1

НАЗВА СПЕЦІАЛЬНОСТІ КОНКУРСУ: 192 «Будівництво та цивільна

інженерія», професійне спрямування «Інженерія захисту природного середовища»»

ШИФР: ВИКИДИ КРОХМАЛЮ

НАЗВА РОБОТИ: ЗАСТОСУВАННЯ ІОНІЗАЦІЇ ДЛЯ

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЗАХИСТУ АТМОСФЕРНОГО

ПОВІТРЯ ВІД ВИКИДІВ ДРІБНОДИСПЕРНОГО ПИЛУ КРОХМАЛЮ

2018

2

ЗМІСТ

ВСТУП ..................................................................................................................... 3

1. ЕКОЛОГІЧНА НЕБЕЗПЕКА ДРІБНОДИСПЕРСНОГО ОРГАНІЧНОГО

ПИЛУ, ЩО ВИКИДАЄТЬСЯ КОНДИТЕРСЬКИМИ ПІДПРИЄМСТВАМИ,

ДЛЯ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ ТА ШЛЯХИ ЇЇ ПОДАЛАННЯ ................. 5

1.1 Нормування викидів дрібнодисперсного органічного пилу ......................... 5

1.2 Викиди дрібнодисперсного органічного пилу кондитерськими

підприємствами ....................................................................................................... 6

1.3 Захист повітря від викидів дрібнодисперсного пилу кондитерських

підприємств .............................................................................................................. 9

2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ .................................................... 10

2.1 Об’єкт досліджень ........................................................................................... 10

2.2 Методи досліджень ......................................................................................... 10

2.2.1 Визначення заряду частинок ....................................................................... 11

2.2.2 Дослідження впливу іонізації на заряд органічних ТЧ ............................ 12

2.2.3 Визначення впливу іонізації запиленого повітря на укрупнення

частинок ................................................................................................................. 13

2.3 Експериментальне дослідження .................................................................... 15

ВИСНОВКИ ........................................................................................................... 21

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ ......................................................................................... 22

3

ВСТУП

Дрібнодисперсний пил ТЧ10 - суспендовані тверді частинки з розміром

від 2,5 мкм до 10 мкм, та ТЧ2,5 - з розміром частинок менше 2,5 мкм, є

найнебезпечнішим для людини та навколишнього природного середовища.

Значними джерелами органічного дрібнодисперсного пилу є кондитерські

виробництва, які відносяться до підприємства харчової промисловості, що

наразі за темпами розвитку займають лідируючі позиції в загальному

промисловому виробництві України. Рівень екологічної небезпеки

кондитерських підприємств посилює особливість їх розташування: у містах,

зазвичай близько до житлової забудови. Органічний пил цих підприємств є

до того ж опосередкованим викидом СО2, в який окиснюються всі органічні

субстрати, а отже, джерелом парникового газу. Органічний пил

кондитерських підприємств - потенційний алерген, здатний викликати гострі

та хронічні алергічні реакції.

В технологічних процесах кондитерського виробництва як сировина

використовуються різні сипучі органічні речовини: какао, крохмаль, цукор,

борошно, які у складі викидних газів можуть потрапляти в атмосферне

повітря. Проте інформація про технологічні властивості та дисперсний склад

пилу кондитерських підприємств в науково-технічній літературі вкрай

обмежена. Відсутні також і сучасні характеристики дрібнодисперсних

часточок, що наразі використовують в ЄС для підбору пилоочисного

обладнання та математичного моделювання розсіювання. Для очистки

викидів з пиловим забрудненням на кондитерських підприємствах

використовують циклони, які мають ефективність уловлювання 85 – 95 %

(частинок більше 10 мкм), а також рукавні фільтри з ефективністю 95 – 96 %

(частинок більше 1 мкм ). Така ефективність пилоочисного обладнання не

забезпечує достатній рівень екологічної безпеки кондитерських підприємств:

за даними обстеження повітря, концентрація дрібнодисперсного пилу за

4

межами санітарно-захисної зони таких підприємств перевищує європейські

норми безпеки.

Отже існує нагальна потреба в більш надійному захисті атмосферного

повітря від дрібнодисперсного пилу, що викидається кондитерськими

підприємствами, а саме - інтенсифікації очищення викидів від

дрібнодисперсних часточок. Найбільш привабливою і економічно-доцільною

є інтисифікація видалення таких часточок шляхом попереднього укрупнення

при обробці запиленого повітря негативно зарядженими іонами (іонізація

запиленого повітря).

Мета даної роботи - дослідження дисперсного складу, екологічних та

технологічних характеристик пилу крохмалю, що викидається

кондитерським підприємством, ефективності його вилучення існуючим на

підприємстві пилоочисним обладнанням та методів інтенсифікації очистки.

Задачі роботи:

1. Аналіз екологічної небезпеки дрібнодисперсного органічного

пилу, що викидається кондитерськими підприємствами, для атмосферного

повітря та методів його захисту, що використовуються на підприємствах.

2. Експериментально встановити дисперсний склад пилу крохмалю,

що утворюється на кондитерському підприємстві, і ефективність

уловлювання його найбільш екологічно небезпечної фракції - ТЧ2,5,ТЧ10,

діючим пилоочисним обладнанням.

3. Експериментально визначити характеристики пилу крохмалю,

необхідні для розрахунку розсіювання частинок пилу в атмосферному

повітрі, розрахунку рукавних фільтрів, визначення рівня екологічної

небезпеки часток.

4. Експериментально визначити електричний заряд часточок пилу

крохмалю.

5. Експериментально дослідити вплив іонізації на концентрацію

пилу крохмалю в запиленому повітрі.

5

1. ЕКОЛОГІЧНА НЕБЕЗПЕКА ДРІБНОДИСПЕРСНОГО

ОРГАНІЧНОГО ПИЛУ, ЩО ВИКИДАЄТЬСЯ КОНДИТЕРСЬКИМИ

ПІДПРИЄМСТВАМИ, ДЛЯ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ ТА ШЛЯХИ ЇЇ

ПОДАЛАННЯ

1.1 Нормування викидів дрібнодисперсного органічного пилу

Пил (суспендовані тверді частинки) є одним з найпоширеніших

забруднювачів атмосферного повітря в Україні. Його викиди займають третє

місце після викидів діоксиду сірки та оксиду вуглецю, причому з тенденцією

до підвищення [1]. Найнебезпечнішим для людини та навколишнього

природного середовища є дрібнодисперсний пил [2], а саме ТЧ10 –

суспендовані тверді частинки з розміром від 2,5 мкм до 10 мкм, та ТЧ2,5 –

суспендовані тверді частинки з розміром частинок менше 2,5 мкм (ТЧ10 та

ТЧ2,5 – за позначенням Держстат України [3]). За рахунок малого розміру

дрібні частинки здатні потрапляти не тільки у верхні дихальні шляхи, але й у

легені, що призводить до зниження легеневої функції, подразнення верхніх

дихальних шляхів, інфаркту, загострення астми, та ін. (рис. 1).

Рисунок 1 - Патогенний вплив твердих частинок

6

В Україні ще не встановлено нормативи допустимої концентрації ТЧ2,5

і ТЧ10 в викидах, хоча контроль цих показників ведеться з 2004 р. [3].

Імплементація Директиви 2008/50/ЄС Європейського Парламенту та Ради

про якість атмосферного повітря та чистіше повітря для Європи передбачає

розроблення нормативно-правових актів, що встановлюють нормативи

допустимої концентрації суспендованих твердих частинок (ТЧ2,5 та ТЧ10) в

атмосферному повітрі та забезпечення їх моніторингу. Нормування

концентрації ТЧ10 та ТЧ2,5 в повітрі в різних країнах світу приведені в табл. 1.

Таблиця 1 – Допустимі ТЧ2,5 та ТЧ10 в атмосферному повітрі за [6 – 10]

Найменування речовини

Концентрація частинок, мкг/м3

PM10 PM2,5

Сс.д. Сс.р. Сс.д. Сс.р.

Європейський союз 35 – 25 28 – 20 – 17 – 12

ВООЗ 50 20 25 10

Сполучені Штати Америки 150 – 35 12

Канада – – 28 10

Австралія 50 – 25 8

Китай 150 70 75 35

Японія 100 – 35 15

Російська Федерація 60 40 35 25

Примітка. Сс.д. - середньодобова концентрація, Сс.р. - середньорічна концентрація

1.2 Викиди дрібнодисперсного органічного пилу кондитерськими

підприємствами

В загальному промисловому виробництві України наразі за темпами

розвитку лідируючі позиції займають підприємства харчової промисловості а

в їх складі підприємства кондитерського виробництва (третє місце серед

7

товарів продовольчої групи), які є значними джерелами органічного пилу [4].

Рівень екологічної небезпеки цих підприємств посилює особливість їх

розташування: у містах, зазвичай близько до житлової забудови. Органічний

пил цих підприємств є опосередкованим викидом СО2, в який окиснюються

всі органічні субстрати, а отже, джерелом парникового газу. До того ж

органічний пил кондитерських підприємств - потенційний алерген, здатний

викликати гострі та хронічні алергічні реакції [5].

При обґрунтуванні вибору пилоочисного обладнання для ефективного

захисту атмосферного повітря від забруднення пилом (особливо

дрібнодисперсним) головним критерієм є його інгредієнтний та дисперсний

склад. Для кондитерських підприємств встановлені питомі викиди органіч-

ного пилу для кожного з видів виробництва, проте недиференційовано його

за інгредієнтним та дисперсним складом (табл. 2) [11].

Таблиця 2 - Питомі (на тону готової продукції) викиди недиференційованого

за складом органічного пилу в кондитерському виробництві [11]

Вид кондитерського виробництва Питомий викид, г/т

min max

Какао порошку 2674 4081

Драже 941 1050

Шоколаду 834 1050

Цукерок 510 1169

Солодкої плитки 245 412

Східних солодощів 242 297

Карамелі 236 292

Зефіру 136 261

Печива 124 136

Ірису 45 48

Халви 15 35

Вафель 13 29

Мармеладу 7 7

Борошняних виробів (тортів, кексів), кг/год 6 23

8

Відомо, що в технологічних процесах кондитерського виробництва як

сировина використовуються сипучі органічні речовини: какао, крохмаль,

цукор, борошно, які у складі викидних газів можуть потрапляти в

атмосферне повітря. Проте інформація про технологічні властивості та

дисперсний склад пилу кондитерських підприємств в науково-технічній

літературі вкрай обмежена. Так, за [12] в пилу цукру та крохмалю

переважають (≥ 80 %) частинки розміром до 10 мкм (табл. 3), а серед них

найбільший вміст мають частинки 1 мкм.

Таблиця 3 - Дисперсний склад пилу харчових підприємств [12]

Вид пилу Відсоток вмісту частинок пилу розміром, мкм

до 1 1 – 5 5 – 10 10

Цукровий 30,2 24,6 28,9 16,3

Крохмальний 34,0 28,0 26,0 12,0

Пил борошна, що утворюється не на кондитерських підприємствах, а

на пекарнях та борошномельних підприємствах, в основному має розмір час-

тинок 4 – 30 мкм, середній розмір частинок d50 (медіанний діаметр, при

якому кількість частинок крупніших d50 дорівнює кількості частинок дрібні-

ших d50) складає 15 мкм [13]. Інформація про дисперсний склад пилу какао у

науково-технічній літературі взагалі відсутня. Відомо лише, що какао поро-

шок, який використовується в кондитерському виробництві складається з

частинок до 55 мкм, а середній розмір частинок d50 складає 10 мкм [14]. За

гігієнічними нормами орієнтовно безпечний рівень впливу пилу кондитерсь-

ких підприємств за пилом крохмалю для населених місць стано-

вить 0,1 мг/м³, а порогові значення викидів цієї речовини, за якою здій-

снюється державний облік, становлять: PM2,5 - 0,5 тон/рік, PM10 - 1 тон/рік.

9

1.3 Захист повітря від викидів дрібнодисперсного пилу кондитерських

підприємств

Для очистки викидних газів з пиловим забрудненням на

кондитерських підприємствах використовуються циклони, які мають

ефективність уловлювання 85 - 95 % (частинок більше 10 мкм), а також

рукавні фільтри з ефективністю 95 - 96 % (частинок більше 1 мкм) [15]. Чи

забезпечує така ефективність пилоочисного обладнання достатній рівень

екологічної безпеки підприємства неможливо визначити без відомостей про

дисперсний склад пилу, що надходить на установки та вилучається ними

[16]. Проте дослідження повітря за межами санітарно-захисної зони

кондитерських підприємств показали, що концентрація дрібнодисперсного

пилу на досліджених територіях (в тому числі, в житловій забудові)

перевищує європейські норми безпеки.

Існує потреба в інтенсифікації очистки викидів кондитерських

підприємств від дрібнодисперсних органічних часточок, в тому числі і

шляхом їх попереднього укрупнення. Найбільш ефективним і економічно-

доцільним є метод обробки запиленого повітря негативно зарядженими

іонами (іонізація запиленого повітря).

Обробка запиленого повітря негативно зарядженими іонами

(електронами) ефективно використовується при видаленні неорганічного

пилу переробних підприємств (електрофільтри різних модифікацій).

Видалення органічного пилу методом іонізації повітря мало вивчено.

Відомо, що проведено дослідження впливу іонізації повітря на пил тютюну

[1], та пил борошна [3]. Ці дослідження показали, що іонізація досить

ефективно впливає на зменшення концентрації органічного пилу у повітрі.

Нормативна концентрація пилу тютюну в камері з іонізатором повітря

досягалась в 2,5 рази швидше, ніж без іонізації. Ефективність очистки

повітря з пилом борошна в циліндричному електрофільтрі досягає 95 %.

Дослідження впливу іонізації повітря на пил какао, крохмалю та цукру, що

утворюється на кондитерському підприємстві, не проводились.

10

2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ

2.1 Об’єкт досліджень

У даній роботі досліджували пил крохмалю, відібраний з витяжного

повітроводу варочної колонки, й пил крохмалю, відібраний з бункеру

циклону.

2.2 Методи досліджень

2.2.1 Визначення дисперсного складу частинок крохмалю та їх

геометричних характеристик

Дослідження екологічно та технологічно важливих характеристик пилу

крохмалю проводили за [3]. Визначення дисперсного складу пилу

виконували методом мікроскопії: на мікроскопі біологічному Ломо Мікмед-1

вимірювали частинки із застосуванням окуляр мікрометра при загальному

збільшенні х108, х480. Методом мікроскопії переглядали по 10 проб пилу до

циклону, з повітроводу і пилу з бункера циклону. Всього проаналізовано по

300 частинок кожного зразка відповідно до методики Коузова.

Фотографії мікроскопічних зразків пилу виконували за допомогою веб-

камери. Розрахунок швидкості осідання частинок пилу (υч) і діаметра

проводили в програмі MicrosoftExcel та при обробці мікрофотографій пилу у

Corel Draw Graphics Suite 2017.

Деякі геометричні характеристики частинок (площу проекції - Sп,

периметр - Рч, коефіцієнт округлості - Сч, коефіцієнт подовження - AR)

визначали за допомогою програми ImageJ. Для цього виконували наступні

дії:

- відкривали файл зображення (ImageJ дозволяє відображувати,

редагувати, аналізувати, оброблювати, зберігати та друкувати 8-бітні, 16-

11

бітні і 32-бітні зображення, таких форматів як: TIFF, PNG, GIF, JPEG,BMP,

DICOM, FITS, а також raw);

- натискали інструмент «Збільшувальне скло», та збільшували

зображення до зручного розміру;

- використовуючи інструмент виділення ліній позначали довжину

однієї частинки пилу (розмір якої відомий), записували розмір та одиницю

вимірювання;

- робили зображення чорно-білим і збільшували контрастність для

сегментування частинок та фону, використавши такі команди: Image Type>8-

bit, Image> Adjust>Threshold>Auto>Apply, Process>Binary> Make binary;

- зафарбовували пусті місця натиснувши “Fill Holes”;

- перетворювали поточне зображення в чорно-біле на основі вже

виставлених налаштувань: Process>Binary>Convert to Mask;

- відділяли зображення частинок пилу одне від одного, натиснувши

“Watershed”. Сегменти, які не відділилися автоматично, розділяли вручну;

- отримували результати виміру геометричних характеристик

використавши команду: Analyze>Analyze Particles>OK;

- задавали характеристики, які необхідно аналізувати натиснувши “Set

Measurements”.

Теоретичні розрахунки, статистичну обробку експериментальних даних

виконували із застосуванням комп'ютерних програм Microsoft Excel і DisAdp.

Процентний вміст ТЧ10 и ТЧ2,5 визначали на підставі отриманого

пофракційного складу пилу.

2.2.2 Визначення заряду частинок крохмалю

Заряд частинок визначали експериментально в установці, яка включала

2 мідні пластини площею 100 см2 і високовольтний перетворювач

(випрямляч струму) (рис. 1). За допомогою перетворювача пластини

заряджали позитивно або негативно. До пилу, розподіленого на керамічній

поверхні, підносили заряджену пластину на відстані 3-4 мм. Частки, що

12

прилипли до пластини зважували і встановлювали відсоток частинок певного

заряду. Напруга постійного струму 25 кВ при вхідній напрузі постійного

струму 12 В створювали за допомогою перетворювача високовольтного

«Розряд 1» з двома різнойменно зарядженими мідними пластинами.

Проведено 200 експериментів по визначенню заряду частинок пилу.

Рисунок 1 – Установка для визначення заряду частинок

2.2.2 Дослідження впливу іонізації на заряд органічних ТЧ

Вплив іонізації запиленого повітря на концентрацію дрібнодисперсного

пилу крохмалю визначали в моделях очисного обладнання (повітровід з

запиленим повітрям). Іонізацію зразків пилу проводили за допомогою

іонізатора JP-A2241 (вхідна напруга 1 В, вихідна напруга 6 кВ), кількість

негативно заряджених частинок визначали лічильником іонів КТ-401

13

(діапазон визначення від 1х104 до 1,999x10

7 іонів/см

3). Концентрацію ТЧ10,

ТЧ2,5 та ТЧ1 визначали лазерним аналізатором стану повітря WP 6910.

Рисунок 2 - Схема установки для визначення заряду органічних ТЧ (а);

іонізація органічних ТЧ (б): 1 – однофазна мережа змінної напруги 220 В, 60

Гц; 2 – джерело постійного струму 12 В; 3 – високовольтний перетворювач

«Розряд-1» з вихідною напругою 25 кВ; 4 – керамічна неглазурована основа;

5 – мідна пластина; 6 – зразок органічних ТЧ; 7 – іонізатор JP-A2241; 8 –

карбонові щітки іонізатора

Інтенсивність емісії негативно заряджених іонів становила 1,9107

іонів/см3; hі - 100 мм; hп - 3 мм.

2.2.3 Визначення впливу іонізації запиленого повітря на укрупнення

частинок

Іонізацію проводили іонізатором JP-A2241 (вхід 1 В, вихід 6 кВ),

кількість негативно заряджених частинок визначали лічильником іонів КТ-

401, концентрацію ТЧ10 и ТЧ2,5 визначали аналізатором WP 6910. Проведено

50 експериментів по впливу іонізації на концентрацію пилу в повітроводі.

14

Рисунок 3 - Схема установки дослідження впливу іонізації на органічні

ТЧ:

1 – пристрій для подавання органічних ТЧ; 2 – вентилятор; 3 –

іонізатор JP-A2241; 4 – карбонові щітки іонізатора; 5 – повітровід; 6 –

аналізатор атмосферного повітря

Таблиця 4 - Параметри впливу на процес іонізації ТЧ крохмалю для критерію

оптимізації - ефективності зменшення концентрації органічних ТЧ

Назва параметра Рівень впливу

Розмір ТЧ, мкм до 1 від 1 до

2,5

від 2,5 до

10

Інтенсивність емісії негативно

заряджених іонів Сіон

, іонів/см3

0,12107

0,55107

1,9107

Швидкість потоку у повітроводі υ,

м/с

0,5 1 2

Концентрація органічних ТЧ до

іонізації, мг/м3

до 47

15

Теоретичні розрахунки та обробку експериментальних даних

виконували із застосуванням комп’ютерних програм Microsoft Excel та

ConsoleApp3.

2.3 Результати та обговорення

2.3.1 Визначення дисперсних, геометричних, технологічних та

екологічних характеристик пилу крохмалю

Фотографії зразків пилу крохмалю до циклону та з бункера циклону, а

також дисперсний склад пилу представлені на рис.4 і в табл.6. Як видно на

фотографіях, частинки з бункера циклону крупніше частинок вихідного пилу,

що свідчить про те, що найдрібніша пил не вловлюється циклоном і

надходить в навколишнє середовище. За результатами встановлення

дисперсного складу пилу крохмалю можна зробити висновок, що близько

20% частинок пилу діаметром до 10 мкм циклоном не уловлюється, а отже

ефективність очищення викидів не перевищує 80%.

До циклону З бункеру циклону

Рисунок 4 - Мікрофотографії зразків пилу крохмалю

16

В табл. 5, 6 показані результати дослідження характеристик пилу

крохмалю, встановлені за допомогою програм ImageJ та MicrosoftExcel.

Таблиця 5 - Характеристика часток пилу крохмалю

Показник

Від 2,5 до 10 мкм Більше 10 мкм

діапазон середнє діапазон середнє

Sп, мкм2 8,2-87,7 55,6 94,9-204,1 145,3

Рч, мкм 9,87-53,32 34,2 37,03-53,6 45,5

Сч 0,79-1 0,9 0,85-0,92 0,88

AR 1,03-1,98 1,2 1,05-1,3 1,19

υч, м/с 0,00046-0,00494 0,00313 0,0054-0,0115 0,00819

Коефіцієнт округлості близький до 1 говорить про те, що частинки ма-

ють форму близьку до кола (частки круглої форми швидше осідають, але

легше проникають в легеневу тканину людини). Низька швидкість осідання

пилу крохмалю свідчить про те, що цей пил дуже повільно осідає і перено-

ситься на великі відстані (що підвищує рівень його екологічної небезпеки).

Характеристики, встановлені в табл.5, необхідні для:

математичного моделювання розсіювання частинок пилу в

атмосферному повітрі (швидкість осідання (υч) - 0,046 - 0,313 см/с);

для розрахунку рукавних фільтрів (середня округлість (Сч) - 0,79,

співвідношення сторін (AR) - 1,6, об’ємний коефіцієнт форми часток –

0,34);

для визначення рівня екологічної небезпеки (діаметр частинок, які

мають найбільший відсоток від загальної кількості - 0,97 мкм,

найбільш ймовірний діапазон діаметрів частинок - 0,97 - 2 мкм,

медіанний діаметр частинок (dмед) - 1,96 мкм).

17

2.3.2 Визначення ефективності видалення дрібнодисперсного пилу

крохмалю пилоочисним обладнанням підприємства

Результати дослідження дисперсного складу пилу крохмалю кондитер-

ського підприємства показують (табл. 2), що частинки ТЧ2,5 в пилу крохмалю

до циклону становлять 7,5 %, а в уловленому пилу крохмалю вони відсутні.

Таблиця 6 - Дисперсний склад пилу кондитерського підприємства

Вид пилу Характер

пилу

Вміст частинок кожної фракції, %

менше

2,5 мм

від 2,5 мкм

до 10 мкм

більше

10 мкм

Медіанний

розмір, мкм

Крохмаль До циклону 7,5 ± 1,4 68,7 ± 2,7 23,8 ± 2,8 6,4 ± 0,001

Уловлений – 55,3 ±7,2 44,7 ± 7,2 10,56 ± 1,1

Це свідчить про те, що такий пил циклоном не вловлюється, а надхо-

дить в атмосферне повітря. Одна з основних характеристик пилу - медіанний

розмір частинок dмед для пилу крохмалю, який подається у циклон склав

6,4 мкм, для пилу крохмалю, уловленого циклоном – 10,56 ± 1,1 мкм. Це

свідчить про те, що у пилу крохмалю до циклону переважають ТЧ10 (особ-

ливо небезпечні), що підтверджується фракційним розподілом частинок (рис.

5). До циклону відсоток частинок пилу крохмалю ТЧ10 становить 75,8 %, а з

циклону – 53,6 %, отже частинок ТЧ10 в пилу крохмалю до циклону на 22 %

більше ніж у пилу крохмалю з циклону, що свідчить про проскок пилу

крохмалю ТЧ10 в атмосферне повітря.

Для пилу крохмалю до циклону мінімальний діаметр частинок (dmin)

становить 1,6 мкм, для пилу крохмалю з циклону dmin становить 3,2 мкм,

максимальний діаметр (dmax ) для пилу крохмалю склав 22,4 мкм.

Диференційні криві (рис. 6) показують, що до циклону максимальна кількість

частинок пилу припадає на розмір 2 ÷ 6 мкм, а з циклону – 6 ÷ 12 мкм. Ці

дані свідчать, що пил з розміром до 6 мкм практично не вловлюється

циклоном.

18

а) б)

Рисунок 5 - Фракційний склад (а), та інтегральна крива розподілу (б)

частинок пилу крохмалю (Ф – процентний вміст для кожної фракції, D –

зростаючий сумарний вміст фракцій, ––■–– пил до циклону, ---■--- пил з

циклону)

а) б)

Рисунок 6 - Диференційна крива розподілу частинок пилу крохмалю

до циклону (а), з циклону (б)

2.3.3 Визначення електричного заряду частинок крохмалю

В табл.7 наведені результати експеримльного визначення електричного

заряду частинок крохмалю на лабораторній установці.

19

Таблиця 7 - Електричний заряд пилу крохмалю

Діаметр частинок, мкм Відносна кількість частинок пилу, %

позитивних негативних нейтральних

1,6-22,4 2,9±0,4 7,1±1,0 90,0±1,1

Як видно, в пилу крохмалю переважають нейтральні частинки, а серед

заряджених переважають негативні. Ці дані свідчать про досить великий

потенціал можливостей укрупнення досліджених частинок за допомогою

іонізації.

За результатами експериментальних досліджень побудовано графічні

залежності зниження концентрації дрібнодисперсного органічного пилу при

іонізації запиленого повітря у повітроводі від технологічних параметрів

обробки (рис. 7).

Рисунок 7 - Зниження концентрації пилу крохмалю в моделі

повітрепровода за рахунок іонізації запиленого повітря (▲ - часточки до 1

мкм, ■ - від 1 до 2,5 мкм, - від 2,5 до 10 мкм)

20

Як видно, чим більша початкова концентрація пилу у повітроводі Свх,

тим вища ефективність очистки. Найбільша ефективність видалення

дрібнодисперсних часточок крохмалю після іонізації виявлена для частинок з

розміром від 2,5 мкм до 10 мкм - 60 %. Для пилу крохмалю з розміром

частинок від 1 мкм до 2,5 мкм ефективність впливу іонізації складала 50,9 %.

А для пилу з розміром частинок до 1 мкм максимальна ефективність

видалення часточок при іонізації становила 50,3 %. Причому при низьких

вихідних концентраціях частинок (до 5 мкг/м3) для пилу з розміром від 1 до

10 мкм іонізація практично не впливала на укрупнення дрібнодисперсного

пилу та його видалення.

Загальна ефективність видалення пилу крохмалю (часточок усіх

розмірів) склала 20,9 %. Досить низька ефективність впливу іонізації на

видалення пилу крохмалю спостерігалась за рахунок того, що при низьких

початкових концентраціях (до 5 мкг/м3) для пилу з розміром від 1 до 10 мкм

іонізація практично не впливала на очистку.

Тим не менш застосування іонізації повітря, запиленого крохмалем,

перед очисним обладнанням дозволить підвищити ефективність його роботи

і вилучення дрібнодисперсних часточок, а застосування іонізації запиленого

повітря перед викидом в атмосферне повітря дозволить більш надійно

захистити міську атмосферу від екологічно небезпечного забруднення та

підвищити екологічну безпеку підприємства.

Рекомендовані технологічні параметри іонізації запиленого повітря:

- Концентрація ТЧ крохмалю до іонізації, мг/м3 - до 47;

- Швидкість потоку у повітроводі υ, м/с - 1;

- Інтенсивність емісії негативно заряджених іонів Сіон, іонів/см3 -

0,55107;

- Розмір ТЧ, мкм - від 1 до 2,5.

21

ВИСНОВКИ

1. Дрібнодисперсний пил є найнебезпечнішим для людини та

навколишнього природного середовища через викликаємі патології сердцево-

судинної та дихальної систем, алергенність, створення парникового ефекту

та ін. Оскільки пилоочисне обладнання на кондитерських підприємствах не

забезпечує надійний захист атмосферного повітря від викидів

дрібнодисперсного органічного пилу, то інтенсифікація видалення цих

забруднень є актуальною задачею.

2. Встановлено дисперсний склад пилу крохмалю, що утворюється

на кондитерському підприємстві і ефективність уловлювання його найбільш

екологічно небезпечної фракції - ТЧ2,5, ТЧ10 експлуатованим пилоочисним

обладнанням. В пилу крохмалю, що утворюється в кондитерському

виробництві, вміст екологічно найнебезпечніших частинок ТЧ2,5 та

ТЧ10 досягає 75,8 %. Не менше 22 % частинок пилу крохмалю ТЧ2,5 та

ТЧ10 не вловлюється циклоном і надходить в оточуюче середовище.

3. В експериментальних дослідженнях встановлено характеристики,

необхідні для: математичного моделювання розсіювання частинок пилу в

атмосферному повітрі (середня швидкість осідання), розрахунку фільтрів

(середня округлість, співвідношення сторін), визначення рівня екологічної

небезпеки (діаметр частинок, заряд і округлість частинок).

4. Визначення електричного заряду часточок пилу крохмалю

показало, що в пилу переважають нейтральні частинки, а серед заряджених

переважають негативні.

5. Дослідження впливу іонізації на концентрацію органічного пилу

у повітроводі показали, що така обробка підвищує ефективність вилучення

пилу крохмалю на 20,9 %. Застосування іонізації запиленого повітря перед

очисним обладнанням дозволить підвищити ефективність його роботи, а

застосування іонізації запиленого повітря перед викидом в атмосферне

повітря дозволить підвищити екологічну безпеку підприємства.

22

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Викиди забруднюючих речовин та парникових газів у

атмосферне повітря від стаціонарних джерел забруднення у 2016 році

(остаточні дані) [Текст] : статистичний бюлетень / Держ. служба статистики

України / О. М. Прокопенко (відп. за вип.). – К. : Б.в., 2017. – 34 с.

2. Particulate Matter (PM) Pollution [Electronic resource] / United States

Environmental Protection Agency. – 2017. – Access mode:

https://www.epa.gov/pm-pollution/health-and-environmental-effects-particulate-

matter-pm (last access: 20.10.2017) – Title from the screen.

3. Викиди забруднюючих речовин у атмосферне повітря в Україні

за 1990-2015 рр. [Електронний ресурс]. – Електронні дані. – Київ : Держстат,

2017. – Режим доступу : http://www.ukrstat.gov.ua/

operativ/menu/menu_u/ns.htm (дата звернення 16.11.2017). – Назва з екрана.

4. Прес-бюлетень № 8 за січень – серпень 2017 р. / Державна

служба статистики України, Головне управління статистики у м. Києві /

О. О. Шестак (відп. за вип.). – Київ : Б. в., 2017. – 21 с.

5. Бочарова К. А. Неотложные состояния в аллергологии : клиника,

диагностика, профилактика анафилактических и анафилактоидных реакций /

К. А. Бочарова – Белгород : ООО «Константа», 2010. – 60 с.

6. Directive 2008/50/EC of the European Parliament and of the Council

of 21 May 2008 on ambient air quality and cleaner air for Europe [Electronic

resource] / European Parliament and the Council. – 2017. - Access mode:

http://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:

32008L0050#ntr1-L_2008152EN.01001401-E0001 (last access: 28.10.2017) -

Title from the screen.

7. Ambient air pollution : a global assessment of exposure and burden of

disease / WHO Library Cataloguing-in-Publication Data. – Switzeland, Geneva :

WHO Document Production Services, 2016. – 121 p.

23

8. EPA-452/R-12-005 Regulatory Impact Analysis for the Final

Revisions to the National Ambient Air Quality Standards for Particulate Matter /

U.S. Environmental Protection Agency Office of Air Quality Planning and

Standards Health and Environmental Impacts Division Research Triangle Park,

2012. – 474 р.

9. National standards for criteria air pollutants 1 in Australia [Electronic

resource] / Department of the Environment and Heritage. – 2005. – Access mode:

http://www.environment.gov.au/about-us/accountability-reporting/expenditure

(last access: 30.10.2017) - Title from the screen.

10. Outline of Report on PM Particle Substance (PM 2.5) Review Board /

Tokyo Metropolitan Office. – 2011. – 4 p.

11. Беляева Л.И. Сборник удельных показателей выбросов

загрязняющих веществ в атмосферу от предприятий перерабатывающей

промышленности агропромышленного комплекса / K. И. Беляева и др. –

Курск : Росгипросахагропром, 1990. – 80 с.

12. Донин Л. С. Справочник по вентиляции в пищевой

промышленности. – М. : Пищевая промышленность, 1977. – 352 с.

13. Stobnicka А. Exposure to flour dust in the occupational environment

/ А. Stobnicka, Rafaі L. Gуrny // International Journal of Occupational Safety and

Ergonomics. – 2015. – № 21 (3). – Р. 241 – 249.

14. Матыцын Я. Г. Техническая справка по результатам определения

размера частиц пробы какао-порошка / Я. Г. Матыцын ; ТОВ «Ариадна». – Х.

: 2014. – 7 с.

15. Штокман Е.А. Вентиляция и очистка воздуха на предприятиях

пищевой промышленности / Е. А. Штокман. – М. : АСБ, 2001. – 567 с.

16. Гурець Л.Л. Вибір високоефективного газоочисного обладнання з

метою запобігання забруднення атмосфери / Л.Л. Гурець // Екологічна

безпека : наук. журн. – Кременчук : КрНУ ім. М. Остроградського, 2009. – №

2. – С. 69 – 72.

24

17. Коузов П. А. Основы анализа дисперсного состава

промышленных пылей и измельченных материалов / П. А. Коузов. – Л. :

Химия, 1987. – 264 с.

18. Thoracic and respirable particle definitions for human health risk

assessment [Electronic resource] /J. S. Brown, T. Gordon, O. Price, B. Asgharian //

Particle and Fibre Toxicology. – 2013. – Access mode:

http://www.particleandfibretoxicology.com/content/10/1/12 (last access:

20.10.2017) – Title from the screen.

19. Horiba scientific: guidebook to particle size analysis. – Irvine :

Horiba Instruments, INC, 2017. – 34 p.

20. Кошкарев С. А. Дисперсионный анализ пыли выбросов в

системах аспирации производства цемента с использованием

усовершенствованной экспериментальной установки [Электронный ресурс] /

С.А. Кошкарев, Л. Я. Соломахина, А. Редван // Инженерный вестник Дона :

Электронный науч. журн. – 2014. - № 3. – Режим доступа: http://

ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2014/3224. – Дата обращения: 10.11.17. –

Название с экрана.

21. Чепелев Н.И. Моделирование процесса осаждения пыли

электрофильтрами на зерноперерабатывающих предприятиях / Н.И. Чепелев,

И.О. Богульский, Д.А. Едимичев // ВестникКрасГАУ, 2012. -№5. – С. 351-

355.

22. Electrostatic Precipitators : Chapter : Particulate Matter Controls :

Section 6 : EPA/452/B-02-001 / J.H. Turner, P.A. Lawless USА : Environmental

Protection Agency, 1999. – 70 р.