Compuși organici volatili (COV): Impactul și gestionarea în industrie

Pe un amplasament industrial, compușii organici volatili (COV) fac parte din poluanții aerului înconjurător, atât în interior, cât și în exterior. Termenul COV acoperă o gamă largă de substanțe chimice.

Ce au ele în comun? Sunt compuse din carbon și hidrogen și, în condiții ambientale, se află fie în fază gazoasă, fie în fază lichidă care se evaporă ușor. COV au un impact asupra calității aerului, cu consecințe asupra sănătății umane, mediului și economiei. Prin urmare, aceștia sunt definiți oficial la nivel european și traduși la nivel național. Cunoașterea proprietăților fizice și chimice ale COV vă ajută să luați măsurile preventive adecvate. Iată o scurtă prezentare generală pentru a vă familiariza cu caracteristicile fizice și chimice ale COV care au un impact asupra calității aerului.

Definiția de reglementare a COV

Articolul 2 §16 și §17 din Directiva 1999/13/CE a Consiliului din 11 martie 1999 privind limitarea emisiilor de compuși organici volatili datorateutilizării solvenților organici în anumite activități și instalații oferă următoarele două definiții:

Compus organic: „orice compus care, cu excepția metanului, conține carbon și hidrogen, care pot fi substituiți cu alți atomi precum halogeni (de exemplu fluor, clor, brom, iod), oxigen, sulf, azot sau fosfor, cu excepția oxizilor de carbon (de exemplu CO₂) și a carbonaților (de exemplu: CO₃^2-) și bicarbonați(de exemplu: HCO₃^–) . ”

Compus organic volatil (COV) : orice compus organic care are o presiune de vapori de 0,01 kPa sau mai mare la o temperatură de 293,15 K(20°C) sau care are o volatilitate corespunzătoare în condițiile speciale de utilizare.

Directiva a fost transpusă în legislația franceză la articolul R224-48 din Codul mediului. Acesta definește un COV drept „orice compus organic al cărui punct inițial de fierbere, măsurat la o presiune standard de 101,3 kPa, este mai mic sau egal cu 250°C”.

Zboară? Da, dar mai mult sau mai puțin! Clasificarea fizică a COV-urilor

Pentru a înțelege amploarea emisiilor de COV care afectează calitatea aerului înconjurător, trebuie să cunoaștem concentrația acestora. Pentru a face acest lucru, ne bazăm pe o caracteristică fizică: volatilitatea.

Volatilitatea este capacitatea unei substanțe de a se evapora la temperatura și presiunea mediului ambiant.

COV-urile sunt volatile, dar mai mult sau mai puțin volatile. Deoarece volatilitatea unui COV depinde de presiunea sa de vapori, concentrația efectivă de saturație ???????? (în µg^.m-3) poate fi utilizată ca un criteriu de clasificare. De asemenea, volatilitatea scade odată cu creșterea greutății moleculare a COV. COV-urile pot fi clasificate și în funcție de numărul de atomi de carbon din structura lor.

volatilitate la non-volatilitate	nr. de atomi de carbon	concentrația efectivă de saturație ????????
COV Foarte volatile până la volatile	nb C ≤ 11	???????? > 106 μg .m-3
VOC-IVolatilitate intermediară	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 Nevolatile la temperatura camerei (particule)	nb C > 32	???????? < 10-1 μg.m-3

Trebuie remarcat faptul că compușii organici nevolatili la temperatura ambiantă (NVOCC) se vor evapora în condiții specifice de utilizare, legate de procesele industriale sau în cazul unui accident (incendiu, explozie).

O altă clasificare a COV-urilor ia ca criteriu temperatura de fierbere.

Volatilitate	Temperatura de fierbere
Foarte volatil	< (50 – 100 °C)
Volatile	(50 – 100 °C) până la (240 – 260 °C)
Semi-volatile	(240 – 260 °C) până la (380 – 400 °C)

COV și mirosuri

Unele COV sunt inodore (butan, propan). Alte COV pot avea un miros mai mult sau mai puțin caracteristic. Compușii sulfuroși, aminele, compușii oxigenați (cetone, aldehide) și anumiți compuși aromatici sunt deosebit de mirositori.

Clasificarea COV-urilor în funcție de structura lor chimică

COV sunt o clasă vastă de compuși chimici, cu o mare varietate de structuri și proprietăți. Impactul lor comun ca poluanți ai aerului, apei și solului este cel care îi reunește în această clasă. Cu toate acestea, structurile lor și, în special, prezența grupurilor de atomi, altele decât C și H, influențează proprietățile lor chimice și, prin urmare, toxicitatea lor pentru oameni și natură și, în consecință, impactul lor economic.

Criterii structurale COV

COV se disting în funcție de mai multe criterii structurale neexclusive, fiecare contribuind la natura și gradul proprietăților lor poluante:

• ciclic(lanț de atomi de carbon care se închide într-un cerc) versus neciclic(lanț de carbon care nu se închide, atomii de C se leagă între ei în mod liniar);
• aromatice(un lanț hexagonal specific de carbon numit inel benzenic, format din 6 atomi de carbon, fiecare legat de un atom de hidrogen) versus nearomatice(un lanț fără această configurație specială);
• monociclic(un singur lanț ciclic de carbon) versus policiclic(mai multe inele identice legate de unul sau doi atomi de carbon în comun)
• homociclic(un inel format numai din C) versus heterociclic(un inel care conține carbon și alți atomi care înlocuiesc carbonul);
• saturate(prezența unei singure legături de carbon) versus nesaturate(legături duble sau triple de carbon). Nesaturarea face COV-urile mai reactive, ceea ce are un impact asupra toxicității lor. Structurile aromatice sunt toate nesaturate.
• neramificate versus ramificate(lanțul principal de carbon are una sau mai multe ramificații formate fie numai din grupuri de atomi de C și H, fie încorporând alți atomi care le conferă o reactivitate caracteristică [grup funcțional]).

Clasificarea COV

Există două categorii principale de COV: COV aromatici și COV alifatici (nearomatici).

COV-urile aromatice au ca schelet de bază un inel benzenic. Acestea pot fi împărțite în mai multe subcategorii:

• Hidrocarburi aromatice monociclice, inclusiv BTEX (prescurtarea de la Benzen, Toluen, Etilbenzen, Xilen), toate acestea fiind toxice și ecotoxice.
• Hidrocarburi aromatice policiclice (HAP), care au proprietăți cancerigene. Aceștia sunt sintetizați în timpul formării combustibililor fosili (petrol, cărbune) sau în timpul arderii incomplete a materiei organice (încălzirea cu petrol, incendii forestiere etc.).
• compuși heterociclici aromatici sau heterocicluri aromatice, în care unul sau mai mulți atomi de C din inelul benzenic sunt substituiți cu alți atomi (sau grupuri de atomi) precum cei menționați în definiția de mai sus.

COV alifatici (= COV nearomatici) includ molecule cu un :

• saturate: alcani ; de exemplu, hexanul _C6H14 , care este utilizat în cleiuri, adezivi și lichide degresante, este prezent în vaporii de benzină. Acesta poate pătrunde în organism pe cale respiratorie și percutanată. Efectele inhalării variază de la amețeli la pierderea cunoștinței. Contactul cu pielea provoacă dermatită.
• insaturée aux propriétés plus polluantes :
  • alchene (dublă legătură carbonică); exemplu: etilena _C2H4 eliberată de majoritatea fructelor și legumelor ca agent de maturare, emisă de țevile de eșapament, de stivuitoarele cu propan și de pungile de plastic sub acțiunea luminii. Când este inhalată, aceasta poate provoca amețeli, dureri de cap și pierderea cunoștinței și contribuie la efectul de seră;
  • alchine (triplă legătură carbonică); exemplu: etilena sau acetilena_C2H2; extrem de inflamabil și exploziv, este utilizat ca combustibil pentru sudură sau în anumite echipamente de analiză.

Alcanii, alchenele și alchinele includ, de asemenea, structuri :

• non-cycliques, les aliphatiques acycliques, qui sont constituées de chaînes :
  • sau liniar. Exemplu n-hexan.
  • sau ramificate.
• cycliques (cycles non-aromatiques), les alicycliques (= aliphatiques cycliques) : cycloalcanes, cycloalcènes, cycloalcynes.
  • Moleculele pot cuprinde mai multe cicluri
    • fie legate prin 2 atomi de carbon comuni; exemplu: cicloalcani policiclici
    • sau legate de un atom de carbon comun: spirani.
  • Inelul poate include alți atomi decât carbonul (heterociclu)
  • Un inel poate fi ramificat. De exemplu, metilciclohexanul _(C6H11CH3), utilizat ca bază pentru sinteza organică, ca solvent pentru eteri și celuloză și ca combustibil pentru aviație. Acesta poate afecta tractul respirator, sistemul nervos central, pielea și ochii.

În cazul în care structura alifatică sau aromatică are o ramură identificată ca grup funcțional (un grup de atomi care îi conferă proprietăți chimice distinctive), cum ar fi anumiți derivați alcani sau HAP, COV va avea un impact specific asupra calității aerului. COV-urile sunt apoi clasificate într-o anumită familie:

• COV halogenați, de exemplu clormetan CH₃Cl
• COV cu conținut de sulf, de exemplu β-mercaptoetanol _C2H6OS,
• COV oxygénés dont des :
  • Alcooli COV, de exemplu etilenglicol _C2H6O2; utilizat ca antigel, solvent, lichid de frână, coloranți etc. Inhalarea provoacă tuse și dureri de cap, în timp ce ingerarea provoacă dureri abdominale și greață.
  • COV cetone, de exemplu acetona _C3H6O, un solvent utilizat în industria vopselelor, lacurilor, cauciucului și materialelor plastice etc. Foarte volatil, acesta poate fi inhalat în cantități mari atunci când există o concentrație ridicată în aer. Acesta poate intra în sânge prin plămâni și se poate răspândi în tot corpul. Simptomele variază de la iritații nazale la depresia sistemului nervos central.
  • COV aldehide, de exemplu _CH2Oformaldehidă, emisă într-o măsură mai mare sau mai mică în toate sectoarele industriale și recunoscută ca fiind cancerigenă.
  • COV eteri, de exemplu etilenglicol nbutil eter(EGBE) _C6H14O2,
  • COV ester, de exemplu acetat de metil _C3H6O2.
• COV nitro, de exemplu nitroetanul _C2H5NO2, iritant pentru tractul respirator, poate altera sângele și provoca convulsii.
• Amino COV, cum ar fi anilina, care se adsorb ușor pe hainele de lucru, pereți, mașini și suprafețe de lucru.

Câteva mii de substanțe corespund definiției COV. Acestea afectează calitatea aerului în toate sectoarele industriale. Cunoașterea lor ne permite să înțelegem cum reacționează cu gazele și praful din aerul unui amplasament industrial. Se pot lua apoi măsuri preventive adaptate compoziției lor chimice, în special în ceea ce privește captarea la sursă, filtrarea și tratarea.