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