Предельная концентрация вредных веществ и приборы для измерения концентрации

Для того чтобы обеспечить безопасную для жизни и здоровья производственную среду, не наносить вред окружающей среде (ст. 50. и ст. 16 Конституции Украины) необходимо осуществлять контроль над загрязнением. С этой целью разработан целый ряд нормативных документов и критериев. Для предупреждения отравлений и профессиональных заболеваний вводится контроль, в основе которого положены величины предельно допустимых концентраций (ПДК).

Под предельно допустимой концентрацией веществ в воздухе рабочей зоны понимаются концентрации, которые при ежедневной работе в течение 8 часов, но не более 40 часов в неделю, в течение всего рабочего стажа не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований, в процессе работы или отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений (ГОСТ 12.1.005−88). вредный воздух концентрация гигиенический По ГОСТу 12.1.007 — 76 (ССБТ), по степени воздействия на организм человека, вредные вещества разделяются на четыре класса опасности. Первый класс — вещества чрезвычайно опасные. ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны должна быть менее 0,1 мг/м³. Второй класс — вещества высоко опасные, ПДК равна от 0,1 до 1,0 мг/м³. Третий класс — вещества умеренно опасные, ПДК равна 1,1 — 10,0 мг/м³. Четвертый класс — вещества малоопасные, ПДК более 10,0 мг/м³. В каждом классе вещества обладают различной токсичностью, поэтому в ГОСТ 12.1.005−88 определены ПДК для 646 веществ и 57 аэрозолей рабочих зон (703). Кроме того, согласно СНиП Ш-4−80?, приложение 9, приведены величины ПДК для веществ, широко применяемых в строительной практике.

Для гигиенической оценки воздуха необходимо отобрать пробы, определить содержание вредных веществ и сравнить с предельно допустимой концентрацией.

При одновременном содержании в воздухе рабочей зоны нескольких вредных веществ (ГОСТ 12.1.005 — 88) однонаправленного действия допустимыми для проектирования и санитарного надзора считаются такие концентрации /С/ вредных веществ, которые отвечают уравнению:

(2.3.1.).

т.е. сумма отношений фактических концентраций веществ (С₁;С₂;…С_n) в воздухе к их предельно допустимым концентрациям (ПДК₁, ПДК₂,…, ПДК₃) не должна превышать единицы.

К веществам однонаправленного воздействия относятся вещества, которые близки по химическому составу и характеру воздействия на организм.

Примерами веществ однонаправленного действия являются:

• а) различные хлорированные углеводороды (предельные и непредельные);
• б) различные бромированные углеводороды (предельные и непредельные);
• в) различные спирты;
• г) различные щелочи;
• д) различные кислоты;
• е) различные ароматические углеводороды (толуол, ксилол, бензол);
• ж) различные аминосоединения;
• з) различные нитросоединения.

При одновременном содержании в воздухе нескольких вредных веществ, которые не проявляют однонаправленного действия ПДК остается таким же, как и при изолированном воздействии каждого вещества. В таблице 2.3.1 проведены концентрации некоторых вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

В государственных стандартах приведено более 700 веществ, для которых установлено ПДК. Риском последствий ®, обуславливающих возникновение профессиональных заболеваний является присутствие в рабочей зоне токсических веществ, концентрация которых превышает ПДК, т. е. R ПДК Риском последствий при остром отравлении вредными отравляющими веществами и сильнодействующими, ядовитыми веществами (СДЯВ) является токсическая доза (Д, гминм³). При ингаляции токсическая доза равна концентрации вещества в воздухе (С_ф; г/м³) на время воздействия (t, мин):

Д_г = С_фt.

При воздействии вещества на кожу, через желудочно-кишечный тракт, при попадании в кровь величина токсодозы (мг/кг) определяется количеством отравляющих веществ (к; мг) на килограмм живой массы (m; кг):

Д_Г = к · m.

Для контроля концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны (рабочих мест) используют экспресс-методы; лабораторные методы; методы непрерывного контроля.

Таблица 2.3.1.

ПДК некоторых вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

Примечание: п — пар; а — аэрозоли; п +а — смесь паров и аэрозолей; О — остронаправленное действие; А — аллергическое действие; Ф — фиброгенное действие; ПДК 0,01/0,05 — максимальная разовая ПДК (числитель), среднемесячная ПДК (знаменатель).

Экспресс-метод нашел наиболее широкое применение и позволяет быстро и с достаточной точностью определять концентрацию вредных веществ, непосредственно, на рабочем месте. Суть его заключается в протягивании определенного объема воздуха через контрольные трубки с индикаторным порошком, который реагирует изменением цвета на содержание вредных веществ в воздухе. К приборам экспресс-метода относятся газоанализаторы: УГ-2; ГХ-100; ГХ-4 и др. (рис. 2.3.1., 2.3.2).

Рис. 2.3.1. Химический газоанализатор АМ-5(ГХ-100):

а — разрез по воздухозаборной части; б — общий вид;

• 1 — дистанционные цепочки, ограничивающие ход меха;
• 2 — пружины, удерживающие мех;
• 3 — резиновый мех;
• 4- выпускной клапан;
• 5 — проушина для отламывания концов индикаторной трубки;
• 6- мундштук с резиновой шайбой, являющейся гнездом для вставки индикаторной трубки.

Лабораторный метод является более точным, но требует отбора проб воздуха в рабочей зоне с последующим анализом его состава в лабораторных условиях в течение ближайшего времени. К таким методам относятся: хроматорафический, фотокалорометрический и др.

Метод непрерывного автоматического контроля применяется на рабочих местах с постоянным воздействием вредных веществ, которые могут вызвать серьезные нарушения в состоянии здоровья людей или привести к авариям за счет возникновения взрывоопасности и пожароопасности. Контроль проводится автоматизированными системами с записью изменений вредностей в воздухе во времени с применением газоанализаторов: Сирена-2 для аммиака, Фотон для сероводорода, ФКГ-3М для хлора и др.

Рис. 2.3.2. Универсальный газоанализатор УГ-2

а — общий вид; б — схема;

1 -сильфон; 2 — корпус; 3 — шток; 4 — воздухозаборная трубка; 5 — пружина.

Контроль запыленности воздуха в рабочей зоне производится следующими методами: весовой, счетный, фотоэлектрический, ультразвуковой и т. д. В нашей стране наиболее широко применяется весовой аспирационный метод контроля.

Суть его заключатся в протягивании определенного объема загрязненного воздуха за определенное время через специальный фильтр. Зная вес фильтра до и после протягивания воздуха и объем протянутого воздуха, вычисляется загрязненность воздуха (рис. 3.2.3.).

Массовая концентрация пыли, мг/м³

Q = m₂-m₁/V₀, (2.3.2).

где: m₁ и m₂ — масса фильтра до и после отбора пробы пыли, мг; V₀ — объем воздуха, протянутогочерез фильтры в 1 мин, приведенный к нормальным условиям, л; - время отбора пыли, мин.

Счетный электрический метод служит для определения числа пылинок, находящихся в 1 см³ воздуха. Подсчет производится с помощью микроскопа:

X = N/V = K_cр/ h (2.3.3).

где: Х — искомое число пылинок в 1 см³ исследуемого воздуха; N — общее количество пылинок в воздухе; V — вместимость емкости, см³; K — количество клеток в 1 см³ окуляра микроскопа; _ср — среднее число пылинок, подсчитываемых в пяти различных полях зрения окуляра микроскопа; h — высота емкости, равна 3 см.

Фотоэлектрический метод основан на изменении светового потока, проходящего через слой исследуемого воздуха, падающего на фотоэлемент. Изменение в фотоэлементе тока, возбуждаемого световым потоком, фиксируется гальванометром, отградуированном в мг пыли, отнесенных к 1л воздуха.

Рис. 2.3.3. Аспиратор для отбора проб воздуха.

При определении концентрации вредных веществ в воздухе результаты должны приводится к нормальным условиям: температура 20⁰С, атмосферное давление 760 мм ртутного столба, относительная влажность 50%.

Для анализа проб воздуха строителям при ведении работ в колодцах, емкостях, отделочных работах очень удобен газоанализатор ГХ-100. Этот компактный прибор прост в конструктивном решении, в применении не требует особых условий его хранения. В приложении 10, СНиП 111−4-80^* приведен перечень приборов для определения содержания газов в воздухе строительного производства.

Пары и газы могут быть причинами крупных аварий и взрывов. Основную опасность представляет взрыв горючих газов, скопившихся в изолированном пространстве. Горение в смесях горючих газов или паров с воздухом способно распространяться в определенных соотношениях, называемых концентрационными пределами воспламенения (взрыва).

Минимальную и максимальную концентрацию газов и паров в воздухе, способных воспламеняться, называют нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения (взрыва). Физический смысл нижнего концентрационного предела заключается в том, что если в воздухе, при появлении источника воспламенения, концентрация паров и газов достаточна для химического процесса, то происходит его развитие и, как следствие, взрыв при горении. При более низких концентрациях горючих газов не хватает вещества или веществ для поддержания процесса горения и взрыв не происходит. При больших концентрациях больше верхнего концентрационного предела процесс горения (взрыва) не происходит т.к. не хватает кислорода на развитие процесса.

Если на рабочем месте в помещении содержание газов в воздухе ниже нижнего предела, то при участии пыли, повышении температуры или мощности источника этот предел может снижаться. А при больших концентрациях, выше верхнего предела воспламенения, при выходе из замкнутого объема, и обогащении кислородом — способны гореть.

Концентрации, которые находятся между верхним и нижним концентрационными пределами, называются взрывоопасными. Концентрационные пределы воспламенения определяются в лабораторных условиях. ССБТ и ГОСТ 12.1.004 — 91 даны нижние пределы воспламенения газов, паров, веществ и их продуктов. Нижний (верхний) концентрационный предел воспламенения (С_Нt) газа или пара в воздухе при атмосферном давлении и температуре газо-воздушной системы равен:

С_Ht = C_H х (1,020 — 0,799t) (2.3.4).

где С_H — нижний концентрационный предел воспламенения газа или пара в воздухе при атмосферном давлении и температуре 20⁰С.

t — температура пара или газа, К.

Согласно ССБТ и ГОСТ 12.1.010 — 76 производственные процессы должны осуществляться так, чтобы вероятность возникновения взрыва на любом участке работ не превышала 10^-6. Поэтому предельно допустимая взрывобезопасная концентрация (ПДВК) при степени надежности невоспламеняемости смеси равной 0,999 999 определяется по формуле:

ПДВК = C_H1t / K₃ (2.3.5).

где K₃ — коэффициент безопасности к нижнему концентрационному пределу воспламенения.

Значения C_H1 приведены для веществ (табл.1), продуктов и смесей (табл.2) в ГОСТ 12.1.004 — 91. Обычно для вычисления нижнего и верхнего пределов воспламенения смеси горючих газов или паров в воздухе применяется формула Ле-Шателье:

C_н = 100/ (C₁/ C¹н+ C₂/ C²н+ C_n/ Cⁿн) (2.3.6).

где С_н — нижний концентрационный предел воспламенения смеси нескольких горючих компонентов в объемных процентах: С₁; С₂; С_n; концентрация горючих компонентов в объемных процентах, причем.

С₁+С₂+ +С_п=100%; C¹н, C²н, Cⁿн.

— нижние приделы воспламенения горючих компонентов смеси в объемных процентах.

По этой же формуле вычисляются и верхние концентрационные пределы. В практике широкое распространение получили как объемные, так и весовые проценты. Пересчет мг/л в объемные проценты производится по следующей формуле:

1мг/л =831,396T/M•P (2.3.7).

где Т — абсолютная температура, К; Mмолекулярный вес; Р — атмосферное давление, Па.

Для пересчета объемных % в весовые 1 об % = M•P/831,396T. Находим, что один мг/л при данных условиях равен1 мг/л = 831,396 298 / 5 099 991,5 = 0,5. Соответственно 3 мг/л = 0,15%.

Один объемный процент при данных условиях равен.

1% об = 5 099 991,5 / 831.396 298 =20,2 мг/л (2.3.8).

Следовательно, в 3% = 60,6 мг/л.

Для того, чтобы рассчитать верхние (ВПК) и нижние пределы (НПК) воспламенения смесей газов и паров воздуха, необходимо определить какие газы и пары входят в состав атмосферы цеха, участка. Если результаты показывают, что концентрация горючих газов и паров лежит между верхним и нижним пределом, то такие концентрации считаются взрывоопасными или выше санитарных норм (ПДК), то необходимо немедленно принимать меры профилактики.