CC BY
43
inz. Tomasz WILCZYNSKI
Laboratorium Srodkow Gasniczych i Sprzçtu Podrçcznego
SORBENTY. PODZIAL I KRYTERIA DOBORU
Streszczenie
Omowiono podstawowy podzial i kryteria, jakimi nalezy siç kierowac podczas doboru sorbentow.
Summary
It discussed basic division and criterions which should be follow during selection sorbing agents.
Wstçp
Ratownictwo chemiczne i ekologiczne jest scisle zwi^zane z zagrozeniami, jakie stwarza stale rosn^cy poziom rozwoju technicznego. Powstawanie szeregu nowych techno-logii niesie za sob^ wzrost zagrozen powodowanych przez naturaln^ zawodnosc urz^dzen, ich niedoskonaly poziom techniczny oraz szeroko rozumiane blçdy ludzkie. Szczegolne niebezpieczenstwo stwarza magazynowanie oraz masowo nasilaj^cy siç, transport materialow niebezpiecznych. W wyniku awarii, czçsto pol^czonych z negatywnym wplywem sil przyrody, do otoczenia w sposob niekontrolowany przedostaje siç corocznie duza ilosc substancji chemicznych.
Substancjami, ktore najczçsciej zagrazaj^ srodowisku s^. wszelkiego rodzaju produkty ropopochodne. Rozlewiska i zabrudzenia tymi substancjami zanieczyszczaj^. gleby, powierzchnie utwardzone, a takze wody. Chemikalia maj^. wiçkszy niz produkty ropopochodne zasiçg oddzialywania, a ich zachowanie w srodowisku naturalnym czçsto uniemozliwia podjçcie skutecznej interwencji ratowniczej. Jednak w przypadku niewielkiego skazenia, przy natychmiastowej reakcji i w sprzyjaj^cych warunkach, dzialania ratownicze koncz^ siç sukcesem.
Do skazenia srodowiska moze dojsc w wyniku nastçpuj^cych sytuacji[1]:
- przez bezposredni wyciek ze srodkôw transportuj^cych media niebezpieczne (np. transport kolejowy, samochodowe cysterny, tankowce),
- w wyniku rozszczelnienia ruroci^gôw,
- z uszkodzonego oprzyrz^dowania platform wiertniczych,
- w wyniku wypadkôw motoryzacyjnych (kazdy pojazd silnikowy zawiera szereg substancji szkodliwych dla srodowiska).
W miarç dalszego rozwoju motoryzacji w naszym kraju, wraz z rozbudow^. autostrad, czçstotliwosc tego typu skazen prawdopodobnie bçdzie stale wzrastac. Znajomosc sposobôw usuwania zanieczyszczen oraz skuteczne ich zastosowanie podczas prowadzonych akcji ratowniczych bçdzie odgrywala coraz wiçksz^. rolç. Kryteria doboru preparatôw zbieraj^cych (sorbentôw) oraz sposobu usuniçcia skazenia s^. z punktu widzenia ochrony srodowiska bardzo istotne. Czçsto zamiast usuwac zanieczyszczenie przesuwa siç je z jednego miejsca inne. W wyniku przedostania siç do wôd otwartych mog^. pozostac na powierzchni, utrudniaj^c wymianç gazow^. z atmosfer^. oraz przechodzenie swiatla niezbçdnego do procesôw asymilacyjnych. Wchloniçcie cz^stek chemicznych czy ropopochodnych przez organizm zywy powoduje jego chorobç, degradacjç lub smierc. Mozliwy jest tez mechanizm przenoszenia skazenia. Bardzo czçsto dochodzi do tzw. bioakumulacji, ktôra polega na gromadzeniu siç w organizmie zywym cz^stek substancji zanieczyszczaj^cej srodowisko w stçzeniu wiçkszym niz w otoczeniu. Maj^. one z reguly wlasciwosci toksyczne a nierzadko kancerogenne. Jezeli organizm ten jest elementem lancucha pokarmowego, mozliwe jest przeniesienie zagrozenia zdrowia lub zycia na inne organizmy. Kulminacja skazen w glebie i wodzie gruntowej ma ujemne skutki zarôwno dla przyrody, jak i dla nas. Szeroko rozumianymi kosztami takich kumuluj^cych siç w czasie skazen obci^zone s^. przyszle pokolenia.
1. Podstawowe pojçcia
Sorpcja - ogôlna nazwa procesôw pochlaniania powierzchniowego i objçtosciowego zachodz^cych jednoczesnie w danym ukladzie[2],
Adsorpcja - zjawisko zewnçtrznego pochlaniania par, gazôw, par substancji stalych i cieklych. Proces, w ktôrym pochloniçty material jest rozmieszczony na powierzchni materialu adsorbuj^cego[3],
Absorpcja - zjawisko zewnçtrznego i wewnçtrznego pochlaniania par, gazów, par substancji stalych i cieklych. Proces, w którym pochloniçty material jest rozmieszczony w calej masie materialu absorbuj^cego[3],
Cíala porowate - nazywamy ciala stale, które maj^ duz^. liczbç pustych przestrzeni o wielkosci wzglçdnie malej w porównaniu z wymiarem charakterystycznym samego ciala. Przestrzenie takie, niezaleznie od ich ksztaltu, nazywamy porami[4].
2. Podzial sorbentów
Sorbenty to najogólniej mówi^c materialy porowate, które wykorzystywane s^. do zbierania, zatrzymywania i pochlaniania przede wszystkim róznego rodzaju cieczy, takich jak: oleje, substancje ropopochodne, kwasy, zasady, woda oraz inne plynne substancje. Sorbentami mog^. byc wszystkie substancje posiadaj^ce zdolnosc zatrzymywania toksycznych cieczy wewn^trz (proces absorpcji) lub na swojej powierzchni (proces adsorpcji), jak równiez wykorzystuj ^ce obydwa zjawiska jednoczesnie[4]. Czçsto wymienionym zjawiskom fizycznym mog^. równiez towarzyszyc reakcje chemiczne, wspomagaj^ce proces neutralizacji.
W chwili obecnej wraz z rosn^c^ swiadomosci^. proekologiczn^ oraz wymaganiami przepisów ochrony srodowiska sorbenty wykorzystywane s^. m.in. w zakladach produkcyjnych, na stacjach benzynowych, magazynach, stacjach przeladunkowych i w innych miejscach, w których znajduj^. siç substancje niebezpieczne. Wchodz^. równiez w sklad wyposazenia ADR samochodów, które przewoz^. takie substancje.
W miejscach gdzie moze dojsc do niespodziewanych wycieków sorbenty przechowywane s^. w formie zestawów awaryjnych lub apteczek ekologicznych - czyli kilku rodzajów sorbentów zgromadzonych w jednym pojemniku. W przypadku awarii umozliwiaj^ one szybk^. reakcjç, powoduj^c znaczne zmniejszenie skutków wycieku, a co za tym idzie zminimalizowanie negatywnego wplywu na srodowisko naturalne. Obecnie sorbenty, jako nowoczesny srodek pochlaniania wycieków, wyparly w wiçkszosci przypadków malo efektywne trociny, piasek czy czysciwo. Wyróznia siç trzy glówne rodzaje sorbentów:
Rys. 1 Podziaï sorbentow [4].
SORBENTY POCHODZENIA ORGANICZNEGO
Sorbenty organiczne naturalne.
S3, jednymi z najbardziej skutecznych i latwo dostçpnych sorbentow. S3, to produkty roslinne wykorzystywane w roznej postaci np. proszku, sieczki, otr^b, itp. Glown^ ich zalet3 jest to, ze mozna je po uzyciu utylizowac przez spalenie oraz to, ze maj3 dobre wlasciwosci utrzymywania siç na wodzie. Sposrod grupy sorbentow organicznych naturalnych najczçsciej stosowane s^:
- sloma zbozowa,
- siano,
- trociny,
- roznego typu gleby,
- trawa morska,
- liscie,
- sieczka zbozowa i inne.
Zwykle s3 to sorbenty jednorazowego uzytku za wyj^tkiem trawy morskiej. Z gleb, najlepszymi wlasnosciami sorpcyjnymi odznacza siç torf, ktory po dodatkowej obrobce powiçkszania hydrofobowosci jest najbardziej skuteczny. Dodatkowo podczas nadzwyczajnych zagrozen wykorzystuje siç lokalne zasoby surowcow takie jak makulatura, skrawki materialow i szmaty[4]. Sorbenty organiczne syntetyczne.
Najczçsciej stosuje siç je w postaci pianek, pylów, wlókien i strzçpek. Otrzymuje siç je w procesie przerobu zwi^zków organicznych na drodze polimeryzacji, polikondensacji, poliaddycji lub przeksztalcania juz istniej^cych produktów chemicznych. Latwo daj^. siç konfekcjonowac w róznej postaci np. tasm, poduszek, tralów itp. Odznaczaj^. siç wysok^. chlonnosci^, znacznie przewyzszaj^. chlonnosc sorbentów naturalnych, s^. nieszkodliwe dla srodowiska. Pochloniçte substancje mozna odzyskac poprzez odwirowanie lub wycisniçcie zanieczyszczonego sorbentu[5]. Najczçsciej stosowanymi sorbentami syntetycznymi s^.: pianki poliuretanowe, pianki polietylenowe o róznych wymiarach porów, wlókna nylonowe, polietylenowe, polipropylenowe, struzyny poliestrowe i inne.
Fot. 1 Przyktad ksztaltu i zastosowania Fot. 2 Zbieranie zanieczyszczeй przed
sorbentów syntetycznych [б] zapoiQ wodnq z uzyciem sorpcyjnej
wykladziny i sypkiego sorbentu [7]
SORBENTY POCHODZENIA NIEORGANICZNEGO
Zwykle s^. to materialy o rzeczywistym ciçzarze wlasciwym wiçkszym od wody. Jezeli posiadaj^. zdolnosc plywania, to dziçki powietrzu zawartemu w porach. Takimi materialami s^.:
- welna mineralna,
- welna szklana,
- pumeks.
Sorbenty nieorganiczne mozna dosyc latwo pozyskac z budownictwa i cieplownictwa. Nalez^. do nich: maty szklane, które mozna stosowac w naturalnej postaci, welna mineralna (maty, poduszki i tasmy) oraz pumeks stosowany do celów izolacyjnych w postaci granulek.
Pozostale, najczçsciej stosowane sorbenty nieorganiczne nie posiadaje zdolnosci plywania. Bardzo duz^ podgrupç stanowi^ wsród nich mineraly, skaly i popioly. Wsród mineralów mozna wyróznic[8]:
- wernikulit,
- lupna mika,
- wçglan wapnia,
- talk,
- tlenek wapnia,
- zeolity.
Pochodzenie skalne maje:
- glina,
- piasek,
- diatomit,
- cement.
SORBENTY POCHODZENIA CHEMICZNEGO
Sorbenty chemiczne w wiçkszosci przypadków powstaje na drodze eksperymentalnej. Jednym z ich glównych atutów jest uniwersalnosc dzialania. Najbardziej znanymi i najczçsciej stosowanymi se:
COMPACT - idealny do absorpcji paliw, kwasów i zasad. Niepalny granulat mineralny. Pochlania szybko, nie oddajec substancji absorbowanych, pozostawiajec suche nawierzchniç. Mozna go stosowac wielokrotnie,
UNI-SAFE - srodek wiezecy chemikalia i oleje, który bez ograniczen moze byc zastosowany do wszystkich plynnych materialów chemicznych. Jego sklad wyklucza niebezpieczne reakcje, takze w przypadku silnie reagujecych i utleniajecych substancji. Przy zetkniçciu z kwasami zielony srodek wiezecy zabarwia siç na zólto, a przy kontakcie z lugiem lub innymi substancjami alkalicznymi przybiera barwç od ciemno-zielonej do niebieskiej. UNI-SAFE nie neutralizuje chemikaliów, jest to wazne dla dalszego obchodzenia siç ze srodkiem i usuwaniem. UNI-SAFE jest nieszkodliwy dla srodowiska, nie jest trujecy i alergogenny, jest równiez srodkiem niepalnym i niewybuchowym, statycznie nieladowalny, ABSOL - srodek czyszczecy do pochlaniania olejów, smarów, substancji ropopochodnych, neutralizacji kwasów, preparat antyposlizgowy, srodek gasniczy mniejszych ognisk pozaru, EKOPERL бб oraz EKOPERL 99 - adsorbuje i neutralizuje kwasy,
ABSODAN 25/5G MESH - chlonie kwasy, zasady, zwiezki palne, zwiezki niepolarne organiczne, zwiezki utleniajece siç, roztwory wodne i ciecze polarne, DYNASORB ACIDSAFE - wchlania kwasy i zasady,
DAMOLIN - jest przyjazny dla srodowiska i chemicznie obojçtny. Jest granulatem mineralnym pochlaniajecym kwasy, zasady, rozpuszczalniki oraz produkty ropopochodne a takze wodç. Dziçki procesowi produkcji w wysokiej temperaturze, nawet po naseczeniu pozostaje twardy i trwale zatrzymuje pochloniçte ciecz,
OIL-DRY - preparat stosowany do zwalczania rozlewisk olejowych, tluszczy, paliw, emulsji olejowo wodnych itp.
3. Kryteria oceny przydatnosci sorbentów
Podstawowymi parametrami branymi pod uwagç podczas doboru sorbentów jest ich chlonnosc i cena.
Chlonnosc sorbentu (sorpcja sorbentu) jest miare praktycznej przydatnosci sorbentu. Jest to stosunek masy wchloniçtej substancji (sorbatu) do masy luznego sorbentu, który go wchlonel[4]. Natomiast cena ma tym wiçksze znaczenie, im wiçksze bçdzie zuzycie sorbentu podczas akcji. Koszt jednorazowego zakupu sorbentów syntetycznych (w wiçkszosci jednorazowego uzytku) jest znacznie wyzszy od ceny sorbentów naturalnego pochodzenia. Czasem moze siç okazac, ze do zebrania substancji np. ropopochodnej wystarczy zastosowac naturalny sorbent w postaci trocin czy torfu, powszechnie dostçpnego i taniego, zamiast uzywac drozszego syntetycznego sorbentu, który mozna wykorzystac w przypadku awarii ze znacznie bardziej niebezpieczne substancje.
Podsumowujec: im wyzsza chlonnosc sorbentu tym mniej potrzeba sorbentu do usuniçcia rozlewiska, im wyzsza chlonnosc sorbentu tym powstaje mniej odpadu. Tak, wiçc koszty zwiezane z zakupem i utylizacje sorbentu bçde mniejsze.
Istnieje jednak wiele innych aspektów, których nie nalezy pomijac. Jednym z nich jest plywalnosc. Parametr istotny przy usuwaniu rozlewisk na akwenach wodnych, majecy mniejsze znaczenie przy dzialaniach na ledzie. Sorbenty naturalne wraz z uplywem czasu tone, dlatego w czasie akcji, bardzo czçsto stosowane se wraz z elementami wypornosciowymi, jak np. komorami sorpcyjnymi. Sorbenty syntetyczne natomiast nie tone i moge byc stosowane samodzielnie[4]. Wazne ceche w przypadku doboru odpowiedniego sorbentu jest trwalosc. Sorbent nie powinien zmieniac swoich wlasciwosci podczas
magazynowania, nie moze on chlon^c wilgoci i nie ulegac zbrylaniu, co wi^ze siç bezposrednio z aspektem ekonomicznym.
Nastçpnym aspektem jest efektywnosc wykorzystania, czyli stosunek masy zebranej substancji do faktycznie zuzytego sorbentu. Wskaznik ten w odniesieniu do sorbentow uzywanych luzem jest miar^ poprawnosci dawkowania. W przypadku przetworzonych form sorbentow (maty, poduszki, zapory) efektywnosc wykorzystania jest miar^ ich przydatnosci do przewidywanych warunkow rozlewu[8]. Wazne jest takze zatrzymywanie substancji tak zwana ocena zagrozenia wtornym skazeniem srodowiska wskutek uwalniania siç zwi^zanej pierwotnie w sorbencie substancji, przykladowo pod wplywem wzrostu temperatury otoczenia lub skladowania w warstwach. Nie nalezy rowniez zapominac o mozliwosc regeneracji sorbentu, a wiçc niejednokrotnego wykorzystania sorbentu do dzialan. Maksymalna ilosc uzycia przy zachowaniu pierwotnych (lub jak najbardziej zblizonych), parametrow sorbentu. Kolejnym, ale rownie waznym kryterium jest dostçpnosc maj^ca znaczenie przy wystçpowaniu duzych rozlewisk. Dostçpnosc znacznych ilosci sorbentow w rejonie pola operacyjnego obniza znacznie koszty dzialan.
Sorbenty lub ich mieszaniny z sorbatami nie mogi rozpuszczac siç przy kontakcie z wod^, tworzyc zanieczyszczen, ton^c czy uwalniac toksycznych zwi^zkow[8]. Stosowanie sorbentow nie powinno sprawiac trudnosci, zazwyczaj sorbenty nie maji specjalnych wymagan, co do ich stosowania, nanoszenia i zbierania. Sorbenty wystçpuj^ce w postaci mat, materacy, poduszek, tasm czy wçzy s^. proste w stosowaniu. Uzycie polega na polozeniu sorbentu na rozlan^. substancjç, pochloniçciu substancji przez sorbent i zebraniu go. Sorbenty sypkie trzeba rozsypac cienk^. warstw^ na rozlan^ ciecz (rçcznie lub przy uzyciu dozownika), nastçpnie po wchloniçciu trzeba sorbent zmiesc szczotk^. i zebrac do przeznaczonego w tym celu pojemnika. Trudnosc w stosowaniu sorbentow sypkich moze nast^pic podczas stosowania ich np. na silnym wietrze, takze uzycie mat na nierownych powierzchniach moze okazac siç klopotliwe z powodu trudnego dopasowania siç do podloza.
Jednym z ostatnich kryteriow, odgrywaj^cym istotn^. rolç w doborze sorbentow jest mozliwosc utylizacji nasyconego sorbentu. Stopien trudnosci z neutralizaj zuzytego podczas akcji sorbentu. Optymalnym rozwi^zaniem jest spalenie zuzytych, nas^czonych (substancje ropopochodne) sorbentow na miejscu dzialan. W trakcie procesu spalania nie powinna jednak nast^pic generacja nadmiernego zadymienia oraz uwalniania lotnych, toksycznych zwi^zkôw do atmosfery. Z utylizacji nasyconego odpadu jak i z wymienion^. wczesniej cen^. wi^ze siç odbior odpadu. Istnieji firmy, ktore zapewniaji odbior nasyconego sorbentu (czçsto nawet bezplatnie) w celu wykorzystania go np. w przemysle budowlanym.
Ostatnim z parametrów jest zakres zastosowania (uniwersalnosc), najwazniejszy w przypadku, gdy nie wiadomo, z jakiego rodzaju substancje ma siç do czynienia, kiedy nie ma czasu na identyfikacjç substancji z powodu zagrozenia zdrowia lub zycia ludzkiego, oraz szybkiego rozprzestrzeniania siç substancji. Uniwersalnosc równiez wieze siç z zajmowaniem miejsca np. w samochodzie.
Podsumowanie
Proces usuwania skazen z kazdej powierzchni jest dosyc trudny i wymaga duzej znajomosci zagadnien chemicznych, odpowiednio przeszkolonych ratowników, oraz odpowiedniego sprzçtu i przygotowania organizacyjnego.
W czasie dzialan ratowniczych nie zawsze bçdzie mozliwe uzyskanie informacji na temat parametrów danej substancji czy podloza, w zwiezku z tym tak wazne jest nawiezanie scislej wspólpracy z producentami niebezpiecznych substancji, z producentami srodków i sprzçtu uzywanego w akcjach, z instytutami naukowymi, ze specjalistami z zakresu chemii, z lekarzami o specjalizacji toksykologicznej. Oni powinni przy kazdej wiçkszej akcji ratownictwa chemicznego stanowic podstawowe zródlo informacji dla dowódcy, oni pomoge wybrac stosowne srodki i okreslic interakcje. Nalezy, równiez pamiçtac, aby przy pozyskiwaniu informacji korzystac z kilku zródel, co w znacznym stopniu uchroni przed podjçciem blçdnej decyzji.
Wnioski
1. Nalezy pamiçtac, ze w przypadku obszernych rozlewów stosowanie sorbentów jest tylko uzupelnieniem, szeregu przedsiçwziçc zwiezanych ze zbieraniem i neutralizacje rozlanych substancji mogecych skazic srodowisko, pozwalajecym na doczyszczenie skazonego obszaru.
2. O powodzeniu akcji, a wiçc szybkim ograniczeniu i zebraniu rozlewiska, w duzym stopniu decyduje rodzaj podloza, na którym doszlo do wycieku.
3. Szybka i dokladna identyfikacja wyciekajecej substancji pozwala na idealny wybór sorbentu, a wiçc pelne jego wykorzystanie.
4. Podczas zakupu sorbentów nie nalezy kierowac siç wylecznie chlonnoscie i cene danego produktu, poniewaz istnieje szereg innych kryteriów majecych wplyw na ich dobór.
5. Nalezy pamiçtac, ze substancje wchloniçte przez sorbenty nie zostaje w 1GG% zneutralizowane i nadal zachowuje swoje niebezpieczne wlasciwosci. Wynika z tego, ze zuzyte sorbenty nie moge zostac wyrzucone do pojemników na odpady komunalne,
lecz musz^ zostac przekazane jako odpad niebezpieczny firmie, która posiada stosowne zezwolenia na odbiór odpadów niebezpieczny ch.
6. Inwestowanie w nowe technologie prowadz^ce do poprawiania skutecznosci dzialania sorbentów jest w pelni zrozumiale, ale czy nie lepiej byloby zapobiegac a nie zwalczac?
Literatura
1. J. Chodorowski: Zanieczyszczenia srodowiska glebowego - badanie szybkosci wsi^kania cieczy ropopochodnych w grunt. Skrypt, SGSP, Warszawa 2GG3 r.
2. Encyklopedia Techniki, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2GG4 r.
3. H. Bryla: Leksykon ekologii i ochrony srodowiska, Gdansk [2GG5] r.
4. J. Chodorowski, Z. Salomonowicz, W. Jarosz: Badanie skutecznosci sorbentów. Skrypt, SGSP, Warszawa 2GG4 r.
5. S. Wersocki: Zapobieganie i likwidacja skutków morskich katastrof ekologicznych „Sorbenty". Instrukcja do cwiczen laboratoryjnych, Politechnika Gdanska, Gdansk 2GG3 r.
6. Materialy udostçpnione przez firmç Sintac-Polska, Warszawa.
7. Materialy udostçpnione przez firmç REO AMOS, Bielsko-Biala.
8. http://www.serv-net.pl/~usrG4/fireman/wiedza/n16.htm
