Нейтрализация вредных газов на предприятиях Казахстана

Vestnik KazNMU №1-2018

УДК 611.2:613.632.4

А.А. Алмабекова, С.Р. Рузуддинов, Ж.Ж. Жамашев

Казахский Национальный медицинский университет им.С.Д.Асфендиярова,

кафедра биохимии и химии, кафедра ортопедической стоматологии

НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ВРЕДНЫХ ГАЗОВ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ КАЗАХСТАНА

В статье рассматриваются основные вредные газообразные вещества, которые выделяются промышленными заводами Казахстана. Авторами определены причины возникновения вредных газов, пути решения по очищению выбросов производственных газов и меры защиты органов дыхательной системы человека, работающего на промышленном предприятии. Потенциально опасные токсичные газы оказывают огромное негативное воздействие на организм человека, большой урон получают прежде всего зубы, дыхательная и сердечно-сосудистая система, органы пищеварения и кожа.Решением проблемы является новейшее изобретение Рузуддинова Саурбека Рузуддиновича, доктора медицинских наук, профессора кафедры ортопедической стоматологии в Казахском Национальном Медицинском университете им. С.Д.Асфендиярова. Изобретение относится к универсальным фильтрующим элементам бесклапанных респираторов, предназначенных для зашиты зубов и органов дыхания от вредных веществ, находящихся в воздухе производственных помещений алюминиевых, фосфорных, аккумуляторных предприятий, минеральных удобрений и цветной металлургии.

Ключевые слова: вредные газы, выделение, промышленные предприятия, здоровье, металлы, дыхательная система

Актуальность. За время прогресса промышленности, несмотря на всю пользу, которая она приносит людям, начали появляться одновременно проблемы, которые остаются нерешенными по сей день. Во время производства выделяются вредные газообразные вещества, являющиеся взрывоопасными и представляющие потенциальную опасность в развитии профессиональных заболеваний у работающих. Вредные газы распространяются с большой скоростью. Сейчас на заводах предпринимаются попытки улучшить проветривание помещений, где трудятся рабочие и дышат загрязненным воздухом. Но данные попытки не дают возможность дать гарантии работающим людям, что у них не будут возникать заболевания, появляющиеся из-за попадания частичек пыли с металлами или вредных газов в организм.

Цель исследования - составить целостную характеристику отрицательных воздействий вредных газообразных веществ, описать негативное влияние на организм человека и рассмотреть пути нейтрализации вредных выбросов. Материалы и методы исследования: изучив научную литературу по данной тематике, мы выявили основные вредные газообразные вещества, которые выделяются в промышленности; определили причины возникновения газов. В завершении исследования нашли решение по очищению газов, чтобы они не попадали в органы дыхательной системы человека, работающего в промышленном предприятии.

Результаты исследования: по данным Министерства труда и социальной защиты Республики Казахстан в перечне вредных производственных факторов, профессий в стране насчитывается 45 видов производств и цехов, в которых более 7500 (7599) профессий и должностей более

подвержены воздействию вредных веществ, выделяющиеся в процессе работы [1]. Для теоретического исследования взаимодействий вредных веществ мы выделили самые основные промышленные предприятия Казахстана: Карагандинский металлургический комбинат,

Талдыкорганский аккумуляторный завод и Алматинский завод тяжелого машиностроения.

Вредные выделения в результате работы металлургии оказывает огромный негативный эффект на окружающую среду. При работе доменных печей и обработке шихты. Вследствие этого выделяются: SO2, СО2, H2S, ОТ,пыль с содержанием легких и тяжелых металлов (А1, Sb, РЬ, Sn) [2].

H2S образуется при перезарядке свинцово-кислотных аккумуляторов.Газ плотнее воздуха, поэтому сосредотачивается внизу плохо проветриваемого пространства. Он еще опасен тем, что в самом начале можно ощутить присутствие газа, но чуть позже обоняние слабеет, и человек вовсе не ощущает присутствие H2S. В процессе работы выделяется не только вышеописанный газ, но и пыль с содержанием РЬ и испарения H2SO4[3]. Окружающая среда подвергается огромному риску под воздействием предприятий машиностроения. Они загрязняют не только воздух, которым мы дышим, но и следует учесть, что данные токсичные вещества попадают в почву и воду. В выбросах содержатся: SO2, РЬ, Мп, С02[4]. Предельно допустимая концентрация (ПДК) - это такая концентрация, при которой за рабочий стаж не должно возникнуть профессиональных заболеваний [5]. ПДК основных вредных газов и паров тяжелых металлов в производственных помещениях представлена в таблице 1.

Название ПДК (мг/м3) Превыше-

вещества Максимальная Среднесуточная В ние ПДК

разовая производственных помещениях

Неорганические вещества

СО 3,0 1.0 20 в 20 раз

со2 5 3 40 в 13 раз

НС1 0,2 0,2 50 в 250 раз

С1 од 0,03 2 в 66 раз

N0 0,085 0.085 2 в 23 раза

N0, 0,03 0,005 10 в 2000 раз

Н25 0.008 0,008 10 в 1250 раз

НБ 0,01 0.05 3 в 60 раз

Щ (пары) 0,003 0.003 0,01 в 3 раза

Каким образом вредные газы и металлы причиняют вред организму человека? На металлургическом заводе в процессе работы существуют множество факторов, способствующих развитию профессиональных заболеваний - это пыль и токсичные газы. В каждой отрасли промышленности есть своя специфика, т.е. болезни, которые могут возникнуть у работника, могут быть разными. По статистике к 27,4% принадлежат патологии дыхательной системы, заболевания опорно-двигательного аппарата - 22,5%, глухота - 19,2%, флюороз - 11,9%, вибрационная болезнь - 9,2% [7].

РЬ - токсичный металл, который попадает в организм через пыль. Он может представлять потенциальную угрозу для

центральной нервной и репродуктивной системы. У человека ухудшается память и снижается способность сосредотачиваться. Повышение кровяного давления и боли в суставах и мышцах может быть тоже вызвано РЬ[3]. В свинцово-кислотном аккумуляторе имеется положительный электрод из пероксида свинца и отрицательный электрод из губчатого свинца (РЬ) с большой площадью поверхности. Электролит - раствор серной кислоты с удельным весом от 1,21 до 1,30 (от 28 до 39% по весу). При разряде оба электрода превращаются в сульфат свинца, как это представлено ниже:

разряд 32+РЬ+2Н2304 ^ззряд 21

50

н20

В процессе формования активный материал пластин превращается в РЬ02на положительном электроде и в РЬ на отрицательном электроде. Как только пластины полностью

зарядятся, ток формования начинает диссоциировать воду в

электролите на водород и кислород:

Положительный:

О -> 2Н++ ^02+2е"

Отрицательный:

2НЧ2е~

Кипение электролита сопровождается образованием тумана из серной кислоты. Эрозия зубов у рабочих участков формования была в прошлом обычным явлением. Компании по производству аккумуляторов традиционно пользовались услугами дантистов, а многие продолжают делать это и сейчас [8].

Фтористый водород (ОТ). При попадании в организм в первую очередь повреждает дыхательные пути, следовательно, в очень большом количестве может вызвать сильные раздражения глаз и слизистых оболочек носа, полости рта, дыхательных путей и легких. При продолжительном вдыхании человек начинает ощущать удушье. При больших концентрациях может произойти кровоизлияние и отек в легких, который приводит к поражению органов дыхания, а значит - смерть. При 10-минутном пребывании в воздухе, в котором содержалось 0,4 мг/л наблюдались отравления (Силич). При 0,05 мг/л -раздражение слизистых оболочек, при котором чувствуется

запах; максимальная концентрация, переносимая более минуты - 0,1 мг/л [9].

В промышленности ОТ выделяется при взаимодействии плавикового шпата и сильных нелетучих кислот (например, серной): CaF2 + H2SO4 ^ CaSO4 + 2ОТ

Процесс проводят в стальных печах при 120 - 300 °С [16]. Двуокись серы РО2). Часто выделяется в тех предприятиях, где постоянно применяют сернистые руды или сжигают каменный уголь, кокс, содержащие серу. Симптомы очень схожи с результатами попадания ОТ: спазм бронхов и дыхательных путей. Процесс взаимодействия наблюдается в нарушении белкового и углеводного обмена, окислительных процессов в головном мозге, печени, мышцах. Работник завода чувствует запах при его концентрации в 0,003 мг/л. Кашель возникает при 0,05 мг/л. Примечательно то, что смерть может наступить внезапно

м| г()е\1п1к ЭСажГКММ 0^1-2018

или значительно позже (от 1 месяца до 1 года) в результате ухудшения состояния органов дыхательной системы [10]. Окисления природной серы при ее сжигании в специальных топках и при обжиге железного колчедана (пирита): S + О2 ^ SO2.

2H2S + 302 ^ 2SO2+2H2O + 1038,7 кДж [16].

Серная кислота (H2S04). Отличительной особенностью H2S04

от S02 и HF является то, что к раздражению слизистых

оболочек дыхательной системыдобавляется тяжелый

ожоговый эффект. Из-за сильных ожогов слизистой

оболочки выделяется мокрота с кровью, тяжелые

воспаления. У рабочих сернокислотных цехов наблюдаются

заболевания слизистой рта, необратимое разрушение зубов,

бронхиты, астма, язвенная болезнь [11].

Сурьма ^Ь). При остром отравлении в организме

раздражаются слизистые оболочки, пищеварительный

тракт и кожа. Отравления Sb очень редки, но тем не менее возникают во время плавки, Sb испаряется и после вдыхания возникает «литейная сурьмяная лихорадка» [12]. Двуокись углерода (СО2). Вдыхание 0,25-1% СО2 сопровождается изменением функции внешнего дыхания и кровообращения; 2,5-5% СО2 вызывает головную боль, раздражение верхних дыхательных путей, чувство тепла в груди, увеличение легочной вентиляции за счет учащения и углубления дыхания, учащение сердцебиений, повышение кровяного давления [13]. СО2 образуется в результате сжигания ископаемых видов топлива, таких как уголь, нефть, природный газ, искусственного и синтетического топлива и биомассы (древесина). Это основная компонента (из числа трехатомних газов), что ведет к «парниковому эффекту» [18].

ЕЖЕГОДНЫЕ ВЫБРОСЫ СО

ПРИРОДНЫМ ГАЗ

ГИДРОЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ

АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ

ОБЩЕЕ КОЛИЧЕСТВО ВЫБРОСОВ

1990 2011

0 2 4 6 8 10 12

*Сюда входят биотопливо, геотермальные источники, энергия океанов, солнца, ветра и переработка отходов

Рисунок 1 - Источники выделения СО2 [19]

В промышленности оксид углерода выделяется при сжигании угля и при обжиге известняка [16]. С + 02 ^ С02 СаСОз ^ СаО + СО2.

Факторы риска сердечно-сосудистых заболеваний - РЬ, С4 Sn, Sb.

РЬ наносит вред нервной и репродуктивной системе, вызывает повышение кровяного давления, неврологические нарушения и мышечные и суставные боли.

Cd разрушает печень и почки, появляется ломкость костей; ^ приводит к церебральному параличу, деформации конечностей, затрудненному глотанию, конвульсиям и смерти;

Sn - анемия, мигрень, увеличение печени, воспалительные реакции на коже [14].

Рисунок 2 - Эрозия зубов при вдыхании кислотных испарений

Кислотный некроз - кипение электролита сопровождается образованием тумана из H2S04.. Вдыхание кислотных испарений и влечет за собой эрозию зубов. Обсуждение и заключение. Загрязняющие вещества - это вещества, которые оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду либо непосредственно, либо после

химических изменений в атмосфере, либо в сочетании с другими веществами и загрязняющими

воздействиями.Выброс в атмосферу некоторых газов,естественного и промышленного происхождения представлен в таблице 2 [17].

Таблица 2 - Поступление в атмосферу некоторых компонентов

Компонент Промышленное

С02 150000000

СО 200000000

so2 73000000

NO. N20. N02 15000000

Из следующих показателей факторов, влияющих на здоровье человека мы можем сделать вывод, что окружающая среда в два раза важнее медицинского

обеспечения. По данным международного медицинского журнала TheLancet7 000 000 смертей ежегодно от проблем с загрязнением воздуха.

Факторы, влияющие на здоровье 50%

20%

20%

60 50 40 30 20 10 О

Медицинское обеспечение И Генетические факторы  Окружающая среда  Образ жизни Рисунок 3 - Статистикафакторов, влияющих на здоровье человека отВадима Радзивилла на конференцииTEDxNiamiha

Soît Respiration

Photosynthesis;

Burning

Fossl I Fuels

Atmosphere

750

Def о restatio n and Land Use Change 1.1

Ocean Loss

I

[- A f ifi" ^ m . »  л

Ocean Uptake

-oils 1 Fossil Fuels 1,500

\ 5,000 10,000

Earth's Crust

100,000,000

Lagend

Units Patagroms (Pg) = 10A Î5 gC

• Pools: Pg

• Fluxes; Pg/year

О.СИ

Burial to Sediments

СмуПдЫ гою CMBcn Gytfte PMÎKI icofaborattve pMiwt bortswi» fte Uniwrs>t/<ri ¡атиЬг«. Chvtn UHr^süy audita GLOBE

Рисунок 4 - Круговорот вредных газов в природе из журналаСагЬоп Cycle Project, scientific research of University

of New Hamsphire, USA

Респиратор - это средство индивидуальной защиты органов дыхания. Респираторы являются облегченным средством защиты органов дыхания от вредных газов,

паров, аэрозолей и пыли. Основная задача респиратора -это поставка очищенного воздуха, пригодного для человека.

ШЯ rOistnik ЭСажГШИМ (H?1-2018

Рисунок 5 - а - противопылевой респиратор «Снежок»; б - устройство; 1 - фильтр, 2 - клапан вдоха, 3 - каркас, 4 - резиновое оголовье с крышкой клапана выдоха; в - респиратор противогазовый РПГ -67

Существуют еще бесклапанные противогазовые респираторы. Например, универсальный фильтрующий элемент Рузуддинова Саурбека Рузуддиновича, изобретение относится к универсальным фильтрующим элементам бесклапанных противогазных респираторов,

предназначенных для защиты органов дыхания от вредных

веществ, находящихся в воздухе производственных помещений алюминиевых, фосфорных предприятий, минеральных удобрений и цветной металлургии. Клапанные противогазы тяжелы (1,2-1,8 кг), создают большое сопротивление дыханию, существенно ограничивают поле зрения (до 50%).

Таблица 3 - Свойства бесклапанных противогазов

Bee Вредное Концентрация Средняя Время

противогазовог вещество (ПДК вредных степень защитного

о фильтра, г мг/мЗ) хим. веществ задержки, % действия, час

{до и после)

2,9 HF 3,0 => 0,05 98,3 24,0

S02 250 => 6,0 97,6 14,0

H2S 230 => 6,0 97,4 13,0

\ г\ г

Выводы: 3)

1) Из-за большой концентрации вредных газообразных веществ большая часть населения Казахстана имеет проблемы со здоровьем.

2) Загрязнение атмосферы является общей проблемой для всего человечества. Применение новых типов фильтров

для вентиляции в помещениях и в дымовых трубах 4)

предприятий промышленности будет очень важным для сохранения нашей планеты.

Из-за большого разнообразия вредных химическ их веществ работникам промышленных предприятий, более подверженным к профессиональным

заболеваниям, нужно в обязательном порядке носить респираторы с фильтрующими элементами во избежание очень серьезных заболеваний. Разрабатывать новые методы нейтрализации вредных производственных газов, которые послужили бы новым шагом к безотходному и безвредному производству.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Приказ и.о. Министра труда и социальной защиты населения Республики Казахстан. - 2007. - № 182 .- С. 2-3.

2 Сосновская Е.Б. Экономическая и региональная география. -2009.-C.139-140.

3 https://nature-time.ru/2014/07/vred-akkumulyatorov-i-batareek-dlya-zdorovya/

4 Дикань В.Л. Основы экологии и природопользования. -Харьков: 2002. - 384 с.

5 Беспамятнов Г.П. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. -Ленинград: 1985. - 6 с.

6 Беспамятнов Г.П. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде. - Ленинград: 1975. - С. 8-12.

7 https://iz.ru/news/528673

8 http://base.safework.ru/iloenc?navigator&spack=110LogLength%3D0%26LogNumDoc%3D857200681%26listid%3D010000000100 %26listpos%3D1%26lsz%3D7%26nd%3D857200681%26nh%3D1%26

9 Лазарев Н.В. Вредные вещества в промышленности. -М.: 1977. -С. 28-29

10 Лазарев Н.В. Вредные вещества в промышленности. - М.: 1977. -С. 63-64

11 Лазарев Н.В. Вредные вещества в промышленности. - М.: 1977. -С. 67-69

12 Лазарев Н.В. Вредные вещества в промышленности. - М.: -С. 230

13 Лазарев Н.В. Вредные вещества в промышленности. - М.: -С. 253-254

14 Венецкий С.И. Рассказы о металлах. - М.: 1975. - С. 251-270.

15 Вукалович М. П. Теплофизические свойства двуокиси углерода. - М.: 1965. - 456 с.

16 Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. - М.: 2001. - 255 с.

17 Осовин И. Шестое вымирание. XXI век катастроф. - М.: 2017. - 51 с.

18 http://energetika.in.ua/ru/books/book-5/part-3/section-2/2-1

19 Charles C. Mann. Renewables Aren't Enough // Clean Coal Is the Future. - 2014. - С. 3-8.

А.Э. Алмабекова, С.Р. Рузуддинов, Ж.Ж. Жамашев

С.Ж.Асфендияров атындагы К,азац ¥лттыц медицина университету химия кафедрасы, ортопедиялыц стоматология кафедрасы

КАЗАЦСТАННЬЩ ЗАУЫТТАРЫНДА ЗИЯНДЫ ГАЗДАРДЫ БЕЙТАРАПТАНУ

ТYЙiн: Мацалада Цазак;станныц внеркэсiп мекемелершде бвлiнiп жататын негiзгi зиянды газ тэрiздi заттар к;арастырылган. Авторлармен зиянды газдардыц пайда болу себептерi жэне адамныц агзасына кiрмеу Yшiн не ^теу керек екенi аньщталды. Осы жобада зерттелген газдар адамныц т^терше, тыныс алу ЖYЙесiне, цан айналым ЖYЙесiне, ЖYрекке, ас цорыту мYшелерiне ете негативтi эсер етедi. Мацызды мэселенi шешу Yшiн медицина гылымдарыныц докторы, С.Ж.Асфендияров атындагы Цазак; ¥лттык; медицина университетiнiц ортопедиялыц стоматология кафедрасыныц профессоры Рузуддинов С.Р. жаца патенттелген енертабысты шыгарды. Бул енертабыс клапансыз респираторларда цолданылатын CYЗгi болып табылады. Ол зауыттарда эр тYрлi пайда болатын зиянды газдарга агзага ету Yшiн жол бермейдi.

ТYЙiндi сездер: зиянды газдар,бвлiну, внеркэсiп мекеме, денсаулыц, металдар, тыныс алу ЖYЙесi

A. Almabekova, S. Ruzuddinov, Z. Zhamashev

Kazakh National Medical University, S. Asfendiyarov Department of Chemistry Department of Orthopedic Dentistry

NEUTRALIZATION OF HARMFUL GASES AT ENTERPRISES OF KAZAKHSTAN

Resume: The article deals with the main harmful gaseous substances, which are distinguished by industrial plants of Kazakhstan. The authors determined the causes of the occurrence of harmful gases, the ways of solving the purification of industrial gases and the protective measures of the respiratory system of a person working at an industrial enterprise. Potentially dangerous toxic gases have a huge negative impact on the human body, a large loss is primarily the teeth, respiratory and cardiovascular system, digestive organs and skin. The solution to the problem is the latest invention of Ruzuddinov Saurbek Ruzuddinovich, Doctor of Medical Science, Professor of the Department of Orthopedic Dentistry at the Kazakh National Medical University. after named S.D.Asfendiyarov. The invention relates to universal filtering elements of valveless respirators designed to protect teeth and respiratory organs from harmful substances in the air of industrial premises of aluminum, phosphoric, storage plants, mineral fertilizers and non-ferrous metallurgy. Keywords: harmful gases, liberation, industrial enterprises, health, metals, respiratory system.