Моделирование распространения угольной пыли при функционировании АО «Порт Ванино» до и после установки ветро-пылезащитного экрана

Полный текст

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»).

Об авторах

Алексей Игоревич Лукьянов

Тихоокеанский государственный университет имени М.П. Даниловского

Автор, ответственный за переписку.
Email: 008362@togudv.ru
ORCID iD: 0000-0002-6936-6807
SPIN-код: 6952-7589

старший преподаватель высшей школы Управления природными ресурсами

Российская Федерация, 680035, г. Хабаровск, ул. Тихоокеанская, д. 136

Екатерина Валерьевна Дахова

Тихоокеанский государственный университет имени М.П. Даниловского

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

кандидат технических наук, доцент высшей школы Управления природными ресурсами

Российская Федерация, 680035, г. Хабаровск, ул. Тихоокеанская, д. 136

Людмила Петровна Майорова

Тихоокеанский государственный университет имени М.П. Даниловского

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

доктор химических наук, доцент, профессор высшей школы Управления природными ресурсами

Российская Федерация, 680035, г. Хабаровск, ул. Тихоокеанская, д. 136

Список литературы

Дополнительные файлы