2020-10-10
373
Синтетические фторированные ПАВ (АFFF) (фторсинтетические) получают на основе перфторуглеродных соединений n 2n+1 CF, производных от фторкарбоновых фторсульфоновых кислот.
Перфторированные ПАВ содержат гетероатомы в гидрофобной части. Химические соединения самого электроотрицательного элемента периодической системы фтора с углеродом придают ПАВ особые свойства (низкая поляризуемость и поверхностное натяжение, гидро- и олеофобность, высокая тепловая и химическая стойкость, не взаимодействуют с маслом и водой). Фторированные ПАВ высокоэффективны в водных растворах, органических растворителях, концентрированных кислотных и основных растворителях. На поверхности горящих жидкостей они образуют паронепроницаемую пленку, которая предохраняет пену от разрушения и облегчает тушение.
Еще в 1990-х гг. была доказана экологическая опасность ПАВ на основе перфтороктанкарбоксилатов (С8F17COO–) и перфтороктансульфонатов (C8F17SO3). Они чрезвычайно стабильны в природных средах: практически не гидролизуются (период полураспада составляет десятки лет), не разлагаются в аэробных и анаэробных условиях в воде и почве микроорганизмами, токсичны, мигрируют по пищевым цепям, способны к биоаккумуляции.
Поэтому с 2000 г. они отнесены к стойким органическим загрязнителям (СОЗ), и их производство и применение ограничены в США, Канаде и странах Евросоюза. Согласно Стокгольмской конвенции 2011 г. «О стойких органических загрязнителях» был введен на них запрет.
Для самоочищения водоемов существенную роль играет растворимость ПАВ: чем она больше, тем эффективнее разлагаются ПАВ.
Это связано с тем, что для биохимического окисления вещества должны попасть внутрь клеток микроорганизмов через полупроницаемые мембраны.
Из всех рассмотренных ПАВ растворимы в воде сульфатные и сульфонатные ПАВ.
Все используемые для получения пены ПАВ можно разделить в зависимости от их биологической разлагаемости на группы:
‒ мягкие, биологически разлагающиеся вещества (на 85 % и более), конечными продуктами разложения которых являются диоксид углерода, вода (НП-1, НП-3);
‒ биологически трудно разлагающиеся вещества – жесткие ПАВ со степенью разложения ниже 70 %.
Быстроразлагаемые ПАВ имеют период индукции менее 3 сут,
умеренно разлагаемые – от 3 до 10 сут,
медленно разлагаемые – от 11 до 25 сут,
чрезвычайно медленно разлагаемые – более 25 сут (ГОСТ 50595-93).
По способности к биологическому разрушению в зависимости от наличия в них функциональных групп ПАВ располагаются следующим образом:
CnF(2n+1)< СН2ОН <СНОН < СООН <NH2< ОНСООН <SO3H.
Скорость биоразложения зависит от типа ПАВ и колеблется:
от 1 до 2 ч – для жирных кислот;
от 1 до 2 дней – для линейных алкилбензолсульфонатов,
до нескольких месяцев – для разветвленных алкилбензолсульфонатов.
ПАВ на основе нормальных алканов в условиях средних широт разлагаются на 60–90 % за 3 недели, а ПАВ на основе разветвленных и циклоалканов – на 40 %.
Пенообразователи на основе первичных натрийалкилсульфатов (ПО-6К) разлагаются значительно эффективнее, чем вторичные натрийалкилсульфаты (ПО-ЗАИ) и алкилбензосульфаты.
Пенообразователь ПО-6К на основе первичных натрийалкилсульфатов, относится к экологически разлагаемым. Такие ПАВ, как оксиэтилированные спирты, служащие основой пенообразователей типа ПО-7, ПО-10, плохо растворимы в воде.
Оксиэтилированные спирты малотоксичны и не оказывают кожно-раздражающего действия. Биоразлагаемость этих веществ хуже, чем сульфатов. По некоторым данным, у разветвленных оксилэтилированных алкилфенолов биоразлагаемость не превышает 10 %, а у линейных оксиэтилированных алкилфенолов степень биохимического разрушения составляет 60–70 %.
Пены марок ТЭАС на основе алкилсульфатов триэтаноламина, фракция С8–С10 и ПО-6ТС, ПО-6ЦТ на основе алкилсульфатов триэтаноламина α-олефинсульфонатов, сульфоэтоксилатов С12–С14 являются биологически жесткими и медленно разлагаемыми. Чрезвычайно жесткими можно назвать белковые гидролизаты и перфтор ПАВ (FFFP). Эти пеноообразователи и концентраты на основе перфтор ПАВ подвержены биоразложению до перфтороктан(гексан)сульфокислот и перфтороктан(гексан)карбоновых кислот, которые также токсичны. Пена на основе перфтороктил(гексил)этил-сульфон-амидобетаина также биологически жесткая.
Применение для пожаротушения пенообразователей на основе перфторированных ПАВ (СnF2n+1) возможно лишь на объектах, позволяющих проводить сбор и утилизацию стоков, образующихся после пожаротушения.
Оптимальная температура протекания процессов биоразложения составляет 25–30 °С. Количественной характеристикой биохимической разлагаемости ПАВ служат величины 2ОБХК и 2 ОХПК – биологическое и химическое потребление кислорода на разложение ПАВ за определенные промежутки времени.
Индекс 2, 8, 10, 20 вместо O2 указывает на число дней, необходимых для окисления органического вещества (в данном случае ПАВ).
Вода для хозяйственно-бытовых нужд должна иметь следующие характеристики: содержание растворенного кислорода не менее 4 г/м3 в любой период года до 12 ч дня, а биохимическая потребность в кислороде (БПКполн) – 3 г/м3 (при 20 °С).
Приведенные данные регламентированы «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами».
Биологически мягкие ПАВ потребляют 30 % кислорода от того количества, которое требуется для его полного разложения, а биологически жесткие – не более 10 %.
Для оценки токсического действия (тератогенное и генетическое) ПАВ на водные объекты можно применять методы биотестирования с использованием стандартных тест-организмов, которые служат интегральной характеристикой загрязнения водоема, мерой биологического воздействия.
Применение ПАВ, безусловно, наносит вред окружающей среде.
С другой стороны, тушение с применением пены уменьшает загрязнение воздушной среды токсичными и вредными продуктами горения.
Использование только биологически мягких пен позволит шире применять их в пожаротушении для уменьшения воздействия пожаров на ОС.
