medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2021-100-3-196-203medlit-1321Research ArticleГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫENVIRONMENTAL HYGIENEОценка химической безопасности природоохранных технологий по снижению загрязнения выбросов в атмосферу (на примере процессов лазерной обработки полимерных материалов)Estimation of chemical safety of environmental protection technologies for atmosphere pollution reduction (a case study of processess of laser treatment of polymer materials)https://orcid.org/0000-0003-3112-0980МалышеваАлла ГеоргиевнаMalyshevaAlla G.

Доктор биол. наук, профессор, вед. науч. сотр. лаб. эколого-гигиенической оценки и прогнозирования токсичности веществ ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» ФМБА России, 119121, Москва.

e-mail: AMalysheva@cspmz.ru

MD, Ph.D., DSci., leading researcher of the Laboratory for environmental hygienic assessment and prediction of toxicity of substances of the Centre for Strategic Planning and Management of Biomedical Health Risks of the Federal Medical Biological Agency (Centre for Strategic Planning of FMBA of Russia), Moscow, 119121, Russian Federation.

e-mail: AMalysheva@cspmz.ru

amalysheva@cspmz.ruФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» ФМБА РоссииCentre for Strategic Planning and Management of Biomedical Health Risks of the Federal Medical Biological Agency2021150420211003196203Copyright © Малышева А.Г., 20212021Малышева А.Г.Malysheva A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/1321Введение

Введение. Одним из способов защиты атмосферного воздуха от промышленных загрязнений является применение природоохранных технологий, направленных на очистку выбросов. В результате техногенного воздействия промышленные выбросы могут изменять состав воздушной среды, при этом образовавшиеся продукты физико-химических превращений с иными, иногда более токсичными свойствами могут влиять на качество и химическую безопасность атмосферного воздуха по сравнению с поступающими в него в составе промышленных выбросов исходными веществами.

Материалы и методы

Материалы и методы. Исследования влияния разных технологий очистки выбросов в атмосферу производств лазерной обработки органического стекла и полимерных материалов проведены с использованием хромато-масс-спектрометрической системы Focus GC с DSQ II (США).

Результаты

Результаты. Установлено изменение качественно-количественного состава выбросов процессов лазерной обработки органического стекла при использовании разных очистных устройств. Оценка эффективности электростатической технологии очистки на основе плазменно-каталитического окисления атомарным кислородом установила увеличение содержания продуктов трансформации – альдегидов. Очистные устройства оказались неэффективными и химически небезопасными в отношении одного из основных загрязняющих веществ, входящих в состав выбросов производств обработки органического стекла и полимерных материалов лазерными установками – метилметакрилата.

Заключение

Заключение. Применение новых природоохранных технологий очистки выбросов может вызывать изменение их качественно-количественного состава, что требует химико-аналитического контроля. Для адекватной оценки эффективности и химической безопасности новых технологий очистки выбросов целесообразно использовать хромато-масс-спектрометрию, позволяющую идентифицировать и количественно определять до 100 веществ одновременно в воздухе с неизвестным составом загрязняющих веществ, что позволит не только снизить угрозу здоровью, но и учитывать возможность техногенного образования побочных продуктов трансформации.

Introduction

Introduction. One way to protect atmospheric air from industrial pollution is the use of environmental protection technologies aimed at emissions purification. As a result of the man-induced impact, the industrial emissions can change the composition of air medium, while the resulting products of physical and chemical transformations with other, sometimes more toxic properties, can influence on the quality and chemical safety of atmospheric air in comparison with the initial substances entering it as part of industrial emissions.

Materials and methods

Materials and methods. Studies of the impact of various technologies of treatment the industrial atmospheric emissions of organic glass and polymer materials processing plants with laser systems were carried out using a chromato-mass spectrometric system Focus GC с DSQ II (USA).

Results

Results. We have established the change in the qualitative-quantitative composition of emissions from organic glass laser treatment processes using various cleaning devices. Estimation of electrostatic purification technology efficiency based on plasma-catalytic oxidation with atomic oxygen revealed an increase in the transformation products - aldehydes. The cleaning devices seems ineffective and chemically unsafe concerning one of the primary pollutants included in the emissions of organic glass and polymer materials processing plants with laser systems - methyl methacrylate.

Conclusion

Conclusion. The use of new environmental protection technologies for emissions purification can cause a change in their qualitative-quantitative composition, which requires chemical-analytical control. It is advisable to use chromatography-mass spectrometry to identify and quantify up to 100 substances simultaneously in the air with an unknown composition of pollutants to assess the efficiency and chemical safety of new technologies for emissions purification adequately. It will certainly reduce and minimize health risks and allow considering the possibility of man-induced formation of transformation by-products.

выбросы в атмосферузагрязняющие веществаприродоохранные технологиихромато-масс-спектрометрические исследованиятрансформацияхимическая безопасностьair emissionspollutantsenvironmental technologieschromatography-mass spectrometric studiestransformationchemical safetyReferencesКушелев В.П. Охраны природы от загрязнений промышленными выбросами. М.: Химия; 1979.Kushelev V.P. Environmental Protection from Industrial Pollution [Okhrany prirody ot zagryazneniy promyshlennymi vybrosami]. Moscow: Khimiya; 1979. (in Russian)Белов С.Д., Барбинов Ф.А., Козьяков А.Ф. Охрана окружающей среды. М.; 1999.Belov S.D., Barbinov F.A., Koz’yakov A.F. Environmental Protection [Okhrana okruzhayushchey sredy]. Moscow; 1999. (in Russian)Кирсанов Ю.Г. Оценка воздействия выбросов вредных веществ на атмосферный воздух. Екатеринбург; 2018.Kirsanov Yu.G. Evaluation of the Effect of Emissions of Harmful Substances on Atmospheric Air [Otsenka vozdeystviya vybrosov vrednykh veshchestv na atmosfernyy vozdukh]. Ekaterinburg; 2018. (in Russian)Кнут В.А. Промышленная экология. М.; 1986.Knut V.A. Industrial Ecology [Promyshlennaya ekologiya]. Moscow; 1986. (in Russian)Оранская И.И., Шевчик А.А., Ярушин С.В., Гурвич В.Б., Адамцев Е.И. Идентификация опасности при оценке и управлении риском для здоровья населения в процессе обоснования размера санитарно-защитной зоны промышленного предприятия. Гигиена и санитария. 2017; 96(12): 1204-7. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2017-96-12-1204-1207Oranskaya I.I., Shevchik A.A., Yarushin S.V., Gurvich V.B., Adamtsev E.I. The hazard identification in the assessment and management of the health risk of the population in the process of the justification of the size of the sanitary protection zone of an industrial enterprise. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2017; 96(12): 1204–7. (in Russian)Бондарева Т.И. Экология химических производств. М.; 1986.Bondareva T.I. Ecology of Chemical Industries [Ekologiya khimicheskikh proizvodstv]. Moscow; 1986. (in Russian)Родионов А.И., Кузнецов Ю.П., Зенков В.В., Соловьев Г.С. Оборудование, сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов. М.: Химия; 1985.Rodionov A.I., Kuznetsov Yu.P., Zenkov V.V., Solov’ev G.S. Equipment, Structures, Design Fundamentals of Chemical-Technological Processes for Protecting the Biosphere from Industrial Emissions [Oborudovanie, sooruzheniya, osnovy proektirovaniya khimiko-tekhnologicheskikh protsessov zashchity biosfery ot promyshlennykh vybrosov]. Moscow: Khimiya; 1985. (in Russian)Зайцев В.А. Промышленная экология. М.: БИНОМ; 2015.Zaytsev V.A. Industrial Ecology [Promyshlennaya ekologiya]. Moscow: BINOM; 2015. (in Russian)Малышева А.Г., Козлова Н.Ю., Юдин С.М. Неучтённая химическая опасность процессов трансформации веществ в окружающей среде при оценке эффективности применения технологий. Гигиена и санитария. 2018; 97(6): 490-7. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2018-97-6-490-497Malysheva A.G., Kozlova N.Yu., Yudin S.M. The unaccounted hazard of processes of substances transformation in the environment in the assessment of the effectiveness of the application of technologies. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2018; 97(6): 490–7. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2018-97-6-490-497 (in Russian)Малышева А.Г., Козлова Н.Ю., Растянников Е.Г., Ермаков А.А., Шохин В.А. Физико-химические исследования для оценки химической безопасности и эффективности применения новой системы очистки свалочного газа на полигоне твёрдых бытовых отходов. Гигиена и санитария. 2017; 96(11): 1103-8. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2017-96-11-1103-1108Malysheva A.G., Kozlova N.Yu., Rastyannikov E.G., Ermakov A.A., Shokhin V.A. Physico-chemical investigations for the assessment of the chemical safety and efficacy of application of a new system of landfill gas purification at the solid domestic garbage dump. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2017; 96(11): 1103–8. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2017-96-11-1103-1108 (in Russian)Малышева А.Г., Рахманин Ю.А., Растянников Е.Г., Козлова Н.Ю., Артюшина И.Ю., Шохин В.А. Хромато-масс-спектрометрические исследования летучих выделений растений для оценки эффективности и химической безопасности применения средоулучшающих фитотехнологий. Гигиена и санитария. 2016; 95(6): 501-7. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2016-95-6-501-507Malysheva A.G., Rakhmanin Yu.A., Rastyannikov E.G., Kozlova N.Yu., Artyushina I.Yu., Shokhin V.A. Gas chromatography-mass spectrometric studies of volatile emissions from plants for the assessment of the effectiveness and chemical safety of the implementation of environment improving phytotechnologies. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2016; 95(6): 501–7. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2016-95-6-501-507 (in Russian)Швыряев И.А. Физико-химические превращения в атмосфере и оценка экологического риска от выбросов промышленных объектов: Автореф. дисс.. канд. хим. наук. М.; 2006.Shvyryaev I.A. Physicochemical transformations in the atmosphere and environmental risk assessment from emissions of industrial facilities: Diss. Moscow; 2006. (in Russian)Швыряев И.А. Оценка воздействия продуктов превращений выбросов компрессорных станций на природные объекты Крайнего севера. Вестник Российского университета дружбы народов. Экология и безопасность жизнедеятельности. 2006; (1): 14-22.Shvyryaev I.A. Assessment of the impact of the products of conversion of emissions of compressor stations on natural objects of the Far North. Vestnik Rossiyskogo universiteta druzhby narodov. Ekologiya i bezopasnost’ zhiznedeyatel’nosti. 2006; (1): 14–22. (in Russian)Малышева А.Г., Юдин С.М. Трансформация химических веществ в окружающей среде как неучтенный фактор опасности для здоровья населения. Химическая безопасность. 2019; 3(2): 45-66. https://doi.org/10.25514/CHS.2019.2.16005Malysheva A.G., Yudin S.M. Transformation of chemicals in the environment as an overlooked hazard factor for public health. Khimicheskaya bezopasnost’. 2019; 3(2): 45–66. https://doi.org/10.25514/CHS.2019.2.16005 (in Russian)Швыряев И.А., Меньшиков В.В. Региональная оценка риска с учетом вторичных процессов загрязнителей в атмосфере. In: Revija rada - XXXII. Megraf Beograd: Zastita press; 2002: 159-64.Shvyryaev I.A., Men’shikov V.V. Regional risk assessment taking into account secondary processes of pollutants in the atmosphere. In: Revija rada, godina XXXII. Megraf Beograd: Zastita press; 2002: 159–64. (in Russian)Хадарцев А.А., Хрупачев А.Г., Ганюков С.П. Трансформация техногенных загрязнителей в атмосферном воздухе. Фундаментальные исследования. 2010; (12): 158-64.Khadartsev A.A., Khrupachev A.G., Ganyukov S.P. Transformation of technogenic pollutants in the air. Fundamental’nye issledovaniya. 2010; (12): 158–64. (in Russian)Чернявский С.А. Исследование трансформации химических примесей в атмосфере и оценка экологического риска как условие повышения информативности системы мониторинга: Автореф. дисс.. канд. техн. наук. М.; 2015.Chernyavsky S.A. Investigation of the transformation of chemical impurities in the atmosphere and environmental risk assessment as a condition for increasing the information content of the monitoring system: Diss. Moscow; 2015. (in Russian)Беляев Н.Н., Славинская Е.С., Кириченко Р.В. Прогноз загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта с учетом химической трансформации вредных веществ. Наука и прогресс транспорта. 2017; (3): 15-22. https://doi.org/10.15802/stp2017/104549Belyaev N.N., Slavinskaya E.S., Kirichenko R.V. Prediction of atmospheric air pollution by emissions of motor transport taking into account the chemical transformation of harmful substances. Nauka i progress transporta. 2017; 3 (69): 15–22. (in Russian)Мишарина Т.А., Константинова М.Л., Крикунова Н.И., Подмастерьев В.В., Разумовский С.Д., Теренина М.Б. и соавт. Определение летучих органических веществ до и после их озонирования в воздухе закрытых помещений. Прикладная аналитическая химия. 2015; 5(1): 10-6.Misharina T.A., Konstantinova M.L., Krikunova N.I., Podmaster’ev V.V., Razumovskiy S.D., Terenina M.B., et al. The detection of volatile organic compounds before and after their ozonation in closed space air. Prikladnaya analiticheskaya khimiya. 2015; 5(1): 10–6. (in Russian)Рахманин Ю.А., Малышева А.Г. Концепция развития государственной системы химико-аналитического мониторинга окружающей среды. Гигиена и санитария. 2013; 92(6): 4-9.Rakhmanin Yu.A., Malysheva A.G. The concept of the development of the state of chemical-analytical environmental monitoring. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2013; 92(6): 4–9. (in Russian)Копытенкова О.И., Леванчук А.В., Еремин Г.Б. Гигиеническая характеристика воздушного бассейна в районе интенсивной эксплуатации дорожно-автомобильного комплекса. Гигиена и санитария. 2019; 98(6): 613-8. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-6-613-618Kopytenkova O.I., Levanchuk A.V., Eremin G.B. Hygienic characteristics of the atmospheric air in the area of intensive use of the road-car complex. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2019; 98(6): 613–8. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-6-613-618 (in Russian)Паспорт национального проекта «Экология». Утверждён Президиумом Совета при Президенте РФ по стратегическому развитию и национальным проектам, протокол № 16 от 24.12.2018. Available at: https://www.mnr.gov.ru/upload/medialibrary/5e7/ecology.pdfPassport of the national project «Ecology». Approved Presidium of the Presidential Council for Strategic Development and National Projects, Protocol № 16; 24.12.2018. Available at: https://www.mnr.gov.ru/upload/medialibrary/5e7/ecology.pdf (in Russian)Клюев Н.Н., Яковенко Л.М. «Грязные» города России: факторы, определяющие загрязнение атмосферного воздуха. Вестник Российского университета дружбы народов. 2018; 26(2): 237. https://doi.org/10.22363/2313-2310-2018-26-2-237-250Klyuev N.N., Yakovenko L.M. «Dirty» cities in Russia: factors determining air pollution. Vestnik Rossiyskogo universiteta druzhby narodov. 2018; 26(2): 237. https://doi.org/10.22363/2313-2310-2018-26-2-237-250 (in Russian)Зайцева Н.В., Май И.В., Клейн С.В., Горяев Д.В. Методические подходы к выбору точек и программ наблюдения за качеством атмосферного воздуха в рамках социально-гигиенического мониторинга для задач федерального проекта «Чистый воздух». Анализ риска здоровью. 2019; (3): 4-17. https://doi.org/10.21668/health.risk/2019.3.01Zaytseva N.V., May I.V., Kleyn S.V., Goryaev D.V. Methodical approaches to selecting observation points and programs for observation over ambient air quality within social and hygienic monitoring and «Pure air» federal project. Analiz riska zdorov’yu. 2019; (3): 4–17. https://doi.org/10.21668/health.risk/2019.3.01 (in Russian)Сидоренко Г.И., Крутько В.Н. Сохранить здоровье нации. В кн.: Экологическая альтернатива. М.: Прогресс; 1990: 760-95.Sidorenko G.I., Krut’ko V.N. Preserve the Health of the Nation. In: Environmental Alternative [Ekologicheskaya al’ternativa]. Moscow: Progress; 1990: 760–95. (in Russian)WHO. Ambient air pollution: A global assessment of exposure and burden of disease; 2016. Available at: https://www.who.int/phe/publications/air-pollution-global-assessment/enWHO. Ambient air pollution: A global assessment of exposure and burden of disease; 2016. Available at: https://www.who.int/phe/publications/air-pollution-global-assessment/enWHO. Global Status Report on Noncommunicable Diseases - 2014. Available at: https://www.who.int/nmh/publications/ncd-status-report-2014/enWHO. Global Status Report on Noncommunicable Diseases – 2014. Available at: https://www.who.int/nmh/publications/ncd-status-report-2014/enCohen A.J., Brauer M., Burnett R., Anderson H.R., Frostad J., Estep K., et al. Estimates and 25-year trends of the global burden of disease attributable to ambient air pollution: an analysis of data from the Global Burden of Diseases Study 2015. Lancet. 2017; 389(10082): 1907-18. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(17)30505-6Cohen A.J., Brauer M., Burnett R., Anderson H.R., Frostad J., Estep K., et al. Estimates and 25-year trends of the global burden of disease attributable to ambient air pollution: an analysis of data from the Global Burden of Diseases Study 2015. Lancet. 2017; 389(10082): 1907–18. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(17)30505-6Lelieveld J., Evans J.S., Fnais M., Giannadaki D., Pozzer A. The contribution of outdoor air pollution sources to premature mortality on a global scale. Nature. 2015; 525(7569): 367-71. https://doi.org/10.1038/nature15371Lelieveld J., Evans J.S., Fnais M., Giannadaki D., Pozzer A. The contribution of outdoor air pollution sources to premature mortality on a global scale. Nature. 2015; 525(7569): 367–71. https://doi.org/10.1038/nature15371Федотов Д.Е., Марков В.В. Технические возможности лазерных технологий в машиностроении и приборостроении. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2010; 2-3(280): 110-5.Fedotov D.E., Markov V.V. Technical possibilities of laser technologies in the device-building. Fundamental’nye i prikladnye problemy tekhniki i tekhnologii. 2010; 2–3(280): 110–5. (in Russian)Сентюрин Е.Г., Мекалина И.В., Айзатулина М.К., Орлова И.В. Полирование и шлифование - эффективные методы повышения «серебростойкости» и оптических характеристик оргстекол при изготовлении и продлении ресурса авиационного остекления в эксплуатации (обзор). Труды ВИАМ. 2018; (10): 45-52.Sentyurin E.G., Mekalina I.V., Ayzatulina M.K., Orlova I.V. Polishing and grinding are effective methods to increase the “silver resistance” and optical characteristics of plexiglas in the manufacture and extension of the life of aircraft glazing in operation (review). Trudy VIAM. 2018; (10): 45–52. (in Russian)Мекалина И.В., Сентюрин Е.Г., Климова С.Ф., Богатов В.А. Новые «серебростойкие» органические стекла. Авиационные материалы и технологии. 2012; (4): 45-8.Mekalina I.V., Sentyurin E.G., Klimova S.F., Bogatov V.A. Novel «silver-stable» organic glasses. Aviatsionnye materialy i tekhnologii. 2012; (4): 45–8. (in Russian)Овчинникова Ю.В., Усольцев В.П. Особенности лазерного гравирования изделий из оргстекла. В кн.: Материалы XII Международной научно-технической конференции «Приборостроение в XXI веке - 2016. Интеграция науки, образования и производства». Ижевск; 2017: 623-7.Ovchinnikova Yu.V., Usol’tsev V.P. Features of laser engraving of products made of organic glass. In: The Collection of Materials of the XII International Scientific and Technical Conference «Instrument-Making in the XXI Century - 2016. Integration of Science, Education and Production» [Materialy XII Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Priborostroenie v XXI veke – 2016. Integratsiya nauki, obrazovaniya i proizvodstva»]. Izhevsk; 2017: 623–7. (in Russian)Лазарев Н.В., ред. Вредные вещества в промышленности. Том 1. Органические вещества. Ленинград: Химия; 1976: 178-84.Lazarev N.V., ed. Harmful Substances in Industry. Tom 1. Organic Matter [Vrednye veshchestva v promyshlennosti. Tom 1. Organicheskie veshchestva]. Leningrad: Khimiya; 1976: 178–84. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.