Методическое пособие 742

УДК 628.9

Л.Н. Звягина, А.В. Миловкин МОНИТОРИНГ СВЕТОТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЛАМП

Статья посвящена проблеме эффективности энергосберегающих ламп. Показано преимущество светодиодных ламп, состоящее в качестве освещения и сроке службы

Ключевые слова: энергосберегающие лампы, освещенность

Нашу жизнь невозможно представить без искусственного освещения; конструкции зданий и сооружений предполагают его наличие. Ассортимент ламп в магазинах довольно широк, и неудивительно, что возникает вопрос о том, какому виду отдать предпочтение.

Наиболее распространѐнными в обиходе сейчас являются лампы накаливания. Их существенным недостатком является то, что КПД (отношение мощности видимого излучения к полной потребляемой мощности) составляетдо 20 %. Вся остальная мощность преобразуется

вневидимое излучение, в тепло. Прогресс не стоит на месте, и на рынке появились альтернативы лампам накаливания: компактные люминесцентные (КЛЛ) и светодиодные. Они позиционируются продавцами и производителями как более экономичные, и вопрос об отказе от традиционных ламп стал весьма актуальным [1, 2].

Принцип действия лампы накаливания основан на использовании электрического тока для нагрева металлической нити (спирали) до высокой температуры, при которой она начинает светитьсяза счѐт преодоления током электрического сопротивления нити. Если бы это происходило на открытом воздухе, металл бы быстро сгорел, поэтому спираль в лампе изолирована от внешней среды стеклянной колбой. В этой колбе либо создаѐтся вакуум, либо она заполняется инертным газом, который ни с чем не вступает в реакцию.

Раскалѐнная спираль медленно испаряется, и молекулы металла оседают на внутренней стенке колбы. Нить истончается до тех пор, пока не появится настолько узкое место, что она уже не сможет проводить электрический ток. В этом месте происходит перегрев и разрыв. Причѐм во время включения ток превышает номинальный более чем в 10 раз, поэтому лампы, обычно перегорают в момент включения. Это говорит о том, что частые включениявыключения лампы значительно сокращают срок службы лампы данного вида.

Компактные люминесцентные лампы состоят из колбы, заполненной парами ртути и аргоном, и пускорегулирующего устройства (стартера). На внутреннюю поверхность колбы нанесено специальное вещество, называемое люминофором. При воздействии на люминофор ультрафиолетом, начинает излучаться видимый свет. Когда мы включаем энергосберегающую лампу, под действием электромагнитного излучения пары ртути, содержащиеся в лампе, начинают создавать ультрафиолетовое излучение, а ультрафиолетовое излучение, в свою очередь, проходя через люминофор, нанесенный на внутреннюю поверхность лампы, преобразуется в видимый свет. Люминофор может иметь различные оттенки, и, как результат, может создавать разные цвета светового потока.

КЛЛ имеют целый ряд преимуществ по сравнению с лампами накаливания. Коэффициент полезного действия у КЛЛ очень высокий и световая отдача примерно

впять раз больше чем у традиционной лампочки накаливания. Причем, в процессе долгой эксплуатации от обычной лампочки накаливания световой поток со временем уменьшается из-за выгорания вольфрамовой нити накаливания, и она хуже освещает комнату, а у КЛЛ такого недостатка нет. Теоретически КЛЛ служат дольше ламп накаливания более чем в пять раз. Это примерно от 5 до 12 тысяч часов работы лампы. Благодаря этому их очень удобно применять в тех местах, где затруднен процесс замены лампочек. Благодаря высокому коэффициенту полезного действия у КЛЛ, вся затраченная электроэнергия преобразуется в световой поток, при этом энергосберегающие лампы выделяют очень мало тепла. В некоторых люстрах и светильниках опасно использовать обычные лампочки накаливания, из-за того, что они, выделяя большое количества тепла, могут расплавить пластмассовую часть патрона,

181

прилегающие провода или сам корпус, что в свою очередь может привести к пожару.

КЛЛ светится по всей своей площади. Благодаря чему свет от энергосберегающей лампы получается мягкий и равномерный, более приятен для глаз и лучше распространяется по помещению. Несмотря на то, что использование компактных люминесцентных ламп действительно вносит свою лепту в сбережение электроэнергии, опыт массового применения в быту выявил целый ряд проблем, главная из которых - короткий срок эксплуатации в реальных условиях бытового применения, иногда сравнимый со сроком службы ламп накаливания.

Применение КЛЛ не рассчитано на частое включение. Интервал между включениями,

устанавливаемый гарантийными условиями для достижения положенной наработки, может быть больше двух минут (это связано с работой простых схем предпускового разогрева). При этом правильно сконструированная лампа зажигается не мгновенно, а примерно через 0,5-1 с после подачи напряжения, что создаѐт дополнительный дискомфорт. Лампа же, включающаяся мгновенно, без предварительного прогрева катодов, теряет при каждом включении значительную часть срока службы. Всѐ это препятствует применению КЛЛ в различных автоматических схемах с датчиками движения, гирляндах, световой сигнализации, в санузлах.

Зажигание бытовых КЛЛ не гарантировано при отрицательных температурах и понижении напряжения питания более чем на 10 %. Повышенная влажность и выпадение конденсата приводят к пробоям в схеме электронного пускорегулирующего аппарата (ПРА), где в момент зажигания действуют напряжения порядка 1000 вольт. При работе в закрытой арматуре или при повышенной температуре окружающей среды перегрев колбы приводит к «покраснению» спектра лампы и значительному уменьшению светоотдачи, а при дальнейшем увеличении температуры выходит из строя электронный ПРА. Всѐ это делает применение КЛЛ во влажных и неотапливаемых помещениях и на открытом воздухе (в том числе в герметичных светильниках), а также в ряде ответственных применений нецелесообразным.

Во многих лампах бросок пускового тока ничем не ограничен и может привести к импульсным помехам по сети. Также большинство продаваемых КЛЛ не имеют электромагнитных фильтров и экранов, защищающих от наводок окружающую радиоаппаратуру. В дешевых лампах отсутствуют схемы коррекции коэффициента мощности, и для его повышения производители снижают ѐмкость сглаживающего конденсатора (экономят там, где не нужно), что в свою очередь ведет к увеличению коэффициента пульсаций светового потока лампы.

Спектр КЛЛ линейчатый. Это приводит не только к неправильной цветопередаче, но и к повышенной усталости глаз. Также в спектре КЛЛ, как и любой ртутной люминесцентной лампы, имеется доля коротковолнового УФ излучения, увеличивающаяся по мере старения люминофора. Ультрафиолет в больших дозах канцерогенен и вызывает деградацию полимерных деталей, окружающих лампу.

В колбе КЛЛ содержится свободная ртуть, что даже при налаженной системе утилизации отслуживших ламп представляет опасность при повреждении такой лампы в быту.

Светодиодная лампа - с точки зрения эволюции источников света, наиболее современный и энергоэффективный тип ламп. Название этого типа ламп говорит о том, что в качестве источника света используются светодиоды. Конструкция светодиодной лампы несколько сложнее и дороже лампы накаливания, откуда вытекает их большая стоимость, однако мы наглядно продемонстрируем, что эта более высокая стоимость многократно окупается при дальнейшей эксплуатации. Кроме экономических плюсов, светодиодная лампа является еще одним из наиболее экологичных источников света, поскольку принцип светодиодного свечения позволяет изготавливать их с использованием безопасных для экологии составляющих.

Рассмотрим, как соотносятся мощности лампы накаливания, компактной люминесцентной лампы и светодиодной лампы при приблизительно равных требованиях к излучаемому ими световому потоку. Сравним лампу накаливания мощностью 75 Вт с заявленным световым потоком в 935 Лм; компактную люминесцентную лампу мощностью 15 Вт с заяв-

182

ленным световым потоком в 1000 Лм; светодиодную лампу мощностью 9 Вт с заявленным световым потоком в 800 Лм.

Световым потоком называется один из главных параметров источника света, которым и определяется мощность непосредственно излучаемого света. Измеряется световой поток в люменах (Лм).

Измерения для оценки света ламп с целью соотнести их мощности, проводятся люксметром. Люксметр показывает освещенность, то есть отношение излучаемого лампой светового потока, к единице освещаемой данной лампой площади. Так 1 люкс (Лк) равен 1 люмену на 1 квадратный метр. Количество люкс определяет интенсивность света, то есть непосредственно освещенность.

Результаты измерений люксметром: лампа накаливания мощностью 75 Вт - 560 Лк; компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) мощностью 15 Вт - 389 Лк; светодиодная лампа мощностью 9 Вт - 611 Лк.

По результатам измерений люксметром легко видеть, что освещенность наиболее высока у светодиодной лампы, затем идет лампа накаливания, и, наконец, компактная люминесцентная лампа. Тем не менее, соотношение мощностей очевидно в пользу светодиодной лампы, затем идет компактная люминесцентная лампа, а лампа накаливания оказывается, наименее, эффективной. Так как измерения люксметром проводились в данном эксперименте с одинакового расстояния, то для наиболее объективной оценки вычислим отношения Люкс/Ватт для каждой из ламп, поскольку соотношение Люкс/Ватт в данном случае оказывается напрямую связано с соотношением Люмен/Ватт. Со световой отдачей: лампа накаливания мощностью 75 Вт - 7,46 Люкс/Ватт; компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) мощностью 15 Вт - 25,93 Люкс/Ватт; светодиодная лампа мощностью 9 Вт - 67,88 Люкс/Ватт.

Из экспериментальных данных можно сделать вывод об относительной эффективности трех рассмотренных ламп: светодиодная лампа в 2,6 раза эффективней компактной люминесцентной лампы и в 9 раз эффективней лампы накаливания; компактная люминесцентная лампа в 3,5 раза эффективней ламы накаливания, но в 2,6 раза уступает светодиодной лампе; лампа накаливания в 3,5 раза менее эффективна, чем КЛЛ, и в 9 раз менее эффективна, чем светодиодная.

Очевидно, светодиодная лампа оказывается самой эффективной, при минимальной мощности она дает лучшую освещенность. Компактная люминесцентная лампа эффективней лампы накаливания, однако, не стоит забывать, что такие лампы содержат ртуть и требуют особого подхода к утилизации.

В итоге можно заключить, что лучшими с точки зрения потребляемой мощности и световой отдачи являются на данный момент светодиодные лампы. По сравнению с лампами накаливания за большую в 10 раз стоимость мы получаем в 10 раз лучшее качество освещения (с точки зрения мощности) и более чем в 30 раз долгий срок службы, не зависящий от циклов включения-выключения лампы.

Литература

1.Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий. Санитарные правила и нормы. СанПиН 2.2.1/ 2.1.1.1278-03 (с изменениями от 15 марта 2010 г) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://files.stroyinf.ru/Data1/11/11776/

2.Интернет-сайт http://electrik.info/.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

L.N. Zvyagina, A.V. Milovkin

MONITORING OF OPTICAL PROPERTIES OF ENERGY - SAVING LAMPS

The article is devoted to the problem of efficiency of energy-saving lamps. The advantage of LED lamps is shown, which

183

consists in the quality of lighting and service life

Key words: energy-saving lamps, illumination

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «The Voronezh State

Technical University»

УДК 504.75

А.А. Куликов, Н.В. Проскурина

АНАЛИЗ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ГОРОДСКОГО ОКРУГА ПОДОЛЬСК

Из-за близкого расположения к столице Подольск часто страдает от ее загрязненного воздуха, но не следует забывать также и о собственных недостатках, пагубно влияющих на экологию

Ключевые слова: Подольск, экология, промышленная экология, окружающая среда, градостроительные предприятия, выбросы, загрязнение, экологическое и экономическое восстановление

В 21 веке человеку ежедневно приходится придумывать что-то новое для удовлетворения своих желаний и потребностей. В большинстве случаев это осуществляется с помощью природных ресурсов. Следовательно, вопрос с загрязнением окружающей среды стоит очень остро в наши дни. Десятки тонн мусора, промышленные и пищевые отходы попадают в воду, грунт. Выбросы различных газов приводят атмосферу в удручающее состояние.

Особое внимание стоит уделить г. Подольску, так как он занимает 3 место среди городов Московской области. Подольск - город областного значения, а также административный центр Подольского района Московской области. Город расположен на реке Пахра. Площадь города составляет 40, 39 , а численность 299 660 человек [1]. Уникальность го-

рода Подольска заключается в том, что по нему проходит часовой меридиан.

Город Подольск разделен на 14 районов. Самым крупным по площади является Залинейный район, а самым маленьким - Фетищево, который в данный момент еще до конца не закончил свое развитие. Подольск смело можно назвать городом рабочих, ведь изначально планировалось сделать из него промышленный центр, который бы находился недалеко от Москвы. Именно поэтому неудивительно, что данный населенный пункт входит в число российских городов с повышенным уровнем загрязнения окружающей среды.

Из-за близкого расположения к столице Подольск часто страдает от ее загрязненного воздуха, но не следует забывать также и о собственных недостатках, пагубно влияющих на экологию. Речь идет об автомобильной магистрали, а также старых промышленных предприятиях, расположенных в северо-восточной части и восточной части города. Рассмотрим более подробно экологическую ситуацию Подольска и постараемся дать объективную оценку сложившейся на данный момент ситуации в нем.

Попадая в Залинейный район Подольска, сразу обращаешь внимание на то, какой он мрачный и старый. В этой части города располагается наибольшее количество заводов и фабрик:

-машиностроительный;

-аккумуляторный;

-кабельный;

-мукомольный;

-трикотажная;

-мясокомбинат;

-хлебокомбинат и многие другие;

Самый неприглядный вид этому району придают промышленное болото и болотопомойка, в котором можно наблюдать линии электропередач и не до конца достроенные промышленные объекты. Смело можно сказать, что эта часть Подольска является одной из загрязненных и вредных для человеческого организма.

Самой грязной улицей Подольска считается улица Лениградская. Такой является она

184

не из-за мусора на обочинах, а из-за предельно допустимых показателей диоксида азота, а также взвешенных частиц в атмосфере. Ежегодно наносит непоправимый вред здоровью Крестовский пушно-меховой комплекс, основанный еще в 30-х годах ХХ века. Находясь в деревне с кричащим названием Кресты, это «чудо» промышленности загрязняет атмосферу соединениями углерода, хлора, аммиака, фтористого водорода, ртути, диоксида азота и мышьяка. Пристальное внимание следует уделить полигону твердых бытовых и промышленных отходов «Щебринка». Основан он был еще в 1969 году. Вместо того, чтобы с надлежащей подготовкой оборудовать песчаные карьеры, расположенные вблизи Подольского химико-металургического завода, отходы промышленности сбрасывали в них без всякой инженерной подготовки. Самым страшным является то, что глубина карьеров порой достигает 25 м в глубину. Кроме этого, находятся они практически возле реки (на расстоянии 400 м от нее). Несмотря на то, что полигон был закрыт еще в 1988 году, радиоактивные отходы лежат в карьерах до сих пор, провоцируя все большее попадание радионуклидов в грунтовые воды. По заявлению местного жителя, называющего себя Dosimetrist: «Фон на свалке 12-15 мкР/ч. Вдоль дороги он 20-23 мкР/ч». Как утверждают экологи, вблизи полигона находится район с экологически неблагополучной обстановкой. Главным источником загрязнения природы считается фильтр, который берет свое начало в полигоне и распространяется по огромной территории в виде потоков. Именно из-за него загрязнению подверглись растительность, почва, подземные и поверхностные воды, временные водотоки, донные отложения речки Пахры и атмосферный воздух.

В течение последних нескольких лет начались активные работы по экономическому и экологическому восстановлению водоемов и почвы. На территории полигона уже функционирует устройство водоотводных канав, а также планируется соорудить специальное покрытие из железобетонных плит. Через город протекает большая река Пахра со своими притоками Мочой и Рожайкой, из которых вытекает большое количество маленьких речушек: Поляница, Вороновка, Лубянка и другие. Из всех водных ресурсов Московской области река Пахра относится к чрезвычайно загрязненным рекам. Главная причина - сточные воды Подольского аккумуляторного и кабельного заводов. К тому же, как утверждает пресс-служба ГУВД по Московской области, совсем недавно было обнаружено загрязнение Пахры сточными водами местной птицефабрики. Подсчитав ущерб, работники правоохранительных органов установили, что в результате противоправных действий окружающей среде был причинен ущерб в размере более 76 миллионов рублей. По данному факту возбуждено уголовное дело по статье 250 УК РФ «Загрязнение вод». Ведется следствие.

Губернатор Подмосковья Андрей Воробьев в своем обращении в начале 2016 года сообщил, что в Московской области более 3 тысяч водных объектов, но по их чистоте регион не входит в число лидеров. По его словам, более 500 очистных сооружений на 80 % обветшали, устарели и требуют ремонта. Он призвал провести в текущем году инвентаризацию очистных сооружений и подготовить комплексную программу их модернизации, продолжить ремонт и реконструкцию коллекторов, которые напрямую влияют на экологию. Также губернатор объявил о начале реализации масштабного трехлетнего проекта по реабилитации пяти рек - Пехорки, Пахры, Яузы, Альбы и Баньки. «Будем реки чистить в следующем году. У нас большая программа, после очень долгого периода мы выделили деньги на чистку рек, а потом будут пруды и озера. В каждом городе тема экологии звучит, в частности, почистить реки Пехорку, Яузу, Осетр. Особенно если это в черте города. Мы хотим это реализовать», - подчеркнул Воробьев.

Минэкологии Подмосковья сообщило о старте программы по реабилитации малых рек региона. Это комплексная задача, которая помимо расчистки рек ставит целью создание благоприятных условий для отдыха горожан на прилегающих к рекам территориях. Практические работы невозможны без заключения специалистов об экологическом состоянии дна и берегов. В настоящее время специализированные организации проводят обследование состояния дна, берегов и водоохранных зон малых рек на территории Московской области.

185

Оно затронет 50 малых рек общей протяженностью более 1,3 тысячи километров.

Экологам предстоит выяснить географические характеристики долин, русел, дна, берегов и водоохранных зон рек, наличие потенциальных опасных объектов, эрозии, негативных факторов человеческой деятельности. Кроме того, специалисты исследуют растительный и животный мир водных объектов, оценят степень замусоренности и зарастания рек. По итогам работы подготовят графические схемы и проекты паспортов малых рек, а также определят участки, нуждающиеся в реабилитации. Все эти работы должны быть выполнены до

20 ноября 2016 года [2].

В Подмосковье строго следят за тем, насколько добросовестно предприятия региона исполняют природоохранные законы. В июне Минэкологии Подмосковья обязало МУП «Водоканал» восстановить загрязненный отходами пруд в Подольске. Согласно данным лабораторного анализа, вода была загрязнена во время аварии на городской канализации. Выяснилось, что в воде было многократное превышение предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ: ионов аммония, фосфатов, поверхностно-активных веществ, нефтепродуктов, меди и цинка. Специалисты министерства возбудили дело об административном правонарушении и взяли ситуацию на контроль, постоянно проверяя, как МУП «Водоканал» устраняет последствия аварии. В пруд были выпущены активные бактерии, способствующие очищению и осветлению воды. Экосистема водоема постепенно восстановилась.

В начале сентября в ходе проверки выяснилось, что на асфальтобетонном заводе в Подольске отсутствуют дренажные канавы для отвода ливневых стоков. Кроме того, на предприятии не проводились обязательные исследования качества сточных вод. Менее чем за неделю ООО «АБЗ Подольск» заплатило административный штраф и устранило нарушения, выявленные в ходе проверки, проведенной сотрудниками министерства экологии Московской области. Также предприятие заключило договор с организацией, которая будет вести постоянный контроль качества сточных вод. Но, к сожалению, на сегодняшний день наблюдается острая нехватка очистительных сооружений и фильтров, которые бы предотвращали попадание в человеческий организм различных вредных веществ. Сегодня в Пахре наблюдается высокая концентрация нитратного и амонийного азотов, а также нефтепродуктов.

Всегда считалось, что подземные воды защищены от вредного воздействия гораздо лучше, чем озера и реки. Если речь идет о подземных водах Подольска, то здесь следует сказать о том, что питьевая вода, по данным ученых, загрязнена микробиологическими организмами [3, 4].

Подольск - зеленый город с парками и лесом, куда в теплое время года очень любят ходить отдыхать как взрослые, так и дети. Однако если взглянуть на состояние некоторых лесов, складывается впечатление о том, что местные жители забыли о наличии урн и специально отведенных мест для бытовых отходов. Нельзя не сказать о городском парке Березки, гулять в котором в последнее время хочется все меньше и меньше. По словам местных жителей: «Лес был бы идеальным для прогулок с детьми, если бы не разбитые бутылки, шприцы, использованные прокладки и хозяева, собаки которых, какают прямо на дороге и на площадке с турниками, которая принадлежит детскому спортивному комплексу. Этот комплекс стоит прямо в березках, и многие о его существовании даже не догадываются. Также как я писала выше, рядом находятся жилые дома и люди, которые в них живут, выбрасывают иногда там мусор». Таким образом, Подольск - город промышленного характера, но уровень загрязнения в 2017 году слишком не превышает допустимые нормы. Не следует забывать о том, что описываемый населенный пункт с каждым годом развивается как в экономическом плане, так и в демографическом плане. Только за 9 месяцев 2016 года численность одних только машин в нем увеличилась на 15 тысяч. Конечно, если очищать уже загрязненные реки, парки, хранилища, Подольск действительно станет лучше и чище. Однако эти меры будут эффективными только тогда, когда человек перестанет выбрасывать мусор на улицах, оборудует специальное место для свалок, бытовых и промышленных отходов, а также не будет забывать о том, что природа не вечна.

186

Литература

1.[Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://подольск-администрация.рф/

2.Отчѐт Главы города Подольска о результатах своей деятельность и деятельность Администрации города Подольска за 2016 г. Отчет Главы Городского округа Подольск о результатах деятельности Главы Городского округа Подольск и Администрации Городского округа Подольск, в том числе о решении вопросов, поставленных Советом депутатов Городского округа, за 2016 год [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://подольскадминистрация. рф/vlast/otchety/

3.Город наш, ты Родины частица... Проблемы сохранения историко-культурного наследия Подольска и Подольского края. Материалы научно-практической конференции / Редсовет: A.M. Дюбанов, А.А. Агафонов, М.И. Гоняный. - Подольск: Информация, 2007. - 207 с.

[Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.yellow.ml/רוא/tab/ru/Подольск/e4659a99a8e8850a8f01b2a921 c16d351fb7487e

4. Панков Д. Д. Созвездия Подольских улиц [Электронный ресурс] / Д. Д. Панков. - Подольск: Информация, 2006. - 296 с. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Подольск

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный педагогические университет»

A.A. Kulikov, N.V. Proskurina

ANALYSIS OF THE ENVIRONMENT OF THE URBAN DISTRICT PODOLSK

Due to its proximity to the capital, Podolsk often suffers from its polluted air, but one should not forget about its own shortcomings, which adversely affect the environment

Key words: Podolsk, ecology, industrial ecology, environment, town-planning enterprises, emissions, pollution, ecological and economic restoration

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «The Voronezh State

Pedagogical University»

УДК 624.95: 691.537

Е.Н. Самарин, В.В. Фуникова, И.А. Родькина, Н.С. Кравченко

ТОКСИЧНОСТЬ ИНЪЕКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И РАБОЧИХ ИНЪЕКЦИОННЫХ РАСТВОРОВ НА ИХ ОСНОВЕ

Проведен детальный анализ токсичности наиболее часто используемых в практике технической мелиорации вяжущих, компонентов рабочих инъекционных растворов и продуктов их твердения. Показано, что наименее токсичными являются гидравлические вяжущие, а также неорганические полимеризационные вяжущие - силикат натрия и коллоидный кремнезем. Все остальные вяжущие преимущественно относятся к умеренно токсичным веществам, что необходимо учитывать при их промышленном использовании

Ключевые слова: локальные источники загрязнения, барьерные технологии, вяжущие материалы, токсичность

В настоящее время предложено несколько технологических схем для контроля и предотвращения распространения токсикантов от локальных источников загрязнения геологической среды, главными из которых являются: омоноличивание промышленных отходов или загрязненных участков литосферы (иммобилизация токсикантов), горизонтальные экраны, устраиваемые по периметру хранилищ, и вертикальные защитные барьеры, препятствующие миграции химических элементов в грунтовом потоке. Последние могут быть слабо фильтрующими (гидравлическими) и/или проницаемыми сорбционными. Указанные подходы тра-

187

диционно реализуются либо с использованием технологий смешивания, ручного (с последующим формованием композита) или механизированного (буросмесительные методы), либо путем устройства траншей, заполненных слабопроницаемым или реакционным материалом. Однако, впоследнее время у специалистов, занимающихся реализацией природоохранных мероприятий, появился все возрастающий интерес к инъекционным химическим методам технической мелиорации, при помощи которых можно устраивать как барьеры различного назначения непосредственно в массивах грунтов, так и капсюлировать любые виды токсичных отходов в местах их складирования [1, 2].

Ранее нами была предложена классификация инъекционных вяжущих материаловприменительно к барьерным технологиям [3, 4]. В предложенной классификации обобщаетмся некоторый эмпирический опыт их использования, а также многочисленные теоретические разработки в этом направлении. Согласно предложенной классификации все материалы разделены на 4 группы: 1) гидратационные гидравлические вяжущие; 2) коагуляционные вяжущие, включающие неорганические и органические коллоиды; 3) полимеризационные вяжущие, водорастворимые и на органических растворителях; 4) реагенты, продуцирующие вяжущие или твердеющие при взаимодействии с минеральными компонентами грунтов. Каждая из выделенных групп вяжущих материалов может использоваться для устройства барьеров определенного назначения, благодаря свойствам получающихся при их твердении полимеров (рисунок).

Поскольку инъекционные материалы в подавляющем большинстве представляют собой сложные химические соединения, нами дополнительно проведен анализ их токсичности по значению показателя LD50. В соответствии с СП 2.1.7.1386-03 «Определение класса опасности токсичных отходов производства и потребления», LD50 - это средняя смертельная доза вещества, вызывающая гибель 50 % всех взятых в опыт лабораторных животных при однократном пероральном введении в унифицированных условиях. По значению LD50 (приложение 2) указанные классы соответствуют: < 15 мг/кг - 1 уровень - чрезвычайно опасные; 15150 мг/кг - 2 уровень - высоко опасные; 151-5000 мг/кг - 3 уровень - умеренно опасные; > 5000 мг/кг - 4 уровень - малоопасные.

Полученные результаты можно кратко сформулировать в следующем виде.

Гидравлические вяжущие - цементный клинкер, известь - преимущественно представляют опасность как аэрозоли, известь же по величине LD50 относится к умеренно опасным токсикантам. Продукты твердения известь-содержащих вяжущих следует отнести к малоопасным веществам (РД 51-1-96). В постинъекционных растворах наибольшую опасность представляет Ca(OH)2, поскольку относится к умеренно опасным компонентам. Токсичность коагуляционных вяжущих - глин, битумов, битумных эмульсий, органических коллоидов определяют следующие вещества.

В первую очередь, это вещества, используемые для стабилизации рабочих коллоидных растворов, такие как: пирофосфат натрия (3 уровень опасности) - для глинистых суспензий; ПАВ (4 уровень опасности) - для битумных эмульсий. Во вторую очередь - это вещества, применяющиеся для коагуляции.

Для обоих типов коллоидных растворов преимущественно используется CaCl2 (3 уровень опасности). Исключение составляют только растворы на основе целлюлозы и ее производных. Несмотря на то, что основные вяжущие в этой группе растворов не представляют опасности (так, например, гидроксиэтилцеллюлоза), значение LD50 которой составляет 8700 мг/кг (белая крыса), для некоторых из них (целлюлоза и ее производные) в качестве растворителей используют гидроксид натрия, уксусная кислота, этиловый спирт или этилацетат, которые обладают существенной токсикологической опасностью. Все остальные основные компоненты органических суспензий токсичностью не обладают.

Неорганические полимеризационные вяжущие - жидкое стекло и коллоидный кремнезем, - по существу, практически не токсичны. Использование растворов силиката натрия не вызывает нежелательных экологических последствий, однако при взаимодействии с подзем-

188

ными водами возможно выщелачивание кремневой кислоты, щелочи, а также солей натрия, прежде всего содового ряда, которые относятся к 3 классу токсичности и могут проявлять токсичность в специфических условиях [5]. Тем не менее, некоторые органические отвердители жидкого стекла могут проявлять токсичность, например, LD50 глиоксаля находится на уровне 200-400 мг/кг (белая крыса). Коллоидный кремнезем в экологическом плане является еще более безопасным. Несмотря на то, что для стабилизации промышленно выпускаемых суспензий используют NaOH, Na2CO3 или NH4OH, величина рН растворов не превышает 9- 9,5 [1, 2]. Некоторую опасность представляют только солевые растворы CaCl2 (4-8 % концентрации) и NaCl (10-20 % концентрации), использующиеся в качестве коагулянтов, которые относятся к 3 классу опасности.

Органические полимеризационные водорастворимые вяжущие включают достаточно большую группу смол, которые различаются по токсичности. В эту группу входят акриламиды, акрилаты, аминопласты, фенопласты, лигносульфонаты, алифатические эпоксиды.

Наиболее токсичными считаются акриламидные смолы. Несмотря на то, что значение LD50 акриламида высоко лишь относительно - 200 мг/кг для крыс, что соответствует 3 классу опасности - он обладает кумулятивным эффектом, в конечном счете, влияя на деятельность центральной нервной системы. При однократных отравлениях умеренными дозами акриламида отрицательные эффекты обычно минимальны. Многочисленные лабораторные и натурные эксперименты показали, что после введения катализатора в 10 % рабочий раствор, остаточная концентрация акриламида в поровом растворе грунта не превышает 0,02 %. Кроме этого, растворенный акриламид быстро подвергается биодеградации почвенными микроорганизмами, поэтому представляет относительную опасность в течение довольно короткого времени. Тем не менее, инъекционное использование акриламидных растворов вблизи источников питьевых или рекреационных вод требует особого внимания [5]. Также существенной токсичностью характеризуется и метиленбисакриламид, использующийся как сшивающий сополимер [6]. Родственные акрилатные смолы гораздо менее токсичны (LD50 - 1800 мг/кг), не обладают нейровоздействием и неконцерагенны [5].

Растворы лигносульфонатов, с одной стороны, содержат соль чрезвычайно токсичного шестивалентного хрома (ПДК = 0,05 мг/л для питьевой воды - по ГН 1.1.725-98), причем в процессе желанитизации хром целиком не окисляется, особенно при повышенных рН раствора, а с другой стороны, - ароматические молекулы бензольного типа, входящие в состав лигносульфоновой кислоты. В контексте экологической безопасности переход на комплексный отвердитель (красная кровяная соль + перекись водорода) существенно снижает токсичность растворов, поскольку оба вещества относятся к 4 классу опасности.

При использовании аминопластов главную опасность представляет свободный формальдегид, содержание которого в современных смолах колеблется на уровне 0,15-0,9 %. Однако формальдегид хорошо реагирует с аммонийными солями с образованием уротропина, в связи, с чем использование аминопластовых смол представляется относительно безопасным, тем более что конечный полимер является нетоксичным веществом - LD50> 15000 мг/кг. Несколько сложнее обстоит дело с фенопластами, поскольку наряду с формальдегидом они содержат свободный фенол и метиловый спирт, связывание которых представляет сложную задачу, хотя конечный полимер также является нетоксичным - LD50> 15000 мг/кг.

Перспективным с точки зрения безопасности представляется использование силоксановых смол на основе полидиметилсилоксана [1], Значение LD50 которого превышает 2000 мг/кг (3-й класс опасности), а количество сшивающего агента (дивинилполидиметилсилоксана), катализатора и ингибитора в сумме не более 5 %. Конечный полимер и вовсе характеризуется значением - LD50> 5000 мг/кг.

189