Оценка влияния асфальтобетонного завода на качество атмосферного воздуха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет

На правах рукописи

Оценка влияния асфальтобетонного завода на качество атмосферного воздуха

Выпускная квалификационная работа бакалавра

Направление 280200 - «Защита окружающей среды»

Уфа

Содержание

Реферат

Введение

1 Общая характеристика асфальтобетонных заводов

1.1 Особенности конструкционных элементов асфальтобетонных заводов различного типа

1.2 Технологическая схема получения асфальтобетонной смеси

1.3 Виды асфальтобетонных смесей

1.4 Устройства и материалы для очистки газа от пыли на асфальтобетонных заводах

1.5 Характеристика техногенного воздействия асфальтобетонных заводов на окружающую среду

1.5.1 Загрязнение атмосферы, гидросферы и почвы

1.5.2 Влияние вредных выбросов на биоту

1.5.3 Влияние вредных выбросов на человека

2 Объекты и методы исследования

2.1 Объект исследования

2.2 Методы исследования

2.2.1 Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для асфальтобетонных заводов

2.2.2 Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу из резервуаров

2.2.3 Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для автотранспортных предприятий

2.2.4 Методика экономической оценки ущерба от загрязнения атмосферного воздуха

2.2.5 Методика расчета категории опасности предприятия

2.2.6 Корректировка границ санитарно-защитной зоны предприятия в соответствии с розой ветров

3 Эколого-экономическая оценка воздействия асфальтобетонного завода СУЗР-4 на качество атмосферного воздуха

3.1 Определение объемов загрязнений, поступающих от различных источников

3.1.1 Асфальтобетонная установка

3.1.2 Битумное отделение

3.1.3 Закрытый склад минерального порошка

3.1.4 Открытый склад щебня

3.1.5 Транспортер

3.1.6 Пост сварки

3.1.7 Мазутохранилище

3.1.8 Открытый склад песчано-гравийной смеси

3.1.9 Открытая стоянка автотранспорта

3.2 Экономическая оценка ущерба от загрязнения атмосферного воздуха выбросами асфальтобетонного завода

3.3 Расчет категории опасности предприятия. Определение санитарно-защитной зоны

3.4 Расчет полей концентраций вредных веществ в атмосфере

3.5 Разработка рекомендаций по уменьшению воздействия асфальтобетонного завода СУЗР-4 на атмосферу

3.5.1 Технические решения

3.5.2 Устройства для очистки газа от пыли

Выводы

Список литературы

Приложения

Реферат

Асфальтобетонные заводы, технологические операции, технологическое оборудование, сгорание топлива, выбросы загрязняющих веществ, атмосфера, пылеуловители, приземная концентрация вредного вещества, санитарно-защитная зона, категория опасности предприятия, охрана окружающей среды

Объект исследования - асфальтобетонный завод.

Цель работы - исследование загрязнения воздушного бассейна деятельностью асфальтобетонного завода и разработка комплекса природоохранных мероприятий, направленных на уменьшение выбросов в атмосферу загрязняющих веществ.

Проведен анализ загрязнения атмосферного воздуха асфальтобетонными заводами на основе литературных данных.

Выбраны объекты и методы исследования с учетом поступления в атмосферу загрязняющих веществ в результате функционирования асфальтобетонного завода.

Выполнен расчет массы твердых, жидких и газообразных выбросов.

Произведена экономическая оценка ущерба от загрязнения атмосферного воздуха выбросами данного предприятия.

Произведен расчет приземной концентрации загрязняющих веществ на различных расстояниях от предприятия.

Определены категория опасности и санитарно-защитная зона предприятия.

Разработаны рекомендации по повышению экологической безопасности технологических процессов производства асфальтобетона.

Пояснительная записка: стр., рисунков, таблиц, библиограф.

Введение

Актуальность. Возрастающие объемы и темпы строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог предопределяют развитие производства дорожно-строительных материалов на производственных предприятиях различного типа: асфальтобетонных заводах, цементобетонных заводах, заводах железобетонных конструкций и т.д. Основной материал, используемый для прокладки дорог, это асфальтобетон. Асфальт или асфальтобетон - это плотная смесь для различных дорожных покрытий, состоящая из битума, минерального порошка, щебня и песка. Асфальтобетонные заводы (АБЗ) являются основными производственными предприятиями дорожного хозяйства и предназначены для приготовления различных асфальтобетонных смесей для строительства, реконструкции и ремонта слоев асфальтобетонного покрытия [1]. В результате производственной деятельности АБЗ в окружающую среду выделяются такие загрязняющие вещества, как сажа, углеводороды, оксиды углерода и азота, оксиды серы, фенол, бенз(а)пирен, смолистые вещества, пятиокись ванадия, формальдегид. Основным ингредиентом, содержащимся в выбросах предприятий по производству асфальтобетонных смесей, а также предприятий по добыче и переработке каменных материалов, является неорганическая пыль. Выделение большого количества вредных веществ обусловлено высокой температурой приготовления асфальтобетона. Существенное влияние на качество выбросов асфальтобетонных заводов оказывает тип асфальтобетонной смеси, вид применяемого топлива, а также техническое состояние оборудования на предприятии [2].

Асфальтобетонные заводы являются одним из наиболее многочисленных источников загрязнения атмосферы. Факторами, подтверждающими актуальность задачи обеспечения экологической безопасности асфальтобетонных заводов, являются:

- многочисленность функционирующих в России смесителей АБЗ (более 2500 шт.) и токсичность их выбросов в атмосферу;

- наличие сырьевой проблемы, связанной с утилизацией пыли смесителей АБЗ и ее последующим использованием вместо минерального порошка;

- необходимость совершенствования топочных процессов в АБЗ, обеспечивающих экономию углеводородного топлива и снижение экологического ущерба [3].

Экологический аспект. Отличием современных АБЗ является учет фактора соответствия экологическим нормам и требованиям. Решение задач, связанных с разработкой экологически чистых технологий в дорожной отрасли, является одним из наиболее приоритетных направлений, связанных с организацией и управлением оптимальным природопользованием. Постоянно возрастающее потребление строительных материалов и, следовательно, увеличение объемов выбросов загрязняющих веществ, а также увеличение потребления энергоресурсов определяют комплексный характер исследования технологических процессов АБЗ, в частности, процессов сжигания топлива и очистки выбросов. Одной из существенных экологических проблем технологии АБЗ является отсутствие специальных устройств по очистке выбросов от вредных газов (топочные оксиданты, углеводороды, альдегиды и т.д.) в условиях значительного увеличения экологической нагрузки на атмосферу.

Этический аспект. Мероприятия по охране окружающей среды должны иметь постоянный и целенаправленный характер, поскольку состояние окружающей среды влияет на условия труда и жизнедеятельность людей как на рабочих местах предприятия, так и на территории их проживания. Поэтому важно соблюдение оптимальных условий производственной среды и трудового процесса, разработка и внедрение соответствующих санитарно-гигиенических и медико-профилактических мероприятий на асфальтобетонных заводах любого типа.

Социально-политический аспект. В настоящее время научно-технические достижения России не оказывают существенного влияния на изменение технологического уклада современных производственных предприятий. Основной причиной этого является отсутствие хорошо обоснованной долговременной государственной политики, предусматривающей государственную поддержку хозяйств любых форм собственности. Основной проблемой развития дорожно-промышленного комплекса на сегодняшний день остается высокий уровень морального и физического износа машин и оборудования. Стабильность развития потенциала дорожной промышленности зависит как от стабильности развития экономики региона в целом, так и от государственного регулирования.

Экономический аспект. По прогнозу к 2020 г. увеличение сети автодорог потребует практически двукратного роста потребления топливно-энергетических ресурсов с 8500 млн. до 16700 млн. Дж/год. Потребление природных ресурсов при строительстве дорог также потребует расширения ресурсной базы. В связи с этим повышение эффективности топок АБЗ и систем пылеулавливания являются актуальными задачами с позиции экономики. В условиях функционирования современных асфальтобетонных заводов инструментом эколого-экономического регулирования производства является плата за выбросы и размещение отходов загрязняющих веществ в окружающую природную среду. Однако в настоящее время затраты (экологические платежи) предприятий дорожного хозяйства не компенсируют экологического ущерба [4].

Задачу защиты атмосферы усложняет неоднозначность нормирования выбросов в разных странах. В этих условиях особую важность приобретает концепция устойчивого развития, которая предполагает удовлетворение потребностей настоящего времени, но не ставит под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности. В рамках данной концепции касательно рассматриваемых асфальтобетонных заводов защита атмосферы должна базироваться на том, что предотвращенный экологический ущерб должен быть больше затрат на подавление выбросов, а плата за использование атмосферы должна в основном быть направлена на мероприятия по дальнейшему снижению объемов выбросов.

Целью работы является исследование загрязнения воздушного бассейна деятельностью асфальтобетонного завода СУЗР-4 и разработка комплекса природоохранных мероприятий, направленных на уменьшение выбросов в атмосферу загрязняющих веществ.

Для достижения заданной цели были поставлены следующие задачи:

- провести анализ загрязнения атмосферного воздуха асфальтобетонным заводом на основе литературных данных;

- выбрать объекты и методы исследования с учетом поступления в атмосферу загрязняющих веществ в результате функционирования асфальтобетонного завода;

- выполнить расчет массы твердых, жидких и газообразных выбросов;

- произвести экономическую оценку ущерба от загрязнения атмосферного воздуха выбросами данного предприятия;

- произвести расчет приземной концентрации загрязняющих веществ на различных расстояниях от предприятия;

- определить категорию опасности и санитарно-защитную зону предприятия;

- разработать рекомендации по повышению экологической безопасности технологических процессов производства асфальтобетона.

Научная новизна.

На основе программы ОНД-86 Калькулятор был произведен сравнительный расчет приземных концентраций загрязняющих веществ на различных расстояниях от асфальтобетонного завода.

Практическая ценность работы:

Представлены карты рассеивания вредных веществ. Показано, что суммарные выбросы превышают ПДК в санитарно-защитной зоне (СЗЗ). При увеличении расстояния от предприятия концентрация загрязняющих веществ снижается, но не достигает нулевых значений. Разработаны рекомендации по повышению экологической безопасности технологических процессов производства асфальтобетона. Для снижения влияния выбросов на окружающую среду предложено устройство для мокрой очистки газа и увеличение СЗЗ.

1 Общая характеристика асфальтобетонных заводов

Асфальтобетонные заводы различают:

по типу размещения: прирельсовые и притрассовые (приобъектные);

по длительности работы на одном месте: стационарные, инвентарные (перебазируемые) и передвижные (часто перебазируемые);

по количеству и суммарной производительности асфальтосмесительных установок.

по принципу действия: циклические (периодического действия) и непрерывные (непрерывного действия) [1].

Прирельсовые АБЗ сооружают непосредственно у железнодорожной ветки, по которой поступают все или большинство исходных материалов: щебень, песок, битум, минеральный порошок, ПАВ и топливо. Для приема прибывающих грузов сооружают железнодорожные тупики, связывающие территорию предприятия с железными дорогами общего назначения. Готовую продукцию вывозят по построенным автомобильным дорогам.

Притрассовые АБЗ сооружают непосредственно вблизи от строящейся автомобильной дороги с целью сокращения дальности и времени транспортирования готовой асфальтобетонной смеси. Все исходные материалы и топливо доставляют автомобильным транспортом с прирельсовых базисных складов или непосредственно с предприятий их производящих: с карьеров каменных материалов и песка, заводов по производству битума и минерального порошка. Расположение АБЗ вблизи карьеров местных дорожно-строительных материалов позволяет использовать наиболее дешевые виды транспорта, например лотки, конвейеры.

Стационарные АБЗ сооружают, как правило, неразборными и рассчитывают на эксплуатацию на одном месте до 10 лет и более. Такие заводы больше подходят для массового производства смесей и базируются на прочном основании.

Передвижные АБЗ сооружают разборными и рассчитывают на эксплуатацию на одном месте до 1 года. Их применяют в случае, если необходима частая смена места производства. Передвижные асфальтобетонные заводы обладают меньшей мощностью, используются при незначительной потребности в производимой продукции и отличаются своей компактностью и более низким потреблением энергоресурсов для производства, но их главным преимуществом является возможность сборки, демонтажа с помощью подъемного крана и транспортировки всех агрегатов комплекса ближе к месту крупной стройки.

Инвентарные АБЗ сооружают разборными и рассчитывают на эксплуатацию на одном месте в течение 2-4 лет. Технологический цикл и качество выпускаемой продукции у стационарного, инвентарного и у мобильного АБЗ практически не различаются.

Количество смесительных установок на АБЗ колеблется в пределах от 1 до 6. На стационарных АБЗ, как правило, от 2 до 6, а на инвентарных и передвижных от 1 до 2 [5].

1.1 Особенности конструкционных элементов асфальтобетонных заводов различного типа

Асфальтобетонные заводы включают четыре цеха: смесительный, камнедробильный, цех минерального порошка и битумный. Для выполнения всего комплекса технологических операций в состав АБЗ входит следующее технологическое оборудование:

асфальтосмесительные установки;

приемные устройства для каменных материалов, площадки для их хранения и машины для их подачи в бункеры асфальтосмесительных установок;

приемные устройства для битума, хранилища (емкости) для битума, битумонагревательное оборудование, битумные насосы;

приемные устройства и площадки для бочек с ПАВ или емкости для ПАВ, нагреватели для ПАВ и насосы для их подачи к смесителю;

приемные устройства и емкости для хранения минерального порошка и насосы (пневмосистемы) для подачи его к смесителю;

загрузочное устройство (скип или элеватор) готовой смеси, бункеры-накопители готовой смеси;

дробильно-сортировочное оборудование для получения требуемых фракций щебня и песка.

Помимо основного технологического оборудования в состав АБЗ могут входить:

оборудование для приготовления и хранения битумных эмульсий;

хранилища топлива (газа, дизтоплива или мазута);

постройки административно-бытового назначения;

объекты электроэнергетического обеспечения;

котельные;

компрессорные станции;

водопроводное хозяйство;

сети электро-, тепло- и водоснабжения;

лаборатория;

ремонтная мастерская;

материально-технический склад [1].

Склады щебня, гравия и песка на АБЗ представляют собой открытые площадки, где материалы хранят в штабелях. Площадки планируют с уклоном 5…20% для стока дождевой воды. На складских площадках сборно-разборное покрытие делают из готовых бетонных плит.

Склад минерального порошка представляет собой агрегаты, которые предназначены для приема его из транспортных средств, хранения и подачи к дозатору. Агрегаты состоят из силосных банок, оборудования для транспортирования и подъема минерального порошка, фильтров при использовании пневмоподачи, указателей уровня, аэрационного устройства, затворов и насосов.

Битумохранилище - склад, сооруженный на АБЗ постоянного или временного типа, который включает в себя наземные или подземные резервуары для приема, хранения, нагрева и перекачивания органических вяжущих материалов в битумоплавильные установки. При выборе конструкции битумохранилища предпочтение отдают закрытым битумохранилищам, которые защищают органические вяжущие от попадания в них загрязнений и воды. Все битумохранилища оборудуют системами подогрева битума, которые включают в себя паровой или электрический нагреватель. Как правило, применяют двухступенчатый нагрев битума до 90 - 100°С.

Битумоплавильная установка состоит из нескольких агрегатов (батареи битумных котлов) и предназначена для обезвоживания органических вяжущих материалов и их нагрева до рабочей температуры. При этом используют газовый или электрический разогрев. Из битумохранилища в битумоплавильные котлы, а из них в дозатор асфальтосмесительной установки битум перекачивают шестеренными насосами по битумопроводам с внутренним или внешним обогревом. Для уменьшения старения вязких битумов, уменьшения температуры нагрева черных смесей и сокращения времени их перемешивания, а также при использовании каменных материалов, с поверхностью которых битум плохо сцепляется, применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ). Асфальтосмесительная установка - это комплект агрегатов или технологического оборудования АБЗ для приготовления асфальтобетонных смесей и обработки органическими вяжущими минеральных материалов. Управление всеми операциями по приготовлению смесей автоматизированное.

Асфальтосмесительная установка включает:

- агрегат питания;

- сушильный агрегат;

- обеспыливающую установку, обычно состоящую из пылеуловителя циклонного типа (1ая стадия очистки) и рукавного фильтра (2ая стадия очистки);

- смесительный агрегат с сортировочно-дозировочным оборудованием;

- оборудование для хранения готовой асфальтобетонной смеси (накопительного бункера).

Агрегат питания предназначен для равномерной подачи холодных и влажных песка и щебня различных размеров в заданных пропорциях в сушильный барабан.

Сушильные агрегаты используют для сушки и нагрева до заданной температуры 180 - 200єС песка и щебня. Они состоят из барабана, топливного оборудования, баков для топлива и обеспыливающей установки. Сушильный барабан непрерывного действия просушивает и нагревает песок и щебень горячими газами по принципу противотока. Горячие газы получаются в результате сгорания распыленного жидкого топлива (мазута). Топливо перед подачей в форсунку нагревают до температуры 70...100 °C.

Пылеулавливающие установки предназначены для очистки газов, выходящих из сушильного барабана, так как при сушке и нагреве песка и щебня выделяется большое количество пыли и несгоревших частиц жидкого топлива. Основными местами интенсивного выделения пыли являются загрузочная и разгрузочная коробки сушильного барабана.

Смесительные агрегаты предназначены для смешения минеральных материалов асфальтобетонных смесей с битумом. Состоят агрегаты из элеватора, сортировочной установки, бункеров для хранения небольшого количества горячих песка и щебня, а также холодного минерального порошка, устройства для дозирования минеральных составляющих асфальтобетонных смесей, дозатора с битумопроводами, кранами, насосом и распределительными трубами, смесителя и разгрузочного устройства. Смесительные агрегаты могут быть с башенным и партерным расположением оборудования. Башенное расположение оборудования используют при работе смесителей периодического действия, партерное - при работе смесителей непрерывного действия. Первые выпускают смесь отдельными порциями - замесами, вторые - непрерывно.

Лопастные смесители периодического действия перемешивают все составляющие компоненты асфальтобетонных смесей, равномерно распределяя битум по поверхности частиц минерального материала. Эти смесители могут работать по двум принципам - противоточного движения материалов, когда они с концов смесителя направляются к середине, и поточного, при котором материалы перемещаются по контуру машины. Предпочтительно поточное направление движения материала. Для сохранения температуры материала корпус смесителя оборудован системой обогрева, которая выполнена в виде рубашек. В качестве теплоносителя используют пар или нагретую жидкость.

В смесителях непрерывного действия составляющие смесей загружают в приемный бункер смесителя, а готовую смесь выгружают разгрузочным устройством. Накопительный бункер предназначен для хранения готовой асфальтобетонной смеси, обеспечивания непрерывного процесса приготовления, а также сокращения простоя автомобилей-самосвалов под загрузкой [7].

1.2 Технологическая схема получения асфальтобетонной смеси

Технологический процесс циклического изготовления асфальтобетонной смеси включает (рисунок 1.1):

хранение небольшого запаса минеральных материалов (песка и щебня) в бункерах-преддозаторах и предварительное дозирование влажных щебня и песка;

нагрев и сушку минеральных материалов в сушильном барабане;

сортировку нагретых минеральных материалов по фракциям и складирование в «горячих» бункерах;

дозирование нагретых минеральных материалов по фракциям на весовой площадке и подача в смеситель;

нагрев минерального порошка в теплообменнике;

дозирование минерального порошка на весовой площадке (или в отдельном дозаторе) и подача в смеситель;

«сухое» (без вяжущего) перемешивание минеральных материалов в смесителе;

нагрев вяжущего (битума) в рабочей емкости;

дозирование вяжущего и подача в смеситель;

«мокрое» (с вяжущим) перемешивание компонентов в смесителе;

выгрузка готовой смеси в кузов транспортного средства или через подъемное устройство («горячий» элеватор или скиповый подъемник) в бункер-накопитель готовой смеси;

выгрузка готовой смеси из бункера-накопителя в транспортное средство.

Рисунок 1.1 - Схема асфальтосмесительной установки циклического действия: 1 - бункеры-преддозаторы; 2 - сборный конвейер; 3 - конвейер сушильного барабана; 4 - сушильный барабан; 5 - «горячий» элеватор; 6 - смесительная башня; 7 - накопительный бункер; 8 - элеватор минерального порошка; 9 - силос минерального порошка; 11 - пылеуловитель и силос пыли; 12 - пылесос-вентилятор; 13 - битумный бак-цистерна; 14 - нагреватель масла; 15 - кабина управления [8].

Технология непрерывного действия включает те же процессы, что и циклическая, за исключением таких операций, как: сортировка горячих минеральных материалов, дозирование горячих минеральных материалов и нагрев минерального порошка (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Схема асфальтосмесительной установки непрерывного действия: 1 - бункеры-дозаторы; 2 - сборный конвейер; 3 - конвейер с контролем влажности; 4 - сушильно-смесительный барабан; 5 - дозатор и подача старого асфальтобетона; 6 - смесительная зона; 7 - бункер ожидания скипа; 8 - пылесос-вентилятор; 9 - накопительный бункер; 10 - кабина управления; 11 - силос минерального порошка; 12 - бункер старого асфальтобетона; 13 - конвейер с контролем влажности; 15 - пылеуловитель и силос пыли; 16 - битумный бак-цистерна; 17 - нагреватель масла; 18 - конвейер сушильного барабана [8].

Перечень технологических и обеспечивающих операций на АБЗ любого типа включает:

приготовление смесей, включая: предварительное дозирование минеральных материалов, нагрев, сушку, сортировку по фракциям (грохочение) и кратковременное хранение нагретых каменных материалов, точное дозирование минеральных материалов, битума, минерального порошка и добавок, смешение составляющих в мешалке и выгрузка из мешалки готовой (товарной) асфальтобетонной смеси;

технологические операции по приему, хранению и подаче в бункеры по фракциям каменных материалов, а при необходимости получение на АБЗ необходимых по крупности фракций щебня и песка путем дробления и сортировки более крупных фракций щебня;

технологические операции по приему, хранению, нагреву и подаче в дозаторы минерального порошка (заполнителя), битума и поверхностно-активных веществ (ПАВ);

технологические операции по складированию, кратковременному хранению и отгрузке готовой асфальтобетонной смеси.

Как правило, самый малопроизводительный завод при максимальной загрузке может вырабатывать 40 тонн асфальтобетонной смеси в час, а самая производительная модель позволяет выпускать до 320 тонн горячей асфальтобетонной смеси в час. В России наибольшим спросом пользуются заводы производительностью от 80 до 160 тонн в час.

Ведущими производителями асфальтосмесительных установок, известными в РФ, являются [1]:

Benninghoven, Германия;

Ammann Asphalt, EC (Швейцария, Германия, Италия, Франция);

Parker Plant Limited, Англия;

Bernardi Impianti S.P.A., Италия;

Marini (Fayat Group), Италия;

Ermont (Fayat Group), Франция;

Astec, США;

SIM, Италия.

Кроме этих фирм свою продукцию на рынке асфальтосмесительных установок представляют:

Lintec, Германия;

Teltomat-Gunter Papenburg, Германия;

Gencor International Ltd, Англия;

ACP Holdings PLC, Англия;

Kalottikone Oy, Финляндия;

KVM, Дания.

В России и странах СНГ основной поставщик асфальтосмесительных установок - ОАО «Кредмаш» (Украина). В Российской Федерации установки выпускают ОАО «Саста», ОАО «Центросвар», ОАО «УралНИТИ» [1].

1.3 Виды асфальтобетонных смесей

В дорожном строительстве применяется два вида асфальтовых покрытий или бетонов - асфальтовый и дегтевый. Бетон - это искусственный материал, получаемый в результате уплотнения специально подобранной смеси, состоящей из щебня (или гравия), песка, минерального порошка, битума или дегтя и пеcка.

I. Асфальтовые бетоны. В зависимости от температуры, при которой укладывают и уплотняют смесь в покрытии, и вязкости применяемого битума различают следующие сорта асфальтовых бетонов:

1. Горячие, приготовляемые на вязких битумах при температуре 140 -180°С и укладываемые в покрытие при температуре не ниже 130°С, формирование структуры бетона в основном заканчивается в период уплотнения; горячие дегтебетоны при укладке должны иметь температуру 80 - 110°С.

2. Теплые - приготовляемые на битумах пониженной вязкости при температуре 90 - 160°С и укладываемые в покрытие при температуре 30 -100°С, формирование структуры также заканчивается в период уплотнения.

3. Холодные, приготовляемые на жидких битумах при температуре 80 - 120°С и укладываемые в покрытие после полного их остывания; формирование их структуры продолжается в течение 20-30 суток. К холодным относятся также асфальтобетонные смеси на битумных эмульсиях, укладываемые при нормальной температуре [1].

Горячий асфальт для дорожных покрытий классифицируют по количеству крупного и мелкозернистого наполнителя и минерального порошка. Наполнитель состоит из щебня, гравия или дробленого шлака и песка. По максимальной крупности зерен минерального материала асфальтовый бетон бывает:

? крупнозернистый с наибольшим размером зерен 40мм;

? среднезернистый - 25мм;

? мелкозернистый - 15мм;

? песчаный - 5мм.

По структурным признакам (плотности) асфальтовый бетон бывает:

? плотный, имеющий суммарную пористость 3-5% объема;

? крупнопористый с пористостью 5-10% объема.

В строительной практике наряду с горячим, теплым и холодными асфальтовыми бетонами применяют также литой асфальтобетон. Уплотняют его в горячем состоянии утюгами или легкими (0,5-1,5 т) катками. Литой асфальт используют в стесненных условиях, где нельзя использовать тяжелые катки и вибраторы или при малых объемах работ (для устройства покрытий на тротуарах, плоских кровлях, полах в складских и производственных помещениях, а также при гидроизоляции).

II. Дегтебетон представляет собой материал, аналогичный асфальтобетону. В качестве вяжущего для его изготовления применяют каменноугольный деготь марок от Д-5 до Д-8 или деготь, состоящий из каменноугольного пека, каменноугольного масла и сырого дегтя.

Дегтебетон укладывается в горячем и холодном состоянии. В зависимости от крупности каменного материала дегтебетон подразделяется на крупно-, средне- и мелкозернистый. Для приготовления горячего дегтебетона применяют те же минеральные материалы, что и для асфальтобетона, и требования предъявляются к ним аналогичные. Дегтебетонную смесь приготовляют в асфальтобетонных установках при температуре 100 - 130°С, температура смеси при выпуске - 100 - 120°С. Дегтебетоны обладают меньшей водоустойчивостью, износостойкостью и теплостойкостью, чем асфальтобетон, менее пластичен, поэтому больше деформируется в холодное время. Применяют дегтебетон для дорог III категории (с интенсивностью движения 1000 - 3000 автомобилей в сутки, основной расчетной скоростью 100 км/ч) и для ремонта. Однако преимущественное применение имеют асфальтобетоны [1,9].

1.4 Устройства и материалы для очистки газа от пыли на асфальтобетонных заводах

Оборудование, выделяющее загрязняющие вещества, оснащается пылегазоочистными системами, которые включают: пылеуловители различного типа с газоходами и дымососами; устройства, обеспечивающие требуемый температурный режим; бункер с механическими средствами для подачи пыли к дозаторам агрегата минерального порошка. Оборудование, применяемое для осаждения пыли из запыленного газа, можно разделить на пять основных групп: пылеосадительные камеры, циклоны, мокрые пылеуловители, тканевые фильтры и электрофильтры.

В качестве механических пылеуловителей наибольшее распространение получили циклоны, в которых осаждение твердых частиц происходит за счет центробежных сил при вращательном движении потока. Поступающий тангенциально через входной патрубок (рисунок 1.3, а) газ движется в канале, образованном наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями циклона, где под действием центробежных сил происходит отделение пыли. Затем очищенный газ удаляется через внутренний цилиндр вверх, а осевшая на наружной стенке зола осыпается под действием силы тяжести вниз в коническую воронку и далее в общий бункер [27].

Широко применяются элементы с тангенциальным подводом газа с внутренним диаметром 230 мм (рисунок 1.3,б). Как правило, применяются блоки из четырех, шести или восьми циклонов типа ЦН-15 диаметром 400-800 мм. Для повышения эффективности применяются батарейные циклоны (БЦУ-20С; БЦУ-16С), составленные из циклонов малого диаметра, обычно около 250 мм (рисунок 1.3, в). Отвод очищенного газа в атмосферу в циклонах может осуществляться также с помощью колена, общего сборника для группы циклонов или через выхлопную трубу. Достоинствами циклонов являются их невысокая стоимость и простота конструкции. К недостаткам циклонов следует отнести их высокое аэродинамическое сопротивление (50-80 кгс/м2), большие размеры по высоте (4-5м), невысокая эффективность очистки от пылевых частиц субмикронных размеров.

а) б) в)

Рисунок 1.3 - Циклонные пылеуловители: а - принципиальная схема циклона; б - элемент батарейного циклона БЦУ; в - батарейный циклон; 1 - входной патрубок запыленного газа; 2 - циклонный элемент; 3 - трубные доски; 4 - выходной патрубок очищенного газа; 5 - бункер для пыли [27].

Циклоны, установленные на отечественных асфальтобетонных заводах, улавливают крупнодисперсную пыль, которая не представляет значительной экологической опасности. Опасная для организма человека пыль с размером частиц менее 10 мкм улавливается только мокрыми аппаратами и тканевыми фильтрами. Однако значительная доля загрязняющих веществ, в том числе и пыли, не улавливается в нужной степени очистными установками [10].

Для обеспечения требуемых экологических норм большинство производителей разных стран оснащают производимые АБЗ рукавными фильтрами, которые представляют собой металлический бункер, состоящий из фильтровальных рукавов (в виде тканевых мешков), системы регенерации (устройства для импульсной или обратной продувки) и устройства для выгрузки собираемой пыли. Рабочая поверхность рукавных тканевых фильтров, как правило, наружная. Вся улавливаемая пыль в процессе регенерации осыпается вниз бункера. Собранную пыль можно использовать вторично в производстве.

Образовавшийся в процессе просушки в сушильном барабане минеральной смеси газ с частицами пыли поступает в рукавный фильтр при температуре около 200єС, поэтому фильтрация отходящих от сушильного барабана газов требует применения специальной высокотемпературной ткани, что значительно удорожает процесс очистки. В качестве основных фильтровальных материалов в настоящее время применяют:

полипропилен;

поливинилхлорид;

полиэфир;

полиакрилнитрил;

м-Арамид (мета-арамид);

фторопласт;

полипропиленсульфид;

полиимид;

стекловолокно и др. [11].

1.5 Характеристика техногенного воздействия асфальтобетонных заводов на окружающую среду

Все стадии приготовления асфальтобетона сопровождаются выделением вредных веществ в атмосферу. В результате деятельности асфальтобетонных заводов негативное воздействие на окружающую среду происходит вследствие поступления загрязняющих веществ от различных источников. Выбросы загрязняющих веществ подразделяются на организованные и неорганизованные:

- организованными выбросами являются выбросы, отводимые от мест выделения системой газоотводов (пылеуловители с выхлопными трубами).

- неорганизованными являются выбросы, возникающие за счет негерметичности технологического оборудования, газоотводных устройств, резервуаров, открытых мест пыления и испарения и т.д. [12].

К неорганизованным источникам выделения вредных веществ на АБЗ относятся:

- места выгрузки материалов из транспортных средств;

- узел загрузки (разгрузки) материалов в сушильный барабан;

- горячие элеваторы;

- места хранения песка, щебня, минерального порошка и т.д.

Основные источники загрязнения, поступающие в атмосферу в результате функционирования асфальтобетонных заводов различного типа, представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Источники выделения и выброса загрязняющих веществ на асфальтобетонном заводе [12]

Наименование участка	Наименование источников выделения	Наименование источников выброса
1	2	3
1. Асфальтосмеситель-ное отделение	1. Место пересыпки каменных материалов в разгрузочную коробку 2. Узел присоединения сушильного барабана к разгрузочной коробке 3. Сушильный барабан 4. Элеватор сушильного барабана 5. Грохот 6. Места пересыпки наполнителей в бункеры 7. Мешалки 8. Пневмотранспорт наполнителя в силосные емкости	Пылеуловители с выхлопными трубами
2 Битумное отделение	1. Битумные котлы (битумохранилище)	Выхлопные трубы
3. Камнедробильное отделение	1. Место пересыпки камня в приемный бункер 2. Щековая дробилка 3. Конусная дробилка 4. Грохот 5. Место пересыпки молотых материалов с конвейера	Неорганизованные выбросы
4. Штабели песка и щебня, погрузочно-разгрузочные площадки, автотранспорт		Неорганизованные выбросы
5. Грунтосмесительная установка	1. Мешалка 2. Узел подачи цемента 3. Бункер минеральных материалов 4. Узел приготовления и дозирования органического вяжущего	Неорганизованные выбросы
6. Котельная	1. Топочное устройство (котлы)	Дымовая труба

При работе любого асфальтобетонного завода в атмосферу выделяются следующие загрязняющие вещества: неорганическая пыль, с разным содержанием диоксида кремния; оксиды углерода и азота; ангидрид сернистый (серы диоксид); предельные углеводороды; полициклические углеводороды: мазутная зола (в пересчете на ванадий) при применении мазута в качестве топлива; бенз(а)пирен и сажа как побочные продукты горения битума; сажа - при работе транспорта на дизельном топливе; свинец и его неорганические соединения - при работе транспорта на этилированном бензине [12].

1.5.1 Загрязнение атмосферы, гидросферы и почвы

Выбросы предприятия ухудшают свойства атмосферного воздуха, приводят к образованию кислотных осадков, смога, приводят к уменьшению прозрачности атмосферы, к ее помутнению. Частицы, находящиеся в воздухе во взвешенном состоянии, образуют различные аэрозоли. Уменьшение прозрачности атмосферы в городах приводит к снижению поступления прямой солнечной радиации на 18-20% [13].

Жидкая вода находится в атмосфере главным образом в виде облаков, тумана и дымки. Помимо частиц воды в атмосфере присутствуют другие жидкости: например, образующиеся при неполном сгорании топлива жидкие углеводороды и их производные, которые улетучиваются в воздух. В результате фотохимических реакций между оксидами азота и углеводородами образуются новые жидкие органические соединения, которые рассеиваются в воздухе в виде мельчайших капель. Большая концентрация ядер конденсации (посторонних частиц) в атмосфере приводит к повышенной облачности, увеличению частоты выпадения осадков и туманов.

Оксиды азота играют большую роль в возникновении фотохимического смога (лос-анджелесского типа). Основной причиной фотохимического тумана являются выхлопные газы автотранспорта. В результате процессов взаимодействия углеводородов с оксидами азота образуется пероксиацилнитрат (ПАН) - очень токсичное соединение, озон, альдегиды [14].

В загрязнении атмосферы большую роль играют пыли и дымы, твердые частицы. Больше количество твердых частиц получается при сжигании топлива - это частицы сажи (С), оксидов металлов (Fe2О3). В глобальном масштабе твердые частицы в атмосфере имеют в основном минеральное происхождение, но в отдельных районах состав их меняется в зависимости от источников образования, и могут преобладать силикаты, карбонаты, сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов, тяжелые металлы, углеводороды, сажи и даже споры растений [13].

Сернистый газ - один из основных загрязнителей воздуха. В атмосфере происходит его окисление с образованием тумана серной кислоты. Это может быть фотохимическое или каталитическое окисление. Последнее связано с присутствием соответствующего катализатора (ионов тяжелых металлов) и достигает высокого уровня только в загрязненном воздухе. Даже в отсутствие света диоксид серы окисляется в воздухе при наличии некоторых оксидов металлов. Таким образом, оксиды железа и марганца являются потенциальными катализаторами окислительно-восстановительных превращений в атмосферной влаге [14].

Выбросы в атмосферу косвенно влияют на состояние гидросферы и, накапливаясь в водах и донных отложениях, могут стать источником вторичного загрязнения. Выделяющиеся в процессе производственной деятельности двуокись серы (SO2) и окислы азота (NОx) трансформируются в атмосфере Земли в кислотообразующие частицы. Эти частицы вступают в реакцию с водой атмосферы, превращая ее в растворы кислот, которые понижают рН дождевой воды. Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоемы - озера, реки, заливы, пруды - повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибают живые организмы и растения. По мере накопления органических веществ на дне водоемов из них начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как алюминий, кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв. Кроме того, кислотные дожди разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают плодородие почв и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы [14].

Одной из главных проблем загрязнения почвы являются тяжелые металлы, поступающие на поверхность и в грунтовые воды. Они обладают способностью аккумулироваться в почве в различных формах и мигрировать на большие расстояния. Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии. Тяжелые металлы относят к наиболее опасным загрязнителям.

Отходы производства и потребления также оказывают негативное влияние на окружающую среду и, прежде всего это отражается на почве. При загрязнении почвы отходами производства и потребления происходит их деградация, падает урожайность возделываемых культур, снижается продуктивность лесных ресурсов, изымаются из хозяйственного землепользования большие площади, ухудшается санитарное состояние окружающей среды и т.д. [13].

В связи с нарастающим количеством отходов, образующихся в результате антропогенной деятельности, проблема их утилизации становится все более актуальной в настоящее время. На предприятии СУЗР-4 большая часть образующихся отходов используется в качестве сырья. Оставшаяся часть передается сторонним организациям для обезвреживания или использования, а также размещается на полигоне ТБО.

1.5.2 Влияние вредных выбросов на биоту

Загрязняющие вещества, попадающие в биосферу в результате деятельности анализируемого асфальтобетонного завода, оказывают негативное воздействие на живые организмы.

Действие SО2 на растения. Сернистый газ токсичен для растений. Процесс воздействия начинается с поступления загрязнителя в клетку. Происходит уменьшение активности ферментов, нарушение естественных реакций обмена веществ, изменение структуры органелл. Происходит изменение ассимиляции, дыхания или транспирации, наблюдается задержка роста и развития, в особенности листьев. Все это, в конце концов, приводит к гибели клетки.

При воздействии в разных концентрациях и с разной экспозицией наблюдали следующие изменения:

0,3 млн-1 (0,3 ч.) - уменьшение фиксации углекислого газа;

0,1 млн-1 (24 ч.) - увеличение открытия устьиц;

0,1 млн-1 (1 000 ч.) - повреждение листьев.

Повреждение растений в большей степени зависит от концентрации SО2, чем от времени воздействия. Токсическое действие SО2 сильнее проявляется в темноте, чем на свету. Это связано с тем, что на свету гидросульфит-ионов НSО3- в хлоропластах превращается в органически связанные группы SН-, которые являются строительным компонентом аминокислот.

Если SО2 действует на растении в сочетании с другими атмосферными загрязнителями, то преобладают аддитивные и синергетические эффекты [14].

Оксиды азота. Оксиды азота могут воздействовать на растения тремя путями: прямым контактом с растениями, через образующиеся в воздухе кислотные осадки и косвенно - путем фотохимического образования таких окислителей, как озон и ПАН.

Прямое воздействие оксидов азота определяется визуально по пожелтению листьев, их обесцвечиванию в результате окисления хлорофилла, некрозу. Это связано с образованием кислот при растворении оксидов азота в межклеточной и внутриклеточной жидкостях.

Нарушение роста растений при воздействии NO2 наблюдается при концентрациях 0,35 мг/м3. Это значение и является ПДК. Опасность поражения растительности диоксидом азота существует только в больших городах и промышленных районах, где средняя концентрация NO2 составляет 0,2 - 0,3 мг/м3.

Растения более устойчивы к воздействию чистого NO2. Это связано с особенностями усвоения NO2, который восстанавливается в хлоропластах и в качестве NН2 - группы входит в аминокислоты. При концентрациях 0,17-0,18 мг/м3 оксиды азота используются растениями в качестве удобрений. Эта способность к метаболизированию NO2 человеку не присуща.

Разрушительное действие NO2 на растения усиливается в присутствии диоксида серы. Эти газы обладают синергизмом, и в атмосфере они часто присутствуют вместе. Вступая в реакцию с водой атмосферы, они превращаются в растворы кислот - серной, сернистой, азотистой и азотной. Кислотные дожди являются одной из причин гибели животной и растительной жизни в водоемах, лесах [14].

Озон и ПАН - сильные окислители. Они оказывают влияние на метаболизм, рост и энергетические процессы в растениях, ингибируя многие ферментативные реакции, например синтез гликолипидов, полисахаридов и т.д. Также они влияют на фотосинтез, вызывая уменьшение фиксации СО2 и уменьшение количества хлорофилла.

При концентрации озона 0,05 - 0,1 мг/м3 появляется серебристая пятнистость листьев, трещины. В результате нарушения целостности листьев возникают грибковые заболевания. Этот инфекционный процесс является одной из причин гибели лесов.

ПАН становится физиологически активным только при освещении. Фотолитически он распадается на NO2 и пероксоацетилрадикал (СН3СО2О*), который разрушает пигменты фотосинтеза и другие вещества в клетке. Фотохимический смог также негативно воздействует на растения, повреждая культуры и приводя к их гибели.

Углеводороды при попадании в живой организм могут привести к серьезным нарушениям физиологической активности, ингибируя жизнедеятельность большинства микроорганизмов, включая их ферментативную активность.

Воздействие токсикантов на отдельные органы может приводить к увеличению чувствительности растения к климатическим факторам и патогенам или непосредственно к подавлению роста и ухудшению качества. Эти изменения вызывают трансформацию видов и уменьшение их численности в растительном покрове [14].

1.5.3 Влияние вредных выбросов на человека

Анализ загрязнения среды обитания деятельностью рассматриваемого завода показал, что в биосферу поступают вещества, оказывающие негативное воздействие на организм человека. К таким веществам, в первую очередь, относятся углеводороды, диоксид серы, монооксид углерода, оксиды азота, сажа. По степени воздействия на организм человека токсичные вещества подразделяются на 4 класса: 1 - чрезвычайно опасные, 2 - высоко опасные, 3 - умеренно опасные, 4 - малоопасные. Для них установлены предельно допустимые концентрации:

предельно допустимая концентрация в рабочей зоне (ПДКрз);

предельно допустимая среднесуточная концентрация в атмосфере населенных мест (ПДКсс);

максимальная разовая предельно допустимая концентрация в воздухе населенных мест (ПДКмр) [14].

Оксид углерода (СО) - прозрачный, не имеющий запаха газ, который в воде не растворяется (4-й класс опасности). Длительность его существования в атмосфере - от 2 месяцев до 3 лет. Поступая в организм с вдыхаемым воздухом, СО быстро поглощается кровью и блокирует возможность гемоглобина снабжать организм кислородом.

Монооксид азота (NO) представляет собой бесцветный газ. Он не раздражает дыхательные пути, и поэтому человек его не чувствует. При вдыхании NO, так же как и СО, связывается с гемоглобином. При этом образуется нестойкое нитрозосоединение, которое быстро переходит в метгемоглобин, при этом Fe2+ переходит в Fe3+. Ион Fe3+ не может обратимо связывать кислород и таким образом выходит из процесса переноса кислорода. Концентрация метгемоглобина в крови 60-70% считается летальной. Диоксид азота (NO2) - газ красновато-бурового цвета, в малых концентрациях без запаха, хорошо растворяется в воде (2-й класс опасности). Образующаяся в результате взаимодействия NO2 с влагой воздуха азотная кислота разрушает легочную ткань и верхние дыхательные пути. При этом отравление организма происходит постепенно и каких-либо нейтрализующих это действие средств нет. В больших концентрациях NO2 пагубно действует на нервную систему человека, увеличивает число больных астмой.

Углеводороды (СхНУ) в выбросах представлены низко-молекулярными соединениями, образующимися в результате неполного сгорания топлива, полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) и альдегидами. В целом, их действие отнесено к 4-му классу опасности. Однако некоторые виды ПАУ, в частности бенз(а)пирен, являются канцерогенными веществами (1-й класс опасности).

Сажа (С) вызывает негативные изменения в системе дыхательных органов (3-й класс опасности). Если твердые частицы присутствуют в воздухе вместе с оксидами серы, то их воздействие на здоровье людей становится опасным.

Диоксид серы (SO2) - бесцветный, с острым запахом газ, который, взаимодействуя с влагой воздуха, образует серную кислоту (3-й класс опасности). Нарушает белковый обмен, поражает легкие и верхние дыхательные пути [14].

Пыль, содержащаяся в выбросах производственных предприятий, делится по дисперсности на 5 групп:

I - очень крупнодисперсная (более 140 мкм);

II - крупнодисперсная (40-140 мкм);

III - среднедисперсная (10-40 мкм);

IV - мелкодисперсная (1-10 мкм);

V - очень мелкодисперсная (менее 1 мкм) [15].

Пыль, выделяемую при производстве асфальтобетонных и цементобетонных смесей, по дисперсному составу можно отнести к II и III группе. Данные по дисперсному составу пыли при производстве асфальтобетонных смесей приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Дисперсный состав пыли в выбросах асфальтобетонных установок [15]

Размер частиц, мкм	До 6	6 - 20	20 - 74	74 - 125	125 - 250	250 - 1000	1000
Содержание частиц, %	7,4	13,2	20,8	22,7	25,1	10 - 24	0,5

Наиболее опасной для организма работающих является пыль, содержащая свободную окись кремния (SiO2 - кремнезем).

Количество свободной двуокиси кремния в пыли зависит от типа перерабатываемой горной породы; в кварцитах ее - 52 - 57 %, в песчаниках - 30 - 75 %, в гнейсах - 27 - 74 %, в гранитах - 25 - 65 %, в известняках - 3 - 37 %. Санитарные нормы регламентируют содержание пыли в воздушной среде (в рабочей зоне) в зависимости от содержания в перерабатываемой породе двуокиси кремния.

При переработке горных пород, содержащих в своем составе более 70 % SiO2, величины ПДК пыли в зоне установок допускают не свыше 1 мг/м3, ПДК для известняков не более 6 мг/м3.

При приготовлении асфальтобетонных смесей вентиляционные выбросы в своем составе содержат продукты сгорания мазута и пары битума. Присутствие мазута и битума влияет на гидрофобность каменной пыли, и гидрофильные вещества становятся гидрофобными.

Подготовка и сжигание мазутов любого качества, особенно высокосернистых, связано с образованием вредных веществ, загрязняющих атмосферу, ПДК которых регламентируется законодательством. Наиболее вредное воздействие при сжигании мазута оказывают окислы серы (SO2, SO3), окислы азота (NO, NO2), а также углеводороды и сажа, выделяемая в виде аэрозолей. Эти вещества вызывают заболевания дыхательных путей, кожные и раковые заболевания [15].

Значения ПДК вредных веществ, определенных предприятиями дорожной отрасли в атмосферном воздухе населенных пунктов, приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Значения ПДК в атмосферном воздухе населенных пунктов [16]

Наименование вещества	ПДК, мг/м3
	максимальная разовая	среднесуточная
Азота монооксид	0,4	0,06
Азот двуокись	0,085	0,040
Сажа (копоть)	0,15	0,005
Сернистый ангидрид (диоксид серы)	0,500	0,050
Углерода оксид	5,000	3,000
Пыль неорганическая, содержащая SiO2,%
70-20 (шамот, цемент и др.)	0,300	0,100

Аэрозоли, образующиеся в процессе производства, оказывают как прямое, так и косвенное влияние на здоровье людей. Косвенное воздействие: уменьшение поступления на земную поверхность биологически активного УФ-излучения, необходимого для поддержания нормальной температуры человеческого тела и для образования витамина D3, приводит к недостатку этого витамина в организме. Кроме того, УФ-излучение уничтожает микроорганизмы и оказывает стерилизующее действие. Уменьшение доли УФ-лучей в пыльной атмосфере повышает вероятность инфекционных бактериальных заболеваний.