CC BY
164
УДК 661.726
Э. А. Васильева, Р. А. Ахмедьянова, Р. С. Яруллин
ОЧИСТКА ВОЗДУХА РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
ОТ ЭТИЛ- И БУТИЛАЦЕТАТА
Ключевые слова: воздух, этилацетат, бутилацетат, концентрация вредных веществ в воздухе.
Рассмотрены основные производства, воздух рабочей зоны которых загрязнен органическими ацетатами. Приведены нормативные документы, регламентирующие концентрации этил- и бутилацетата в воздухе производственного помещения. Описаны и проанализированы способы очистки воздуха от паров этилацетата и бутилацетата.
Keywords: air, ethyl acetate, butyl acetate, the concentration of harmful substances in the air.
The main productions, air work area of which is contaminated with organic acetates are reviewed. Normative documents regulating the concentration of ethyl and butyl acetate in the air of industrial premises are presented and ways to clean the air of vapors of ethyl and butyl acetates are described and analyzed.
Экологическая безопасность - актуальная тема современного мира. Залог здоровья рабочего персонала заключается в благоприятном микроклимате производственного помещения. Качество воздуха оказывает непосредственное влияние не только на самочувствие человека, но и на продолжительность его жизни. К наиболее опасным загрязнителям воздуха рабочих зон относят органические растворители. В связи с этим многие предприятия стоят перед задачей очищения вентиляционных выбросов и воздуха рабочей зоны от паров органических растворителей, выделяющихся в производственном процессе [1, 2].
Благодаря своим физико-химическим свойствам, невысокой стоимости и относительно низкой токсичности этилацетат и бутилацетат нашли широкое применение в качестве растворителей в различных процессах [3].
Существует большое количество производств, воздух рабочей зоны которых подвержен загрязнению органическими ацетатами:
- производство хромовых соединений: ПАО «Новотроицкий завод хромовых соединений» (Оренбургская область), АО «Актюбинский завод хромовых соединений», который ежегодно выбрасывает в атмосферу 1,0114т бутилацетата (Казахстан) [4],
- флексопечать: ЗАО «Данафлекс», ООО «Данафлекс-Нано» (г. Казань), ООО «ПТК Юнифол» (Московская область), ООО «Алькор» (Магнитогорск), ООО «Индастри Пак» (г. Москва);
- производство взрывчатых веществ: ФКП «Чапаевский механический завод» (Самарская область), ФКП «Казанский государственный казенный пороховой завод» (г. Казань), ФКП «Бийский олеумный завод» (Алтайский край), ФКП «Тамбовский пороховой завод» (Тамбовская область), ОАО «Новосибирский механический завод «Искра» (г. Новосибирск), ФКП «Комбинат «Каменский» (Ростовская область);
- производство уксусной кислоты, ацетоуксусного эфира, ацетилацетона: ООО «Дмитриевский химический завод-производство» (Ивановская область);
- пищевая и парфюмерная промышленности: ООО «Гемера М» (Московская область), ПАО «Нэфис Косметикс» (г. Казань);
- сточные воды нефтехимических производств и производств оргстекла: ОАО «Дзержинское оргстекло» (Нижегородская область), ОАО «Газпром нефтехим Салават» (Башкортостан);
Наиболее широкое применение алкилацетаты получили в качестве растворителей для красок, применяющихся при печати, благодаря высокой летучести и хорошей растворимости [1]. Применение этил-и бутилацетата основано на их физических свойствах, так как одним из механизмов закрепления краски на поверхности материала является испарение растворителя. Так, при покраске материалов в воздух рабочей зоны выделяется 20^30 % паров используемых растворителей, а при сушке оставшиеся 70^80 % [5]. На загрязнение воздушной массы рабочей зоны также оказывает влияние негерметичность соединений аппаратуры [6].
Не только воздух рабочей зоны может быть загрязнен этилацетатом и бутилацетатом. Жилые помещения также подвержены их
токсикохимическому загрязнению. Причина очень проста и заключается в применении неэкологичных строительно-отделочных материалов, мебели, использовании продукции бытовой химии, косметических и лекарственных препаратов, наличии промышленных выбросов и работы транспортных средств. Например, в процессе эксплуатации строительных и бытовых изделий ацетаты могут выделяться из линолеума (бутилацетат); мебели, изготовленной из древесно-стружечных плит (бутилацетат); бумажных обоев с клеем (этилацетат); клеящих мастик (этилацетат); мебели из дерева, паркета (бутилацетат); лакокрасочных покрытий (бутилацетат); ковровых изделий (этилацетат) [7].
Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны регламентируется общими санитарно-гигиеническими требованиями к воздуху рабочей зоны ГОСТ 12.1.005-88. Необходимо проводить систематический контроль показателей воздуха для предупреждения возможности превышения предельно допустимых концентраций. Данный производственный контроль позволяет обеспечить выполнение мероприятий по охране атмосферного воздуха и требований охраны окружающей среды [5, 8, 27].
Сегодня действуют методические указания Минздрава России, утвержденные в 2002 году, для определения массовых концентраций паров вредных веществ в воздухе рабочей зоны методом фотоионизационного детектирования.
Этил- и бутилацетаты относятся к IV классу опасности, обладают общетоксическим и раздражающим действием. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны составляет 200 мг/м3, максимальная разовая 0,1 мг/м3 и среднесменная 50 мг/м3, порог обоняния 0,6 мг/м3. Тот факт, что порог обоняния работником этил- и бутилацетата в 6 раз выше концентрации максимальной разовой дозы, придает особое значение выявлению загрязнений воздушной массы и ее очистке. [9]. Для достижения максимально допустимых концентраций приходится вводить в действие установки, очищающие воздух рабочей зоны от паров органических соединений. Данные установки могут быть дорогостоящими, что может затруднить процесс их введения в производственном помещении [10].
Известны [1, 7, 26] следующие способы очистки воздуха от паров этилацетата и бутилацетата: адсорбционный, абсорбционный, биологический, термический, каталитический, фотокаталитический, газораз-рядно-каталитический.
Фирмы изготовители очистительных установок, а также производительность и эффективность улавливания паров этил- и бутилацетатов для каждого способа представлены в таблице 1 [11-15].
Адсорбция - избирательное извлечение примесей из газа на твердых адсорбентах с большой удельной поверхностью. Использование адсорбционного метода целесообразно для очистки воздуха с небольшим содержанием примесей. Процесс адсорбции позволяет улавливать из воздуха вентиляционных выбросов сернистые соединения, углеводороды, в том числе этил- и бутилацетат, хлор и другие соединения [16, 17].
Принцип действия абсорбционного способа очистки воздуха от органических растворителей состоит в избирательном поглощении компонентов из газовой воздушной смеси жидкими поглотителями
[18]. К достоинствам данного способа очистки воздуха можно отнести то, что он позволяет улавливать органические соединения в воздухе с молекулярной массой больше 40 атомных единиц, к недостаткам - ограниченная емкость, необходимость в своевременной замене фильтра и высокие эксплуатационные расходы.
Наибольший интерес представляет абсорбционно-биохимическая установка для очистки вентиляционного воздуха, предназначенная для чистки газов, содержащих пары растворителей и окрасочной аэрозоли. Принцип действия: интенсивное поглощение вредных загрязняющих веществ раствором на основе технической воды в насадочном скруббере с последующей регенерацией раствора при помощи микроорганизмов-деструкторов
[19]. Достоинства установки: невысокие капитальные затраты, высокая степень улавливания широкой гаммы вредных веществ, низкие эксплуатационные расходы, отсутствие химических реагентов, кислот и
щелочей, пожарная безопасность, минимальное техническое обслуживание, отсутствие
изнашиваемых и заменяемых частей, гарантируемый срок службы не менее 15 лет.
Биологический способ или биоочистка [6, 20] представляет собой относительно простой и экономичный процесс очистки отработанного воздуха, содержащего летучие органические соединения. Принцип действия основан на способности микроорганизмов разлагать вредные и пахучие вещества до простых соединений - двуокиси углерода и воду. Достоинство биоочистки большой срок эксплуатации, к недостаткам относятся большие габариты оборудования, затраты на энергию для увеличения давления, необходимость в дополнительном орошении, высокая избирательность штаммов микроорганизмов, что затрудняет переработку многокомпонентных смесей.
Термический способ основан на обезвреживании паров органических растворителей и газов путем их термического окисления преимущественно до СО2 и Н2О в интервале температур 750-1200 °С. Достоинства: простота конструкции, высокая эффективность при большой концентрации органических паров; недостатки: дорогое обслуживание, высокие температуры.
Каталитический способ считается перспективным для очистки многокомпонентных газовых смесей и когда применение других методов нецелесообразно [21]. Применяют катализаторы на основе меди и хрома, алюминия и платины, платины на нихромовой проволоке, оксидов металлов ЯИ, N1, Со, Бе, нанесенных на керамические материалы. Так, отходящие газы производства магнитной ленты, содержащие пары метил- и бутилацетатов с концентрацией 2-5 г/м3, очищают на опытной установке, производительностью 6 м3/г газа на меднохромоксидном катализаторе НИИОГАЗ-8Д при 350-380оС [22, 23]. Данный способ обладает рядом достоинств: мягкие условия протекания процесса, возможность проведения очистки воздуха с низкой концентрацией вредных веществ, долговечность катализатора (до 30 лет) и возможность его переработки с целью извлечения драгоценных металлов. Недостаток - высокая стоимость катализаторов [24].
Фотокаталитический способ очистки воздуха от паров органических соединений протекает на поверхности катализатора (на основе ТЮ2) под воздействием ультрафиолетового излучения. В этом случае происходит окисление органических веществ до простых, безвредных компонентов чистого воздуха. Достоинства: простота оборудования и высокая эффективность. Недостатком метода является дезактивация катализатора продуктами реакции [14, 22].
В плазмохимическом способе предварительно очищенный от пыли воздух попадает под воздействие низкотемпературного плазменного поля. Далее происходит молекулярная деструкция органических соединений - электроны бомбардируют атомы вредных газообразных веществ с выделением озона, под воздействием которого протекает превращение вредных соединений в безопасные. После этого проводят финишную обработку воздуха. К достоинствам данного спо-
соба очистки можно отнести: малые капитальные и эксплуатационные затраты, высокую степень очистки. Недостатки: сложность обслуживания установки, затраты на электроэнергию [14].
Принцип действия газоразрядно-каталитического способа похож на предыдущий, с той лишь разницей, что загрязненный воздух обрабатывается объемным барьерным разрядом с напряжением 5000-10000 Вольт и частотой 50-500 Герц. Под действием высокочастотной плазмы происходит разрушение молекул органических веществ и их окисление кислородом до паров воды и углекислого газа [25].
Таблица 1 - Характеристики способов очистки воздуха от паров этилацетата и бутилацетата
Способы Фирмы- Макси- Эффек-
очистки изготови-тели мальная тивность
очис- про- улавли-
тительных изводи- вания, %
установок тель- ность, м3/час
Адсорбцион- Vokes-Air 2500 98
ный Group, Philips, Honeywell, VENTA
Абсорбцион- IesAir 40000 99,8
ный
Биологичес- ECOLO 20000 70-85
кий НПП «Сфера» 60000 85
Термический ООО Агентство «Яромакс» 5000 99
Каталитичес- Компания 10000 90-95
кий «Перспектива»
Фотокатали- НПП 10000 80-90
тический «Экопромика»
Плазмохими- Компания 8000 90-95
ческий «Перспектива»
Газоразрядно- ООО "Завод 10000 70-90
каталити- Ятаган"
ческий
Выводы
Обобщая выше сказанное, можно сделать заключение о том, что очистка воздуха рабочей зоны производственных помещений от этил- и бутилацетата имеет большое экологическое значение. Современная наука предлагает различные пути решения данной проблемы. Разработанные установки отличаются принципом работы, производительностью,
эффективностью улавливания и обезвреживания органических паров. Сравнительный анализ основных способов очистки показывает, что для очистки воздуха от паров этил- и бутилацетата наиболее приемлем абсорбционный способ. Данный способ отличают высокие степень извлечения из воздуха изучаемых веществ (до 99,8%) и производительность.
Отсутствие необходимости применения
дорогостоящих катализаторов или адсорбентов позволяет удешевить процесс.
Литература
1. Т.Д. Лыкова. Известия высших учебных заведений, 1, 6, 3438 (2009).
2. Д.В. Букин, А.Л. Акимов, С.В. Шарапов, Вестник СПб института ГПС МЧС России, 1, 4, 8-14 (2006).
3. И.Э. Веретенникова, Г.Ю. Федоров, Вестник магистратуры, 1, 5, 84-88 (2014).
4. О.В. Чекмарева, С.В. Шабанова, О.Е. Бударников, Промышленная экология. ГОУ ОГУ, Оренбург, 2008. 40-50 с.
5. Т.Д. Яловая, Е.Д. Климова, Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела, 5, 67-76 (2012).
6. Е.А. Лебедева, Охрана воздушного бассейна от вредных технологических и вентиляционных выбросов. ННГАСУ, Нижний Новгород, 2010. 52-63 с.
7. В.П. Малышев, Стратегия гражданской защиты: проблемы и исследования, 3, 1, 194-205 (2013).
8. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. ГОСТ 12.1.005-88.
9. Методические указания. МУК 4.1.1126-02. Минздрав России, Москва, 2012.
10. Х. Кинле, Э.Бадер, Активные угли и их промышленное применение. Химия, Ленинград, 1984. 83 с.
11. Официальный сайт IesAir. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://iesair.ru/, свободный.
12. Официальный сайт НПП «Сфера». [Электронный ресурс] -Режим доступа: http://www.sfera-saratov.ru/, свободный.
13. Официальный сайт ООО Агентство «Яромакс». [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.jaromax.ru/, свободный.
14. Официальный сайт компании «Перспектива». [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.plazmair.ru/, свободный.
15. Официальный сайт ООО «Завод Ятаган». [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.yatagan.ru/, свободный.
16. Ю.А. Горбатенко, Адсорбция примесей токсичного газа из загрязненного воздуха. Екатеринбург, 2014. 4 с.
17. А.Г. Ветошкин, К.Р. Таранцева, Технология защиты окружающей среды (теоретические основы). Изд-во Пенз. тех-нол. ин-та, Пенза, 2004. 49-52 с.
18. А.Г. Ветошкин, Процессы и аппараты защиты атмосферы от газовых выбросов. Изд-во Пенз. технол. ин-та, Пенза, 2003. 5 с.
19. И.Э. Веретенникова, Г.Ю. Федоров, Вестник магистратуры, 1, 5, 84-88 (2014).
20. H.C. Flemming, J. Wingender, Nature Reviews Microbiology, 9, 623-633 (2010).
21. Г.А. Быстров, В.М. Гальперин, Б.П. Титов, Обезвреживание и утилизация отходов в производстве пластмасс. Химия, Ленинград, 1982. 151 с.
22. Т.Г. Алхазов, Л.Я. Марголис, Глубокое каталитическое окисление органических веществ. Химия, Москва,1985. 142 с.
23. А.Г. Ветошкин, К.Р. Таранцева, Технология защиты окружающей среды (теоретические основы). Изд-во Пенз. технол. ин-та, Пенза, 2004. 124-134 с.
24. Н.М. Привалова, М.В. Двадненко, А.Н. Шабанов, Современные наукоемкие технологии, 2, 56 (2004).
25. В.Ю. Петров, Экология производства, 1, 46-51 (2012).
26. А.К. Сафиуллина, Вестник Казанского технологического университета, 18, 20, 150-152 (2015).
27. И.А. Храмова, Вестник Казанского технологического университета, 15, 1, 259-265 (2012)
© Э. А. Васильева - магистрант каф. ТСК КНИТУ, elina.vasiljeva@mail.ru; Р. А. Ахмедьянова - д.т.н., профессор каф. ТСК КНИТУ, achra@kstu.ru; Р. С. Яруллин - д.х.н., проф. каф. ТСК КНИТУ, jarullin@tnhi.mi.ru.
© E. A. Vasiljeva - Master student of the Department of Synthetic Rubber Technology KNRTU, elina.vasiljeva@mail.ru; R. A. Akhmedyanova - Doctor of technical sciences, Professor of the same Department, achra@kstu.ru; R. S. Yarullin - Doctor of chemical sciences, Professor of the the same Department, jarullin@tnhi.mi.ru.
