Утилізація промислових відходів у захисних композиціях

Важливим показником рівня технічного розвитку країни є ступінь утилізації виробничих відходів та зменшення екологічних збитків, екологічної небезпеки навколишнього природного середовища. Екологічні збитки, пов‘язані з неутилізованими відходами, включають: забруднення ґрунту, повітря, поверхневих, підземних вод.

Це часто обумовлює підвищення їх агресивності щодо інтенсифікації корозійного руйнування коштовних технічних споруд, металоконструкцій, накопичення продуктів корозії, що забруднюють довкілля [1-7]. Екологічні проблеми корозії металів – це не тільки проблеми захисту технічних споруд, інженерних комунікацій, але й проблеми економічного використання природних ресурсів та матеріальних засобів. Нераціональне використання металоресурсів (а більшість з них відносяться або до близьких до вичерпання: Fe, Al, Ti, Co, Ni, Mo, Cd, Cu та ін., або до практично повністю вичерпаних ресурсів: Zn, Ag, In та ін.) викликає погрозу не тільки перспективам подальшого розвитку промисловості, транспорту, сільського господарства, але й екологічній рівновазі у природі [5-11].

Кількість відходів (багато з яких містять токсичні важкі метали) щорічно зростає на 6…7 %, а до 2025 року їх об‘єм в розвинутих країнах може збільшитися в 4…5 раз, ціна їх переробки та захоронення – в 2…3 рази. Якщо в Європі перероблюється 30…50%, в США, Японії – 60-75% твердих побутових відходів (в країнах, що розвиваються – 7…10%), в Україні – лише 3…5 % [1]. Україна відноситься до числа країн з найбільш високими масштабами утворення та накопичення відходів [1-4, 6-9, 12].

Проблема поводження з відходами є найбільш актуальною для нашої держави. Значний негативний вплив на об‘єкти довкілля Чернігівщини здійснюють: промислові токсичні відходи, аграрного сектору економіки, накопичені обсяги золи КЕП «ЧнТЕЦ» (2.4 млн. т) та тверді побутові відходи. В ставках-накопичувачах знаходиться понад 130 тис.м3 токсичних відходів, що негативно впливає на всі компоненти НПС: розширюється ореол забруднення ґрунтових вод, атмосферного повітря, грунтів важкими металами. Одним з напрямків вирішення проблеми є утилізація відходів. Але з накопичених та утворених відходів у 2009 р. 1 класу – 9156 т (вміст важких металів: Pb – 68.573 т, Ni – 11.015 т, Hg – 34.369 т та ін.) знищено, а не утилізовано 7572.044 т, 2 класу – 738.358 т, утилізовано 145.075 т, 3 класу – 2176.694 т (Ni – 33.989 т, інші важкі метали – 10 т) утилізовано 83.784 т (3.8 %) [13].

Разом з тим, ряд регіональних відходів містять в активних складових протикорозійні угруповання і тому є перспективними для розробки захисних композицій на вторинній сировині. До таких відносяться відходи капролактаму ЧП «Хімволокно» – К; МП та КУБ – РХП «Азот» та ін.

Метою даної роботи була розробка синергічної захисної композиції на вторинній сировині (з утилізацією промислових відходів К, МП, КУБ) з синергічними добавками (СД) – активними хелатоутворювачами – похідні імідазолу, тіазолу – моно-, бі- та тригетероцикли), з комплексною дією, щодо захисту від корозії, наводнювання (що є більш небезпечнішим ніж корозія), корозійно-механічного руйнування (основної причини техногенних аварій) при циклічному (малоциклова корозійна, воднева втома) та статичному навантаженні (корозійне розтріскування), а також для захисту ґрунту, водойм від накопичення важких металів, з поліпшенням якості екостану та екологічної безпеки техноприродних систем (ТПС) [14-16].

Методичні аспекти. В роботі використано теоретичні та експериментальні методи дослідження екостану ТПС та екологічної небезпеки, із залученням стандартних методик фізичних, хімічних, фізико-хімічних та фізико-механічних випробувань на вуглецевих та низьколегованих сталях (сталь 10, 20, 45, 30ХГСНА, 40Х, 65Г), як в природних (грунт, атмосфера, водойми), так і в технологічних середовищах (HCl, H2SO4, NACE та ін.), з врахуванням можливих трансформацій забруднення в спряжених реакціях (протолітичних – prot, осадження – s, комплексоутворення – st, окисно-відновних – redox), та встановленням ряду показників екостану ТПС та її екологічної небезпеки [14-16] – рис. 1 й диференційованими характеристиками СД та СЗК (рис. 2). Вибір СД ґрунтується на таких критеріях: електронні заряди на реакційних центрах (q) та термодинамічні характеристики: I, m, E та ін., DФм – зміна роботи виходу е, DІр – зміна резонансного потенціалу, диференційовані захисні ефекти (рис. 1,2).

Водойми: 1) фізико-хімічні константи визначення агресивності середовища: Кprot, Кs, Kst, Kredox, pH; 2) інтегральні характеристики забруднення: ІЗВ – індекс забруднення води, мікробіологічний фактор – МБФ; 3) наслідки техногенного забруднення (ТЗ): Кас – сумарний коефіцієнт акумуляції важких металів (ВМ) в рослинах, Ккм – бал та група тривкості металів в забрудненому ВМ середовищі (за корозійними втратами металу), коефіцієнти впливу середовища (bСN, bСHN, bHN при малоцикловому навантаженні).

Грунт: 1) фізичні та фізико-хімічні характеристики: рН, Eh, R; 2) хімічний склад та характеристики забруднення, агресивність грунту: Сзі, Кі, Zc, МБФ, індекс небезпеки J; 3) наслідки ТЗ: Кас, Ккм, bгр (гр. – грунт).

Атмосфера: 1) коефіцієнти небезпеки: Кні, КнS, ІЗА (індекс забруднення атмосфери), Сm – максимальні концентрації ЗР, Хm – відстань з Сm; 2) категорії небезпеки підприємства – КНП, клас небезпеки джерела – КНД; 3) наслідки: Кас, Ккм, bзпN (забруднене повітря).

 


Рис. 1. – Інтегральні показники екостану та еконебезпеки ТПС


Рис. 2. – Диференційована характеристика СД, СЗК

1) Показники технічної ефективності: Km, Z, b, gС, gX, g1-4, gN, Ккр (швидкість корозії за втратою маси металу – Dm, в одиницю часу, на одиницю площі: Km=Dm/St, г/(см2.год), ступінь захисту від корозії – Z, наводнювання – b, %, коефіцієнти гальмування корозії та КМР – gі, gN, Ккр. 2) Показники екологічної ефективності: ГДК, індекси токсичності: індивідуальний – Кі, сумарний – КS, Аі – показник токсичності ЗР (Аі=1/ГДКі). 3) Показники економічної ефективності: запобіжний (відвернений) екологічний збиток WS та платіж за забруднення Пі, економічний ефект Е=Еі

Результати досліджень та їх обговорення. Експериментальні дані наведені в табл. 1,2.

Таблиця 1 – Коефіцієнти захисної дії (сталь 20), СІн=1 г/л, Т=293 К

Ін

g

g1

g2

g3

g4

середовище

e, %

1. К

3.0

1.2

10.7

6.5

9.5

2.5

2.0

3.5

1.5

HCl, pH 0

0

4.2

2.0

6.1

4.7

8.9

2.3

1.9

3.4

1.3

H2SO4, pH 0

0.2

T=343 K

6.8

3.2

9.4

11.9

18.7

2.6

2.2

12.7

1.2

H2SO4, pH 0

0.2

2. МП

T=293 K

12.5

16.1

12.9

15.5

28.0

5.8

6.9

13.9

1.4

HCl, pH 1 + H2S

0.2

3. КУБ

5.1

4.1

3.8

12.8

17.9

4.7

4.5

7.5

1.2

HCl, pH 1

0.2

4. СД –
     Іm

CCД=1 ммоль/л

5.1

2.9

7.1

7.8

12.9

3.5

3.0

4.9

1.5

HCl, pH 1

0.2

З табл.1, 2 видно, що СЗК на основі відходу К з добавкою СД проявляє синергізм дії (gСИН=1.2…2.1), практично по всіх показниках. Як досліджені відходи К, МП, КУБ, так і СД та СЗК – інгібітори з превалюючою блокувальною дією: g3>g1>g2>g4. Якщо К, СД – інгібітори анодного типу, то МП, КУБ – катодного типу. Механізм дії СЗК пов‘язаний з поверхневим наномасштабним металохелатуванням. Це підтверджено ІЧ-спектрами за зміщенням смуг валентних коливань угруповань NH, OH, подвійних зв‘язків в низькочастотну область на 80…140 см-1; Оже-спектрами, які свідчили про збагачення поверхні вуглецем (захисна стійка плівка із металохелатних комплексів, в 40…50 нм). Вона надійно захищає сталь від дії агресивного середовища. В результаті скорочуються на 95…97% втрати металу, що значно зменшує накопичення важких металів в ґрунті, стічних, поверхневих водах. Водночас спостерігається зв‘язування ВМ у ґрунті, стічних водах в нерозчинні металохелатні комплекси, що суттєво знижує їх токсичність та унеможливлює накопичення, акумуляцію в рослинах (і далі по трофічних ланцюгах), завдяки перетворення рухомої форми катіонів металу в нерухому.

Таблиця 2 – Коефіцієнти захисної дії із СЗК (сталь 20, e=0.2%), ССЗК=1 г/л К + ССД=1 ммоль/л в HCl, pH 1

Ін

g

g1

g2

g3

g4

Z, %

b, %

КСН, %

ККР

К

4.5

2.5

6.9

6.7

11.2

3.1

2.9

3.8

1.4

91.1

70.7

81.3

36

СЗК

12.9

6.1

20.8

22.9

35.8

9.4

7.9

16.2

2.3

97.3

76.2

93.9

115

gСИН

1.5

1.4

1.6

1.7

1.5

1.7

1.6

2.1

1.2

1.5

1.6

1.7

1.5

Висновки

1. Інтегральні показники екостану, еконебезпеки водойм, грунту, атмосфери дають можливість удосконалити дієвість екологічного моніторингу, здійснити своєчасний прогноз екологічної ситуації, можливих трансформацій забруднюючих речовин та прийняти певні управлінські рішення щодо підвищення якості довкілля та запобігання техногенних аварій.

2. Утилізація відходів в складі СЗК на вторинній сировині забезпечує позитивні синергічні екологічні ефекти, які підтверджені розрахунком техніко-економічної та соціально-екологічної ефективності.

3. Синергічні захисні композиції на вторинній сировині відповідають вимогам екологічної безпеки (4 клас небезпеки – мало небезпечні речовини).

Список літератури

  1. Білявський Г.О., Фурдуй Р.С., Костіков І.Ю. Основи екології. – К.: Либідь, 2004. – 408 с.
  2. Охрана окружающей среды / Под ред. Г.В. Дуганова. – К.: ВШ, 1999. – 307 с.
  3. Давыдова С.Л., Тагасов В.И. Тяжелые металлы как супертоксиканты ХХI века. – М.: РУДН, 2002. – 140 с.
  4. Рудько Г.І., Гошовський С.В. Екологічна безпека техноприродних геосистем (наукові та методичні основи). – К.: Нічлава, 2006. – 464 с.
  5. Старчак В.Г. Влияние коррозионной ситуации на состояние экосистем //Ж. Монтажные и спецработы в строительстве. – 1992. – №10. – С. 11-12.
  6. Рудько Г.І., Адаменко О.М. Конструктивна геоекологія: наукові основи та практичне втілення. – К.: Маклаут, 2008. – 320 с.
  7. Старчак В.Г. Резерви економії металоресурсів. – Київ: Знання УРСР, 1983. – 48с.
  8. Екологічна безпека та охорона НС /За ред. О.І. Бондаря, Г.І. Рудька. – К.:ЕКМО, 2004. – 423 с.
  9. Шмандій В.М., Некос В.Ю. Екологічна безпека. – Х.: ХНУ, КДПУ, 2008. – 436 с.
  10. Сучасне матеріалознавство ХХ1 ст. /Відп. редактор –акад.. НАНУ І.К. Походня. – К.: Наук. думка, 1998. – 658 с.
  11. Механіка руйнування матеріалів і міцність конструкцій /Під ред. акад. НАНУ В.В. Панасюка. – Львів: Каменяр, 1999. – Т.1. – 352 с., Т.2. – 346 с., Т.3 – 286 с.
  12. Національна доповідь про стан НПС в Україні. – К.: Мінприроди України, 1995. – 110с.
  13. Доповідь при стан НПС в Чернігівській обл. за 2009 рік. – Чернігів: Мінприроди України, ДУ ОНПС в ЧО, 2009. – 246 с.
  14. Охорона техноприродних екосистем від техногенного забруднення /В.Г. Старчак, І.П. Крайнов, С.Д. Цибуля та ін. //Фальцфейнівські читання. Херсон: МОНУ, ХДУ, ІП, 2009. – С. 339-342.
  15. Екологічна безпека техноприродних екосистем в умовах техногенного впливу важких металів /В. Старчак, О. Бондар, І. Пушкарьова та ін. //Фіз.-хім. механіка матер. – 2010. – Спецвип. №8. – Т.2. – С.815-821.
  16. Теоретичні та прикладні аспекти збалансованого природокористування в ТПС /В.Г. Старчак, С.Д. Цибуля, І.Д. Пушкарьова та ін. //вісник НУ «Львівська політехніка». Хімія, технологія речовин та їх застосування» – 2010. – №667. – С. 314-316.

УДК 504.064+620.194:620.197:669.788
Старчак В. Г.  Утилізація промислових відходів у захисних композиціях [Електронний ресурс]  / [Старчак В. Г., Цибуля С. Д., Пушкарьова І. Д., Мачульський Г. М.] // Збірник наукових статей “ІІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю”. – Вінниця, 2011. – Том.2. – С.604–606. Режим доступу: http://eco.com.ua/

Скачати в форматі pdf:

Оцінка: 
0
No votes yet