Wydział Górniczy		II rok ZiM	Gr
Temat: Pomiary zapylenia , zanieczyszczenia pyłowe
Data wykonania 11.05.99	Data oddania: 25.05.99

I. Wstęp teoretyczny :

Rozwój nowoczesnych technologii w wielu przypadkach oprócz zasadniczego celu , jakim jest produkt finalny , daje również dodatkowy produkt niezamierzony , niejednokrotnie szkodliwy dla zdrowia pracowników. Tym produktem jest , między innymi pył , nazywany pyłem przemysłowym , wytwarzany w różnych procesach technologicznych. Zanieczyszczenie powietrza pyłem może być przyczyną chorób zawodowych ( pylic ).

Główną i najbardziej niebezpieczną drogą atakowania przez pył organizmu człowieka jest układ oddechowy. Powierzchnia pęcherzyków płucnych wynosi ok. 90 m , a grubość błony pęcherzyków od 1 do 4 μ m. W związku z tym istnieją korzystne warunki przenikania pyłu do płuc.

Przy ocenie stopnia niebezpieczeństwa spowodowanego pyłem przedostającym się do organizmu przez układ oddechowy odgrywają rolę między innymi , następujące czynniki:

1. Średnica ziarn pyłu zawartego w powietrzu , wśród których szczególnie niebezpiecznymi są ziarna mniejsze od 5 μm , ponieważ pzredostają się do pęcherzyków płucnych.

2. Rodzaj pyłu ( skład chemiczno-mineralogiczny ). Za pył wyjątkowo szkodliwy uważany jest ten , który wywołuje pylicę. Najpowszechniejszym rodzajem pylic jest krzemica ( silicosa ). Chorobę tę wywołuje pył zawierający wolną krzemionkę (SiO₂). Pył krzemionki rozpuszcza się w płynach biologicznych , powodując zwłóknienie tkanki płucnej. Czysty pył węglowy nie powoduje zwłóknienia tkanki płucnej. W płucach powstają „ złogi pyłu ” , w wyniku czego zmniejsza się powierzchnia płuc.

3. Zapylenie powietrza określane przez podanie liczby ziarn pyłu w cm³ powietrza albo przez podanie sumarycznej masy cząstek pyłu zawartych w jednostce objętości powietrza.

4. Czas oddziaływania pyłu na organizm człowieka.

II. Aparatura pomiarowa ( zasada działania ) i opis stanowiska pomiarowego:

Pomiaroznawstwo pyłowe dysponuje znaczną ilością różnych typów pyłomierzy , pracujących na zasadach wykorzystania różnych właściwości fizycznych cząstek ciał stałych np. ich właściwości optyczne.

W Polsce stosowane są dwa rodzaje pyłomierzy: konimetry i pyłomierze grawimetryczne.

Z a s d a d z i a ł a n i a k o n i m e t r u opiera się na wykorzystaniu bezwładności ziarn pyłu. Do przyrządu zasysany jest strumień zapylonego powietrza przez dyszę , w której następuje znaczne przyśpieszenie strumienia , tak że u wylotu dyszy osiąga on prędkość od 30 do 300 m/s. Po wylocie z dyszy strumień zapylonego powietrza uderza w prostopadle ustawioną do jej osi płytkę szklaną , zmieniając kierunek przepływu przy równoczesnym , znacznym zmniejszeniu prędkości. Wskutek tego , że ziarna pyłu mają większą bezwładność niż drobiny gazu , osadzają się one na szklanej płytce , często pokrytej cieczą klejącą w celu zapewnienia większej przyczepności ziarn pyłu.

Z a s a d a d z i a ł a n i a p y ł o m i e r z a . Zapylone powietrze zasysane jest przez pompkę, która wytwarza podciśnienie. Powietrze to przepływa przez mikrocyklon , w którym następuje oddzielenie ziaren < 5μm , które następnie przepływają wraz z powietrzem do filtra , na którym są zatrzymywane. Pozostałe ziarna ( > 5 μm ) trafiają do dolnego zbiornika.

S t a n o w i s k o p o m i a r o w e umożliwia wykonanie pomiarów zapylenia w warunkach laboratoryjnych. Zapylone powietrze wytwarzane jest w komorze pyłowej , którą stanowi zamknięty zbiornik zaopatrzony w pompkę do wytworzenia obłoku pyłowego. W górnej pokrywie znajdują się króćce umożliwiające przyłączenie konimetru lub pyłomierza grawimetrycznego.

III. Wykonanie ćwiczenia:

W naszym doświadczeniu badaliśmy zapylenie powietrza za pomocą pyłomierza grawimetrycznego. Dokonywaliśmy dwóch pomiarów z których każdy trwał po 15 min. Przed każdym z nim , a także po nich dokonywaliśmy ważenia filtra ( na którym zatrzymywały się ziarna pyłu < 5μm ) oraz dolnego zbiorniczka ( w którym zbierał się pył pozostały ) na wadze analitycznej z dokładnością 0.1 mg.

IV. Wyniki i analiza statystyczna pomiarów :

Zestawienie wyników pomiarów zapylenia metodą grawimetryczną

Lp.	Wagi filtrów		Przyrost masy filtrów mfzi- mfci	Czas pomiaru tpi	Wydatek pyłomierza Qpi
		przed pomiarem mfci				po pomiarze mfzi
	[g]	[g]	[g]	[min]	[l/min]
1	11,4444	11,4460	0,0016	15	5
2	11,4460	11,4470	0,001	15	5
1	10,4704	10,4731	0,0027	15	5
2	10,4731	10,4751	0,002	15	5

Obliczenie wielkości zapylenia

Nr pomiaru	Przyrost masy filtrów Δm	Objętość pobranego gazu V	Zapylenie Z = Δm/V
	[mg]	m^3	[mg/m^3]
1	1,6	0,075	21,3
2	0,1	0,075	1,3
1	2,7	0,075	36
2	0,2	0,075	2,6

Analiza statystyczna wyników pomiarów

Zapylenie		Rozstęp serii pomiarowej R=logZmax - logZmin	Współ. dn	Odchylenie Standardowe σ = R/dn	Błąd wzgl.		Zapylenie średnie [mg/m^3]
zmax	zmin								+B %	-B %
21.3	13	0.2144	1,128	0,19	40	-30	10
36	26	0,1413	1,128	0,12	22	-25	11,35

Zapylenie rzeczywiste :

dla pyłu respirabilnego: dla pyłu całkowitego:

Zgodnie z dziennikiem ustaw ,który podaje wykaz najwyższych dopuszczalnych stężeń pyłu węglowego w powietrzu otaczającym stanowisko pracy , w zależności od zawartości w nim wolnej krzemionki zapylenie nie powinna przekraczać następujących wartości:

Rodzaj zapylenia	Dopuszczalne stężenie zapylenia przy zawartości wolnej krzemionki w pyle
		Powyżej 50%	Od 10 % Do 50 %	Od 2 % Do 10 %	Poniżej 2 %
Pył respirabilny	0,3	1	2	-
Pył całkowity	1	2	4	10

Wnioski:

Na podstawie wyznaczonych przedziałów ufności wartości średniej zapylenia powietrza (wartości rzeczywistej) i porównaniu ich za pomocą poniższej nierówności z wartościami dopuszczalnymi przedstawionymi w powyższej tabeli .Stwierdzamy, że dolna granica przedziału ufności wartości zapylenia jest większa od wartości dopuszczalnych co oznacza ,że

Średnie zapylenie powietrza (gazu) jest wyższe od dopuszczalnego zarówno dla pyłu respirabilnego jak i całkowitego przy zawartości wolnej krzemionki od 50 do 2 %. Natomiast

dla pyłu o zawartości krzemionki poniżej 2 % nie możemy stwierdzić czy zapylenie jest mniejsze czy większe od dopuszczalnego, ponieważ wartość zapylenia dopuszczalnego znajduje się w środku przedziału ufności .W takim przypadku należy powtórzyć pomiar,

zwiększając ilość powietrza tak , aby uzyskać przedział wartości średniej leżący poniżej lub

powyżej normy dopuszczalnej.

V. Wyciągi z norm.

Oznaczenie pyłu całkowitego

Według polskich norm (PN-91/Z-04030/05) do oznaczenia pyłu całkowitego na stanowisku pracy posługujemy się metodą filtracyjno-wagową. Metodę stosujemy do higienicznej oceny narażenia pracowników zatrudnionych w kontakcie z pyłem. Metoda ta posiada pewne ograniczenia a mianowicie nie można jej stosować w podziemnych wyrobiskach zakładów górniczych oraz w pomieszczeniach powierzchniowych związanych z prowadzeniem ruchu w wyrobiskach podziemnych. Zasada tej metody polega na tym ,że zapylone powietrze jest zasysane ze znanym natężenie przepływu w określonym czasie przez sączek pomiarowy, a następnie wyznacza się masę pyłu przez pomiar masy sączka przed i po oznaczeniu . Aparatura składa się z pyłomierza stacjonarnego, pompy ssącej , przepływomierza (rotametru) ,sączków pomiarowych . Możemy również posłużyć się pyłomierzem osobistym wyposażonym w ręczną pompkę. Pobieranie próbek powietrza powinno odbywać się na stanowisku pracy w strefie oddychania, pyłomierz należy umieścić w odległości nie większej niż 1 m od pracownika , a głowicę pomiarową na statywie na wysokości jego twarzy. Czas pobierania zależy od poziomu zapylenia , jednak nie powinien być krótszy niż 10 min. Próbki powinny być pobrane w sposób ciągły przez okres równy co najmniej 75% czasu trwania zmiany roboczej. Stężenie pyłu całkowitego oblicza się jako stosunek masy pyłu na sączku do objętości przefiltrowanego powietrza.

Oznaczenie pyłu respirabilnego.

Według Pn-91/Z-04030/06 metodę tą stosuje się do wyznaczenia stężenia pyłu respirabilnego w powietrzu na stanowisku pracy dla oceny zgodności warunków pracy z normatywami higienicznymi . Metody tej nie stosujemy w podziemnych wyrobiskach zakładów górniczych oraz w pomieszczeniach związanych z bezpośrednio z prowadzeniem ruchu w wyrobiskach górniczych. Oznaczalność najmniejsza ilość pyłu, jaką można oznaczyć w warunkach pobierania próbek wynosi 0,3 mg w 1 m³ powietrza. Zasada metody polega na tym ,że zapylone powietrze zasysane jest w miejscu pomiaru ze znanym natężenie przepływu i w określonym czasie , przechodzi kolejno przez mikrocyklon stanowiący selektor wstępny zatrzymujący frakcje gruboziarniste ,a następnie przez sączek ,na którym osadza się pozostała respirabilna frakcja pyłu. Masę pyłu wyznacza się ważąc sączek przed i po pomiarze. Aparatura pyłomierz stacjonarny zawierający selektor wstępny (mikrocyklon),pompy ssącej , przepływomierza (rotametru ), sączki pomiarowe ,stoper ,waga półmikroanalityczna o dokładności ważenia 0,01mg . Pobieranie próbek powietrza pyłomierz należy umieścić w odległości nie większej niż 1m od pracownika , wlot mikrocyklonu powinien znajdować się na wysokości twarzy pracownika. Rozpocząc pobieranie próbek przez jednoczesne włączenie pompy i stopera. Czas pobierania próbki należy ustalić tak ,aby masa pyłu na sączku wynosiła co najmniej 0,3 mg . Podobne czynności wykonujemy przy zastosowaniu pyłomierza osobistego. Stężenie pyłu obliczamy jako stosunek masy pyłu na sączku do objętości przefiltrowanego powietrza.

Badanie zawartości wolnej krystalicznej krzemionki w pyle wg. PN-91/Z-04018/04

Do tego celu stosujemy metodę kolorymetryczną wyznaczając zawartość wolnej krzemionki w pyle całkowitym i respirabilnym w powietrzu na stanowiskach pracy. Metody nie stosujemy przy obecności w pyle związków fluoru, szkła i szkła kwarcowego. Najmniejszą ilość krzemionki, jaką możemy wyznaczyć wynosi 0,05 mg w próbce pyłu. Metoda ta polega na przeprowadzeniu wolnej krystalicznej krzemionki zawartej w próbce pyłu w rozpuszczalny krzemian sodowy i kolorymetryczne oznaczenie jonów krzemianowych. Przeszkadzające krzemiany i krzemionkę bezpostaciową usuwa się przez działanie kwasów fluoroborowych w podwyższonej temperaturze. Pobieranie próbek powietrza podobnie jak w dwóch powyższych metodach. Następnie próbkę pyłu umieszczamy w tyglu i przy użyciu odpowiednich odczynników chemicznych wyznaczamy średni współczynnik absorbcji a później wykorzystując objętości próbki badanej, wartość absorbcji i absorbancji oraz masy próbki pyłu posługując się odpowiednim wzorem wyliczamy stężenie wolnej krystalicznej krzemionki zarówno dla pyłu respirabilnego , jak i całkowitego.

1

1

---