Методическое пособие 761

тронный ресурс]. Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_34823/

(Дата обращения: 16.07.2017).

2.Федеральный закон от 24.06.1998 N 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.consultant.ru/ document/cons_doc_LAW_19109/ (Дата обращения: 16.07.2017).

3.Федеральный закон от 30.03.1999 N 52-ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучие населения» [Электронный ресурс]. URL: http://www.consultant.ru/ document/ cons_doc_ LAW_22481/ (Дата обращения: 16.07.2017).

4.ГОСТ Р 52105-2003 Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Классификация и методы переработки ртутьсодержащих отходов. Основные положения. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200032452/ (Дата обращения: 10.10.2017).

5.Научно-производственное предприятие «ЭКОТРОМ» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ecotrom.ru/. (Дата обращения: 15.01.2016).

6.ООО НПП «Экотром Технология» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.ecotromtehnology.ru/. (Дата обращения: 15.01.2016).

7.Петров В.Г., Самигуллина Г.З. Бытовые и промышленные отходы [Текст]: учеб. пособие / В.Г. Петров, Г.З. Самигуллина. – Ижевск: Изд-во «ООО ИИЦ «Бон Анца»», 2016. – 72 с.

8.Самигуллина Г.З. Эпидемиологически безопасные пути решения утилизации медицинских отходов лечебно-профилактических учреждений г. Ижевска [Текст] / Г.З. Самигуллина, Г.М. Султан-Галиева, М.В. Корепанова // Вектор науки Тольяттинского университета.

–Тольятти: Изд-во «ФГБОУ ВО «Тольяттинский государственный университет», 2013. – №2(24). – С. 66-68.

9.Самигуллина Г.З. Разработка проекта внедрения термического обезвреживания отходов в учреждении МУЗ «Можгинская ЦРБ» [Текст] / Г.З. Самигуллина // Вестник Удмуртского университета. Серия Биология. Науки о земле. – Ижевск: Изд-во «ФГБОУ ВО «Удмуртский государственный университет», 2010. – №6-4. – С. 170-173.

10.Самигуллина Г.З., Красноперова Т.В. Медико-биологические основы техносферной безопасности [Текст]: учеб.-метод.пособие / Г.З. Самигуллина, Т.В. Красноперова. – Ижевск: Изд-во «НОУ ВПО КИГИТ», 2013. – 130 с.

1ГОУ ВПО «Институт гражданской защиты и пожарной безопасности Удмуртской Республии», г. Ижевск

2ФГБОУ ВО «Удмуртский государственный университет», г. Ижевск

G.Z. Samigullina, Т.N. Volkova

EPIDEMIOLOGICAL SAFE SOLUTIONS TO THE DISPOSAL OF MERCURY WASTES OF MEDICOPROPHILACTIC INSTITUTIONS IN IZHEVSK

At present, the Russian topical problem of recycling mercury-containing wastes, due to the increased growth and volume of their savings, and also because of the extremely dangerous consequences with the possible effects of mercury on the human body. This article discusses methods for recycling of mercury-containing wastes. The characteristics of each installation for the processing of mercury-containing wastes, a comparative analysis of installation from an environmental and economic point of view

Key words: mercury wastes, methods of processing of mercury-containing wastes, installation for processing mercurycontaining wastes, epidemiological safety

1 Federal State Educational Institution of Higher Education «Institute of civil protection and fire safety of the Udmurt Republic of Publius», Izhevsk

2Federal State Educational Institution of Higher Education «Udmurt State University», Izhevsk

111

СЕКЦИЯ 3. ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ, ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД И ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ. МАЛООТХОДНЫЕ И БЕЗОТХОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОИЗВОДСТВА. ФИЗИЧЕСКИЙ И ХИМИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ НАД СОСТОЯНИЕМ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

УДК 678.068

А.М. Суркова1, Е.В. Колесникова1, В.И. Корчагин1, Л.И. Бельчинская2

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПОЛИОЛЕФИНОВ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНЫХ СЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ

Приведены результаты исследования реологических характеристик вторичного полиэтилена, модифицированногоотработанной микрокристаллической целлюлозой. Установлено, что оптимальная степень наполнения полимера достигает 30-40 %. Проведен расчет содержания базовых биогенных элементов, содержащихся в отходах сельскохозяйственного производства для прогнозирования использования в создании плодородного агента

Ключевые слова: биодеградация, пересадка, реология, отходы, полимеры

В настоящее время объемы образования полимерных отходов превосходят объ ѐ- мы переработанных или включенных во вторничное использование. В этой связи акт у- альным направлением является включение полимерных отходов в технологию получения новых материалов.

Годовой уровень накопления полимерных отходов составляет 700 тыс. т. Из них в среднем 61 % ТБО выбрасывается на свалку, 24 % вторично перерабатывается, а 15 % сжигается [1]. Однако у данных методов переработки есть существенные недостатки. Например, при вторичной переработке полиолефинов необходима стадия разделения и сортировки отходов.

На сегодняшний день наиболее перспективным направлением в утилизации и с- пользованных полимерных отходов является создание биоразлагаемых полимеров. Разработка последних ведется в основном по 2-ум направлениям:

–создание модифицированных полимеров с использованием растительного с ы- рья, в частности крахмала или целлюлозы,

–придание биоразлагаемости синтетическим полимерам с помощью добавок - прооксидантов.

Также актуальной проблемой является пересадка растений, при которой происх о- дит механическое повреждение всех корней и корневых волосков, что способствует н а- хождению растения в стрессовом состоянии. В случае, если стрессорное воздействие слишком велико, растение может погибнуть, а если растение уцелело, наступает вторая фаза, в которой растение либо адаптируется к новым условиям, либо повреждения в нем усиливаются [2]. Одним из путей решения данных проблем является использование биодеградируемых контейнеров для пересадки растений в почву.

Технологии бестравматичной пересадки растений активно развиваются в странах

спостиндустриальной экономикой, прежде всего в США, Европе [3]. Кампания JiffyProductsInternationalB производит биодеградируемые контейнеры, в качестве главных

инградиентов используют торф и древесину (Jiffypot R2). Предоставляет широкий а с- сортимент различных размеров и дизайнов. Разлагается на 100 %, нетоксично. С экономической точки зрения ─ альтернатива пластмасс и других похожих изделий на биоконтейнеры. ZipsetPlantBands производит квадратные контейнеры, сделанные из картона коробки молока. Бумага обеспечивает исключительную прочность при намокании. За счет квадратной формы достигается распределение корней, что предотвращает их спутывание [4].

112

Целью данной работы является изучение реологического поведения наполненн о- го отработанной микроцеллюлозой полимера для дальнейшего прогнозирования пов е- дение материала при получении в высокоскоростном оборудовании.

В качестве объекта исследования выбран модифицированный полиэтиленмикр о- целлюлозой. В качестве матрицы наполнения был выбран полиэтилен марки 158-03-02 крупнотоннажного производства. В качестве модифицирующей добавки использовали микроцеллюлозу, которая соответствует следующим требованиям:

–доступность сырьевой базы;

–быстрая и полная разлагаемость при естественных условиях;

–приемлемая себестоимость.

Образцы полимерной добавки с содержанием биодеградируемого агента на основе микроцеллюлозы 0, 20, 30, 40, 50 % масс. были получены путем смешения гранулята полиэтилена марки ПВД 158-03-02 с микроцеллюлозой в двухшнековом экструдере, которые затем переработали в пленку толщиной 30-40 мкм, с помощью насадки на экструдер типа «Рукав».

Реологические исследования вязкости проводили на капиллярном реометре «Smart-Rheo» при температуре 160 ºС в режиме постоянных объемных расходов (ISO 11443, ASTM D3835), показатель текучести расплава определяли по ГОСТ 11645 -73 с помощью прибора ИИРТ-5. Результаты исследования представлены в табл. 1.

Вязкостные свойства полимерных комплексов определяют характер процессов разрушения. На рисунке представлен график зависимости эффективной вязкости от содержания добавки – мироцеллюлозы. Показатель текучести расплава резко снижается при содержании 50 % добавки, это свидетельствует о прохождении выраженных деструктивных процессов, свыше 50 % наполнения полиэтилена оказывает существенное влияние на режим переработки, материал вытекает из капилляра, подобно воску, температура плавления снижается. Показано, что при увеличении количества модифицируемой добавки повышается эффективная вязкость, что способствует уменьшению механической стабильности.

Таблица 1 Реологические свойства полиэтилена с различным содержанием отработанной

микроцеллюлозы

При содержании добавки на основе отработанной целлюлозы 30÷40 % обеспечивается эффективная вязкость равная 878÷1170 Па·с, что соответствует оптимальным значениям при производстве биоразлагаемых контейнеров на высокоскоростном оборудовании. Добавление наполнителя 0-5 % усложняется составом, так как опудривание гранул происходит в смесителе, и равномерно распределить наполнитель по матрице полимера затруднительно, поэто-

113

му для получения биоразлагаемой композиции с меньшим содержанием отработанной целлюлозы необходимо добавление инертного носителя для более эффективного опудривания. При наполнении полимера свыше 50 % происходит резкое уменьшение ПТР расплава – 0,19, что свидетельствует о значительных изменениях в молекулярной массе смеси.

График зависимости эффективной вязкости от содержания добавки

– микроцеллюлозы (оригинальный)

Для разработки плодородного агента на первом этапе исследования приведен расчет содержания биогенных элементов основных вторичных сырьевых ресурсов. В табл. 2 представлены результаты качественного и количественного анализа на основе литературных данных. Для увеличения эффективности плодородного агента для создания идеальных условий произрастания растений определено соотношение С:N в исходной смеси является 25:1 [5].

Таблица 2 Качественный и количественный анализ состава отходов сельскохозяйственного производства

114

Использование фосфолипидов, выделенных из отходов масложирового производства позволит эффективно использовать соединения фосфора (Р), так как Р участвует в формировании и росте растения, является компонентом биологической мембраны.

Таким образом, установлено, что введение микроцеллюлозы в состав полиолефинов увеличивает эффективную вязкость, при этом оптимальное содержании добавок с о- ставляет порядка 30 - 40 % мас. На основании анализа литературных данных предложено использование куриного помета, мелассы и фильтрационного осадка с поля фильтр а- ции свекловичных культур, а также отходов производства растительных масел, а име н- но подсолнечного фуза и фосфолипидов.

Литература 1. Тертышная Ю.В., Шибряева Л.С. Биоразлагаемые полимеры: перспективы их мас-

штабного применения в промышленности России / Ю.В. Тертышная, Л.С. Шибряева. – 2015 // Экология и промышленность России. – М.: Изд-во «ООО «Калвис»», 2015. – №8. – С. 2025.

2. Федулов Ю.П. Устойчивость растений к неблагоприятным факторам среды : учеб. пособие / Ю.П. Федулов, В.В. Котляров, К.А. Доценко. – Краснодар: Изд-во «КубГАУ», 2015. – 64 с.

3. Васильева Н.Г. Биоразлагаемые полимеры / Н.Г. Васильева // Вестник Казанского технологического университета. – Казань: Изд-во «Казанский национальный исследовательский технологический университет», 2013. – Выпуск 22. – Т. 16. – С. 156-157.

4. AgriExpo. Онлайн-выставка сельского хозяйства [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.agriexpo.ru/proizvoditel-agri/biorazlagaemaa-gorsok-4328.html

5. Имранова Е.Л., Кириенко О.А. Изготовление компоста из растительных отходов: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Основы микробиологии и биотехнологии» для студентов специальности 280201.65 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» / Е.Л. Имранова, О.А. Кириенко. – Хабаровск: Изд-во «Тихоокеан. гос. ун-та», 2010. – 17 с.

1 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» 2 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет

имени Г.Ф. Морозова»

A.M. Surkova1, E.V. Kolesnikova1, V.I. Korchagin1, L.I. Belchinskaya2

RESEARCH OF RHEOLOGICAL CHARACTERISTICS OF BIODEGRADABLE POLYMERS

BASED ON SECONDARY RAW MATERIAL RESOURCES

The results of investigating the rheological characteristics of secondary polyethylene modified with spent microcrystalline cellulose are presented. It was found that the optimum degree of filling of the polymer reaches 30-40 %. The calculation of the content of the basic nutrients contained in the agricultural production was carried out to predict the use of the creation of a fertile agent

Key words: biodegradation, transplant, rheology, waste, polymers, fertile agent

1Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Voronezh State University of Engineering Technologies»

2Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Voronezh State Forestry University named after G.F. Morozov»

115

УДК 678.068

А.М. Суркова, В.И. Корчагин, А.В. Протасов

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА БИОДЕГРАДАЦИИ ПОЛИМЕРНОЙ ЦЕПИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ОКИСЛИТЕЛЬНЫХ АГЕНТОВ НА ОСНОВЕ СОЛЕЙ КОБАЛЬТА И ЖЕЛЕЗА

Приведены результаты исследования прочностных характеристик полиэтилена, содержащего соли кобальта и соли железа, дана сравнительная оценка окислительной способности солей металлов переменной валентности (Fe, Co) в отношении инициирования процессов биодеструкции под воздействием внешних факторов – атмосферного воздуха, природной воды и почвы

Ключевые слова: железо, кобальт, биоразлагаемые полимеры, биодеградация, соли жирных кислот, прочность, относительное удлинение, отходы

Для того, чтобы попасть под определение полностью биоразлагаемого полимерного материала (ПМ), он должен обладать способностью разлагаться под действием внешних факторов (температуры, УФ-света и ферментов микроорганизмов на СО2 и воду (в аэробных условиях). Программа испытания на биоразложение включает два этапа:

1.Испытание на биоразложение, которое представляет собой контролируемый тест на компостируемость (стандарты ISO 14855, EN 13432, ASTM D 6400, ASTM D 6868)

2.Проверка на экотоксичность (EN 13432, OECD № 208), которая проводится путем анализа состояния растений ярового ячменя и кресс-салата, выращиваемых в смеси из тестируемого компоста и обычной почвы.

По заявлениям изготовителей биоразлагающих добавок, их воздействие на разлагаемые ими ПМ происходит в два последовательных этапа:

• на первом этапе на оксибиоразлагаемый ПМ должно оказываться физическое воздействие (температурное, радиационное солнечное), чтобы резко уменьшить молекулярную массу полимера и понизить физико-механические свойства (резко сокращается удлинение на разрыв). Длина молекулярной цепи при этом может уменьшиться до 5 000 ангстрем;

• на втором этапе возникает возможность активной работы микроорганизмов по ускоренному биоразложению деструктированного полимера.

В связи с этим испытания оксибиоразлагаемых ПМ проводят не в два этапа, как для полностью биоразлагаемых, а на один этап больше. На первом этапе проводят испытания на устойчивость к внешним факторам (ASTM D 6954-04, ASTM D 5208, ASTM D 5510). Данный тест вызывает ускоренное окисление ПМ, которое косвенно контролируется по уменьшению молекулярной массы и потере физико-механических свойств ПМ (например, до момента, когда пленка будет иметь удлинение при разрыве, равное 5 %). На втором этапе проводят испытания на биоразложение - контролируемый тест на компостируемость (ISO 14855, EN 13432, ASTM D 6400, ASTM D 6868). Наконец, на третьем этапе проводят испытания на экотоксичность (EN 13432, OECD № 207 – тест на земляные черви и OECD № 208 – тест на рост растений). Также возможно определение токсичности с помощью рыбок – гуппи [1]. Однако в настоящее время провести такие испытания в России практически невозможно изза отсутствия сертифицированного центра, оснащенного современным испытательным оборудованием и квалифицированными специалистами [2].

В условиях быстро растущего объѐма производства изделий из полимерных материалов, существенно обострилась проблема накопления отходов в виде различных их остатков. Так как разложение в объектах окружающей среды полимерной продукции, в частности из полиолефинов происходит более 100 лет, надежды на самостоятельное преодоление проблемы природой нет. Из-за низкой комфортности и высокой стоимости использование бытовых изделий старого образца нецелесообразно. Альтернативный метод решения проблемы – создание биоразлагаемого наполненного окислительным агентом полиэтилена.

В работе [3] отмечено, что соединения кобальта не токсичны при низких концентра-

116

циях и могут быть использованы в качестве прооксиданта в полиэтиленовых пленках с ограниченными и контролируемыми концентрациями.

Исследование процесса деструкции полученного полимера под воздействием природных факторов было проведено в несколько стадий: прямое воздействие объектов окружающей среды (почва, вода) на полимер; испытания по выявлению физико – механичеких показателей; качественное и количественное определение основных выделяющихся при биодеструкции полимера веществ; биотестирование с помощью тест объекта овса.

Перед непосредственным погружением образцов биоразлагаемого полимера в почву было проведено определение исходного содержания фосфора, гумуса, водорастворимых веществ, суммы обменных оснований по методу, описанному в [4], а также установление водородного показателя (рН) – важнейших характеристик почвы.

Полученные данные о химическом составе почвы представлены в табл. 1.

Таблица 1

Химический состав почвы, использованной при исследовании

Перед тем, как образцы пленок подвергнуть воздействию воды, последнюю подвергли анализу по значению водородного показателя – pH. Для анализа разложения полимера в воде были введены дополнительные условия – значения pH вода, равное 8,3; 7,2; 5; 4 , что соответствуют pH Воронежского водохранилища, реки Рать и искусственно созданным подкисленным водам с помощью разбавленной H2SO4.

Определив химический состав почвы, образцы наполненных пленок с добавкой соли железа и кобальта, предварительно разрезав их лопаточками для разрывной машины (рис. 1) поместили в контейнеры с почвой. Почва с образцами пленок с добавкой регулярно поливалась, чтоб добиться условий, максимально приближенных к естественным.

Аналогичные образцы поместили в контейнеры с водой, водородный показатель которой равен 8,3; 7,2; 5; 4, а также разместили на открытом атмосферном воздухе. Через фиксированный промежуток времени образцы вынимались из объектов окружающей среды для испытания на разрывной машине.

Испытание образцов проводилось после определенного времени нахождения в объектах окружающей среды с помощью разрывной машины РМ-50. Данные о свойствах образцов пленок в начальном состоянии представлены в табл. 2. Полученные данные о механических свойствах полимеров на основе добавки с использованием солей железа и солей кобальта, подвергнутых деструкции с различной продолжительностью воздействия природных факторов пред-

117

ставлены в табл. 3, 4 соответственно.

Рис. 1. Образец, вырезанный для разрывной машины (оригинальный)

Таблица 3 Физико-механические показатели биоразлагаемого полимера, с содержанием добавки

солей железа 5 % в зависимости от продолжительности воздействия природных факторов

Влияние содержания модифицирующей добавки в пленке на основной эксплуатационный показатель при различном водородном показателе рН водной среды указывает на то, что прочность на разрыв для пленки с содержанием солей кобальта окси-биоразлагаемого концентрата после двух месячного воздействия снижается с 20,0 МПа до 11±1,0 МПа в зависимости от рН водной среды.

Менее интенсивно протекают деструктивные процессы в пленках с содержанием солей железа модифицирующей добавки, при этом отмечается снижение прочности до 13,5±1,0 МПа. Однако, дальнейшее воздействие водной среды, свыше двух месяцев оказывают влияние на характер протекания структурных превращений, ход зависимостей для пленок с содержанием солей железа и кобальта имеют различное поведение.

Таблица 4 Физико-механические показатели биоразлагаемого полимера, с содержанием добавки солей кобальта 5% (масс.) в зависимости от продолжительности воздействия природных факторов

Наличие кислорода в атмосферном воздухе оказывает влияние не только на скорость течения деструктивных процессов, падение показателя прочности до 10,0 МПа достигается через два месяца, но и продолжает дальнейшее снижение.

Ход зависимостей определяется течением структурных превращений. В первые два месяца наблюдается доминирование деструктивных процессов. Глубина течения процессов зависит от природы металла переменной валентности, используемых в составе добавки. В дальнейшем на структурные превращения оказывают влияние среды, а точнее наличие ки-

119

слорода, который выступает в качестве ингибитора образующихся радикалов. Это значит, что возможно протекание параллельных процессов, например, образование дигидрокарбонатов, гидроксидов и оксидов металлов переменной валентности, что создает проблему при изучении не только механизма деструкции, но и влияния на окружающую среду и токсичность по отношению к человеку.

Рис. 2. График зависимости изменения прочностных характеристик биоразлагающих пленок на основе солей кобальта (1) и солей железа (2) от pH показателя водной среды

(оригинальный)

Можно сделать вывод о том, что течение структурных превращений зависит от содержания кислорода в различных природных средах, а также о меньшей эффективности добавки на основе солей железа по сравнению с добавкой на основе солей кобальта. Дальнейшие разработки планируется направить на исследование оптимального состава добавки, инициирующей биоразложение полимеров.

Литература

1.Биотестовый анализ – интегральный метод оценки качества объектов окружающей среды [Текст]: учебно-методическое пособие / А.Г. Бубнов, С.А. Буймова, А.А. Гущин, Т.В. Извекова. – Иваново: «ГОУ ВПО ИГХТУ», 2007. – 112 с.

2.Кудрякова Г.Х. Биоразлагаемая упаковка в пищевой промышленности [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.solidwaste.ru

3.Comparison of the biodegradability of various polyethylene films containing pro-oxidant additives / Stéphane Fontanella , Sylvie Bonhomme, Marek Koutny, Lucie Husarova, Jean-Michel Brusson, Jean-Paul Courdavault, Silvio Pitteri, Guy Samuel,Gérard Pichon, Jacques Lemaire, Anne-Marie Delort // Polymer Degradation and Stability, 95. – 2010. – P. 1011-1021

4.Физико-химические и химические методы анализа почв [Текст]: методические указания по выполнению лабораторных работ / М.В. Енютина, И.Н. Пугачева, В.И. Корчагин, Л.Н. Костылева. – Воронеж: Изд-во «ВГТА», 2011. – 20 с.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»

A.M. Surkova,, V.I. Korchagin, A.V. Protasov

INVESTIGATION OF THE BIODEGRADATION OF A POLYMER CHAIN UNDER THE INFLUENCE OF OXIDATIVE AGENTS ON THE BASIS OF COBALT AND IRON SALTS

The results of the study of the strength characteristics of polyethylene containing cobalt salts and iron salts are given, and a

120