Последствия воздействия пыли на организм человека

Оценка запыленности воздушной

Среды и воздействия пыли

На организм человека

 

Самара 2009

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕННСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОВЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П.КОРОЛЕВА»

 

 

Оценка запыленности воздушной среды и воздействия пыли

На организм человека

 

Утверждено Редакционно – издательским советом университета в качестве методических указаний

 

САМАРА

Издательство СГАУ

УДК 658.283(076.5):669

 

Составители: Шакиров Ф.М., Козий С.С., Козий Т.Б.

 

 

Рецензент: д-р тех. наук, профессор Каргин В. Р.

 

Оценка запыленности воздушной среды и воздействия пыли на организм человека: метод. указания / сост. Шакиров Ф. М., Козий С. С., Козий Т. Б. –Самара: Изд-во Самар. гос.аэрокосм. ун-та, 2009. – 36 с.: ил.

 

Рассматриваются общие сведения о пыли, её свойствах, характеристиках, действии на человека и окружающую природную среду; вопросы пожаро- и взрывоопасности пыли, нормирования запыленности воздушной среды; приводятся данные об основных методах измерения запыленности воздуха и борьбы с пылью. Описана лабораторная установка, порядок выполнения работы и оформления её результатов.

Лабораторная работа предназначена для студентов всех форм обучения, изучающих курс «Безопасность жизнедеятельности».

 

© Самарский государственный

аэрокосмический университет, 2009

Цель работы: изучение свойств пыли, ограничений к содержанию пыли в воздушной среде, методов определения и снижения запыленности воздушной среды; экспериментальное определение содержания пыли в воздухе, необходимой величины воздухообмена для расчета параметров вентиляционной системы.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЫЛИ.

ЕЁ ХАРАКТЕРИСТИКИ

 

Атмосфера всегда содержит определенное количество примесей, поступающих от естественных и антропогенных источников. Среднегодовая концентрация пыли в воздухе городов держится на уровне 0,04…0,4мг/м³, причем доля антропогенной пыли составляет до 27%.

По относительному количеству вредных веществ в атмосфере больших промышленных городов пыль состоит на 4 месте – 12% (на первом месте СО – 45%) [1].

Пыль – твердые частицы с размерами от нескольких десятков до долей микрометра. Взвешенная в воздухе пыль носит название аэрозоль, а осевшая – аэрогель.

В зависимости от происхождения принято различать органические, неорганические и смешанные виды пыли.

К органическим относятся растительная (зерновая, древесная, хлопковая, мучная, угольная и др.) и животная (шерстяная, костная, кожевенная) пыль, а также пыль некоторых синтетических веществ – полимеров (пластмасс, резин, смол, красителей и др).

К неорганической относятся:

минеральная пыль (кварцевая, силикатная, асбестовая, цементная, наждачная и др.);

металлическая пыль (цинковая, железная, медная, свинцовая, марганцевая).

В условиях производства распространена пыль смешанного состава из минеральных и металлических частиц (например, смесь пыли железа и кремния), органическая и неорганическая (например, пыль злаков и почвы).

В зависимости от способа образования различают аэрозоли дезинтеграции, которые образуются при механическом измельчении твердых тел (дроблении, бурении и разрушении твердых веществ), а так же при механической обработке изделий (шлифовке, полировке и др.) и аэрозоли конденсации образование которых происходит при термических процессах возгонки твердых веществ (плавление, электросварка и др.) с дальнейшим охлаждением и конденсацией паров металлов и неметаллов.

В зависимости от размера частиц (дисперсности) различают видимую пыль размером более 10мкм (быстро выпадающую из воздуха), микроскопическую – размером от 0,25 до 10 мкм (медленно выпадающую из воздуха), ультрамикроскопическую – менее 0,25мкм (длительно витающую в воздухе по законам броуновского движения).

Производственная пыль, как правило, полидисперсна, то есть встречаются одновременно пылевые частицы различных размеров. В большинстве случаев до 60..80% частиц пыли имеют диаметр до 2мкм, 10…20% - от 2 до 5мкм и до 10% - свыше 10мкм.

Важным параметром пыли является её плотность. При чем различают истинную и кажущуюся плотность частиц, а также насыпную плотность слоя пыли.

Кажущаяся плотность пыли – это отношение её массы к занимаемому объёму. Для сплошных (непористых) частиц пыли значение кажущейся плотности численно совпадает с истинной плотностью.

Насыпная плотность слоя пыли равна отношению массы слоя к его объёму и зависит не только от пористости частиц пыли, но и от процесса формирования пылевого слоя. Насыпная плотность слежавшейся пыли примерно в 1,2..1,5 раза больше, чем у свеженасыпанной.

Склонность частиц пыли к слипаемости определяется её адгезионными свойствами. Чем выше слипаемость пыли, тем больше вероятность забивания отдельных элементов пылеуловителей и налипания пыли на газоходах. Чем мельче пыль, тем выше её слипаемость, которая значительно возрастает при её увлажнении.

 

2 ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ФИЗИКО – ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЫЛИ

 

Пыль характеризуется совокупностью свойств, определяющих поведение её в воздухе, превращение и действие на организм человека. Наибольшее значение имеют состав, растворимость, дисперсность, форма частиц, электрозаряженность, адсорбционные свойства [2].

Состав пыли. В зависимости от состава пыль может оказывать следующие виды воздействий на организм:

фиброгенное, приводящее к разрастанию соединительной ткани в легких нарушающее нормальное строение и функции этого органа;

раздражающее действие на слизистые оболочки глаз кожу и верхние дыхательные пути (пыль стекловолокна, слюды и др.);

токсическое (пыль свинца, хрома, бериллия и др.);

аллергическое (шерстяная пыль, пыль льна, хлопка, зерна, муки, пыльца амброзии, хлопчатника, чинары, лебеды, полыни и др.);

радиационное.

Растворимость пыли, зависящая от её химического состава, может иметь как положительное, так и отрицательное гигиеническое значение. Если пыль не токсична (сахарная), то хорошая растворимость способствует быстрому удалению её из легких. В случае токсичной пыли (никеля, бериллия) хорошая растворимость приводят к быстрому развитию явлений отравления, так как токсические вещества попадают в кровь. Нерастворимая (волокнистая) пыль надолго задерживается слизистой оболочкой дыхательных путей, нередко приводя к патологическим состояниям организма.

Дисперсность пыли. От размера пылевых частиц (от 0,2 до 5 мкм) зависит длительность пребывания пыли в воздухе и характер воздействия на органы дыхания. Более крупные пылинки задерживаются слизистой оболочкой верхних дыхательных путей, а более мелкие – выдыхаются. С повышением дисперсности степень биологической агрессивности пыли увеличивается до определенного предела, а затем уменьшается.

Наибольшей фиброгенной активностью обладают аэрозоли дезинтеграции с размером пылинок от 1 до 5мкм и аэрозоли конденсации с частицами от 0,2 до 0,4мкм.

Форма пылинок влияет на устойчивость аэрозоля и поведение его в организме человека. Она может быть различной: сферической, плоской, волокнистой, оскольчатой, игольчатой и др.

При образовании аэрозолей конденсации пылинки большей частью имеют округлую форму, а в составе аэрозолей дезинтеграции – неправильную многоугольную, плоскую форму. Частицы сферической формы быстрее выпадают из воздуха, но легче проникают в легочную ткань.

Пылинка стекловолокна, асбеста, имеющие острые края, попадая на слизистые оболочки верхних дыхательных путей, глаз и кожу, могут оказывать раздражающее и травмирующее действие.

Электрозаряженност ь пылевых частиц влияет на устойчивость аэрозоля и его биологическую активность. В момент образования пыли (бурение, дробление, измельчение твердых веществ) большинство частиц (85…95%) приобретает электрический заряд обоих знаков – положительный и отрицательный.

Часть пыли заряжается за счет адсорбции (поглощение вещества из газовой среды поверхностным слоем твердого вещества (адсорбента)) ионов из воздуха, а также в результате трения частиц в пылевом потоке.

Крупные пылинки, несущие больший электрический заряд, несколько дольше задерживаются в организме. Наличие разноименно заряженных частиц пыли приводит к укрупнению и выпадению частиц пыли из воздуха. Аэрозоли дезинтеграции имеют большую величину заряда, чем аэрозоли конденсации.

Адсорбционные свойства пыли находятся в зависимости от её дисперсности и суммарной поверхности. Чем мельче раздроблено вещество, тем больше его суммарная поверхность и адсорбционная активность.

 

ПОСЛЕДСТВИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПЫЛИ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

 

Производственная пыль может быть причиной возникновения не только заболеваний дыхательных путей, но и заболеваний глаз (конъюнктивиты) и кожи (шелушение, огрубение, экземы, дерматиты).

Профессиональные заболевания под действием пыли относятся к числу наиболее тяжелых и распространенных во всем мире [2, 3].

Профессиональное заболевание – э то заболевание прямо связано с систематическим и/или длительным воздействием вредного фактора, свойственного данной профессии, либо особых условий труда, характерных для того или иного производства.

Основными пылевыми профессиональными заболеваниями являются пневмокониозы, хронический пылевой бронхит, пневмония и заболевания верхних дыхательных путей.

Пневмокониоз (легочный пылевой фиброз) - хроническое профессиональное заболевание легких, характеризующееся развитием фиброзных изменений в результате длительного ингаляционного воздействия фиброгенных производственных аэрозолей.

Наиболее тяжелым и опасным пневмокониозом считается силикоз, обусловленный вдыханием кварцевой пыли,содержащей свободный диоксид кремния – SiO₂. Развивается у работающих, связанных с добычей полезных ископаемых, в условиях высокой запыленности, нередко при выполнении тяжелого физического труда при стаже 5 лет и более.

Силикоз – общее заболевание организм, которое сопровождается нарушением функции дыхания, развитием хронического бронхита, изменением обменных процессов, нарушением деятельности центральной и вегетативной нервной системы.

Наиболее частое осложнение – туберкулез. Характерным для силикоза является его прогрессирование даже после прекращения контакта с пылью.

Силикатоз – заболевания органов дыхания возникают под действием пыли, содержащей двуокись кремния в связанном с другими элементами (Mg, Ca, Al, Fe) состоянии и образующуюся при добыче, обработке, разрыхлении, смещении, транспортировке ископаемых, производстве резины, цемента и др.

К силикатам относятся многие минералы (асбест, тальк, каолин и др.) и искусственные соединения (слюда, цемент, стекловолокно и др.).

Силикатозы развиваются в более поздние сроки. Действие силикатной пыли слабее, чем кварца.

Наиболее агрессивна пыль силиката магния – асбеста - волокнистого минерала, вызывающего асбестоз. Активность асбеста объясняется как механическим повреждением тканей пылевыми частицами с острыми иглоподобными краями, так и химическим действием. Нередко асбестоз осложняется хронической пневмонией, туберкулезом, раком легких.

Карбоканиоз обусловлен воздействием углесодержащих видов пыли, – каменного угля, кокса, сажи, графита.

Металлокониозы – пневмокониозы от воздействия пыли металлов и их оксидов: железа, алюминия и другие. Металлокониозы характеризуются относительно медленным развитием и отсутствием тенденции к прогрессированию легочного фиброза, наиболее распространены сидероз и алюминоз.

Сидероз встречается у рабочих доменных печей, алюминоз – у рабочих электролизных цехов по получению алюминия из бокситов и работающих с порошкообразным алюминием.

Пневмокониозы от органической пыли: растительного (биссиноз от пыли хлопка и льна), животного и синтетического происхождения (пыль пластмасс).

4 ПОЖАРО– И ВЗРЫВООПАСНОСТЬ ПЫЛИ

Взрывоопасность является важным свойством некоторых пылей. Пылевые частицы, сорбируя кислород воздуха, становятся легко воспламеняющимися при наличии источников зажигания. Известны взрывы каменноугольной, сахарной, мучной пыли. Способностью взрываться и воспламеняться при наличии источников зажигания обладают также алюминиевая, цинковая, крахмальная, сажевая и некоторые другие виды пыли [4, 5].Для аэрозолей различных пылей минимальная взрывоопасная концентрация вещества неодинакова.

Для аэрозолей алюминиевой, серной и крахмальной пыли минимальной взрывоопасной концентрацией является 7 г/м³ воздуха, для сахарной – 10,3 г/м³.

Многие виды пыли из – за сильно развитой поверхности частиц способны тлеть, гореть, самовоспламеняться.

Для оценки пожаро - и взрывоопасных свойств пылей пользуются такими показателями, как группа горючести, температуры воспламенения и самовоспламенения, нижний концентрационный предел распространения пламени (предел воспламенения).

Горючесть – способность вещества или материала к распространению пламенного горения или тления. По горючести вещества и материалы распространяются на 3 группы:

- негорючие (несгораемые) – не способные к горению в воздухе;

- трудногорючие (трудносгораемые) – способные возгораться в воздухе источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания;

- горючие (сгораемые) – способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Из группы горючих веществ и материалов выделяют легковоспламеняющиеся вещества и материалы – способны воспламеняться от кратковременного (до 30с) воздействия источника зажигания с низкой энергией (пламя спички, искра, тлеющая сигарета и т.п.).

Температура воспламенения – наименьшая температура горючего вещества, при которой вещество выделяет горючие пары или газы с такой скоростью, что после воспламенения их от внешнего источника зажигания вещество устойчиво горит.

Данные о температуре воспламенения применяют при установлении группы горючести веществ, оценке пожарной опасности оборудования и технологических процессов, связанных с переработкой горючих веществ, при разработке мероприятий для обеспечения пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-85 и норм пожарной безопасности НПБ 105 - 03

Температура самовоспламенения – наименьшая температура вещества, при которой оно загорается в процессе нагревания без непосредственного контакта с огнем.

Данные о температуре самовоспламенения применяют при оценке пожаровзрывоопасности веществ, при определении группы взрывоопасной смеси по ГОСТ 12.1.011 – 78 для выбора типа взрывозащищенного электрооборудования при разработке мероприятий для обеспечения пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с ГОСТ 12.1.004 – 85 и норм пожарной безопасности НПБ 105 – 03.

Нижний концентрационный предел распространения пламени (предел воспламенения) – это такая объёмная (массовая) доля горючего в смеси с окислительной средой (выражается в % или г/м³), ниже которой смесь становится неспособной к распространению пламени.

Данные о нижнем концентрационном пределе воспламенения (НКПВ) применяются при определении категории производств по пожаровзрывоопасности.

В соответствии с требованиями СНиП на проектирование производственных зданий, а также при расчете взрывобезопасных концентраций пылей внутри технологического оборудования, трубопроводов, при проектировании вентиляционных систем и расчете предельно допустимых взрывобезопасных концентраций в воздухе рабочей зоны с потенциальными источниками зажигания в соответствии с требованиями норм пожарной безопасности НПБ 105 - 03.

Горючая пыль считается взрывоопасной, если её НКПВ не превышает 65г/м³, в случае, когда данный показатель не превышает величины 15г/м³, пыль является наиболее взрывоопасной. Пыли, имеющие НКПВ более 65г/м³, относятся к пожароопасным. В таблице 1 представлены величины НКПВ пылей некоторых твердых веществ [5].

В зависимости от скорости распространения фронта пламени различают тление; дефлаграционнное горение со скоростью горения от 2 до 10м/с; взрывы, имеющие скорость горения более 100м/с; детонацию, протекающую со скоростью распространения фронта пламени более 1000м/ с.

Воспламенение пылей может происходить также от искры, образующейся при разряде статического электричества или замыкании в электрической сети. Большинство горючих пылей воспламеняются от искры при разности потенциалов в 5000В (для сравнения: горючие газы – при 3000 В). Для характеристики возгораемости пылей от искры используют понятие минимальной энергии зажигания за которую принимают наименьшее значение энергии электрического разряда, способной зажечь наиболее легковоспламеняющуюся составляющую пылевоздушной смеси (по статистике до 60% всех взрывов на производствах, где перерабатываются или используются взрывоопасные смеси, происходят по причине образования разрядов статического электричества).

 

Таблица 1 - Характеристика некоторых свойств пылей атмосферного воздуха и воздуха промышленных помещений

Наименование пыли	ПДК в воздухе рабочей зоны, мг/м3	Нижний концентрационный предел воспламенения, г/м3	Температура самовоспламенения аэрозоля, ˚С
Алюминиевая
Древесная
Кварцевая (с содержанием ›70% SiO2 в свободном состоянии)
Льняная
Магниевая	0,5	10…20	420…440
Марганцевая (в пересчете на Mn O2)	0,3
Мука пшеничная		10…35
Мука ржаная			410…470
Окиси железа
Окиси титана
Окиси цинка
Полипропиленовая			325…388
Угольный порошок
Хлопковая		45…90
Циркониевая		40…64
Шерстяная		60…140	570…600
Электронная (сплав Al, Mn, Zn)