Illékony szerves vegyületek (VOC): hatások és kezelés az iparban

Ipari telephelyen az illékony szerves vegyületek, azaz a VOC-k, a környezeti levegő szennyezőanyagai közé tartoznak, beltéren és kültéren egyaránt. A VOC kifejezés számos kémiai anyagot foglal magában.

Mi a közös bennük? Szénből és hidrogénből állnak, és környezeti körülmények között gázfázisban vagy könnyen elpárolgó folyékony fázisban találhatók. A VOC-k hatással vannak a levegő minőségére, következményekkel az emberi egészségre, a környezetre és a gazdaságra. Ezért hivatalos európai szintű meghatározás tárgyát képezik, és nemzeti szinten is átültetésre kerültek. A VOC-k fizikai-kémiai tulajdonságainak ismerete segít a megfelelő megelőző intézkedések meghozatalában. Íme egy gyors áttekintés, amely megismerteti Önnel a levegő minőségét befolyásoló VOC-k fizikai és kémiai sajátosságait.

A VOC-k szabályozási meghatározása

Az egyes tevékenységeknél és létesítményekbenszerves oldószerek használata során keletkező illékony szerves vegyületek kibocsátásának korlátozásáról szóló, 1999. március 11-i 1999/13/EK tanácsi irányelv 2. cikkének 16. és 17. §-a a következő két fogalommeghatározást tartalmazza:

Szerves vegyület: „minden olyan vegyület, amely a metán kivételével szenet és hidrogént tartalmaz, és amelyet más atomok, például halogének (”pl. fluor, klór, bróm, jód), oxigén, kén, nitrogén vagy foszfor helyettesíthet, kivéve a szén-oxidokat (”pl. CO₂) és a karbonátokat (”pl. CO₃^2-) és a bikarbonátokat (pl. HCO₃^–) szervetlen.” ”

Illékony szerves vegyület (VOC) : minden olyan szerves vegyület, amelynek gőznyomása 293,15 K(20°C) hőmérsékleten 0,01 kPa vagy annál nagyobb, vagy amelynek illékonysága az adott felhasználási körülmények között ennek megfelelő.

Az irányelvet a francia jogba a környezetvédelmi törvénykönyv R224-48. cikke ültette át. A VOC-t úgy határozza meg, mint „minden olyan szerves vegyületet, amelynek kezdeti forráspontja, 101,3 kPa standard nyomáson mérve, 250°C-nál alacsonyabb vagy azzal egyenlő.”

Illékonyak? Igen, de többé-kevésbé! A VOC-k fizikai osztályozása

Ahhoz, hogy megértsük a VOC-k kibocsátásának mértékét, amelyek rontják a környezeti levegő minőségét, meg kell ismernünk a koncentrációjukat. Ehhez egy fizikai jellemzőre, az illékonyságra támaszkodunk.

Az illékonyság egy anyag környezeti hőmérsékleten és nyomáson való elpárolgási képessége.

A VOC-k illékonyak, de többé-kevésbé. Mivel egy VOC illékonysága a gőznyomásától függ, a tényleges telítési koncentrációt ???????? (µg.m^-3-ben) használhatjuk osztályozási kritériumként. Ezenkívül az illékonyság csökken, ha a VOC molekulatömege növekszik. A VOC-kat a szerkezetükben lévő szénatomok száma szerint is osztályozhatjuk.

a volatilitás és a nem volatilitás között	szénatomok száma	effektív telítési koncentráció ????????
VOC Nagyon illékony vagy illékony	nb C ≤ 11	???????? > 106 μg .m-3
VOC-IVolatilitás Közbenső	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 Szobahőmérsékleten nem illékony (részecske)	nb C > 32	???????? < 10-1 μg.m-3

Meg kell jegyezni, hogy a környezeti hőmérsékleten nem illékony szerves vegyületek (NVOCC-k) a használat meghatározott körülményei között, ipari folyamatokhoz kapcsolódóan vagy baleset (tűz, robbanás) esetén elpárolognak.

A VOC-ok egy másik osztályozása a forráshőmérsékletet tekinti kritériumnak.

Volatilitás	Forralási hőmérséklet
Nagyon illékony	< (50 – 100 °C)
Illékony	(50 – 100 °C) és (240 – 260 °C) között.
Félig illékony	(240 – 260 °C) és (380 – 400 °C) között.

VOC-ok és szagok

Egyes VOC-k szagtalanok (bután, propán). Más VOC-k többé-kevésbé jellegzetes szaggal rendelkezhetnek. A kéntartalmú vegyületek, az aminok, az oxigéntartalmú vegyületek (ketonok, aldehidek), egyes aromás vegyületek különösen illatosak.

A VOC-ok osztályozása kémiai szerkezetük szerint

A VOC-k a kémiai vegyületek széles osztályát alkotják, amelyek szerkezetükben és tulajdonságaikban nagy sokféleséget mutatnak. Közös hatásuk, mint levegő-, víz- és talajszennyező anyagok, egyesíti őket ebben az osztályban. Szerkezetük azonban, különösen a C-től és H-tól eltérő atomcsoportok jelenléte, befolyásolja kémiai tulajdonságaikat, így az emberre és a természetre gyakorolt toxicitásuk sajátosságait; és ebből következően a gazdasági hatásokat is.

VOC szerkezeti kritériumok

A VOC-okat több, nem kizárólagos szerkezeti kritérium alapján különböztetik meg, amelyek mindegyike hozzájárul szennyező tulajdonságaik jellegéhez és mértékéhez:

• ciklikus(körbe záródó szénatomok lánca) és nem ciklikus(nem zárt szénlánc, a C-atomok lineárisan kapcsolódnak egymáshoz);
• aromás(egy speciális hatszögletű szénlánc, az úgynevezett benzolgyűrű, amely 6 szénatomból áll, amelyek egy-egy hidrogénatomhoz kapcsolódnak) és nem aromás(egy lánc, amely nem rendelkezik ezzel a speciális konfigurációval);
• monociklusos(egyetlen ciklikus szénlánc) kontra policiklusos(több azonos gyűrű, amelyek egy vagy két közös szénatom által kapcsolódnak egymáshoz)
• homociklusos(kizárólag C-atomokból álló gyűrű) és heterociklusos(szén és más, a szenet helyettesítő atomokat tartalmazó gyűrű);
• telített (csak egyszeres szénkötések jelenléte) versus telítetlen (kettős vagy hármas szénkötések). A telítetlenség fokozott reaktivitást biztosít a VOC-knak, ami kihat a toxicitásukra. Az aromás szerkezetek mind telítetlenek.
• elágazás nélküli vagy elágazó(a fő szénláncnak egy vagy több elágazása van, amelyek vagy csak C- és H-atomokból állnak, vagy más atomokat tartalmaznak, amelyek jellegzetes reakcióképességet [funkciós csoportot] adnak nekik).

A VOC-ok osztályozása

A VOC-oknak két fő kategóriája van: az aromás VOC-ok és az alifás (nem aromás) VOC-ok.

Az aromás VOC-k alapváza egy benzol gyűrű (= benzolgyűrű). Több alkategóriára oszthatók:

• Monociklikus aromás szénhidrogének, köztük a BTEX (a benzol, toluol, etilbenzol, xilol rövidítése), amelyek mind mérgezőek és ökotoxikusak.
• a rákkeltő tulajdonságú policiklusos aromás szénhidrogének (PAH). Ezek a fosszilis energiahordozók képződése (kőolaj, szén) során, vagy szerves anyagok tökéletlen égésekor (fűtőolaj-fűtés, erdőtüzek stb.) szintetizálódnak.
• aromás heterociklusos vegyületek vagy aromás heterociklusok, amelyekben a benzolgyűrű egy vagy több C atomját más, a fenti meghatározásban említett atomokkal (vagy atomcsoportokkal) helyettesítik.

Az alifás VOC-ok (= nem aromás VOC-ok) közé tartoznak a :

• telített: az alkánok; például: a hexán C₆H₁₄, amelyet ragasztókban, tapadóanyagokban, zsírtalanító folyadékokban használnak, és benzingőzökben is megtalálható. Belégzéssel és bőrön keresztül is bejuthat a szervezetbe. Belégzés esetén hatásai a szédüléstől az eszméletvesztésig terjednek. Bőrrel érintkezve bőrgyulladást okoz.
• insaturée aux propriétés plus polluantes :
  • az alkének (kettős szénkötés); például: az etilén C₂H₄, amelyet a legtöbb gyümölcs és zöldség érési szerként bocsát ki, kipufogógázok, propánüzemű targoncák és fény hatására műanyag zacskók bocsátanak ki. Belégzés esetén szédülést, fejfájást, eszméletvesztést okozhat, és hozzájárul az üvegházhatáshoz;
  • alkinok (hármas szénkötés); példa: etin vagy acetilén_C2H2; rendkívül gyúlékony és robbanásveszélyes, hegesztéshez vagy bizonyos analitikai berendezésekben üzemanyagként használják.

Az alkánok, alkének és alkinek is tartalmaznak szerkezeteket:

• non-cycliques, les aliphatiques acycliques, qui sont constituées de chaînes :
  • vagy lineárisak. Például n-hexán.
  • vagy elágazó.
• cycliques (cycles non-aromatiques), les alicycliques (= aliphatiques cycliques) : cycloalcanes, cycloalcènes, cycloalcynes.
  • A molekulák több ciklusból állhatnak
    • vagy 2 közös szénatom által összekapcsolódnak; példa: policiklusos cikloalkánok
    • vagy 1 közös szénatom által összekapcsolva: spiránok.
  • A gyűrű tartalmazhat a széntől eltérő atomokat is (heterociklus)
  • Egy gyűrű elágazást hordozhat. Például a metilciklohexán (C₆H₁₁CH₃), amely szerves szintézis alapja, éterek és cellulóz oldószere, repülőgép-üzemanyag. Károsíthatja a légutakat, a központi idegrendszert, a bőrt és a szemet.

Ha az alifás vagy aromás szerkezet funkcionális csoportként azonosított elágazást tartalmaz (atomcsoport, amely jellegzetes kémiai tulajdonságokat kölcsönöz neki), mint például egyes alkánszármazékok vagy PAH-ok, a VOC specifikusan befolyásolja a levegő minőségét. Ekkor a VOC-kat egy különleges családba soroljuk:

• Halogénezett VOC-k, pl. klórmetán CH₃Cl
• Kéntartalmú VOC-k, pl.: β-merkaptoetanol C₂H₆OS,
• COV oxygénés dont des :
  • Alkoholos VOC-k, pl.: etilénglikol C₂H₆O₂; fagyállóként, oldószerként, fékfolyadékokban, színezékekben használják… Belégzése köhögést és fejfájást, lenyelése hasi fájdalmat, hányingert okoz.
  • Ketonos VOC-k, pl.: aceton C₃H₆O, oldószer, amelyet a festék-, lakk-, gumi- és műanyagiparban használnak… Nagyon illékony, nagy mennyiségben belélegezhető, ha a levegőben magas a koncentrációja. A tüdőn keresztül bejuthat a vérbe és szétterjedhet az egész testben. A tünetek az orrirritációtól a központi idegrendszer depressziójáig terjednek.
  • VOC aldehidek, pl. _CH2Oformaldehid, amelyet kisebb-nagyobb mértékben minden ipari ágazatban kibocsátanak, és rákkeltő anyagként ismert.
  • Éteres VOC-k, pl.: etilénglikol-n-butil-éter (EGBE) C₆H₁₄O₂,
  • Észteres VOC-k, pl.: metil-acetát C₃H₆O₂.
• Nitrogéntartalmú VOC-k, pl.: nitroetán C₂H₅NO₂, irritálja a légutakat, károsíthatja a vért, görcsöket okozhat.
• Amino VOC-ok, mint például az anilin, amelyek könnyen adszorbeálódnak a munkaruhán, a falakon, a gépeken és a munkafelületeken.

Több ezer anyag felel meg a VOC definíciójának. Minden ipari ágazat levegőminőségét befolyásolják. Természetük ismerete segít megérteni, hogyan reagálnak az ipari telephely levegőjében lévő gázokkal és porokkal. Így a kémiai összetételüknek megfelelő megelőző intézkedéseket hozhatunk, különösen a forrásnál történő elszívás, szűrés és kezelés terén.