3.1 Stoffeigenschaften, Quellen, Freisetzungs- und Ausbreitungsmechanismen
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Bei der Konzeptionierung, Auslegung und Gestaltung einer Absauganlage ist die Kenntnis über das Verhalten der Stoffe im Gemisch mit Luft sowie der Bedingungen für eine effiziente Erfassung mit einem Luftstrom von herausragender Bedeutung.
Der folgende Abschnitt beschäftigt sich mit den wesentlichen Eigenschaften der abzusaugenden Stoffe, besonders, soweit es ihr Verhalten im Gemisch mit Luft betrifft, den zu berücksichtigenden Quellen, an denen die Stoffe freigesetzt werden, sowie den Mechanismen bei der Freisetzung und anschließenden Ausbreitung in der Umgebungsluft.
Generell können Luftverunreinigungen hervorgerufen werden durch
- Arbeitsprozesse (z. B. Schleifen, Lackieren),
- Anwesenheit und Tätigkeit von Menschen (z. B. Rauchen),
- Emissionen aus Inneneinrichtungen oder Arbeitsmaterialien,
- Zuführung verunreinigter Außenluft.
Nachfolgend werden nur Luftverunreinigungen behandelt, die durch Arbeitsprozesse hervorgerufen werden.
3.1.1 Arten und Entstehung von Luftverunreinigungen
Luftverunreinigungen aus Arbeitsprozessen können als gasförmige Stoffe, Flüssigkeiten oder Feststoffe auftreten.
Gasförmige Stoffe
Unter gasförmigen Stoffen versteht man Stoffe, deren Moleküle sich im Raum unabhängig voneinander frei bewegen können und die sich gleichmäßig verteilen. Luft verunreinigende Gase entstehen unter anderem durch Verbrennungsmotoren (Stickoxide, Kohlenmonoxid, flüchtige Kohlenwasserstoffe) oder beim Schweißen und Brennschneiden (Stickoxide, Ozon). Gase werden zum Beispiel bei Arbeiten mit Lösemitteln oder im Krankenhaus beim Desinfizieren (Ethylenoxid, Formaldehyd) und bei der Narkose (Lachgas, Halothan) freigesetzt.
Aerosole
Aerosole sind heterogene Gemische aus festen oder flüssigen Schwebteilchen in einem Gas. Umgangssprachlich werden sie als Nebel, Staub oder Rauch bezeichnet.
Dampf
Von Dampf spricht man, wenn Flüssigkeiten durch Verdunstung oder Verdampfung in den gasförmigen Zustand übergetreten sind. Luftverunreinigende Dämpfe entstehen unter anderem beim Spritzlackieren und Streichen, beim Entfetten und Reinigen von Gegenständen, bei der thermischen Behandlung von Kunststoffen und bei Klebearbeiten.
Nebel
Abgekühlter Dampf bildet winzige Tröpfchen, die sich um Kondensationskerne (z. B. Staub) aufbauen. Nebel kann auch entstehen, wenn Flüssigkeiten durch starke mechanische Kräfte in feinste Tröpfchen zerrissen werden. Das ist zum Beispiel bei der "Zerstäubung" von Öl oder bei Kühlschmiermitteln an spanabhebenden Maschinen oder Schleifmaschinen der Fall. Auch beim Spritzlackieren ist Zerstäubung die Ursache von Nebelbildung.
Rauch
Als Rauch bezeichnet man (disperse) Verteilungen feinster fester Stoffe (Partikel) in einem Gas. Rauch entsteht sowohl durch thermische als auch durch chemische Prozesse. Schweißen, Brennschneiden und Laserbearbeitung sind die wesentlichen Rauchquellen in Metall verarbeitenden Betrieben und Werkstätten. Auch bei chemischen Prozessen kann Rauch entstehen, zum Beispiel bei der Reaktion von Ammoniak mit Chlorwasserstoff.
Staub
Bei Staub handelt es sich wie bei Rauch um fein verteilte Feststoffe. Das Schwebevermögen und die Sinkgeschwindigkeit von Staubteilchen sind von deren Größe, Form und spezifischem Gewicht abhängig. Abgelagerter Staub kann aufgewirbelt werden und damit erneut eine Belastung der Umgebungsluft darstellen. Staub entsteht in der Produktion vor allem bei der mechanischen Zerkleinerung (z. B. Mahlen, Stampfen, Schneiden) und der spanabhebenden Bearbeitung (z. B. Sägen, Fräsen, Feilen, Schleifen, Polieren, Strahlen). Die Staubentwicklung ist umso größer, je trockener und härter der Werkstoff ist und je hochtouriger die Bearbeitungswerkzeuge laufen.
Schadstoffe, die sich lange in der Luft befinden, besonders auch schädliche Gase, die nicht oder kaum durch Absetzen abgeschieden werden, sind besonders gefährlich für Mensch, Umwelt und Maschine. Sie können sich weit verteilen und auch noch in großer Entfernung vom Produktionsort ihre schädlichen Wirkungen entfalten.
In Tabelle 3.1.1 sind die grundsätzlichen Schadstoff-Freisetzungsvorgänge (Quellen) aufgelistet und durch typische Beispiele von Arbeitsprozessen ergänzt.
Neben den vorab genannten Eigenschaften der Stoffe können sie auch brennbar sein. Damit können sie sowohl die Grundlage von Bränden als auch von Explosionen sein.
Bei der Auslegung einer Absauganlage sind die Brand- und Explosionseigenschaften der Stoffe daher zwingend zu ermitteln (z. B. Brennzahl, Flammpunkt, Explosionsgrenzen, Mindestzündenergie, usw.). Daraus ergeben sich die notwendigen Maßnahmen zur Vermeidung und Reduzierung von Bränden und Explosionen.
Tabelle 3.1.1
Schadstoff-Freisetzungsvorgänge
| Freisetzungsmechanismus |
Beispiele für Arbeitsprozesse |
| Verdunstung aus einer Flüssigkeitsoberfläche |
Lösemittel beim Lackieren und Reinigen |
| Nebelbildung infolge mechanischer Zerstäubung oder Kondensation von ungesättigtem Dampf |
Lackauftrag beim Spritzlackieren, Ölnebel von Kühlschmierstoffen |
| Sublimation (Kondensationsaerosole) |
Schweißrauche, Schwermetalle aus Hochtemperaturprozessen |
| Mechanische Staubentstehung |
Schleifen, Mahlen, Schü... |