18.03.2021

Что такое наночастицы сварочного аэрозоля. И почему даже соблюдение ПДК в воздухе не исключает негативного воздействия на нервную систему человека?

Сварочный аэрозоль — не просто пыль, а химические вещества

Профессиональным заболеванием сварщика в России признан «Пневмокониоз при электросварке и газосварке» (Код заболевания по МКБ-10* J68.0), который вызывается воздействием пыли на лёгкие.

ГОСТ Р 54597-2011 относит сварочное производство к потенциальным источникам наноаэрозолей. Но не будем забегать вперёд. Давайте уменьшим масштаб и посмотрим на то, что собой представляет сварочный аэрозоль, и на его состав.

Сварочный аэрозоль — это смешанные с воздушной средой твёрдые и газообразные токсические вещества, выделяющиеся при сварке. Аэрозоль поступает в зону дыхания сварщиков и резчиков.

В состав сварочного аэрозоля входят различные химические вещества, такие как марганец, хром, медь, никель, фтор и др. Хроническая интоксикация сварщика ими крайне негативно влияет на организм.

Марганец, к примеру, — один из наиболее опасных элементов. Отравление им может привести к расстройствам вегетативной (автономной) нервной системы, токсической энцефалопатии (марганцевый паркинсонизм) и деменции (слабоумие).

ПДК сварочного аэрозоля считают по массе отдельных составляющих

Так сложилось, что воздействие сварочных аэрозолей на человека и животных изучалось при воздействии массовой концентрации. То есть предельно допустимая концентрация (ПДК) сварочного аэрозоля в воздухе определяется по массе отдельных химических составляющих (марганцу, хрому, никелю, кремнию, титану и др.) и рассчитывается исходя из химического состава сварочной проволоки и обмазки электродов.

Простыми словами: ПДК будет считаться соблюдённой, если не превышены массы отдельных химических элементов. Но при таком подсчёте размер частиц аэрозоля и их количество в объёме вдыхаемого воздуха не учитываются.

Размер частиц и их количество имеют значение

Исследования последних лет доказывают, что знание одной только массовой концентрации не обеспечивает выявления соответствующих рисков для здоровья, связанных с вдыханием аэрозолей. Важнейшее значение имеет размер частиц токсичных веществ, которые в настоящий момент не принимаются в расчёт и не учитываются в ПДК.

Экспериментально подтверждено, что свыше 50% наночастиц в диапазоне от 10 до 50 нанометров осаждается в альвеолах лёгких.

Есть основание полагать, что воздействие на организм человека, связанное с вдыханием наночастиц, будет больше, чем могла бы показать его оценка на основе массы.

Благодаря своим размерам конденсированные частицы металлов могут приближаться к клеткам дыхательных путей, взаимодействовать и связываться с ними. Наночастицы легче проникают через барьерный слой эпителиальной клетки и входят в кровоток. Попав в кровь, наночастицы могут перемещаться и осаждаться в других органах.

Более того, экспериментально установлено, что при дыхании частицы оксидов титана, кремния, железа и марганца размером до 280 нм через обонятельные луковицы носа поступают в разные отделы головного мозга.

Наноаэрозоли при сварке: как образуются и что собой представляют

Нано аэрозоли при сварке образуются в результате конденсации паров металла с образования первичных групп (от 27 атомов металла), которые сливаются в агломераты и образуют первичные частицы нанометрового размера (5 – 50 нм).

В зоне дыхания рабочего 60–75% сварочного дыма составляют наночастицы размером 225 и менее нанометров.

Размеры наночастиц сварочного аэрозоля сравнимы с размерами патогенных вирусов.

Частицы вируса и сварочного аэрозоля
Перед вами два объекта размером до 100 нанометров. Слева вирус клещевого энцефалита[14] , справа: наночастица сварочного аэрозоля.

Состав наночастиц сварочного дыма определяется составом сварочных материалов и температурой кипения составных элементов. Распределение температур кипения: Марганец< Флюорит <Хром< Кремний< Никель< Железо. Чем ниже температура кипения, тем большее содержание компонента в сварочном дыме.

При прохождении через инертные газы в составе частиц дыма могут преобладать неокисленные элементы. В остальных случаях это окислы металлов и металлоидов, часто химически структурно связанные друг с другом.

Количество наночастиц в атмосфере цехов еще предстоит определить. Судя по всему, их очень много

Распределение частиц сварочного аэрозоля в нано- и микродиапазоне в основном изучено на рабочих местах сварщиков и на расстоянии не более 2–5 метров от них. Распределение наночастиц в целом по атмосфере цехов не определялось.

Есть основание полагать, что количество этих частиц чрезвычайно велико. И вот почему:

Массовое содержание сварочного аэрозоля в цехах обычно достигает 1-2 мг/м3. По некоторым данным около 10% этой массы (0,1 мг) составляют частицы размером менее 200 нм. Простой расчет показывает, что 0,1 миллиграмма железа или марганца (объем массы 0,01мм3 ) может состоять из 5∙1013 наночастиц размером 200 нм в одном кубометре воздуха.

Именно частицы сварочного дыма размером 200 и менее наномикрон создают характерный голубоватый оттенок сварочного дыма и воздуха сварочных цехов за счет дифракции волн света.

Сварочный дым
Сварочный дым

Около сварщика в полусфере радиусом 500мм (сварка в углекислом газе на токах 350 – 500 ампер) концентрация сварочного дыма достигает 200,0 мг/м3. Концентрация марганца – 11,5 мг/м3.

Представить такое количество дыма в наночастицах как-то не реально. Это уже 1∙1017 наночастиц размером 200 нм в одном кубометре воздуха.

Вот и получается, что формального соблюдения ПДК недостаточно. На производстве необходимо использовать все доступные методы удаления опасного сварочного дыма. Ведь сотрудник должен быть здоров не для «галочки», а для того, чтобы эффективно работать на протяжении многих лет, совершенствуя свои навыки.


Подведём итог

  • Вредные для организма вещества, содержащиеся в сварочных аэрозолях, проникают через эпителий и дыхательные пути человека в виде наночастиц. Они способны оказывать разрушающее воздействие на нервную систему человека (расстройства вегетативной нервной системы, деменция и др.).
  • Подробнее про интоксикацию марганцем и болезнь Паркинсона читайте тут.
  • Сегодня при расчётах ПДК учитывается только массовая концентрация вещества и не учитывается размер частиц сварочного аэрозоля и их количество в объёме вдыхаемого воздуха (расчёты же говорят, что это количество может быть очень велико).
  • Современные методы исследований выявляют поражение нервной системы марганцем даже при соблюдении ПДК.
  • Пока токсикологи не определили, какое количество наночастиц сварочного аэрозоля безопасно для здоровья, следует принять как аксиому:
  • Сварочный дым никогда не должен попадать в дыхательные пути человека и распространяться в окружающей среде.

Источники:

Данная запись создана на основе статьи заслуженного эколога Российской Федерации, Юрия Степановича Корюкаева, написанной специально для АО «СовПлим».

С источником вы можете ознакомиться по ссылке: скачать (.doc)

Читайте также:
текст ссылки
текст ссылки

Связаться с нами