Оздоровление воздушной среды и нормализация параметров микроклимата

Воздушная среда рабочей зоны.

Одним из необходимых условий здорового и высокопроизводительного труда является обеспечение чистоты воздуха и нормальных метеорологических условий в рабочей зоне помещений, т. е. пространстве высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, где находятся рабочие места.

Причины и характер загрязнения воздуха рабочей зоны

Атмосферный воздух в своем составе содержит (% по объему): азота — 78,08; кислорода — 20,95; аргона, неона и других инертных газов — 0,93; углекислого газа — 0,03; прочих газов — 0,01. Воздух такого состава наиболее благоприятен для дыхания. Воздух рабочей зоны редко имеет приведенный выше химический состав, так как многие технологические процессы сопровождаются выделением в воздух производственных помещений вредных веществ — паров, газов, твердых и жидких частиц. Пары и газы образуют с воздухом смеси, а твердые и жидкие частицы вещества — дисперсные системы — аэрозоли, которые делятся на пыль (размер твердых частиц более 1 мкм), дым (менее 1 мкм) и туман (размер жидких частиц менее 10 мкм). Пыль бывает крупно- (размер частиц более 50 мкм), средне- (50 — 10 мкм) и мелкодисперсной (менее 10 мкм).

Поступление в воздух рабочей зоны того или иного вредного вещества зависит от технологического процесса, используемого сырья, а также от промежуточных и конечных продуктов. Так, пары выделяются в результате применении различных жидких веществ, например, растворителей, ряда кислот, бензина, ртути и т. д. а газы — чаще всего при проведении технологического процесса, например, при сварке, литье, термической обработке металлов.

Причины выделения пыли на предприятиях машиностроения могут быть самыми разнообразными. Пыль образуется при дроблении и размоле, транспортировании измельченного материала, механической обработке хрупких материалов, отделке поверхности (шлифовании, глянцевании), упаковке и расфасовке и т. п. Эти причины пылеобразования являются основными, или первичными. В условиях производства может возникать и вторичное пылеобразование, например, при уборке помещений, движении людей и т. п. Такое выделение пыли иногда бывает весьма нежелательным (в электровакуумной промышленности, приборостроении).

Дым возникает при сгорании топлива в печах и энергоустановках, а туман — при использовании смазочно-охлаждающих жидкостей, в гальванических и травильных цехах при обработке металлов. Например, в зарядных отделениях аккумуляторных образуется аэрозоль серной кислоты.

Вредные вещества проникают в организм человека главным образом через дыхательные пути, а также через кожу и с пищей. Большинство этих веществ относится к опасным и вредным производственным факторам, поскольку они оказывают токсическое действие на организм человека. Эти вещества, хорошо растворяясь в биологических средах, способны вступать с ними во взаимодействие, вызывая нарушение нормальной жизнедеятельности. В результате их действия у человека возникает болезненное состояние — отравление, опасность которого зависит от продолжительности воздействия, концентрации q (мг/м3) и вида вещества. По характеру воздействия на организм человека вредные вещества подразделяются на:

общетоксические — вызывающие отравление всего организма (окись углерода, цианистые соединения, свинец, ртуть, бензол, мышьяк и его соединения и др.);

раздражающие — вызывающие раздражение дыхательного тракта и слизистых оболочек (хлор, аммиак, сернистый газ, фтористый водород, окислы азота, озон, ацетон и др.);

сенсибилизирующие — действующие как аллергены (формальдегид, различные растворители и лаки на основе нитро — и нитрозосоединеннй и др.);

канцерогенные — вызывающие раковые заболевания (никель и его соединения, амины, окислы хрома, асбест и др.);

мутагенные — приводящие к изменению наследственной информации (свинец, марганец, радиоактивные вещества и др.);

влияющие на репродуктивную (детородную) функцию (ртуть, свинец, марганец, стирол, радиоактивные вещества и др.).

Нормирование содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны

По ГОСТ 12.1.005 — 76 установлены предельно допустимые концентрации вредных веществ qпдк (мг/м3) в воздухе рабочей зоны производственных помещений. Вредные вещества по степени воздействия на организм человека подразделяются на следующие классы: 1-й — чрезвычайно опасные, 2-й — высокоопасные, 3-я — умеренно опасные, 4-й — малоопасные. В качестве примера в табл. 1 приведены нормативные данные для ряда веществ (всего нормируется более 700 веществ).

Значения допустимых концентраций веществ.

Вещество	Величина ПДК, мг/м3	Класс опасности	Агрегатное состояние
Бериллий и его соединения	0,001	1	аэрозоль
Свинец	0,01	1	аэрозоль
Марганец	0,05	1	аэрозоль
Озон	0,1	1	пары и (или) газы
Хлор	1	2	пары и (или) газы
Соляная кислота	5	2	пары и (или) газы
Кремнеземсодержащие пыли	1	3	аэрозоль
Окись железа	4 — 6	4	аэрозоль
Окись углерода, аммиак	20	4	пары и (или) газы
Топливный бензин	100	4	пары и (или) газы
Ацетон	200	4	пары и (или) газы

Метеорологические условия и их нормирование в производственных помещениях

Метеорологические условия, или микроклимат, в производственных условиях определяются следующими параметрами:

температурой воздуха t (°С);

скоростью движения воздуха на рабочем месте V(м/с).

Кроме этих параметров, являющихся основными, не следует забывать об атмосферном давлении Р, которое влияет на парциальное давление основных компонентов воздуха (кислорода и азота), а, следовательно, и на процесс дыхания.

Жизнедеятельность человека может проходить в довольно широком диапазоне давлений 734 — 1267 гПа (550 — 950 мм рт. ст.). Однако здесь необходимо учитывать, что для здоровья человека опасно быстрое изменение давления, а не сама величина этого давления. Например, быстрое снижение давления всего на несколько гектопаскалей по отношению к нормальной величине 1013 гПа (760 мм рт. ст.) вызывает болезненное ощущение.

Необходимость учета основных параметров микроклимата может быть объяснена на основании рассмотрения теплового баланса между организмом человека и окружающей средой производственных помещений.

Величина тепловыделения Q организмом человека зависит от степени физического напряжения в определенных метеорологических условиях и составляет от 85 (в состоянии покоя) до 500 Дж/с (тяжелая работа).

Отдача теплоты организмом человека в окружающую среду происходит в результате теплопроводности через одежду Qт, конвекции у тела Qк, излучения на окружающие поверхности Qи, испарения влаги с поверхности кожи Qисп. Часть теплоты расходуется на нагрев вдыхаемого воздуха Qв.

Нормальное тепловое самочувствие (комфортные условия), соответствующее данному виду работы, обеспечивается при соблюдении теплового баланса:

поэтому температура внутренних органов человека остается постоянной (около 36,6° С). Эта способность человеческого организма поддерживать постоянной температуру при изменении параметров микроклимата и при выполнении различной по тяжести работы называется терморегуляцией.

При высокой температуре воздуха в помещении кровеносные сосуды кожи расширяются, при этом происходит повышенный приток крови к поверхности тела, и теплоотдача в окружающую среду значительно увеличивается. Однако при температурах окружающего воздуха и поверхностей оборудования и помещений 30 — 35° С отдача теплоты конвекцией и излучением в основном прекращается. При более высокой температуре воздуха большая часть теплоты отдается путем испарения с поверхности кожи. В этих условиях организм теряет определенное количество влаги, а вместе с ней и соли, играющие важную роль в жизнедеятельности организма. Поэтому в горячих цехах рабочим дают подсоленную воду.

При понижении температуры окружающего воздуха реакция человеческого организма иная: кровеносные сосуды кожи сужаются, приток крови к поверхности тела замедляется, и отдача теплоты конвекцией и излучением уменьшается. Таким образом, для теплового самочувствия человека важно определенное сочетание температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне.

Оздоровление воздушной среды

Оздоровление воздушной среды достигается снижением содержания в ней вредных веществ до безопасных значений (не превышающих величины ПДК на данное вещество), а также поддержанием требуемых параметров микроклимата в производственном помещении.

Снизить содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны можно, используя технологические процессы и оборудование, при которых вредные вещества либо не образуются, либо. не попадают в воздух рабочей зоны. Например, перевод различных термических установок и печей с жидкого топлива, при сжигании которого образуется значительное количество вредных веществ, на более чистое – газообразное топливо, а еще лучше – использование электрического нагрева.

Большое значение имеет надежная герметизация оборудования, которая исключает попадание различных вредных веществ в воздух рабочей зоны или значительно снижает в нем концентрацию их. Для поддержания в воздухе безопасной концентрации вредных веществ используют различные системы вентиляции. Если перечисленные мероприятия не дают ожидаемых результатов, рекомендуется автоматизировать производство или перейти к дистанционному управлению технологическими процессами. В ряде случаев для защиты от воздействия вредных веществ, находящихся в воздухе рабочей зоны, рекомендуется использовать индивидуальные средства защиты работающих (респираторы, противогазы), однако следует учитывать, что при этом существенно снижается производительность труда персонала.

Устройство и принцип работы общеобменной вентиляции, а также ее использование для поддержания требуемых параметров микроклимата рассмотрены в § 14.2.

В нем мы рассмотрели устройство общеобменной вентиляции, предназначенной для смены воздуха во всем помещении. Движение воздуха в этой системе достигается за счет использования специальных воздуходувных машин – вентиляторов. Такая система общеобменной вентиляции носит название механической. В ряде случаев, особенно в горячих цехах и помещениях со значительным избытком явной теплоты, может быть использован и другой тип общеобменной вентиляции – естественная. Перемещение воздуха при естественной вентиляции достигается за счет разности температур в производственном помещении и наружного воздуха (холодный воздух вытесняет из помещения теплый), а также в результате действия ветра (ветрового давления). Простейшим способом естественной вентиляции является проветривание помещений через окна, форточки или фрамуги. Кроме того, воздух может поступать в помещение и удаляться из него через различные щели и неплотности стен, окон и т.д. (инфильтрация воздуха). Кроме того, естественная вентиляция производственных помещений может осуществляться с помощью специальных технических приемов: аэрацией и с использованием дефлекторов. Наиболее часто для снижения содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны используется механическая вентиляция, иногда возможно использование вентиляции, состоящей из естественной и механической систем.

Необходимое количество воздуха, подаваемого в помещение для снижения содержания в нем вредных веществ до нормы, может быть определено из выражения:

(15.2)

где – требуемое количество поступающего (приточного) воздуха, м 3 /ч; – требуемое количество удаляемого (вытяжного) воздуха, м 3 /ч; – концентрация вредного вещества в поступающем воздухе, мг/м 3 ; – концентрация вредного вещества в удаляемом воздухе, мг/м 3 ; G – выделяющиеся в помещении с внутренним объемом V(м 3 ) вредные пары или газы, мг/ч.

Учитывая, что ≈ и обозначая количество приточного или удаляемого воздуха через L (м 3 /ч), перепишем равенство (15.2):

G + L = L

(15.3)

Если наружный воздух не содержит вредного вещества (т. е. если = 0), то формула (15.3) упрощается:

Рассмотрим теперь, какие требования предъявляются к концентрациям и . Для обеспечения безопасной концентрации вредного вещества в воздушных выбросах ≤ ПДК. Для создания эффективной системы вентиляции должно соблюдаться условие ≤ 0,3 ПДК вредного вещества.

Если в воздух рабочей зоны выделяется несколько веществ, не обладающих однонаправленным действием, то требуемое количество приточного воздуха L должно рассчитываться для каждого из этих веществ, после чего выбирают наибольшее из полученных значений L.

В случае выделения в воздух рабочей зоны нескольких веществ, обладающих однонаправленным действием (например, паров кислот), рассчитывают по уравнению (15.3) количество воздуха, требуемое для разбавления каждого вещества до его предельно допустимой концентрации при совместном действии вредных веществ, а затем суммируют полученные значения L. Сумма значений L и используется для расчетов вентиляции в этом случае.

Если неизвестны состав и концентрация выделяющихся в воздух рабочей зоны вредных веществ, для ориентировочных расчетов L может быть использовано выражение:

где k – кратность воздухообмена, показывающая, сколько раз в течение часа воздух меняется в помещении, ч -1 ;

V – объем вентилируемого помещения, м 3 .

В качестве примера приведем рекомендуемые значения k для следующих технологических процессов и производств:

Участок окраски и сушки машин – 17

Участок сварки – 26

Участок ремонта электрооборудования – 15

Кузнечное отделение – 20

Помещение очистных сооружений – 8

Для удаления вредных веществ у источников их образования служит местная вытяжная вентиляция. Использование устройств местной вытяжной вентиляции практически полностью позволяет удалить пыль и другие вредные вещества из производственного помещения. Устройства местной вентиляции изготавливают в виде отсосов открытого типа и отсосов от полных укрытий.

Отсосы открытого типа находятся за пределами источников выделения вредных веществ. Это вытяжные зонты, вытяжные панели, бортовые отсосы и другие устройства.

Отсосы от полных укрытий – это вытяжные шкафы, кожухи и вытяжные камеры, а также ряд других устройств, внутри которых находятся источники выделения вредных веществ.

Для более эффективного удаления из помещений вредных веществ система общеобменной вентиляции обычно комбинируется с местной.

В производственном помещении необходим постоянный контроль за содержанием вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Отбор проб на определение этих веществ обычно проводят на рабочем месте на уровне дыхания работающего.

Для контроля запыленности воздуха рабочей зоны могут быть использованы различные методы (фильтрационные, седиментационные, электрические) и др. Весьма перспективны новые методы измерения концентрации пыли в воздухе рабочей зоны с использованием лазерной техники. В нашей стране наиболее распространен прямой весовой (гравиметрический) метод измерения концентрации пыли в воздухе рабочей зоны. Он заключается в отборе всей находящейся в зоне дыхания пыли на специальные аэрозольные фильтры типа АФА ВП. Отбор проб осуществляется с помощью различных аспираторов.

Определение концентрации вредных веществ, присутствующих в воздухе в виде паров и газов, может также осуществляться различными методами, например с использованием переносных газоанализаторов типа УГ-1 или УГ-2.

Рассмотрим основные индивидуальные средства защиты, предназначенные для защиты органов дыхания человека от вредных веществ, находящихся в воздухе рабочей зоны. Указанные средства защиты делятся на фильтрующие и изолирующие.

В фильтрующих устройствах вдыхаемый человеком загрязненный воздух предварительно фильтруется, а в изолирующих – чистый воздух подается по специальным шлангам к органам дыхания человека от автономных источников. Фильтрующими приборами (респираторами и противогазами) пользуются при невысоком содержании вредных веществ в воздухе рабочей зоны (не более 0,5% по объему) и при содержании кислорода в воздухе не менее 18%. Респираторы предназначены для защиты человека от пыли и делятся на фильтр-маски, в которых закрывающая лицо человека маска является одновременно фильтром, и патронные, в которых лицевая маска и фильтрующий элемент разделены.

Один из наиболее распространенных отечественных респираторов – бесклапанный респиратор ШБ-1 «Лепесток» – предназначен для защиты от воздействия мелкодисперсной и среднедисперсной пыли. Различные модификации «Лепестка» применяются для защиты от пыли, если ее концентрация в воздухе рабочей зоны в 5–200 раз превышает величину ПДК.

Промышленные фильтрующие противогазы предназначены для защиты органов дыхания от различных газов и паров. Они состоят из полумаски, к которой подведен шланг с загубником, присоединенный к фильтрующим коробкам, наполненным поглотителями вредных газов или паров. Каждая коробка в зависимости от поглощаемого вещества окрашена в определенный цвет (табл. 15.2).

Изолирующие противогазы применяются в тех случаях, когда содержание кислорода в воздухе менее 18%, а содержание вредных веществ более 2%. Различают автономные и шланговые противогазы. Автономный противогаз состоит из ранца, наполненного воздухом или кислородом, шланг от которого соединен с лицевой маской. В шланговых изолирующих противогазах чистый воздух подается по шлангу в лицевую маску от вентилятора, причем длина шланга может достигать нескольких десятков метров.

1. Что такое аэрозоли?

2. Каковы основные пути проникновения вредных веществ в организм человека?

3. Как действуют вредные вещества на организм человека?

4. Представьте классификацию вредных веществ.

5. Что такое фиброгенное действие пыли на организм человека?

6. Дайте определение понятия «предельно допустимая концентрация» (ПДК).

7. Как обеспечить поддержание в воздухе безопасной концентрации вредных веществ?

8. Перечислите индивидуальные средства защиты от воздействия вредных веществ.

9. Как рассчитать необходимое количество воздуха, подаваемого в помещение для снижения содержания в нем вредных веществ до нормы?

10. Что такое кратность воздухообмена?

11. Для чего служит местная вытяжная вентиляция?

12. Какие устройства местной вытяжной вентиляции вы знаете?

13. Как осуществляется контроль за содержанием вредных веществ в воздухе рабочей зоны?

14. Как устроены фильтрующие и изолирующие противогазы? Какова область их применения?

15. Как маркируются и окрашиваются фильтрующие коробки отечественных фильтрующих противогазов?