Pomiar stężeń gazów szkodliwych i zawartości tlenu w powietrzu w oczyszczalniach ścieków i sieciach kanalizacyjnych

W oczyszczalniach ścieków i kanałach kanalizacyjnych może występować wiele lotnych substancji niebezpiecznych. Mogą to być gazy powstające w wyniku zachodzących w tych obiektach procesach chemicznych oraz pary substancji odprowadzonych do ścieków.

Uwarunkowania prawne

Rozporządzenia 437 i 438 Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z 1 października 1993 r. (Dz.U. Nr 96 z dnia 15 października 1993 r.) regulują sprawy bezpieczeństwa i higieny pracy w oczyszczalniach ścieków i przy eksploatacji, remontach i konserwacji sieci kanalizacyjnych. Między innymi wymagane jest dokonywanie pomiarów stężeń gazów szkodliwych i zawartości tlenu w powietrzu.

Należy się spodziewać, że wymagania dotyczące bezpieczeństwa pracy wzrosną. Resort pracy przygotował projekt nowelizacji rozporządzenia w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy, który dostosowuje polskie przepisy bhp do dyrektyw unijnych. Przewiduje on, że wszyscy pracodawcy będą zobowiązani do zapobiegania zagrożeniom związanym z wykonywaną pracą oraz do przeprowadzania oceny zagrożeń, które nie mogą być wykluczone.

REKLAMA

Obecnie firmy muszą jedynie ocenić ryzyko zawodowe na danym stanowisku pracy, a następnie ograniczyć je do dozwolonego poziomu zagrożeń. Jeśli projekt wejdzie w życie, przepisy dotyczące bhp będą zmuszać pracodawców do zastosowania takich rozwiązań, które uniemożliwią zagrożenie życia lub zdrowia pracowników i powstawanie nowych niebezpieczeństw.

Realne niebezpieczeństwo

W oczyszczalniach i kanałach prawie zawsze występuje podwyższone stężenie siarkowodoru i dwutlenku węgla oraz pojawia się metan. Najbardziej niebezpieczny dla pracowników jest silnie toksyczny siarkowodór. Jest cięższy od powietrza, zalega w studzienkach i różnego rodzaju zagłębieniach. Na szczęście ma charakterystyczny, drażniący zapach zgniłych jaj i człowiek wyczuwa go nawet przy bardzo małych stężeniach (próg wyczuwalności zapachu: 0,18 mg/m3). Niestety, podwyższone stężenie powoduje natychmiastowe porażenie zakończeń nerwowych, wskutek czego nie reagują one na zapach siarkowodoru.

Dwutlenek węgla nie jest toksyczny, ale jako gaz cięższy od powietrza wypiera tlen i często przyczynia się do niedotlenienia organizmu, utraty przytomności, a w skrajnych przypadkach do śmierci przez uduszenie. Jego obecność przyśpiesza oddychanie i akcję serca, co wzmaga pochłanianie gazów toksycznych.

Wydaje się, że najmniej niebezpieczny jest metan, jako gaz znacznie lżejszy od powietrza łatwo się wentyluje. Jednakże, w sprzyjających warunkach, może tworzyć mieszaninę wybuchową z powietrzem i stanowić realne zagrożenie. Metan jest bezwonny i można go wykryć tylko przy pomocy specjalistycznych urządzeń.

Wykrywanie zagrożeń

Oczyszczalnie ścieków są trudnymi obiektami do monitorowania ze względu na zmienne występowanie par i gazów zakłócających, dużą wilgotność oraz duże różnice stężeń substancji niebezpiecznych w różnych miejscach. Przy ocenie zagrożenia na stanowisku pracy należy sprawdzać czy nie przekraczane są dopuszczalne stężenia. Zdefiniowane są trzy rodzaje stężeń: NDS, NDSCh i NDSP. Dla siarkowodoru NDS wynosi 10 mg/m3 (7 ppm = 0,0007%), a NDSCh 20 mg/m3 (14 ppm = 0,0014%). Niestety, nie określono dla siarkowodoru NDSP. Przy stężeniach 60-70 mg/m3 działa drażniąco na oczy, 140-210 mg/m3 – po paru godzinach występuje zatrucie, przebywanie w stężeniu powyżej 700 mg/m3 grozi ciężkim zatruciem a nawet śmiercią.

Tab. 1 Podstawowe warunki prawidłowej pracy stacjonarnego systemu detekcji gazów
Właściwy dobór urządzeń uwzględniający warunki panujące w monitorowanym obiekcie oraz potrzeby użytkowników.	Należy uwzględnić temperaturę, wilgotność, obecność gazów zakłócających pomiar, zakres pomiarowy, sposób wizualizacji i archiwizacji wyników, konieczność sterowania urządzeniami wykonawczymi, konieczność stosowania zasilania awaryjnego. Bardzo istotne jest właściwe ustalenie progów alarmowych. Powinny być na poziomie zapewniającym bezpieczeństwo – zbyt nisko ustawione mogą wywoływać niepotrzebne alarmy i mogą zakłócać funkcjonowania monitorowanego obiektu.
Właściwy wybór miejsc instalowania detektorów	Detektory wykrywają gaz w miejscu zainstalowania. Należy wybrać miejsca najbardziej prawdopodobnego gromadzenia się gazu i powstania zagrożenia. Trzeba uwzględnić ciężar właściwy gazu, ruch powietrza w monitorowanej strefie, lokalizację otworów wywiewnych i nawiewnych. Bardzo istotne jest zapewnienie łatwego dostępu do urządzeń.
Prawidłowe wykonanie instalacji systemu	Urządzenia muszą być prawidłowo, zgodnie z instrukcją połączone przy użyciu właściwych materiałów instalacyjnych, instalacja i okablowanie winno być wykonane starannie, zgodnie z przepisami i obowiązującymi zasadami
Prawidłowa, zgodna z instrukcją i zdrowym rozsądkiem eksploatacja systemu.	Dla prawidłowego działania systemu niezbędne jest przestrzeganie zasad określonych w instrukcji obsługi. Należy bezwzględnie przestrzegać terminów kalibracji detektorów, terminów kontroli pracy systemów, terminów wymiany akumulatorów. Kontrole powinny być przeprowadzane zgodnie z instrukcją a kalibracja wykonywana przez uprawnione laboratoria w warunkach określonych przez producenta.

Należy pamiętać, że powszechnie stosowane mierniki stężeń i wykrywacze gazów to nie analizatory składu powietrza. Trzeba wiedzieć, że ich wskazania mogą być zakłócane przez inne gazy o podobnych właściwościach chemicznych do gazu mierzonego. Na ich wskazania może mieć również wpływ temperatura i wilgotność. W zależności od typu sensora (elementu reagującego na gaz) te czynniki mają większe lub mniejsze znaczenie dla wyniku pomiaru.

W użyciu są przenośne i stacjonarne urządzenia do pomiaru i wykrywania niebezpiecznych stężeń gazów.

System przenośny czy stacjonarny?

W przypadku stosowania urządzeń przenośnych, trzeba stworzyć procedury posługiwania się nimi i egzekwować od pracowników ich stosowanie. Należy zapewnić wymaganą ilość sprzętu, odpowiednie warunki przechowywania i łatwość dostępu, uwzględnić konieczność ładowania akumulatorów.

ciągły, niezależnie od postępowania pracowników. Przekroczenie ustalonych stężeń sygnalizowane jest akustycznie i optycznie, mogą być automatycznie aktywowane systemy ograniczające groźbę zatrucia (np. intensywna wentylacja, odcięcie dopływu czynnika toksycznego lub wstrzymanie procesu technologicznego). Dodatkowo sygnał alarmu może być przekazywany do służb lub osób zobowiązanych sprawdzić jego przyczynę. Wskazania systemu mogą być w sposób ciągły archiwizowane co daje obraz warunków na stanowiskach pracy

Dla prawidłowego działania systemu niezbędne jest przestrzeganie zasad określonych w instrukcji obsługi. Należy bezwzględnie przestrzegać terminów kalibracji detektorów, terminów kontroli pracy systemów, terminów wymiany akumulatorów. Kontrole powinny być przeprowadzane zgodnie z instrukcją, a kalibracja wykonywana przez uprawnione laboratoria w warunkach określonych przez producenta.

Modularny System Detekcji Gazu

Urządzeniem ułatwiającym spełnienie warunków wymienionych w tabeli 1. jest Modularny System Detekcji Gazu. Został on uznany za najwszechstronniejszy z dostępnych na naszym rynku i uhonorowany Grand Prix Targów SAWO 2008.

Fot. 1. Moduł z sensorem: a) półprzewodnikowym, b) katalitycznym, c) elektrochemicznym, d) infra-red

Modularność systemu polega na możliwości budowy systemów detekcji o różnym stopniu zaawansowania w zależności od potrzeb w konkretnym obiekcie. Służby BHP określają rodzaje zagrożeń i wymagania, podają warunki w jakich system ma pracować, a projektanci dobierają właściwe elementy z poszczególnych grup urządzeń tak, aby system spełniał oczekiwania użytkownika, był prosty w instalacji, łatwy w obsłudze i tani w eksploatacji.

W systemie można wyróżnić trzy rozbudowane grupy urządzeń:

detektory,
moduły alarmowe (centrale alarmowe),
urządzenia wykonawcze.

Składowe systemu

Fot. 2. Detektor typu DEX (z lewej) oraz typu DG

Kluczowym elementem systemu są detektory z wbudowanymi sensorami gazu – elementami reagującymi na gaz. Powszechnie stosuje się cztery rodzaje sensorów: elektrochemiczne, katalityczne, półprzewodnikowe i InfraRed. Sensory różnią się parametrami pracy i właściwościami. Dla prawidłowej pracy systemu detekcji gazów newralgiczny jest właściwy wybór sensorów, odpowiedni do warunków panujących w obiekcie. Sensory zmieniają swoje parametry pomiarowe w czasie – wymagają okresowej korekty wskazań czyli kalibracji. Dla ułatwienia tego procesu wszystkie detektory firmy GAZEX wyposażone są w wymienny moduł sensora. Taki moduł zawiera sensor gazu i wszystkie niezbędne elementy elektroniczne potrzebne do jego kalibracji. W przypadku konieczności kalibracji użytkownik może we własnym zakresie wymontować moduł sensora i poddać go kalibracji, bądź wymienić na inny, już skalibrowany. Operacje te są przeprowadzane bez konieczności demontażu detektora z instalacji. To unikatowe rozwiązanie techniczne znakomicie ułatwia i obniża koszty eksploatacji systemów detekcji gazów. Inteligentne moduły sensorów wyposażone są w procesor i zapamiętują parametry pracy sensora takie jak: ilość alarmów, czas pracy w stanach alarmowych, ilość przekroczeń zakresów pomiarowych oraz ewentualne stany awaryjne. Przy kalibracji można prześledzić, w jakich warunkach pracują detektory i ewentualnie dokonać korekt w ustawieniach parametrów pracy systemów, bądź zaproponować zmianę sensorów na inne, bardziej odpowiednie dla konkretnych warunków panujących w monitorowanym obiekcie. W przypadku zmiany technologii w zakładzie pracy i zmiany rodzajów substancji niebezpiecznych nie trzeba wymieniać systemu detekcji – wystarczy wymienić moduły sensorów na odpowiednie do zmian co jest rozwiązaniem prostszym, szybszym i tańszym.

Dostępne są moduły sensora wyposażone w każdy z wymienionych wyżej typów sensorów. Detektory występują w dwóch podstawowych typach: DEX i DG.

DEX – budowa przeciwwybuchowa rodzaju osłona ognioszczelna z cechą EEx d IIB T6 lub EEx d IIC T6, spełnia wymagania Dyrektywy 94/9/WE (ATEX) w obszarze stosowania II 2 G, posiada Certyfikat Badania Typu WE: KDB 04ATEX133 oraz Uzupełniający Certyfikat Badania Typu WE KDB 04ATEX133/1 wydane przez Główny Instytut Górnictwa w Katowicach (Jednostka Notyfikowana nr 1453).
DG – budowa zwykła, nie może być stosowany w strefach klasyfikowanych jako strefy zagrożone wybuchem gazów, par lub pyłów. Obudowa wykonana jest z trwałego tworzywa sztucznego. Przezroczysta płyta czołowa umożliwia wizualizację stanów detektora przez diody LED, specjalna konstrukcja osłony sensora gazu zapewnia bryzgoszczelność. Detektory DG szczególnie nadają się do detekcji agresywnych gazów toksycznych.

Detektory mogą być w wersjach pomiarowych (mierzą aktualne stężenie gazu) lub progowych (sygnalizują przekroczenie określonych stężeń gazu). Najnowszy rodzaj detektorów, detektory adresowalne komunikują się z modułem MDD-256 cyfrowo w standardzie przemysłowym RS-485 zgodnie protokołem MODBUS. Moduł MDD-256 może zarządzać siecią detektorów cyfrowych i modułów cyfrowych liczącą do 247 urządzeń. Do transmisji mogą być wykorzystywane światłowody.

Są również detektory serii WG specjalnie skonstruowane do garaży: proste w montażu, łatwe w obsłudze i tanie w eksploatacji oraz AirTech eko, znakomite kontrolery jakości powietrza w pomieszczeniach biurowych, salach lekcyjnych, kinowych i konferencyjnych, pomieszczeniach mieszkalnych.

Właściwy dobór

System detekcji gazu powinien być dostosowany do monitorowanego obiektu tak, aby w pełni wykorzystać jego funkcjonalność. Zdarzają się sytuacje, że rozbudowane możliwości systemu wykorzystywane są zaledwie w kilku procentach, a użytkownik niepotrzebnie przepłacił przy zakupie i instalacji jednocześnie płacąc za drogą eksploatację.

Krzysztof Chmielewski