CC BY
44
УДК 614.8.06.001.18
ПРОБЛЕМЫ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВЕЩЕВОГО ИМУЩЕСТВА ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ЧС В.Г. Мяловицкий, к.х.н., доцент, В.М. Решетников, к.в.н., доцент, М.А. Шанин
Статья содержит основные проблемы в области обеззараживания и подходы к разработке способа дегазации для их решения на основе исследований характеристики материалов, подвергающихся заражению аварийно химически опасными веществами, и анализа существующих способов (методов) обеззараживания.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: загрязнение, заражение, дезинфекция, дегазация, АХОВ, СИЗ, имущество
PROBLEMS OF DISINFECTION OF THINGS AT THE ELIMINATION OF ES V.G. Myalovitsky, V.M. Reshetnikov, M.A. Shanin
The article views the topical issues in the sphere of disinfection and approaches to working out a method of decontamination for the decision on the base of research of the material characteristic exposed to contamination with hazardous chemical substances and the analysis of the existing disinfection methods.
В ходе ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций (ЧС), связанных с заражением аварийно химически опасными веществами (АХОВ), как в мирное, так и в военное время, возможно заражение предметов одежды общего назначения, обмундирования, снаряжения, средств индивидуальной защиты (СИЗ) и другого вещевого имущества (ВИ). Их обеззараживание является важным мероприятием для предотвращения поражения личного состава формирований и населения [1]. Степень заражения различных поверхностей АХОВ и способы их обеззараживания зависят от состояния системы «материал поверхности объекта - АХОВ». Все перечисленные материалы, подвергающиеся химическому заражению, подразделяют на впитывающие и невпитывающие. К невпитывающим материалам относятся металлы, стекло и некоторые виды пластмасс, а к впитывающим - резины, большинство лакокрасочных покрытий, ткани, кожа, древесина и др. Впитывающие, в свою очередь, могут быть непористыми и пористыми (рис. 1). Непористые материалы имеют структуру твердых гелей, которая меняется во времени в результате старения. Пористые материалы пронизаны многочисленными каналами (порами), имеющими различные диаметр и длину.
Рис. 1. Классификация материалов
Общей характеристикой материалов, влияющей на взаимодействие с АХОВ, является свободная энергия поверхности; в зависимости от величины энергии они подразделяются на низкоэнергетические и высокоэнергетические. Энергетические параметры поверхности материала оказывают влияние на растекание капель АХОВ. Проникание же АХОВ в слой материала определяется структурой и объёмными свойствами впитывающих поверхностей.
В наибольшей степени опасность АХОВ определяется их летучестью и продолжительностью поражающего действия, что во многом зависит от температуры кипения веществ и способности переходить в парообразное состояние, создавать опасные для организма человека концентрации. Характеристиками токсических свойств АХОВ являются предельно-допустимая концентрация и смертельная концентрация вещества в данной среде (воздухе, воде, продуктах), а также токсодоза (пороговая, поражающая, смертельная).
По степени воздействия на организм человека АХОВ делятся на четыре класса: I класс -чрезвычайно опасные (органические и неорганические производные мышьяка, ртути, свинца, кадмия, цинка, карбонилы металлов, цианиды, фосфорорганические соединения и др.); II класс - высокоопасные (минеральные и органические кислоты, щелочи, серосодержащие соединения, некоторые спирты и альдегиды кислот и др.); III класс - умеренно опасные и IV класс - малоопасные, к которым относятся остальные потенциально опасные химические соединения [1].
Таким образом, впитывающие материалы, в т.ч. текстильные, используемые для изготовления обмундирования и основных видов ВИ, представляют собой капиллярно-пористые структуры, при заражении которых образуется сложная гетерогенная система «твердый капиллярно-пористый материал -АХОВ». При заражении каплями АХОВ впитывающего материала происходят следующие процессы: растекание капель, впитывание вглубь материала, растворение материала в АХОВ. При попадании капель или аэрозоля АХОВ на поверхность невпитывающего материала (металл, стекло) происходит смачивание и растекание.
Выбор способа обеззараживания определяется видом (типом) АХОВ, его фазовым состоянием и требованиями безопасности к обработанному объекту. Способы дегазации впитывающих материалов, исходя из агрегатного состояния рабочей (дегазирующей) среды, подразделяются на жидкостные, безжидкостные, и комбинированные [2].
Наиболее распространенным способом дегазации является жидкостный, реализующийся методами: орошением дегазирующей рецептурой; протиранием ветошью, смоченной дегазирующей рецептурой; обработкой пенами; экстракцией; кипячением; стиркой и др. Для его реализации используются различные растворы, рецептуры и технические средства (ТС): индивидуальные пакеты, приборы и комплекты, установки, машины и станции. В зависимости от применяемых ТС способ характеризуется различным количеством используемых материальных средств, агрессивными средами, трудо- и энергозатратами, а также производительностью [2]. Из безжидкостных способов - порошковыми рецептурами и электромагнитными импульсами (ЭМИ).
Порошковые рецептуры представляют собой сыпучие дисперсные системы, частицы которых отличаются высокой поверхностной энергией при сохранении химических свойств и пористой структуры твердого тела, из которого изготовлены. Используются для дегазации пористых материалов (например, одежды). Различают порошки двух основных типов - химически активные по отношению к АХОВ - рецептура ДПП (Россия), пакета М-13 (США), и адсорбционные - природные минеральные сорбенты на основе «фуллеровой земли» (Франция), монтомориланитов (ФРГ, Голландия), бентонитов (Россия, Болгария).
Технология дегазации включает три операции:
- нанесение порошковой рецептуры на поверхность ткани путем опудривания одежды из марлевого мешочка или пакета-щетки;
- одновременное тщательное с небольшим усилием втирание порошка в структуру ткани;
- удаление частиц порошка вытряхиванием (выбиванием) одежды или чисткой его щеткой пакета через 12-15 минут после обработки.
Необходимо отметить, что опудривание, без последующего втирания порошка, малоэффективно.
Метод дегазации ЭМИ малоизучен и практически не реализуется. Основу метода составляет паровоздушно-аммиачная дегазация
Паровоздушно-аммиачный метод, в практике дегазации, используется для обеззараживания ВИ и СИЗ (резины и прорезиненных тканей) и в настоящее время является одним из основных [2]. Дегазация осуществляется в камерах дегазационных машин автодегазационной станции типа АГВ-3У (АГВ-3У-М) при температуре среды 95-100оС [2].
Сущность метода состоит в обработке имущества паром, содержащим аммиак в течении определенного (для каждого конкретного типа АХОВ) промежутка времени.
При обработке в начале процесса происходит прогревание изделий до рабочей температуры. Затем в камеры непрерывно подается пар для поддержания заданной температуры.
Дегазация осуществляется за счет пропитки ВИ конденсированной влагой с последующим растворением в ней АХОВ и его высокотемпературным гидролизом. В результате гидролиза, образуются кислоты, для нейтрализации которых используется паровоздушно-аммиачная смесь (ПВА) с щелочностью рН 8,2-8,5. В ходе всей обработки осуществляется принудительная циркуляция ПВА смеси, которая обеспечивает равномерный прогрев ВИ и концентрацию аммиака по объёму камеры и интенсифицирует процесс дегазации [2].
Влагосодержание пористых материалов постепенно увеличивается из-за конденсации пара и
заполнения пор водой.
Далее происходит растворение АХОВ в воде. В капиллярах ткани эти процессы протекают по механизму молекулярной диффузии, следовательно, очень медленно и в значительной степени, определяют скорость процесса в целом.
Продукты реакции практически не удаляются, поэтому ВИ нуждается в последующей гигиенической стирке. Кроме того, после обработки указанным методом, текстильные изделия пропитываются избытком влаги. Так, после дегазации, парогазовыми способами привес хлопчатобумажных изделий составляет 100-120%. И только изделия из резины и прорезиненных тканей удерживают на поверхности воду не более 5-10% от массы изделий.
Для удаления лишнего влагосодержания (сушки) используют два метода:
- механическое удаление избытка растворителя, удерживаемого капиллярной системой, путем центрифугирования или отжима изделий;
- удаление свободной и капиллярно-связанной жидкости путем высокотемпературной или естественной сушки.
После дегазации в АГВ-3У (АГВ-3У-М) сушка производится горячим воздухом при температуре 80-90°С в течение 3 часов в палатке или 6 часов в дегазационных камерах [2].
Из вышеизложенного следует, что на сегодняшний день в области дегазации имеют место основные проблемы:
1) При использовании жидкостных и комбинированных способов дегазации наличие агрессивных сред (дегазирующих растворов и рецептур) и высоких температур отрицательно влияет на полимерную структуру материалов, на защитные и эксплуатационные свойства, особенно материалов растительного происхождения (кожа, шерсть).
2) Безжидкостные способы подразумевают использование порошковых рецептур, требующих механического воздействия (втирания порошковой рецептуры) на зараженную поверхность с последующим удалением порошка, от которого, вследствие его высокой адгезионной способности, полностью избавиться невозможно. Кроме того, указанный метод в основном реализуется при дегазации пористых материалов.
3) Ни один из существующих способов не удовлетворяет современным требованиям проведения дегазации ВИ и СИЗ за время, не превышающее продолжительности санитарной обработки людей (до 30 минут).
Таким образом, возникает необходимость в разработке нового способа (метода) дегазации и соответствующего технического решения для его реализации, которое обеспечит решение этих проблем.
Поиск путей управления процессом дегазации и установление взаимосвязи результативности дегазации с параметрами, характеризующими рабочую среду, технологию и основные конструктивные характеристики ТС для дегазации невозможен без четкого определения факторов, влияющих на достижение результативности (полноты) дегазации.
Рабочая среда, температурный режим, технологические и конструктивные факторы взаимосвязаны и для обоснования технологии дегазации, прежде всего, необходимо определить значения этих основных параметров.
Основные факторы дегазации (щелочная среда, высокая влажность и температура), с одной стороны интенсифицируют её, с другой - разрушают структуру полимерных материалов, а также изделий из шерсти, меха и кожи. Поэтому необходимо изыскать более «щадящий» режим обработки, который позволит проводить дегазацию с сохранением защитных и эксплуатационных свойств материалов. Для этого необходимо снизить влажность и температуру рабочей среды до минимальных значений и снизить воздействие на них щелочных сред.
Очевидно, что при этом возрастет время дегазации, однако общее время обработки может остаться неизменным за счет сокращения времени сушки. Как известно, наиболее приемлемой для дегазации является паро-воздушная среда и температура, не влияющая (или влияющая незначительно) на структуру материалов.
Кроме того, является актуальным, поиск способа удаления остаточной влаги из пористых материалов ВИ без воздействия высокой температуры. Из теории сушки известно, что влажный матери-
ал, в течение короткого времени прогревается. При этом влажность в начале процесса медленно убывает. Скорость сушки возрастает и к концу периода прогрева достигает максимальной величины [3]. За прогреванием следует стадия сушки, которая делится на 2 периода: постоянной скорости сушки и падающей скорости сушки.
Период постоянной скорости сушки характеризуется удалением из материала лишь свободной влаги. Скорость сушки постоянна и определяется скоростью внешней диффузии, т. е. испарением влаги с поверхности материала в окружающую среду. Температура материала в течение всего первого периода постоянна.
Период падающей скорости сушки характеризуется перемещением влаги изнутри материала к его поверхности; скорость сушки определяется скоростью внутренней диффузии. Сушка заканчивается при достижении равновесной влажности материала, являющейся предельной, до которой можно высушить материал при данной относительной влажности воздуха.
Продолжительность каждого периода сушки для различных материалов различна. Общее время сушки определяется суммой времен двух периодов.
Движущая сила процесса сушки определяется по формуле
АР = Рм - Рв, (1)
где АР - разность давлений;
Рм - давление водяных паров у поверхности влажного материала;
Рв - парциальное давление в окружающей среде (воздухе).
Чем больше величина АР, тем интенсивнее протекает процесс сушки. Давление водяного пара у поверхности материала Рм постепенно уменьшается и становится равным давлению водяных паров в воздухе рВ и процесс сушки прекращается. Когда достигается равенство, Рм = Рв наступает динамическое равновесие в процессе обмена влагой между материалом и воздухом.
Увеличить АР можно не за счет повышения температуры, а за счет уменьшения парциального давления паров в окружающей среде Рв, удаляя воздух (вакуумированием).
Вакуумирование как способ интенсификации процесса сушки, возгонки и низкотемпературной перегонки, широко применяется в химико-технологических процессах.
Кроме того, при снижении давления в окружающей среде происходит снижение температуры кипения жидкостей, т.е. увеличивается их летучесть. Так, например, при снижении давления с 760 до 76 мм рт. ст. температура кипения воды снижается до 17,2°С.
Технически вполне возможно создание и поддержание в течение 30 минут разряжения до 10 мм рт. ст. Однако этого не достаточно для возгонки многих АХОВ, имеющих крайне низкую летучесть (давление насыщенных паров до 7-10"4 мм рт. ст.) [4]. Тем не менее, практически все АХОВ вступают в реакцию с водой, при этом, как правило, с образованием нетоксичных продуктов и 5-7% раствор таких АХОВ в воде может возгоняться со значительной скоростью, т.к. его летучесть будет определяться летучестью воды. Современные вакуумные насосы позволяют создавать разряжение до
10-3 мм рт. ст.
Таким образом, использование вакуумирования на стадии удаления влаги из обрабатываемых материалов позволит существенно сократить время сушки и общее время дегазации, а также сможет повысить степень удаления АХОВ, при этом максимально сохранив защитные и эксплуатационные свойства обрабатываемых изделий.
Литература
1. Методические указания по ликвидации последствий радиационных и химических аварий. / Под общей ред. Владимирова В.А. 2 ч. - М.: МЧС России, 2004. - 221 с.
2. Теория и техника специальной обработки. — М.: ВАХЗ, 1988. - 368 с.
3. Кришер О. Научные основы техники сушки. - М.: Издательство иностранной литературы, 1961. -
539 с.
4. Александров В.Н., Емельянов В.И. Отравляющие вещества. - М.: Военное издательство, 1990. -
271с.
