Экспериментальная оценка экологической опасности портативных батарей для гидробионтов и проблема утилизации

Массовое использование химических источников тока (ХИТ), особенно портативных батарей (ПБ), создаёт проблему их утилизации. Все типы ПБ имеют общие черты: содержат тяжелые металлы и электролиты, способны загрязнять грунтовые воды, не поддаются биохимическому разложению, являются источником вторичного сырья для получения цветных металлов. Медико-экологические аспекты специфичны для разных стадий жизненного цикла ПБ – при добыче и переработке сырья, производстве батарей, на стадиях захороне-ния/рассеивания или утилизации. Для необорудованного полигона ТБО площадью 40 га годовой ущерб от ПБ может составить от 164 млн. руб. до 1,6 млрд. руб., а через 50 лет после закрытия полигона – от 13,2 до 130,4 млрд. руб. [1]. В общей массе ТБО вклад ПБ составляет по кадмию 52%, по ртути 88% [2]. При длительном хранении и транспортировке возможны нештатные ситуации, при которых ПБ могут попадать в водную среду, что увеличивает экологический риск. Проведенная нами экспериментальная оценка экологической опасности популярных типов ПБ (AAA, AA, D, Крона, AG13) позволила выявить высокую степень токсичности и биологической активности при их нахождении в изначально нейтральной водной среде. Исследование динамики эмиссии показало, что уже на первой неделе нахождения в водном растворе ОПБ создают опасные для живых организмов концентрации цинка и марганца.

Количественный химический анализ растворов, возникающих при нахождении батареек в водной среде, показал (рис. 1), что наибольшие концентрации цинка наблюдаются в экспериментах с батарейками типов D и АА. Причем уже на первой неделе концентрация цинка в растворе

Амосова Антонина Александровна, кандидат биологических наук, доцент кафедры химической технологии и промышленной           экологии.           E-mail:

превышала ПДК в воде водных объектов, составляющую для цинка 0,001 мг/см3 [3].

Рис. 1. Изменение концентраций Zn и Mn в водной фазе: ♦ - D; • - AA; ▲ - ААА; ■ - Крона; х -

AG13

Концентрация марганца на первой неделе эксперимента превышала ПДК, составляющую 0,0001 мг/см3 [3]. Между тем, известно, что марганец оказывает мутагенное влияние на живые организмы, вызывает поражение центральной нервной системы [5].

В работе [1] период вскрытия ПБ в условиях полигона оценивался в 6-7 недель, именно в этот период наблюдается заметный рост концентраций

марганца и цинка в растворе. В нашей работе фактором опасности принята эмиссия марганца и цинка в водный раствор в концентрациях, превышающих ПДК для водных объектов [3]. Оценка биологической активности проводилась исследованием острой токсичности и экспериментальным определением класса опасности на аквариумных рыбках Гуппи (Poecilia reticulata Peters) в соответствии с СП 2.1.7.1386-03 [5]. Выживаемость рыб достоверно снижалась с увеличением времени выдержки ПБ в водной среде. Сравнивая выживаемость в растворах с различными типами батареек, можно построить следующий ряд возрастания токсичности: AG13 < АА < ААА < D < «Крона». Полученные данные (табл. 1) совпадают с результатами изучения динамики эмиссии, показавшими, что с течением времени «Крона» выделяет большее количество марганца, батарейки типа D – большее количество цинка.

Таблица 1. Класс опасности тестируемых батареек

Определение класса опасности модельных растворов экспериментальным путем показало, что первые 3 недели класс опасности почти всех модельных растворов соответствовал 5. Это согласуется с полученными данными при исследовании общей токсичности, где выживаемость рыб в растворах 1, 2 и 3 недели составляет 93-100%. Растворы, представляющие собой 4 и 8 неделю выдержки батареек, проявляют разную степень токсичности, что позволило отнести их к 3, 4 и 5 классу опасности в зависимости от типа батарейки. По результатам эксперимента был построен следующий ряд возрастания токсичности: AG13 < «Крона» < АА = ААА < D (3 класс опасности). Результаты исследований позволяют утверждать, что уже после 8 недель пребывания в водной среде ПБ вызывают локальное загрязнение 3, 4 и 5 класса опасности для гидробионтов. Биотестирование показало, что токсичность бытовых батарей проявляется существенно раньше, чем происходит их полная разгерметизация.

Каждый год в Европе продаётся свыше 5 млрд. батарей [7]. Правовыми регуляторами их рециклинга являются Директивы 2006/66/EC, 2002/96/EC, 2012/19/EU, 2011/65/EU. Деятельность государственных органов поддерживает Европейская Ассоциация портативных батарей [9], дающая рекомендации участникам коллективной ответственности. В 13 странах ЕС действует European

Recycling Platform (ERP), куда входят более 1300 компаний. Система базируется на инновационных стратегиях и новейших технологиях (state-of-the-art technology). Циферблат сайта информирует о ежесекундном количестве рециклируемых объектов [10]. Автоматическая идентификация типа ПБ позволяет расшифровывать информационную матрицу рециклинга (Recycling Information Matrix – RIM), содержащуюся в маркировке, информирует об особенностях объектов рециклинга, предопределяет технологию переработки и расчетные выходы компонентов и фракций [11]. Исследования в 30 странах Европы [6] показали наличие 4-х основных моделей сбора ПБ: 1) модель государственного фонда; 2) модель единой организации; 3) модель конкурирующих организаций; 4) модель без организаций (сборщики от фонда производителей батарей). В Швейцарии насчитывается более 12000 пунктов сбора [7] c последующей переработкой на заводе компании Batrec Industrie AG. Оператором бельгийской системы является Recupel [12]. Компании, не заключившие с ней договор, должны представить свой план рециклинга региональным властям. Санкции за нарушение закона – тюремное заключение от 8 дней до 3-х лет, штрафы от 160 € до 4 млн €. В США потребители ежегодно покупают более 3 млрд. бытовых батарей [13]. Полный менеджмент рециклинга ПБ на всей территории осуществляет Battery Solutions, Inc. [14]. Участниками сети являются общественные 5агентства, розничная торговля, коммерческие фирмы, муниципалитеты [16], металлургические компании, специализирующиеся на отдельных цветных металлах и их группах. Отдельные штаты имеют собственное законодательство. Закон Калифорнии предписывает розничным продавцам батарей иметь системы сбора без затрат для потребителя [16]. В каждом так называемом «Best Buy» магазине при входе можно бесплатно оставить ПБ, сотовые телефоны и т.п. [17]. Согласно закону штата Нью-Йорк от 2010 г. [18 ] любое физическое лицо получает при первом нарушении штраф 50$, при втором 100$, для третьего или последующих 200$. Для торговых организаций соответственно 200, 400 и 500$, для производителей 2000, 4000 и 5000$. В Китае Джан Бо построил империю по производству и переработке ХИТ – King Power, которая экспортирует батарейки в Японию, Германию, Америку и Сингапур. Рециклаты металлов снова идут на производство ХИТ [19]. В Украине с 2011 г. Львовское государственное предприятие «Ар-гентум» перерабатывает ПБ с получением цинка, никеля, лития, хлоридных и марганцевых соединений при недогруженной мощности [20]. Общий информационный ресурс «Утилизация батареек в Донецкой области» [21] содержит данные о пунктах приема ПБ независимо от инициатора открытия. В Республике Беларусь действует Государственное объединение «Белресурсы» [22].

В России общественные сайты демонстрируют высокую активность населения [24, 25], компания «Мегаполисресурс» готова перерабатывать батарейки со всей страны [23]. Утилизационные мощности относятся преимущественно к цветной металлургии, что предопределяет географию ожидаемых потоков вторичных ресурсов, собранных на разных территориях. Российская государственная политика в данной области должна ориентироваться на страны-лидеры [2, 6], исключая использование устаревших технологий и систем рециклинга.