Снижение уровня выбросов при производстве керамического кирпича на ОАО «Тульский кирпичный завод»

Техногенное воздействие человеческой деятельности на атмосферу приобрело в настоящее время глобальный характер. Загрязнение воздушной среды выбросами вредных веществ от предприятий может привести к значительному увеличению заболеваемости населения, например, болезни органов дыхания, легких, онкологические и другие, а также нанести ущерб экологической обстановки. Следовательно, одной из важных задач, которые должны решаться человечеством, является разработка мероприятий по минимизации выбросов вредных веществ в атмосферу и их негативного воздействия на здоровье населения. Таким образом, данная тема на сегодняшний день является актуальной для развитых промышленных городов.

В г. Тула широко представлена строительная отрасль, которая функционирует и удачно развивается в области производства керамического кирпича. ОАО «Тульский кирпичный завод» (далее - ОАО «ТКЗ») расположено в центральном округе г. Тулы вблизи с плотно заселенной жилой застройкой. На качество воздуха в жилом массиве оказывают выбросы вредных веществ, выделяющиеся в ходе производственного процесса по изготовлению керамического кирпича от ОАО «ТКЗ». В связи с чем, необходимо разработать мероприятия по снижению уровня выбросов загрязняющих веществ и регулярно осуществлять контроль качества воздуха в населенной территории.

На предприятие ОАО «ТКЗ» можно выделить 31 источник выбросов: 15 организованных и 16 неорганизованных. Ежегодно от Тульского завода выбрасывается в атмосферу - 183,590549 т/г 27 видов загрязняющих веществ. В соответствии с ГОСТ 12.1.007-76 данные вещества относятся ко 2–4 классу опасности. Твердые вещества составляют – 1,036213 т/г., а газообразные – 182,554336 т/г. Наибольшие объемы выбросов приходятся на такие загрязняющие вещества, как оксид углерода (около 86%), диоксид азота (около 9%) и диоксид серы (около 3%) [4].

Следовательно, вероятность воздействия вредных веществ на здоровье населения, постоянно проживающего вблизи данного предприятия, может отразиться на дыхательной, центральной нервной, кровеносной, иммунной и других систем жизнеобеспечения человека.

Основными технологическими стадиями изготовления керамического кирпича являются: добыча сырья → переработка сырьевых материалов и приготовление шихты → формование → сушка →обжиг.

В соответствии с технологией производства кирпича процессом, в ходе которого выделяются основные источники выбросов загрязняющих веществ, является сушка кирпича-сырца, которая осуществляется в течение 60…80 часов при температуре 40 … 120℃. Сушка сырца производится в конвективных сушильных камерах периодического действия с многократным внутренним насыщением с нижним подводом и отбором теплоносителя. Регулировка процесса сушки в камере достигается постепенным открытием тарельчатых чугунных клапанов на подаче и отборе. Конструктивно сушильные камеры сгруппированы в четыре сушильных блока: 1 сушильный блок – 42 камер; 2 сушильный блок – 37; 3 сушильный блок – 10 камер и 4 сушильный блок – 6 камер.

На каждый сушильный блок установлено определенное количество отходящих газы труб, через которые происходит выброс загрязняющих веществ при помощи вытяжного вентилятора. Так, на 1 и 2 сушильные блоки приходится по 4 отводящие трубы, на 3 сушильном блоке установлен один источник выбросов и на 4 сушильном блоке 6 газоотводящих труб.

На основании вышеизложенного можно выделить следующие существующие проблемы:

1.            Предприятие ОАО «ТКЗ» расположено внутри города с плотно застроенным к территории завода жилым массивом. Поэтому состояние атмосферного воздуха, загрязненного пылью, летучими и сажистыми веществами, уходящих с сушильных камер и печи обжига, создает опасность высокого уровня заболевания населения города Тулы.

2.            При переработке сырья на кирпичном заводе, при сушке кирпича - сырца и его обжиге в атмосферу ежегодно поступают выбросы в количестве 183,590549 тонн.

3.            Установленные технические средства по очистке уходящих газов не обеспечивают достаточной степени очистки.

Для защиты населения и окружающей среды от выбросов вредных веществ предлагаю установить систему сухой очистки, заключающаяся в установке до вентилятора рукавных фильтров типа ФРКН-В-30.

С целью проверки и подтверждения эффективности предложенного мероприятия по снижению уровня выбросов, необходимо произвести расчет максимальной приземной концентрации вредных веществ в атмосферу при производстве керамического кирпича на ОАО «ТКЗ» на примере диоксида азота (NO₂).

Рисунок 1. Схема сухой очистки газов при помощи рукавных фильтров

Исходные данные для определения максимальной приземной концентрации диоксида азота:

выбрасываемое вещество: NO₂;

мощность источника до проведения мероприятий по снижению уровня выбросов: М=1,22 г/с;

мощность источника после проведения мероприятий по снижению уровня выбросов M=0,15 г/с;

высота источника Н = 6 м;

температура выброса t_г = 80º С;

скорость выброса 8 м/с;

размер устья источника Д = 0,5 м;

ПДК = 0,2 мг/м³[2];

фоновая концентрация Сф = 0,085 мг/м³;

температура окружающей среды t_в = 24,2 [5];

∆Т = (80-24,2)ºС=55,8ºС.

Так как ∆Т > 0, то источник выбрасывает нагретые выбросы.

Определение максимальной приземной концентрации (С_М) для нагретых выбросов производится по следующей формуле [3, с. 3;4]:

                                                                                           (1),

где:

А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, для Тульской области – А=140;

М (г/с) – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени (мощность источника);

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере: F=1 – для газов и мелкодисперсной пыли при коэффициенте очистки не менее 90% (после проведенных мероприятий по замене фильтров и циклона); F= 2,5 – для газов и мелкодисперсной пыли при коэффициенте очистки от 75 % до 90% (до проведенных мероприятий по замене фильтров и циклона);

η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности: перепад высот не превышает 50 м на 1 км, следовательно, η = 1.

m, n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника.

Найдем коэффициент m, учитывающий условия выхода газовоздушной смеси из устья источника [3, с. 4]:

                                                                                                   (2);

                                                                                                         (3);

.

Определим расход газовоздушной смеси [3, с. 5]:

                                                                                                             (4)

м³/c.

Параметр, определяющий среднюю скорость ветра, м/с, определяется по формуле [4, с. 4]:

                                                                                                         (5)

м/с.

Так как 0,5≤V_M < 2, то коэффициент n определяется по формуле [3, с.4]:

                                                                                               (6)

n = 0,532∙1,59²-2,13∙1,59+3,13=1,09

Таким образом, максимальная приземная концентрация диоксида азота равна:

·     до проведения мероприятий по снижению уровня выбросов вредных выбросов:

мг/м³

·     после проведения мероприятий по снижению уровня выбросов вредных выбросов:

мг/м³

Следующим шагом необходимо определить предельно допустимые выбросы диоксида азота в атмосферу до и после проведения мероприятий по снижению уровня выбросов. При определении предельно допустимых выбросов учитывают фоновые концентрации (С_ф). Фоновая концентрация диоксида азота: 0,085 мг/м3. ПДК диоксида азота составляет 0,2 мг/м³.

Должно выполняться следующие условие: С_М + С_ф <ПДК.

·     до проведения мероприятий по снижению уровня выбросов:

С_М + С_ф = (1,5+0,085) мг/м3.= 1,585 мг/м³ – условие выполнено.

·     после проведения мероприятий по снижению уровня выбросов:

С_М + С_ф = (0,07+0,085) мг/м3.= 0,155 мг/м³ – условие выполнено.

Выполнение расчета эффективности проводимых мероприятий по снижению уровня выбросов вредных веществ определяется следующей формулой:

ξ = (1- )100%                                                                                                        (7)

*C_м − расчетная максимальная концентрация примеси, полученная с учетом выполнения мероприятий, мг/м³; Cм − расчетная максимальная концентрация, создаваемая при отсутствии мероприятий, мг/м³

ξ = (1-0,047)100=95,3%

Таким образом, из проведенного расчета видно, что эффективность предложенных инженерно-технических решений по снижению уровня выброса вредных веществ, будет составлять 95,3%. Это позволит снизить уровень приземной концентрации вредных веществ, предельно допустимых выбросов вредных веществ в атмосферу и, следовательно, уровень заболеваемости населения в жилом массиве, расположенного около ОАО «ТКЗ».