ЛАБЫ

Определение концентрации пыли весовым методом (Лабораторная работа)

 

Цель работы: ознакомление студентов со свойствами пыли, ее влиянием на организм человека, определением концентрации пыли весовым методом.

 

I.      ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 

Контроль содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны проводится при сравнении измеренных среднесменных и максимальных концентраций с их предельно допустимыми значениями – максимально разовыми (ПДК_м) и среднесменными (ПДК_сс) нормативами.

 

Среднесменная концентрация – это концентрация, усредненная за 8-часовую рабочую смену.

 

Максимальная (максимально разовая) концентрация – концентрация вредного вещества при выполнении операций (или на этапах технологического процесса), сопровождающихся максимальным выделением вещества в воздух рабочей зоны, усредненная по результатам непрерывного или дискретного отбора проб воздуха за 15 мин для химических веществ и 30 мин для аэрозолей преимущественно фиброгенного действия (АПДФ).

 

Предельно допустимой концентрацией вредных веществ в воздухе рабочей зоны является такая концентрация, которая 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 может вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни  настоящего и последующих поколений.

 

Для населенных мест ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе должны быть примерно в 100 раз ниже, чем ПДК для производственных помещений, где человек находится ограниченное время.

 

II.    ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Общие сведения о пыли и влияние пыли на здоровье человека

 

Пыль – вид аэрозоля, дисперсная система, состоящая из мелких твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в газовой среде. В большинстве случаев пыль образуется в результате диспергирования твердых тел и включает частицы различных размеров в пределах 10^-7 – 10^-4 м.

По дисперсности различают пыль:

-       крупнодисперсную с частицами размером более 10 мкм;

-       среднедисперсную, с частицами размером от 10 до 5 мкм;

-       мелкодисперсную, с частицами размером менее 5 мкм. Мелкодисперсная пыль почти не оседает  и быстро рассеивается в окружающей среде.

По характеру воздействия на организм человека пыль делится на:

-       токсичную, т.е. способную вызывать соматические заболевания и смерть (пыль свинца, хрома, бериллия и др.);

-       раздражающего действия, т.е. вызывающую при контакте с биологическими тканями воспалительную реакцию (пыль стекловолокна, слюды и др.);

-       фиброгенного действия, при попадании в легкие вызывающую разрастание соединительной ткани, нарушающее нормальное строение и функции легких.

По природе происхождения различают пыль:

-       органическую (животную, растительную, искусственную и микроорганизмы);

-       неорганическую (металлическую и минеральную);

-       смешанную.

По способу образования различают:

-       аэрозоль дезинтеграции, т.е. образующуюся при механическом измельчении материалов;

-       аэрозоль конденсации, т.е. образующуюся при испарении с последующей конденсацией в воздухе.

 

Наибольшей интенсивностью выделения пылевых частиц в процессе машиностроительного производства обладает технологическое оборудование различных участков литейных цехов (1 т металла – от 2,5 до 22 кг). На участке шлифования металлов, заточки инструмента и абразивной обработки изделий массовая концентрация пыли в воздухе колеблется от 0,1 до 1,5 г/м³. При расходе 1 кг электродов в процессе ручной дуговой сварки сталей образуется до 40 г пыли, а в процессе сварки и наплавки чугунов от 13 до 45 г пыли, содержащей ванадий, никель, медь и их окислы

На организм человека пыль оказывает прямое и косвенное действие. Прямое действие может быть причиной атрофических, гипертрофических, нагноительных, язвенных и других изменений слизистых оболочек, бронхов, легочной ткани, кожи, приводящих к катару верхних дыхательных путей, изъязвлению носовой перегородки, бронхиту, пневмонии, пневмосклерозу, конъюнктивиту, дерматиту и другим  заболеваниям. Длительное вдыхание пыли, проникающей в легкие, приводит к развитию пневмокониозов. Некоторые виды пыли (свинцовой, мышьяковой, марганцевой и др.) вызывают  отравления. От химического состава пыли зависит ее биологическая активность, т.е. способность оказывать на организм человека раздражающее или токсическое действие. Токсическая пыль свинца, ртути, мышьяка способна вызвать хронические и острые отравления организма.

 

Нормирование запыленности воздуха

 

Запыленность воздушной среды нормируют в рабочей зоне, приземном слое атмосферы, вентиляционных и технологических выбросах и  приточном  воздухе. Предельно допустимое содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны установлено гигиеническими нормативами ГН 2.2.5.1313 – 03 «Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны».

 

Таблица 1. Предельно допустимые концентрации (ПДК)

вредных веществ в воздухе рабочей зоны

Примечание: 1) если в графе «Величина ПДК» приведено два норматива, то это означает, что в числителе максимально разовая, а в знаменателе – среднесменная ПДК, прочерк в числителе означает, что норматив установлен в виде среднесменной ПДК. Если приведен один норматив, то это означает, что установлен как максимально разовая ПДК.

В графе 3 указано преимущественное агрегатное состояние в воздухе в условиях производства (пары, аэрозоль и их смесь).

В соответствии с классификацией ГОСТ 12.1.007-76. "ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности" вещества разделены на четыре класса опасности (графа 4):

1 класс - чрезвычайно опасные

2 класс - высокоопасные

3 класс - опасные

4 класс - умеренно опасные.

В графе 5 "Особенности действия на организм" специальными символами выделены вещества с остронаправленным механизмом действия, требующие автоматического контроля за их содержанием в воздухе, канцерогены, аллергены и аэрозоли, преимущественно фиброгенного действия.

Использованы следующие обозначения:

О - вещества с остронаправленным механизмом действия, требующие автоматического контроля за их содержанием в воздухе,

А - вещества, способные вызывать аллергические заболевания в производственных условиях,

К - канцерогены,

Ф - аэрозоли преимущественно фиброгенного действия,

п - пары и/или газы.

 

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

 

К вредным веществам однонаправленного действия относятся вредные вещества, близкие по химическому строению и характеру биологического воздействия на организм человека. Если в воздухе содержатся вредные вещества, не обладающие однонаправленным действием, концентрация каждого из них не должна превышать ПДК.

 

Методы измерения запыленности воздуха

 

Методы измерения запыленности воздуха делятся на две группы:

-       основанные на предварительном осаждении частиц пыли и исследовании осадка (весовой, пьезоэлектрический, денситометрический);

-       без предварительного осаждения (акустический, электрический, оптический).

Основным преимуществом методов первой группы является возможность измерения массовой концентрации пыли. К недостаткам следует отнести низкую чувствительность, большую трудоемкость и циклический характер измерения.

Преимуществами методов второй группы являются: возможность непосредственных измерений в самом пылегазовом потоке, высокая чувствительность, возможность полной автоматизации процесса измерений.

В данной работе будет изучен весовой метод, который основан на отборе из запыленного воздушного потока пыли и определении ее массы взвешиванием.

В работе применяются: аппарат "Воздух", предназначенный для отбора пробы воздуха, барометр-анероид, термометр, аналитические весы с набором гирь, анатомический пинцет.

 

Описание лабораторной установки

Рис. 1. Установка для весового определения количества пыли

 

Аппарат «Воздух» состоит из корпуса, внутри которого установлен специальный вакуум-насос 1, рабочим органом которого являются резиновые меха (сильфоны), вход которого соединен с двумя клапанами разрежения 2 и двумя управляющими блоками 3. В каждом из этих блоков имеются последовательно соединенные мерная шайба 4 и вентиль 5, с помощью которого можно перекрывать проходное сечение канала и регулировать таким образом скорость потока через канал (скорость отбора пробы воздуха). Перепад давления на мерной шайбе, зависящий от скорости потока, измеряется показывающим прибором 6, отградуированным в л/мин.

Аппарат может использоваться как самостоятельно, так и совместно с тележкой-подставкой.

 

 

 

III. Экспериментальная часть

 

Порядок выполнения лабораторной работы

 

Получить у преподавателя исходные данные для проведения эксперимента:

-       время продувки фильтра, мин;

-       скорость отбора пробы, л/мин;

-       объем помещения, м³;

-       температура воздуха в помещении, ⁰С;

-       барометрическое давление, мм рт.ст.

Получить у преподавателя фильтр и защитное кольцо для эксперимента.

 

Подготовка фильтра к отбору пробы

 

Фильтр выдерживают в условиях комнатной температуры и при 30-80% относительной влажности в течение 40-60 минут. Затем с помощью пинцета фильтр переносят на середину чашки аналитических весов и взвешивают с точностью 0,1 - 0,2 мг (фильтр при взвешивании складывается вчетверо). Вес  фильтра записывается в таблицу 1.

После взвешивания фильтра его осторожно расправляют с помощью пинцета, помещают в защитное кольцо.

 

Порядок взвешивания на аналитических весах

-       Проверить центровку весов (рис.2) по положению пузырька воздуха в уровне 6.

-       При отклонении воздушного пузырька от центра установочной мишени отрегулируйте его положение, вращая гайки ножек весов 7.

-       Проверить нулевое положение рукояток 1 и 2.

-       Включить весовое устройство, повернув держатель 3, при этом осветится микрошкала.

-       Отрегулировать четкое изображение микрошкалы с помощью гайки 4. Проверить нулевое положение штришка на микрошкале.

-       Положить фильтр на левую чашку весов и взвесить его. Для этого, вращая рукоятки, накладывают на коромысло правой чашки весов сначала десятки миллиграммов - рукояткой 1, а затем сотни миллиграммов - рукояткой 2. Вес фильтра устанавливают по цифровым значениям на рукоятках 1 и 2 и положению штришка на микрошкале. Цена одного деления микрошкалы 0,2 мг.

-       Полученный результат G₁ внести в табл. 2.

На месте взятия проб вынуть из пакета фильтр, держа его за выступ защитного кольца, вставить его в держатели фильтра шланга, а затем соединить герметично шланг с входным патрубком соответствующего канала аппарата. Держатель фильтра установить в зону отбора пробы. Повернуть против часовой стрелки ручки вентилей всех каналов до упора. Переключателем ВКЛ-ВЫКЛ включить аппарат. Поворачивая ручку вентиля соответствующего канала установить необходимую скорость отбора пробы, наблюдая ее значение по соответствующему показывающему прибору. В процессе опыта следует поддерживать постоянную скорость просасывания воздуха через фильтр.

 

ВНИМАНИЕ!

1. При одновременном использовании нескольких каналов настройку требуемой скорости предпочтительно начинать с каналов большей скорости отбора проб.

2. После настройки очередного канала следует (при необходимости) подкорректировать регулировку ранее настроенных каналов.

3. Проконтролируйте, чтобы неиспользуемые каналы были перекрыты (во избежание излишнего загрязнения их из-за работы без входных фильтров).

 

После взятия пробы аппарат отключают, вынимают фильтр за выступ защитного кольца. Снова выдерживают в исходных условиях температуры и влажности (время выдержки 20 - 30 минут). Складывают пинцетом вчетверо и взвешивают на тех же весах. Полученный результат G₂ внести в табл. 2.

Если отбор проб происходил в условиях повышенной влажности (около 100%) рекомендуется перед взвешиванием поместить фильтры в эксикатор с осушителем не менее чем на 2 часа или в термостат при температуре 55-60⁰С на 20-30 минут, а затем в течение 40-60 минут выдерживать при комнатной температуре.

 

Обработка результатов

 

Массовая концентрация пыли g, отобранная на фильтр из запыленного воздуха, определяется по формуле

здесь      G₁ и G₂ - вес фильтра до и после эксперимента, мг;

V₀ - объем воздуха, отсасываемый через фильтр и приведенный к нормальным условиям, м³:

здесь      Q - объем просасываемого через фильтр запыленного воздуха, л;

P- атмосферное давление, мм рт.ст.;

t - температура воздуха при эксперименте, 0⁰С.

 

Интенсивность образования пыли (мг/мин) вычислить по формуле:

,

здесь      Vn - объем помещения лаборатории, м3;

t- время продувки фильтра, мин;

a- коэффициент качества установки по выделению пыли, берется по графику, приведенному на рис.3.

 Рис. 3

Для концентраций больше 2 мг/м3  значение a=0,01

Исходные данные, результаты расчетов и измерений занести в табл.2.

 

Содержание отчета

1.Название и цель выполняемой лабораторной работы.

2. Заполненная табл. 2.

3. Результаты всех промежуточных расчетов.

4.Выводы по результатам выполнения лабораторной работы (в соответствии с ГН 2.2.5.1313-03)

 

Таблица 2