Полный текст:
Загрязнение смазочными материалами и присадками окружающей среды
Нельзя найти какого-нибудь оправдания продолжению безумного расточения, так как расточается не частное имущество, а достояние народа и государства, то, что дала народу его земля, то, чем вечно владеет народ.
В.И. Рагозин
Введение
Современная цивилизация находится в состоянии системного кризиса – экологического, экономического, социального и демографического. Выход из него видится в переходе к устойчивому развитию (1). Преодоление экологического кризиса на первом этапе виделось мировым сообществом в борьбе с загрязнением окружающей среды как главной проблемы в экологии, в формировании экобизнеса на основе экоэффективности. Указанная стратегия не оправдала себя – продолжает разрушаться биосфера Земли, а глобальное потепление может обернуться планетарной катастрофой. Поэтому происходит смена парадигмы в экологии – возникает теория биотической регуляции окружающей среды (2)
Развитие техники и интенсивная урбанизация обусловили значительное загрязнение окружающей среды. Среди экологических проблем первое место занимают антропогенные факторы, т.е. деятельность человека.
В последнее время произошло значительное развитие техносферы, которое связано с интенсификацией применения топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей, получаемых из природного и синтетического сырья. Эти продукты заметно влияют на экосистемы как в период работы машин и механизмов, так и в процессе утилизации. Смазки и присадки, как товарные, так и отработанные, представляют собой существенную экологическую опасность.
Производство и применение продуктов на нефтяной и синтетической основе в ряде случаев приводит к возникновению ксенобиотиков – веществ, полностью чуждых биосфере, зачастую обладающих высокой токсичностью, практически не участвующих в обменных процессах и вследствие этого накапливающихся в живых организмах и распространяющихся по Земле. К таким соединениям в первую очередь относятся полихлордифенилы, полихлордибензодиоксины и полихлордибензофураны. Их источниками являются, в частности, некоторые синтетические и, возможно, нефтяные масла. Токсичность особенно характерна для масел с присадками, претерпевающими химические превращения в условиях эксплуатации.
Нефтяные смазочные материалы являются также источником полициклических аренов и нитрозаминов, не являющихся ксенобиотиками, но также представляющих существенную экологическую опасность вследствие канцерогенности и негативного влияния на обменные процессы в живых организмах. Кроме того, нефтяные и многие синтетические продукты характеризуются весьма низкой (10-30%) биоразлагаемостью, поэтому при проливах и утечках сильно загрязняют окружающую среду.
Ежегодно во всем мире в биосферу попадает около 6 млн. т нефтепродуктов, из них более половины приходится на отработанные смазочные материалы (далее ОСМ). Мировое производство смазочных материалов всех видов составляет около 50 млн. т/год.
Лишь незначительная часть попадающих в окружающую среду продуктов удаляется или обезвреживается в результате естественных природных процессов: окисления, фотохимических реакций, биоразложения. (3)
Экологические свойства смазочных материалов и влияние их на человека
Среди многочисленных свойств, на которых базируется оценка качества смазочных материалов, важной и самостоятельной группой являются экологические свойства.
Товарные продукты
Нефтяные масла и смазочно-охлаждающие технологические средства (далее СОТС).
Влияние всех смазочных материалов на окружающую среду, в том числе на человека, определяется в первую очередь их химическим составом. Масла, как правило, представляют собой основу, в состав которой вводятся присадки различного функционального назначения. Наибольшее распространение в качестве основ получили нефтяные масла. Степень токсичности компонентов нефти, а следовательно, и получающихся из нее масел различна и определяется их структурой.
Известно, что токсичность нефтяных масел повышается с ростом их молекулярной массы, кислотного числа, с увеличением в их составе доли аренов, смол и соединений серы. Соединения с разветвленной боковой цепью менее токсичны, чем нормального строения. Циклические соединения обычно токсичнее алифатических, ненасыщенные более токсичны, чем насыщенные. Опасность увеличивается с ростом растворимости масляных компонентов в жидкостях (прежде всего в животных жирах), что повышает возможность их проникания в живые организмы.
Базовые нефтяные масла отличает малая токсичность при непосредственном контакте. При длительном воздействии базовые масла, действуя как растворители, могут удалять с поверхности кожи жиры, вызывая раздражения, опухоли и дерматиты. Легкие нефтяные фракции типа керосина, вводимые в масла в качестве разбавителя, оказывают еще более сильное воздействие.
Высокотоксичные смазочные материалы отсутствуют; токсичные и малотоксичные встречаются редко. В ряде случаев имеются раздражающие и разъедающие материалы (в основном водосмешиваемые); к опасным веществам относят также смазочные материалы с растворителями - легковоспламеняющимися (температура вспышки – ниже 200С) и хлорированными углеводородами (от использования последних все чаще отказываются). Степень опасности зависит от типа вещества и области применения смазочного материала. За последнее время вследствие новых разработок число опасных веществ значительно снизилось.
Наиболее сильными канцерогенными веществами в нефтяных маслах являются: арены (ПДК 0,01-100 мг/м3); олефины (1-10 мг/м3); соединения серы (0,8-50 мг/м3), азота (0,01-2 мг/м3) и кислорода (0,1-50 мг/м3). Для сравнения: ПДК смазочных масел - 300 мг/м3.
Особую опасность представляют биологически активные полициклические арены (ПА) - группа соединений с конденсированными бензольными кольцами. ПА различаются по числу и расположению таких колец и алкильных заместителей; могут содержать гетероатомы (кислород, азот, серу). Биологически активны би- и трициклические соединения. К наиболее канцерогенным относят высшие ангулярные ПА с числом колец от четырех до семи. О канцерогенности высших линейно конденсированных аренов (аценов) сведений не имеется, соединения с числом колец более семи также неизвестны. Гибридные циклоалканоарены также канцерогенны. Заместителями во всех циклах обычно являются одна-две метальные группы и одна длинная слаборазветвленная алкильная группа (3,5).
Присадки
Экологическая оценка товарных смазочных материалов весьма сложна, поскольку степень их токсичности зависит как от технологической схемы производства, так и от типа и концентрации присадок, многие из которых могут обладать неблагоприятными экологическими свойствами. В масла в зависимости от функционального назначения вводят присадки, улучшающие противоокислительные, противоизносные, антикоррозионные и другие свойства. Их количество и состав в значительной степени зависят от назначения масла.
Присадки могут представлять дополнительную экологическую, в частности токсикологическую, опасность ввиду избыточного количества активных элементов (серы, фосфора, хлора, свинца, и др.). Однако благодаря малому содержанию в маслах эта опасность для здоровья человека невелика: разбавленные растворы присадок могут вызывать лишь раздражение кожного покрова, концентрированные - слизистой оболочки глаз.
Широко используемую группу присадок к маслам - дитиофосфаты цинка следует считать веществами с низкой степенью токсичности: их наружное воздействие в количествах более 3 г/кг вызывает смерть 50% подопытных животных. Аналогичным воздействием обладают алкилфеноляты и сульфонаты металлов. Однако моюще-диспергирующие присадки (сульфонаты металлов) могут, вызывать сильное раздражение кожи и изменение химического состава крови. Поэтому следует использовать менее токсичные беззольные производные янтарной кислоты.
По этой же причине исключаются из употребления свинцовые соли нафтеновых кислот и дитиофосфаты свинца - противоизносные присадки к трансмиссионным маслам. Некоторой токсичностью обладают бариевые соли карбоновых и сульфоновых кислот, используемые в качестве ингибиторов коррозии. Смазочные материалы с соединениями сурьмы (противоизносные присадки) при содержании последней более 0,25% относят к малотоксичным.
Малотоксична большая часть присадок к моторным маслам: из множества исследованных соединений и композиций только дитиофосфаты цинка и простой полиэфир алкилфенола обладают небольшой соматической токсичностью. При продолжительном воздействии феноляты, дитиофосфаты цинка, рульфонаты натрия и магния вызывают раздражения кожного покрова, но при низких концентрациях отрицательные эффекты не наблюдаются. Однако обычно при производстве масел присадки используют в виде концентратов, что увеличивает опасность. Кроме того, стрессы, вызванные сильным раздражениями кожи, могут привести к другим негативным последствиям. Токсичен также нитрит натрия - ингибитор коррозии для СОТС и пластичных смазок (при концентрациях более 5%). В последние годы его применение сильно ограничено и вследствие образования потенциальных канцерогенов - нитрозаминов в ходе реакции со вторичными и третичными аминами.
Токсичность товарных смазочных материалов невелика и в основном определяется токсичностью базовых масел. Однако на токсичность смазок могут влиять и присадки ввиду их большого содержания в данных продуктах, чем в маслах.
Природные жиры. Экологической альтернативой нефтяным и синтетическим маслам могут служить масла (жиры) растительного и животного происхождения, обладающие высокой (до 100%) биоразлагаемостью, нетоксичные и являющиеся отличными смазочными материалами. Эти продукты и отходы их переработки можно использовать для производства практически всех видов смазочных материалов: масел, пластичных смазок, смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), технологических смазок, а также присадок. Важные аргументы в пользу применения растительных и животных масел - ограниченность ресурсов и возрастающий дефицит нефти, а также их ежегодная возобновляемостъ.
Важнейшим экологическим свойством жиров как смазочных материалов является их практически полная биоразлагаемость. За рубежом это одно из основных требований как к базовым маслам, так и к присадкам. Однако практическое применение синтетики сложных эфиров со степенью биоразлагаемости до 90-95% ограничено их высокой стоимостью. Полиалкиленгликоли мол. массы до 600 также характеризуются высокой биоразлагаемостью, однако практически полная (до 100%) растворимость их в воде создает потенциальную опасность загрязнения вод и осложняет очистку последних. Водорастворимость жиров составляет менее 0,1%, что при высоком уровне эксплуатационных свойств дает им неоспоримое преимущество.
Считается, что отрицательное воздействие на окружающую среду снижается при степени биоразлагаемости базовых компонентов >70% (присадки должны быть потенциально биоразлагаемы). Ниже представлены сведения о биоразлагаемости (в %) растительных масел в сравнении с нефтяными и синтетическими продуктами.
Сведения о биоразлагаемости рапсового масла и нефтяного селективной очистки, а также данные об эффективности очистки вод, загрязненных этими маслами, представлены в табл.1.
Таблица 1. Экологические характеристики растительного и нефтяного масла
Показатели
Рапсовое (рафинат)
Нефтяное SN 150
Растворимость в воде, %
< 0,1
< 0,01
Биоразлагаемость, %
через 7 сут.
98
25
через 21 сут.
100
45
ХПК, мг/л*106
2,6 – 2,7
2,0 - 2,9
БПК, мг/л*106
1,5
0,45
ХПК:БПК
1,7
4,4
Класс опасности по отношению к воде
неопасно
неопасно
Рис.1. Схема круговорота веществ при использовании растительных масел, как смазочных материалов
Таким образом, современные требования к экологической безопасности смазочных материалов включают: снижение канцерогенности нефтяных масел; отсутствие токсичных компонентов (органических соединений хлора, нитритов и др.) в нефтяных и синтетических продуктах; отсутствие опасности для водоемов (за рубежом для этой цели проводят испытания на острую токсичность по отношению к рачкам, рыбам и высшим растениям); потенциальную биоразлагаемость присадок и минимальную степень биоразлагаемости базовых компонентов примерно 70%.
В связи с ростом экологической опасности в ряде стран наметилась тенденция к ужесточению нормирования содержания вредных веществ и снижению уровня их предельно допустимых концентраций. В число вредных или токсичных веществ попадает все больше продуктов, которые ранее таковыми не считались. Однако эти тенденции требуют научного обоснования. Рассмотренные ужесточения приводят к значительным экономическим затратам, ограничивают возможности выбора рецептуры масел, препятствуют увеличению сроков их эксплуатации, затрудняют утилизацию отработанных продуктов.
Отработанные продукты
При оценке экологических свойств отработанных смазочных материалов (ОСМ) важно точно установить смысл этого термина, поскольку переработка и рациональное использование ОСМ зависят главным образом от их состава и качества. Эти показатели изменяются очень существенно. Поэтому возникают большие трудности в выборе эффективных способов их рационального использования.
Наличие в ОМ мазута, пластичных смазок, СОТС, парафинов, синтетических масел, хлорсодержащих соединений делает невозможной их переработку по существующим в нашей стране технологиям как с технической, так и экологической точки зрения.
За рубежом понятие ОСМ трактуется более широко и включает не только бывшие в употреблении смазочные материалы, но и полужидкие или жидкие продукты, содержащие масла, масляные остатки из резервуаров, эмульсии и смеси воды и масла с содержанием последнего не менее 4 %. Для переработки таких смесей можно более гибко использовать разные технологические процессы. Однако ряд фирм весьма жестко регламентирует качество сырья вторичной перегонки.
В целом ОСМ представляют собой сложные многокомпонентные смеси с различного рода примесями, определяющими способы их утилизации, а также степень воздействия на окружающую среду и организм человека. Загрязнение и изменение химического состава во время эксплуатации ведут к накоплению в маслах экологически опасных продуктов. Зарубежные исследования свидетельствуют об увеличении количества и типов ОСМ, представляющих опасность для биосферы.
Токсичность и канцерогенность отработанных масел обусловлены разложением (прежде всего - присадок) в условиях эксплуатации. К токсичным загрязнениям относят свинцовые антидетонаторы и продукты не полного сгорания топлива в моторных маслах, мелкую металлическую стружку в СОТС, различные растворители, бактерии и грибки. Токсичные вещества могут возникать при окислении, нитровании и термическом разложении смазочных материалов, появляться в отработанных продуктах до и после их переработки в результате совместного сбора, транспортирования и хранения. При этом возникают три самостоятельные экологические и медицинские проблемы:
1. Возникновение дерматитов и аллергических заболеваний, ведущих к обезжириванию кожи, появлению трещин и внесению инфекции в отсутствие средств защиты. Эта проблема актуальна при контакте как со свежими, так и с отработанными маслами, и может быть решена при соблюдении правил производственной и личной гигиены.
2. Высокая канцерогенность некоторых смазочных материалов, вызываемая рядом соединений, отсутствующих в свежих продуктах, что затрудняет использование отработанных масел.
3. Загрязнение ОСМ соединениями галогенов (в первую очередь хлора).
Для решения указанных проблем необходимо проводить исследования базовых масел, товарных продуктов на их основе и присадок. Практически не изучено развитие болезнетворных микроорганизмов в работающих и отработанных СОТС.
Масла из бензиновых двигателей становятся канцерогенными после пробега свыше 5 тыс.км. После этого пробега начинаются образование и накопление ПА. Однако систематической корреляции между содержанием ПА и числом раковых опухолей, инициированных маслами у подопытных мышей, не отмечено. После пробегов 20 и 25 тыс. км отмечено меньшее содержание ПА, однако биологическая активность масел несомненна. Данные степени канцерогенности отработанных моторных масел, около 88% которой инициируется -1% соединений с числом бензольных колец более трех, приведены в табл.2.
Таблица 2. Канцерогенность отработанных моторных масел
Компоненты масла
Содержание в масле, %
Вклад в общую канцерогенность масла, %
Полиарены
С числом колец более трех
1
70
Шести и трицеклические
7
10
Прочие углеводороды
92
0
Кроме ПА, канцерогенность отработанных масел обусловлена и другими факторами.
В маслах для двигателей с проточной смазкой, в основном двухтактных, ПА накапливаться не могут: содержание соединений с четырьмя-семью циклами составляет всего 0,2-0,4 мг/кг. Поэтому двухтактные двигатели представляют меньшую экологическую опасность, чем картерные, при условии биоразлагаемости моторных масел.
Отработанные СОТС канцерогенны в меньшей степени, хотя отмечено некоторое увеличение концентрации ПА.Исследования свежих и отработанных СОТС на базе парафинвых и нафтеновых масел выявили канцерогенность свежих продуктов, отсутствие ее у одного отработанного образца и рост у другого. Следовательно, высокие температуры, возникающие при эксплуатации СОТС, не всегда способствуют разложению их компонентов с образованием канцерогенных веществ. Отмечено также отсутствие канцерогенности свежих и отработанных СОТС, содержащих присадки с активной серой.
Потенциальными канцерогенами считают нитрозосоединения, в частности нитрозамины, образующиеся при взаимодействии нитрита натрия с присадками аминного типа (вторичными и третичными аминами).
В отработанных нефтяных маслах обнаружены разнообразные хлорорганические соединения, создающих опасность для окружающей среды и человека. Они способны проникать в жировые ткани, отлагаться и накапливаться там благодаря малой биоразлагаемости. Высокотоксичные продукты разложения хлорсодержащих присадок обнаружены во многих образцах отработанных и регенерированных моторных масел, а также в почве (до 50-70 млрд -1).
Совместное воздействие ПА и ПХД усиливает негативный эффект, поскольку первые в значительной степени замедляют выведение вторых из организма.
Существенную экологическую опасность может представлять загрязнение работающих масел продуктами жизнедеятельности бактерий. Эта проблема особенно остра в районах с тропическим климатом. Биоразложение электроизоляционных масел ускоряется в присутствии воды и продуктов биоразложения бумажных и хлопчатобумажных изоляционных материалов. Специфические условия эксплуатации ряда смазочных материалов приводят к попаданию в них радиоактивных загрязнений.
Перечисленные факторы при расширении использования альтернативных топлив могут существенно затруднять рациональное использование смазочных масел и отработанных продуктов, снижать эффективность их переработки. Экологические проблемы, связанные с отработанными смазочными материалами на базе жиров, менее остры, однако и здесь возможно попадание экологоопасных компонентов извне и образование их в процессе эксплуатации двигателей. Высокая биоразлагаемость жиров не всегда является достаточным условием безопасности ввиду сильного влияния условий окружающей среды.
В целом результаты эпидемиологических исследований трудны для интерпретации из-за различий в методах оценки степени воздействия указанных факторов на биосферу (3)
Загрязнение окружающей среды
Как уже было выше сказано, используемые в промышленности товарные и образующиеся отработанные смазочные материалы представляют собой сложные многокомпонентные продукты. Их составом определяются степень воздействия на биосферу и способы утилизации отходов. Рассмотренные экологические свойства смазочных материалов дают возможность сделать вывод об их экотоксичности и нежелательности попадания в окружающую среду.
Загрязнение объектов окружающей среды чревато биоаккумуляцией экологоопасных соединений, их химическими превращениями (часто непредсказуемыми) и попаданием их в трофические (пищевые) сети с последующими массовыми отравлениями биоты и населения. Столь отдаленные во времени и пространстве последствия являются наиболее опасными и в наименьшей степени поддающимися прогнозированию и оценке.
В целом, при загрязнении объектов окружающей среды тесно взаимодействуют три группы экологических факторов:
1) Многокомпонентность состава загрязнений — углеводороды, продукты старения, присадки (антропогенный фактор);
2) Гетерогенность структуры загрязненной экосистемы (биотический фактор);
3) многообразие и изменчивость абиотических факторов, под действием которых находится экосистема: температура, важпость и др.
Оценивать последствия загрязнения экосистем и намечать пути ликвидации этих последствий возможно лишь с учетом перечисленных факторов.
Рассмотрим подробнее характер загрязнения атмосферы, почвы и вод.
Загрязнение атмосферы
Важнейшим фактором загрязнения является испаряемость смазочных материалов. Склонность к испарению зависит от химического и фракционного состава масел и температурного режима работы смазываемого объекта. Повышение содержания в масле легкокипящих фракций и рабочей температуры увеличивает потери масла от испарения.
Попадание масла или продуктов его разложения в окружающую среду в газовой или паровой фазе особенно характерно для моторных масел, функционирующих в широком температурном диапазоне.
Значительное загрязнение атмосферы происходит при сжигании ОСМ, ведущем к выбросу диоксида серы, органических соединений хлора и тяжелых металлов.
Совершенствование и изменение состава современных топлив и смазочных материалов, а также использование альтернативных продуктов приводят к появлению в автомобильном выхлопе и отработанных маслах новых, специфических соединений, загрязнение которыми может оказаться более опасным и менее предсказуемым.
К значительному загрязнению атмосферы ведет и сжигание ОСМ с целью их уничтожения, а также при утилизации в качестве котельно-печного топлива.
В табл.3 представлены результаты количества твердых частиц, выделившихся в виде летучей золы.
Таблица 3. Выделение загрязняющих веществ при сжигании отработанных масел
Продукты сгорания
№ опыта
1
2
3
4
5
Диоксид серы, млн-1 (об.)
-
321
351
371
368
Оксиды азота, млн-1 (об.)
-
107
104
115
110
Твердый частицы, мг/м3
-
540
475
-
415
Металлы (следы), мг/м3
Свинец
81,4
75,3
73,4
-
72,8
медь
1,53
1,35
1,46
-
-
Хром
0,49
0,3
0,31
-
-
кадмий
Не определяется
<0,03
<0,03
-
-
Загрязнение почв и вод
Если на загрязнение атмосферы влияние в первую очередь оказывают моторные масла, а также образующие масляный туман СОТС и некоторые индустриальные масла в случае крупнотоннажных систем, то прочие смазочные материалы и присадки попадают в биосферу при проливах и утечках.
Проливы любого объема в основном связаны с авариями и низкой культурой эксплуатации. Утечки обусловлены совместимостью масел и смазок с материалами уплотнений. Действие на последние нефтяных и синтетических масел различно (табл.4). В нефтяных маслах осонвное влияние оказывают композиции присадок (табл.5).
Таблица 4. Склонность к испарению и совместимость с уплотнительными материалами масел различного химического состава
Продукт
Стойкость к потере массы вследствие испарения
Совместимость с уплотнительными материалами
Нефтяное масло
Удовлетворительная
Очень хорошая
Высокоочищенное нефтяное масло и синтетические углеводороды
Хорошая
Хорошая
Эфиры
Хорошая
Удовлетворительная
Силиконы
Хорошая
Хорошая
Полиалкиленгликоли
Удовлетворительная
Удовлетворительная
Эфиры фосфорных кислот
Достаточно хорошая
Очень плохая
Силоксаны
Хорошая
Удовлетворительная
Фторированные продукты
Достаточно хорошая
Хорошая
Полиароматические углеводороды
Хорошая
Удовлетворительная
Таблица 5. Влияние присадок различного функционального назначения на материалы уплотнений
Химические соединения
Влияние на каучуки
нитриловый
полихлоропреновый
силиконовый
акриловый
Противозадирные и противоизносные
Хлорированные арены
0
+
0
0
Хлорированные парафины
-
-
0
-
Сульфированные олефины
+
+
-
-
Нафтенаты свинца
-
-
+
+
Дитиофосфаты металлов
0
0
-
0
Дитиокарбаматы металлов
0
-
-
0
Противоокислительные
Ароматические амины
+
+
-
-
Моюще-диспергирующие
Сульфонаты металлов
0
+/-
0
0
Феноляты металлов
0
0
0
0
Сукцинимиды
0
0
0
0
Вязкостные
Полиакрилаты
0
0
0
0
Полиизобутены
0
0
0
0
Условные обозначения: 0) — от:утствие влияния; «+» — стабилизация при контакте; «—» — старение при контакте.
При квалифицированной смене масла только незначительное его количество попадает в окружающую среду. Однако доля неквалифищированного обслуживания достаточно высока: за рубежом 10—15%. Многие автомобилисты не сдают отработанное масло на утилизацию, выбрасывают его на городские свалки, сливают в канализацию. Эти отходы накапливаются в основном в местах парковки машин, гаражах, дорожных кюветах. В сравнении с нефтью и топливами, смазочные материалы имеют низкую испаряемость и в гораздо меньшей степени подвержены биоразложению в почве и водах. Загрязнение ими происходит главным образом при просачивании в грунт и попадании в поверхностные и грунтовые воды при проливах, утечках и испарении с последующей конденсацией. Основное загрязнение окружающей среды происходит по рекам. С дождевыми водами масла, содержащие ПА и устойчивые к окислению, попадают в стоки, водоемы и донные отложения (последнее — особенно в устьях рек).
Уже достаточно давно показано, что основную массу таких загрязнений образуют именно масла из картерных двигателей. Это косвенно может указывать на экологические преимущества двигателей без картерной смазки, но при условии биоразлагаемости масла.
В почвы масла проникают в основном под действием сил тяжести и поверхностно-активных явлений. Распространение масла в почве зависит от характера подпочвенного слоя, гидрологических условий, состава и свойств масла. К последним относятся в первую очередь плотность, вязкость, смачивающая способность, содержание и тип присадок. Скорость просачивания и бокового распространения масла в почве составляет 10 -2 – 10-5 м/с и снижается с увеличением водонасыщенности последней.
Попадая на поверхность земли, жидкие углеводороды начинают просачиваться по порам и трещинам зоны аэрации почвы (породы), где преобладает движение в вертикальном направлении. При соприкосновении загрязнения с менее проницаемым слоем или при достижении уровня грунтовых вод происходит накопление и растекание в горизонтальном направлении. Таким образом, при просачивании масла в почву образуется так называемый «объем масла». формы и размеры которого, определяемые перечисленными факторами, представлены на рис. 2 (распространение масла в многослойном подпочвенных слоях). При контакте с грунтовыми водами ряд компонентов масла может растворяться и мигрировать с водой. Концентрация растворенных компонентов снижается с повышением скорости течения воды. Максимальное расстояние, на которое распространяется масло зависит от количества растворенных компонентов и скорости течения грунтовых вод.
Рис.2 Распространение нефтяного масла в почве и гунтовых водах (вертикальный разрез)
Условные обозначения:
а – в однородном подпочвенном слое; б – в неоднородном подпочвенном слое; 1 – поверхность почвы; 2 – объем масла; 3,4 – слои почвы; 5 – капиллярная прослойка; 6 – уровень грунтовых вод; 7 – растворенные компоненты масла; I – грунтовые воды.
Проведенные полевые эксперименты показывают, что жидкие углеводороды в случае одноразового загрязнения распространяются по поверхности грунтовых вод на сравнительно небольшие расстояния, но если загрязнения повторяются, возможно изменение смачиваемости породы, которая постепенно теряет способность задерживать углеводороды, и они могут распространяться на большие расстояния.
В процессе проникновения жидких углеводородов в почву происходит их сорбция на стенках пор; преимущественно сорбируются полярные компоненты; способность к сорбции понижается в ряду
олефины > арены> нафтены > парафины.
Способность к сорбции зависит также от поверхностных свойств почвы (породы), прежде всего от капиллярных сил. Количество сорбированного вещества определяется структурой и составом грунтов, его влажностью (табл. 6).
Таблица 6. Способность различных грунтов к сорбции углеводородов
Тип грунта
Проницаемость, мкм2
Количество сорбированного продукта, л/м3
Крупный гравий, валуны
115
-
Гравий, грубозернистый песок
11,5 - 115
8
Песок крупный, средний
1,15 – 11,5
15
Песок средний, мелкий
0,115 – 1,15
25
Глинистый песок, глины
1,15*10-3 – 1,15*10-1
40
С ростом водонасыщенности грунтов снижается их способность сорбировать углеводороды. Адсорбированные вещества в свою очередь могут подвергаться десорбции водой (определяется растворимостью углеводородов в воде и их связью с почвой).
Описанные процессы постепенно ведут к снижению биологической продуктивности почв, их деградации, ухудшению состояния растительности.
Характер загрязнения синтетическими и растительными маслами аналогичен вышепреведенному, хотя и изучен в гораздо меньшей степени;здесь не исключены и специфические явления, обусловленные особенностями состава продуктов. Данные о загрязнении биосферы отработанными пластичными смазками отсутствуют, но совершенно очевидно их негативное экологическое воздействие при неквалифицированной утилизации.
Анализ данных отечественной и зарубежной литературы приводит к выводу о значительном расхождении результатов ряда исследований способности товарных смазочных материалов и ОСМ проникать в окружающую среду. Это лишний раз подчеркивает необходимость продолжения и расширения таких исследований.
Разрушение смазочных материалов в почве и воде может происходить путем химического окисления (под действием окислителей кислорода воздуха) и биологического разложения. Процессы окисления и биоразложения входят в сложнейший комплекс процессов самоочищения и самовосстановления экосистем, протекающих весьма неоднозначно и никогда не приводящих к возникновению экосистемы, идентичной бывшей до загрязнения. Возможность самоочищения почв от токсичных продуктов различна в зависимости от характера конкретного ландшафта, физико-химических свойств почвы и загрязнений (4,6)
Выводы
Для решения экологических проблем в химмотологии смазочных материалов следует улучшить качество товарных продуктов и проводить разработку новых, экологобезопасных масел, смазок и СОТС.
Однако, совершенствование и изменение состава современных топлив и смазочных материалов, а также использование альтернативных продуктов приводят к появлению в автомобильном выхлопе и отработанных маслах новых, специфических соединений, загрязнение которыми может оказаться более опасным и менее предсказуемым, что может привести к экологической катастрофе.
Сам факт глобального экологического кризиса свидетельствует о переходе противодействия биосферы человеку на качественно новый уровень. Раньше наблюдалось противодействие следствию человеческой деятельности (ликвидация загрязнений путем их окисления, биоразложения), в настоящее время все яснее прослеживается противодействие причине — т.е. самому человеку. Это появляется в действии на человеческий организм наиболее опасных ксенобиотиков — полихлордифенилов, разрушающих иммунную систему, вызывающих рак и нарушение репродуктивной способности.
Формулировка понятия «Экологический кризис», данная во введении, находит свое подтверждение в материалах данного раздела, причем, даже с учетом наличия в техносфере иных источников ПА, ПХД, ПХДД, ПХДФ и других экологоопасных соединений, совершенно очевидно, что смазочные материалы играют в загрязнении окружающей среды далеко не последнюю роль.
Список литературы
Д.Х. Медоуз, Д.Л. Медоуз, Й. Рандерс. За пределами роста. М. Изд. «Прогресс», «Пангея», 1994 г., 304 с.
Горшков, 1995
И.Г. Фукс, А.Ю. Евдокимов, В.Л. Лашхи, Ш.М. Сайдахмедов. Экологические проблемы рационального использования смазочных материалов. М. Изд. «Нефть и газ», 1993г., 158с.
А.Ю. Евдокимов, И.Г. Фукс, Т.Н. Шабалина, Л.Н. Багдасаров. Смазочные материалы и проблемы экологии. М. Изд. «Нефть и Газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина
http://www.rus-stat.ru/stat/4422000_10.pdf1
http://www.aftonchemical.ru/Knowledge/Introduction+to+Lubricants/Additive+Compounds.htm