Кафедра «Экология и БЖД»

Цель работы

Изучение методов экспериментального определения и расчета за­пыленности воздуха рабочей зоны при анализе санитарно-гигиенических условий на рабочих местах в соответствии с требованиями системы стандартов безопасности труда.

Задачи лабораторной работы

1. Изучение основных видов загрязнения воздуха рабочей зоны, и их влияние на безопасность производственных условий.
2. Ознакомление с некоторыми методами исследования и анализа запыленности воздуха.
3. Ознакомление с аппаратурой для отбора проб воздуха.
4. Измерение и расчет запыленности воздуха гравиметрическим методом.
5. Оценка запыленности воздуха и расчет потребного воздухооб­мена при общеобменной вентиляции.

Теоретическая часть

Загрязнение воздуха рабочей зоны

В условиях машиностроения и металлообработки наибольшее значение, с точки зрения загрязнения воздуха рабочей зоны, имеет разнообразные пыли – взвешенные в воздухе частицы твердых веществ. Газ или воздух, в котором неопределенно долгое время находятся во взвешенном состоянии пыли или капельки жидкости, называют аэродисперсной средой (аэрозолем). В аэрозольной среде пыль или частицы жидкости представляют собой дисперсную фазу, а воздух – дисперсную среду.

Природа пыли, то есть материал, из которого она образована, и механизм ее образования определяет физико-химические свойства аэрозоли. Промышленные пыли образуются в процессе дробления, потерания (аэрозоли дезинтеграции); испарения с последующей конденсацией в твердые частицы (аэрозоли конденсации); горения с образованием в воздухе твердых частиц, как результат неполного сгорания топлива (дыма).

Механизм образования пыли влияет, как правило, только на ее дисперсный состав. Дисперсионность пыли определяет размер составляющих ее частиц дисперсной фазы; крупнодисперсионные пыли – размер частиц более 10 мкм, и мелкодисперсионные – размер частиц менее 10 мкм. Дисперсионный состав пыли определяет скорость осаждения (седиментации) частиц. Следует отметить, что мелкодисперсионные пыли, как правило, отличаются большой химической активностью, обуславливаемой большой активностью поверхностью по сравнению с крупнодисперсионными, т.к. содержат частицы разных размеров.

Формы частиц пыли к механизму образования определяются материалом вещества. В зависимости от формы частиц пыль подразделяется на:

- аморфную – пылинки округлой формы;

- кристаллическую – пылинки волокнистой формы;

- пластичную – пылинки в виде слоистых пластинок

- и т.п.

Жидкие выбросы в воздух рабочей зоны (туманы) представляют собой аэрозоли, образованные мельчайшими капельками распыленных жидкостей.

Газообразные и парообразные выбросы, т.е. вещества, загрязняющие атмосферу в виде примесей газов или паров, обладают дисперсионностью, достигшей молекулярного уровня. Чаще всего газообразные загрязнения образуются в процессе горения, а парообразные – результат процессов испарения. Основными физико-химическими характеристиками газо- и парообразных загрязнений воздуха являются химический состав и плотность.

Массовая концентрация всех видов выбросов измеряется в граммах или миллиграммах на кубический метр воздуха и обычно приводится к нормальным условиям, т.е. температуре окружающей среды 293 К (20 С) и барометрическому давлению 101325 Па.

Систематическое пребывание работающих в воздушной среде с большой концентрацией вредных веществ, в том числе и нетоксичной пыли может привести к тяжелым профессиональным заболеваниям и отравлениям.

Кроме этого, запыленность воздушной среды в производственных условиях снижает прозрачность воздуха и создает предпосылки для увеличения взрыво- и пожароопасности в помещениях.

Методы исследования и анализа запыленности воздуха рабочей зоны

За составом воздуха в производственных помещениях ведется постоянное наблюдение с целью недопущения превышения предельно-допустимых концентраций вредных веществ, регламентируемых стандартами безопасности труда.

Методы анализа делятся на две группы:

1. Точные – колометрические, спектрофотометрические, хромофотографические, акустические и др., отличающиеся высокой точностью, но требующие значительных затрат времени и средств.

2. Экспрессные – колометрический, индикационный, гравиметрические (весовые).

Колометрический метод основан на окрашивании индикатора (раствора, порошка) при прохождении через него воздуха, содержащие вредные примеси, при этом интенсивность окраски соответствует концентрации примесей. Концентрацию вещества в воздухе определяют, сравнивая окраску индикатора с эталонами, приведенными в специальных колометрических таблицах.

Химический состав пыли устанавливают известными методами химического или физико-химического анализа в Центральной заводской лаборатории (ЦЗЛ), т.к. обычно можно предположить, какие вещества могут находиться в воздухе рабочей зоны, анализируя химический состав материалов, используемых технологическом процессе.

Для определения концентраций пыли в производственных помещениях машиностроительных предприятий, широко используются весовые (гравиметрические) методы: воздух прокачивается через специальные фильтры (например, аллонж), которые взвешиваются до и после опыта. Одновременно замеряют количество просасываемого воздуха. При этом общую концентрацию пыли различных веществ С_Σ в воздухе рабочей зоны определяют по формуле:

(мг/м³)

где m₁ и m₂ - вес аллонжа до и после прокачивания пробы воздуха в м²; Vн – объем пробы прокачиваемого воздуха в м³, приведенных к нормальным условиям.

Используя уравнение Клайперона – Менделеева для смеси газов, объем пробы прокачиваемого воздуха, приведенный к нормальным условии, можно определить по формуле:

(м³)

где V_Ф – объем воздуха, прокачиваемого через фильтр при абсолютной температуре окружающей среды Т=273 + t в градусах Кельвина (t – температура окружающей среды в градусах Цельсия) и барометрическом давлении В в Паскалях.

Как правило, количество воздуха определяется с помощью расходомеров, которые замеряют объемную скорость проходящего воздуха Q в кубических дециметрах (литрах) в минуту. Зная время отбора пробы τ в секундах, фактический объем прокачиваемого воздуха вычисляют по формуле:

(м³)

После определения суммарной концентрации пыли фильтр с пылью передается в ЦЗЛ для проведения химического анализа с целью определения химического состава пыли и процентного содержания в ней отдельных составляющих Ai. В настоящей лабораторной работе химический анализ различных вариантов проб пыли был проведен на кафедре «Химия». В таблице 1 приведены состав и процентное содержание вредных компонентов в исследуемом варианте.

Табл.1

Наименование вещества	Направленность воздействия	ПДК мг/м	% содержания ингредиента пыли по вариантам
1. Алюминий и его сплавы	Фиброгенная			-				-	-
2. Бора карбид	Та же		-		-
3. Карборунд	Та же				-		-
4. Магний	Та же	0,5						-	-
5. Марганец	Та же	0,3
6. Медь	Та же								-		-
7. Никель и его соединения	Кровотворные организмы	0,5
8. Окись железа	Фиброгенная				-							-
9. Сода кальцинированная	Кровотворные организмы								-
10. Чугун	Фиброгенная		-		-							-

Концентрацию i-го вида вредного вещества Ci при известной суммарной концентрации вредностей в пробе Cz и процентном содержании вредности Ai определяют по зависимости:

Регламентация содержания вредных примесей в воздухе рабочей зоны

Основным параметром, ограничивающим содержание вредных примесей в воздухе рабочей зоны являются их предельно допустимые концентрации (ПДК) – концентрации, которые при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов или при другой продолжительности, но не более 41 часа в неделю, в течение всего рабочего стажа не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований. В процессе работы или в отдельные сроки жизни настоящего и последующего поколений.

При установлении ПДК ориентируются на токсикологический показатель вредности или рефлекторную реакцию организма, определяемых клинико-статистическим методом.

При одновременном содержании в воздухе веществ, обладающих однонаправленным действием, ПДК остаются такими же, как и при изолированном воздействии. Если же вредные вещества имеют однонаправленное действие, то сумма отношений фактических концентраций каждого ингредиента Ci в воздухе помещения к их предельно допустимой концентрации ПДКi не должна превышать единицы, то есть для n ингредиентов должно выполняться соотношение:

Действие стандарта «воздух рабочей зоны …» распространяется на все рабочие места независимо от их расположения: цех, открытая площадка, транспортное средство и т.д.

На территории предприятия в воздухе может содержаться вредных веществ не более 30% от ПДК для рабочей зоны. В выбрасываемой из цехов вытяжной вентиляцией в атмосферу воздухе концентрация вредных веществ не должна создавать в приземном слое концентраций, превышающих предельно допустимые нормы вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест.

Различают 2-а вида ПДК для воздуха населенных пунктов: максимальная из разовых концентраций вредной примеси, определяющая степень кратковременного воздействия примеси на организм человека, и среднесуточная концентрация – допустимая степень загрязнения воздуха в течение длительного периода без строгого фиксирования его продолжительности.

Для классификации вредных веществ и общих требований безопасности введен ГОСТ 12.1.007-76,который подразделяет вредные вещества по степени воздействия на организм на четыре класса опасности:

1-й класс - чрезвычайно опасные, ПДК меньше 0,1 мг/ м ;

2-й класс – высокоопасный, ПДК от 0,1 до 1 мг/ м ;

3-й класс – опасные, ПДК от 1 до 10 мг/ м ;

4-й класс – малоопасные, ПДК больше 10 мг/ м .

В случае, когда по результатам замера концентрация ингредиентов в воздухе превышает ПДК, необходимо рассчитать потребный воздухообмен для общеобменной вентиляции, исходя из того, что максимально возможная концентрация вредных примесей в воздухе не превышает 0,3 ПДК для каждого вида (по направлению воздействия) вредных веществ. Суммарная эквивалентно допустимая концентрация ингредиентов однонаправленного действия ЭПДК определяется из соотношения:

где:	j –	j-вид направленности воздействия;
	i –	i-вид примеси однонаправленного воздействия;
	nj –	кол-во примесей j-ого вида;
	Bi –	процентное содержание i-го ингредиента в j-ом виде направленности.

Результаты измерений

Масса аллонжа m1,мг	После прокачки m2,мг	Концентрация Q, л/мин	Время закачки t, мин	Давление В, Па	Температ. Т, К	мг/м3

Результаты расчетов

Табл.2

Наименование Вещества	ПДК, мг/ м	% содержание инградиента Аi, %	Концентрация в пробе Ci, мг/ м	_Ci_ ПДК	Направленность воздействия
Алюминий и его сплавы					Фиброгенная
Карборунд					та же
Магний					та же
Марганец					та же
Медь					та же
Никель и его соединения					Кровотворные органы
Окись железа					Фиброгенная
Сода кальцинир.					Кровотворные органы
			Сумма:

Расчет

1. Найдем фактический объем прокачиваемого через аллонж воздуха:

где:	Q –	кол-во воздуха, пропускаемое в минуту через кубический дециметр (литр)
	t –	время закачки в секундах

2. Определим объем прокачиваемого воздуха, приведенный к нормальным условиям:

где:	B –	барометрическое давления
	T –	температура окружающей среды

1. Зная V_H найдем общую концентрацию пыли различных веществ в воздухе рабочей зоны:

где:	m1, m2 –	вес аллонжа до и после прокачивания пробы воздуха
	VН –	объем пробы прокачиваемого воздуха

1. Концентрация i-го вида вредного вещества при известной суммарной концентрации и его процентное содержание A_i определяется по формуле:

%

Вывод

По результатам эксперимента видно, что для фиброгенных воздействий условие не выполняется, т. к. суммарное значение в полтора раза превышают норму, следовательно, данные воздействия не удовлетворяет стандарт о воздухе рабочей зоны, установленный ГОСТ. А для кровотворных воздействий условие выполняется, следовательно, они нормам ГОСТ удовлетворяют.

МГТУ «МАМИ»

Кафедра «Экология и БЖД»

Лабораторная работа №6

Исследование запыленной части воздуха рабочей зоны

Студент: Артёмова М.Е.

Группа: 7МУК-11

Преподаватель: Шарипова Н.Н.

Москва 2010