Определение запыленности воздуха. Расчет среднесменной концентрации Нормативные показатели при определении запыленности воздуха

ОЦЕНКА ЗАПЫЛЁННОСТИ ВОЗДУХА УЧЕБНОГО ЗАВЕДЕНИЯ И ЕГО ТЕРРИТОРИИ

Шатилов Евгений

2 курс, ПУ № 60, г. Канск

Хартонен Марина Николаевна

научный руководитель, педагог второй категории, преподаватель химии, биологии, мастер п/о, профессиональное училище № 60. г. Канск

Фомина Снежанна Валерьевна

научный руководитель, педагог высшей категории, преподаватель физической культуры, руководитель физического воспитания ПУ № 60, г. Канск

Введение

Современная экология - это наука, познающая основы устойчивости жизни на всех уровнях ее организации. Экология является научной основой грамотных взаимоотношений общества и природы, рационального использования природных богатств, и тем самым - поддержания на Земле человечества. Одна из острых глобальных экологических проблем - проблема загрязнения окружающей среды, и, в частности, атмосферы .

Цель: Экспериментальное изучение оценки запылённости воздуха учебного заведения и его территории.

Задачи: Изучение особенностей функционирования городских экосистем;

Изучение видов загрязнения;

Анализ запылённости воздуха в учебном заведении и на его территории

Объект: Учебное заведение профессионального училища № 60 г. Канска Красноярского края и его территория

Предмет: Листья деревьев и учебные помещения училища

Особенности городских экосистем.

Характерными чертами современного этапа общественного развития являются быстрый рост городов и увеличение числа проживающих в них людей. Процесс роста городов, городского населения, повышения роли городов, широкого распространения городского образа жизни называется урбанизацией (от лат. Urbos - город). Изучением городской среды, ее основных компонентов и факторов, влияющих на них, истории формирования занимается новая научная область знания - урбоэкология, или экология города. Урбосистемы - это системы открытые, вероятностные, управляемые. Важной особенностью урбосистем является их антропоцентризм . Известный эколог Н.Ф. Реймерс писал: «Необходимо повернуться к человеку и спасать Землю от собственного усердия. Сменилась сама цель развития. Еще недавно казалось, что достаточно человека прокормить и сделать богатым. Сейчас же выяснилось, чтобы жить долго и не болеть этого мало. Нужна еще благоприятная среда жизни . Обращение к человеку привело к новой форме антропоцентризма - антропоцентризму. Наконец последний, и наиважнейший компонент урбосистемы - население в результате активной преобразующей деятельности человечества возникла новая экологическая среда с высокой концентрацией антропогенных факторов. Одна из острых проблем таких урбоценозов - загрязнение окружающей среды .

Загрязнение как одна из проблем урбоэкосистемы.

Виды загрязнений.

По определению одного из ведущих экологов России Н.Ф. Реймерса, загрязнение окружающей среды - это привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, информационных или биологических факторов, или превышение естественного уровня содержания данных факторов в среде, приводящих к негативным последствиям. Виды загрязнений многообразны . Т.В. Стадницкий и А.И. Родионов выделяют следующие виды загрязнений экосистемы: параметрическое, биоценотическое, стациально-деструктивное. ингредиентное.

Загрязнение пылью как негативный экологический фактор.

Запыленность воздуха - важнейший экологический фактор, сопровождающий нас повсюду. Пыль - мелкие твёрдые тела органического или минерального происхождения. Безвредной пыли не существует. Экологическая опасность пыли для человека определяется её природой и концентрацией в воздухе. Пыль можно подразделить на две большие группы: мелкодисперсную, крупнодисперсную. Очень важно уметь оценивать качество воздуха по содержанию в нем пыли и представлять ее экологическую опасность . Поэтому я решил изучить запыленность воздуха на территории учебного заведения и в помещениях нашего училища

Практическая часть.

Изучение степени запыленности воздуха в различных местах учебного заведения

Для выполнения работы мне потребовалась прозрачная клейкая пленка.

Мною были собраны листья в разных участках учебного заведения и на разной высоте:

Таблица 1.

Места сбора образцов

К поверхности листьев мною была приложена клеящаяся прозрачная пленка. Затем пленку снял с листьев вместе со слоем пыли и приклеил её на лист белой бумаг. Отпечатки сравнил между собой. Образцы расположил по степени загрязненности, начиная с наибольшей. Мною были получены следующие результаты:

Таблица 2.

Результаты загрязнённости образцов

где К 1 , К 2 ...К п - концентрации вещества;

t 1 , t 2 ,...t n - время отбора пробы.

Медиана (Me) - безразмерное среднее геометрическое значение концентрации вредного вещества, которая делит всю совокупность концентраций на две равные части: 50 % проб выше значения медианы, а 50% - ниже. Медиана рассчитывается по формуле:

Стандартное геометрическое отклонение, не превышающее 3, свидетельствует о стабильности концентраций в воздухе рабочей зоны и не требует повышенной частоты контроля; σ g более 6 указывает на значительные колебания концентраций в течение смены и необходимость увеличения частоты контроля среднесменных концентраций для данной профессиональной группы работающих (на данном рабочем месте).

2.3. Расчет контрольного уровня пылевой нагрузки. Контрольный уровень пылевой нагрузки(КПП) - это пылевая нагрузка, сформировавшаяся при условии соблюдения среднесменной ПДК пыли в течение всего периода профессионального контакта с фактором:

где ПДК- среднесменная предельно допустимая концентрация пыли в зоне

дыхания работника, мг/м 3 .

При соответствии фактической пылевой нагрузки контрольному уровню условия труда относят к допустимому классу, и подтверждается безопасность продолжения работы в тех же условиях.

2.4. Защита временем. При превышении контрольных пылевых нагрузок рекомендуется использовать способ «защита временем» , т.е. необходимо рассчитать стаж работы (Т 1), при котором ПН не будет превышать КПН. При этом КПН рекомендуется определять за средний рабочий стаж, равный 25 годам. В тех случаях, когда продолжительность работы более 25 лет, расчет следует производить, исходя из реального стажа работы.

где Т 1 – допустимый стаж работы в данных условиях;

КПН 25 – контрольная пылевая нагрузка за 25 лет работы в условиях соблюдения ПДК. Рассчитывается по формуле 6 при Т=25 лет.

В случае изменения уровней запыленности воздуха рабочей зоны или категории работ (объема легочной вентиляции за смену) фактическая пылевая нагрузка рассчитывается как сумма фактических пылевых нагрузок за каждый период, когда указанные показатели были постоянными. При расчете контрольной пылевой нагрузки также учитывается изменение категории работ в различные периоды времени.

2.5. Расчет уровня остаточной запыленности. Уровень остаточной запыленности (мг/м 3) рассчитывается по формуле:

где Э 1 принимается по табл.2;

Э 2 – эффективность пылеподавления вентиляцией, принимается по табл.2.

где Э 3 принимаем по табл.3.

Расчет варианта задания

Исходные данные:

Операция – выемка угля комбайном; АПФД – угольная пыль с содержанием 7% SiO 2 ; ПДК=4 мг/м 3 ; число рабочих смен в году N=260; количество лет контакта с АПФД (Т) равно 5; энергозатраты 300 Вт.

Фактические концентрации: K 1 =710 мг/м 3 , K 2 =560 мг/м 3 , K 3 =480 мг/м 3 , K 4 =1070 мг/м 3 . Длительность отбора проб: t 1 =30 мин, t 2 =50 мин, t 3 =60 мин, t 4 =20 мин.

Мероприятия по борьбе с пылью – орошение струей воды высокого давления; вентиляция.

Решение

1. Определяем среднесменную концентрацию пыли при выемке угля (К сс) по формуле 2:

2. Рассчитываем пылевую нагрузку по формуле 1. Так как энергозатраты трудящегося составляют 300 Вт, данная работа относится к III категории с Q=10 м 3:

3. Расчет контрольного уровня пылевой нагрузки:

4. Контрольная пылевая нагрузка за 25 лет работы в условиях соблюдения ПДК («защита временем»):

5. Расчет допустимого стажа работы в данных условиях:

6. Медиана определяется по формуле 3:

7. При этом геометрическое отклонение, исходя из формулы 4, составит:

8. Расчет ПН с учетом орошения, вентиляции и СИЗ, производим по формулам 7, 8, 9. Суммарная эффективность способов борьбы с пылью:

Остаточный уровень запыленности равный 24,9 мг/м 3 превышает ПДК более чем в 6 раз. Необходимо использовать СИЗ органов дыхания - респиратор типа У-2К (табл. 2). Следовательно,

Выводы: Для данных условий была рассчитана величина пылевой нагрузки, равная 8,1 кг за 5 лет, без применения средств и способов борьбы с пылью. В данных условиях общий стаж работы составил около 5 часов. После применения различных способов пылеподавления остаточная запыленность воздуха снизилась до 24,9 мг/м 3 , что все равно недостаточно и превышает ПДК в 6 раз. В таких случаях обязательно применение противопылевых респираторов. Применение респиратора позволило снизить остаточную запыленность до 0,5 мг/м 3 , что соответствует гигиеническим требованиям (не более 4 мг/м 3).

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение понятия «пыль».

2. В чем проявляются «вредность» пыли, «опасность» пыли?

3. Какие свойства пыли обуславливают ее «вредность», «опасность»?

4. Дайте определение предельно допустимой концентрации.

5. Что такое остаточная запыленность воздуха?

6. Какие способы борьбы с пылью применяются на производстве?

Список литературы:

1. ГН 2.2.5.686-98 «Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны»;

2. Прусенко Б.Е., Сажин Е.Б., Сажина Н.Н. Аттестация рабочих мест: Учебное пособие. – М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004. – 238-251 с.;

3. Правила безопасности в угольных шахтах. Кн.3. Инструкция по борьбе с пылью и пылевзрывозащите. – Липецк: Липецкое издательство Роскомпечати, 1997. – 14-27 с.

Таблица 4

Варианты заданий

Число рабочих смен в году N=260.

Хорошо изученным и давно используемым на практике методом оценки запыленности воздуха промышленных предприятий является весовой метод, суть которого состоит в определении привеса при пропускании через фильтр определенного объема исследуемого воздуха. В качестве фильтров обычно используют хлопковую (гигроскопическую) или стеклянную вату. В стеклянную трубку, называемую пылевой, или аллонжем, с притертыми пробками помещают 0,5 г гигроскопической или 2 г стеклянной ваты так, чтобы толщина слоя фильтра составляла 3-4 см. Плотность фильтра должна быть такой, чтобы при пропускании через трубку 15-20 мл воздуха в минуту сопротивление фильтра составляло примерно 100 мм вод. ст.

Снаряженную и проверенную пылевую трубку доводят до постоянного веса просушиванием. Пробу берут на уровне дыхания работающего, фиксируя объем пропускаемого воздуха. Для получения более точного результата в каждой точке замера отбирают не менее двух проб.

После окончания замеров пылевую трубку повторно доводят до постоянного веса просушиванием. Разница в весе трубки до и после пропускания запыленного воздуха характеризует содержание пыли в объеме воздуха, прошедшего через трубку. Представление о запыленности исследуемого воздуха дает последующий перерасчет на единицу объема (кубометр воздуха) и сравнение с установленной санитарной нормой.

В ряде случаев необходимо наряду с концентрацией пыли знать также размер частиц (дисперсность) пыли, а иногда и количество пылинок, содержащихся в единице объема воздуха. С этой целью может быть использован метод непосредственного наблюдения и подсчета с применением микроскопа.

В производственных условиях при использовании весового метода обычно применяют серийно выпускаемые аэрозольные аналитические фильтры типа АФА из перхлорвинилового волокна. В последнее время при исследовании запыленных потоков получили распространение радиоизотопный, оптический, электронно-зондовый и другие методы.

Сейчас промышленностью освоен выпуск различных приборов и установок для анализа аэрозолей: радиоизотопный пылемер «Приз–2» (определение концентраций пыли в воздухе рабочей зоны в диапазоне 1–500 мг/м3); контрольно-измерительный комплекс «Пост–1» (автоматическое измерение и запись содержания в атмосферном воздухе пыли и сажи), лаборатория комплексная «Пост–2», автоматический одноканальный пробоотборник АПП–6–1 (отбор аэрозоля из воздуха для

определения концентраций прямым методом), дозиметр пыли индивидуальный ДП–1 (отбор проб аэрозоля для определения концентраций прямым методом при запыленности воздуха более 15 мг/м3), пробоотборное устройство ПУ-ЭР-220, пробоотборное устройство ПУ-ЭР-12 (отбор проб воздуха с последующим определением концентрации, дисперсного, минерального, химического, микробиологического состава и исследования свойств аэрозоля при параллельном использовании весового, оптического, гранулометрического, электронно-зондового и микробиологического анализа осажденных частиц аэрозоля)

производится аспирационным весовым (гравиметрическим) методом с помощью электроаспиратора (рис. 2).

Рис. 2. Электроаспиратор для отбора разовых проб пыли

Пыль − это дисперсная система, где раздробленное ве-щество (дисперсная фаза) находится в непрерывной дис-персной среде, т.е. это взвешенные в воздухе, медленно осе-дающие твердые частицы размером от 0,001 до 100 мкм или аэрозоль.

Принцип действия электроаспиратора заключается в протягивании определенного объема воздуха через аспира-

тор с осаждением пылевых частиц на бумажном фильтре. Метод основан на улавливании пыли из просасываемого че-рез фильтр воздуха при стандартной скорости аспирации 10-20 л/мин. с последующим пересчетом на 1 м 3 воздуха (1 м 3 = 1000 л). Анализ воздуха может производиться как в пробах, отобранных однократно (продолжительность отбора проб 15-20 мин.), так и многократно не менее 10 раз в сутки через равные интервалы времени с усреднением полученных дан-ных (кратность отбора проб в течение суток определяет вы-бор для оценки вида ПДК – среднесуточной или максималь-ной разовой). Отбор проб воздуха производят в зоне дыха-ния. Для отбора пробы фильтр укрепляют в аллонже (патро-не) электроаспиратора, пропускают через него воздух со ско-ростью 20 л/мин. (V ) в течение 10 мин. (Т ). Объем отобран-ной пробы воздуха рассчитывают по формуле:

υ=Т V,

где T – время отбора пробы, мин., V – скорость отбора про-бы, л/мин. Негигроскопичный аэрозольной фильтр, пред-ставляющий собой ультратонкие волокна полимера, зафик-сированный в бумажном кольце, взвешивают на аналитиче-ских весах с точностью до 0,1 мг до (А 1 ) и после (А 2 ) отбора пробы воздуха. Содержание пыли Х в 1 м 3 воздуха рассчиты-вают по формуле:

Х = [(А 2 − А 1) 1000]/ υ,

где Х – содержание пыли в воздухе, мг /м 3 ; А 1 и А 2 − вес фильтра до и после отбора пробы, мг; υ − объем воздуха, л.

Для гигиенической оценки загрязнения воздуха пылью установленное содержание пыли сравнивают с максимальной или среднесуточной ПДК нетоксичной пыли в атмосферном воздухе; характеризуют дисперсный и химический состав, морфологическое строение, электрическое состояние, приро-ду (органическая, неорганическая, смешанная) и механизм образования (аэрозоль дезинтеграции или конденсации).

Гигиенические нормативы пыли для атмосферного воз-

− максимальная разовая ПДК мр 2 = 0,5 мг/м 3 ,

− среднесуточная ПДК с/с 3 = 0,15 мг/м 3 .

В помещениях ЛПУ требования к содержанию пыли в воздухе определяются классификацией помещений по чисто-те и ограничиваются размером частиц 0,5 мкм и 5,0 мкм.

В производственных помещениях: ПДК нетоксичной пыли = 10 мг/м 3 , ПДК пыли, содержащей свободный диоксид кремния, = 1-2 мг/м 3 .

3. Определение микробного загрязнения воздуха осу-

ществляется аспирационным методом в модификации Кро-това. Аппарат Кротова представляет собой аспиратор со съемной крышкой. Исследуемый воздух всасывается со ско-ростью 20-25 л/мин. через клиновидную щель в крышке при-бора. При переносе аппарата Кротова из одного помещения в другое его поверхность обрабатывают дезинфицирующим раствором. Пробу воздуха отбирают 10 мин. (Т ) со скоро-стью 20 л/мин (V ). Объем отобранной пробы воздуха рассчи-тывают по формуле.

Бытовая пыль в воздухе - крупные частицы пыли, парящие в воздухе, которые можно увидеть в ярких лучах солнечного света, падающего из окна, не представляет опасности для здоровья – они быстро оседают и не проникают глубоко в легкие.

Но пыль в воздухе далеко не всегда заметна невооруженным глазом.

Влияние запыленности воздуха на здоровье и самочувствие может быть различным в зависимости от химического состава, происхождения, размеров и плотности частиц. По характеру это может быть как небольшое раздражающее воздействие, так и острое токсическое отравление.

Наибольшую опасность представляют частицы пыли с размерами менее 10 мкм (PM10), которые легко проникают в дыхательные пути, и менее 2.5 мкм (PM2.5), проникающие глубоко в легкие.

ИСТОЧНИКИ И ПРИЧИНЫ ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА

Причин запыленности воздуха в квартирах, офисах, на производствах, как и источников пыли в атмосферном воздухе – бесконечное множество. И если пыль природного происхождения чаще всего неопасна, то антропогенные источники – выбросы транспорта и промышленных предприятий – являются причиной появления в воздухе пыли, содержащей множество вредных веществ – тяжелых металлов, углеводородов, бенз(а)пирена... Еще большее разнообразие источников пыли - в воздухе рабочей зоны.

ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ПЫЛИ В ВОЗДУХЕ

Предельно-допустимые концентрации взвешенных частиц PM10 и PM2.5 в атмосферном воздухе и воздухе жилых и общественных зданий были установлены в России только в 2010 году:

ПДК ПЫЛИ В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ

Нормы содержания различных аэрозольных частиц, пыли, сажи в воздухе рабочей зоны, установленные ГН 2.2.5.1313-03, в среднем значительно выше, чем для атмосферного воздуха и жилых помещений. В зависимости от происхождения и состава максимальные разовые ПДК различных аэрозолей в воздухе рабочей зоны установлены в очень широких пределах. Для сажи и аэрозоля, содержащего от 10 до 60% диоксида кремния максимальная разовая ПДК составляет 6 мг/м 3 , а среднесменная – 2 мг/м 3 .

НОРМАТИВЫ ВОЗ ПО ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА (PM10, PM2.5)

Всемирная организация здравоохранения считает частицы пыли в воздухе одной из серьезнейших опасностей и причин множества заболеваний дыхательных путей и сердечно-сосудистой системы. Предельные концентрации частиц PM10 и PM2.5 в воздухе установлены в документе под названием «Руководство по качеству воздуха» («Air quality guidelines») в виде среднесуточных и среднегодовых величин:

По мнению экспертов ВОЗ, только достижение таких уровней концентраций пыли в воздухе может позволить снизить смертность от легочных и сердечных заболеваний, ассоциированных с качеством воздуха. Руководство ВОЗ по качеству воздуха появилось в 2005 году, и, как видим, российские нормативы, принятые в 2010, менее требовательны к качеству атмосферного воздуха и воздуха в помещениях. Однако надо понимать, что приведенные рекомендации ВОЗ – это всего лишь «идеал, к которому следует стремиться».

МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЫЛИ В ВОЗДУХЕ

Существует несколько основных методов измерения массовой концентрации аэрозолей в воздухе.

Наиболее распространенный метод – гравиметрия, при которой пробы воздуха прокачиваются через фильтр, и по разности массы фильтра до и после отбора пробы, измеряется концентрация пыли в воздухе. Метод имеет как преимущества, так и недостатки. Он требует очень длительного отбора проб для анализа атмосферного воздуха, в котором частицы пыли, как правило, содержатся в низких концентрация, но при этом обладает высокой точностью при определении больших концентраций пыли в воздухе рабочей зоны. Для определения содержания в воздухе пыли различных фракций используются специальные вспомогательные устройства – импакторы, позволяющие разделять частицы разных аэродинамических размеров.

Другой метод анализа воздуха на аэрозоли – оптический. Для анализа используется анализатор пыли ("пылемер"), позволяющий в режиме реального времени измерять концентрации общей пыли, PM10, PM4, PM2.5, PM1. Технически, прибор измеряет счетную концентрацию частиц аэрозоля в воздухе, а расчет массовой концентрации проводится на основе заложенных в программу моделей распределения массы частиц в зависимости от их размера и калибровочных зависимостей. Для калибровки прибора может использоваться импактор и гравиметрический метод, что позволяет достигать высокой точности измерений.

Главным достоинством данного метода является возможность быстро и с приемлемой точностью измерять низкие концентрации частиц в воздухе, поэтому при анализе атмосферного воздуха и воздуха в квартирах и офисных помещениях используется именно оптический метод.

Еще одна распространённая гравиметрическая методика применяется для определения сажи в атмосферном воздухе и воздухе рабочей зоны. Принципиально анализ массовой концентрации ничем не отличается от измерения концентраций пыли в воздухе гравиметрическим методом. Разница заключается в том, что доля сажи в измеренной массе частиц, осевших на фильтр, определяется фотометрически.

ПЫЛЬ В ВОЗДУХЕ. ЦЕНА, СРОКИ АНАЛИЗА ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА

• Согласование сроков выезда специалиста: от 30 минут .
• Время измерений в одной точке: от 10 до 30 минут.
• Результат оказания услуги: протокол анализа воздуха
• Общий срок оказания услуги: 2-3 рабочих дня .