книги / Наночастицы и наноматериалы с огромным потенциалом и возможными рисками

ется в виду поток воздуха с постоянной скоростью и примерными параллельными линиями тока по всему поперечному сечению чистой зоны (рис. 14.3). Изначально чистые помещения с однонаправленным потоком относили к категории чистых помещений с так называемым «ламинарным потоком», что не вполне отвечает действующим в России стандартам ГОСТ Р ИСО 14644. Неоднонаправленный поток часто называют турбулентным потоком. И границей между ними является класс чистоты 5 (ИСО.) Система обеспечения воздухом, конструктивные особенности и требуемые затраты на создание чистого помещения в значительной степени зависят от характера потока воздуха.

Рис. 14.3. Чистые помещения с однонаправленным потоком воздуха

Различают три состояния чистого помещения:

1) построенное: чистое помещение построено и функционирует, но без технологического оборудования, материалов

иперсонала;

2)оснащенное: построено и функционирует, установлено

иотлажено технологическое оборудование, но нет персонала;

3)эксплуатируемое: функционирует в соответствии с заданными требованиями и с определенной численностью персонала, которыйработает построгорегламентированной документации.

321

Подобное разграничение имеет одинаково важное значение на всех стадиях проектирования, строительства, аттестации и эксплуатации чистых помещений. Во многих случаях оно учитывается системой классификации чистых помещений, например правилами производства лекарственных средств Евросоюза – GMP EC, атакже группой российских требований, изложенных в ГОСТ Р ИСО14644 (табл. 14.1).

Таблица 1 4 . 1 Классы чистоты для чистых помещений

Примечание. Из-за неопределенности, связанной с процессом счета частиц, при классификации следует использовать данные по концентрации, имеющие не более трех значащих цифр.

Согласно ГОСТ Р ИСО 14644-1–2002 «Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Классификация чистоты воздуха» класс чистого помещения определяется максимально допустимой концентрацией частиц определенного размера согласно формуле

322

где Сn – максимально допустимые концентрации частиц (частиц/м3); N – классификационное число; D – нижнее предельное значение размера частиц, мкм.

Основная нормативная база чистых помещений в наноиндустрии использует ГОСТ Р 51251–99 «Фильтры очистки воздуха. Классификация. Маркировка», ГОСТ Р ЕН 779 «Фильтры очистки воздуха общего назначения. Определение эффективности фильтрации», ГОСТ Р ЕН 13779 «Вентиляция в нежилых зданиях. Технические требования к системам вентиляции и кондиционирования», ГОСТ Р ИСО 14644 и 14698 «Чистые помещение и связанные с ними контролируемые среды» [50].

Эффективность улавливания частиц из воздуха фильтром зависит от механизма удаления частиц из воздуха. Существует пять механизмов, которые отделяют частицы из воздушного потока. Четыре из этих механизмов основываются на механическом поведении частиц в воздушном потоке и один – на поведении частиц в электростатическом поле:

1.Улавливание. Сетка, образованная переплетением волокон, задерживает частицы, которые больше, чем ячейки между волокнами.

2.Инерция. Из-за тяжелого веса частица пыли не способна следовать за воздушным потоком в углах и задерживается в волокнах материала фильтра.

3.Диффузия. Легкие частицы способны следовать за воздушным потоком между волокнами, но, когда частица касается волокна, она к нему прилипает и задерживается в материале фильтра.

4.Броуновское движение. Частицы, которые имеют размеры молекул, сталкиваются с молекулами газа в воздухе. Это вызывает изменение движения в произвольных направлениях. В результате столкновений частицы отклоняются от воздушного потока и задерживаются волокнами фильтровального материала.

323

5. Поведение в электростатическом поле. Разность потенциалов в электростатическом поле заставляет заряженные частицы двигаться к противоположному заряду (+ или –). Синтетические волокна фильтровального материала могут быть заряжены и создавать электростатическое поле.

В технологии фильтрации существуют следующие две технологии: фильтрация воздуха и удаление пыли.

Технология воздушной фильтрации использует всю глубину фильтровального материала, и пыль проникает в поверхность материала. Фильтры используются до тех пор, пока падение давления не достигнет критического значения. После этого фильтры заменяются. Эти фильтры используются, когда количество пыли небольшое или среднее или когда требуется высокая чистота воздуха. Скоростьвоздухачерез материал обычно3–30 см/с.

При использовании технологии удаления пыли пыль собирается на поверхности материала фильтра и автоматически удаляется импульсом сжатого воздуха, или встряхиванием фильтра, или при помощи вентилятора. Эти фильтры применяются, когда есть большое количество пыли или пыль собирается для дальнейшего использования.

Существует целый ряд признаков, которые позволяют оценить и сравнить работоспособность отдельных фильтров, а также грамотно подобрать необходимый фильтр. Это: степень очистки, падение давления, производительность по воздуху, количество задержанной пыли.

Классификация фильтров. Воздушные фильтры подразделяются согласно их эффективности фильтрации.

Согласно EН779 важным критерием является степень очистки синтетической пыли и атмосферной пыли для фильтрации класса F5–F9 в % (табл. 14.2). Степень очистки от синтетической пыли показывает вес задержанной пыли при определенных испытательных условиях в тестируемом фильтре.

Предварительные фильтры G1–G4 (EН 779).

Средняя фильтрация по весу

Ам = Min – Mout · 100 %,

324

где Min – масса пыли, задержанная фильтром; Mout – масса пыли, которая прошла сквозь фильтр.

G1. Aм < 65 (редко используется);

G2. 65 < Aм< 80 (редко используется); G3. 80 < Aм < 90;

G4. 90 < Aм.

Для этих фильтров рекомендуемая скорость воздуха (А/C), – <30 см/с. Они используются в общих системах HVAC в качестве предварительных фильтров или фильтров первой ступени.

Фильтры второй ступени F5–F9 (EН 779).

Эффективность определяется степенью удаления частиц размером 0,4 нм.

Измерения проводятся на различных величинах падения давления (стандарт определяет максимальное значение равным 450 Па), и рассчитывается эффективность фильтрации.

Соотношение А/С – 3–15 см/с; для карманных фильтров < 15 см/с и для панельных фильтров <5 см/с.

Условия для обеспечения чистоты воздуха

Одним из необходимых условий здорового и высокопроизводительного труда является обеспечение чистоты воздуха и нормальных метеорологических условий в рабочей зоне помещений.

Метеорологические условия, или микроклимат, в производственных условиях определяются следующими параметрами:

325

–температурой воздуха t (°С);

–относительной влажностью (%);

–скоростью движения воздуха на рабочем месте v (м/с). Кроме этих параметров, являющихся основными, не следует

забывать об атмосферном давлении Р, которое влияет на парциальное давление основных компонентов воздуха (кислорода и азота), а следовательно, и на процесс дыхания.

Жизнедеятельность человека может проходить в довольно широком диапазоне давлений 734–1267 гПа (550–950 мм рт. ст.). Однако здесь необходимо учитывать, что для здоровья человека опасно быстрое изменение давления, а не сама величина этого давления. Например, быстрое снижение давления всего на несколько гектопаскалей по отношению к нормальной величине 1013 гПа (760 мм рт. ст.) вызывает болезненное ощущение.

Температура. Необходимость учета основных параметров микроклимата может быть объяснена на основании рассмотрения теплового баланса между организмом человека и окружающей средой производственных помещений.

Величина тепловыделения организмом человека Q зависит от степени физического напряжения в определенных метеорологических условиях и составляет от 85 (в состоянии покоя) до

500Дж/с (тяжелая работа).

Отдача теплоты организмом человека в окружающую среду

происходит в результате теплопроводности через одежду Qт, конвекции у тела Qк, излучения на окружающие поверхности Qи, испарения влаги с поверхности кожи Qисп. Часть теплоты расходуется на нагрев вдыхаемого воздуха Qв.

Нормальное тепловое самочувствие (комфортные условия), соответствующее данному виду работы, обеспечивается при соблюдении теплового баланса

Q = Qт + Qк + Qи + Qисп + Qв,

поэтому температура внутренних органов человека остается постоянной (около 36,6 °С). Эта способность человеческого организма поддерживать постоянной температуру при изменении

326

параметров микроклимата и при выполнении различной по тяжести работы называется терморегуляцией.

При высокой температуре воздуха в помещении кровеносные сосуды кожи расширяются, при этом происходит повышенный приток крови к поверхности тела и теплоотдача в окружающую среду значительно увеличивается. Однако при температурах окружающего воздуха и поверхностей оборудования и помещений 30–35 °С отдача теплоты конвекцией и излучением в основном прекращается. При более высокой температуре воздуха большая часть теплоты отдается путем испарения с поверхности кожи. В этих условиях организм теряет определенное количество влаги, а вместе с ней и соли, играющих важную роль в жизнедеятельности организма, поэтому в горячих цехах рабочим дают подсоленную воду.

При понижении температуры окружающего воздуха реакция человеческого организма иная: кровеносные сосуды кожи сужаются, приток крови к поверхности тела замедляется и отдача теплоты конвекцией и излучением уменьшается.

Относительная влажность. Влажность воздуха оказывает большое влияние на терморегуляцию организма. Повышенная влажность (φ > 85 %) затрудняет терморегуляцию из-за снижения испарения пота, а слишком низкая влажность (φ < 20 %) вызывает пересыхание слизистых оболочек дыхательных путей. Оптимальныевеличиныотносительнойвлажности составляют 40–60 %.

Вентиляция. Движение воздуха в помещениях является важным фактором, влияющим на тепловое самочувствие человека. В жарком помещении движение воздуха способствует увеличению отдачи теплоты организмом и улучшает его состояние, но при низкой температуре воздуха в холодный период года оказывает неблагоприятное воздействие.

Минимальная скорость движения воздуха, ощущаемая человеком, составляет 0,2 м/с. В зимнее время года скорость движения воздуха не должна превышать 0,2–0,5 м/с, а летом – 0,2– 1,0 м/с. В горячих цехах допускается увеличение скорости обдува рабочих (воздушное душирование) до 3,5 м/с.

327

Установка устройств вентиляции и отопления имеет большое значение для оздоровления воздушной среды в производственных помещениях; среди таких устройств преимущество отдается автоматизированным системам.

Воздуховоды и канальные системы. Задачей вентиляции яв-

ляется обеспечение чистоты воздуха и заданных метеорологических условий в производственных помещениях. Вентиляция достигается удалением загрязненного или нагретого воздуха из помещения и подачей в него свежего воздуха.

По способу перемещения воздуха вентиляция бывает с естественным побуждением (естественной) и с механическим (механической). Возможно также сочетание естественной и механической вентиляции (смешанная вентиляция).

Вентиляция бывает приточной, вытяжной или приточновытяжной в зависимости от того, для чего служит система вентиляции – для подачи (притока), или удаления воздуха из помещения, или для того и другого одновременно.

По месту действия вентиляция бывает общеобменной и местной.

Действие общеобменной вентиляции основано на разбавлении загрязненного, нагретого, влажного воздуха помещения свежим воздухом до предельно допустимых норм. Эту систему вентиляции наиболее часто применяют в случаях, когда вредные вещества, теплота, влага выделяются равномерно по всему помещению. При такой вентиляции обеспечивается поддержание необходимых параметров воздушной среды во всем объеме помещения.

Воздухообмен в помещении можно значительно сократить, если улавливать вредные вещества в местах их выделения. С этой целью технологическое оборудование, являющееся источником выделения вредных веществ, снабжают специальными устройствами, от которых производится отсос загрязненного воздуха. Такая вентиляция называется местной вытяжкой.

Местная вентиляция по сравнению с общеобменной требует значительно меньших затрат на устройство и эксплуатацию.

328

В производственных помещениях, в которых возможно внезапное поступление в воздух рабочей зоны больших количеств вредных паров и газов, наряду с рабочей предусматривается устройство аварийной вентиляции.

На производстве часто устраивают комбинированные системы вентиляции (общеобменную с местной, общеобменную с аварийной и т.п.).

Естественная вентиляция. Воздухообмен при естественной вентиляции происходит вследствие разности температур воздуха в помещении и наружного воздуха, а также в результате действия ветра.

Естественная вентиляция может быть неорганизованной и организованной.

При неорганизованной вентиляции поступление и удаление воздуха происходит через неплотности и поры наружных ограждений (инфильтрация), через окна, форточки, специальные проемы (проветривание).

Организованная естественная вентиляция осуществляется аэрацией и дефлекторами и поддается регулировке.

Количество наноматериалов, производимых и обрабатываемых в процессе изготовления продукта, оказывает значительное влияние на выбор метода контроля. Кроме того, должна учитываться физическая форма наноматериала, а также частота и продолжительность процесса, являющегося источником поступления наночастиц в воздух рабочей зоны. Таким образом, работа с наноматериалами в форме глинистой суспензии в малых количествах требует менее строгого контроля, чем работа с материалами в виде порошков в большом количестве.

При осуществлении производственных процессов в лабораториях в небольших количествах используются вытяжные шкафы. По мере увеличения количества образующихся наночастиц мероприятия должны быть направлены в первую очередь на снижение степени распространения наночастиц в помещении.

Не менее важным при контроле эмиссий наночастиц является учет потерь продукта. В связи со специфическими свойства-

329

ми наноматериалов в сочетании с особенностями методов их производства традиционные системы вентиляции могу быть слишком сильнодействующими для удаления образующихся наночастиц. По этой причине инженерные мероприятия должны применяться для обеспечения защиты рабочих без ущерба изготавливаемой продукции.

14.3.Улучшение условий работы

Воснове приобретения трудовых навыков лежит знание

опотенциальных опасностях на рабочем месте и разработка процедур, описывающих действия, направленные на защиту рабочих, и действия для улучшения условий работы [48].

Руководство компании должны обеспечить:

1. Административные меры.

Административные меры должны дополнять технические методы в тех случаях, когда указанные методы неосуществимы, или не позволяют полностью взять под контроль факторы риска, или во время ожидания внедрения данных методов. Заменять ими технические методы, реализуемые согласно общепринятым правилам, ни в коем случае нельзя.

Основные административные меры служат для разработки и обеспечения внедрения:

– программ информирования и обучения рабочих и их руководителей эффективному выполнению своей работы с учетом сопутствующих рисков, а также предупредительным мерам (охране здоровья, противопожарной и противовзрывной безопасно-

сти, ознакомлению с паспортами безопасности материалов и ярлыками, порядку действий при работе, эксплуатации оборудования; предупредительным мерам при производстве, обработке, транспортировке, упаковке, хранении и отгрузке наночастиц, в процессе чистки оборудования и рабочих мест, в процессе переработки отходов и в случае разлива; применению и техническому обслуживанию средств индивидуальной и коллективной защиты, мерам безопасности на рабочем месте, личной гигиене,

330