книги / 807

1.Обеззараживание и детоксикацию ОСВ с получением органоминеральных удобрений целесообразно применять при утилизации отходов, образующихся при очистке хозяйственно-бытовых сточных вод малых населенных пунктов, сельскохозяйственных районов. В этом случае вклад промышленных сточных вод в общий состав стоков будет незначительным и ОСВ будут характеризоваться низким содержанием тяжелых металлов.

2.Для крупных промышленных центров целесообразно использовать комбинированные методы утилизации ОСВ: часть отходов подвергать пиролизу, другую часть использовать в качестве органоминеральных удобрений или технических грунтов. При этом образующееся жидкое топливо можно использовать как для предварительной сушки ОСВ, так и для пастеризации и обеззараживании другой части ОСВ. Соотношение частей будет определяться рентабельностью процессов утилизации и возможностью реализации образующихся продуктов.

ипромышленность России. – 2000. – № 4. – С. 17–21.

3.Евилевич А.З. Утилизация осадков сточных вод. – Л.: Строй-

издат, 1988. – 240 с.

4.Туровский И.С. Осадки сточных вод. Обезвоживание и обеззараживание. – М.: ДеЛи принт, 2008. – 375 с.

5.Пат. 2109696 РФ. Способ утилизации осадков сточных вод городских очистных сооружений / Элькинд К.М., Торунова М.Н., Тиш-

ков К.Н. – Опубл. 25.08.1998.

6.Покровская Е.В., Сергеева Т.Н. Утилизация осадков сточных вод // Экология и промышленность России. – 2005. – Июнь. – С. 23–25.

7.Суханова Л.И. Утилизация осадков природных и сточных вод: обзор. инф. / ВНИИПИ. – М., 1990. – 30 с.

8.Пат. 2163573 РФ. Установка для ликвидации и утилизации ила из отстойников городов и промышленных предприятий / Вершинина Н.П., Вершинин И.Н., Руденко И.В. [и др.]. – Опубл. 27.02.2001.

31

9. Термическая утилизация избыточного активного ила муниципальных биологических очистных сооружений на примере г. Перми / М.С.Дьяков, Я.И. Вайсман, И.С. Глушанкова, Е.В. Калинина // Эква- тэк–2008. Вода: Экология и технология: сб. докл. междунар. конгр. –

М., 2008.

10. Комплексная переработка осадков сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий с получением товарных продуктов / М.С. Дьяков, И.С. Глушанкова, И.С. Гуляева // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2008. – № 12. – С. 29–33.

Получено 28.02.2012

32

УДК 678.742.2+547.458.61]-044.967

Е.С. Белик

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕСТРУКЦИИ КОМПОЗИЦИЙ ИЗ ПОЛИЭТИЛЕНА И КРАХМАЛА

Представлены результаты эксперимента по термической обработке полимерных материалов. Приведены результаты экспериментальных исследований по изучению эффективности деструкции полученных композиций из полиэтилена и крахмала. Предложен способ переработки синтетических полимерных отходов, с целью получения пористого материала для последующего применения в природоохранных технологиях.

Ключевые слова: полимерные отходы, биополимеры, деструкция композиций из полимеров и крахмала, сорбционные материалы.

Первые синтетические полимерные материалы появились в начале XX в. и благодаря своим свойствам (прочность, легкость, непроницаемость, экономичность и удобство использования) практически заменили традиционные полимерные материалы. Полимеры применяются в машиностроении, текстильной промышленности, сельском хозяйстве и медицине, автомобиле- и судостроении, а также в быту.

Производство полимерных материалов ежегодно увеличивается. По данным 2010 г. в России производство наиболее распространенных термопластичных полимеров, таких как полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и полистирол, составило более 3,0 млн т, что практически в 2 раза больше, чем в 2000 г. (рис. 1) [1].

Интенсивное развитие полимерной промышленности, стремление к рациональному использованию природных ресурсов ставят перед учеными определенные задачи по разработке новых и усовершенствованию существующих технологических процессов, созданию материалов, обладающих новыми свойствами, повышению требований к качеству выпускаемой продукции и сырья, которые должны быть конкурентоспособными на мировом рынке.

33

Рис. 1. Производство полимеров (ПЭ, ПВХ, ПП, ПС) в России [1]

Использование изделий из полимеров напрямую связано с образованием отходов. Особенность полимерных отходов – их устойчивость к агрессивным средам, они не гниют, процессы деструкции в естественных условиях протекают достаточно медленно, но с образованием вредных веществ, отравляющих окружающую среду.

Утилизация полимерных отходов является глобальной экологической проблемой. Решением данной проблемы, по мнению некоторых специалистов (А.Г. Потапова, О.И. Богданова, А.А. Попова и многих других) [2–4], может служить создание биоразлагаемых полимерных материалов.

Биоразлагаемые полимерные материалы – материалы, которые сохраняют эксплуатационные характеристики только в течение периода потребления, а затем претерпевают физико-химические и биологические превращения под действием факторов окружающей среды и легко включаются в естественный круговорот веществ.

На данный момент можно выделить три основных направления вразработке биоразлагаемых полимеров. Это разработка полиэфиров, пластических масс на основе природных полимеров и придание промышленным полимерным материалам способности к биоразложению [2]. Последний способ позволит не только получать биоразлагаемые полимеры, но и решить проблему утилизации существующих полимерных отходов.

На кафедре охраны окружающей среды ПНИПУ была проведена серия экспериментов по приданию биоразлагаемых свойств промышленным полимерным материалам, таким как полиэтилен, путем сме-

34

шения с природными добавками, а именно крахмалом, и по оценке эффективности деструкции полученных композиций.

Полиэтилен – пластик, наиболее востребованный не только в индустрии упаковки, но широко используемый в пищевой и легкой промышленности, медицине и других отраслях. Для проведения эксперимента был использован полиэтилен высокого и низкого давления.

Крахмал – полисахарид, источниками промышленного получения которого являются картофель, пшеница, кукуруза, рис, поэтому считается одним из наиболее дешевых видов сырья для организации промышленного производства биополимеров.

Для эксперимента были приготовлены композиции из полиэтилена высокого (ПЭВД) и низкого (ПЭНД) давления и крахмала. Крахмал плохо совместим с неполярным полиэтиленом. Для улучшения сродства природного и синтетического полимера полисахарид пластифицировали глицерином и раствором гидроксида натрия [5]. В качестве контроля использовали полиэтиленовые композиции без добавления крахмала. Состав полученных полимерных композиций представлен втабл. 1.

Таблица 1

Состав полученных полимерных композиций

Смешивание компонентов осуществлялось в муфельной печи МИМП–УЭ № 00287 при температуре 130 °С, а затем постепенно увеличивали температуру до 200 °С. В результате получены композиции на основе полиэтилена высокого и низкого давления и крахмала.

35

Для проведения исследований по изучению биодеструкции полимерных композиций в лабораторных условиях смоделировали условия, приближенные к естественным условиям среды, характерным для физи- ко-географических особенностей Пермского края, а именно: использовали преобладающий тип почвы – дерново-подзолистый. С целью оценки эффективности биодеструкции полимерных материалов в условиях избыточного увлажнения, характерных для верхних слоев отходов при их захоронении на полигонах ТБО, использовали приготовленную из почвы вытяжку [6]. Для сокращения сроков проведения эксперимента и исключения воздействия абиотических факторов на процесс (температура, влажность) поддерживали постоянные условия эксперимента.

Условия проведения эксперимента по биоразложению полученных полимерных композиций представлены в табл. 3.

Зависимость скорости деструкции полимерных композиций от структуры микробиоценоза почвы, используемой в эксперименте по биоразложению, устанавливали в ходе проведения микробиологических исследований.

Микробиологический контроль осуществляли по показателям: общее содержание микроорганизмов и микроскопических грибов. Выбор содержания микроскопических грибов в качестве основного пока-

36

зателя обусловлен тем, что данная физиологическая группа микроорганизмов играет основную роль в биодеструкции полимерных мате-

риалов [8–10].

Таблица 3

Условия проведения эксперимента по биоразложению полимерных композиций [7]

Для выявления и учета общей численности микроорганизмов использовали мясопептонный агар (МПА), для выращивания микроскопических грибов – среду Чапека [6]. На рис. 2, 3 представлены микроорганизмы, выделившиеся на МПА и среде Чапека.

Рис. 2. Микроорганизмы, выделившиеся на МПА

Рис. 3. Микроскопические грибы, выделившиеся на среде Чапека

37

При использовании микроскопа Zeiss со встроенной видеокамерой были зафиксированы микроскопические грибы, выделившиеся на МПА, пробы взяты из почвы, используемой для деструкции композиций из полиэтилена и крахмала (рис. 4). Установлено, что структуру микробиоценоза формируют в основном представители родов:

Penicillium, Pseudomonas, Rhodococcus, Aspergillus, Trichoderma, Rhizopus.

Рис. 4. Микроскопические грибы, выделившиеся на МПА (увеличение × 640)

Потеря массы композиций из полиэтилена и крахмала спустя 160 сут представлена на рис. 5.

Наибольшая потеря массы композиций из полиэтилена и крахмала в почвенной вытяжке составляет примерно 14 % для образца 1О2 (ПЭВД с содержанием крахмала 9 %) и 10 % для образца 2О2 (ПЭНД с содержанием крахмала 9 %). Наибольшая потеря массы композиций из полиэтилена и крахмала в почве составляет 20 % для образца 1О3 (ПЭВД с содержанием крахмала 15 %) и 20 % для образца 2О3 (ПЭНД с содержанием крахмала 15 %).

Полученные результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о повышении скоростей деструкции полимерных композиций в почвенной среде, по сравнению с почвенной вытяжкой, что можно объяснить более благоприятными условиями для роста и развития микроскопических грибов в почве: наличие твердого субстрата для развития мицелия грибов и оптимальная влажность (60 %).

На завершающей стадии эксперимента полимерные композиции были рассмотрены под микроскопом (рис. 6). По сравнению с контрольным образцом структура композиции из полиэтилена и крахмала более пористая (пузырьковая). Данное свойство композита позволяет

38

использовать его в качестве сорбента, полимерной матрицы или субстрата в различных природоохранных технологиях, таких как биоремедиация почв, очистка природных и сточных вод.

Рис. 5. Потеря массы композиций из полиэтилена и крахмала: а – в почвенной вытяжке; б – в почве

Рис. 6. Полимерные композиции под микроскопом через 160 сут: слева – ПЭНД (контроль), справа – композиция из ПЭНД

и крахмала (15 %)

39

Производство биоразлагаемых полимерных материалов в перспективе позволит сократить объемы образования полимерных отходов и частично решить проблему их утилизации. Однако даже при замене используемых полимерных материалов на биоразлагаемые останется проблема переработки и утилизации уже накопленного объема неразлагаемых полимерных отходов. Одним из направлений решения данной проблемы является использование полимерных отходов в качестве исходного продукта для получения пористых материалов путем модификации отходов в процессе термической обработки с добавлением различных реагентов.

В результате проведенных исследований установлено:

1)промышленным полимерным материалам, таким как полиэтилен, можно придать биоразлагаемые свойства путем смешения с природными полимерами и добавками (крахмал);

2)скорости биодеструкции полимерных материалов определяются не только условиями среды (температура и влажность), но в первую очередь присутствием групп микроорганизмов, играющих основную роль в биоразложении, в частности микроскопических грибов;

3)в лабораторных условиях при поддержании постоянных параметров среды степень деструкции образцов составила не более 20 %

впочве и 14 % в почвенной вытяжке, что свидетельствует об актуальности продолжения исследований с целью получения биополимеров с заданными свойствами;

4)в результате модификации полимерных образцов получены пористые материалы, характеризующиеся сорбционными свойствами. Преимущество предлагаемого способа получения сорбентов заключается в использовании материального потенциала образующихся отходов для получения новых пористых материалов, а также широком использовании полученных сорбентов в природоохранных технологиях;

5)получение сорбционных материалов из полимерных отходов и оценка эффективности их использования в процессах очистки загрязненных природных сред представляют научно-технический интерес для проведения дальнейших лабораторных исследований.

Список литературы

1. Маркет Репорт – аналитика рынка полимеров [Электронный ресурс]. – URL: http://www.mrcplast.ru/ (дата обращения: 22.02.12).

40