Нормирование содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны

Под воздействием применяемого оборудования и технологических процессов в рабочей зоне создается определенная внешняя среда. Ее характеризуют: микроклимат; содержание вредных веществ; уровни шума, вибраций, излучений; освещенность рабочего места.

Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны не должно превышать предельно допустимых концентраций (ПДК).

ПДК - это государственный гигиенический норматив для использования при проектировании производственных зданий, технологических процессов, оборудования, вентиляции, для контроля за качеством производственной среды и профилактики неблагоприятного воздействия на здоровье работающих.

ПДК - это концентрации, которые, воздействуя на людей при их ежедневной, кроме выходных дней, работе продолжительностью 8 ч (или другой продолжительностью, но не более 41 ч в неделю) в течение всего рабочего стажа, не могут вызвать обнаруживаемые современными методами исследований заболевания или отклонения в состоянии здоровья как у самих работников в процессе трудовой деятельности и в дальнейший период жизни, так и у последующих поколений.

ПДК для большинства веществ являются максимально разовыми, т. е. содержание вещества в зоне дыхания работающих усреднено периодом кратковременного отбора проб воздуха: 15 мин для токсичных веществ и 30 мин для веществ преимущественно фиброгенного действия (вызывающих фибрилляцию сердца). Для высококумулятивных веществ наряду с максимально разовой установлена среднесменная ПДК, т.е. средняя концентрация, полученная при непрерывном или прерывистом отборе проб воздуха при суммарном времени не менее 75 % продолжительности рабочей смены, или концентрация средневзвешенная во времени длительности всей смены в зоне дыхания работающих на местах постоянного или временного их пребывания.

В соответствии с СН 245-71 и ГОСТ 12.1.007-76 все вредные вещества по степени воздействия на организм человека подразделяют на четыре класса опасности:

· первый - чрезвычайно опасные - ПДК менее 0,1 мг/м³ (свинец, ртуть - 0,001 мг/м³);

· второй - высокоопасные - ПДК от 0,1 до 1 мг/м³ (хлор - 0,1 мг/м³; серная кислота - 1 мг/м³);

· третий - умеренно опасные - ПДК от 1,1 до 10 мг/м³ (спирт метиловый - 5 мг/м³; дихлорэтан - 10 мг/м³);

· четвертый - малоопасные - ПДК более 10 мг/м³ (аммиак - 20 мг/м³; ацетон - 200 мг/м³; бензин, керосин - 300 мг/м³; спирт этиловый - 1000 мг/м³).

По характеру воздействия на организм человека вредные вещества можно разделить: на раздражающие (хлор, аммиак, хлористый водород и др.); удушающие (оксид углерода, сероводород и др.); наркотические (азот под давлением, ацетилен, ацетон, четыреххлористый углерод и др.); соматические, вызывающие нарушения деятельности организма (свинец, бензол, метиловый спирт, мышьяк).

Согласно требованиям санитарных норм и стандартов ССБТ на предприятиях должен осуществляться контроль за содержанием вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Там, где применяются высокоопасные вредные вещества первого класса, - непрерывный контроль с помощью автоматических самопишущих приборов, выдающих сигнал при превышении ПДК, а там, где применяются вредные вещества второго, третьего и четвертого классов, - периодический контроль путем отбора и анализа проб воздуха. Отбор проб производят в зоне дыхания в радиусе до 0,5 м от лица работающего; берутся не менее пяти проб в течение смены.

К вредным веществам однонаправленного действия относят вредные вещества, близкие по химическому строению и характеру биологического воздействия на организм человека. Примерами сочетаний веществ однонаправленного действия являются: фтористый водород и соли фтористоводородной кислоты; сернистый и серный ангидриды; формальдегид и соляная кислота; различные хлорированные углеводороды (предельные и непредельные); различные бромированные углеводороды (предельные и непредельные); различные спирты; различные кислоты; различные щелочи; различные ароматические углеводороды (толуол и ксилол, бензол и толуол); различные аминосоединения; различные нитросоединения; амино- и нитросоединения; тиофос и карбофос; сероводород и сероуглерод; окись углерода и аминосоединения; окись углерода и нитросоединения; бромистый метил и сероуглерод.

При одновременном содержании в воздухе рабочей зоны нескольких вредных веществ однонаправленного действия сумма отношений фактических концентраций каждого из них в воздухе (К₁, К₂,..., К_n) к их ПДК (ПДК₁, ПДК₂,..., ПДК_n) не должна превышать единицы.

В списке ПДК (от 26.05.88, № 4617-88) используют следующие обозначения: п - пары и (или) газы; а - аэрозоль, п + а - смесь паров и аэрозоля; + - требуется специальная защита кожи и глаз; О - вещества с остронаправленным механизмом действия, требующие автоматического контроля за их содержанием в воздухе; А - вещества, способные вызвать аллергические заболевания в производственных условиях; К - канцерогены; Ф - аэрозоли преимущественно фиброгенного действия.

При одновременном выделении в воздух рабочей зоны помещений нескольких вредных веществ, не обладающих однонаправленным характером действия, количество воздуха при расчете общеобменной вентиляции следует принимать по тому вредному веществу, для которого требуется подача наибольшего объема чистого воздуха.

В нашей стране ПДК устанавливают санитарные органы Минздрава России. Периодически, в соответствии с уровнем развития медицинских знаний, предельно допустимые концентрации пересматривают, как правило, в сторону ужесточения. Например, до 1968 г. действовали нормы, предусматривающие ПДК бензола 20 мг/м³. Клинико-гигиенические исследования выявили случаи неблагоприятного воздействия таких его концентраций на организм человека. Это послужило основанием к снижению ПДК бензола до 5 мг/м³.

Все предельно допустимые концентрации стремятся к некоторым пределам, называемым обычно предельно допустимыми экологическими концентрациями (ПДЭК), под которыми имеются в виду концентрации вредных веществ, не оказывающие вредного влияния (ближайшего или отдаленного) на экологические системы, т. е. на совокупность живых организмов, среду обитания и их взаимосвязь.

В настоящее время установлены предельно допустимые концентрации в воздухе рабочей зоны более чем для 850 веществ. ПДК некоторых вредных веществ в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе населенных мест приведены в табл. 3.

На предприятиях, где применяют вредные вещества, должны разрабатываться и внедряться мероприятия по улучшению санитарно-технического состояния, новые прогрессивные технологии, исключающие контакт человека с вредными веществами.

Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны (ПДК_рз) -- концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов, или при другой продолжительности, но не более 41 часа в неделю, на протяжении всего рабочего стажа не должна вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. Рабочей зоной следует считать пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площади, на которой находятся места постоянного или временного пребывания рабочих.

Предельно допустимая концентрация максимально разовая (ПДК_мр) -- концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, (усредненная в 20-минутном интервале) предельно допустимая концентрация (ПДК), которая не оказывает на человека или на окружающую среду вредное действие. Разовые ПДК веществ устанавливаются для предупреждения рефлекторных реакций человека (ощущение запаха, световой чувствительности, изменение биоэлектрической активности головного мозга и др.).

Предельно допустимая концентрация среднесуточная (ПДК_сс) -- это концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия при неограниченно долгом (годы) вдыхании. Таким образом, ПДК_сс рассчитана на все группы населения и на неопределенно долгий период воздействия и, следовательно, является самым жестким санитарно-гигиеническим нормативом, устанавливающим концентрацию вредного вещества в воздушной среде. Среднесуточные устанавливаются для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного влияния веществ на организм человека.

Загрязнение атмосферы и приземного слоя атмосферного воздуха приводит к следующим последствиям:

· превышение ПДК многих токсичных веществ (CO, NO₂, SO₂, C_nH_m, бензопирена, свинца, бензола и др.) в городах и населенных пунктах;

· образование смога при интенсивных выбросах NO_x, C_nH_m;

· выпадение кислотных дождей при интенсивных выбросах SO_x, NO_x;

· появление парникового эффекта при повышенном содержании CO₂, NO_x, O₃, CH₄, H₂O и пыли в атмосфере и, как следствие, повышение средней температуры поверхности Земли;

· разрушение озонового слоя при поступлении в него NO_x и соединений хлора, что создает опасность повышенного ультрафиолетового облучения.

Классы опасности ПДК и ПДК_сс регламентированы списком Минздрава СССР № 3086-84 от 27.08.1984.

Степень загрязнения атмосферного воздуха устанавливают по кратности превышения ПДК с учетом класса опасности, суммации биологического действия загрязнений воздуха и частоты превышения ПДК. Кратность превышения К рассчитывается по формуле:

К = с₉₅/ПДК (2)

где с₉₅ - значение концентрации, измеренное с уровнем достоверности 95 %.

Степень опасности характеризуется наибольшим значением концентрации вредных веществ, рассчитанных для неблагоприятных метеоусловий.

Метеоусловия, неблагоприятные для рассеивания выбросов, характеризуются температурами воздуха, которые возрастают с увеличением высоты над поверхностью земли (такие условия называются инверсией) и в том числе опасной скорости ветра, при которой создаются наибольшие концентрации вредных веществ.

Другим важнейшим показателем, характеризующим уровень загрязнения атмосферного воздуха, является предельно допустимый выброс (ПДВ). В отличие от ПДК, ПДВ является научно-техническим нормативом. Его измеряют во времени и устанавливают для каждого источника организованного выброса исходя из условия, что выброс вредных веществ данным источником и совокупностью источников района (с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере) не создает приземной концентрации, превышающей ПДК для атмосферного воздуха. Предельно допустимые концентрации можно получать за счет разбавления отходящих газов путем увеличения мощности вентиляционных систем или строительства более высоких труб.

Уменьшить загрязнение атмосферы можно следующими способами:

· совершенствовать процессы, технологии, оборудование для уменьшения массы выбросов;

· выполнять очистку выбросов;

· снижать концентрации вредных веществ в приземном слое воздуха за счет рассеивания выбросов.

Последний способ наименее эффективен, т.к. вредные вещества в конечном счете неорганизованно попадают в воду, почву и загрязняют их.

 

 

31. Методы определения воздухообмена

Действие общеобменной вентиляции основано на разбавлении загрязненного, нагретого, влажного воздуха помещения свежим наружным воздухом для обеспечения предельно допустимых норм. При определении необходимого воздухообмена используют следующие методы.

1) Метод определения количества вентиляционного воздуха по кратности обмена.

Кратность воздухообмена n, ч^-1 показывает, сколько раз в час меняется воздух в помещении:

где L – воздухообмен, м³/ч;

V – объем помещения, м³.

Необходимая кратность воздухообмена указана в отраслевых правилах по охране труда для различных производственных помещений.

2) Метод определения количества вентиляционного воздуха по удельному объему помещения и количеству работающих

Воздухообмен принимается в зависимости от объема помещения, приходящегося на одного работающего, то есть удельного объема помещения. Если на одного человека приходится V < 20 м³, то подачу наружного воздуха следует обеспечивать в количестве L ³ 30 м³/ч на каждого работающего. Если объем помещения на одного человека составляет V > 20 м³, требуется воздухообмен L ³ 20 м³/ч на каждого.

В случае, когда в помещении невозможно естественное проветривание, L ³ 60 м³/ч.

3) При выделении вредных веществ в воздух рабочей зоны расчет количества вентиляционного воздуха производится исходя из необходимости разбавления вредных выделений до допустимых концентраций:

 

где G – количество вредных веществ, мг/ч;

q_ПДК – предельно допустимая концентрация, мг/м³;

q_пр – концентрация вредных веществ в удаляемом воздухе, мг/м³ (q_пр £ 0,3 q_ПДК).

 

Предельно допустимые концентрации (ПДК) некоторых веществ содержатся в таблице 48.

При одновременном выделении в воздух рабочей зоны нескольких вредных веществ, не обладающих однонаправленным действием, необходимый в помещении воздухообмен допускается принимать по тому вредному веществу, для которого требуется больший объем воздуха.

При одновременном выделении вредных однонаправленных веществ воздухообмен определяется суммированием количества воздуха, необходимого для разбавления каждого вещества до его предельно допустимой концентрации.

К веществам однонаправленного действия относят:

- ароматические углеводороды: толуол и ксилол, бензол и толуол;

- амино- и нитросоединения: сероводород и сероуглерод, оксид углерода и нитросоединения;

- фтористый водород и соли фтористоводородной кислоты;

- сернистый и серный ангидриды, углеводороды (предельные и непредельные);

- растворители – ацетон, спирты, эфиры уксусной кислоты;

- кислоты;

- щелочи.

Количество вредных веществ G_вр определяется по технологической части проекта или рассчитывается.

По формуле адиабатического истечения Репина можно определить количество выделений вредных веществ G_вр, кг/ч, в производственную среду за счет утечек через неплотности сосудов и трубопроводов, работающих под давлением:

 

 

где k – коэффициент запаса, учитывающий состояние оборудования, k = 1…2;

с – коэффициент, определяемый давлением газа или пара в аппарате. При давлении Р = 20 кПа коэффициент с = 0,166; если
Р = 170 кПа, с = 0,1189 (СНиП 2.04.05-91);

V – внутренний объем аппаратуры и коммуникаций, м³;

М – молекулярный вес газов или паров в аппарате;

Т – абсолютная температура среды в аппарате, К.

 

Человек при легкой работе выделяет углекислоту в количестве G = 35000 мг/ч, при тяжелой работе – G = 68000 мг/ч.

4) При выделении влаги воздухообмен определяют по формуле:

где G – парообразная влага, г/ч;

r_пр – плотность приточного воздуха, определяемая в зависимости от температуры приточного воздуха r_пр = 353 / 273 + t_пр, кг/м³;

d_у – содержание влаги в удаляемом воздухе, г/кг. Определяется по i-d диаграмме;

d_пр – содержание влаги в наружном воздухе, г/кг (можно принимать d_пр = 5 г/кг).

В жилых и общественных зданиях источником влаговыделения являются люди. Так, человек, занятый физическим трудом при температуре окружающего воздуха от 10 до 20 ^оС, выделяет соответственно от 70 до 240 г/ч влаги, а человек, занятый умственным трудом, - от 30 до 70 г/ч.

Количество воды, кг, испаряющейся с открытых поверхностей за 1 ч, определяется по формуле Дальтона [17]:

 

где F – водяная поверхность испарения, м²;

с – поправочный коэффициент, зависящий от напряжения и скорости движения воздуха над водяной поверхностью (при движении воздуха вдоль смоченной поверхности С = 0,02+0,016v, где v – скорость движения воздуха в м/с);

Р_н – парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре воды, мм. рт. ст.;

Р_п – парциальное давление водяных паров в воздухе помещения, мм. рт. ст.;

Р_б – барометрическое давление, мм. рт. ст.

Количество влаги, испаряющейся с поверхности пола, кг/ч [6]:

 

где G_с – количество стекающей воды, кг/ч;

t_в, t_у – температура воды вытекающей и уходящей в канализацию, ^оС;

585 – скрытая теплота испарения, ккал/кг.

 

5) При выделении избыточной теплоты Q_изб необходимо знать количество поступающего в помещение явного тепла Q_яв и количества тепла, расходуемого в нем на возмещение теплопотерь наружными ограждениями и пр. Q_пот:

При ориентировочных расчетах допустимо не учитывать теплопотери.

Суммарный тепловой поток явного тепла определяется по формуле:

 

, (99)

где Q_об – тепло, выделяемое оборудованием;

Q_изд – тепло от остывающих изделий;

Q_мех – тепло от работающих механизмов и оборудования;

Q_эл – тепло от оборудования с электроприводом;

Q_рад – тепло от солнечной радиации;

Q_л – тепло, выделяемое людьми;

Q_осв – тепло от осветительных установок;

Q_от – тепло от системы отопления.

Для ориентировочных расчетов явное тепло, выделяющееся в помещение можно определять как сумму первых двух слагаемых.

Тепло, Вт, выделяемое теплоиспользующим оборудованием можно определять по формуле [26]:

 

(100)

где a – коэффициент теплоотдачи от поверхности оборудования, Вт/(м²×К);

F_п – площадь теплопередающей поверхности, м²;

Т_п и Т_в – температура поверхности оборудования и нормируемая температура воздуха в помещении соответственно, К.

 

Температура поверхности оборудования не должна превышать 45 ^оС.

При естественной конвекции со скоростью движения воздуха до 0,5 м/с коэффициент теплоотдачи a определяется по формуле:

 

(101)

где А – принимается для плоских и цилиндрических стенок 2,56; для горизонтальных поверхностей, обращенных теплопередающей стороной вверх А = 3,26.

 

При определении тепла, выделяемого теплоиспользующим оборудованием можно принимать Q_об равным 30 % от общего количества тепла, потребляемого аппаратом.

Тепловыделения, Вт от производственных печей, работающих на твердом, жидком и газообразном топливе, можно определять по формуле [25]:

 

 

а от электрических печей – по формуле:

 

где В – расход топлива, кг/ч;

– теплотворная способность топлива, кДж/кг;

N_уст – установочная мощность печи, кВт;

a – коэффициент, учитывающий тепловыделения в цех;

h – коэффициент одновременного действия печей.

 

Значение коэффициента a для электрованн следует принимать 0,3; для печей камерных с подвижным подом – 0,5; для щелевых и шахтных печей – 0,4; а для электрических печей – 0,7.

Если над печами имеются зонты, то учитывается только 30 % тепловыделений от печей, подсчитанных по формулам (102) и (103).

Теплопоступления от станков и электродвигателей, Вт/ч, определяются по формуле [25]:

 

(104)

где N – номинальная (установочная) мощность оборудования, кВт;

n₁ – коэффициент использования установочной мощности электроэнергии (0,7…0,9);

n₂ – коэффициент загрузки – отношение величины среднего потребления мощности к максимально необходимой (0,5…0,8);

n₃ – коэффициент одновременной работы электродвигателей (0,5…1);

n₄ – коэффициент, характеризующий, какая часть израсходованной электрической энергии превращается в тепловую и остается в помещении (0,1…1).

 

Для приближенного определения теплопоступлений в механических и механосборочных цехах можно принимать произведение n₁n₂n₃n₄ = 0,25 при работе станков без охлаждающей эмульсии; 0,2 – с применением охлаждающей эмульсии и 0,15 при наличии местных отсосов.

Тепловой поток от остывающих изделий, Вт, определяется по формуле:

 

(105)

где m – масса остывающих изделий, кг/ч;

С_изд – удельная теплоемкость изделий, кДж/(кг×К);

Т_н, Т_к – начальная и конечная температура остывающих продуктов, К.

 

Количество тепла, поступающего в помещение от солнечной радиации, Вт:

 

(106)

где m – коэффициент, учитывающий вид остекления (для одинарного остекления m = 1,45, для сильно загрязненных стекол m = 0,7 и для двойного остекления m = 1,15);

F – площадь поверхности остекления, м²;

q – удельное значение солнечной энергии, зависит от широты. Для Орла q = 137,92 Вт/(м²×ч).

 

Тепловыделения от источников искусственного освещения, кВт, определяют по формуле:

 

(107)

где N – мощность осветительной установки, кВт;

h – коэффициент перехода энергии электрической в тепловую (в среднем h = 0,95).

 

Тепло, выделяемое людьми, определяется по энергозатратам при выполнении работ от 5 до 195 Вт.

Необходимый воздухообмен при наличии избыточной теплоты определяется по формуле:

 

(108)

где Q_изб – избытки тепла;

С – массовая удельная теплоемкость воздуха: С = 1 кДж/(кг×К); С = 0,24 ккал/(кг×^оС); С = 0,278 Вт;

r_пр – плотность приточного воздуха, кг/м³;

t_у – температура удаляемого воздуха, ^оС;

t_пр – температура приточного воздуха, ^оС.

 

Температура удаляемого воздуха определяется по формуле:

 

(109)

где t_р.з – допустимая температура в рабочей зоне, ^оС;

Dt – температурный градиент по высоте помещения, ^оС/м. Зависит от мощности источников тепла, интенсивности циркуляции воздуха, высоты помещения Dt = 0,5…1,5 ^оС/м. Для помещений высотой менее 4м повышение температуры по высоте можно не учитывать;

Н – высота от пола до центра вытяжных проемов (4…6 м);

2 – высота рабочей зоны, м.

 

Температура приточного воздуха принимается ниже допустимого по нормам значения:

 

(110)

 

Количество воздуха, удаляемого местной вытяжной вентиляцией, определяют по скорости его всасывания v_вс, м/с, в открытом проеме площадью F, м²:

 

(111)

 

Скорость всасывания принимается в зависимости от класса опасности вредных веществ в пределах от 0,5 до 1 м/с. При нетоксичных выделениях (тепло или влага) скорость всасывания принимается от 0,15 до 0,25 м/с.