CC BY
60
st. kpt. mgr inz. Joanna RAKOWSKA ml. bryg. mgr Bozenna PORYCKA mgr inz. Monika NAGRODZKA
Zespol Laboratoriow Badan Chemicznych i Pozarowych
EKOLOGICZNE KIERUNKI ZMIAN BAZY SUROWCOWEJ W KONCENTRATACH GASNICZYCH
Ecological directions of amendments of the resource of chemical
feed in extinguishing foam
Streszczenie
W artykule przedstawiono wplyw pianotworczych kompozycji gasniczych na srodowisko naturalne z uwzgl^dnieniem metod oceny biodegradowalnosci i toksycznosci. Analizowano takze oddzialywanie poszczegolnych skladnikow pianotworczych srodkow gasniczych na ekosystem oraz przedstawiono kierunki zmian bazy surowcowej w nowo opracowywanych recepturach. Praca naukowa finansowana byla przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyzszego ze srodkow na nauk^ w latach 2007-2010 jako projekt badawczy rozwojowy numer R00-00046/03 „Badania nad otrzymaniem ekologicznego, biodegradowalnego srodka zwilzaj^cego, zwi^kszaj^cego skutecznosc akcji ratowniczo-gasniczych i podnosz^cego bezpieczenstwo powszechne kraju”
Summary
This article describes the environmental impact of foam extinguishing agents including testing methods of biodegadation and toxicity. The influence of individual elements of fire extinguishing foam on the ecosystem and directions of amendments of the resource of chemical feed to prescriptions newly compositions were described. Scientific work financially supported from funds reserved for science in 2007-2010, as a research and development project R00-00046/03: „Badania nad otrzymaniem ekologicznego, biodegradowalnego srodka zwilzaj^cego, zwi^kszaj^cego skutecznosc akcji ratowniczo-gasniczych i podnosz^cego bezpieczenstwo powszechne kraju”.
Slowa kluczowe: biodegradacja, ekologia, piana gasnicza Key words: biodegradation, ecology, extinguishing foam
Wstgp
Piany gasnicze wytwarzane na bazie zwi^zkow powierzchniowo czynnych s^ znane i stosowane w ochronie przeciwpozarowej [1,2] od lat 30-tych minionego wieku. Przez ten czas zmieniala si? zarowno technologia wytwarzania, jak i technika stosowania, co w efekcie zwi?kszylo skutecznosc dzialania srodkow wykorzystywanych w pozarnictwie. I chociaz obecnie swiadomosc spoleczna jest bardzo wysoka a przepisy srodowiskowe restrykcyjne, temat wplywu pianotworczych srodkow gasniczych na srodowisko jest ci^gle aktualny. Producenci pian wytwarzaj^ nowe, coraz bardziej przyjazne srodowisku naturalnemu kompozycje, natomiast produkty zawieraj3.ce zabronione komponenty s^ wycofywane z rynku [3].
W przypadku pianotworczych srodkow gasniczych, o wplywie na srodowisko decyduj^ takie wlasciwosci jak pianotworczosc, toksycznosc, zapotrzebowanie tlenowe, biodegradowalnosc oraz zdolnosc emulgowania olejow. Z powodu tych cech, wynikaj^cych ze skladu, piany gasnicze uwolnione do srodowiska wplywaj^ przede wszystkim na stan wod powierzchniowych i gruntowych.
Pianotworcze srodki gasnicze s^ produktami przeznaczonymi do wytwarzania pian gasniczych, zlozonymi z wody, srodkow powierzchniowo czynnych, rozpuszczalnikow i innych dodatkow np.: stabilizatorow piany, substancji hydrotropowych, inhibitorow korozji, konserwantow, substancji obnizaj^cych temperatur? krzepni?cia, barwnikow. Wplyw roztworow srodkow gasniczych na srodowisko zalezny jest od rodzaju zastosowanej bazy surowcowej, budowy chemicznej i st?zenia skladnikow a takze sposobu prowadzenia akcji ratowniczo gasniczej i czasu jej trwania. Najbardziej szkodliwe dla srodowiska s^ piany wytwarzane w sposob tradycyjny, ktore powstaj^ z roztworow srodkow gasniczych o st?zeniu 3-6%. Nowoczesne techniki generowania i srodki gasnicze umozliwiaj^. wytwarzanie pian z roztworow st?zeniu od 0.1% do 1%. Nie zawsze jednak rodzaj pozaru uzasadnia ich zastosowanie a jednostki ochrony przeciwpozarowej dysponuj^ odpowiednim sprz?tem.
Pianotworcze srodki gasnicze a srodowisko
Pianotworcze srodki gasnicze stanowi^ niewielk^ cz?sc chemikaliow wykorzystywanych przez czlowieka zawieraj^cych zwi^zki powierzchniowo czynne. Niemniej uzywanie duzych ilosci tych preparatow podczas akcji gasniczych, cz?sto bezposrednio trafiaj^cych do srodowiska, budzi powszechne obawy. Pomija si? w takich rozwazaniach fakt, ze to wlasnie pozar stanowi najwi?ksze zagrozenie spowodowane emitowaniem do atmosfery substancji toksycznych lub niszczeniem ekosystemow, jak dzieje
si? podczas pozarow lasow, zarosli, traw czy torfowisk. Skutki takich pozarow odczuwane s^ jeszcze przez wiele lat ze wzgl?du na zniszczenie zycia biologicznego. Podczas pozaru emitowane s^. do atmosfery pot?zne ilosci toksycznych gazow i pylow. Na podstawie danych literaturowych [4] mozna oszacowac, ze podczas pozaru prawie 10 000 ha lasu, ktory mial miejsce w 1992 r. w nadlesnictwach Rudy Raciborskie, K?dzierzyn i Rudzieniec do atmosfery zostalo uwolnione ok. 500 000 ton CO2 oraz 50 000 ton CO i innych gazow cieplarnianych.
Pianotworcze srodki gasnicze podlegaj^. przepisom prawnym dotycz^cym ochrony srodowiska [5-8] od fazy pozyskiwania lub produkcji skladnikow, przez etap przechowywania i uzytkowania az po utylizacj?. Schemat przedstawiony na rys. 1 przedstawia typowy cykl istnienia koncentratu pianotworczego.
Rys. 1. Cykl istnienia srodkow pianotworczych [9]
Srodowisko naturalne posiada tendencj? do samooczyszczania si? poprzez naturalny proces rozkladu, czyli tzw. degradacj?. W zaleznosci od zwi^zku chemicznego i rodzaju srodowiska, w ktorym znajduje si? zanieczyszczenie, procesy degradacyjne zachodz^ z rozn^
szybkosci^. i trwaj^ do momentu rozpadu na proste zwi^zki, wyst?puj^ce rowniez w naturalnym srodowisku, takie jak CO2 i H2O. Podczas trwania tego procesu pojawiaj^ si? produkty posrednie, ktore mog3 byc bardziej toksyczne niz zwi^zki wyjsciowe.
Proces degradacji moze odbywac si? pod wplywem rozmaitych czynnikow tj. fizycznych, chemicznych, biologicznych i fotochemicznych. Do czynnikow fizycznych mozna zaliczyc wyparowanie substancji do atmosfery, dyfuzj? substancji z jednego typu srodowiska do innego, a takze adsorpcj? na powierzchni np. gleby. Chemiczna degradacja polega na reagowaniu zwi^zkow pochodz^cych z zanieczyszczen ze zwi^zkami zawartymi w danym srodowisku (np. z tlenem). Zwi^zek chemiczny moze rowniez ulec przemianie w wyniku fotodegradacji w atmosferze, na powierzchni wody czy gleby, czyli ulec rozpadowi pod wplywem dzialania swiatla [9]. Rozklad biologiczny zwi^zkow zwany inaczej biodegradacji przebiega pod wplywem procesow biochemicznych, ktore zachodz^ dzi?ki obecnosci w srodowisku mikroorganizmow. Obecne w srodowisku substancje organiczne s^ rozkladane na proste zwi^zki mineralne przy udziale katalitycznych enzymow aktywnych mikroorganizmow takich jak: bakterie, grzyby czy pierwotniaki.
Na proces biodegradacji ma wplyw wiele czynnikow, z ktorych najwazniejsze to [9]:
• st?zenie badanej substancji i jej toksycznosc w stosunku do mikroorganizmow,
• obecnosc zrodel w?gla i energii innych niz badana substancja,
• budowa zwi^zku i jego wlasciwosci fizykochemiczne,
• rodzaj i ilosc mikroorganizmow w danym srodowisku,
• sklad podloza mineralnego,
• warunki tlenowe,
• temperatura, odczyn pH i naswietlenie.
Podczas biodegradacji zwi^zek chemiczny przechodzi przez kolejne stadia przemiany t.j: biodegradacj? pierwotn^ prowadz^c^. do powstania metabolitow o roznym stopniu zlozonosci i toksycznosci, biodegradacj? wlasciw^ podczas ktorej szkodliwe wlasciwosci substancji s^ niwelowane i substancja staje si? akceptowalna przez srodowisko oraz biodegradacj? calkowit^ (mineralizacj?) polegaj^c^ na rozkladzie substancji do CO2 i H2O oraz uzyskania prostych zwi^zkow nieorganicznych tj. siarczkow, azotanow lub innych soli mineralnych.
Jak wspomniano wczesniej, oddzialywanie roztworow srodkow gasniczych na srodowisko zalezy od rodzaju zastosowanych komponentow. Do celow gasniczych
wykorzystuje si? srodki pianotworcze, ktorych podzial ze wzgl?du na zastosowan^ baz? surowcow^ przedstawiono na rys 2.
Rys. 2 Podzial pianotworczych srodkow gasniczych
Surfaktanty zawarte w srodkach pianotworczych to anionowe lub rzadziej niejonowe syntetyczne zwi^zki powierzchniowo czynne wykorzystywane w syntetycznych srodkach pianotworczych, fluorosurfaktanty stosowane w srodkach pianotworczych wytwarzaj^cych film wodny lub zwi^zki powstale na bazie proteinowej uzywane do produkcji koncentratow proteinowych. Pozostale skladniki kazdego srodka pianotworczego to przede wszystkim woda, rozpuszczalniki organiczne, jak rowniez dodatki poprawiaj^ce wlasciwosci uzytkowe oraz trwalosc kompozycji.
Zdolnosc do biodegradacji pianotworczych srodkow gasniczych
Istnieje wiele metod badawczych za pomoc^, ktorych mozliwa jest ocena sposobu i stopnia biodegradacji. Metody jakosciowe dotycz^ analizy rodzaju i ilosci zwi^zkow posrednich powstaj^cych w procesie rozkladu biologicznego natomiast kazda z metod ilosciowych sprowadza si? do wyznaczenia odpowiedniego wskaznika, ktory opisuje poziom zuzytego przez mikroorganizmy tlenu lub tez pomiaru wydzielonego dwutlenku w?gla b^dz ilosci rozpuszczonego w?gla organicznego.
Do podstawowych wskaznikow okreslaj^cych w sposob posredni stopien biodegradacji zaliczamy biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT), ktor^ definiuje si? jako ilosc zuzytego tlenu podczas biochemicznego rozkladu zanieczyszczen z udzialem
mikroorganizmow oraz chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) czyli ilosc zuzytego tlenu podczas chemicznego rozkladu zanieczyszczen. Zdolnosc substancji do biodegradacji mierzona jest jako stosunek wartosci BZT do ChZT. Za substancj? latwo biodegradowalne zgodnie z polskimi normami uznaje si? tak^ substancj?, ktorej stosunek BZT/ChZT wynosi co najmniej 80 % [10].
Wyznaczenie stopnia biochemicznego rozkladu substancji mozna tez dokonac poprzez pomiar st?zenia w srodowisku wodnym rozpuszczonego w?gla organicznego, zuzywanego w metabolizmie przez mikroorganizmy oraz pomiar wydzielanego dwutlenku w?gla w ostatecznym etapie biodegradacji. Pomiar wzgl?dem zawartosci w?gla organicznego wykonuje si? na podstawie monitorowania jego st?zenia podczas procesu biochemicznego rozkladu i na podstawie tej wartosci oblicza si? biodegradacj?.
Pomiar wydzielanego dwutlenku w?gla dokonuje si? przy pomocy np. sondy do wyznaczania st?zenia dwutlenku w?gla. Ilosc CO2 wytworzon^ z badanej substancji nalezy skorygowac o wartosc slepej proby.
Wplyw pianotworczych srodkow gasniczych na srodowisko jest najcz?sciej okreslany na podstawie biodegradowalnosci wyznaczonej wzgl?dem wskaznikow BZT i ChZT oraz toksycznosci wzgl?dem organizmow l^dowych np. szczura lub krolika b^dz wzgl?dem organizmow wodnych tj. ryby, drobnych bezkr?gowcow, bakterii.
Skladniki zawarte w koncentratach pianotworczych s^ stosunkowo latwo biodegradowalne. Jednak w zaleznosci od budowy chemicznej, zwi^zki te maj^ rozn^ zdolnosc do biodegradacji oraz wyst?puj^ tez takie, ktore nie s^ biodegradowalne i akumuluj^ si? w srodowisku. Podawane zwykle przez producentow dane zmierzonych wskaznikow biodegradowalnosci i toksycznosci dla danego srodka s^ przy gl?bszej analizie malo istotne, gdyz nie ma dodatkowych informacji o sposobie przeprowadzenia pomiaru czy tez st?zeniu wodnego roztworu, dla ktorego ten pomiar wykonano. Na tej podstawie trudno jest porownywac pianotworcze srodki gasnicze roznych producentow pod wzgl?dem zdolnosci do biodegradacji. Dla zobrazowania problemu w tabeli 1 przedstawiono dane okreslaj^ce wplyw na srodowisko naturalne roznych skladnikow wchodz^cych w sklad srodkow pianotworczych.
Tabela 1. Biodegradowalnosc i toksycznosc wybranych skladnikow kompozycji gasniczych na podstawie danych producentow lub dystrybutorow[11]
Substancja Toksycznosc doustna [mg/kg] Biorozktadalnosc Biodegradacja Ekotoksycznosc dla organizmow wodnych
sulfobursztynian N5 LD50 (szczur) > 12500 mg/kg powyzej 80 % ozn zgodnie z 82/242/EEC Ostateczna biodegradacja tlenowa wg 67/548/EWG wynosi 63,6% —
ABS Na LD50 (szczur) 500-1000 mg/kg powyzej 83 % ozn zgodnie z 82/243/EEC LC50 (gupik) 670 mg/dm3 IC50 (rozwielitka) 6,6 mg/dm3 LC50 (glony- Chlorella) 2350 mg/dm3
Nansa LSS 38/AS LD50 (szczur) >2000 mg/kg LC50 (ryby.) 12,2 mg/l/96h (t. potstatyczna); 1-10mg/l/96h (t. statyczna) EC50 4,53 mg/l/3h (dafnie); IC50 (bakterie) 230 mg/l/3h
Alkohol etylowy 96% LD50 (szczur) 6200 mg/kg BZT5 0,93-1,67 g/g ChZTa 1,99 g/g LC50( L.idus) 8140 mg/l/48h EC50 (Daphnia magna) 9266-14221 mg/l/48h EC (Algi Sc. quadricanada) 5000mg/l/7d. EC5(bakterie Ps. putida) 6500 mg/l/16h EC5(pierwotniaki E. sulcatum) 65 mg/l/72h
2-butoksyetanoI LD50(szczur)1746mg/kg — Latwo biodegradowalny -96% LC50(ryby)>1000 mg/l/96h EC50(Daphnia magna) 1550 mg/l/48h EC50(rosIiny wodne Pseudokirchneriella subcapitata) 1840mg/l/72h
2-(2- butoksyetoksy)etanol LD50(szczur)5660 mg/kg > 70% po 28 dniach wg OECD 301E 100% po 28 dniach wg OECD 302E LC50(ryby Lepomis macrochirus)1300 mg/l/96h ED50(Daphnia magna)3200mg/l/24h EC501170(pseudomas putida) 1170mg/l/18h
Mocznik LD50(szczur)8471mg/kg — Latwo biodegradowalny-96%/16d LC50(ryby L.idus)>680 mg/l/96h EC50(Daphnia magna)>10000mg/l/24h IC5(AIgi Sc.quadricanda)>10000mg/l/7d. EC5(bakterie Ps. putida) >10000mg/l/16h.
Glikol propylenowy LD50(szczur)20000mg/kg — 81% po 28 dniach wg OECD 301F LC50(ryby)23800mg/I/96h EC50(Daphnia magna)>43500 mg/l/48h EC50(aIgi) )>19000mg/l/72h
Jak wykazano [10,12,13] najmniejsz^ zdolnosci^ do biodegradacji charakteryzuj^ si? koncentraty pianotworczych srodkow gasniczych produkowane na bazie surfaktantow proteinowych, fluoroproteinowych oraz syntetycznych Hi-EX (o wysokiej liczbie spienienia). Przykladowe dane stopnia biodegradowalnosci po 20 dniach dla 3% roztworow roznych srodkow pianotworczych s^ przedstawione na rys. 3 [12].
Rys. 3 Biodegradowalnosc 3% roztworow srodkow pianotworczych [12]
Zestawienie wynikow badan biodegradacji roznych roztworow pianotworczych w typowym st?zeniu uzytkowania, pozwala stwierdzic, ze srodki proteinowe w porownaniu z innymi typami srodkow pianotworczych wykazuj^ znacznie mniejsz^ biodegradowalnosc (rys. 4) zarowno po 5 jak i po 20 dniach rozkladu.
Rys. 4 Biodegradowalnosc srodkow pianotworczych w znacznym rozcienczeniu po 5 i 20 dniach [10]
Z zestawienia wynikow badan biodegradowalnosci syntetycznych srodkow pianotworczych typu S oraz klasy A stosowanych w roznych st?zeniach tj. w 1% i 3%, wynika, ze niektore srodki klasy A wykazuj^ wysok^ biodegradowalnosc w st?zeniu 1% roztworu roboczego (rysunek 5).
Rys. 5 Biodegradowalnosc po 20 dniach dla srodkow syntetycznych (A i B) i klasy A (C, D, E i F) [10]
Na podstawie powyzszych wynikow badan mozna stwierdzic, ze w srodowisku naturalnym najlatwiej rozkladaj^ si? srodki na bazie syntetycznych surfaktantow, w tym szczegolnie srodki klasy A. Duzy wplyw na zdolnosc do biodegradacji maj^ rowniez zawarte w srodkach konserwanty i rozpuszczalniki, ktore w wielu przypadkach trudno ulegaj^ rozkladowi.
Wysoki poziom biodegradacji nie zawsze jest korzystny dla srodowiska. Podczas rozkladu substancji np. w srodowisku wodnym dochodzi do znacznego wzrostu zapotrzebowania na tlen, ktory jest pobierany z otoczenia, czego nast?pstwem moze byc znaczne zubozenie tego srodowiska w tlen i w konsekwencji zaklocenie funkcjonowania zyj^cych organizmow. W przypadku, gdy nie wyst?puj^ szkodliwe skladniki, post?powanie z pianotworczym srodkiem gasniczym uwolnionym do srodowiska na ogol sprowadza si? do znacznego rozcienczenia przed skierowaniem do oczyszczalni sciekow lub, jesli zawiera substancje niebezpieczne, przeznacza si? go do utylizacji. Nalezy bezwzgl?dnie zapobiegac przedostaniu si? piany do ciekow wodnych i akwenow. Szkodliwosc w srodowisku wodnym wynika w duzej mierze z obecnosci w tych preparatach surfaktantow, ktorych wplyw na srodowisko zalezy od ich wlasciwosci fizycznych i toksycznosci. Zwi^zki te przedostaj^c si? do wod powierzchniowych mog^ powodowac pienienie si? wody. Szczegolnie niebezpieczne dla organizmow zyj^cych w wodach jest obnizanie napi?cia powierzchniowego
wody, zmniejszanie przez surfaktanty dyfuzji tlenu atmosferycznego do wody, co prowadzi do obnizenia ilosci tlenu rozpuszczonego w wodzie, a w konsekwencji do smierci organizmow. Obecnosc surfaktantow moze powodowac wzrost rozpuszczalnosci substancji toksycznych obecnych w wodzie lub zwi?kszac ich wchlanianie. Ponadto w wodach powierzchniowych i sciekach surfaktanty moge dzialac jako emulgatory roznych substancji hydrofobowych. Dobre rozpraszanie zwiezkow hydrofobowych jest pozedane na etapie adsorbowania zanieczyszczen, gdyz zapewnia skuteczne ich usuni?cie. Jednak po oddzieleniu od wody lub gleby, emulsje powinny byc poddane rozdzialowi faz z mozliwoscie pozniejszego wykorzystania. Zjawisko wytwarzania stabilnych emulsji jest natomiast wazne w procesie remediacji gruntow, gdyz zwi?ksza si? powierzchnia i czas dost?pu substancji dla mikroorganizmow [14].
Podczas prowadzenia dzialan gasniczych, istnieje niekiedy warunki sprzyjajece pozniejszej biodegradacji. Na przyklad podczas akcji prowadzonej w miescie roztwor srodka pianotworczego nie przedostaje si? bezposrednio do srodowiska, lecz splywa do kanalizacji a nast?pnie do oczyszczalni sciekow ulegajec wielokrotnemu rozcienczeniu, co zmniejsza zagrozenie skazeniem i ulatwia biodegradacj?. Jednak nalezy pami?tac, ze jednorazowe wprowadzenie wi?kszej ilosci srodka moze spowodowac zaklocenia w pracy oczyszczalni sciekow.
Toksycznosc pianotworczych srodkow gasniczych
Niekorzystny wplyw srodkow pianotworczych na srodowisko wynika glownie z obecnosci w ich skladzie zwiezkow powierzchniowo czynnych i rozpuszczalnikow obnizajecych napi?cie powierzchniowe wody.
W srodowisku wodnym surfaktanty negatywnie oddzialuje na flor? i faun?, gdzie moge w powaznym stopniu zaklocac procesy zyciowe. Wyst?pujec w wodzie absorbuje si? na powierzchni narzedow wymiany gazowej roslin i zwierzet, przez ktore zachodze procesy przenikania osmotycznego, osadzaje si? np. na skrzelach ryb. Zjawisko to zachodzi glownie w strefie powierzchniowej wody i w obszarze tej strefy w znacznym stopniu dochodzi do zaklocenia w funkcjonowaniu zyjecych organizmow, jak rowniez flory pelniecej istotne rol? w wydzielaniu tlenu niezb?dnego do zycia wodnej fauny. Pozostala na powierzchni wody cz?sc zwiezkow powierzchniowo czynnych utrudnia dyfuzj? tlenu z powietrza i przyczynia si? tym samym do znacznego obnizenia st?zenia tlenu rozpuszczonego w wodzie [9].
Powszechne metode porownania toksycznosci zwiezkow chemicznych jest metoda wyznaczania wartosci LC50. Wskaznik ten informuje, jakie st?zenie substancji jest smiertelne
dla 50 % populacji zwierz^t okreslonego gatunku, poddanych dzialaniu tej substancji przez okreslony czas. Drugim wskaznikiem sluz^cym do okreslania toksycznosci jest EC50, ktory interpretuje si? jako efektywne st?zenie danego zwi^zku chemicznego w wodzie wywoluj^ce u 50 % organizmow szczegoln^ reakcj? (np. znieruchomienie) lub 50 % redukcj? czynnosci zyciowych [9].
Przykladem toksycznego wplywu srodkow pianotworczych na srodowisko wodne s^ wyniki badan (rys. 6,7) przedstawiaj^ce wartosci LC50 dla pstr^ga t?czowego i EC50 dla Daphni magna. W obydwu badaniach wyniki jednoznacznie wykazuje, ze znacznie bardziej toksyczne dla organizmow wodnych s^ srodki syntetyczne anizeli srodki na bazie surfaktantow proteinowych. Najwi?kszy wplyw na srodowisko wywieraje koncentraty syntetyczne, fluorosyntetyczne i srodki do wytwarzania pian klasy A. Srodki posiadaj^ce w swoim skladzie przewag? zhydrolizowanych bialek pochodzenia naturalnego np. typu FFFP i AR-FFFP s^ znacznie mniej toksyczne dla organizmow wodnych.
250000
§[ 200000 E
g 150000
N
О
з 100000
w
Ou
g 50000
о
I--------------------------------1
□ gorny zakres
□ dolny akres
AFFF
FP-AR
FP
Hi-EX
P
0
Rys. 6 LC50 roznych srodkow pianotworczych dla pstr^ga t^czowego po 48h [12]
1000000
100000
.C
00
S30000
ro
E
“g 1000
cn
te
S= 100 ,03
f 10 Q
о
Ю
О
ш
1
□ gorny zakres
□ dolny zakres
AFFF
FP-AR
FP
Hi-EX
P
Rys. 7 EC50 roznych srodkow pianotworczych dla Daphnia magna po 24h [12]
Duze toksycznoscie charakteryzuje si? rowniez rozpuszczalniki organiczne. Ponizej przedstawiono orientacyjne wartosci toksycznosci poszczegolnych rozpuszczalnikow organicznych:
Tabela 2 Toksycznosc roznych rozpuszczalnikow organicznych wzgl^dem ryb [11]
Nazwa rozpuszczalnika organicznego Toksycznosc wodna dla ryb w (mg/l)
glikol propylenowy 23 8ОО
eter monobutylowy glikolu dipropylenowego 14 ООО
glikol heksylenowy 4 ООО
glikol etylenowy 4 ООО
butylokarbitol 2 ООО
2-butoksyetanol 1 ООО
Im wyzsze se wartosci LC50 i ЕС5О , tym substancje, do ktorych si? odnosze, se mniej
toksyczne dla badanej grupy organizmow. Do rozpuszczalnikow organicznych, ktore
charakteryzuje si? najwi?ksze toksycznoscie, mozna zaliczyc 2-butoksyetanol oraz
butylokarbitol. Se to cz?sto stosowane w recepturach koncentratow gasniczych
rozpuszczalniki, ktore dzialaje rowniez draznieco na skor? i blony sluzowe czlowieka.
Rozpatrujec wplyw pianotworczych srodkow gasniczych na organizmy ledowe mozna zauwazyc, ze ich szkodliwosc nie jest tak istotna, jak w przypadku oddzialywania na organizmy w srodowisku wodnym. Nalezy jednak zaznaczyc, ze rowniez w srodowisku ledowym moge powodowac negatywne skutki objawiajece si? mi?dzy innymi zmniejszeniem zdolnosci kielkowania, wi?dni?ciem i usychaniem zielonych cz?sci roslin, spowolnieniem wzrostu a takze krotkotrwalym ograniczeniem kwitnienia. Efekty oddzialywania srodkow pianotworczych zaleze od warunkow atmosferycznych po ich zastosowaniu oraz typu roslinnosci. W przypadku oddzialywania na zwierz?ta ledowe (m. in. pustulki, kosy, krety, mrowki) stwierdzono okresy ot?pienia i braku koordynacji, jednakze piana wytworzona ze srodka Silv-Ex nie spowodowala smierci zwierzet. Oddzialywanie roztworu О.3 % Silv-Ex nie spowodowalo zadnych konsekwencji dla populacji [15]. Nie stwierdzono rowniez smiertelnosci po zazyciu dawki >2ООО mg/ kg masy ciala ptakow [16].
Nowa baza surowcowa pianotworczych srodkow gasniczych
Pomimo wyst?pujecych zagrozen ekologicznych, jakie zwiezane se z uzytkowaniem pianotworczych srodkow gasniczych, konieczne jest ich stosowanie w celu ochrony zycia i zdrowia ludzi a takze ograniczenia strat materialnych i ekologicznych spowodowanych pozarami. Nalezy jednak pami?tac, aby srodki pianotworcze dobierac w sposob, ktory pozwoli minimalizowac skutki oddzialywania na srodowisko naturalne (jesli to mozliwe stosowac w jak najnizszym st?zeniu).
W ostatnich latach pojawily si? tendencje zmierzajece do wytwarzania surfaktantow z surowcow odtwarzalnych i ulegajecych biodegradacji. Szczegolne zainteresowanie wzbudzila mozliwosc stosowania w?glowodanow oraz olejow roslinnych i tluszczow zwierz?cych. W wielu wyrobach slabo biodegradowalne surfaktanty o rozgal?zionej budowie takie jak alkilobenzenosulfoniany wypierane se przez latwo bidegradowalne zwiezki powierzchniowo czynne takie jak sulfonowane estry kwasow tluszczowych lub biosurfaktanty
[17].
Biosurfaktanty [14] se to zwiezki chemiczne posiadajece wlasciwosci powierzchniowo czynne, syntetyzowane przez ogromne roznorodnosc zyjecych organizmow, od roslin (saponiny), przez mikroorganizmy (glikolipidy) do bardziej zlozonych istot, w tym takze ludzi. Biosurfaktanty, tak jak syntetyczne zwiezki powierzchniowo czynne, posiadaje budow? amfifilowe, powyzej krytycznego st?zenia micelarnego tworze micele, akumuluje si? na powierzchni mi?dzyfazowej i dzialaje jako srodki zwilzajece powierzchniach stalych [14,18].
Surfaktanty, oparte na surowcach naturalnych, charakteryzuje si? dobre biodegradowalnoscie oraz niske toksycznoscie. Poczetkowo znalazly one zastosowanie w kompozycjach piorecych, farmaceutycznych i kosmetycznych a obecnie takze gasniczych.
Badania nowo opracowanych kompozycji gasnicze zawierajecych w swej recepturze zarowno surfaktanty jak i inne skladniki o niskim stopniu oddzialywania na srodowisko wykazaly toksycznosc ostre doustne dla szczura odpowiednio: srodki E0 i E6 - wartosc LD50> 2000 mg/kg oraz srodek E2 2 - wartosc LD50>2500 mg/kg [19].
Biodegradacj? nowatorskich koncentratow gasniczych wyznaczono wzgl?dem zawartosci rozpuszczonego w?gla organicznego. Przygotowane mieszaniny napowietrzano przez 28 dni w temperaturze 20- 250C, w swietle rozproszonym. Na podstawie uzyskanych wynikow obliczono zawartosc RWO w danej mieszaninie, po okreslonym czasie biodegradacji, a nast?pnie dokonano oceny podatnosci na rozklad biologiczny badanego preparatu w srodowisku wodnym. Biodegradacj? jako procentowy ubytek RWO w testowanym roztworze podczas obserwowanego rozkladu obliczono wedlug ponizszego rownania:
Ct — CB
r = (i- _c_c^ . x 100
Ca — Cba
gdzie:
Rt - % rozklad w czasie t,
CA - wartosc srednia RWO w mg/l dla badanej substancji, zmierzona po czasie 3±30 min,
Ct - wartosc srednia RWO w mg/l dla badanej substancji po czasie t,
CBA - wartosc srednia RWO w mg/l w probach slepych po czasie 3±30 min,
CB - wartosc srednia RWO w mg/l w probach slepych po czasie t.
Wyniki badan przedstawiono na rys. 8. Dla poszczegolnych srodkow po 28 dniach rozkladu otrzymano wyniki potwierdzajece ich wysoke biodegradowalnosc tj: 94%, 92%, 96%.
Rys. 8 Biodegradacja roztworow roboczych srodkow E0, E2 2 i E6.
Podsumowanie
W celu ograniczenia negatywnego wplywu srodkow gasniczych na srodowisko nalezy przeprowadzic analiz? zagrozenia biorec pod uwag?: wielkosc pozaru, rodzaj palecego si? materialu, dost?pne srodki gasnicze, metody podawania, ewentualne zagrozenia (np. mozliwosc wybuchu), praktyczny czas podj?cia dzialan ratowniczo gasniczych, skutki dzialan dla srodowiska naturalnego. Istotny jest dobor do palecego si? materialu odpowiedniego srodka gasniczego w optymalnym st?zeniu. Te czynniki powinny byc brane pod uwag?, w kazdym przypadku stosowania srodkow gasniczych. Nalezy szkolic strazakow w zakresie doboru i metod stosowania srodkow gasniczych oraz podejmowac prace badawcze majece na celu opracowywanie nowych, biodegradowalnych srodkow gasniczych
Podczas prowadzenia akcji ratowniczo gasniczych nalezy unikac przedostania si? srodkow pianotworczych do wod powierzchniowych i uj?c. Wieze si? to z uwolnieniem do srodowiska duzych ilosci zwiezkow powierzchniowo czynnych powodujecych zaklocenie procesu samooczyszczania si? zbiornikow wodnych..
Nalezy pami?tac, ze to pozar z jego skutkami jest najwi?kszym zagrozeniem ekologicznym a nie srodki sluzece do ugaszenia go. [4,13,20]. Pianotworcze srodki gasnicze maje wyzsze skutecznosc gasnicze od powszechnie stosowanej wody, a dzi?ki odpowiedniemu doborowi srodka gasniczego do pozaru, straty popozarowe se minimalizowane, a srodowisko naturalne jest chronione. Z drugiej strony uzywanie srodkow pianotworczych w celach gasniczych jest konieczne ze wzgl?du na ich wysoke
skutecznosc gasnicze. Nalezy jednak pami?tac, ze po zastosowaniu i zakonczeniu akcji gasniczej konieczne jest znaczne rozcienczenie srodkow pianotworczych.
Na terenach popozarowych wyst?puje wyniszczenie bakterii i glebowej fauny, czego nast?pstwem jest pogorszenie wlasciwosci urodzajnych gleb. Obserwuje si? rowniez drastyczne wyniszczenie owadow, zwlaszcza zamieszkujecych runo i sciolk? oraz zaglad? skupisk grzybow, na ktorych miejscu ukazuje si? inne gatunki grzybow oraz owadow szkodliwych dla srodowiska odnawianego lasu. Wielkoobszarowe pozary lesne poprzez wyniszczenie ochronnego drzewostanu wplywaje znacznie na lokalne zmian? klimatyczne pod wzgl?dem temperatury i wilgotnosci srodowiska. Na obszarach popozarowych obserwuje si? wi?ksze wahania temperatury, silniejsze wiatry, ktore sprzyjaje m.in. erozji gleby oraz pogorszenie warunkow retencyjnych wody opadowej.
Srodki pianotworcze pomimo deklarowanej przez producentow wysokiej wartosci biodegradacji, moge byc szkodliwe dla srodowiska, gdyz moge zawierac substancje ulegajece bioakumulacji w srodowisku. Dotyczy to przede wszystkim wyrobow, w ktorych sklad wchodze surfaktanty z perfluorowanymi lancuchami w?glowodorowymi. Srodki pianotworcze, ktore dostaje si? do gruntu w st?zeniach roboczych, praktycznie ulegaje bardzo powolnemu rozkladowi. Przemieszczajec si? w gleb wraz z wodami opadowymi moge jednak skazac wod? i inne uj?cia. Szybkosc rozkladu b?dzie coraz mniejsza wraz ze wzrostem kumulacji srodka w gruncie.
Literatura
1. Rakowska J., Porycka B.: Trwalosc srodkow gasniczych, Bezpieczenstwo i Technika Pozarnicza nr 1/2006, Jozefow 2006, str. 31-38
2. Porycka B., Rakowska J.: Wyznaczanie wlasciwosci pianotworczych srodkow gasniczych w aspekcie ich wykorzystania w akcjach ratowniczo-gasniczych oraz w gasnicach przenosnych i przewoznych, Bezpieczenstwo i Technika Pozarnicza nr 2/09, Jozefow 2009, str. 139-148
3. Rakowska J., Porycka B.: Wplyw pianotworczych srodkow gasniczych na srodowisko, XXVII Mi?dzynarodowa Konferencja Naukowa Inzynieria Procesowa w Ochronie Srodowiska, Turawa, czerwiec 2010
4. Zarzycki J.: Swiatowe dziedzictwo natury, Przegled Pozarniczy 8/2005
5. Rozporzedzenie Ministra Pracy i Polityki Spolecznej z dnia 29 listopada 2002 r. w sprawie najwyzszych dopuszczalnych st?zen i nat?zen czynnikow szkodliwych dla zdrowia w srodowisku pracy. (Dz. U. 2002 Nr 217, poz. 1833),
6. Rozporz^dzenie Ministra Zdrowia z dnia 2 wrzesnia 2003 r. w sprawie kryteriow i sposobu klasyfikacji substancji i preparatow chemicznych (Dz. U. 2003 Nr 171, poz. 1666),
7. Rozporz^dzenie Ministra Zdrowia z dnia 2 wrzesnia 2003 r. w sprawie oznakowania opakowan substancji niebezpiecznych i preparatow niebezpiecznych (Dz. U. 2003 Nr 173, poz. 1679)
8. ROZPORZ^DZENIE KOMISJI (WE) NR 552/2009 z dnia 22 czerwca 2009 r. zmieniaj^ce rozporz^dzenie (WE) nr 1907/2006 Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie rejestracji, oceny, udzielania zezwolen i stosowanych ograniczen w zakresie chemikaliow
9. Hanauska C., P.E. HUGES ASSOCIATES, INC Environmental Impacts of, Firefighting Foams
10.Malozi?c D. Koniuch A.: Wplyw pianotworczych srodkow gasniczych
i neutralizatorow na srodowisko naturalne, szczegolnie na organizmy wodne, Bezpieczenstwo i Technika Pozarnicza, 02/2009
11. Mizerski A. Sobolewski M. Jablonowski M. „Piana kontra srodowisko” Przegl^d Pozarniczy 1/2006
12. karty charakterystyk substancji
13. Sobolewski M., Krol B. „Pianotworcze srodki gasnicze a srodowisko naturalne” Przegl^d pozarniczy 11/2000 i 12/2000
14. Hallamann E.: Fizykochemizne aspekty oczyszczania zaolejonych gruntow
z wykorzystaniem surfaktantow syntetycznych i biosurfaktantow, rozprawa doktorska, Politechnika Gdanska, Gdansk 2008
15. Adams R., Simmons D.: Ecological Effects of Fire Fighting Foams and Retardants, CONFERENCE PROCEEDINGS, Australian Bushfire Conference, Albury, July 1999
16. Vyas N. B., Spann J. W., Hill E.F., Acute oral toxicities of wildland fire control chemicals to birds, Ecotoxicology and Environmental Safety, Volume 72, Issue 3, March 2009, Pages 862-865
17. Zielinski R.: Surfaktanty. Budowa, wlasciwosci, zastosowania, Wyd. Uniwersytetu Ekonomicznego w Poznaniu, Poznan 2009
18. Rakowska J., Porycka B.: Badania zwi^zane z okresleniem aktywnosci powierzchniowej podstawowych skladnikow srodkow zwilzaj^cych, Bezpieczenstwo i Technika Pozarnicza 2/09, Jozefow 2009, str. 65-80
19. Sprawozdanie: Badania nad otrzymaniem ekologicznego, biodegradowalnego srodka zwilzaj^cego, zwi^kszaj^cego skutecznosc akcji ratowniczo - gasniczych i podnosz^cego
bezpieczenstwo powszechne kraju. w ramach projektu badawczego rozwojowego Nr R00-O0046/03, CNBOP, Jozefow sierpien 2010, - w przygotowaniu, materialy niepublikowane
20. Ubysz B., Szczygiel R., Piwnicki J., Kwiatkowski M. „Sprawozdanie w sprawie krajowej sytuacji dotycz^cej wplywu pozarow na lasy”, IBL, Warszawa 2006
