CC BY
28
ОБЗОРЫ
ОБ ИСКУССТВЕННОЙ ИОНИЗАЦИИ ВОЗДУХА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
Проф. Б. Б. Койранский
Из Ленинградского научно-исследовательского института гигиены трул*
и профессиональных заболеваний
Если по биологическому влиянию ионизации на животный орга низм имеется обширная литература как в СССР, так и в зарубежных странах (Америка, Япония, и др.), то в области гигиенического значения ее наши знания очень ограничены. Правда, исследования Г. Е. Лестгафт и в особенности А. А. Минха (1956) значительно способствовали выявлению значения наличия легких и тяжелых ионов для гигиенической оценки атмосферного воздуха, а также воздуха жилых и общественных помещений, но даже в этой области остается много неясного.
Еще сложнее обстоит дело с гигиенической оценкой ионного состава воздуха рабочих помещений. Повышенный интерес к данной проблеме, возникший в начале 30-х годов XX столетия, вызванный исследованиями, которые проводила группа ученых под руководством Л. Л. Васильева и А. Л. Чижевского, послужил толчком к изучению состояния ионизации воздуха рабочих помещений. Целым рядом иссле дователей были проведены измерения ионизации воздуха промышленных предприятий. Эти исследования показали, что в воздухе рабочих помещений имеются значительные концентрации аэроионов обеих по лярностей, иногда достигающие десятков и сотен тысяч в 1 см3 возду ха. Они также довольно четко выявили, что знак и концентрация ионов в основном зависят от технологического процесса.
Однако все полученные данные, характеризующие наличре тех или нных концентраций ионов в воздухе рабочих помещений, приходится рассматривать только как ориентировочные. Это объясняется тем, что только в самые последние годы получена аппаратура, дающая возможность раздельно определять количество тяжелых и легких ионов.
Насколько это важно, можно судить хотя бы по данным, полученным Н. Ф. Галаниным 1 и А. П. Рязановым1 (1936). При определении концентрации тяжелых ионов при электросварке они установили, что-вблизи вольтовой дуги на рабочем месте концентрация тяжелых ионов колеблется в пределах 200 ООО—400 000 в 1 см3 воздуха, в то время как при определении счетчиком Эберта число ионов не превышало 25 000— 30 000 в 1 см3 воздуха. Присутствие тяжелых ионов связано с теми производственными процессами, при которых в воздухе рабочих помещений выделяются пыль, дым, различные пары и другие примеси. Наличие этих выделений и ведет к образованию тяжелых ионов. На производстве роль тяжелых ионов, как это будет показано в дальнейшем, может быть особенно значительной в связи не только с чрезмерными концентрациями, но и со знаком заряда и физико-химической-
' Цнт. по П. А Рязанову. 1936
«о
V
природой носителей их, которыми определяется биологическая активность тяжелых ионов.
Однако эта очень важная проблема не получила еще полного освещения в работах как зарубежных, так и советских исследователей. В СССР этому вопросу был посвящен ряд исследований лаборатории аэрозолей Ленинградского научно-исследовательского института гигиены труда и профессиональных заболеваний. Так, сотрудники этой лаборатории И. И. Лифшиц, Е. Т. Лыхина и Г. С. Эренбург (1948) установили, что 92% взвешенных в воздухе мельчайших пылинок кварца несли электрический заряд, у алюминиевой пыли—96%, у каолиновой—65%. Эти данные заслуживают особого внимания, так как показывают, что очень большой процент пыли в производственных помещениях может нести на себе электрические заряды, причем величина заряда на частицах в значительной степени определяется способом их получения. Особенно способствуют образованию высоко заряженных частиц, несущих на себе значительное число электрических зарядов, распыление, дробление, возгонка в вольтовой дуге, бурно протекающие химические процессы.
Г. С. Березюк (1959) нашел на взвешенных в воздухе высоко дисперсных частицах, полученных раздроблением, следующее число зарядов на каждой из них: у пироксилина — до 175, у кварцита — до 400, у угля —до 1500.
Исследованиями Е. Т. Лыхиной, И. И. Лифшиц и Г. С. Эренбурга было установлено, что электрически заряженные пылинки при вдыхании задерживаются в значительно большей степени, чем нейтральные. Для иллюстрации можно привести следующие данные. Так, у исследуемой М. из всей пыли, находящейся в воздухе, из общего числа задержанных частиц 93% являются заряженными. У исследуемой И. в общем количестве задержанной пыли заряженных частиц было 80%. Заслуживают внимания также данные о задержке алюминиевой пудры. При общем проценте задержки пыли 48,6 незаряженные частицы составляли 22%, заряженные — 65,8%. В задержанной пыли заряженные частицы составляли 82%.
В связи с этим возникает вопрос о том, какова судьба таких частиц, находящихся в легких. К сожалению, об этом имеются очень ограниченные данные.
В одном из своих исследований И. И. Лифшиц (1957) пишет: «В выдыхаемом воздухе средний радиус пылевых частиц значительно меньший, чем радиус частиц, содержащихся во вдыхаемом воздухе». Количество электрических зарядов на частицах в выдыхаемом воздухе оказалось значительно меньше, чем во вдыхаемом. Так, в опытах с алюминиевой пудрой во вдыхаемом воздухе количество зарядов на частицах было 24, а в выдыхаемом — 3; в опытах с каолином во вдыхаемом воздухе их определялось 19, в выдыхаемом— один. Учитывая это, И. И. Лифшиц приходит, как нам кажется, к совершенно правильному выводу о том, что при вдохе заряженные частицы разряжаются. Лишаясь заряда, аэрозольные частицы разваливаются, разукрупняются. Можно с большей долей вероятности предположить, что роль электрического заряда не ограничивается только задержкой пыли в легких, так как снятие заряда с большинства частичек и передача его окружающим тканям также не могут не оказать влияние на протекающие в них биологические процессы. Кроме того, распад конгломератов и образование вследствие этого большой поверхности, состоящей из мельчайших частичек, также должны способствовать активизации биологических процессов, так как при увеличении удельной поверхности частицы легче встпупают в реакцию. Й, наконец, надо учитывать то, что оставшиеся заряженные частицы пыли могут быть более активными, чем нейтральные. Косвенное подтверждение ска-
б* S3
занному мы находим в данных Шилла: чем больше электрический заряд пыли, тем толще пленка белка, адсорбирующаяся на пылевых частицах.
В свете изложенного, нам кажется, можно по иному объяснить возникновение так называемых металлических (цинковых, железных, сурьмяновых и др.) лихорадок. Известно, что указанные лихорадки возникают при возгонке металла, причем находящиеся в воздухе частицы вызывают патологические сдвиги в организме только в момент их образования, т. е. до тех пор, пока они не образуют значительных конгломератов молекул в виде макроскопических частичек. Возможно, что в момент образования такие субмикроскопические частицы несут на себе значительное число зарядов, которые при этом обладают не только электростатической, но и химической энергией [Леб (Leeb, 1934; Кингдон (Kingdon, 1960) и др.].
Попадая в легкие в большом количестве, они и вызывают те явления лихорадки, которые описаны И. Т. Гельманом и К. В. Лейман (1957). Газовые молекулы, несущие тот или иной знак заряда, также при дыхании застревают в дыхательных путях в большем количестве, чем нейтральные [А. Яницкий1, Фрей (Frey, 1950)]. По данным сотрудника нашей лаборатории Н. С. Колодиной (1959), все вдыхаемые легкие аэроионы, положительные и отрицательные, почти полностью застревают в дыхательных путях, а при вдыхании задерживается 80—90% гидроионов. При этом, указывает Гордеев (Gourduyeff, 1956), как показали микроскопические и электромикроскопические исследования, гидроионы стабилизируют присутствующие в воздухе мельчайшие количества загрязнений (серная кислота, окислы азота, различные галлоиды и мельчайшие кристаллы твердых минеральных веществ). Таким образом, в ряде случаев гидроионы могут явиться как бы резервуаром разных и далеко небезвредных для организма примесей. При этом надо иметь в виду, что число зарядов на каплях, которые генерируются распылением, зависит отчасти от их величины, а в основном от электростатической константы жидкости. Так, например, капля нитробензола несет на себе несколько сот элементарных электрических зарядов. Если учесть, что до 80% гидроионов того или иного знака при вдыхании задерживаются в дыхательных путях, то и на эту сторону вопроса также необходимо обратить внимание.
Леб, Берклей 2, Кингдон (1960) и др. подчеркивают, что все ионизационные процессы в воздухе вызывают химическую реакцию находящихся в нем веществ. Лур3 указывает, что ионы при введении в чистый азот присоединяются к молекулам и атомам азота; при введении их в кислород образуются заряженные молекулы кислорода и в меньшем количестве — заряженные атомы кислорода. В воздухе в таких случаях происходит образование окислов NO, NO2, N20; кроме того, заряжаются капельки воды. Это и приходится наблюдать при электросварке, когда образующиеся при плавке металла в вольтовой дуге аэроионы способствуют образованию озона и воссоединению кислорода с азотом. Если же в воздухе присутствуют примеси аммиака, сернистого газа и хлора, то образуются более устойчивые соединения
NH3, СЬ, S02.
Кроме того, единичный легкий ион обладает способностью удерживать вместе группу молекул, вероятно, как указывает Бекет (Вес-Kett, 1954), неодинакового химического состава.
1 Цит. по Ф. Десауэру, 1932.
2 Цит. по А. Гордееву, 1956. J Цит. по Кингдону, 1960.
S4
Таким образом, из изложенного можно предположить, что ионизация может повлечь образование новых химических соединений и оказать влияние на физико-химические свойства вешеств, находящихся во взвешенном состоянии в воздухе. Десауэр (1932) писал: «Несмотря на ничтожность количества переносимого ионами вещества, я считаю возможным, что в их действие входит некоторый фармакологический компонент и что переносимый им заряд действует как своего рода активатор при носителе его или при адсорбированном им газе». Но возможно, что в таких случаях биологическое действие на организм окажет не столько заряд, сколько носитель его.
Все изложенное о возможном действии электрически заряженных пыли и газов на организм требует очень тщательной экспериментальной проверки, ибо очень многое в этой области остается невыясненным. Поэтому, учитывая возможность неблагоприятного действия на организм электрически заряженных пыли и вредных газов, целесообразнее пока воздержаться от искусственной аэроионизации воздуха, загрязненного пылью и вредными газами.
На количественный и качественный состав аэроионов как в наружном воздухе, так и в производственных помещениях оказывают также влияние метеорологические условия. В настоящее время установлено, что количество солнечного сияния, температура и степень влажности воздуха, дожди, особенно грозовые, обильное выпадение снега, направление и сила ветра (фен, сирокко и др.) оказывают влияние на степень аэроионизации и иногда определяют ее знак. В дни с переменной влажностью и температурой воздуха наблюдаются наибольшие изменения концентрации ионов. Остается невыясненным, не способствует ли наличие тех или иных концентраций аэроионов, несущих тот или иной знак заряда, образованию определенных сочетаний метеороэлементов, в результате чего могут возникнуть иные метеорологические условия, качественно отличающиеся от существующих. Иллюстрацией сказанному могут служить широко проводимые опыты по рассеянию скоплений дождевых и градовых облаков посредством распыления среди них частичек, несущих на себе .знак заряда, противоположный тому, который имеют облака. Имеется ряд попыток объяснить комфортное и дискомфортное самочувствие в зависимости от наличия аэроионов различной полярности при определенных метеорологических условиях (А. А. Сергеев, 1960, и др.), но пока они еще не получили достаточного обоснования. Остается также невыясненным, почему положительные и отрицательные ионы обладают различным действием.
По данным Мартина (Martin, 1952), отрицательные аэроионы возникают главным образом за счет кислорода, а положительные — преимущественно за счет углекислоты и азота атмосферного воздуха. Кингдон (1960) полагает, что отрицательные и положительные легкие ионы присоединяются к различным химическим веществам и поэтому действие положительных и отрицательных ионов на биологические вещества может быть различным.
В настоящее время установлено, что химический состав пыли в значительной мере обусловливает ее электрические свойства. Так, неметаллическая пыль заряжается положительно электрическим зарядом, металлическая — отрицательно, кислотные окислы — положительно, основные окислы — отрицательно; частицы солей несут заряды, стоящие в зависимости от сравнительного количества кислотных или основных ионов, входящих в них.
Итак, из изложенного вытекает, что ионы, несмотря на малую интенсивность действия, могут оказать влияние как на физико-химические свойства окружающей среды, так и на биологические процессы. Хотя наши знания о влиянии аэроионов на окружающую среду имеют ориентировочный характер, уже в настоящее время намечаются некоторые / •
пути использования их для оздоровления окружающей среды и некоторых производственных и трудовых процессов.
Так, опыты, проведенные в экспериментальных условиях в нашей лаборатории и отчасти в производственной обстановке, показали, что искусственная аэроионизация способствует осаждению ультрамикроскопических частичек пыли и дыма без применения высокого электрического напряжения, какое имеет место при электрофильтрах системы Котреля.
Правда, из наших предварительных данных вытекает необходимость продолжить эту работу для выяснения оптимальных условий, при которых происходит лучшее осаждение пыли (концентрация ионов, величина электрического поля, способы регулирования ионного потока и др.). Однако полученные, хотя и ориентировочные, данные дают возможность использовать искусственную аэроионизацию для осаждения пыли. Понятно, что к этому методу можно прибегать только в случаях, когда такие эффективные способы, как герметизация источника выделения пыли и вентиляция, не могут быть применены. При этом надо учитывать, что в данное время мы не располагаем достаточно достоверными данными, подтверждающими возможность полного осаждения из воздуха производственных помещений больших концентраций пыли и эффективного удаления ее с места осаждения.
Учитывая это, мы полагаем, что будет осторожнее, если аэроионизацию использовать для осаждения из воздуха таких концентраций пыли, которые меньше предельно допустимых величин. Такие небольшие количества пыли обычно имеются в воздухе школьных, общественных зданий, в некоторых цехах. В такого рода помещениях аэроионизация для осаждения пыли может быть применена во время отсутствия людей. Но при этом необходимо иметь в виду, что осаждаемая таким образом пыль выпадает из воздуха на потолок, пол, стены и находящиеся в помещении вещи, поэтому нужно проводить систематическую уборку помещений. Это тем более необходимо, что, как мы увидим дальше, вместе с пылью выпадают и бактерии.
Было также установлено (Г. С. Березюк, 1958, и др.), что увеличение относительной влажности воздушной среды приводит к уменьшению количества электрозаряженных частиц и, следовательно, к уменьшению задержки их при дыхании.
В Западной Германии довольно широкое применение получило распыление электрозаряженных частиц щелочных растворов, способствующих растворению находящихся в дыхательных путях некоторых видов пыли. Учитывая это, нужно использовать гидроионизацию для ингаляции с примесью некоторых фармакологических средств (щелочи и др.) для борьбы с пневмокониозом, силикозом и заболеваниями дыхательных путей. Нам кажется, что следует также попытаться разработать ряд методов нейтрализации пыли.
За последние годы были сделаны попытки использовать аэроионизацию для борьбы с микробами. Ряд исследований по изучению бактерицидного действия аэроионов, проведенных в СССР в 30-х годах (М. Т. Кононенко, Д. В. Мошкина, Н. Н. Попова), как указывает А. Л. Чижевский, показал, что аэроионизация оказывает тормозящее влияние на рост некоторых видов бактерий. Из зарубежных исследователей Крюгер и Смит (Krueger, Smith, 1957) также применяли ионы для поражения бактерий. Они помещали стрептококки в каплю дистиллированной воды и воздействовали на них аэроионами, полученными от радиоактивного источника.
Этот эксперимент вызвал ряд критических замечаний. Во-первых, возможно, в данном случае действовали не столько аэроионы, сколько излучение от радиоактивного источника. Во-вторых, как указывает Кингдон, капля быстро высыхала и, возможно, это тоже могло оказать пагубное действие на стрептококки.
Несколько более отчетливые результаты были получены в 1960 г-Кингдоном. Он попытался выявить влияние аэроионов положительного и отрицательного зарядов на кишечную палочку, применяя ионизатор с коронным разрядом. Опыты показали, что поток аэроионов определенной мощности действует бактерицидно.
Однако для получения бактерицидной концентрации аэроионов необходимо затратить энергии в 8 раз больше, чем для ультрафиолетовой радиации, и в 700 раз больше, чем для рентгена. Мы полагаем, что прав А. Л. Чижевский (1960), указывающий, что ни один из поставленных вопросов, связанных с изучением бактерицидного действия аэроионов, еще полностью не разрешен.
Ориентировочные опыты, проведенные сотрудниками нашего института в одном из цехов, воздух которого не был загрязнен пылью и газами, показали, что искусственная аэроионизация способствует выпадению не только ультрамикроскопической пыли, но и бактерий. Однако требуется дальнейшая исследовательская работа по выяснению того, насколько эффективно применение аэроионизации для стерилизации воздуха. Необходимо считаться с тем, что выпавшие бактерии, так же как и пыль, оседают на потолке, стенах, полу и окружающих предметах, и, следовательно, помещения нуждаются в уборке.
Искусственная аэроионизация в настоящее время может быть использована также для улучшения микроклимата тех производственных помещений, где применяют повышенную влажность для снятия статического электричества. Особенное значение это приобретает при выработке искусственных материалов. Трение материала или нитей о части машины, а также друг о друга ведет к образованию на них статического электричества. Наэлектризованные нити разбрасываются, переплетаются между собой, пристают к металлу агрегата, что задерживает и усложняет трудовой процесс. Применение аэроионизации в таких случаях снимает заряд, устраняет необходимость пользоваться повышенной влажностью и облегчает трудовой процесс.
Проведенное нашей лабораторией гигиеническое изучение целесообразности применения ионизации для снятия электростатического электричества с синтетического волокна в сновальном цехе шелкоткацкой фабрики имени Я. М. Свердлова в Павловом Посаде показало, что с помощью аэроионизации удалось освободить рабочих от трудоемкой работы по смачиванию волокон антистатическими препаратами.
Разработанный нашей лабораторией способ снятия электростатического заряда был успешно применен на кинопленке, что дало возможность не только ускорить процесс намотки пленки, но и снять пыль с нее, что освобождает значительную часть рабочих от ручного способа протирки кинопленки.
Наконец, искусственная аэроионизация создает благоприятные условия для борьбы с пожарами и взрывами, возникающими там, где имеется электростатическое электричество.
Как видно из изложенного, при настоящем уровне знаний о влиянии аэроионизации на физико-химические свойства прозводственной среды и биологические функции организма требуется особо осторожный подход к решению вопроса о том, где и при каких условиях она может быть применена на производстве. Это объясняется тем, что почти не проводилось исследований, посвященных изучению роли и значения искусственной аэроионизации в производственных условиях. Только в самые последние годы этому вопросу стали уделять больше внимания. К настоящему времени на основе накопившихся экспериментальных данных появляется возможность более четко наметить, при каких условиях искусственная ионизация может быть использована как профилактическое средство.
Л И Т Е Р А Т У Р А
Березюк Г. С. Труды научной сессии Ленинградск. ин-та гигиены труда и профзаболеваний, посвящ. итогам работы за 1956 г., 1958, стр. 172.— Он же. Труды научной сессии Ленинградск. ин-та гигиены труда и профзаболеваний, посвящ. итогам работы за 1958 г., 1959, стр. 99. — Г е л ь м а н И. Г., Лейман К. В. В кн.: Профессиональные болезни. М., 1957, стр. 219.—К о й р а н с к и й Б. Б. Гиг. Труда, 1958, № 4. стр. 5.— Он же. Там же, 1961, № 7, стр. 58. —Колодина Н. С. Труды научной сессии Ленинградск. ин-та гигиены труда и профессиональных заболеваний, посвящ. итогам работы за 1958 г., 1959, стр. 79. — Л и ф ш и ц И. И., Л ы х и н а Е. Т., Эре н-бург Г. С. Гиг. ,и сан., 1948, № 10, стр. <17. — Лифшиц И. И. Труды юбилейной научной сессии Ленинградск. науч'но-исслед. ин-та гигиены труда и профзаболеваний, 1957, стр. 316. — М<инх А. А. Ионизация воздуха и ее гигиеническое значение. М., 1956. — Р я з а н о в А. П. Исследование ионизации воздуха в условиях электросварки. Гиг. труда, 1936, 1.—Сергеев Л. А. Тезисы докл. Всесоюзн. конференции по аэро-и гидроионизаци«. Ташкент, 1960, стр. 22. — Ч и ж е в с к и й А. Л. Аэроионификация в народном хозяйстве. Госпланиздат, 1960. стр. 436—473. — Д е с а у е р Ф. Ионизированный воздух и его физиологическое значение. М—Л., 1932. — В е с k е 11 J. С, Electr. Engng., 1954, v. 73, p. 916.— Frey W., Schweiz, med. Wschr., 1950, Bd. 80. S. 1387. _ Gordieyeff V. A. Arch, industr. Hlth., 1956, v. 14, p. 471. — К i n g-don К. H., Phys. in Med. Biol., 1960, v. 5, p. 1. — Krueger A. P., Smith R. F., Proc. Soc. exp. Bioï. (N. Y.), 1958, v. 98, p. 412. —Martin T. L., J. Franclin Inst., 1952, v. 254, p. 267.
Поступила 9/V 1962 r
>t i
ft ft ft
