Экологические проблемы тушения пенами
Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Экологические проблемы тушения пенами





Основным показателем качества пены является: стойкость к тепловым и механическим воздействиям. Все необходимые требования к этим свойствам пены обеспечиваются подбором пенообразователей на основе поверхностно-активных веществ.

В процессе тушения пена разрушается, а пенообразователи в большинстве случаев попадают в грунт и водоемы. Известны случаи, когда применение пен для тушения пожаров стало причиной экологических локальных катастроф.

Действие ПАВ на воду состоит в следующем: у воды появляется вяжущий вкус, уменьшается прозрачность, увеличивается способность к пенообразованию, понижается концентрация кислорода, угнетается рост микроорганизмов. Кроме того, ПАВ оказывают токсическое действие на водные и наземные экосистемы. Наиболее хорошо изучены последствия загрязнения водоемов. Чем дольше находятся ПАВ в водоемах, тем опаснее эти последствия. В то же время водная среда способна самоочищаться. Под самоочищением понимают совокупность физических, биологических и химических процессов, направленных на снижение содержания загрязняющих веществ до уровня, не представляющего угрозы для существования водных экосистем. Процессы самоочищения водоемов происходят за счет разбавления, перемешивания, испарения, сорбции взвешенными частицами и донными отложениями, бионакопления, микробиологических превращений и химических превращений гидролизом, окислением, фотолизом. Для самоочищения водоемов существенную роль играет растворимость ПАВ: чем она больше, тем эффективнее разлагаются ПАВ. Это связано с тем, что для биохимического окисления вещества должны попасть внутрь клеток микроорганизмов через полупроницаемые мембраны.



Из всех рассмотренных ПАВ сульфаты, сульфонаты лучше других растворимы в воде. Они гидролизуются с образованием неорганической соли и углеводорода, который в дальнейшем подвергается микробиологическому разложению.

В условиях средних широт ПАВ на основе нормальных алканов разлагаются на 60-90 % за 3 недели, а ПАВ на основе разветвленных и циклоалканов - на 40 %. Следовательно, пенообразователи на основе первичных натрийалкилсульфатов (ПО-6К) разлагаются значительно эффективнее, чем вторичные натрийалкилсульфаты (ПО-3АИ) и алкилбензосульфаты.

Неионогенные ПАВ (оксиэтилировапные спирты), служащие основой пенообразователей типа ПО-7, ПО-10, плохо растворимы в воде, так как гидроксильная группа обладает меньшей гидрофильной способностью, чем сульфогруппы. Биоразлагаемость этих веществ хуже, чем сульфатов. По некоторым данным, у разветвленных оксиэтилированных алкилфенолов биоразлагаемость не превышает 10 %, а у линейных оксиэтилированных алкилфенолов степень биохимического разрушения составляет 60-70 %.

Катионоактивные ПАВ и пенообразователи на их основе, хотя и растворимы в воде, но устойчивы к окислению. Кроме того, содержание азота в органической части молекулы делает эти соединения токсичными для микроорганизмов. Вместе с тем амины, являющиеся донорами водородных ионов, способны окисляться с участием водорослей в качестве катализаторов.

Фторпротеиновые пенообразователи способны разлагаться фотолизом, но этот процесс идет медленно.

Основным видом самоочищения водоемов от ПАВ является микробиологическое и химическое разложение. Оптимальная температура протекания процессов биоразложения составляет 25-30 °С. Биохимическим путем ПАВ окисляются с различной скоростью. Так, если в гидрофобной части молекулы ПАВ содержатся ароматические ядра, то скорость их окисления в 1,5-2 раза ниже, чем у вторичных алифатических сульфатов и олефинсульфатов. ПАВ, не содержащие бензольных ядер, при окислении образуют неорганические соединения (воду, диоксид углерода, сульфат натрия). Еще более безопасны сульфаты оксиэтилированных спиртов и сульфаты первичных спиртов. Скорость их биохимического окисления велика, биоокисляемость составляет 100 %. Кроме того, эти соединения нечувствительны к солям жесткости воды.

Все используемые для получения пены ПАВ можно разделить в зависимости от их биологической разлагаемости на три группы: мягкие, биологически разлагающиеся вещества со степенью разложения 85 % и более, конечными продуктами разложения являются диоксид углерода, вода (НП-1, НП-3); биологические среднеразлагающиеся вещества со степенью разложения 70-85 %; биологически трудноразлагающиеся вещества - жесткие ПАВ со степенью разложения ниже 70 %.

К биологически жестким относят большинство катионоактивных ПАВ, некоторые неионогенные ПАВ - оксиэтилированные алкилфенолы и пенообразователи на их основе: ПО-7, ПО-10 и некоторые анионоактивные ПАВ - алкиларилсульфонаты марки НП-1, РАС. Пенообразователь ПО-6К относится к экологически разрушаемым.

Количественной характеристикой биохимической разлагаемости ПАВ служат величины БПКО2 и ХПКО2 - биологическое и химическое потребление кислорода на разложение ПАВ за определенные промежутки времени. Индекс 2, 8, 10, 20 вместо О2 указывает на число дней, необходимых для окисления органического вещества (в данном случае ПАВ). Биологически мягкие ПАВ потребляют 30 % кислорода от того количества, которое требуется для его полного разложения, а биологически жесткие - не более 10 %. Загрязнение опасно, когда показатели БПК и ХПК не соответствуют норме.

Вода для хозяйственно-бытовых нужд должна иметь следующие характеристики: содержание растворенного кислорода не менее 4 г/м3 в любой период года до 12 ч дня, а биохимическая потребность в кислороде (БПКполн) - 3 г/м3 (при 20 °С). Этими критериями следует руководствоваться при оценке степени загрязнения вод после тушения пожаров.

Приведенные данные регламентированы "Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами" № 372-61 Минздрава СССР.

По способности к биологическому разрушению ПАВ располагаются в зависимости от присутствующих функциональных групп следующим образом:

СН2ОН < СНОН < СООН < NH2 < ОНСООН < SО3H.

Превращения, которые происходят в микроорганизмах при биохимической очистке загрязненной воды, сопровождаются негативным воздействием на водные экосистемы, оказывая на них токсическое, тератогенное и генетическое воздействие.

Для оценки токсического действия ПАВ на водные объекты можно применять методы биотестирования с использованием стандартных тес-торганизмов, которые служат интегральной характеристикой загрязнения водоема, мерой биологического воздействия. Различают острую и хроническую токсичность. Отношение концентраций вещества, вызывающих острую и хроническую токсичность, лежит в интервале 10-100. Анионные ПАВ оказывают неблагоприятное действие на водные экосистемы при концентрациях 0,003-4000 мг/л за период действия от 30 мин до 21 дня. Алкилбензосульфонаты токсичны при концентрациях 1,4-116 мг/л. Катионоактивные ПАВ оказывают вредное влияние на экосистемы при концентрациях 0,1-10 мг/л, а неионогенные ПАВ - 0,003-17 мг/л.

Имеются сведения, что ПАВ на основе сульфанола оказывают инги-бирующее действие на рост растений.

Применение ПАВ безусловно наносит вред окружающей среде. С другой стороны, тушение с применением пены уменьшает загрязнение воздушной среды токсичными и вредными продуктами горения. Использование в будущем только биологически мягких пен позволит шире применять их в пожаротушении для уменьшения воздействия пожаров на окружающую среду.

ПАВ могут воздействовать и на человека. Токсичность ПАВ оценивается: по ЛД50, или летальной дозе, при попадании в желудок; по раздражающему действию на слизистые оболочки глаз, по дерматологическому действию на кожу и по способности изменять функциональное состояние нервной системы. В таблице 3.6 приведены летальные дозы различных ПАВ для человека и другие экологические характеристики ПАВ и пенообразователей. ПАВ не обладают кумулятивным действием, так как не накапливаются в организме. Для КПАВ — четвертичных аммониевых оснований – ЛД50 составляет 0,05-0,5 г/кг, для типичных АПАВ — сульфатов и сульфонатов - 2-8 г/кг, для НПАВ — 5-50 г/кг. Т.е. ПАВ, которые содержат ароматическое кольцо в гидрофобной части молекулы, токсичнее, чем содержащие алкилы.

При действии на кожу ПАВ, содержащие алкильные радикалы С14-C18, являются слабыми раздражителями, а более низкие гомологи обладают более сильным раздражающим действием. Катионоактивные ПАВ обладают более сильным раздражающим действием, чем анионоактивные и неионогенные вещества. Одна из причин, вызывающих дерматиты, связана с обезжириванием кожи и дубящим действием ПАВ. По аналогии с действием мыла при попадании на глаза ПАВ повреждают слизистую оболочку глаз. При всех воздействиях на человека катионоактивные ПАВ оказались самыми опасными, неионогенные - наиболее безвредны, а анионоактивные ПАВ - занимают промежуточное положение.

Таблица 3.6

Летальные дозы и некоторые экологические характеристики ПАВ

Пенообразователь, ПАВ Класс опасности ЛД50, г/кг ПДК, мг/л Химическая и биохимическая разлагаемость
ПО-ЗА - -
ПО-6К 1,5 0,5 Жесткий
ПО-1 - Токсичен
ПО-1Д - - -
Сульфонол НП-3 - - Токсичен
ПО-ЗАИ 3,75 0,5 Мягкий
ПО-ЗНП 5,3 0,5 То же
ТЭАС 0,5 -»-
ПО-6ТС 6,8 0,5 -»-
Сампо 3,75 0,5 -»-
ПО-6НП 8,9 0,5 -»-
Морской 6,9 0,5 -»-
Форэтол 15,06 - Жесткий
Универсальный - - То же
Легкая вода БПК20, 0,75 г/г Мягкий
Первичные алкилсульфаты - - -
Сульфонаты - - -
НБ - - -
Хлористый сульфонол - - -
Синтанол Д-ЗС - - -

 

Действие ПАВ на человека оказывается заметным при постоянном контакте с концентрированными ПАВ и пенообразователями. К сожалению, токсичность ПАВ исследована мало, потому что в опытах на животных они оказались сравнительно малотоксичны. Однако последние результаты свидетельствуют о том, что многие ПАВ оказывают холестириногенное действие, приводят к изменению слизистой верхних дыхательных путей за счет нарушения влагоудерживаемости. Большей токсичностью обладают сульфанол НП-3, ПО-1, ДС-ПАС, ПО-2, а ПДК ПО-6К составляет 50 мг/л.

3-6 %-ный раствор «легкой воды» безвреден для живых организмов и человека.

Неионогенные ПАВ – оксиэтилированные жирные спирты - малотоксичны и не оказывают кожно-раздражающего действия.

Анионоактивные ПАВ оказывают мембранное повреждение вследствие изменения проницаемости тканей в организме. Во избежание вредного воздействия пенообразователей и ПАВ необходимо использовать защитную одежду, после работы тщательно мыть руки и тело.

При использовании пен целесообразно учитывать следующие момен­ты. После разрушения огнетушащей пены водный поток попадает через стоки, дренажные коллекторы в грунтовые воды, почву и водоемы. Для уменьшения опасных последствий попадания ПАВ в окружающую среду следует использо­вать менее вредные пенообразователи и сокращать расход пены на туше­ние. Для сбора пен целесообразно устраивать обвалование, а также ис­пользовать синтетические поглотители ПАВ в сточных водах пожаров. Полезно использовать практику ФРГ и отказаться от учений с использова­нием ПАВ вблизи мест забора воды, в зонах водохранилищ, а также от ис­пользования пены для тушения пожаров у очистных сооружений. Но наи­более эффективным способом защиты окружающей среды от действия ПАВ можно считать применение пенообразователей на основе безвредных биологически разла­гаемых ПАВ.

Использование природных продуктов в качестве пенообразователей позволяет сохранить природную среду от загрязнения. К таким веществам относятся сапонины, пектины, получаемые из отходов плодов и фруктов, производные целлюлозы, лецитин, глюкозиды. В Германии предложен пенооб­разователь на основе глюкозидов, сахаридов и высших спиртов. Он имеет в 1%-ном водном растворе рН, равный 8,3, и экологически почти безвре­ден: за 28 сут разлагается на 95 %. Рыбы перенесли пребывание в 0,79%-ном водном растворе этого ПАВ в течение двух суток, а на травя­ном покрове повреждения отсутствовали в течение 6 недель наблюдений.

Тушение порошками

Большинство огнетушащих порошков - нетоксичные соединения. Бикарбонат натрия не ядовит, а фосфат и сульфат аммония используют в качестве удобрений в сельском хозяйстве. Имеются сведения, что порошки на основе карбонатов и диаммонийфосфатов не оказывают значительного вредного действия на человека, животных и растения. По другим данным порошки группы Пиранта оказывают слабораздражающее действие на кожу и слизистую оболочку глаз, но не являются аллергенами. Однако, попадая в пламя, некоторые порошки разлагаются с образованием соединений, которые могут быть токсичны. В таблице 3.7 приведены составы продуктов разложения некоторых порошков.

Таблица 3.7

Вещество в огнетушащем порошке tразл, °C tпл, °С Продукты разложения
(NH4)24 - NH3, SО2, SО3
(NH4)2HPО4 - NH3, P2О5
NH4H24 - NH3, P2О5
SiO2 - 1610-1730 SiО2
K2CO3 - CO2, K2O
КНСО3 - CO2, K2O
K2SO4 - SO2, SO3, K2O
Na2CO3 - 2,Na2O

 

Как видно, в процессе тушения могут образовываться токсичные вещества: аммиак, диоксид углерода, оксиды фосфора, азота.

Эксплуатационные добавки в порошки на основе оксида кремния также оказывают вредное влияние на живые организмы, но реальная опасность зависит от их концентраций в зоне пожара. По степени воздействия на человека огнетушащие порошки общего назначения относят к 3-му классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76. Предельно допустимые концентрации некоторых веществ, которые могут находиться в воздухе при использовании порошков во время тушения, приведены в таблице 3.8. Попадание продуктов разложения порошков в организм может вызвать раздражение и заболевание дыхательных путей. Негативно действуют на организм аммиак, оксиды серы и углерода. Поэтому безвредность порошков относительна, все зависит от концентрации в зоне присутствия людей. По сравнению с концентрацией собственно токсичных продуктов горения вклад порошков в загрязнение атмосферного воздуха невелик, но во избежание последствий для здоровья необходимо защищать органы дыхания: противопылевыми респираторами.

Таблица 3.8

ПДК некоторых компонентов и продуктов разложения ПОС

Вещество ПДКрз, мг/м3
Аэросил
Кальцинированная сода 0,5
Тетрафтордибромэтан (хладон 114В2)
Аммиак
Пятиокись фосфора
Оксид углерода

 

Расширение ассортимента порошков как средств тушения особо опасных пожаров имеет большие перспективы в будущем.

В целом целесообразность использования природных материалов, и особенно промышленных минеральных отходов в качестве порошковых средств тушения, не вызывает сомнений. Вместе с тем необходимо обращать внимание на минеральный состав отходов, так как в порошках могут находиться тяжелые металлы и их соли, которые токсичны. Некоторые порошки на основе смеси органических полимеров с неорганическими добавками способны препятствовать горению металлов и эффективны при тушении тлеющих пожаров. Описан случай, когда такие порошки тушили загорания алюминиевых сплавов.

Применение порошковых составов с использованием принципов импульсной модели подачи порошков в зону горения расширяет возможности эффективного пожаротушения за счет сокращения времени горения. С позиций экологической безопасности этот метод также эффективен.









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.