Вредные вещества в воздухе и их воздействие на организм человека

Постоянными составными частями воздуха по объему являют­ся: азот — 78 %, кислород — 21 %, инертные газы — 0,94%, угле­кислый газ — 0,03 %, прочие газы и примеси — 0,03 %. Для нор­мальной жизнедеятельности человека существенное значение имеет чистый естественный воздух без примеси пыли, вредных аэрозо­лей, газов и паров.

В воздухе также содержатся в незначительных количествах уг­лекислый газ С 02 и водяные пары Н20 . Углекислота является ре­гулятором функции дыхания и кровообращения, в незначитель­ных количествах она оказывает стимулирующее воздействие на органы дыхания, сосудистую систему и др. При увеличении в воз­духе концентрации углекислого газа возникают повышенная утом­ляемость, головная боль. Кроме углекислоты мы вдыхаем вредные примеси, например оксид углерода, или угарный газ СО. Угар­ный газ, попадая через легкие в кровь, вытесняет кислород из его соединений с гемоглобином. При этом нарушается поступление кислорода к тканям, что ведет к развитию кислородной недоста­точности.

В воздухе непроветриваемых помещений содержатся другие вредные примеси (метан, аммиак, альдегиды), вдыхание кото­рых приводит к неблагоприятным последствиям. Вдыхание ядо­витых веществ приводит к отравлению организма. Длительное вды­хание вредной пыли может вызвать заболевание легких — пневмокониоз.

В целях устранения негативного влияния вредных веществ наорганизм человека установлены предельно допустимые концент­рации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны производ­ственных помещений.

Предельно допустимой называется такая концентрация, кото­рая не оказывает на человека прямого или косвенного вредного и неприятного действия, не снижает его работоспособности, не влияет на его самочувствие или настроение.

По степени воздействия на организм человека все вредные ве­щества подразделяются на четыре класса.

В тепловом хозяйстве промышленных предприятий содержится большое количество горючих газов, жидкого и твердого топлива, горючих жидкостей и твердых материалов.

Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны произ­водственных помещений в виде газов, паров и пылей не должно превышать установленные ГОСТ 12.1.005 —88 «Воздух рабочей зоны. Общие требования безопасности», ГН 2.2.5.686-98 «Предель­но допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны».

При одновременном присутствии в воздухе рабочей зоны не­скольких вредных веществ, обладающих однонаправленным дей­ствием, сумма отношений их концентраций не должна превы­шать единицы:

где С1, С2, …, С„ — концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны; ПДК1 ПДК2, …, ПДК„ — предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе.

ПДК является наиболее представительным показателем при оценке токсического действия веществ, в результате которого в организме человека могут происходить различные нарушения, проявляющиеся в виде острых и хронических отравлений. В табл. 10.3 приведена классификация вредных веществ по характеру ток­сического действия на организм человека.

При оценке токсического действия пыли необходимо учиты­вать такие факторы, как дисперсность, форма частиц, раствори­мость, химический состав.

Для этой цели пользуются классификацией по ее дисперсно­сти и способу образования и соответственно различают:

• аэрозоли дезинтеграции, которые образуются при дроблении какого-либо твердого вещества и в значительной мере состоят из пылинок больших размеров неправильной формы;
• аэрозоли конденсации, которые образуются из паров метал­лов, а при охлаждении превращаются в твердые частицы.

Для воздуха рабочей зоны производственных помещений в со­ответствии с ГОСТ 12.1.005 —88 «Воздух рабочей зоны. Общие тре­бования безопасности» и ГН 2.2.5.686 —98 «Предельно допусти­мые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны» в настоящее время действуют ПДК вредных газов, паров и аэрозо­лей в воздухе рабочей зоны для 445 химических веществ. ПДК вред­ных веществ в атмосферном воздухе населенных мест, включа­ющие в себя 109 наименований, установлены согласно СанПин 2.1.6.983-00 «Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест». Для того чтобы обеспе­чить ПДК для атмосферного воздуха населенных мест, установле­на еще одна нормативная величина — предельно допустимый выброс (ПДВ), характеризующий объем вредных веществ, выбра­сываемых в атмосферу отдельными источниками загрязнения, при котором в приземном слое обеспечивается соблюдение ПДК. Рас­считывается ПДВ по методам, изложенным в ГОСТ 17.2.3.002—78 и ОНД-86(90) (общероссийский нормативный документ).

Количество поступающих в рабочую зону вредных веществ кон­тролируется несколькими методами.

Массовый метод измерения концентрации пыли заключается в определении массы пыли путем взвешивания фильтра до и после пропускания запыленного воздуха. Концентрацию пыли С, мг/м3, рассчитывают по формуле

где m — масса пыли на фильтре, мг; vB— скорость просасывания воздуха через фильтр, м3/мин; t — время просасывания воздуха через фильтр, мин.

Экспресс-метод позволяет определить концентрацию газов и паров в воздухе рабочей зоны. Этот метод основан на изменении цвета индикатора в результате его реакции с исследуемым вред­ным веществом. Через индикаторную стеклянную трубку, напол­ненную реактивным порошком, просасывают определенный объем загрязненного воздуха. При этом происходит окрашива­ние порошка. Длину окрашивания сравнивают с тарировочной шкалой, что позволяет установить содержание вредного веще­ства в воздухе.

Индикационный метод применяют для обнаружения чрезвычайно опасных веществ. Например, индикаторная бумага, покрытая тон­ким слоем сульфида селена, чернеет в помещении, содержащем пары ртути.

В последнее время достаточно широкое распространение полу­чили приборы контроля — концентраторы пыли радиоизотопные «Прима»: модель 01, измеряющая содержание пыли в пределах 0,1… 100 мг/м3; модель 03, измеряющая содержание пыли в пре­делах 0,05… 100 мг/м3; модель РЭП-С-1, измеряющая содержание пыли в пределах 1,0…2500 мг/м3. Принцип работы прибора зак­лючается в следующем: воздух всасывается через фильтр, распо­ложенный между источником радиоактивного излучения и детек­тором этого излучения. Повышение концентрации пыли на фильтре сокращает число частиц, достигающих детектора. Прибор снаб­жен калибровочными графиками, связывающими уменьшение числа регистрируемых частиц с концентрацией пыли на фильтре. Для проведения весового анализа используются автоматические одноканальные пробоотборники АПП-6-1, аспираторы ПА-1,
пробоотборники ППН, пробоотборники АПП-3-4. Эти приборы позволяют производить отбор проб на аналитические фильтры, предназначенные для весового анализа, АФА-ВП-10 (ВП-20 или ДП-3).Фильтры предварительно взвешиваются, затем вставляют­ся в специальные аллонжи, которые подсоединяются к аспирато­рам, затем определяются количество прокаченного через фильтр воздуха и вес осевший на нем пыли, на основании чего вычисля­ется концентрация пыли в воздухе.

Продолжительность отбора пробы воздуха х, ч, ограничивает­ся минимальной навеской на фильтр Атт, определяемой классом весов для взвешивания фильтра, и допустимой навеской Атм, ис­ключающей осыпание осевшего материала:

где С — предполагаемая концентрация пыли, мг/м3; L — объем­ная скорость воздуха при отборе пыли, м3/с.

Так, лабораторные весы второго класса модели BJIP-200 до­пускают минимальную навеску на фильтр Amin = 2 мг. Максималь­ная навеска определяется особенностями фильтрующего матери­ала. Например, для фильтра АФА-ВП-10 Атах = 100 мг. При отсут­ствии опытных данных о запыленности воздуха можно допустить, что С = ПДКРз (предельно допустимая концентрация для рабочей зоны). Таким образом, при выбранных весах и фильтре продолжи­тельность отбора пробы изменяется в следующих пределах:

где q — объемная скорость воздуха по ротамеру при отборе про­бы, м3/с.

При подсчете концентрации пыли метеорологические условия эксперимента необходимо привести к нормальным. Тогда кон­центрация пыли

где тх, т2 — масса фильтра соответственно до и после отбора пробы, мг; t — температура воздуха, °С; р — барометрическое давление в момент отбора пробы, мм рт. ст.

Под действием пыли, химический состав которой зависит от состава и вида обрабатываемого материала, способа и технологии его обработки, развиваются специфические и неспецифические болезни.

К наиболее распространенным специфическим болезням отно­сятся пневмокониозы (фиброз, воспаление легких):

•  металлокониоз — под действием металлической пыли;
• силикатоз (асбестоз, цементоз, талькоз) — под действием солей кремния;
• силикоз — под действием диоксида кремния;
• карбокониоз (антроноз) — угольная пыль;
• пнемокониоз — под действием специальной и органической пыли.

Специфические заболевания приводят к изменениям и нару­шениям органов дыхания, нервной системы, пищеварительной системы, а также лимфатической и сердечно-сосудистой систем.

К наиболее распространенным неспецифическим заболеваниям относятся:

• пневмония;
• пылевые бронхиты;
• бронхиальная астма;
• поражение кожи (бородавки, экземы, дерматиты и др.);
• рак легких;
• поражение слизистой носа и носоглотки;
• конъюктивиты, воспаление роговицы глаз.

Асбестовая пыль и пыль хрома представляют также канцеро­генную опасность. Улучшение ситуации на конкретном предпри­ятии может быть достигнуто с помощью организационных, тех­нических и санитарно-гигиенических мероприятий. Например, транспортировку, погрузку, разгрузку и затаривание сухих, пы­лящих материалов целесообразно осуществлять с использованием
пневмотранспорта. Процессы сушки порошкообразных и пастооб­разных материалов необходимо осуществлять в закрытых аппара­тах непрерывного действия под разрежением, в сушильных бара­банах, ленточных, распылительных и других сушилках. Размол сы­рья во влажном состоянии или подача в зону размола пара значи­тельно сокращает запыленность воздуха. Для удаления пыли целе­сообразно использовать местную вентиляцию.

Использование автоматизированных технологических процес­сов уменьшает воздействие химических веществ на работающих. Отбор проб при контроле технологических процессов целесооб­разно проводить вакуумным (герметичным) способом, что иск­лючает выделение химических веществ в рабочую зону. Процессы фильтрации, центрифугирования, кристаллизация и другие ана­логичные операции следует проводить в герметичных аппаратах с
механизированными погрузками и выгрузками. Производственные помещения должны быть оборудованы эффективной вентиляци­ей с обязательным улавливанием вредных веществ в зоне их обра­зования.

Дистанционное управление технологическим процессом позво­ляет увеличить расстояние между рабочим и источником теплоты и излучения, что снижает интенсивность влияющей на человека радиации. Важное значение с точки зрения защиты человека име­ют теплоизоляция поверхности оборудования; устройство защит­ных, покрытых теплоизоляционными материалами экранов, ог­раждающих рабочих от лучистой и конвекционной теплоты; водя­ные и воздушные завесы; укрытие поверхности нагревательных печей полыми экранами с циркулирующей в них проточной во­дой.

Средства коллективной защиты от тепловых излучений:

• мелкодисперсное распыление воды;
• вентиляция;
• радиационное охлаждение;
• теплоизоляция (засыпная, оберточная, мастичная);
• теплозащитные экраны (теплоотражающие, теплопоглащающие, теплоотводящие);
• воздушное душирование (веерное, с верхним подводом воз­духа, с нижним подводом воздуха).

Наиболее распространенным и эффективным способом защи­ты от тепловых излучений является экранирование. Экраны при­меняют как для экранирования источников излучения, так и для защиты рабочих мест от инфракрасного излучения. По принципу действия экраны подразделяются на теплоотражающие, теплопог­лощающие, теплопроводящие. Это деление условно, так как лю­бой экран обладает способностью отражать, поглощать или отво­дить теплоту.

Средства защиты должны обеспечивать интенсивность тепло­вого потока на рабочих местах не более 0,35 кВт/м2.

Экран рассчитывают исходя из требуемого снижения интен­сивности теплового потока. Степень экранирования

где Ти — температура поверхности источника теплового потока, К; Тэ — допустимая температура экрана, К.

Если требуется снизить температуру поверхности экрана в ц раз, то можно определить необходимое для этого снижение ин­тенсивности теплового потока:

где Тв — температура воздуха в рабочей зоне.

Особое место среди средств коллективной защиты от тепловых воздействий занимает вентиляция. Под вентиляцией следует по­нимать комплекс взаимосвязанных процессов и устройств, обес­печивающих необходимый воздухообмен в производственных по­мещениях. Вентиляция подразделяется на естественную и искус­ственную. При проектировании системы вентиляции учитывают­ся температура, влажность воздуха, выделение вредных веществ,
избыточное тепловыделение. При выделении вредных веществ в воздух рабочей зоны необходимый воздухообмен определяют ис­ходя из условий их разбавления до ПДК, а при наличии тепловых избытков — из условий поддержания допустимой температуры в рабочей зоне. Естественная вентиляция может быть организован­ной и неорганизованной. Неорганизованная естественная венти­ляция производственных помещений осуществляется в результате вытеснения теплого воздуха из помещения холодным наружным воздухом через окна, двери и различные проемы в стенах и кров­ле.

Организованная естественная вентиляция производственных помещений большого объема называется аэрацией. Площадь вен­тиляционных проемов и фонарей (аэрационных) рассчитывается с учетом необходимого воздухообмена, который впоследствии может регулироваться открытием или закрытием фрамуг (рис. 10.6).

За счет разности температур наружного и внутреннего воздуха происходит изменение температурного давления, под действием которого перемещаются воздушные массы.

На рис. 10.7 приведена принципиальная схема приточно-вы­тяжной вентиляции. Воздух подается в рабочую зону и удаляется из нее центробежными вентиляторами 5. Воздухозаборное устрой­ство 7 устанавливается снаружи здания в местах, где отсутствуют какие-либо загрязнения. По воздуховодам 2 воздух поступает в фильтры 3 для очистки воздуха от пыли и в калориферы 4, в которых наружный воздух подогревается либо охлаждается до тре­буемой нормами температуры. Чистый отработанный воздух по­ступает в рабочую зону через приточные отверстия (или насадки) 6.
Из помещения загрязненный или слишком нагретый воздух уда­ляется через вытяжные отверстия (или насадки) 7. Для очистки перед выбросом в атмосферу он пропускается через устройство очистки 8. Выброс воздуха производится через устройство длявыброса воздуха 9.

Количество воздуха, необходимого для вентиляции производ­ственного помещения, следует определять расчетным путем. Рас­чет производят в соответствии с характером технологического процесса по выделению теплоты, влаги и вредных веществ.

Если нельзя точно определить количество выделяющихся вред­ных веществ, но известны их качественные показатели, то можно расчитать количество приточного воздуха по нормативной крат­ности воздухообмена К, 1/ч, которая показывает, сколько раз в течение часа весь воздух в помещении обновился:

где L — объем поступающего или удаляемого из помещения воз­духа, м3/ч; V — объем помещения, м3.