Оценка современных мероприятий инженерной защиты атмосферы в коммунальном подземном строительстве Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Е.Ю. Куликова, 2002

УДК 624:521

Е.Ю. Куликова

ОЦЕНКА СОВРЕМЕННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ АТМОСФЕРЫ В КОММУНАЛЬНОМ ПОДЗЕМНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ажбсшіе активными загрязнителями аІмосЕерьі при строительстве коммуНальнЫх подземных сооружений являются горно-строительные площадки, подъездные пути и горные выработки.

Наиболее сложная техническая задача - борьба с выбросами в атмосферу городов различных газов из канализационных тоннелей в процессе их эксплуатации.

Как показывают данные практики решения этой проблемы в Японии, странах Скандинавии, Западной Европы необходимо, прежде всего, добиться снижения концентрации вредных веществ на очистных сооружениях заводов, стоки которых подключаются к тоннелям; создания в тоннелях системы организованной вентиляции, взаимоувязанной с гидравлическими параметрами тоннелей и шахтных перепадов, установкой фильтров нейтрализации выбрасываемых газов. Влияние вредных газов при строительстве коммунальных тоннелей можно снизить применением ком-

Таблица 1

прессоров с электроприводом. Эксплуатацию грузового технологического автотранспорта в ночное время можно исключить за счет применения специальных бункеров-накопителей грунта и бетона.

В настоящее время широкое распространение получают приборы контроля атмосферы, краткая характеристика которых представлена в табл. 1.

В настоящее время основные мероприятия инженерной защиты атмосферы от пыли и аэрозолей направлены на предупреждение выбросов загрязнений в воздух путем их технологической обработки.

Обязанности предприятий по охране чистоты атмосферы подразделяются на 3 основных группы:

1. сокращение, а в последующем полная ликвидация выбросов в атмосферу путем реконструкции производства, экологического совершенствования техпроцессов, улучшения качества сырья, режима работы и культуры эксплуатации оборудования, утилизации отходов производства, усо-

вершенствования защитных установок;

2. обеспечение бесперебойной работы пылеуловителей;

3. создания вокруг каждого предприятия защитных зон.

В отечественной практике известно более двухсот различных конструкций аппаратов для очистки промышленных загрязнений от пыли. Несмотря на многообразие, все они являются вариантами аппаратурного оформления, где, в основном, использованы принципы осаждения или задержания взвешенной пыли.

Одним из главных критериев выбора аппаратуры и технологии очистки является эффективность пылеулавливания и коэффициент очистки, который определяется отношением количества уловленной пыли 1у к количеству пыли, поступающей с газами на очистку 1в:

!У

7 = 100 — , %. (1)

в

С точки зрения охраны воздушного бассейна большее значение приобретает другой критерий - валовый выброс пыли В, кг/ч.

В = 1в - 1у , (2)

или, используя формулу (1):

В = 1в (1 - 17). (3)

Как следует из формулы (3), величина валового выброса зависит не только от коэффициента очистки, но и от пылевой нагрузки, которая, в свою очередь, определяется производительностью технологическо-

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИБОРОВ КОНТРОЛЯ АТМОСФЕРЫ

Наименование технических средств Принцип действия измерителя Диапазон измерения Погрешность измерения без учета дестабилизирующих факторов

Измеритель содержания взвешенных твердых частиц (пылемер) Поглощение Р-частиц 0-10 мг/м3 7%

Анализатор оксида серы Ультрафиолетовый неимпульсный флуоресцентный анализатор 0-20000 ррЬ 1%

Анализатор оксида углерода Недесперсионный инфракрасный анализатор (фотометр) 0-50 ppm 0,1 ppm

Анализатор оксида азота Хемилюминесцентный фотометрический детектор 0-4000 ррЬ 10%

Анализатор оксида озона Фотометрический ультрафиолетовый анализатор 0-1000 ppm 1%

Анализатор метана и неметановых углеводородов Газовый хроматограф с ионизирующим детектором водородного пламени 0-1, 0-10, 0-50, 0-100, 0-200, 0-500, 01000, 0-2000, 0-5000, 0-10000 ppm 1%

го агрегата.

Коммунальное подземное строительство связано с ограничением рабочего пространства, поэтому до настоящего времени для пылеулавливания применялись лишь мокрые фильтрующие системы, отличающиеся небольшими габаритами. Однако мокрые фильтры обладают следующими существенными недостатками:

• не предотвращают поступление на вход в забой всей суммарной концентрации мельчащей пыли, которая собирается в воздухе тоннеля на пути к месту ведения работ;

• содержание пыли в очищенном воздухе мокрых пылеуловителей может повышаться с ростом концентрации пыли в исходном воздухе;

• мокрые высокопроизводительные пылеуловители с уровнем очистки 99,95% задерживают частицы >1мкм. Однако именно частицы размером порядка 0,3 мкм являются наиболее опасными для дыхательных путей человека.

В свою очередь воздушные фильтры обладают следующими достоинствами, позволяющими находить им широкое применение в городском подземном строительстве:

• широкие возможности варьирования компоновки фильтров с минимальными габаритами позволяют использовать их на весьма малых пространствах;

• отсутствие зависимости между исходной и «остаточной» концентрациями пыли в воздухе. Независимо от уровня содержания пыли в исходном воздухе и ее гранулометрического состава в пределах спектра рассеивания, очистка воздуха в подземных помещениях может быть обеспечена до уровня остаточной концентрации пыли в пределах 0,2-0,3 мг/м3;

• гранулометрический предел очищенного воздуха после воздуш-Таблица 2

ных фильтров показывает, что при уровне очистки 99,99% нижний предельный размер задерживаемого зерна равен 0,05 мкм, т.е. ниже того предела частиц, начиная с которого задерживается пыль в легких.

Некоторые мероприятия инженерной защиты воздуха от пыли при открытом способе строительства коммунальных подземных объектов приведены в табл. 2.

Наряду с интенсивной борьбой с пылью и аэрозолями, особое внимание при выборе мероприятия инженерной защиты атмосферы уделяется другим вредностям: газам и различным органическим растворителям. Одним из ведущих направлений решения этой задачи является применение термического метода обезвреживания газов с использованием энергии их вредных компонентов.

Способ очистки газового потока характеризуется 5 группами факторов:

1. состав используемого оборудования;

2. необходимые ресурсы;

3. параметры входного и выходного потоков (КОГ);

4. влияние на основной процесс;

5. вариант использования газового потока.

Коэффициент очистки газового потока рассчитывают по отдельным элементам

п - п

КОГі -

и по потоку в целом:

& (п0 - п)

КОГ =

(4)

(5)

где Li0, Li1 - концентрация г-го элемента в единице исходного и очищенного потока газов; - относи-

1

МЕРОПРИЯТИЯ инженерной защиты воздуха от пыли при открытом СПОСОБЕ СТРОИТЕЛЬСТВА КОММУНАЛЬНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ

тельная экологическая опасность загрязнения г-м элементом.

Принципы выбора мероприятия инженерной защиты атмосферы базируются на следующих основных положениях.

1. Совершенствование существующих, разработка и внедрение новых технологических процессов, исключающих выделение различных опасных веществ в процессе их образования.

2. Улучшение состава различных видов топлива, создание новых и совершенствование существующих аппаратов и приборов, а также значительное уменьшение или полное устранение различных выбросов в атмосферу путем повсеместного использования очистных сооружений и создания безотходных и малоотходных технологических процессов.

3. Предотвращение загрязнения атмосферы путем размещения источников загрязнителей воздуха на основе научно обоснованного учета географических особенностей местности (рельеф, преобладающее направление ветра, его сила, характер и распределение осадков и т.п.). Таблица 3

Процессы

Обеспыливание шарошечного бурения взрывных скважин

Гидрообеспыливание при других технологических процессах

Обеспыливание автомобильных дорог

Мероприятия инж

Использование различных пылеулавлива юлощадштем, воздушно-вод яновмвдл

леподавление; замена взрывного дроблением падающим грузом

Источники загрязнения |

В результате интенсификации естественных процессов

В процессе взрывных работ

В результате работы ди-

В отдельных случаях ние

Пеновоздушными и воз

Усиленная вентиляция замена дизельного при транспортного оборуди

Пыль и аэрозоли

Открытые работы

Подземные работы

Подавление, связывани работ (мокрое бурение, ние водой и растворами дороги эмульсионных и

Подавление, связывани работ (мокрое бурение, заполнение призабойно песчаной, цементной и

Газ

'С рноиоащщтыо

ительных

оричного дробления меха

рог универсальными перед вижными

При

Орошение экскавируемой породы и до

гидроустановками; орошение горной массы при перегрузке из самосвалов в железнодорожные думпкары и на поверхностных пунктах перегрузки_____________

ие биологиче поглощения алы, транспор являются) клен ясенели чая, сирень об

Пропитка и поверхностная обработка покрытия дорог эмульсиями

и в

Схема к определению санитарно-защитной зоны: 1 - промышленные здания; 2 - выбросы в атмосферу от точечных и линейных источников; 3 - граница горнопромышленной площадки; 4 - внешняя граница санитарно-защитной зоны; 5 - ширина санитарно-защитной зоны

4. Значительное расширение и рациональное размещение зеленых насаждений в городах и промышленных центрах, а также устройство в них санитарно-защитных зон. Ширина зеленых защитных зон в зависимости от выброса колеблется от 50 до 100 м и засаживается растениями, устойчивыми к вредным веществам.

5. Установление опасных сфер влияния источников загрязнения около действующих горно-строительных предприятий и только потом компоновка населенных районов и промышленных производств. Параметры сфер влияния источников загрязнения атмосферы выбирают исходя из экстремальных условий (например, наиболее неблагоприятной метеорологической обстановки).

Перечисленные принципы закладываются в процесс выбора мероприятия инженерной защиты в зависимости от конкретных условий. Последние, в свою очередь, подразделяются на:

I. Мероприятия общего характера, способствующие улучшению состояния воздушного бассейна в районе подземных строительных работ. В эту группу включены:

1) территориально-планировочные мероприятия, предусматривающие размещение объектов горностроительного производства - источников пылегазовыделений с учетом природно-климатических условий местности, а также планомерность восстановления земель;

2) мероприятия по уменьшению площадей эродируемых техногенных поверхностей посредством оптимизации параметров техногенных образований: открытых горных выработок, отвалов, складов и т.п.;

3) рекультивацию нарушенных земель при обеспечении предотвращения ветровой эрозии;

4) утилизация отходов горностроительного производства, комплексное использование минеральных ресурсов, способствующее уменьшению, как площадей эродируемых поверхностей, так и объемов пылегазо-выделений.

II Специальные мероприятия, непосредственно направленные на предотвращение загрязнений атмосферного воздуха (табл. 3). Группа включает:

1) мероприятия по улучшению качества воздуха непосредственно в зоне горно-строительных работ путем предотвращения или снижения пылегазо-выделений различными объектами в технологической цепи производства;

2) мероприятия по улавливанию, отводу и очистке пылегазовых выделений и выбросов;

3) мероприятия межотраслевого характера, например, по улучшению газового баланса отработанных взрывчатых веществ.

Важным мероприятием инженерной защиты от загрязнения атмосферы является учреждение санитарно-защитной зоны вокруг горно-строительной площадки.

При этом санитарно-защитной зоной считается территория вокруг строящегося коммунального подземного объекта, расположенная между внешней границей санитарнозащитной зоны и границей горностроительной площадки (см. рисунок, заштрихованная площадь), или территория вокруг горно-строительного предприятия (его части), ограниченная промышленной площадкой, если

внешняя граница санитарно-защитной зоны располагается в пределах площадки.

В первом случае рассматривается рассеивание выбросов от уровня ПДК для горно-строи-тельной пло-

щадки до уровня ПДК для селитебной зоны в рассматриваемом направлении от границы площадки до внешней границы санитарнозащитной зоны. Это расстояние характеризует ширину санитарнозащитной зоны.

Во втором случае рассеивание выбросов до уровня ПДК для селитебной зоны обеспечивается в пределах горно-строительной площадки, а необходимость в санитарнозащитной зоне отпадает. Очевидно, что оптимальным решением, как с экологической, так и с экономической точек зрения для объектов коммунального подземного строительства является второй случай.

Отрицательные технологические воздействия на окружающую среду при строительстве коллекторных тоннелей глубокого заложения обусловливаются повышением загазованности и запыленности воздуха при производстве горностроительных работ. Инженерная защита окружающей среды в этом случае предусматривает ограничение размеров горно-строительных площадок, обеспечивая централизованную доставку необходимых материалов и оборудования. Ученые МГГУ обосновали оптимальную глубину заложения коллекторных тоннелей (40-60 м), при которой сводятся к минимуму отрицательные воздействия на окружающую среду. В качестве экологической защиты самого коллектора в период эксплуатации от вредных воздействий газовой коррозии, обусловленной выделением из сточных вод различных газовых смесей, предложено интенсивное проветривание

коллектора на всей его протяженности через вентиляционные стволы, оборудованные средствами улавливания и очистки газов.

Таблица 4

Снижение слухового восприятия (%дБ) при 4000 Гц Защи тные меры

0-10 Не нужны

15-25 Следует использовать защитные средства от шума или сокращать время его воздействия

39-40 Использование защитных средств или сокращение времени воздействия шума обязательно

Свыше 45 Следует вводить комплексные защитные меры

Так как шумовое воздействие

оказывает основное влияние на человека, то одним из основных критериев при выборе мероприятий инженерной защиты является степень снижения слухового восприятия человека. В соответствии с этим критерием, профилактические меры инженерной защиты назначаются следующим образом (табл. 4).

Выбор мероприятия инженерной защиты окружающей среды от шумового воздействия должен строиться на соответствии шумового фона при конкретном виде производства работ

нормативам. В СНГ действуют стандарты на санитарные нормы допустимого шума в помещениях и на территории жилой застройки в диапазоне частот 60-20000 Гц: ГОСТ 12.1.00383, ГОСТ 12.1.036-81, ГОСТ 2228-76, ГОСТ 12.1.001-8З, ГОСТ 19358-74.

При выборе мероприятия инженерной защиты нельзя не учитывать косвенное воздействие акустических шумов, в частности, инфразвука. К техногенным источникам инфразвука относят взрывы, вибрации зданий, конструкций, прессы, вентиляционные системы, работа дизельных установок и т.п. Обычно искусственные источники имеют ярко выраженные частоты и довольно сильно различаются как по частоте, так и по интенсивности (табл. 5).

До сих пор проблема измерений и регламентации уровней инфразвука не решена, существуете значительный разброс в оценке допустимых норм на уровни инфразвука. Однако имеются санитарные нормы допустимых уровней инфразвука и низкочастотного шума на территории жилой застройки, которыми необходимо руководствоваться при выборе мероприятий инженерной защиты.

Комплексные профилактические меры инженерной защиты подразделяются следующим образом:

а) выявление источников шума техногенного происхождения;

б) уменьшение шума в источнике его возникновения;

Таблица 5

в) снижение интенсивностей шума до минимума;

г) акустическая обработка среды.

Самый действенный и рациональный способ борьбы с шумом - это уничтожение его в самом источнике, что включает:

• борьбу с шумом на стадии проектирования, независимо от того, проектируется ли помещение или оборудование;

• правильный подбор материалов с учетом их назначения;

• специальное изучение обстановки;

• оборудование рабочих мест в соответствии с эргономическим анализом конкретного вида труда;

• конструирование максимально «безвредных» с точки зрения шума установок;

• правильное размещение и содержание оборудования;

• доскональное изучение динамических особенностей установки как источника шума;

• исследование возможности применения различных антивибрационных устройств;

• обезвреживание «паразитических» звуков;

• введение менее шумных технологических операций;

• правильное планирование застройки территорий, предназначенных для размещения горностроительных площадок, предприятий, жилых домов.

Применительно к таким источникам шума, как вентиляторы, компрессоры и др. разработаны шумоглушащие конструкции из вибродемпфирующих материалов, особенностью которых является пониженная виброактивность вследствие подавления всех резонансных форм колебаний. Создание звукоизолирующих кожухов основывалось на представлении кожуха как пластины, жестко опертой по периметру, которая имеет целый спектр собственных частот.

Коммунальное подземное строительство требует обеспечения осо-

бых мер инженерной защиты от шума и вибрации, что обусловлено спецификой ведения горных работ в условиях экосистемы города. Например, разрушению подземных объектов, обвалам горных пород и пр., предшествует образование микроразломов и трещин, которое сопровождается излучением акустических импульсов (явление акустической эмиссии). Частота следования этих импульсов и их длительность связаны с мощностью последующих событий: более мощному последующему разрушению соответствует более низкая частота. Эту особенность необходимо учитывать при разработке мероприятий инженерной защиты подземных сооружений.

Меры инженерной защиты от шума в горно-строительных условиях включают в себя:

• естественные, т.е. поглощение шума за счет создания шумозащитного озеленения;

• искусственные, включающие разработку специальных технических методов и конструкций;

• дополнительные меры, характерные для конкретного вида горно-строительной деятельности;

• использование звукопоглощающих строительных материалов, в частности винипора, способного не только поглощать, но и улавливать шум;

• изоляция источников шума;

• шумопонижающие устройства;

• средства индивидуальной защиты.

Основные мероприятия инженерной защиты от вибрации и шума для коммунального подземного строительства отражены в табл. 6.

Важным мероприятием инженерной защиты от шума в условиях городского подземного строительства является устройство санитарно-защитных зон вокруг горно-строительной площадки и предприятий, обслуживающих различные этапы подземного строительства. Граница санитарно-защитной зоны по шуму представляет собой замкнутую кривую, конфигурация которой зависит от распределения уровня шума по периметру горно-строитель-ного участка. При этом

Источник Характерная частота, Гц Интенсивность, дБ

Грузовик, 30 тонн 16,64 до 75

Дизель-электропоезд 32 100

Вентиляционная система 3-20 90

определение точек для построения строительных работ, т.е. энергети- ветствующих точек измерений, рас-

этой кривой производится расчетом ческим суммированием частных положенных вдоль этой стороны.

от каждой стороны участка горно- уровней звука, приходящих от соот-

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

не окружающей среды на предприятиях г. Москвы». - М.: Знание, 1990, с. 33-36.

4. Никитин В.С., Максимкина Н.Г. К определению размеров санитарно-защитных зон. - М.: Знание, 1990, с. 53-60.

5. Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек. -М.: 1986.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

1. Алексашина В.В. Специфика организации санитарнозащитных зон в условиях Москвы. //В сб. «Экология и безопасность труда в промышленности» - М.: Знание, 1990, с. 140-160.

2. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территорий городов химическими элементами. - М.: ИМГРЭ, 1982, 112 с.

3. Мительман М.Е. О нормативной базе санитарногигиенических параметров окружающей среды //в сб. «Новое в охра-

Куликова Елена Юрьевна - доцент кафедры «Инженерная защита окружающей среды», докторант кафедры «Строительство подземных сооружений и шахт», Московский государственный горный университет.