Невесомый порог. Проблемы использования противогазных СИЗ органов дыхания. В. А. Капцов, А. В. Чиркин (№1, 2015)

Скачать выпуск "Безопасность и охрана труда" №1,2015

 

В.А. Капцов,

чл.-корр.РАМН профессор, д.м.н.

ФГУ  Всероссийский НИИ железнодорожной гигиены Роспотребнадзора

E-mail: kapcovva39@mail.ru

 

А. Чиркин,

член International Society for Respiratory Protection

ООО “Бета-продакшн”

E-mail: alexandr.chir@yandex.ru

 

Problems of the use of personal respiratory protection against gases

V.A. Kaptsov,

Corresponding Member of the Russian Academy of Medical Sciences, Professor, Ph.D (medical Sciences), Federal institution Russian Research Institute of Railway Hygiene Rospotrebnadzor

A.V. Chirkin,

a member of the International Society for Respiratory Protection

Ltd company "Beta-production"

 

Снизить загрязнённость воздуха рабочей зоны можно разными способами: герметизацией оборудования, вентиляцией и др. Когда этого оказывается недостаточно, сбережение здоровья рабочих требует применения средств индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД). Для защиты от воздушных загрязнений, находящихся в газообразном состоянии, чаще всего используют относительно лёгкие и недорогие фильтрующие респираторы.

Действующее законодательство РФ содержит ряд требований к работодателю, направленных на предупреждение развития хронических профзаболеваний и острых отравлений у работающих во вредных условиях. Так, разработаны “Типовые отраслевые нормы бесплатной выдачи специальной одежды…”, и работодатель обязан использовать только сертифицированные СИЗ. Однако срок службы любого противогазного фильтра – ограничен, и запоздалая замена фильтра создаёт риск для жизни и здоровья рабочего, об устранении которого упомянутые документы ничего не говорят (в “Типовых отраслевых нормах…” даже не различаются противогазные и противоаэрозольные СИЗОД). Поэтому будет полезно ознакомиться с тем, как эта проблема решается в промышленно-развитых странах.

При очистке воздуха от воздушных загрязнений с помощью противогазного фильтра, в большинстве случаев используется поглощение вредных примесей сорбентом, находящимся в корпусе фильтра в виде гранул. Молекулы примесей, обладая большой подвижностью, сталкиваются с поверхностью сорбента, и “прилипают” к ней, образуя не очень прочную связь (а при добавке специальных химических веществ, вступающих в реакцию с примесью – более прочную). По мере насыщения сорбента он постепенно утрачивает способность поглощать примеси, и загрязнённый воздух проходит дальше, к новым слоям сорбента. Концентрация вредных веществ в очищенном воздухе постепенно нарастает, и в конце концов превышает ПДКрз. Замена противогазного фильтра должна производиться не позже этого момента. Срок службы фильтра зависит от химического состава (смеси) воздушных загрязнений и их концентраций; от условий применения (расход воздуха, его температура и влажность); и от свойств фильтра (количество и свойства сорбента, форма фильтра). Кроме того, при определённых условиях уже уловленные молекулы вредных веществ могут частично освобождаться (при непрочной связи с сорбентом) и попадать в воздух, проходящий через фильтр (десорбция).

Увеличение концентрации загрязнений в очищенном воздухе может вызвать реакцию органов чувств рабочего – запах, раздражение слизистых оболочек органов дыхания, раздражение глаз и кожи и т.п. Ранее использование таких ”предупреждающих“ свойств было основным способом определения необходимости менять фильтр, но в США с 1996г стандарт по охране труда, регулирующий порядок выбора и организации применения СИЗОД работодателем, запретил использовать субъективную реакцию органов чувств для замены фильтров ([1] п. 1910.134(d)(3)(iii)(B)), а аналогичный стандарт ЕС с некоторой задержкой также потребовал использовать более надёжные способы ([2], п. А.2.4.3). С чем связано такое изменение?

Часть вредных веществ, находящихся в воздухе в газообразном состоянии в производственных условиях, не имеет запаха при концентрации, значительно превышающей ПДКрз. Например, по данным справочника 3М по выбору СИЗОД (2008г) концентрация, при которой люди (в среднем) ощущают присутствие диоксида хлора, превышает ПДКрз в 90 раз, а у пентаборана – в 190 раз. При меньшей степени превышения ПДКрз использование субъективной реакции органов чувств может увеличить “срок службы” до бесконечности. По данным того же источника из ~600 вредных веществ более 60 не имеют предупреждающих свойств, а для более 110 не установлено – есть у них такие свойства, или нет.

Реакция человека на запах – индивидуальна, и зависит от разных обстоятельств. По данным, опубликованным в [3], в группе людей порог восприятия запаха у 95% находится в пределах от 16 до 1/16 от “среднего” значения. Следовательно, у 2.5% он больше среднего значения более чем в 16 раз. То есть, если в среднем люди реагируют на запах хлороформа при концентрации »1 ПДКрз, часть не отреагирует при сильном превышении. Также оказалось, что восприятие зависит от того, сколько внимания уделяется работе; от состояния здоровья (простудные заболевания и т.п.). Некоторые вещества при постепенном увеличении концентрации (как и происходит при насыщении сорбента) вызывают ”привыкание”: если на запах сероводорода люди реагируют при концентрации в 1000 раз меньшей ПДКрз, то при постепенном увеличении концентрации они могут не отреагировать на опасное превышение.

В целом, в США и ЕС и ранее (1970-е) считали использование субъективной реакции рабочего для определения срока службы любого противогазного фильтра – ненадёжным способом, который позднее запретили использовать совсем благодаря тому, что развитие науки позволило найти более надёжные решения. В США работодатель обязан заменять фильтры или по расписанию, составляемому на основе определения срока службы в конкретных условиях применения, или по показаниям индикаторов окончания срока службы (End of Service Life Indicator ESLI, Рис. 3) на самом фильтре. Для составления расписания может использоваться результат испытаний фильтра в лаборатории при имитации производственных условий, или указания изготовителя для конкретных условий применения. Развитие методов математического моделирования сорбционных процессов позволило разработать компьютерные программы для вычисления срока службы (Таблица 1), использующие как исходные данные сведения об условиях работы:

 

Есть бесплатно-доступные универсальные программы, разработанные за счёт федерального правительства США, которые могут использоваться для фильтров любых изготовителей (при наличии информации о свойствах сорбента, или результатов 2-3 лабораторных испытаний при разной влажности и т.п.) у которых постоянная площадь поперечного сечения фильтра. Программы доступны и на сайте Управления по охране труда (OSHA), и на сайте их разработчика http://gerryowood.com/service-life-estimation-computer-programs.html.

 

Рис. 1. Результат вычислений программы компании Scott (SureLife Cartridge Calculator)

Так как результат вычислений зависит от точности исходных данных, при недостатке информации он может оказаться неточен (из-за того, что в РФ многие организации не провели ни АРМ, ни спецоценку условий труда, использование программ затруднено). Это может произойти при выполнении работы в плохо предсказуемых условиях (например – работа маляров). Поэтому уже с 1990-х в США были сформулированы требования к изготовителям, позволяющие сертифицировать фильтры с устройством, сигнализирующим о приближении конца срока службы в конкретных условиях использования (ESLI). В частности, устройство должно срабатывать при истечении 80±10% от срока службы ([4] п. 84.255) – чтобы рабочий успел покинуть опасное место для замены фильтров. Такие индикаторы могут быть пассивными (например – прозрачное окошко с реактивом, меняющим цвет) и активными (датчик – усилитель – звуковая/световая сигнализация). Сейчас компания North (Honeywell) выпускает фильтры с пассивными индикаторами для защиты от хлора и ртути, а 3М, MSA и Scott – для защиты от ртути. Исследования в области активных индикаторов (и пассивных индикаторов для защиты от других веществ) дали положительный результат, но из-за опасений изготовителей, что работодатель не будет их покупать (из-за большей цены и отсутствия достаточно однозначных требований законодательства), для продажи не изготавливаются, или выпуск прекращён.

Однако обзор условий использования СИЗОД в более чем 40 тыс. организаций [5] показал, что в значительной доле случаев замена с помощью вычисления срока службы затруднена непредсказуемыми условиями работы, а адекватных ESLI нет (например – для паров растворителей). Поэтому правительство финансирует проведение исследований для разработки эффективных активных индикаторов, и последующей разработки более конкретных требований к работодателям и изготовителям СИЗОД, основанных на технически достижимом уровне (стимулирующим производство и применение индикаторов ESLI). Получены положительные результаты – при использовании группы из разных микродатчиков, размещаемых в толще сорбента, обработка сигналов позволяет определить и концентрацию, и химический воздушных загрязнений, и своевременно предупредить рабочего (Рис. 2). Результаты исследований планируется передать изготовителям для ускорения выпуска новой продукции.

 

Рис. 2. Перспективный респиратор с датчиками, заглублёнными в сорбент,

сигнализирующими о приближении окончания срока службы фильтра (NIOSH)

 

В СССР уже в 1962г рекомендовали использовать объективные способы определения необходимости замены некоторых фильтров (при защите от СО – по увеличению веса, связанного с поглощением воды осушителем; и по ограничению срока службы - длительность использования), но в основном использовались субъективные ощущения рабочего [7]. Инструкция по применению промышленных фильтрующих противогазов 1970г рекомендовала сразу покидать место работы и заменять фильтры при появлении запаха под лицевой частью. Позднее был издан каталог, где в таблицах указывались сроки службы всех стандартных противогазных коробок и сменных фильтров респираторов-полумасок при разных концентрациях более чем 60 наиболее распространённых вредных веществ, что позволяло избежать использования субъективных ощущений для замены фильтров – по крайней мере отчасти. В 1982г каталог был переиздан с некоторыми исправлениями [8]. К сожалению, недостаточно высокий на тот период времени уровень развития науки (западной и советской) не позволял полностью обходиться без использования субъективных ощущений рабочих, а экономические и иные проблемы 1990-х мешали улучшению ситуации в этой области в РФ. Была сделана попытка изготавливать противогазные фильтры с прозрачным корпусом и сорбентом, меняющим цвет при насыщении поглощёнными вредными веществами. Недостаточная заинтересованность работодателя, его плохая информированность и обилие сведений о “высококачественных” и ”сертифицированных” обычных фильтрах (при полном отсутствии хоть каких-то требований к работодателю, неподготовленности специалистов по охране труда и регистрации незначительной доли профзаболеваний) делают подобные разработки коммерчески невыгодными для изготовителя.

Современные публикации российских авторов в основном или просто игнорируют риск повреждения здоровья при недостаточно своевременной замене “сертифицированных” фильтров, или прямо предлагают продолжать использование реакции рабочего на проникание вредного вещества под маску [9]. Сделана попытка закрепить этот подход на уровне государственного стандарта РФ. Корпорация «Росхимзащита» разработала ГОСТ [10], п. 12.4 которого требует от работодателя заменять фильтры “… на основе информации, предоставляемой изготовителем…” что по сложившейся традиции может подразумевать использование реакции рабочего. Разработчики утверждают, что документ создавался на основе европейского [2], Но соответствующий раздел оригинального документа сформулирован иначе (п. А.2.4): работодатель должен собрать информацию об условиях использования фильтра, и предоставить её изготовителю для получения точного значения срока службы в конкретных условиях применения (что и позволяют сделать программы - табл. 1).

Другая потенциальная опасность при использовании противогазных фильтров возникает при их неоднократном использовании, что является обычной практикой при применении фильтров с большим количеством сорбента (в РФ, [11] табл. 5.3). Большая сорбционная ёмкость увеличивает срок службы, снижая риск недостаточно своевременной замены - при первом применении. Однако из-за непрочной связи молекул уловленного вредного вещества с сорбентом они во время хранения неиспользуемого фильтра могут разрывать связь, попадать в воздух и мигрировать в направлении меньшей концентрации – к отверстию для выхода очищенного воздуха. Эксперименты и математическое моделирование показали, что повторное использование фильтров в незагрязнённой атмосфере может привести к вдыханию ранее уловленных вредных веществ при концентрации, превышающей 1 ПДКрз. Способность паров органически соединений с низкой температурой кипения быстро мигрировать побудила разработать специальный стандарт, требующий проверять возможность десорбции, и требования к отдельному классу фильтров, включающему запрет на их повторное использование. Однако эти требования несовершенны, не учитывают длительность и срок хранения, и способность мигрировать у других веществ [12].

            При сертификационных испытаниях изолированные фильтры проверяются при концентрации нескольких вредных веществ 0.1÷1.0% по объёму (на стенде), в том числе фильтры 3 класса защиты – 0.8÷1.0% [13]. Вероятно, это стало основанием для рекомендации использовать фильтрующие противогазные СИЗОД при такой же концентрации вредных веществ в воздухе ([14] и др.). Однако выполнение таких рекомендаций для веществ с относительно небольшой молекулярной массой и маленькими ПДКрз приводит к допустимости применения при очень большой кратности превышения ПДКрз. Например, у веществ второго класса опасности акрилонитрила и хлороформа (среднесменные ПДКрз 0.5 и 5 мг/м3 [0.2304 и 1.025 объёмных частей на миллион] - соответственно) концентрации 0.8% соответствует превышение ПДК в ~34700 и ~7800 раз. При наличии риска просачивания неотфильтрованного воздуха через зазоры между полнолицевой маской с панорамным стеклом и лицом (до 9% в производственных условиях [15] и до 4% [16] в лабораторных) выполнение подобных рекомендаций может создать угрозу не только для здоровья, но и для жизни.

            В продаже есть фильтрующие полумаски, у которых материал фильтра-корпуса насыщен поглотителем, или изготовлен из волокон, способных поглощать вредные газы. Авторы [17] предложили использовать такие СИЗОД не только для защиты от аэрозолей при превышении 1 ПДКрз и газов при раздражающей концентрации, меньшей 1 ПДКрз, но и превышении концентрации газов свыше 1 ПДКрз. Это не соответствует современной практике организации применения СИЗОД в развитых странах, а срок службы не может быть вычислен с использованием программного обеспечения изготовителей (3М), так как это вообще не предусмотрено. Причина в том, что масса сорбента такого СИЗОД (~ несколько грамм) на порядок меньше массы у сменных фильтров эластомерных полумасок (~ 60 грамм и более, вес фильтра ограничен 300 грамм), что сильно сократит срок службы. Другой фактор, негативно влияющий на срок службы – увлажнение сорбента выдыхаемым воздухом (увлажнение может значительно сократить срок службы). Эксперименты показали, что в наихудшем случае (при отрицательных температурах) возможно покрытие волокон фильтра (и соответственно - частиц сорбента) льдом, что может сделать защиту от газов невозможной. Для защиты от газообразных вредных веществ при превышении ПДКрз следует использовать эластомерные маски со сменными фильтрами, содержащими значительное количество сорбента, защищённого от контакта с выдыхаемым воздухом клапаном вдоха – как это и делают в развитых странах. Кроме того, при среднем сроке службы ~1-2 часа [18] использование дорогих одноразовых противогазоаэрозольных фильтрующих полумасок - не выгодно.

 

Выводы.

В условиях отсутствия государственного регулирования и обучения специалистов по охране труда выбору и организации применения СИЗОД, применение фильтрующих противогазных респираторов связано с дополнительным потенциальным риском развития профзаболеваний и острых отравлений из-за: не своевременной замены противогазных фильтров; использования СИЗОД при чрезмерно большой кратности превышения ПДКрз; при неоднократном использовании для защиты от летучих веществ. Эта опасность может возрасти при выполнении рекомендаций авторов, не обоснованных результатами научных исследований и не согласующихся с практикой применения фильтрующих СИЗОД в развитых странах.

Безопасное применение СИЗОД требует не только соответствия изделий требованиям к их качеству, но и правильного выбора, и организации их правильного использования, что не может обеспечить никакая сертификация.

Необходимо разработать соответствующие нормативные документы, регламентирующие порядок применения сложного технического устройства (СИЗОД), учитывая и современный уровень науки, и передовой западный опыт, и мнение всех заинтересованных сторон (специалистов по профзаболеваниям и охране труда, представителей профсоюзов и др.), а не только интересы продавцов и изготовителей (не учитывающих требования к безопасности рабочих), разработать механизм контроля за выполнением требований, и соответствующие учебные пособия.

 

Литература:

1. Standard 29 CFR 1910.134 «Respiratory Protection».

2. DIN EN 529-2005 «Atemschutzgeräte - Empfehlungen für Auswahl, Einsatz, Pflege und Instandhaltung – Leitfaden».

3. N. Bollindger et al. NIOSH Respirator Selection Logic. DHHS (NIOSH) Publication No. 2005-100.

4. Standard 42 CFR Part 84 «Respiratory Protective Devices».

5. Respirator Usage in Private Sector Firms, 2001 http://www.cdc.gov/niosh/docs/respsurv/

6. New Research and Development on End-of-Service-Life Systems for Air Purifying Respirators. Презентация J.L. Snyder & L.A. Greenawald на международной конференции International Society for Respiratory Protection  в Праге (21-24.09.2014).

7. Трумпайц Я.И., Афанасьева Е.Н. Индивидуальные средства защиты органов дыхания (альбом). Ленинград: Профиздат, 1962.

8. Шкрабо М.Л. и др. Промышленные противогазы и респираторы. Каталог. Отделение НИИТЭХИМа Черкассы, 1974 и 1982г.

9. Каминский С.Л., А. Рогожин. Рекомендации по выбору и применению средств индивидуальной защиты органов дыхания. Гражданская защита № 8 2009г  http://gochs.info/p0897.htm

10. ГОСТ Р 12.4.279-2012. Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Рекомендации по выбору, применению и техническому обслуживанию.

11. Каминский С.Л., Коробейникова А.В. Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Выбор. Применение. Режимы труда. СПб, 1999. 399с. http://www.virteks.ru/?act=info&id=1

12. G.O. Wood & J.L. Snyder. Estimating Reusability of Organic Air-Purifying Respirator Cartridges

Journal of Occupational and Environmental Hygiene (2011) Vol. 8(10) 609-617.

13. ГОСТ 12.4.245-2013. Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Фильтры противогазовые и комбинированные. Общие технические условия.

14. Чеснокова М.В. Практические вопросы контроля качества и эффективности СИЗОД. Справочник специалиста по охране труда №1 2014 с. 45-53.

15. Tannahill S.N., R.J. Willey and M.H. Jackson Workplace Protection Factors of HSE Approved Negative Pressure Full-Facepiece Dust Respirators During Asbestos Stripping: Preliminary Findings // The Annals of Occupational Hygiene. (1990) Vol. 34(6) p. 541-552.

16. C.D. Crutchfield et al. Effect of Test Exercises and Mask Donning on Measured Respirator Fit // Applied Occupational and Environmental Hygiene (1999) Vol. 14(12) p. 827-837.

17. Васильев Е.В., Гизатуллин Ш.Ф и Спельникова М.И. Проблема выбора и использования противогазоаэрозольных фильтрующих полумасок. Справочник специалиста по охране труда. № 12 2014г с. 51-55.

18 . T. Rozzi, J. Snyder & D. Novak. Pilot Study of Aromatic Hydrocarbon Adsorption Characteristics of Disposable Filtering Facepiece Respirators that Contain Activated Carbon. Journal of Occupational and Environmental Hygiene (2012) Vol. 9(11) p. 624-629.