Digitální knihovna Univerzity Pardubice DSpace Repository
http://dspace.org
Univerzita Pardubice
þÿBakaláYské práce / Bachelor's works KDP DFJP (Bc.)
2011
þÿHodnocení sorpních schopností þÿsorbento pou~ívaných pYi havarijních únicích Kopecká, Ivana Univerzita Pardubice http://hdl.handle.net/10195/39379 Downloaded from Digitální knihovna Univerzity Pardubice
Dopravní fakulta Jana Pernera Univerzita Pardubice
Hodnocení sorpčních schopností sorbentů používaných při havarijních únicích
Ivana Kopecká
Bakalářská práce 2011
Prohlášení: Prohlašuji, že předložená práce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracovala samostatně. Zdroje, z nichž jsem při zpracování čerpala, v práci řádně cituji.
Byla jsem seznámena s tím, že se na moji práci vztahují práva a povinnosti vyplývající ze zákona č. 121/2000 Sb., autorský zákon, zejména se skutečností, že Univerzita Pardubice má právo na uzavření licenční smlouvy o užití této práce jako školního díla podle § 60 odst. 1 autorského zákona, a s tím, že pokud dojde k užití této práce mnou nebo bude poskytnuta licence o užití jinému subjektu, je Univerzita Pardubice oprávněna ode mne požadovat přiměřený příspěvek na úhradu nákladů, které na vytvoření díla vynaložila, a to podle okolností až do jejich skutečné výše.
Souhlasím se zveřejněním práce na webovém serveru Univerzity Pardubice. V Hlinsku 26. 5. 2011 Ivana Kopecká
Poděkování: Ráda bych poděkovala vedoucí práce paní Ing. Marii Sejkorové za čas a důležité rady. Dále bych chtěla poděkovat společnosti REO AMOS, spol. s r.o. za poskytnutí vzorků sorbentů a společnosti Paramo, a.s. za poskytnuté vzorky provozních kapalin.
Anotace: Bakalářská práce se zabývá ověřením účinnosti nasákavosti vybraných typů jak sypkých, tak textilních sorbentů pro různé provozní kapaliny, které připadají nejvíce v úvahu jako zdroj kontaminace prostředí při dopravní havárii. Klíčová slova: životní prostředí, dopravní nehoda, havárie, ekologické následky, sorbenty, ropné látky, provozní kapaliny, biopaliva, MEŘO, experiment, nasákavost
Evaluation of sorption capacity of sorbents used for emergency releases Abstrakt: This thesis deals with the verification of the effectiveness of selected absorption both bulk and textile sorbents under various operating liquids, the most susceptible to the account as a source of environmental contamination in a traffic accident. Keywords: environment, traffic accidents, accident, environmental consequences, sorbents, petroleum products, operating liquids, biofuels, FAME, experiment, absorption
Obsah Úvod
5
1 Dopravní havárie
6
2 Postup při řešení dopravní havárie
7
3 Zákonné předpisy
11
4 Charakteristika ropných látek
15
4.1
Nafta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.2
Benzín . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.3
Motorový olej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
5 MEŘO
18
6 Charakteristika vybraných sorbentů používaných při havarijních únicích
20
6.1
Základní vlastnosti sorbentů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
6.2
Vlastnosti vybraných sorbentů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 6.2.1
Práškovité a granulované sorbenty . . . . . . . . . . . . . . . 22
6.2.2
Sorpční textilie a rohože . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
7 Experimentální část 7.1
7.2
31
Testování textilních sorbentů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 7.1.1
Podmínky experimentu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.1.2
Pracovní postup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.1.3
Dílčí závěry pro uhlovodíkové provozní kapaliny . . . . . . . 33
7.1.4
Dílčí výsledky pro uhlovodíkovou naftu s přídavkem MEŘO
7.1.5
Závěr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
34
Testování sypkých sorbentů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 7.2.1
Podmínky experimentu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
7.2.2
Pracovní postup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
7.2.3
Dílčí závěry pro uhlovodíkové provozní kapaliny . . . . . . . 36 1
7.3
7.2.4
Dílčí výsledky pro uhlovodíkovou naftu s přídavkem MEŘO
37
7.2.5
Závěr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Souhrnné výsledky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
8 Závěr
41
Použité informační zdroje
42
2
Seznam obrázků 1
Ropná havárie na vodním toku [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
2
Ropná havárie na nezpevněném podloží [5] . . . . . . . . . . . . . .
8
3
Sorbent ECO DRY [17] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4
Hydrofobní sorpční drť LITE-DRI [17] . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5
Univerzální sorpční drť LITE – DRI [17] . . . . . . . . . . . . . . . 24
6
VAPEX [18] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
7
Nowap [19] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
8
Fibroil [17] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
9
ORHF 8040 [20] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
10
Chemická sorpční rohož [17] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
11
Hydrofobní sorpční rohož [17] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
12
Univerzální sorpční rohož [17] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
13
Textilní sorbenty [vlastní foto] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
14
Sypké sorbenty [vlastní foto] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3
Seznam tabulek 1
Přehled sorbentů použitých v experimentu . . . . . . . . . . . . . . 28
2
Výsledky měření pro textilní sorbenty . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3
Výsledky měření pro sypké sorbenty . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4
Úvod Při dopravních nehodách dochází často k úniku ropných látek a hrozí následné znečištění životního prostředí. Aby tento negativní dopad na celý ekosystém byl co nejmenší, je nutný rychlý zásah k odstranění následků havárií. K těmto zásahům se používají různé druhy sorbentů. Sorbenty jsou látky, které jsou schopné navázat na sebe uniklou cizorodou látku. Práce je věnována havarijním únikům provozních kapalin při silničních dopravních nehodách, kde tyto látky mohou být zdrojem kontaminace půd a vodních zdrojů v okolí liniové stavby. Jsou zde uvedeny základní zákonné povinnosti upravující ochranu životního prostředí. Součástí práce je přehled charakteristických vlastností vybraných druhů provozních kapalin a charakteristických vlastností sorbentů. Část práce je věnována problematice biopaliv. Experimentální část je věnována ověření nasákavosti textilních a sypkých sorbentů pro různé typy provozních kapalin. Součástí experimentu je i ověření vlivu přídavku MEŘO přidávaného do nafty na nasákavost sorbentů.
5
1
Dopravní havárie
V posledních letech se velmi zvýšila intenzita dopravy a vzrostl podíl silniční nákladní dopravy. S tímto jevem se zvyšují rizika dopravních nehod, které bývají spojeny s únikem provozních kapalin. Tyto látky, kontaminující při úniku zejména zeminu, povrchové a podzemní vody, jsou většinou ropného původu. Ekologické havárie jsou velkým problémem nejen proto, že poškozují životní prostředí, ale také tím, že likvidace následků je nákladná, složitá a dlouhotrvající [1]. Negativní dopady ekologických havárií lze redukovat rychlým a profesionálním zásahem a volbou optimálních technických opatření. Při zvolení nevhodného postupu, nebo při pomalém zásahu při likvidaci havárie, může nastat nekontrolovatelné rozšíření zasaženého území. Tím hrozí poškození nebo ohrožení i dalšího území, které při včasném a vhodně zvoleném zásahu mohlo zůstat nedotčeno. Škody na životním prostředí jsou obecně větší při zasažení velkých ploch zředěnou závadnou látkou než omezeného prostoru koncentrovaným únikem stejného množství. Stejně i finanční náročnost závisí na rozloze zasažené oblasti [1]. Také dlouhodobé malé úkapy závadných látek jsou problémem ohrožující životní prostředí. Jestliže tyto úniky nejsou včas zjištěny, hrozí poškození nebo ohrožení životního prostředí. Ekologické havárie jsou nebezpečné pro celý ekosystém, nejvíce je ale problematické zasažení povrchových a podzemních vod. Voda může závadné látky přenášet na velké vzdálenosti a tím rozšiřovat zasaženou oblast. Znečištění podzemních vod závadnými látkami je velkým problémem, jehož následky lze těžko vyčíslit. Podle typu zasaženého prostředí se rozlišují havárie na povrchových a podzemních vodách a havárie kontaminující půdu. Ropné látky na vodní hladině se rozpoznají podle olejových skvrn nebo olejového filmu. Plavou na vodní hladině a tím zpomalují nebo i zabraňují přestupu kyslíku z atmosféry do vody. Tím je ovlivněno samočištění vody a jsou ohroženi živočichové i rostliny. Znečištění podzemních vod způsobují zejména látky uniklé z nezpevněných ploch, z netěsných kanalizačních a potrubních systémů. Nebezpečí spočívá v tom, že se společně se
6
srážkovou vodou dostávají do podzemní vody a šíří se do okolí. Únik ropných látek do půdy je ovlivněn vlastnostmi půdy, její vlhkostí a míře zvětrání. Podle typu závadné látky rozlišujeme havárie s únikem ropných, toxických a chemických látek. Dále např. havárie s únikem organických hnilobných látek, nerozpuštěných látek nebo nadměrně teplých odpadních vod. Z hlediska dopravy jsou nejčastějším typem havárie s únikem ropných látek. Ropné havárie patří k nejčastěji se vyskytujícím havarijním únikům s vážným ohrožením jakosti vod. Těmito látkami jsou především pohonné hmoty, oleje, apod. Volné fáze ropných látek jsou většinou ve vodě nerozpustné nebo jen omezeně rozpustné [2]. Z povrchu vodní hladiny (viz obrázek 1 na straně 8) se po zadržení a zklidnění sbírají hladinovými sběrači (odlučovači) nebo pomocí sorbentů. Ze zpevněných ploch se ropné látky odstraňují nejlépe intenzivním posypem sorbenty, a jejich následným sběrem po nasycení. Z nezpevněných ploch (viz obrázek 2 na straně 8) se ropné látky odstraní odtěžením zasaženého horninového prostředí v kombinaci s posypem méně propustných míst účinným hydrofobním sorbentem nebo biopreparátem, případně použitím některé z metod dekontaminace na místě. Při zasažení nezpevněných ploch platí, že vlhké a celistvé horninové prostředí je pro ropné látky méně propustné než suché a zvětralé povrchy [4]. Při haváriích s únikem ropných látek je ohroženo nejen životní prostředí, ale i zdraví pracovníků, kteří se podílejí na odstranění následků havárie. Ropné látky obsahují těkavé organické látky, které jsou nebezpečné pro zdraví lidí.
2
Postup při řešení dopravní havárie
Po příjezdu všech složek na místo havárie probíhá záchrana životů a zdraví postižených osob. Jestliže je při havárii přítomno dostatečné množství zasahujících hasičů, jsou též prováděna bezprostřední opatření pro likvidaci havárie [6]. Došlo-li při havárii k úniku provozních kapalin, a pokud již je, anebo hrozí poškození životního prostředí, zejména pak ohrožení podzemních a povrchových vod, jsou kon-
7
Obrázek 1 – Ropná havárie na vodním toku [3]
Obrázek 2 – Ropná havárie na nezpevněném podloží [5]
8
taktovány hasičským záchranným sborem pracovníci odboru životního prostředí obecního úřadu obce s rozšířenou působností, kteří se dostaví na místo havárie. Je provedeno místní šetření s následným sepsáním zápisu, ve kterém je uloženo provedení nápravných opatření. Nejdříve jsou provedena bezprostřední opatření: 1. Zabezpečení místa havárie: označení místa havárie řízení provozu, popřípadě uzavření komunikace
2. Odstranění zdroje znečištění: zamezení dalšího úniku škodlivých látek (např. instalace nádob na jí-
mání unikajících kapalin) odčerpání kapalin z poškozeného zařízení
3. Ochrana nezpevněných ploch a systémů odvodnění a oddělení zasažených ploch: použití zvláštních sorpčních hadů (ponožky), hrázky ze sorbentů, písku
nebo zeminy ochrana vstupů odvodnění (např. zvláštní kryty kanalizačních vpustí,
plastové folie zasypané pískem či sorbentem nebo nafukovací vaky) 4. Oddělení zasaženého prostoru: instalace norných stěn, zaslepení kanalizace
Po ukončení bezprostředních opatření jsou provedena následná opatření: 1. Sběr a separace zachycených závadných látek: větší množství – odčerpání menší množství nebo látky plošně rozptýlené - sebrání pomocí sorbentů
9
2. Sběr a separace nasycených sorbentů: mechanický sběr do nepropustných obalů
3. Odběry kontrolních vzorků vod a zemin 4. Zajištění odstranění odpadů: zachycených závadných látek, nasycených sorbentů, kontaminovaných
vod a odtěžené zeminy 5. Následné sanační práce: dočištění zasažených míst, odstranění uhynulých živočichů
10
3
Zákonné předpisy
Z hlediska zákonů upravujících ochranu životního prostředí, jsou při řešení následků dopravních nehod nejdůležitější zákon č. 254/2001 o vodách, v platném znění a zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech, v platném znění. V zákoně o vodách jsou základní pojmy, povinnosti při havárii a následná opatření po havárii specifikována v § 40, 41 a 42. V § 40 zákona o vodách je definován pojem havárie. Havárií je mimořádné závažné zhoršení nebo mimořádné závažné ohrožení jakosti povrchových nebo podzemních vod [7]. Za havárii se vždy považují případy závažného zhoršení nebo mimořádného ohrožení jakosti povrchových nebo podzemních vod ropnými látkami, zvlášť nebezpečnými látkami, popřípadě radioaktivními zářiči a radioaktivními odpady, nebo dojde-li k zhoršení nebo ohrožení jakosti povrchových nebo podzemních vod v chráněných oblastech přirozené akumulace vod nebo v ochranných pásmech vodních zdrojů. Dále se za havárii považují případy technických poruch a závad zařízení k zachycování, skladování, dopravě a odkládání látek uvedených výše, pokud takovému vniknutí předcházejí. Povinnosti při havárií jsou specifikovány v § 41 zákona o vodách. Ten, kdo způsobil havárii (dále jen „původce havárieÿ), je povinen činit bezprostřední opatření k odstraňování příčin a následků havárie. Přitom se řídí havarijním plánem, popřípadě pokyny vodoprávního úřadu a České inspekce životního prostředí [7]. Kdo způsobí nebo zjistí havárii, je povinen ji neprodleně hlásit Hasičskému záchrannému sboru České republiky, jednotkám požární ochrany, nebo Policii České republiky, případně správci povodí. Ti jsou povinni neprodleně informovat o jim nahlášené havárii příslušný vodoprávní úřad a Českou inspekci životního prostředí. V případě, že došlo k havárii v ochranných pásmech přírodních léčivých zdrojů a zdrojů přírodních minerálních vod, bude informováno též Ministerstvo zdravotnictví. Řídit práce při zneškodňování havárií přísluší vodoprávnímu úřadu. Dále je v § 41 zákona o vodách upraven postup při havárii mimořádného rozsahu, která může závažným způsobem ohrozit životy nebo zdraví lidí nebo způsobit značné škody na majetku. Při takovéto havárii platí přiměřeně ustanovení
11
o ochraně před povodněmi. Pro původce havárie je zde dána povinnost, že při odstraňování příčin a následků havárie musí s výše uvedenými orgány spolupracovat. Všechny osoby, které se zúčastnily zneškodňování havárie, jsou povinny poskytnout České inspekci životního prostředí a Hasičskému záchrannému sboru České republiky potřebné údaje, pokud si jejich poskytnutí vyžádá. V § 42 jsou specifikována opatření k nápravě. Nápravná opatření k odstranění následků nedovoleného nakládání se závadnými látkami nebo následků havárie, ukládá Česká inspekce životního prostředí a příslušný vodoprávní úřad. Původce havárie musí provést opatření k nápravě závadného stavu, případně též opatření k zajištění náhradního odběru vod, pokud to vyžaduje povaha věci. Veškeré náklady na provedená opatření nese ten, jemuž bylo toto nápravné opatření uloženo. Jestliže nejsou tato opatření plněna a hrozí-li nebezpečí z prodlení, zabezpečí tato nápravná opatření vodoprávní úřad nebo Česká inspekce životního prostředí na náklady toho, kdo havárii způsobil. Dle zákona o odpadech musí původce odpadů, což je při pracích na odstranění následků havárie společnost, která konkrétně tuto činnost provádí, splňovat povinnosti původce odpadů, které jsou specifikovány v § 16 zákona. Mezi nejdůležitější povinnosti původce patří ověřovat nebezpečné vlastnosti odpadů a podle jejich skutečných vlastností s nimi nakládat. Původce odpadů je povinen odpad zařazovat podle druhů a kategorií a podle toho je třídit. Musí zabezpečit odpady před nežádoucím znehodnocením, odcizením nebo únikem. Musí zajistit přednostní využití odpadů a odpady předávat pouze oprávněným osobám k jejich převzetí (dle zákona o odpadech) [7]. Musí kontrolovat vliv nakládání s odpady na zdraví lidí a životní prostředí v souladu se zvláštními právními předpisy. Dále musí vést průběžnou evidenci o odpadech a způsobech nakládání s nimi, ohlašovat odpady příslušnému správnímu úřadu. S nebezpečnými odpady může původce nakládat pouze na základě souhlasu věcně a místně příslušného orgánu státní správy. Přeprava nebezpečných odpadů nepodléhá souhlasu. Podle zákona o odpadech je nutno postupovat také při nakládání s použitými sorbenty a s vytěženou znečištěnou zeminou. Dle Katalogu odpadů se sorbenty zařazují pod katalogové číslo 15 02 02 N – Absorpční činidla, 12
filtrační materiály (včetně olejových filtrů jinak blíže neurčených), čistící tkanina a ochranné oděvy znečištěné nebezpečnými látkami. Znečištěná zemina se zařazuje dle Katalogu odpadů pod katalogové číslo 17 05 03 N – Zemina a kamení obsahující nebezpečné látky. Způsob nakládání záleží na konkrétním typu a druhu sorbentu. Některé sorbenty lze po použití regenerovat (ždímáním, propíráním, propíráním rozpouštědly, atd.), posléze jsou znovu použitelné. Po definitivním upotřebení sorbentu se musí předat k odstranění oprávněné osobě. Kontaminovaná zemina se odtěží a je předána oprávněné osobě k odstranění. I v dalších právních předpisech je upraveno nakládání s nebezpečnými látkami. Zákon č. 356/2003 Sb., o chemických látkách řeší vhodné a správné balení, označování a registrace vyráběných látek. Tato opatření mají preventivní charakter. Zákon upozorňuje na nebezpečné vlastnosti, možnosti případných likvidací, úniků, havárií a požárů chemických látek. Vhodný obal a upozornění na správné skladovací podmínky do jisté míry zabraňují také únikům a haváriím těchto látek [8]. Zákon č.59/2006 Sb., o prevenci závažných havárií způsobených při zacházení s vybranými nebezpečnými látkami řeší preventivní opatření při zacházení s vybranými nebezpečnými chemickými látkami a chemickými přípravky. Tento zákon se týká pouze objektů, kde jsou vybrané nebezpečné chemické látky skladovány ve větším množství (limity jsou dány zákonem), což mohou být např. velkosklady pohonných hmot, jejich výrobci atd. Problematika přepravy nebezpečného zboží je řešena v následujících předpisech: ADR (Evropská dohoda o mezinárodní silniční přepravě nebezpečných věcí), RID (Řád pro přepravu nebezpečných věcí na železnici), ICAO/IATA-DGR (Bezpečná letecká doprava nebezpečného zboží) a ADN (Evropská dohoda o mezinárodní přepravě nebezpečných věcí po vnitrozemských vodních cestách). V předpisu ADR jsou specifikovány podmínky přepravy nebezpečného nákladu. Nebezpečný náklad (nebezpečné věci) jsou předměty, pro jejichž vlastnosti (hořlavost, žíravost, výbušnost a další) může být jejich přepravou ohrožena bezpečnost osob, majetku a životního prostředí. Tato dohoda definuje a třídí nebezpečné látky a předměty podle jejich nebezpečných vlastností, stanovuje podmínky pro jejich přepravu, 13
balení a značení a předepisuje používání a vyplňování stanovených průvodních dokladů. Stanovuje požadavky na zabalení jednotlivých obalů, zápisy do přepravních dokladů, dopravní prostředky včetně technických požadavků na vozidlo podle jednotlivých tříd a dále ustanovuje další pravidla jako omezení množství přepravovaných věcí, dozor nad nimi, způsob stání a parkování v noci atd. [4].
14
4
Charakteristika ropných látek
Provozní kapaliny pro dopravní prostředky se vyrábějí zejména z ropy. Ropa je olejovitá kapalina, tvořená směsí uhlovodíků, mezi které zejména patří benzín, benzen a jeho deriváty, nafta, petrolej lehké a těžké oleje, mazut a látky obdobného charakteru. Tyto látky se získávají z ropy frakční destilací [9]. Většina ropných produktů patří mezi hořlavé látky a některé z nich mohou vytvářet se vzduchem výbušnou směs (např. benzíny). Ropné látky mohou negativně působit na lidi a jiné živé organismy. Ropné látky se obtížně biologicky rozkládají, tím dochází k jejich bioakumulaci. Do organismu se dostávají především vdechováním, pokožkou nebo sliznicemi. Jejich škodlivost a nebezpečnost je závislá na druhu ropné látky. Přítomnost ropných látek ve vodě se projevuje tvorbou olejovitých filmů na hladině, čímž dochází k omezení přístupu kyslíku, a tím k ovlivnění oživení vodního toku a průběhu biologických samočisticích procesů. Toxické vlastnosti jednotlivých výrobků se vzájemně liší, díky nestejnému složení jednotlivých druhů ropy při jejím zpracování. Nepříznivý vliv ropných látek na rostliny a doba potřebná k regeneraci kontaminované zeminy, je podmíněna druhem a skladbou ropných látek [9]. K zániku plovoucích ropných látek může docházet vlivem přirozených vlivů (meteorologickými a hydromechanickými), či umělými zásahy (sorbenty, emulgační prostředky). Ke snížení až úplnému odstranění ropných látek z povrchové vody může dojít odpařováním a biochemicky (odstranění již pouhých zbytků ropných látek ve vodě) [9]. Při dopravních nehodách dochází nejčastěji k únikům ropných látek (nafta, benzín) dále pak dochází k úniku minerálních, syntetických olejů a jiných provozních kapalin. Pohonné hmoty pro dopravní prostředky se vyznačují níže uvedenými vlastnostmi:
15
4.1
Nafta
Jedná se o kapalinu získanou destilací ropy v teplotním rozmezí 170–360 °C. Motorová nafta je hořlavá kapalina s bodem vzplanutí nad 55 °C. Páry se vzduchem tvoří výbušnou směs. Při úniku hrozí nebezpečí vzplanutí či výbuchu. Vlivem tepla, jisker a otevřeného ohně hrozí samovznícení. Páry vytvářejí se vzduchem hořlavé nebo výbušné směsi. Jelikož většina par je těžší než vzduch, šíří se při zemi a dochází k jejich shromažďování v uzavřených prostorách nebo nízko při zemi. Při úniku nafty do kanalizace hrozí nebezpeční požáru a výbuchu. Při úniku do životního prostředí působí škodlivě zejména na vodu a půdu. Nejdůležitější je zabránit průniku do podzemních a povrchových vod a zabránit kontaminaci půdy. Jestliže již ale k úniku došlo je nutno dodržovat následující: odstranit veškeré zdroje vznícení, nedotýkat se a neprocházet znečištěnou plochou, zastavit únik látky, zabránit proniknutí do vodotečí, kanalizací a uzavřených prostor, použít vhodný sorbent[10]. Je klasifikována jako nebezpečná chemická látka, která je zdraví škodlivá a karcinogenní. Při hoření vznikají dráždivé nebo toxické plyny. Při manipulaci s naftou hrozí podráždění nebo popálení pokožky a očí. Výpary mohou působit narkoticky, způsobovat závratě, bolesti hlavy, žaludeční nevolnost, dušení. Při havárii s únikem nafty musí být zajištěna bezpečnost obyvatel. Musí být znemožněn přístup nepovolaných osob. Místa, kde došlo k úniku nafty, musí být izolována a to až do vzdálenosti 50 m a to ve všech směrech [10].
4.2
Benzín
Jedná se o kapalnou látku, která je složitou směsí uhlovodíků vroucí v rozmezí cca 30 až 210 °C. Je klasifikován jako nebezpečná chemická látka. Může dojít k přenosu par ke zdroji vznícení a zpětnému prošlehnutí ohně. Většina par je těžší než vzduch, šíří se při zemi a dochází k jejich shromažďování v uzavřených prostorách nebo nízko při zemi. Při úniku nafty do kanalizace hrozí nebezpeční požáru a výbuchu. Při úniku do životního prostředí působí škodlivě zejména na vodu a půdu. Nejdůležitější je zabránit průniku do podzemních a povrchových vod a zabránit
16
kontaminaci půdy. Jestliže již ale k úniku došlo je nutno dodržovat následující: odstranit veškeré zdroje vznícení, nedotýkat se a neprocházet znečištěnou plochou, zastavit únik látky, zabránit proniknutí do vodotečí, kanalizací a uzavřených prostor, použít vhodný sorbent[11]. Je zdraví škodlivý a karcinogenní. Při manipulaci s benzínem je potřeba dbát zvýšené opatrnosti. Benzín je extrémně hořlavou kapalinou. Může dojít k podráždění nebo popálení pokožky a očí. Výpary mohou působit narkoticky, způsobovat závratě, bolesti hlavy, žaludeční nevolnost, dušení. Při hoření vznikají dráždivé nebo toxické plyny [11]. Při havarijním úniku benzínu musí být zajištěna bezpečnost obyvatel. Musí být znemožněn přístup nepovolaných osob do prostoru úniku této nebezpečné látky.
4.3
Motorový olej
Jedná se o kapalinu složenou ze směsi základových olejů a přísad. Základové oleje mohou být ropné (minerální) nebo syntetické (vyrobené syntézou z jiných látek než ropa). Není klasifikován jako nebezpečná chemická látka. Má bod vzplanutí větší než 220 °C. Při úniku do životního prostředí působí škodlivě zejména na vodu a půdu. Nejdůležitější je zabránit průniku do podzemních a povrchových vod a zabránit kontaminaci půdy. Jestliže již ale k úniku došlo je nutno dodržovat následující: odstranit veškeré zdroje vznícení, nedotýkat se a neprocházet znečištěnou plochou, zastavit únik látky, zabránit proniknutí do vodotečí, kanalizací a uzavřených prostor, použít vhodný sorbent[10]. Při běžném použití nepředstavují oleje žádné ohrožení zdraví, protože motorový olej není dráždivý pro oči, nepředpokládá se jeho karcinogenita, mutagenita. Pouze při dlouhodobé expozici může dojít k podráždění kůže a očí. Inhalace olejové mlhy může podráždit dýchací cesty.
17
5
MEŘO
MEŘO je zkratka pro metylestery řepkového oleje. Lze se setkat i s evropskou zkratkou FAME (Fat Acid Methylesther, tj. metylestery mastných kyselin). Metylestery řepkového oleje jsou základní složkou bionafty [12]. MEŘO se vyrábí z řepkového oleje. MEŘO je čirá kapalina bez jakýchkoliv nečistot, zabarvená dožluta, s vodou nemísitelná. Je to hořlavá kapalina III. třídy, neobsahuje PCB ani látky obsahující těžké kovy. Páry tvoří se vzduchem výbušnou směs. Používá se jako základní složka současné bionafty (2. generace). V té je ho obsaženo minimálně 30 % (maximálně 36 %) [12]. Při znečištění půdy se MEŘO samo biologicky odbourá, ale ve velkém množství působí škodlivě na půdu a vodu. Při průniku MEŘO do motorového oleje tento olej degraduje. MEŘO je agresivní vůči kovům a plastům. Má omezenou dobu skladovatelnosti, poté se rozkládá. Od roku 2007 se do nafty přidává MEŘO, jeho objem kolísá v rozmezí 0 – 5 %, obvykle je okolo 2 %. Norma (ČSN EN 590) umožňuje až 7 % MEŘO v naftě [13]. Přidávání MEŘO do nafty má za cíl pokusit se o snížení emisí z dopravních prostředků a snížit spotřebu fosilních paliv, vzhledem k tomu, že doprava se podílí velkou měrou na znečišťování ovzduší. Tato snaha je podporována i Evropskou unií, která v roce 2003 stanovila cíl, že podíl biopaliv v pohonných hmotách stoupne v roce 2020 na 10 %. V prosinci 2008 dospěly členské státy i Evropský parlament ke kompromisu ohledně klimatickoenergetického balíčku obsahujícím také směrnici o podpoře obnovitelných zdrojů energie, který sice zachovává 10 % cíl, ale rozšiřuje druhy paliv, jež se do něj započítají [14]. Při spalování biopaliv dochází k vypouštění menšího množství skleníkových plynů než užíváním tradičních paliv. Závazek Evropské unie stanovuje, že do roku 2020 budou emise skleníkových plynů sníženy o 20 %. Výhoda biopaliv spočívá i v tom, že na rozdíl od ropy a plynu mají nižší emise skleníkových plynů a jsou dostupné z domácích zdrojů. Výhodou je i to, že jejich výroba přináší nové pracovní příležitosti pro zemědělce.
18
Ale samozřejmě pěstování plodin, které jsou vhodné pro výrobu biopaliv, přináší i řadu problémů. Mezi ně zejména patří snižování biodiverzity, odlesňování, nedostatek vody a v neposlední řadě zvyšování cen potravin, což je v poslední době zvláště v rozvojových zemích často diskutovaná otázka [14]. Je ale nutné posuzovat používání biopaliv ze všech hledisek. Mezi hlavní otázky, na které je potřeba brát zřetel při hodnocení používání biopaliv patří energetická rovnováha, využití půdy, celkový vliv na životní prostředí, náklady na výrobu biopaliv. Energetická rovnováha: Energetická rovnováha je množství potřebné energie na cyklus výroby biopaliv proti množství energie vyrobené [14]. Závěry některých studií ukazují, že součet všech energií spotřebovaných na výrobu plodin pro biopaliva, je vyšší, než kolik energie v sobě tyto plodiny mají. Jiné studie ukazují, že energetická rovnováha je pozitivní. [14]. Využití půdy: Problém by mohl nastat v případě, že si pěstování biopaliv bude konkurovat s pěstováním potravin a krmiv. Ale jedna ze studií došla k závěru, že pro splnění 10 % podílu pro biopaliva by se daly využít dosud neobdělávané pozemky. [14] Životní prostředí: Ani z hlediska životního prostředí není používání biopaliv pouze výhodné. Sice se jejich používáním sníží produkce emisí, ale na druhé straně hrozí nebezpečí většího použití umělých hnojiv při pěstování plodin na biopaliva. Jejich pěstováním se sníží biodiverzita a sníží se kvalita půdy. Dalším z problémů při pěstování plodin pro výrobu biopaliv je odlesňování půdy. Náklady na biopaliva: U této otázky je známa jednoznačná odpověď. Biopaliva jsou dražší než fosilní paliva, proto je nutné jejich osvobození od daně. Z výše uvedeného vyplývá, že používání biopaliv je nutné posuzovat ze všech hledisek. Pozitivní vliv používání biopaliv v pohonných hmotách pro dopravní prostředky na životní prostředí z hlediska všech souvislostí není tak jednoznačný, jak by se na první pohled zdálo. 19
6
Charakteristika vybraných sorbentů používaných při havarijních únicích
Při likvidaci následků havárií, při kterých došlo k úniku provozních kapalin, se používají sorbenty. Sorbenty jsou látky, které jsou schopné tyto látky na sebe vázat nebo je pohlcovat. Podle toho se rozlišují na absorbenty a adsorbenty. Absorbenty jsou látky, které pohlcují kapalinu dovnitř svého objemu. Adsorbenty jsou látky, které pohlcují kapalinu na svůj povrch [15]. Sorbentem může být látka jak hydrofobní (tzn. látka odpuzující vodu) tak hydrofilní (tzn. látka schopná vázat vodu, rozpouštět se v ní). Hydrofobní látky plavou na vodní hladině, proto se používají na hladiny vodních toků. Hydrofilní látky nasákávají na svůj povrch vodu, proto se používají na likvidaci kontaminací zpevněných povrchů [2]. Sorbenty se posuzují z hlediska nasákavosti a odolnosti vůči chemickým látkám. Jestliže se používají sorbenty k likvidaci ropných látek, uniklých při havarijních únicích, je jejich nejdůležitější vlastností nasákavost. Nasákavost sorbentu je jeho schopnost navázat na sebe určité množství kapalné látky. Sorbent by měl být též netoxický a to hlavně pro vodní ekosystém. Hydrofobní sorbenty jsou velmi účinné pro veškeré organické uhlovodíky. Jak už z názvu vyplývá, nepřijímají vodu ani vodné roztoky. Jsou vhodné pro použití jak ve venkovních prostorách, tak pro sorpci ropných látek a organických chemikálií z vodní hladiny. Z hydrofobních materiálů jsou vyrobeny i norné stěny, které se používají při zásazích na vodní ploše, kde došlo k velkému úniku ropných látek. Tyto materiály (ve formě vloček nebo nudliček) lze použít i k filtraci např. k oddělení řezné nebo chladící emulze nebo k filtraci vzduchu nasyceného zaolejovanými parami a olejovou mlhou [16]. Hydrofilní sorbenty jsou schopny sorbovat nejen ropné látky, ale také vodu a vodné roztoky. Jsou proto vhodné k likvidaci úniků ropných látek i některých chemikálií (podle druhu sorbentu) na zpevněných plochách, jako je asfalt a beton. Hydrofilní sorbenty nejsou vhodné pro použití k záchytu uniklých kapalin na vodní hladině. 20
Dle struktury lze sorbenty rozdělit na textilní sorbenty a sypké sorbenty, které jsou vyráběny v různých formách a modifikacích. Pro výrobu textilních sorbentů se používají polypropylenová a polyetylenová vlákna, ale také přírodní vlákna, jako jsou lněná a konopná vlákna. Při výrobě sorbentů z přírodních vláken není zatěžováno životní prostředí. Textilní sorbenty jsou vyráběny také ve zpevněné formě, můžou být zpevněny ultrazvukem nebo propletené polyesterovou nití. Takovéto sorbenty se vyznačují větší mechanickou odolností, snášejí přejezdy i těžké techniky. Textilní sorbenty mají daleko vetší savou schopnost než sorbenty sypké, další jejich výhodou oproti sypkým sorbentům je to, že jsou neprašné, mají malou hmotnost, snadno se uklízejí a u některých druhů je možné jejich opětovné použití. Textilní sorbenty jsou k dostání jako rohože, koberce, norné stěny nebo hady. Z praktického hlediska dle účelu použití se textilní sorbenty dále dělí podle barvy: Šedé univerzální textilní sorbenty se používají k likvidaci neagresivních kapalin (např. voda, chladicí kapaliny, olejové emulze, oleje, nafta, rozpouštědla). Růžové, chemicky odolné textilní sorbenty, se používají na likvidaci agresivních kapalin (např. řezné emulze, chladicí kapaliny, kyseliny). Bílé, hydrofobní textilní sorbenty, dlouhodobě plavou na vodní hladině, používají se proto k likvidaci kapalin na vodní hladině. Sypké sorbenty jsou nejčastěji vyráběny z polypropylenových vláken, z upravené celulózy, z upravené rašeliny, perlitu a z křemeliny. Na bázi perlitu jsou vyrobeny sorbenty VAPEX a NOWAP, které byly použity v experimentální části práce. Perlit je lehká, zrnitá, pórovitá hmota vyrobená ze surového perlitu. Křemelina je nehořlavý a neprašný materiál na bázi horniny. Křemelina je chemicky odolná, snáší i mechanické zatížení, při tomto zatížení se nasáknutá zrnka sorbentu nerozdrtí a neuvolní zachycenou kapalinu. Z křemeliny je vyrobený sorbent ECO DRY, který byl rovněž použit k experimentu. Některé ze sypkých sorbentů v hydrofobním provedení (např. PEATSORB) jsou schopny dočistit i velmi tenké vrstvy 21
ropných látek plovoucích na vodní hladině, při použití PEATSORBU je dokonce urychlen proces biodegradace zachycené látky. Sypké sorbenty v hydrofobním provedení plavou na vodní hladině, kde velmi účinně sorbují ropné látky. Sypké sorbenty v hydrofilním provedení jsou naopak vhodné pro použití na pevném povrchu pro záchyt nejenom ropných látek, ale i barev. Kvalitní sypký sorbent nepráší, nešpiní, neklouže a nelepí se na vozovku [9].
6.1
Základní vlastnosti sorbentů
Sorbenty jsou hygienicky nezávadné, odolné vůči kyselinám, louhům, organickým rozpouštědlům a působení mikroorganismů, mají základní ochranu proti destrukci UV záření a v hydrofobní úpravě odpuzují vodu. Vzhledem k nízké objemové hmotnosti (cca 50–70 kg/m3 ) a vodoodpudivosti plavou na vodní hladině [1]. Sorbenty jsou vhodné nejenom při likvidaci následků havárií s únikem ropných látek, ale též jako prevence při možných provozních únicích. Díky jejich chemické odolnosti jsou vhodné i pro záchyt chemických látek. Velmi vhodné je jejich použití do odlučovačů ropných látek.
6.2
Vlastnosti vybraných sorbentů
Na základě průzkumu provedeného v dopravních firmách, v hasičském záchranném sboru a u dobrovolných hasičů byly vybrány k experimentu nejvíce používané sorbenty. Níže a v tabulce č. 1 na straně 28 jsou uvedeny jejich charakteristické vlastnosti. 6.2.1
Práškovité a granulované sorbenty
Univerzální sorpční drť ECO-DRY Univerzální sorpční drť (viz obrázek 3 na straně 23) je vyrobená z nehořlavé křemeliny (nezpevněné sypké horniny). Tento sorbent výborně čistí olejové skvrny i ropné emulze z betonu, zámkových dlažeb a silničního asfaltu, proto je zejména vhodný na vozovky. Zrnka sorbentu mají stabilní tvar i po nasycení, při opakovaném přejíždění neuvolní nasorbované kapaliny. 22
Je chemicky odolná, snadno sorbuje. Výhodou je jednoduchá manipulace, má nízkou prašnost, lze ji snadno zamést. Je odolná vůči všem chemikáliím kromě kyseliny fluorovodíkové.
Obrázek 3 – Sorbent ECO DRY [17]
Hydrofobní sorpční drť LITE-DRI LITE-DRI je vysoce účinná neprašná sorpční drť (viz obrázek 4 na straně 23). Tento sorbent pohlcuje ropné látky, nesaje vodu, plave na vodní hladině. Drť je vhodná pro likvidaci ropných havárií na silnicích, v průmyslu i na vodní hladině. Je vhodná i k dočišťování úniků z obtížně přístupných a nerovných povrchů.
Obrázek 4 – Hydrofobní sorpční drť LITE-DRI [17]
Univerzální sorpční drť LITE-DRI Drť je zvláště vhodná pro záchyt olejů nebo jiných ropných látek, řezných a chladících emulzí, slabých i silně zředěných roztoků kyselin a louhů. Tento sorbent (viz obrázek 5 na straně 24) lze neomezeně skladovat. Výhoda tohoto sorbentu je jeho
23
nízká hmotnost. Výrobek není vhodný pro záchyt koncentrovaných roztoků kyselin a louhů.
Obrázek 5 – Univerzální sorpční drť LITE – DRI [17]
VAPEX Vyrábí se z expandovaného perlitu (lehká, zrnitá, pórovitá hmota vyrobená ze surového perlitu). Tento sorbent (viz obrázek 6 na straně 24) se používá zejména na odstranění nežádoucích ropných látek z vody, vodních toků a z pevných povrchů. Je biologicky a chemicky neutrální, nehořlavý a zdravotně nezávadný, má vysokou schopnost adsorbovat ropné látky, na vodě plave.
Obrázek 6 – VAPEX [18]
NOWAP Jedná se o ekologický prostředek (viz obrázek 7 na straně 25), který je vyráběn z tříděného expandovaného perlitu (lehká, zrnitá, pórovitá hmota vyrobená ze 24
surového perlitu). Sorbuje vodu. Je vhodný k likvidaci uniklých ropných látek, brzdových a chladicích kapalin na pevných plochách (silnice, sklady, dílny).
Obrázek 7 – Nowap [19]
6.2.2
Sorpční textilie a rohože
Netkaná textilie Fibroil Tato textilie (viz obrázek 8 na straně 25) je vyrobena z vysoce pevných, avšak porézních hydrofobních vláken s velkým povrchem. Materiál je vodopropustný, ropné látky zachycuje sorpcí na povrchu. Textilie je vhodná pro zachycení ropných látek z vodního prostředí i ze zpevněných ploch.
Obrázek 8 – Fibroil [17]
ORHF 8040 ORHF 8040 je hydrofobní textilní sorbent (viz obrázek 9 na straně 26) určený pro oleje a paliva na vodě. Plave na vodní hladině.
25
Obrázek 9 – ORHF 8040 [20] CHR CR 4001 Je chemická sorpční rohož (viz obrázek 10 na straně 26), určená pro záchyt a likvidaci agresivních kapalin (kyselin, louhů). Je určena pro rychlé a snadné použití v krizové situaci. Její růžové zbarvení vylučuje možnost záměny s jinými typy sorbentů. Je určena pro sorpci agresivních kapalin z pevných povrchů. Sorbuje velmi rychle a nemění vlastnosti nasorbovaných látek.
Obrázek 10 – Chemická sorpční rohož [17]
HR 4001 Je hydrofobní sorpční rohož (viz obrázek 11 na straně 27). Plave na vodě. Nesaje vodu. Je vhodná pro prevenci a likvidaci ropných havárií, pro trvalou sorpci úkapů ropných látek, pro mechanické stírání nečistot z povrchu strojů, předmětů a podlah. Neomezeně dlouho plave na hladině.
26
Obrázek 11 – Hydrofobní sorpční rohož [17] UR 4001 Je univerzální sorpční rohož (viz obrázek 12 na straně 27). Je vhodná do všech výrobních a opravárenských provozů. Lze použít jako sorpční podložka pod nářadí nebo součástky. Je vhodná pro zachycení vody, olejů, rozpouštědel, ropných látek.
Obrázek 12 – Univerzální sorpční rohož [17] V tabulce č. 1 na straně 28 je uveden přehled testovaných sorbentů, včetně jejich složení a doporučeného použití. Výše uvedené druhy sorbentů jsou nejvíce doporučovány a používány k záchytu a likvidaci ropných látek. Jejich velmi dobré sorpční vlastnosti také velmi pomáhají při havarijních únicích. V posledních letech se používají uhlovodíková paliva s přídavkem biologických složek, ale v současné době nejsou známy veškeré dopady používání biosložek v pohonných hmotách a veškeré jejich vlivy na životní prostředí. Důležitý je i jejich vliv v případě havarijní situace, kdy dojde k jejich úniku do okolního prostředí. Je nutno náležitě popsat chování pohonných
27
Tabulka 1 – Přehled sorbentů použitých v experimentu Název sorTyp sorbentu
Charakteristika
Použití
bentu Sypký sorbent ECO DRY
Univerzální
Oleje, ropné emulze, agreKřemelina
sorpční drť Sypký sorbent
sivní látky, voda Pevné povrchy Pouze ropné látky
LITE DRY
Hydrofobní
Upravená celulóza Pevné povrchy i voda
sorpční drť Oleje, ropné látky, řezné Sypký sorbent emulze, LITE DRY
Univerzální
chladicí
kapaliny,
Upravená celulóza zředěné kyseliny a louhy,
sorpční drť voda i vodné roztoky Ropné látky
Sypký univerVAPEX
Perlit zální sorbent
Pevné povrchy i voda Ropné látky, brzdové, chla-
Sypký univerNOWAP
Perlit
dicí kapaliny
zální sorbent Pevné povrchy Hydrofobní vlákna polyTextilní hydroFIBROIL
Ropné látky propylenu, polyetylenu,
fobní sorbent
Pevné povrchy vápence
ORHF
Textilní hydro-
Oleje, paliva Netkaná textilie
8040 CHR
fobní sorbent Textilní
Vodní hladina
CR
Kyseliny, louhy, oleje chemický
Polypropylen
4001
Pevné povrchy sorbent Textilní Oleje, ropné látky
HR 4001
hydrofobní sor-
Polyetylen Vodní hladina
bent
28
hmot s příměsí biopaliv a to jak z hlediska používání sorbentů, tak i z hlediska biodegradace takovýchto pohonných hmot v půdě. Této otázce se věnoval projekt, který probíhal ve spolupráci pracovišť společnosti Dekonta, a.s. a MBÚ AV ČR v letech 2009 až 2010. Tento projekt měl za cíl popsat vliv nově přidávaných biosložek pohonných hmot na chování těchto směsí v případě úniku do životního prostředí. Sledovanými biosložkami byly bioetanol, metyl ester řepkového oleje (MEŘO), metyl tert-butyl ether (MTBE) a bio-etyl tert-butyl ether (bioETBE) [21]. V rámci uvedeného projektu byly provedeny sorpční testy se čtyřmi druhy komerčních sorpčních materiálů, které se běžně používají. Jako vzorky pohonných hmot byly zvoleny čtyři druhy směsí nafty a čtyři druhy směsí benzínu. Maximální hodnoty obsahů biosložek ve vzorcích byly zvoleny vzhledem k platným i plánovaným předpisům upravujícím kvalitu těchto dvou nejvýznamnějších motorových paliv. Norma ČSN EN 590 udávala maximální obsah 5 % obj. MEŘO v motorové naftě a norma ČSN EN 228 udávala pro benzín maximální hodnotu 7 % obj. etanolu a 15 % obj. MTBE při současném zachování max. 2,7 hmotnostních % obsahu kyslíku [21]. Z výsledků tohoto testování vyplynulo, že s vyšším obsahem MEŘO v motorové naftě mírně klesá afinita k sorbentům. Výjimka byla zjištěna pouze u sorbentu VAPEX, kde je tomu naopak. U tohoto druhu sorbentu se dá předpokládat pozitivní vliv MEŘO na jeho nasákavost. Ale jeho účinnost se nezvyšuje se zvyšujícím se podílem MEŘO v naftě a vzhledem k tomu, že VAPEX má extrémně nízkou hustotu, jednalo se tedy spíše o odchylku měření v rámci přesnosti měření. Ze závěrů tohoto testování vyplývá, že přídavek max. 7 % MEŘO v motorové naftě má v podstatě zanedbatelný vliv na afinitu k testovaným sorpčním materiálům [21]. Dále v rámci tohoto výzkumného projektu byly provedeny biodegradační testy palivových směsí bez i s přidáním biosložek v různých druzích půd. Na základě provedených analýz vyplývá, že přídavek 5 % obj. metyl esteru řepkového oleje v motorové naftě, pravděpodobně pozitivně ovlivňuje biodegradaci nafty v půdě. Dalším problémem, který nastává při havarijních únicích uhlovodíkových provozních hmot jsou těkavé organické látky. Tomuto problému se ve své práci [1] věno29
val Josef Toláš, který ověřoval schopnost sorbentů vázat na sebe těkavé organické látky. Těkavé organické látky jsou organické sloučeniny antropogenního původu obsahující např. benzen, toluen, etylbenzen, styren, metylchlorid, trichlormetan, chlorbenzen, chlorid uhličitý, trichloretylen, tetrachloretylen, Freon 11, Freon 12 a Freon 113 [1]. Tyto látky uvolněné do životního prostředí znečišťují ovzduší, půdu i vodu. Velmi negativní vliv mají také na zdraví člověka. Mohou vyvolat např. podráždění smyslových orgánů, ztrátu koordinace, bolesti hlavy, poškození ledvin, jater. Na základě testování bylo prokázáno, že sorbenty významně snižují koncentraci škodlivých par v ovzduší. Testované sorbenty prokázaly dobrou sorpční schopnost vázat na sebe těkavé organické látky.
30
7
Experimentální část
V experimentální části byly testovány sorbenty uvedené v tabulce č. 1 na straně č. 28. Mezi jejich nejdůležitější základní vlastnost, z hlediska praktického využití sorbentů při úniku ropných látek, patří nasákavost. Nasákavost je schopnost sorbentu vázat na sebe určité množství kapalné látky z okolí. Experimentální část je věnována právě této jejich vlastnosti. Jelikož se v posledních letech začala používat paliva s přídavkem biologických složek a není jednoznačně stanoveno, jaký vliv má přídavek MEŘO v motorové naftě na nasákavost, byla část tohoto testování věnována vlivu MEŘO přidávaného do nafty na nasákavost vybraných druhů sorbentů. Jako podklad pro přípravu a realizaci experimentu byla vzata již neplatná norma ČSN 80 0831. Podstata zkoušky podle této normy spočívá ve stanovení hmotnosti kapaliny, kterou přijme a váže vzorek textilie za podmínek zkoušky [22]. Při zkoušce se ponoří zvážené vzorky do kapaliny, po uplynutí stanovené doby se vyjmou, přebytečná kapalina se z nich nechá okapat a vzorky se znovu zváží. Z rozdílu obou hmotností se vypočítá nasákavost. Vyjadřuje se v hmotnostních procentech. Tato norma byla obdobně použita i pro sypké sorbenty, jelikož stanovení nasákavosti sypkých sorbentů není žádnou normou specifikováno. Čas, určený pro ponoření vzorku do kapaliny a okapání přebytečné kapaliny, byl stanoven na dobu 10 minut pro nasákání i okapání. To z důvodu, že při dopravní nehodě s havarijním únikem provozních kapalin, je nutný rychlý zásah k předejití znečištění nebo ohrožení životního prostředí. Rychlost, za jakou je schopen sorbent nasáknout uniklé provozní kapaliny, je z hlediska ohrožení životního prostředí velice důležitá.
7.1
Testování textilních sorbentů
Jako vzorky textilních sorbentů byly použity čtverce přibližně o velikost 3×3 cm, jejich hmotnost se pohybovala okolo 1 g. Typy použitých sorbentů a jejich vlastnosti jsou uvedeny výše v tabulce 1 na straně 28. Vzorky sorbentů jsou na obr. č. 13 na straně 32.
31
Obrázek 13 – Textilní sorbenty [vlastní foto] 7.1.1
Podmínky experimentu
Experiment byl prováděn v laboratořích Univerzitního ekologického centra v Doubravicích, při laboratorní teplotě 21°C. K testování byly potřeba následující pomůcky: dva stojany s dvěma nálevkami, čtyři kádinky o objemu 1000 ml, dvě těžítka, čtyři Petriho misky, odměrný válec, dvoje váhy, stopky, kleště, nůžky a teploměr. 7.1.2
Pracovní postup
Jednotlivé zvážené vzorky byly umístěny do předem označených a zvážených Petriho misek. Vzorky byly ponořeny do vzorku provozní kapaliny (kádinka se 100 ml vzorku) a zatíženy. Vzorek sorbentu byl ponořen v kapalině po dobu 10 minut, po této době byl kleštěmi vyjmut a umístěn do nálevky ve stojanu a ponechán okapat po dobu 10 minut.
32
Tabulka 2 – Výsledky měření pro textilní sorbenty 7 % obj.
10 % obj.
MEŘO
MEŘO
889 %
807 %
919 %
nafta HR 4001 UR 4001
benzín
olej
933 %
800 %
1173 %
906 %
920 %
831 %
1009 %
1004 %
1126 %
1104 %
750 %
1116 %
854 %
977 %
728 %
771 %
757 %
761 %
CHR CR 4001 Fibroil
682 %
ORHF 8040
1007 % 574 % 772 %
Po uplynutí doby, stanovené pro okapání vzorků, byly vzorky přemístěny na Petriho misky a zváženy. Následně byla spočítána nasákavost dle níže uvedeného vzorce (výsledky měření jsou uvedeny v tabulce 2 na straně 33). Nasákavost byla vypočtena podle vzorce:
N=
m1 · 100 m0
kde N je nasákavost vzorku v hmotnostních procentech m0 hmotnost sorbentu před ponořením v g m1 hmotnost sorbentu po okapání v g Měření bylo provedeno pro každý sorbent 3× a z jednotlivých výsledků byl vypočten aritmetický průměr. Výsledky testování pro textilní sorbenty jsou uvedeny v tabulce 2 na straně 33. 7.1.3
Dílčí závěry pro uhlovodíkové provozní kapaliny
Z výsledků měření pro textilní sorbenty vyplývá, že nejméně ze všech zkoušených uhlovodíkových provozních kapalin byl nasákáván benzín, nejméně účinný byl sor-
33
bent označený jako ORHF 8040, který měl nasákavost 574 %, nejvíce sorbent označený jako UR 4001, nasákavost byla 831 %. Nafta byla sorbována nejméně opět sorbentem označeným ORHF 8040, nasákavost byla 771 %, nejvíce účinný pro naftu byl sorbent označený CHR CR 4001, jeho účinnost byla v tomto testování 1004 %. Nejvíce z uhlovodíkových provozních kapalin byl nasákáván upotřebený olej, který prokázal největší schopnost vsáknutí do textilních sorbentů. Nejvíce byl sorbován sorbentem HR 4001, a to s účinností 1173 %, nejméně byl sorbován sorbentem ORHF 8040, jeho účinnost byla v tomto případě 772 %. To, že je olej nejvíce nasákáván, lze možno přisuzovat jeho hustotě. Průměrná hustota pro olej je udávána 900 - 930 kg/m3 . S tímto názorem by korespondoval i fakt, že nejméně ze všech zkoušených provozních kapalin je nasákáván benzín, kde je jeho hustota průměrně udávána mezi 700 - 750 kg/m3 a je nejmenší ze všech zkoušených vzorků provozních kapalin. Hustota nafty je udávána v rozmezí 800 880 kg/m3 , v tomto měření byla nasákávána v rozmezí mezi benzínem a olejem, což by potvrzovalo domněnku o vlivu hustoty kapaliny na nasákavost sorbentů. 7.1.4
Dílčí výsledky pro uhlovodíkovou naftu s přídavkem MEŘO
Z výsledků testování pro naftu s obsahem MEŘO vyplývá, že na vzorky textilních sorbentů označené HR 4001, UR 4001 a CHR CR 4001 má přídavek 10 % obj. MEŘO v motorové naftě nepatrný vliv na zvětšení nasákavosti. Na nejednoznačné výsledky měření u výše uvedených sorbentů a dále u hydrofobní rohože HR 4001 (snížení nasákavosti u 7 % obj. MEŘO a zvýšení u 10 % obj. MEŘO) a Fibroilu (zvýšení u 7 % obj. MEŘO a snížení u 10 % obj. MEŘO) mají pravděpodobně vliv chyby měření. Vzhledem k tomu, že pro testování textilních sorbentů byl zvolen vždy nový vzorek textilie, mohla se na nepřesnosti měření projevit jiná struktura vláken. Dále mohly být chyby způsobeny postupem při měření např. mohlo dojít k rozdílné manipulaci s kleštěmi při přemísťování vzorků např. silnějším stiskem kleští. Dále mohl být vzorek jinak umístěn do nálevky (více přitisknut na stěnu nálevky apod.).
34
7.1.5
Závěr
Jako nejvíce účinná byla vyhodnocena chemická sorpční rohož CHR CR 4001. Sorbent CHR CR 4001 je výrobcem doporučen na záchyt uniklých kyselin a louhů. Na základě výsledků tohoto experimentu by tato sorpční rohož mohla být doporučována i na záchyt ropných látek. Nejméně účinný hydrofobní textilní sorbent ORHF 8040 je výrobcem doporučován pro záchyt oleje a paliv na vodní hladině. Bylo by zajímavé provést testování nasákavosti tohoto sorbentu na vodní hladině, tak jak je pro používání doporučováno výrobcem.
7.2
Testování sypkých sorbentů
Hmotnost vzorků sypkých sorbentů se pohybovala též okolo 1 g. Typy použitých sorbentů a jejich vlastnosti jsou uvedeny výše v tabulce 1. Vzorky sorbentů jsou na obr.č. 14.
Obrázek 14 – Sypké sorbenty [vlastní foto]
35
7.2.1
Podmínky experimentu
Experiment byl prováděn v laboratořích Univerzitního ekologického centra v Doubravicích, při laboratorní teplotě 21°C. K testování byly potřeba následující pomůcky: dva stojany s dvěma nálevkami, čtyři kádinky o objemu 1000 ml, čtyři Petriho misky, dvě sítka, odměrný válec, dvoje váhy, stopky, kleště a teploměr. 7.2.2
Pracovní postup
Jednotlivé zvážené vzorky byly umístěny do předem označených a zvážených Petriho misek. Vzorky byly ponořeny do vzorku provozní kapaliny (kádinka se 100 ml vzorku). Vzorek sorbentu byl ponořen v kapalině po dobu 10 minut, po této době byla kapalina s nasáknutým sorbentem přelita přes sítko (průměr ok 1 mm) do kádinky a byl ponechán okapat po dobu 10 minut. Po uplynutí doby, stanovené pro okapání vzorků, byly vzorky přemístěny na Petriho misky a zváženy. Následně byla spočítána nasákavost dle níže uvedeného vzorce (výsledky měření jsou uvedeny v tabulce 3 na straně 37). Nasákavost byla vypočtena podle vzorce:
N=
m1 · 100 m0
kde N je nasákavost vzorku v hmotnostních procentech m0 hmotnost sorbentu před ponořením v g m1 hmotnost sorbentu po okapání v g Měření bylo provedeno pro každý sorbent 3× a z jednotlivých výsledků byl vypočten aritmetický průměr. 7.2.3
Dílčí závěry pro uhlovodíkové provozní kapaliny
Z výsledků měření pro sypké sorbenty vyplývá, že nejméně ze všech zkoušených uhlovodíkových provozních kapalin je opět jako u textilních sorbentů nasákáván benzín, nejméně ho nasákl sorbent označený jako ECO-DRY, nasákavost 171 %, nejvíce sorbent označený jako NOWAP, nasákavost 514 %.
36
Tabulka 3 – Výsledky měření pro sypké sorbenty 7% obj.
10 % obj.
MEŘO
MEŘO
272 %
236 %
650 %
Nafta
benzín
olej
225 %
202 %
485 %
565 %
510 %
514 %
684 %
464 %
495 %
519 %
386 %
702 %
207 %
227 %
207 %
171 %
203 %
270 %
241 %
253 %
219 %
296 %
LITE DRI hydrofobní NOWAP VAPEX ECO-DRY LITE DRI univerzální
Nafta byla nasákávána nejméně opět sorbentem označeným ECO-DRY, nasákavost byla 207 %, nejvíce účinný na nasákávání nafty byl opět sorbent označený jako NOWAP, jeho účinnost byla v tomto testování 650 %. Nejlépe z uhlovodíkových provozních kapalin byl nasákáván opět upotřebený olej, který prokázal největší schopnost vsáknutí i do sypkých sorbentů. Nejvíce byl sorbován opět sorbentem NOWAP, a to s účinností 684 %, nejméně byl sorbován opět sorbentem ECO-DRY, jeho účinnost byla v tomto případě 203 %. Nejvíce ze všech zkoumaných uhlovodíkových provozních kapalin je i v případě sypkých sorbentů nasákáván upotřebený motorový olej. To potvrzuje domněnku o vlivu hustoty kapalin na nasákavost sorbentů. 7.2.4
Dílčí výsledky pro uhlovodíkovou naftu s přídavkem MEŘO
Z výsledků testování pro naftu s obsahem MEŘO vyplývá, že u sypkých sorbentů má pozitivní vliv MEŘO na nasákavost u VAPEXU a v případě 10 % obj. MEŘO také u sorbentu ECO-DRY. Ale pouze u VAPEXU se jeho účinnost zvyšuje se zvyšujícím se podílem MEŘO v naftě, což by mohlo vést k závěru, že čím vyšší je obsah MEŘO v naftě, tím vyšší je účinnost sorbentu VAPEX.
37
Ale tyto závěry nekorespondují se závěrem testování společnosti DEKONTA, a.s., který byl popsaný výše. Při tomto měření bylo zjištěno, že i když u sorbentu VAPEX se dá předpokládat pozitivní vliv MEŘO na jeho nasákavost, tak se jeho účinnost nezvyšuje se zvyšujícím se podílem MEŘO v naftě, tak jak na to ukazují závěry experimentu prováděného pro tuto práci. Výsledek testování společnosti DEKONTA, a.s., byl přičítán extrémně nízké hustotě VAPEXU. U sorbentu ECO-DRY byla účinnost u 10 % obj. MEŘO v naftě stejná, jako u nafty bez přidání bioložek. U 7 % obj. MEŘO v naftě se jeho nasákavost zvýšila o 20 %. Z těchto výsledků, kdy naměřené hodnoty nejsou výrazně rozdílné, se nedá jednoznačně vyvodit závěr o vlivu MEŘO na nasákavost. Jedná se spíše o chybu měření, ke které mohlo dojít tak, že např. část vzorkovaných sorbentů mohla ulpět na sítku, nebo se na sítku nezachytila. Výsledky experimentů prováděných Dekontou a experimentální výsledky této práce nelze úplně srovnávat, jelikož byly prováděny za odlišných experimentálních podmínek. U testování společnosti DEKONTA, a.s. byl podíl biosložky v naftě zvolen 5 % a 7 % obj., sorbenty byly ponechány v kapalinách po dobu 60 minut a následně nechány okapat 20 hodin. V testování prováděném pro tento experiment byly zvoleny vzorky nafty se 7 % a 10 % obj. podílem MEŘO a vzorky sorbentů byly v kontaktu s kapalinou 10 minut a okapávaly 10 minut. U ostatních sypkých sorbentů se nasákavost zmenšila v rozmezí o 17 % až 140 %. Největší pokles účinnosti byl zaznamenán u sorbentu NOWAP, kde u 10 % obj. MEŘO byl zaznamenán pokles dokonce o 140 %, ale i tak vychází tento typ sorbentu z tohoto testování jako sorbent s nejlepší nasákavostí. I při testování sypkých sorbentů je třeba počítat s chybami měření. V tomto případě mohly vzniknout při přelévání nasáklých sypkých sorbentů přes sítko do kádinky. Jemné částice sypkých sorbentů mohly proniknout přes jemná oka sítek a nebo se na sítku mohla zachytit a tím mohla být zkreslena jejich skutečná hmotnost po nasáknutí a okapání.
38
7.2.5
Závěr
Nejvíce účinný ze všech sypkých sorbentů byl vyhodnocen NOWAP, který je vyrobený z tříděného expandovaného perlitu (lehká, zrnitá, pórovitá hmota vyrobená ze surového perlitu). NOWAP je výrobcem doporučen k likvidaci úniků ropných látek, brzdových a chladicích kapalin na zpevněných plochách. Nejméně účinný se ukázal být v tomto experimentu ECO DRY, vyrobený z křemeliny (nezpevněná sypká hornina), i když je jeden z nejpoužívanějších v praxi. ECO DRY je univerzální sorbent, který je výrobcem doporučen nejen pro záchyt ropných látek, ale též vody a agresivních kapalin. Jeho univerzální použití a další kladné vlastnosti, jako je neprašnost, nehořlavost, chemická odolnost a to, že snáší mechanické zatížení a při tomto zatížení se nedrtí a zrnka neuvolňují zachycenou kapalinu, převyšují jeho menší účinnost.
7.3
Souhrnné výsledky
Z výsledků testování pro textilní i sypké sorbenty vyplývá, že nejvíce ze všech zkoumaných provozních kapalin je nasákáván upotřebený motorový olej. To lze přisuzovat jeho hustotě. Průměrná hustota pro olej je udávána 900– 930 kg/m3 . S tímto názorem by korespondoval i fakt, že nejméně ze všech zkoušených provozních kapalin je nasákáván benzín, kde je jeho hustota průměrně udávána mezi 700–750 kg/m3 a má nejmenší hustotu ze všech zkoušených vzorků provozních kapalin. Hustota nafty je udávána v rozmezí 800–880 kg/m3 , v tomto měření byla nasákávána v rozmezí mezi benzínem a olejem, což by potvrzovalo domněnku o vlivu hustoty kapaliny na nasákavost textilních i sypkých sorbentů. Na základě výše uvedeného by se ale dalo předpokládat, že přidáním MEŘO do motorové nafty se nasákavost sorbentů zvětší, jelikož MEŘO má poměrně vysokou hustotu – 890 kg/m3 . To se však v tomto experimentu jednoznačně nepotvrdilo.1 Na závěr tohoto experimentu lze konstatovat, že sorbenty používané při havarijních únicích ropných látek mají vysoké sorpční schopnosti, a že je velice vhodné 1
Lze to možná přisuzovat poměrně nízkému objemu MEŘO ve vzorkované naftě, nebo chybám
měření.
39
a účinné jejich používání. Dále lze předpokládat, že přídavek MEŘO v motorové naftě má zanedbatelný vliv na nasákavost testovaných textilních a sypkých sorbentů. Aby mohly být vyvozeny jednoznačnější závěry o vlivu MEŘO na účinnost sorbentů, mělo by se v testování pokračovat. Bylo by vhodné vytipovat a vyzkoušet jiné typy sorbentů, jiné druhy chemických látek, zvolit jiné varianty testování (např. různé teplotní podmínky, různá doba sorpce). Jako sorbent s nejvyšší nasákavostí byl vyhodnocen textilní sorbent CHR CR 4001 – chemická sorpční rohož (nasákavost až 1 126 %). Nejvíce účinný ze všech sypkých sorbentů byl vyhodnocen NOWAP (nasákavost až 684 %).
40
8
Závěr
Problematika dopravních nehod s havarijním únikem provozních kapalin je velkým problémem z hlediska znečištění životního prostředí. Aby negativní následky havarijní situace byly pro životní prostředí co nejmenší, je potřeba rychlý a odborný zásah. K těmto zásahům se používají různé druhy sorbentů. V bakalářské práci jsou uvedeny povinnosti při dopravní havárii, při které dochází k úniku provozních kapalin s vyspecifikováním následných opatření, která mají zabránit negativním dopadům havárie na životní prostředí. Součástí práce je přehled charakteristických vlastností vybraných druhů provozních kapalin. Jsou zde rovněž popsány a uvedeny základní vlastnosti sorbentů, které se používají při haváriích spojených s úniky ropných produktů. V experimentální části byla testována nasákavost vybraných sorbentů v provozních kapalinách, které přicházejí v úvahu jako nejčastější kontaminanty prostředí při dopravní havárii. Z výsledků uvedených měření vyplývá, že sypké sorbenty mají nižší nasákavost než sorbenty textilní. Tím byla potvrzena informace výrobců o daleko vyšší účinnosti textilních sorbentů oproti sypkým. Dá se předpokládat, že vyšší nasákavost textilních sorbentů je způsobena i strukturou textilie, kdy kapalina může pronikat i do prostoru mezi vlákny. Výhodou sypkých sorbentů je, i navzdory jejich nižší účinnosti, že snadněji proniknou i do velmi nepřístupných míst. Jako sorbent s nejvyšší nasákavostí byl vyhodnocen textilní sorbent CHR CR 4001 – chemická sorpční rohož (nasákavost byla až 1 126 %). Nejvíce účinný ze všech sypkých sorbentů byl NOWAP (nasákavost byla až 684 %). Na základě provedených experimentálních prací lze konstatovat, že sorbenty používané při havarijních únicích ropných látek mají vysoké sorpční schopnosti, a že jejich používání má své opodstatnění.
41
Použité informační zdroje [1] Toláš, J.; Sorbenty pro zásahy při úniku těkavých organických látek při haváriích, při přepravě a v provozu. Bakalářská práce. Pardubice. Univerzita Pardubice, 2009. [2] [online] Nekolný, B.; Ekologické havárie na povrchových a podzemních vodách, Souhrn informací o právních a technických podmínkách optimálních postupů likvidace havarijních stavů.
. [3] [online] obrázek [cit. 20. 5. 2011] [4] Hrachovina, J.; Likvidace havárií s únikem ropných látek. Bakalářská práce. Univerzita Pardubice, 2009.. [5] [online] , obrázek on line, 20. 5. 2011. [6] Krátký. P.; Tichý. L.; Znečištění vodních zdrojů dopravními prostředky. Semestrální práce. Pardubice. Univerzita Pardubice, 2001. [7] Zákony. VI/20010; sborník úplných znění zákonů z oblasti ochrany životního prostředí a hospodaření energií, Poradce, s.r.o., Český Těšín, 2010. [8] Česko. Zákon 356/2003 ze dne 23. září 2003 o chemických látkách a chemických přípravcích a o změně některých dalších zákonů, a některé další zákony, ve znění pozdějších předpisů. Dostupný také [online] z <www:http://portal.gov.cz/wps/portal/ s.155/ /701?number1=356%2F2003§number2=§name=§text=> [9] Blažek. J., Rábl, V., Základy zpracování a využití ropy, [on-line] VŠCHT, Praha, 2006. ISBN: 80-7080-619-2/pages-pdf/035.htm 42
[10] Dopravní informační systém DOK, [online] , [cit. 12. 3. 2011] [11] Dopravní informační systém DOK, [online] , [cit. 12. 3. 2011] [12] Karel, M.; MEŘO, <www.kbi.zcu.cz/studium/ozp/prez/ozp 42.doc>, [on-line] 20. 11. 2010. [13] Zhodnocení používání biopaliv v dopravě v České republice k 31. 5. 2010, [online] 15. 1. 2011. [14] Biopaliva pro dopravu, [online] [cit 20. 4. 2011.] [15] Seznámení s typy sorbentů využívanými k likvidaci úniků ropných a nebezpečných chemických látek
[online] [cit 8. 5. 2011.] [16] Johan, E.: , [online] Obr. 20. 5. 2011. [17] katalog 2001, REO AMOS, [online] [cit 12. 5. 2011]. [18] Jožák, hasičské centrum, obr. 20. 5. 2011. [19] Sorpční prostředek, 43
[online] obr. 20. 5. 2011. [20] Happyend [online], Obr 20. 5. 2011. [21] Závěrečná Vliv
nově
zpráva
z
přidávaných
řešení
projektu
biosložek
na
č.
osud
CG912-039-520, a
chování
po-
honných hmot v životním prostředí v případě havarijní situaceě
řešeném
v
letech
2009
a
2010,
dostupné
[online]
z http://www.odpadoveforum.cz/OF2010/dokumenty/prispevky/071.pdf, [online] cit 16. 4. 2011. [22] Machalíková J. a kol.: Životní prostředí- Návody na cvičení, Pardubice, 2001, ISBN-80-7194-369-x.
44
