1.1. Классификация производственной пыли

Пыль – понятие, характеризующее физическое состояние вещества, а именно раздробленность его на мельчайшие частицы. Взвешенные в воздухе твердые частицы представляют собой дисперсную систему, в которой дисперсной фазой являются твердые частицы, а дисперсионной средой – воздух. Дисперсную систему взвешенных твердых частиц в воздухе, т. е. пыль, называют аэрозолем. Если в воздухе взвешены однородные по своим физико-химическим свойствам частицы, систему называют моногенной, или однофазной; если пылевые частицы, взвешенные в воздухе различны по своим физико-химическим свойствам, система носит название гетерогенной, или многофазной.

С гигиенической точки зрения аэрозоли, для которых характерно токсическое действие вследствие их химических свойств (например, аэрозоли свинца, окиси цинка, мышьяка и многие другие), относят к промышленным ядам.

По характеру веществ, из которых пыль образовалась, известна следующая классификация:

1. Органическая пыль:

   1. растительная пыль (древесная, хлопковая и др.);

   2. животная (шерстяная, костяная и др.);

   3. искусственная органическая (пластмассовая и др.).

2. Неорганическая пыль:

   1. минеральная (кварцевая, силикатная и др.);

   2. металлическая (железная, алюминиевая и др.);

3. Смешанная пыль (пыль при шлифовке металла, при зачистке литья и др.).

Однако такая классификация пыли недостаточна для ее гигиенической оценки. Для этой цели пользуются классификацией пыли по ее дисперсности и способу образования и соответственно различают аэрозоли дезинтеграции и аэрозоли конденсации.

Аэрозоли дезинтеграцииобразуются при добавлении какого-либо твердого вещества, например в дезинтеграторах, дробилках, мельницах, при бурении и других процессах. При этом чем тверже тело, тем меньше размеры образующихся частиц. Аэрозоли дезинтеграции в значительной мере состоят из пылинок больших размеров, хотя в их состав входят также ультрамикроскопические частицы.

Аэрозоли конденсацииобразуются из паров металлов, металлоидов и их соединений, которые при охлаждении превращаются твердые частицы. Например, в воздухе конденсируются пары цинка и алюминия при их плавлении, пары металлов при электросварке. При этом размеры пылевых частиц значительно меньше, чем при образовании аэрозолей дезинтеграции.

Частицы аэрозолей дезинтеграции и конденсации различаются также тем, что первые имеют всегда неправильную форму, представляются в виде обломков, а вторые – вид рыхлых агрегатов, состоящих из отдельных частиц правильной кристаллической или шарообразной формы.

Исследователь Н. А. Фукс выделяет две группы аэрозолей по их дисперсности:

1. Пыль – к ней относятся все твердые частицы, образующиеся при дезинтеграции, независимо от их размеров и включающие пылинки субмикроскопического размера;

2. Дымы – к ним относятся конденсационные аэрозоли с твердой дисперсной фазой. К дымам можно также отнести аэрозоли, образующиеся при неполном сгорании топлива, дым хлористого аммония и др. [Аллергия. Здоровье. 2003 г, №5, с. 72 - 79]

1.2. Физические и химические свойства пыли и их гигиеническая оценка

Гигиеническое значение промышленных аэрозолей с твердой фазой обусловливается их физическими и химическими свойствами, из которых наиболее важными являются дисперсность, форма частиц, их консистенция, электрический заряд, растворимость, химический состав. С некоторыми из указанных свойств связана взрывчатость пыли.

Для гигиенической оценки пыли важным признаком является степень дисперсности ее, или размеры пылевых частиц, так как с этим связана как длительность пребывания взвешенной пылевой частицы в воздушной среде, так и глубина проникновения в дыхательные пути, патогенность и физико-химическая активность, электрозаряд частиц и другие свойства.

Дисперсность и поведение пылевых частиц в воздухе. Микроскопические частицы размером от 200 до 0,1 мк, как и все прочие тела подчиняются закону тяготения. Но вследствие относительно большой поверхности на единицу массы они испытывают большое сопротивление воздуха и поэтому не оседают с постоянной скоростью по закону Стокса. В начале падения сила тяжести уравновешивает сопротивление воздуха, дальнейшее увеличение скорости падения вследствие этого прекращается и микроскопическая частица оседает с постоянной незначительной скоростью, измеряемой сантиметрами или миллиметрами в час. Сопротивление воздуха при движении в нем частицы изменяется в зависимости от ее размеров и формы, скорости ее оседания и подвижности воздуха.

Скорость падения кварцевой частицы в неподвижном воздухе в зависимости от размеров показана в табл. 1. Как видно из таблицы 1, в неподвижном воздухе кварцевые частицы диаметром 10 мк оседают медленно, а частицы менее 0,1 мк практически не оседают и находятся в постоянном броуновском движении. Таким образом, чем меньше размер пылевых частиц, тем дольше они задерживаются взвешенными в воздухе, следовательно, тем больше возможность попадания их в дыхательные пути. Некоторые изменения скорости оседания пылевых частиц возникают в связи с процессом флокуляции. Это имеет значение в основном для аэрозолей конденсации, которые даже в неподвижном воздухе благодаря энергичному броуновскому движению часто сталкиваются друг с другом, агрегируются и виде хлопьев выпадают из воздуха.

Таблица 1.1.

Скорость оседания кварцевой частицы

в неподвижном воздухе

Диаметр пылевой частицы, мк	Скорость падения
	в секунду, мм	в час, м и см
10	7,73	27,828 м
5	1,93	6,948
3	0,696	2,5056
2	0,309	1,112
1	0,0773	27,828 см
0,5	0,0306	11,016
0,3	0,01377	4,557
0,2	0,00762	2,743
0,1	0,00304	1,0944

Аэрозоли дезинтеграции не поддаются агрегированию главным образом вследствие относительно больших размеров частиц; более того, пылевые частицы в них могут приобретать меньшие размеры.

Сказанное иллюстрируется рис. 1, аиб: аэрозоли конденсации окиси магния минимальных размеров с течением времени превращаются в хлопья, а аэрозоли дезинтеграции мела в виде хлопьев – в мельчайшие пылевые частицы.

Рис. 1.1. Изменение размера пылевых частиц

Влияние движения воздуха незначительно. Увлажнение воздуха оказывает эффективное влияние на флокуляцию лишь в том случае, если оно интенсивное.

Исследования показали, что аэрозоли дезинтеграции малого диаметра могут флокулироваться при наличии в воздухе водяных аэрозолей размером 0,55 – 0,4 мк в количестве, значительно превышающем количество твердых аэрозолей.

Степень дисперсности промышленных аэрозолей зависит прежде всего от способа их образования.

Свежеполученные аэрозоли конденсации (дымы) имеют размеры частиц меньше 1 мк. Величина частиц аэрозолей дезинтеграции (пыль) зависит от вещества, из которого они получены, интенсивности дезинтеграции и возраста аэрозолей.

Чем тверже вещество, чем интенсивнее дезинтеграция и чем больше возраст аэрозолей, тем больше пыли и тем выше степень дисперсности ее частиц (табл. 2).

Таблица 1.2.

Степень дисперсности пылевых частиц при различных процессах обработки

Процесс	Вид пыли	Соотношение размеров пылевых частиц
		до 2 мк	2 - 5 мк	5 - 10 мк	выше 10 мк
Обточка древесины	Древесная	48,0	20,0	24,0	8,0
Обдирка металла	Металлическая и минеральная	57,0	31,5	9,5	2,0
Заточка металла	То же	62,0 - 79,5	24,5 - 13,5	10,0 - 6,6	3,5 - 0,6

Дисперсность и задержка пыли в органах дыхания. Задержка пылевых частиц в дыхательных путях зависит от их дисперсности (табл. 3). Общий процент числа задержанных в организме пылевых частиц тем выше, чем больше их размер. Это особенно заметно в отношении задержки пыли в верхних дыхательных путях. В альвеолах наиболее высок процент задержки пылевых частиц размером около 1 мк. Однако в абсолютных величинах выше количество задержанных в альвеолах частиц, размеры которых меньше 1 мк, так как они преобладают среди взвешенных в воздухе частиц.

Некоторое значение для задержки пыли в организме имеет тип дыхания. По данным Е. А. Вигдорчик, частицы диаметром менее 1 мк меньше задерживаются при дыхании через нос и больше при дыхании через рот; фракции в 1,3 мк задерживаются больше при носовом дыхании, а фракции в 3 мк и больше задерживаются примерно одинаково при дыхании через рот и нос. [«Гигиена труда» Навроцкий В. К., 1984 г. с. 140 - 148]

Таблица 1.3.

Задержка в организме пылевых частиц каолина в зависимости от размеров.

Диаметр частиц, мк	Общая задержка, %	Задержка в верхних дыхательных путях, %	Задержка в альвеолах, %
0,3	47,8	9,2	34,5
0,9	63,5	16,5	50,5
1,3	68,7	26,7	34,8
1,6	71,7	46,5	25,9
5,0	90,3	82,7	9,8

Таблица 1.4.

Размеры частиц, обнаруженные в легких людей, умерших от силикоза

Диаметр частиц, мк	В первом случае, %	Во втором случае,
до 0,4	46	50,0
0,4 - 0,8	24	27,2
0,8 - 1,6	16	18,0
1,6 - 3,2	10	10,0
более 3,2	4	4,8

Такие же примерно соотношения размеров пылевых частиц, найденных в легких умерших, работавших на пыльных производствах, но не болевших силикозом. На основании данных о поведении пыли в воздухе и ее задержке в органах дыхания в связи с дисперсностью можно сделать вывод, что гигиеническое значение практически имеют пылевые частицы размером 5 мк и меньше. В опытах с введением в легкие интратрахеально одинакового по весу количества кварцевой пыли разной дисперсности показано, что наибольшей фиброгенной активностью обладают пылевые частицы размером 1 – 2 мк. Это объясняется тем, что частицы значительных размеров попадают в легкие в небольшом количестве и задерживаются в альвеолах. Частицы же размером менее 1 мк легко транспортируются из альвеол пылевыми клетками в лимфатические узлы и, не задерживаясь в них, удаляются из организма. Частицы величиной 1 – 2 мк легко транспортируются по лимфатическим путям и долго задерживаются в лимфатических узлах. На основании этих опытов, по-видимому, можно сделать вывод, что так называемая ультрамикроскопическая пыль (размером 0,1 мк и меньше) малопатогенна.

Гарднер, например, не мог получить у животных фиброза легких при введении пыли с размером частиц 20 Å (0,002 мк). Приведенные данные о фиброгенной активности пыли в связи с ее дисперсностью следует иметь в виду при гигиенической оценке пылевого фактора на производстве.

Форма и консистенция пылевых частиц.Как уже указывалось выше, аэрозоли дезинтеграции имеют неправильную форму и представляют по существу обломки в виде пластинок, глыбок, многогранников, вытянутых волокон с острыми зазубренными, иногда сглаженными краями (рис. 2). [«Наука и жизнь», 1996 г. №9,с. 59 - 65]

Рис. 1.2. Электронная микрофотограмма пыли. А – аморфная пыль кремния; Б – кварца; В – тридимита; Г – кристаболита.

Аэрозоли конденсации представляют собой чаще всего рыхлые агрегаты, состоящие из кристаллов или частиц шарообразной формы. От формы пылевой частиц зависит скорость ее оседания. Частица неправильной формы оседает медленно, так как она падает всегда в положении наибольшей своей поверхности, встречающей наибольшее сопротивление воздуха.

О роли формы пылевой частицы в патогенезе пылевых заболеваний не достаточной ясности. Старое представление о том, что острые края пылевой частицы травмируют легочную ткань и приносят больше вреда, не доказано. Такое представление можно было бы допустить, если бы пылевая частица имела значительную массу.

Нет также основания придавать какое-либо значение консистенции пылевой частиц. Об этом свидетельствует известный факт, что пыль корунда – вещества, значительно более твердого, чем многие минералы (кроме алмаза), не является агрессивной в биологическом отношении.

Электрические свойства пыли. Пылевые частицы, взвешенные в воздухе, несут как положительный, так и отрицательный заряд независимо от химических свойств первичного вещества.

Как видно из таблицы 5, почти все пылевые частицы имеют заряд, причем количество частиц с отрицательным и положительным зарядом почти одинаково. Обращает на себя внимание устойчивость заряженных частиц. Так, в забое до начала бурения, где работали минимум 8 часов, общая заряженность очень высока и преобладают отрицательные заряды. Какие же данные получены через 3 часа после взрывных работ. Это, возможно, указывает на меньшую устойчивость положительных частиц. Пылевые частицы больших размеров могут иметь несколько элементарных зарядов, а малые – обычно 1 элементарный заряд.

Биологическое и гигиеническое значение электрозаряженности пыли почти не изучены. Имеются указания на то, что процент задержки в дыхательных путях электрозаряженной пыли в 2 – 3 раза больше, чем нейтральной. Показано, что биполярно электрозаряженная пыль более фиброгенна, чем нейтральная. По-видимому, характер заряда может иметь значение для фагоцитоза пыли. Возможно также, что знак заряда играет определенную роль при осаждении пыли из воздуха распыленной водой, поскольку водяные аэрозоли также несут на себе электрозаряд.

Химический состав пыли.Для гигиенической оценки пыли важно знать ее химический состав, от которого зависит биологическая активность, в частности фиброгенное, аллергенное, токсическое и раздражающее действие. Фиброгенность пыли зависит главным образом от содержания в ней свободной двуокиси кремния (SiO₂).

Пыль, образующаяся в производстве огнеупорного кирпича, содержит 98% свободной двуокиси кремния, формовочная земля в чугунолитейных цехах – 60 – 80 %, железная руда – до 30 %, вмещающие ее породы – кварцит – содержат до 70 %; почти все вмещающие породы угольных пластов Донбасса содержат больше 10 % свободной двуокиси кремния. Чем больше содержание в пыли свободной двуокиси кремния, тем более она агрессивна. Ряд видов пыли обладает аллергенными свойствами, вызывая такие заболевания, как носовая и бронхиальная астма. К аллергенам относятся, например, пыль ипекакуаны, канифоли, кожи, льна, муки, перламутра, пихты, рисовой муки, соломы, сосны, сухих спор хлебной головни, хлопка, шерсти, шелка, хрома. Общеизвестно, что к аллергенам существует индивидуальная чувствительность, поэтому не все соприкасающиеся с указанными видами пыли заболевают носовой или бронхиальной астмой. [Здоровье, 2003 – 2004, с. 73 - 76]

Таблица 1.5.

Электрозаряженность пылевых частиц в производственных условиях

Производственный процесс		Количество частиц		Содержание частиц, %
				Всего заряженных		Положительно заряженных		Отрицательно заряженных		нейтральных
До начала бурения	272		82,0		37,9		44,1		18,0
Сухое бурение по кварцитам	745		93,8		49,8		44,0		6,2
Мокрое бурение по кварцитам	2162		90,0		46,7		43,3		10,0
Бурение с сухим пылеулавливателем	1546		87,1		45,4		41,7		12,9
Через три часа после взрыва	174		85,1		34,5		50,6		14,9
Пескоструйная очистка отливок	650		97,2		48,7		48,5		2,8
Измельчение гипса в мельнице	409		98,5		59,4		39,1		1,5
Измельчение гипса в дробилках	100		99,0		60,0		39,0		1,0
Транспортировка измельченного гипса элеватором	248		97,7		55,7		42,0		2,3

Растворимость пыли.Растворимость пыли в воде и тканевых жидкостях может иметь положительное и отрицательное значения. Если пыль не токсична и действие ее на ткань сводится к механическому раздражению, хорошая растворимость такой пыли является фактором благоприятным, способствующим удалению ее из легких. В случае токсичной пыли хорошая растворимость является отрицательным фактором.

Удельная поверхность пыли и физико-химическая активность.Дисперсность пыли в большой мере влияет на ее физико-химическую активность. Объясняется это значительным увеличением поверхности диспергированного тела. В этом легко убедиться на следующем примере. Раздробление 1 см³твердого тела до частиц размером 0,1 мк увеличивает общую поверхность с 6 до 600000 см², т. е. в 100000 раз. Такое увеличение поверхности резко повышает адсорбционную способность вещества к газовым молекулам. Хорошей иллюстрацией может служить пыль доменного газа, сорбирующая окись углерода. В спокойном состоянии сорбированная окись углерода из пыли не выделяется; при перелопачивании же она десорбируется в количествах, способных вызвать острое отравление.

Увеличение удельной поверхности диспергированных веществ связано с повышением их химической активности. В связи с этим пыль приобретает свойства взрывчатости. Активная сорбция кислорода пылевыми частицами делает их легко воспламеняющимися при наличии открытого огня. Взрывчатыми свойствами может обладать любая пыль, но особенно взрывоопасны органические виды пыли. Практике хорошо известны взрывы каменноугольной, пробковой, сахарной, мучной пыли. Опасность взрыва зависит от концентрации пыли, дисперсности ее, содержания в ней летучих веществ, зольности (т. е. наличия неорганических веществ), влажности. Особенно взрывоопасна каменноугольная пыль, содержащая значительное количество органических летучих веществ.

Пыль и микрофлора.Издавна известна связь запыленности воздуха с заболеванием туберкулезом легких. Являются ли в этом случае пылевые частицы переносчиками инфекций или предшествующее действие пыли на легочную ткань благоприятствует развитию инфекции, попавшей другим путем, остается неясным. Известны случаи заболевания легочной формой сибирской язвы среди рабочих по сортировке тряпок и шерсти. Зерновая пыль может содержать споры различных грибов, в том числе и лучистого гриба, являющегося возбудителем актиномикоза. Воздух рабочих помещений нередко загрязняется различного вида микробами. В сортировочно-трепальном и чесальном цехах хлопкопрядильной ткацкой фабрики в 1 м³ воздуха находили от 25400 до 54000 бактерий, причем бактериальная загрязненность воздуха находилась в прямой зависимости от концентрации пыли в воздухе и от сорта хлопка. В воздухе помещений обувных фабрик обнаруживали от 22 до 44 колоний в кубическом футе, причем бактериальная загрязненность находилась в прямой зависимости от числа людей в помещении и кубатуры на одного человека. Интересен тот факт, что, по-видимому, некоторые виды пыли могут служить питательной средой для бактерий. Обнаружено, например, огромное количество микробов в мучной пыли, взятой на мельнице (B. Subtilis, стафилококк, диплококк, стрептококк, кишечная палочка и др.). Пыль может быть носителем не только бактерий, но и клещей и яиц глистов. [Техника молодежи. 1996, №2, с. 20-21]