При работе в загрязнённой атмосфере для предотвращения ингаляционного поступления в организм токсичных веществ, находящихся в газообразном состоянии, часто используют лёгкие, удобные, и недорогие фильтрующие средства индивидуальной защиты органов дыхания СИЗОД (респираторы, противогазы). Они обеспечивают работников пригодным для дыхания воздухом, очищая окружающий воздух в противогазных фильтрах. Срок службы таких фильтров ограничен, и он зависит от условий использования Есть перевод : химического состава и концентрации загрязняющих воздух газов; температуры и влажности Есть перевод воздуха; расхода воздуха (тяжести выполняемой работы); и свойств фильтра и сорбента. На практике, он может изменяться в очень широком диапазоне — от нескольких минут до десятков и сотен часов. Для сохранения здоровья рабочих фильтры должны своевременно заменяться. Существуют различные способы определения срока замены фильтров.

Длительное время для замены фильтров использовали реакцию органов чувств работника: появился запах под маской, раздражение слизистых оболочек органов дыхания, глаз — пора менять фильтры (а никаких других способов не было цитата: "Главным же показателем истощения поглотителя служит ощущение запаха рабочим, чем и пользуются для определения момента «проскока» отравляющего вещества через поглотитель.). Но этот способ использовали с ограничениями — не у всех газов есть запах и другие «предупреждающие» свойства при опасной концентрации. Дальнейшее развитие науки показало, что и у тех газов, у которых (как считалось) есть хорошие предупреждающие свойства, это ненадёжный способ. Выяснилось, что в группе людей, из-за индивидуальных особенностей организма, встречаются работники с пониженной чувствительностью — и они заменяют фильтры запоздало. Такие работники, для некоторых газов, могут составлять немалую долю от их общего числа. Поэтому с 1998 г. в США замену фильтров по субъективной реакции органов чувств запретили вообще. Сейчас, из-за очень небольшого числа газов, для которых есть фильтры с индикаторами, предупреждающими работника об окончании срока службы, основным методом стала замена по расписанию (составленному на основе измеренного или вычисленного срока службы).

Позднее такой же подход стал использоваться и в Австралии, Европейском Союзе, и других развитых странах. В РФ, при проведении предварительных и периодических медицинских осмотров работников, использующих СИЗОД с полнолицевыми масками с панорамным стеклом, их способность обнаружить прекращение очистки воздуха фильтром — не проверяется; а при использовании для защиты от газов СИЗОД с полумасками — медосмотры не проводят (в отличие от США). Если же у российских работников и проверяют чувствительность органа обоняния, то эта проверка обычно качественная, и включает в себя «стандартный набор из 4-6 пахучих веществ (0,5 % раствор уксусной кислоты, чистый винный спирт, настойка валерианы, нашатырный спирт)». Такую проверку рекомендуют (но не требуют) «проводить … у работников, в коллективах которых часто наблюдаются острые отравления или имеются отдельные симптомы хронической интоксикации».

Как основной способ определения необходимости заменять фильтры, в советском каталоге СИЗОД рекомендовали использовать таблицы с значениями срока службы для фильтров всех типов (для самых разных концентраций десятков вредных газов).

Использование современных высококачественных фильтрующих СИЗ органов дыхания, с 2014 года полумасок 3М серии 6000, а с 2018 года СИЗОД с принудительной подачей отфильтрованного воздуха — не позволило устранить или даже сильно, заметно снизить профессиональную заболеваемость органов дыхания при электролизном получении никеля (Кольская ГМК), за 2004-19 гг. 190 случаев у 130 рабочих.

Принципы очистки загрязнённых газов противогазными фильтрами респираторов

Адсорбция Некоторые вредные газы могут поглощаться сорбентами, как правило твёрдыми материалами с большой удельной площадью поверхности (например, активированный уголь). Обычно такие сорбенты готовят в виде гранул и наполняют ими корпус фильтра. При прохождении загрязнённого воздуха через фильтр сорбент избирательно поглощает вредные вещества, удерживая их на своей поверхности. По мере насыщения сорбент утрачивает способность задерживать газы, и загрязнённый воздух начинает проходить через фильтр. При длительной работе фильтра концентрация вредных веществ в очищенном воздухе возрастает и может превысить ПДК. Таким образом, срок службы адсорбирующих противогазных фильтров ограничен. Связывание газов на поверхности сорбента является обратимым процессом и при определённых условиях может происходить десорбция — выделение связанных газов в очищаемый воздух. Способность сорбента связывать различные газы зависит от химических свойств газов, температуры и других факторов.. Для лучшего поглощения некоторых вредных газов в фильтр добавляются вещества, образующие более прочные связи этими газами. Так добавление иода улучшает поглощение ртути, солей металлов — аммиака, оксидов металлов — кислых газов.

+ Добавки к угольным фильтрам для поглощения вредных газов Вредное вещество Добавка Фосген, хлор, арсин соли меди/серебра Сероводород, меркаптаны Оксид железа Альдегиды Оксид марганца (IV) Аммиак Фосфорная кислота Кислые газы, сероуглерод Карбонат калия Сероводород, фосфин, ртуть, арсин, радиоактивный йодистый метил Йодид калия Сероводород Перманганат калия Арсин, фосфин Серебро Ртуть Сера Аммиак, амины, ртуть Серная кислота Радиоактивный йодистый метил Триэтилендиамин (TEDA) Цианистый водород Окись цинка

Химическая реакция между газом и поглотителем (хемосорбция) Некоторые вредные вещества могут задерживаться за счёт образования химических связей с поверхностью сорбента. Так, например, описана способность солей меди образовывать с аммиаком комплексные соединения. Химическое связывание вредных веществ более прочно и, как правило, необратимо. Это позволяет использовать противогазный фильтр неоднократно, пока в нём есть достаточное количество неизрасходованного поглотителя. Срок службы таких фильтров ограничен.

Каталитическое разложение Некоторые токсичные вещества могут быть обезврежены путём химического превращения. Для этого используются различные катализаторы, вещества, которые не расходуются при протекании химической реакции. Например, для окисления токсичного монооксида углерода до безвредного углекислого газа может использоваться гопкалит. Эффективность этого катализатора сильно уменьшается при высокой влажности. Поэтому для исправной работы фильтра перед катализатором дополнительно устанавливается осушитель. При насыщении осушителя водяными парами эффективность катализатора существенно уменьшается и фильтр начинает пропускать угарный газ. Срок службы таких противогазных фильтров ограничен.

Каталитическое разложение может происходить и при использовании фильтрующих СИЗОД для защиты от карбонила никеля или железа. Возможные варианты окисления кислородом воздуха:

2 Ni(CO)4 + O2 → 2 NiO + 8 CO

Ni(CO)4 + O2 → NiO + 3 CO + CO2

4 Fe(CO)5 + 3 O2 → 2 Fe2O3 + 20 CO

Десорбция и вытеснение Очистка воздуха фильтрами с сорбентом за счёт адсорбции широко распространена, но в некоторых случаях использование таких фильтров затрудняет десорбция. Если при непрерывном использовании срок службы фильтра большой — это не всегда означает, что его можно использовать длительное время, если планируется его применение с перерывами. При первом использовании слои сорбента, находящиеся у отверстия для входа загрязнённого воздуха, накапливают молекулы токсичных газов. При хранении (например, в течение субботы и воскресенья), если молекулы плохо удерживаются сорбентом, они могут переместиться к отверстию для выхода очищенного воздуха. Тогда, при начале применения второй раз, даже в незагрязнённой атмосфере, концентрация токсичных газов в «очищенном» воздухе может превысить ПДКрз.

Если воздух загрязнён двумя и более газами, их молекулы мешают друг другу занимать места на поверхности и в порах активированного угля. Хуже удерживаемые молекулы вытесняются другими. В результате, после того, как сорбент насытился хуже удерживаемым веществом, он перестаёт очищать от него воздух (например, при одновременном улавливании сероводород вытесняется сероуглеродом). Но в это время уже уловленные молекулы вытесняются с сорбента в воздух молекулами лучше удерживаемых веществ. Они попадают в поток воздуха, который перестал уже очищаться от этого (плохо удерживаемого) вещества, и концентрация такого вещества в прошедшем через фильтр воздухе может превысить концентрацию в не очищенном воздухе. На рисунке показано, как вытеснение молекулами стирола молекул ацетона приводит к тому, что (при использовании фильтра достаточно длительное время) концентрация ацетона в очищенном воздухе может превысить концентрацию в не очищенном воздухе в 3 раза.

В некоторых случаях, веществом, вытесняющим молекулы токсичного вещества в маску, могут стать пары воды, всегда присутствующие в воздухе.

Комбинированные фильтры В противогазных фильтрах, обеспечивающих защиту от сочетания разных газов, размещают поглотители, необходимые для улавливания этих газов, и на них распространяются все соответствующие ограничения.

Способы определения необходимости замены противогазных фильтров (старые) В зависимости от вредных газов, используемых противогазных фильтров и организации применения респираторов, для замены фильтров использовались и используются различные способы.

Замена фильтров при появлении запаха под маской Исторически, фильтрующие СИЗОД для защиты от газов, получили широкое распространение после начала применения химического оружия. Полное отсутствие приборов для обнаружения газов, применение новых боевых отравляющих веществ, и то, что если в группе людей с разной чувствительностью органа обоняния достаточно чтобы газ был обнаружен одним человеком — привело к использованию субъективной реакции органов чувств для определения срока службы фильтра. Но и в этой ситуации учитывали разную индивидуальную чувствительность. Так, во французской армии отбирали в «наблюдателей Z» солдат с хорошим обонянием (для обнаружения начала газовой атаки). Этот подход позднее широко использовался и в промышленности, для замены фильтров. Однако условия заметно отличались от военных — хорошая чувствительность органов обоняния у одного работника (использующего противогаз) никак не могла помочь другому, с худшей чувствительностью, обнаружить момент окончания срока службы. Но низкий уровень развития науки и техники затруднял разработку более безопасных методов замены фильтров.

По мере насыщения сорбента, химического поглотителя (или осушителя — при использовании катализаторов) концентрация вредных газов в очищенном воздухе постепенно возрастает. Если рабочий чувствует характерный запах, привкус, раздражение органов дыхания и т. д. (вплоть до головокружения, головной боли, и других возможных ухудшений самочувствия, в том числе потери сознания), то такие признаки (называемые в США «предупреждающими свойствами») указывают на необходимость покинуть участок с загрязнённой атмосферой и замену фильтра на новый. Кроме того, эти признаки могут указывать на неплотное прилегание маски к лицу. Исторически, такой способ замены является самым старым.

Если у вредных газов при концентрации, меньшей ПДК, есть предупреждающие свойства, то замена фильтров, как правило, будет производиться своевременно. Применение такого способа не требует использования специальных (более дорогих) фильтров и дополнительного оборудования, замена фильтров проводится при необходимости, по мере расходования поглотительной способности фильтров, без каких-либо вычислений. Сорбционная ёмкость фильтра к моменту замены используется полностью (что уменьшает расходы на респираторную защиту). Во многих отношениях это очень удобно, особенно для работодателя.