Lenduvad orgaanilised ühendid (LOÜ-d): mõju ja juhtimine tööstuses

Tööstuskohas on lenduvad orgaanilised ühendid (LOÜ-d ) osa välisõhu saasteainetest nii siseruumides kui ka väljas. Mõiste LOÜ hõlmab mitmesuguseid keemilisi aineid.

Mis on neil ühist? Nad koosnevad süsinikust ja vesinikust ning on keskkonnatingimustes kas gaasilises faasis või vedelas faasis, mis aurustub kergesti. LOÜ-d mõjutavad õhukvaliteeti, millel on tagajärjed inimeste tervisele, keskkonnale ja majandusele. Seetõttu on need ametlikult määratletud Euroopa tasandil ja tõlgitud riiklikul tasandil. LOÜ-de füüsikaliste ja keemiliste omaduste tundmine aitab teil võtta asjakohaseid ennetusmeetmeid. Siin on lühiülevaade, et tutvuda õhukvaliteeti mõjutavate LOÜde füüsikaliste ja keemiliste omadustega.

LOÜde regulatiivne määratlus

Nõukogu 11. märtsi 1999. aasta direktiivi 1999/13/EÜ ( teatavates toimingutes ja seadeldistesorgaaniliste lahustite kasutamisest tulenevate lenduvate orgaaniliste ühendite heitkoguste piiramise kohta) artikli 2 punktides 16 ja 17 on esitatud kaks järgmist määratlust:

Orgaaniline ühend: “mis tahes ühend, mis sisaldab süsinikku ja vesinikku, välja arvatud metaan, mis võib olla asendatud teiste aatomitega, nagu halogeenid (nt fluor, kloor, broom, jood), hapnik, väävel, lämmastik või fosfor, välja arvatud süsinikoksiidid (nt CO₂) ja karbonaadid (nt: CO₃^2-) ja bikarbonaadid(nt HCO₃^–)”.

Lenduv orgaaniline ühend (LOÜ) : orgaaniline ühend, mille aururõhk temperatuuril 293,15 K(20 °C) on 0,01 kPa või rohkem või mille lenduvus konkreetsetes kasutustingimustes on vastav.

Direktiiv on üle võetud Prantsuse õigusesse keskkonnaseadustiku artikliga R224-48. Selles määratletakse LOÜ-d kui “orgaanilist ühendit, mille esialgne keemistemperatuur on 101,3 kPa standardrõhu juures mõõdetuna kuni 250 °C”.

Kas nad lendavad? Jah, aga enam-vähem! LOÜ-de füüsikaline klassifikatsioon

Selleks, et mõista välisõhu kvaliteeti mõjutavate LOÜ-de heitkoguste ulatust, peame teadma nende kontsentratsiooni. Selleks kasutame füüsikalist omadust: lenduvust.

Lenduvus on aine võime aurustuda ümbritseval temperatuuril ja rõhul.

LOÜ-d on lenduvad, kuid rohkem või vähem lenduvad. Kuna lenduvate orgaaniliste ühendite lenduvus sõltub nende aururõhust, võib klassifitseerimiskriteeriumina kasutada efektiivset küllastuskontsentratsiooni ???????? (µg^.m-3). Lenduvus väheneb ka LOÜ molekulmassi kasvades. Lenduvaid orgaanilisi ühendeid võib klassifitseerida ka vastavalt süsinikuaatomite arvule nende struktuuris.

volatiilsus kuni mittevolatiilsus	süsiniku aatomite arv	efektiivne küllastuskontsentratsioon ????????
VOC Väga lenduv kuni lenduv	nb C ≤ 11	???????? > 106 μg .m-3
VOC-IVolatiilsus Vahepealne	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 Toatemperatuuril mittehaihtuv (osakeste)	nb C > 32	???????? < 10-1 μg.m-3

Tuleb märkida, et mittehaihtuvad orgaanilised ühendid ümbritseval temperatuuril (NVOCC) aurustuvad konkreetsetes kasutustingimustes, mis on seotud tööstusprotsessidega või õnnetuse (tulekahju, plahvatus) korral.

Teine LOÜ-de klassifikatsioon võtab kriteeriumiks keemistemperatuuri.

Volatiilsus	Keemistemperatuur
Väga volatiilne	< (50 – 100 °C)
Lenduv	(50 – 100 °C) kuni (240 – 260 °C)
Pooleliolevad	(240-260 °C) kuni (380-400 °C)

LOÜ-d ja lõhnad

Mõned LOÜ-d on lõhnatud (butaan, propaan). Teistel LOÜ-del võib olla rohkem või vähem iseloomulik lõhn. Eriti lõhnavad on väävliühendid, amiinid, hapnikuühendid (ketoonid, aldehüüdid) ja teatavad aromaatsed ühendid.

LOÜ-de klassifikatsioon nende keemilise struktuuri järgi

LOÜ-d on suur keemiliste ühendite klass, millel on väga erinevad struktuurid ja omadused. Nende ühine mõju õhu, vee ja pinnase saasteainetena on see, mis koondab nad sellesse klassi. Kuid nende struktuur ja eelkõige muude aatomirühmade kui C ja H olemasolu mõjutavad nende keemilisi omadusi ja seega nende mürgisust inimestele ja loodusele ning sellest tulenevalt ka nende majanduslikku mõju.

LOÜ struktuurilised kriteeriumid

LOÜsid eristatakse mitmete mittetäielike struktuurikriteeriumide alusel, millest igaüks aitab kaasa nende saasteomaduste laadile ja ulatusele:

• tsükliline(süsinikuaatomite ahel, mis sulgub ringikujuliselt) versus mittetsükliline(mittesuletud süsinikuahel , C- aatomid on omavahel lineaarselt seotud);
• aromaatsed(spetsiifiline heksagonaalne süsinikuahel, mida nimetatakse benseeniringiks ja mis koosneb 6 süsinikuaatomist, millest igaüks on seotud vesinikuaatomiga) ja mittearomaatsed(ahel ilma selle erilise konfiguratsioonita);
• monotsüklilised(üks tsükliline süsinikuahel) versus polütsüklilised(mitu identset rõngast, mis on seotud ühe või kahe ühise süsinikuaatomiga).
• homotsükliline(ainult C-st koosnev rõngas) ja heterotsükliline(rõngas, mis sisaldab süsinikku ja muid süsiniku asendavaid aatomeid);
• küllastunud(ainult ühekordsed süsinikusidemed) ja küllastumata(topelt- või kolmiksüsiniksidemed). Küllastamatus muudab LOÜ-d reaktiivsemaks, mis mõjutab nende mürgisust. Aromaatsed struktuurid on kõik küllastumata.
• hargnemata vs. hargnenud(peamise süsinikuahela üks või mitu haru, mis on moodustatud kas ainult C- ja H- aatomite rühmadest või sisaldavad teisi aatomeid, mis annavad neile siis iseloomuliku reaktsioonivõime [funktsionaalrühm]).

LOÜ-de klassifikatsioon

Lenduvaid orgaanilisi ühendeid on kahte põhikategooriasse: aromaatsed lenduvad orgaanilised ühendid ja alifaatsed (mittearomaatsed) lenduvad ühendid.

Aromaatsetel LOÜ-del on põhirakendiks benseeniring . Neid võib jagada mitmesse alamkategooriasse:

• Monotsüklilised aromaatsed süsivesinikud, sealhulgas BTEX (lühend: benseen, tolueen, etüülbenseen, ksüleen), mis kõik on mürgised ja ökotoksilised.
• polütsüklilised aromaatsed süsivesinikud ( PAH ), millel on kantserogeensed omadused. Need sünteesitakse fossiilsete kütuste (nafta, kivisüsi) moodustumisel või orgaanilise aine mittetäielikul põlemisel (õliküte, metsatulekahjud jne).
• aromaatsed heterotsüklilised ühendid või aromaatsed heterotsüklid, milles üks või mitu benseeniringi C-aatomit on asendatud teiste aatomitega (või aatomirühmadega), nagu on nimetatud eespool esitatud määratluses.

Alifaatilised LOÜ-d (= mittearomaatsed LOÜ-d) hõlmavad molekule, mille :

• küllastunud: alkaanid ; näiteks heksaan _C6H14 , mida kasutatakse liimides, liimides ja rasvaärastusvedelikes, esineb bensiiniaurudes. See võib sattuda organismi hingamisteede ja perkutaanselt. Sissehingamise mõju ulatub pearinglusest kuni teadvuse kaotamiseni. Nahakontakt põhjustab dermatiiti.
• insaturée aux propriétés plus polluantes :
  • alkeenid (kahekordne süsinikuside); näide: etüleen _C2H4, mida eraldub enamiku puu- ja köögiviljade küpsemisvahendina, mida eraldavad väljalasketorud, propaaniga töötavad kahveltõstukid ja kilekotid valguse toimel. Sissehingamisel võib see põhjustada pearinglust, peavalu ja teadvusekaotust ning aitab kaasa kasvuhooneefekti tekkimisele;
  • alküünid (kolmekordne süsinikuside); näide: etüün või atsetüleen_C2H2; äärmiselt tuleohtlik ja plahvatusohtlik, seda kasutatakse kütusena keevitamisel või teatavates analüüsiseadmetes.

Alkaanid, alkeenid ja alküünid sisaldavad samuti struktuure :

• non-cycliques, les aliphatiques acycliques, qui sont constituées de chaînes :
  • või lineaarne. Näide n-heksaan.
  • või hargnenud.
• cycliques (cycles non-aromatiques), les alicycliques (= aliphatiques cycliques) : cycloalcanes, cycloalcènes, cycloalcynes.
  • Molekulid võivad koosneda mitmest tsüklist
    • kas seotud 2 ühise süsiniku aatomiga; näide: polütsüklilised tsükloalkaanid
    • või seotud 1 ühise süsiniku aatomiga: spiraanid.
  • Rõngas võib sisaldada muid aatomeid kui süsinik (heterotsükkel)
  • Rõngas võib olla hargnenud. Näiteks metüültsükloheksaan _(C6H11CH3), mida kasutatakse orgaanilise sünteesi alusena, eetrite ja tselluloosi lahustina ning lennukikütusena. See võib kahjustada hingamisteid, kesknärvisüsteemi, nahka ja silmi.

Kui alifaatilise või aromaatse struktuuri haru on määratletud funktsionaalse rühmana (aatomirühm, mis annab sellele erilised keemilised omadused), nagu näiteks teatud alkaaniderivaadid või PAH-ühendid, on LOÜ-l eriline mõju õhukvaliteedile. Seejärel liigitatakse LOÜ-d teatavasse perekonda:

• Halogeenitud LOÜ-d, nt klorometaan CH₃Cl
• Väävlit sisaldavad LOÜ-d, nt β-merkaptoetanool _C2H6OS,
• COV oxygénés dont des :
  • LOÜ-alkoholid, nt etüleenglükool _C2H6O2; kasutatakse jäätumisvastaste ainete, lahustite, pidurivedelike, värvainete jne. kujul. Sissehingamine põhjustab köha ja peavalu, allaneelamine kõhuvalu ja iiveldust.
  • VOC-ketoonid, nt atsetoon _C3H6O, lahusti, mida kasutatakse värvi-, lakk-, kummi- ja plastitööstuses jne. See on väga lenduv ja seda võib suure kontsentratsiooni korral õhus suurtes kogustes sisse hingata. See võib kopsude kaudu sattuda vereringesse ja levida kogu organismis. Sümptomid ulatuvad ninaärritusest kuni kesknärvisüsteemi depressioonini.
  • LOÜ-aldehüüdid, nt _CH2Oformaldehüüd, mis eralduvad suuremal või vähemal määral kõikides tööstussektorites ja mida peetakse kantserogeeniks.
  • LOÜ-eetrid, nt etüleenglükool-nbutüüleeter(EGBE) _C6H14O2,
  • LOÜ ester, nt metüülatsetaat _C3H6O2.
• Nitro LOÜ-d, nt nitroetaan _C2H5NO2, ärritavad hingamisteid, võivad muuta verd ja põhjustada krampe.
• Amino LOÜ-d, nagu aniliin, mis adsorbeeruvad kergesti tööriietele, seintele, masinatele ja tööpindadele.

LOÜ-de määratlusele vastab mitu tuhat ainet. Need mõjutavad õhukvaliteeti kõikides tööstussektorites. Teades, mis need on, saame aru, kuidas need reageerivad tööstuskoha õhus olevate gaaside ja tolmuga. Seejärel saab võtta nende keemilisele koostisele kohandatud ennetusmeetmeid, eelkõige nende kogumise, filtreerimise ja töötlemise osas nende tekkekohas.