Czy ścierniwa metalowe wytwarzają niebezpieczne pyły dla otaczającego środowiska naturalnego? Część 2
W „Lakiernictwie Przemysłowym” w numerze 6 z 2019 roku zebrałem dane o ścierniwach metalowych i ich pyleniu wewnątrz komory śrutowniczej, gdyż tylko takie badania były podejmowane i skupiały się na pyłach w środowisku pracy i ich wpływie na zdrowie pracowników. Pracownik w komorze śrutowniczej chroniony jest przez specjalny skafander z kaskiem przewietrzanym, do którego dostarczane jest powietrze oczyszczane przez filtr węglowy z zanieczyszczeń pyłowych, gazów i olejów. Pamiętajmy jednak, że pył drobny, mający zdolność do tworzenia zawiesiny w powietrzu, porywany jest w komorach śrutowniczych przez wentylator wyciągowy do separatora zanieczyszczeń, a następnie do filtra, skąd wydalany jest przez komin do otoczenia. Stamtąd może być porywany przez wiatr do atmosfery, gdzie znajdują się podobne pierwiastki śladowe, jakie zawierają śruty.
Rodzaje pyłów w powietrzu
Pyłem jest faza stała układu dwufazowego gaz – ciało stałe, jeśli stopień rozdrobnienia ciała stałego jest tak duży, że w nieruchomym powietrzu o ciśnieniu 760 mmHg, temperaturze 20°C i wilgotności względnej <50% ziarna ciała stałego, na które działa tylko siła ciążenia, po bardzo krótkim okresie przyspieszenia wskutek oporu przepływu ośrodka, będzie opadał ze stałą prędkością mniejszą od 500 cm/s lub będzie wykonywał ruchy Browna (drgające). Aerozol definiuje się jako zawiesinę cząstek stałych, ciekłych lub stałych i ciekłych w fazie gazowej o pomijalnej prędkości opadania. Termin „pył zawieszony” jest stosowany w odniesieniu do fazy rozproszonej aerozolu.
Obecnie stosowany jest następujący podział pyłów:
- całkowity pył zawieszony TSP w powietrzu,
- pył PM10 – poniżej 10 μm,
- pył PM2,5-10 – a także PMc – pomiędzy 2,5 μm i 10 μm,
- pył drobny PM2,5 – poniżej 2,5 μm,
- pył submikronowy PM1 – poniżej 1,0 µm,
- pył ultradrobny PM0,1 – poniżej 0,1 μm.
Omówienie wyników badań pylenia podczas śrutowania
W chmurach pyły spotykają się z wodą i agresywnymi gazami (bezwodnikami kwasów), tj. tlenkami siarki SO2, azotu NO i NO2 oraz amoniakiem NH3, jak też tlenem i jego aktywną odmianą – ozonem, które pod wpływem promieni słonecznych mogą uczestniczyć w reakcjach chemicznych, przy czym pył drobniejszy łatwiej ulega przemianom chemicznym niż gruby.
Nieznany jest też skład chemiczny najdrobniejszego pyłu PM10 i mniejszego. Największą ilość pierwiastków szkodliwych w ścierniwach wykryto w badaniach firmy KTA Tator Inc. Ilość podanego w tabeli 1 pyłu powstała w wyniku wyśrutowania w 80 minut ośmiu próbek stali zwykłej wstępnie oczyszczonych z obcych zanieczyszczeń o powierzchni po 2 mkw., czyli o łącznej powierzchni 16 mkw. Należy wiedzieć, że w pneumatycznej komorze śrutowniczej oraz w oczyszczarce automatycznej do śrutowania blach i kształtowników śrut rozbija się w stu procentach, niezależnie od kształtu ziaren śrutu (ostrokrawędziowego, kulistego czy ciętego z drutu stalowego), jak to opisałem w poprzednim artykule. Separator oczyszczarki odrzuca obce zanieczyszczenia i zawraca mniejsze cząstki śrutu do ponownego użytku. Ulatujący pył śrutu jest rekompensowany dodatkiem nowej brakującej ilości śrutu.
Wyróżnia się w śrucie staliwnym ilość procentową 160 778,42 µg/m3 pyłu żelaza. Stanowi to 1072-krotne przekroczenie wartości odniesienia i 24 454% sumy wszystkich przekroczeń wartości odniesienia. Arsen, którego pył znaleziono tylko w ilości 8352 µg/m3, przekracza wartości odniesienia 41 750-krotnie, co stanowi 95,30% wszystkich przekroczeń wartości odniesienia. Nikiel, którego ilość 680 µg/m3 spowodowała przekroczenie wartości odniesienia 780-krotnie, stanowi 1,78% wszystkich przekroczeń wartości odniesienia. Mangan z ilością pyłu 7000 µg/m3 to następny pierwiastek z 178,64-krotnym przekroczeniem wartości odniesienia, co stanowi 0,41% sumy przekroczeń. Chrom w ilości 1300 µg/m3 stanowi 0,04% sumy wartości odniesień. W śrutach chromowoniklowych, niklowych, miedzianych i mosiężnych zawarte jest dużo więcej chromu, niklu i miedzi.
Najwyższe dopuszczalne stężenie 8-godzinne NDS pyłu wdychalnego PM10 i respirabilnego PM2,5 po śrutowaniu stali śrutem staliwnym wynosi po 5 mg/m3. Wyniki większości analiz pokazują, że poziomy stężenia pyłu przekraczały dopuszczalne granice narażenia NDS podczas procesu śrutowania. Należy pamiętać, że powyższe pyły stanowią tylko około 30% całości pyłów drobnych, a w powietrzu znajdują się cząstki pyłów nawet do 100 µm.
Pylenie śrutu badali też inni badacze, lecz Hubs wykrył dodatkowo w śrucie rtęć Hg i tellur Te, ale nie uwzględnił baru Ba, natomiast nikt nie podał wartości początkowej kadmu Cd. Bhaskar Kura nie oznaczał arsenu, najbardziej niebezpiecznego pierwiastka dla środowiska, kobaltu Co, niklu Ni i fosforu P oraz wykazywał wartości początkowe w 10-krotnie niższych wartościach, co obniża wartość jego doświadczeń.
Badania prowadzone przez tych kilku badaczy nie przywiązywały większej uwagi do drobnych pyłów metali ciężkich, gdyż wymagało to zastosowania superdrobnych filtrów HEPA. Z tego powodu nie określono procentowego udziału pyłów drobnych.
Jak widać w tabeli 4, im mniejsze cząstki pyłu, tym mniej żelaza Fe i krzemu Si, a więcej węgla atomowego C i dużo więcej ołowiu Pb oraz pojawia się mangan Mn. W podanych wynikach nie wspomniano jednak o niezwykle groźnym arsenie (As), niklu (Ni), chromie (Cr) i kadmie (Cd), wykazano natomiast spore wartości węgla atomowego (C), żelaza (Fe) i krzemu (Si), co świadczy, że poprzedni badacze pomijali istotne składniki śrutów staliwnych wykazywanych przez każdego producenta śrutu.
Wobec faktu, że nikt nie zbadał rzetelnie faktycznej zawartości i ilości pyłów pochodzących z operacji śrutowania wylatujących przez komin do atmosfery, należałoby to wykazać w celu świadomego użytkowania środowiska.
Wiemy, że pierwiastki śladowe, a zwłaszcza arsen, pochodzą głównie z erupcji wulkanicznej, ale też z hutnictwa, a zwłaszcza z hut miedzi, co powoduje w Polsce bardzo wysokie stężenie w powietrzu dające nam niechlubne pierwsze miejsce w Europie.
W dalszej kolejności należałoby też zbadać emisje pyłu podczas stosowania do obróbki strumieniowo-ściernej powierzchni stalowych za pomocą ścierniw chromowo-niklowych, niklowych, miedzianych i mosiężnych oraz ścierniwa jednokrotnego użytku z żużla pomiedziowego powszechnie stosowanego w teranie z obiegiem otwartym bez stosownego wychwytywania drobnych lotnych pyłów.
Składnikiem pyłu w atmosferze jest między innymi materia mineralna, w tym pierwiastki śladowe i wtórny aerozol nieorganiczny (przede wszystkim siarczany, azotany i związki amonowe) oraz woda. Wiele ze składników pyłu, np. arsen, ołów, kadm, nikiel i chrom III, mają poważnie negatywny wpływ na zdrowie ludzkie oraz ekosystemy lądowe i wodne, a także wpływają na skrócenie statystycznej długości życia ludzi i zwierząt. Najmniejsze cząstki wnikają bowiem do najgłębszych przestrzeni płuc, tj. do tkanki śródmiąższowej płuc, skąd z krwią mogą przedostawać się do innych narządów wewnętrznych.
