CC BY
19УДК 613.15, 613.6, 614.715
И.В. Май, С.Ю. Загороднов, А.А. Макс
ФРАКЦИОННЫЙ И КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ ПЫЛИ В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
ФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения», г. Пермь
Представлены результаты определения компонентного и фракционного состава пыли, попадающей в рабочую зону машиностроительного предприятия. Доказана актуальность накопления данных о реальном составе пыли с целью повышения надежности и точности оценки влияния пылевых смесей на здоровье работающих.
Ключевые слова: промышленная пыль, фракционный состав, компонентный состав, мелкодисперсные частицы, PM10, машиностроение.
IV. Mai, S.Yu. Zagorodnov, A.A. Max. Fractional and component composition of dust in the air of workplace at machinery enterprise
FBSI «FSC for medical and preventive health risk management technologies», Perm
The authors present results of assessment of fractional and component composition of dust entering workplace of machinery enterprises. The results prove topicality of data accumulation on actual contents of dusts for more reliable and precise evaluation of the dusts mixture influence on the workers' health.
Keywords: industrial dust, fractional composition, component composition, fine-dispersed particles, PM10, machinery building.
Нормирование и оценка влияния на здоровье работающих мелкодисперсных твердых частиц, присутствующих в воздухе рабочей зоны, была и остается актуальной проблемой, поскольку пылевой фактор характерен для многих производств [1, 2, 5, 8, 10]. Целым рядом исследований установлено, что особую опасность представляют респирабельные (диаметром до 5 мкм) и трахеобронхальные (диаметром от 5 до 10 мкм) пылинки [6, 8]. При этом гигиенические нормативы на взвешенные частицы размерами менее 10 мкм (РМ10) и 2,5 мкм (РМ 2,5) в воздухе населенных мест в России, как и в ряде других стран, законодательно закреплены [3], тогда как отечественные критерии безопасности для условий рабочей зоны отсутствуют.
Крайне недостаточны и фрагментарны данные о доле мелких фракций в общей массе пылевых частиц в воздухе рабочей зоны. В ряде случаев имеющаяся информация потеряла актуальность, хотя представляет интерес в аспекте оценки прошлой экспозиции [7]. Недостаточна информация о компонентном составе пылевых частиц, хотя значимость химического состава пыли для оценки токсических свойств загрязнения более чем существенна [8, 11]. Немаловажную роль при анализе воздействия играет и информация о форме частиц, поскольку пылинки с острыми гранями, особенно игольчатой формы (кристаллическая пыль, пластинчатая, пылинки стекло-
волокна и т. п.), оказывают большее раздражающее действие в месте соприкосновения (на слизистых оболочках глаз, верхних дыхательных путей, а иногда и на кожном покрове), тогда как аморфная и волокнистая пыль в меньшей степени вызывает местное раздражение и т. п. [11].
Указанные проблемы характерны для всех отраслей промышленности, в том числе машиностроения, где источниками пылеобразования на машиностроительных предприятиях являются практически все основные производства:
— литейные цехи (источники пылевыделе-ния: вагранки, электродуговые и индукционные печи, участки складирования и переработки шихты и формовочных материалов, участки выбивки и очистки литья);
— кузнечно-прессовые и прокатные цехи (источники пылевыделения: процессы нагрева и обработки металла);
— термические цехи (источники пылевыделения: нагревательные печи, дробеструйные и дробометные камеры);
— гальванические цехи (источники пылевы-деления: подготовительные операции, в основном механическая очистка);
— цехи механической обработки материалов (источники пылевыделения: механическая обработка различных материалов (металлов, древесины, стеклопластиков, графита и др.) на станках);
— участки сварки и резки металлов.
Цель исследования состояла в изучении дисперсного и компонентного состава пыли ряда машиностроительных производств и оценке корректности классификации пыли как характеристик рабочих мест токарей, фрезеровщиков, сварщиков, изолировщиков и пр.
М а т е р и а л ы и м е т о д и к и. Исследования дисперсного и компонентного состава пылевых выбросов выполнялись на примере одного из крупных машиностроительных предприятий на территории г. Перми.
Пробоотбор пыли осуществлялся на рабочих местах, непосредственно у источников выделения (от 5 до 15 см от места пылеобразования). При отборе применялись устройства, позволяющие максимально сохранять фракционный состав пыли (двухциклонный сепаратор с последовательными ступенями отделения частиц различных фракций) или на бумажные фильтры АФА с размерами пор 0,3—0,5 мкм. Продолжительность отбора проб составляла от 2 до 10 мин (в зависимости от интенсивности пылевыделения на источнике выделения) со скоростью 20 дм3/мин.
Для каждого источника пылевыделения осуществляли 5 повторений, что позволило получить корректные результаты.
Определение дисперсного состава пылевых выбросов осуществляли с применением лазерного анализатора частиц Microtrac S3500 (охватываемый диапазон размера частиц от 20 нм до 2000 мкм). После растворения пробы или фильтра в диоксане и перехода частиц пыли в жидкую фазу в виде диспергированных частиц, раствор помещался в кювету прибора, и проводилось измерение фракционного состава. На основании результатов, полученных при определении дисперсного состава вычислялась массовая концентрация взвешенных частиц в воздухе, а затем масса фракций частиц РМ2.5 и РМ10.
Для микроскопирования пыли с целью установления формы частиц и определения компонентного состава пылевых выбросов использовался сканирующий электронный микроскоп высокого разрешения (степень увеличения — от 5 до 300 000 крат; ускоряющее напряжение — от 0,3 до 30 кВ.) с рентгено-флуоресцентной приставкой S3400N «HITACHI» (предел обнаружения — порядка 10—5 мас. %, минимальная область исследования — 100 мкм) на базе Центра коллективного пользования Пермского Национального Исследовательского политехнического университета.
Р е з у л ь т а т ы и и х о б с у ж д е н и е. Для каждого конкретного вида производственной пыли получали гистограммы, позволяющие оценить весь спектр частиц разного размера.
Обобщенные результаты укрупненной оценки фракционного состава пыли, попадающей в результате ряда технологических операций в воздух рабочей зоны на машиностроительном предприятии, приведены в таблице.
Как видно из представленных данных, дисперсный состав пыли довольно разнороден. При выполнении технологических операций по первичной (грубой) механической обработке металлов (рабочие места обрубщиков, токарей) доля мелкодисперсной пыли невелика — не превышает 5 %. Прочие виды работ токарей и фрезеровщиков, связанные со шлифовкой, сверлением, зенкеро-ванием, растачиванием отверстий, нарезанием резьбы, обтачиванием торцов и цилиндрических поверхностей и пр., связаны с выделением в воздух рабочей зоны значительного количества мелкодисперсной пыли (РМ10), которая составляет от 10 до 30 % от общей массы твердых частиц. При работе сварщиков доля выделяемых мелкодисперсных твердых частиц достигает 40 %.
Для этих же технологических операций характерно и наличие в общей массе частиц самой тонкой пыли (РМ2,5), которая может долго витать в воздухе, распространяясь с конвективными потоками воздуха по всей рабочей зоне. Доля частиц пыли с диаметром менее 2,5 мкм при проведении рабочими операций по механической обработке металлов и неметаллических деталей составляет в среднем 7—5 %, а при проведении сварочных работ — до 13 %.
При характеристике рабочих мест токарей, фрезеровщиков и сварщиков, учет значительной доли мелкодисперсной пыли является обязательным. Следует отметить, что при микроскопи-ровании пыли от полуавтоматической сварки в среде углекислого газа были идентифицированы пылевые частицы диаметром менее 0,01 мкм (менее 100 нм), то есть частицы наноразмерного диапазона. Гигиенические последствия воздействия таких частиц изучены слабо, что требует пристального внимания к качеству воздуха рабочей зоны при выполнении сварочных операций.
Спектральный анализ пыли позволил установить, что в ряде случаев её классификация не соответствует реальному компонентному составу загрязнения воздуха рабочей зоны.
Так что при выполнении операции «шлифовка» на плоскошлифовальных станках пыль при характеристике рабочего места оценивается как «Пыль абразивная (корунд белый)». Однако в составе пылевых выбросов были обнаружены оксиды кальция (—36 %), серы (—45 %), железа (—21,5 %) и магния (—0,5 %) (рисунок). Оксидов алюминия не идентифицировано. Данные
Дисперсность пыли, поступающей в воздух рабочей зоны при выполнении разных технологических операций на машиностроительном предприятии
Технологическая операция Массовая доля частиц, % Медианный размер частиц, мкм
Менее 2,5 мкм Менее 10 мкм Более 10 мкм
Дробометная очистка отливок в очистной камере 42322М 0,00 0,00 100,0 350,1±42,0
Механическая обработка деталей на плоскошлифовальном станке 0,0 4,93 ± 1,02 95,07 ± 14,2 302,5 ± 36,3
Заточка деталей (сталь Р18) на станках ВЗ-818 с абразивным кругом ((! = 150 мм 0,00 2,67 ± 0,88 97,33 ± 20,3 211,0 ± 19,9
Обработка деталей (сталь 45) на отрезных станках И6620, (а = 400 мм) 7,07 ± 1,02 32,97 ± 10,10 67,02 ± 11,8 202,4 ± 13,2
Обработка деталей (сталь 45) на токарных станках 1В62Г 0,35 ± 0,05 12,24 ± 3,23 87,86 ± 20,7 224,0 ± 19,6
Заточка деталей (сталь КВ 8) на станках Е642 с алмазным кругом, ( круга 125 мм 0,37 ± 0,09 15,29 ± 3,55 84,71 ± 15,3 107,1 ± 12,8
Черновая обработка деталей (сталь 08Х13Н10Т) на горизонтально-расточных станках ОР-14592 0,35 ± 0,09 19,77 ± 3,68 80,23 ± 11,6 218,3 ± 17,6
Чистовая обработка деталей (сталь 40Х) на сверлильных станках В34Н 6,7 ± 1,09 13,45 ± 2,16 86,55 ± 9,2 129,1 ± 20,2
Очистка поверхности деталей на галтовочном станке МП-460 0,55 ± 0,11 16,84 ± 2,88 83,16 ± 8,5 210,4 ± 23,6
Заточка и доводка инструментов (сталь Р6М5) на наждачном станке ТЧ350, а круга 350 мм 5,18 ± 1,06 30,01 ± 8,52 69,99 ± 9,1 98,6 ± 12,3
Обработка деталей (сталь 3) на фрезерных станках ФМ25 5,22±1,11 38,78±7,26 61,22±8,4 299,5±40,6
Полуавтоматическая сварка деталей (сталь 12Х18Н9Т), на аппарате А547У, сварная проволока 08Г2С в среде со2 13,46 ± 2,8 39,88 ± 9,01 60,12 ± 7,8 80,0 ± 9,2
cps/eV
Б 0 Fe М Ca g s i 5 F G
кеУ
Спектрограмма пыли выбросов плоскошлифовального станка при обработке стальной детали
свидетельствуют о том, что пылевые фракции требуют принципиально другой классификации пыли при характеристике рабочего места.
Аналогичные проблемы были установлены при анализе пыли заточного станка с алмазным кругом, пыли ряда токарных операций. В составе пылевых частиц кроме соединений железа и кремния было установлено присутствие ванадия, хрома, молибдена, что требует детального анализа персональной экспозиции работающих с тяжелыми металлами, содержащимися в пылевых частицах.
В целом полученные данные свидетельствуют о необходимости пересмотра классификации твердых компонентов, попадающих в рабочую зону и применения в качестве критериев гигиенических нормативов, адекватных реальному загрязнению.
В ы в о д ы. 1. Фракционный и компонентный состав пылевого загрязнения рабочей зоны на машиностроительном предприятии зачастую не соответствует классификации, используемой при характеристике рабочих мест. 2. Пылевое загрязнение воздуха рабочей зоны токарей, фрезеровщиков, сварщиков характеризуется значительной долей мелкодисперсных частиц (РМ10 — до 40 %, РМ 2,5 — до 13 %), что свидетельствует об угрозе для здоровья работающих. 3. Для некоторых технологических процессов установлено присутствие в пыли, попадающих в рабочую зону, наночастиц, гигиеническая характеристика которых изучена слабо. 4. Полученные данные подтверждает актуальность установления дисперсного и компонентного состава пылевого загрязнения воздуха рабочих мест для корректной оценки персональной экспозиции работающих и гигиенической характеристики условий труда.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Азаров В.Н. // Междунар. конф. «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды». Волгоград, 2003.
С. 1—7.
2. Ветошкин А.Г., Таранцева К.Р. Технология защиты окружающей среды (теоретические основы): Учебное пособие / Под ред. А.Г. Ветошкина. Пенза: Изд-во Пенз. технол. ин-та, 2004.
3. Власенко М.В., Бобров С.В. // Мед. труда. 2011.
№ 10. С. 10—13.
4. Дополнение № 8 к ГН 2.1.6.1338—03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».
5. Комплексная оценка пылевой обстановки и разработка мер по снижению запыленности воздушной среды промышленных предприятий: Диссерт. на соиск. уч. ст. д-ра тех. наук. Ростов-на-Дону, 2003.
6. Кондова Н.С. // Мед. труда. 2010. № 6. С. 12—16.
7. Кузнецов А.И., Турковский И.И., Козлов Д.Н. // Гиг. и сан. 2003. № 3. С. 45—47.
8. Скрябина Л.Я. Атлас промышленных пылей.
Ч. 1—3. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1980.
9. Characterization of Risks Due to Inhalation of Particulates by Construction Workers Technical Update [Эл. Ресурс]. http://www.mass.gov/dep/cleanup/laws/inh0708. pdf. дата обращения 01.10.2012
10. Cohen A. et al. «Mortality impacts of urban air pollution», in Comparative quantification of health risks: global and regional burden of disease attributable to selected major risk factors. M. Ezzati et al. Женева: ВОЗ, 2004. С. 1353—1434.
11. Wilson R., Spengler J. Particles in our air. Concentrations and health effects. Harvard University Press,
1996.
12. World Health Organization, European Centre for Environment and Health, Bonn office. "Health risks of particulate matter from long-range transboundary air pollution". Copenhagen: WHO Regional Office for Europe, 2006.
13. World Health Organization. "WHO Air quality guidelines for particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide. Global update 2005" [Электронный ресурс] http://www.who.int/phe/air/aqg2006execsum.pdf (дата обращения 02.10.2012).
Поступила 23.10.12
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ:
Май Ирина Владиславовна,
зам. директора ФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» по научной работе, докт. биол. наук, профессор. E-mail: may@fcrisk.ru Загороднов Сергей Юрьевич,
научн. сотрудник. E-mail: zagorodnov@fcrisk.ru Макс Анастасия Александровна,
научн. сотрудник. E-mail: a.maks@fcrisk.ru
