Критерии оценки экологической чистоты льняной текстильной продукции Текст научной статьи по специальности «Математика»

Экология льняной текстильной продукции

и производства

УДК 677.11+681.513.2

Критерии оценки экологической чистоты льняной текстильной продукции

О. М. Ольшанская, В. В. Котин, А. В. Артёмов

ВЛАДИМИР ВЛАДИМИРОВИЧ КОТИН — кандидат физико-математических наук, доцент Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Область научных интересов: математическое моделирование химических и биосферных процессов.

АРСЕНИЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ АРТЁМОВ — доктор химических наук, профессор Московского государственного университета дизайна и технологий. Область научных интересов: промышленная экология.

117049 Москва, ул. Шаболовка, д. 26, ФГУПЦНИИЛКА, тел./факс (095)237-04-08, (095)237-01-01 E-mail nauka@tsniilka.ru

Одной из актуальных задач в настоящее время является оценка гигиенических и экологических свойств тканей, в частности льняных и льносмесовых, на основании данных о свойствах исходных волокон. Решению этих задач посвящен ряд работ [1-9].

В настоящей работе рассматриваются критерии оценки допустимого содержания экотоксикантов неорганической природы в льняных изделиях и разработке системы САПР для оценки экологической чистоты текстильной продукции.

В основе этой оценки лежит международный стандарт ЕКО-ТЕХ-100, регламентирующий содержание в текстильной продукции неорганических и органических соединений.

В соответствии с указанным стандартом текстильная продукция делится на четыре вида:

I — продукция детского ассортимента;

II— продукция взрослого ассортимента при условии прямого контакта с кожей;

III — то же при условии непрямого контакта с кожей;

IV — текстильные отделочные материалы.

В соответствии с этим стандартом текстильные изделия должны иметь уровень рН 4,0-7,5 (I, II) и 4,0-9,0 (III, IV). Для тех текстильных изделий, которые в процессе эксплуатации могут намокать, допускается более широкий интервал изменения рН — от 4,0 до 10,5.

Допустимое содержание формальдегида в текстильном изделии не должно превышать (ррт) 20 (I), 75 (II) и 300 (III, IV).

Стандарт ЕКО-ТЕХ-100 регламентирует содержание в ткани следующих элементов, в том числе и тяжелых металлов (ppm): мышьяк — 0,2 (I) и 1,0 (II-IV); свинец — 0,2 (I) и 1,0 (II-IV); кадмий — 0,1 (I-IV); хром (общий) — 1,0 (I) и 2,0 (II-IV); хром^) — 0,5 (I-IV); кобальт — 1,0 (I) и 4,0 (II-IV); медь — 25,0 (I) и 50,0 (II-IV); никель — 1,0 (I) и 4,0 (II-IV); ртуть — 0,02 (I-IV).

Суммарное количество пестицидов в текстильных изделиях из натуральных волокон не должно превышать 0,5 (I) и 1,0 ppm (II-IV). К числу пестицидов, присутствие которых наиболее вероятно в текстильной продукции, относятся алдрин, карбарил, дилдрин, эндосуль-фан, эндрин, гептахлор, гептахлорэпоксид, гексахлор-бензол, гексахлорциклогексан, линдан, метоксихлор, ми-рекс, токсафен, трифлураин, DDD, DDE, DDT и др.

Содержание хлорированных фенолов не должно превышать 0,05 (I) и 0,5 ppm (II-IV). К этим соединениям прежде всего относятся пентахлорфенол и 2,3,5,6-тетрахлорфенол. Содержание других хлорированных органических соединений (дихлорбензол, три-хлорбензол, тетрахлорбензол, пентахлорбензол, гекса-хлорбензол, хлортолуол, дихлортолуол, трихлортолуол, тетрахлортолуол, пентахлортолуол) не должно превышать 1,0 ppm (I-IV).

Существенное внимание следует уделять анализу в текстильном изделии экстрагируемых красителей и продуктов их превращений. Содержание аллергенных красителей, таких как дисперсные синие, дисперсные жёлтые, дисперсные красные, дисперсные оранжевые, не должно превышать 0,006 % (мас.), а применение кан-

церогенных красителей, таких как основной красный 9, дисперсный синий 1, кислотный красный 26, настоящим стандартом не рекомендуется.

Вещества, образующиеся в результате превращений красителей, в основном относятся к группе ариламинов; их содержание в соответствии со стандартом не должно превышать 20 ppm. К числу таких продуктов превращений красителей относятся 4-аминобифенил, бензидин, 4-хлор-о-толуидин, о-аминоазотолуол, 2-амино-4-нитро-толуол, л-хлоранилин, 2,4-диаминоанизол, 4,4'-диамино-дифенилметан, 3,3'-дихлорбензидин, 3,3'-диметокси-бензидин, 3,3'-диметилбензидин, 3,3'-диметил-4,4'-ди-аминодифенилметан, 4,4'-оксидианилин, 4,4'-тиодиани-лин, 2,4-толуилендиамин, 2,4,5-триметиланилин, о-ани-зидин.

Среди других органических веществ стандарт ограничивает содержание (ppm) в текстильном материале толуола — не выше 0,1 (I-IV), стирола — не выше 0,005 (I-IV), винилциклогексена — не выше 0,002 (I-IV), 4-фенилциклогексена — не выше 0,03 (I-IV), бутадиена — не выше 0,002 (I-IV), винилхлорида — не выше 0,002 (I-IV), ароматических углеводородов — не выше 0,3 (I-IV), других летучих органических соединений — не выше 0,5 (I-IV).

Необходимость обязательной экологической сертификации текстильной продукции обусловлена двумя основными причинами:

1) желанием покупателя быть уверенным не только в качестве, но и в экологической чистоте приобретаемой им текстильной продукции. Покупатель, должен знать, что эта продукция не содержит токсических веществ (или содержание этих веществ не превышает установленной нормы) и не представляет угрозы для здоровья. Особенно это касается товаров детского ассортимента. Соответствие текстильной продукции этим нормам в странах Западной Европы подтверждается так называемой «эко-этикеткой», наличие которой на упаковке и свидетельствует об экологической чистоте продукции [10];

2) выходом в самом ближайшем будущем российской текстильной продукции на западно-европейский и мировой рынок. Отсутствие экологического сертификата, соответствующего международным нормам, на отечественную текстильную продукцию может существенно (если не полностью) ограничить ее поступление на этот рынок и не будет способствовать подъему российской текстильной промышленности.

Для определения содержания в текстильных материалах металлов нами был использован метод масс-спектрометрии с ионизацией в индуктивно связанной плазме (ИСПМС). Исследования проводили на приборе VG PLASMA QUAD PQ 2-TURBO. Подробное описание методики испытаний и пробоподготовки образцов приведено в работах [2-4]. Там же оценена воспроизводимость применяемых методик.

Для выработки критерия оценки допустимого содержания экотоксикантов в текстильных изделиях необходимо установить, какие экотоксиканты кроме указанных в стандарте ЕК0-ТЕКС-100 необходимо принять во внимание и учесть (помимо основного условия — непревышения содержания элементов (b¡) установленным нормам (ПДК,), т. е. bi < ПДК,) совместное влияние за-грязнителей-полютантов, например, по так называемому «индексу токсичности»:

Li Rb Cu Zn Cd B Al Si Pb V As Se Cr Mo W Mn Fe Co Ni

Li

Rb -

Cu ± - - -

Zn (?) (?) - + - -

Cd -

B - -

Al -

Si -

Pb (?) +

V -

As (?) -

Se - - + -

Cr (?) (?) (?) - -

Mo ± + - - -

W (?)

Mn + - ± - ± (?) ± - - ± - - -

Fe + - - ± ± - - - - -

Co - -

Ni ± ± ± (?)

Рис. 1. Взаимодействие микроэлементов в самих растениях и в среде, окружающей корни растений | — | — антагонизм, | + | — синергизм, | ± | — антагонизм и/или синергизм, | ~ | — возможный антагонизм

Е

ПДК;

1,

имея в виду возможность усиления или ослабления действия полютантов при их совместном присутствии.

Особенно необходимо учитывать усиление (синергизм) или ослабление (антагонизм) действия полютантов в текстильной продукции из волокон растительного происхождения. Так, для растений антагонизм означает, что совместное физиологическое действие нескольких элементов меньше суммы действия отдельных элементов, а синергизм — что совместное действие больше [11, 12]. Такие взаимодействия можно связать со способностью одного элемента ингибировать или стимулировать действие других элементов растения (рис. 1). Все эти взаимодействия весьма переменчивы. Они могут происходить внутри клеток, на поверхности мембран, а также в среде, окружающей корни растений. Процессы взаимодействия контролируются многими факторами [13-15], и их механизмы изучены еще недостаточно.

Взаимодействия между элементами, приведенные в табл. 1, показывают, что Са, Р, Мg — основные антагонистические элементы в отношении поглощения и метаболизма многих микроэлементов. Однако и у антагонистических пар элементов наблюдали синергические эффекты, что связано, вероятно, со специфическими реакциями отдельных генотипов или видов растений.

Антагонистические эффекты чаще всего реализуются двумя путями: макрокомпонент может ингибировать действие (поглощение) микроэлемента или, наоборот, микроэлемент ингибирует действие макроэлемента. Эти реакции наблюдаются особенно часто для фосфатов,

b

Таблица 1

Взаимодействие между макро- и микроэлементами в растениях

Макроэлемент Антагонизм с микроэлементами Синергизм

Са Л1, В, Ва, Ве, Сё, Со, Сг, Св, Си, Мп, 7п

Си, ^ Fe, Ь1, Мп, N1, РЬ, Бг,

7п

Мв Л1, Ве, Ва, Сг, Мп, ^ 2п, N1*, Л1, 7п

Со*, Си*, Fe*,

Р Л1, Лв, В, Ве, Сё, Сг, Си, ^ Л1, В, Си, ^

Fe, Щ, Мо, Мп, N1, РЬ, ЯЬ, Fe, Мо, Мп,

Бе, Б1, Бг, 7п 7п

К Л1, В, Щ, Сё, Сг, F, Мо, Мп, —

ЯЬ

Б Лв, Ва, Fe, Мо, РЬ, Бе F**, Fe

N В, F, Си В, Си, Fe, Мо

С1 Вг, I

* Данные для микроорганизмов.

** Совместное присутствие вызывает существенное повреждение растения.

но были обнаружены и для других макрокомпонентов питания [16, 17].

Для практического применения наиболее важно антагонистическое действие Са и Р на такие опасные для здоровья человека элементы как Ве и тяжелые металлы: Сё, РЬ, N1.

Наибольшее число антагонистических реакций наблюдалось для F, Мп, Си и 2п, которые, являются ключевыми элементами в физиологии растений. Функции этих микроэлементов связаны с процессами поглощения и с энзиматическими реакциями. Среди остальных микроэлементов в антагонистических отношениях к этой четверке часто оказываются Сг, Мо и Бе.

Синергическое взаимодействие между микроэлементами обычно не наблюдается. Синергизм Сё с такими микроэлементами, как РЬ, Fe и N1, скорее всего артефакт, возникающий вследствие разрушения физиологических барьеров под действием стресса, вызванного избыточными концентрациями тяжелых металлов. Кроме того, некоторые реакции, происходящие в среде, окружающей корни, и влияющие на потребление микроэлементов корнями, по-видимому, не связаны непосредственно с метаболическими взаимодействиями, однако эти два типа реакций нелегко различить.

Для определения общего числа экотоксикантов, которое необходимо учитывать при выработке критерия оценки допустимого содержания экотоксикантов в текстильных изделиях, воспользуемся в качестве примера данными элементного состава льняных тканей (рис. 2,а) и льняной продукции на стадиях переработки льна (рис. 2,б). Оценку будем проводить для интервала \gbi < 1, для которого, как было нами установлено ранее [4], наблюдается хорошая воспроизводимость результатов анализа. Как видно из рис.2, помимо Лв, РЬ, Сё, Сг, Со, Си, N1 и Нв, обязательный анализ которых предписывает стандарт ЕКО-ТЕХ-100, в исходном льняном волокне

Таблица 2

Средние значения ПДКВ наиболее распространенных соединений (хлориды, оксиды, сульфаты, карбонаты) некоторых элементов, ppb

Элемент ПДКВ Элемент ПДКВ

Калий 50000 Натрий 120000

Барий 4000 Титан 100

Молибден 250 Литий 30

Кальций 180000 Железо 500

Бор 400 Висмут 500

Ванадий 100 Сурьма 50

Магний 15000 Стронций 200

Марганец 5500 Цинк 3000

Германий 100000 Олово 2000

Таблица 3

Значения ПДК по стандарту ЕКО-ТЕХ-100 и ПДКВ, ppb (10 ^ 9 г/г)

Элемент ПДК, Элемент или его соединения ПДКВ

Лв 1000 Лв Лв20з Л8205 з0 50 10 (з0)

РЬ 1000 РЬ PЬ(N0з)2 з0 100 (65)

Сё 100 Сё СёО, СёС12 1 10 (7)

Со 4000 Со Со20з, Со Б04, СоС12 100 1000 (775)

Си 50000 Си, Cu(N0з)2, Си0 СиБ04 1000 100 (775)

Сг 2000 Сг(Шз)з Сг0з 500 100 (з00)

N1 4000 N1, NiS04, N102 100 (100)

нв 20 нв, Hg2(N0з)2, Hg(N0з)2, Нв0, НвС12 0,5 5 (4)

Примечание. В скобках приведены средние значения ПДКВ.

5 7 9 11 13 15 17 19 21 Ранжированный индекс элемента

7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 Ранжированный индекс элемента

Рис. 2. Содержание (Ь,) элементов в пяти образцах льняных тканей (а) и в образцах чесаного льна (базовая кривая) и льняной пряжи (б)

а: 1-Са, 2-Р, 3М 4-К, 5-81, 6-8г, 7-Ш, 8-8, 9-А1, 10^е, 11-Мп, 12-Ва, 13-14, 14-7п, 15-7г, 16-Си, 17-РЬ, 18-В, 19-Сё, 20-№, 21-8п, 22-Сг, 23-8с, 24-Со, 25-ЯЬ, 26-Ав, 27-8е.

б: 1-К„ 2-Р, 3-Са, 4^, 5-Ш, 6-8, 7-А1, 8-Fe, 9-8г, 10-81, 11-Ва, 12-Мп, 13-Т1, 14-В1, 15-В, 16-ЯЬ, 17-РЬ, 18-Си, 19-8с, 20-7г, 21-7п, 22-№, 23-Сг, 24-Оа, 25-Со, 26-Мо, 27-У, 28-Ое, 29-Ьа, 30-Сё, 31-А8, 32-Ы, 33-8Ь, 34-С8, 35-8п.

и льняной пряже присутствуют и другие элементы. Данные о токсичности этих элементов приведены в табл. 2. В качестве критерия токсичности соединений того или иного элемента нами был выбран показатель ПДКВ — «предельно допустимая концентрация химического вещества в воде водоема, которая не оказывает прямое или косвенное влияние на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений и не ухудшающая гигиенические условия водопользования».

Как видно, наибольшее внимание необходимо уделять присутствию соединений таких элементов, как Fe, 8г, В, 11, В1, Мо, У, Ы, 8Ь, которые имеют низкие значения ПДКВ, а следовательно, наиболее токсичны.

Между величинами ПДКВ и ПДК,- (стандарт ЕК0-ТЕХ-100) для А8, РЬ, Сё, Со,Си, Сг, N1, и Щ (табл.3) наблюдается линейная корреляция ПДК; = = 419,8 + 4,7 (ПДКв)ср.

Исключение составляли только Си и N1, для которых нормы стандарта ЕК0-ТЕХ-100, по нашему мнению, существенно занижены по сравнению с известными значениями ПДКВ этих металлов и их соединений (см. табл. 3). Это видно, например, из сравнения Си и Со — значения (ПДКВ)ср для этих элементов одинаковы, а нормы ЕК0-ТЕХ-100 отличаются более чем на порядок. В последующих корреляциях мы не учитывали ПДК,- для Си и N1.

С помощью приведенной выше зависимости были скоррелированы значения ПДК,- для Си и N1 и рассчитаны значения ПДК1для Fe, Бг, В, Т1, В1, Мо, У, Ы и 8Ь (расчет проводили для элементов, у которых ПДКВ < 775). Данные этих расчетов приведены в табл. 4.

В табл. 5 приведены данные о содержании в пяти образцах отбеленных льняных тканей тех элементов, определение которых является обязательным в соответствии

Таблица 4

Расчетные и рекомендуемые значения ПДК,- для некоторых элементов стандарта ЕКО-ТЕХ-100

Элемент ПДКВ

Значения ПДК,-

Расчетное Рекомендуемое

Обязательно определяемые элементы в соответствии со стандартом

Ав 30 561 1000*

РЬ 65 725 1000*

Сё 7 453 100*

Со 775 4062 4000*

Си 775 4062 4000

Сг 300 1830 2000*

N1 100 890 4000

Щ 4 439 20*

Элементы, определяемые дополнительно к стандарт

Fe 500 2770 4000

8г 200 1360 2000

В 400 2300 3000

Т1 100 890 1000

В1 500 2770 4000

Мо 250 1595 2000

У 100 890 2000

ы 30 561 1000

8Ь 50 655 1000

Стандарт ЕК0-ТЕХ-100.

Таблица 5

Содержание элементов в льняных тканях (среднее из трех измерений), ppb

Элемент Обр.1 Обр. 2 Обр.3 Обр. 4 Обр. 5

Обязательно определяемые элементы в соответствии со стандартом

Мышьяк 31 53 33 31 32

Свинец 596 966 634 634 999

Кадмий 241 54 174 156 173

Хром 110 217 150 71 120

Кобальт 54 90 57 27 48

Медь 608 1032 1138 448 559

Никель 225 70 39 58 46

Ртуть 0,07 0,03 0,09 0,01 0,01

Элементы, определяемые дополнительно к стандарту

Железо 19702 31651 19952 14912 14283

Стронций 139978 171797 118951 97651 81978

Бор 293 616 445 175 194

Титан 3941 4444 2635 2593 3232

Висмут 0,5 0,7 0,8 0,5 0,4

Молибден 0,5 21 8 0,04 0,8

Ванадий 0,6 1 0,5 0,04 0,05

Литий 0,5 0,5 0,8 0,08 0,2

Сурьма 4 8 6 0,2 0,8

Таблица 6

Значения Ъг / ПДКг для детского (числитель) и взрослого (знаменатель) ассортимента изделий из пяти образцов льняных тканей для элементов, предусмотренных стандартом ЕКО-ТЕХ-100

Элемент Обр.1 Обр. 2 Обр. 3 Обр. 4 Обр. 5

Мышьяк 0,1558 0,2632 0,1632 0,1537 0,1582

0,0312 0,0526 0,0330 0,0307 0,0316

Свинец 2,9785 4,8286 3,1680 3,1713 4,9930

0,5957 0,9657 0,6336 0,6343 0,9986

Кадмий 2,4084 0,5405 1,7350 1,5572 1,7280

2,4084 0,5405 1,7350 1,5572 1,7288

Хром 0,1101 0,2172 0,1501 0,0706 0,1199

0,0551 0,1086 0,0751 0,0353 0,0600

Кобальт 0,0537 0,0900 0,0571 0,0275 0,0479

0,0134 0,0225 0,0143 0,0069 0,0120

Медь 0,0243 0,0413 0,0455 0,0179 0,0224

0,0122 0,0206 0,0227 0,0089 0,0112

Никель 0,2250 0,0700 0,0299 0,0583 0,0457

0,0563 0,0175 0,0075 0,0146 0,0114

Ртуть 0,0035 0,0015 0,0045 0,0005 0,0005

0,0035 0,0015 0,0045 0,0005 0,0005

К £ (пдк) 5,9593 3,1758 6,0523 1,7295 5,3553 2,5257 5,0570 2,2884 7,1164 2,8541

Таблица 7

Значения Ъг / ПДКг и обобщенного критерия Д для взрослого ассортимента изделий из пяти

образцов льняных тканей

Элемент Обр. 1 Обр. 2 Обр. 3 Обр. 4 Обр. 5

Мышьяк 0,0312 0,0526 0,0330 0,0307 0,0316

Свинец 0,5957 0,9657 0,6336 0,6343 0,9986

Кадмий 2,4084 0,5405 1,7350 1,5572 1,7288

Хром 0,0551 0,1086 0,0751 0,0353 0,0600

Кобальт 0,0134 0,0225 0,0143 0,0069 0,0120

Медь 0,0122 0,0206 0,0227 0,0089 0,0112

Никель 0,0563 0,0175 0,0075 0,0146 0,0114

Ртуть 0,0035 0,0015 0,0045 0,0005 0,0005

Железо 4,9255 7,9128 4,9880 3,7280 3,5708

Стронций 69,9890 85,8995 59,4755 48,8255 40,9890

Бор 0,0977 0,2053 0,1483 0,0583 0,0647

Титан 3,9410 4,4440 2,6350 2,5930 3,2320

Висмут 0,0001 0,0002 0,0002 0,0001 0,0001

Молибден 0,0002 0,0155 0,0040 0,0000 0,0004

Ванадий 0,0003 0,0005 0,0003 0,0000 0,0000

Литий 0,0005 0,0005 0,0008 0,0001 0,0002

Сурьма 0,0040 0,0080 0,0060 0,0002 0,0008

К £( пд к) 84,9176 104,5376 72,6134 60,2622 54,9744

со стандартом ЕК0-ТЕХ-100. Там же приведены данные о других элементах, определением содержания которых, по нашему мнению, должен быть дополнен стандарт ЕК0-ТЕХ-100.

Располагая данными об элементном составе льняных тканей и льна на стадиях его переработки, а также о предлагаемых нормах содержания полютантов в текстильной продукции, попытаемся теперь оценить степень загрязненности этой продукции.

С позиций условия Ь, < ПДК,- все исследованные образцы льняных тканей (см. табл. 5) не соответствуют международным нормам по содержанию в них свинца (для детского ассортимента). Образцы 1, 3, 4 и 5 не удовлетворяют международным нормам по содержанию кадмия. Содержание свинца в образцах 2 и 5 приближается к границе нормы для обычного ассортимента текстильных изделий.

Ситуация становится еще более сложной, если принимать во внимание содержание элементов, учитывать которые предлагается дополнительно к стандарту ЕК0-ТЕХ-100 (см. табл. 5). Содержание в льняных тканях таких элементов, как железо, стронций и титан существенно превышает все рекомендованные нормы (см. табл. 3). 0собенно настораживает аномально высокое содержание стронция в образцах льняных тканей.

Еще хуже обстоит дело при рассмотрении результатов элементного анализа льняных тканей с использованием обобщенного экологического критерия Я:

я = У < 1.

V пдк "

Как видно из табл. 6, для всех исследованных образцов льняных тканей значение Я существенно больше

единицы, при этом основной «вклад» в значение Я вносят свинец и кадмий. Средние значения обобщенного экологического критерия Я для льняных тканей оказались равными:

— для детского ассортимента 5,9081

— для обычного ассортимента 2,5147.

Очевидно, что если в сумму (Ь, / ПДК,) включить слагаемые для других токсичных элементов, присутствующих в льне и не учтенных международным стандартом ЕК0-ТЕХ-100, то обобщенный критерий Я возрастает еще больше. В этом случае основной вклад в Я будут вносить железо, стронций и титан (см. табл. 6).

Значения Ь. / ПДК,. для взрослого ассортимента изделий из льняных тканей, учитывающих как элементы предусмотренные стандартом ЕК0-ТЕХ-100, так и дополнительные токсические элементы, присутствующие в льне, приведены в табл. 7.

В отличие от данных табл. 6, в случае учета других полютантов, значение обобщенного экологического критерия Я существенно возрастает, причем, это возрастание определяется в основном Fe, 8г и Тг При этом большое значение Я связано с аномально высоким содержанием стронция в образцах. Среднее значение обобщенного экологического критерия Я оказалось равным Яср = 75,4610. 0но в 30 раз превосходит Яср для тех элементов, которые учтены стандартом ЕК0-ТЕХ-100. Все это свидетельствует о необходимости коррекции самого стандарта ЕК0-ТЕХ-100 в части перечня обязательно определяемых элементов и их допустимого содержания.

Аналогичные расчеты экологического критерия были проведены для льняной продукции на различных стадиях переработки льна. В основу этих расчетов были положены результаты элементного анализа (табл. 8).

Таблица 8

Содержание некоторых элементов в льняной продукции (ppb)

№п/п Элемент Чесаный лен Эмульсированный лен Суровая ровница Беленая ровница Льняная пряжа

1 Мышьяк 14 17 23 28 20

2 Свинец 421 199 368 216 423

3 Кадмий 19 30 25 21 31

4 Хром 91 72 53 58 54

5 Кобальт 43 38 52 26 15

6 Медь 331 641 432 128 359

7 Никель 93 54 62 61 73

8 Ртуть 0,010 0,007 0,003 0,027 0,002

9 Железо 27676 26641 25607 29358 20453

10 Стронций 12440 16652 12911 4138 2785

11 Бор 627 1053 636 73 25

12 Титан 1133 914 1421 1060 579

13 Висмут 785 187 961 1116 883

14 Молибден 43 131 52 0,4 1

15 Ванадий 36 27 32 26 10

16 Литий 13 12 17 9 5

17 Сурьма 13 14 11 8 25

Как видно, содержание всех предусмотренных стандартом ЕК0-ТЕХ-100 элементов (табл. 8, № 1-8) в льняной продукции на стадиях переработки соответствует международным нормам. Исключение составляет лишь свинец, содержание которого в исходном чесаном льне и на последующих стадиях его переработки превосходит международные нормы для детского ассортимента. Такое высокое содержание свинца в исходном льне объясняется, по-видимому, антропогенным фактором.

Помимо этого (см. табл. 8, №9-17), в исходном льне содержится аномально высокое количество железа, стронция и титана, которое, в случае железа и стронция, иногда существенно превосходит рекомендуемую норму.

Анализируя данные табл. 8, необходимо отметить следующие тенденции в изменении содержания анализируемых элементов на стадиях переработки льна:

— практически неизменным и высоким (превышающим существующие нормы) остается содержание железа на всех стадиях;

— в результате пероксидной отбелки суровой ровницы существенно снижается содержание в льне стронция, бора и молибдена;

— незначительное снижение содержания элементов в ходе пероксидной отбелки наблюдается для хрома, кобальта, лития, ванадия;

— изменения содержания других элементов в льне по стадиям либо не происходит, либо эти изменения носят случайный характер.

Разумеется, элементарный состав льняной продукции зависит от исходного льна. Так, приведенные выше данные по анализу пяти образцов льняных тканей относятся к голландскому льну. По сравнению с российским голландский лен содержит большее количество тяжелых

металлов. Приведенные ниже данные для льняной текстильной продукции по стадиям ее переработки относятся к отечественному льну, т. е. элементарный состав льна и льняных изделий для этих двух исследований в значительной степени различаются.

В табл. 9 приведены значения обобщенного экологического критерия Я (для элементов в соответствии с международным стандартом ЕК0-ТЕХ-100) для льняной продукции по стадиям ее переработки. Данные расчета обобщенного критерия Я для элементов в соответствии со стандартом ЕК0-ТЕХ-100 приведены также и на рис. 3. Как видно из этих данных, лен на всех стадиях его переработки укладывается в норму, а при переходе от стадий переработки льна к конечному продукту (льняной ткани) значение критерия Я снижается. Данные об учете других полютантов, а не только тех, которые предусмотрены стандартом ЕК0-ТЕХ-100, приведены в табл. 10.

Как видно, в случае учета большего числа полютан-тов, значение обобщенного экологического критерия Я существенно возрастает и значительно превышает допустимую норму (Я < 1). Основной вклад в это высокое значение Я вносят железо, стронций, титан, свинец, кадмий, бор, висмут. Процессы пероксидного отбеливания с последующей промывкой горячей и холодной водой и использование технологии мокрого прядения приводят к снижению критерия Я почти в 2 раза, однако этого недостаточно для полного соответствия льняной продукции экологическим нормам (Я < 1). Последнее можно достичь лишь при использовании на соответствующих стадиях дополнительных реагентов, позволяющих эффективно извлекать тяжелые металлы и другие полю-танты из льняной продукции.

Таблица 9

Значения Ы / ПДК и критерия Д льняной продукции на стадиях переработки льна по стандарту ЕКО-ТЕХ-100

Стадии переработки льна

А1 А2 А3 А4 А5 А6 А7 А8

Элемент Чесаный Эмульсирован-ный лен Суровая Беленая Льняная Ошлихто- Суровая Беленая

лен ровница ровница пряжа пряжа* ткань** ткань***

Ав 0,014 0,017 0,023 0,028 0,020 0,005 0,015 0,019

РЬ 0,421 0,199 0,368 0,216 0,423 0,002 0,046 0,102

еа 0,190 0,300 0,250 0,210 0,310 0,093 0,259 0,005

Сг 0,046 0,036 0,027 0,029 0,027 0,014 0,008 0,055

Со 0,011 0,010 0,013 0,007 0,004 0,001 0,001 0,020

Си 0,007 0,013 0,009 0,003 0,007 0,001 0,003 0,002

N1 0,023 0,014 0,016 0,015 0,018 0,027 0,034 0,018

Щ 0,001 0,000 0,000 0,001 0,000 0,000 0,010 0,001

Критерий Я 0,712 0,588 0,705 0,509 0,429 0,142 0,375 0,221

* Среднее из двух образцов. ** Среднее из трех образцов. ** Среднее из пяти образцов.

Таблица 10

Значения bí / ПДК и критерия Д для ассортимента изделий из льняных тканей

Стадии переработки**

Элемент А1 А2 А3 А4 А5 А6 А7 А8

А8* 0,014 0,017 0,023 0,028 0,020 0,005 0,015 0,019

РЬ* 0,421 0,199 0,368 0,216 0,423 0,002 0,046 0,102

еа* 0,190 0,300 0,250 0,210 0,310 0,093 0,259 0,005

Сг* 0,046 0,036 0,027 0,029 0,027 0,014 0,008 0,055

Со* 0,011 0,010 0,013 0,007 0,004 0,001 0,001 0,020

Си* 0,007 0,013 0,009 0,003 0,007 0,001 0,003 0,002

N1* 0,023 0,014 0,016 0,015 0,018 0,027 0,034 0,018

Щ* 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,010 0,001

Fe 6,919 6,660 6,402 7,340 5,113 1,876 1,292 4,037

8г 6,220 8,326 6,456 2,069 1,393 3,180 2,469 1,293

В 0,209 0,351 0,212 0,024 0,008 0,190 0,129 0,147

Т1 1,133 0,914 1,421 1,060 0,579 0,019 0,045 0,012

В1 0,196 0,047 0,240 0,279 0,221 0,001 0,001 0,001

Мо 0,022 0,066 0,026 0,001 0,001 0,003 0,002 0,001

V 0,018 0,014 0,016 0,013 0,005 0,010 0,006 0,020

п 0,013 0,012 0,017 0,009 0,005 0,010 0,007 0,011

8Ь 0,013 0,014 0,011 0,008 0,025 0,001 0,059 0,002

я = £ ь,/ пдк, 17,349 17,973 17,190 12,384 10,031 5,431 4,385 5,744

* Элементы, упомянутые в стандарте ЕКР-ТЕХ-100. ** А1—А8 см. табл. 9

Рис. 3. Значения обобщенного критерия Я для льняной продукции различных стадий переработки льна (А1—А8 см. табл. 9)

А2 АЗ А4 А5 А6 Стадии переработки льна

Рис. 4. Изменение величины ДЯ = Я(пдк°) - Я(пдк*) по стадиям переработки льна при ту = —1

На основании экспериментальных результатов были разработаны критерии оценки допустимого содержания экотоксикантов в льняных изделиях. При выработке их учитывалось взаимное влияние экотоксикантов друг на друга. Возможны три варианта поведения полютан-тов.

1. Аддитивность. Взаимного влияния полютантов друг на друга не происходит. ПДК полютантов при их совместном присутствии не изменяются и суммарное действие описывается выражением

ПДК?

+

Ь2

пдк2

+ ••• +

пдкП

п .=1

ПДК

0 <

1

где Ь, — содержание .-го полютанта в исследуемом образце; ПДК0 — предельно допустимая концентрация ,-го полютанта в отсутствие других загрязнителей.

2. Антагонизм. Взаимодействие полютантов приводит либо к взаимному ослаблению действия всех или большинства полютантов, либо к ослаблению действия по крайней мере одного из полютантов. В результате значение ПДК повышается:

ПДК, > ПДК0

3. Синергизм. Взаимодействие полютантов приводит либо к взаимному усилению действия всех (либо большинства) полютантов, либо к усилению действия по крайней мере одного из полютантов. В результате происходит снижение ПДК, т. е. повышается уровень опасного действия полютантов:

dПДКi ПДК,. \ =

ту I____п I 0,у = 1, п; I = у) (I)

dЬj

\ПДКу° )

2) если ПДК, зависит и от Ьу и от Ь,, причем с ростом

Ь, слабеет влияние Ьу то:

dПДКi = (ПДКЛ /ПДК, dbj щ{ пдк; л ПДК0

(II)

где ту — характеристический коэффициент, принимающий значения 0, — 1, +1.

Для экологической системы, включающей п-полютантов, в случае (I) имеем:

® = т12ПДК

¿Ь ¿ПДК!

dbз

пдк2

т13ПДК

1

™ = т1пПДК ( пДко

® = т21ПДК

_К. _

¿Ь3

¿ПДК = т23ПДК

1

¿ПДК2

^ - т2пПДК ( пдкп

(Ш-1)

(Ш-2)

ПДК, < ПДК0

С практической точки зрения синнергизм представляет больший интерес, поскольку именно в этом случае происходит снижение ПДК, по сравнению с исходным ПДК0, т. е. уровень экологической опасности возрастает.

В случае антагонизма и синергизма значение ПДК, можно рассчитать двумя способами:

1) если ПДК, зависит от Ьу и не связано с Ь,, то:

■ ПДК

¿Ь1

тПДК' 1

= тп2ПДК

ПДК01

ПДК02

-К* = тп(п-1)ПДК (пдкГ;)

■ пдк =

¿Ьп.

(Ш-п)

т. е. в данном случае мы имеем п систем, каждая из которых включает (п - 1) дифференциальных уравнений 1-го порядка.

Ь

Ь

Ь

п

ПДК?

Для случая шу = — 1 (г, у = 1, п; г = у) решением систем (Ш-1)—(Ш-п) являются следующие системы алгебраических уравнений:

ПДК = ПДК? ехр Г ПДК! = ПДК? ехр ( цДк*

ПДК = ПДК? ехр ( пДк^ ПДК2 = ПДК? ехр (цД^ ПДК2 = ПДК? ехр |

пдк3

ПДК2 = ПДК? ехр ( пДк^

(IV-1)

(Г^2)

А2 АЗ А4 А5 А6 А7 А8 Стадии переработки льна

Рис. 5. Изменение величины Я = ^ Ь1 / пдк* по стадиям процесса переработки льна при ш,у = +1

ПДКп ПДКп

Ь1

ПДКП ехР I ПДК0< ПДКП ехр | '

(IV-n)

ПДКп = ПДК0ехр

Ьп- 1

Зная ПДК0 (справочные данные или в нашем конкретном случае — стандарт ЕК0-ТЕХ-100 или скорректированные с применением описанных выше методов) и Ь (экспериментальные данные) для каждой из систем (Г^1)—(Г^п) находят минимальное значение величины ПДКу:

пдк; = шт(ПДКу), у = 1, п

Очевидно, что для каждой из систем (Г^1)—(ЕУ-п) ПДК; будет соответствовать минимальное значение соотношения Ьг / ПДК0:

ПДК; ^ шт

пдк0/

(г = у)

Последнее обстоятельство существенно упрощает процесс нахождения значений ПДКу с использованием данного алгоритма и позволяет скорректировать значение Я (рис. 4).

Стирание различий между Я(ПДК0) и Я(ПДК;) с ростом глубины переработки льна связано, по-видимому, с вымыванием подвижных (биолабильных) форм токсикантов и, как следствие, снижением синергетического и антагонистического эффектов.

Если характеристический коэффициент шу = +1 (г,у = 1, п), решением систем (Ш-1)—(Ш-п) будут системы алгебраических уравнений:

ПДК1 = ПДК0 ехр ПДК! = ПДК0 ехр

-ь3

ПДК?

ОМ)

ПДК! = ПДК0ехр( пдкп ПДК2 = ПДК? ехр Г — 0 ПДК2 = ПДЙ?ехр( П-К

ПДК2 = ПДЙ?ехр( ПДЩ ]

ПДКп ПДКп

ПДКп ехр ПДКп ехр

-Ь1 ПДК»

,пдк2

(V-n)

ПДКп = ПДК0ехр(

Как и в предыдущем случае, в качестве решения каждой из систем (V-1)—(V-n) нас интересовало минимальное значение ПДКу, которое должно обеспечивать наиболее жесткие экологические требования. Это достигается при максимальном значении Ь / ПДК0, т. е.

шт(ПДКу) ^ шах

( Ьг

ПДК0

Результаты расчета Я для случая шу = +1 приведены на рис. 5.

Полученные данные позволяют сделать важные предположения о том, что как антагонистическое, так и си-нергическое действие совокупности полютантов происходит лишь в период онтогенеза льна и на ранних стадиях его переработки. На более поздних стадиях переработки льна и в готовой льняной продукции взаимодействие полютантов выражено значительно слабее. Именно поэтому, видимо, следует отказаться от учета взаимодействия полютантов при проведении сертификации льняной текстильной продукции.

2

пдк2

ПДкп-1

ь

2

Для второго случая, когда влияние полютантов друг на друга описывается уравнением (II), имеем

¿ПДК,-db,

b,

m,j

ПДК0

(ПДК,

V b,

Исходные системы дифференциальных уравнений будут иметь вид

¿ПДК: db2 ¿ПДК:

dbs

mi2 | ПДК! mis | ПДК:

(VI-1)

¿ПДК:

dbn

¿ПДК dbi ¿ПДК2

db3

minbn пдк1 ( пДК^

= m2i | ПДК2 = m23 | ПДК2

,ПДК»<

.пдк»

i

(VI-2)

¿ПДК2

dbn

minbnПДК Л ПДК

■ ПДК _

dbi

= mni | ПДКп

» = mn2 bn ПДК

,ПДК?; 1

(VI-n)

» = mn(n-i)ПДКп ( цдК^)

В рамках настоящей работы при анализе возможных вариантов взаимного влияния полютантов друг на друга с использованием уравнений (I) и (II) полагали, что все коэффициенты m, могут принимать значения либо + i, либо — i (если m, = 0, взаимное влияние полютантов отсутствует), т. е. значения m,j задавались двумя матрицами: либо

m,,

либо

m,,

A —i —i — i . . —i

—i A —i — i . . —i

—i —i A — i . . —i

—i —i —i A. . —i

—i — i . . A

A +i +i +i . . +i

+ i A + i +i . . +i

+ i +i A +i . . +i

+ i +i +i A. . +i

+ i + i +i +i . . A

В действительности же матрица т,у может содержать в себе как элементы —1, так и элементы +1, а в еще более общем случае помимо этих значений также значения а,у (+1 > а,у > —1) и 0. Матрица ту не может быть разреженной — в ней все места за исключением диагональных элементов должны быть определены.

Полученные в настоящей работе результаты могут явиться основой для разработки системы САПР по оценке экологической чистоты льняной текстильной продукции. Используемую в работе методологию можно применить для разработки аналогичных технических решений для других видов текстильной продукции.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ольшанская О. М., Грищенкова В. А., Артёмов А. В. // Экология и промышленность России. 2000. №9. С. 19-21.

2. Ольшанская О.М., Артёмов А. В., Грищенкова В. А. // Легпромбизнес—Директор. 2000. № 10. С. 22-23.

3. Артёмов А. В., Фролов С. В., Ярош Е.В. // Экология и промышленность России. 2000. №6. С. 21-24.

4. Ольшанская О. М., Артёмов А. В. //Текстильная химия. 2000. №1. С. 98-106.

5. Ольшанская О. М., Артёмов А. В. //Легпромбизнес— Директор. 2000. № 11. С. 32-33; 2000. № 12. С. 40-41.

6. Ольшанская О.М., Грищенкова В. А., Артёмов А. В. //Русская мануфактура. 2000. №3. С. 30-31.

7. Артёмов А. В., Фролов С. В., Ярош Е.В. //Химия в России. 2000. №10. С. 9-10.

8. Артёмов А. В. //Легпромбизнес—Директор. 2001. №4. С. 16-17; 2001. №5. С. 18-20.

9. Ольшанская О. М., Грищенкова В. А., Артёмов А. В. //Легпромбизнес—газета. 2001. №9. С. 11.

10. Экологические этикетки и декларации. Основные принципы. ГОСТ ИС0-14020-99.

11. Kabata-Pendias A., Pendias H. Trace Elements in Soils and Plants. CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida, USA, 1986.

12. Алексеев Ю. В. Тяжёлые металлы в почвах и растениях. М.: Агропромиздат, 1987. 142 с.

13. FoyC.D, Chaney R. L., White M.C. //Ann. Rev. Physiol. 1978. V. 29. P. 511.

14. Olsen S.R. //In: Micronutrients in Agriculture. Eds. J. J. Mortvedt, P. M. Giordano, W. L. Lindsey. Soil Science Society of America, Madison. 1972. P. 243.

15. Wallace A. Regulation of the Micronutrient Status of Plants by Chelating Agents and Other Factors. Ed. A. Wallace, Los Angeles. 1971. 309 p.

16. Khalid B. Y., Tinsley J. //Plant Soil. 1980. V. 55. P. 139.

17. Leal A., Gomez M., Sanchez - Raya J. A., Yanez J. Recaldel. Effect of boron Absorption on Accumulation and Distribution of Phosphate. Paper presented at 3-rd Coil. Le Controle de l'adimentation des Plantes Cultivees, Budapest, Sept. 4, 1972. P. 763.

ПДК02

ПДК03

ПДК03

n