Применение устройств аэроионизации
К.А. Черный, начальник отдела Пермского национального исследовательского политехнического университета, к.т.н., доцент
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ВОЗДУШНОЙ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ БЫЛО И ОСТАЕТСЯ ОДНИМ ИЗ ВАЖНЕЙШИХ МЕРОПРИЯТИЙ УЛУЧШЕНИЯ И НОРМАЛИЗАЦИИ УСЛОВИЙ ТРУДА САМЫХ РАЗНЫХ ПРОИЗВОДСТВ.
Снижения аэрозольного загрязнения можно добиться разными способами, но элиминация субмикронных аэрозолей требует применения аэроионизирующего оборудования и систем. Вместе с тем в условиях аэрозольного загрязнения искусственная ионизация воздуха приводит в конечном итоге к возникновению заряженного аэрозоля, что может оказать негативное влияние на организм работника. Все это требует точного и научно обоснованного применения аэроионизирующего оборудования и систем.
Методологические основы разработки мероприятий по улучшению условий труда в зависимости от характеристик состояния воздуха рабочей зоны представлены в табл.1.
Организация производственного контроля за аэроионным составом воздуха рабочей зоны
Действующими нормативными документами [1, 2] предусмотрена регламентация и установление требований к контролю только количественных характеристик аэроионного состава – суммарной счетной концентрации аэроионов той или иной полярности без учета электрической подвижности аэроионов.
Между тем, электрическая подвижность аэроионов определяет химический состав и физические закономерности поведения аэроионов в воздушной среде и влияние на организм человека аэроионов различных групп подвижностей различно, а потому необходим учет спектрального распределения аэроионов по электрической подвижности как качественной характеристики аэроионного состава. Особую важность контроль спектрального распределения аэроионов приобретает при осуществлении мероприятий по улучшению условий труда, основанных на проведении искусственной аэроионизации воздуха рабочей зоны при помощи коронных ионизаторов.
Для проведения измерений распределения аэроионов следует применять аспирационные спектрометры, которые должны обеспечивать селективное измерение концентраций аэроионов различных групп подвижностей и различных (положительной и отрицательной) полярностей. В качестве границ групп подвижностей аэроионов следует использовать предельные подвижности равные 0,5 см2/(В×с) для группы легких (молекулярных) аэроионов, и 0,01 см2/(В×с) для группы средних промежуточных (кластерных и конденсационных) аэроионов. При этом, диапазон измеряемых концентраций аэроионов должен охватывать величины от 1×102 до, по крайней мере, 1×105 см-3 с допустимой основной погрешностью не более 50 % и обеспечивать учет и устранение влияния тока проводимости от аэрозольных частиц на результаты измерений.
Контроль аэроионного состава воздуха производственных помещений должен проводиться не ранее чем через 1 час после начала рабочей смены при осуществлении характерных для контролируемого объекта технологических производственных процессов.
Спектрометр аэроионов устанавливается на контролируемом рабочем месте в зоне дыхания. Отбор проб воздуха спектрометром должен производиться в направлении, перпендикулярном направлению преимущественного вдыхания работника.
При проведении измерений перед аспирационным входом спектрометра не должно находиться никаких посторонних предметов.
Производственный контроль аэроионного состава осуществляется отдельно для группы легких аэроионов (далее используется аббревиатура ЛИ) и для группы средних промежуточных аэроионов (далее – СИ).
Требования к безопасности аэроионного состава воздуха следует считать выполненными если:
Требования к качеству аэроионного состава, определяемому соотношением концентраций групп легких и средних промежуточных аэроионов, следует считать выполненными, если:
Таким образом, при организации и осуществлении производственного контроля аэроионного состава воздуха рабочей зоны следует руководствоваться схемой, представленной на рис 1.
Оценка эффективности мероприятий по нормализации аэроионного состава и борьбе со статическим электричеством
В рамках разработанной «Методики применения аппаратов искусственной ионизации для обработки воздушной среды и нормализации аэроионного состава воздуха рабочей зоны» были использованы высокопроизводительные аэроионизаторы типа «АЭРОН М», поскольку они позволяли достичь улучшения условий труда на значительном количестве рабочих мест. Для обеспечения требуемого аэроионного режима (диапазон концентраций отрицательных аэроионов в пределах 600÷50000 см-3) расстояние от рабочего места до излучателя должно составлять в пределах 3,5÷8,5 м (в зависимости от режима эксплуатации аэроионизатора). Излучатель аэроионизатора размещался в центре помещения на высоте 5,3 м.
Аэроионизация проводилась в течение всей рабочей смены. Контроль условий труда производился спустя 1 час после начала смены, в середине смены и в конце смены. Результаты оценок условий труда в указанные различные периоды рабочей смены совпадают.
Эффективность улучшения условий труда в результате научно обоснованного применения аэроионизирующего оборудования с целью нормализации аэроионного состава воздуха рабочей зоны и уменьшения электростатического поля на рабочих местах представлена в табл. 2.
Дополнительно контролировалось качество аэроионного состава, формируемого на рабочих местах (рис. 2). На всех рабочих местах соотношение легких аэроионов и аэроионов средней промежуточной группы подвижностей аналогично наблюдаемым в природных условиях, что позволяет сделать вывод о позитивном влиянии формируемого аэроионного режима на работоспособность и самочувствие работников.
Таким образом, применение предложенных подходов при разработке мероприятий по улучшению условий труда в аспекте нормализации аэроионного состава и борьбы со статическим электричеством в условиях отсутствия аэрозольного и химического загрязнения позволило добиться допустимых условий труда на всех рассматриваемых рабочих местах.
Эффективность мероприятий по снижению высокодисперсного аэрозольного загрязнения
Большое количество высокодисперсного аэрозоля витает в воздухе рабочей зоны при шлифовке изделий из различных материалов. Мероприятия по улучшению условий труда шлифовщиков (во время перерывов в осуществлении операций шлифовки) были предложены на участке механической обработки керамических, композитных и полимерных деталей и изделий.
Трудовой процесс шлифовщиков характеризуются периодическим осуществлением механической обработки деталей и изделий (30÷37 % рабочего времени согласно данных фотографии рабочего дня), а также осуществлением иных вспомогательных операций (подготовка деталей, контроль точности обработки, транспортировка деталей и др.) (63÷70 % рабочего времени), не связанных с аэрозольным загрязнением, причем последние выполняются как в пределах той же рабочей зоны (31÷36 % рабочего времени), так и в соседних (смежных) зонах (32÷44 % рабочего времени).
Суть предложенных мероприятий заключается в следующем. В рабочей зоне осуществления операций шлифовки на высоте 4,5 м от пола размещается коронный аэроионизатор. Во время перерывов в операциях шлифовки и отсутствия работника в зоне шлифовки при помощи аэроионизатора осуществляется искусственная ионизация воздуха. Генерируемые ионизатором аэроионы взаимодействуют с аэрозольными частицами и заряжают их, что, в свою очередь, приводит к более быстрому очищению воздуха. Тем самым, воздух в рабочей зоне осуществления шлифовки более быстро приводится к нормативному состоянию. Иными словами, проведение сеансов аэроионизации позволяет увеличить эффективность устройств аспирации и вентиляции на рабочих местах. По возвращению шлифовщика в рабочую зону шлифовки аэроионизатор выключается. Поскольку в зоне шлифовки после возвращения работник еще определенное время выполняет иные операции, не связанные с генерацией аэрозоля, то можно говорить о снижении продолжительности воздействия на работника высокодисперсного аэрозольного загрязнения от шлифовки.
С динамикой изменений фракционного состава аэрозольного загрязнения воздуха в зоне шлифовки при обычном осуществлении производственных операций и при проведении мероприятий по искусственной ионизации представлена на рис. 3.
Согласно физическим законам массивные аэрозольные частицы большого диаметра более быстро выводятся из воздушной среды в силу действия гравитационных сил. Напротив, высокодисперсные аэрозольные частиц в силу броуновского движения способны длительное время находиться в воздухе. В случае осуществления искусственной ионизации воздуха рабочей зоны после окончания операции шлифовки керамических изделий наблюдается существенно быстрое уменьшение концентрации аэрозольных частиц респирабельной фракции. Таким образом, искусственная ионизация позволяет быстрее воздуха очистить загрязненный воздух, что приводит в конечном счете к снижению среднесменной концентрации аэрозоля в зоне дыхания работника.
Поскольку согласно результатам АРМ шлифовщиков по условиям труда наблюдаются превышения среднесменных концентраций пыли керамики над установленными ПДК (2 мг/м3) в 2,6 раза (класс условий труда 3.2), эффективность предложенных мероприятий по улучшению условий труда оценим путем расчета пылевой нагрузки (ПН) на органы дыхания работника. Контрольная пылевая нагрузка (КПН) керамической пыли, рассчитанная из величины ПДК 2 мг/м3, 25 лет стажа работы и 250 рабочих смен в году составляет 120 г. Без проведения мероприятий по искусственной ионизации величина ПН на органы дыхания работника соответствует 3.1 классу условий труда. При периодической ионизации зоны продолжительностью 10 мин среднесменная концентрация пыли керамики снижается до величины 3,2 мг/м3 (класс условий труда 3.1), при ионизации зоны шлифовки продолжительностью 20 мин – до величины 1,8 мг/м3 (класс условий труда 2). При указанной продолжительности периодической ионизации пылевая нагрузка на органы дыхания снижается соответственно до уровней 140 г (класс условий труда 3.1) и 79 г (класс условий труда 2) соответственно. Показатели улучшения классов условий труда в результате реализованных мероприятий, усредненные по всем аттестуемым рабочим местам шлифовщиков, представлены в табл. 3.
Таким образом, на примере рабочих мест шлифовщиков доказана возможность и целесообразность осуществления мероприятий по улучшению условий труда путем периодического применения средств искусственной ионизации воздуха рабочей зоны с аэрозольным загрязнением, во время отсутствия работника в такой зоне. Улучшение условий труда достигнуто на всех рабочих местах, в 65÷78 % случаях после внедрения мероприятий условия труда могут быть охарактеризованы как допустимые, что подтверждает эффективность предложенных и реализованных мероприятий.
Мероприятия по предотвращению распространения аэрозольного загрязнения в производственном помещении
Характерной для машиностроительных производств является ситуация, когда ряд рабочих мест с различными опасными и вредными производственными факторами размещается в пределах одного производственного помещения. В таких условиях актуальным с точки зрения обеспечения безопасных условий труда является ограничение и снижение вредного воздействия производственного фактора, возникающего в пределах конкретного рабочего места или в пределах определенной производственной зоны помещения, на смежных рабочих местах, напрямую не связанных с производственным фактором.
Сущность предложенных мероприятий основывается на формировании «ионной завесы» на границах рабочих зон, что предотвращает распространение аэрозольного загрязнения по всему помещению. Обозначенный выше подход к разработке мероприятий по улучшению условий труда апробирован на практике.
В производственном помещении сборочного цеха расположены рабочие места сварщиков, резчиков и слесарей механосборочных работ, причем расположение рабочих зон таково, что возможно выделить зону А активного аэрозольного загрязнения (рабочие места, на которых осуществляется сварка и резка металла) и зону Б, на которой выделения аэрозолей в воздух рабочей зоны не происходит (зону осуществления механосборочных работ) (рис. 4). Геометрия производственного помещения и взаиморасположение рабочих мест позволяет также выделить зону переноса загрязнения (зону В) из зоны генерации (т.е. из зоны А) в зону воздействия (т.е. в зону Б).
Эффективность реализованных мероприятий по улучшению условий труда слесарей механосборочных работ проследим путем исследования характера и параметров изменения массовой концентрации аэрозольных частиц в зависимости от места отбора пробы в производственном помещении и реализуемых мероприятий по искусственной аэроионизации в зоне В.
Изменение массовой концентрации аэрозольных частиц по помещению при обычных условиях (а) и при реализации мероприятий по улучшению условий труда (б) представлено на рис. 5.
Для оценки условий труда слесарей механосборочных работ до и после реализации мероприятий определим соответствующие классы условий труда. В качестве химического состава аэрозоля преимущественно фиброгенного действия выберем основной компонент твердой составляющей сварочного аэрозоля – оксиды железа (ПДК – 6 мг/м3). Отметим, что указанная ПДК согласуется с принятой ранее ПДК для твердой составляющей сварочного аэрозоля и до сих пор зачастую применяется в экспресс оценках условий труда.
До проведения мероприятий по ионизации зоны В условия труда слесарей механосборочных работ характеризуются классом условий труда 3.1 и определяются переносом сварочного аэрозоля из зоны А в зону Б.
При реализации мероприятий по проведению искусственной ионизации воздуха в зоне переноса В наблюдается уменьшение концентрации аэрозоля вплоть до величин, позволяющих добиться улучшение условий труда по показателю «Воздух рабочей зоны» слесарей механосборочных работ до допустимых с классом условий труда 2.
Таким образом, предложенная нами методология разработки мероприятий по улучшению условий труда и основные направления применения аэроионизирующего оборудования и систем продемонстрировали свою высокую эффективность и полезность. При этом следует различать мероприятия по улучшению условий труда, направленные (1) на нормализацию аэроионного состава, (2) на увеличение скорости оседания аэрозольных частиц и естественной очистки воздуха рабочей зоны, (3) на уменьшение или исключение распространения аэрозольного загрязнения по объему производственного помещения.
Помимо этого, разработанные нами принципы организации производственного контроля аэроионного состава и предложения по доработке существующей нормативной базы, регламентирующей порядок проведения инструментальных исследований аэроионного состава, позволяют повысить объективность и качество оценки условий труда в рамках проведения аттестации рабочих мест по условиям труда. В частности, нами предложено дополнительно отдельно проводить исследования групп легких и средних промежуточных аэроионов, а также указаны дополнительные критерии и параметры качества и безопасности в отношении аэроионного состава воздуха рабочей зоны.
Разработанные организационные и инженерно-технические решения по улучшению условий труда на основе взаимосвязи высокодисперсного аэрозольного загрязнения и аэроионного состава позволяют эффективно улучшить условия труда. Улучшение условий труда достигнуто на всех из рассмотренных рабочих мест, связанных с воздействием высокодисперсного аэрозольного загрязнения и/или несоответствующего нормативным требованиям аэроионного состава. На некоторых из рабочих мест после реализации предложенных мероприятий достигнуты допустимые условия труда, что обеспечило повышение работоспособности, производительности и качества труда.
Список литературы
1. СанПиН 2.2.4.1294-03 Гигиенические требования к аэроионному составу воздуха производственных и общественных помещений. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы.
2. МУК 4.3.1675-03 «Общие требования к проведению контроля аэроионного состава воздуха. Методические указания».