Основні теоретичні положення

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАПИЛЕНОСТІ ПОВІТРЯ РОБОЧОЇ ЗОНИ

Методичні вказівки до практичних та лабораторних занять

Для студентів усіх напрямів підготовки

Київ КНУТД 2009

Дослідження запиленості повітря робочої зони. Методичні вказівки до практичних та лабораторних занять для студентів всіх напрямів підготовки /Упор. І.В. Панасюк, В.О.Мусієнко, Ю.В.Клапцов, Л.І.Микитенко - К.: КНУТД, 2009. Укр.мовою

НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ

ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАПИЛЕНОСТІ ПОВІТРЯ РОБОЧОЇ ЗОНИ

.

Методичні вказівки до практичних та лабораторних занять для студентів усіх напрямів підготовки

Упорядники: І.В. Панасюк

В.О.Мусієнко

Ю.В. Клапцов

Л.І. Микитенко

Відповідальний за випуск зав. кафедрою техногенної безпеки Панасюк І.В.

Затверджено на засіданні кафедри техногенної безпеки

15.05.2009 р.

Підп. до друку Формат 60x84 1/16. Папір

друк №2, Друк офсетний. Умови, др. арк. 1, 16. Умови, фарбо-відб. 1, 27 Облік.-вид.

Арк.. 0, 19. Зам. № Вид. №124. Тираж 50. Ціна 0-30 грн

____________________________________________________________________________________

Дільниця оперативної поліграфії при Київському національному університеті

технології та дизайну

Київ-11, вул. Немировича-Данченка, 2

Дослідження запиленості повітря робочої зони

Мета роботи – ознайомитись та засвоїти фізико-хімічні властивості промислового пилу; його класифікацію; вплив промислового пилу на організм людини; ознайомитись з принципами нормування запиленості повітря виробничого середовища; засвоїти методику дослідження запиленості виробничого середовища гравіметричним (ваговим) методом.

Основні теоретичні положення

Пил як несприятливий, шкідливий фактор виробничого середовища зустрічається на підприємствах багатьох галузей промисловості.

Існує також природний пил (ерозія ґрунту, пилок та спори рослин), який знаходиться в повітрі в звичайних умовах проживання людини в межах концентрацій 0, 1…0, 2 мг/м³. В промислових зонах, де розташовані великі промислові підприємства (гірничо-видобувні, металургійні, хімічні і т.п.), концентрація промислового пилу не буває нижче – 0, 5 мг/м³, а на робочих місцях запиленість повітря інколи сягає до 100 мг/м³.

До основних фізико-хімічних властивостей пилу відносять:

- хімічний склад;

- дисперсність (ступінь подрібнення);

- форму та будову частинок;

- густину;

- питому поверхню;

- адсорбційну здатність; розчинність;

- здатність електризуватись;

- нижню та верхню концентраційну межу вибуховості суміші пилу з повітрям, та ін.

Значення усіх цих характеристик дозволяє оцінити сутність небезпеки та шкідливості пилу для людини, обладнання, а також його пожежо- та вибухонебезпечність.

Пил виробничих приміщень може бути класифікований за різними ознаками:

За походженням:

- органічний (рослинний, тваринний, штучний);

- неорганічний (мінеральний, металевий);

- змішаний (присутність часток органічного та неорганічного походження);

За способом утворення:

- дезінтеграційний (подрібнення, різання, шліфування і т.п.);

- димовий (частки речовини, що горить);

- конденсаційний (конденсація в повітрі парів різних розплавлених матеріалів);

За токсичною дією на організм людини:

- токсичний (отруючий організм людини);

- нейтральний (нетоксичний для людини).

Шкідлива дія пилу на людину залежить від його якісної та кількісної характеристики.

Якісна характеристика – визначається хімічним складом його частинок, який визначає дію даної речовини на організм людини.

Деякі види пилу (свинцевий, миш’яковий, марганцевий і т.п.) обумовлюють отруєння і ведуть до функціональних змін деяких органів і систем організму людини.

До показників, що визначають якісні властивості пилу, належить також дисперсний слад. Для організму людини найбільш небезпечний пил, що складається з часток розмірами до 0, 015 мкм, тому що він погано затримується слизовими оболонками верхніх дихальних шляхів і потрапляє далеко в легеневу тканину. При цьому також має значення і форма частинок пилу.

Частинки зазубреної, колючої форми більш небезпечні за сферичні, тому що подразнюють шкіру, легеневі тканини та слизові оболонки. При цьому дають змогу просмоктуватися в організм людини інфекційним мікроорганізмам, що супроводжують пил або знаходяться в повітрі.

Це призводить до атрофічних, гіпертрофічних, гнійних, виразкових та інших змін слизових оболонок, бронхів, легень, шкіри; веде до катару верхніх дихальних шляхів, виразковому захворюванню носової перетинки, бронхіту, пневмонії, кон'юнктивіту, дерматиту та інших захворювань.

Основним шляхом потрапляння промислового пилу в організм людини є дихальні шляхи. Завдяки значній (від 90 м² до 120 м²) всмоктувальній поверхні легень утворюються сприятливі умови для надходження шкідливих речовин у кров, якою вони розносяться по всьому організму людини.

Захворювання легенів, пов’язані із впливом пилу, що вдихається, називається пневмоконіоз. В залежності від природи пилу пневмоконіози можуть бути різних типів:

- силікатоз – виникає при вдиханні пилу солей кремнієвої кислоти;

- антракоз – при вдиханні вугільної пилі;

- азбестоз – при вдиханні азбестового пилу. Є одною із небезпечних і агресивних форм селікатозу, так як викликає серйозні порушення нервової та судинної систем, селікотуберкульозу та приводить до розвитку раку легенів.

Прониклі в дихальні шляхи частинки пилу призводять до «пилової патології». Довготривале вдихання пилу викликає пневмоконіоз. Найбільш небезпечна його форма – силікоз – розвивається при систематичному вдиханні пилу, що містить вільний діоксид кремнію – SiO₂. Борошняний, зерновий пил та деякі інші можуть спричинити хронічний бронхіт.

Побічна дія пилу на людину полягає в тому, що при підвищеній запиленості повітря в робочій зоні змінюється спектр інтенсивності сонячної радіації (розсіювання та поглинання ультрафіолетового випромінювання), знижується освітленість, що негативно впливає на самопочуття працівника.

Пилові частинки здатні сприймати електричний заряд безпосередньо із повітряного середовища (пряма адсорбція іонів із повітря), так і в результаті тертя частинок пилу між собою, або безпосереднього контакту з будь-якою зарядженою поверхнею. Із загальної кількості пилових частинок, які заносяться з повітрям в дихальні шляхи, затримуються слизовими оболонками частинки пилу, що мають електричний заряд. Відповідно, легко і швидко виводяться із організму.

Для людини небезпека може бути дуже великою, якщо пил містить радіоактивне забруднення. Потрапляючи всередину організму, людина зазнає небезпечного внутрішнього опромінення всіх органів.

За характером дії на організм людини, гігієністи виділяють специфічну групу пилу – пил фіброгенної дії. Особливості дії такого пилу на організм полягає в тому, що при попаданні в дихальні шляхи він спричиняє утворення в легеневій тканині фіброзних вузлів – ділянок затверділої легеневої тканини, в результаті чого легені втрачають можливість виконувати свої функції. Такі захворювання практично не піддаються лікуванню, але при своєчасному їх виявленні можна припинити розвиток хвороби за рахунок зміни умов праці.

Гігієністи ідентифікують близько 50 речовин, пил яких є фіброгенним.

Ряд видів пилу (борошна, вовни, шкіри, бавовни, каніфолі, хрому і т.д.) можуть викликати алергічні реакції та захворювання легень - бронхіальну астму.

Кількісна характеристика пилу може бути визначена його концентрацією в повітрі – масою пилової речовини – мг, в одиниці об’єму повітря – м³. В зв’язку з тим, що запиленість повітря в першу чергу визначає шкідливу дію пилу на організм людини, нормативна документація встановлює гранично допустимі концентрації (ГДК) пилу, мг/м³. Деякі види промислового пилу, з встановленими ГДК в робочій зоні наведені в табл. 1.

Таблиця 1

Гранично допустимі концентрації шкідливих речовин в повітрі робочої зони

ГДК шкідливих речовин у повітрі робочої зони – це концентрації, які за щоденної 8-годинної роботи чи при іншій тривалості, але не більше 40 год на тиждень, потягом усього стажу (25 років) не можуть викликати захворювань чи відхилень стану здоров’я, що виявляються сучасними методами досліджень у процесі роботи чи у віддалений період життя сучасного і наступних поколінь.

Робочою зоною вважається простір висотою до 2, 0 м над рівнем підлоги чи площадки, на якій перебувають працюючі.

Якщо робота виконується в приміщеннях, де концентрація пилу перевищує ГДК, необхідно користуватись засобами індивідуального захисту – респіраторами (маска із спеціальним протипиловим фільтром), пилозахисними окулярами і спецодягом.

Перед викидом в атмосферу запилене повітря очищають пиловловлювачами (фільтрами, циклонами, пилоосадниками). Ступінь очищення розраховується таким чином, щоб на території підприємства концентрація шкідливих речовин не перевищувала ГДК у повітрі робочої зони промислових приміщень.

З метою гігієнічної оцінки виробничого пилу потрібно визначити його масу в одиниці об’єму повітря та хімічний склад частинок пилу (вміст вільного оксиду кремнію SiO₂).

Запиленість повітря можна знайти гравіметричним (ваговим), розрахунковим, фотометричним та іншими способами.

Для виділення пилу з повітря користуються різними методами:

-аспіраційним, який базується на просмоктуванні повітря через фільтри;

-седиментаційним, що ґрунтується на природному осадженні пилу під дією гравітації;

-електроосаджуванням, яке досягається за рахунок утворення поля високої напруженості, в якому частинки пилу електризуються та притягуються до електродів.

При санітарно-гігієнічних практичних дослідженнях основним методом визначення запиленості виробничих приміщень прийнятий гравіметричний метод, тому що при сталості хімічного складу первинне значення має маса пилу, що затрималась в організмі людини. Визначення тільки маси пилу не дає повної картини його шкідливості для людини та технологічного обладнання, тому що при однаковій масі може бути різний хімічний, гранулометричний склад пилу, що значно впливає на організм людини, обладнання та технологію.

Повна характеристика пилу складається з його маси, що міститься в одиниці об’єму повітря, хімічного та дисперсного складу.

Дисперсний склад пилу являє собою один з основних факторів, що визначає шкідливу дію пилу на організм людини. Для характеристики дисперсності пилу знаходять вміст часток пилу у відсотках, розміри яких до 2, 0 мкм, 2, 0…5, 0 та більше 10, 0 мкм.

Розмір (діаметр) частинок пилу визначають за допомогою вимірювального мікроскопа в спеціально виготовлених пилових препаратах.

Спочатку через фільтр марки – АФА, протягують повітря, яке досліджується на запиленість. Потім укладають фільтр фільтрувальною поверхнею на очищене та знежирене скло.

За допомогою окулярного мікрометра визначають розміри не менше ніж 100 частинок пилу, постійно змінюючи поле зору, записують одержані дані в табл.2. Потім знаходять питому ваги кожної з вищезазначених трьох (до 2, 0 мкм, 2, 0…5, 0 мкм, та більше 10, 0 мкм) фракцій у відсотках.

Кількісний вміст пилу в повітрі робочої зони знаходять гравіметричним (ваговим) методом, що полягає в протягуванні через фільтр повітря заданого об’єму, зважуванні відкладених на фільтрі пилових частинок та розрахунку на основі цих даних масової концентрації пилу, мг/м³. Для цього застосовуються спеціальні аналітичні аерозольні фільтри марки АФА, що складаються з фільтрувального елемента та захисних паперових кілець з виступами.

Для фільтрувальних елементів використовується матеріал ФП (фільтр Петрянова), утворений із рівномірного шару тонких полімерних волокон на марлевій підкладці. Такі фільтри мають деякі переваги:

- висока ефективність уловлювання пилу при значних об’ємних швидкостях повітря;

- малий аеродинамічний опір, що обумовлює невеликий час проведення аналізу;

- гідрофобність, що дозволяє зважувати фільтри без додаткового висушування;

- невелика власна маса (біля 50 мг без захисного кільця), завдяки чому можна брати мінімальну наважку пилу біля 1, 0 мг.

Масова концентрація пилу визначається за чотири етапи:

- підготовка апаратури і зважування фільтрів для відбирання проб із повітря;

- відбирання проб пилу на фільтри;

- зважування фільтрів після взяття проб;

- розрахунок концентрацій пилу.

На робочих місцях проби відбирають на рівні зони, в якій відбувається процес дихання працюючих (1, 5…2, 0 м) за допомогою аспіраторів з електричним приводом або ежекторних. Останні використовуються, в основному, у вибухонебезпечних робочих приміщеннях.

В електричних аспіраторах об’ємні швидкості повітря визначаються за показаннями ротаметрів (по верхньому краю поплавка).

Час відбирання проби залежить від ступеня запиленості повітря, швидкості відбирання та наважки пилу і розраховується за формулою:

(1)

де – мінімальна потрібна наважка на фільтр, мг (1 мг – для фільтра АФА-ВП-10);

C – гранично допустима концентрація пилу в повітрі, мг/м³;

- прийнята об’ємна швидкість відбору проб на фільтр, л/хв.

Об’єм повітря V_{t ,} , протягнутого через фільтр, при температурі t, ⁰С та атмосферному тиску – , мм. рт. ст. в місці відбору проб знаходять згідно прийнятим значенням і :

V_t = · , л (2)

Відповідно до вимог стандарту [1] цей об’єм приводиться до умов, регламентованих ГОСТ 8.395–80, при температурі 293 K (20 ⁰C) і атмосферному тиску 101, 3 кПа (760 мм рт.ст.) за формулою:

(3)

де V – об’єм повітря, протягнутого через фільтр, приведений до нормативних умов, л;

– атмосферний тиск, мм рт. ст.;

t – температура повітря в місці відбирання проби, ⁰C.

Масову концентрацію пилу в повітрі, з якого відбирається проба розраховують за формулою:

(4)

де m₁ і m₂ – маса фільтрів відповідно до та після відбирання проби, мг.