2,5 в мировой практике. Сб. материалов. Проблемы охраны производственной и окружающей среды. Волгоград 2009. стр. 135-139

6. Реализация основных принципов при проектировании и строительстве комплекса чистых помещений / Тертишников И.В. // Проблемы охраны производственной и окружающей среды: сборник материалов и научных трудов инженеров-экологов. Волгогр. гос. арх.-строит. университет – Волгоград, 2011. Вып. 3 – С. 73-76.

7. О влиянии на элементный состав пылевого загрязнения воздушной среды жилой зоны выбросов в атмосферу ГРЭС / Тертишников И.В. // Проблемы охраны производственной и окружающей среды: сборник материалов и научных трудов инженеров-экологов. Волгогр. гос. арх.-строит. университет – Волгоград, 2012. Вып. 4 – С. 73-76

8. Организация отбора проб и выполнение лабораторных исследований промышленных выбросов / Тертишников И.В. // Проблемы охраны производственной и окружающей среды: сборник материалов и научных трудов инженеров-экологов. Волгогр. гос. арх.-строит. университет – Волгоград, 2012. Вып. 4 – С. 64-68.

9. Использование стохастических дифференциальных уравнений для математического моделирования задач по защите окружающей среды / Тертишников И.В. // Проблемы охраны производственной и окружающей среды: сборник материалов и научных трудов инженеров-экологов. Волгогр. гос. арх.-строит. университет – Волгоград, 2012. Вып. 4 – С. 69-72.

ТЕРТИШНИКОВ ИГОРЬ ВИКТОРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПЫЛЕВОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ В ЖИЛЫХ ЗОНАХ ПРИ СУММАРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

05.23.19 Экологическая безопасность строительства

и городского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Подписано в печать 11.04.2012 г. Заказ № 265 Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0

Формат 60 х 84 1/16

Бумага писчая. Печать плоская.

Волгоградский государственный архитектурно–строительный университет

400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1.

Сектор оперативной полиграфии ЦИТ