كيف تعمل أقنعة الغاز؟ وكيف يتم التنفس؟

تصبح أقنعة الغاز محط الأبصار والأسماع بمجرد الحديث عن أي خطر محتمل لهجوم بيولوجي أو كيمياوي.

تعتبر أقنعة الغاز – المعروفة بشكل عام باسم أجهزة التنفس – عنصرا مهما من عناصر السلامة الصناعية بشكل يومي، فهي تحمي العمال من الكثير من الأخطار بداية من الغبار الدقيق إلى المواد الكيميائية العضوية الضارة.

وعندما يفكر معظم الناس في أقنعة الغاز أو أجهزة التنفس، فإن ما يتصورونه عادة هو قناع الوجه البلاستيكي أو المطاط المناسب مع الفلتر. إن هذا القناع الذي يغطي الأنف والفم، يسمى نصف قناع لتنقية الهواء للتنفس. وبحسب العوامل الكيميائية أو البيولوجية في البيئة المحيطة، ربما لا يكون نصف القناع كافيا لأن العيون حساسة جدا للمواد الكيميائية، وتوفر بوابة دخول سهلة للبكتيريا. ويفضل، في الكثير من الحالات، أن يتم الاعتماد على جهاز التنفس الكامل للوجه.

قناع واقي لتغطية نصف الوجه أو كامل الوجه

وعند اقتناء قناع وجه لتنقية الهواء للتنفس يجب مراعاة ميزتين:

• الخيار الأقل تكلفة.
• الخيار الأقل تعقيدا.

وتكمن المشكلة مع أجهزة تنقية الهواء للتنفس في أن أي تسرب بالقناع يجعله غير فعال. والتسرب يمكن أن يأتي من فجوة بين القناع ووجه المستخدم، أو من صدع أو تلف في مكان ما على القناع نفسه.

قناع واقي للحروب الكيميائية والبيولوجية والنووية

ويوجد بدائل أخرى من أنظمة التنفس تكفل حلولا لمشكلة التسرب، منها جهاز التنفس المزود بالهواء الذي يستخدم نفس نوع الفلتر الموجود في جهاز تنفس الهواء. ومع ذلك، بدلا من وضع الفلتر مباشرة على القناع – وذلك يتطلب من رئتي المستخدم أن تمتصا الهواء من خلال ذلك – يعلق فلتر الهواء على علبة تعمل بالبطارية.

تستخدم العلبة مروحة لإجبار الهواء على الدخول من خلال الفلتر، ومن ثم يتم تشغيل الهواء النقي من خلال خرطوم مثبت بالقناع. والميزة هنا هي أن الهواء القادم إلى القناع له “ضغط إيجابي”. ولكن أي تسرب في القناع يسبب هروب الهواء النقي من العلبة، مما يسمح للهواء الملوث من البيئة بالدخول. ومن الواضح أن “الضغط الإيجابي” يخلق نظاما أكثر أمنا، ولكن له عيبان:

• إذا نفذت البطاريات، فالمستخدم يتعرض للاختناق.
• وتدفق الهواء المستمر يقصر من عمر الفلتر.

ومع ذلك، فإن هذا الخيار يعد الأفضل بل الوحيد بالنسبة للرضع والأطفال بسبب صغر حجم وجوههم بما يجعل من الصعب الحصول على مقاسات محكمة الإغلاق تناسبهم.

جندي أميركي يرتدي قناع واقي مزود بجهاز تنفس

أفضل نظام واقٍ

ويسمى أفضل نظام قناع واقٍ للتنفس (SCBA)، وهو قناع الوجه الكامل الذي يقوم بارتدائه رجل الإطفاء مع خزان الهواء على الظهر.

يحتوي خزان الهواء، المحمول على الظهر، على الهواء النقي ذي الضغط العالي، مثل الخزان الذي يتنفس منه الغاطسون تحت الماء في الأعماق. يوفر الخزان ضغطا إيجابيا مستمرا لقناع الوجه، ويكفل SCBA أفضل حماية، ولكن لديه المشاكل التالية:

• الخزانات ثقيلة وضخمة.
• تحتوي الخزانات على هواء يكفي لـ 30 أو 60 دقيقة فقط.
• يجب إعادة تعبئة الخزانات باستخدام معدات خاصة.
• أنظمة SCBA مكلفة.

وفي مجال مكافحة الحرائق، يتطلب نظام SCBA الكثير من الحذر، حيث يكون الدخان كثيفا وخطيرا، ويحتوي على مزيج غير معلوم من الغازات السامة. وربما يستهلك الحريق معظم أو كل الأكسجين في الهواء. وتحمل عربة الاطفاء خزانات إضافية أو أجهزة لإعادة تعبئة خزانات الهواء النقي، ويقضي رجل الإطفاء وقتا محدودا في المبنى المحترق.

أما بالنسبة للمدنيين أو للجنود في ساحة المعركة، فإن نظام SCBA يكاد يكون من المستحيل الاعتماد عليه بسبب تكاليفه الباهظة وكمية الهواء المحدودة.

رجال الإطفاء يرتدون أقنعة واقية مزودة بعدادات قياس قوة ضغط الهواء

إزالة المواد الكيميائية السامة والبكتيريا القاتلة من الهواء

يمكن أن يستخدم أي فلتر للهواء واحدا (أو أكثر) من 3 تقنيات مختلفة لتنقية الهواء كما يلي:

• ترشيح الجسيمات
• الامتصاص الكيميائي أو عدمه
• التفاعل الكيميائي لتحييد أي مادة كيميائية

ترشيح الجسيمات

يعد ترشيح الجسيمات هو التقنية الأبسط بين الثلاثة تقنيات. ويتشابه مع وضع قطعة قماش أو منديل على الفم لمنع الغبار من الوصول إلى الرئتين.

التهديد البيولوجي

يعتبر فلتر الجسيمات الدقيقة في قناع الغاز المصمم للوقاية من التهديد البيولوجي مفيد للغاية. إذ ربما يكون ذلك التهديد هو بكتيريا الجمرة الخبيثة أو جرثومة أخرى، وبالتالي فإن الفلتر يحتجزها بحد أدنى لحجم 1 ميكرون. وتستطيع معظم فلاتر الجسيمات البيولوجية إزالة أحجام جسيمات صغيرة حتى قياس 0.3 ميكرون. وفي نهاية المطاف يتعرض أي فلتر للجسيمات للانسداد، لذلك يجب استبدال الفلتر أولا بأول حتى لا يصعب التنفس.

أقنعة غاز مختلفة

التهديد الكيميائي

يتطلب التعامل مع التهديد الكيميائي اتباع نهج مختلف، لأن المواد الكيميائية تأتي في هيئة ضباب أو أبخرة، والتي لا يمكن التصدي لها بواسطة تقنية ترشيح الجسيمات. يعتبر النهج الأكثر شيوعا مع أي مادة كيميائية عضوية (سواء كان ذلك أبخرة الطلاء أو سموم عصبية مثل الـ”سارين”) هو الفحم النباتي المُنشط.

من المعروف أن الفحم النباتي هو الكربون، أما الفحم النباتي المُنشط فهو الذي تم علاجه بالأكسجين لفتح الملايين من المسام الصغيرة بين ذرات الكربون، وفقا لتعريف لـ Encyclopedia Britannica.

فحم نباتي مُنشط

قناع واقي من الغازات مزود بهواء نقي يكفي 30 إلى 60 دقيقة

ويؤدي استخدام تقنيات التصنيع الخاصة إلى إنتاج فحم نباتي مسامي يسهل اختراقه بدرجة عالية. وتنتقى هذه النوعية التي تسمى الفحم النشط أو المُنشط على نطاق واسع لامتصاص الروائح أو المواد الملونة من الغازات أو السوائل.

تعطي المساحة الضخمة من الفحم المُنشط عددا لا يحصى من نقاط الترابط. عندما تمر بعض المواد الكيميائية بجانب سطح الكربون، فإنها تعلق على السطح ويتم محاصرتها.

يعطي الفحم النباتي نتائج ممتازة في محاصرة الشوائب القائمة في أساسها على الكربون (المواد الكيميائية “العضوية”)، وكذلك مواد مثل الكلور. ولكن لا تنجذب العديد من المواد الكيميائية الأخرى إلى الكربون على الإطلاق، على سبيل المثال الصوديوم والنترات.

ويعني ذلك أن فلتر الفحم النباتي المُنشط سيزيل بعض وليس كل الشوائب. كما أنه بمجرد تشبع جميع نقاط الترابط المسامية، يتوقف فلتر الفحم المُنشط عن العمل. وعند بلوغ هذه المرحلة يجب استبدال الفلتر. وفي بعض الأحيان، يمكن معالجة الفحم المُنشط بمواد كيميائية أخرى لتحسين قدرات امتصاصه لسموم معينة.

تفاعلات كيميائية

تنطوي ثالث الطرق على التفاعلات الكيميائية. على سبيل المثال، خلال هجمات غاز الكلور في الحرب العالمية الأولى، استخدمت الجيوش الأقنعة التي تحتوي على مواد كيميائية مصممة للتفاعل مع وتحييد الكلور.

ثم تم إدخال وسائل للتخلص من التفاعل الكيميائي في بعض من أقدم معدات الوقاية مثل خوذة “hypo” لعام 1915 (تمت إزالة الكلور عن طريق التفاعل مع ثيوسلفات الصوديوم)، وفي الأقنعة البريطانية والألمانية لعام 1916 (تمت إزالة الفوسجين عن طريق التفاعل مع hexamethyltetramine).

أقنعة للمواقع الصناعية

وفي أجهزة التنفس الصناعي، يمكن الاختيار من بين مجموعة متنوعة من الفلاتر وفقا للمواد الكيميائية التي يُراد القضاء عليها. وتكون هناك فلاتر مختلفة ذات ألون مشفرة طبقا لمعايير المعهد الوطني الأميركي للسلامة والصحة المهنية NIOSH.