Респираторните филтри са въздушни филтри, използвани в респираторите.
Принципи на работа Абсорбция За абсорбирането на токсични газове може да се използва способността на различни сорбенти – активен въглен, силикагел, алуминиев оксид, зеолити (йонообменни материали) и други вещества (които имат голяма повърхностна площ при малко тегло,) да „улавят“ газове. Обикновено тези вещества се използват под формата на гранули, които запълват корпуса на филтъра. Когато замърсеният въздух се движи през такъв филтър, молекулите на токсичните газове, движейки се хаотично, се сблъскват със сорбента и остават на повърхността му. С течение на времето първите гранули на сорбента се насищат с уловени молекули и не могат повече да ги задържат. Неочистеният достатъчно въздух минава през филтъра по-нататък, към нови слоеве на сорбента. При продължително въздействие концентрацията на вредни вещества в недостатъчно пречистения въздух постепенно се увеличава и може да достигне и надмине стойности, опасни за здравето и живота (ПДК).
Срокът на действие на противогазните филтри, използващи абсорбция за пречистване на замърсения въздух, е ограничен. Здравината на връзката между уловените молекули и сорбента не е голяма, и молекулите могат да се откъснат от сорбента и отново да попаднат във въздуха. Способността на видовете сорбенти да задържат различни газове зависи от физико-химичните свойства на газовете, от температурата, влажността на въздуха и от други фактори. За подобряване на способността да улавя вредни газове активираният въглен може да се насити с химични вещества, образуващи с молекулите на улавяните газове по-здрави връзки. Насищането на въглена с йод подобрява улавянето на живак, със соли на метали – на амоняк, с метални оксиди – на серен диоксид (SO2), хлороводород (HCl) и други киселинни газове.
+ Химични вещества, които се добавят към активния въглен, за да се подобри очистването на замърсения въздух Токсично вещество Добавка към активния въглен Фосген, хлор, арсеноводород медни или сребърни соли Сероводород, тиоли Железни оксиди Алдехиди Манганов оксид (IV) Амоняк Фосфорна киселина Киселинни газове, Въглероден дисулфид Калиев карбонат Сероводород, фосфороводород, живак, арсеноводород, радиоактивен йодометан Калиев йодид Сероводород Калиев перманганат Арсеноводород, фосфороводород Сребро Живак Сяра Амоняк, амини, живак Сярна киселина Радиоактивен йодметан Триетилендиамин (TEDA) Циановодород Цинков оксид
Химична реакция между газ и абсорбента (хемисорбция) Някои газове може да се улавят, като се използва способността им да влизат в химична реакция с други вещества. Например соли на медта могат да се образуват химични съединения с амоняка.
Ако уловените молекули образуват с абсорбента силни връзки и ако след употреба филтър в него има не изразходван сорбент, такъв филтър може да се използва отново. Тези филтри трябва да се замени преди сорбент напълно ще престане да улови вредните газове. Срокът на експлоатация на тези филтри е ограничен.
При улавянето на молекулите на вредните газов с помощта на хемосорбция се образуват по-здрави връзки, отколкото при абсорбцията, и това може да позволи да се използват газозащитните филтри нееднократно, стига в него да има достатъчно количество неизразходван поглъщател. Срокът на действие на такива филтри е ограничен.
Разлагане на токсичен газ с помощта на катализатор Замърсеният въздух може да се изчисти от някои токсични газове чрез използване на катализатори. Например въглеродният оксид (СО) може да се окисли, което го превръща в безопасния въглероден диоксид. За тази цел се използва катализаторът хопкалит. Ефективността на този катализатор обаче се намалява при висока влажност на въздуха. Затова при използване на такива катализатори пред тях във филтъра се поставя веществото, поглъщащо водата, и след това следва катализаторът. Срокът на действие на катализатора е голям, но тези филтри трябва да се заменят, след като веществото, което поглъща водата, престане да изсушава въздуха. Срокът на експлоатация на тези филтри е ограничен.
Комбинирани филтри Ако филтърът трябва да улавя различни газове, в него се поставят различни поглътители, и тогава към него като цяло се прилагат съответните ограничения на срока на експлоатация.
Стари начини за определяне на необходимостта от замяна на филтрите В зависимост от вредните газове, използваните противогазни филтри и организацията при употребата на респиратори, за замяна на филтрите са се прилагали различни начини.
Замяна на филтрите при появяване на миризма от вредния газ под маската С течение на използването на филтъра, концентрацията на токсични газове в пречистения въздух постепенно се увеличава. Вдишването на токсичен газ се усеща като миризма, дразнене на дихателните органи, очите, кожата, специфичен вкус или други признаци (стигащи до виене на свят, главоболие и загуба на съзнание). В САЩ това се нарича „предупредителни свойства“" на вредните вещества. Такива усещания показват, че филтърът трябва да се замени с нов. (Разбира се, същото може да е признак и за неплътно прилягане на маската към лицето и просмукване на нефилтриран въздух под маската.) Използването на тази субективна реакция на органите на чувствата на човека е най-старият метод за определяне на необходимостта от промяна на филтъра.
Предимството на този метод е, че реакциите на сетивата се появяват, преди замърсяването на въздуха да се превърне в опасно; служителят може да замени конвенционалните филтри навреме; и не изисква някакво специално оборудване. Освен това филтрите ще бъдат заменени именно тогава, когато те са напълно изчерпали срока на експлоатация (това намалява разходите за закупуване на нови филтри).
Този метод обаче има недостатък. Не всички газове имат предупредителни свойства. Например в ръководството следва информация за повече от 500 газове, от които около 62 нямат предупредителни свойства, а други 113 не е известно дали имат тези свойства или не. В някои случаи появата на миризма на газ във вдишвания въздух може би показва, че служителят отдавна вече диша замърсен въздух. Таблицата по-долу дава информация, показваща при какво надвишаване на безопасната концентрация (над граничната стойност, ГС) хората (средно) реагират на миризмата на различни токсични газове.
Таблица 1. Някои вредни вещества с лоши (слаби) предупредителни свойства Химично вещество (CAS номер) Средна ПДК за една смяна, ppm (mg/m³) Концентрация, при която 50% от хората започват да усещат миризмата, ГС Етиленов оксид (75-21-8) 1 (1,8) 851 Арсеноводород (7784-42-1) 0,05 (0,2) До 200 Пентаборан (19624-22-7) 0,005 (0,013) 194 Хлорен диоксид (10049-04-4) 0,1 (0,3) 92,4 4,4'-Метилендифенил диизоцианат (101-68-8) 0,005 (0,051) 77 2,2'-[оксибис(метилен)] бисоксиран (2238-07-5) 0,1 (0,53) 46 1,1-Дихлоретен (75-35-4) 1 (4,33) 35.5 2-метил-m-фенилен диизоцианат (91-08-7) 0,005 (0,036) 34 1,2-Дибромпропан (19287-45-7) 0,1 (0,1) 18 – 35 Дициан (460-19-5) 10 (21) 23 Метилоксиран (75-56-9) 2 (4,75) 16 Мекрилат (137-05-3) 0,2 (1) 10 Осмий тетраоксид (20816-12-0) 0,0002 (0,0016) 10 Бензен (71-43-2) 1 (3,5) 8,5 Изопропил глицидил етер (4016-14-2) 50 (238) 6 Селеноводород (7783-07-5) 0,05 (0,2) 6 Мравчена киселина (64-18-6) 5 (9) 5,6 Фосген (75-44-5) 0,1 (0,4) 5,5 Метилциклохексанол (25639-42-3) 50 (234) 5 4-трет-бутилтолуен (98-51-1) 1 (6,1) 5 Перхлорил флуорид (7616-94-6) 3 (13) 3,6 Хлорциан (506-77-4) 0,3 (0,75) 3,2 Малеинов анхидрид (108-31-6) 0,1 (0,4) 3,18 Хексахлороциклопентадиен (77-47-4) 0,01 (0,11) 3 1,1-Дихлороетан (75-34-3) 100 (400) 2,5 Бромхлорметан (74-97-5) 200 (1050) 2 n-Пропил нитрат (627-13-4) 25 (107) 2 Кислороден дифлуорид (7783-41-7) 0,05 (0,1) 1.9 Метилциклохексан (108-87-2) 400 (1610) 1,4 Хлороформ (67-66-3) 10 (49) 1,17
Концентрациите, показани в таблицата, са средни стойности за група от хора. Различните хора имат различна чувствителност, и при част от хората чувствителността към миризми е намалена. За такива хора използването на мириса на вредните вещества ще бъде още по-опасно. Ако човек усеща миризмата на пентаборана едва при концентрация 194 ГС, при замърсеност на въздуха 10 ГС той няма да замени филтъра навреме. В този случай филтърът може да се използва вечно, но той няма да защити служителя.
Използването на респираторите на практика показва, че и при наличие на предупредителни свойства филтрите може да се заменят със закъснение. В учебника се споменава проучване, което показва, че средно 95% от хората имат индивидуален праг на възприемане на мирис, който може да бъде в диапазона от 16 до 1/16 от средната стойност. Това означава, че 2,5% от хората не усещат миризма при концентрация, която е 16 пъти повече от средната стойност. Способността на хората да усещат миризмата силно зависи и от това, колко внимание ѝ обръщат. При простуда и при други заболявания способността да се реагира на миризма може да се понижат. Непрекъсната работа (при замърсеност на въздуха, която не е опасна за здравето) може също да намали чувствителността към миризмата на газ.
По тези причини в САЩ (OSHA) още от 1996 г. са забранили използването на този метод като цяло.
Замяна при увеличаване на теглото на филтъра Ако филтърът пречиства въздуха от въглероден оксид (СО) с помощта на катализатор (гопкалит), той задържа много вода, преди да спре да защитава работника или служителя. Теглото на такъв филтър силно се увеличава и това може да използва, за да се разбере необходимостта от замяна. Филтрите се претеглят и се записват промените в теглото им. В каталога са описани филтри (модел „СО“), които трябва да се заменят след увеличаване на тяхното тегло с 50 g.
Други методи за определяне необходимостта от смяна на филтрите В литературата са описани съветски филтри модел „Г“, предназначени за защита от живак. Тези филтри е било позволено да се използват или 100 часа (без защита от прах), или 60 часа (ако част от обема в корпуса на филтъра е използван за улавяне на прах, и в него има по-малко количество сорбент).
В документите е описан метод, използван за определяне на остатъчния срок на експлоатация на филтри. През филтъра се пропуска замърсен въздух. Степента на пречистване на този въздух зависи от това, колко сорбент, способен да улавя замърсяване, е останал във филтъра. Точното измерване на концентрацията на газ в пречистения въздух позволява да се определи колко неизразходван сорбент има във филтъра. Проверката може да намали срока на експлоатация на филтъра, затова замърсен въздух през филтъра се пропуска за кратко време. В потока въздух се впръскват 10 µl бромбутан, и това намалява срока на експлоатация с 0,5%. Този метод е бил използван за проверка на всички филтри, произвеждани от британските компании Waring Ltd и Rentokil Ltd. през 1970-те години. Методът е използван и от Chemical Defence Establishment през 1970-те, и те го патентоват.
В документа са описани накратко два начина за обективна проверка на филтрите. Авторът на раздела „Универсални респиратори“ Т. С. Тихова препоръчва да се използват спектрален и микрохимичен методи. Спектралният метод е основан на определяне наличието на вредно вещество в кутията на противогаза чрез вземане на проба и анализирането ѝ на стилоскоп. Микрохимичният метод се основава на послойно определяне на наличието на вредното вещество в обема на противогаза чрез вземане на проба, която след това се анализира по химичен път.
За най-токсичните вещества, освен метода за фиксиране на времето за използване на филтъра, се препоръчва да се използва спектрален метод (за арсин, фосфин, фосген, флуор, хлорорганични съединения (органохлориди), органометални съединения) и микрохимични методи (за циановодород, цианоген). И в двата случая не се описва как да се вземе образец от сорбента в корпуса на филтъра (те обикновено са неразглобяеми), и дали може да се използва после този филтър, ако анализът покаже, че в него има достатъчно много ненаситен сорбент.
Съвременни начини за идентифициране на необходимостта от подмяна на филтрите