Шерстюченко О.А.

О.Р. Ильясов

О.А. Шерстюченко

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ

ОТ ГАЗООБРАЗНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Екатеринбург

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности»

О.Р. Ильясов

О.А. Шерстюченко

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ

ОТ ГАЗООБРАЗНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Методическое указания к выполнению лабораторной работы

по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»

для студентов всех специальностей

дневной и заочной формы обучения.

Екатеринбург

УДК 537.868

П 58

Ильясов О.Р.

Шерстюченко О.А.

П 58 Методы и средства защиты воздушной среды от газообразных загрязнений: метод. указания к выполнению лабор. работы / О.Р. Ильясов, О. А. Шерстюченко – Екатеринбург: УрГУПС, 2011.– с.

Работа посвящена исследованию методов очистки воздуха от загрязняющих веществ, а также освоению навыков определения качественных и количественных характеристик очистных устройств. Приведены теоретические основы методов очистки газовых выбросов в атмосферу от загрязняющих ее веществ, описание приборов и порядок проведения работы.

Предназначено для студентов всех специальностей дневной и заочной формы обучения, разработано в соответствии с учебной рабочей программой дисциплины «Безопасность жизнедеятельности».

Обсуждено и рекомендовано к изданию на заседании кафедры «Безопасность жизнедеятельности»..2010 г., протокол №.

Авторы: О.Р. Ильясов, профессор кафедры «Безопасность

жизнедеятельности» УрГУПС,

докт. биолог. наук

О. А. Шерстюченко, старший преподаватель кафедры

«Безопасность жизнедеятельности» УрГУПС

Рецензент:

© Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС), 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ (ШАБЛОН)

Цель работы ………………………………………………………………… 1. Теоретическая часть ……………………………………………………….. 1.1. Параметры микроклимата. Термины и определения ………………... 1.2. Характеристика отдельных категорий работ …………………………... 1.3. Принципы нормирования параметров микроклимата ………………. 1.4. Время работы при температуре воздуха на рабочем месте выше или ниже допустимых величин ……………………………………….. 1.5. Требования к организации контроля и методам измерения микроклимата …………………………………………………………... 2. Экспериментальная часть …………………………………………………. 2.1. Установка ………………………………………………………………. 2.2. Требования безопасности при проведении лабораторной работы … 2.3. Приборы ………………………………………………………………... 2.3.1. Измеритель температуры и влажности ИТВ – 1М ……………. 2.3.2. Аспирационный психрометр Ассмана тип М-34………………. 2.3.3. Чашечный (крыльчатый) анемометр МС-13…………………… 2.3.4. Барометр…………………………………………………………… 2.3.5. Дополнительные существующие приборы для измерения параметров микроклимата……………………………………….. 2.4. Порядок проведения работы ………………………………………….. Содержание отчета………………………………………………………… Контрольные вопросы ……………………………………………………... Список литературы …………………………………………………………

Цель работы: Изучение основных методов очистки воздуха от загрязняющих веществ.

Содержание работы: 1. Ознакомление с принципом работы, конструкцией и характеристиками применяемых в лабораторной работе воздухоочистителей и аналитических приборов.

2. Экспериментальное определение эффективности воздухоочистки.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Защита атмосферного воздуха от вредных выбросов промыш­ленных предприятий и энергетических объектов является одной из важнейших проблем современности. Ингредиентное загрязнение атмосферного воздуха нарушает естественное функционирование экологических систем, ухудшает санитарно-гигиеническое состо­яние приземного слоя воздушной среды обитания живых организ­мов, наносит ущерб народному хозяйству.

Одной из основных организационных мер предупреждения и снижения ингредиентного загрязнения атмосферы в России явля­ется гигиеническое нормирование содержания загрязняющих ве­ществ в атмосферном воздухе населённых мест путём установления для каждого загрязняющего вещества или максимально разовых, или среднесуточных, или тех и других предельно допустимых кон­центраций в воздухе (ПДК_мр, ПДК_сс). Величины ПДК для веществ, загрязняющих атмосферный воздух, в России регламентируются гигиеническими нормативами ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допу­стимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосфер­ном воздухе населённых мест». В приложении 1 приведены сведе­ния о ПДК для ряда загрязняющих веществ.

Из разработанных к настоящему времени инженерных методов очистки газовых выбросов в атмосферу от загрязняющих её веществ наиболее распространёнными являются абсорбция и адсорбция.

Абсорбция

Абсорбция — физико-химический процесс поглощения одного или нескольких компонентов газовой смеси (абсорбат) твёрдыми или жидкими поглотителями (абсорбент) при условии, что процесс протекает в объёме поглотителя. Объёмным поглощением абсорбата обладают преимущественно жидкие абсорбенты.

Основным критерием процесса абсорбции служит растворимость абсорбата в жидкости (абсорбенте), которая зависит от свойств жид­кости, температуры и парциального давления абсорбируемого ком­понента. Зависимость растворимости газообразного компонента смеси от его парциального давления характеризуется законом Ген­ри, согласно которому равновесное парциальное давление этого компонента в газовой смеси пропорционально его содержанию в абсорбенте:

Р = к _аб · z _а6, (1)

где р — равновесное парциальное давление абсорбируемого ком­понента, Па;

к_аб — коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств абсорбируемого газа, абсорбента и температуры, Па;

z _а6 — содержание абсорбируемого компонента в абсорбенте, кг/кг.

В зависимости от характера поверхности раздела фаз «газ-жид­кость» абсорбция делится: на поверхностную (плёночную) — повер­хность раздела фаз представляет собой зеркало жидкости или по­верхность текущей плёнки жидкости; барботажную — поверхность раздела фаз образуется во время прохождения газовых струй через слой жидкости; капельную — поверхность раздела фаз состоит из суммарной поверхности капель абсорбента, распылённого в пото­ке очищаемого газа.

В газоочистной практике чаще всего применяется капельная аб­сорбция. Одновременно с физическим процессом растворения газа в жидкости при абсорбции могут протекать химические реакции (хемосорбция), что ведёт к увеличению скорости поглощения газа.

В качестве абсорбента чаще всего применяется вода и растворы различных веществ в ней (кислоты, щёлочи, соли), а также органи­ческие растворители (моноэтаноламин, ароматические амины и др.). Абсорбция осуществляется в аппаратах колонного типа — абсорбе­рах (скрубберах).

Адсорбция

Адсорбция — физико-химический процесс поглощения молекул газов, паров или растворённых в жидкостях веществ (адсорбат) по­верхностью твёрдых поглотителей (адсорбентов).

Адсорбция также может быть физической и химической. При физической адсорбции поглощаемые молекулы газов и паров удер­живаются силами межмолекулярного взаимодействия (силы Вандер-Ваальса). При химической адсорбции (хемосорбция) поглоще­ние компонентов из смесей происходит за счёт ковалентных связей между атомами адсорбата и адсорбента.

При длительном контакте адсорбата и адсорбента наступает рав­новесие между парциальным давлением адсорбата в газовой смеси и концентрацией его в адсорбенте, описываемое эмпирической формулой Фрейндлиха:

с _ад = к _ад · рⁿ, (2)

где с_ад — концентрация адсорбированного вещества в адсор­бенте, кг/кг;

к _ад, п — постоянные для данной температуры коэффициенты.

Важную роль в процессах адсорбционной газоочистки играет способ контактирования газовой смеси с адсорбентом (режим ра­боты адсорбента). Наиболее распространёнными режимами рабо­ты адсорбента являются следующие:

♦ фильтрующий — через неподвижный слой гранулированного адсорбента пропускается очищаемая газовая смесь;

♦ псевдоожиженный (режим кипящего слоя) — гранулирован­ный адсорбент находится в восходящем потоке очищаемой газовой смеси;

♦ взвешенный — пылевидный адсорбент непрерывно дозирует­ся в поток очищаемой газовой смеси.

Адсорбент, насыщенный поглощаемым компонентом, может подвергаться десорбции, при этом последний выделяется в концент­рированном виде и может быть использован в народном хозяйстве. В качестве адсорбентов используются пористые вещества с развитой внутренней поверхностью, характеризующейся пара­метром — удельная поверхность (8' м²/г). В санитарно-экологической практике наибольшее распространение получили такие адсор­бенты, как силикагель, алюмосиликаты, активированный уголь, цеолиты и др., удельная поверхность которых колеблется в диапа­зоне 100+1500 м²/г. Адсорбция осуществляется в аппаратах колон­ного типа — адсорберах.

Для вышерассмотренных сорбционных процессов одним из важнейших параметров является температура их осуществления. При прочих равных условиях эффективность сорбционной газо­очистки повышается с понижением температуры, поэтому приме­няются эти способы чаще всего для очистки «холодных» выбросов в атмосферу (7= 15+30°С)

2.ОСОБЕННОСТИ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ОЦЕНИВАЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ

Входящие в состав набора индикаторные трубки для экспресс-анализа загрязненности воздуха являются современными, простыми в применении и наглядными средствами быстрого («экспрессного») количественного определения концен­трации химических веществ в воздухе.

Среди средств контроля химических параметров газовых сред индика­торные трубки выделяются тем, что, давая экспрессную количественную ин­формацию, они являются портативными. Свойство портативности индикаторных трубок создает ряд полезных, а в ряде случаев и незаменимых потребительских качеств. Портативным методам анализа свойственны некото­рые общие черты:

Во-первых, портативные методы являются относительно несложными. Под сложностью метода понимается сложность используемого оборудования, сложность и трудоемкость его обслуживания, включая повышенные требова­ния к квалификации персонала, выполняющего анализ. Индикаторные трубки отличают простота метода и аппаратуры, малый вес, габариты и низкая стоимость, удобство при подготовке и выполнении из­мерений (в частности, не требуется регулировки и настройки аппаратуры перед проведением анализов). Это позволяет проводить анализ как специалистами при лабораторных исследованиях, так и лицам, не имеющим специальной хи­мико-аналитической подготовки - например, персоналу технологических про­мышленных лабораторий, котельных, служб МЧС, общеобразовательных учреждений и др.

Во-вторых, портативные методы, как правило, являются экспрессными, то есть для подготовки и выполнения анализа требуется минимальное время.

Индикаторным трубкам кратковременного действия свойственна быст­рота проведения анализа. Время измерения занимает от нескольких десятков минут до нескольких минут.

В-третьих, к портативным методам анализа предъявляются особые, ме­нее жесткие требования по точности анализов, чем к традиционным методам лабораторной «мокрой химии»*.

Индикаторные трубки обладают достаточной чувствительностью и точ­ностью анализа. Согласно требованиям к методам определения химических веществ в воздухе рабочей зоны суммарная погрешность измерения при со­держании вредных веществ в воздухе от 1 ПДК и выше не превышает 25% с учетом влияния неконтролируемых факторов в сравнительно широких диапа­зонах температуры, давления и влажности воздуха.

Указанные достоинства индикаторных трубок способствовали их широ­кому внедрению в различные области хозяйственной деятельности - при экс­плуатации энергетических, технологических, судовых машин и установок; санитарно-химическом и специальном контроле, контроле газовых выбросов и т.п., а также при учебно-исследовательской работе по оценке состояния окру­жающей среды.

Отличительными особенностями индикаторных трубок как средства измерения является то, что они не заменяют лабораторных методов с использо­ванием дорогостоящих приборов, а благодаря своим отличительным качествам удачно дополняют их.

Индикаторные трубки являются одноразовыми газоанализаторами ли­нейно-колористического типа. Принцип действия индикаторных трубок осно­ван на фильтрации через индикаторный порошок загрязненного воздуха при просасывании его с помощью насоса-пробоотборника. При этом происходит поглощение из воздуха компонента-загрязнителя, сопровождающееся избира­тельной химической реакцией этого компонента с нанесенным на индикатор­ный порошок аналитическим реагентом (индикатором). В результате химической реакции происходит образование окрашенных продуктов и, соот­ветственно, изменение окраски индикационного порошка (индикационный эф­фект). Длина изменившего окраску слоя является мерой концентрации определяемого компонента в анализируемом воздухе. Определение состава воздуха с помощью индикаторных трубок носит количественный характер, а сами трубки являются средствами измерений.

Селективность контроля воздуха с помощью некоторых индикаторных трубок обеспечивается применением, в комплекте с ними, фильтрующей труб­ки. При этом воздух просасывается через последовательно соединенные фильтрующую и индикаторную трубки. Фильтрующая трубка поглощает большинство мешающих примесей, пропуская анализируемый компонент.

Номенклатура индикаторных трубок применяемых в наборе представ­лена в табл.3

Таблица 3

Определяемый компонент	Обозначение	Диапазоны измерений, мг/м'
Аммиак	ТИ[NНз-0,1]	2-50; 5-100
Ацетон	ТИ [СзН6О-10,0]	100-1200; 1000-10000
Бензин (в пересчете на гексан)	ТИ-[бензин-4,0]	50-1200; 1000-4000
Диоксид азота	ТИ-[NO2-0,2]	10-200
Диоксид серы	ТИ-[SО2-0,13]	10-130
Диоксид углерода	ТИ-[СО2-2,0 % об.]	0,035-0,5; 0,1-2,0 об. % (0,7-10,0; 2,0-40,0 г/мз)
Сероводород	ТИ [H2S-0,12]	2,5-30; 10-120
Сумма оксидов азота (в пересчете на N02)	ТИ-[NОх-0,05]	1-20; 5-50
Толуол	ТИ-[С7Н8-1,6]	25-300; 100-800; 200-1600
Хлор	ТИ-[Сl2-0,2]	0,5-20; 10-200
Этанол	ТИ [ЕtOH-5,0] или [C 2H 5OH]?	250-5000

3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Анализ воздуха на содержание в нём загрязняющих веществ производится линейно-колориметрическим методом с применением стандартных индикаторных трубок.

Схема лабораторного стенда представлена на рис. 1.

Стенд представляет собой стол лабораторный сборно-разборной конструкции, выполненный в виде сварных металлических рам со сто­лешницей 1 и полкой 2; металлических опорных рам 3 и вертикальной панели 4.

На вертикальной панели установлены устройства очистки: адсорбер угольный 5, адсорбер силикагелевый 6, абсорбер водяной 7.

Также на вертикальной панели расположены камера-смеситель 8 и элементы пневмо-и гидросистем.

Адсорбер представляет собой прозрачную цилиндрическую ем­кость, имеющую верхнюю и нижнюю крышки с ниппелями и заполнен­ную веществом-адсорбером. Один адсорбер заполнен активированным углем, другой - силикагелем.

Абсорбер 7 представляет собой прозрачную цилиндрическую ем­кость, внутри которой имеются разбрызгиватель с решеткой для созда­ния мелкодисперсной водяной среды.

Камера-смеситель 8 (далее - камера) служит для внесения в воз­душный поток пневмосистемы веществ-загрязнителей. Внесение ве­ществ-загрязнителей производится с помощью пипетки-капельни­цы 9.Отбор проб загрязненного и очищенного воздуха осуществляется через штуцеры соответственно отбора пробы «до очистки» 10 и отбора пробы «после очистки» 11, расположенных в нижней части свободной магистрали.

Камера 8 представляет собой стеклянный баллон («паук») с тремя отводами (центральный и два крайних).

Центральный отвод используется для ввода загрязнителя воздуха; крайние отводы используются для присоединения к пневмосистеме. Пневмосистема является замкнутой и включает в себя три магистра­ли очистки воздуха, а также «свободную» магистраль 12, которая позволяет производить необходимые манипуляции по загрязнению и переме­шиванию воздуха.

Каждая магистраль снабжена шаровым краном 13.

Воздушный поток в магистралях очистки и свободной магистрали создается вентилятором 14, снабженным двумя насадками: нагнетания 15 и входа 16, расположенными на вертикальной панели стенда.

На столешнице 1 расположена насосная станция, представляющая собой прямоугольную емкость 17 с водой, на дне которой установлен по­гружной насос 18. Вода подается по напорной трубке 19, снабженной струбциной 25, предназначенной для регулирования объёмного расхода воды, в разбрызгиватель абсорбера и сливается по возвратной трубке 20 в емкость с водой. Таким образом, гидросистема абсорбера является замкнутой.

На столешнице также размещены элементы из набора химико-аналитических средств (НХС-воздух-1)(рис.2), в том числе: загрязнители воз­духа 21, трубки индикаторные 22, пробоотборник 23, пипетки-капельницы 9 и удлинитель 24.

4. МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ

ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. К работе со стендом допускаются лица, ознакомленные с его устройством, принципом действия и мерами безопасности в соответст­вии с требованиями, приведенными в настоящем разделе.

2. При включенном вентиляторе один из кранов пневмосистемы должен быть открыт.

3. При появлении запаха одного из загрязнителей следует прек­ратить проведение лабораторной работы до устранения неисправности

4. Не следует включать насос гидросистемы абсорбера, когда воздушный поток не проходит через него.

5. Лабораторную работу необходимо проводить в хорошо провет­риваемом помещении.

6. При разгерметизации (обламывании) запаянных концов ин­дикаторной трубки во избежание травм глаз осколками стекла необходимо пользоваться защитными очками.

7. Время непрерывной работы вентилятора не более 10 мин.

Входящие в состав набора реактивы герметично упакованы во флаконы и не представляют опасности при хранении. Хотя набор не содер­жит ядовитых и сильнодействующих веществ, при химико-аналитических ра­ботах необходимо руководствоваться основными правилами безопасности, предусмотренными для работ в химической лаборатории.

В частно­сти, недопустимо:

1) попадание химикатов и растворов на слизистые оболочки, кожу, оде­жду;

2) принятие пищи (питья);

3) использование открытого огня;

4) вдыхание воздуха и химикатов, особенно имеющих резкий запах и находящихся в мелкокристаллическом состоянии (образующих, пыль).

Факторами опасности при проведении работ являются порезы осколка­ми стекла при вскрытии корпуса индикаторной трубки, а также факторы, свя­занные с вдыханием загрязненного воздуха при его анализе.

При подготовке и проведении газовых анализов при помощи индика­торных трубок следует представлять основные факторы опасности.

К ним относятся:

1. Индикаторные и фильтрующие трубки при их вскрывании, соедине­нии друг с другом и установке в уплотнительную втулку насоса. Представляет также опасность содержимое индикаторных и фильтрующих трубок при попа­дании на кожные покровы, слизистые оболочки, в пищеварительный тракт и органы дыхания, а также на одежду, предметы пользования и оборудование.

2. При работе с определяемым газом - наличие вредных веществ во вдыхаемом воздухе, повышенная температура анализируемого воздуха и др.

3. Операции по утилизации индикаторных трубок, использованных в процессе эксплуатации или с истекшим сроком хранения.

При вскрывании стеклянных трубок запаянные концы следует отламы­вать осторожно, чтобы избежать порезов и попадания осколков стекла в глаза. При подсоединении и отсоединении трубки к насосу ее следует держать как можно ближе к концу, вставленному в гнездо аспиратора, избегая при этом сильного нажима на трубку и сдавливания ее руками.

При повреждении корпуса трубки, смещении фиксирующих тампонов, приводящих к высыпанию наполнителя трубки, следует избегать попадания содержимого трубок на слизистые оболочки (рта, глаз), кожу, одежду. Повреж­денные трубки собирают, предварительно надев резиновые перчатки, и унич­тожают путем дробления и нейтрализации.

При проведении экспериментов по моделированию загрязнений воздуха предусмотрено использование концентрированных и разбавленных минераль­ных кислот — соляной, азотной. Могут представлять опасность для здоровья и небольшие количества газов, получаемые в ходе практикума (например, хлора, оксида серы и др.).

Повышенную опасность представляют концентрированные минераль­ные кислоты, обладающие сильным разъедающим действием при попадании на слизистые оболочки, кожные покровы, одежду, обувь, оборудование и т.п. При

попадании кислот на кожу необходимо быстро промокнуть раствор любым тампоном (салфеткой, ветошью и т.п.), место попадания обильно промыть струей воды и вымыть с мылом.

Особенно опасны кислоты при попадании в глаза. В этом случае глаза необходимо немедленно обильно промыть несильной струей воды, затем 2 %-ным водным раствором соды и срочно обратиться к врачу-специалисту.

Характеристика опасности реактивов для моделирования химических загрязнений

Наименование реактива	Характеристика вредного воздействия вещества в вероятной форме попадания в организм	Меры предосторожности
Азотная кислота	Опасна при попадании на кожу, слизистые оболочки и в дыхательные пути. Вызывает ожег, раздражение и отек слизистых оболо­чек при вдыхании	Исключить возможность по­падания следов реактива на кожу. Не вдыхать воздух, за­грязненный реактивом (не нюхать реактив)
Аммиак	Опасен при попадании на слизистые обо­лочки и в дыхательные пути. Вызывает раз­дражение и отек слизистых оболочек при вдыхании	Не вдыхать воздух, загряз­ненный реактивом (не ню­хать реактив)
Ацетон, бензин, толуол,этанол	Опасны при попадании на слизистые обо­лочки и в дыхательные пути. Вызывает раз­дражение и отек слизистых оболочек при вдыхании	Не вдыхать воздух, загряз­ненный реактивом (не ню­хать реактив)
Железа (II) сульфид	Опасно при попадании в желудочно-кишечный тракт	Исключить возможность по­падания следов реактива внутрь с продуктами пита­ния, выдыхаемым воздухом
Соляная кислота	Опасна при попадании на кожу, слизистые оболочки и в дыхательные пути. Вызывает ожег, раздражение и отек слизистых оболо­чек при вдыхании	Исключить возможность по­падания следов реактива на кожу. Не вдыхать воздух, за­грязненный реактивом (не нюхать реактив)

4. ПОДГОТОВКА ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА И ПОРЯДОК ПРОВЕ­ДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

6.1 Проверить наличие соединения входной трубки абсорбера с напорным штуцером на­соса. Залить в насосную станцию абсорбера 2,5 л воды.

Включить насос и с помощью струбцины на трубке подачи или сли­ва добиться уровня воды в абсорбере 20-40 мм, выключить насос. Зажи­мами из набора НХС пережать трубки отбора проб (10 и 11).

Дата добавления: 2015-10-24