Главная
страница 1



ТОКСИЧЕСКИЕ ВЫБРОСЫ

14.1. ВВЕДЕНИЕ

14.1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ

В данной главе термин "токсический" определяется в соответствии с формулировкой, приведенной в рекомендациях Общества инженеров-химиков [IChemE.1984]: "Токсичность - это свойство веществ, которые, будучи введенными внутрь или поглощенными живым существом, приводят к его гибели или вредят здоровью".

В книге [Wingate,1976] термин "токсикология" определяется следующим образом: "Токсикология - исследование ядов, область фармакологии". Определение других терминов дается по мере появления их в тексте.

14.1.2. ЦЕЛЬ ГЛАВЫ

Данный раздел ни в коей мере не является серьезным исследованием проблем токсикологии с медицинской точки зрения. Мы постарались рассмотреть вопросы, связанные с хранением токсичных веществ и последствиями разгерметизации этих хранилищ. Однако необходимым оказалось и обсуждение токсических эффектов, равно как и проблем опасности химических веществ на основе данных по их токсическим свойствам. Некоторые ограничения в этих вопросах, будут обсуждаться в соответствующих разделах.

Токсические выбросы, рассматриваемые в данной главе, представляют собой краткосрочные события продолжительностью не более одного часа. Таким образом, утечки малых количеств токсичных веществ, приводящие к профессиональным заболеваниям у персонала предприятия или же аналогичным заболеваниям у жителей окрестностей, здесь не обсуждаются. Такие проблемы сами по себе очень важны и служат предметом исследований специальных монографий, посвященых вопросам профессиональной гигиены и санитарии, загрязнению окружающей среды. Однако последние не являются целью данной работы.

Кроме особо оговоренных мест, речь идет о потенциальных токсических воздействиях, опасных лишь для человека, но не для флоры и фауны.



14.2. СУЩНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

14.2.1. ДЕЙСТВИЕ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ

Существуют три важнейших пути попадания токсичного вещества в человеческий организм: с пищей и водой (пероральный), через кожу (кожно-резорбтивный), при вдыхании (ингаляционный). Как будет показно ниже, последний из них можно считать основным при краткосрочных выбросах.

Литература, посвященная токсическим эффектам, затрагивает главным образом область профессиональных хронических заболеваний, а случаи разового попадания внутрь организма токсичного вещества в результате несчастного случая, умышленного отравления или при попытках самоубийства описаны явно недостаточно. Последние три типа объединяются термином "отравление". Показательно, что относительно многих газов, используемых в промышленности, можно найти больше информации в работах по военной химии, чем в специальных справочниках.

Что касается горючих газов, то обычно считается, что основная опасность, ими вызываемая, - это ожоги, а для взрывоопасных газов основная опасность состоит в создании избыточного давления при взрыве. Однако эта опасность не связана с химическим строением веществ, в то время как токсические свойства определяются химической природой соединений (их строением). Например, симптомы поражения человека при краткострочном воздействии больших концентраций хлора, моноксида углерода и сероводорода совершенно различны. Хлор действует раздражающе на легкие человека, и главной причиной смерти в этом случае является удушье, так как в легких образуется большое количество мокроты, выделяющейся в ответ на раздражение хлором, и дыхание становится невозможным. Моноксид углерода соединяется с гемоглобином крови и блокирует подачу кислорода к тканям организма. Сероводород парализует деятельность центральной нервной системы.

По этой причине в данном разделе после рассмотрения общих вопросов проведен анализ токсических свойств наиболее часто используемых в промышленности токсичных веществ, а в гл. 15 представлен информационный материал в виде описаний аварий, сопровождавшихся выбросом токсичного вещества.

14.2.2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Как и в случаях пожаров и взрывов, статистика аварий с выбросом токсичного вещества не очень представительна и не очень надежна. В работе [Marshall,1977] упоминаются 25 аварий, происшедших во всем мире за последние 60 лет, связанных с выбросом не менее 1 т хлора. Там же отмечено 6 аварий, случившихся за последние 10 лет, связанных с выбросом аммиака в количестве не менее 15 т. В работе [АСМНД979] указано 17 аварий, сопровожавшихся выбросом хлора, которые частично входят в список, представленный в работе [Marshall,1977], и 11 аварий с выбросом аммиака. В обеих работах упоминается лишь один случай промышленной аварии с выбросом фосгена.

В работе [Marshall,1979] на основе анализа различных источников приведены описания 200 аварий, связанных с выбросом сжиженных газов, из которых 30 аварий, или 15%, сопровождались выбросом токсичного вещества. На основе этого был сделан вывод о том, что токсические выбросы - не главная проблема с точки зрения основных опасностей промышленности. Однако, как показывает опыт, аварии с выбросом токсичных веществ сильно волнуют общественность.

Подтверждение этого находим в работе [Kletz,1979]. Данные, приведенные в этой работе, свидетельствуют о том, что за последние 15 лет из 1307 смертельных случаев в крупных авариях, включавших пожары, взрывы или токсические выбросы как на стационарных установках, так и во время транспортировки, 104 смертельных случая, или 8%, связаны с выбросом токсичного вещества. Статистика по несмертельным случаям такова: 4285 - общее число пораженных, из этого числа 1343, или 32%, пострадали от токсических выбросов. Соотношение пострадавших и погибших в результате токсических выбросов сильно отличается от такого же соотношения для аварий с пожарами и взрывами. Однако к моменту написания данной книги эти соотношения сильно изменились из-за одной токсической аварии. Эта авария, происшедшая 3 декабря 1984 г. в Бхопале (Индия), унесла более 2500 жизней (к 1989 году - свыше 3150. - Перев.). Токсичным агентом здесь был метилизоцианат, около 45 т которого находилось в заглубленном резервуаре. Причиной аварии стало увеличение давления внутри резервуара из-за повышения температуры содержимого а результате начавшейся внутри резервуара химической реакции. Однако это не означает, что основной промышленной опасностью становятся токсические выбросы.

Как показано ниже, токсические свойства веществ значительно труднее установить, нежели их физические свойства. Тем не менее известно, что некоторые вещества нетоксичны, как, например, азот при обычных давлениях;

другие обладают средней токсичностью - аммиак или моноксид углерода; третьи высокотоксичны (хлор), а четвертые представляют собой отравляющие вещества, как, например, нервно-паралитические газы.

В заключение отметим, что, учитывая различные пути воздействия токсичных веществ на человеческий организм, составить системное описание различных поражений человека при краткосрочных (залповых) крупных выбросах токсичных веществ весьма сложно.

14.2.3. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Существует большое число работ по различным вопросам воздействия токсичных веществ на человеческий организм. Однако, несмотря на то что каждая работа может быть посвящена узкому вопросу, она в большей или меньшей степени затрагивает и другие вопросы токсикологии.

Первое важное направление работ в области токсикологии связано с пероральным попаданием токсичного вещества в организм человека, его можно условно классифицировать как защиту потребителя. Это направление включает такие аспекты, как, например, вредное воздействие косметики, или пищевых добавок, или лекарств. По этому вопросу существует обширная литература, хотя следует отметить, что прямого отношения к целям данной работы она не имеет.

Второе крупное направление - профессиональная токсикология. Здесь исследуются различные аспекты хронических (т. е. постепенных) отравлений, а вопросам однократного опасного воздействия токсичных веществ уделяется мало внимания. Одна из первых работ, посвященных этому аспекту токсикологии, -монография [Legge,1934], где описывается положение дел в 30-х годах нынешнего столетия в Великобритании и приводится некоторая статистика по случаям отравления газом. Наиболее важной из более поздних работ можно считать монографию [Patty,1978]. Токсические свойства веществ, широко используемых в промышленности, приводятся в обширной работе, подготовленной Международной организацией труда [ILO,1983]. Ежегодно издается сборник трудов по токсическим свойствам химических веществ, который составляет английская организация NIOSH. При подготовке данной главы мы использовали современные данные по токсичности из сборника 1978 г. [NIOSH,1978]. Весьма полезен также карманный справочник [NIOSH/OSHA,1978], где приводятся данные по предельно допустимым концентрациям (ПДК) в нормальных условиях технологического процесса и пороговым токсичным концентрациям в условиях аварии (залпового выброса). Кроме этих работ существует много монографий по конкретным веществам.*

Третье направление - это исследования, которые в той или иной мере затрагивают проблемы, связанные с крупным краткосрочным выбросом. Такие сведения, в частности, можно найти в материалах по военному применению токсических свойств. Из общей массы таких работ выделяется ряд наиболее подходящих для целей данного раздела: [Fries.1921; Prentiss.1937; Haldane.1938; Sartori,1939]. В работе, подготовленной Британским министерством внутренних дел [Н0,1938], приведены данные по боевому применению газов, что представляет также интерес и для задач промышленной безопасности. Персонал английской королевской военно-медицинской службы составил сводку [RAMC.1925], где описаны способы лечения пострадавших от хлора, фосгена и других токсичных веществ. В современных работах по военной химии хлору и фосгену не уделяется никакого внимания в связи с тем, что они уже не рассматриваются в качестве боевых отравляющих веществ. Однако несомненно, что в плане промышленной безопасности эти газы представляют серьезную проблему. В этой области следует упомянуть книги [Rose.1968; Robinson.1968; Haber,1986]. Материалы, в которых описаны конкретные случаи аварии с токсическими выбросами, перечислены в соответствующем разделе гл. 15. Статистика гибели от выброса больших количеств хлора приводится в гл. 18.

_____________________________________________________________

*В СССР 4-томная монография по вредным химическим веществам, широко используемым в промышленности, под редакцией проф. Н.В. Лазарева выдержала 7 изданий. В настоящее время этот труд существенно дополнен и выходит под редакцией проф. В.А. Филова в виде 10-томного всеобъемлющего издания - одного из наиболее полных в мире [Вредные вещества, 1988]. - Прим. ред.

14.3. ПРИЧИНЫ ВЫБРОСОВ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ

14.3.1. ВЫБРОСЫ ИЗ РЕЗЕРВУАРОВ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Многие токсичные вещества, широко используемые в промышленности, из которых наиболее важными являются хлор и аммиак, хранятся в виде сжиженных газов под давлением не менее 1 МПа. В случае потери герметичности резервуара, где хранится такое вещество, происходит мгновенное испарение части жидкости. Количество испарившейся жидкости зависит от природы вещества и температуры; для хлора и аммиака оно показано на рис. 5.5. Образование и дальнейшее поведение облака паров обсуждается в гл. 7, а возможные причины потери герметичности емкостей под давлением - в гл. 6.



14.3.2. ВЫБРОСЫ ИЗ РЕЗЕРВУАРОВ

Некоторые токсичные вещества, которые являются жидкостями при обычной температуре, хранятся в резервуарах (под атмосферным давлением), снабженных дыхательной арматурой и соответствующими устройствами для предотвращения утечки в атмосферу, например специальной ловушкой с активированным углем.

Одной из возможных причин потери герметичности может стать появление избыточного давления инертного газа, например азота, внутри парового пространства резервуара, что вызывается отказом редукционного клапана в случае отсутствия системы автоматического регулирования давления в резервуаре. Другая причина - унос части (остатка) токсичного вещества вместе с водой, например, при промывке резервуара.

Возможной причиной утечки в резервуарах может стать избыточное количество подводимого к резервуару тепла, например, в виде солнечной радиации или тепловой нагрузки пожара на территории хранилища.

Попадание в резервуар веществ, вступающих в химическую реакцию с содержимым, может также стать причиной токсического выброса, причем даже в том случае, если само по себе содержимое обладало низкой токсичностью. В Великобритании известны случаи, когда на предприятиях в результате неумышленных действий, например при смешении соляной кислоты и отбеливателя (гипохлорита натрия), происходила утечка образовавшегося хлора.

Попадание в резервуар веществ, ускоряющих полимеризацию или разложение, может привести к высвобождению такого количества тепла, которое вызывает выкипание части содержимого и ведет к образованию выбросов токсичных веществ.



14.3.3. ВЫБРОСЫ ИЗ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ

Общие вопросы опасностей неконтролируемых реакций обсуждаются в гл. 6. Там же приведены описания токсических выбросов при реализации неконтролируемых реакций, которые рассмотрены в гл. 15, причем особое внимание уделяется вопросам, связанным с выбросом диоксина.



14.4. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ТОКСИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

14.4.1. ВВЕДЕНИЕ

Как показано в гл. 9, в случае двухфазного выброса газ/пар на основании законов физики, химии, метеорологии и статистического анализа можно получить оценку токсических нагрузок* в заданной точке, обусловленных потерей герметичности резервуаром.

Однако определить, насколько опасна такая токсическая нагрузка для человека, лишь на основе данных по концентрации и экспозиции невозможно, здесь необходимо использовать данные по токсичности конкретных веществ.
14.4.2. ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА ЧЕЛОВЕКЕ

Считается, что данные для расчета токсической нагрузки не очень надежны. Это еще в большей степени относится к данным по токсичности. Чтобы предсказать число жертв, следует иметь данные о том, какие значения концентрации токсичного вещества соответствуют определенному уровню вреда для человека. Следует сразу же оговориться, что однозначного соответствия здесь не существует. Это объясняется значительными различиями в состоянии каждого человека: его здоровьем, возрастом, физиологией, индивидуальными особенностями организма и т. д.

Для упрощения примем в качестве типичного человека 30 - 40 лет, обладающего хорошим здоровьем. Также будем считать, что люди на промышленной площадке заняты обычной повседневной деятельностью. Это допущение необходимо, поскольку полученная доза (количество попавшего в организм токсичного вещества) зависит от скорости дыхания, обусловленной типом работы, выполняемой человеком в заданный момент.

На основании каких данных можно оценить токсичность вещества при таких условиях? Наиболее очевидный способ - прямой эксперимент на человеке с последующей оценкой последствий. Существует ряд способов проведения экспериментов на человеке.

_____________________________________________________________

*Для количественной оценки токсических нагрузок на человека используют ряд показателей, имеющих конкретные значения для каждого вещества. Основными являются следующие показатели (Санопкий,1974; Каракчеев.1973; Измеров,1977]: доза, концентрация, токсодоза. Указанные термины разъясняются в приложении I.

Токсодозы обычно используются при оценке острых воздействий, поражений; концентрации - при санитарно-гнгиенической оценке (нормировании выбросов) и т. п. Для всех показателей определяются уровни воздействия, соответствующие определенным биологическим эффектам (смерть, функциональные изменения - раздражение, заболевание и т. д.) для определенного числа людей из контрольной группы, - единичные, 50%, 100% определенных эффектов и др. (LDgn, LC5Q, LCtgo - соответственно смертельные дозы, концентрации и токсодозы, вызывающие гибель 50% людей).

Для концентраций показательной и часто используемой величиной является предельно допустимая концентрация (ПДК), т.е. концентрация вещества в воздухе, не наносящая вреда человеку при длительном воздействии, например за рабочую смену (7 ч), в течение времени проживания и т. п. Величина ПДК зависит от свойств вещества, его биологических эффектов и метаболизма в организме человека, профессиональных и местных особенностей. - Прим. ред.

Один из них - привлечение добровольцев. В этих случаях создаются такие дозы, которые не приводят к серьезному ущербу для здоровья испытуемых. Эксперименты же с применением летальных доз на лицах, не желающих подвергаться им, являются преступлением против человечности и в цивилизованных странах не проводятся.

Существуют данные по уровню летальных доз для некоторых токсичных веществ, попадающих в организм человека в результате ненасильственнх актов. Это относится как к актам самоубийства, так и к попыткам самоубийства.

Известна также информация о воздействии летальных доз токсичных веществ при случайном приеме их внутрь или при преднамеренном подмешивании яда в пищу, хотя в наше время это достаточно редкий способ убийства по сравнению с прошлыми веками. Количество вещества, попавшего в организм человека, можно определить, например, по количеству таблеток, оставшихся в упаковке, или в результате вскрытия. Действуя таким путем, в конце концов можно узнать летальные дозы для распространенных токсичных веществ, их по традиции выражают в мг/кг массы (имеется в виду масса человека). Информация такого рода содержится в работах по судебной медицине, например [Smith,1945]. Там же можно найти и даные по токсичности газов, включая боевые отравляющие вещества.

Отметим, что ситуации, описанные выше, вряд ли можно назвать "экспериментом". Дело в том, что действия людей, попавших в такие ситуации, не направлены на получение научной информации и, конечно же, отсутствует вся необходимая экспериментальная атрибутика. Таким образом, без научного анализа подобных случаев нельзя получить достоверной информации по токсичности тех или иных веществ.



14.4.3. СВИДЕТЕЛЬСТВА ВОЕННОГО ВРЕМЕНИ

В условиях военного времени возникают ситуации, которые можно считать экспериментами на человеке. Автор настоящей книги считает необходимым проанализировать такие случаи с целью получения данных, которые позволят предотвратить химические катастрофы в промышленности в мирное время.

Известны свидетельства того, что боевое применение отравляющих газов в период первой мировой войны имело значительную научную проработку как с точки зрения применения, так и в отношении последствий.* В частности, в работах [Haber,1986; Goran.1967] описана роль известного немецкого ученого Фрица Хабера при подготовке и осуществлении газовой атаки при Ипре в 1915 г. (в качестве боевого вещества применялся хлор). Значение информации, полученной при анализе применения газов в качестве боевого отравляющего вещества, обсуждается при описании таких конкретных случаев и в гл. 18.

14.4.4. ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА ЧЕЛОВЕКЕ: ГРАНИЦЫ ДОПУСТИМОГО

Существуют серьезные ограничения при выполнении экспериментов на человеке по определению токсичности веществ. Если пользоваться лишь результатами, полученными этим методом, то наши знания о свойствах традиционных ядов были бы весьма скудны. Еще меньше мы знали бы о токсических свойствах веществ, широко используемых в промышленности, так как эти вещества не служили орудиями убийства или самоубийства или же в качестве боевых отравляющих веществ в военное время. Кроме того, в промышленности в настоящее время применяется ряд веществ, по которым, к счастью, не имеется исторических сведений относительно их токсического действия на людей, однако возможность такого действия всегда надо иметь в виду.

Этот пробел в наших знаниях о токсичности веществ хотя бы частично позволяют восполнить эксперименты на животных.

14.4.5. ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА ЖИВОТНЫХ

Основным преимуществом экспериментов на животных является возможность проведения их по научной методике, т. е. с использованием контрольных групп, подбора животных примерно одного возраста и физических кондиций, точного определения количеств применяемых веществ (дозы), и наконец, благоприятные условия для статистической обработки результатов экспериментов. Без экспериментов на животных ежегодник [NIOSH.1978] был бы намного меньше по объему, так как данные, публикуемые в нем, проходят стандартную проверку на животных. У этого метода есть, однако, и недостатки. Данные, полученные 'в экспериментах на различных животных, могут существенно различаться. Так, например, в работе [Нау,1982] говорится, что при определении токсичности диоксина (2,3,7,8-тетрахлородибензо-п-диоксина) были получены следующие результаты: для морских свинок при применении 50%-ной летальной дозы LD5o (определение этого термина дано ниже) токсичность диоксина была определена равной 0,6 мкг/кг массы, в то время как при аналогичных экспериментах на хомяках она оказалась равной 3000 мкг/кг массы. Таким образом, значения токсичности диоксина, полученные на разных животных, относятся как 5000 к 1. В таком случае возникает вопрос: какое значение выбрать при определении токсичности диоксина для человека?

Что касается предсказания числа человеческих жертв в случае внезапного выброса токсичного вещества, то существует один фактор, который практически полностью не учитывается всеми исследователями, что отмечалось в одной из наших предыдущих работ [Marshall,1983].

Дело в том, что число летальных исходов среди лиц, подвергшихся воздействию токсичного вещества, можно сильно снизить при применении последующей медицинской помощи, а при экспериментах с животными

_____________________________________________________________

*Следует сразу отметить, что в период первой мировой войны воюющие державы применяли или рассматривали в качестве резервных около 40 отравляющих веществ, большинство из которых в настоящее время являются крупнотоннажной продукцией и могут приводить к химическим катастрофам. - Прим. ред.

последующая медицинская помощь не осуществляется.

Еще одним недостатком метода экспериментов на животных является их стоимость. Кроме того, растет также противодействие со стороны общественности проведению любых экспериментов на животных. Однако та же общественность требует гарантий от токсических катастроф в промышленности, что неизбежно приводит к необходимости широкого проведения экспериментов на животных, так как в настоящее время не существует других более или менее эффективных способов получения данных по токсичности.



14.5. ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ ПО ТОКСИЧНОСТИ

14.5.1. НОМЕНКЛАТУРА

Существует ряд способов. представления данных по токсичности. Так, при попадании токсичного вещества внутрь организма через желудочно-кишечный тракт (пероральное отравление) данные выражаются количеством токсичного агента на 1 кг массы (при этом считается, сто средняя масса взрослого человека равна примерно 70 кг). Однако даже при допущении, что данные, полученные на животных, могут быть пересчитаны для человека, однозначного коэффициента пересчета для каждого типа животных не существует. Это происходит вследствие того, что чувствительность к данному токсичному веществу у индивидуальных организмов животных одного типа различна. Так, согласно работе [Bridges,1984], LD50 токсичного вещества может различаться в 2 – 3 раза в зависимости от пола, возраста и физических кондиций особи внутри одного типа испытуемых животных.

Более того, эксперименты на животных, приводящие к гибели всех участвующих в экспериментах особей не дают точного значения летальной дозы. Именно поэтому применяется показатель токсичности LD50 - доза, при которой погибает 50% особей учавствовавших в эксперименте. Еще раз вернемся к работе [Bridges,1984]: "...LD50 служит наиболее удобным мерилом для определения летального действия токсичного вещества, однако эта цифра ни в коем случае не является абсолютной".

В литературе можно также встретить и другие значения летальных доз.* Например, LD0 - самая низкая опубликованная доза, которая может вызвать летальный исход. Отметим, что зависимости количества летальных исходов от летальной дозы сильно различаются для разных токсичных веществ. В работе [Bridges, 1984] указывается, что значения 50- и 1%-ных летальных доз ряда пестицидов различаются в 70 раз.

Как отмечалось выше, попадание токсичных веществ через желудок- не единственный и наиболее важный путь проникновения яда в организм человека в случае внезапных выбросов.

_____________________________________________________________

*Как правило, литературные данные из разных источников различаются, поэтому в таком тонком деле, как оценка опасности, удобно указание, что показатель токсичности является минимальным из опубликованных. Для этого в ряде международных справочников в название дозы вводится дополнительно L (literature), например LDL0. - Прим. ред.

В таких ситуациях самый опасный путь- это вдыхание (ингаляция). Поэтому для таких случаев удобно пользоваться 50%-ной и Х%-ной летальной концентрацией (LC), где Х меняется в широких пределах для различных токсичных веществ. Естественно, указанные характеристики не дают необходимой информации, если не известно время, в течение которого человек подвергался действию токсичного вещества. Для достаточно высоких уровней концентраций* справедливо полученное Хабером и указанное в работе [Prentiss.1937] следующее выражение: Ct ∙ T = K, где Ct - концентрация токсичного вещества, Т - время воздействия, К - константа). Однако если бы эта формула была справедлива для любых концентраций, тогда очевидно, что понятие порогового уровня концентрации токсичного вещества стало бы бессмысленным. Известны экспериментальные данные, говорящие о том, что данная формула не годится для низких уровней концентрации.

В работе [Prentiss,1937] приводится также графическая зависимость-воздействия фосгена на собак. Согласно Хаберу [Haber.1986], эта зависимость должна иметь вид гиперболы. Однако экспериментальные данные при низких концентрациях фосгена свидетельствуют о том, что время достижения летального исхода выше, чем рассчитанное по формуле Хабера. Например, при концентрации фосгена 200 мг/м3 время достижения летального исхода составляло в экспериментах [Prentiss,1937] 45 мин, а по формуле Хабера - 25 мин.

Не вдаваясь в подробности, насколько точны цифры, приведенные в [Prentiss,1937], отметим правильность общего хода его рассуждений. В подтверждение этого приведем данные из ежегодника [NIOSH,1978]: LCn для циановод сродной (синильной) кислоты при вдыхании паров равна 200 мг/м3 при экспозиции 10 мин. Из формулы же Хабера следует, что для человека концентрация 10 мг/см3 при экспозиции 200 мин может приводить к летальному исходу. На самом же деле концентрация 10 мг/м3 очень близка к значению ПДК, т. е. практически такая концентрация циановодородной кислоты вреда человеку не приносит. Объяснением этому служит способность человеческого организма абсорбировать токсичные вещества с частичной нейтрализацией и последующим их выведением из организма без заметных вредных последствий.

Из сказанного следует (см. разд. 14.4.1), что пропорциональной зависимости между токсической нагрузкой (временем воздействия данной концентрации) и числом_летальных исходов не существует. С помощью понятия токсической нагрузки (т.е. интеграла концентрации времени) можно_учитывать_тот_факт, что_во время реальной аварии концентрация токсичного вещества в разных точках территории_различна. Однако само по себе понятие токсической нагрузки недостаточно для того, чтобы предсказать число летальных исходов: очевидно, что в случае, когда мы имеем два равных по величине интеграла (первый интеграл - высокая концентрация и короткое время экспозиции и второй интеграл - низкая концентрация и длительная экспозиция), количество летальных исходов для первого случая будет выше, чем для второго.

Значение летальной дозы (точнее, токсодозы. – Ред.), выраженной в мг ∙ мин/м3, не так просто перевести в мг/кг: для этого нужно знать долю токсичного вещества, оставшегося в легких и не попавшего в кровь, и скорость дыхания. Считается, что для млекопитающих существует постоянное соотношение между скоростью дыхания (объем/время) и массой тела. Для человека принято в среднем 7 л/мин во время отдыха и до 30 л/мин при физической работе [ЕВ,1951].

В отчете [Withers, 1985], который обсуждается в разделе посвященном токсичности хлора, приводится следующая зависимость: LD50 = с ∙ t0,5 (где с - концентрация хлора, t - время воздействия). Там же оговаривается, что значение показателя степени 0,5 является весьма приблизительным, а для получения более точных значений у автора не хватило данных.

По нашему мнению, показатель степени в данной формуле может быть разным для различных веществ. 0чевидно, что эта формула непригодна для очень низких концентраций иначе, не существовало бы пороговое значение концентрации, ниже которого данное вещество не приносит вреда.



14.6. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ

14.6.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

14.6.1.1. СПОСОБНОСТЬ К РАССЕИВАНИЮ

Под способностью к рассеиванию понимается совокупность свойств токсичного вещества, определяющая интенсивность создаваемых им токсических нагрузок. Эта способность зависит от соотношения давления, при котором содержался газ до момента выброса (т. е. давления паров внутри резервуара), к давлению его насыщенных паров при нормальных условиях. ft Токсичные агенты, имеющие наиболее высокую способность к рассеванию, - это сжиженные газы, такие, как, например, хлор и аммиак. Фосген, находящийся в сжиженном состоянии, обладает более низкой способностью к рассеиванию по сравнению с хлором (при одинаковой температуре) вследствие более низкого I давления паров. Для веществ, применяемых в технологическом процессе в виде жидкостей при температурах выше их точки кипения при атмосферном давлении, способность к рассеиванию определяется лишь давлением паров. Высоколетучие токсичные жидкости также представляют опасность для человека, хотя и меньшую по сравнению со сжиженными газами, вследствие их достаточно высокой скорости испарения, особенно при ветреной погоде.

Низколетучие жидкости и твердые вещества не обладают способностью к рассеиванию. Для их диспергирования необходимы внешние силы. Таковыми могут быть взрывы (не обязательно сильные) и потоки паров, способные активно взаимодействовать с этими жидкими и твердыми веществами.

____________________________________________________________

*Строго говоря, для достаточно сильных поражающих воздействий (токсических нагрузок), указанное соотношение является условием достижения определенной токсодозы, обозначенной К. -Прим. ред.



ч

14.6.1.2. СТОЙКОСТЬ

Боевые отравляющие вещества обычно принято делить на нестойкие и стойкие. К последним относятся жидкости со средней или низкой летучестью, классическим примером которых служит горчичный газ (более употребляемое название -иприт). Для других боевых отравляющих веществ, применявшихся в виде газов (паров), стойкость зависит от атмосферных условий и вида местности. Например, в то время как стойкость иприта исчисляется днями в летнее время года и часами в зимнее, стойкость хлора исчисляется минутами или часами.

Для веществ, применяемых в промышленности, такое разграничение провести сложнее. Это связано с тем, что при многотонных разлитиях сжиженных газов, например хлора или аммиака часть разлившейся жидкости (примерно 15%) мгновенно испаряется (формируя так называемое первичное облако. - Ред.). Скорость испарения основной массы оставшейся жидкости при разлитии зависит от интенсивности подвода тепла (прогрева), и в некоторых случаях время испарения достигает нескольких дней (в результате чего формируется так называемое вторичное облако. - Ред.). Напротив, твердое вещество диоксин, случай аварии с которым также описан ниже обладает чрезвычайно большой стойкостью - его период полураспада в почве составляет несколько лет.

Весьма важным в этой связи является вопрос о том, насколько быстро может быть проведена дегазация местности, на которую попал токсичный агент (жидкость или твердое вещество). Некоторые опасные вещества могут быть легко нейтрализованы. Например, иприт может быть нейтрализован гипохлоритами, которые имеются у каждой хозяйки дома (отбеливатели) [НО,1938]. Полную противоположность иприту представляет диоксин: несмотря на интенсивные исследования, до сих пор не найден удовлетворительный способ дегазации местности, поражённой диоксином.

В общих чертах можно сказать, что наименьшей стойкостью при выбросе обладают "плавучие" (т. е. более легкие, чем воздух. - Перев.) токсичные химически стабильные газы. Это, например, моноксид углерода и циановодород. Далее в этом ряду располагаются сжиженные газы, обладающие также относительной высокой плавучестью, например аммиак. За ними следуют сжиженные газы с большей плотностью, чем у воздуха (хлор); высоколетучие жидкости (метилизоцианат); низколетучие жикости (иприт) и, наконец, твердые токсичные вещества, как, например, диоксин.



14.6.2. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ

14.6.2.1. ВИД ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЧЕЛОВЕКА

Как отмечалось выше, токсичные вещества сильно отличаются друг от друга по способу воздействия на человека. Автору настоящей книги, к сожалению, не удалось найти классификацию токсичных веществ, применяемых в промышленности, по этому признаку. Существует несколько признанных классификаций боевых отравляющих веществ по способу воздействия на человека, некоторые из них даны в работе [Prentiss,1937]. Ниже приводится одна из таких классификаций, несколько модифицированная нами в свете современных представлений.*

1) Вещества, поражающие легкие (хлор, фосген, хлорпикрин).

2) Вещества, оказывающие кожно-нарывное действие (иприт).

3) Вещества, раздражающие органы чувств (дифенилхлорарсин).

4) Вещества, раздражающие кожные покровы и слизистые оболочки (лакриматоры, бромбензилцианид).

5) Вещества, действующие на кровь (моноксид углерода, синильная кислота).

6) Психотропные средства (BZ).

7) Нервно-паралитические газы (табун, зарин, зоман).

Как можно заметить, в эту классификацию не попадают такие широко используемые в промышленности вещества, как аммиак и метилизоцианат. Большинство же боевых отравляющих веществ не имеет в настоящее время промышленного значения. Далее, вещества, раздражающие органы чувств и лакриматоры, хотя и представляют опасность, но, на наш взгляд, не относятся к основным химическим опасностям. Психотропные вещества также не относятся к основным химическим опасностям, так как они не приводят к летальным исходам. В отношении нервно-паралитических газов можно сказать, что они производятся, с единственной целью - для боевых действий во время войны и не применяются в процессах основного органического синтеза, т. е. они также не имеют промышленного значения. Однако действие нервно-паралитических газов обсуждается в разделе, посвященном пестицидам - веществам, близким по химическому строению к нервно-паралитическим газам.

_____________________________________________________________________________________

*Одним из возможных подходов является классификация промышленных веществ (обладающих многообразием и неоднородностью эффектов в интервале действующих концентраций) на основе преимущественного синдрома, складывающегося при острой интоксикации. А именно:

1) Вещества с преимущественно удушающим действием: а) с выраженным прижигающим действием (хлор, оксихлорид фосфора, трихлорид фосфора); б) со слабым прижигающим действием (фосген, хлорид серы).

2) Вещества преимущественно общеядовитого действия (моноксид углерода, циановодород, этиленхлоргидрин).

3) Вещества, обладающие удушающим и общеядовитым действием: а) с выраженнным прижигающим действием (акрилонитрил); б) со слабым прижигающим действием (оксиды азота, сероводород, диоксид серы).

4) Вещества, действующие на генерацию, проведение и передачу нервного импульса, или нейротропные яды (фосфорорганические соединения, сероуглерод).
14.6.2.2. СТЕПЕНЬ ТОКСИЧНОСТИ

Представляется разумным провести классификацию токсичных веществ по тяжести воздействия, производимого ими на человека. Из рис. 14.1, часть которого взята из табл. 1 работы [Bridges,1984], видно, что международной классификации по степени токсичности не существует. Более того, представленная классификация в основном относится к пероральному способу попадания вещества в организм, в то время как при промышленных авариях основными путями поражения человека являются ингаляционный или кожно-резорбтивный.

На рис. 14.1 представлены фрагменты классификации, принятые различными странами и международными организациями:

Графа 1 - Великобритания

Графа 2 - Япония

Графа 3 - США

Графа 4 - ООН

Графа 5 - Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ)

Графа 6 - Данные [Bridges,1984].

Графа 7 - СССР, составлена на основе классификации Международной организации труда [ILO,1983].

Графа 8 - Данные по токсичности при пероральном введении, взятые из ежегодника Национального института по промышленной безопасности и охране здоровья [NIOSH,1978]

___________________________________________________________

5) Вещества, обладающие удушающим и нейротропным действием (аммиак).

6) Метаболические яды (метилхлорид, диметилсульфат, этиленоксид).

7) Вещества, нарушающие обмен веществ (диоксин). - Прим. ред.

Рис.14.1. Международная классификация токсичнмх веществ


Графа 9 - Уровни токсичности (LD<;n) пяти веществ, полученные на основе данных по ингаляционной токсичности, приведенных в ежегоднике [NIOSH.1978]. Токсичность этих веществ определена при следующих допущениях:

а) все токсичное вещество попадает в организм человека через дыхательную систему;

б) при высоких концентрациях токсичного вещества произведение времени воздействия и летальной концентрации является константой;

в) при расчете использовались следующие средние числовые характеристики:

скорость дыхания на 1 кг массы 10-4м3/(мин ∙ кг) массы при средней скорости дыхания 7 л/мин и массе 70 кг. Таким образом, доза расчитывается по следующей формуле:

Концентрация выражена в млн-1, для ее пересчета в мг/м3 необходимо ее умножить на коэффициент 0,0423 и на величину молекулярной массы вещества.

(Может представлять практический интерес классификация, используемая в ряде инстанций в СССР [Каракчиев,1973]:

Характеристика ядов


LD50,

мг/л



LD50,

мг/кг



Чрезвычайно токсичные Высокотоксичные

Сильнотоксичные

Умереннотоксичные Малотоксичные

Практически не

токсичные


Ниже 1

1-5


6-20

21-80


81 -160

Выше 160


Ниже 1

1-50


51 - 500

501 – 5000

5001 - 15000

Выше 15000



В СССР также широко используется обобщающий термин (в ГОСТах, СНиПах и др. нормативной литературе) для промышленных ядов - сильнодействующие и ядовитые вещества (СДЯВ). - Ред.).

14.6.2.3. СООТНОШЕНИЕ ЧИСЛА ПОСТРАДАВШИХ И ПОГИБШИХ ПРИ АВАРИЯХ С ВЫБРОСОМ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ

Известно, что токсичные вещества различаются по степени вреда, приносимого человеку. Так, во время первой мировой войны согласно данным работы [Prentiss, 1937], для одного боя число несмертельно раненых составляло 3 чел. на каждого погибшего, то есть 3 : 1, в то время как соотношение раненых и погибших при газовых атаках было 13 : 17. Таким образом, число раненых, приходящееся на одного погибшего, при использовании отравляющих веществ значительно выше, (чем при применении обычного (огнестрельного) оружия. Однако такое соотношение справедливо не для каждого отравляющего вещества. Известно, что соотношение раненых и погибших значительно выше в случае применения иприта по сравнению с хлором. С точки зрения военных, иприт более эффективен, особенно в обороне. Однако при промышленных авариях значительно сложнее ответить на вопрос, что опаснее - иприт или хлор. Поясним последнее утверждение на примере. При прочих равных условиях вещество А приводит к W погибшим и Х пострадавшим, а вещество В соответственно дает Y погибших и Z пострадавших. Тогда, если W >Y, a

X < Z, однозначный ответ на вопрос, какое вещество опаснее, дать трудно. Эти вопросы рассмотрены в гл. 18.


14.6.2.4. ДОЛГОСРОЧНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ (ОТЛОЖЕННЫЕ ЭФФЕКТЫ)

Очевидно, что выяснение вопроса о долгосрочных последствиях воздействия токсичного вещества в значительной степени зависит от наличия истории болезни пострадавших людей. Так, в работе [Trevethick,1973] утверждается: "Весьма сомнительно, что существуют длительные (хронические) последствия ингаляционного отравления хлором. После каждого случая такого отравления наступает полное выздоровление. Случаи хронического отравления фосгеном в промышленности также неизвестны, однако повторные воздействия .фосгена могут привести к хроническому заболеванию дыхательного аппарата. После выздоровления в случае сильного отравления ^цианистыми соединениями возможны некоторые последствия, связанные с изменениями в деятельности центральной нервной системы".

Вместе с тем ясно, что существует ряд токсичных веществ (их наиболее ярким представителем является иприт), которые приводят к потере зрения, поражению кожи и другим постоянным увечьям.

Автор настоящей книги не нашел свидетельств долгосрочных последствий от воздействия долетальных концентраций нервно-паралитических газов. Аналогичное утверждение можно найти в работе [Heath,1961].

Существуют определенные противоречия в вопросе о долгосрочных последствиях от воздействия диоксина. Известно, что воздействие диоксина в некоторых случаях приводит к обезображивающему поражению кожи. В случае сильных поражений оно может проявляться в период до двух лет после воздействия. В литературе имеются указания на то, что диоксин оказывает воздействие на будущее потомство, это подтверждено экспериментами на животных. Исследование эмбрионов 34 женщин, проживающих в районе Севезо (Италия) (30 эмбрионов, полученных в результате медицинских абортов, и 3 в результате выкидышей), показало, что только у одного из этих эмбрионов были симптомы синдрома Дауна. В работе [Нау.1982] приводится мнение группы медицинских экспертов, проводивших это исследование: "...результаты исследования не показали каких-либо последствий воздействия токсичного вещества" (т. е. диоксина). Группа экспертов, однако, отметила, что результаты этого исследования не свидетельствуют с достоверностью об абсолютной безвредности воздействия диоксина как для матери, так и для потомства. Анализ отклонений новорожденных, появившихся на свет после катастрофы в Севезо, также не прояснил картины.

В цитируемой работе приведены следующие данные: отклонения у новорожденных в среднем в Западной Европе встречаются у 2,5 - 3 младенцев на 100 новорожденных, а в районе Севезо после аварии этот уровень был ниже, чем в Западной Европе, и ниже, чем в целом по Италии. Однозначных свидетельств, подтверждающих увеличение числа заболеваний раком после аварии, для людей, проживающих в Севезо, нет.

В настоящее время вопрос о том, приводят ли промышленные токсичные вещества в случаях аварии на предприятии к долгосрочным последствиям, отличным от хлоракне, остается открытым.

14.6.2.5. ПРОМЫШЛЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ

Представляется весьма полезным свести в единую таблицу производственные характеристики токсичных веществ (название, производимое количество, число установок или иных объектов, где это вещество используется) по всем промышленным предприятиям в масштабе всей страны. Однако это чрезвычайно сложно в связи с отсутствием такой информации в публикациях. Известен лишь опубликованный список промышленных площадок Великобритании, где содержатся токсичные вещества, подпадающих под законодательный акт (CIMAH Regulations). Тем не менее кое-какие сведения по этому вопросу имеются. Например, известно, что и хлор и аммиак хранятся на предприятиях в резервуарах вместимостью в сотни, а то и в тысячи тонн. Однако диоксид серы, производимый промышленностью в значительно больших количествах, чем, скажем, хлор, никогда не хранится в резервуарах такого объема. Это связано с тем, что диоксид серы служит промежуточным продуктом в процессе получения серной кислоты и сразу же окисляется в триоксид серы, который также быстро перерабатывается в серную кислоту. Таким образом, ни диоксид серы, ни триоксид серы не хранятся в количествах, отражающих объем их производства в промышленности.

В общем случае хранение больших количеств химических веществ обусловлено централизованным процессом их получения и большим числом потребителей этих веществ. В то же время очевидно, что некоторые токсичные вещества, привлекающие значительное внимание общественности, например диоксин, имеют весьма незначительное промышленное использование.



14.6.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ

Основываясь на приведенной выше классификации, можно расположить токсичные вещества по тяжести воздействия. Это можно сделать путем взвешивания семи факторов, о которых говорилось выше, по трех- или пятибальной системе.

Табл. 14.1 является примером такого подхода, где максимальные значения для этих семи факторов выражаются следующим количеством баллов: токсичность веществ оценивается в 8 баллов; промышленное использование токсичного вещества - 4 балла; остальные факторы - по 2 балла.

Применение этой системы взвешивания разных факторов потверждает, что в плане промышленных опасностей диоксин лишь немногим опаснее хлора.



ТАБЛИЦА 14.1. Классификация токсичных агентов

Признак


Хлор


Аммиак


Иприт


Диоксин


1. Способность к рассеиванию


2


2


0


0


2. Стойкость


1


1


2


2


3. Промышленное значение


4


4


0


0

4. Способ попадания в организм чeлoвeкaa


2


2


1


1

5. Степень токсичности


4


0


8


8


6. Отношение числа пострадавших к числу погибших


1


1


2

2


7. Отложенные эффекты


0


0


2


2


Итого:


14


10


15


15


а) Предполагается, что при ингаляционном отравлении смерть наступает до момента, когда возможно оказание медицинской помощи; при энтеральном отравлении можно успеть оказать медицинскую помощь.


Смотрите также:
Токсические выбросы 14 определение
309.63kb.
1 стр.
Выбросы в атмосферу
61.59kb.
1 стр.
Углеродные рынки в мире
415.54kb.
3 стр.
Ежедневный обзор Вы сможете получать после согласования с Центром прогнозов
58.56kb.
1 стр.
Конкурсные документы
1352.84kb.
7 стр.
-
156.11kb.
1 стр.
Iii экологические проблемы основных производств
2175.48kb.
7 стр.
Богдашина О. Аутизм: определение и диагностика
1385.16kb.
14 стр.
Богдашина О. Аутизм: определение и диагностика
1357.75kb.
14 стр.
Исследование влияния условий проведения реакции на определение гфс
173.91kb.
1 стр.
Солнечное влияние на земную погоду
30.07kb.
1 стр.
Налог на углерод
44.77kb.
1 стр.