Введение к работе
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".
4 На защиту выносятся следующие основные положения:
-
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.
-
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.
-
Модель пылевидного состояния материала, представляющая пыль и пылевидный материал как единую дисперсную систему и описывающая процессы взмётывания, рассеяния и оседания пыли.
-
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.
5 Научная новизна работы 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 эффектив
ности 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. А.А. Скочинского. В проведении лабораторных и промышленных испытаний принимали участие сотрудники кафедры коллоидной химии, химической технологии и эко-
7 логии Кар ГУ им. Е.А. Букетова. Автор приносит благодарность всем за помощь при проведении исследований.