Simulation of the coal dust spread during the operation at JSC Vanino Port before and after the installation of a wind and dust screen

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The relevance of the work is determined by the need to ensure environmental safety during coal transshipment at the non-specialized terminal of JSC Vanino Port. The level of atmospheric air pollution with coal dust in the residential area of the settlement and above the water area of Vanina Bay was determined based on modeling the dispersion of emissions in the atmosphere in the program of the Environmental Protection Agency “Ecologist-4.6.ˮ 91 sources of coal dust emissions were taken into account. 10 options for the organization of work have been considered. Dispersion calculations have shown that the air protection measures carried out by Port Vanino JSC are not effective enough. Dispersion calculations have shown that the air protection measures carried out by JSC Port Vanino are insufficiently effective. According to the most unfavorable variant of the organization of work, the ground concentrations over the bay water area will be from 0.579 to 2.37 mg/m3, in residential areas - from 0.049 to 0.115 mg/m3 (from 0.16 to 0.38 shares of the MPC), the maximum contribution is given by dusting of warehouses. The use of a 20-meter-high screen around the entire perimeter of the warehouses makes it possible to reduce surface concentrations by 10 times, ensure compliance with regulatory requirements, and reduce dust deposition in the bay area. The potential risk of developing non-specific toxic effects in chronic intoxication at control points in residential buildings is reduced from the category of “dangerousˮ to “acceptableˮ, which confirms the effectiveness of the proposed measure.

Full Text

Введение Важной задачей в области защиты окружающей среды является оценка влияния крупных угольных терминалов на экологическое состояние близлежащих городов в целом и на состав атмосферных взвесей в частности [1-4]. Перечислим основные источники пыления при перевалке угля в морских портах [3]. - Открытые склады угля, обеспечивающие круглосуточный и круглогодичный существенный вклад в пыление. Однако применение закрытых складов на сегодняшний день вопрос дискуссионный. - Узлы пересыпки и дробильно-сортировочные установки (ДСУ). Перегрузка из вагонов на склад может выполняться грейферами или вагоноопрокидывателями. Перемещение материала по периметру склада осуществляется конвейером или спецтехникой, ДСУ работают главным образом в зимний период и являются мощным источником пылевыделения. - Перегрузка со склада в трюм судна. Осуществляется конвейерным транспортом; с помощью пневмоустановок; с использованием грейферных кранов и перегружателей (наиболее распространен и обеспечивает максимальное пыление [4]). В результате в радиусе 10 м от места разгрузки грейфера концентрация пыли в воздухе в 7-50 раз превышает ПДК [5]. - Спецтехника и транспорт. Пыление имеет место при работе спецтехники (мобильные дробильные установки, экскаваторы, бульдозеры, погрузчики и т.д.) и движении автотранспорта по дорогам. Внимание исследователей сосредоточено на угольной пыли как опасной форме техногенного загрязнения [6; 7]. Пыление на угольных терминалах происходит за счет ветровой эрозии и механического воздействия. На специализированных терминалах пылеобразование ниже по сравнению с грей ферной технологией перевалки, так как процессы перегрузки в большинстве случае происходят в закрытых технологических узлах, что препятствует распространению пыли и повышает эффективность мероприятий по пылеподавлению и пылеулавливанию. При оценке состояния запыленности атмосферы, разработке способов и средств борьбы с пылью, выборе и внедрении обеспыливающих мероприятий необходимо учитывать применяемую технологию работ, технологическую операцию и конструктивные особенности используемых машин, свойства материала и образующейся при этом пыли, климатические и метеорологические условия района, в котором расположен объект, времена года и другие факторы [7]. Базовым, основополагающим принципом при ведении работ с углем в морских терминалах должен стать переход на наилучшие доступные технологии (НДТ) путем реализации комплекса мероприятий организационного и технического характера, направленных, в первую очередь, на минимизацию воздействия на атмосферный воздух[10]. Большинство специалистов сходятся во мнении, что не существует единого решения всех сложных проблем борьбы с пылью и универсального, полностью безопасного и продуктивного метода обеспыливания [8; 9]. В каждом конкретном случае эти вопросы решаются индивидуально. При выработке метода пылеподавления необходимо проанализировать следующие вопросы: что является основным источником образования пыли и где он находится, за счет какого процесса образуется наибольшее количество пыли, попадающей в воздух, и где располагаются наиболее чувствительные к воздействию воздушной пыли зоны [1-7]. Одним из вариантов снижения распространения пыли при операциях с углем на угольных причалах и терминалах является возведение ветро-пылезащитных экранов, контролирующих и изменяющих направление потоков ветра, уменьшающих их скорость, силу и размер вихревых потоков [10; 11]. Цель исследования - обоснование необходимости природоо хранных мероприятий на терминале АО «Порт Ванино» по снижению приземных концентраций угольной пыли до нормативных значений и уменьшение осаждения пыли на акваторию бухты с подтверждением эффективности математическим моделированием и расчетами потенциального риска для здоровья населения. С целью получения данных по распространению угольной пыли в п. Ванино и на прилегающей территории при функционировании АО «Порт Ванино» было выполнено компьютерное моделирование. Материалы и методы исследования АО «Порт Ванино» расположен на северо-западном материковом берегу Татарского пролива в естественной глубоководной бухте Ванина. Перевалка угля осуществляется на неспециализированных причалах № 5, 6, 7, 10, 15, 16, 17. Общая площадь угольных складов - 73 500 м2. Вместимость - 280 000 м3. Выгрузка из полувагона - классическая грейферная с помощью портального крана либо стрелового погрузчика. После формирования штабеля угля, прошедшего через дробильно-сортировочные установки и магнитный сепаратор, погрузка на судно осуществляется портальным краном. При эксплуатации неспециализированного терминала отмечался высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха угольной пылью в поселках Токи и Ванино. Первый митинг, на котором ванинцы высказали свои претензии к руководству морского порта, прошел в мае 2013 г. Проблема вышла на уровень Росприроднадзора, Государственной Думы РФ и Президента РФ. По предписанию Росприроднадзора на терминале был реализован ряд мероприятий по снижению пыления[11] [1; 12-14]. В соответствии с СанПиН 1.2.3685-21[12] пыль каменного угля нормируется по коду 3749. ПДКмр составляет 0,3 мг/м3, ПДКсс - 0,1 мг/м3, класс опасности - 3. Моделирование распространения угольной пыли в жилой зоне п. Ванино и на прилегающей территории проведено в 2024 г. с использованием УПРЗА «Эколог-4.6» с учетом расположения терминалов погрузки угля и выполняемых на них операций. Рассмотрено 10 вариантов организации работ с различными вариантами сочетания одновременно осуществляемых производственных операций. Учтен 91 источник выбросов пыли угольной в атмосферный воздух (13 штабелей угля на трех складах плюс сопутствующие операции) (рис. 1). Рис. 1. Схема организации работ с группами учтенных источников Источник: составлено А.И. Лукьяновым. Figure 1. The scheme of organization of work with groups of the considered sources Source: compiled by A.I. Lukyanov. Для расчета принято, что на каждом штабеле угля одновременно источниками выделения являются склад (пыление), перегрузка грейфером (вагон- склад или склад-судно), ДСУ со средствами пылеподавления, ссыпание угля в приемный бункер ДСУ, работа ленточного конвейера, ссыпка угля с открытого транспортера сортировочной машины, пыление при работе бульдозера. Учитывалось, что территория АО «Порт Ванино» функционально разделена на два производственно-перегрузочных участка ППУ-1 и ППУ-2, расположенных на противоположных сторонах бухты Ванина[13] [1]. Ситуационная карта-схема размещения источников выбросов и контрольных точек приведена на рис. 2, метеопараметры, определяющие условия рассеивания, - в таблице. Для оценки воздействия угольной пыли на здоровье населения был рассчитан потенциальный риск развития неспецифических токсических эффектов при хронической интоксикации в точках, принадлежавших жилой застройке (точки 1-4, 7 на рис. 2). Расчеты выбросов пыли угольной выполнены по методикам[14]. Рис. 2. Ситуационная карта-схема расположения источников выбросов и контрольных точек Источник: составлено А.И. Лукьяновым, карта взята с сервиса Яндекс Карты https://yandex.ru/maps/geo/rabochiy_posyolok_vanino/53067763/?ll=140.277040%2C49.088971&z=13.39 (дата обращения: 02.04.2025) Figure 2. Situational map-diagram of the location of emission sources and control points Source: compiled by A.I. Lukyanov, the map is adapted from Yandex.Maps https://yandex.ru/maps/geo/rabochiy_posyolok_vanino/53067763/?ll=140.277040%2C49.088971&z=13.39 (accessed: 02.04.2025) Метеорологические характеристики и коэффициенты, определяющие условия рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере [1] Метеорологические параметры, ед. изм. Значения Коэффициент, зависящий от стратификации атмосферы для районов ДВ, А 200 Коэффициент рельефа местности 1,10 Средняя максимальная температура воздуха наиболее жаркого месяца, °С 22,5 Средняя минимальная температура воздуха наиболее холодного месяца, °С -15,9 Скорость ветра, повторяемость превышения которой 5 %, U*, м/с 8,2 Источник: составлено А.И. Лукьяновым. Meteorological characteristics and coefficients determining the conditions for the dispersion of pollutants in the atmosphere [1] Meteorological parameters, units Values The coefficient, depending on the stratification of the atmosphere for the regions of the Far East, А 200 The terrain coefficient 1.10 The average maximum air temperature of the hottest month, °C 22.5 The average minimum air temperature of the coldest month, °C -15.9 Wind speed with a frequency exceeding 5%, U*, m/s 82 Source: compiled by A.I. Lukyanov. чету выбросов загрязняющих веществ (пыли) в атмосферу при складировании и перегрузке сыпучих материалов на предприятиях речного флота. Белгород : БТИСМ, 1992. 35 с.; Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (Дополненное и переработанное). Санкт-Петербург : ОАО «НИИ Атмосфера», 2012. 224 с. В соответствии с Методическими рекомендациями[15] потенциальный риск рассчитывается по формуле Cij n t], P = -1 exp[ 0,174 (- ⋅ ) ⋅ ПДКсс ⋅Kз где Р - вероятность развития неспецифических токсических эффектов при хронической интоксикации в заданных условиях (от 0 до 1); Сij - концентрация примеси, мг/м3; Kз - коэффициент запаса, определяемый в зависимости от класса опасности примеси: 1-й класс - 7,5; 2-й класс - 6,0; 3-й класс - 4,5; 4-й класс - 3,0; ПДКcc - среднесуточная ПДК, мг/м3; n - коэффициент, определяемый в зависимости от класса опасности примеси: 1-й класс - 2,4; 2-й класс - 1,31; 3-й класс - 1,0; 4-й класс - 0,86; t - отношение длительности воздействия загрязнения в годах к средней продолжительности жизни человека (70 лет). Результаты и обсуждение Результаты моделирования в виде картосхем приземных концентраций пыли угольной по наиболее неблагоприятному варианту представлены на рис. 3. На территории бухты Ванина приземные концентрации изменяются в пределах от 0,579 до 2,37 мг/м3 (что соответствует 1,93-7,9 доли ПДК). Максимальный вклад в загрязнение вносят склады и ДСУ. На территории поселка в контрольных точках приземные концентрации пыли угольной изменяются в интервале от 0,488 до 1,145 мг/м3 (от 1,63 до 3,82 долей ПДК). При моделировании с учетом предлагаемых мер учитывался 91 источник с применением экрана высотой 20 м по всему периметру складов, с оставлением технических проездов. Скорость ветра варьировалась от 0 до 8,2 м/с (рис. 4). Эффективность экрана в соответствии с ИТС-46 выбрана 90 %. На территории бухты Ванина с учетом внедрения мероприятий приземные концентрации изменяются в пределах от 0,057 до 0,237 мг/м3 (от 0,19 до 0,79 доли ПДК). В контрольных точках жилой застройки - от 0,049 до 0,115 мг/м3 (от 0,16 до 0,38 долей ПДК) (рис. 5). Данные коррелируют с предыдущими исследованиями пылевой нагрузки в данных точках [1; 15]. Значения потенциального риска в точках, принадлежащих жилой застройке, до установки экрана находятся в диапазоне 0,17-0,37, что соответствует категории «опасный», после установки экранов - 0,02-0,05 («приемлемый»), что подтверждает эффективность предложенного мероприятия. Рис. 3. Картосхемы приземных концентраций угольной пыли: a - территория бухты Ванина; б - территория поселка Ванино Источник: составлено А.И. Лукьяновым с помощью программы УПРЗА Эколог 4, фирмы «Интеграл», карта взята с сервиса Яндекс Карты. URL: https://yandex.ru/maps/geo/rabochiy_posyolok_vanino/ 53067763/?ll=140.277040%2C49.088971&z=13.39 (дата обращения: 02.04.2025). Figure 3. Cartographic diagrams of surface concentrations of coal dust: a - the territory of Vanina Bay; б - the territory of the village of Vanino Source: compiled by A.I. Lukyanov using the UPRZA Ecologist 4 program from Integral, the map is adapted from Yandex.Maps. Available from: https://yandex.ru/maps/geo/rabochiy_posyolok_vanino/ 53067763/?ll=140.277040%2C49.088971&z=13.39 (accessed: 02.04.2025). Рис. 4. Схема локализации предлагаемых мероприятий Источник: составлено А.И. Лукьяновым. Figure 4. The localization scheme of the proposed activities Source: compiled by A. I. Lukyanov. Рис. 5. Картосхема приземных концентраций угольной пыли после установки ветро-пылезащитного экрана Источник: составлено А.И. Лукьяновым с помощью программы УПРЗА Эколог 4, фирмы «Интеграл», карта взята с сервиса Яндекс Карты. URL: https://yandex.ru/maps/geo/rabochiy_posyolok_vanino/ 53067763/?ll=140.277040%2C49.088971&z=13.39 (дата обращения: 02.04.2025). Figure 5. Cartographic diagram of surface concentrations of coal dust after the installation of a wind-dust screen Source: compiled by A.I. Lukyanov using the UPRZA Ecologist 4 program from Integral, the map is adapted from Yandex.Maps. Available from: https://yandex.ru/maps/geo/rabochiy_posyolok_vanino/ 53067763/?ll=140.277040%2C49.088971&z=13.39 (accessed: 02.04.2025). Заключение Реализованные АО «Порт Ванино» мероприятия по пылеподавлению недостаточно эффективны. Установка экрана по всему периметру складов будет способствовать уменьшению приземных концентраций над акваторией бухты, и, соответственно, осаждения пыли на водную поверхность, а также снижению воздействия пыли на население п. Ванино и работников порта (потенциальный риск воздействия на здоровье населения снижается с «опасного» до «приемлемого»).
×

About the authors

Alexey I. Lukyanov

Pacific National University named after M.P. Danilovskiy

Author for correspondence.
Email: 008362@togudv.ru
ORCID iD: 0000-0002-6936-6807
SPIN-code: 6952-7589

Senior Lecturer at the Higher School of Natural Resources Management

136 Pacific St, Khabarovsk, 680035, Russian Federation

Ekaterina V. Dakhova

Pacific National University named after M.P. Danilovskiy

Email: 010770@togudv.ru
ORCID iD: 0000-0003-0179-8563
SPIN-code: 6871-2827

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Higher School of Natural Resources Management

136 Pacific St, Khabarovsk, 680035, Russian Federation

Liydmila P. Mayorova

Pacific National University named after M.P. Danilovskiy

Email: 000318@togudv.ru
ORCID iD: 0000-0002-6326-982X
SPIN-code: 5904-3031

Doctor of Chemical Sciences, Associate Professor, Professor, Higher School of Natural Resources Management

136 Pacific St, Khabarovsk, 680035, Russian Federation

References

  1. Mayorova LP, Lukyanov AI, Dakhova EV. Modeling the spread of coal dust suspension during storage and loading/unloading operations in ports (for example, the port of Vanino). Innovation & Investment. 2021;(7):89–94. (In Russ.) EDN: URYDGE
  2. Golokhvast KS, Chaika VV, Nikiforov PA, Blinovskaya YaYu, Filonova EA, Semenikhin VA. Influence of the large coal terminal on composition of atmospheric suspensions of the settlement. Bulletin Physiology and Pathology of Respiration. 2015;(56):73–77 (In Russ.) EDN: TUVCAR
  3. Khristoforov AA, Kuznetsov DA, Artyushin IA. Methods and means of dust control and control of dust concentration in the atmosphere of the coal terminals of marine ports with the use of the latest achievements in automation and dust supply. Bulletin of Research Center for Safety in Coal Industry (Industial Safety). 2017;(3):57–67 (In Russ.) EDN: ZGPUIF
  4. Otdelkin NS, Adamov EI. Assessment of bulk cargo losses during handling of vehicles with grab cranes. Bulletin of Admiral S.O. Makarov State University of Maritime and Inland Shipping. 2011;3(11):146a–149 (In Russ.) EDN: OIVVJL
  5. Adamov EI, Otdelkin NS, Sikarev SN. Devices reducing bulk cargo losses during reloading with grab cranes. Vestnik Gosudarstvennogo Universiteta Morskogo I Rechnogo Flota Imeni Admirala S.O. Makarova. 2014;(6):129–133. (In Russ.) EDN: TDOCKB
  6. Krylov DA, Putintseva VE. Fuel and energy complex and ecology. Energy: Economics, Technology, Ecology. 1995;2:48–53. (In Russ.)
  7. Golokhvast KS, Kupriyanov AN, Manakov JA, Nikiforov PA, Chaika VV, Gulkov AN. Atmospheric suspenses of the Karakansky coal section of Kuzbass: particle size analysis. Ekologiya cheloveka (Human Ecology). 2014;21(10):19–24. https://doi.org/10.17816/humeco17192
  8. Krylov DA. Coal and gas industry of Russia: impact on nature and humans. Energiia: Ekonomika, Tekhnika, Ekologiia. 2003;9:16–22. (In Russ.) EDN: OORHLV
  9. Ogay SA, Ogay AS, Nepeyvoda VG. Environmental problems of bulk cargo transshipment in seaports. Transport of the Russian Federation. Journal of Science, Practice, Economy. 2006;6(6):76–80. (In Russ.) EDN: KYFMDP
  10. Vasina D, Rapoport I, Teslenko I. Solving environmental problems of open coal terminals in Vladivostok. International Journal of Professional Science. 2021;(6). 27–36. EDN: LCGRFS
  11. Kostyunichev DN, Otdelkin NS. Assessment of the meshed screens operability to reduce dust emissions of bulk cargo from the ports open warehouses. Bulletin of Admiral S.O. Makarov State University of Maritime and Inland Shipping. 2024;16(1):55–63. (In Russ.). https://doi.org/10.21821/2309-5180-2024-16-1-55-63 EDN: KKAQND
  12. Moskovaya IV, Lazareva LP. Analysis of the effectiveness of wind and dust protection screens at open storage areas of coal terminals. Eurasian Union of Scientists. 2015;6–2:140–144. (In Russ.) EDN: WXFOUZ
  13. Sergeev AS. Development of FEFD seaports in the new status of “the Free Port of Vladivostok”. Pacific Rim: Economics, Politics, Law. 2017;19(1):72–81. (In Russ.) https://doi.org/10.24866/1813-3274/2017-1/72-81 EDN: YQNKTZ
  14. Smirnov YuD, Ivanov AV. Development of an innovative dust suppression device for conditions of northern regions. Mining Informational and Analytical Bulletin (Scientific and Technical Journal). 2010;(6):187–190. (In Russ.) EDN: NDLRMX
  15. Kholodov AS, Kirichenko KYu, Zakharenko AM, Vakhniuk IA, Volkova VN, Golokhvast KS. The analysis of particulate matter in Vanino settlement (Khabarovsk territory, Russia). Vestnik of the Far East Branch of the Russian Academy of Sciences. 2023;(4):145–160. (In Russ.) https://doi.org/10.37102/0869-7698_2023_230_04_10 EDN: VVWRQV
  16. Lukyanov AI, Dakhova EV, Mayorova LP. Assessment of snow cover pollution by heavy metals as one of the methods of atmospheric air monitoring on the example of settlements in the Far East. RUDN Journal of Ecology and Life Safety. 2022;30(3):407–416. (In Russ.) https://doi.org/10.22363/2313-2310-2022-30-3-407-416 EDN: WSSOSW

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2026 Lukyanov A.I., Dakhova E.V., Mayorova L.P.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.