Автореферат: Гигиеническая оценка опасности отходов полимерных материалов

Объектами исследований являлись отходы полимерных материалов. В связи с большим разнообразием отходов полимерных материалов для исследований были отобраны отходы 6 наиболее распространенных типов полимерных материалов, исходя из данных объема годового потребления полимеров на внутреннем рынке России. Были отобраны образцы отходов: полипропилена (PP), полиэтилена высокого и низкого давления (PE-HD, PE-LD), поливинилхлорида (PVC), полистирола (PS), полиэтилентерефталата (PET). Исследуемые образцы отбирались на складах производства по вторичной переработке отходов полимерных материалов методом конверта из 5 точек с последующим усреднением и дроблением проб в соответствии с СП 2.1.7.1386-03 «Определение класса опасности токсичных отходов производства и потребления». Исследования, ориентированные на идентификацию с количественным определением широкого спектра органических веществ в воздухе, а также веществ в водных и буферных экстрактах из отходов, проводили методами хромато-масс-спектрометрии с газо-экстракционным и твердофазно-экстракционным извлечением веществ, атомной абсорбции, масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, высокоэффективной жидкостной хроматографии. Схема эколого-гигиенической оценки отходов полимерных материалов включала изучение токсичности методами, указанными в СП 2.1.7.1386-03. Исследования включали в себя: оценку воздушно- и водно-миграционной опасности; оценку токсичности методами биотестирования на гидробионтах Daphnia manga St. и Tetrahimena piriformis; оценку токсичности в фитотесте на семенах овса; оценку влияния на биологическую активность почвы; тестирование на клетках сперматозоидов быка.

Для изучения потенциальной опасности различных видов отходов были смоделированы условия горения отходов в натурных условиях. Для этого была использована установка на базе муфельной печи, поддерживающей температуру 900°С. Указанная температура, по результатам многочисленных исследований, является средней температурой горения полимеров при свободном доступе кислорода (Кодолов В.И., 1976; Асеева Р.М., Заиков Г.Е. 1981; Халтуринский Н.А., 1984, Берлин А.А., 1996). Навеску размельчённого полимера вносили в тигель, который помещали в нагретую до 900°С муфельную печь. Спустя 60 секунд (эмпирически установленное время максимального газовыделения) производился отбор воздуха для проведения химического анализа. Также отбирались образцы золы для определения их класса опасности. Для выявления потенциальной опасности загрязнения грунтовых вод проводилось определение ориентировочного водно-миграционного показателя по водным (ОВМПв) и буферным (ОВМПб) вытяжкам из зол отходов.

Для оценки опасности летучих продуктов горения и деструкции отходов полимерных материалов под воздействием ультрафиолетового излучения определялось комбинированное действие смесей загрязняющих веществ, обладающих суммацией действия, согласно ГН 2.1.6.1338-03. Также использовался воздушно-миграционный показатель (ВМП), который представляет собой отношение концентрации (мг/м³) вещества к ПДК_м.р. в атмосферном воздухе населенных мест (мг/м³), его расчет проводился по СП 2.1.7.1386-03. Для оценки потенциальной опасности, которую могут представлять отходы полимерных материалов при захоронении на свалках и полигонах, был поставлен годовой модельный эксперимент. Для этого навески отходов полимерных материалов (30 г, 6 г и 3 г) были помещены в стеклянные сосуды с почвой (300 г), что обеспечило получение соотношений отход / почва- 1:10, 1:50, 1:100. Для опыта была использована экологически чистая дерново-подзолистая почва, отобранная в районе пос. Красная Пахра Московской области, горизонт А₀ (0-5 см). Образцы почвы с внесенными навесками отходов полимерных материалов доводили до 60% от полной влагоемкости и поддерживали в таком состоянии в течение года при температуре 25⁰С. После этого проводилось изучение химического состава водных вытяжек из почвы и определение их класса опасности.

Статистическую обработку экспериментальных и натурных исследований проводили с использованием программного обеспечения Microsoft Office Excel 2007, Statistica 6 rus.

Оценка опасности нативных (не подверженных процессам деструкции) отходов полимерных материалов

Исследования образцов нативных отходов полимерных материалов по результатам биотестирования, представленные в таблице 2, установили, что нативные отходы полимерных материалов с гигиенической точки зрения не представляли опасности, о чем свидетельствуют полученные данные. Кроме того, водно-миграционный показатель по результатам качественного и количественного химического анализа буферного и водного экстрактов, отражающего идентификацию и содержание в отходах широкого спектра органических соединений и подвижных и водорастворимых форм элементов, также не превышал безопасных уровней. Все изученные образцы нативных отходов полимерных материалов разного химического состава не вызывали гигиенически значимых эффектов при воздействии на тест-объекты ни в разведениях 1:1, ни в более высоких разведениях. Таким образом, установлено, что изученные образцы отходов по совокупности результатов исследований являлись безопасными.

Оценка опасности нативных отходов полимеров с использованием традиционной методики не в полной мере учитывает потенциальную опасность, проявляющуюся в условиях воздействия УФ - облучения и сжигания на полигонах и свалках.

Таблица 2. Результаты биотестирований по оценке опасности нативных отходов полимерных материалов разного химического состава

Как видно из таблицы, по всем использованным показателям и тестам не удалось выявить выраженного действия исследованных отходов. Это связано с тем, что под воздействием различных физико-химических факторов окружающей среды (УФ-облучение, высокие температуры, влажность, влияние загрязняющих веществ и др.) происходят процессы трансформации и деструкции отходов полимерных материалов.

Изучение опасности отходов полимерных материалов под влиянием

ультрафиолетового излучения в модельном эксперименте

Для изучения условий воздействия солнечного ультрафиолетового излучения на отходы полимерных материалов разного химического состава нами была спроектирована и собрана экспериментальная установка, позволяющая в короткие сроки создать дозу ультрафиолетового облучения, соответствующую дозе естественного облучения на заданной территории. Установка состоит из 4 ультрафиолетовых облучателей ULTRA-VITALUX 300-280 Е 27, герметичной кварцевой колбы с притиром (кварцевое стекло пропускает ультрафиолетовое излучение), вентилятора для охлаждения и автоматического электронного таймера включения/выключения установки.

Рис. 1. Установка для ультрафиолетового облучения отходов полимерных материалов

Для работы с установкой было необходимо рассчитать дозу УФ - облучения, которая соответствует половине среднегодового количества энергии ультрафиолетового излучения, попадающей на горизонтальную плоскость в средних широтах. Для этого была предложена следующая методика расчета времени облучения образцов в установке.

Расчет производился по формуле:

X - длительность облучения образцов в установке, соответствующая длительности облучения в натурных условиях (сутки);

T - моделируемая длительность облучения в естественных условиях (сутки);

G - среднегодовое количество ультрафиолетовой энергии, попадающей на горизонтальную плоскость в натурных условиях (метеорологическая справочная величина) (Дж/м²);

U - суммарная энергия ультрафиолетового облучения, попадающего внутрь колбы установки за год (показания радиометра) (Дж/год*м²).

Согласно расчетам длительность работы установки, необходимая для достижения дозы облучения, соответствующей половине среднегодового количества энергии ультрафиолетового излучения, попадающего на горизонтальную плоскость в средних широтах (на примере г. Москвы), составляет 5,31 суток.

По прошествии рассчитанной выше длительности облучения проводили отбор проб летучих продуктов деструкции отходов полимерных материалов и подготовку водных и ацетатно-аммонийных вытяжек из облученных отходов полимерных материалов для определения класса опасности.

Проведенные исследования показали, что основную опасность представляли летучие продукты фотохимической деструкции отходов полимерных материалов. Среди идентифицированных веществ, поступивших в воздушную среду камеры, было выявлено 94 соединения, из которых 40 соединений не имели гигиенических нормативов.

Для оценки опасности отходов по воздушно-миграционному показателю нами были выбраны 17 веществ, присутствовавших в наибольших концентрациях, для которых установлены гигиенические нормативы (формальдегид, ацетальдегид, винилхлорид, фосген, пропилен, акролеин, ацетон, дихлорметан, пентан, толуол, бензальдегид, бутаналь, ацетофенон, бензол, хлорбензол, этилбензол, стирол). Величины превышения ПДК_м.р. находились в пределах от 0,5 до 2203,5. В таблице приведены значения превышения ПДК_м.р., которые являются гигиенически значимыми.

Как видно из таблицы 3, при фотохимической деструкции отходов полистирола (PS) превышение ПДК_м.р. составило для: ацетальдегида -800 раз, бензола - 6 раз, метилформиата - 4,5 раза, формальдегида - 2,85 раз, акролеина -116 раз.

Таблица 3. Величины превышений ПДК_м.р. при фотохимической деструкции отходов полимерных материалов