Методическое пособие 817

Необходимость определения вероятности возникновения лесного пожара на том или ином исследуемом участке лесного массива, в первую очередь связана с необходимостью обеспечить запас времени для принятия адекватного решения на тушение лесного пожара. Поскольку наличие сил и средств, необходимых для организации эффективного тушения значительно меньше необходимого, то эффективной организации работ необходимо создавать временной интервал, позволяющий принять решение и организовать мобилизацию либо перемещение необходимых сил средств и техники. В силу своей природы ленной пожар представляет собой стихийный процесс динамичный во времени и пространстве, что значительно усложняет организацию работ по его ликвидации. На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что чем большим временем будут располагать дежурные силы службы пожаротушения, тем эффективнее будет организована работа.

Определение безразмерных нормированных значений влияющих факторов

Определение нагрузочных коэффициентов для данного участка лесного массива в рассматриваемый период времени

Определение вероятности возникновения очага возгорания на данном участке лесного массива в рассматриваемый период времени

Обобщение вероятностей возникновения очагов возгорания по участкам лесного массива

Составление прогноза вероятности возникновения очага возгорания на территории лесного массива

Алгоритм процесса прогнозирования

Предлагаемая модель позволит определить вероятность возникновения очага возгорания на определенном участке лесного массива в зависимости от нескольких факторов, варьируя которые можно прогнозировать данный про-

240

цесс [6]. Обладая информацией о вероятности возникновения возгорания появляется возможность заблаговременного принятия того или иного решения. Временные рамки данного прогноза ограничиваются рамками прогнозирования изменения влияющих факторов. Так как, часть влияющих факторов статична либо изменяется по известным законам на рассматриваемом промежутке времени, а другая часть факторов легко прогнозируема с достаточной точностью на длительные промежутки времени, то составление вероятностного прогноза не вызывает сложностей. Точность такого прогноза будет повышаться с увеличением объема статистических данных, используемых для составления модели.

Для облегчения составления прогноза и систематизации используемых статистических, данных целесообразно представить в виде программного продукта, с возможностью составления прогноза для каждого исследуемого участка лесного массива. В качестве экспериментального (пробного) варианта предлагается использовать вычислительные возможности редактора Microsoft Offices Excel.

Литература

1.Звягинцева Е. С., Яковлев Д. В., Федянж Ф. И. Оценка современных методик прогнозирования развития лесных пожаров и возможные пути их усовершенствования. Технологии гражданской безопасности.2006. т.3. № 4 (12)

2.Вентцель Е. С. Теория вероятностей: Учебник для вузов/ Е. С. Вентцель, - 11-е изд., стер. – М.: КНОРУС, 2010.

3.Широухов А.В. Иванов К.С. Методика анализа рисков возникновения лесных пожаров. Научно-аналитический журнал «Природные и техногенные риски (физикоматематические прикладные аспекты)». 2013. – № 2 (6). С. 15-24.

4.Вентцель Е. С. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения: учебное пособие / Е. С. Вентцель, Л. А. Овчаров. – 5-е изд., стер. – М.: КНОРУС, 2011.

5.Широухов А.В. Определение объема горючего материала на участке лесного массива при построении вероятностной модели возникновения очага возгорания. Материалы X Всероссийской научно-практической конференции: «Мониторинг, моделирование и прогнозирование опасных природных явлений и чрезвычайных ситуаций» 16.10.2020. ФГБОУ ВО Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России

6.Мальцев А. С., Складчикова Ю. В. Анализ современного состояния предупреждения и прогнозирования пожаров. В сборнике: Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. сборник статей по материалам III всероссийской научно-практической конференции с международным участием. 2012. С. 389-391.

Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России

А. V. Shiroukhov, N. A. Moroz

FORECASTING OF THE PROCESS OF OCCURRENCE OF FIRES

IN THE AREAS OF THE TERRITORY

The paper discusses the technique of creating a mathematical model to determine the probability of occurrence of a fire in a particular area. In this case, the prediction is based on the analysis of statistical data on the examined territory. Unlike other works, this mathematical model is used as hydro-meteorological data and anthropogenic factor.

Saint Petersburg University of the State Fire Service of emercom of Russia

241

УДК 614.87

В.С. Мушников, В. И. Лихтенштейн, В. В. Вьюхин, М. Д. Комаров,

Е.М. Меньшикова

РИСК ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ ОТ АЭРОЗОЛЕЙ ПРЕИМУЩЕСТВЕННОГО ФИБРОГЕННОГО ДЕЙСТВИЯ

В статье рассмотренные оценки воздействия аэрозолей на организм человека и количественные методики расчета риска профессионального заболевания силикозом.

Профессиональные заболевания – заболевания, в возникновении которых решающая роль принадлежит воздействию неблагоприятных вредных факторов производственной среды и трудового процесса. При этом, первое место занимают физические факторы (около 40 %), на втором месте аэрозоли (около 30 %).

По составу различают пыль неорганическую, органическую и смешанную. По дисперсному составу она бывает крупнодисперсная размером от 10 до 150 мкм, которая быстро оседает и практически отсутствует в воздухе; среднедисперсная размером от 10 до 5 мкм и мелкодисперсная размером менее 5 мкм, которая почти не оседает.

Основные пути проникновения производственной пыли в организм человека - через дыхательную систему. Это приводит к многочисленным разнообразным заболеваниям легких человека - пневмокониозам (от латинского pneumon – легкие и conia – пыль). Наиболее тяжелым и опасным является силикоз у работающих, связанных с добычей полезных ископаемых,

Нормирование пылей осуществляется по предельно допустимой концентрации (ПДК) в воздухе рабочей зоны, в атмосферном воздухе. Их значения приведены в нормативных документах.

Класс условий труда и степень вредности при профессиональном контакте с аэрозолями преимущественно фиброгенного действия (АПФД) определяют, исходя из величин превышения среднесменных параметров пылевой нагрузки.

В случае превышения среднесменной ПДК производят расчет пылевой нагрузки: величины суммарной экспозиционной дозы пыли, которую рабочий вдыхает за весь период фактического или предполагаемого профессионального контакта с фактором.

Пылевая нагрузка рассчитывается исходя из среднесменных концентраций АПФД в воздухе рабочей зоны, объема легочной вентиляции (с учетом тяжести труда) и продолжительности контакта с пылью:

где: К – фактическая среднесменная концентрация пыли в зоне дыхания работника, мг/м3;

242

N – число рабочих смен в календарном году; Т – количество лет контакта с АПФД;

Q – объем легочной вентиляции за смену, м3.

Полученные величины пылевой нагрузки соотносят с контрольной пылевой нагрузкой, которая также рассчитывается по формуле (1), но вместо значения К используется значение ПДК.

Средневзвешенная величина фактической концентрации для определяемого периода работы рассматривается по выражению:

где: К1 - Кn – средние величины концентрации пыли за смену;

t1 – tn – время работы в годах, при которых концентрации пыли были постоянны.

Для прогноза риска заболеваний пневмокониозами введен интегральный показатель R:

где: Х1 – возраст работающего, годы; Х2 – общий стаж его работы, годы;

Х3 – стаж работы в контакте с пылью, годы; Х4 – содержание пыли в воздухе рабочей зоны, мг/м3;

L1 – коэффициент, учитывающий содержание свободного диоксида кремния;

L2 – коэффициент, учитывающий дисперсный состав частиц ингалируемой пыли, ее минеральный состав и концентрацию в воздухе рабочей зоны;

L3 – коэффициент, учитывающий тяжесть труда и связанный с этим объем легочной вентиляции.

Проведем расчет риска профессионального заболевания силикозом для шахтеров. Пыль – антрацитовая, с содержанием SiO2=4 %. ПДК = 6 мг/м3. Возраст рабочего, Х1 = 60 лет. Общий стаж его работы, Х2 = 42 года. Стаж работы в контакте с пылью, лет, Х3=40 лет. Количество рабочих дней в году, N = 255 дней. Категория тяжести работ – ΙΙΙ.

По формуле (1) определяем пылевую нагрузку ПН. При этом, периоды работы равны t1=t2=t3=t4=10 лет. Среднесменные концентрации за эти периоды работы равны 8,1; 10,5; 9,8; 9,2 мг/м3, соответственно. Средневзвешенная величина фактической концентрации для определяемого периода работы получается К = 9,4 мг/м3.

Количество рабочих дней в году - 255, количество лет контакта с аэрозолями преимущественно фиброгенного действия (АПФД) Т=40 лет, объем легочной вентиляции Q=10 м3. По формуле (1) получаем величину ПН = 958800.

243

Контрольная пылевая нагрузка (КПН), когда в формуле (1) вместо значения К используется значение ПДК, получается равной КПН=612000. Сравнивая полученные значения ПН и КПН можно сделать заключение о превышении показателя ПН над КПН в 1,57 раза.

Для прогноза риска профессионального заболевания силикозом проведём расчета интегрального показателя «R». Возраст работающего Х1 = 60 лет, общий стаж его работы, лет, Х2 = 42 года.

Стаж работы в контакте с пылью - 40 лет, концентрация Х4=9,4 мг/м3; коэффициент, учитывающий содержание свободного диоксида кремния L1 =0,8; коэффициент, учитывающий дисперсный состав частиц ингалируемой пыли, ее минеральный состав (антрацитовая пыль с содержанием SiO2=4 %) и кратность превышения ПДК (1,57) L2 =2,15; коэффициент, учитывающий тяжесть труда (категория тяжести работ – ΙΙΙ) L3=1,8.

Результирующий интегральный показатель R равен 1621,62. Это свидетельствует о высоком риске профессионального заболевания силикозом с вероятностью 90 %.

Рассмотренные оценки воздействия пыли на организм человека и количественные методики расчета риска профессионального заболевания силикозом внедрены в учебный процесс УрФУ в виде практических заданий для обучающихся.

УрФУ имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург

V.S. Mushnikov, V. I. Likhtenstein, V. V. Vyukhin, M. D. Komarov,

E.M. Menshikova

RISK OF OCCUPATIONAL DISEASES

FROM AEROSOLS OF PREVENTIVE FIBROGENIC ACTION

The article examines the assessment of the impact of dust on the human body and quantitative methods for calculating the risk of occupational disease silicosis.

UrFU named after the first President of Russia B. N. Yeltsin

Yekaterinburg

244

УДК 621.3:620.3:61

Ф.Ю. Бурменко, Л. Л. Юров, А. А. Сузанский

КВЫБОРУ ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА И СПОСОБОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НОВЫХ АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ АКТИВНЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ МЕТАЛЛОВ

Встатье изложена обзорная информация и данные собственных экспериментальных исследований по получению наноразмерных частиц (НРЧ) металлов с антибактериальными свойствами. По результатам исследований предложены новые экономичные способы изготовления волокнистых антибактериальных материалов, содержащих НРЧ меди и/или ее окислы для изготовления медицинских изделий (маски, одежда, повязки и др.).

Уникальные физико-химические свойства ультрадисперсных частиц (УДЧ) металлов и их окислов обусловлены их размерным эффектом, особенно в нанодиапазоне. Чрезвычайно развитая свободная поверхность, достигающая значений сотен м2 на грамм вещества, определяет их особые физикохимические свойства и высокую активность наночастиц, особенно в процессе их образования, определяя возможность их использования в самых различных областях.

Особые свойства некоторых металлов как факторов биологического действия известны с древности, например, использование бактерицидных свойств серебра и меди в обшивке подводной части судов с целью защиты от биологического обрастания, биокоррозии и др. Однако с возрастанием дисперсности за счет увеличения свободного объема и активности поверхности частиц металлов и их окислов, подобные свойства возрастают многократно, о чем свидетельствуют результаты исследований, опубликованных в последние годы [1-5].

Важнейшим требованием к получению и использованию наночастиц металлов в качестве антибактериальных агентов, является их безопасность для человека и окружающей среды. Как следует из опубликованных источников и результатов экспериментальных исследований о воздействии наночастиц металлов и их окислов на бактерии и вирусы и минимальной токсичности их для человека, использование их на практике открывает новые возможности [6].

Это особенно важно в связи с возросшей мутагенностью патогенных микроорганизмов, наблюдаемой в последнее время, что обуславливает поиск новых активных агентов противодействия, особенно с учетом роста резистентности бактерий и вирусов к действию антибиотиков и антисептиков. Отсюда следует, что использование новых активных агентов для предотвращения заражения человека намного эффективнее, чем последующее его лечение самыми современными лекарственными средствами с использованием сложнейших технических систем.

Чрезвычайно важным в ситуации с влиянием новых факторов в виде агрессивного воздействия вируса COVID-19 и некоторых других, мутирующих

245

непредсказуемо, является возможность иметь средства, позволяющие производить в большом объеме антибактериальные и антивирусные защитные материалы с применением недорогих, доступных активных компонентов. В частности, на основе тканных и нетканных материалов, пригодных для изготовления защитных масок, одежды, повязок и др.

Использование серебра в качестве активного агента ограничивает широкое использование таких препаратов как правило в виде примочек, капель, мазей, но не позволяет широкого использования для изготовления медицинских масок, одежды, повязок и других асептических изделий, требующих больших объемов исходных материалов, содержащих наночастицы драгоценного металла. По этой же причине не нашли широкого применения нанодисперсии золота, платины и палладия.

Исходными веществами в качестве источника активных компонентов целесообразно использование доступных и сравнительно недорогих составов на основе меди и ее соединений. Активность меди и ее соединений при взаимодействии с биологическими объектами согласно современным исследованиям применение меди в лечебной практике показало, что на медных пластинах гибнут даже дифтерийная и тифозная палочки [7]. Закономерности биологического действия наноразмерных частиц (НРЧ) металлов, свойства НРЧ меди в зависимости от физ-химического строения приведены в работах [8-10]. Частные примеры использования меди в медицине, обычно в виде НРЧ, описаны в ряде патентов Российской Федерации [11-14].

Особо представляет интерес использование противовирусных свойств закиси меди и способы получения противовирусных текстильных материалов, запатентованных японскими исследователями и приведенных в описаниях патентов РФ [15, 16]. Практическое использование НРЧ некоторых металлов и их окислов в свободном виде или в составе препаратов сдерживается в основном недостатком экономически эффективных и экологичных технических решений.

Как следует из вышеприведенных источников исследования и эксперименты проводились преимущественно в лабораторных условиях с целью теоретического и экспериментального обоснования возможных будущих технологий.

Однако использование описанных способов и результатов исследований в реальных технологических процессах недостаточно неизвестно. Следует отметить существенное несовершенство способов металлизации длинномерных тканных материалов в объеме многокомпонентных восстановительных растворов. Проблема в том, что по выходу из раствора, пропитанный полуфабрикат помимо НРЧ металла или окислов будет содержать все компоненты, содержащиеся в растворе, даже при условии отжима остатков с применением различных устройств. В следствии этого, полученный полуфабрикат потребуется подвергнуть отмывке от целого комплекса исходных веществ и продуктов реакции как правило токсичных для человека и окружающей среды. Утилизация же технологических отходов потребует существенных затрат с безвозвратной потерей значительного количества исходных сырьевых материалов.

246

Общий обзор современных методов получения текстильных материалов с антибактериальными свойствами кратко изложен в [17]. Анализ информации данного обзора показывает, что основными способами изготовления таких материалов являются два направления:

−химическое нанесение НРЧ на основу в растворах восстановлением соединений металла до окислов или свободного металла;

−физическое, с использованием вакуум-термического, ионного или магнетронного напыления металлов или их окислов.

Модификация текстильных материалов может осуществляться как на стадии его переработки, так и при обработке конечного продукта.

Как следует из анализа информации, основными способами нанесения НРЧ металлов и их окислов на текстильные материалы являются способы восстановления соединений металлов в растворах, отличающихся использованием различных восстановителей, стабилизаторов и других вспомогательных веществ. В частности, такие способы приведены в описаниях патентов РФ [13, 14, 18, 19].

Разработка текстильных материалов с антибактериальными свойствами, исследования по влиянию условий процесса на дисперсность НРЧ металлов и их свойств изложена в ряде публикаций [20-22]. Модификация льняных материалов и других целлюлозосодержащих наночастицами меди в восстановительных растворах изложена в статье [23].

Таким образом из анализа вышеприведенной информации следует, что:

−актуальность проблемы обоснована существующей ситуацией пандемии и подтверждается значительным количеством публикаций по данной теме;

−доказано высокое антибактериальное действие НРЧ меди и ее окислов,

асогласно некоторым источникам [15, 16] даже выраженным противовирусным действием;

−основываясь на анализе информации и результатов предыдущих собственных исследований [1], представляется возможным обосновать техническое решение, способ экономичного процесса изготовления нового антибактериального материала с предложением основ технологического процесса.

Основные положения нового технологического процесса предполагают следующее:

−использование доступных, недорогих исходных материалов;

−применение стандартного и нестандартного оборудования с минимальными затратами на закупку, монтаж и обслуживание;

−минимализация технологических потерь;

−экологичность производства.

Основой предполагаемого технологического процесса является способность некоторых карбоксилатов меди и их комплексных соединений с аминами деструктировать при воздействии умеренных повышенных температур с образованием НРЧ меди и/или ее оксилов, о чем свидетельствуют результаты ис-

247

следований, изложенных в многочисленных публикациях и собственные исследования, изложенные в [1].

Существенным преимуществом процесса термолиза, в частности формиата или ацетата меди, или их комплексов с аммиаком является то, что основными побочными продуктами при этом являются газообразные CO, CO2, NH3, NO2 легко и просто утилизируемые с минимальным воздействием на рабочую зону

иокружающую среду [2, 3]. При этом получаемый материал не содержит побочных продуктов реакции требующих операций по его дополнительной обработке. Минимальное количество доступных недорогих компонентов является одним из основных факторов экономичности предлагаемого процесса.

Такой технологический процесс представляется возможным к реализации

иимеет ряд преимуществ в сравнении с описанными способами получения волокнистых материалов с антибактериальными свойствами. Низкие значения вязкости водных растворов аммиачных комплексов, в отличие от мицеллярных растворов, обеспечивают глубокое проникновение его в структуру нитей ткани при их пропитке. В результате при последующем термолизе, образующиеся НРЧ меди и/или окислы, полностью покрывают волокна х/б ткани, в отличие от

магнетронного или вакуумного напыления, где осаждаемое вещество не проникает в структуру волокон. При этом температурный режим 120-1300С и время процесса термолиза 1-3 минуты обеспечивают невысокую энергоемкость процесса и его производительность.

Анализ информации и приведенные исследования позволяют определить основу альтернативной технологии изготовления материала медицинского назначения с приданием ему новых свойств и обеспечения более безопасных условий производства.

Согласно предыдущему способу формиат меди использовали в виде водного раствора его комплекса с аммиаком в том числе по причине крайне слабой его растворимости в воде. Известно, что ацетат меди, в отличие от формиата, растворим в воде, что позволяет исключить аммиак и другие амины в качестве исходных веществ из технологического процесса.

Альтернативный способ предполагает нанесение исходного реагента, в виде водного раствора ацетата меди и глюкозы, на подложку из волокнистого материала методом пропитки с последующим отжимом и сушкой с применением известных устройств. Термическая обработка полуфабриката, в процессе которой происходит восстановление ацетата глюкозой до закиси и окисла меди, может быть осуществлена с применением горячих валков, воздействия инфракрасного теплового излучения.

Предлагаемый способ позволяет исключить применение летучего аммиака с высокими раздражающими свойствами. Тем не менее, следует учесть, что ацетат меди, как и все медные соли, также является токсичным веществом 4 класса опасности по ГОСТ 12.1.007. При этом цетат меди представляет собой мелкокристаллический продукт и при его использовании требуется применение

248

типовых систем обеспыливания в помещении и снабжение персонала защитными масками.

Как было указанно ранее, низкие значения растворимости формиата меди в воде обусловили применение его в виде водного раствора в составе аммиачного комплекса. Однако в процессе исследований было установлено, что формиат меди растворим в водном растворе глюкозы. Например, в 20 мл 40% раствора глюкозы растворяется 1,5 г формиата меди, предположительно с образованием комплекса ярко-синего цвета. В итоге появляется возможность исключить применение в технологическом процессе таких токсичных продуктов как ацетат меди и аммиак.

Экспериментально установлено, что комплекс глюкозы и формиата меди, нанесённый на тканный или нетканый материал, вне зависимости от его состава при воздействии температуры в диапазоне 120-1500С в течении 30-60 с приобретает темный цвет с красноватым отливом, что свидетельствует о наличии меди и ее окислов в виде НРЧ.

Таким образом, нами предлагается техническое решение, более экономичного и экологически чистого способа получения наночастиц металлов меди и ее окислов в качестве антибактериальных веществ. Проводимая работа позволила определить исходные компоненты, оптимальные для синтеза наночастиц меди с последующей комплексной оценкой их антибиотикорезистентности и технологических свойств.

Литература

1.Бурменко Ф. Ю. Некоторые особенности термохимической деструкции карбонатов меди в среде расплава полимера /Бурменко Ф. Ю, Юров Л. Л. – Текст непосредственный //Вестник науки Приднестровья. – 2011. – № 1. – С.196-203.

2.Натансон Э. М. Коллоидные металлы и металлополимеры. /Натансон Э. М., Ульберг З.Р. – Текст непосредственный // Киев: Наукова думка, 1971.

3.Помогайло А. Д. Наночастицы металлов в полимерах./ Помогайло А. Д., Розенберг А. С., Уфлянд И. Е - Текст непосредственный // – М.: Химия, 2000. – 672.

4.Волков Г. М. Нанотехнологии. Наука и производство //Нанотехнологии машиностроительных материалов. Научный журнал № 4 (41) 2016. С. 3-13.

5.Балоян Б. М. НАНОМАТЕРИАЛЫ. Классификация, особенности свойств, применение и технологии получения. Балоян Б. М., Колмаков А. Г., Алымов М. И., Кротов А. М Учебное пособие. – Москва. 2007. 100 с.

6.Публикации 1977-2007 г. на интернет сайте: http//www/nanobiology.narod.ru

7.Вельховер Е. С. Применение меди и ее солей в лечебной практике. Методические рекомендации. /Вельховер Е. С., Ромашов Ф. Н., Селюкова В. В. - Текст непосредственный // – М.: Университет дружбы народов, 1982. – 44с.

8.Глущенко Н. Н. Физико-химические закономерности биологического действия высокодисперсных порошковых металлов./ Глущенко Н. Н., Богославская О. А., Ольховская И.

П.- Текст непосредственный // Химическая физика. – 2002. – Т.21(4). – с. 79-85.

9.Рахметова А. А. Ранозаживляющие свойства наночастиц меди в зависимости от их физико-химических характеристик. / Рахметова А. А., Алексеева Т. П., Богославская О. А. - Текст непосредственный // Российские нанотехнологии. – 2010. Т.5. - № 3-4. – С. 62-67.

249