Приборные средства определения пыли и загазованности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Мурманский арктический государственный университет»

Кафедра горного дела, наук о земле и природообустройства

Реферат

Дисциплина: Аэрология

Тема: Приборные средства определения пыли и загазованности

Выполнил:

Касаткин Н.А.

Проверил:

Белогородцев О.В.

Апатиты 2017

Содержание

1. Методы определения загазованности воздуха

2. Методы определения запылённости воздуха

3. Причины и характер загрязнения атмосферы карьеров

1. Методы определения загазованности воздуха

Микрообъёмный метод

Метод основан на свойствах отдельных компонентов газовой смеси вступать в химические реакции только с определёнными реактивами - поглотителями. При пропускании газовой смеси черев раствор - поглотитель за счёт поглощения отдельных компонентов, сокращается общий объём газовой пробы. По этой разности объёма газовой пробы до поглощения и после устанавливается содержание компонента в смеси (в % объёмных). Этот метод применим для определения в воздухе кислорода (О2), углерода (СО), двуокиси углерода (CO2), углеводородов (СпНт), после сжигания их до угольного альдегида.

Фотометрический метод

Многие вещества способны растворяться в специальных растворах или в воде, придавая им определённую окраску. Степень окраски зависит от концентрации вредного вещества. В свою очередь окраска раствора влияет на его светопропускание. На этой способности растворов основан фотометрический метод анализа, т.е. измерения интенсивности светопоглощения окрашенными растворами по сравнению со стандартными шкалами.

К фотометрическим методам относятся; колориметрические и нефелометрические методы, основанный на визуальных наблюдениях или осуществляемые с помощью специальных приборов - фотоэлектро-колориметров, спектрофотометров и нефелометров.

Люминесцентный метод

Метод основан на способности некоторых веществ отдавать поглощенную ими энергию в виде светового излучения. Явление, когда по окончании процесса возбуждения люминесценция практически прекращается, называется флуоресценцией, когда не она продолжается в течение некоторого времени - фосфоресценцией.

Флуоресценцией обладают некоторые комплексные соли металлов, особенно внутрикомплексные соли, образованные взаимодействием ионов металлов с органическими реагентами, а также растворы солей уранила. В некоторых случаях проводят измерение интенсивности флуоресценции не растворов, твёрдых сплавов на пример, сплавов фторида натрия с солями уранила. Оценку интенсивности флуоресценции проводят визуально и фотоэлектрическим методом с помощью фотоэлементов.

Спектроскопический метод

Метод основан на способности элементов, помещённых в пламя вольтовой дуги (3500-4000°С), давать определенный спектр излучения, который пропускается через систему линз и фиксируется На фотопластинке. Каждый элемент обладает своим спектром излучения, своей характерной линией спектра, С помощью микрофотометра измеряют интенсивность потемнения спектральных линий, присущих данному веществу, интенсивность потемнения фона пластинки и ряда специально подобранных «эталонов» - стандартов. Определение ведут по градуировочным графикам.

Полярографический метод

Метод основан наизмерений - предельного тока диффузии, возникающего при электролизе испытуемого раствора, с помощью ртутных (или других) электродов, при этом катодом служат - капли ртути, вытекающего из капилляра, а анодом - слой ртути в электролизе, имеющий значительную большую поверхность, чем катод. На эту ртуть в электролизе наливают испытуемый раствор. В момент разряжения на электроде ионов, способных восстанавливаться или окисляться, при определённом потенциале возникает ток, который после достижения некоторой величины остаётся постоянным, так называемый предельный ток диффузии.

Хроматографический метод

При хроматографии осуществляется разделение многокомпонентной газовой смеси, движущейся вдоль специального вещества-сорбента, на бинарные смеси отдельных компонентов.

Механизм разделения газовой смеси представлен на рисунке 1. В поток газа носителя, протекающего по капилляру, покрытому изнутри плёнкой жидкого сорбента, вводится газовая проба (рисунок 1а). Так как скорость - растворения (или выхода) компонентов смеси в растворителе будет различной, то и время перехода компонентов в растворитель будет разное. Оно зависит от индивидуальных свойств компонента. Этим и обусловлено разное начало их разделения в колонке на сорбенте. При следовании газовой смеси через капилляр происходит её разделение на бинарные составляющие. Первым покидает колонку газ, имеющий наименьшие сорбционные способности, последним газ, наиболее хорошо сорбирующийся данной неподвижной фазой (рисунок 1в). Бинарные смеси выходят из детекторной части прибора последовательно через определённые интервалы времени (рисунок 1г), что позволяет осуществлять качественный и количественный анализ газовой смеси.

Регистрация в функции времени выхода бинарных составляющих газовой смеси позволяет построить диаграмму изменений их свойств по времени, которая носит название хроматограмма (рисунок 1д). Сравнение полученных хроматограмм с хроматограммами чистых (эталонных) бинарных смесей позволяет установить концентрацию в исходной смеси каждого из компонентов.

Быстрые методы

К быстрым методам анализа воздуха относятся колориметрические и линейно-колористические методы, которые позволяют быстро в месте отбора пробы определять концентрации загрязняющих воздух веществ.

Колориметрические методы основаны на протягивании воздуха, содержащего загрязняющее вещество, через раствор, фильтровальную бумагу или зернистый твёрдый сорбент и измерении интенсивности полученной на них окраски путём сравнения с окраской стандартных шкал.

Линейно-колористический метод основан на протягивании исследуемого воздуха через индикаторные трубки и измерения длины окрашенного слоя порошка по заранее приготовленным шкалам, показывающим зависимость этой длины от концентрации данного вещества.

2. Методы определения запылённости воздуха

Весовой метод определения пыли

Весовой метод определения запылённости воздуха заключается в определении количества пыли по весу (мг/м3) в определённом объёме воздуха. С помощью аспирационного прибора (воздуходувки, эжектора и др.) исследуемый воздух протягивается через фильтр, который взвешивается до и после отбора пробы. Количество протянутого воздуха измеряется реометром, ротаметром или любым другим способом.

Наибольшее распространение для отбора пыли в настоящее время получили аналитические фильтры аэрозольные АФА и перхлорвиниловые фильтры Петрянова - ФПП. Для пыли широко применяются фильтры - АФА-В-10 и АФА-В-18 (буква В обозначает пригодность фильтра для весового анализа, а цифры 10 и 18 обозначают площадь фильтра в см2).

Широкое применение фильтров АФА обусловлено их значительными преимуществами перед другими:

Осаждение пыли обусловлено не только вследствие механической задержки, но и вследствие особых электростатических свойств самой ткани фильтра, что обеспечивает практически полную задержку пыли-около 99,5 %

Гиброфобны, а поэтому исключается процедура длительных повторных высушиваний.

Незначительная масса - не более 100 мг; что позволяет получить высокую точность определения массы пыли на фильтре и определить малые концентрации её с достаточной точностью.

Аэродинамическое сопротивление 1,5 - 2,0 мм.вод. ст.

Простота использования фильтра в период замера (фильтр помещён, в бумажное защитное кольцо, который вкладывается в специальный патрон).

Счётный (кониметрический) метод определения пыли

Счётный или кониметрический метод позволяет более полно судить о действии пыли на организм человека. Этим методом можно определить процентное и весовое содержание наиболее вредных фракций в воздухе.

Для определения числа частиц ныли различных размеров в единице объема воздуха имеются специальные счётчики. Наибольшее распространение получили счётчики ударного действия ТВК-3, СН-2, ОУЭНС-1.

Для определения весового содержания в воздухе наиболее опасных фракций пыли существует условный перевод, по которому 200 пылинок диаметром до 2 мкм соответствуют весовой концентрации 1 мг/м3.

Описанные методы определения запылённости воздуха трудоёмки и продолжительны по времени. Поэтому в последние годы разработаны методы, позволяющие сразу получать требуемые результаты и вести процесс измерения пыли непрерывно. К таким методам относятся: фотоэлектрический, радиометрический, электрический и др.

Весовая концентрация пыли в воздухе в этом случае определяется косвенным путём - по величине суммарного наряда электризованных частиц пыли, измерение толщины пылевого осадка на фильтре по поглощению бета-частиц, до отражению частицами световой энергии и др. Пробы, регистрирующие запылённость воздуха косвенным путём, обладают в ряде случаев существенным недостатком: их показания зависят от вида пыли и её дисперсного состава. Поэтому требуется предварительная систематическая тарировка приборов другими методами, например весовым.

По степени опасности для организма человека вредные вещества в соответствие о ГОСТ 12.1.007-76 подразделяется на четыре класса опасности;

- чрезвычайно опасные/ДДТ, свинец, канцерогенные вещества и др;

- высоко опасные /сурьма, фторопласт-4, марганец, хлор и др;

- умеренно опасные /сажа, фенол, сернистый ангидрид и др

- мало опасные /бензин керосин, лигроин и др./ см.Приложение № 1,2.

При одновременном содержании в воздухе рабочей зоны нескольких вредных веществ однонаправленного действия сумма отношений фактических концентраций каждого из, них (С1, C2, С3,……СП) к их предельно допустимым концентрациям (ПДК1, ПДК2, ПДК3……ПДКП) не должно превышать единицы.

При одновременном содержании в воздухе рабочей зоны нескольких вредных веществ, не обладающих однонаправленным действием, ПДК остаются такими же, как и при изолированном воздействии.

В соответствие с ГОСТ 12.1.005-88 под ПДК понимается 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 вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или отдельные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

В СССР установлены три вида ПДК для воздуха рабочей зоны (ГОСТ 12.1.005-88), разовая и среднесуточная (СП 2.2.1.1312-03).

Требования ГОСТ 12.1.005-88 распространяются на воздух рабочей зоны промышленных предприятий. Максимальную разовую ПДК устанавливают с целью, предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущения запаха, изменение биоэлектрической активности головного мозга, световой чувствительности глаз и др.) при кратковременном воздействии атмосферных загрязнений (до 20 мин.), а среднесуточную - с целью предупреждения их общетоксичного, канцерогенного, мутагенного и других влияний.

Обоснование максимальной разовой ПДК атмосферных загрязнений проводят по результатам наблюдений при кратковременном (5 - 20 минут) вдыхании воздуха с содержанием малых концентраций изучаемого вещества. Для установления среднесуточных ПДК атмосферных загрязнений проводят токсилогический эксперимент на животных с целью изучения резорбтивного действия конкретного вредного вещества. В эксперименте моделируют условия контакта человека с изучаемым веществом. Животных подвергают круглосуточному ингаляционному воздействию конкретного химического вещества в течение 3 - 4 месяцев. При этом определяют изменения происходящие в организме животного под воздействием вредного вещества.

К настоящему времени Министерство здравоохранения РФ утвердило нормативы ПДК более чем для 2400 видов веществ и их соединений. Ущерб, наносимый вредными веществами организму человека зависит от их токсичности, под которой понимается степень физиологического воздействия на организм человека.

Производственная пыль - это мельчайшие твёрдые частицы веществ, образующиеся при дроблении, размоле, механической обработке различных материалов, ремонте машин, погрузке и выгрузке сыпучих материалов и т.д.

В общем виде размеры частиц лежат в области от 0,001 до 50 мкм, при этом основной вклад в массу аэрозольного вещества дают частицы в диапазоне от 0,1 мкм. В этом диапазоне размеров частицы во взвесях имеют время жизни от нескольких секунд до нескольких месяцев. На поведение частиц размером менее 0,1 мкм оказывает существенное влияние броуновское движение за счёт столкновения с отдельными молекулами. Частицы размерами между 0,1 и 1 мкм в спокойной атмосфере имеют скорость оседания несравненно меньше, чем скорость ветра; при размере более 1 мкм оседание заметно, но все ещё мало; для частиц размером примерно 2,0 мкм скорость оседания велика. Такие частицы удаляются из атмосферы гравитационным оседанием или другими инерционными процессами. воздух запыленность атмосфера отход

Примерное значение скоростей оседания для частиц плотностью 1 г/см3 следующее:

- мкм 4•10-5 см/с

- мкм 4•10-3 см/с

- мкм 0,3 см/с

3. Причины и характер загрязнения атмосферы карьеров

Естественный воздухообмен в карьерах и способы его интенсификации

Работа практически всех машин и механизмов, составляющих технологический комплекс карьеров, сопровождается выделением вредных примесей. При достаточно активном естественном воздухообмене между процессами поступления и выноса устанавливается динамическое равновесие, благодаря чему среднее содержание вредных примесей в атмосфере карьера большую часть времени не превышает предельно допустимых концентраций.

Общее загрязнение атмосферы карьеров наблюдается, как правило, в периоды безветренной погоды и особенно при инверсиях. Оно возникает либо вследствие постепенного накопления вредных примесей при работе горнотранспортного оборудования, либо после массового взрыва, произведенного при неблагоприятных метеорологических условиях.

При слабых ветрах возможно образование “труднопроветриваемых” зон с повышенными концентрациями вредных примесей, т.е. местных загрязнений. Местные загрязнения атмосферы наблюдаются обычно в зонах наибольшей концентрации горнотранспортного оборудования: у разгрузочных площадок, рудоспусков, в выездных траншеях, а также на нижних горизонтах карьеров.

Источники загрязнения атмосферы могут находиться как в карьере, так и за его пределами. Они характеризуются интенсивностью, т.е. количеством токсичных газов и пыли, выделяемых в единицу времени. В табл. 1.1 приведены характеристики интенсивности пылевыделения при основных процессах в карьерах. Интенсивность большинства источников пылевыделения в карьере зависит от многих факторов, в том числе от скорости движения и температуры воздуха в зоне работающего оборудования. Переменную, зависящую от внешних условий и интенсивности выделения вредных примесей, имеют все машины и устройства, перегружающие горную массу в потоке движущегося воздуха, а также автомобили, бульдозеры и др. Интенсивность источников пылевыделения следует определять при одинаковых (“эталонных”) значениях влияющих факторов, в противном случае неизбежны весьма большие расхождения, что и характерно для данных, приводимых различными авторами.

Дисперсность пыли, образующейся при работе карьерного оборудования, высокая:, более 90% пылинок имеют размеры менее 5 мкм и лишь 2,5% -- более 10 мкм. Основная масса обнаруживаемой в атмосфере карьеров пыли является “старой”, т.е. отделенной от массива ранее и взмученной при движении автомобилей или при взрывах. При бурении, погрузке, дроблении горной массы в атмосферу поступает в основном “свежая” пыль, которая представляет наибольшую силикозоопасность.

Причиной весьма сильного, но, как правило, кратковременного загрязнения атмосферы карьеров и прилегающего района являются взрывные работы. Газопылевое облако при мощном массовом взрыве выбрасывается на высоту до 150250 м, а затем, достигнув уровня конвекции, распространяется по ветру на значительные расстояния. Объем облака составляет 15 -- 20 млн. м3, а концентрация пыли в нем достигает 4000 мг/м3. Удельное пылеобразование при взрывах изменяется от 0,04 до 0,154 кг пыли на 1 кг взорванного ВВ. При взрывах выделяются также значительные объемы ядовитых газов -- в основном окись углерода и окислы азота. Количество газов зависит от типа ВВ и свойств взрываемых пород. С увеличением удельного расхода ВВ в два раза удельное пылевыделение возрастает в 6 раз. При обводнённости взрываемого блока концентрация пыли в облаке резко уменьшается.

В настоящее время взрывные работы на большинстве карьеров не приводят к длительным загрязнениям атмосферы, поскольку уровень конвекции (исключая периоды инверсий) оказывается, как правило, выше верхней отметки карьера. С увеличением глубины карьеров до 500 м и более массовые взрывы могут стать основным источником загрязнения атмосферы.

Интенсивным и постоянно действующим источником загрязнения воздуха в карьерах является автотранспорт. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания представляют сложную многокомпонентную смесь. В настоящее время в их составе определяется уже более 200 различных веществ. Из аэрозольных компонентов наиболее опасна сажа, выбрасываемая в виде частиц с преобладающим размером 0,05 - 0,5 мкм (до 98%). Частицы сажи, обладая значительной удельной поверхностью (до 75 м2/г), сорбируют канцерогенные и другие токсические вещества, которые, попадая в организм человека, могут привести к тяжелым последствиям.

Из газообразных выбросов карбюраторных двигателей наиболее опасными являются окись углерода (до 95% общей токсичности выхлопа); дизельных окислы азота (до 50%), окись углерода (до 25%) и альдегиды (до 20%). При наличии в атмосфере карьеров с автотранспортом повышенных концентраций окиси углерода и окислов азота, как правило, отмечаются и высокие содержания альдегидов. Состав токсичных выбросов карьерных автомобилей в значительной мере зависит от режима работы двигателя и характеристики трассы. Средние по нескольким карьерам данные состава выхлопных газов приведены в табл. 1.3.

Значительные выделения газов из руд и горных пород, способные нарушить нормальную работу карьеров, отмечаются лишь в единичных случаях. Тем не менее, случаи загрязнения атмосферы карьеров углеводородами, выделяющимися из отбитой горной массы и грунтовых вод, неоднократно отмечались на серном месторождении ШортСу в Средней Азии (где на 1 т отбитой руды выделяется более 700 г углеводородов), а углекислым газом на угольном карьере Тарнобжик (Польская Народная Республика).

Состав атмосферы глубоких карьеров достаточно сложен и к его оценке следует подходить, исходя из медикобиологических требований, учитывая концентрации вредных примесей, направление их действия, степень токсичности. Медикобиологические требования к составу воздуха в карьерах определены предельно допустимыми концентрациями (ПДК). Однако содержание токсичных веществ в воздухе на уровне ПДК не может рассматриваться в качестве оптимального состава воздушной среды. Учитывая одновременное присутствие в атмосфере карьеров большого числа аэрозольных и газообразных примесей, необходимо стремиться к тому, чтобы достичь концентраций значительно более низких, чем предельно допустимые.

Состав атмосферы объектов открытых горных работ должен отвечать установленным нормативам по содержанию основных составных частей воздуха и вредных примесей (пыль, газы) с учетом действующих государственных стандартов.

Воздух рабочей зоны должен содержать по объему 20 % кислорода и не более 0,5 % углекислого газа; содержание других вредных газов не должно превышать установленных санитарных норм.

Предельно допустимые концентрации газообразных примесей в атмосфере карьеров

Таблица 1

Места отбора проб и их периодичность устанавливаются графиком, утвержденным техническим руководителем организации, но не реже одного раза в квартал и после каждого изменения технологии работ. Допуск рабочих и специалистов на рабочие места после производства массовых взрывов разрешается после получения ответственным руководителем взрыва сообщения от специализированного профессионального аварийноспасательного формирования о снижении концентрации ядовитых продуктов взрыва в воздухе до установленных санитарных норм, но не ранее чем через 30 мин после взрыва, рассеивания пылевого облака и полного восстановления видимости, а также осмотра мест (места) взрыва ответственным лицом (согласно распорядку массового взрыва). Во всех случаях, когда содержание вредных газов или запыленность воздуха на объекте открытых горных работ превышают установленные нормы, должны быть приняты меры по обеспечению безопасных и здоровых условий труда.

Запыленность воздуха на рабочих местах не должна превышать ПДК, которые в зависимости от содержания свободной SiO2 в пыли и ее минералогического состава колеблются от 1 до 10 мг/м3.

Таблица 2

Большую часть времени удовлетворительный воздухообмен в карьерном пространстве обеспечивается естественными вентиляционными силами. При штилях или недостаточной активности естественного воздухообмена возникает дефицит в свежем воздухе, который должен восполняться средствами искусственной вентиляции.

Основной инженерной задачей является обеспечение взаимодействия применяемых технических средств с природными силами, осуществляющими естественный воздухообмен в карьерах. Выполнение этого требования является обязательным условием успешного применения инженерных мероприятий. Знание основных закономерностей естественного воздухообмена в карьерах необходимо как для правильного выбора режимов работы карьера (в частности, времени проведения взрывных работ), так и для эффективного использования средств пылегазоподавления и искусственной вентиляции.

Метеорологическими наблюдениями установлено, что в карьерном пространстве формируется собственный микроклимат, особенности которого проявляются все более четко по мере увеличения глубины разработок. На нижних горизонтах глубоких карьеров отмечаются существенные различия в температуре воздуха, влажности, прозрачности атмосферы, количестве осадков. Увеличение глубины сопровождается ухудшением условий воздухообмена в карьерном пространстве, что связано как с падением активности ветрового потока, так и с уменьшением интенсивности солнечной инсоляции, приходящейся на единицу площади обнаженных поверхностей. Следствием этого является возникновение “труднопроветриваемых”, объем которых, как правило, увеличивается с глубиной и находится в ой зависимости от величины скорости ветра на поверхности. Основными факторами, определяющими активность естественного воздухообмена в карьерах, являются ветровая энергия, солнечная радиация и термическая стратификация атмосферы карьера и вышележащих слоев. При определенных условиях на естественный воздухообмен могут влиять окислительные процессы и глубинное тепло Земли (особенно при высоких значениях геотермических градиентов).

В реальных условиях воздухообмен в карьерах определяется совместным действием ряда факторов, дифференцировать удельное значение которых методами непосредственных измерений практически невозможно. Определяющим фактором в процессе аэрации карьеров является ветровая энергия. Местные потоки, вызванные солнечной радиацией, при наличии ветра выполняют второстепенную роль. Термическая стратификация атмосферы в карьере и вышележащих слоях либо способствует развитию вертикальных перемещений воздуха, либо препятствует ему.

Список использованной литературы

1. Бересневич П. В., Михайлов В. А., Филатов С. С. Аэрология карьеров: Справочник.-- М.: Недра, 1990 г.

2. Аэрология горных предприятий Ушаков К.3., Бурчаков А.С. и др.; Недра, 1987 г.

Размещено на Allbest.ru