7. Учебно-исследовательская

лабораторная работа

Исследование методов и средств очистки воздуха от вредных газообразных соединений

7.1. Цель и задачи работы

Целью данной работы является изучение основных характеристик вредных газообразных соединений, принципы их выявления и нормирования, изучение методов и средств защиты человека от газообразных соединений, оценка эффективности использования при очистке воздуха фильтров различных видов и проведение сравнительного анализа эффективности различных фильтров.

Задачи учебно-исследовательской работы:

1. Изучить основные характеристики вредных газообразных соединений, принципы их выявления и нормирования, а также методы и средства защиты человека от них.

2. Определить концентрацию вредного вещества в воздухе рабочего места, моделируемого пневмосистемой лабораторного стенда, до очистки.

3. Определить концентрацию вредного вещества в воздухе рабочего места, моделируемого пневмосистемой лабораторного стенда, после очистки.

4. Оценить эффективность работы различных очистительных устройств и провести их сравнительный анализ.

5. Сформулировать выводы о предпочтительности рассматриваемых средств очистки воздуха для конкретного вредного вещества.

7.2. Теоретическая часть

Основополагающей целью обеспечения безопасности жизнедеятельности человека является создание таких условий взаимодействия человека со средой его обитания и с техникой, при которых система «человек–техника–среда» находилась бы в безопасном состоянии.

Безопасное состояние– такое состояние системы «человек–техника–среда», при котором опасные и вредные факторы не могут проявлять своих свойств в той мере, в которой они могут негативно воздействовать на человека, то есть привести к его заболеванию, травме или гибели.

Наличие опасных и вредных факторов воздушной среды как в условиях города, так и в условиях конкретного предприятия или организации – явление достаточно распространенное. В воздухе производственного помещения находятся десятки вредных веществ, которые при превышении предельно допустимых концентраций (ПДК) могут оказать вредное и опасное воздействие на организм человека и на производственное оборудование.

Вредными факторами (веществами) называют факторы среды и трудового процесса, воздействие которых на работника может вызывать профессиональное заболевание или другое нарушение состояния здоровья, повреждение здоровья потомства [16].

Газообразные соединения относятся к химическим опасным и вредным производственным факторам.

Химические опасные и вредные производственные факторы классифицируются по характеру воздействия на организм человека следующим образом [14]:

1) токсические;

2) раздражающие;

3) сенсибилизирующие;

4) канцерогенные;

5) мутагенные;

6) влияющие на репродуктивную функцию.

Токсические веществавызывают расстройства нервной системы, мышечные судороги, нарушение структуры ферментов, также они могут взаимодействовать с гемоглобином, оказывая негативное влияние на кроветворные органы. К ним относятся, например, следующие вещества, их соединения и пары: ртуть, метиловый спирт, оксид углерода, ароматические углеводороды и их производные: бензол, толуол, ксилол и т.п.

Раздражающие веществаоказывают воздействие на слизистые оболочки, верхние и глубокие дыхательные пути. К ним относятся, например, следующие вещества, их соединения и пары: сероводород, хлор, аммиак, бензин, керосин, оксид азота и т.п.

Сенсибилизирующие веществаприводят к повышению чувствительности организма к химическим веществам. В производственных условиях приводят к аллергическим реакциям. К ним относятся, например, пары формальдегида.

Канцерогенные веществавызывают развитие раковых заболеваний. К ним относятся, например, пары бензола.

Мутагенные веществаоказывают воздействие на соматические (неполовые) клетки, вызывая изменение в генотипе человека (преждевременное старение, повышение общей заболеваемости, злокачественные новообразования). Воздействие на половые клетки вызывает неблагоприятные последствия для последующих поколений. К ним относятся, например, следующие вещества, их соединения и пары: формальдегид, этилена оксид, радиоактивные и наркотические вещества и т.п.

Вещества, влияющие на репродуктивную функцию, вызывают врожденные пороки развития и отклонения от нормальной структуры у потомства. Также они воздействуют на развитие плода в матке и послеродовое развитие и здоровье у потомства. К ним относятся, например, следующие вещества, их соединения и пары: бензол и его производные, соединения ртути и т.п.

По пути проникновения в организм человека химические вещества классифицируются следующим образом [14]:

1) органы дыхания;

2) желудочно-кишечный тракт;

3) кожные покровы и слизистые оболочки.

Основная часть производственных отравлений (95–98%) возникает в результате вдыхания вредных веществ [5]. Этому способствует большая площадь легочной ткани (100–129 м²) в сочетании с ее малой толщиной (0,001–0,004 мм). Такое сочетание приводит к быстрому проникновению большого количества вредных веществ через альвеолярные мембраны в кровь.

По степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на четыре класса опасности [10]:

1-й – вещества чрезвычайно опасные;

2-й – вещества высокоопасные;

3-й – вещества умеренно опасные;

4-й – вещества малоопасные.

Класс опасности вредных веществ устанавливают в зависимости от норм и показателей, указанных в таблице 7.1 [10].

Таблица 7.1

Классы опасностей вредных веществ

Наименование показателя	Норма для класса опасности
	1-го	2-го	3-го	4-го
Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м^3	Менее 0,1	0,1–1,0	1,1–10,0	Более 10,0
Средняя смертельная доза при введении в желудок, мг/кг	Менее 15	15–150	151–5000	Более 5000
Средняя смертельная доза при нанесении на кожу, мг/кг	Менее 100	100–500	501–2500	Более 2500
Средняя смертельная концентрация в воздухе, мг/м^3	Менее 500	500–5000	5001–50000	Более 50000
Коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО)	Более 300	300–30	29–3	Менее 3
Зона острого действия	Менее 6,0	6,0–18,0	18,1–54,0	Более 54,0
Зона хронического действия	Более 10,0	10,0–5,0	4,9–2,5	Менее 2,5

Отнесение вредного вещества к классу опасности производят по показателю, значение которого соответствует наиболее высокому классу опасности.

Предельно допустимые концентрации вредных веществ– такие концентрации, которые при ежедневной (кроме выходных дней) рабочей неделе в течение 40 ч, в течение всего рабочего стажа, не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе ра­боты или в отдаленные сроки жизни настоящего или последующих по­колений.

Средняя смертельная доза при введении в желудок– доза вещества, вызывающая гибель 50 % животных при однократном введении в желудок.

Средняя смертельная доза при нанесении на кожу– доза вещества, вызывающая гибель 50 % животных при однократном нанесении на кожу.

Средняя смертельная концентрация в воздухе– концентрация вещества, вызывающая гибель 50 % животных при двух-четырехчасовом ингаляционном воздействии.

Коэффициент возможности ингаляционного отравления– отношение максимально достижимой концентрации вредного вещества в воздухе при 20С к средней смертельной концентрации вещества для мышей.

Зона острого действия– отношение средней смертельной концентрации вредного вещества к минимальной (пороговой) концентрации, вызывающей изменение биологических показателей на уровне целостного организма, выходящих за пределы приспособительных физиологических реакций.

Зона хронического действия– отношение минимальной (пороговой) концентрации, вызывающей изменение биологических показателей на уровне целостного организма, выходящих за пределы приспособительных физиологических реакций, к минимальной (пороговой) концентрации, вызывающей вредное действие в хроническом эксперименте по 4 ч, пять раз в неделю на протяжении не менее четырех месяцев.

Многообразие газообразных соединений, способных оказывать на человека опасное и вредное воздействие и многообразие путей проникновения их в организм в сочетании с возможностью вышеописанных последствий определяют актуальность защиты человека от этих соединений.

Определению защитных мероприятий должны предшествовать процедуры установления по соответствующим нормативным документам ПДК рассматриваемых газообразных соединений, определения реальной концентрации газообразных соединений в воздухе рабочего помещения и определения класса опасности этих веществ (табл. 7.1).

Общая методика анализа содержания вредных веществ в воздухе рабочего помещения представлена в Р 2.2.2006–05 «Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда».

ПДК газообразных соединений определяется в ГН 2.2.5.1313–03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны» с дополнениями и изменениями.

При определении ПДК вредных веществ необходимо руководствоваться следующими принципами [5]:

1) принцип пороговости действия вредных веществ (есть концентрации, при которых нет вредного воздействия на человека, следовательно, в этом случае внедрение защитных мер не имеет смысла);

2) принцип приоритета медицинских и биологических показаний к установлению санитарных регламентов по сравнению с технической достижимостью и экономическими требованиями сегодняшнего дня;

3) принцип опережения токсикологических исследований и установления гигиенических нормативов по сравнению с внедрением вещества в производство.

Методы измерения и контроля содержания вредных веществ классифицируются следующим образом.

1. Непрерывные (автоматические).

Предназначены в первую очередь для постоянного контроля за особо опасными вредными веществами.

2. Экспрессные (мгновенные).

Предназначены для регулярного контроля в местах, где возможно выделение вредных веществ.

3. Лабораторные.

Предназначены для контроля за содержанием вредных веществ, в случаях, когда требуется особая точность измерений.

Методы первой группы реализуются за счет использования автоматических газоанализаторов. Газоанализатор настроен на определенный уровень загазованности. В случае, если концентрация газообразного соединения в контролируемом помещении превышает установленное значение (0,3 ПДК), автоматический газоанализатор подает сигнал тревоги.

Методы второй группы также основываются на применении ручных газоанализаторов и/или индикаторных трубок (ИТ).

Сущность метода измерений, основанного на использовании ИТ, заключается в изменении окраски индикаторного порошка в результате реакции с вредным веществом (газом или паром) в анализируемом воздухе, просасываемом через трубку. Измерение концентрации вредного вещества производится по длине изменившего первоначальную окраску слоя индикаторного порошка в трубке (линейно-колористическая ИТ) или по его интенсивности (колориметрическая ИТ) [11].

Индикаторная трубка – первичный измерительный преобразователь, конструктивно представляющий собой стеклянную трубку, заполненную зерненным наполнителем (индикаторным порошком).

Линейно-колористическая индикаторная трубка – ИТ, позволяющая измерять концентрацию вредного вещества в анализируемом воздухе, просасываемом через трубку, по длине изменившего первоначальную окраску слоя индикаторного порошка в трубке.

Колориметрическая индикаторная трубка – ИТ, позволяющая судить о наличии вредного вещества в анализируемом воздухе, просасываемом через трубку. Концентрация определяется по интенсивности окраски индикаторного порошка путем сравнения с контрольным образцом индикационного эффекта.

Фильтрующая трубка – стеклянная трубка, заполненная одним или несколькими поглотителями, служащими для улавливания газов, паров, мешающих измерению вредного вещества.

К третьей группе методов измерений относятся методы фотометрические, хроматографические, спектроскопические и т.п., отличающиеся высокой точностью, но требующие специального оборудования и реактивов.

Если было установлено, что концентрация газообразного соединения в воздухе рабочей зоны превышает допустимую, ставится задача выявления причин этой ситуации и (в случае необходимости) реализации защитных мероприятий, то есть использования тех или иных средств защиты.

Средство защиты– средство, предназначенное для предотвращения или уменьшения воздействия на работающего опасных и (или) вредных производственных факторов [17].

Выбор того или иного средства защиты от газообразных соединений зависит от соотношений между концентрацией вредного вещества и регламентируемой эффективностью средств защиты.

Эффективность средств защиты обычно оценивается следующим образом:

,

где К_н– концентрация до очистки,

К_к– концентрация после очистки.

Мероприятия по обеспечению безопасности труда при контакте с вредными веществами (в рассматриваемом случае – с газообразными соединениями) могут предусматривать [10]:

1) замену пламенного нагрева электрическим, твердого и жидкого топлива – газообразным;

2) ограничение содержания примесей вредных веществ в исходных и конечных продуктах;

3) применение прогрессивной технологии производства (замкнутый цикл, автоматизация, дистанционное управление, автоматический контроль процессов и операций и т.п.), исключающей контакт человека с вредными веществами;

4) выбор соответствующего производственного оборудования и коммуникаций, не допускающих выделения вредных веществ в воздух рабочей зоны в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации при нормальном ведении технологического процесса, а также правильную эксплуатацию санитарно-технического оборудования и устройств (отопления, вентиляции, канализации);

5) рациональную планировку промышленных площадок, зданий и помещений;

6) рекуперацию вредных веществ и очистку от них технологических выбросов, нейтрализацию отходов производства;

7) применение средств дегазации, активных и пассивных средств взрывозащиты и взрывоподавления;

8) контроль за содержанием вредных веществ в воздухе рабочей зоны в соответствии с требованиями [7];

9) включение в стандарты или технические условия на сырье, продукты и материалы токсикологических характеристик вредных веществ;

10) включение данных токсикологических характеристик вредных веществ в технологические регламенты;

11) применение средств индивидуальной защиты работающих;

12) специальную подготовку и инструктаж обслуживающего персонала;

13) проведение предварительных и периодических медицинских осмотров лиц, имеющих контакт с вредными веществами;

14) разработку медицинских противопоказаний для работы с конкретными вредными веществами, инструкций по оказанию доврачебной и неотложной медицинской помощи пострадавшим при отравлении.

Отметим, применение вентиляционных систем (мероприятия 4, 6) во многих случаях позволяет обеспечить удаление загрязненного газообразными соединениями воздуха из рабочих помещений.

Вентиляция– обмен воздуха в помещениях для удаления избытков теплоты, влаги, вредных и других веществ с целью обеспечения допустимых метеорологических условий и чистоты воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне при средней необеспеченности 400 ч/г – при круглосуточной работе и 300 ч/г – при односменной работе в дневное время.

Отметим, настоящая учебно-исследовательская лабораторная работа посвящена внедрению седьмого вида рассмотренных мероприятий. В частности, в рассматриваемой работе анализируется применение таких средств дегазации, как адсорберы угольный и селикагелевый и абсорбер водяной.

Абсорберы осуществляют фильтрацию посредством поглощения газов, паров, пыли и жидкости поверхностью твердого вещества, а абсорберы – посредством объемного поглощение газов, паров, пыли и жидкости твердым веществом или жидкостью.

Указанные средства дегазации в совместном использовании с вентиляционной системой позволяют осуществлять достаточно эффективную защиту от всевозможных газообразных веществ, их соединений и паров.