2. Химические негативные факторы

Вредные и опасные вещества. В процессе производственной деятельности работникам ряда профессий (горнякам, геологам, нефтяникам, газовикам, металлургам, химикам и др.) приходится выполнять работу в горных выработках, производственных и бытовых помещениях, а также вблизи фонтанирующих скважин, нефте- и газопроводов, действующих вулканов, находиться в зданиях буровых установок и местах, в которых состав воздуха может значительно отличаться от состава атмосферного воздуха, вследствие обеднения его кислородом, обогащения углекислотой, загрязнения ядовитыми и взрывчатыми газами, вредными и взрывчатыми пылями и другими компонентами.

Незнание свойств этих газов и способов их распознавания может послужить причиной взрывов, удушья или отравления. Известны случаи возгорания и взрывов метана в угольных шахтах и на буровых установках, отравления ядовитыми газами (окисью углерода в жилых домах при закрытых дымоходах, в шахтах при пожарах и взрывах, выхлопными газами в гаражах и кабинах автомобилей и др.).

Для предупреждения отравления людей газами, предотвращения аварий, производственного травматизма каждый должен хорошо знать свойства основных составляющих атмосферного воздуха, ядовитых и взрывчатых газов и паров, места их возможного скопления и способы обнаружения.

Атмосферный воздух. Химический состав атмосферного воздуха отличается большим постоянством. В воздухе содержится 78,1 % азота, 20,93 % кислорода, около 0,03 % углекислоты и менее 1 % водорода и инертных газов.

Кислород (О₂) — газ без цвета, запаха, удельный вес по отношению к воздуху 1,11, необходим для поддержания дыхания и горения, слабо растворим в воде.

В течение суток человек вдыхает около 15 м³ воздуха. Человек потребляет из вдыхаемого воздуха только часть кислорода — около 4 % (если вдыхает чистый воздух, то выдыхает 16,6 % О₂ и 4,23 % СО₂). В состоянии покоя человек поглощает в минуту около 50 см³ кислорода, а при тяжелой физической работе это количество увеличивается в 10 раз и более.

С уменьшением количества кислорода во вдыхаемом воздухе наступает кислородное голодание (аноксимия). При содержании О₂ в воздухе менее 12 % наступает смертельная опасность. Однако для организма важно не столько процентное содержание О₂ в воздухе, сколько его абсолютное количество, определяемое парциальным давлением. Парциальное давление может падать и при сохранении в воздухе нормального процентного содержания О₂, но при уменьшении атмосферного давления, что наблюдается при подъеме на высоту в горной местности (табл. 4).

Таблица 4

Соответствие атмосферного давления высоте над уровнем моря

Высота, м	Давление, мм рт. ст.
0	760
1000	674,1
1500	634,2
2000	596,2
2500	560,1
3000	525,8
3500	493,2
4000	462,8
5000	405,1
5500	378,7
6000	353,8

На высоте выше 2000 м (иногда 2500 м) возможно заболевание горной болезнью. Признаки горной болезни: одышка и сердцебиение, особенно при физических усилиях, головокружение, головная боль, шум в ушах, слабость, быстрая утомляемость, сонливость. В тяжелых случаях возможны кровотечения из носа, рвота, судороги, потери сознания.

Углекислый газ (СО₂) — газ без цвета, со слабокислым вкусом, удельный вес 1,52, вследствие чего он скапливается в вертикальных и наклонных выработках внизу, а в горизонтальных — у почвы.

В горных выработках СО₂ образуется за счет дыхания людей, при горении пламенных ламп, взрывании ВВ, а в глубоких выработках (например, эксплуатационные угольные шахты) может выделяться (иногда до нескольких десятков м³ на тонну добываемого угля) из полезного ископаемого и вмещающих пород. Нередко углекислый газ выделяется из карбонатных пород под воздействием кислых вод, а также из минеральных источников. Причем в тех случаях, когда источник пересекается подземной выработкой или расположен в естественной пещере, газовыделение может представлять опасность для жизни людей.

Углекислый газ является возбудителем дыхательного центра, вследствие чего увеличение в воздухе содержания СО₂ вызывает учащение дыхания: при 3 % СО₂ частота дыхания удваивается, а при 5 % утраивается, возникает одышка.

В больших концентрациях СО₂ обладает наркотическим действием, раздражающе влияет на кожу и слизистые оболочки. При высоком содержании углекислого газа может последовать быстрая гибель человека, причем, по мнению гигиенистов, определяющую роль в этом играет недостаток кислорода, возникающий при большом содержании СО₂.

Легкая степень отравления углекислотой выражается в чувстве сдавливания головы, головной боли, сонливости, понижении внимания и сообразительности, мышечной слабости, кратковременной потере сознания, исчезающей после вдыхания кислорода.

Тяжелая степень: замедление дыхания, кровотечение из носа, рта, потеря сознания. Смертельная опасность возникает при содержании СО₂ 15 - 20 %.

Ядовитые газообразные и парообразные примеси к воздуху.

Ядовитые газообразные примеси в атмосфере могут встречаться в производственных помещениях химических, металлургических и энергетических предприятий при сжигании топлива и работе ДВС, горных выработках, при бурении скважин, осмотре естественных пещер и старых заброшенных горных выработок, а также при исследовании минеральных источников и вулканических проявлений.

В горных выработках ядовитые газы появляются за счет выделения из полезного ископаемого и вмещающих пород, а также образуются при подземных пожарах, взрывах метана, угольной и колчеданной пыли и взрывчатых веществ.

При бурении скважин выделяется природный газ, который нередко содержит в значительных количествах ядовитые и взрывчатые примеси.

Газы действующих, извергающихся и находящихся в сольфатарном состоянии камчатских вулканов содержат CI, H₂S. Бурные выделения газов, содержащих примесь H₂S, происходят в гидросольфатарах (вулкан Кошелева на Камчатке), представленных озерцами, вода в которых кипит и периодически выбрасывается на полуметровую высоту.

Выпускник вуза, независимо от специальности, должен ясно представлять места возможной встречи с ядовитыми газами как в горных выработках, так и в производственных помещениях, а также знать их токсические свойства и способы обнаружения.

Наиболее часто встречаются такие ядовитые газы, как окись углерода, сероводород, сернистый газ, окислы азота, формальдегид.

Окись углерода (СО) — газ без цвета и запаха, удельный вес 0,97; при концентрациях 12,8 — 75 % взрывается.

Этот газ может быть встречен в горных выработках, при ведении взрывных работ (при взрыве 1 кг ВВ образуется 40 л так называемой условной окиси углерода), при пожарах и взрывах метана или взрывчатой пыли, в производственных и жилых помещениях при сжигании топлива. Окись углерода в больших количествах содержится в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Отравляющие действия угарного газа объясняются тем, что гемоглобин крови в 300 раз легче (активнее) соединяется с ним, чем с О₂ . При этом образуется карбоксигемоглобин (вместо оксигемоглобина), который не способен доставлять тканям кислород, вследствие чего наступает кислородное голодание.

Степень отравления зависит от количества гемоглобина, насыщенного СO. В легких случаях отравление дает головокружение, давление в висках, шум в ушах, сердцебиение, позывы на рвоту. В более тяжелых случаях, кроме того, теряется способность к произвольным движениям, затемняется сознание, краснеет лицо. В очень тяжелых случаях — потеря сознания, судороги, смерть. Слабое отравление наступает при вдыхании в течение 1 ч воздуха с концентрацией СО — 0,13 %; смертельно опасное отравление наступает при очень коротком воздействии СО в концентрации 0,4 %.

В последнее время доказано экспериментально, что малые концентрации СО, не вызывающие отравления (например, при курении), также оказывают вредное воздействие на человеческий организм, вызывая слабость мышц, нижних конечностей, гипертрофию сердца и расстройство нервной высшей деятельности. (В дыму сигар содержится до 5—6 % СО.)

При оказании первой помощи пострадавшему рекомендуется делать искусственное дыхание на свежем воздухе, а также вдыхание карбогена ( О₂ + 5-7 % СО₂) , стимулирующего дыхательный центр и способствующего тем самым увеличению легочной вентиляции и выведению яда из организма.

Предельно допустимая концентрация СО в воздухе рабочих помещений и в подземных выработках — 0,0017 %.

Сероводород (H₂S) — газ без цвета, обладающий неприятным запахом тухлых яиц, удельный вес 1,19. При концентрациях 4,3-45,5 % взрывается. Образуется за счет гниения органических веществ, выделяется из горных пород вместе с другими газами, а также из минеральных источников и при взрывных работах в результате разложения колчедана. Наиболее часто встречается при производстве геологоразведочных работ на нефтяных и серных месторождениях.

Имеют место внезапные выбросы сероводорода совместно с другими газами при бурении глубоких скважин на нефть и газ, при колонковом бурении, а иногда и при бурении шпуров в разведочных выработках.

Сероводород хорошо растворяется в воде. При нормальных условиях в 1 объеме воды растворяется 3,24 объема H₂S. Это обстоятельство следует учитывать и проявлять особую осторожность при осмотре старых заброшенных выработок и пещер; если выработка обводнена, а в воздухе ощущается запах сероводорода, то при возмущении воды (в которой растворен H₂S) запах сероводорода можно обнаружить только при малых концентрациях, а при больших этот газ производит анестезирующее действие и органами обоняния не ощущается.

Сероводород в больших концентрациях обладает сильным отравляющим действием, нарушая внутритканевое дыхание, вследствие чего ткани перестают усваивать кислород. При легких отравлениях (когда концентрация H₂S не превышает 0,01—0,02 %) возникают раздражение верхних дыхательных путей, острые конъюнктивиты, головная боль, одышка, сердцебиение, состояние возбуждения, выступает холодный пот; при тяжелых отравлениях, вызываемых концентрациями сероводорода более 0,05 %, человек теряет сознание, в дальнейшем возможен отек легких, смерть.

Предельно допустимая концентрация H₂S — 0,00071 %.

Сернистый газ (SО₂) — газ без цвета, удельный вес 2,2, обладает резким запахом, раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Выделяется иногда из пород и полезных ископаемых органического происхождения вместе с другими газами (например, из угля одновременно с метаном), может образовываться в больших количествах при сжигании содержащих серу углей, нефтей в топках ТЭС, котельных, печей и пр., при производстве взрывных работ по серным и колчеданным рудам за счет сгорания и взрывов пыли, осевшей на стенках шпуров и в выработке, близ забоя.

Сернистый газ весьма ядовит. Ощутим уже при концентрации 0,0005 %. Вызывает жжение глаз, так как при соединении его с влагой образуется серная кислота (H₂S0₄), поэтому горняки называют его «глазоедкой». При длительном вдыхании малых концентраций SО₂ может возникнуть хронический гастрит, бронхит, ларингит и др.

При высоком содержании SО₂ может возникнуть тяжелый бронхит и спазм голосовой щели.

При вдыхании в течение одного часа воздуха, содержащего около 0,02 % SО₂, может развиться опасное для жизни острое отравление. Концентрация SО₂ 0,05 % опасна для жизни даже при кратковременном воздействии. Предельно допустимая концентрация SО₂— 0,00038 %.

Окислы азота. Существует несколько окислов азота — NO, NO₂, N₂O₄, N₂O₅. Наиболее устойчивым является двуокись азота NO₂ — газ бурого цвета, удельный вес 1,6. Образуется в больших количествах при взрывных работах (особенно при взрывании нитроглицериновых ВВ), при работе двигателей внутреннего сгорания, при сжигании топлива.

Весьма ядовит: человеку грозит смерть через короткое время при концентрации NO₂ в 0,02 %. При более низкой концентрации этих газов весьма серьезная опасность для здоровья человека состоит в том, что если неосторожно глубоко вдохнуть воздух, содержащий окислы азота, можно вызвать отек легких. Такие случаи неоднократно наблюдались в рудниках.

Характерной особенностью действия окиси азота на легкие человека является то, что патологическое действие их проявляется не сразу, а лишь через некоторое время. Человек, уже обреченный на смерть, ничего не ощущая, возвращается с работы домой, а через 20—30 ч (иногда и 6 ч) погибает вследствие заполнения легких жидкостью, образующейся при отеке. По этой причине окислы азота являются наиболее опасными газами.

Первые симптомы отравления: кашель, удушье, одышка.

Окислы азота хорошо растворяются в воде. Поэтому для борьбы с ними применяют водяные завесы, орошение. Предельно допустимая концентрация окислов азота в пересчете на NO₂ - 0,00025 %.

Формальдегид (НСНО) — одна из ядовитых газообразных примесей, выделяющихся совместно с СО и NO₂ при работе ДВС. Формальдегид бесцветен, удельный вес 1,04. Обладает резким удушливым запахом, действует на слизистые оболочки и центральную нервную систему. Вызывает конъюнктивиты, насморк, бронхит. Хорошо растворяется в воде.

Предельно допустимая концентрация НСНО — 0,000037 %.

Акролеин (СН₂СНСНО) — бесцветная легколетучая жидкость с резким неприятным запахом пригорелых жиров. Образуется наряду с формальдегидом при работе ДВС в результате разложения дизельного топлива под действием высоких температур. В выхлопных газах акролеин находится в парообразном состоянии, пары его в 1,9 раза тяжелее воздуха. Встречаются в глубоких карьерах, где они могут скапливаться, особенно в безветренную погоду около автосамосвалов и в кабинах водителей.

Акролеин весьма ядовит, пары его вызывают раздражение слизистых оболочек, головокружение, боли в животе, тошноту, рвоту и т. п. Десятиминутное пребывание в атмосфере, содержащей 0,014 % акролеина, смертельно.

Предельно допустимая концентрация акролеина — 0,000009 %.

Бензин. Пары бензина взрывчаты при концентрации от 1 до 6 % и ядовиты. Они тяжелее воздуха.

Легкие отравления возможны при содержании паров бензина в воздухе 5—10 мг/л. Острое отравление характеризуется состоянием опьянения, иногда с временными галлюцинациями, а также припадками истерического характера. При хроническом отравлении наблюдаются головные боли, головокружение и другие симптомы.

Предельно допустимая концентрация паров бензина — 300 мг/м3.

Особенно опасен этилированный бензин. Для улучшения антидетонационных свойств бензина к нему прибавляют от 1,5 до 4 мл/кг этиловой жидкости Рb(С₂Н₅)₄, которая представляет собой сильно ядовитое вещество, обладающее сладко-фруктовым запахом.

При попадании этиловой жидкости в организм в нем происходит накопление соединений свинца, и при определенном количестве его возможно тяжелое заболевание.

Признаки отравления могут появиться за период от нескольких часов до нескольких суток с момента попадания этилированного бензина в организм.

Метиловый спирт. Отравление происходит только при приеме внутрь и может привести к полной слепоте или смерти. При слабых отравлениях, которые могут произойти при приеме 5—30 г метилового спирта, возникают общая слабость, головная боль, головокружение, тошнота, в тяжелых случаях — потеря сознания и падение сердечной деятельности. Смертельная доза 25—100 г в зависимости от индивидуальной чувствительности человека к метиловому спирту.

Пары метилового спирта взрывчаты при концентрации 6,0—6,5 %.

Ртуть. Пары чистой ртути и пыль ртутных минералов (кроме киновари, которая трудно растворяется в соках организма) являются ядовитыми. Поступает ртуть в организм через дыхательные пути. При быстром поступлении в организм паров ртути возможно острое отравление, сопровождающееся кровавым поносом, рвотой и коликами в животе.

Комбинированное действие ядов

Изолированное действие ядов на производстве, особенно в химической промышленности, встречается редко; обычно работающие подвергаются одновременно воздействию нескольких веществ, т. е. имеет место комбинированное действие ядов.

Различают несколько видов комбинированного (совместного) действия ядов:

1. Однородное действие: компоненты смеси действуют на одни и те же системы в организме, при количественно одинаковой замене их друг другом токсичность смеси не изменяется. В этих случаях говорят о простой аддитивности или простом суммировании: суммарный эффект смеси равен сумме эффектов действующих компонентов.

2. Независимое действие: компоненты смеси действуют на разные системы, токсические эффекты не связаны друг с другом и в случае их возникновения (например, гибели) они являются результатом воздействия одного или другого компонента, а не развития комбинационного эффекта.

3. Положительный синергизм (потенцирование) и отрицательный синергизм (депотенцирование, антагонизм) — комбинированное действие смеси веществ, которое по своему эффекту в первом случае больше, а во втором меньше, чем сумма действий отдельных веществ смеси.

Примером однородного действия, когда наблюдается простое суммирование эффектов, является наркотическое действие смеси углеводородов. Часто встречаются комбинации веществ с независимым действием (бензол и раздражающие газы, смеси взрывчатых газов и пылей в рудниках и т. п.). Положительный синергизм отмечен при совместном действии сернистого ангидрида и хлора, окиси углерода и окислов азота; алкоголь повышает опасность отравлений анилином, ртутью, цианамидом кальция и другими производственными ядами.

Производственная пыль. Кроме ядовитых газообразных веществ, в условиях производства возможно присутствие пыли. Пыль принято называть аэрозолем, имея в виду, что воздух является дисперсной средой, а твердые частицы — дисперсной фазой. Производственную пыль классифицируют по способу образования, происхождению, размерам частиц.

В соответствии со способом образования различают пыли (аэрозоли) дезинтеграции и конденсации.

По происхождению различают пыль органическую, неорганическую, смешанную.

Исключительно важное значение имеет классификация пыли по размеру пылевых частиц (дисперсность). Дисперсность аэрозоля тем выше, чем мельче частицы пыли. Она определяет устойчивость частиц в воздухе и глубину проникновения в органы дыхания.

Вредное влияние производственной пыли на здоровье рабочих зависит от многих факторов. К ним в первую очередь относятся физико-химические свойства, размеры и форма пылевых частиц, концентрация пыли в воздухе, длительность действия в течение смены и профессионального стажа, индивидуальные особенности организма человека, одновременно влияние других факторов среды и трудовой деятельности.

По химическому составу пыль подразделяют на ядовитую, неядовитую, пневмокониозную, радиоактивную, взрывчатую.

Токсичными свойствами обладает пыль, содержащая в своем составе элементы: Be, Pb, Hg, Р, Cr, Cd, As, Mn, Co, Ni, Си и др. Попадание в организм человека такой пыли в количествах, превышающих допустимые пределы, может вызвать тяжелые отравления —поражение отдельных органов или всего организма, в зависимости от направленности действий тех или иных ядов. Особенно опасны фторокись бериллия, бенз(а)пирен, соединения свинца, ртуть, фосфор (I-й класс опасности), а также хроматы, бихроматы, мышьяк, кобальт и др. (2-й класс опасности).

Опасность для здоровья человека при длительной работе в запыленной атмосфере представляет также неядовитая пыль, вдыхание которой приводит к профессиональным заболеваниям, известным под общим названием пневмокониозов (от греч. слов «пневмо» — легкие, «конис» — пыль).

Наибольшую опасность из неядовитых представляет пыль, содержащая свободную двуокись кремния SiО₂ (пыль кварца крестабалита и др.). Вдыхание такой пыли вызывает распространенное среди горняков заболевание «силикоз», при котором легочная ткань поражается фиброзным процессом (фиброз легких). Диагностика и стадии заболевания силикозом устанавливаются на основании рентгенографических исследований по степени затемнения легких. При обнаружении «предсиликозной» стадии, которая характеризуется «подозрением на силикоз», работника переводят на другую работу, не связанную с воздействием запыленной атмосферы.

Если болезнь запущена (II или III стадия силикоза), она быстро прогрессирует, проходит в острой форме и нередко приводит к смертельному исходу. Эффективных способов лечения силикоза пока не найдено. Применяются в основном оздоровительные мероприятия общеукрепляющего характера.

В менее острой форме протекают такие заболевания, как силикатоз, асбестоз, цементоз, антракоз и др., вызванные вдыханием соответственно силикатной, асбестовой, цементной и угольной (антрацитовой) пыли.

По дисперсному составу наиболее опасна пыль при размерах частиц менее 5 мкм. Такая пыль не задерживается верхними дыхательными путями и глубоко проникает в легкие.

Тяжесть заболеваний зависит от количества вдыхаемой пыли, которое в свою очередь определяется концентрацией пыли и длительностью пребывания человека в запыленной атмосфере.

Химически активные вещества

При работе в лабораториях возникает опасность химических ожогов от воздействия химически активных веществ (кислоты, щелочи, горячие смолы, желтый фосфор, хлористый ангидрид, аммиак, перекись водорода и др.).

Химические ожоги возникают при местном воздействии химически активных веществ (твердых, жидких и газообразных) на кожу, дыхательные пути и глаза. Степень ожога зависит от химической активности и токсичности вещества, его концентрации, температуры, продолжительности действия, а также чувствительности кожи пострадавшего.

Различают ожоги четырех степеней.

Ожоги первой степени характеризуются краснотой, припухлостью кожи и болезненностью.

При ожогах второй степени появляются пузырьки и возможно последующее заболевание кожи.

При ожогах третьей степени, вследствие глубоких повреждений, возникают участки омертвления (неврозы) тканей.

Ожоги четвертой степени характеризуются поражением не только всей толщи кожи, но и глубоколежащих тканей и органов.

Соляная, азотная, серная, фтористоводородная и другие кислоты, хромовый ангидрид, а также концентрированные растворы щелочей (едкий натр, едкий калий) и растворы аммиака, попадая на кожу, вызывают химические ожоги, причем щелочные ожоги характеризуются большей глубиной поражения, что объясняется омылением щелочью жирового слоя кожи и растворением белковых веществ. Особо опасно попадание кусков твердой щелочи в глаза и волосы; аммиак и перекись водорода при попадании в глаза могут вызвать слепоту.

При ожогах химическим веществом, способным прилипать (горячие смолы, желтый фосфор), возникает еще опасность общего отравления организма.