2015-06-10
399
Учебно-исследовательская
Лабораторная работа
Исследование методов и средств очистки воздуха от вредных газообразных соединений
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.
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 вещества вызывают 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 вещества оказывают 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 вещества приводят к повышению чувствительности организма к химическим веществам. В производственных условиях приводят к аллергическим реакциям. К ним относятся, например, пары формальдегида.
Канцерогенные вещества вызывают развитие раковых заболеваний. К ним относятся, например, пары бензола.
Мутагенные вещества оказывают 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/м3 | 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/м3 | 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 40ч, 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.
