CC BY
32
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЫЛИ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФИЛЬТРА
ИЗ ТКАНИ ФПП-15-1,5
Младший научный сотрудник Р. С. Гильденскиольд, младший научный сотрудник А. А. Минаев
Из Московского научно-исследовательского института гигиены имени Ф. Ф. Эрисмана
Министерства здравоохранения РСФСР
Для количественного определения загрязнения атмосферного воздуха пылью в гигиенической практике Советского Союза принят аспи-рационный метод, основанный на выделении дисперсной фазы из дисперсионной среды. В качестве фильтрующего материала используют: хлопчатобумажную гигроскопическую вату, стеклянную и минеральную вату различных сортов, бумажные и мембранные фильтры, фильтры из органических соединений и, наконец, керамические фильтры. Недостатком хлопчатобумажной ваты при использовании ее в качестве фильтрующего материала является ее большая гигроскопичность, требующая длительного повторного высушивания при температуре 105°.
Еще большим недостатком обладают бумажные фильтры, вес которых после высушивания может увеличиться за счет влаги на 3 мг (В. А. Меркулов). Помимо этого, производить отбор проб воздуха со скоростями 120—150 л!мин на бумажные фильтры практически невозможно вследствие большого сопротивления фильтров току воздуха.
Б. Е. Андронов (1941) применил в качестве фильтрующего материала для определения запыленности воздуха рабочих помещений различные сорта минеральной ваты, в частности им рекомендованы сорта «шерсть» и «шихта № 9». Е. В. Хухрина (1948) для этих целей рекомендовала использовать стеклянную вату диаметром сечения волокна 6 ц, изготовляемую заводом «Гусь Хрустальный». Фильтры из этих материалов не требуют сушки, однако для доведения до постоянного веса их необходимо выдерживать в эксикаторах. Недостатками указанных фильтров является длительность подготовки аллонжей к пылевому отбору (набивка, продувка, неоднократные взвешивания, выдерживание в эксикаторе), а также невозможность микровзвешивания из-за большой разницы веса самого аллонжа и привеса пробы.
В 1951 г. Я. Б. Резник предложил для определения весового количества и дисперсного состава пыли мембранные фильтры, достоинством которых является высокая задерживающая способность в отношении мелкодисперсной пыли (до 0,3—0,5 и). Малые скорости просасывания воздуха через мембранные фильтры (5—8 л/мин) не дают возможности использовать их для определения запыленности атмосферного воздуха.
Рядом авторов (JI. Н. Торским, 1955, и др.) были предложены фильтры из органических соединений (нафталина, бензойной кислоты и др.). Недостатком «применения данных фильтров следует считать необходимость отбора проб с малой скоростью — не более 10—15 л/мин.
По предложению В. А. Меркулова, для определения запыленности рудничного воздуха были использованы керамические (стеклянные) фильтры. Данные автора говорят о том, что керамические фильтры не гигроскопичны и обеспечивают более полное «поглощение пылевых частиц, нежели фильтры из стеклянной ваты. Керамические фильтры обладают малым собственным весом, что позволяет производить микровзвешивание. Основной недостаток этих фильтров—необходимость отбора проб воздуха с малыми скоростями, что не позволяет использовать их для исследования запыленности атмосферного воздуха.
В настоящее время для определения запыленности атмосферы Московский научно-исследовательский институт гигиены имени Ф. Ф. Эри-смана и ряд санитарно-эпидемиологических станций страны применяют автомобильный аспиратор системы Института имени Ф. Ф. Эрисмана, отбор проб воздуха в котором осуществляется на металлические аллонжи с фильтром из стеклянной ваты. Вес готового фильтра с аллонжем составляет 40—50 г, а сопротивление при скорости протягивания воздуха, равной 150 л/мин, — 50 мм вод. ст. Для получения выраженного привеса аллонжа необходимо просасывать не менее 3 мъ воздуха, поэтому время отбора одной пробы воздуха примерно составляет 20 минуг, что, естественно, приводит к некоторому осреднению определяемой концентрации пыли. Применяемый в автомобильном транспорте фильтр обладает рядом недостатков, описанных выше.
Все изложенное поставило перед нами задачу найти такие фильтрующие материалы, которые не обладали бы отмеченными недостатками, а именно не требовали бы затраты большого количества времени на подготовку к исследованиям, позволяли бы производить достаточно точное микровзвешивание, обладали бы хорошей задерживающей способностью при малом сопротивлении фильтра и обеспечивали бы возможность кратковременного отбора пробы воздуха за счет высокой скорости протягивания воздуха.
Почти всеми этими достоинствами обладает фильтр из ткани ФПП-15-1,5.
По данным лаборатории аэрозолей Института гигиены труда и профессиональных заболеваний АМН СССР (А. И. Франк, 1959), фильтр из ткани ФПП-15-1,5 гидрофобен, легко доводится до постоянного веса, имеет малый собственный вес, что позволяет производить микровзвешивание. В связи с незначительным собственным весом фильтра привес задержанной пыли, равной 1 мг, считается достаточным при определении запыленности воздуха.
Пылевые частицы плотно оседают на поверхности фильтра, чему способствует его постоянная наэлектризованность, так как ткань получается методом электростатического прядения. Положительным качеством ткани ФПП-15-1,5 является и то, что она обладает способностью просветляться (например, под действием паров ацетона). Это обстоятельство может быть использовано для определения дисперсного состава пыли, отобранной на фильтр.
В предложенной Институтом гигиены труда и профзаболеваний АМН СССР конструкции пылевого патрона обеспечена возможность протягивания воздуха через фильтр из ткани ФПП-15-1,5 со скоростью до 100 л!мин, т. е. решена задача определения запыленности в рабочих помещениях.
Для проведения исследований на запыленность атмосферного воздуха весовым методом скорость просасывания воздуха в 100 л/мин является недостаточной. Поэтому мы поставили перед собой задачу: изучить возможность использования ткани ФПП-15-1,5 при высоких скоростях протягивания воздуха порядка 150, 200 и 250 л/мин. Для этой цели нами был разработан и изготовлен патрон-насадка с кассетой, служащей фильтродержателем, и конусообразный разборный стакан, обес-
печиваюхций уравнивание скорости протягиваемого через фильтр воздуха со скоростью движения ветра в момент отбора пробы К
В патроне-насадке нашей конструкции рабочая поверхность фильтра лежит на латунной сетке кассеты, а не на крестовине, как в патроне Института гигиены труда и 'профзаболеваний АМН СССР, и размер рабочей поверхности фильтра значительно увеличен — с 24,6 до 38,46 см2, что позволяет резко повысить нагрузку на фильтр и обеспечить высокие скорости протягивания воздуха.
Нами была проведена экспериментальная проверка фильтра из ткани ФПП-15-1,5 в предлагаемом патроне-насадке на проскок мелкодисперсной бытовой и каменноугольной пыли весовым методом при скоростях просасывания воздуха, равных 150, 200, 250 л!мин. Дисперсный состав пыли (при отборе проб с помощью седиментатора Грина) следующий: до 3 ¡л—83,5%; 3—6 |х—9,75°/о и более 6 jli—6,75%.
Контрольный фильтр помещали в патрон-насадку за рабочим фильтром на расстоянии не свыше 10 мм. Взвешивание фильтром производили на аналитических весах типа АДВ-200. Погрешность взвешивания от неравноплечности весов составляет ±0,3 мг.
Экспериментальные исследования проводили в атмосфере искусственного интенсивного запыления специального помещения. Результаты исследований, представленные в табл. 1, показывают, что фильтр из ткани ФПП-15-1,5 в предлагаемом патроне-насадке обеспечивает полное улавливание пыли (по весовому методу определения). Даже при большом содержании в исследуемом воздухе пыли и значительной нагрузке на рабочий фильтр (максимальный привес 123,9 мг) показания контрольного фильтра во всех случаях определений лежат в пределах паспортной погрешности весов. Проскок ультрамикроскопических пылевых частиц через указанный фильтр мы не изучали.
Таблица 1
Эффективность улавливания мелкодисперсной бытовой и угольной пыли фильтром из ткани ФПП-15-1,5 при различных скоростях протягивания воздуха
«с ь Э с
Пыль бытовая
привес в мг при скоростях протягивания
150 л ¡мин | 200 л/мин | 250 л ¡чин
Пыль угольная
привес в мг при скоростях протягивания
150 л/мин | 200 л ¡мин
250 л/мин
фильтры
ж
S V
о о
сз
о.
<0
К О Q.
KZ
о 3 х х
«
X у
о >о со сх
А ^
О
о.
н __
о 3
X X
ег о о сз См
А п о
CL
X <2
о з
X X
ХГ
ё со Си
J3
с; о си
о 3
* х
5Р О О СО Си
А
a
о 3
* X
зС X гг О \о со CL
•Q
с; о а.
н ^
si
tc X
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 Максимальное Среднее Минимальное
7,62 123,9
13.1 23,3 13,0 51,0 40,7 11,5
12.2 8,9
123,9
30,52 7,62
0,2 0,2 0,2 0,0 0,1 0,0 0,2 0,2 0,0 0,1 0,2
0,12 0,0
54,4 25,9 48,9
34.2 42,8
42.3 21,8 31,7
21.7
44.8
54.4
36,85 21 ,7
0,1
0,2 0,2 0,0 0,1 0,0 0,1 0,1 0,0 0,2 0,2
0,1 0,0
28,0
20.3 37,6 20,1
28.5 18,9 24,0 28,2
31.4 26,8
37.6
25,38 18,9
0,2 0,1 0,2 0,3 0,0 0,2 0,3 0,1 0,3 0,1 0,3
0,18 0,0
31,4 40,7 16,4 12,4 9,4 30,2 35,0 20,4 24,9
34.6
40.7
25,54 9,4
0,2 0,0 0,0 0,0 0,2 0,1 0,0 0,0 0,0 -0,05 0,2
0,05 -0,05
37.6
78.7
33.0 63.4 88,2
23.4
90.5
75.1 60,0
90,5
61,0 23,4
-0,05 0,0 0,0 0,05 0,1 0,1 0,0 0,2 0,0
0,2
0,04 —0,05
28,9 78,7
72.1
82.2 71,5 61,4 61 ,4 75,4 81 ,8 30,0 82,2
64,54 28,9
0,1 -0,2 -0,1 0,0 0,2 —0,05 0,0 0,2 0,2 0,2 0,2
0,07 -0,2
1 В разработке патрона-насадки принимал участие техник
Ф. Ф. Эрисмана С. В. Этинг.
Института имени
Нами была поставлена серия параллельных исследований запыленности атмосферного воздуха с помощью фильтров из ткани ФПП-15-1,5 в нашем патроне-насадке и фильтров из стеклянной ваты в металлическом аллонже. Как в лабораторных, так и в пылевых условиях через фильтры протягивали по 3 мъ воздуха со скоростью 150 л/мин.
Полученные нами абсолютные значения привеса фильтров (наиболее показательные из общего числа определений) приведены в табл. 2.
Таблица 2
Улавливание пыли фильтром из ткани ФПП-15-!,5 и из стеклянной ваты в параллельном опыте (при просасывании 3 м3 воздуха)^
Xt опыта Привес фильтров в мг Разница привесов пыли в мг Улавливание пыли фильтром из стеклянной ваты по отно- Примечание
из ткани ФПП-15-1,5 из стеклянной ваты шению к фильтру ФПП-15-1,5 в %
2 3 5 40,7 38,9' 51,0 33,4 31,9 42,2 • 7,3 7,0 10,8 82,0 82,0 78,8 Опыты проводили в условиях искусственного запыления
7 8 9 10 2,6 2,8 5,6 2,4 1,2 1,5 2,8 1,2 1,4 1,3 2,8 1,2 46,2 53,6 50,0 50,0 Опыты проводили в полевых условиях
Из данных табл. 2 видно, что применяемый в санитарной практике металлический аллонж с фильтром из стеклянной ваты не обеспечивает полноту улавливания пыли из исследуемого атмосферного воздуха и по сравнению с предлагаемым нами методом дает проскок максимально до 50%. Наихудшее улавливание пыли фильтром из стеклянной ваты наблюдается в случаях небольшой нагрузки, т. е. в условиях, характерных для исследования атмосферной загрязненности, что, по-видимому, связано с недостаточной насыщенностью фильтра из стеклянной ваты отобранной пылью (процесс созревания фильтра).
Таким образом, проведенная нами экспериментальная проверка позволяет рекомендовать для работы санитарно-эпидемиологических станций и гигиенических институтов по изучению запыленности атмосферного воздуха использование в качестве фильтрующего материала ткани ФПП-15-1,5, заключенной в патрон-насадку нашей конструкции.
Предлагаемый патрон-насадка позволяет использовать для отбора проб воздуха автомобильный аспиратор системы Московского научно-исследовательского института гигиены имени Ф. Ф. Эрисмана, имеющийся на обеспечении многих санитарно-эпидемиологических станций страны. Скорость отбора пробы воздуха остается общепринятой, т. е. 150 л/мин, однако продолжительность отбора значительно сокращается — с 20 до 7 минут, так как высокая чувствительность нового метода позволяет сократить объем протягиваемого воздуха до 1 мг.
Общий вид аспирационной части автомобильного аспиратора в рабочем положении представлен на рис. 1.
Патрон-насадка состоит из 4 основных частей (аксонометрия, сборка и деталировка патрона-насадки приведены на рис. 2, 3, 4): 1) корпуса, 2) кассеты, 3) крышки, 4) разборного конусовидного стакана.
1. Корпус «В» (рис. 2, 4) изготовляется из алюминия и служит для помещения кассеты с фильтром и для крепления патрона в Т-образной трубке — аспирационной части автомобильного аспиратора. С наружной стороны корпуса насадки имеется два штифта, с помощью которых крепится крышка патрона-насадки (замок байонет).
2. Кассета «Б» (рис. 2, 4) изготовляется из бронзы и состоит из двух частей: а) собственно кассеты (корпус) с донышком из латунной сетки, применяемой в металлических аллонжах. С обратной стороны кассеты имеется размером 3 мм бортик,
при помощи которого кассета прочно входит в насадку; б) разрезного бронзового кольца, служащего для крепления фильтрующей ткани. Кольцо по краям разреза снабжено двумя отверстиями диаметром по 2 мм, в которые вставляется пинцет для того, чтобы извлечь кольцо из кассеты.
Рис. 1. Общий вид аспирационной части автомобильного аспиратора в рабочем положении.
Рис. 2. Аксонометрия патрона-насадки.
А — крышка; Б — кассета; В —корпус.
3. Крышка «А» (рис. 2, 4) изготовляется из алюминия и служит для крепления в патрон-насадке кассеты с фильтром, а также для присоединения к патрону разборного конусовидного стакана. С внутренней стороны крышка снабжена резиновоь поокладкой, обеспечивающей полную герметичность
крепления кассеты. В боковой стен-, ке крышки имеются две косые проре
5 6 7 зи—элементы замка байонета. На перед
л | | \ \ ней стороне крышки имеется размером
10 мм бортик, на который надевают разборный конусовидный стакан. Для удобства поворота крышки на наружной боковой поверхности ее сделана накатка.
4. Разборный конусовидный стакан (рис. 5), изготовляемый из алюминия, состоит из 6 вставляемых один в другой конусов с диаметром входных отверстий 11,7; 20; 25; 32; 40; 56 мм. Назначение конусовидного стакана: а) уравнять скорость просасываемого через аспиратор воздуха во входном отверстии со скоростью движения ветра в момент отбора пробы воздуха; б) обеспечить равномер ное поступление воздуха на всю рабочую поверхность фильтра, исключив возмож ность образования турбулентных завихрений, для чего угол конуса не должен превышать 15° (Н. В. Дегтярев).
При выборе сегмента конусовидного стакана с необходимым сечением входного отверстия следует руководствоваться графиком, представленным на рис. 6, где по линии абсцисс отложены скорости ветра в метрах в секунду, а по линии ординат — соответствующие диаметры входных отверстий.
Ниже приводится пример выбора необходимого диаметра входного отверстия разборного конусовидного стакана.
Отбор пробы воздуха на запыленность атмосферы происходит при аспирации со скоростью 150 л!мин. Скорость движения ветра равна
Рис. 3. Сборка патрона-насадки.
/—корпус; 2— винт; 3—кассета; 4 — кольцо; 5 — крышка; 6 — сетка; 7 — прокладка.
»
Рис. 5. Разборный конусовидный стакан, состоящий из 6 конусов.
Рис. 6. Значение диаметров входных отверстий конуса в зависимости от скорости движения воздуха и скорости отбора пробы.
осью ординат, место ее пересечения и будет искомый диаметр входного отверстия конусовидного стакана, равный примерно 25 мм. В случае несоответствия необходимого диаметра входного отверстия имеющимся 6 сечениям сегментов конусовидного стакана выбирается наиболее близкое из них.
Для приготовления фильтра из полотна ткани ФПП-15-1,5 (вместе с марлевой ее основой) нарезают кружки диаметром 80 мм. Имеющийся электрический заряд ткани затрудняет дальнейшую работу с фильт-
w кругом
w кругом
'толщина й-2
" 2 от8.Ф2 <Р82--
сетку пс ять
\=_2от&№или Цю по месту
Ф61.81ш
Рис. 4. Деталировка патрона-насадки.
корпус кассеты; Б (б) — разрезное кольцо кассеты; В — корпус
крышка
Скорость протягивания боздуха 0 л/мин
------£50--
---200
--- iSO —
W Остальное
3 0 1 2 3 4 s 6 7 в Э Ю 11 12
Щ. Скорость ветра в м/сех
5 м/сек. По графику находим требуемое сечение входного отверстия конуса, для чего восстанавливаем перпендикуляр из точки на оси абсцисс, соответствующей 5 м/сек до пересечения с кривой зависимости диаметров при скорости протягивания воздуха, равной 150 л!мин. Затем линией, параллельной оси абсцисс, соединяем полученную точку с
ром, так как волокна ткани, прилипая к рукам и пинцету, отрываются от фильтра, вызывая снижение его веса. В связи с этим необходимо производить опрессовку краев фильтра. Опрессованный край обеспечивает удобство в работе и гарантирует сохранение веса фильтра при выполнении с ним требуемых манипуляций. Для опрессовки каждый кружок из ткани перекладывают калькой и по 8—10 штук их помещают в матрицу, закрывают пуансоном, после чего на ручном гидравлическом прессе при давлении 150 атм. края ткани опрессовываются. Марлевую основу ткани можно снимать как до, так и после опрессовки краев ткани. Затем каждый фильтр складывают вчетверо, помещают в пакетик из кальки и выдерживают в течение часа в помещении весовой. Далее его извлекают «из пакета, взвешивают на аналитических весах и вторично упаковывают в пакет из кальки. В таком виде фильтр готов к транспортировке и употреблению. В случае большого количества дополнительных кассет можно помещать в пакет из кальки целиком кассету с готовым взвешенным фильтром.
При отборе проб пыли из воздуха на фильтр из ткани ФПП-15-1,5, помещенный в патрон-насадку, последовательно производят следующие операции: поворотом против часовой стрелки разбирают патрон-насадку и снимают крышку. Из кассеты пинцетом извлекают разрезное кольцо На сетку кассеты пинцетом укладывают фильтр, вынутый из пакета, и расправляют его края. Пинцетом вставляют в кассету разрезное кольцо. Надевают крышку патрона-насадки и повертывают ее по часовой стрелке до упора. Вставляют патрон-насадку в Т-образную трубку автомобильного аспиратора. Надевают на патрон-насадку конусообразный стакан с соответствующим размером диаметра входного отверстия. Включают аспиратор, пользуясь задней заслонкой Т-образной трубки, отрегулировывают скорость протягивания воздуха по реометру, направляют входное отверстие конуса патрона-насадки на факел выброса. Время отбора одной пробы воздуха, как было сказано выше, зависит от режима аспирации. После отбора пробы снимают крышку патрон-насадки, пинцетом вынимают разрезное кольцо кассеты, прямо на сетке кассеты складывают фильтр вчетверо рабочей поверхностью внутрь и упаковывают отработанный фильтр в пакет из кальки.
Для проведения следующего опыта кассета может быть вторично заряжена в полевых условиях новым фильтром. Бывшие в работе фильтры выдерживают в пакетах в течение часа в лаборатории, где происходило их первоначальное взвешивание, и только после этого вторично взвешивают на тех же аналитических весах.
Следует сказать, что принцип отбора одновременно двух проб воздуха в одной точке необходимо соблюдать и при работе с фильтрами из ткани ФПП-15-1,5.
л ИТЕРАТУРА
V 4 * •
Андронов Б. Е. Гиг. и здоровье, 1941. № 3, стр. 70. — Гер нет Е. В. Гиг. и сан., 1958, № 2, стр 77. — Меркулов В. А. В кн.: Борьба с силикозом. М., 1959, в. 3, стр. 175. — Резник Я. Б. Гиг. и сан., 1951, № 10, стр. 28. — T о р-ский П. Н. В кн.: Борьба с силикозом. М., 1955, стр. 243. — Хухрина Е. В. В кн.: Информационно-методические материалы Центрального научно-исслед. санитар ного ин-та. М., 1948, стр. 29. — Хухрина Е. В., Воронцова Е. И. Гиг. и сан.. 1954, № 11, стр. 20.
Поступила 24/11 1961 г.
