CC BY
31
------------------------------------- © Ю.В. Шувалов, А.П. Бульбашев,
С.А. Ильченкова, Н.А. Гаспарьян, А.Н. Никулин, 2004
УДК 622.807
Ю.В. Шувалов, А.П. Бульбашев, С.А. Ильченкова,
Н.А. Гаспарьян, А.Н. Никулин
СНИЖЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ПЫЛЕОБРАЗОВАНИЯ И ПЫЛЕПЕРЕНОСА С ПОВЕРХНОСТИ ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ
Семинар № 7
ТТ аибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха выбросами пыли при добыче и переработке полезных ископаемых вносят неорганизованные открытые точечные и площадные источники пылевыделе-ния, основными из которых являются технологические процессы, пылящие поверхности хво-стохранилищ и отвалов. Установлено, что ареал пыления хвостохранилищ и отвалов достигает десятков километров. В процессе эксплуатации хвостохранилищ на их поверхности образуются, так называемые, «сухие пляжи», занимающие до 25 площади. Сухая поверхность хвостохранилищ даже при незначительных скоростях ветра является источником пы-леразноса.
Влияние пылящих поверхностей (отвалов, хвостохранилищ) (таблица) тесно связано с климатической характеристикой района, которая предопределяет степень загрязнения атмосферы пылью, дальность и направление распространения пылевых частиц в зависимости от «розы ветров». Нарис.1 представлена кривая среднемесячной температуры и скорости ветра (на примере Орско-Халиловского района Оренбургской области).
Пыление отвалов при скоростях ветра 3-5 м/с составляет 1-3 мг/(м2 с), а пляжных зон хвостохранилищ - до 6,5 мг/(м2 с). При этом запыленность воздуха может достигать 500 мг/м3.
Повторяемость в направлении движения и скорости воздуха в этом районе в зависимости от сезона следующая:
В зимние месяцы наибольшая повторяемость приходится на скорость ветра 2,5 м/с и составляет 52 %, в летние месяцы наиболее часто повторяемость скорости 3,1 м/с, составляющая 51-61 %.
Оценка выбросов и переноса пылевых аэрозолей ветром может быть выполнена на основе известных методик [1, 2, 3]. Расчетные значения изменения относительного содержания пыли в воздухе Дп и относительной массы выпавшей пыли Дш в зависимости от расстояния до источника приведены на рис. 2 Д„ = (П / Я0)100%
где П - фактическое содержание пыли в воздухе (мг/м3); П0 - начальное содержание пыли в месте образования (мг/м3).
Д м 4М/М0 ^ %
где М и М0 - массы выпавшей пыли в расчетной точке и в месте образования, соответственно, т/(га год).
Исследования содержания вредных компонентов в атмосфере во времени года объясняется [4], главным образом, направлением и интенсивностью процессов тепломассообмена техногенного массива с атмосферой. Последние определяются термодинамическими параметрами атмосферы (температура, относительная влажность, влаго-содержание, скорость движения) и приконтурной части техногенно-
Показатели сдувания пыли с пылящих поверхностей
Характеристика объекта Удельное сдувание пыли при скорости ветра (м/с), мг/(м2 с)
ДО 4 6-8 10
Умеренно пыльные 0,4 18 100
Пыльные 0,6 25 200
Весьма пыльные 1,0 50 350
Направление С СВ В ЮВ Ю ЮЗ 3 СЗ
Повторяемость, % 13 17 9 8 6 15 25 7
Рис. 1. Годовая динамика температуры и скорости ветра района
го массива (температура, влагосодержание). Изменение температуры или влагосодержания атмосферы в процессе суточных колебаний ведет к появлению разности потенциалов (градиента) на границе «техногенный массив - атмосфера» и интенсификации потока теплоты или массы газа (пара), вовлечения в этот процесс атмосферного воздуха (конвективные токи) с фазовыми переходами воды «жидкость - пар» в процессе «испарение - конденсация». Эти явления изменяют интенсивность пылевыделения источников (отвалы) и пылеподавления (параконден-сационное).
Исследованиями на горнометаллургических предприятиях и в лабораторных условиях [4] установлена зависимость относительной запыленности воздуха ДП = П/П0, (П - фактическая запыленность воздуха, мг/м3; П0 - запыленность воздуха при отсутствии массообмена, мг/м3 (Д(1 = 0)) от направления (конденсация + испарение -) процесса массообмена и величины относительного изменения влагосодержания воздуха Д(1, г/(кг м) или темпа изменения Д(!у, г/(кг с).
AdV = • V
где V - скорость движения воздуха, м/с.
Анализ полученной эмпирической кривой (рис. 3) свидетельствует о наличии симметрично-
го "переходного" периода при изменении направления массообмена в пределах градиента влагосодержания Д(1 = + 0,02 г/(кг-м3) и дальнейшем различии процесса пылевой динамики при изменениях градиента влагосодержания. В условиях интенсификации процесса испарения характер кривой будет стремится к максимально возможному значению относительной запыленности воздуха. Подобный процесс можно наблюдать при сублимационных процессах (испарение льда весной) с максимальным выделением освобождающейся пыли и ее аэрации под действием воздушных потоков. В условиях интенсификации процесса конденсации предел снижения относительной запыленности воздуха теоретически близок к нулю, практически характеризуется уровнем при коагуляции влаги на пылинках (ядрах конденсации) их укрупнением в капли и выпадением в виде дождя или снега с дополнительным захватом витающей пыли. Анализ этих данных позволяет сделать вывод о том, что температура, скорость, повторяемость направления движения воздуха и влагосодержание влияют на выдувание пыли из объемов и площадей отвалов. Учет этих факторов может обеспечить минимизацию затрат на пылеподавление в определенные периоды года. Особые затруднения вызывает борьба с пылью в холодный период, когда применение наиболее эффективных мокрых способов борьбы затруднительно.
В зимнее время возможно снижение запыленности с использованием искусственного снега, образуемого с помощью снеговых генераторов. В
Рис. 2. Изменение относительного содержания пыли в атмосфере Ап и выпадение на поверхность Ам в зависимости от расстояния до источника
Рис. 3. Зависимость относительной запыленности воздуха от градиента изменения влагосодержания
основу конструирования различных снегогене-раторов заложены принципы фазовых переходов диспергированной воды при свободном падении в потоке воздуха, движении затопленных струй в неподвижном воздухе, противо-точном, поперечном или прямоточном движении воздуха, предварительном переохлаждении капель в камере смешения с потоком расширяющегося сжатого воздуха и др. [4].
Наиболее простым по исполнению является экономичный, эффективный, экологически чистый способ пылеподавления мощных источников (пылящие поверхности отвалов и складов), основанный на физическом эффекте фазового перехода воды (пар - вода - лёд) с выделением скрытой теплоты и коагуляцией твёрдых частиц пыли, являющихся ядрами конденсации пара или кристаллообразования снега. Дополнительное связывание осевшей пыли и снижение её уноса обеспечивается введением клеящих добавок в воду.
Установка (рис. 4) в форме цилиндрического кожуха - 3 с примыкающими к концам кониче-
Рис. 5. Характеристика частиц крупностью 0,63-1,6 мм
Рис. 4. Снегогенератор для борьбы с пылью при отрицательных температурах воздуха
скими раструбами - 1 и 2 для всасывания - 1 холодного воздуха и выпуска - 2 нагретого с помощью встроенного осевого вентилятора - 6 перед которым установлена пневмогидравлическая форсунка - 4, а позади - гидравлическая форсун-ка-туманообразова-тель - 5, работает в режиме снегообразователя во встречном потоке холодного воздуха и туманообразователя в попутном потоке теплого воздуха. Эффективность снегообра-зования данной установки составляет 85-90 %, что подтвердили натурные испытания на полигонах [4]. Модель установки демонстрировалась на международных выставка в Париже и Брюсселе (2002 г.) и была отмечена бронзовой и серебряной медалями.
В лабораторных условиях были проведены исследования, цель которых являлось определение эффективности пылеподавления витающей пыли и укрепления пылящих поверхностей путем орошения водой с клеящими добавками
Для проведения исследований была создана опытная модель установки, сходной с схемой на рис. 4. Исследования были проведены в два этапа.
На первом этапе была определена зависимость дальности пылеуноса от крупности частиц без пылеподавления при скорости движения воздушного потока 3-5 м/с и крупности частиц 0,0711,6 мм. На рис. 5 приведена зависимость (сплошная линия) содержания класса крупности частиц от дальности пылеуноса от источника пылеобразования (число опытов более 100).
На втором этапе была определена эффективность пылеподавле-
ния путем орошения частиц водой с клеящими добавками (пунктирная кривая на рис. 5). Последующие исследования пылевыделения с пылящих поверхностей в зависимости от концентрации клеящего вещества в растворе позволили вы-
явить оптимальные характеристики последнего, обеспечивающие длительное сохранение поверхности от выдувания и перспективы применения конденсационного и кристаллизационного способов пылеподавления.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Осодоев М.Т., Божедонов А.И., Шувалов Ю.В. и др. А.с. 1174693 СССР МКИ Б 25.С.3/04. Устройство для получения искусственного снега - № 371895/2813. Опубл. 23.08.85. Бюл. №31. Открытия. Изобретения. - 1985.
2. Осодоев М.Т., Божедонов А.И., Шувалов
Ю.В. и др. А.с. 1132124 СССР МКИ Б 25.С.3/04. Устройство для получения искусственного снега - №
3654238/28-13. Опубл. 30.12.84. Бюл. №31. Открытия. Изобретения. - 1985.
3. Охрана окружающей среды при проектировании и эксплуатации рудников, под ред. проф. д.т.н. В.И. Мосинца, - М.: Недра, 1981.
4. Булъбашев А.П., Шувалов Ю.В. Рациональные
технологии освоения месторождений строительных материалов. - СПб, МАНЭБ, 2000.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------
Шувалов Ю.В., Булъбашев А.П., Ильченкова С.А., Гаспарьян НА., Никулин А.Н. - Санкт-Петербургский государственный горный инситут (Технический университет)
----------------------------------------------- © Р.Г. Мелконян, 2004
УДК 622.8
Р.Г. Мелконян
ПРОДОВОЛЬСТВЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ КАК ФАКТОР УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ОБЩЕСТВА
Семинар № 7
П наши дни, когда осознана необходимость перехода общества к устойчивому развитию, приобретает особое значение анализ существующих и возможных проблем глобальной безопасности. Современный этап развития человечества сопровождается возникновением качественно новых, зачастую непредвиденных видов опасности, как на глобальном, так и на региональном уровнях. Одной из приоритетных проблем дальнейшего развития мировой цивилизации становится обеспечение ее безопасности и, в частности, продовольственной безопасности.
Понятие "продовольственная безопас-
ность" затрагивает различные грани процесса взаимодействия человека и общества с приро-
дой. Поэтому возрастает актуальность философского осмысления методологических принципов, необходимых для создания целостной системы продовольственной безопасности. В наше время данное понятие становится ключевым, органично связанным с различными концепциями выхода цивилизации из экологического кризиса и перехода к устойчивому развитию.
Логика развития современной действительности, происходящие изменения в сфере общественного бытия, требует эффективных методов и способов решения проблемы продовольственной безопасности. Вопросы продовольственной безопасности связаны, прежде всего, с философией сельскохозяйственных наук. Задачу продо-
