29.3. Охрана окружающей природной среды на производственных предприятиях дорожного строительства

Борьба с пыле- и газообразованием в карьерах. В карьерах загрязнение атмосферы пылью происходит при буровых и взрывных работах, экскавации и погрузке разрабатываемых пород, их вторичном дроблении, транспортировке, а также при отвалообразовании.

При работе дизельного карьерного оборудования, автомобильного транспорта, при окислительных процессах и взрывных работах в карьерах выделяются вредные газы, содержание которых зачастую превышает предельно допустимые концентрации (ПДК). Из газов наиболее опасны альдегиды, окислы азота и углерода. Степень загрязнения атмосферы пылью и газами зависит от интенсивности работы карьерного оборудования, динамики воздухообмена карьера, климатических условий и интенсивности работы имеющихся средств пылеобразования.

Источники пылеобразования в карьерах могут быть: точечными (экскаваторы, бульдозеры, погрузчики, буровые машины, автосамосвалы и др.); линейными (транспортеры); площадочными (отвалы карьеров). В свою очередь точечные и линейные источники могут быть неподвижными и перемещающимися. Интенсивность пылевыделения в карьерах различными источниками приведена в табл. 29.1.

Таблица 29.1

Интенсивность пылевыделения различными источниками в карьерах

Мероприятия по борьбе с пылеобразованием в карьерах зависят от видов источников пылеобразования. При бурении шпуров и скважин перфораторами и шарошечном бурении образуются каменные частицы и пыль следующих фракций: крупная буровая мелочь (размером более 1 мм); буровая мелочь (менее 1 мм); грубодисперсная пыль (менее 10 мкм). Пылеулавливание при бурении производится в основном в несколько стадий, с помощью пылеосадительных камер, различных циклонов, рукавных фильтров и др. Лучшие результаты дает применение мокрых пылеуловителей и тканевых рукавных фильтров, перспективно также подавление пыли при буровых работах водовоздушной смесью, получаемой в результате распыления воды потоком сжатого воздуха.

Значительное загрязнение атмосферы происходит при взрывных работах в карьерах и при разработке скальных выемок. За один массовый взрыв в атмосферу выбрасывается до 150-200 т пыли и 6000-8000 м³ газов. Концентрация пыли в пылегазовом облаке изменяется от 680 до 4250 мг/м³.

Для уменьшения количества образующихся при взрывах токсичных газов необходимо применять взрываемое вещество с нулевым или близким к нему кислородным балансом. При применении взрываемых веществ с отрицательным балансом для снижения загрязнения атмосферы рекомендуется в забоечный материал добавлять различные нейтрализаторы, например, известь-пушонку.

Эффективен и способ гидрообеспыливания, как внешняя, так и внутренняя водяные забойки скважин. Внутренняя водяная забойка скважин производится при взрывании обводненных скважин, внешняя - путем установки над скважинами полиэтиленовых емкостей с водой, взрываемых на доли секунд раньше скважинных зарядов, образующаяся водяная завеса позволяет уменьшить количество пыли в 1,5-2 раза, NО₂ - 1,3-2 раза.

Орошение пылегазового облака возможно также искусственным осадкообразованием или с помощью дождевальных установок и вентиляторов-оросителей.

Воду, удаляемую из карьера, необходимо сбрасывать в ближайший водоток или в место, исключающее возможность ее обратного проникновения в выработки и заболачивание прилегающих территорий. Сброс воды производят после ее осветления, а в необходимых случаях после очистки от вредных примесей. Места сброса необходимо согласовывать с местными органами санитарного надзора.

Промывка материалов в притрассовых карьерах с осветлением промывочной воды производится в тонкослойных отстойниках и прудах-отстойниках.

Пруды-отстойники можно устраивать в замкнутых котлованах (в выработанном пространстве карьера) или в оврагах и логах (путем их перегораживания дамбами).

Выбор мест размещения отстойников (табл. 29.2) определяют на основании технико-экономического сопоставления вариантов в увязке с компоновкой сооружений и устройств карьера и в зависимости от топографических, инженерно-геологических и гидрологических условий района строительства.

Таблица 29.2

Техническая характеристика тонкослойных отстойников

Схема тонкослойного отстойника приведена на рис. 29.1.

Рис. 29.1. Схема тонкослойного отстойника:

1 - приемная воронка; 2 - решетка приемной воронки; 3 - патрубок для слива осветленной воды; 4 - пластины; 5 - бункер для сгущенного осадка; 6 - вибратор; 7 - система автоматизированного контроля за уровнем осадка, включением и выключением насоса; 8 - насос

Рекультивация земель, нарушенных открытыми горными разработками. Земли, нарушенные при разработке притрассовых карьеров, после завершения работ (не позднее 1 года) должны быть приведены в состояние, пригодное для их использования в народном хозяйстве.

Рекультивацию нарушенных земель в зависимости от дальнейшего применения необходимо осуществлять по следующим направлениям:

сельскохозяйственное - возврат земель под пашню, луга, пастбища, многолетние насаждения;

водохозяйственное - устройство водоемов различного назначения (водохранилища, пруды для разведения рыбы, дичи и т.д.);

лесохозяйственное - лесопосадки эксплуатационного и специального назначения (почвозащитные, санитарно-защитные, водоохранные и т.д.);

рекреационное - устройство парков, спортивных бассейнов, пляжей и т.д.;

архитектурно-планировочное - посадки, посев луговых трав (газоны), обводнение пониженных участков.

Рекультивацию производят в два этапа: I этап - горнотехнический; II этап - биологический.

В состав горнотехнической рекультивации земель включают: снятие плодородного слоя почвы и хранение во временных отвалах с площадей, отведенных под горные работы и отвалы вскрышных пород; планировку отвалов с целью образования удобных для рекультивации местности и строительства подъездных дорог, дренирование и другие мелиоративные мероприятия; отсыпку на рекультивированную поверхность плодородного слоя почвы и его планировку; другие инженерно-технические решения.

Горнотехнический этап предусматривает передачу земель пользователям для последующей биологической рекультивации, включающей выполнение следующих работ:

улучшение плодородия нарушенных земель; полное восстановление первоначального биологического потенциала земель;

подготовка земель для возделывания сельскохозяйственных культур, пастбищных угодий и лесонасаждений.

Пылеулавливание на камнедробильных заводах. На специализированных камнедробильных заводах (КДЗ) пылеобразование происходит при дроблении и сортировке каменных материалов, при их перегрузке с транспортера на транспортер.

При дроблении горных пород основная часть пыли является силикозоопасной (при дроблении гранита 69-72 %, песчаника 93-95 %). Это накладывает повышенные требования к защите атмосферного воздуха.

Процесс дробления обычно двухстадийный. На 1-й стадии применяются щековые дробилки, на 2-й - конусные или роторные.

Кроме дробления, переработка каменных материалов включает в себя сортировку (грохочение), транспортировку и складирование.

Сортировка производится также на двух стадиях:

1-я стадия (предварительное грохочение) - для отделения загрязняющих примесей на колосниковых грохотах;

2-я (контрольное грохочение) - для разделения щебня или гравия по фракциям на вибрационных грохотах.

В табл. 29.3 приведены данные, характеризующие содержание пыли в воздухе при переработке каменных материалов на КДЗ. Анализ табл. 29.3 показывает, что наибольшее пылеобразование происходит при дроблении, особенно кислых пород. Концентрация пыли зависит также от вида дробилки и режима дробления. Наименьшее количество пыли образуется у конусной дробилки, наибольшее - на выходе из роторной дробилки, что связано с высокими скоростями воздушных потоков при вращении дробящего ротора.

Таблица 29.3

Показатели запыленности воздуха при переработке каменных материалов

Для очистки от пыли разработаны различные пылеулавливающие аппараты, имеющие различный принцип действия и разную эффективность обеспыливания (табл. 29.4).

В зависимости от физико-химических эффектов осаждения пыли эти аппараты делятся на группы: пылеосадительные камеры; аспирационно-коагуляционные шахты; циклоны различного действия; тканевые, волокнистые и пористые фильтры; мокрые пылеуловители (ротоклоны, скрубберы, скоростные турбулентные пылеуловители); электрофильтры.

Таблица 29.4

Техническая характеристика пылеулавливающих аппаратов

Более высокая степень очистки достигается в циклонах, где для лучшего закручивания пылевого потока осуществляется спиральный и тангенциональный подвод потока.

Для повышения эффективности очистки больших объемов загрязненного воздуха используется объединение циклонов в группы по 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 элементов. Более эффективно использование батарейных циклонов, которые объединяются в одном корпусе в виде батарей, работают параллельно, но имеют общие раздающие и собирающие камеры. На КДЗ наиболее широкое применение нашли циклоны СИОТ ЦН-11 и ЦН-15 со степенью очистки до 96 %.

Пылеосадительные камеры, аспирационно-коагуляционные шахты, циклоны и скрубберы используются для предварительного обеспыливания при высокой концентрации пыли, являются аппаратами грубой очистки с эффективностью обеспыливания от 5 до 90 %. Электрофильтры, рукавные фильтры, турбулентные скоростные пылеуловители, ротоклоны - аппараты окончательного обеспыливания, тонкой очистки. Эффективность их применения - 90-99,9 %. При повышенном содержании пыли с целью достижения высокой степени очистки устраивают комбинированные аппараты, например, фильтр-циклоны, или устанавливают 2-3 ступени пылеулавливания (пылеосадительная камера - циклон - рукавный фильтр, циклон-фильтр - ротоклон и др.).

Для обеспыливания каменных материалов на КДЗ эффективно применяется высокократная воздушно-механическая пена, получаемая пеногенераторами с помощью ПАВ ПО-1, ДС-РАС, НЧК. Пена вводится вместе с каменными материалами в дробилки, на грохоты и конвейеры, причем ее применение не увеличивает влажность заполнителей и не ухудшает свойства цементо- и асфальтобетонов, полученных на их основе.

Экологическое обеспечение производства дорожных эмульсий. Производство дорожных битумных эмульсий сопровождается загрязнением окружающей природной среды (воздуха, воды, почвы), влиянием на здоровье людей.

Основными причинами выбросов являются:

технологические процессы, протекающие в эмульсионной установке (приготовление водного раствора эмульгатора, связанное с нагревом исходных компонентов и их перемешивание, испарение, сбросы промышленных вод, неудачные конструкции установок, не препятствующие выбросам вредных веществ в воздух и почву);

конструктивные недостатки установок, заключающиеся в свободном выходе вредных веществ, усилении процесса испарения и в возможности продуктов испарения попадать в атмосферный воздух, отсутствие накопительных устройств для производственных вод.

Источники выбросов и выделения вредных веществ при приготовлении катионных битумных эмульсий. Анализ технологии производства катионных битумных эмульсий позволил выделить основные производственные участки, где происходит выделение токсичных веществ:

Теплонагреватели, работающие на нефтяном топливе. Продукты сгорания топлива: углеводороды, оксиды азота, оксиды серы, твердые частицы, окись углерода.

Блок приготовления битума. Выделение углеводородов происходит в местах кранового оборудования, узлах и соединениях эксплуатируемого блока.

Емкости для хранения соляной кислоты. Выделение паров соляной кислоты происходит через клапан для ее заливки и в металлических емкостях, которые оборудованы специальной вентиляционной трубой в одном из люков крышки, вследствие негерметичности этих емкостей.

Блок приготовления водного раствора эмульгатора, где происходит выделение паров соляной кислоты, паров воды, паров эмульгатора. Состав паров зависит от химического состава эмульгатора, но в среднем это вещества 2-3-го класса опасности.

Блок хранения готовой продукции, где возможна утечка эмульсии в процессе перекачки и хранения через трубы, в крановых соединениях или при разрушении цистерны. Наблюдаются случаи разового перелива битумной эмульсии при заполнении автогудронаторов.

Для обеспечения экологически безопасных условий работы при производстве катионных битумных эмульсий необходимо осуществление ряда неотложных природоохранных мероприятий организационного, технического и технологического характера.

К их числу в первую очередь следует отнести:

использование эмульгатора, имеющего санитарный сертификат и рекомендованного к применению при производстве катионных эмульсий;

уменьшение выделения углеводородов за счет герметизации узлов и соединений, кранового оборудования, правильной эксплуатации (в соответствии с инструкцией по эксплуатации) блока по приготовлению битума;

сокращение выбросов в атмосферу от теплоустановок при обеспечении полного сгорания топлива посредством регулировки и наладки системы подачи топлива в камеру сгорания (топку);

предотвращение выделения паров соляной кислоты за счет использования герметичных емкостей и трубопроводов из пластмассы или других специальных кислотоупорных материалов;

исключение выделения из емкостей для приготовления водного раствора эмульгатора за счет использования закрытых емкостей и механической системы перемешивания раствора;

сброс промывочных вод и остатков водного раствора эмульгатора по специальным трубопроводам (кислотостойким) в специальный отстойник-накопитель;

нейтрализация вод в отстойнике-накопителе посредством щелочи или молотого известняка;

обваловка территории базы (цеха) защитными валиками, предупреждающими растекание эмульсии при проливах или авариях установки;

оборудование установки для производства эмульсий специальными емкостями для хранения эмульсий, системой трубопроводов, насосов и системой подогрева в соответствии с требованиями технологического регламента;

обеспечение технологического контроля за экологической безопасностью при производстве битумных эмульсий (контроль концентрации загрязняющих веществ, показателя кислотности в сбросах на почву и в водоемы, наполнения емкостей для приготовления водного раствора эмульгатора и отсутствия вытекания раствора из емкостей и т.д.).

Охрана окружающей природной среды на АБЗ. Производство асфальтобетонных смесей сопровождается значительным выделением загрязняющих веществ в окружающую природную среду. При этом не только теряется значительная часть дефицитного сырья, но и возникают условия для нарушения экологических требований и санитарно-технических норм. Классификация выбросов АБЗ в атмосферу представлена в табл. 29.5.

Таблица 29.5

Классификация выбросов АБЗ в атмосферу

^*Пятиокись ванадия при применении мазута в качестве топлива.

Для очистки газов и пылеулавливания на АБЗ применяются различные системы пылеулавливания. Они предназначены для защиты от загрязнения окружающей природной среды, отделения из каменных материалов пылевидных фракций при нормированном использовании уловленной пыли требуемого гранулометрического состава выпускаемых смесей.

Современные пылеулавливающие системы должны удовлетворять следующим требованиям:

иметь высокую эффективность работы (не менее 99 %) для обеспечения санитарных норм в зонах расположения заводов (под эффективностью работы оборудования для очистки дымовых газов подразумевается отношение количества пыли, оставшейся в пылеуловителе, к количеству пыли, содержащейся в дымовых газах до его прохождения через пылеуловитель);

обеспечивать высокую производительность (при приготовлении 1 т смеси образуется 500-1000 м³ газов);

принимать газ с высокой начальной запыленностью (40-300 г/см³);

иметь высокую термостойкость (температура 473°К);

обеспечить устойчивую работу в условиях нестабильного режима технологического оборудования (изменение влажности, остановки машин, погодных условий);

осаждать раздельно крупную и мелкую пыль;

обеспечить промышленную утилизацию уловленной пыли (использовать ее для приготовления смесей);

иметь высокий уровень унификации;

работать в автоматическом и дистанционном режимах управления.

Для удовлетворения указанных требований на производственных предприятиях применяются различные типы пылеулавливающих устройств, которые в зависимости от размеров эффективно улавливаемых частиц и эффективности их улавливания подразделяются на 5 основных классов. В России и за рубежом на производственных предприятиях нашли широкое применение следующие типы пылеулавливающих устройств: пылеосадительные камеры; одиночные и групповые циклоны; мокрые пылеуловители; тканевые фильтры и электрофильтры. Данные по применяемым в России аппаратам газоочистки и пылеулавливания приведены в табл. 29.6 и 29.7.

Таблица 29.6

Характеристика пылеуловителей

Таблица 29.7

Ориентировочная эффективность отечественных аппаратов газоочистки и пылеудаления

В настоящее время отсутствуют достаточно надежные методы расчета элементов и узлов пылеулавливающих систем. Разработка новых и усовершенствование существующих конструкций пылеулавливающих систем осуществляется приближенно и отрабатывается в процессе длительных испытаний и эксплуатации. В этих условиях полезными являются обобщение и анализ имеющегося опыта эксплуатации и промышленных данных по техническим параметрам и особенностям работы различного пылеулавливающего оборудования.

По данным фирмы Лодж-Котрел (Lodge-Cottrell, Англия), специализирующейся по пылеулавливающим системам, вид применяемого оборудования для осаждения из газов пыли зависит от размеров частиц пыли (табл. 29.8).

Таблица 29.8

Ориентировочная эффективность зарубежных аппаратов газоочистки и пылеудаления

Пылеосадительные камеры и циклоны. Для предварительной очистки от пыли отходящих газов целесообразно использовать пылеосадительные камеры (рис. 29.2), в которых отделение пыли происходит в результате ее осаждения под действием собственного веса.

Рис. 29.2. Пылеосадительная камера: 1 - газ; 2 - очищенный газ; 3 - пыль; 4 - решетки

Приемлемая эффективность очистки газов достигается при длительном нахождении частиц в пылеосадительной камере. Основные достоинства осадительных камер - простота конструкции, незначительные затраты на их эксплуатацию, небольшой расход энергии, возможность улавливания абразивной пыли. Они используются на первой ступени очистки газов и устанавливаются перед циклонами и водными пылеуловителями и фильтрами, обеспечивая повышение общей эффективности очистки и увеличение срока службы основных пылеуловителей.

Пылеосадительные камеры просты по конструкции, но имеют значительные габаритные размеры. Эффективность улавливания пыли в них размером менее 5 мкм практически близка к нулю.

Широкое применение для сухой очистки получили циклоны различных типов, принцип действия которых основан на использовании центробежной силы (табл. 29.9).

Таблица 29.9

Основные размеры цилиндрических и конических циклонов НИИОГаза (в долях от диаметра циклона D)

Газовый поток вводится в циклон через патрубок по касательной к внутренней поверхности корпуса и совершает вращательное движение вдоль корпуса. Под действием центробежной силы частицы пыли образуют на стенках циклона пылевой слой, который вместе с частью газа попадает в бункер. Отделение частиц пыли от газа, попавшего в бункер, происходит при повороте газового потока в бункере на 180°. Освободившись от пыли, газовый поток образует вихрь и выходит из бункера, давая начало газу, покидающему циклон через выходящую трубу. Для нормальной работы циклона необходима герметичность бункера. Если бункер негерметичен из-за подсоса наружного воздуха, происходит вынос пыли с потоком через выходную трубу.

Циклоны (рис. 29.3) занимают промежуточное положение между аппаратами грубой (предварительной) и тонкой очистки газов. К достоинствам циклонов относят: надежность работы при температуре газов до 500°С; улавливание пыли в сухом виде; эффективность работы при высоких давлениях газов; простота изготовления.

Рис. 29.3. Схема циклона: 1, 2 - коническая и цилиндрическая части циклона; 3 - выхлопная труба; 4 - винтообразная труба; 5 - газоход; 6 - улитка для выхода газа; 7 - входной патрубок; 8-пылевыпускное отверстие; 9 - бункер; 10 - пылевой затвор

При небольших капитальных затратах и эксплуатационных расходах степень очистки в циклоне от частиц пыли более 10 мкм составляет 80-90 %. Недостатки циклонов: высокое гидравлическое сопротивление, равное 1200-1500 Па; невозможность использования для очистки газов от мелких частиц; недостаточно эффективное улавливание частиц размером менее 5 мкм.

Наибольшее применение в нашей стране нашли циклоны конструкции НИИОГаза: цилиндрические (ЦН-11, ЦН-15У, ЦН-2У) и конические (СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34). Конические циклоны НИИОГаза отличаются от цилиндрических циклонов серии ЦН значительно большим сопротивлением и существенно большей эффективностью. С целью повышения эффективности пылеочистки с помощью циклонов их очень часто объединяют в группы по несколько штук. При этом поток отходящих газов направляют в соответствующие параллельные группы циклонов. Перед циклонами или после них устанавливают вентилятор-дымосос. Достоинством дымососов-пылеуловителей является постоянство коэффициента очистки газов при всех нагрузках, малые аэродинамические потери при улавливании частиц, минимальные металлоемкость и удельные капитальные затраты. Главный недостаток - абразивный износ рабочего колеса и деталей привода.

С целью повышения эффективности очистки газов иногда применяются батарейные циклоны или мультициклоны. Они отличаются исключительной компактностью, высокой производительностью, низкой удельной емкостью и вполне удовлетворительным газораспределением. По размерам батарейные циклоны значительно меньше групповых, но для обеспечения той же производительности требуется большее их количество.

Водные пылеуловители для мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность либо капель жидкости, либо пленки.

Среди аппаратов мокрой очистки на практике наиболее применимы циклоны «СИОТ», барботажно-вихревые пылеуловители и скрубберы Вентури.

Циклон-прерыватель «СИОТ» улавливает пыль вследствие ее осаждения на смачиваемые стенки уклона под действием центробежных сил. Вода в циклоне подается непосредственно во входной патрубок и на водораспределитель, расположенный в верхней части циклона. Питание циклона водой осуществляется через водонапорный бак с шаровым клапаном. На сливной трубе устанавливается гидравлический затвор для предупреждения подсоса воздуха.

Широкое распространение получили мокрые барботажно-вихревые пылеуловители (рис. 29.4), принцип действия которых основан на пропуске запыленных газов через слой воды.

Рис. 29.4. Барботажно-вихревой пылеуловитель: 1 - шламовая ванна; 2 - внешние завихряющие лопасти; 3 - водомерное устройство; 4 - внутренние завихряющие лопасти; 5 - патрубок для подачи воды; 6 - брызгоотделительные козырьки; 7 - корпус; 8 - внутренний дымовой канал; 9 - дымовая труба; 10 - переходный патрубок; 11 - входной патрубок; 12 - уровень шлама; 13 - скребковый конвейер; 14 - кран; 15 - водяной затвор; 16 - редуктор

Поток запыленных дымовых газов подается вентилятором-дымососом через входной патрубок 11 во внутренний дымовой канал 8. Дымовые газы, частично подхватывая воду, поступают в пространство (импеллеры), образованное внутренними 4 и внешними 2 завихряющими лопастями, в котором осуществляется барботажно-вихревой процесс смачивания пыли с водой. Увлекаемая газовым потоком вода перемещается сначала по внешней завихряющей лопасти 2, затем отбрасывается к внутренней завихряющей лопасти 4 и при выходе из дымового канала возвращается в шламовую ванну 1, падая в виде водяной завесы. Очищенные газы выходят в атмосферу через дымовую трубу 9. Осевший шлам удаляется скребковым конвейером 13, привод которого осуществляют с помощью электродвигателя и редуктора 16 через клиноременную и цепную передачи. Во время работы барботажно-вихревого пылеуловителя уровень воды во входной камере внутреннего дымового канала понижается, а в выходной камере, образованной корпусом 7 пылеуловителя и внутренним дымовым каналом, повышается. Для устойчивой работы устройства уровень воды в выходной камере должен быть постоянным. Уровень воды контролируют визуально через водомерное устройство 3. Потери воды из-за ее уноса вместе со шламом и в результате испарения восполняются через патрубок 5. Из шламовой ванны вода сливается через кран 14.

Эффективность очистки заполненных газов барботажно-вихревыми пылеуловителями составляет 90 % для мелких частиц размером менее 1 мкм и 99,5 % для частиц размером более 1 мкм. Для обеспечения большего смачивания частиц пыли водой к ней добавляют гашеную известь, которая уменьшает поверхностное натяжение.

Рис. 29.5. Водный пылеуловитель типа «Ротоклон»

За рубежом широкое распространение получили водные пылеуловители «Ротоклоны» (рис. 29.5). Нижняя часть корпуса 4 этих аппаратов представляет собой резервуар, заполненный водой. Остальное внутреннее пространство разделено перегородкой 3, нижний край которой погружен в воду. Перегородкаобразует две камеры: входную камеру запыленных газов и выходную 1 очищенных газов. Обе камеры по всей длине аппарата связаны газоочистительным аппаратом (импеллером) 5. Потоки запыленных газов проходя через импеллер, подхватывают и несут с собой часть воды из резервуара.

При соответствующей скорости газов увлекаемая вода движется сначала по нижней направляющей импеллера, затем отбрасывается к его верхней направляющей и при выходе из импеллера возвращается в резервуар, падая водяной завесой. Циркуляция воды происходит только вследствие движения воздушного потока, и для этого не требуется дополнительных устройств. Газы от пыли очищаются в результате совместного действия центробежной силы на частицы пыли и перемешивания запыленных газов с водой. Уловленная водой пыль попадает в резервуар, из которого она затем удаляется при помощи пластинчатых и винтовых конвейеров.

Скрубберы Вентури - наиболее эффективные аппараты мокрой очистки газов. Они имеют различные варианты конструктивного исполнения. Принцип действия скрубберов Вентури основан на совместном действии газового потока, движущегося с высокой скоростью (40-150 м/с), и потока орошающей его жидкости, что и способствует осаждению частиц пыли на каплях жидкости.

Основная часть скруббера Вентури (рис. 29.6) - сопло Вентури 2, в конфузорную часть которого подводится запыленный поток газа и через центробежные форсунки 1 жидкость на орошение. В конфузорной части сопла происходит разгон газа от входной скорости (15-20 м/с) до скорости в узком сечении сопла 30-200 м/с и более.

Рис 29,6. Основная часть скруббера Вентури: 1 - центробежная форсунка; 2 - сопло Вентури; 3 - каплеуловитель

Основные преимущества мокрых пылеуловителей - это сравнительно небольшая стоимость и более высокая эффективность улавливания частиц по сравнению с циклонами. Их можно применить для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм. Однако, мокрые пылеуловители обладают рядом недостатков, ограничивающих область их применения: образование в процессе очистки шламов, требующих создания специальных систем для их переработки; вынос влаги в атмосферу и вероятность забивания газоотходов и оборудования пылью; значительные потери жидкости вследствие брызгоуноса; большой расход воды и необходимость создания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель.

Тканевые фильтры. С ужесточением требований к очистке газов на АБЗ все шире используют тканевые фильтры (табл. 29.10).

Таблица 29.10

Техническая характеристика тканевых фильтров

Применение тканевых фильтров обеспечивает более высокую степень очистки газов от взвешенных частиц, чем в газоочистных аппаратах других типов; возможность улавливания частиц при любом давлении газов; использование химически стойких материалов; возможность полного улавливания частиц всех размеров, включая субмикронные.

К недостаткам тканевых фильтров следует отнести необходимость периодической замены некоторых фильтрующих перегородок и сравнительно высокий расход энергии при использовании отдельных видов пористых фильтров. Степень очистки газов на АБЗ матерчатыми фильтрами составляет 99,9 %. В некоторых асфальтобетонных установках фирм «Бернарди» (Италия) и «Вибау» (Германия) тканевый фильтр является единственным устройством, обеспечивающим очистку газов от пыли сушильного барабана на АБЗ.

Процесс фильтрования состоит в задержании частиц примесей на пористых перегородках при движении через них дисперсных сред. Фильтр (рис. 29.7) представляет собой корпус, разделенный пористой перегородкой (фильтроэлементом) на две полости. В фильтр поступают загрязненные газы, которые очищаются при прохождении через фильтроэлемент. Частицы примесей оседают на входной части пористой перегородки и задерживаются в порах, образуя на поверхности слой из частиц. Таким образом осевшие частицы становятся для вновь поступающих частиц частью фильтровой перегородки, что увеличивает эффективность очистки фильтра и перепад давления на фильтроэлементе.

Рис. 29.7. Схема тканевого фильтра: 1 - корпус; 2 - фильтроэлемент; 3 - слой частиц

Электрофильтры обладают высокой степенью очистки (до 99,9 %), улавливают твердые и жидкие частицы в широком диапазоне размеров (от 0,1 до 100 мкм), имеют невысокое гидравлическое сопротивление (150-200 Па) и энергозатраты, могут быть полностью автоматизированы.

Электрическая очистка - один из наиболее современных видов очистки газов от взвешенных в них пыли и тумана. Процесс очистки основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждения последних на осадительных и коронирующих электродах.

В электрическом фильтре (рис. 29.8) взвешенные в газовом потоке частицы пыли осаждаются электрическими силами. Запыленные газы проходят через электрическое поле высокой напряженности, которое создается между заземленными осадительными электродами с положительной полярностью и коронарными электродами с отрицательной полярностью. Частицы пыли накапливаются слоями на осадительных электродах до тех пор, пока механизм встряхивания не оторвет их и не разрушит слой пыли на крупные конгломераты, которые достаточно тяжелы и могут выпадать из газового потока, не притягиваясь снова к электроду.

Рис. 29.8. Схема электрического фильтра: 1 - частицы пыли; 2 - электрическое поле; 3 - заземленные осадительные электроды с положительной полярностью; 4 - коронарные электроды с отрицательной полярностью

Эффективность электрических фильтров составляет около 99,99 %. Мощность, требуемая для работы фильтра, равна 0,1-1,0 кВт на 1000 м³ запыленного воздуха. Несмотря на высокую эффективность очистки выбросов, применение электрофильтров для специфических условий АБЗ ограничено по следующим причинам: сложность в работе при изменении подачи и температуры газов в течение рабочего цикла; наличие в газах сернистых соединений; большие габариты; высокая стоимость изготовления, монтажа и эксплуатации; потребность специально обученного квалифицированного персонала.

Мероприятия по охране окружающей среды на АБЗ. Мероприятия по снижению вредных выбросов производственными предприятиями дорожного хозяйства должны предусматриваться уже на стадии составления проекта организации строительства автомобильной дороги, а также при проектировании генеральных планов предприятий.

Проектирование генеральных планов АБЗ с точки зрения соблюдения санитарно-гигиенических требований предусматривает расположение предприятий по отношению к жилым районам, сельскохозяйственным угодьям и другим, экологически чувствительным зонам с учетом преобладающего движения воздушных масс (розы ветров), то есть с подветренной стороны.

Размеры санитарно-защитных зон непосредственно от источника загрязнения на АБЗ до границ жилой застройки принимаются на основании требований нормативных документов и составляют: для АБЗ стационарного типа - 300 м (III класс по санитарной классификации); для инвентарного 500 м (II класс по санитарной классификации). Территория санитарно-защитных зон должна быть благоустроена газоустойчивыми породами деревьев и кустарников по проектам благоустройства. При этом следует иметь в виду, что запыленность березы в 2,5 раза, а запыленность хвойных пород в 30 раз больше запыленности осины. Деревья с шероховатыми листьями задерживают пыль лучше. На листовой поверхности таких деревьев осаждается до 70 % пыли из атмосферного воздуха.

Высокие и постоянно растущие экологические требования, предъявляемые к АБЗ, предопределяют расширение внедрения организационных, технических и технологических мероприятий, направленных на снижение вредных воздействий на окружающую природную среду.

К числу этих мероприятий в первую очередь относят:

совершенствование контроля за соблюдением технологических режимов и правил;

строительство новых и повышение эффективности существующих очистных установок;

совершенствование технологических процессов приготовления асфальтобетонных смесей.

К первому направлению относится постоянный контроль за агрегатами и узлами АБЗ, являющимися источниками выброса загрязняющих веществ, и регулярное проведение технического обслуживания очистных устройств. Особое наблюдение должно быть установлено:

за состоянием уплотнения между обечайкой вращающихся сушильных барабанов и торцами неподвижно закрепленных загрузочных и разгрузочных коробок асфальтосмесительных установок;

за пыленепроницаемостью кожухов горячих элеваторов, грохотов и смесителей и наличием отсоса воздуха из-под кожухов с целью исключения выделения вредных выбросов при работе оборудования;

за герметичностью газоотводов;

за бесперебойной работой всех пылегазоочистных систем;

за соблюдением температурных режимов.

Одним из наиболее простых методов уменьшения токсичных компонентов в выходных газах является замена сжигаемого в сушильных барабанах жидкого нефтяного топлива (в основном мазута) на газообразное. Использование природного газа позволяет отказаться от дорогостоящих систем хранения, подготовки и сжигания топлива, что предопределяет возможность сокращения капитальных затрат на АБЗ.

Специалисты Германии считают, что наиболее экономичным в перспективе может стать уголь. В настоящее время в США на некоторых АБЗ установлены горелки, работающие на порошкообразном топливе. По мнению американских ученых, при сжигании угля атмосфера загрязняется меньше. В ближайшем будущем предусматривается расширение использования угля в качестве топлива на АБЗ США.

Важным направлением является работа по совершенствованию структуры парка асфальтосмесительных установок с целью улучшения экологической обстановки на АБЗ и сокращения вредных выбросов.

В настоящее время наметилась тенденция к улучшению структуры парка асфальтосмесительных установок за счет замены их на более производительные с улучшенными экологическими характеристиками, в том числе и зарубежного производства. На объекты дорожного хозяйства продолжается поставка асфальтосмесительных установок ОАО «Кредмаш» (Украина) ДС-185 и ДС-168 производительностью 50 и 130 т/час соответственно. В них предусмотрена замена мокрого пылеуловителя барботажного типа на более эффективный скруббер Вентури. Часть установок данного типа может поставляться и с тканевыми рукавными фильтрами в модификации для эксплуатации на природном газе.

Продолжается и оснащение дорожных организаций моделями с улучшенными экологическими показателями асфальтосмесительных установок фирм «Амман» и «Бенинхофен» (Германия), Бернарди (Италия), Калоткине (Финляндия) и др.

Сушка и нагрев каменных материалов в сушильном барабане является одной из главных технологических операций в производстве асфальтобетонных смесей. Однако мировой опыт показывает, что наиболее эффективно тепло- и массообменный процесс (сушка и нагрев) сыпучих материалов осуществляется в виброкипящем слое. В смежных областях (химическая, литейная промышленность и др.) сушилки виброкипящего слоя вытесняют барабанные аппараты для сушки и термообработки сыпучих сред. При этом экономия топлива достигает 30 % и более. Целесообразность и перспективность применения сушильного барабана в виброкипящем слое в асфальтосмесительной установке за рубежом не вызывает сомнений.

С ужесточением требований к очистке газов целесообразно более широкое внедрение тканевых фильтров вместо мокрой очистки: циклонов «Сиот», барботажно-вихревых пылеуловителей, скрубберов «Вентури» и др. Однако стоимость подобных устройств (в частности, при использовании тканевого фильтра) достигает 15-20 % стоимости всего технологического оборудования АБЗ. Эти причины привели к необходимости дальнейших разработок по третьему направлению (совершенствованию технологических процессов приготовления асфальтобетонных смесей), которое, в частности, включает:

применение герметичных бункеров и силосов для минерального порошка, а также пневмотранспорта для его перемещения к асфальтобетонной установке;

использование минеральных заполнителей, отвечающих требованиям соответствующих государственных стандартов по содержанию в них пылевидных и глинистых частиц;

применение совершенных топочных устройств, установку газоанализаторов и кислородомеров для подбора оптимального режима сжигания топлива;

оснащение асфальтобетонных установок устройствами для непрерывного контроля эффективности пылеулавливания;

разработка новых технологичных способов приготовления асфальтобетонных смесей, отличающихся от принятой технологии меньшим пылеобразованием.

Последнее направление заключается в том, что влажный каменный материал вначале обрабатывается вяжущим, а затем уже полученная смесь нагревается до рабочей температуры.

В Москве эксплуатируются уже несколько лет две установки фирмы «Машинери» (Финляндия), реализующие указанную технологию (рис. 29.9). Технология приготовления смесей включает: дозирование холодного и влажного крупного и мелкого щебня, песка, а также минерального порошка в смеситель; дозирование туда же горячего битума; перемешивание 10-15 сек; выгрузку в промежуточный бункер и подачу в сушильно-смесительный барабан специальной конструкции, в котором происходит разогрев, просушивание и перемешивание смеси.

Рис. 29.9. Технологическая схема асфальтобетонной установки по экологически чистой технологии:

1 - агрегат питания, 2 - весовой бункер дозатора; 3 - шнек-питатель; 4 - силос минерального порошка; 5 - роторный питатель; 6 - дозатор битума; 7 - система газоочистки; 8 - приемный бункер; 9 - сушильный барабан-смеситель; 10 - ленточный транспортер; 11 - ленточный питатель; 12 - приемный бункер

Технология относится к экологически чистой за счет того, что в сушильно-смесительном барабане битум, расплавляясь уже при температуре 70-80°С, связывает мелкие частицы в притопочной зоне барабана, уменьшая вынос пыли. При этом концентрация твердых частиц в отходящих из барабана газах оказывается меньше, чем в газах обычных асфальтосмесительных установок после очистки их в циклонах.

С учетом опыта эксплуатации зарубежного оборудования в России разработана асфальтосмесительная установка БАС-30 производительностью 30 т/ч.

В целях обеспечения экологических требований на АБЗ в мировой и отечественной практике все большее распространение получает приготовление холодных смесей. Эти смеси содержат минеральный материал подобранного гранулометрического состава и жидкое органическое вяжущее. Приготовление холодных смесей производится в асфальтосмесительных установках, дооборудованных системой подачи и дозирования воды (рис. 29.10).

Рис. 29.10. Технологическая схема приготовления холодных асфальтобетонных смесей: 1, 2 - последовательность подачи

Предварительно отдозированные минеральный порошок, щебень и песок без подогрева и высушивания подаются в смеситель (мешалку). Одновременно с минеральными материалами в смеситель подается вода. В качестве жидких органических вяжущих используются гудроны, жидкие или разжиженные битумы.

Технология производства холодной смеси отличается простотой, обеспечивает экологическую чистоту (исключается операция по просушке минерального материала) и может быть реализована как при положительной, так и при отрицательной температуре (до -10°С). Приготовленную смесь можно хранить в штабеле до 6-12 месяцев.

На асфальтобетонных заводах в обязательном порядке должны осуществляться организационно-хозяйственные мероприятия для обеспечения условий и требований, предусмотренных в разрешениях на выброс вредных веществ.

Котельные, имеющиеся на предприятиях и работающие на жидком или твердом топливе, должны иметь исправные устройства для улавливания твердых частиц (сажи) в отводящих газах, обеспеченные современными установками по очистке выбросов в атмосферу.

Предприятие должно иметь специальные участки для мойки подвижного состава, узлов и деталей, исключающие сток неочищенных вод в поверхностные водоемы, почву.

Моечные установки должны иметь очистные устройства, обеспечивающие соблюдение нормативов предельно-допустимых стоков (ПДС).

Предприятия, имеющие свои емкости для хранения и заправки транспортных средств топливо-смазочными материалами (ТСМ), должны организовать приемку и выдачу ТСМ так, чтобы исключить возможность их попадания в канализацию, водоемы и почву.

Места проведения смазочных работ должны быть оснащены емкостями для сбора отработанных масел и фильтров и оборудованы устройствами, исключающими возможность загрязнения ТСМ почв и поверхностных вод.

Хранение органических вяжущих (битума, гудрона, дегтя и др.) следует осуществлять в специальных крытых битумохранилищах с надежным отводом поверхностных вод или в специальных обогреваемых цистернах. Хранение органических вяжущих в открытых ямах и емкостях должно быть исключено.

Разогрев вяжущих в битумохранилищах должен производиться электронагревателями или с помощью пароподогрева.

Выгрузку, складирование и внутризаводское транспортирование пылевидных материалов необходимо производить механизированно. При ручных работах с этими материалами должны быть предусмотрены мероприятия против распыления.

Каменные материалы должны очищаться от пылеватых частиц в установках для обогащения материалов. Для изоляции мест пылеобразования дробильно-сортировочное оборудование снабжается системами пылеочистки. Транспортные средства для подачи каменных материалов (транспортеры, питатели, элеваторы и т.д.) должны быть оборудованы укрытиями.

При хранении каменных материалов для уменьшения пылеобразования на складах материалов должны быть предусмотрены мероприятия по предотвращению их размыва дождевыми и талыми водами и выноса материала в водотоки. Для уменьшения пылеобразования необходимо предусматривать пылеподавление увлажнением.

Пылеулавливание на ЦБЗ. Пылеобразование на ЦБЗ происходит при дроблении и сортировке каменных материалов, в узлах их пересыпки с транспортера на транспортер, при транспортировке цемента и т.д. Существенным до 40 % является также «вторичное» пылеобразование, получаемое при раздувании осевшей пыли движущимися шкивами, маховиками и транспортерами.

Наиболее простым и эффектным способом борьбы с запыленностью воздуха на ЦБЗ является гидрообеспыливание каменных материалов. Обеспыливание грохотов производится с помощью укрытий ситами, обеспыливание транспортеров - путем устройства укрытий бортов транспортеров.

На ЦБЗ аспирирование (Аспирация - отсос воздуха от места образования пыли. Отсос производится от местных аспирационных укрытий - пылеприемников, составляющих неотъемлемую часть технологического оборудования) укрытиями производится при обеспыливании элеваторов, с помощью которых транспортируется цемент. Аспирируется верхняя и нижняя часть элеватора, а также бункеры.

Для очистки пыли, отсасываемой из укрытий, разработаны пылеулавливающие аппараты, имеющие различный принцип действия и разную эффективность обеспыливания (табл. 29.11).

Таблица 29.11

Характеристика основных пылеулавливающих аппаратов на ЦБЗ

Для повышения эффективности очистки больших объемов загрязненного воздуха используется объединение циклонов в группе по 2, 4, 6, 8 и более элементов. Более эффективно также использование батарейных циклонов, которые объединяются в одном корпусе в виде батарей, работают параллельно, но имеют общие раздающие и собирающие камеры. На ЦБЗ наиболее широкое применение нашли циклоны СИОТ ЦН-15, так как они приспособлены для сбора пыли, склонной к налипанию.

Для обеспыливания силосов цемента применяются тканевые рукавные противоточные фильтры или рукавные фильтры с автогенерацией. Они имеют рукава из гладкой гидрофобизированной стеклоткани, которая наряду с пульсацией транспортируемого потока воздуха обеспечивает периодический срыв и падение в силосы накопившейся в рукавах цементной пыли без воздействия каких-либо механизмов.

Для обеспыливания каменных материалов эффективно применяется высокократная воздушно-механическая пена, получаемая пеногенераторами с помощью ПАВ ПО-1, ДС-РАС, НЧК и др. Пена вводится вместе с каменными материалами на грохоты и транспортеры, причем ее применение не увеличивает влажность каменных материалов и не ухудшает свойства цементобетона, полученного на их основе.

Так как транспортеры и элеваторы являются сильно пылящими транспортными системами, для обеспыливания которых необходимо устройство сложных укрытий, в последнее время их все чаще заменяют системами пневмотранспорта (пнёвмовинтовые питатели, пневмоподъемники и др.), которые практически исключают выделение пыли в атмосферу.