Gaistošie organiskie savienojumi (GOS): ietekme un pārvaldība rūpniecībā

Rūpniecības objektā gaistošie organiskie savienojumi (GOS) ir daļa no apkārtējā gaisa piesārņotājiem gan telpās, gan ārpus tām. Termins GOS aptver plašu ķīmisko vielu klāstu.

Kas tiem ir kopīgs? Tie sastāv no oglekļa un ūdeņraža, un apkārtējās vides apstākļos tie ir vai nu gāzveida, vai šķidrā fāzē, kas viegli iztvaiko. GOS ietekmē gaisa kvalitāti, radot ietekmi uz cilvēku veselību, vidi un ekonomiku. Tāpēc tie ir oficiāli definēti Eiropas līmenī un pārņemti valstu līmenī. Gaistošo organisko savienojumu fizikālo un ķīmisko īpašību pārzināšana palīdz veikt atbilstošus preventīvus pasākumus. Šeit sniegts īss pārskats, lai iepazītos ar to GOS fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām, kas ietekmē gaisa kvalitāti.

GOS normatīvā definīcija

Padomes 1999. gada 11. marta Direktīvas 1999/13/EK par gaistošu organisko savienojumu emisiju ierobežošanu, ko radaorganisko šķīdinātāju izmantošana noteiktās darbībās un iekārtās, 2. panta 16. un 17. punktā ir dotas šādas divas definīcijas:

Organiskais savienojums: “jebkurš savienojums, kas, izņemot metānu, satur oglekli un ūdeņradi, kurus var aizstāt ar citiem atomiem, piemēram, halogēniem ( piemēram, fluoru, hloru, bromu, jodu), skābekli, sēru, slāpekli vai fosforu, izņemot oglekļa oksīdus ( piemēram, CO₂) un karbonātus (piemēram: CO₃^2-) un bikarbonāti (piemēram, HCO₃^–) . ”

Gaistošs organiskais savienojums (GOS ): jebkurš organiskais savienojums, kura tvaika spiediens 293,15 K(20 °C) temperatūrā ir 0,01 kPa vai lielāks vai kuram ir atbilstoša gaistošība konkrētos lietošanas apstākļos.

Direktīva ir pārņemta Francijas tiesību aktos ar Vides kodeksa R224-48 pantu. Tajā GOS definēts kā “jebkurš organiskais savienojums, kura sākotnējā viršanas temperatūra, mērot pie standarta spiediena 101,3 kPa, ir mazāka vai vienāda ar 250 °C”.

Vai viņi lido? Jā, bet vairāk vai mazāk! GOS fizikālā klasifikācija

Lai saprastu, cik lielas GOS emisijas ietekmē apkārtējā gaisa kvalitāti, mums ir jāzina to koncentrācija. Lai to izdarītu, mēs balstāmies uz fizikālu īpašību – gaistošumu.

Gaistamība ir vielas spēja iztvaikot apkārtējā temperatūrā un spiedienā.

GOS ir gaistošas, bet vairāk vai mazāk gaistošas. Tā kā gaistošo organisko savienojumu gaistošums ir atkarīgs no to tvaika spiediena, kā klasifikācijas kritēriju var izmantot faktisko piesātinājuma koncentrāciju ???????? (µg^.m-3). Gaistošā viela arī samazinās, palielinoties GOS molekulmasai. GOS var klasificēt arī pēc oglekļa atomu skaita to struktūrā.

nepastāvība pret nepastāvību	oglekļa atomu skaits	efektīvā piesātinājuma koncentrācija ????????
GOS Ļoti gaistošs līdz gaistošs	nb C ≤ 11	???????? > 106 μg .m-3
VOC-IV Volatilitātes starpposma produkts	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 Nestāstošs istabas temperatūrā (daļiņas)	nb C > 32	???????? < 10-1 μg.m-3

Jāatzīmē, ka gaistoši organiskie savienojumi apkārtējās vides temperatūrā (GOS) iztvaiko īpašos lietošanas apstākļos, kas saistīti ar rūpnieciskiem procesiem vai avārijas (ugunsgrēka, sprādziena) gadījumā.

Citā GOS klasifikācijā kā kritērijs tiek izmantota viršanas temperatūra.

Nepastāvība	Vārīšanās temperatūra
Ļoti gaistošs	< (50 – 100 °C)
Gaistošs	(50 – 100 °C) līdz (240 – 260 °C)
Daļēji gaistošs	(240 – 260 °C) līdz (380 – 400 °C)

GOS un smakas

Daži GOS ir bez smaržas (butāns, propāns). Citiem GOS var būt vairāk vai mazāk raksturīga smarža. Sēra savienojumi, amīni, skābekļa savienojumi (ketoni, aldehīdi) un daži aromātiskie savienojumi ir īpaši smakojoši.

GOS klasifikācija pēc to ķīmiskās struktūras

GOS ir plaša ķīmisko savienojumu grupa ar visdažādākajām struktūrām un īpašībām. Šajā klasē tos apvieno to kopīgā ietekme kā gaisa, ūdens un augsnes piesārņotājus. Tomēr to struktūra un jo īpaši to atomu grupu klātbūtne, kas nav C un H atomi, ietekmē to ķīmiskās īpašības un līdz ar to arī to toksiskumu cilvēkiem un dabai, kā arī to ekonomisko ietekmi.

GOS strukturālie kritēriji

GOS iedala pēc vairākiem neizslēdzošiem strukturāliem kritērijiem, no kuriem katrs nosaka to piesārņojošo īpašību raksturu un pakāpi:

• ciklisks(oglekļa atomu ķēdes savienojas riņķī) pret neciklisku(oglekļa atomu ķēdes nav noslēgtas, C atomi savienojas lineāri);
• aromātiskie(īpaša sešstūra oglekļa ķēde, ko sauc par benzola gredzenu, ko veido 6 oglekļa atomi, no kuriem katrs savienots ar ūdeņraža atomu) un nearomātiskie(ķēde bez šīs īpašās konfigurācijas);
• monociklisks(viena cikliska oglekļa ķēde) pret policiklisku(vairāki identiski gredzeni, kurus vieno viens vai divi kopīgi oglekļa atomi).
• homociklisks(gredzens, ko veido tikai C) pret heterociklisku(gredzens, kas satur oglekli un citus atomus, kuri aizvieto oglekli);
• piesātinātās(tikai vienkāršās oglekļa saites) un nepiesātinātās(dubultās vai trīskāršās oglekļa saites). Nepiesātinātība padara GOS reaktīvākus, un tas ietekmē to toksiskumu. Visas aromātiskās struktūras ir nepiesātinātas.
• nesazarotās un sazarotās(galvenajai oglekļa ķēdei ir viens vai vairāki atzari, ko veido vai nu tikai C un H atomu grupas, vai arī citi atomi, kas tiem piešķir raksturīgu reaktivitāti [funkcionālo grupu]).

GOS klasifikācija

Pastāv divas galvenās GOS kategorijas: aromātiskie GOS un alifātiskie (nearomātiskie) GOS.

Aromātisko gaistošo organisko savienojumu pamatskelets ir benzola gredzens . Tos var iedalīt vairākās apakškategorijās:

• Monocikliskie aromātiskie ogļūdeņraži, tostarp BTEX (saīsinājums no benzols, toluols, etilbenzols, ksilols), kas visi ir toksiski un ekotoksiski.
• policikliskie aromātiskie ogļūdeņraži (PAO), kam piemīt kancerogēnas īpašības. Tie sintezējas, veidojoties fosilajam kurināmajam (nafta, akmeņogles) vai nepilnīgi sadegot organiskajām vielām (naftas sildīšana, meža ugunsgrēki u. c.).
• aromātiskie heterocikliskie savienojumi vai aromātiskie heterocikli, kuros viens vai vairāki benzola gredzena C atomi ir aizvietoti ar citiem atomiem (vai atomu grupām), piemēram, iepriekš minētajām definīcijās.

Alifātiskie GOS (= nearomātiskie GOS) ietver molekulas ar :

• piesātināti: alkāni ; piemēram, benzīna tvaikos ir heksāns _C6H14 , ko izmanto līmes, adhezīvu un attaukošanas šķidrumu ražošanā. Tas var iekļūt organismā caur elpceļiem un caur ādu. Ieelpojot var rasties no reibonis līdz pat samaņas zudumam. Saskare ar ādu izraisa dermatītu.
• insaturée aux propriétés plus polluantes :
  • alķēni (dubultā oglekļa saite); piemērs: etilēns _C2H4, ko kā nogatavināšanas aģents izdala lielākā daļa augļu un dārzeņu, izplūst no izplūdes caurulēm, ar propānu darbināmiem autoiekrāvēšiem un plastmasas maisiņiem gaismas iedarbībā. Ieelpojot to, tas var izraisīt reiboni, galvassāpes un samaņas zudumu, kā arī veicina siltumnīcas efektu;
  • alkīni (trīskāršā oglekļa saite); piemērs: etīns vai acetilēns_C2H2; ārkārtīgi viegli uzliesmojošs un sprādzienbīstams, to izmanto kā degvielu metināšanā vai dažās analīzes iekārtās.

Alkāni, alkēni un alkīni arī ietver struktūras :

• non-cycliques, les aliphatiques acycliques, qui sont constituées de chaînes :
  • vai lineāri. Piemērs n-heksāns.
  • vai sazarotu.
• cycliques (cycles non-aromatiques), les alicycliques (= aliphatiques cycliques) : cycloalcanes, cycloalcènes, cycloalcynes.
  • Molekulas var sastāvēt no vairākiem cikliem
    • savienoti ar 2 kopīgiem oglekļa atomiem; piemērs: policikliskie cikloalkāni.
    • vai savienoti ar vienu kopīgu oglekļa atomu: spirāni.
  • Gredzenā var būt atomi, kas nav oglekļa atomi (heterocikls)
  • Gredzens var būt sazarots. Piemēram, metilcikloheksāns _(C6H11CH3), ko izmanto kā bāzi organiskajā sintēzē, kā šķīdinātāju ēteriem un celulozei, kā arī kā aviācijas degvielu. Tas var bojāt elpošanas ceļus, centrālo nervu sistēmu, ādu un acis.

Ja alifātiskajai vai aromātiskajai struktūrai ir atzars, kas identificēts kā funkcionālā grupa (atomu grupa, kas piešķir tai raksturīgas ķīmiskās īpašības), piemēram, daži alkānu atvasinājumi vai PAO, GOS būs īpaša ietekme uz gaisa kvalitāti. Pēc tam GOS klasificē konkrētā grupā:

• Halogenētie GOS, piemēram, hlormetāns CH₃Cl
• Sēru saturoši GOS, piemēram, β-merkaptoetanols _C2H6OS,
• COV oxygénés dont des :
  • GOS spirti, piemēram, etilēnglikols _C2H6O2; izmanto kā antifrīzu, šķīdinātāju, bremžu šķidrumus, krāsvielas utt. Ieelpošana izraisa klepu un galvassāpes, bet norīšana – sāpes vēderā un sliktu dūšu.
  • GOS ketoni, piemēram, acetons _C3H6O, šķīdinātājs, ko izmanto krāsu, laku, gumijas un plastmasas rūpniecībā utt. Tas ir ļoti gaistošs, un, ja tā koncentrācija gaisā ir augsta, to var ieelpot lielos daudzumos. Caur plaušām tas var iekļūt asinsritē un izplatīties pa visu ķermeni. Simptomi ir dažādi – no deguna kairinājuma līdz centrālās nervu sistēmas nomākumam.
  • GOS aldehīdi, piemēram, _CH2Oformaldehīds, kas lielākā vai mazākā mērā izdalās visās rūpniecības nozarēs un ir atzīts par kancerogēnu.
  • GOS ēteri, piemēram, etilēnglikola nbutilēteris(EGBE) _C6H14O2,
  • GOS esteris, piemēram, metilacetāts _C3H6O2.
• Nitro GOS, piemēram, nitroetāns _C2H5NO2, kairina elpošanas ceļus, var mainīt asinis un izraisīt krampjus.
• Amino GOS, piemēram, anilīns, kas viegli adsorbējas uz darba apģērba, sienām, iekārtām un darba virsmām.

GOS definīcijai atbilst vairāki tūkstoši vielu. Tās ietekmē gaisa kvalitāti visās rūpniecības nozarēs. Zinot, kas tās ir, mēs varam saprast, kā tās reaģē ar gāzēm un putekļiem gaisā rūpniecības objektā. Tad var veikt to ķīmiskajam sastāvam pielāgotus profilaktiskus pasākumus, jo īpaši attiecībā uz uztveršanu avotā, filtrēšanu un attīrīšanu.