В.А. Басуров, Н.И. Зазнобина

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 17Следующая ⇒

В.А. Басуров, Н.И. Зазнобина

ХИМИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

Учебное пособие

Рекомендовано методической комиссией Института биологии и биомедицины для студентов ННГУ очной формы обучения всех направлений

Нижний Новгород

УДК 623.459:614.75 (075.8)

ББК Б1 я73

З-17

Х-46 Химическая безопасность: учеб. пособие / составители: В.А. Басуров, Н.И. Зазнобина – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2016. – 98 с.

Рецензент: к.т.н., доцент М.В. Игонина

Данное учебно-методическое пособие предусматривает ознакомление студентов с актуальными проблемами химической безопасности; изучение основных понятий, характеристик АХОВ и ОВ; освоение правил поведения населения в очаге химического заражения.

Учебное пособие предназначено для студентов ННГУ очной формы обучения всех направлений.

Ответственный за выпуск:

Председатель методической комиссии

Института биологии и биомедицины ННГУ

д.п.н., профессор И.М. Швец

УДК 623.459:614.75 (075.8)

ББК Б1 я73

©Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, 2016, В.А. Басуров, Н.И. Зазнобина

ВВЕДЕНИЕ

Химические вещества являются частью нашей повседневной жизни. Вся одушевленная и неодушевленная материя состоит из химических веществ, а изготовление практически каждого промышленного товара предполагает использование химических веществ. Многие химические вещества, если они используются надлежащим образом, в значительной степени способствуют улучшению качества нашей жизни, здоровья и повышению уровня благополучия. Но есть опасные химические вещества, которые в случае их ненадлежащего регулирования могут пагубно влиять на наше здоровье и окружающую среду. Бурное развитие химической промышленности, внедрение химической технологии в хозяйственные отрасли и сферу быта создают химическое загрязнение среды обитания и крайне серьезную угрозу здоровью населения.

В настоящее время общее число известных неорганических и органических соединений превысило 87 млн наименований.

Источники вредных для человека веществ могут быть как активными (функционирующие механизмы, приборы, агрегаты, а также сам человек), так и пассивными (покрытия, материалы и др.). Все они способны выделять в воздух десятки токсичных агентов.

Международная статистика показывает, что «токсическая ситуация», сложившаяся в экономически развитых странах, сопровождается неуклонным ростом числа острых отравлений. Среди них, по данным большинства авторов, по частоте возникновения первое место занимают бытовые (случайные) отравления, второе – преднамеренные (суицидальные), третье – профессиональные. Не следует сбрасывать со счетов и возможность использования в военных конфликтах любого масштаба химического оружия, основу которого составляют отравляющие вещества – химически соединения, способные поражать людей при их применении в ничтожно малых концентрациях.

Отравление химическими веществами чаще всего возникает внезапно, развивается очень быстро и в случае промедления в оказании медицинской помощи может привести пострадавшего к смерти в первые же часы после отравления. Вполне понятно, что в такой ситуации необходима быстрая ориентация врача в своеобразной патологии, умение распознать природу отравления, готовность немедленно принять необходимые срочные меры по обезвреживанию яда и устранению наиболее опасных клинических симптомов.

Одной из главных задач безопасности является охрана внутренней среды человека от многочисленных вредных для организма химических агентов, способных проникать в ткани и органы, накапливаться в них и сохраняться длительное время.

Антидоты

Антидоты (противоядия) – это медицинские средства (в том числе и лекарственные препараты), которые либо обезвреживают яд в организме в процессе физических и химических превращений при непосредственном взаимодействии с ядом, либо предупреждают и устраняют токсические эффекты за счет антагонизма с ядом в действии на рецепторы, ферменты и физиологические системы.

Применение антидотов лежит в основе профилактических или терапевтических мер по нейтрализации токсических эффектов химических веществ. Поскольку многие химические вещества обладают множественными механизмами токсического действия, в некоторых случаях приходится одновременно вводить различные антидоты и вместе с тем применять терапевтические средства, устраняющие не причины, а только отдельные симптомы отравления. Более того, поскольку глубинные механизмы действия большинства химических соединений изучены недостаточно, лечение отравлений часто ограничивается симптоматической терапией. Опыт, накопленный в клинической токсикологии, показывает, что некоторые препараты, в частности витамины и гормоны, можно отнести к универсальным антидотам благодаря положительному профилактическому и терапевтическому действию, которое они оказывают при различных отравлениях. Объясняется это тем, что в основе отравлений лежат общие патогенетические механизмы.

Общепризнанной классификации антидотов до сих пор не существует. Наиболее рациональная система классификации основывается на сведении антидотов в основные группы в зависимости от механизма их антитоксического действия.

Выделяют антидоты прямого и непрямого действия.

Антидоты прямого действия осуществляют непосредственное физико-химическое или химическое взаимодействие яда и противоядия.

Антидоты физическо-химического действия оказывают защитное действие главным образом за счет адсорбции яда. Благодаря своей высокой поверхностной активности адсорбенты связывают молекулы твердого вещества и препятствуют его поглощению окружающей тканью. Однако молекулы адсорбированного яда могут позже отделиться от адсорбента и вновь попасть на ткани желудка. Это явление отделения называется десорбцией. Поэтому при применении антидотов физическо-химического действия исключительно важно сочетать их с мерами, направленными на последующее выведение адсорбента из организма. Этого можно добиться промыванием желудка или применением слабительных, если адсорбент уже попал в кишечник. Предпочтение здесь следует отдавать солевым слабительным (например, сульфату натрия), являющимся гипертоническими растворами, стимулирующими поступление жидкости в кишечник, что практически исключает поглощение твердого вещества тканями.

Сорбцию возможно осуществлять с кожных покровов, слизистых оболочек, из пищеварительного тракта (энтеросорбция), из крови (гемосорбция, плазмосорбция). Если яд уже проник в ткани, то применение сорбентов не эффективно.

Наиболее типичными антидотами этой группы являются активированный уголь и каолин (белая глина). Они дают большой эффект при остром отравлении алкалоидами (органическими веществами растительного происхождения) или солями тяжелых металлов.

В основе механизма антидотов химического действия лежит непосредственная реакция взаимодействия между ядом и антидотом.

Химические антидоты могут быть как местного действия, так и резорбтивного действия.

Местное действие химических антидотов обеспечивается в результате реакций нейтрализации, образования нерастворимых соединений, окисления, восстановления, конкурентного замещения и образования комплексов. Первые три механизма действия имеют особую важность и изучены лучше других.

Хорошим примером нейтрализации ядов служит использование щелочей для противодействия случайно проглоченным или попавшим на кожу сильным кислотам. Нейтрализующие антидоты применяются и для осуществления реакций, в результате которых образуются соединения, имеющие низкую биологическую активность. Например, в случае попадания в организм сильных кислот рекомендуется провести промывание желудка теплой водой, в которую добавлен оксид магния (20 г/л). В случае отравления плавиковой или лимонной кислотой больному дают проглотить кашицеобразную смесь хлорида кальция и оксида магния. При попадании едких щелочей следует провести промывание желудка 1% раствором лимонной или уксусной кислоты. Во всех случаях попадания в организм едких щелочей и концентрированных кислот следует иметь в виду, что рвотные средства противопоказаны. При рвоте происходят резкие сокращения желудочных мышц, а поскольку эти агрессивные жидкости могут поразить желудочную ткань, возникает опасность прободения.

Антидоты, образующие нерастворимые соединения, которые не могут проникнуть через слизистые оболочки или кожу, обладают избирательным действием, т. е. эффективны только в случае отравления определенными химическими веществами. Классическим примером антидотов такого типа могут служить 2,3-димеркаптопропанол, образующий нерастворимые, химически инертные сульфиды металлов. Он дает положительный эффект при отравлении цинком, медью, кадмием, ртутью, сурьмой, мышьяком.

Местное применение антидотов при отравлениях следует сочетать с подкожными, внутримышечными или внутривенными инъекциями.

В случаях попадания в организм опия, морфина, аконита или фосфора широко применяется окисление твердого вещества. Наиболее распространенным антидотом для этих случаев является перманганат калия, который применяется для промывания желудка в виде 0,02 – 0,1%-го раствора. Этот препарат не дает эффекта при отравлении кокаином, атропином и барбитуратами.

Резорбтивное действие развивается после всасывания вещества и поступления в общий кровоток, а затем в ткани. Резорбтивные антидоты химического действия можно подразделить на две основные подгруппы:

a) антидоты, вступающие во взаимодействие с некоторыми промежуточными продуктами, образующимися в результате реакции между ядом и субстратом;

б) антидоты, непосредственно вмешивающиеся в реакцию между ядом и определенными биологическими системами или структурами. В этом случае химический механизм часто бывает связан с биохимическим механизмом антидотного действия.

Различные виды функционального антагонизма взаимодействующих в организме химических веществ дают основание рассматривать как особую группу такие антидоты, специфический эффект которых проявляется без непосредственного их контакта с ядом. Поэтому вполне будет оправдано их объединение под общим названием антидоты непрямого действия. В данном случае наблюдается более сложный тип антагонистического взаимодействия яда и антидота, когда они взаимодействуют не прямо, а косвенно, через различные биоструктуры, оказывая на них стимулирующее или угнетающее действие. Такой антагонизм называется функциональным.

Для рассмотрения этого вида взаимодействия необходимо определить понятие «клеточные рецепторы». В молекулярной токсикологии ими принято называть компоненты белковых, мукополисахаридных или липидных молекул, которые расположены внутри или на поверхности клеток и которые способны взаимодействовать с токсичным агентом или антидотом, вызывая специфический эффект. Часто понятие «рецептор» отождествляется с активными центрами ферментов, т.е. функциональными группировками атомов, непосредственно реагирующими с молекулами биологически активных веществ.

Различают несколько видов функционального антагонизма.

1. Конкурентный антагонизм возникает при взаимодействии яда и антидота с одними и теми же рецепторами клеток, что приводит (в зависимости от их концентрации) к определенному эффекту, свойственному одному из этих комбинирующихся в организме веществ. Отсюда следует, что сущность конкурентного антагонизма состоит именно в том, что присутствие в организме антагониста уменьшает число рецепторов, способных взаимодействовать с агонистом (в нашем примере – с токсичным веществом), а его итогом, как правило, является противоположное по направлению действие яда и антидота на одни и те же клеточные элементы.

2. При независимом антагонизме яд и антидот действуют на разные клеточные элементы или на функционально различные и самостоятельные рецепторные биохимические структуры одних и тех же клеток и тем самым стимулируют или тормозят те или иные физиологические функции.

3. В случае неконкурентного антагонизма яд и антидот реагируют с достаточно удаленными друг от друга, но взаимозависимыми ее функциональными группами (рецепторами). В том случае, когда данная структура представлена ферментом, одно из комбинирующихся веществ взаимодействует с его активным центром (центрами), а другое – с участком фермента вне активного центра. С точки зрения возможного применения антидотов, естественно, наибольший интерес представляет такое неконкурентное взаимодействие двух веществ, которое приводит к ослаблению или подавлению эффекта одного из них.

Основные понятия и классификации

Сегодня химические технологии в той или иной степени используются во всех отраслях промышленности. При этом в большинстве случаев даже при нормальном функционировании объектов экономики имеет место выброс в атмосферу или сброс в водную среду тех или иных загрязняющих веществ, в том числе опасных химических веществ. Таким образом, одним из важных направлений обеспечения безопасности жизнедеятельности является химическая безопасность.

Химическая безопасность – состояние, при котором путем соблюдения правовых норм и санитарно-гигиенических правил, выполнения технологических и инженерно-технических требований, а также проведения соответствующих организационных и специальных мероприятий исключаются условия для химического заражения или поражения людей, сельскохозяйственных животных и растений, загрязнения природной среды опасными химическими веществами в случае возникновения химической аварии.

Химическая авария – авария, сопровождающаяся проливом или выбросом опасных химических веществ (ОХВ), способная привести к гибели или химическому заражению людей, продовольствия, пищевого сырья и кормов, сельскохозяйственных животных и растений или к химическому заражению природной среды. К ОХВ в соответствии с ГОСТами относятся боевые отравляющие вещества, аварийно химически опасные вещества, а также вещества, вызывающие преимущественно хронические заболевания.

В настоящее время промышленное производство, сконцентрировав в себе колоссальные запасы различных видов энергии, вредных веществ и материалов, стало постоянным источником серьезной техногенной опасности и возникновения аварий и катастроф, сопровождающихся чрезвычайными ситуациями.

Подтверждением является ряд крупных химических аварий в мире в конце ХХ века: в Севезо (Италия) в 1976 г., в Бхопале (Индия) в 1984 г., на ПО «Азот» (Ионава, Литва) в 1989 г. и другие, которые привели к гибели людей, к заболеванию сотен и тысяч человек, к загрязнению и заражению больших территорий.

10 июля 1976 года произошла техногенная авария на заводе швейцарской фирмы ICMESA в итальянском городе Се́везо в провинции Монца-э-Брианца области Ломбардия, выпускающем различные химические вещества (в основном ароматические соединения). Авария привела к заражению диоксином значительной территории вокруг завода. На зараженной площади были выделены три зоны: зона А (наиболее зараженная) со средним уровнем заражения 2,4∙10^–4 г/м² и площадью 1,08 км²; зона Б со средним уровнем заражения 3∙10^–6 г/м² и площадью 2,7 км²; зона В с уровнем заражения менее 5∙10^–6 г/м² и площадью 14,3 км².

Всего на зараженной территории проживало более 200 тыс. человек, в том числе 27,6 тыс. человек в зонах А, Б и В. В результате аварии пострадало около 1000 человек, пришлось забить и уничтожить 78 тыс. мелких животных, около 700 голов крупного скота и уничтожить большое количество зараженного зерна и сена. Около 3 тыс. мелких животных погибли от токсического воздействия. На землях фермеров потребовалось снять слой почвы на глубину до 20 см, чтобы уменьшить уровень диоксина в пахотном слое. Зараженный слой почвы объемом 200 тыс. куб. м был перемещен, захоронен и заменен свежей почвой. В дальнейшем, в период с 1976 по 1986 годы, от рака в этом регионе умерло более 500 человек. Национальный институт рака (г. Милан, Италия) проводит прямую связь этих смертей с воздействием на людей диоксина.

Еще более масштабная авария произошла в ночь с 2 на 3 декабря 1984 года на химическом заводе в г. Бхопале (Индия) с выбросом метилизоцианата. Из-за прохладной погоды смертоносное облако паров не поднялось вверх, а стелилось по земле и накрыло городские районы площадью 40 км². Погибло более 3 тыс. человек, пострадало более 200 тыс. человек.

20 марта 1989 года на производственном объединении «Азот» в городе Ионава Литовской ССР произошла авария на изотермическом хранилище с мгновенным выбросом 7 тысяч тонн сжиженного аммиака. После разрушения железобетонного ограждения опасное вещество беспрепятственно разлилось по территории предприятия, образовав озеро ядовитой жидкости с поверхностью испарения 10 тыс. кв. м. В результате смешивания аммиака с природным газом из поврежденного трубопровода возник пожар, и произошло возгорание склада с нитрофоской, с последующим разложением этого вещества и выделением токсичных продуктов. Глубина распространения облака АХОВ составляла до 30 км. В день аварии погибли пять работников предприятия и 57 человек пострадали, из них 42 человека были госпитализированы в больницы города. Впоследствии один из пострадавших скончался в больнице. При тушении пожара погиб пожарный. Общее число жертв достигло 7 человек.

Процент разрушений и распространения опасного вещества был минимален благодаря грамотным действиям дежурного диспетчера и наличию у подавляющего числа работников комбината надежных промышленных фильтрующих противогазов. Помогло и то, что в этот день была безветренная погода.

ПО «Азот» находилось в четырех километрах от города Ионава, в котором насчитывалось около 40 тысяч жителей. Если бы ветер дул на город, то пострадало бы большое количество людей. К вечеру 20 марта поднялся ветер, и было принято решение эвакуировать население города.

В ликвидации последствий этой аварии участвовали 982 человека, привлекалась 241 единица техники. Принятыми мерами пожар и последствия аварии были ликвидированы 23 марта.

В настоящее время известно более 54 тыс. химических соединений, которые могут быть отнесены к опасным химическим веществам вследствие их способности вызывать острые и хронические интоксикации.

По степени опасности для организма человека опасные химические вещества делятся на четыре класса: I класс – чрезвычайно опасные, II класс – высокоопасные, III класс – умеренно опасные и IV класс – малоопасные. Классификация химически опасных веществ представлена в табл. 1. Отнесение вредного вещества к классу опасности производят по показателю, значение которого соответствует наиболее высокому классу опасности (см. табл.2.1).

Таблица 2.1

По химической опасности

Несмотря на предпринимаемые меры в области промышленной безопасности (многие потенциально опасные производства спроектированы так, что вероятность крупной аварии на них оценивается величиной порядка 10^–4), полностью исключить вероятность возникновения аварии практически невозможно.

В большинстве случаев аварии вызываются нарушением технологии производства, правил эксплуатации оборудования, машин и механизмов, низкой трудовой и технологической дисциплиной, несоблюдением норм безопасности, отсутствием должного надзора за состоянием оборудования. Одна из возможных причин аварий – стихийные бедствия.

Характерными особенностями этих аварий являются внезапность возникновения чрезвычайных ситуаций, обусловленных выбросом (разливом) АХОВ, быстрое распространение поражающих факторов, опасность массового поражения людей и животных, попавших в зону заражения, необходимость проведения аварийно-спасательных и других неотложных работ в короткие сроки.

Аварии на химически опасных объектах по типу возникновения делятся на производственные и транспортные, при которых нарушается герметичность емкостей и трубопроводов, содержащих АХОВ.

По масштабам последствий химические аварии имеют свою специфическую классификацию:

• локальные – последствия которых ограничиваются одним цехом (агрегатом, сооружением) химически опасного объекта;

• местные – последствия которых ограничиваются производственной площадкой химически опасного объекта или его санитарно-защитной зоной;

• общие – последствия которых распространяются за пределы санитарно-защитной зоны химически опасного объекта.

По сфере возникновения химические аварии классифицируются на:

• аварии на хранилищах АХОВ;

• аварии при ведении технологических процессов (возможные источники заражения – технологические емкости и реакционная аппаратура);

• аварии при транспортировке АХОВ по трубопроводу или железнодорожными цистернами по территории объекта.

Основными исходами этих аварий, как правило, являются:

• выбросы (разливы) АХОВ;

• мгновенное или постепенное испарение;

• дисперсия газов с нейтральной и положительной плавучестью;

• дисперсия тяжелого газа;

• возгорание жидкостей, зданий, сооружений и т.п.;

• взрывы различного характера (ограниченные, в свободном пространстве, взрывы паровых облаков, пылевые взрывы, детонации, физические взрывы, взрывы конденсированной фазы).

Основными последствиями химических аварий могут быть:

• разрушения зданий, оборудования, технологических линий и т.п.;

• возгорание зданий, сооружений, жидкостей и т.п.;

• загрязнение окружающей среды (атмосферного воздуха, земли, недр, почвы, воды, растительного и животного мира, зданий, сооружений, технологического оборудования и т.п.);

• поражение людей, оказавшихся в зоне токсического воздействия без необходимых средств защиты или не успевших их использовать.

В химических авариях выделяют 4 фазы:

• инициирование аварии (1);

• развитие аварии (2);

• выход последствий аварии за пределы объекта (3);

• локализация и ликвидация последствий аварии (4).

Содержание каждой фазы отражено в табл. 2.6

Таблица 2.6

Разлива АХОВ