Bewertung der Methoden zur Staubprobenentnahme

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Die Detektion von Staub ist ein Schwerpunkt der Arbeitsschutzuntersuchungen. Der Schlüssel bei dieser Detektion liegt in der Probenentnahme – daher ist die Probenentnahme vom Staub der eigentliche Schwerpunkt der Arbeitsschutzuntersuchungen. Aufgrund der relativ komplexen Bedingungen am Arbeitsplatz sowie vieler Störfaktoren wird die Wahl der richtigen Probenentnahmemethode besonders wichtig. Die Auswahl der richtigen Methode ist die wichtigste Voraussetzung, um Fehler bei den Untersuchungen zu vermeiden. Die Staubprobenentnahme gliedert sich in die Entnahme des Gesamtstaubs sowie der eingeatmeten Staubs. Jede dieser Kategorien wiederum wird in individuelle Probenentnahmen und Probenentnahmen an bestimmten Stellen unterteilt. Hier möchten wir zu diesen vier Methoden einige Kommentare abgeben:
Entnahme des Gesamtstaubs: 1. Individueller Gesamtstaub: Für die Entnahme des individuellen Gesamtstaubs werden Probenkästen mit einem Durchmesser von 37 mm oder 40 mm verwendet. Die Probenentnahmerate liegt bei 1–5 L/min. Dabei wird ein individueller Probenentnehmer verwendet, wobei die Luftzufuhr in Richtung der natürlichen Atmung erfolgt – also von unten nach oben ； Die Probenahmeezeit entspricht der gesamten Zeit, in der die Arbeiter mit dem Stoff in Berührung kommen ； 2. Punktuelle Probenentnahme: Bei der punktuellen Probenentnahme werden Probenkästen mit einem Durchmesser von 37 mm oder 40 mm verwendet. Die Probenflussrate liegt bei 15–40 L/min. Es werden spezielle Staubprobenentnahmegeräte eingesetzt; die Richtung des einströmenden Luftstroms ist nicht festgelegt ； Die Probennahme erfolgt über einen Zeitraum von 15 Minuten – und zwar zu dem Zeitpunkt, an dem die Konzentration am höchsten ist. Dabei handelt es sich um die Arbeitsplätze mit der höchsten Konzentration ； Durch den Vergleich der beiden Methoden lässt sich erkennen, dass bei der Simulation des Atemwegs die Probenentnahme in Richtung des Einlasslochs erfolgen sollte – dabei sollten vor allem Partikel unterhalb von PM10 entnommen werden. Die derzeit in China verwendete Methode zur Probenentnahme sieht vor, dass das Einlassloch horizontal ausgerichtet ist; dabei werden hauptsächlich größere Partikel entnommen. Doch gemäß den Anforderungen der Norm GBZ2.1 gilt als Gesamtpartikelmenge jene Menge an Partikeln, die in die gesamten Atemwege gelangen können ； Große Staubpartikel können nicht in die Atemwege gelangen. Die in die Atemwege gelangenden Staubpartikel sind hauptsächlich solche mit einer Größe von unter PM10. Wenn man keine Berücksichtigung der zeitlichen Unterschiede bei der Vergleich der beiden Einlassmethoden zieht, führen wir einige Vergleichstests durch: Vergleichsmethode: Querabnahme an einer festgelegten Stelle mit einer Geschwindigkeit von 9 L/min sowie Längsabnahme an derselben Stelle mit einer Geschwindigkeit von 5 L/min ； Vergleichsorte: 1. Abbaufläche in einem Kohlebergwerk ； 2. Rückluftröhren in den Kohlebergwerken ； 3. Ende der Förderbänder in den Kohlebergwerken ； Probenort, Probennummer: M1 (mg), M2 (mg), Δm (mg), V (L), C (mg/m3)
210606: An der Umsetzstelle im Abschnitt des Rückluftstollens – Querrichtung 01: 11,03; 15,39; 4,36; 135,64; 32,14. Längsrichtung 01: 13,27; 14,19; 0,92; 77,090; 11,93.
210606: Im Rückluftstollen – Querrichtung 02: 13,90; 15,56; 1,66; 135,58; 12,24. Längsrichtung 02: 12,77; 13,53; 0,76; 75,639; 10,05.
Am Ende des Transportbands im Hauptstollen – Querrichtung 03: 13,09; 15,19; 2,10; 135,60; 15,49. Längsrichtung 03: 11,22; 11,68; 0,46; 75,834; 6,07.
Aus den oben genannten Daten geht hervor, dass die Konzentrationen, die bei der Verwendung des Querluftprobenverfahrens ermittelt wurden, bei Staubentstehung (Orte 1 und 3) etwa dreimal so hoch sind wie die Konzentrationen, die beim Längsluftprobenverfahren ermittelt wurden. Bei keinem Staubauftreten (Ort 2) betragen die Konzentrationen etwa 1,2-mal so hoch. Eine Analyse der Streuung der Staubpartikel zeigt, dass an den Orten 1 und 3 hauptsächlich große Staubpartikel vorliegen, während bei der Längsluftprobenentnahme kaum große Partikel vorhanden sind. An Ort 2 sind die Staubpartikel in beiden Fällen eher klein. Daraus geht hervor, dass die richtige Methode zur Probenentnahme von Staub an festgelegten Stellen die vertikale Luftzufuhr ist. Warum werden jedoch in den auf dem Markt erhältlichen Probenentnahmegeräten für solche Zwecke immer horizontale Luftzufuhren verwendet? Da es sich um Probenentnahmegeräte für die Umwelthygiene handelt, eignen sie sich nicht für die Berufsgesundheit. Bei der Probenentnahme in der Umwelthygiene kommen kaum große Partikel vor – es sei denn, es herrscht ein Sandsturm. Daher hat die Richtung des einströmenden Luftstroms keinen Einfluss auf die Ergebnisse der Probenentnahme. Für die Probenentnahme im Bereich der Berufsgesundheit kann nur das vertikale Einlassverfahren verwendet werden, nicht das horizontale Einlassverfahren, wie in der Abbildung dargestellt. Atemluftprobenentnahme: 1. Individuelle Atemluftproben: Für die Entnahme von individuellen Atemluftproben werden sowohl Tornadosiebe als auch Impulsfilter verwendet. Die genaue Probenmenge hängt von der Leistungsfähigkeit des jeweiligen Filters ab. Die Separierkurven müssen jedoch den Vorgaben von BMRC oder ACGIH entsprechen (siehe Abbildung). Die Probenentnahme findet in der Regel während der gesamten Zeit statt, in der der Arbeiter mit Staub in Berührung kommt ； 3. Punktuelle Staubmessung: Bei der punktuellen Staubmessung werden ebenfalls sowohl Tornadosiebe als auch Impulsfilter verwendet. Auch hier muss die Trennkurve den Anforderungen der BMRC- oder ACGIH-Kurven entsprechen. Die Messdauer beträgt 15 Minuten; die Messung erfolgt in dem Zeitraum, in dem die Konzentration am höchsten ist – also an den Arbeitsplätzen mit der höchsten Konzentration ； Wir verwenden diese beiden Trennmethoden für eine weitere Vergleichsreihe ； Vergleichsmethode: Querprobenentnahme bei einer Rate von 20 L/min an festgelegten Stellen und Längsprobenentnahme bei einer Rate von 10 L/min an festgelegten Stellen ； Vergleichsorte: 1. Abbaufläche in einem Kohlebergwerk ； 2. Rückluftröhren in den Kohlebergwerken ； 3. Ende der Förderbänder in den Kohlebergwerken ； Probenort, Probennummer: M1 (mg), M2 (mg), Δm (mg), V (L), C (mg/m3)
210606: An der Umsetzstelle im Abschnitt des Rückluftstollens – Typ „Impulsiv“ 01: 12,52; 17,01; 4,48; 300; 11,59. Typ „Turbine“ 01: 13,32; 13,64; 0,32; 150; 2,12.
210606: Im Rückluftgang des Bohrabschnitts des Rückluftstollens – Typ „Impulsiv“ 02: 12,35; 12,76; 0,41; 300; 1,37. Typ „Turbine“ 02: 11,99; 12,18; 0,19; 150; 1,25.
Im Bereich hinter dem Transportband im Hauptstollen – Typ „Impulsiv“ 03: 12,68; 13,94; 1,26; 300; 4,21. Typ „Turbine“ 03: 12,91; 13,08; 0,17; 150; 1,15.
Aus den oben genannten Daten geht hervor, dass bei der Probenentnahme an den Orten, an denen Staub entsteht (Orte 1 und 3), die Konzentrationen bei den beiden Probenmethoden stark voneinander abweichen. An den Orten, an denen kein Staub entsteht (Ort 2), sind die Konzentrationen hingegen sehr ähnlich. Ebenso zeigt die Analyse der Streuung der Werte, dass an den Orten 1 und 3 bei der Probenentnahme mit der Impulsivmethode deutlich mehr grobe Staubpartikel entstehen als bei der Verwendung der Turbinenmethode. An Ort 2 sind die Werte beider Methoden vergleichbar ； Warum tritt dieses Phänomen auf? Um diese Frage zu beantworten, muss man mit den Zertifizierungsversuchen an Trennkurven sowie mit den Prinzipien dieser beiden Methoden beginnen. 1. Zertifizierungsprüfverfahren: Bei der Zertifizierung der Trennkurven jedes Trenngeräts werden Aerosole mit unterschiedlichen Partikelgrößen mithilfe von Aerosolgeneratoren erzeugt. Anschließend werden diese Aerosole durch das Trenngerät getrennt, wobei die Trenneffizienz verglichen wird. Wenn die Trenneffizienz bei Aerosolen mit einer Größe von 4 μm 50 % beträgt, entspricht dies der ACGIH-Kurve. Wenn die Trenneffizienz bei Aerosolen mit einer Größe von 5 μm 50 % beträgt, entspricht dies der BMRC-Kurve ； In diesem Experiment wurden Aerosole mit unterschiedlichen Partikelgrößen getrennt voneinander getestet; es wurden nicht alle Aerosole miteinander vermischt, um gleichzeitig experimentiert zu werden. 2. Tornadoseparator: Bei der Zufuhr von Luft durch den Eingang des Tornadoseparators rotiert der Luftstrom in tangentialem Verhältnis zur Innenwand des Separators. Große Staubpartikel sinken schnell ab und gelangen in den Auffangbehälter für große Partikel, während kleine Staubpartikel langsamer sinken und an der Filtermembran haften bleiben. 3. Stoßtrenner: Nachdem die Luft durch den Eingang des Stoßtrenners eingeleitet wird, trifft sie direkt auf die Stoßplatte. Auf dieser Platte ist Silikonöl aufgetragen, wodurch Stäube unterschiedlicher Korngrößen in bestimmten Proportionen an der Stoßplatte haften bleiben. Der übrige Staub wird hingegen von der Filtermembran aufgenommen. Aus den Prinzipien dieser beiden Methoden geht hervor, dass der Wirbelstromtrenner aufgrund der Verwendung der Sedimentationsmethode auch dann noch in der Lage ist, Staubpartikel, die den Anforderungen der Kurven A und B entsprechen, zu trennen – insbesondere dann, wenn viele große Partikel vorhanden sind. Bei dem Impakttrenner hingegen treten Probleme auf: 1. Bei den Zertifizierungsprüfungen wurden keine Tests mit großen Partikeln durchgeführt. Im Betrieb kann somit unabhängig von der Größe der Partikelstoffe alles in den Trenner gelangen ； 2. Auf der Stoßplatte sind gleichzeitig grobe Staubpartikel unterschiedlicher Korngrößen aufgebracht, wodurch es schwierig ist, weitere feine Staubpartikel darauf anzubringen ； 3. Die Konzentration an großen Staubpartikeln ist hoch; sie sättigen die Filtermembran sehr schnell. Dadurch gelangen viele große Staubpartikel in die Filtermembran. Dasselbe Problem: Warum werden auf dem Markt zur Erhebung von Staubpartikeln immer solche Impuls-Trenner verwendet? Die Antwort ist ebenfalls dieselbe: Es handelt sich um Geräte zur Probenentnahme aus der Umwelt. Bei der Probenentnahme in der Umwelt sind die Bedingungen und der Ort bekannt – es gibt keine Faktoren, die zu der Entstehung großer Staubpartikel führen könnten. Dadurch entsteht auch keine Störung für die Impuls-Trennvorrichtungen. Im Bereich der Berufsgesundheit ist das jedoch anders: Dabei werden Proben genau dann entnommen, wenn große Staubpartikel entstehen und die Störungen am größten sind. Deshalb kann man keine Impuls-Probenentnahmegeräte mit seitlichem Luftzug verwenden. Stattdessen sollten Tornadosammler oder Impuls-Probenentnahmegeräte mit nach unten gerichteter Luftzufuhr verwendet werden.