Физико-химические основы развития и тушения пожара. Записка. Введение Виды, характеристики, свойства пав
 Скачать 118.72 Kb.
|
|
Содержание Введение………………………………………………………………………………. 1 Виды, характеристики, свойства ПАВ…………………………………………….. 2 Применение ПАВ при тушении пожаров………………………………………….. 2.1 Рекомендации по применению ПАВ при тушении пожара…………………….. 2.2 Примеры тушения пожаров с применением ПАВ………………………………. 3 Экологические проблемы тушения пожаров с применением ПАВ……………… Заключение……………………………………………………………………………. Список используемой литературы…………………………………………………… Введение В данный момент существует множество различных средств пожаротушения, с различными характеристиками и способами применения. В связи с этим я считаю, что каждый пожарный должен знать классификацию этих веществ и область их применения. Это обусловлено тем, что от правильного выбора огнетушащего вещества напрямую будет зависеть скорость и эффективность тушения пожара или возгорания, а также жизнь и здоровье личного состава принимающего участие в ликвидации ЧС. В данной курсовой работе мы подробно рассмотрим вопрос применения поверхностно активных веществ (ПАВ) при тушении пожаров. Цель данной работы – проанализировать существующие на данный момент ПАВ, их характеристики и способы применения в ходе тушения пожаров возникших на различных объектах и при определенных условиях характерных для того или иного пожара. Для достижения цели необходимо решить ряд задач: дать понятие, что такое пожар; охарактеризовать огнетушащие вещества (ПАВ); указать способы применения(ПАВ). 1 Виды, характеристики, свойства ПАВ ПАВ предназначены для получения пены и смачивателей (водных растворов с низким поверхностным натяжением). Пена – это продукт водного раствора с поверхностно активными веществами. Такие вещества могут самостоятельно концентрироваться, а также адсорбироваться на этапе «вода – углеводороды» и «вода – воздух». ПАВ относится к веществам, которые синтезируются на основе синтетики и белка посредством присоединения гидрофильной среды, которая способствует улучшению их растворимости в водной среде. Благодаря ПАВ, снижается поверхностное натяжение на стыке воды и воздуха, поэтому возникшие водные пленки остаются эластичными на протяжении довольно длительного времени. Поверхностное натяжение снижается за счет того, что молекулы ПАВ самопроизвольно концентрируются на поверхности. Адсорбция молекул ПАВ происходит из-за того, что они состоят из двух частей, прямо противоположных по принципу растворения в воде. Такие вещества относятся к группе анионных. Существуют и иные виды ПАВ, которые отличаются химическим строением. Все ПАВ можно подразделить на четыре вида, отталкиваясь от знака заряда, которым обладает поверхность в случае молекулярной адсорбции: анионный (поверхности передается отрицательный заряд); катионный (положительно заряженная поверхность); неионогенный (практически не оказывает никакого влияния на поверхностный заряд); амфолитный (заряд поверхности напрямую зависит от кислотности среды). Как огнетушащее вещество, вода плохо смачивает твёрдые материалы из-за высокого поверхностного натяжения (72,8-103Дж/м2), что препятствует ее быстрому распределению по поверхности, прониканию вглубь горящих твёрдых материалов и замедляет охлаждение. Для уменьшения поверхностного натяжения и увеличения смачивающей способности в воду добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ). На практике используют растворы ПАВ (смачивателей), поверхностное натяжение которых в 2 раза меньше, чем у воды. Оптимальное время смачивания 7-9 с. Соответствующие этому времени концентрации смачивателей в воде считают оптимальным и рекомендуют для тушения. Применение растворов смачивателей позволяет уменьшить расход воды на 35-50% и снизить на 20-30%, что обеспечивает тушение одним и тем же объемом огнетушащего вещества на большей площади. Рекомендуемые концентрации смачивателей (%), в водных растворах для тушения пожаров приведены в таблице. Таблица 1.1 – Рекомендуемые концентрации смачивателей
Рабочая концентрация смачивателей составляет, как правило, от 0,1 % до 3 %. Молекулы ПАВ, как правило, состоят из длинной неполярной и короткой полярной частей. За счёт своего дифильного строения ПАВ концентрируются на границе раздела воздух – жидкость, при этом полярная часть молекулы (гидрофильная) растворена в воде, а неполярная (гидрофобная) обращена в воздух. Благодаря этому смачиватель становится посредником контакта между молекулами воды и молекулами трудносмачиваемого твёрдого гидрофобного вещества. Хорошее смачивание и растекание возможно при высокой адгезии (когда молекулярная природа жидкости и твёрдого тела близки) и при низкой когезии (когда поверхностное натяжение жидкости мало). При тушении раствором смачивателя огнетушащая эффективность воды повышается в 1,5-2 раза. Ранее, когда в России основными пенообразователями, применяемыми для тушения пожаров, были протеиновые пенообразователи, обладающие плохой смачивающей способностью, наряду с пенообразователями выпускались в качестве смачивателей индивидуальные биологически неразлагаемые химические соединения (НБ, ЦБ, ОП-7, ОП-10 и др.). В настоящее время роль смачивателя выполняют отечественные пенообразователи общего назначения (ПО-ЗНП, ПО-6ТС, ТЭАС и др.), которые выпускаются в жидком виде и могут быть использованы для получения пены. В России стандартная проверка смачивающей способности и выбор рабочей концентрации пенообразователя осуществляются по ГОСТ Р 50588-2012 «Пенообразователи для тушения пожаров. Общие технические требования и методы испытаний» [1] и заключаются в определении времени смачивания рабочим раствором гидрофобной ткани. Согласно вышеуказанному ГОСТу ПАВ должен соответствовать техническим характеристикам, указанным в таблице 1.2. Таблица 1.2 – Технические характеристики ПАВ
Основное физическое свойство растворов ПАВ – уменьшение поверхностного натяжения, улучшающее смачивающую способность воды. Поверхностное натяжение воды (72,58 дин·см-1 по сравнению с другими жидкостями относительно велико (например, для этилового спирта оно составляет 22,03 дин·см-1 для хлороформа 27,10 дин·см-1) Поверхностное натяжение обусловлено тем, что на молекулы, находящиеся внутри жидкости, со всех сторон действуют одинаковые силы притяжения. Молекулы, находящиеся на поверхности, притягиваются лишь внутрь, так как результирующая сила направлена вниз.  Рисунок 1.1 – Ориентация молекул смачивателя в поверхности воды Из приведенных закономерностей следует, что вода стремится уменьшить свою поверхность, поэтому капелька воды принимает форму шара. Однако при добавке в воду смачивателя поверхностное натяжение уменьшается и капля теряет шарообразную форму. Молекулы смачивателя адсорбируются на поверхности воды и концентрируются с образованием мономолекулярного слоя. Трудно смачиваемые вещества (например, резина, каменноугольная или корковая пыль) притягиваются гидрофобной частью молекулы. Гидрофильная часть направлена в воду, благодаря чему смачиватель становится посредником контакта между молекулами воды и молекулами трудносмачиваемого вещества. 2 Применение ПАВ при тушении пожаров Некоторые твёрдые материалы (например, резина, угольная пыль, древесная мука, волокнистые материалы, торф) или совсем не тушатся водой без смачивателя, или тушатся с трудом, т.е. с большим расходом воды. Влияние ПАВ на форму капель воды представлены на рисунках 2.1 и 2.2.  Рисунок 2.1 – Капля обычной воды на поверхности вещества  Рисунок 2.2 – Капля воды с применение ПАВ При тушении тлеющего пожара вода со смачивателем, поданная в очаг горения, прежде всего локализует горение, препятствуя появлению газа в зоне пламени. В охлажденный очаг пожара смачивающий раствор проникает широким фронтом и тушит его интенсивнее, чем вода без смачивателя. Такой процесс возможен лишь тогда, когда охлаждение настолько сильно, что смачивающий раствор проникает, не испарившись. В зонах пожара, где вода быстро испаряется и не оказывает охлаждающего действия, огнетушащая эффективность воды со смачивателем равна эффективности чистой воды. Хотя применение воды со смачивателями при тушении указанных твёрдых материалов имеет ряд преимуществ, в России они используются не слишком широко. 2.1 Рекомендации по применению ПАВ при тушении пожара Как указывалось выше, применение смачивателей значительно улучшает огнетушащие свойства воды и уменьшает время тушения. Используя растворы ПАВ, подразделения пожарной охраны как бы вдвое увеличивают объем воды, доставляемой па пожары. Сокращение времени тушения предотвращает образование крупных и затяжных пожаров и значительно снижает убытки от огня. Организацией применения смачивателей пожарными частями гарнизонов должны заниматься отделы (отделения) службы и подготовки совместно с пожарно-техническими станциями. Упомянутые выше ПАВ выпускаются промышленностью и органы пожарной охраны снабжаются ими в плановом порядке либо приобретают на предприятиях, которые используют их в технологических процессах. В настоящее время смачиватели в больших количествах применяются на текстильных предприятиях, заводах и фабриках, занятых очисткой твердых поверхностей, флотацией и обогащением руд, обезжириванием и дублением кож, окраской мехов, приготовлением эмульсий, ядохимикатов, а также на предприятиях при производстве лаков и красок, бумаги, синтетических волокон и пленок, синтетических каучуков и других полимеров. Широко применяются смачиватели в нефтяной и химической промышленности. Почти все рассматриваемые ПАВ – жидкости с различной вязкостью, только сульфонол НП-1, смачиватель НБ и сульфонат некоторых марок – твердые вещества с различной степенью растворимости. Сульфонол НП-1 следует готовить лишь в виде раствора рабочей концентрации из смачивателя НБ и сульфоната можно получить концентрированные растворы, которые затем можно подсасывать к воде либо переносными эжекторами, либо смесителями пожарных гетомобилей. Эмульгатор ОП-4, вспомогательное вещество ОП-7, смачиватель ДБ – вязкие жидкости. Их предварительно разбавляют водой и затем подмешивают к воде. Остальные вещества – жидкости, хорошо смешивающиеся с водой. Они легко подсасываютсяустройствами. Поверхностно-активные вещества, за исключением ОП-4, ОП-7 и смачивателя ДБ в концентрациях, превышающих оптимальные, при подаче из стволов тип! ГВП могут образовать пену повышенной кратности, а ОГ1 4, ОП-7 и ДБ – низкократную пену. Поэтому их в концентрированном виде можно вывозить в бочках или в цистернах. Вели для приготовления рабочего раствора использовать имеющийся на основных пожарных автомобилях стационарный воздушно-пенный смеситель, то концентрация смачивателя в вывозимых на пожар растворах может быть в 25–50 раз выше рабочей. Такой большой диапазон концентраций объясняется различной растворимостью смачивателей, вязкостью концентрированных растворов и возможностью смесителя подсасывать различное количество раствора. Для приготовления таким способом рабочего раствора на пожаре необходимо предварительно протестировать смеситель для подачи раствора оптимальной концентрации через ствол Б. Из бака пенообразователя вместимостью 150 л, который заполнен смачивателем, хорошо растворимым в воде, например сульфона- том натрия, можно получить до 7000 л рабочего раствора. Для приготовления концентрированных растворов (свыше 10%) все пасты, большую часть твердых и жидких ПАВ (ОП-7, ОП-10, ДБ) следует растворять при перемешивании в теплой (40—60е С) воде. Если время растворения неограниченно, то воду не подогревают, а смесь длительное время перемешивают до получения раствора. Однако при использовании бака для пенообразователя под перевозку концентрированных растворов смачивателей исключается возможность применения на пожаре воздушно-механической пены для тушения, больших количеств горючих жидкостей. Хотя водные растворы смачивателей, так же, как и пенообразователь ПО-1 и другие, способно образовывать воздушно-механическую пену, огнетушащие свойства их не всегда соответствуют предъявляемым требованиям. Поэтому в пожарных частях, в районе выезда которых расположены нефтебазы или объекты, на которых применяются горючие жидкости, на пожары следует вывозить пенообразователь. В пожарных частях, обслуживающих объекты по переработке или получению волокнистых материалов, концентрированный раствор смачивателя целесообразно доставлять в автоцистернах. Готовить рабочие растворы практически для всех веществ можно непосредственно в цистернах. Растворы смачивателей, вывозимые на пожар в автоцистернах, применяют главным образом для подачи первого ствола. Практика тушения показывает, что одной автоцистерны с раствором смачивателя, как правило, достаточно для ликвидации незапущенного пожара и локализации развывшегося. Учитывая высокую смачивающую способность растворов ПАВ, для их подачи необходимо использовать только прорезиненные рукава. При прокладке рукавной линии надо предусматривать ее запас, так как раствором смачивателя из одной автоцистерны тушат площадь пожара в 2–2,5 раза больше, чем водой, и, следовательно, ствольщики от начальной позиции передвигаются на значительные расстояния. Тушить растворами смачивателя можно все твердые материалы, которые тушат водой. Особенно высокий эффект наблюдается при тушении целлюлозных материалов (хлопка, древесины, тканей, бумаги и т. д.), которые являются основными горючими материалами на пожарах жилых, административных, лечебных, сельскохозяйственных и других зданий. Поэтому пожары в этих зданиях тушат растворами смачивателей с меньшей интенсивностью подачи и быстрее, чем водой. В связи с этим рекомендуется применять перекрывание стволы с диаметром спрыска не более 13 мм. Однако практика тушения показывает, что для сокращения излишне проливаемого на пожарах раствора смачивателя желательно применять стволы и с меньшим диаметром спрыска. При использовании стволов со спрыском 13 мм их необходимо перекрывать после быстрой обработки горящих поверхностей, во время разборки горящих материалов, при остановках, в продвижении, изменении позиций стволов. Пожары внутри помещений следует тушить распыленными струями, так как при том уменьшается интенсивность подачи раствора, понижается температура и задымленность в горящем помещении. Сплошными струями тушат пожары, когда из-за высокой температуры в помещении нельзя близко подойти к горящему объекту. Струи надо быстро передвигать до горящей поверхности, стремясь как можно быстрее обработать ее. В процессе обработки целлюлозных материалов раствором может остаться небольшой очаг тления. В этом случае на него не следует подавать раствор, так как он погаснет при проникании раствора. Интенсивность подачи тушение целлюлозных материалом (древесины, ткани, бумаги, сена и т. п.) можно принять равной 0,03–0,05 л/(м2-с), т. е. в 2 раза меньше, чем для воды. Хлопок, пенька, сажа и другие подобные вещества водой не тушатся, хлопок приходится разбирать и проливать водой. Для этих веществ интенсивность подачи растворов ПАВ (по результатам тушения пожаров) следует принять 0,05–0,07 л/(м2-с), причем если концентрация ПАВ для тушения целлюлозных материалов может быть оптимальной, определяемой в лабораторных условиях, то для волокнистых материалов она должна быть увеличена в 1,3–2 раза. Растворы ПАВ можно использовать также для защиты от воспламенения твердых горючих материалов, особенно волокнистых, сыпучих и пористых, обрабатывая их как распыленными струями, так и воздушно-механической пеной, получаемой в результате подачи растворов смачивателей через воздушно-пенный ствол. 2.2 Примеры тушения пожаров с применением ПАВ При тушении каучука на Народном предприятии шинного завода и Фюрстенвальде в 1963 году (несколько штабелей размером 4 х 4 х 2 м) было установлено: 5%-ным раствором смачивателя (неомерпип FX), распыляемым из трех насадков Арекс-Н-200 потушили пожар за 1 мин 54 сек. Однако после тушения произошло повторное воспламенение. Сплошной и распыленной струями чистой воды при тех же условиях тушения добиться не удалось. Ниже приведены примеры тушения пожаров растворами смачивателей. Таблица 2.1 – примеры тушения пожаров с применением ПАВ
Результаты тушения пожаров в жилых домах и квартирах раствором смачивателя (сульфопол NP-1) приведены в таблице 2.1. Выводы из 175 крупных опытов тушения пожаров горючих веществ классов А и В таковы: при тушении пожара в деревянном жилом доме 1 %-ная добавка смачивателя к воде позволяет уменьшить расход воды на 1/3-1/5 и сократить продолжительность тушения; наибольший эффект достигнут для таких материалов, как хлопок, кипы бумаги, древесная пыль и лесная почва. 3 Экологические проблемы тушения пожаров с применением ПАВ Пены применяют для тушения твердых и жидких веществ. С помощью пены тушат резервуары с нефтепродуктами, пожары в трюмах, ангарах, кабельных тоннелях и т. д. Пену используют при аварийных проливах и пожарах токсичных и криогенных веществ. Достоинством пены является сокращение времени тушения и уменьшение расхода воды. Пенообразователи, используемые для создания пены, далеко не всегда являются безопасными для ОС. В процессе тушения пена разрушается, а пенообразователи в большинстве случаев попадают в грунт и водоемы. Известны случаи, когда применение пен для тушения пожаров стало причиной экологических катастроф. Так, в Германии в 1987 г. при тушении пожара пеной загрязнение ею реки Фуртбах привело к гибели растений и рыбы. В другом случае из-за попадания в водоем только 0,5 л пенообразователя при промывке полости насоса также погибла рыба. Степень опасности пен для экологических систем суши и водных объектов зависит от природы пенообразователей. Пенообразователи представляют собой концентрированные водные растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ) со стабилизирующими добавками и предназначены для получения пены или растворов смачивателей, используемых при тушении пожаров. Добавки вводят в пенообразователи для улучшения их эксплуатационных характеристик. Для стабилизации используют высшие спирты, соединения меди, полисилаксаны и др. Для снижения замерзания в пенообразователи добавляют антифризы (гликоли, мочевину, минеральные соли). Пенообразователи, используемые для тушения пожаров, по химическому составу ПАВ бывают протеиновые (белковые), синтетические, фторсинтетические, фторпротеиновые [4,5]. Пенообразователи классифицируют по способности разлагаться в окружающей среде (ГОСТ Р 50029), по кратности образуемой пены, по классу пожаров (ГОСТ 27331) и, наконец, по совокупности признаков (ГОСТ Р 50588) в зависимости от их применения [5]. Пенообразователи общего назначения классифицируются как синтетические углеводородные типа S (в их состав входят алкилбензолсульфонаты, сульфонаты парафинов и α-олефинов). Их используют для получения пены различной кратности и растворов смачивателей при тушении горючих жидкостей, твердых горючих материалов, волокнистых и тлеющих веществ, для защиты строительных конструкций, технологических аппаратов и хранящихся материалов от воздействия тепловых потоков. Пенообразователи целевого назначения используют в основном при тушении нефти, нефтепродуктов, водонерастворимых и водорастворимых горючих жидкостей. По химическому составу пенообразователи целевого назначения подразделяют: на синтетические углеводородные типа S, S'AR; синтетические фторсодержащие – AFFF, AFFFVAR, AFFF'AR-LV; фторпротеиновые – FP, FFTP, FP'AR и FFFP'AR. Пенообразователи типа AFFF – синтетические фторсодержащие пленкообразующие пенообразователи целевого назначения для тушения горючих жидкостей. FFFP – протеиновые фторсодержащие пленкообразующие пенообразователи целевого назначения для тушения горючих жидкостей. FP – протеиновые фторсодержащие пенообразователи целевого назначения для тушения горючих жидкостей. AFFF/AR – синтетические фторсодержащие пленкообразующие спиртоустойчивые пенообразователи целевого назначения для тушения водорастворимых и водонерастворимых горючих жидкостей. AFFF/AR-LV – синтетические фторсодержащие пленкообразующие спиртоустойчивые пенообразователи целевого назначения низкой вязкости для тушения водорастворимых и водонерастворимых горючих жидкостей. FFFP/AR – протеиновые фторсодержашие пленкообразующие спиртоустойчивые пенообразователи целевого назначения для тушения водорастворимых и водонерастворимых горючих жидкостей. FP/AR – протеиновые фторсодержащие спиртоустойчивые пенообразователи целевого назначения для тушения водорастворимых и водонерастворимых горючих жидкостей. S/AR – синтетические спиртоустойчивые пенообразователи целевого назначения без содержания фторированного поверхностно-активного вещества для тушения водорастворимых и водонерастворимых горючих жидкостей. S – синтетические пенообразователи, не содержащие фторированных поверхностно-активных веществ для тушения пожаров. WA – синтетические пенообразователи, не содержащие фторированных поверхностно-активных веществ, используемых для тушения пожаров в качестве смачивателя. Протеиновые ПАВ изготавливают из белковых веществ (роговой муки, костей, перьев, крови и др.). Пенообразователи на их основе содержат неорганические соли, например, сернокислое закисное железо и стабилизаторы, например, фтористый натрий. Пены на основе протеиновых ПАВ (ПО-1, ПО-6, ТЭАС, ПО-6СПС) нестойки к высоким температурам, обладают слабым коррозионным действием. Эти пенообразователи вызывают незначительное раздражение кожных покровов и слизистых оболочек глаз, но не обладают кумулятивным действием. Рабочие растворы пенообразователя безвредны. Синтетические углеводородные ПАВ производятся в основном из нефти, угля, сланцев и природного газа. К ним добавляют стабилизаторы, органические растворители и ингибиторы коррозии. К недостаткам синтетических углеводородных пенообразователей относят вредное действие в высоких концентрациях на флору и фауну. Синтетические фторированные ПАВ (АFFF) (фторсинтетические) получают на основе перфторуглеродных соединений C Fn 2n+1 , производных от фторкарбоновых фторсульфоновых кислот. Перфторированные ПАВ содержат гетероатомы в гидрофобной части. Химические соединения самого электроотрицательного элемента периодической системы фтора с углеродом придают ПАВ особые свойства (низкая поляризуемость и поверхностное натяжение, гидро- и олеофобность, высокая тепловая и химическая стойкость, не взаимодействуют с маслом и водой). Фторированные ПАВ высокоэффективны в водных растворах, органических растворителях, концентрированных кислотных и основных растворителях. На поверхности горящих жидкостей они образуют паронепроницаемую пленку, которая предохраняет пену от разрушения и облегчает тушение. Еще в 1990-х гг. была доказана экологическая опасность ПАВ на основе перфтороктанкарбоксилатов (С8F17COO–) и перфтороктансульфонатов (C8F17SO3). Они чрезвычайно стабильны в природных средах: практически не гидролизуются (период полураспада составляет десятки лет), не разлагаются в аэробных и анаэробных условиях в воде и почве микроорганизмами, токсичны, мигрируют по пищевым цепям, способны к биоаккумуляции. Поэтому с 2000 г. они отнесены к стойким органическим загрязнителям (СОЗ), и их производство и применение ограничены в США, Канаде и странах Евросоюза. Согласно Стокгольмской конвенции 2011 г. «О стойких органических загрязнителях» был введен постепенный запрет на использование пенообразователей некоторых фтор-ПАВ [6]. Производители фторированных ПАВ пытаются улучшить их токсикологические и экологические характеристики, блокируя сульфонатную группу (SO4) –2, уменьшая число атомов углерода в перфторированном радикале с С8 до С4–С6, применяя не полное, а частичное фторирование. Но эти действия снижают лишь кумулятивный эффект перфторированных ПАВ и не могут привести к появлению биоразлагаемого соединения. Соответственно проблема их накопления в окружающей среде решается не до конца. Одним из эффективных направлений по снижению объемов применяемых фтор-ПАВ является разработка ГК «Пожнефтехим» пенообразователя «Аквафом S/AR». Это синтетический спиртоустойчивый пенообразователь целевого назначения не содержит фтор-ПАВ, используется для тушения водорастворимых и водонерастворимых горючих жидкостей: полярных растворителей, спиртов, нефти, нефтепродуктов, углеводородов. По фитотоксичности пороговая концентрация «Аквафом S/AR» в 25 раз выше, чем у пенообразователей типа AFFF. Это мягкое поверхностноактивное вещество, предельно допустимая концентрация которого в производственных сточных водах составляет 50 мг/л [7]. Фторпротеиновые ПАВ состоят из продуктов разложения протеинов и фторированных добавок, улучшающих растекаемость и стойкость пен. Химическое строение ПАВ определяет характер контакта пены с горючим веществом. По способности диссоциации в водных растворах синтетические ПАВ разделены на анионоактивные (R1R2–C6H3SO3Na и др.) и катионоактивные (R1R2R3R4N+ и др.), амфолитные (C12H25N(CH3)2(CH2)COO, C12H25N(CH3)2(CH2)SO3) и неионогенные (например, R1R2CHO–CHO–(C2H4O)n–H). Наибольшее распространение получили ПАВ на основе анионоактивных (алкилсуфонатов, алкиларилсульфатов) и фторированных составов. ПАВ оказывают токсическое действие на водные и наземные экосистемы. Хорошо изучены последствия загрязнения пенами водоемов. Отрицательное воздействие пен на воду зависит от свойств ПАВ: появляется вяжущий вкус, изменение прозрачности, увеличение способности к пенообразованию, понижение концентрации кислорода, угнетение роста микроорганизмов. Чем дольше находятся ПАВ в водоемах, тем опаснее последствия, но водная среда способна самоочищаться. Под самоочищением понимают совокупность физических, биологических и химических процессов, направленных на снижение содержания загрязняющих веществ до уровня, не представляющего угрозы для существования водных экосистем. Процессы самоочищения водоемов происходят за счет разбавления, перемешивания, испарения, сорбции взвешенными частицами и донными отложениями, бионакопления, микробиологических превращений и химических превращений гидролизом, окислением, фотолизом. Для самоочищения водоемов существенную роль играет растворимость ПАВ: чем она больше, тем эффективнее разлагаются ПАВ. Это связано с тем, что для биохимического окисления вещества должны попасть внутрь клеток микроорганизмов через полупроницаемые мембраны. Из всех рассмотренных ПАВ растворимы в воде сульфатные и сульфонатные ПАВ. Все используемые для получения пены ПАВ можно разделить в зависимости от их биологической разлагаемости на группы: мягкие, биологически разлагающиеся вещества (на 85 % и более), конечными продуктами разложения которых являются диоксид углерода, вода (НП-1, НП-3); биологически трудно разлагающиеся вещества – жесткие ПАВ со степенью разложения ниже 70 %. Быстроразлагаемые ПАВ имеют период индукции менее 3 сут, умеренно разлагаемые – от 3 до 10 сут, медленно разлагаемые – от 11 до 25 сут, а чрезвычайно медленно разлагаемые – более 25 сут (ГОСТ 50595-93). По способности к биологическому разрушению в зависимости от наличия в них функциональных групп ПАВ располагаются следующим образом: Cn F(2n+1) CH2OH CHOH COOH NH2 OHCOOH SO3H. Скорость биоразложения зависит от типа ПАВ и колеблется от 1 до 2 ч – для жирных кислот и от 1 до 2 дней – для линейных алкилбензолсульфонатов, до нескольких месяцев – для разветвленных алкилбензолсульфонатов. ПАВ на основе нормальных алканов в условиях средних широт разлагаются на 60–90 % за 3 недели, а ПАВ на основе разветвленных и циклоалканов – на 40 %. Пенообразователи на основе первичных натрийалкилсульфатов (ПО-6К) разлагаются значительно эффективнее, чем вторичные натрийалкилсульфаты (ПО-ЗАИ) и алкилбензосульфаты. Пенообразователь ПО-6К относится к экологически разлагаемым. Такие ПАВ, как оксиэтилированные спирты, служащие основой пенообразователей типа ПО-7, ПО-10, плохо растворимы в воде. Оксиэтилированные спирты малотоксичны и не оказывают кожно-раздражающего действия. Биоразлагаемость этих веществ хуже, чем сульфатов. По некоторым данным, у разветвленных оксилэтилированных алкилфенолов биоразлагаемость не превышает 10 %, а у линейных оксиэтилированных алкилфенолов степень биохимического разрушения составляет 60–70 %. Пены марок ТЭАС на основе алкилсульфатов триэтаноламина, фракция С8–С10 и ПО-6ТС, ПО-6ЦТ на основе алкилсульфатов триэтаноламина, α-олефинсульфонатов, сульфоэтоксилатов С12–С14 являются биологически жесткими и медленно разлагаемыми. Чрезвычайно жесткими можно назвать белковые гидролизаты и перфтор ПАВ (FFFP). Эти пеноообразователи и концентраты на основе перфтор ПАВ подвержены биоразложению до перфтороктан(гексан)сульфокислот и перфтороктан(гексан)карбоновых кислот, которые также токсичны. Пена на основе перфтороктил(гексил)этил-сульфон-амидобетаина также биологически жесткая. Применение для пожаротушения пенообразователей на основе перфторированных ПАВ (СnF2n+1) возможно лишь на объектах, позволяющих проводить сбор и утилизацию стоков, образующихся после пожаротушения. Оптимальная температура протекания процессов биоразложения составляет 25–30 °С. Количественной характеристикой биохимической разлагаемости ПАВ служат величины О2 БХК и О2 ХПК – биологическое и химическое потребление кислорода на разложение ПАВ за определенные промежутки времени. Индекс 2, 8, 10, 20 вместо O2 указывает на число дней, необходимых для окисления органического вещества (в данном случае ПАВ). Вода для хозяйственно-бытовых нужд должна иметь следующие характеристики: содержание растворенного кислорода не менее 4 г/м 3 в любой период года до 12 ч дня, а биохимическая потребность в кислороде (БПКполн) – 3 г/м 3 (при 20 °С). Приведенные данные регламентированы «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами». Биологически мягкие ПАВ потребляют 30 % кислорода от того количества, которое требуется для его полного разложения, а биологически жесткие – не более 10 %. Для оценки токсического действия (тератогенное и генетическое) ПАВ на водные объекты можно применять методы биотестирования с использованием стандартных тест-организмов, которые служат интегральной характеристикой загрязнения водоема, мерой биологического воздействия. Применение ПАВ, безусловно, наносит вред окружающей среде. С другой стороны, тушение с применением пены уменьшает загрязнение воздушной среды токсичными и вредными продуктами горения. Использование только биологически мягких пен позволит шире применять их в пожаротушении для уменьшения воздействия пожаров на ОС. ПАВ могут воздействовать и на человека. Токсичность ПАВ оценивается по летальной дозе (LD50) при попадании в желудок, по раздражающему действию на слизистые оболочки глаз, по дерматологическому действию на кожу и по способности изменять функциональное состояние нервной системы. В таблице 3.1 приведены летальные дозы различных ПАВ для человека и другие экологические характеристики пенообразователей [8]. ПАВ не обладают кумулятивным действием, т. е. не накапливаются в организме. Таблица 3.1 – Летальные дозы различных ПАВ
Действие ПАВ на человека оказывается заметным при постоянном контакте с концентрированными ПАВ и пенообразователями. Во избежание вредного воздействия пенообразователей и ПАВ необходимо использовать защитную одежду, после работы тщательно мыть руки и тело. При использовании пен целесообразно учитывать, что после разрушения пены вода, пролитая на тушение вместе с растворенными в ней ПАВ, через стоки, дренажные коллекторы может попасть в грунтовые воды, почву и водоемы. Для уменьшения опасных последствий попадания ПАВ в ОС следует использовать менее вредные пенообразователи и сокращать расход пены на тушение. Для сбора пен целесообразно устраивать обвалование, а также использовать синтетические поглотители ПАВ в сточной воде, пролитой при тушении пожаров. Решение о замене биологически жестких пенообразователей на биоразлагаемые, мягкие приняла еще в 1995 г. экологическая комиссия МВД РФ. Может возникнуть вопрос, почему ПАВ, используемые при тушении пожаров пеной, беспокоят специалистов больше, чем использование ПАВ в коммунальном хозяйстве, где масштабы потребления ПАВ гораздо больше? Причина в том, что хозяйственно-коммунальные воды подвергаются очистке перед сбросом в естественные водоемы. При пожарах же осуществить такие меры удается далеко не всегда. И хотя известно, что пенные составы нарушают фильтрующие свойства почв, ухудшают качество питьевой воды, используемой для хозяйственных целей, губят рыбу, планктон и т. д., применение пен во многих случаях необходимо. Пеной тушат большинство пожаров в нефтяной и нефтехимической промышленности. Ее используют для покрытия вытекающих и испаряющихся ядовитых жидкостей при авариях и пожарах, так как слой пены препятствует распространению токсичных паров в ОС. С этой целью используют фторпротеиновые и протеиновые пены на основе ОП-7, ОП-10. Алкилсульфонатные пены оказываются более стойкими при тушении пожаров агрессивных жидкостей. Заключение При написании данной курсовой работы был изучен вопрос применения поверхностно активных веществ (ПАВ) при тушении пожаров. Изучены физический свойства ПАХ, рассмотрены основные виды и характеристики. Также подробно был рассмотрен вопрос влияния ПАВ на экологию. Изучена основная нормативная и учебная литература, касающаяся данных вопросов. Выполнены поставленные задачи при изучении данной темы. По завершении работы могу сделать следующий вывод: ПАВ широко применяться при тушении пожаров, они более эффективны по сравнению с водой, благодаря низкому поверхностному натяжению. С применением ПАВ тушат большинство пожаров в нефтяной и нефтехимической промышленности. ПАВ используют для покрытия вытекающих и испаряющихся ядовитых жидкостей при авариях и пожарах, так как слой пены препятствует распространению токсичных паров. Список используемой литературы ГОСТ Р 50588-2012 Пенообразователи для тушения пожаров. Общие технические требования и методы испытаний. Справочник РТП. Теребнев В.В. Огнетушащие средства. Химико-физические процессы при горении и тушении. Г. Шрайбер, П. Порст. –М.: Стройиздат, 1975. Шароварников А. Ф. Противопожарные пены. – М. : Знак, 2000. – 464 c. Порядок применения пенообразователей для тушения пожаров: Рекомендации (утв. МЧС России 27 августа 2007 г.) Бочаров В. В., Раевская М. В. Пенообразователи для тушения пожаров на основе перфторированных ПАВ. Оценка их биоразлагаемости и возможных методов утилизации // Вестник Тамбовского университета. Серия: «Естественные и технические науки». – 2014. – Т. 19, № 5. – С. 1384–1387 Веселов Е. Д., Панов С. А., Потапенко Т. В. Решение проблем экологической безопасности при тушении объектов нефтехимии современными пенообразователями Вредные органические соединения в промышленных сточных водах : Справочник / Я. М. Грушко, 2-е изд., перераб. и доп. – Л. : Химия. Ленинградское отделение, 1982. – 215 с.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||