Определение концентрации пыли в воздухе

Производственных помещений

Цель работы: определение концентрации пыли в воздухе весовым методом и санитарная оценка запыленности производственной среды.

Основные понятия и определения

Пылью называют дисперсную систему, состоящую из мельчайших твердых частиц, находящихся в газовой среде во взвешенном состоянии (аэрозоль) или осевших (аэрогель).

Пыль подразделяется на атмосферную и промышленную. Источниками образования промышленной пыли являются технологические процессы и производственное оборудование, связанное с измельчением (дробление, помол, резание) и поверхностной обработкой материалов (шлифование, полирование, ворсование и т.п.), транспортировкой, перемещением и упаковкой измельченных материалов и т.д. Атмосферная пыль включает промышленную (загрязнение атмосферного воздуха выбросами промышленных предприятий) и естественную, возникающую при выветривании горных пород, вулканических извержениях, пожарах, ветровой эрозии пахотных земель, пыли космического и биологического происхождения (пыльца растений, споры, микроорганизмы). К промышленным предприятиям, выбрасывающим в атмосферу частицы пыли, относятся предприятия черной металлургии, теплоэнергетики, химической, нефтеперерабатывающей промышленности, промышленности строительных материалов и др.

Гигиеническими нормативами ГН 2.2.5.686–98 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны» и ГОСТ 12.1.005–88 «ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» установлены предельно допустимые концентрации для более чем 800 различных веществ (в мг/м³). ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны считается такая концентрация, которая при ежедневной работе в течение 8 часов или другой продолжительности, но не более 41 часа в неделю, в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. В прил. 1 приведены ПДК веществ в воздухе рабочей зоны.

Пыль классифицируют по следующим признакам: по роду вещества, из которого состоят частицы, степени дисперсности (измельчения), степени вредного влияния на организм человека, взрыво- и пожароопасности.

 

По происхождению пыль подразделяют на три основных подгруппы:

1. Органическая:

- естественная (растительного происхождения – древесная, хлопковая, и животного – костяная, шерстяная);

- искусственная (пыль пластмасс, резины, смол, красителей и других синтетических веществ).

2. Неорганическая:

- металлическая (стальная, медная, свинцовая);

- минеральная (песчаная, известковая, цементная).

3. Смешанная.

По дисперсности пыль подразделяют на три группы:

1) видимая (размеры частиц более 10 мкм);

2) микроскопическая (0,25-10 мкм);

3) ультрамикроскопическая (менее 0,25 мкм).

Опасность пыли увеличивается с уменьшением размера пылинок, так как такая пыль дольше остается в виде аэрозоля в воздухе и глубже проникает в легочные каналы.

Вредность воздействия пыли на организм человека зависит от степени запыленности воздуха, характеризующейся концентрацией (мг/м³), и различных свойств пыли: химического состава, растворимости, дисперсности, формы частиц и адсорбционной способности. По воздействию на организм пыль подразделяется на ядовитую и неядовитую.

В организм человека пыль проникает тремя путями: через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт и кожу.

В зависимости от состава пыль может оказывать на организм:

1. Фиброгенное действие – в легких происходит разрастание соединительной ткани, нарушающее нормальное строение и функции органа (кварцевая, породная).

2. Раздражающее действие на верхние дыхательные пути, слизистую оболочку глаз, кожу (известковая, стекловолокна).

3. Токсическое действие – ядовитые пыли, растворяясь в биологических средах организма, вызывают отравления (свинцовая, мышьяковистая).

4. Аллергическое действие (шерстяная, синтетическая).

5. Биологическое действие (микроорганизмы, споры).

6. Канцерогенное действие (сажа, асбест).

7. Ионизирующее действие (пыль урана, радия).

В легкие глубоко проникают пылинки размером от 0,1 до 10 мкм. Более мелкие выдыхаются обратно, а крупные оседают на слизистых оболочках полости носа, глотки, трахеи и выводятся наружу со слизью при кашле и чихании. Часть пыли задерживается в носу и носоглотке, вместе со слюной и слизью попадает в органы пищеварения. Более мелкие, не осевшие, пылевидные частицы при вдохе проникают в глубокие дыхательные пути, вплоть до ткани легких. В легких задерживаются частицы, не превышающие 7 мкм. При проникновении в дыхательные пути пыль может вызывать профессиональные заболевания – пневмокониозы (ограничение дыхательной поверхности легких и изменения во всем организме человека), хронические бронхиты, заболевания верхних дыхательных путей. Химический состав пыли определяет характер тех или иных профессиональных заболеваний. Например, при вдыхании угольной пыли возникает разновидность пневмокониоза – антракоз, алюминиевый алтинноз, свободного диоксида кремния SiO₂ – силикоз и т.д.

Попадая на кожу, пыль проникает в сальные и потовые железы и нарушает систему терморегуляции организма. Неядовитая пыль оказывает раздражающее воздействие на кожу, глаза, уши, дёсны (шероховатости, шелушение, угри, асбестовые бородавки, экземы, дерматиты, конъюктивиты и др.).

Растворимость пыли зависит от ее состава и удельной поверхности (м²/кг), поскольку химическая активность пыли в отношении организма зависит от общей площади поверхности. Сахарная, мучная и другие виды пыли, быстро растворяясь в организме, выводятся, не причиняя особого вреда. Нерастворимая в организме пыль (растительная, органическая и т.п.) надолго задерживается в воздухоносных путях, приводя в отдельных случаях к развитию патологических отклонений.

Форма пылинок влияет на устойчивость аэрозоля в воздухе и поведение в организме. Частицы сферической формы быстрее выпадают из воздуха и легче проникают в легочную ткань. Наиболее опасны пылинки с зазубренной колючей поверхностью, так как они могут вызывать травмы глаз, ткани легких и кожи.

Адсорбционные свойства пыли находятся в зависимости от дисперсности и суммарной поверхности. Пыль может быть носителем микробов, грибов, клещей.

Пыли могут также приобретать электрический заряд за счет адсорбции ионов из воздуха и в результате трения частиц в пылевом потоке, что увеличивает их вредное воздействие. Неметаллическая пыль заряжается положительно, а металлическая – отрицательно. Разноименно заряженные частицы притягиваются друг к другу и оседают из воздуха. При одинаковом заряде пылинки, отталкиваясь одна от другой, могут долго витать в воздухе. Заряженные частицы дольше задерживаются в легких, чем нейтральные, тем самым увеличивается опасность для организма.

Негативным свойством многих видов пыли является их способность к воспламенению и взрыву. В зависимости от величины нижнего предела воспламенения пыли подразделяются на взрывоопасные и пожароопасные. К взрывоопасным относятся пыли с нижним пределом воспламенения до 65 г/м³ (сера, сахар, мука), к пожароопасным – пыли с нижним пределом воспламеняемости выше 65 г/м³ (табачная, древесная и др.).

Для защиты от пыли на производстве применяется комплекс санитарно-гигиенических, технических, организационных и медико-биологических мероприятий. Эффективными средствами защиты являются: внедрение комплексной механизации и автоматизации производственных операций с автоматическим или дистанционным управлением и контролем, герметизация оборудования, приборов и коммуникаций, размещение опасных узлов и аппаратов вне рабочих зон, замена сухих способов переработки пылящих материалов мокрыми, применение местных отсосов от оборудования и аппаратуры, автоблокировка пусковых устройств технологического и санитарно-гигиенического оборудования, гидрообеспыливание. Эти средства относятся к общим методам защиты работающих и оборудования от пыли. В качестве индивидуальных средств защиты от пыли используются респираторы, противогазы, пневмошлемы, пневмомаски, непроницаемая противопыльная спецодежда, защитные очки и т.п. Важную роль играют также защита временем, ультрафиолетовое облучение в фотариях, щелочные ингаляции, проведение медосмотров, соблюдение личной гигиены, применение специального питания.

Воздух рабочей зоны (пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которых находятся места постоянного и временного пребывания работающих) очищается следующими способами: при сухом разломе материалов устанавливают улавливатели взвешенной в воздухе пыли, применяют пневматическое транспортирование полученного продукта, обеспечивают отсасывание (аспирацию) пыли из-под укрытий в местах ее образования. Создаваемое при аспирации разрежение в укрытии, соединенном с воздуховодом вытяжной вентиляции, не позволяет загрязненному воздуху поступать в воздух рабочей зоны. Отсосы от оборудования и аппаратуры выполняют сблокированными с пусковым устройством основного оборудования. Перед выбросом в атмосферу или рабочее помещение запыленный воздух подвергают предварительной очистке.

Важным показателем работы обеспыливающего оборудования является степень очистки воздуха:

,

где m₁ и m₂ – содержание пыли в воздухе соответственно до и после очистки, мг/м³; V₁ и V₂ – объем воздуха соответственно до и после очистки, м³.

Очистка воздуха от пыли может быть грубой (задерживается крупная пыль – размеры частиц более 100 мкм), средней (задерживается пыль с размером частиц менее 100 мкм, а ее конечное содержание не должно быть более 100 мг/м³) и тонкой (задерживается мелкая пыль (до 10 мкм) с конечным содержанием в воздухе приточных и рециркуляционных систем до 1 мг/м³). Обеспыливающее оборудование подразделяется на пылеуловители и фильтры. К пылеуловителям относятся пылеосадочные камеры, одиночные и батарейные циклоны, инерционные и ротационные пылеуловители. Фильтры в зависимости от принципа действия классифицируют на электрические, ультразвуковые, масляные, матерчатые, рукавные и др. (см. рис. 2.1–2.3).

 

а	б

 

Рис. 2.1. Пылеуловительные камеры:

а – простая; б – лабиринтная

 

 

Рис. 2.2. Схема циклона:

1 – входной патрубок; 2 – дно конической части; 3 – центробежная труба

 

Рис. 2.3. Электрический (а) и ультразвуковой (б) фильтры:

1 – изолятор; 2 – стенка фильтра; 3 – коронирующий электрод; 4 – заземление;

5 – генератор ультразвука; 6 – циклон

 

Для определения качества воздуха на рабочем месте существуют методы контроля, которые подразделяются на две группы: первая – с выделением дисперсной фазы из аэрозоля (весовой и счетный методы), вторая – без выделения дисперсной фазы из аэрозоля (фотоэлектрические, электрометрические, радиационные и оптические методы). Наиболее часто применяются весовой и счетный методы. Обычно в практике инспекторского контроля предпочтение отдают весовому методу.

Весовой метод

Весовой метод является наиболее гигиенически обоснованным методом оценки запыленности воздуха рабочей зоны. Он положен в основу действующей системы стандартов безопасности труда (ССБТ) как стандартный. Сущность метода заключается в том, что определенный объем запыленного воздуха пропускают через высокоэффективный фильтр и по увеличению массы и объему профильтрованного воздуха рассчитывают массовую концентрацию пыли:

, (2.1)

где с – массовая концентрация пыли, мг/м³; G_n – масса пыли, осевшей на фильтре, мг; V₀ – объем профильтрованного воздуха, приведенного к нормальным условиям (температуре 0 ^оС и барометрическому давлению B₀ = 760 мм рт. ст.), м³.

 

, (2.2)

 

 

где P₀, P – барометрическое давление, Па, соответственно при нормальных и рабочих условиях (P₀ = 101325 Па, P = B×133,322 Па); Т – температура воздуха в месте отбора пыли, ^оС; V – объем воздуха, пропущенного через фильтр при температуре Т и давлении В, м³,

, (2.3)

где w – объемная скорость просасывания воздуха через фильтр, л/мин;
t – продолжительность отбора пробы, мин.

Рассчитать массовую концентрацию пыли можно также с помощью подстановки значения V из формулы (2.3) в формулу (2.2) и V₀ из формулы (2.2) в формулу (2.1):

 

 

. (2.4)

Счетный метод

В ряде отраслей промышленности предъявляются повышенные требования к чистоте воздушной среды, например для изготовления радиоэлектронной аппаратуры, кинофотоматериалов, медицинских препаратов и т.п. Здесь действуют ведомственные нормы к качеству воздуха, которые устанавливают предельно допустимые концентрации пыли в счетных показателях, выражающихся в числе частиц на литр или на см³. Контроль запыленности воздуха в этом случае осуществляется счетным методом. Сущность его заключается в предварительном выделении пыли из воздуха и осаждении ее на предметных стеклах с последующим подсчетом числа частиц с помощью микроскопа. Разделив определенное расчетом число частиц на объем воздуха, из которого они осаждены, получают счетную концентрацию пыли (частиц/л):

,

где К_п – количество полей зрения (клеток сетки) в 1 см² окуляра микроскопа; n_ср – среднее количество пылинок в одном поле зрения, определенное на основе подсчета в пяти различных клетках; F – площадь основания емкости, из которой осаждены пылинки, см²; V, h – объем и высота этой емкости соответственно, см³ и см.

Для определения счетной концентрации пыли применяются кониметры, состоящие из увлажнительной трубки, поршневого насоса, приемной камеры и предметного стекла, поточные ультрамикроскопы ВДК, фотоимпульсные приборы и др. Наиболее распространен автоматический счетчик частиц типа АЗ-2М, позволяющий одновременно с замером счетной концентрации определять дисперсный состав пыли.