Физико-химические свойства метана. Биогаз, образующийся в канализационных коллекторах, газ сточных вод, канализационный газ. Плотность. Состав. Опасность Опасные примеси в рудничном воздухе

Опасные примеси в рудничном воздухе

К ядовитым примесям рудничного воздуха относятся окись углерода, окислы азота, сернистый газ и сероводород.

Окись углерода (СО) – газ без цвета, вкуса и запаха с удельным весом 0,97. Горит и взрывается при концентрации от 12,5 до 75%. Температура воспламенения, при концентрации 30%, 630-810 0 С. Очень ядовит. Смертельная концентрация – 0,4%. Допустимая концентрация в горных выработках - 0,0017%. Основная помощь при отравлении – искусственное дыхание в выработке со свежим воздухом.

Источниками окиси углерода являются взрывные работы, работы двигателей внутреннего сгорания, рудничные пожары и взрывы метана и угольной пыли.

Окислы азота (NO) - имеют бурый цвет и характерный резкий запах. Очень ядовиты, вызывают раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, отеки легких. Смертельная концентрация, при кратковременном вдыхании, - 0,025%. Предельное содержание оксидов азота в рудничном воздухе не должно превышать 0,00025% (в пересчете на двуокись – NO 2). Для диоксида азота – 0,0001%.

Сернистый газ (SO 2) – бесцветен, с сильным раздражающим запахом и кислым вкусом. Тяжелее воздуха в 2,3 раза. Очень ядовит: раздражает слизистые оболочки дыхательных путей и глаз, вызывает воспаление бронхов, отек гортани и бронхов.

Сернистый газ образуется при взрывных работах (в сернистых породах), пожарах, выделяется из горных пород.

Предельное содержание в рудничном воздухе – 0,00038%. Концентрация 0,05% - опасна для жизни.

Сероводород (H 2 S) – газ без цвета, со сладковатым вкусом и запахом тухлых яиц. Удельный вес – 1,19. Сероводород горит, а при концентрации 6% взрывается. Очень ядовит, раздражает слизистые оболочки дыхательных путей и глаз. Смертельная концентрация – 0,1%. Первая помощь при отравлении – искусственное дыхание на свежей струе, вдыхание хлора (с помощью платка, смоченного хлорной известью).

Сероводород выделяется из горных пород и минеральных источников. Образуется при гниении органических веществ, рудничных пожарах и взрывных работах.

Сероводород хорошо растворяется в воде. Это необходимо учитывать при передвижении людей по заброшенным выработкам.

Допустимое содержание H 2 S в рудничном воздухе не должно превышать 0,00071%.

Лекция 2

Метан и его свойства

Метан является основной, наиболее распространенной частью рудничного газа. В литературе и на практике, метан, чаще всего отождествляется с рудничным газом. В рудничной вентиляции этому газу уделяется наибольшее внимание из-за его взрывчатых свойств.

Физико-химические свойства метана.

Метан (СН 4) – газ без цвета, вкуса и запаха. Плотность – 0,0057. Метан инертен, но, вытесняя кислород (вытеснение происходит в следующей пропорции: 5 единиц объема метана замещают 1 единицу объема кислорода, т.е. 5:1), может представлять опасность для людей. Воспламеняется при температуре 650-750 0 С. С воздухом метан образует горючие и взрывчатые смеси. При содержании в воздухе до 5-6% горит у источника тепла, от 5-6% до 14-16% - взрывается, свыше 14-16% - не взрывается. Наибольшая сила взрыва при концентрации 9,5%.

Одно из свойств метана – запаздывание вспышки, после контакта с источником воспламенения. Время запаздывания вспышки называется идукционным периодом. Наличие этого периода создает условия для предупреждения вспышки при взрывных работах, применяя предохранительные взрывчатые вещества (ВВ).

Давление газа в месте взрыва примерно в 9 раз выше начального давления газо-воздушной смеси до взрыва. При этом может возникать давление до 30 ат и выше. Различные препятствия в выработках (сужения, выступы и т.д.) способствуют повышению давления и увеличивают скорость распространения взрывной волны в горных выработках.

Многие вопросы химии горения учитываются, когда специалисты по пожарному делу осуществляют категорирование помещений по взрывопожарной опасности . Прежде всего в этом процессе необходимо знать природу горючих газов, создающих угрозу взрыва. Предлагаем вниманию коллег отрывок из учебника Химия горения основоположников науки процессы горения - Бориса Генриховича Тидемана и Дмитрия Борисовича Сциборского

Сероводород и метан.

Сероводород (H 2 S) несколько тяжелее воздуха. Плотность его 1,192. Сравнительно с другими газами сероводород менее опасен, так как присутствие его в воздухе легко заметить благодаря его запаху (пахнет тухлыми яйцами), и взрывает он не так сильно.

Сероводород образуется при гниении многих органических веществ, особенно в канализации, выгребных ямах, выделяется при переработке сернистых металлов, при хранении содовых остатков и газоочистительной массы; встречается в природе в вулканических газах и в минеральных источниках.

Лаффит и Баре (199), определяя температуру самовоспламенения смеси сероводорода с воздухом, нашли, что наиболее низкая температура, а именно в 292°, наблюдается при концентрации H 2 S в воздухе, примерно, 13-14 %. При данной температуре пламя появляется не сразу, а с некоторым замедлением, причем перед появлением пламени вся смесь начинает светиться. При более высоких температурах свечение исчезает, так как промежуток между появлением свечения смеси и воспламенением уменьшается при повышении температуры.

Настоящая работа представлена Вашему вниманию коллективом сайта «Категорирование помещений по взрывопожарной опасности»

///////////////////////////////////////////////////////

Метан (CH 4) легче воздуха; плотность его 0,559. Его иногда неправильно называют болотным или рудничным газом. Правда, эти газы главным образом состоят из метана, но они представляют собой не чисто химическое соединение, а смесь различных газов. Приведем примерный состав природного газа Бакинского района и Грозненского, а также состав рудничного газа (табл. 2).

Таблица 2

Рудничий газ ……………… Сураханы ………………….. Шубаны - «Вечные огни» ... Старогрозненский IV……...	СН 4	О 2	воздух	СО 2		C 2 H 6	C 3 H 8	Высшие углевод.
	в проц.
	76,2 76,3 92,9 57,6			19,5	19,7	16,8		10,2

Метан с кислородом и воздухом образует взрывчатые смеси, которые воспламеняются при температуре 650-750°, а также от пламени, искры и под влиянием различных катализаторов. При взрыве в рудниках играет роль катализатора иногда серный колчедан (FeS 2), постоянно сопутствующий ископаемым углям.

Наиболее сильная взрывчатая смесь состоит из одного объема метана и двух объемов кислорода, или 9,6 объемов воздуха. Реакция происходит по уравнению:

CH 4 +2O 2 =CO 2 +2H 2 O+192 кал.

С воздухом метан образует следующие воспламеняющиеся смеси (41)

От 0 до 4 % метана …………………………….. взрыва нет

» 4 » 6 % » ……………………………... слабый взрыв

» 6 » 9 % » ……………………………... сильный взрыв

» 9 » 10 % » ……………………………... очень сильный взрыв

» 10 » 13 % » ……………………………... сильный взрыв

» 13 » 16 % » ……………………………... слабый взрыв

Выше 16 % » ……………………………… горючая смесь

Настоящая работа представлена Вашему вниманию коллективом сайта «Категорирование помещений по взрывопожарной опасности »

///////////////////////////////////////////////////////

Взрывчатые свойства этих смесей понижаются в присутствии углекислоты; наоборот, они повышаются от присутствия угольной пыли. Температура воспламенения сравнительно высокая; метан трудно загорается, поэтому предохранительные лампочки, устроенные по принципу Дэви, хорошо защищают смесь от взрыва.

Бывают случаи самовоспламенения метана, которые объясняются присутствием следов фосфористого водорода, получающегося при гниении органических веществ. С хлором метан дает смесь, взрывающуюся от света.

Метан образуется в угольных шахтах, на угольных складах, в угольных ямах кораблей от медленного разложения каменного угля, в стоячих водах, каналах, выгребных ямах, болотах, прудах, вследствие гниения органических веществ. В водоемах он образует пузыри подо льдом, которые при пробивании льда иногда самовоспламеняются. Он составляет главную часть природных горючих газов. Бывали случаи взрыва в погребах и подвалах выделившегося из почвы метана.

В природных водах сероводород и метан образуются главным образом при разложении органических веществ. Сероводород, накапливаясь в придонных слоях прудов, быстро окисляется и создает в них бескислородные зоны, а также является сильнотоксичным веществом для рыб. Метан, хотя и менее ядовит, тоже свидетельствует о повышенном загрязнении водоема клетчаткой и проявляется при ее гниении.

В водоемах, где образуются сероводород и метан, часто наблюдаются летние и особенно зимние заморы рыб. Наличие даже следов сероводорода свидетельствует об антисанитарном состоянии рыбоводных прудов и других емкостей. Поэтому в рыбохозяйственных водоемах сероводород должен отсутствовать. Для частичного удаления сероводорода и метана эффективна аэрация воды, а для предотвращения их появления необходима очистка водоемов от загрязнений (иловых отложений, органических веществ и т. д.). (И. И. Кочиш, 2008)

Токсические вещества (с1, Zn, Cu, Hg и др.)

ПДК для них составляет 0,01 мг/л. Сульфат меди (CuSO 4) вызывает повреждение жабр и гиперемию уже при содержании 5 мг/л. Он убивает зоопланктон, беспозвоночных, грибы, водоросли и простейшие организмы.

Нефтепродукты

Недопустимы в рыбоводных емкостях. Если они не оказывают прямого воздействия на рыбу или других гидробионтов, то придают специфический запах их мясу. Привкус обнаруживается уже при содержании нефти и керосина в концентрации 0,01–0,02 мг/л.

Минеральные масла.

Дизельное, моторное и другие масла образуют пленку, оседают на дно. Разрушение их бактериями происходит очень медленно. Пленка затрудняет потребление кислорода, загрязняет кожный покров, забивает жабры. При попадании в кишечник минеральные масла нарушают его функционирование. Неприятный привкус масел создают ароматические углеводороды, входящие в состав этих масел. Для устранения привкуса необходимо передержать рыбу в проточной воде не менее двух суток.

Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ)

Попадают с бытовыми промышленными и сельскохозяйственными сточными водами. Они нарушают слизистую оболочку жабр рыб, что способствует развитию патогенных организмов и снижению сопротивляемости рыбы, а также нарушают работу органов равновесия и обоняния. Рыбы начинают плавать на боку.

1.3 Световой режим при выращивании рыб в искусственных условиях

При культивировании радужной форели необходимо учитывать все факторы, влияющие на рост и выживаемость рыбы. Одним из таких факторов является световой режим, влияние которого на рост рыбы далеко не полностью используется. В полной темноте происходит угнетение роста рыбы, а при круглосуточном освещении темп роста несколько ниже, чем при оптимальном фотопериоде. Установлено, что годовики радужной форели, находящиеся в темноте, на 50-е сутки выращивания начинают отставать по темпу роста от годовиков, выращиваемых при естественной освещенности, на 105-е сутки это различие уменьшается (причем коэффициент упитанности и гонадосоматический индекс выше у рыб, находившихся в темноте). Выращивание молоди радужной форели при искусственном удлинении светового дня дает дополнительно не менее 10% рыбопродукции. Норвежские рыбоводы в летний период при морском выращивании лосося и радужной форелй осуществляют кормление рыбы практически круглосуточно.

При выращивании молоди используют различные покрытия для бассейнов. Сверху круглый или квадратный бассейн закрывают светонепроницаемой крышкой, которая удерживается от вращения нейлоновыми растяжками. Крышка не доходит до стенок бассейна и закрывает примерно 70 % водной поверхности. Она может быть выполнена в виде кольца, края которого отогнуты и уходят в воду, иногда используют сплошную крышку с дополнительными горизонтальными перегородками с отверстиями в них. Перегородки расположены на двух уровнях. При соответствующем контроле освещенная зона образуется по периметру и в центре щита, в ней частицы корма движутся по кругу вместе с водой.

Хотя, как показывает практика, затенение бассейнов не влияет на рост радужной форели, при отсутствии навеса над бассейнами крышки играют положительную роль. Рыба привыкает жить под крышками и питаться в постоянном полумраке, что помогает избежать стрессов и снижает ее агрессивность.

Диагностика отравлений сероводородом и метаном.

Н.П. Варшавец, С.Н. Абрамова, А.Г. Карченов
г. Краснодар

В январе 1997 года при проведении ремонтных работ на канализационной станции, в нарушение существующего регламента был произведен сброс фекальных стоков из трубопровода в помещение машинного зала.
Трупы пяти рабочих, обнаружены в фекальных водах, высота стояния которых на дне машинного зала не превышала 0,7 м. Еще двое рабочих обнаружены без сознания на лестничном марше в том же помещении. При извлечении последних, двое спасателей, использовавшие фильтрующие противогазы, ощущали недомогание, слабость, головокружение, нехватку воздуха, нарушение сознания. Эти явления усиливались и оба спасателя, а также извлеченные пострадавшие, были доставлены в больницу, где проводилось лечение гипербарической оксигенацией в условиях барокамеры.
Трупы 5 погибших извлекли другие спасатели, использовавшие уже изолирующие противогазы. Исследования воздуха рабочего помещения, где были обнаружены пострадавшие на наличие газов, в том числе и метана, проводимые санэпиднадзором, дали отрицательный результат.
При экспертизе трупов на следующий день установлено наличие шапки стойкой мелкопузырчатой пены у отверстий носа и рта, пятен Рассказова-Лукомского под висцеральной плеврой, отек легких, острое расстройство кровообращения. Вышеизложенное дало основание считать, что смерть всех пострадавших наступила в результате утопления.
Взят материал для судебно-химического исследования: часть вещества головного мозга, легкое, желудок с содержимым, почка, образец воды из помещения. Створок диатомового планктона ни в фекальных стоках, ни во внутренних органах погибших не обнаружено. Ранее, при проведении других судебно-медицинских экспертиз, связанных с утоплением в сероводородных источниках диатомовый планктон нами также не выявлялся. Это дает основание полагать, что в воде, содержащей сероводород, планктон не обитает.
С учетом имеющихся данных о выживших пострадавших, которым была оказана эффективная медицинская помощь, сведений о том, что при попытке извлечения пострадавших люди ощущали нехватку воздуха, слабость и нарушалось сознание, высказано предположение о том, что имело место отравление смесью неустановленных газов, возможно смесью метана и сероводорода, что могло быть причиной попадания людей, находящихся в беспомощном состоянии, в сточные воды.
Химическому исследованию подвергалась вода, изъятая из машинного зала, где были обнаружены трупы. От воды ощущался резкий запах сероводорода, наличие которого было подтверждено химическими реакциями. При судебно-химическом исследовании легкого и стенки желудка от всех трупов был обнаружен сероводород. Химическое обнаружение во внутренних органах трупа сероводорода, вызвавшего отравление, трудно оценить вследствие образования его при разложении белков. В свежих случаях (отсутствие аммиака), наличие большого количества сероводорода является характерным признаком, указывающим на возможность отравления им.
В нашем случае аммиак отсутствовал во внутренних органах и представилась редкая возможность определения сероводорода в желудке и легком по методу М.Д. Швайковой (1975г.). В результате брожения образуются различные газы, основным из которых является метан. Растворимость метана в воде составляет 3,3 мл в 100 мл воды. Наличие органической взвеси повышает концентрацию растворенного метана.
Было произведено исследование канализационной воды и внутренних органов на содержание метана двумя методами: газожидкостным и газоадсорбционным. В первом случае исследование проводилось на хроматографе "Цвет-4" с пламенноионизационным детектором. Были подобраны следующие условия: колонка 200 х 0,3см, насадка 25% динонилфталата на хроматроне N-AW. Температура колонки 75ОС, инжектора 130ОС. Расход газа-носителя - азота 40мл/мин, водорода 30мл/мин, воздуха 300мл/мин. Во втором случае исследование производилось на хроматографе "Цвет-100" с ДИП при следующих условиях: колонка 100х0,3см, насадка - Сепарон БД. Температура колонки 50ОС, инжектора 90ОС. Расход газа-носителя - азота 30мл/мин, воздуха 300мл/мин. Предел измерения прибора ИМТ-0,5 - 2х10А. Регистрация велась с помощью интегратора ИЦ-26. Методика исследования: 5мл исследуемой воды, а также по 5г. измельченных внутренних органов помещались в пенициллиновые флаконы, герметически укупоривались и нагревались в кипящей водяной бане в течение 10 минут. Из флаконов отбирались по 2мл парообразной пробы и вводились в инжекторы хроматографов. Для контроля использовался бытовой газ, содержащий 94% метана. На хроматограммах во всех объектах (вода, легкое, желудок) отмечались пики, совпадающие по времени удерживания с пиком метана. Время удерживания метана в первом случае - 31 секунда, во втором - 22 секунды. Таким образом, метан был обнаружен в канализационной воде, а также в легком и желудке каждого трупа, поступившего на химическое исследование.
Наши выводы легли в основу ведомственной проверки несчастного случая и в дальнейшем были подтверждены материалами предварительного следствия.

Количество отдельных газов, присутствующих в воде, зависит от их природы, парциального давления в атмосфере и состояния самой воды, в частности ее температуры и солености. То количество газа, которое может раствориться в воде при данных условиях, называется нормальным.Растворимость газов не зависит от гидростатического давления, т. е. нормальное содержание их одинаково на всех глубинах. Наибольшее значение для водного населения имеют кислород, углекислый газ, сероводород и метан.

Кислород. Обогащение воды кислородом в основном происходит за счет его инвазии (вторжения) из атмосферы и выделения фотосинтезирующими растениями. Убыль газа наблюдается в результате его эвазии (выхода) из воды в атмосферу и потребления на окислительные процессы, в частности на дыхание.

По отношению к кислороду организмы делятся на эври- и стеноксидные формы (эври- и стеноксибионты), способные соответственно жить в пределах широких и узких колебаний рассматриваемого фактора. Из эвриоксидных форм можно назвать рачков Cyclops strenuus, червей Tubifex tubifex, моллюсков Viviparus viviparus и ряд других организмов, способных жить в условиях почти полного отсутствия или высокого содержания кислорода. К стеноксибионтам относятся ресничные черви Planaria alpina, рачки Mysis relicta, Bythotrephes, личинки комаров Lauterbornia и другие животные, не выдерживающие падения концентрации кислорода ниже 3-4 мл/л.

Углекислый газ. Обогащение воды С02 происходит в результате дыхания водных организмов, за счет инвазии из атмосферы и выделения из различных соединений, в первую очередь из солей угольной кислоты. Снижение концентрации С02 в воде в основном идет за счет его потребления фотосинтезирующими организмами и связывания в соли угольной кислоты.

При высоких концентрациях С02 ядовит для животных, и по этой причине они часто отсутствуют во многих родниках с водой, пересыщенной углекислотой. В небольших концентрациях С02 нужен животным для регуляции метаболизма и синтеза различных органических веществ.

Выступая как донатор углеродных атомов для построения органических соединений, углекислота одновременно значительно влияет на регуляцию обменных процессов. Так, с повышением в воде концентрации С02 до 60 мг/л величина рациона пескарей возрастает, линейный рост резко замедляется, а масса тела увеличивается за счет прогрессирующего обводнения тканей. Темп роста молоди севрюги в воде с концентрацией бикарбонатов 510 мг/л увеличивался на 29% по сравнению с контролем, но снижался на 10%, когда их содержание возрастало до 1022 мг/л. Даже 20-минутное купание мальков растительноядных рыб в 1%-ном растворе бикарбонатов сопровождалось ускорением их роста на 10% и повышением жизнестойкости молоди (Романенко, 1980).

Сероводород. В водоемах он образуется почти исключительно биогенным путем за счет деятельности различных бактерий. Для водного населения он вреден как косвенно - через снижение концентрации кислорода, идущего на окисление S2- до S, так и непосредственно. Для многих гидробионтов он смертелен даже в самых малых концентрациях. Обитающие в чистой воде полихеты Nereis zonata, рачки Daphtiia longispina и многие другие организмы не переносят даже следов сероводорода.

Освобождение воды от сероводорода происходит за счет окисления, протекающего как абиогенно, так и биогенно, в результате жизнедеятельности бактерий, главным образом серных. Как показали исследования Ю. И. Сорокина, в поверхностных слоях воды, где много кислорода, окисление сероводорода (до сульфата и тиосульфата) осуществляется абиогенно. У верхней границы сероводородной зоны биологическим путем окисляется около трети S2~, глубже деятельность серных бактерий подавляется. Помимо серных бактерий H2S окисляют фотосинтезирующие пурпурные и некоторые зеленые бактерии, использующие сероводород в качестве донатора водорода.

Метан. Подобно сероводороду, ядовит для большинства гидробионтов. Образуется при микробиальном разложении клетчатки и других органических веществ. Обычно его объем составляет около 30-50% от всех газов, выделяемых донными отложениями в воду. Скорость образования метана зависит главным образом от количества разлагаемого субстрата и температуры.