V priemyselnom areáli sú prchavé organické zlúčeniny (VOC) súčasťou látok znečisťujúcich okolité ovzdušie v interiéri aj exteriéri. Pojem VOC zahŕňa širokú škálu chemických látok.
Čo majú spoločné? Skladajú sa z uhlíka a vodíka a v okolitých podmienkach sú buď v plynnej, alebo v kvapalnej fáze, ktorá sa ľahko odparuje. VOC majú vplyv na kvalitu ovzdušia, čo má dôsledky na ľudské zdravie, životné prostredie a hospodárstvo. Preto sú oficiálne definované na európskej úrovni a preložené na národnú úroveň. Poznanie fyzikálnych a chemických vlastností VOC vám pomôže prijať vhodné preventívne opatrenia. Tu je stručný prehľad, ktorý vás oboznámi s fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami VOC, ktoré majú vplyv na kvalitu ovzdušia.
Sommaire
Regulačná definícia VOC
V článku 2, §16 a §17 smernice Rady 1999/13/ES z 11. marca 1999 o obmedzení emisií prchavých organických zlúčenín vznikajúcich pripoužívaní organických rozpúšťadiel pri určitých činnostiach a v určitých zariadeniach sú uvedené tieto dve definície:
Organická zlúčenina: „každá zlúčenina, ktorá s výnimkou metánu obsahuje uhlík a vodík, ktoré môžu byť nahradené inými atómami, ako sú halogény (napr . fluór, chlór, bróm, jód), kyslík, síra, dusík alebo fosfor, s výnimkou oxidov uhlíka (napr. CO2) a uhličitanov (napr.: CO32-) a hydrogénuhličitany(napr. HCO3–) . “
Prchavá organická zlúčenina (VOC ): akákoľvek organická zlúčenina s tlakom pár 0,01 kPa alebo viac pri teplote 293,15 K(20 °C) alebo s príslušnou prchavosťou za konkrétnych podmienok použitia.
Smernica bola prenesená do francúzskeho práva v článku R224-48 zákonníka o životnom prostredí. Definuje VOC ako „akúkoľvek organickú zlúčeninu, ktorej počiatočný bod varu meraný pri štandardnom tlaku 101,3 kPa je nižší alebo rovný 250 °C“.
Lietajú? Áno, ale viac-menej! Fyzikálna klasifikácia VOC
Aby sme pochopili rozsah emisií VOC, ktoré ovplyvňujú kvalitu okolitého ovzdušia, musíme poznať ich koncentráciu. Na tento účel sa spoliehame na fyzikálnu charakteristiku: prchavosť.
Prchavosť je schopnosť látky vyparovať sa pri teplote a tlaku okolia.
LZO sú prchavé, ale viac alebo menej prchavé. Keďže prchavosť VOC závisí od tlaku pár, ako klasifikačné kritérium sa môže použiť efektívna nasýtená koncentrácia ???????? (v µg.m-3). Prchavosť tiež klesá so zvyšujúcou sa molekulovou hmotnosťou VOC. LZO možno klasifikovať aj podľa počtu atómov uhlíka v ich štruktúre.
| volatilita k nevolatilite | počet atómov uhlíka | efektívna koncentrácia nasýtenia ???????? |
| VOC Veľmi prchavé až prchavé | 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 Netrvanlivé pri izbovej teplote (častice) | nb C > 32 | ???????? < 10-1 μg.m-3 |
Je potrebné poznamenať, že netrvanlivé organické zlúčeniny pri teplote okolia (NVOCC) sa vyparujú za špecifických podmienok používania, v súvislosti s priemyselnými procesmi alebo v prípade nehody (požiar, výbuch).
Pri ďalšej klasifikácii VOC sa za kritérium považuje teplota varu.
| Volatilita | Teplota varu |
| Vysoko volatilné | < (50 – 100 °C) |
| Prchavé | (50 – 100 °C) až (240 – 260 °C) |
| Poloprchavý | (240 – 260 °C) až (380 – 400 °C) |
Prchavé organické látky a zápachy
Niektoré VOC sú bez zápachu (bután, propán). Iné VOC môžu mať viac alebo menej charakteristický zápach. Zvlášť zapáchajúce sú zlúčeniny síry, amíny, kyslíkové zlúčeniny (ketóny, aldehydy) a niektoré aromatické zlúčeniny.
Klasifikácia VOC podľa ich chemickej štruktúry
LZO predstavujú rozsiahlu skupinu chemických zlúčenín so širokou škálou štruktúr a vlastností. Do tejto triedy ich spája ich spoločný vplyv ako látok znečisťujúcich ovzdušie, vodu a pôdu. Ich štruktúra, a najmä prítomnosť iných skupín atómov ako C a H, však ovplyvňuje ich chemické vlastnosti, a teda aj ich toxicitu pre ľudí a prírodu, a teda aj ich hospodársky vplyv.
Štrukturálne kritériá VOC
LZO sa rozlišujú podľa niekoľkých nevylučujúcich sa štrukturálnych kritérií, z ktorých každé prispieva k povahe a stupňu ich znečisťujúcich vlastností:
- cyklické(reťazec atómov uhlíka uzavretý do kruhu) oproti necyklickým(neuzavretý uhlíkový reťazec, atómy C sa spájajú lineárne);
- aromatické(špecifický šesťuholníkový uhlíkový reťazec nazývaný benzénový kruh, zložený zo 6 atómov uhlíka, z ktorých každý je spojený s atómom vodíka) a nearomatické(reťazec bez tejto špeciálnej konfigurácie);
- monocyklické(jeden cyklický uhlíkový reťazec) oproti polycyklickým(niekoľko rovnakých kruhov spojených jedným alebo dvoma spoločnými atómami uhlíka)
- homocyklické(kruh tvorený výlučne C) a heterocyklické(kruh obsahujúci uhlík a iné atómy nahradzujúce uhlík);
- nasýtené(prítomnosť len jednoduchých uhlíkových väzieb) oproti nenasýteným(dvojité alebo trojité uhlíkové väzby). Nenasýtené VOC sú reaktívnejšie, čo má vplyv na ich toxicitu. Všetky aromatické štruktúry sú nenasýtené.
- nerozvetvený verzus rozvetvený(hlavný uhlíkový reťazec má jednu alebo viac vetiev vytvorených buď len zo skupín atómov C a H, alebo obsahuje ďalšie atómy, ktoré im potom dávajú charakteristickú reaktivitu [funkčnú skupinu]).
Klasifikácia VOC
Existujú dve hlavné kategórie VOC: aromatické VOC a alifatické (nearomatické) VOC.
Aromatické prchavé organické zlúčeniny majú ako základný skelet benzénový kruh . Možno ich rozdeliť do niekoľkých podkategórií:
- Monocyklické aromatické uhľovodíky vrátane BTEX (skratka pre benzén, toluén, etylbenzén, xylén), ktoré sú toxické a ekotoxické.
- polycyklické aromatické uhľovodíky (PAU), ktoré majú karcinogénne vlastnosti. Syntetizujú sa pri tvorbe fosílnych palív (ropa, uhlie) alebo pri neúplnom spaľovaní organických látok (vykurovanie olejom, lesné požiare atď.).
- aromatické heterocyklické zlúčeniny alebo aromatické heterocykly, v ktorých je jeden alebo viac atómov C benzénového kruhu substituovaných inými atómami (alebo skupinami atómov), ako sú atómy uvedené vo vyššie uvedenej definícii.
Alifatické VOC (= nearomatické VOC) zahŕňajú molekuly s :
- nasýtené: alkány ; napríklad hexán C6H14 , ktorý sa používa v lepidlách, lepidlách a odmasťovacích kvapalinách, je prítomný v benzínových výparoch. Do tela sa môže dostať dýchacími cestami a cez kožu. Účinky vdýchnutia sa pohybujú od závratov až po stratu vedomia. Kontakt s pokožkou spôsobuje dermatitídu.
- insaturée aux propriétés plus polluantes :
- alkény (dvojitá väzba uhlíka); príklad: etylén C2H4, ktorý sa uvoľňuje z väčšiny druhov ovocia a zeleniny ako činidlo pri dozrievaní, uvoľňovaný z výfukových potrubí, vysokozdvižných vozíkov poháňaných propánom a plastových vrecúšok pôsobením svetla. Pri vdychovaní môže spôsobiť závraty, bolesti hlavy a stratu vedomia a prispieva k skleníkovému efektu;
- alkyny (trojitá väzba uhlíka); príklad: etylén alebo acetylénC2H2; extrémne horľavý a výbušný, používa sa ako palivo pri zváraní alebo v niektorých analytických zariadeniach.
Alkány, alkény a alkyny tiež obsahujú štruktúry :
- non-cycliques, les aliphatiques acycliques, qui sont constituées de chaînes :
- alebo lineárne. Príklad n-hexán.
- alebo rozvetvené.
- cycliques (cycles non-aromatiques), les alicycliques (= aliphatiques cycliques) : cycloalcanes, cycloalcènes, cycloalcynes.
- Molekuly môžu obsahovať niekoľko cyklov
- buď spojené 2 spoločnými atómami uhlíka; príklad: polycyklické cykloalkány
- alebo spojené jedným spoločným atómom uhlíka: špirány.
- Kruh môže obsahovať aj iné atómy ako uhlík (heterocyklus)
- Prstenec môže byť rozvetvený. Napríklad metylcyklohexán (C6H11CH3), ktorý sa používa ako báza na organickú syntézu, ako rozpúšťadlo éterov a celulózy a ako letecké palivo. Môže poškodiť dýchacie cesty, centrálny nervový systém, pokožku a oči.
- Molekuly môžu obsahovať niekoľko cyklov
Ak má alifatická alebo aromatická štruktúra vetvu identifikovanú ako funkčná skupina (skupina atómov, ktorá jej dáva charakteristické chemické vlastnosti), ako napríklad niektoré deriváty alkánov alebo PAU, bude mať VOC špecifický vplyv na kvalitu ovzdušia. LZO sa potom zaraďujú do konkrétnej skupiny:
- Halogénované VOC, napr. chlórmetán CH₃Cl
- VOC obsahujúce síru, napr. β-merkaptoetanol C2H6OS,
- COV oxygénés dont des :
- VOC alkoholy, napr. etylénglykol C2H6O2; používa sa ako nemrznúca zmes, rozpúšťadlo, brzdové kvapaliny, farbivá atď. Vdychovanie spôsobuje kašeľ a bolesti hlavy, zatiaľ čo požitie spôsobuje bolesti brucha a nevoľnosť.
- VOC ketóny, napr. acetón C3H6O, rozpúšťadlo používané v priemysle farieb, lakov, gumy a plastov atď. Je veľmi prchavý, pri vysokej koncentrácii vo vzduchu ho možno vdychovať vo veľkých množstvách. Cez pľúca sa môže dostať do krvného obehu a šíriť sa po celom tele. Príznaky sa pohybujú od podráždenia nosa až po depresiu centrálneho nervového systému.
- VOC aldehydy, napr. formaldehyd CH2O, ktorý sa vo väčšej alebo menšej miere emituje vo všetkých priemyselných odvetviach a je považovaný za karcinogén.
- étery VOC, napr. etylénglykol n-butiléter(EGBE) C6H14O2,
- ester VOC, napr. metylacetát C3H6O2.
- Nitrolátky, napr. nitroetán C2H5NO2, dráždia dýchacie cesty, môžu zmeniť krvný obraz a spôsobiť kŕče.
- Aminolátky, ako je anilín, ktoré sa ľahko adsorbujú na pracovný odev, steny, stroje a pracovné povrchy.
Definíciu VOC spĺňa niekoľko tisíc látok. Ovplyvňujú kvalitu ovzdušia vo všetkých priemyselných odvetviach. Poznanie ich vlastností nám umožňuje pochopiť, ako reagujú s plynmi a prachom v ovzduší v priemyselnom podniku. Potom možno prijať preventívne opatrenia prispôsobené ich chemickému zloženiu, najmä pokiaľ ide o zachytávanie pri zdroji, filtráciu a čistenie.
