Загальна характеристика промислового пилу
Промисловий пил є аеродисперсною системою (аерозоль), в якій дисперсійним середовищем є повітря, а дисперсною фазою - тверді пилові частинки. Пил утворюється при численних виробничих процесах у різних галузях народного господарства - у промисловості, сільському господарстві та на транспорті.
Істотний вплив на стійкість частинок у повітрі має щільність пилу. Чим вище щільність речовини за однієї й тієї дисперсності, тим швидше воно осідає з повітря. Наприклад, пил вольфрамово-кобальтових сплавів розміром 5 мкм осідає в 5-6 разів швидше, ніж частинки кварцу, і в 14 разів - ніж вугілля пилу таких же розмірів. З урахуванням щільності зазвичай розраховується перебування пилу в повітрі («швидкість витання» пилу) певної дисперсності: у гігієнічній практиці для встановлення характеристики пилу та вивчення впливу на організм пилу полідисперсної або обраної дисперсності; у санітарній техніці визначення ефективності фільтруючих властивостей різних матеріалів; у теплотехніці - для характеристики пилоподібного палива тощо.
Розчинність пилу. Залежно від хімічного складу та фізичних властивостей розчинні пилу на відміну від нерозчинних вже на початку свого надходження до організму виявляють або агресивну дію, або виводяться з організму, не викликаючи пошкоджень. Збільшення розчинності токсичних аерозолів свинцю, кадмію, міді супроводжується посиленням їх дії; пилу берилію, нікелю, урсолу викликає специфічні прояви та алергію. Навпаки, чим легше розчиняються нетоксичні пилу, тим швидше вони виводяться з організму і менш шкідливі, наприклад, цукровий пил.
На стійкість аерозолю та його взаємодію з організмом впливає і форма пилових частинок. Частинки сферичної формишвидше випадають із повітря, легше проникають до органів дихання і краще фагоцитуються. У той час як частинки неправильної, плоскої, паличкоподібної, спіральної форми більш довго утримуються в повітрі і важче проникають у глибокі відділи легень.
Твердість пилу немає істотного гігієнічного значення. Наприклад, пил твердих речовин - алмазу та ельбору істотно менш шкідливий, ніж їх модифікації - графіти (чорний і білий), особливо кварц, що мають меншу твердість.
Крім перерахованих фізичних властивостей, патогенність виробничого пилу залежить від електронної структури, хімічного складу, дози та часу дії. У розвитку пневмоконіозів найбільшу небезпеку становлять нерозчинні промислові аерозолі двоокису кремнію, силікатів (солі кремнієвої кислоти), пил деяких металів і сплавів, змішані мінерально-металеві та інші пилу. Перераховані пилу при вдиханні здатні довго затримуватися в глибоких відділах дихального тракту і викликати ураження дихальних шляхів та легень. Характер змін у легенях при пневмоконіоз залежить також і від поєднання пилового фактора з іншими виробничими шкідливостями. Домішка токсичних речовин (фтор, свинець, марганець, нікель, пари кислот, оксиди азоту, сірководень), важка фізична робота, переохолодження посилюють небезпеку виникнення пневмоконіозу та обтяжують його перебіг. При гігієнічній оцінці пилового фактора враховується весь зважений у повітрі пил (в мг на 1 м3), включаючи дрібні та великі фракції, оскільки в органах дихання затримується не тільки дрібний, а й великий пил.
Для характеристики ступеня запилення прийнято використовувати максимально разові концентрації пилу по масі, що відображають найвищі концентрації в особливо несприятливий періодтехнологічного процесу чи операції. Такий підхід до нормування пилу зумовлює деякий додатковий «запас надійності» під час проектування санітарно-технічних пристроїв та спрощує проведення поточного санітарного нагляду на промислових підприємствах. Разом з тим при розрахунку пилових навантажень (тобто дози, що надійшла в організм пилу за певний час) необхідно орієнтуватися не лише на максимально разові концентрації, а й на середньозмінні. Облік пилового навантаження дозволяє прогнозувати інтенсивність розвитку пилової патології. Наявність «пікових» високих концентрацій при тому ж пиловому навантаженні надає патологічному процесу, що розвивається, більш виражений характер і призводить до скорочення термінів розвитку пневмоконіозу.
Останніми роками визнано, що агресивність пилу обумовлюється як хімічним складом, а й структурним будовою речовини чи просторовим розташуванням у кристалічній решітці атомів і взаємодією електронів.
Дія аерозолів залежить від наявності на поверхні твердих кристалів різної кількості нелокалізованих електронів, які можуть утворювати хімічно активні функціональні групи або центри, що є гаммою поверхневих оксидів, здатних вступити в обмінні процеси з тканинами організму. Різну дію фіброгенного пилу особливо чітко можна простежити у алотропних речовин. Так, при одному і тому ж хімічному складі речовин, але при різних фізичних властивостях (розташування атомів у кристалічній решітці, щільність, твердість, термостійкість, електроопір та інші) дія пилу на організм може бути різною. Наприклад, вплив пилу кварцу викликає різкий фіброз, яке модифікація - стихошит, т. е. кремнезем, підданий надвисокому тиску ітемпературі відрізняється низькою фіброгенністю. Інший приклад, пилу графітів - вуглецю і нітриду бору викликають більш виражені фіброзні зміни в органах дихання, ніж їх модифікації, відповідно алмаз та ельбор і т. д. Ці положення важливо враховувати у практиці нормування аерозолів та клініці професійних захворювань.
На підставі вивчення фіброгенних властивостей різних видів пилу можна виділити три класи небезпеки та визначити відповідні гранично допустимі концентрації (ГДК) пилу.
Перший клас - високофіброгенні пилу, їх ГДК 1-2 мг/м3. До них відносяться «чистий» двоокис кремнію та аерозолі, що містять понад 10% вільного двоокису кремнію або більше 10% азбесту. При вплив аерозолів першого класу небезпеки розвивається різко виражений прогресуючий пневмоконіоз вузликового типу (пил кремнезему) або виражений дифузний і сітчастий пневмосклероз з ураженням плеври (пил азбесту).
Другий клас - середньо- або помірно фіброгенні пилу, з ГДК 4-6 мг/м3 - включає аерозолі, що містять від 2 до 10% вільного двоокису кремнію, кремнемедистий сплав, тальк, скловолокно, глину, апатит, цемент, електрокорунди, карбіди кремнію та бору, барит, дуніти, форстерит та ін. Аерозолі другого класу небезпеки викликають повільний розвиток пневмоконіозу з помірним дифузним пневмосклерозом, з утворенням клітинно-пилових вогнищ і невеликим розвитком колагенових волокон або клітинно-пилових.
Третій клас - слабко фіброгенний пил, з ГДК 8-10 мг/м3. До них відносяться кам'яне вугілля, азбестобакеліт (волокнит), азбесторезину, магнезит, алмази природні та синтетичні, двоокис титану, тантал та його оксиди, ельбор та ін.
При дії цих пилів формується незначний дифузний пневмосклероз, переважнонавколо бронхів та судин з утворенням клітинно-пилових вогнищ та запальним процесом у бронхах.