Технологические пути профилактики действия на людей химических канцерогенных веществ - общая онкология

Воздействие на технологические процессы.

Многие технологические операции современного производства сопровождаются протеканием побочных или вторичных процессов, в результате которых возникают химические канцерогенные соединения (или их предшественники). Нередко возможность воздействия на людей возникших при этом канцерогенов не ограничивается лишь сферой данного производства. Они могут выйти далеко за пределы соответствующего предприятия вследствие присутствия их в виде примесей или загрязнений в его продукции либо с выбросами и отходами производства и поступить в окружающую человека среду. Таким образом, воздействию химических канцерогенных веществ, возникших на производстве, могут подвергнуться люди, не имеющие никакого прямого отношения к данным предприятиям. Следовательно, инженерные мероприятия, направленные на снижение количества канцерогенных веществ, образующихся при тех или иных технологических операциях, могут оказать профилактическое влияние на широкие круги населения, а не только на отдельные профессиональные группы людей.
То обстоятельство, что канцерогенные вещества возникают в результате побочных или вторичных процессов, обусловливает следующие важные последствия. Во-первых, при разработке технологических операций и конструировании соответствующих агрегатов возможность протекания таких процессов, как правило, не учитывается и в проект не закладываются никакие специальные мероприятия, нацеленные на предотвращение образования канцерогенных веществ- не предусматриваются также какие-либо эксплуатационные технологические инструкции, имеющие целью снижение выхода канцерогенных агентов. Во- вторых, концентрации канцерогенных веществ в основных продуктах производства, а также в его выбросах и отходах, бывают, как правило, незначительными с точки зрения технологов. Поэтому они не обнаруживаются при обычных для данного производства контрольных измерениях. Следовательно, факт поступления с данного производства канцерогенов в окружающую среду нередко вообще ускользает от внимания производственников.
Можно привести много примеров производств, производственных процессов, технологических и народнохозяйственных операций такого типа. Прежде всего следует отметить процесс сжигания любых видов топлива и вообще органических материалов. По-видимому, основная масса канцерогенных ПАУ, циркулирующих в окружающей человека среде, обязана своим происхождением именно этому процессу. При горении основным процессом является реакция окисления осколков молекул, образовавшихся в результате первичной деструкции топлива, Образование же канцерогенных ПАУ происходит в результате протекания побочных реакций полимеризации тех же осколков молекул, которые могли бы, в случае полного сгорания топлива, окислиться в ходе основного процесса. Существование процесса полимеризации и, следовательно, образования канцерогенных ПАУ становится возможным при горении, вероятно, лишь благодаря только (или в значительной степени) недостаточному качеству подготовки горючей смеси, что приводит к локальной недостаточности кислорода, даже тогда, когда средний коэффициент избытка воздуха является удовлетворительным.
Качество процесса горения, т. е. полнота сгорания топлива, контролируется определением содержания в дымовых газах продуктов неполного сжигания — СО, Н2 и т. д. Эти (так же, как и другие теплотехнические) показатели не всегда находятся в прямой корреляции с содержанием канцерогенных ПАУ в продуктах сгорания: при полном, судя по технологическим показателям, сгорании топлива дымовые газы могут содержать канцерогенные ПАУ [Гун Л.К. и др., 1971].
Процесс сжигания топлива является одним из основных источников поступления канцерогенных ПАУ в атмосферу, почву, воду водоемов, в растения, в растительные пищевые продукты и растительное пищевое сырье. Использование дымовых газов для копчения пищевых продуктов и в колбасном производстве, а также для сушки зерна, фруктов и другого пищевого сырья может явиться причиной появления канцерогенных ПАУ в ряде пищевых продуктов.
Горение является также первопричиной возможного появления канцерогенных соединений другого химического класса — НС. Дело в том, что в результате действия высоких температур, развивающихся при горении, может происходить образование оксидов азота, являющихся предшественниками НС. При использовании дымовых газов в технологических целях эти нитрозирующие оксиды азота могут вступать во взаимодействие с вторичными аминами (при их наличии), приводя к возникновению соответствующих НС. В настоящее время известны несколько видов продуктов, которые могут содержать НС такого происхождения. Хорошо доказано, что дымовое копчение рыбы является причиной появления (или увеличения содержания) НС в продукции вследствие взаимодействия оксидов азота, возникающих в процессе дымогенерации коптильного дыма и аминов, содержащихся в исходном сырье. Аналогична причина появления НС в беконе, который также подвергают обработке дымом в процессе его приготовления. Присутствие НС в некоторых образцах пива связывают с применением дымовых газов для сушки солода, что подтверждается корреляцией между содержанием этих агентов в солоде и пиве со способом сушки солода.
Таким образом, процесс сжигания топлива, играющий фундаментальную роль в современной технике и технологии, является одним из источников возникновения двух основных классов химических канцерогенов окружающей человека среды — ПАУ и НС. Эти агенты могут поступить либо непосредственно в окружающую среду вместе с дымовыми газами, либо вследствие использования дымовых газов в технологических целях в те или иные продукты массового употребления, в частности в пищевые продукты и пищевое сырье, напитки. В связи с этим должны быть различными и подходы к решению задачи профилактики действия на людей канцерогенов такого происхождения.
Первый, основной, путь профилактики — это влияние на сам процесс сжигания топлива, имеющее целью уменьшение вероятности протекания вторичных, побочных процессов, ведущих к появлению канцерогенных веществ (или их предшественников). Такие мероприятия должны разрабатываться на основе результатов тщательного научного изучения выхода вредных агентов при горении в зависимости от режимных, конструктивных и сырьевых факторов. Исследования такого рода хотя и производятся, но их объем и результаты еще явно недостаточны для того, чтобы на их основе можно было выработать исчерпывающие практические профилактические рекомендации. По имеющимся экспериментальным данным можно сделать лишь некоторые ориентировочные выводы ограниченной значимости. Режимные факторы (коэффициент избытка воздуха, температурный режим, тепловая нагрузка) имеют ограниченное влияние на выход канцерогенных ПАУ: уменьшением коэффициента избытка воздуха до величин меньше 1 можно резко увеличить образование канцерогенных веществ, однако если он выше 1, то варьирование его в данной конкретной установке не вызывает существенных изменений в выходе канцерогенов. Не имеют существенного влияния на него также и вариации температурного режима и тепловой нагрузки. Значительно большую роль играют конструкция топливной аппаратуры и вид топлива, причем значение вида топлива сводится, по-видимому, главным образом к тому, что из газообразного и жидкого топлива легче подготовить достаточно качественно горючую смесь, чем из твердого.
Практически все сказанное здесь означает, что на конкретной действующей установке строгое соблюдение теплотехнических инструкций по ее эксплуатации может обеспечить лишь сохранение выброса канцерогенных ПАУ на определенном уровне, определяющемся конструкцией установки. Отступления же от инструкции могут резко увеличить выход канцерогена. Что же касается уменьшения образования канцерогенов по сравнению с их количеством, возникающим при оптимальном теплотехническом режиме работы установки, то этого можно достигнуть лишь внесением инженерных конструктивных изменений в установку.
Все изложенное выше относительно процесса сгорания топлива относится к сжиганию его не только в топочных устройствах, но и в любых других установках, например двигателях внутреннего сгорания, турбинах, на химических предприятиях и т. п.
Следует отметить, что в настоящее время остается еще почти не изученным вопрос о связи сжигания топлива в установках различных типов с выделением в окружающую среду канцерогенных соединений различных металлов, хотя он заслуживает внимания.
Профилактика действия на людей канцерогенов, появляющихся в результате технологического применения дымовых газов, может осуществляться различными путями. Наиболее радикальным среди них является отказ от применения в народном хозяйстве технологических операций, допускающих непосредственный контакт дымовых газов с пищевыми продуктами или материалами, используемыми в пищевой промышленности. Если горячие дымовые газы (обычно разбавляемые воздухом для снижения их температуры до требуемой технологическим режимом) играют роль только теплоносителя, то вместо них можно применять чистый воздух, нагретый до заданной температуры в специальных калориферах. Такая технология сушки применяется в некоторых отраслях народного хозяйства. С точки зрения охраны здоровья населения она считается весьма разумной, поскольку, как предполагается, исключает возможность проникновения в высушиваемый материал не только известных канцерогенных соединений, но и любых других нежелательных агентов, которые могут присутствовать в продуктах сгорания. Следует отметить, однако, что в свете современных данных такая точка зрения не совсем справедлива. Дело в том, что атмосферный воздух в некоторых местностях бывает настолько загрязнен ПАУ, что использование его в качестве агента сушки приводит к появлению БП в высушиваемом материале. В то же время наблюдались случаи, когда атмосферный воздух, подаваемый в топку, работающую на природном газе, содержал больше БП, чем выходящие из топки дымовые газы.
Способ сушки, исключающий контакт продуктов сгорания с высушиваемым материалом, в экономическом отношении значительно менее выгоден, чем сушка непосредственно продуктами сгорания. Важно и то, что он требует большего расхода горючего. По-видимому, именно в связи с этим в последнее время отмечается тенденция не к уменьшению, а скорее к расширению применения сушки кормовых и даже пищевых продуктов дымовыми газами, разбавленными воздухом. К тому же результаты исследования продуктов, подвергавшихся сушке дымовыми газами, показывают, что такой способ сушки не всегда сопровождается накоплением канцерогенных веществ в высушиваемом материале. Возможность накопления канцерогенов в них, как показывает анализ экспериментальных данных, зависит от ряда факторов: от концентрации канцерогена в теплоносителе, от свойств самого материала и от состояния его слоя (плотный слой, кипящий слой, взвешенное состояние). Специальные исследования показали, что, например, сушка смесью продуктов сгорания газообразного или жидкого топлива зерна, семян масличных культур, сои, фруктов в ряде типов существующих сушильных агрегатов не приводит к появлению в них дополнительных количеств БП по сравнению с фоновым его содержанием, если такое имеется [Каткова О. Н. и др., 1975]. В то же время сушка лекарственного сырья в сушильных установках аналогичного типа увеличивает содержание в нем
БП в среднем в 4 раза [Дикун П. П. и др., 1981]. Имеются данные, указывающие на то, что и в зерне, семенах масличных культур, фруктах содержание БП может подниматься до относительно высокого уровня в результате сушки в некоторых типах сушильных установок.
Учитывая все эти обстоятельства, целесообразно рекомендовать дифференцированный подход к решению вопроса о допустимости сушки продуктами сгорания в том или ином конкретном случае. Он должен решаться на основе тщательного изучения сушильного агрегата как в той его части, которая производит теплоноситель, так и в собственно сушильной. По-видимому, во многих случаях на основании результатов таких исследований окажется возможным сделать вывод о допустимости применения сушильных агрегатов, использующих в качестве теплоносителя продукты сжигания топлива, или выработать необходимые технологические профилактические рекомендации. При этом наибольшего профилактического эффекта можно достигнуть усовершенствованием конструкции топочных устройств и улучшением условий сжигания топлива.
По-иному обстоит дело в тех случаях, когда дымовые газы используются не только для нагрева, но их компоненты играют определенную технологическую роль. Например, компоненты коптильного дыма, осаждающиеся на поверхности обрабатываемого пищевого изделия (и проникающие в его глубину), играют роль консервантов и придают ему специфическую окраску, внешний вид, вкус и аромат. Предпринимавшиеся попытки добиться отсутствия поступления канцерогенных ПАУ из коптильного дыма в продукцию изменением условий и режима дымогенерации привели лишь к ограниченному успеху. Значительно большего успеха удалось достигнуть на пути полного изменения технологии приготовления продуктов данного типа. Для этого был разработан бездымный способ копчения с помощью коптильных жидкостей. Коптильная жидкость «Вахтоль», разработанная в СССР, дает возможность полностью исключить проникновение канцерогенных ПАУ и НС в мясные и рыбные копченые пищевые продукты в процессе их приготовления.
Другим важным процессом, имеющим широкое применение в современной индустрии, при котором образуются канцерогенные ПАУ, является термическая переработка органических материалов в бескислородной среде. К технологическим операциям этого класса относятся пиролиз органических материалов, коксохимическое и нефтеперегонное производство, термическая переработка сланцев, бурого угля, торфа и т. п. С предприятий этого типа канцерогены могут поступать непосредственно в окружающую среду вместе с отходами и выбросами производства. Однако, по-видимому, главная опасность таких производств состоит в том, что канцерогенные ПАУ, иногда в значительных концентрациях, содержат многие основные их продукты, имеющие широкое применение в народном хозяйстве. Например, концентрация БП в каменноугольном пеке достигает 2 — 3%. Это наивысшая концентрация этого канцерогена, которую удалось наблюдать в каком-либо объекте промышленного или природного происхождения. Народнохозяйственное применение таких продуктов является источником широкого распространения канцерогенов в окружающей среде.
Основным параметром таких производств, от которого резко зависит выход канцерогенных ПАУ, является температура процесса. Максимальный выход ПАУ наблюдается при 700 - - 800 °С. Он резко снижается при уменьшении температуры (почти до нуля при 450-500 °С). Уменьшение температуры процесса, если это допустимо с технологической точки зрения, может явиться средством снижения количества образующихся на таких предприятиях канцерогенных ПАУ. Однако основные пути профилактики действия на людей канцерогенных ПАУ такого происхождения следует искать, по-видимому, в сфере использования соответствующих продуктов.