Летливи органични съединения (ЛОС): въздействие и управление в промишлеността

На промишлена площадка летливите органични съединения (ЛОС) са част от замърсителите на атмосферния въздух както на закрито, така и на открито. Терминът ЛОС обхваща широк спектър от химични вещества.

Какво е общото между тях? Те се състоят от въглерод и водород и при околни условия са или в газообразна, или в течна фаза, която лесно се изпарява. ЛОС оказват влияние върху качеството на въздуха, което има последици за човешкото здраве, околната среда и икономиката. Поради това те са официално дефинирани на европейско ниво и преведени на национално ниво. Познаването на физичните и химичните свойства на ЛОС ви помага да предприемете подходящи превантивни мерки. Предлагаме ви кратък преглед, за да се запознаете с физичните и химичните характеристики на ЛОС, които оказват въздействие върху качеството на въздуха.

Нормативно определение на ЛОС

В член 2, §16 и §17 от Директива 1999/13/ЕО на Съвета от 11 март 1999 г. относно „ограничаване на емисиите на летливи органични съединения, дължащи се наупотребата на органични разтворители в определени дейности и инсталации“ са дадени следните две определения:

Органично съединение: „всяко съединение, което, с изключение на метана, съдържа въглерод и водород, които могат да бъдат заменени с други атоми, като халогени (напр. флуор, хлор, бром, йод), кислород, сяра, азот или фосфор, с изключение на въглеродните оксиди (напр. CO₂) и карбонати (напр.: CO₃^2-) и бикарбонати (напр. HCO₃^–)“.

Летливо органично съединение (ЛОС ): всяко органично съединение с парно налягане 0,01 kPa или повече при температура 293,15 K(20°C) или със съответна летливост при конкретните условия на употреба.

Директивата е пренесена във френското законодателство с член R224-48 от Кодекса за околната среда. Той определя ЛОС като „всяко органично съединение, чиято начална точка на кипене, измерена при стандартно налягане от 101,3 kPa, е по-малка или равна на 250°C“.

Летят ли? Да, но повече или по-малко! Физическа класификация на ЛОС

За да разберем мащаба на емисиите на ЛОС, които влияят върху качеството на атмосферния въздух, трябва да знаем тяхната концентрация. За тази цел разчитаме на една физична характеристика – летливостта.

Летливостта е способността на дадено вещество да се изпарява при температура и налягане на околната среда.

Летливите органични съединения са летливи, но повече или по-малко изменчиви. Тъй като летливостта на ЛОС зависи от налягането на парите му, ефективната концентрация на насищане ???????? (в μg^.m-3) може да се използва като критерий за класификация. Летливостта също така намалява с увеличаване на молекулното тегло на ЛОС. ЛОС могат да бъдат класифицирани и според броя на въглеродните атоми в структурата им.

променливост към непроменливост	брой въглеродни атоми	ефективна концентрация на насищане ????????
ЛОС Много летливи до летливи	nb C ≤ 11	???????? > 106 μg .m-3
VOC-IVolatility Intermediate	12 ≤ nb C ≤ 18	103 μg.m-3 <???????? ≤106 μg.m-3
COSVSemi Volatil	18 < nb C ≤ 32	10-1 μg.m-3 <???????? ≤103 μg.m-3
CONV Нелетливи при стайна температура (частици)	nb C > 32	???????? < 10-1 μg.m-3

Трябва да се отбележи, че нелетливите органични съединения при стайна температура (НЛОС) се изпаряват при специфични условия на употреба, свързани с промишлени процеси, или в случай на авария (пожар, експлозия).

При друга класификация на ЛОС като критерий се използва температурата на кипене.

Променливост	Температура на кипене
Силно летливи	< (50 – 100 °C)
Летливи	(50 – 100 °C) до (240 – 260 °C)
Полуенергоемки	(240 – 260 °C) до (380 – 400 °C)

ЛОС и миризми

Някои ЛОС са без мирис (бутан, пропан). Други ЛОС могат да имат повече или по-малко характерна миризма. Особено миризливи са серните съединения, амините, кислородните съединения (кетони, алдехиди) и някои ароматни съединения.

Класификация на ЛОС според тяхната химична структура

ЛОС са обширен клас химични съединения с голямо разнообразие от структури и свойства. Общото им въздействие като замърсители на въздуха, водата и почвата ги обединява в този клас. Въпреки това техните структури, и по-специално наличието на групи атоми, различни от С и Н, оказват влияние върху химичните им свойства, а оттам и върху токсичността им за хората и природата, и съответно върху икономическото им въздействие.

Структурни критерии за ЛОС

ЛОС се разграничават по няколко неизключителни структурни критерия, всеки от които допринася за естеството и степента на техните замърсяващи свойства:

• циклични(верига от въглеродни атоми, затваряща се в кръг) срещу нециклични(незатворена въглеродна верига, атомите С се свързват линейно);
• ароматни(специфична шестоъгълна въглеродна верига, наречена бензенов пръстен, състояща се от 6 въглеродни атома, всеки от които е свързан с водороден атом) срещу неароматни(верига без тази специална конфигурация);
• моноциклични(една циклична въглеродна верига) срещу полициклични(няколко еднакви пръстена, свързани с един или два общи въглеродни атома).
• хомоцикличен(пръстен, съставен само от С) срещу хетероцикличен(пръстен, съдържащ въглерод и други атоми, заместващи въглерода);
• наситени(наличие само на единични въглеродни връзки) спрямо ненаситени(двойни или тройни въглеродни връзки). Ненасищането прави ЛОС по-реактивни, което оказва влияние върху тяхната токсичност. Всички ароматни структури са ненаситени.
• неразклонена срещу разклонена(основната въглеродна верига има един или повече разклонения, образувани или само от групи от C и H атоми, или включващи други атоми, които им придават характерна реактивност [функционална група]).

Класификация на ЛОС

Съществуват две основни категории ЛОС: ароматни ЛОС и алифатни (неароматни) ЛОС.

Ароматните ЛОС имат бензолов пръстен като основен скелет. Те могат да бъдат разделени на няколко подкатегории:

• Моноциклични ароматни въглеводороди, включително BTEX (съкращение от бензен, толуен, етилбензен, ксилен), които са токсични и екотоксични.
• Полициклични ароматни въглеводороди (ПАВ), които имат канцерогенни свойства. Те се синтезират при образуването на изкопаеми горива (нефт, въглища) или при непълното изгаряне на органични вещества (нагряване на нефт, горски пожари и др.).
• ароматни хетероциклени съединения или ароматни хетероцикли, в които един или повече С-атоми на бензеновия пръстен са заместени с други атоми (или групи атоми), като тези, посочени в определението по-горе.

Алифатните ЛОС (= неароматни ЛОС) включват молекули с :

• наситени: алкани ; например хексанът _C6H14 , който се използва в лепилата, лепилата и течностите за обезмасляване, се съдържа в бензиновите пари. Той може да попадне в организма по дихателен и перкутанен път. Ефектите от вдишването варират от замаяност до загуба на съзнание. Контактът с кожата причинява дерматит.
• insaturée aux propriétés plus polluantes :
  • алкени (двойна въглеродна връзка); пример: етилен _C2H4, отделян от повечето плодове и зеленчуци като зреещ агент, отделян от изпускателните тръби, мотокарите, задвижвани с пропан, и пластмасовите торбички под въздействието на светлината. При вдишване той може да причини замайване, главоболие и загуба на съзнание и допринася за парниковия ефект;
  • алкини (тройна въглеродна връзка); пример: етилен или ацетилен_C2H2; изключително запалим и взривоопасен, използва се като гориво за заваряване или в някои съоръжения за анализ.

Алканите, алкените и алкините също включват структури :

• non-cycliques, les aliphatiques acycliques, qui sont constituées de chaînes :
  • или линеен. Пример n-хексан.
  • или разклонени.
• cycliques (cycles non-aromatiques), les alicycliques (= aliphatiques cycliques) : cycloalcanes, cycloalcènes, cycloalcynes.
  • Молекулите могат да се състоят от няколко цикъла
    • свързани с 2 общи въглеродни атома; пример: полициклични циклоалкани
    • или свързани с 1 общ въглероден атом: спирали.
  • Пръстенът може да включва атоми, различни от въглерод (хетероцикъл)
  • Пръстенът може да бъде разклонен. Например метилциклохексан _(C6H11CH3), използван като основа за органичен синтез, като разтворител на етери и целулоза и като авиационно гориво. Той може да увреди дихателните пътища, централната нервна система, кожата и очите.

Ако алифатната или ароматната структура има клон, определен като функционална група (група атоми, която ѝ придава отличителни химични свойства), като например някои алканови производни или PAHs, ЛОС ще има специфично въздействие върху качеството на въздуха. След това ЛОС се класифицират в определено семейство:

• Халогенирани ЛОС, напр. хлорометан CH₃Cl
• Съдържащи сяра ЛОС, напр. β-меркаптоетанол _C2H6OS,
• COV oxygénés dont des :
  • ЛОС алкохоли, напр. етиленгликол _C2H6O2; използват се като антифриз, разтворител, спирачни течности, оцветители и др. Вдишването причинява кашлица и главоболие, а поглъщането – болки в корема и гадене.
  • ЛОС кетони, напр. ацетон _C3H6O, разтворител, използван в производството на бои, лакове, каучук и пластмаси и др. Силно летлив, той може да бъде вдишан в големи количества, когато има висока концентрация във въздуха. Чрез белите дробове той може да навлезе в кръвообращението и да се разпространи в целия организъм. Симптомите варират от дразнене на носа до депресия на централната нервна система.
  • Алдехиди на ЛОС, напр. формалдехид _CH2O, който се отделя в по-голяма или по-малка степен във всички промишлени сектори и е признат за канцероген.
  • Етери на ЛОС, напр. етиленгликол нбутил етер(EGBE) _C6H14O2,
  • Естер на ЛОС, напр. метилацетат _C3H6O2.
• Нитро ЛОС, напр. нитроетан _C2H5NO2, дразнят дихателните пътища, могат да променят кръвта и да предизвикат конвулсии.
• Амино ЛОС, като анилин, които лесно се адсорбират върху работното облекло, стените, машините и работните повърхности.

Няколко хиляди вещества отговарят на определението за ЛОС. Те влияят на качеството на въздуха във всички промишлени сектори. Знаейки какво представляват, можем да разберем как реагират с газовете и праха във въздуха на дадена промишлена площадка. След това могат да се предприемат превантивни мерки, съобразени с техния химичен състав, особено по отношение на улавянето при източника, филтрирането и пречистването.