Определение частиц нанодиапазона в воздухе рабочей зоны металлургического производства

В настоящее время одним из ключевых направлений развития мирового технического прогресса являются работы по созданию нанотехнологий и перспективных наноматериалов. С развитием нанотехнологий появляется множество материалов, содержащих наноразмерные (<100 нм) частицы. Уже сейчас объем промышленного производства наноматериалов в развитых странах достигает нескольких тысяч тонн в год [2].

Совокупность научных данных о наноматериалах позволяет предполагать, что они могут быть потенциально токсичными для человека. Изучение возникающих потенциальных рисков при контактах человека и других биологических систем с наноматериалами представляется актуальной и важной задачей. Внедрение нанотехнологий и наноматериалов требует оценки всех возможных рисков, связанных с их использованием.

Нанотехнологии, как и любые новые технологии, несут не только несомненные преимущества, но и потенциальную опасность вредного воздействия на здоровье человека и природные экосистемы. Анализ большого числа научных исследований показал, что наночастицы обладают более высокой токсичностью, чем обыч- ные микрочастицы, способны проникать в неизмененном виде через клеточные барьеры, а также через гематоэнцефалический барьер в центральную нервную систему, циркулировать и накапливаться в органах и тканях, вызывая более выраженные патоморфологические поражения внутренних органов (например, образование гранулем в легких, цирроз печени, гло-мерулонефроз), а также, обладая длительным периодом полувыведения, крайне тяжело выводятся из организма [3–5].

Токсичность наночастиц определяется их формой и размерами. Органами-мишенями для наночастиц могут быть легкие, печень, почки, головной мозг, желудочно-кишечный тракт, прослеживается зависимость органов-мишеней от пути поступления. При воздействии наночастиц на организм человека возможно развитие оксида-тивного стресса, ингаляционной/трансдермаль-ной ассимиляции (накопление и усвоение), астмы, хронических обструктивных болезней легких (ХОБЛ), злокачественных новообразований (рак легких), нейродегенеративных заболеваний, нарушений со стороны сердечно-сосудистой системы и сердечной деятельности, нарушение генома клетки (репликации ДНК) [2, 3].

В этой связи особую актуальность представляет оценка условий труда и профессионального риска при производстве и применении материалов, содержащих наночастицы, а также производственных процессов с образованием наночастиц. Среди производственных процессов с наиболее высоким риском вредного воздействия наноразмерных аэрозолей выделяются электродуговая сварка и резка металлов, пирометаллургические процессы рафинирования металлов [2].

Цель работы – исследование содержания частиц нанодиапазона в воздухе рабочей зоны металлургического предприятия на примере ОАО «Ависма» г. Березники Пермского края.

Материалы и методы. При обследовании воздуха рабочей зоны распознавание наночастиц по размерам и измерение их счетной концентрации выполнялось с использованием диффузионного аэрозольного спектрометра ДАС 2702 (Россия) [1].

Исследование воздуха рабочей зоны выполнялось на рабочих местах металлургического производства ОАО «Ависма», которое является филиалом ОАО «Корпорация ВСМПО – Ависма» и расположено в г. Березники Пермского края.

Рабочие места металлургического производства оценивались на основе обследования рабочего места плавильщика титанового производства при прохождении высокотемпературных производственных процессов плавки титанового шлака: доводка, выпуск чугуна, выпуск титанового шлака, закрывание лётки – огнеупорной пробки электродуговой печи.

В качестве рабочего места сравнения обследован административный блок ОАО «Ависма», отделенный от производственного процесса.

Воздух рабочей зоны исследовался на распределение по размерам и определение счетной концентрации наночастиц.

Результаты и их обсуждение. Выполненные исследования представлены на рис. 1–3. На рис. 1 показано распределение взвешенных частиц по размерности: на оси x представлены значения диапазонов размеров частиц в нанометрах, ось y отображает счетную концентрацию частиц в миллионах частиц на м³. Максимум концентрации наночастиц соответствует диапазону от 15 024 до 26 481 млн частиц на м³, размер частиц 10–65 нм с максимумом счетной концентрации, приходящемся на диапазон 30–35 нм. В процессе доводки в воздухе рабочей зоны на рабочем месте плавильщика преобладают частицы с размерами, находящимися в диапазоне 5–20 нм, счетная концентрация представлена интервалом 13 523–28 609 млн частиц на м³ (максимум в диапазоне 10–15 нм).

Результаты обследования рабочего места сравнения приведены на рис. 2, 3 и в таблице.

По результатам исследований воздуха рабочей зоны на территории администрации (рабочее место сравнения), выполненных в трех точках, можно сделать вывод, что максимальная концентрация частиц находится в диапазоне размеров 15–55 нм, счетная концентрация 527–1000 млн частиц на м3 (с максимумом, принадлежащим частицам размером ~ 20 нм).

Таким образом, выполненные измерения распределения и счетной концентрации частиц нанодиапазона в воздухе рабочей зоны основных производственных процессов и административного корпуса ОАО «Ависма» (металлургические производства) позволяют сделать вывод, что счетная концентрация наночастиц на рабочих местах сравнения (администрация

=

5000 0

нм

• □ 1 - Выпуск чугуна, титанового шлака. Закрывание летки □ 2 - Доводка

• Рис. 1. Распределение по размерам и счетная концентрация наночастиц в воздухе рабочей зоны ОАО «Ависма»

Концентрация частиц в воздухе рабочей зоны предприятия ОАО «Ависма»

Наименование обследуемого места	Максимальная концентрация частиц, млн/м 3	Диапазон размера частиц с максимальной концентрацией, нм
Администрация	527–1000	~ 20
Цех № 37, рабочее место плавильщика титанового производства, доводка	13523–28609	10–15
Цех № 37, рабочее место плавильщик титанового производства, выпуск чугуна, титанового шлака, закрытие летки	15024 до 26481	30–35

Рис. 2. Характеристика наночастиц в воздухе рабочей зоны административного блока ОАО «Ависма»

Рис. 3. Сравнение распределения наночастиц в воздухе рабочей зоны на рабочих местах обследования и сравнения

ОАО «Ависма») значительно ниже, чем на рабочих местах основных производственных процессов. Рабочие места плавильщика титанового производства на стадии доводка и выпуск чугуна, титанового шлака, закрывание летки отличаются по диапазону максимальной концентрации наночастиц и по диапазону размера частиц с максимальной концетрацией.

Данные, полученные в исследованиях, могут быть использованы в качестве дополнительной информации при оценке условий труда и профессионального риска при производстве и применении материалов, содержащих наночастицы, а также производственных процессов с образованием наночастиц.