Анализ проблемы образования отходов лакокрасочных материалов в Самарской области и перспективы их переработки
Автор: Заболотских Влада Валентиновна, Васильев Андрей Витальевич, Батова Ксения Этибаровна
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Проблемы прикладной экологии
Статья в выпуске: 4-1 т.17, 2015 года.
Бесплатный доступ
Рассматривается проблема вторичного использования отходов лакокрасочных материалов (ЛКМ). На основе теоретического и экспериментального анализа отходов ЛКМ предлагается оптимальная технология вторичной переработки и обезвреживания отходов ЛКМ и применение их в качестве вяжущего средства для получения высококачественных полимербетонов, широко используемых в строительстве. Расчёты применения технологии на предприятии показали экономическую и экологическую эффективности утилизации отходов ЛКМ в отличие от существующего способа захоронения.
Лакокрасочные материалы, отходы, негативное воздействие, переработка
Короткий адрес: https://sciup.org/148203860
IDR: 148203860
Текст научной статьи Анализ проблемы образования отходов лакокрасочных материалов в Самарской области и перспективы их переработки
В настоящее время для повышения экологичности и эффективности промышленных предприятий актуально развитие ресурсосберегающих технологий, позволяющих использовать отходы промышленности и снизить антропогенную нагрузку предприятий на окружающую среду.
Утилизация отходов – глобальная проблема. Ежегодно в России образуется около 7 млрд т отходов, из которых утилизируется лишь 2 млд т (28,6 %) [1, 5, 6, 8].
Ситуация с образованием, размещением, накоплением, использованием и обезвреживанием отходов производства и потребления на территории Самарской области характеризуется постепенным ростом объема образования производственных и бытовых отходов. В общем объеме образования отходов примерно 4/5 составляет доля промышленных отходов (79,5 % в 2013 году). На территории Самарской области за 2013 год (по основному кругу предприятий и организаций) образовано 5791,42 тысячи тонн отходов всех классов опасности, из них:
отходы 1 класса опасности – 0,97 тысячи тонн;
отходы 2 класса опасности – 1,45 тысячи тонн;
отходы 3 класса опасности – 1136,8 тысячи тонн;
отходы 4 класса опасности – 2478,1 тысячи тонн;
отходы 5 класса опасности – 2174,1 тысячи тонн.
С учетом опасности и объемов образования отходы 3 класса опасности представляют наибольшую проблему для Самарского региона.
Для решения проблемы необходимо развивать индустрию утилизации, вторичной переработки и использования отходов. Наиболее рациональным направлением утилизации промышленных отходов является их использование как техногенного сырья при получении различного вида продукции [1-6, 10].
В качестве возможного перспективного сырья для получения новой продукции нами рассматривались отходы лакокрасочных материалов (ЛКМ).
Шлам лакокрасочных материалов относится к 3 классу опасности. Отходы ЛКМ являются многокомпонентными смесями, в состав которых входит множество составляющих, часть из которых обладает токсическими свойствами (таблица 1). К этим составляющим относятся красители, пленкообразующие элементы, стабилизаторы, в случае с красками на эпоксидной основе – отвердители. Пленкообразующие элементы лакокрасочных материалов быстро переходят в твердое состояние при повышенной температуре в процессе поликонденсации и полимеризации, что может привести к ослаблению их токсичных свойств. Также в составе ЛКМ могут присутствовать и компоненты особого назначения, как правило, также оказывающие вредное токсическое воздействие.
В г. Тольятти отходы ЛКМ образуются в результате различных сфер деятельности, использующих краски, эмали и растворители, но в основном это отрасль машиностроения.
Главным источником образования отходов ЛКМ в г. Тольятти является ОАО «АвтоВАЗ». В год данный машиностроительный комплекс выпускает на рынок около 500-600 тыс. ед. готовой продукции, т.е. укомплектованных автомобилей. Известно, что на один автомобиль необходимо около 5 литров краски (2 литра акриловой эмали и 3 литра алкидной), что в свою очередь говорит о больших объемах образования отходов лакокрасочных материалах и проблему их утилизации [1, 6, 8, 9]. Проблема накопления и утилизации отходов ЛКМ связана с вынужденным захоронением данного вида отхода на полигонах, что негативно влияет на окружающую среду и сказывается на устойчивости функционирования экосистем.
Экономическая нецелесообразность захоронения отходов ЛКМ была выявлена нами путем расчета платы за негативное воздействие на окружающую природную среду. ОАО «АвтоВАЗ» тратит из своего бюджета более 6 млн. руб. в год за захоронение отходов ЛКМ на полигонах.
Таблица 1. Токсические свойства компонентов отхода ЛКМ
Химическое вещество |
Класс опасности |
Негативное воздействие на человека |
Негативное воздействие на окружающую среду |
Свинец |
1 |
Общетоксическое, канцерогенное, мутагенное действие. Обладает кумулятивными свойствами |
Разрушение органического вещества почвы с выбросом свинца в почвенный раствор. В итоге такая почва окажется непригодной для сельскохозяйственного использования |
Кадмий |
1 |
Токсичное, кумулятивное, канцерогенное действие |
Кадмий включается в состав гумуса, поглощается, накапливается и надолго удерживается почвенным горизонтом, играя роль геохимического барьера |
Хром |
1 |
Канцерогенное действие, поражает ЦНС, оказывает повреждающее действие на репродуктивную функцию |
Избыток в почвах вызывает различные заболевания у растений |
Уайт-спирит |
4 |
Низкий уровень токсичности. Частый или длительный контакт может вызвать раздражение и дерматит |
Пожаро - и взрывоопасность |
Ксилол |
3 |
Поражающее действие на нервную систему и дыхательные пути |
Воспламеняющаяся жидкость, обладающая острой токсичностью |
Двуокись цинка |
2 |
Канцероген. Токсические свойства в дозе 150-600 мг, летальная доза - 6 г; |
Снижает плодородие почвы, уменьшается общее число микроорганизмов |
Таблица 2. Сведения об образовании отходов ЛКМ в Самарском регионе
Наименование отхода |
Код отхода согласно ФККО |
т/год |
||
Наличие отходов на начало отчетного года, |
Образование отходов за отчетный год |
Поступление отхода из других организаций, |
||
Отходы органических растворителей, красок, лаков |
5500000000000 |
0,750 |
15,780 |
15,800 |
Шламы, содержа щие растворители |
5540000000000 |
1,112 |
5669,974 |
3546,777 |
Отходы лакокра сочных средств |
5550000000000 |
16,101 |
913,789 |
982,933 |
С помощью систематизации статистических данных по форме отчетности 2 ТП-отход были определены объемы образования отходов лакокрасочных материалов по Самарской области (таблица 2). В целом в регионе образуется значительное количество отходов ЛКМ – более 6,5 тысяч тон в год.
Открытое акционерное общество «АвтоВАЗ» относится к числу передовых предприятий в области охраны окружающей среды. Однако в результате изменения некоторых технологий и применения новых материалов, направленных на улучшение качества производимых автомобилей появляются или новые виды отходов, или же старые ухудшают свои потребительские свойства, что делает невостребованным их применение в отраслях народного хозяйства.
К числу таких измененных технологий относится, проведенная за последние 3 года, модернизация систем декантации оборотной воды от отходов ЛКМ в сборочно-кузовном производстве АвтоВАЗа. Отрицательной стороной внедрения новой технологии стало изменение физикомеханических свойств образующегося в процессе отхода ЛКМ с участка декантации, что привело к невозможности применения его в качестве основного сырья для вторичного производства красок и эмалей строительного назначения, как это было ранее. Следствием этого является захоронение ранее востребованного отхода, объем образования, которого составляет около 3000 тонн в год.
Сравнительный анализ таких автомобильных предприятий, как СП «CM-AVTOVAZ», ОАО «Соллерс», ОАО «Иж-Авто» по вопросу образования и утилизации отходов ЛКМ выявил схожесть проблемы с ОАО «АвтоВАЗ». Также к предприятиям, в ходе деятельности которых образуются отходы ЛКМ относятся ОАО КуйбышевАзот (средний объем образования отхода ЛКМ составляет 500 кг/год) и абсолютно все станции технического обслуживания автомобилей (в г.о. Тольятти 85 СТО).
Применение химических реагентов нового поколения в деканторах окраски привело к изменению свойств отходов и в результате к невозможности использования существующей технологии переработки отходов ЛКМ на предприятии и их захоронению.
Таким образом, отсутствие разработанной и апробированной технологии переработки ЛКМ отхода и вынужденное захоронение данного отхода на полигонах – главная проблема в области обращения с ЛКМ.
Теоретический анализ проблемы переработки отходов ЛКМ показал, что отходы лакокрасочных материалов можно отнести к технологичным, что означает их пригодность для вторичного применения в промышленности. Например, они могут быть задействованы в качестве добавок при производстве стройматериалов, а также применяться в создании красок, используемых при внешней покраске зданий и сооружений или для дорожной разметки.
Однако, вопрос переработки и применения отходов ЛКМ в настоящее время малоизучен. Те немногочисленные материалы, публикуемые в отечественных и зарубежных издательствах, не дают четкого представления об области их применения. Достоверно известно лишь о нескольких.
-
1. Технология утилизации в компании «Gener-al Motors», которая предусматривает пиролизное разложение обезвоженного отхода с каталитическим дожигом отходящих паров. При таком методе получаются углеводородные материалы, используемые в качестве топлива твердый остаток, в основном состоящий из технического углерода, а также тепловая энергия. Экономические расчеты по эффективности технологии в статье не приводятся.
-
2. Другим способом переработки является технология компании «Haden», которая предусматривает обезвоживание отхода, его сушку с последующим помолом частиц. Полученный продукт может быть использован в качестве наполнителя в производстве строительных и шумоизоляционных материалов, а входящие в его состав полимерные термоактивные смолы могут служить альтернативой применения других материалов.
-
3. В современном строительстве всё большее внимание уделяется технологиям получения высококачественных бетонов на основе использования различных смесей. Все высококачественные бетоны включают в свой состав комплексы химических модификаторов структуры и свойств бетонов, активные дисперсные минеральные компоненты и наполнители, расширяющие добавки и т.д. Например, применение суперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилатов позволяет эффективно использовать бетоны с низким В/Ц и получить за счёт этого высокую прочность порядка 60 – 80 МПа [6].
Для решения данной проблемы нами рассмотрена в качестве наиболее перспективной технология использования отходов ЛКМ в качестве вяжущего компонента для изготовления полимербетона. Известно, что синтетические смолы, входя- щие в состав лакокрасочных материалов, повышают его морозо- и износостойкость.
Возможность применения отходов ЛКМ в качестве вяжущего средства для получения бетонов изучалась нами в результате лабораторных исследований, проводимых в институте химии и инженерной экологии Тольяттинского государственного университета.
Определение массовой доли летучих и нелетучих веществ в отходе проводили по ГОСТ 1753772. «Материалы лакокрасочные. Методы определения массовой доли летучих и нелетучих, твердых и пленкообразующих веществ». Экспериментально было установлено, что массовая доля летучих веществ отходов ЛКМ составила - 28,2 %, нелетучих – 71,8% (таблица 3).
Сравнительный анализ применяемых материалов при изготовлении полимерных бетонов и качественного состава отхода ЛКМ выявил, что по нелетучей части отход соответствует составу применяемых вяжущих смесей для полимерного бетона. Испытания на определение возможности полимеризации отхода и оптимальной температуры нагрева, при которой происходит сшивка отхода в пространственную структуру, показали, что входящие в состав отхода синтетические смолы являются полимеризованными термоактивными смолами. Установлена оптимальная температура нагрева - 150°С.
Таблица 3. Определение массовой доли летучих и нелетучих веществ в отходе
Наименование пробы |
Летучие вещества, % |
Нелетучие вещества, % |
Проба № 1 |
24,83 |
75,17 |
Проба № 2 |
27,18 |
72,82 |
Проба № 3 |
32,71 |
67,29 |
Среднее значение |
28,2 |
71,76 |
Остальные показатели: стойкость к истиранию и морозостойкость не определялись. Однако теоретически, последний показатель из-за малого водопоглощения полученных образцов должен соответствовать ГОСТ 17608-91. Можно также предположить, что стойкость к истиранию также должна соответствовать требованиям, предъявляемым к бетону для тротуарных плит, что подтверждается высокой твердостью лакокрасочных покрытий из материалов, входящих в состав отхода. Но нужны ещё дополнительные экспериментальные исследования, которые планируются в перспективе.
Предлагаемая нами технология вторичного применения ЛКМ предусматривает обезвоживание отхода, его сушку с последующим помолом и смешивание при нагревании с дополнительными компонентами (полимерами, кварцевым песком, пигментами и другими). Полученная высоковязкая смесь размещается в формы для остыва- ния. Так можно изготовить тротуарную плитку, черепицу, бордюры и другие изделия.
В отличие от подобных изделий из бетона на минеральном вяжущем, полученные изделия из полимер-песчаного бетона будут обладать рядом преимуществ:
-
- высокой химической стойкостью;
-
- высокой морозостойкостью;
-
- стойкостью к износу;
-
- низкой водопроницаемостью;
-
- большой деформативностью;
-
- снижением токсичности (класса опасности) отхода.
ВЫВОДЫ
-
1. В Самарской области образуется значительное количество отходов ЛКМ – более 6,5 тысяч тон в год. Применение химических реагентов нового поколения в деканторах окраски привело к изменению свойств отходов и в результате к невозможности их вторичного использования на основе существующей технологии переработки отходов ЛКМ на предприятиях.
-
2. Проблема накопления, обезвреживания и утилизации отходов ЛКМ (3 класс опасности) связана с отсутствием разработанной и апробированной технологии переработки ЛКМ и вынужденным захоронением данного вида отхода на полигонах, что негативно влияет на окружающую среду и сказывается на снижении устойчивости функционирования экосистем.
-
3. Результаты эксперимента показали, что отходы лакокрасочных материалов ЛКМ могут быть использованы в качестве вяжущего компонента для производства полимербетона, из которого изготавливают тротуарные плиты и другие строительные материалы.
-
4. При условии разработки промышленной технологии и экономической целесообразности изго-
- товления полимербетонных изделий с вторичным применением отходов ЛКМ снизится негативное воздействие предприятия на окружающую среду за счет исключения захоронения и снижения токсичности отходов.
Список литературы Анализ проблемы образования отходов лакокрасочных материалов в Самарской области и перспективы их переработки
- Васильев А.В. Обеспечение экологической безопасности в условиях городского округа Тольятти: учебное пособие. Самара: Изд-во Самарского научного центра РАН, 2012. 201 с.,
- Васильев А. "Зеленая политика": проблемы и структура. Pro et Contra. 2002. Т. 7. № 1. С. 84-93.
- Васильев А.В., Васильева Л.А. К вопросу о системном обеспечении экологической безопасности в условиях современного города//Изв. Самар. НЦ РАН. 2003. Т. 5. № 2. С. 363-368.
- Васильев А.В., Заболотских В.В., Тупицына О.В., Штеренберг А.М. Экологический мониторинг токсического загрязнения почвы нефтепродуктами с использованием методов биотестирования//Электронный научный журнал "Нефтегазовое дело". 2012. №4. С. 242-249.
- Доусон Г., Мерсер Б. Обезвреживание токсичных отходов: Пер. с англ. М.: Стройиздат, 1996. 288 с.
- Заболотских В.В., Васильев А.В., Терещенко Ю.П. Комплексный мониторинг антропогенного загрязнения в системе обеспечения экологической безопасности города//Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2012. № 2. С. 58-62.
- Заболотских В.В., Васильев А.В. Мониторинг токсического воздействия на окружающую среду с использованием методов биоиндикации и биотестирования: монография. Самара, 2012.
- Vasilyev A.V., Khamidullova L.R., Podurueva V.V., Solovyov S.G. Investigation of toxicity of waste water of "AVTOVAZ" company by using biological testing methods. Safety of Technogenic Environment. 2012. № 2. С. 72-75.
- Vasilyev A.V., Gusarova D.V. Analysis of lubricating cooling liquids negative influence to the human's health and the ways of it reduction. Safety of Technogenic Environment. 2013. № 4. С. 37-41.