INTERAKCE A TECHNOLOGIE PRVKŮ A SYSTÉMŮ 1.hosting.pilsfree.net/vaca/FEL/5rocnik/itps/slides...
Transcript of INTERAKCE A TECHNOLOGIE PRVKŮ A SYSTÉMŮ 1.hosting.pilsfree.net/vaca/FEL/5rocnik/itps/slides...
INTERAKCE A TECHNOLOGIE PRVKŮ
A SYSTÉMŮ 1.
Forma zkouškykombinovaná
http://portal.zcu.czInformace a podklady
Doporučená literatura k předmětu
Bartoníček, R. - Koroze a protikorozní ochrana kovů, Praha, Academia 1966
Doležel, B. - Odolnost plastů a pryží, Praha, Nakladatelství technické literatury 1981
Bartáková, B.; Vařák, J. - Elektrická zařízení v chemických a jiných agresivních prostředích, Praha, SNTL 1975
Kudláček, I. - Ekologie průmyslu, Praha, ČVUT 2002
Vědeckotechnický rozvoj a problémy životního prostředí
od technického pokroku se očekává:snížení emisízamezení vnikání těžkých kovů do toků a půdyúplná likvidace toxických odpadůracionální nakládání s odpadynáhrada příliš chemicky stabilních pesticidů a hnojiv
Vědeckotechnický rozvoj a problémy životního prostředí
od technického pokroku se očekává:snížení hlučnosti technologických a dopravních zařízenísnížení nároků na zábory zemědělské půdyzajištění zcela nových zdrojů energie a výživyrekultivace rozsáhlých pouštních a stepních oblastí
Vědeckotechnický rozvoj a problémy životního prostředí
jako nadějný se jeví rozvoj:uzavřených rekultivačních systémů výrobních technologiívyužívání biologických procesů, máloodpadovýcha bezodpadových technologiívývoj nových způsobů získávání energie a jejíuplatněnímonitorování škodlivinprognostických modelůekologického mapování apod.
Problémová odvětvípalivově–energetický komplexmetalurgiechemiezemědělstvídopravaprůmysl stavebních hmot… a další
Hlavní rušivé vlivy průmysluemise škodlivých látek až toxických plynů
úlety pevných látek, zejména těžkých kovů
škodlivé látky v odpadních vodách (fenoly, kyanidové sloučeniny)
splachy pesticidů a hnojiv z polí
hluk a odpadní teplo
Průmyslová výrobarostoucí nároky na spotřebu přírodních zdrojů(surovinových i energetických)devastace prostředí
těžební činnostípřepravou velkých objemů materiálůnárůstem objemu odpadů z výroby (do ovzduší, vod, na úkor půdy)
Základní ekologické pojmybiosféra
oživený obal Zeměpro nás jediné místo, kde existuje životje ve stálém koloběhudůkaz všeobecných a vzájemných souvislostí
Základní ekologické pojmybiosféra
malá slupkavše, co do ní vložíme, se nám vrátí – koloběhodpady
přeměňují se a zapojují do koloběhuodsouvají se jinam k dalšímu procesuurychlení nebo zpoždění zapojení do koloběhu
Základní ekologické pojmyekologický systém – ekosystém
soběstačná soustava organismůnavzájem závislých spolu s jejich prostředímvšechny složky ekosystému jsou na sobě závisléekosystém, který není schopen uvést svůj odpad do koloběhu látek v přírodě, je vystřídán jinýmvětší rozmanitost zpravidla přispíváke stabilitě systému
Důsledky porušení rovnováhy v přírodě
„bumerangový efekt“
ekologické katastrofy
vzájemná souvislost všech věcí
Důsledky porušení rovnováhy v přírodě
předvídatelné katastrofy – opakovanou (soustavnou) činností
1618 Švýcarsko – Pleur těžba kamene 2 430 mrtvých
1881 Švýcarsko – Elm těžba břidlice 115 mrtvých
1960 Itálie - Vailont stavba přehrady 2 117 mrtvých
1965 Švýcarsko - Zermatt stavba přehrady 60 mrtvých
ostrov Anjouan (Komorskéostrovy)
likvidace korálového útesu, následně mořské fauny
Arménie – jezero Sevan zemědělství a elektrárny likvidace jezera
Důsledky porušení rovnováhy v přírodě
nepředvídatelné katastrofy – zemětřesení
1958 - 61 Zimbabwe – Kariba
1962 Čína – Hsingeng-kiang
1967 Indie – Koyna
1971 Egypt - Asuán
Důsledky porušení rovnováhy v přírodě
důsledky havárií a produkce škodlivin z průmyslu
USA (Detroit) spalovna nebezpečných odpadů
USA (Niagara City) skládka nebezpečných odpadů – národníkatastrofa
USA (Times Beach) postřik toxickými látkami a odpadní ropouHolandsko Dordrecht, Gouderak, Lekkerkerkhavárie ropných tankerů Exxon Valdez
Indie (Bhópál) největší průmyslová katastrofa v historii
RV1
Snímek 15
RV1 lepší jednotlivé slidy s obrázkyRobert; 28.8.2008
Důsledky porušení rovnováhy v příroděIndie (Bhópál)
největší průmyslová havárie v historii
chemická továrna společnosti Union Carbide
únik cca 40 t methylisokyanátu, kyanovodíku a dalších toxických látek
během 3 dnů po havárii 8000 mrtvých
dodnes 20 000 mrtvých
INTERAKCE A TECHNOLOGIE PRVKŮ A
SYSTÉMŮ 2.
Hlavní složky působícího prostředí
Degradační činitele prostředí
podnebíklimatické faktory, biologické vlivy
prostředíprůmyslové znečištění atmosféry
provozvliv elektrického pole, radiační vlny, mechanickénamáhání atd.
Působení klimatických faktorů –klimatotechnologie
kyslíkfotooxidační jevy, život aerobních mikroorganismů
vodní párasorpce na povrchu, difúze do hmoty
srážkysorpce na povrchu, difúze do hmoty, erozivní účinek
prach, písekzvýšení sorpce vody na povrchu, abraze
teplotaměknutí resp. křehnutí termoplastů, dilatace materiálů
Působení klimatických faktorů –klimatotechnologie
změny teplotyrozměrové změny materiálů, rosení resp. vysoušenípovrchu
sluneční zářeníUV záření (fotochemické děje), IR záření (ohřev povrchu)
síla a směr větruenergetický účinek, znečištění atmosféry
aerosol mořské vody, exhalace (oxid siřičitý, sirovodík, chlorovodík, chlór, oxidy dusíku aj.)
urychlení degradačních dějů
Podmínky tropických oblastí
oblast klima působení
vlhké tropy vyšší průměrnáteplota, vlhkost,větší množství srážek, silný výskyt mikroorganismů
zvýšená atmosférickákoroze, zvýšenénebezpečímikrobiologického napadení
suché tropy vyšší maximálníteplota, nižší vlhkost, nižší srážky, výskyt prachu a písku, intenzivní slunečnízáření
mírná atmosférickákoroze kovů, intenzivní vliv UV a IR záření zejména na organické materiály
Podmínky tropických oblastípřibližné hodnoty podnebních činitelů v tropech
Podnebí tropickéPodnební činitel Jednotka
suché vlhkérozsah teploty °C -5 ÷ 50 0 ÷ 45
max. změny teplot (během 8 hodin) °C 40 15
max. teplota povrchu na slunci °C 85 75
relativní vlhkost % 20 ÷ 75 55 ÷ 95
absolutní vlhkost g.m-3 3 ÷ 10 5 ÷ 24
roční průměr srážek mm 15 ÷ 500 700 ÷ 2 500
množství energie slunečního záření kJ.cm-2.rok-1 921 745tlak vzduchu hPa 860 1060
Průmyslové znečištění atmosféryExhalace
emiseznečištění, které nevstoupilo do interakce s ovzduším
imiseznečištění, které vstoupilo do interakce s ovzduším
aerosolyčástice dispergované v ovzduší(prach, popílek, kouř, saze, dým, mlha)
Hlavní zdroje znečištění ovzdušívýroba elektřiny, vytápění obytných i průmyslových objektůdopravní prostředky (auta, letadla, kolejovávozidla, lodě)
průmyslové provozy (metalurgie, výroba plastů, cementářský průmysl, ropné rafinérie)
zpracování tuhých odpadů
vybrané technologie ve výrobě a službách pro obyvatelstvo
Procesy znečišťující ovzduší
proces znečišťující v největší míře ovzduší– spalování
Hlavní procesy produkujícíškodliviny
spalování v ohništích a hořácích (v kotlích k výrobětepelné energie v tepelných elektrárnách, teplárnách, výtopnách a lokálních topeništích)
některé tepelné procesy (v metalurgickém průmyslu, strojírenství, chemickém průmyslu, při výroběcementu, vápna, v obalovnách živičných drtí)
spalování odpadů (s ohništi přizpůsobenými spalovaným materiálům, se zapalovacími a přídavnými hořáky)
Hlavní procesy produkujícíškodliviny
spalování v motorech, ve spalovacích turbínách pro pohon dopravních prostředků (silničních, kolejových vozidel, letadel, lodí i stavebních a zemědělských strojů)
nekontrolované spalovánídomácích, stavebních a demoličních odpadů (hořícíhaldy, pálení skládek, spalování v zemědělství)
Hlavní znečišťující látky z procesu spalováníčástice (převážně tuhé, méně kapalné)
oxidy síry SOX (převážně SO2, méně SO3)
oxidy dusíku NOX (převážně NO, méně NO2)
těkavé organické látky (zejména uhlovodíky CxHy)
oxid uhelnatý CO
znečištění především přízemní vrstvy atmosféry
Další významné znečišťující látky
oxid uhličitý CO2
oxid dusný N2O
metan CH4
ozón O3
halogenované uhlovodíky CFC, HCFC, HFC
Hodnocení úrovně znečištění
hlediskahygienickéekologickévlivu na technické materiály
udávané koncentrace znečišťujících látek krátkodobé (3 hodiny)24 hodinovéroční
Přípustné koncentrace nejzávažnějších škodlivin
průměrná krátkodobáŠkodlivina
μg.m-3
amoniak NH3 200 300
fenol C6H5OH 10 10
fluor F 35 20
formaldehyd HCHO 5 50
chlor Cl2 30 100
oxid uhelnatý CO 1000 6000
sirouhlík CS 10 30sirovodík H2S 8 8
Hlavní škodliviny v ovzduší a jejich působení
Oxid siřičitý (SO2)v atmosféře oxiduje na SO3
doba reakce závisí na vlhkosti vzduchu a přítomnosti tuhých částic oxidaci podporuje UV zářenídoba trvání procesu oxidace 2 ÷ 4 dnys H2O rychle reaguje na H2SO4 (kyselý déšť)může se přetransformovat na aerosolové částice síranu SO4
-2
Hlavní škodliviny v ovzduší a jejich působení
Oxid siřičitý (SO2)působení:
u lidí způsobuje dýchacípotíže, dráždí sliznici, zvyšuje alergiinarušuje fotosyntézy rostlin (hlavně smrků a borovic)jako kyselý déšť měníchemizmus půd
Hlavní škodliviny v ovzduší a jejich působení
Oxidy dusíku (NOx)N2O, NO, NO2, sekundárně kys. dusitá HNO2, dusičnáHNO3, chlornan nitrilu (ClONO2) (ozónová díra)působení
oxid dusičitý NO2
vznik fotochemického smogudráždí oči a dýchací cesty, snižuje imunitu, narušuje rostlinné buňky
kyselina dusičná HNO3kyselé deště, rozvoj korozních procesů
Hlavní škodliviny v ovzduší a jejich působení
Oxid uhelnatý (CO)vznik při nedokonalém spalovánídoba setrvání v atmosféře asi 4 měsícepřispívá ke vzniku fotochemického smogupůsobení
při vdechování se váže v krvi s hemoglobinem na karboxyhemoglobin (COHb) → nedostatečné okysličováníkrvevyvolává pocity únavy, vyčerpání
Hlavní škodliviny v ovzduší a jejich působení
Těkavé organické látky (VOC)snadno odpařitelné, převážně zdraví škodlivéuhlovodíky CxHy (paliva, maziva, pohonné hmoty, rozpouštědla, výchozí látky pro výrobu jiných sloučenin) alifatické uhlovodíky (isobuten, butan, isopentan) –ve městech aromatické uhlovodíky (toluen, benzen, xylen, benzopyren) – ve městech
7,8-benzopyren – v dehtu, kouři a spalinách při nedokonalém spalování (prokazatelně karcinogenní)
Hlavní škodliviny v ovzduší a jejich působení
Částice (aerosol)jakýkoli pevný nebo kapalný disperzní materiál s elementy o rozměrech větších než řádový rozměr molekul (> 0,0002 μm) a menších než 500 μm
prachvšechny tuhé částice v ovzduší (vznik hlavně mechanicky)
popílektuhé částice (velikosti 1 ÷ 100 μm) ve spalinách z topenišť
Hlavní škodliviny v ovzduší a jejich působení
kouř, sazejemné tuhé částice (velikosti 0,01 ÷ 0,5 μm) převážně uhlíkové, z nedokonalého spalování
dýmjemné tuhé částice (velikosti 0,1 ÷ 1 μm) vzniklé při oxidačních procesech kondenzací látek vypařovaných za tepla
mlhasměs kapalných částic (velikosti 0,1 ÷ 30 μm) vzniklá buď kondenzací plynné fáze nebo rozrušením většího objemu tekutiny
Hlavní škodliviny v ovzduší a jejich působení
smog„smoke“ + „fog“ – soubor částicových a plynných příměsí znečišťujících ovzduší v průmyslových a městských oblastech
Hlavní škodliviny v ovzduší a jejich působení
působení na člověka:částice > 10 μm a značná část částic 2 ÷ 5 μm - zachycena v nose
částice < 1 μm - do plicních sklípků - část vydechována
rozpustné - roznášeny krvínerozpustné - do lymfatických uzlin
INTERAKCE A TECHNOLOGIE PRVKŮ A
SYSTÉMŮ 3.
Působení znečištěnéatmosféry na technická díla
Atmosférická koroze
nevratné znehodnocení materiálů a výrokůvlivem prostředídůsledek působení prostředí → znehodnocení
vratnénemění chemickou podstatu
materiálu charakter fyzikálních dějů
krátkodobé působení
nevratnémění chemickou podstatu
materiálu mění funkční vlastnosti dlouhodobé působení
(příp. krátkodobé intenzivní)
Korozní prostředí
atmosféra
průmyslové prostředí
voda
půda
Základní činitele atmosférickékoroze kovů a slitin
korozní agresivita atmosféry – schopnost atmosféry vyvolávat korozi v daném korozním systému
doba ovlhčení – období, během kterého je povrch kovu pokryt adsorpční a/nebo kapalnou vrstvou elektrolytu, který je schopen vyvolat atmosférickou korozi
Stupně korozní agresivity odvozeny z údajů o úrovních rozhodujících činitelůatmosféry působících korozi kovů a slitin
stupeň korozní agresivita výskytC1 velmi nízká vnitřní klimata s řízenými podmínkami
C4 vysoká
vnější klimata v mírných klimatických oblastech, neprovětrávané přístřešky v mírných klimatických oblastech, neprovětrávanépřístřešky ve vlhkých klimatických oblastech
C2 nízká vnitřní klimata s neřízenými podmínkami s výjimkou vlhkých klimatických oblastí
C3 střednívnější klimata v suchých, chladných klimatických oblastech, provětrávané přístřešky v mírných klimatických oblastech
C5 velmi vysoká vnější klimata ve vlhkých klimatických oblastech, vlhké neprovětrávané přístřešky
Klasifikace korozní agresivity
Klasifikace odvozená z vlastností podle údajů o době ovlhčení a úrovni
znečištění
Klasifikace založená na stanoveníkorozních rychlostí standardních
kovových vzorků
Stupně korozní agresivity (ISO 9223)
Směrné hodnoty korozních rychlostí pro jednotlivéstupně korozní agresivity pro základní konstrukční kovy
(ISO 9224)
Měření znečištění(ISO 9225)
Stanovení korozní rychlosti standardních vzorků
(ISO 9226)
Mechanismy koroze u materiálových skupin
kovyelektrochemický (elektricky vodivé prostředí na povrchu)chemický (povrchové oxidy, vnitřní oxidace v nevodivých prostředích) biochemický (elektrochemické články na povrchu)
anorganické nekovové materiály vyluhování složek, chemické změny
organické materiályfotochemický děj, hydrolytický rozklad, biochemický děj
Atmosférická koroze kovů
způsobujeúbytek materiálu (zhoršení fyzikálně-mechanický vlastností)netěsnosti (perforace materiálu)změny geometrie povrchuzměny jakosti povrchu (vlastnosti kluzné, tepelnémagnetické, elektrické)změny pracovních parametrů (tepelné, průtokové, tlakové, otáčky, zanesení)znehodnocení technologického prostředí
Kvantifikace rovnoměrné koroze
korozní rychlostzměna hmotnosti Δm nebo hloubka průniku koroze hvztažená na jednotku času
]..[ 12 −Δ= rokmg
tmrcorr μ
].[ 1−= rokmthrcorr μ
Kvantifikace rovnoměrné koroze
vlivem množství a různorodosti faktorů nelze jednoznačně stanovit korozní rychlost → vyjádřenípomocí obecných tvarů křivek
1 – lineární2 – parabolická3 – kubická4 – logaritmická5 – recipročně logaritmická
Druhy korozního napadení kovů
rovnoměrné – velké množství aktivních míst
Druhy korozního napadení kovů
skvrnité, nerovnoměrné – menší počet aktivních míst
Druhy korozního napadení kovů
důlkové a bodové – markantní rozdíly v korozníodolnosti, nestejnorodost povrchu
Druhy korozního napadení kovů
nitkové – pod ochrannými povlaky, povrchovérozrušení základního materiálu
Druhy korozního napadení kovů
selektivní – slitiny s dvou a vícefázovou strukturou (napadení pouze jedné fáze)
mezikrystalovátranskrystalová
Druhy korozního napadení kovů
fretting koroze – současné působení chemického prostředí a fyzikálního namáhání
kavitace
Zákonitosti kinetiky koroze
soustava spřažených chemických reakcí a fyzikálních pochodů - nejpomalejší je rozhodující pro rychlost korozedifúze (transport aktivních složek prostředík fázovému rozhraní) adorpce složek (vznik reakčních center, jejich rozšíření)vznik korozních zplodin (tuhých i kapalných)odstraňování korozních zplodin od reakčního rozhraní
Základní korozní faktory kovůchemická povaha kovu a složení slitinyvliv slitinových prvků na chování slitinymechanické napětí a deformacekoncentrace vodíkových H+ a aniontů hydroxidových OH-
vliv aniontů a kationtů elektrolytu vliv koncentrací solí v roztoku vliv koncentrace kyslíkuvliv teplotyvliv rychlosti proudění
Systém protikorozních ochran kovů
fáze řízení jakosti výrobkůpříprava výroby vlastní výrobní proces povýrobní péče o výrobek
Systém protikorozních ochran kovů
předpis systému protikorozních ochran obsahujeinformace o technickém životě protikorozní ochrany s návodem na údržbu
údaje o druhu klimatického provedení
specifikaci prostředí pro údobí do provozování výrobku
specifikace provozních a technologických prostředí při provozu výrobku
druh a jakost systému ochrany do doby provozu výrobku
druh a jakost ochrany pro vlastní provoz výrobku
specifikace způsobu ověřování jakosti systému protikorozníochrany
Kritéria návrhu protikorozních opatření
agresivita prostředí
životnost chráněného zařízení
životnost protikorozní ochrany a její náročnost na údržbu
pořizovací, provozní a udržovací náklady na protikorozní ochranu
deficitnost materiálu pro protikorozní ochranu
bezpečnost práce
Nejčastější způsoby používaných protikorozních ochran
náhrada konstrukčního materiálu jiným, odolnějším
náhrada konstrukčního materiálu jiným a opatření ochranným povlakem
náhrada ochranného povlaku jiným při stejném konstrukčním materiálu
aplikace elektrochemické ochrany ve srovnánís nechráněným povlakem
Kategorie technických funkcíochran
zachování rozměrových a fyzikálně-chemických charakteristik dílu
zabezpečení fyzikálních vlastností výrobku
zabezpečení požadované čistoty technologického prostředí
zajištění estetické funkce výrobků
Atmosférická koroze organických látek (stárnutí)
soubor převážně nevratných změn vyvolaných účinkem klimatických činitelůodolnost plastů proti působení vnějšího prostředízávisí na
chemickém složení polymerustruktuřemnožství a složení plniv, příměsí a nečistotzpůsobu a podmínkách zpracováníchemickém složení prostředípodmínkách působení prostředí
Nejzávažnější činitelé degradace organických látek
sluneční záření – fotochemické reakce, štěpeníchemických vazeb (iniciace následných reakcí)vlhkost, voda – bobtnání, resp. praskání, zvýšeníelektrické vodivosti, změkčovadlokyslík – oxidace polymerů (změny složení, molekulové hmotnosti) ozón – oxidace pryží (trhliny)teplota – urychlení oxidačních reakcí, odtěkánízměkčovadel
!!! Synergický účinek jednotlivých činitelů !!!
INTERAKCE A TECHNOLOGIE PRVKŮ A
SYSTÉMŮ 4.Biologická koroze
kovů a plastů –biodeteriorizace
Půdní koroze
Biodeteriorizace
každá nežádoucí změna vlastností technického materiálu způsobená činností živých organismů -biodeteriogeny
biodeteriogen – organismus působící biodegradacimikrobiodeteriogen
agresivní houby (plísně) – jednoduché rostlinyagresivní bakterie – jednobuněčné organismy
makrobiodeteriogenhmyz, obratlovci, další mnohobuněční živočichové
biodeteriogeneze – dynamický děj, ve kterém jednotlivéetapy na sebe plynule navazují
Etapy biodeteriorizace1. infestace (u makro) nebo infekce (u mikro) –
navození styku mezi biodeteriogenem a materiálem
2. inkubace – projevy biodeteriorizace se stanou zjevné a pokračují až k významnému poškozenímateriálu
3. manifestace – projevy biodeteriorizace jsou jasnězjevné a představují technicky významnou degradaci materiálu
Mikrobiální degradacena mikrobiální korozi se podílejípřevážně houby plísně
mikroskopické vláknité houbybezchlorofylové saprofytické nebo parazitickérostlinynejrozšířenější formy života na Zemi (vzduch, prach, zemina, voda)dokážou napadat prakticky živé i neživésoučásti přírody
šíření plísnípasivně – větrem, vodoujinými mechanismy – vektory přenosu – např. roztoči, hmyz, hlodavci
Mechanizmus mikrobiálnídegradace
zplodiny látkové přeměny → štěpení nosného podkladu (substrátu)
voda obsažená v těle organismu → rozpouštěnípovrchových nečistot → elektrolyt
pokrytí povrchu materiálu plísní → rozvoj adsorpčních procesů
Důsledky přítomnosti plísní
plísně na povrchu materiálůzměny vlastností:
elektrických (permitivita, povrchové výboje)fyzikálně mechanických (viskozita, mech. pevnost, tažnost, propustnost plynů a par)optických (průsvitnost, průhlednost, čitelnost nápisů, barva)
plísně uvnitř materiálůzhoršení elektroizolačního stavu – zhoršení funkčnosti
Vliv prostředí na mikrobiálnídegradaci
teplotaživotní pochody mikroorganismů závislé na teplotěmůže stimulovat růst, měnit morfologii i patogenitu organismůpro růst a vývoj plísní optimální 25 ÷ 35 °C
vodahlavní složkou buněk plísnírůst a vývoj plísní je výrazně závislý na množství vody v prostředívýznamnou roli má vlhkost obsažená v substrátůrůzné druhy plísní mají různé nároky na vlhkostvětšina „technických“ plísní mezofilníorganismy – optimální vlhkost 95 ÷ 100%
Vliv prostředí na mikrobiálnídegradaci
sluneční zářenírůst a vývoj plísní závislý na vlnové délce záření, na době ozáření a druhu stáří mikroorganismůpodporuje růst a vytváření morfologických změn v mikroorganismu pokud působí krátkodobědelší působení UV záření působí negativně na životaschopnost plísní
proudění vzduchupůsobí na růst plísní inhibičně (ne při obvykléexpozici materiálů)vysušuje navlhlé materiály (i při vlhkém vzduchu)znesnadňuje usazování spor na povrchu a mechanicky narušuje klíčení a porost
Vliv prostředí na mikrobiálnídegradaci
kyselost prostředíoptimální pH nutné pro růst mikroorganismů 4 ÷ 10samotné mikroorganismy mohou pHprostředí měnit
plynné složky atmosféryveškeré mikroorganismy podílející se na mikrobiální korozi patří k obligátním aerobům (výjimečně k fakultativním anaerobům) – energii získávají oxidacímolekul substrátu za současné redukce molekulárního kyslíku
Projevy plísňového znehodnocení
plísňové napadení u technických materiálů a zařízení způsobuje:
změnu barvy a ztrátu lesku nátěrůkřehnutí a ztrátu mechanické pevnosti plastůzhoršování izolačního stavu izolantu a korozi kovůznemožňování funkce pohybového ústrojí zařízení
Projevy plísňového znehodnocení
Podle rezistence vůči plísňovému napadení se technické materiály dělí na:
nepatrně plesnivějícímateriály neslouží jako zdroj živinplísně rostou jen na povrchových organických nečistotáchmateriály mohou být poškozené druhotně metabolityvšechny anorganické materiály, některé syntetické organické
zčásti plesnivějícímateriály jsou částečně rozkládanéjednodušší sloučeniny z rozkladu jsou výživou pro plísněvětšina syntetických organických materiálů
Projevy plísňového znehodnocení
zcela plesnivějícímateriály jsou plísněmi zcela nebo z velké části rozložené na jednoduché sloučeninyjednodušší sloučeniny jsou výživou pro plísněvšechny polosyntetické organické a přírodní organické materiály
Mikrobiální koroze kovů
koroze železných kovů a všech slitin (kromě titanu) –aerobní, anaerobní, kombinacenejnebezpečnější typ – anaerobní koroze s tvorbou biofilmu za účasti sulfátredukujících bakterií
biofilmspolečenstva bakterií i vyšších organismů, která tvoří tenképovlaky na povrchupodmínkou vzniku přítomnost vody, živin, kyslíkuobvykle horní vrstva prokysličení, spodní bez kyslíku
Mikrobiální koroze kovů
sulfátredukující bakterie (SBR)skupina anaerobních organismůvyužívají síranový anion (sulfát) nebo i jiné kyslíkaté sloučeniny či elementární síru jako akceptory elektronů pro biologické oxidace„dýchají“ sulfátyvýskyt v půdě, vodách, usazeninách na dně moří i rybníků, naplaveninách řek
Mechanismy mikrobiální koroze
aerobní – elektrochemický procesv místě s odlišnou strukturou vzniká na povrchu železa lokální elektrický článeknáslednými reakcemi vznikají hydroxid železitý a oxid železitýbiotická anaerobní koroze – korozním činidlem je sulfanvznikají sulfidy železa
Mikrobiální koroze organických materiálů
Odolnost materiáluMateriál
nepatrně plesnivý zčásti plesnivý zcela plesnivýpolystyren +polyisobutylen +polymethylmetakrylát + +polyethylen + +acetát celulózy +polyesterová pryskyřice +nitrát celulózy + +polyuretanový kaučuk + +přírodní kaučuk +elektrotechnický papír +
příklady odolnost materiálů vůči plísním
Ochrana plastů proti mikrobiologickému napadení
Obecně: odolnost měkčených termoplastů závisí na odolnosti použitých změkčovadelodolnost reaktoplastických kompozitů závisí na odolnosti (druhu) použitého plniva
opatření:použití odolných materiálůudržování čistoty povrchuaplikace fungicidních činidel
Ochrana plastů proti mikrobiologickému napadení
fungicidní činidlaanorganická – ZnO, HgCl2, CuOorganická – deriváty fenolu, chlorované sloučeniny rtuti, mědi, síry, hexachlorbenzen, aj.
Makrobiální degradace
biodeteriorizace většími organismyzpůsobují poškozování materiálu požerem, exkrementy, prostou přítomností
Hmyz působí zejména v obalové technicetermiti
v oblastech s průměrnou teplotou > 10 °C (subtropy, tropy)škodí zejména na dřevě (potrava), syntetickémateriály jen mechanické poškození
pilous černýpoškození polyetylénu až do hl. 100 μm (i v kombinaci s 25 μm Al fólií)
dřevokazný hmyz (tesaříci, červotoči, krasci aj.)
mohou poškozovat náhodně i jiné technickémateriály (např. olověné pláště kabelů)
Obratlovci
náhodné poškození technického zařízení (zkraty)ptáci, plazi, ještěři
Hlodavci
zejména mechanické poškozenímyši, krysy, potkani
poškozují polyvinilchlorid, polyetylen, polyuretan, přírodní a syntetické kaučuky, všechny přírodní organické materiály
Opatření proti makrobiologickému napadení
stavební úpravy, čistota prostředí, mechanicképrostředky (pasti)
chemické prostředkyinsekticidy (hmyz)rodenticidy (hlodavci)fumigace
deratizační prostředkyanorganické sloučeniny (As2O3, ZnP, aj.)přírodní preparáty (strychnin, mořská cibule)syntetické organické sloučeniny
Půdní koroze
půda – fáze tuhá, kapalná, plynnápůdní koroze
koroze ve vodě s různým složenímzávislost na schopnosti vodu zadržovat nebo propouštět
propustné půdy - méně agresivnípůdy s vázanou vodou (jíly) více agresivní – vznik korozních článků
kapalná fáze – roztok elektrolytu s různým množstvím rozpuštěných plynů
Půdní koroze
pro agresivitu půdy je nejvýznamnějšítyp a soudržnost,homogenitavlhkostchemické složení půdního elektrolytu (včetně plynů)pH a redox potenciáltlumivá kapacitakolísání spodní vody
Půdní koroze
vliv faktorůbez vlhkosti je koroze kovů nepatrnápropustnosti půdy jsou méně agresivní než jílovité(vážou vodu)většina půd má pH 5 ÷ 9 (pod pH 6,5 - vysokáagresivita)ovlivňována pH, redox potenciálem a přítomnostírozpustných solízápornější hodnoty redox potenciálu – agresivnějšíúčinkyrozpustné soli zvyšují vodivost, zadržují vlhkost, majíaktivační účinky (soli Cl- , SO42
-, S2-, HS-)
Půdní koroze
plynná fáze závisí na druhu půdy hloubce ročním obdobímnožství atmosférických srážek složení povrchových vod činnosti mikroorganismůteplotěpřítomnosti bludných proudů
Hodnocení agresivity půd
pomocí rezistivityneagresivní půda při rezistivitě >100 Ω.m
Rezistivita zemin ρ /Ω.mDruh zemin
Rozsah hodnot Průměrná hodnota
Bahnitý (močálovitý) 2 ÷ 50 30Jílovitá půda 2 ÷ 200 40Nánosy apísko-jílovitá zem, humus 20 ÷ 260 100
Písek a písčitá zem 50 ÷ 3000 200 (vlhký)Rašelina > 1200 200Štěrk (vlhký) 50 ÷ 3000 1000 (vlhký)Kamenitá a skalnatá zem 100 ÷ 8000 2000
Půdní koroze
materiály ukládané do zeměoceli, litiny (doprava plynů, ropy, vody)olovo, hliník (pláště silových a telekomunikačních kabelů) – chráněné izolacemi na bázi dehtu, asfaltu, smoly, polymerů (PE, PP)
Půdní koroze
poruchy úložných zařízeníkovy - důlková nebo nerovnoměrná koroze (porušenícelistvosti potrubí, koroznípraskání)izolace - porušení izolace, koroze základního materiálu, mikrobiálníkoroze
Půdní koroze
nejrozšířenější protikorozní ochrany –povlaky (izolace), katodická ochranaúčinnost povlaků ovlivňuje
adheze izolace ke kovumalý pokles rezistivity povlaku i po dlouhé expozicimalý sklon k bobtnání, stárnutí a změnám původních vlastnostínepropustnost pro vodu i plyny i zazvučené teplotyodolnost proti mechanickému namáhání
INTERAKCE A TECHNOLOGIE PRVKŮ A
SYSTÉMŮ 5.
Degradace materiálůa zařízení v provozu
Život výrobku aneb Jak běží čas
výroba
provoz
vyřazení
požadované vstupní vlastnosti
stárnutí – degradace vlastností
ztráta funkčnosti – „důchod“
Degradace výrobku
vnější vlivy – technologické prostředízpůsob skladovánídopravyinstalacecharakter prostředí
vnitřní vlivy – vlastní provoz zařízeníkonstrukcemateriálová skladbapoužitá technologie
Technologická prostředí
elektricky nevodivá
elektricky vodivá
Koroze v elektricky nevodivých prostředích
koroze v plynech s oxidační povahou
koroze v plynech s redukční povahou
koroze v bezvodých organických nebo anorganických kapalinách
Koroze v oxidujících plynech
O2, CO2, SO2
za zvýšených teplot dochází ke vzniku korozních zplodinrychlost koroze ovlivňována vlastnostmi korozních produktůhomogenní vrstva zplodin – snížení korozenehomogenní (nebo silně porézní) vrstva zplodin –výraznější koroze
Koroze v oxidujících plynechkovy
oxidace za vzniku oxidů při zvýšených teplotách rychlost oxidace řízena rychlostí transportu kovu (kyslíku) přes oxidickou vrstvu
skla, keramikaobecně reakce s kyslíkem za vysokých teplot neprobíhají
polymerynejméně odolné proti oxidaci, reakce mohou probíhati při laboratorní teplotěmechanismus reakce závisí typu polymerunejméně odolné polymery s dvojnými vazbami Cvyšší odolnost polymery s jednoduchými vazbami
Koroze v redukujících plynechnejvýznamnějším redukčním prostředím je vodíkprůběh koroze závislý na podmínkách kontaktu kovu s vodíkemvodíková koroze – v důsledku malé velikosti vodíkového atomu
Koroze v redukujících plynechaktivace atomárního vodíku
kationy pronikají do materiálu
v místě pórů nebo trhlinek dochází k přeměně atomárního H na molekulární
nemůže dále difundovat, hromadí se
vzniká tlak rozrušující materiál → zkřehnutí, praskání
Koroze v redukujících plynech
pronikání vodíku do kovu je závislé na adsorpci vodíku na povrchudifúzi vodíku kovemrozpustnosti vodíku v kovu
projevy zkřehnutív mědi reakce vodíku s kyslíkem za vysokých teplot (vodní pára)v oceli reakce vodíku s uhlíkem za vysokých teplot (methan)reakce oceli na amoniak, dusík
Koroze v elektricky vodivých prostředích (kapalinách)
umožněna existencí iontů vzniklých disociací korozního prostředí
působení vody a vodných roztoků na konstrukční materiály
rychlost koroze ovlivňována řadou činitelů (mechanické nečistoty, mikroorganismy, chemické děje v roztoku, proudění kapaliny, teplota)
Dělení vod z korozního hlediskačistá destilovaná vodapitná voda (studniční, upravovaná říční, minerální)průmyslová voda (chladící, technologická, apod.)odpadní voda (ze sociálních zařízení, apod.)
Koroze v kapalném prostředí
kovytvorba filmu elektrolytu na povrchu kovuoxidačně-redukční děj
oxidace kovu (reakce anodická) redukce složek prostředí (reakce katodická)
pasivní korozekorozní produkty mají ochrannou funkci pasivní vrstva 1 ÷ 10 nmkorozivzdorné oceli, Al, Ti, Zn, Cr
Koroze v kapalném prostředí
aktivní korozezhoršující se působení prostředíkorozní produkty nevznikají nebo jsou rozpustné(koroze např. Cu, Ni, Ag)vznikající korozní produkty nemají ochranný charakter (koroze Fe)
Koroze v kapalném prostředíoxidická skla, keramika
vyšší korozní odolnost než kovyrozpouštění jednotlivých složek materiálu
koroze skelvyluhování pohyblivých složek (ionty Na+, Ca2+, Pb2+, atd.)rozpouštění skla jako celku v důsledku štěpení vazeb mezi SiO4
4-
vznik sekundárních vrstev na povrchu skla v důsledku srážení složek roztokuvliv chemického složení na chemickou odolnost skel
Koroze v kapalném prostředípolymery
ve vodných roztocích poměrně odolnémenší odolnost vůči organickým rozpouštědlůmkoroze i uvnitř materiálu (volný objem mezi molekulami)korozní působení je fyzikální a chemické povahy
korozní odolnost polymerů vůči vodným roztokům ovlivňuje
polarita (lépe odolávají nepolární)krystalický podíl (rostoucí zvyšuje odolnost)dvojné vazby (přítomnost zhoršuje odolnost)atomy halogenů (přítomnost zvyšuje odolnost)
Rozdělení degradačních procesůpodle vnějších příčin
degradace mechanickým zatěžováním
degradace tepelným zatěžováním
degradace chemická (koroze)
degradace zářením
Degradace mechanickým zatěžováním
deformace
lom
únava
opotřebení
Degradace mechanickým zatěžováním
deformace - změna tvaru materiálu způsobená vnějším namáháním
elastická (přechodná změna)plastická (trvalá změna – za mezí kluzu)
lom - oddělení jednotlivých částí materiálu působením mechanické síly
porušování chemických vazeb v materiálupříčina vzniku lomu – defekty ve struktuře (mikrotrhliny, dutiny, nečistoty)lomy houževnaté (tvárné materiály)lomy křehké (křehké materiály - reaktoplasty, sklo, keramika, některé kovy za nízkých teplot)
Degradace mechanickým zatěžováním
únava - změny vlastností materiálů vedoucí ažk jejich porušení vlivem cyklického (obecněproměnného) namáhání
opotřebení - souhrn změn povrchu a jeho rozměrůvlivem kontaktu s jiným materiálem nebo médiem
abrazivní – poškození tvrdými částicemi nebo jiným drsným povrchem (rýhy)adhezivní – poškození na styku dvou nerovných povrchůmateriálůerozivní – poškození pevnými částicemi nesenými proudem kapaliny nebo plynukavitační – v proudících kapalinách při náhlém vzrůstu rychlosti proudění
Degradace tepelným zatěžováním
tečení
poškození náhlými změnami teplot
chemický rozklad
Degradace tepelným zatěžováním
tečení (creep) - pomalá plastickádeformace při mechanickém napětív elastické oblasti při zvýšené teplotě
kombinace mechanické a tepelnédegradace
příčiny tečení materiálů: pohyb dislokacídifúze vakancípokluz po hranicích zrnviskózní tok
Degradace tepelným zatěžováním
poškození náhlými změnami teplotvznik teplotních gradientůvznik vnitřního pnutíplastická deformace až lom materiálu
chemický rozklad - štěpení molekul (zejména polymerů) na menší části při zvýšených teplotách
Degradace zářením (radiačnípoškození kovů)
v jaderné energetice různé typy zářenív jaderných reaktorech zejména proud neutronů
vzrůst koncentrace bodových poruchlokální zvýšení teploty materiálupři vysoké koncentraci poruch - radiační zkřehnutízhoršení korozní odolnostiza zvýšených teplot možný rozvoj radiačního creepu
Degradace zářením (degradace polymerů ultrafialovým zářením)
největší vliv záření s vlnovou délkou 290 ÷ 400 nmabsorpce záření → excitovaný stav polymeru →nestabilita molekulyzesílení vlivu záření současným působením kyslíkuvnější projevy: změny barvy, zhoršenímechanických vlastností, vznik povrchových trhlin
Degradační účinky prachu
ve všech podnebních oblastech a provozních prostředíchdáno vlastnostmi prachu a podmínkami, za kterých dochází ke zvýšené prašnostiúčinky prachu
primární (zhoršený odvod tepla)sekundární (rozpustný prach zvyšuje povrchovou vodivost)
Degradační účinky prachu
velikost částic doba usazování
100 μm 180 s10 μm 360 s1 μm 9 h
0,1 μm 900 h0,05 μm > 75 dní
prostředí prašnostvenkov bez průmyslu 0,002 mg.m-3
městská ulice s bezprašnou vozovkou
1 ÷ 3 mg.m-3
papírna 1 ÷ 3 mg.m-3
slévárny železa 20 ÷ 50 mg.m-3
cementárny 100 ÷ 400 mg.m-3
Doba usazováníprachových částic
Stupeň prašnosti (dán velikostí zdroje prachu)
Degradační účinky prachu na elektrotechnická zařízení
brusné (abrazivní) účinky brusný prostředek v pohyblivých částech zařízenív měřících přístrojích zhoršení citlivosti zvětšeným třenímpoškození hlaviček v magnetických záznamových médiíchzhoršení spolehlivosti čtení optických médií
chemické účinkyusazený na povrchu udržuje zvýšenou vlhkost (hygroskopičnost)v oleji způsobuje okysličovánípřispívá k rozvoji mikrobiálního napadení
Degradační účinky prachu na elektrotechnická zařízení
sedimentační účinkyna povrchu izolantů a izolátorů vytváří vodivé povrchyna kontaktech a relé zvětšuje jejich přechodový odporucpává ventilační kanályna povrchu svítidla pohlcuje až 60% světla
INTERAKCE A TECHNOLOGIE PRVKŮ A
SYSTÉMŮ 6.
Klimatotechnologickézkušebnictví
Klimatotechnologickézkušebnictví
cíl: zvyšování jakosti a spolehlivosti výrobků, prodloužení životnosti výrobkupostup
specifikace působícího prostředístanovení dominantních činitelů prostředístanovení vhodných diagnostických metodvyhodnocení získaných výsledků
Zkoušky v přírodních podmínkách
v přírodní atmosféřev přírodní voděv mořské voděv půděv plynechv prostředí průmyslových provozůpři vysokých teplotách aj.
Zkoušky v přírodních podmínkách
vyžadujípřítomnost kvalifikovaného personáluvybavení pro exaktní měřenívýběr vhodného místametodicky zajištěnou organizaciúplné sledování a vyhodnocování atmosférických dat
nedostatkydlouhodobostvysoké nákladylokální platnost výsledků
Laboratorní zkoušky
napodobující
urychlené
cyklické
modelové
nepřímé
Laboratorní zkoušky - modelovénevýhody modelových zkoušek
nejsou ekvivalentní prostředíjde pouze o zobecněný model (bez konkrétních podmínek)zjednodušené působení prostředí (až na 1 činitel)nelze odhadnout zkreslení účinků (pro velmi složitáprostředí)výsledky mají pouze relativní význam
výhody modelových zkoušekposkytují pohotově informace o vlivu stanovených činitelůvhodné pro porovnání více materiálů
Nepřímé zkušební metody
měření řady fyzikálních a chemických vlastností všech složek soustavy
vytváření matematických modelů
Zkoušky elektrických prvků a systémů v agresivních prostředích
sledování změn rozhodujících elektrických parametrůzákladní skupiny metod modelují:
účinky plynných exhalací rozpustných ve voděúčinky plynných exhalací nezávislých na tvorběelektrolytu
Zkoušky elektrických prvků a systémů v agresivních prostředích
důsledky vlivu agresivního prostředí na elektrické zařízení
změny povrchových vlastností izolačního systému (vzniklým elektrolytem)změny vnitřních vlastností izolačního systému (difúzíelektrolytu – nosiče el. náboje)
dominantní činitele pro realizaci zkoušekzvýšená teplotazvýšená vlhkostdruh chemického znečištění
Zkoušky modelující agresivníúčinky prostředí s exhalacemi
rozpustnými ve vodě
Zkoušky v prostředí znečištěném SO2
SO2 v ovzduší nemá výraznéúčinky na samotné izolantynutnost zkoušek v případech, že:
izolant tvoří tenkou vrstvu na kovuzáleží na povrchových elektrických vlastnostech izolantuizolační součást je spojena s nedokonale chráněným kovem nebo spojuje dvě kovové části
Zkoušky v sulfidačním prostředí- znečištění H2S
urychlení zkoušek proti reálných podmínkám je velmi značnézjištění odolnosti
kontaktů a spojů ze slitin stříbra jiných ušlechtilých kovů s obsahem stříbra
v přírodních podmínkáchvznik sulfidačních vrstev působením H2S, SO2- obsahují Ag2S i Ag2Ov laboratorních podmínkách - vrstvy pouze z Ag2S
Zkoušky v prostředí znečištěném NH3
zemědělské a chemické provozyzjištění korozní odolnosti
kovových částí elektrického zařízení (zejména slitin Al)izolantů a konstrukčních kombinací izolantů a kovů
nízké koncentrace - obdoba působení čisté vlhkostivysoké koncentrace - výrazný vliv na lisovacífenolformaldehydové hmoty a laky na fenolové bázi NH3 ve vrstvě vody - zhoršení el. vlastností (Ep)
Zkoušky v prostředí se solnou mlhou
znečištění NaCl a dalšími látkami rozpustnými ve vodě
vznik agresivního elektrolytu
zkoušky izolantů v kombinaci s kovy (oceli, Al slitiny) a záleží-li na povrchové vodivosti samotných izolantů
ověřují se izolátory, svorkovnice a izolanty tvořící povrchovou cestu mezi dvěma nebo více živými částmi
Zkoušky v prostředí s parami HCl
při výrobě HCl, PVC a v textilních provozechvelmi agresivní prostředíinstalace jen nejnutnějších elektrických zařízení (pohony, spínače, jističe, apod.) v hermeticky uzavřených provedeníchzkoušky elektrotechnických materiálů, povrchových ochran, výjimečně kompletních výrobků
Zkoušky v prostředí s oxidy dusíku
při výrobě kyseliny dusičné, při syntézách nitrózních sloučenin s dusičnými hnojiv a v dalších provozechvelmi agresivní prostředíelektrická zařízení v hermeticky uzavřeném provedení
prostředí s velkou vlhkostí a koncentrací HNO3- jedno z nejagresivnějších
zkoušky elektrotechnických materiálů, povrchových ochran, popř. jednotlivých částí
Zkoušky modelující agresivníúčinky exhalací nezávislých
na tvorbě elektrolytu
Zkoušky v parách a kapalinách organických rozpouštědel
vliv par alkoholů, benzínu, benzenu, chlorovaných uhlovodíků aj. látek chemické provozy, výroba a čistírny textiluověřování odolnosti izolantůvliv kapalných organických rozpouštědel zejména na plášťovinu kabelů a na izolační materiály elektrických točivých strojů
Zkoušky odolnosti proti SF6 a produktům jeho rozkladu
produkty rozkladu působí agresivně v suché i vlhkéatmosféřeověřuje se odolnost materiálů v obou prostředích
Zkoušky odolnosti proti freonu a produktům jeho rozkladu
rozklad nastává zejména při vyšších teplotách, do určité míry i při provozní teplotěprodukty rozkladu působí zejména na izolantyzkouška modeluje tepelné stárnutí izolantů ve freonu (za předpokládané teploty a tlaku)urychlení děje zvyšováním teploty podle Arheniovazákona
Zkoušky prachem
prach - vytváří agresivní prostředínerozpustné složky - mechanický činitelrozpustné složky - elektrolytzkoušky modelují složení prachu a jeho působenív předpokládaném prostředí
INTERAKCE A TECHNOLOGIE PRVKŮ
A SYSTÉMŮ
Vliv materiálů a technologií na
zdraví člověka a prostředí
7.
Klasifikace škodlivých látek
určující charakteristikybiologická rozložitelnosttoxicita
rozdělení organických látek dle rozložitelnosti a toxicity
biologicky rozložitelné netoxickébiologicky rozložitelné toxickébiologicky nerozložitelné netoxickébiologicky nerozložitelné toxické
Hodnocení toxicity látek
toxicita – schopnost chemické látky vyvolávat poškození (intoxikaci)
hodnocení toxických látekDL50 - střední smrtící dávka / mg.kg-1
množství škodlivé látky, které způsobí smrt 50 % pokusných zvířat
NPK - nejvyšší přípustná koncentrace / mg.m-3
koncentrace, která nezpůsobí v organismu nepříznivéreakce
Hodnocení toxicity látek
práh toxického účinku biologická změna mimo rozmezí adaptace vnitřního prostředí organizmu
zdravotní nebezpečnost materiálůA - stupeň akutního rizikaCH - stupeň chronického rizika
Rozdělení toxických látek
látky s účinkyvšeobecnými - poškozování životních funkcísystémovými - poškození orgánůdráždivými - poleptání pokožkydusivými - blokování krevního barviva
hodnocení čichového vjemuČP - čichový práh (neexistuje čichový vjem)PP - pachová práh (čichový vjem pozitivní u 50 % posuzovačů)
Rozdělení toxických látek
látky poškozujícícentrální nervový systémneurovegetativní systém
více toxických látek působíneúměrně zvýšeným účinkem (synergizmus)zmenšeným účinkem (antagonizmus)
Další účinky toxických látek
toxicitasamoreplikujícíalergizující (chorobná přecitlivělost na určité látky) mutagenní (indukce dědičných změn v genech buněk)karcinogenní (mutagenní změny s následným vznikem rakoviny)teratogenní (indukce vývojové poruchy vyvíjejícího se plodu)
Karcinogenní látky
obsaženy v exhalacích ze spalování paliv, ve výfukových plynech aut,látky málo rozpustné, kumulují se v sedimentechvyvolávají nádory
zhoubné (maligní)nezhoubné (benigní)
Hořlavé látky
rizika zdravotní, ekologická
hořlavostI. třída - do bodu vzplanutí 21 °CII. třída - bod vzplanutí mezi 21 ÷ 55 °CIII. třída - bod vzplanutí mezi 55 ÷ 100 °CIV. třída - bod vzplanutí mezi 100 ÷ 250 °C
Zdravotní škodlivost materiálů
Škodlivost magnetických materiálů
magnety na bázi vzácných zemin a kobaltuprach při dlouhodobém působení vyvolává alergie na pokožce a sliznicích
magneticky tvrdé ferityve vlhku uvolňují toxické barnaté soli
Škodlivost neželezných kovů
olovo, arzén - toxické látky
nikl, kadmium, chróm - karcinogeny
berylium - nejtoxičtější pevná látka s akutním i chronickým rizikem
samarium - alergické reakce na rukou
Škodlivost ušlechtilých kovů
masivní výrobky – nezávadnéaerosoly, prášky – vážné zdravotní komplikaceušlechtilé kovy (zejména platinové) – alergiestříbro - argyrie
Škodlivost těžkých kovů
prvky s hustotou > 5 g.cm-3
v nízkých koncentracích nezbytné pro životnípochody (stopové prvky)ve vyšších koncentracích toxickéu člověka narušují nervovou soustavu, ledviny, jsou zdrojem mutací, nádorů
Průmyslové obory produkujícítěžké kovy
Obor Nejčastější sloučeniny prvkůbarvy a laky Hg, Cr, Pb, Zn, Ti, Al, Ba, Srdoprava Pbelektrotechnika Ag, Se, Ge, Mn, Ni, Pb, Cu, Hghutní průmysl Al, Cr, Mo, Ni, Pb, Vchemický průmysl Fe, Al, W, Mo, Zn, Pb, Cu, Hg
papírenský průmysl Ti, Zn, A1, Ba, Sr, Cr, Se, Cu, Hgpolygrafický průmysl Zn, Cr, Ni, Cd, Cu, Pbpovrchová úprava kovů Cr, Cu, Ni, Zn, Cd, Fe, Al
Průmyslové obory produkujícítěžké kovy
Obor Nejčastější sloučeniny prvkůspalování topných olejů V, Ni, Zn, Cuspalování uhlí As, Ti, Al, Ge, Se, Hg, Be, Zn, Mo,
Ni, Pbtextilní průmysl Cu, Zn, Cr, Pb, Fetěžba a zpracování rud Fe, Zn, Hg, As, Se, Mn, Cutěžba uhlí Fe, Al, Mn, Ni, Cu, Znzemědělství Hg, As, Cu, Zn, Ba, Cd, Mnzpracování kůží Cr, Al, Fe
Působení vybraných toxických kovů
bariumstimuluje svalovou a srdeční činnostnepříznivý účinek na nervový systém
hliníkprokázaná fytotoxicitau člověka případné neurotoxické účinky
kadmiumzesiluje toxické účinky jiných kovů (Zn, Cu)kumuluje se v ledvinách, játrech, trávicím ústrojínegativní vliv na reprodukci savcůkarcinogenní účinky
Působení vybraných toxických kovů
rtuťvysoká toxicita, zasahuje centrálnínervový systém člověka
olovokumuluje se v kostech, játrech, ledvináchzpůsobuje chronické otravy
arsenvytváří toxické sloučeniny vyvolává chronická onemocněníkarcinogenní účinky
Působení vybraných toxických kovů
selenkarcinogenní účinkykazivost zubů
chromkarcinogenní účinky
niklkarcinogenní účinky
Působení vybraných toxických kovů
vanadve větších koncentracích toxickýdráždí pokožku, narušuje biochemické procesy
beryliumkarcinogenní účinky, dermatóza poruchy dýchacího ústrojí
Škodlivost polovodičů
monokrystaly sloučenin AIIIBV – GaP, GaAspři roztavení vznik
vysoce toxického bílého fosforuoxidu arzenitéhoarzenovodíku
Škodlivost plynů používaných v elektrotechnice
směsi plynů pro elektronikuvysoce toxické, charakteristický zápachfosfin – nervový a buněčný jed, poškozuje srdce, játra ledvinyarzin – horečka, selhání nervůdiboran – dráždí pokožku, sliznice, oči, horečka, zánět plic
Škodlivost plynů používaných v elektrotechnice
ozón – vysoce toxický, specifický pach
vodík – s kyslíkem resp. vzduchem vznik třaskavésměsi
dusík, vzácné plyny – netoxické, příp.deficit kyslíku (obsah pod 16 %)
Škodlivost plynů používaných v elektrotechnice
oxid uhličitý – ve větším množství způsobuje deficit kyslíku
fluorid sírový – do 200 °C chemicky stabilní, při el. oblouku rozklad na toxické produkty
dichlordifluormetan – v el. oblouku vznik toxického fosgenu
Škodlivost kapalných izolantů
minerální olejepři úniku ekologická katastrofa
syntetické kapalinyPCB ekologická i zdravotní závadnostkožní projevy, poškození jater, reprodukční problémy, karcinogenní účinky
Škodlivost anorganických pevných izolantů
azbest – azbestóza, karcinogen
křemenný prach – silikóza
sklo – prach do pokožky, trávicía dýchací soustavy
keramika – prach z beryliovékeramiky – vysoká toxicita
Škodlivost syntetických organických pevných izolantů
hořlavost - souvisí s chemickým složenímprůvodní jevy
vysoká teplotaodčerpání kyslíkutoxické zplodinyuvolňování hořících kapekškodlivé dýmy
Škodlivost syntetických organických pevných izolantů
toxické produkty – monomery, aditiva (iniciátory, katalyzátory, stabilizátory, změkčovadla, retardéry, barviva, antioxidanty)
negativní působení se projevuje při:výrobězpracovánídegradacizneškodňování
Příklady působení organických pevných izolantůpolyvinylchlorid
výroba - monomer vinylchlorid (karcinogenní)degradace - vinylchlorid, chlor, fosgen, dioxinyspalování - chlorovodík, chloralternativní materiály za PVC
polyetylén (PE), polypropylén (PP), polyetyléntereftalát (PET), etylenpropylendien (EPDM)
polystyrenvýroba - monomer styréndegradace – freony
Příklady působení organických pevných izolantů
polyuretanyvýroba - retardéry hoření – halogenyzpracování - toxické látkydegradace - freony, NOX, acetonitril, akrylonitril, benzonitril, izokyanáty
epoxidyvýroba - tvrdidla - hořlaviny, žíraviny, zpracování - polyadiční produkty - metylchlorid, etylchlorid (kožní vyrážky)
Příklady působení organických pevných izolantů
syntetický kaučuk (chloroprén)kopolymer SBR (styrenbutadien)
degradace v provozu – karcinogenní látkyspalování – chlorovodík, dioxiny
Tepelná stabilita a rozkladnéprodukty plastů
Materiál Teplota rozkladu / °C Produkty rozkladu
polyethylen 350 alifatické uhlovodíky, COpolyvinylchlorid 100 uhlovodíky, chlorovodík, benzen, fosgen polyamidy 250 estery, amoniak, CO2, ketony, nitrily polykarbonáty 200 CO2, CO, formaldehyd, benzen, fenol, chlorovodík polyestery, alkydové p. 280 ÷300 CO2, CO, methylalkohol, fosgen polyoxymethylen(polyformaldehyd)
250 kyselina mravenčí, formaldehyd
epoxidové pryskyřice 150 ÷ 200 CO2, CO, methylchlorid, ethylchloridfenolformaldehydové p. 300 CO2, CO, amoniak, methylalkohol, fenol, kyan organokřemičitépolymery 250 ÷ 300 formaldehyd
polyuretany 80 ÷ 120 NOX, acetonitril, akrylonitril, benzonitril, izokyanátypryže 200 ÷ 250 sloučeniny síry, CO, CO2
INTERAKCE A TECHNOLOGIE PRVKŮ A
SYSTÉMŮ 8.
Vliv elektrotechniky na životní prostředí
Energetický průmysl
jeden z největších znehodnocovatelů životního prostředíekologicky závadné faktory - v každé formě výroby elektrické energie
elektrárnyrozvodné sítě
ELEKTRÁRNY
Uhelné elektrárny
dlouhodobě největší podíl výroby elektrické energienegativní dopady na životní prostředí
devastace přírody (uhelné doly povrchové, hlubinné)přeprava uhlí (zvýšená prašnost)skladování uhlí (nebezpečí samovznícení)úprava uhlí (palivové kombináty – kapalný odpad s částicemi uhlí)spalování uhlí (znečištění ovzduší kouřovými plyny, tuhými látkami, chemickými škodlivinami, produkcíCO2, tepla a vlhkosti)
Uhelné elektrárny
tuhé látkypopel, škvára, popílek
odstraňování tuhého odpadu
zachycovánív odlučovačích – složištěstrusky a popelasuchý stabilizát – vázánípopelovin na vhodné látky
Uhelné elektrárnychemické škodliviny
SO2, NOX, CO2
před spalováním snížení obsahu síry tříděním a rozdružováním
při spalovánísnížení obsahu síry přídavkem mletého vápence nebo použití fluidní spalovacítechniky
po spalovánísekundární opatření – dodatková zařízenímezi kotlem a komínem odsíření a denitrifikace spalin před vypuštěním do ovzduší
Uhelné elektrárny
radioaktivní látkyuran, thorium a rozpadové produkty ze zemské kůry
toxické látkyrtuť, kadmium, olovo (toxické látky) ze spalinarzén, chlor, fluor (karcinogenní látky) ze spalin
odpadní teploúčinnost uhelné elektrárny – 40 %zvýšená spotřeba chladicí vody
Elektrárny na topný olej a zemníplyn
menší zdravotní rizikanegativní dopady na životní prostředí
průzkum ložisek a těžba ropy - poruchy a haváriedoprava ropy - havárie tankerů, čistící operacezpracování ropy - plynné a kapalné odpady
- spotřeba chladicí vody- zápach v okolí rafinérie
Elektrárny na topný olej a zemníplyn
zemní plynnejčistší fosilní palivorizika při průzkumu ložisek a těžběpřípadné odsiřování s exhalací síryhlavní složka metan – riziko exploze
Elektrárny na topný olej a zemníplyn
zemní plynpoměrné hodnoty emisí při spalování (vztaženék zemnímu plynu)
emise uhlí ropa plynSO2 400 300 1NOX 2 1,3 1CO2 3 1,6 1
Jaderné elektrárny
neznečišťují ovzduší kouřovými plynyneprodukují CO2
zabírají menší plochu
ale
nebezpečí úniku radioaktivity
Jaderné elektrárny
negativní dopady na životní prostředítěžba a zpracování uranové rudyprodukce radioaktivních odpadůvelký nevratný odběr vody
Vodní elektrárny
využití obnovitelné energienení produkce odpadů a škodlivin
Negativní dopady na životní prostředíakumulační elektrárny
velká zatopená plochalikvidace ekosystémuvliv na geologické a hydrologicképoměry v podložíusazování sedimentů - znečištěnípodzemních vodriziko protržení hráze s následky
Vodní elektrárny
průtočné elektrárnyminimální škodlivé účinky na okolínepatrné zvětšení vodní plochyojediněle větší eroze dna řeky
přečerpávací elektrárny zničení ekosystémů závislých na průtoku vodyobdoba malých průtočných elektráren
Negativní dopady na životní prostředí
ROZVODNÉ SÍTĚ
Rozvodné sítě
největší nepříznivé účinky - přenosovésítě vn, vvn a transformátorové stanicevliv silného elektromagnetického pole na člověka
riziko nádorových onemocnění mozkunebezpečí vzniku leukémievýskyt migrén a bolestí hlavy
vliv přenosových nadzemních sítí na průmysl
problémy v leteckém provozu, lesnictví, zemědělství
Rozvodné sítě
vliv transformátorových stanic na prostředízdroj požárůzdroj nadměrného hlukunebezpečí ekologické havárie při úniku olejů
PROBLEMATICKÉ TECHNOLOGIE V ELEKTROTECHNICE
Povrchové ochrany s funkčními vlastnostmi
povrchová ochrana kovových částí elektrických zařízení v agresivních prostředích galvanicky vyloučené povlakyprotikorozní ochrana – kadmium
jednoduchá technologie nanášení a dobrá účinnost proti korozidobrá pájitelnost při užití neagresivních pájekdobré kluzné vlastnostimalá objemnost korozních produktůdlouhé zachování povrchové vodivostidobrá odolnost bimetalického spoje Cd-Alaleproblémy se zneškodňováním kadmia v odpadních vodách
Povrchové ochrany s funkčními vlastnostmi
další použití kadmiastabilizátor do plastůpigmenty nátěrových hmotpřísada do Cu pro zlepšení mechanických vlastnostípřísada do pájekelektrody v alkalických akumulátorech
náhrada kadmiových povlakůzinek – průmyslově znečištěná prostředírezolové nebo elektroforeticky nanášené povlakypro dobrou pájitelnost – povlaky cínové, niklové, slitinové
Zařízení a technologie používajícíchlorované organické látky
Polychlorované bifenyly (PCB)výskyt ve všech složkách ekosystémů
kontaminace mořské faunydešťová vodačistírenské kalypůdapitná voda
Zařízení a technologie používajícíchlorované organické látky
technické směsi PCBvýborné dielektrické vlastnostichemicky stálé (do 300 °C)snižují hořlavostnemísí se s vodou
použití PCBtransformátorykondenzátorykabelyelektroinstalacezměkčovadla plastů, lakůpřísady do barevhydraulické kapaliny
Zařízení a technologie používajícíchlorované organické látky
výroba PCB ukončena ve vyspělých zemích 1977v ČR 1986
likvidace PCBskládkování jako nebezpečný odpadchemický rozkladspalování ve speciálních spalovnách (1200 °C)
Izolační systémy budících vinutíelektrických strojů
speciální technologické a konstrukční požadavkyodolnost vůči teplotěodolnost vůči mechanickému namáháníodolnost vůči agresivnímu prostředíodolnost vůči elektrickému oblouku
izolace na bázi reaktoplastických kompozitůprodukty vznikající při technologickém zpracováníkompozitu – závisí na druhu použitého pojiva a výztuže
Složky a produkty tepelnédegradace izolantů
Konstrukční materiál Organická složka Produkty tepelné degradaceohebný mikanit 16 155 polyesterimidová pryskyřice CO, CO2, NH3, NO2, styren bandážovací páska Veoroband akrylová pryskyřice akrylátový monomer
vodič CSA organokřemičitý polymer formaldehyd
remika páska 45 250 epoxidová pryskyřice CO, CO2, aceton, uhlovodíky
drážková izolace NE-F 100/50
polyesterový polymer CO, CO2, acetaldehyd
elektroizolační lak S1901 alkydová a fenolická pryskyřice CO, CO2, acetaldehyd, fenol
elektroizolační lak S 2013 alkydová pryskyřice CO, CO2, acetaldehyd
tvrzená tkanina epoxidová pryskyřice CO, CO2, aceton, uhlovodíky
ohebný remikanit 43255 fenolické pojivo fenolMikafolium 11010 papír, šelak CO, CO2
azbest – vláknitý nerostpro elektrotechniku chryzotil
zpracování azbestu provazce, šňůry, příze, tkanice, lepenka papír aj.
oddělování vlákenprůměr < 3 mm, délka 5 mmstupeň nebezpečnosti azbestu závisí na:
chemickém složenístruktuře vlákenprostředí (prach, dým)
Izolace na bázi azbestu
Pájení v elektrotechniceškodlivé látky vznikající při pájení
měkké pájení - organickározpouštědla, čisticí prostředky tvrdé pájení - Fe, Cu, Cr, Ni, Al, Si, Sn, O3, CO, CO2, NOXaerosoly toxických látek kovovépovahy (Mn, Cr, Be, Cu, Zn)fluorid, chloridy (z čisticích prostředků)ekologické škodliviny (nitrózní plyny, CO, CO2)
snížení exhalací toxických látekvolba vhodného typu pájky, tavidlavhodná technologie pájení
PRŮMYSLOVÉ ODPADNÍ VODY
Průmyslové odpadní vody
složení průmyslových vod závisí na charakteru výroby
druhy odpadních vodtechnologickáchladicísplaškovásrážková
Průmyslové odpadní vody
průmyslové odpadní vody obsahujíorganické látky biologicky rozložitelnéorganické látky biologicky nerozložitelné (obtížně rozložitelné)toxické organické nebo anorganické sloučeninyanorganické rozpuštěné solianorganické rozpuštěné látky kyselé nebo zásaditévyšší koncentrace anorganických živinnerozpuštěné látky organické a anorganickéradioaktivní látkytepelné znečištěnímikrobiologické znečištění
Odpadní vody z povrchovéúpravy kovů
galvanické pokovování – koncentrované roztoky toxických chemikálií (těžké kovy, kyanidy, sloučeniny chrómu, aj.)rozdělení dle složení znečišťujících látek
alkalické vody z odmašťováníkyselé vody z mořeníkyanidové vody alkalickéchromové vody kyselé
Odpadní vody z povrchovéúpravy kovů
čistírenské procesyneutralizacesrážení těžkých kovůoxidační a redukční postupyvýměna iontůrecirkulace oplachové vody
Odpadní vody ze zpracování ropy
obsahují ropné látky volné, emulgované, rozpuštěné
čištění vod je několikastupňovémechanický stupeň (volné látky)čiření (emulze)biologický stupeň
Odpadní vody z chemického průmyslu
nejvíce proměnlivé, nejhůře čistitelnétypy odpadních vod
z anorganických výrobz organických výrob
vody obsahujínerozpuštěné anorganické látkykyselinyrozpuštěné solitěžké kovy (Cu, Zn, Pb, Ba, Hg, aj)toxické chemikálie (chlor, sulfidy)organické látky
Odpadní vody z výroby buničiny a papíru
kyselé prostředí – sulfitová celulózaalkalické prostředí – sulfátová celulóza
vody obsahují organickéznečištění obtížně rozložitelnéčištění
mechanicko-biologická čistírna
z výroby papíru - mechanickénečistoty (plnidla, vlákna)čištění
sedimentace, flotace nebo filtrace
Odpadní vody z textilního průmyslu
obsahují anorganické i organické látkyčištění
mechanické a biologické– odstranění všech škodlivin
INTERAKCE A TECHNOLOGIE PRVKŮ A
SYSTÉMŮ 9.
Odpadovéhospodářství
Legislativa odpadového hospodářství
185/2001 Sb. Zákon o odpadech a o změně některých dalších zákonů
352/2005 Sb. Vyhláška o podrobnostech nakládání s elektrozařízeními a elektroodpady a o bližších podmínkách financování nakládání s nimi
(Vyhláška o nakládání s elektrozařízeními a elektroodpady)
7/2005 Sb. Zákon o zpětném odběru a odděleném sběru OEEZ
WEEE 2002/96/EC Směrnice o opětovném použití elektrozařízení
RoHS 2002/95/EC Směrnice zakazující použití nebezpečných látek v elektrických a elektronických výrobcích
Systémy EMAS a ISO 14001 pravidla čistší produkce
Nařízení REACH k registraci, hodnocení a povolování chemických látek
Zákon o odpadech č. 185/2001 Sb.
zákon stanovípravidla pro předcházení vzniku odpadů a pro nakládání s nimi při dodržování ochrany životního prostředí, ochrany zdraví člověka a trvale udržitelného rozvoje,práva a povinnosti osob v odpadovém hospodářství,působnost orgánů veřejné správy
působnost zákonanakládání se všemi odpady kromě výjimek (např. odpadních vody, odpady drahých kovů, radioaktivní odpad, odpady trhavin, výbušnin a munice)
Vybrané základní pojmyodpad - každá movitá věc, které se osoba zbavuje nebo máúmysl nebo povinnost se jí zbavit a přísluší do některé ze skupin odpadů
nebezpečný odpad - odpad uvedený v Seznamu nebezpečných odpadů uvedeném v prováděcím právním předpise a jakýkoliv jiný odpad vykazující jednu nebo více nebezpečných vlastností
komunální odpad - veškerý odpad vznikající na území obce při činnosti fyzických osob, s výjimkou odpadů vznikajících u právnických osob nebo fyzických osob oprávněných k podnikání
odpadové hospodářství - činnost zaměřená na předcházenívzniku odpadů, na nakládání s odpady a na následnou péči o místo, kde jsou odpady trvale uloženy, a kontrola těchto činností
Vybrané základní pojmynakládání s odpady - jejich shromažďování, soustřeďování, sběr, výkup, třídění, přeprava a doprava, skladování, úprava, využívání a odstraňování
skládka odpadů - technické zařízení určené k odstraňováníodpadů jejich trvalým a řízeným uložením na zemi nebo do země
sběr odpadů - soustřeďování odpadů právnickou osobou nebo fyzickou osobou oprávněnou k podnikání od jiných subjektů za účelem jejich předání k dalšímu využití nebo odstranění
úprava odpadů - každá činnost, která vede ke změněchemických, biologických nebo fyzikálních vlastností odpadů(včetně jejich třídění) za účelem umožnění nebo usnadnění jejich dopravy, využití, odstraňování nebo za účelem snížení jejich objemu, případně snížení jejich nebezpečných vlastností
Vybrané základní pojmymateriálové využití odpadů - náhrada prvotních surovin látkami získanými z odpadů, které lze považovat za druhotnésuroviny, nebo využití látkových vlastností odpadů k původnímu účelu nebo k jiným účelům, s výjimkou bezprostředního získání energie,
energetické využití odpadů - použití odpadů hlavnězpůsobem obdobným jako paliva za účelem získání jejich energetického obsahu nebo jiným způsobem k výrobě energie
Nebezpečné vlastnosti odpadůvýbušnost - odpady mohou explodovat působením tepelných podnětů nebo mohou vybuchovat po nárazu nebo v důsledku tření
oxidační schopnost - látky jsou schopny uvolňovat kyslík a poskytovat ho jiným látkám, a tím vyvolat v kontaktu s jinými látkami vysoce exotermické reakce
hořlavost, vysoká hořlavost - plynné, kapalné a tuhéodpady
dráždivost škodlivost zdravítoxicita
Nebezpečné vlastnosti odpadůkarcinogenita – schopnost vyvolávat rakovinné bujení
žíravost - odpad, který způsobí v místě kontaktu nevratnou destrukci tkáně, odpad je žíravý, jestliže:
obsah látek, které mohou způsobit těžké poleptání je v celkovékoncentraci ≥ 1 %;obsah látek, které mohou způsobit poleptání je v celkovékoncentraci ≥ 5 %;obsah látek hodnocených jako dráždivé, které mohou způsobit těžképoškození očí, je v celkové koncentraci ≥ 10 %;obsah látek hodnocených jako dráždivé, které mohou způsobit dráždění očí, dráždění dýchacích orgánů a dráždění kůže, je v celkové koncentraci ≥ 20 %;
Nebezpečné vlastnosti odpadůinfekčnost - odpad obsahuje patogenní mikroorganismy s dostatečnou virulencí v koncentraci nebo množství, kteréby v případě expozice člověka nebo zvířete mohly vést k jejich onemocnění
teratogenita - schopnost látky vyvolat vrozenou vývojovou úchylku vyvíjejícího se plodu
mutagenita - schopnost vyvolat genetickou mutaci
schopnost uvolňovat vysoce toxické nebo toxicképlyny ve styku s vodou, vzduchem nebo kyselinami- nebezpečná vlastnost pokud je rychlost uvolňování plynů≥ 1l.kg-1.h-1
Nebezpečné vlastnosti odpadůschopnost uvolňovat nebezpečné látky do životního prostředí při odstraňováníekotoxicita - odpady, které představují akutní či pozdnínebezpečí v důsledku zatížení životního prostředíbiologickou akumulací nebo toxickými účinky na biologickésystémy
Klasifikace odpadů v praxi
podle využitelnostinevyužitelný - určený ke zneškodněnívyužitelný - sekundární surovina přímo nebo po úpravě
podle vlivu na lidský organismusnebezpečné - uvedené v Seznamu nebezpečných odpadůostatní - nemají žádnou nebezpečnou vlastnost
Klasifikace odpadů v praxi
podle oblasti vznikuvýrobní - ve výrobní sféře (průmyslové, zemědělské, stavební)
spotřební - ve spotřební sféře a ve sféře služeb (služby, obchod, domácnosti)
z těžební činnosti - při otevírání a provozu těžebních ložisek (geologický průzkum, zpracovánínerostů)
Odpady elektrotechnické výrobyVyhláška o podrobnostech nakládání s elektrozařízeními a elektroodpady č. 352 / 2005 Sb.
stanovené skupiny elektrozařízení1 velké domácí spotřebiče2 malé domácí spotřebiče3 zařízení informačních technologií a telekomunikační zařízení4 spotřebitelská zařízení5 osvětlovací zařízení6 elektrické a elektronické nástroje7 hračky, vybavení pro volný čas a sporty8 lékařské přístroje9 přístroje pro monitorování a kontrolu10 výdejní automaty
Směrnice WEEE a zákon č. 7/2005 Sb.
Směrnice WEEE 2002/96/EC (Waste Electrical andElectronic Equipment)Zákon č. 7/2005 Sb. o zpětném odběru a odděleném sběru OEEZ (Odpadních elektrických a elektronických zařízení)
povinnost prodejců a distributorů zajistit oddělený sběr, zpětný odběr, zpracování, využití a odstranění elektrozařízení a elektroodpadu
Zákon č. 7/2005 Sb. (OEEZ)
cíle:prevence vzniku odpadních elektrických a elektronických zařízení (OEEZ) a dále jejich opětovné použití, recyklace a další formy jejich využívánísnaha snížit množství odpadu určeného k odstranění. zlepšení účinnosti ochrany životního prostředí ze strany všech subjektů zapojených do životního cyklu elektrických a elektronických zařízení, tj. výrobců, distributorů a spotřebitelů a zejména subjektů přímo zapojených do zpracováníodpadních elektrických a elektronických zařízení
Směrnice RoHSdoprovodná směrnice RoHS 2002/95/EC (TheRestriction of use of certain Hazardous Substances) ke směrnici WEEEúčinnost od 1.7.2006
zakazuje použití nebezpečných látek v elektrický a elektronických výrobcích
V limitu 0,1 % V limitu 0,01 %olovo (Pb) kadmium (Cd)rtuť (Hg)
šestimocný chrom (CrVI)polybromované bifenyly (PBB)
polybromovaný difenyléter (PBDE)
Směrnice RoHS
týká se zařízeníjejichž funkce závisí na elektrickém proudu nebo na elektromagnetickém polislouží k výrobě, přenosu a měření proudu a polepro použití s napětím nepřesahujícím 1000 V pro stř. proud a 1500 V pro ss proud
rozsah kategorií 1 až 7 a 10RoHS požadavky se aplikují na konečné výrobky (existují výjimky)
Evropská strategie pro předcházenívzniku odpadů a jejich recyklaci
odpadová hierarchie: předcházení vzniku odpadůco největší opětovné používání, recyklaceco nejmenší využívání skládkování
Navrhované změny v rámci EUrozšíření recyklace - podpora vzniku a financováníinfrastruktury pro recyklaci velkých objemů odpadů,
materiálnější přístup původce odpadů, zohlednění konkrétních vlastností materiálů volbou vhodnétechnologie recyklace
biologické odpady - 2/3 biologicky rozložitelných odpadůse nesmí ukládat na skládku
využívání přístupu životního cyklukritéria kvality kompostu
Navrhované změny v rámci EU
odpadní oleje – zajištění sběru odpadních olejů (ne regenerace)
dopady navrhovaných změn (bude posuzováno v roce 2010):
méně odpadů na skládkyvíce kompostu a využívání energie odpadůvíce recyklace, lepší recyklace
Odpadové hospodářství v Českérepublice k roku 2006Produkce odpadů a nakládání s nimi
celková produkce odpadů v letech 2002 – 2004: 37 mil. tun → 3 700 kg na obyvatele a rok
podíl skládkovaných komunálních odpadů mírněstoupábiologicky rozložitelný odpad ukládán na skládky více než je cílklesá produkce nebezpečného odpadu → stoupávyužívání nebezpečného odpadu
Recyklace odpadupožadavky na odpadní „surovinu“
co nejméně přimíšeninsnadná transportovatelnostmalá náročnost technologického zpracování
způsoby recyklacerepase – využití dílů likvidovaných zařízení pro další generaci výrobkůvlastní recyklace – využití odpadu jako materiálu pro další zpracování
Recyklace odpadurozdělení materiálů z hlediska recyklace
vzácné kovy (Au, Ag, Pd, Ta, aj.)nebezpečné pro životní prostředí (Be, As, F)charakter druhotných surovin (kovy, plasty, pryže)
recyklační smyčkauzavřená – využití součástek a materiálů pro výrobu podobných výrobkůotevřená – využití součástek a materiálů v odlišném typu výrobku
Výrobková recyklacemechanické oddělení konstrukčních dílůvyjmutí diskrétních dílůrecyklace finálního výrobku
opětovné využití výrobku v místech s nižšími nároky
recyklace součástekvyužití součástek jako náhradních dílů
odpájení elektronických součástekvýběrové – cennější součástky nebo s nebezpečnými látkamiúplné – odpájení všech součástek + třídění
Materiálová recyklace
suroviny pro další výrobuplasty, kovy, sklo
Recyklace plastůrecyklace - postup, kterým se dospěje k využití energie a materiálové podstaty výrobku po ukončení jeho životnostizáklad ekonomického efektu recyklace - využití energetického potenciálu recyklovaného materiálusměs odpadních plastů
60 % polyolefinů (polyetylén, polypropylen)polystyrénypolyestery (zejména polyetyléntereftalát)malé podíly polyvinylchloridů a polyamidů
Recyklační cyklus
průběh recyklačního cyklu - závislý na druhu plastu a vhodnosti zpracování
Materiálová recyklace plastů
určena pro co nejúčinnější využití surovinového a energetického vkladu do prvotního polymerního materiáluvhodná pro termoplastyzaložena na dodávce tepelné a mechanické energie a aditiv pro přetvoření odpadní suroviny na nový materiál s mechanickými i estetickými vlastnostmi blízkými prvotnímu polymeruekonomický efekt se prudce snižuje s omezováním praktického uplatnění recyklátu
Materiálová recyklace plastůkvalita recyklátu - silně závislá na charakteru vstupnísuroviny, klesá v řadě:
typově tříděná vstupní surovinadruhově tříděná vstupní surovinačástečně tříděná vstupní surovinanetříděná surovina
typ - plast označený obchodním názvem a kódem specifikace, se zakódovanými vlastnostmi, zpracovatelností a aplikačními možnostmi (MOSTEN 52 412)
druh - základní rozlišení plastů podle chemického složenía molekulární struktury (PE-HD, PE-LD, PA 66, PA 6), tzn. bez označení původu, výrobce a obchodního názvu
Recyklace jednodruhovéhoodpadu
recyklace typově nebo druhově tříděného plastového odpadupro zpracování technologického odpadupostup
granulace odpadní surovinypřidání k prvotnímu polymeruopětovné zpracování na konečný výrobek
Recyklace směsného odpadu
recyklace odpadních plastů z komunálního odpadutechnologie "down - cycling„
míchání směsi v taveniněvytlačování taveniny do formy
výhoda - výrobky i relativně velkého objemunevýhoda - horší mechanické vlastnosti finálního recyklátunutnost kompatibilizace
Chemická recyklace plastů
založena na chemickém rozkladu polymeru na produkty o podstatně nižší molární hmotnosti nebo až na monomerní jednotky a dalším chemickém zpracování získané surovinyvýhoda - malé nároky na čistotu vstupní suroviny,nevýhoda - vysoké investiční nároky na technologické zařízenív praxi možná jen v podmínkách chemického průmyslu
Chemická recyklace plastůTepelná depolymerace
využití tzv. zipového mechanismuodštěpování monomerních jednotek z konců polymerních řetězců(polystyrén, polymetylmetakrylát)získané monomery je možné opět polymerovat na polymer s původní kvalitou
Solvolýzazaložená na rozkladu polykondenzátů účinkem vybraných nízkomolekulárních látekpodstatou je obrácení vratné polykondenzační reakce směrem k odbourávání monomerních jednotek z řetězců polymerupro materiály na bázi polyamidů, polyuretanů a zejména lineárních polyesterů a polybutyléntereftalátu
Surovinová recyklace plastůze silně znečištěných směsí různorodých plastových složekprincip: termicky destrukční procesy rozkládajícípolymerní složky vstupní suroviny na směs plynných a kapalných uhlovodíkůvýstupní produkty: energeticky využitelný plyn a směs kapalných uhlovodíků využitelných jako topnéoleje nebo petrochemická surovina
Surovinová recyklace plastůsurovinové zhodnocení odpadních plastů
chemickým postupem hydrogenace (vysokotlaký katalytický proces)pyrolýzou (nízkotlaký proces, vyšší teplota)
produktypyrolýza - plynné produkty a kokshydrogenace - kapalné uhlovodíky
Surovinová recyklace plastů
postupy založené na společném zpracováníodpadních plastů s uhlím
společná pyrolýza - nejméně náročná na investice
společné zkapalnění - nejnákladnější technologie, ale nejnadějnější, produktem lehká ropa
společné zplynění - s kyslíkem a vodní parou
Energetické využití plastového odpadu
pro jinak nevyužitelný plastový odpad
podstata: spalování (obvykle společně s uhlím) ve speciálních topeništích
výstup: tepelná energie
INTERAKCE A TECHNOLOGIE PRVKŮ A
SYSTÉMŮ 10.
Zneškodňováníodpadů
Klasifikace odpadů v praxi
podle využitelnostinevyužitelný - určený ke zneškodněnívyužitelný - sekundární surovina přímo nebo po úpravě
podle vlivu na lidský organismusnebezpečné - uvedené v Seznamu nebezpečných odpadůostatní - nemají žádnou nebezpečnou vlastnost
Klasifikace odpadů v praxi
podle oblasti vznikuvýrobní - ve výrobní sféře (průmyslové, zemědělské, stavební)
spotřební - ve spotřební sféře a ve sféře služeb (služby, obchod, domácnosti)
z těžební činnosti - při otevírání a provozu těžebních ložisek (geologický průzkum, zpracovánínerostů)
Schéma základních činností v oblasti odpadového hospodářství
předcházení vzniku odpadůomezování vzniku odpadůnakládání s odpady
shromažďovánípřepravaskladováníúpravavyužívánízneškodňování
Metody zneškodňování odpadů
skládkování
termické metody
fyzikálně chemické metody
biologické metody
SKLÁDKOVÁNÍ
Typy skládekdle charakteru skládky
řízené - dle postupů a zásad řízeného skládkováníčerné - vzniklé nahodile, v rozporu s právními předpisy
dle druhu ukládaných odpadůjednodruhové - odpady srovnatelnésvým původem, složením, vlastnostmivícedruhové - rozdílné druhy odpadů ukládány podle ukládácíhoplánu
Typy skládek
dle způsobu technického zabezpečení a provozovánískupina S I - kategorie ostatní odpad, vodný výluh nepřekračuje tř. I
skupina S II - kategorie ostatní odpad, vodný výluh nepřekračuje tř. II
skupina S III - kategorie ostatní odpad, nelze hodnotit na základě vodného výluhu nebo vodný výluh nepřekračuje tř. III
skupina S IV - kategorie nebezpečný odpad, vodný výluh překračuje tř. III
Typy skládek
z hlediska usazení v terénupodúrovňovénadúrovňovékombinovanépodzemnípříkopové
Typy skládek
z hlediska těsněnínetěsnétěsněné přírodním materiálem - jíly, nepropustnánenarušená skálatěsněné syntetickým materiálem - fólie, PE, asfaltové suspenzeskládky kombinované těsněním - vrstva jílu, fólie
Zakládání skládkyvýběr místazhodnocení možných ekologických a zdravotních problémůproblematika dopravylokální geologické podmínkyhydrologické a hydrogeologické podmínkyestetické vlivyproblematika bezpečnostimožnost rehabilitace a rekultivace skládky po naplnění
Monitorovací systém sleduje
plynsložení plynu uvnitř skládkysložení plynu mimo skládkukvalita ovzduší v okolí skládky
průsakovou voduhladina vod uvnitř skládkymnožství vod vytékající ze skládkysložení průsakových vod uvnitř skládkysložení průsakových vod vytékajících ze skládky
Monitorovací systém sleduje
vodukvalita podzemních vod mimo skládkukvalita povrchových vod mimo skládku
usazování skládkyusazování uložených odpadů
Procesy probíhající ve skládkách
aerobní fázeorganická hmota je za přítomnosti vzdušného kyslíku odbourávána aerobními mikroorganismy
acidogenní (kyselinotvorná) fázepostupné ubývání kyslíku aktivizuje činnost kyselinotvorných bakterií(kvašení), vznik CO2 a mastnékyselinyrozpouštění kovových složek → znečištění průsakových vod těžkými kovyvznik H2 - výchozí substrát pro tvorbu metanu
Procesy probíhající ve skládkáchanaerobní metanogenní nestabilizovaná fáze
metanogeneze - vznik metanu vlivem nedostatku vzduchu vznik metanogenníchmikroorganismůběhem půl roku až dvou let ustálený stav při porušení podmínek - zpomalení až zastavení biologických procesů
anaerobní metanogenní stabilizovaná fázemetanogenní procesyvznik finálních plynných produktů - metan (~ 60 %) a CO2
závěrečná fáze - až do vyčerpání metanogenní kultury mikroorganismů
TERMICKÉ METODY ZNEŠKODŇOVÁNÍ ODPADŮ
Termické metody zneškodňováníodpadů
spalování
pyrolýzní technologie
hydrogenační metody
Spalování odpadůvýhody
hygienické odstranění odpadůsnížení objemového množství dále ukládaných odpadů až o 90 %snížení váhového množství o 70 %možnost využití vzniklého tepla k vytápění objektů nebo k výroběelektrické energie
nevýhodyvysoké provozní a investiční nákladyvznikající emise plynných škodlivin
Průběh spalování
1. pásmo - sušení (předsoušení odpadu)teplo vyzařované z ohniště mění vodu v odpadech při 100 °C v páru, doba sušení závisí na povrchové ploše, zrnitosti, vlhkosti a specifických vlastnostech spalovaného odpadu
2. pásmo - zplyňování odpaduodpady zahřívány na 200 ÷ 600 °C, uhlíkaté látky reagují s kyslíkem za vzniku těkavých složek (hořlavé plyny) a vázaného uhlíku
3. pásmo - zapálení odpadutěkavé složky procházejí ohništěm ve formě proudu plynu, na povrchu odpadového lože vznikají místní ložiska hoření
Průběh spalování4. pásmo - spalování plynů
spalovací vzduch při teplotě lože 500 ÷ 800 °C zapaluje další ložiska hoření, plyny se vyvíjejí ve větší hloubce, procházejí vyšší vrstvou odpadu a nad nimi vyhořívají
5. pásmo – hořeníteplota se zvyšuje na 1000 ÷ 1100 °C, hoří plyny i vzniklý polokoks, vzniká popel a škvára, vzniklé teplo je odváděno spalinami
6. pásmo - vyhořívání a odvádění teplaplyny a polokoks postupně vyhořívají za vzniku velkého množství tepla (odvod), vysokým přebytkem vzduchu (20 ÷40 %) je udržována teplota pod bodem tavení popela (až1200 °C), z roštu odchází popel, škvára (musí se ochlazovat) a nespalitelný zbytek odpadu
Druhy spalovacích zařízenípodle konstrukce spalovacího zařízení
roštové pece - s rošty pevnými nebo pohyblivýmirotační pece - bubnové, rourovédalší pece - šachtové, etážové, muflové, komorové, prostorové, speciální
podle cyklu provozuperiodickékontinuálnízvláštní
každá technologie spalování odpadů je vhodná pro jiné druhy odpadů
Druhy spalovacích zařízení
hlavní parametry spalovacích zařízenídoba spalováníteplota spalováníúčinnost promíchávání spalovaného odpadu
Využití vybraných druhů pecírotační pece
spalování odpadů všech skupenstvíhlavně v chemických závodechspalovací teploty 1100 ÷ 1200 °C
muflové pecespalování odpadů ze zdravotnictví, ropných odpadů s obsahem průmyslových čistírenských kalů, odpadních barev, laků a plastových odpadůspalovací teploty 800 ÷ 1200 °C
Využití vybraných druhů pecíetážové pece
spalování odpadních kalů s vysokou vlhkostíspalovací teploty > 800 °C
fluidní topeniště a pecespalování tekutých odpadů a kalůpřed spalováním nutno odstranit kovové a skleněné předměty a dosáhnout stejnorodé zrnitosti spalovaného odpaduspalování na uhelném nebo keramickém fluidním ložispalovací teploty 800 ÷ 1000 °C
Pyrolýzní technologie
pyrolýza (zplyňování, karbonizace)tepelný rozklad organických materiálů bez přístupu zplyňovacích médií (kyslíku, vzduchu, CO2, vodní páry) provádí se většinou v rotačních pecích zevněvytápěných spalinamivhodná pro zneškodnění jednotných odpadů s neměnným složením, modifikované postupy vhodné i pro zneškodnění některých polymerůobsahujících halogeny
Pyrolýzní technologieproces probíhá bez přístupu vzduchu v pyrolýzní komoře při teplotách okolo 500 °C, vznikléplyny se spalují v termoreaktoruvybaveným přídavným hořákem (pro teploty 900 ÷ 1300 °C)
rozdělení pyrolýzy dle reakčníteploty
nízkoteplotní (pod 500 °C)středněteplotní (500 ÷ 800 °C)vysokoteplotní (nad 800 °C)
Hydrogenační metody
hydrogenacevyužívá teplotu 400 ÷ 650 °C a tlak 8 ÷ 240 hPave fluidním režimuproduktem jsou plynné a kapalné uhlovodíky
Jiné termické metodyvysokoteplotní fluidní reaktor
umožňuje dokonalé zneškodněníchlorovaných látek, spalovací teploty 2500 °C
plazmové hořákyvyužívají vysokou teplotu ionizujících plynů a ničí zbytky látek přerušením jejich chemických vazeb
výhoda vysokoteplotního zplyňování odpadů - nevznikajítoxické sloučeniny
INTERAKCE A TECHNOLOGIE PRVKŮ A
SYSTÉMŮ 11.
Zneškodňováníodpadů
Fyzikální a chemické metodyBiologické metody
FYZIKÁLNÍ A CHEMICKÉMETODY
Fyzikální a chemické metody zneškodňování odpadů
účelumožnění regenerace surovinodstranění nebo snížení toxicity příp. nebezpečnosti odpadůzmenšení objemu odpadů
typy nebezpečných chemických odpadůregenerovatelné (kontaminovaná organická rozpouštědla, odpadní vody obsahující těžké kovy, odpadní oleje obsahujícívodu a kaly)spalitelné (všechny nebezpečné odpadynebezpečné odpady, které lze netoxikovat (odpady obsahujícíkyanidy nebo chromany z galvanického pokovování kovů)
Stabilizace / solidifikace odpadůZákladní pojmy
stabilizace soubor fyzikálně-chemických a chemických procesůvedoucích k zamezení nebo podstatnému zpomalenívyluhovatelnosti škodlivých látek do prostředípřeměna odpadu na nerozpustný produkt pomocíchemických proces nebo jeho zachycení na vhodný sorbent
solidifikacepřevedení stabilizovaných, příp. i původních odpadů do pevné formy s dobrými fyzikálními a mechanickými vlastnostmi umožňující bezpečný transport a ukládání ve více vrstvách
Stabilizace / solidifikace odpadů
Základní pojmyfixace
solidifikace kdy částečky odpadu reagují se složkami solidifikačního média chemicky nebo s nimi vytvářejí směsi
enkapsulacesolidifikace, kdy složky odpadu nejsou schopny vytvářet sloučeniny nebo se mísit se solidifikačním médiemsolidifikační médium obaluje malé částečky odpadu, a tím je izoluje od prostředí
Solidifikace
účelzamezit nebo podstatně zpomalit pronikání nebezpečných složek z odpadu do životního prostředí (např. zmenšením povrchu vystaveného biosféře, zabudováním odpadu do struktury vhodného pojiva nebo vytvořením látkově stabilnístrukturální vazby)získat produkty ve snadno manipulovatelné formě, s mechanickými vlastnostmi umožňujícími bezpečný transport do místa úložiště a s únosností vhodnou pro ukládání ve více vrstvách
Pojiva pro solidifikačnítechnologie
hydraulickápo smíchání s vodou samovolně tuhnouportlandské cementy, struskoportlandské a struskové cementy, rychlovazné cementy
nehydraulickátuhnou pouze na vzduchujemné bílé vápno, vápenný hydrát
puzzolanovánetuhnou samovolně, pouze s přídavkem dalších látek, kterétvoří tuhnoucí hydrokřemičitany a hlinitokřemičitany vápenaté(cement, sádra)pojiva s vysokým obsahem sklotvorného materiálu (SiO2, příp, + Al2O3)
tuhnoucí taveninybitumenové živice, kamenouhelné dehty, síra
Solidifikační metody
tabletace
briketace
cementace
bitumenace
vitrifikace
Úprava odpadu před solidifikací
převedení nebezpečných složek do nerozpustné formy
odstranění vlhkosti a těkavých rozpouštědel
likvidace stopového množství vysoce toxických složek
převedení pastovitých, kapalných a prachových odpadůdo granulované formy
rozhodnutí o možném využití zpracovaného odpadu v budoucnosti
Solidifikace odpadu s předpokladem jeho dalšího využití
podmínkymožnost aplikovat velmi odolné skladovací obaly schopné zaručit bezpečné uložení odpaduobal musí umožnit jeho opětovné otevření a vyprázdněnívyužití dodatečných metod (tabletace, briketace)
Tabletace, briketaceúčel
maximální snížení objemu a aktivního povrchu deponovaného odpaduzmenšení kontaktní plochy s okolním prostředímmaximální omezení event. úniku toxických látek do okolí
podstatazhutnění odpadu za zvýšeného tlaku, teploty a působenínetoxických pojiv
produkty lze dále upravovatslinováním za vyšších teplotpovrchovou vitrifikacípokrytím povrchu ochrannou nepropustnou vrstvou
Solidifikace odpadu pro jeho trvalé uložení
pro likvidaci ekotoxických zbytků ze spaloven nebezpečného odpaduobaly pro solidifikované odpady
ocelovévýhody: vysoká tuhost, relativně malá hmotnostnevýhoda: malá korozivní odolnost
betonovévýhody: vysoká pevnost v tlaku, velká trvanlivost a vodotěsnost, malá energetická náročnost výrobynevýhody: malá pevnost v tahu, možnost tvorby trhlin, velkáhmotnost
Cementace
vhodná zejména pro organické materiály (popílek ze spalovacích procesů, odvodněné kaly)podstata
zpevňování odpadu hydraulickými pojivy
Cementace
postup:upravený odpad se mísí za běžných teplot ve vhodném poměru s cementempojiva - hydraulickázvětšení původního objemu 1,5 ÷ 2 krátvypouštění betonové směsi do betonových obalů s disperzní výztužízhutnění, zavíčkování nebo přelitíčistou betonovou směsí
Cementacenevýhody cementových matric
relativně malá odolnost proti vyluhování(poréznost matrice)nelze aplikovat na zbytky ropných produktů, na organické a biologické odpady
další zpevňovací materiálysádraodpadní termoplasty
jde o snížení vyluhovatelnosti odpadu v podmínkách trvalého uložení
Solidifikace v tuhnoucích taveninách - bitumenace
vhodná pro fixaci kalů a kapalných koncentrátů, pro popeloviny a filtrovéprachypodstata
vnášení vysušeného odpadu do roztavených hmot
postupobalení částic za zvýšené teploty "plaváním" v taveniněochlazení vypuštěné směsi přirozeným ochlazovánímtaveniny - bitumenové (asfaltové) živice, kamenouhelné dehty, síra, aj.dokonalé obalení částic odpadu (zamezeníkontaktu s okolím)
Solidifikace v tuhnoucích taveninách - bitumenace
požadavky na matriciinertnost vůči odpadunízký bod táníza normální teploty tuhá a hydrofóbní
výhody proti cementaciprodukty mají mnohem vyšší odolnost proti vyluhovánívětší naplnění matrice odpadem
nehodí se pro solidifikaci zrnitých a kusových odpadů
Vitrifikacepodstata
zeskelnění tavením při vysokých teplotách
využitípro likvidaci popílků ze spaloven nebezpečných odpadů,pro odpady s obsahem sklotvorných sloučenin inertizace nebezpečných odpadů
konečný produkt je nevyluhovatelná skelnáhmotapřídavek drceného odpadního skla - zvýšenístability skelné mřížky
Vitrifikacevýhody
zneškodňování toxických a zvlášťnebezpečných odpadů (produkt netoxický)vynikající chemická odolnost vitrifikovanéhoskla (nevyluhovatelnost toxických složek)objemová kontrakce 4 ÷ 8 krátnezávadnost použité technologie vůči dalšímu znečišťování prostředíuniverzálnost použité metody (látky schopnéskelné vazby jsou součástí geosféry)
Vitrifikacenevýhody
ekonomická náročnost (klesá s růstem denníprodukce vitrifikovaného odpadu v přepočtu na 1 t zpracovaného odpadu)prozatímní nevyužití vzniklého vitrifikovanéhosklachybí hodnocení přepracovaného odpadu z hlediska legislativynutnost vybudování jistých "sklářských“základů pro provozování této technologie
Nové solidifikační technologie
sorpční technologiezachycování kontaminatů na sorbetu, který je pevnězasazen v solidifikované matricipřidání povrchově aktivních aditiv (vazba mezi organickou látkou a cementovou matricí)
použití emulzifikovaných asfaltů a rozpustných fosfátů
použití modifikovaného sirného cementu, silikátů a polymerů
Nové solidifikační technologie
použití modifikovaných jílů (organofilní)bentonit nebo montmorilonit s amoniovými ionty mezi vrstvami hliníku a křemíku v jílechumožnění pronikání organický látek do molekuly a vytvoření organické části uvnitř jílujíl má organické i anorganické vlastnosti – může sorbovatorganické látkyvelmi vhodné pro polyaromatické sloučeniny a ropnézbytky
BIOLOGICKÉ METODY
Biologické metody zneškodňování odpadů
kompostování
anaerobní rozklad
biologická detoxikace nebezpečných odpadů
Kompostování
aerobní biologický rozkladný proces, při kterém jsou původní organické substance odbourány a převáděny na stabilní humusové látkypři odbourávání substancí dochází
ke zvyšování teploty (samoohřev - biotermická reakce)ke změně skladby mikroorganismůk dezinfekci materiáluk přeměně organických zbytkůna humus
Kompostovánípodmínky pro kompostování
obsah organických látek pro zajištění poměru C:N - 30:1, zastoupení biogenních prvkůvlhkost výchozího materiálu 50 ÷ 60 %, pH neutrální (6 ÷ 8,5)dostatečná aerace pro ohřátí a hygienizaci kompostu (60 ÷ 70 °C)rozmělnění a homogenizace vstupních surovin
Fáze kompostování1. mezofilní
2 ÷ 5 dní - nárůst teploty až na 50 °Cnamnožení mikroorganismůrozklad lehce rozložitelných látek (cukry, škroby, bílkoviny)
2. termofilní5 ÷ 12 dní - teploty přes 60 °C, další rozvoj bakterií a zejména aktinomycet (transformace antibiotik), termická dezinfekce materiálu (přežívají pouze termofilníorganismy)odbourávání obtížněji rozložitelných látek (celulóza, lignin)vznik stabilních organických látek s obsahem humusu
Fáze kompostování3. dozrávání
stabilizace organických látekpokles teplot (pod 30 °C)syntéza humusových látek - hmota homogenní, nezapáchá
Organické látky vhodné ke kompostování
bioodpad ze separovaného sběru domovních odpadůzemědělské odpadydřevní odpadodpady potravin, pochutin a krmivtextilní odpadpapírenské kalykal a odpad z rybníkůuhelné odpadyodpad z městské zeleněindividuálně čistírenské kaly, organické průmyslové kaly, směsný domovní odpad
Druhy kompostu
dle stupně biochemické degradace a konečného zpracování
surový – odpady mechanicky upraveny bez rozkladu nebo dezinfekce
čerstvý – v počátečním stupni biochemické degradace, po úplně dezinfekci
vyzrály – plně rozložený a dezinfikovaný produkt
speciální – dále zpracovaný a tříděný, případněs přídavkem minerálních látek
Anaerobní fermentace
podstata - soubor na sebe navazujících biologických procesů, při kterých se produkt jednéskupiny mikroorganismů stává substrátem skupiny druhé
Fáze fermentace1. hydrolýza
makromolekulární látky (polysacharidy, lipidy, proteiny) jsou rozkládány na látky nízkomolekulární
2. acidogenezeprodukty hydrolýzy jsou rozkládány na jednodušší organickélátky (kyseliny, alkoholy), CO2, H2fermentací se tvoří řada konečných redukovaných produktů
3. acetogenezeoxidace látek z předcházející skupiny na kyselinu octovou, H2, CO2rozklad alkoholů a některých aromatických sloučenin,
4. metanogenezemetanogenní bakterie rozkládají kyseliny octovou, H2 a CO2vzniká methan - CH4
Fáze fermentace
Anaerobní fermentaceprodukty fermentace
hlavní produkt: bioplyn - cca 60 % methanu , cca 40 % CO2, malé množství N2, H2S, NH3, H2O, ethanu a nižších uhlovodíkůvedlejší produkt: stabilizovaný anaerobní materiál – hnojivo
Anaerobní fermentaceenergetické využití bioplynu
výroba tepla v teplovodních resp. parních kotlíchkombinovaná výroba elektřiny a tepla v kogeneračních jednotkáchčištění bioplynu a jeho prodej do plynárenské sítě resp. provozovatelům jiných energetických systémůčištění bioplynu a jeho využití pro pohon dopravní techniky a automobilů apod.
Biologická detoxikace nebezpečných odpadů
biodegradace rozklad nebezpečných odpadů za použití živých organismůnebo jejich produktů umožňujících detoxikovat nebo rozložit nebezpečné chemikálie
výhodyekonomická nenáročnostmožnost zpracování odpadů přímo v místě jejich výskytuvysoká účinnost - možnost nepřetržitého zneškodňováníminimální narušení okolního prostředí
nevýhody metabolismus mikroorganismů se zpomaluje při teplotách menších než 19 °Cproblematická odbouratelnost některých kontaminentů
Biologická detoxikace nebezpečných odpadů
zapracování nebezpečných odpadů do půdy (landfarming)
odpady jsou smíchány nebo zapracovány do povrchové vrstvy půdy a řízeným způsobem degradovány, transformovány nebo imobilizovány. proces je méně náročný na dlouhodobé monitorování a údržbu a uplatňuje se zejména jako způsob konečného odstranění
Biologická detoxikace nebezpečných odpadů
enzymatické systémyenzymy schopné přeměnit nebezpečné odpady na netoxicképrodukty lze vypěstovat z mikroorganismů rostoucích v různých kulturách. vznikající nebuněčné enzymy lze použít pro detoxikaci vody a půdy
INTERAKCE A TECHNOLOGIE PRVKŮ A
SYSTÉMŮ 12.
Dekontaminačnítechnologie
Dekontaminační technologie
technologie a prvky používané při napravováníškod na životním prostředí způsobených lidskou činností
Třídění dekontaminačních technologií
podle podstatyfyzikální/chemickétermickébiologickéjiné
podle dekontaminovaného místazeminy, sedimenty, kalypodzemní vody, povrchové vody a průsakyvzdušné emise, odplyny
podle používané strategiedestrukce nebo změna kontaminantuextrakce nebo separace kontaminantuimobilizace kontaminantu
Třídění dekontaminačních technologií
podle místa realizaceex – situ
ve specifických zařízeních nebo plocháchvyžadují odtěžení a transportjsou účinnější, snáze kontrolovatelné, šetrnější k životnímu prostředí, ale dražší
in – situpřímo v lokalitěnižší nákladyobtížnější kontrola průběhu sanace
Kritéria pro výběr DT
kontaminanty – vlastnosti, koncentracemédia, ze kterých má být kontaminant odstraněngeologické, hydrologické a klimatické poměry stanovištěekonomické aspekty
Kontaminanty
organickéchemicky či biologicky rozložitelné až na ekologicky neutrální nebo relativně neškodné sloučeniny
anorganickébiologický či chemický rozklad nevýznamný, nutnáextrakce materiálu, zakoncentrování, uložení
Rozdělení kontaminantů dle praktického provádění sanací
těkavé organické látky
semitěkavé organické látky
ropné látky
anorganické látky včetně radioaktivních
výbušniny
Chování kontaminantů v životním prostředí
rozdíly v chování v závislosti na skupenství
plynné kontaminanty (např. freony, SO2)přímé ohrožení ovzdušív 1. fázi neohrožují zeminu, podzemní vodyv dalších fázích komplexní ohrožení prostředí
kapalné kontaminantysložité chování, rozpuštěné ve vodě – akutní ohroženípodzemních vod
Chování kontaminantů v životním prostředí
tuhé kontaminantynerozpustné
převážně ve vrchních několika cm povrchové vrstvy do spodnějších horizontů transport srážkovými vodami
rozpustnésrážkovými vodami transport do spodních vrstevakutní ohrožení podzemních vod
Procesy podle typu dekontaminovaného média
technologie pro zeminy a kalyfyzikální/chemické (venting, sanační čerpání, promývánízeminy, pneumatické drcení, solidifikace, dehalogenace, aj.)
termické (termicky urychlený venting, termická desorpce, dekontaminace horkým plynem, pyrolýza, vitrifikace, spalování)
biologické ( biodegradace, bioventing, white rot fungus, kompostování, landfarming, řízené biologické ošetření)
jiné (vybagrování, uložení na skládku, přirozené zředění)
Procesy podle typu dekontaminovaného média
technologie pro podzemní vody, povrchovévody, průsaky
fyzikální/chemické (provzdušňování, stripování vzduchem, extrakce, recyklace volného produktu, filtrace, srážení, adsorpce, pasivní stěny, aj.)termické (stripování horkou vodou nebo párou)biologické (biorekatory, kometabolické procesy, obohacenínitráty, kyslíkem, fytoremediace)jiné (přirozené zředění)
Procesy podle typu dekontaminovaného média
technologie pro vzdušné emise/odplynyfyzikální/chemické (membránová separace, oxidace, adsorpce)biologické (biofiltrace)
Nejčastěji používané technologie v ČR
venting
sanační čerpání
bioremediace
promývání zemin
Ventingpodstata
odsávání plynné fáze z kontaminovaného média
použitíodstraňování těkavých a některých semitěkavých látek z nesaturované zónyzávisí na charakteristikách zeminy a kontaminantu
VentingVenting in-situ
postupvyhloubení odsávacích vrtůodčerpání vzduchu s kontaminujícími látkami čištění odsátého vzduchuvypouštění čistého vzduchu do atmosféry
výhodymožnost sanace bez finančněnáročného vytěžení a transportu
nevýhodyhorší možnost kontroly procesuvyloučení předúpravykontaminovaného materiálu
Venting ex-situpostup
vytěžení kontaminované zeminyumístění zeminy na nadzemní síť potrubís čerpadlyodsávání vzduchu čerpadlyčištění vzduchuvypouštění čistého vzduchu do atmosféry
výhodypři odtěžení vzniká poréznější struktura zeminyproces není omezován přítomnostípodzemní vodykontrolovatelný sanační proces
nevýhodyzabezpečení sanační plochyriziko ohrožení zdraví a bezpečnosti pracovníkůodtěžení a transport zeminyfinanční náročnost
Venting
VentingAir- sparging
pro odstraňování těkavých nebo semitěkavých kontaminantů ze saturované i nesaturované zóny
principvhánění vzduchu pod hladinu podzemní vodystripování kontaminantů do nesaturované zónyodvádění kontaminantů odsávacími vrtyčištění a vypouštění čistého vzduchu
Ventingomezení ventingu
nepropustné zeminy nebo zeminy s vysokým obsahem vlhkostizeminy s vysoce proměnlivou propustnostízeminy s vysokým obsahem organického podíluextrémně suchá zemina s vysokou sorpční kapacitou pro VOC
Sanační čerpání
označení skupiny in-situ sanačních technik spočívajících v odčerpání kontaminované podzemnívody na povrch, kde probíhá čištění
použitíodstraňování organických i anorganických kontaminantů z vody
Sanační čerpánípostup
odstranění/eliminace zdroje znečištěníinstalace čerpacího systémučištění, příp. instalace nepropustných podpovrchových bariérodčerpání volného kontaminantu koncentrovaného na hladině nebo rozpuštěného ve vodědočištění jinou sanační technikou
Sanační čerpání
Bioremediace
In-situ Ex-situ
přirozenémikroorganismy
uměle přiváděnémikroorganismy
kompostování
řízené biologickéošetření tuhé fáze
nebo kalu
zemědělskézpracování
Biologické procesy probíhajícív podpovrchových vrstvách
mikroorganismybakterieaktinomycetyhouby
dělení bakteriíheterotrofní - vyžadují pro růst organickou hmotuautotrofní - schopné růstu na bázi anorganického uhlíku, včetně CO2
aerobní - vyžadují kyslíkanaerobní - nevyžadují kyslík
Biologické procesy probíhajícív podpovrchových vrstvách
faktory ovlivňující mikrobiální aktivitu v zeminěvelikost částic zeminydostupnost živinredox podmínkypovrchová aktivita tuhé matrice
bioremediační procesyaerobní - např. chlorované uhlovodíky (včetně PCB)anaerobní - např. skládky odpadu
Bioremediace in-situ
přirozenáintenzita přirozených mikroorganismů je dost velká, aby bylo zabráněno migraci kontaminujících látek z jejich zdrojesamovolný proces bez přívodu mikroorganismů a živin
technicky urychlená remediacedo kontaminovaného prostoru se zavádějí a cirkulujíakceptory elektronů, živiny a další substance, aby došlo k urychlení růstu mikroorganismů schopných degradovat kontaminující látky
Bioremediace in-situ
Bioremediace ex-situpodstata
vytěžení kontaminovaného materiálu a jeho následnézpracování některým z biodegredačních postupů
kompostovánířízené biologické ošetření tuhé fázezemědělské zpracování (ladfarming)biologické ošetření suspenze tuhé fáze, aj.
výhodalépe kontrolovatelné podmínky sanace
nevýhodaodtěžení příp. transport materiálu na místo sanacerealizace na speciálně upraveném místě
Bioremediace ex-situpostup
předúprava kontaminovaného materiáluvrstvení zeminy do výše 50 ÷ 70 cm (150 ÷ 200 cm)inokulace rozstřikem nebo vmíchání bakteriální suspenzedodávka kyslíku obracení, orbou, přesýpáním, apod.v průběhu procesu dodávky vlhkosti příp, redistribuce živin
Promývání (praní) zeminpodstata
převedení kontaminantu z tuhé fáze do vodné fáze s přídavkem chemikálií pro zvýšení účinnostiin-situ → promýváníex-situ → praní
mechanismyrozpouštění kontaminantů do extrahující vodné fázedispergování kontaminantů do extrahující vodné fáze za vzniku suspenze
Přirozené snižování kontaminacepřirozená atenuace
souhrn dějů přirozeně se vyskytujících v životním prostředíkteré bez lidského zásahu vedou k omezenímnožství, toxicity, mobility, objemu nebo koncentrace kontaminatů
atenuační dějedegradacedisperzeředěnísorpcetěkáníchemická nebo biochemická stabilizace kontaminantů
Přirozené snižování kontaminace
Přirozené snižování kontaminacevýhody
menší tvorba a transport odpadůméně agresivní vůči okolí než aktivní zásahymůže být kombinován s aktivním zásahemnáklady mohou být nižší než při aktivním zasahu
nevýhodymůže vyžadovat delší dobu na dosažení požadovaného limituvyžaduje závazek na dlouhodobé monitorovánípokud je proces pomalý, může kontaminační mrak migrovatčasto nutná kontrola následného využití zeminy nebo podzemní vody
INTERAKCE A TECHNOLOGIE PRVKŮ A
SYSTÉMŮ 13.
Kapalné odpady elektrotechnické
výroby
Druhy kapalných odpadů
transformátorové oleje oleje pro spalovací motory a převodovky vrtné výplachy a čistící kapaliny nevytvrzené pryskyřice nátěrových hmot
Možnosti zneškodňováníkapalných odpadů
fyzikální metodychemické metodybiologické metodyspalováníukládání na skládky
Sorbety pro likvidaci úniku ropných látek
látky schopné kapalinu na sebe vázat, pohlcovat nebo s níreagovatpředevším pevné látky s co největším aktivním povrchem vhodné pro odstraňování tenkých vrstev uniklých kapalin na velké ploše (osušení)dělení sorbentů:
sypkénevýhody - prašnost, špinavost, možnost úletů (větší spotřeba)
textilnívynikající sorpční vlastnostidlouhá životnost (odolávají plísním a slunečnímu záření)snadná manipulacenízká hmotnost
Druhy textilních sorbentůúdržbové
sají běžné, méně agresivní kapaliny i vodupoužití místech s pravidelným únikem olejů, chladicích emulzí apod.nevhodné ke sběru chemikálií a ropných produktů z vodníhladiny
hydrofobnísají pouze nepolární látky z vodní hladiny i jiných povrchůsají jen ropný produkt, ne vodu či vodou ředitelné kapaliny
univerzálnísají všechny kapaliny včetně agresivních chemikáliínehodí se pro použití na vodní hladině (sají i vodu)
Příklady sypkých sorbentů v praxi
Vapex - hydrofobizovaný perlit, sypký, zrnitý, pórovitý, bílé barvyváže přednostně nepolární látkyna 1000 l Vapexu se absorbuje 250 l ropy nebo 130 l nafty nebo 80 l benzinu
Chezacarb - speciální sorpční saze s vysoce hydrofobizovanýmpovrchem
pro zachycení ropných produktů, uhlíkových derivátů apod.
Nowap - pro rychlé odstranění ropných látek a jiných nebezpečných kapalin (maziv, brzdových a chladicích kapalin) z povrchu půdy a vod
100 g Nowapu pohltí 116 ml motorového oleje nebo 222 ml směsi nafta, benzin
Příklady sypkých sorbentů v praxi
Rop-ex - univerzální absorpční prostředek, sypký, jemnozrnný na bázi gumy (částice až 0,4mm), hydrofobní, stálý, netoxický, zdravotně nezávadný
pro zachycení ropných a olejových látek z provozních ploch, silnic a vodní hladinyabsorbované látky se neuvolňují ani při mechanické manipulaci po dobu několika let
Cansorb - sypký přírodní organický materiál hnědé barvyschopný vázat oleje (8 ÷ 10 násobek své hmotnosti), uhlovodíky PCB a jiné chemikálienasáklý se nevyluhuje, obsahuje látky vyvolávající biodegradaci(za 6 ÷ 18 měsíců plně rozloží uhlovodíky z ropných látek na CO2a vodu)
Příklady textilních sorbentů v praxi
sorb - vysoce aktivní buničina ze syntetických vláken odpuzujících vodu
schopná pojmout 20× více oleje než je vlastní hmotnostpoužitelná na vodě i zemině
sorpční koberec - vlastnosti jako sypký sorbent, dodáván v rolích
pro stírání nečistot z povrchů a pro trvalou sorpci malých množství ropných látek (úkapů)
sorpční koberec antistatický - hydrofobní koberec z mikrovláken zpevněných tepelným prolisováním (100 % PP)
pro prostory s nebezpečím výbuchu par plynů a nebezpečím vzplanutí kapalin následkem přeskoku elektrostatického výboje
Příklady textilních sorbentů v praxi
sorpční had - hydrofobní textilie nastříhaná na proužky, zpevněná síťovým obalem tvaru válce, zachytává ropnou látku
sorpční norná stěna pro likvidaci olejových haváriíprevence ropných havárií na výstupech z ČOVdočišťování vod za odlučovačipro lokalizaci ropné havárie na vodní hladině i pevném, povrchu
reo fibroil - netkaná textilie částečně zpevněná vpichem v podélných 2 cm širokých pruzích vzdálených 5 cm od sebe (55 % PP + 35 % PE + 10 % vápenec)
podložka pod zdroje úkapůvložka do ochranných van při skladování ropných látekvodopropustná membrána k ochraně půdy před ropným znečištěnímstírání pevných povrchů znečištěných ropnými látkami
Biodegradace kalů s obsahem ropných látek v půdním prostředí
mikrobiální rozklad ropných látek probíhásamovolněnejaktivnější oblast do hloubky 20 cmrychlost rozkladu na půdně klimatických podmínkáchtransformace ropných uhlovodíků probíhá:
vypařováním těkavých fázímechanickým vyplavením ropných uhlovodíků vodoumineralizacíhumifikací přeměněných ropných látek na produkty mikrobiálního metabolismu
Biodegradace kalů s obsahem ropných látek v půdním prostředí
odstranění ropného produktuza 1 rok - na 65 %za 3 roky – 90 %z reziduí 60 % přeměněno na nerozpustné látky (podobné frakcím humusu)zbytek
DETEKCE TOXICITY KAPALNÝCH ODPADŮ
Biologické testy toxicity látek
Biotest
biologická analytická metodavyužívá určitého počtu jedinců vhodného druhu indikátorových organismůpo expozici posuzuje některý životní projev testovaných organismůvyjádření toxického účinku:
EC50 (LC50) - efektivní koncentracevyvolá 50 % snížení měření životní funkcemíra toxicity dané látky – čím vyšší EC50, tím vyššítoxicita
Třídy toxických látek
třída Koncentrační rozsah[mg.l-1]
Slovní označení:látka je toxická
6 < 10-1 mimořádně
5 10-1 ÷ 100 velmi silně
4 100 ÷ 101 silně
3 101 ÷ 102 středně
2 102 ÷ 103 slabě
1 103 ÷ 104 velmi slabě
0 > 104 (téměř) nejedovatá
Využití biotestůdetekce látek nebo směsí o koncentracích řádově mg/lpro odpady, kontaminované půdy, odpadní a povrchové vody
4 biotesty:ryba (Leuciscus idus)drobný korýš (Daphnia magna)zelená řasa (Scenedesmussubspicatus)světélkující baktérie (Vibro fischerinebo Photobacterium phosphoreum)
Nevýhody „standardních“biotestů (ryba, dafnie, řasa)
statisticky málo spolehlivé (omezený počet jedincůpoužitých v testu)vyhodnocení značně subjektivníspeciálně školený personál (množení a udržovánítestovacích organismů)dlouhý čas nutný ke zjištění výsledků (24 ÷ 96 hodin)nemusí být vždy zjištěny všechny toxické složky
Bakteriální bioluminiscenční test toxicity (BBTT) – LUMISTOX
nejrozšířenější biotestpro stanovení akutní toxicity různých látekvysoká efektivita – rychle velké množství výsledkůs vysokou kvalitoumožnosti aplikace bioluminiscenčního testu Lumistox
stanovení toxické kontaminace pitné vodytoxicita půd, řešení ekologické zátěže a akutních haváriítoxicita chemických látek a odpadů
Bakteriální bioluminiscenční test toxicity (BBTT) – LUMISTOX
princip metodyzaložen na schopnosti mořských světélkujících bakteriích reagovat změnou biolumuniscence na přítomnost xenobiotik jejich okolízměření výchozí biolumuniscence v luminometrupřidání testované látky v několika koncentracích5 ÷ 30 minut inkubacezměření výsledné hodnotysestrojení dávkové křivky – odečet EC