Оценка фитотоксичности строительных композитов с использованием живых систем

УДК 504.054

Т. В. Матвеева, Н. И. Зубрев, И. Ю. Крошечкина

ОЦЕНКА ФИТОТОКСИЧНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖИВЫХ СИСТЕМ

Ключевые слова: фитотоксичность, композитные системы, мазутная зола.

Проведено исследование токсичности строительных композитных систем с добавками золы, а также отдельных компонентов на биологическую активность сред на основе растительной биотестовой системы. На основании результатов оценки токсичности образцов с 40% заменой цемента мазутной золой доказана их экологическая безопасность для использования в качестве основы строительных смесей.

Key words: phytotoxicity, composite systems, fuel oil ash.

The study of phytotoxicity of construction composite systems with ash additives as well as of separate components on environment bioactivity on the basis of vegetative biotest system has been carried out. It has been found that toxicity of the sample where 40% of cement were replaced with fuel oil ash differs from toxicity of the bentonite-cement sample insignificantly, which proves ecological safety of the fuel oil ash addition to the construction mixture composition.

Летучие золы, образующиеся при сжигании твердого и жидкого топлива в котельных, представляют собой опасность для окружающей среды. Известны примеры использования золы от сжигания угля на практике в качестве частичной замены цемента в составе тампонажных растворов для забо-лочного и затрубного пространства коллекторных тоннелей [1].

Цемент является основной составляющей в композитных системах, применяемых в транспортном строительстве при закреплении грунтов. Наряду с цементом в их состав входят бентонит и жидкое стекло. Зола от сжигания шпал является ценным компонентом, который после снижения токсичности может использоваться в качестве частичной замены цемента в композитной системе.

В связи с увеличением расходов на утилизацию золы, получаемой от сжигания мазута, встаёт вопрос о необходимости вовлечения её в производственный цикл вторичного сырья.

Одним из вариантов решения поставленной проблемы является возможность использования золы путем введение её в технологию композитных растворов, что позволит существенно снизить расход цемента.

Предыдущими исследованиями доказана возможность замены 40% цемента золой, образующейся при сжигании топочного мазута [2].

Однако в настоящее время недостаточно изучена степень влияния полученных композитных растворов на природные среды, что является важным показателем экологической безопасности для окружающей среды и практического использования композитных растворов с добавкой золы.

Целью настоящего исследования является изучение влияния токсичности композитных систем с добавками золы, а также отдельных ее компонентов, на биологическую активность сред с привлечением растительной биотестовой системы.

На первом этапе проводили оценку токсичности отдельных компонентов, входящих в состав композитного раствора, а именно, портландцемента М

500, бентонита марки П2Т2А Зырянского месторождения, а также мазутной золы, полученной при сжигании топочного мазута в котельной. Химический состав компонентов, определенный рентгенофлюоресцент-ным методом приведен в табл. 1.

Таблица 1 - Химический состав строительных композитов [3]

Химический Портланд Бентонит Зола

состав ком- цемент М П2Т2А мазут

понентов, 500 ная

ppm

Ba 224,38 351,19 105

Cr 108,74 129,54 216

Cs 16,654 23,809 -

Rb 23,227 125,98 9

Sr 719,68 272,69 23

V 76,446 88,903 -

Co 25,333 3,6550 100

Cu 82,658 50,688 590

Ni 72,207 50,273 6997

Pb 11,379 6,2904 131

Zn 112,87 90,860 148

S 17193 464,61 -

Cd 2,2347 0,72276 -

Sn 2,6070 1,8904 -

Hg 0,005925 0,030786 -

As 15,365 4,6415 11

Sc - 13,015 -

Mo - 1,8154 -

Zr - - 30

U - -  5

Th - -  5

Cl - - 1123

Y - - 3

Nb - - 10

По данным химического состава золы рассчитан класс опасности мазутной золы. Оказалось, что она относится к третьему классу опасности для здоровья человека и к четвертому для окружающей среды [3].

В мировой практике рассматривается возмож-

ность исследования токсичности и фитотоксичности на основании реакции тестовых культур растений, в том числе и на проростках семян редиса. Методика основана на оценке влияния водного экстракта или водных растворов индивидуальных соединений на интенсивность прорастания семян редиса Raphanus sativus [4].

Для определения фитоксичности образцов готовили специальную вытяжку. Для этого образцы цемента, золы и бентонита просеивали, заливали дистиллированной водой и встряхивали суспензию в течение 1 часа. После отстаивания (24 часа) и фильтрации в полученный водный экстракт высеяли семена редиса. В качестве контроля проводили высевку семян в дистиллированной воде.

Через 72 часа после постановки проб проводили подсчет проросших семян и измеряли длину корня проростков. Число повторности в эксперименте три для каждого варианта. Результаты опытов представлены в табл. 2.

Таблица 2 - Всхожесть семян редиса

Вариант в эксперименте Повторность Число высеянных семян, шт. Число проросших семян, шт. Средняя длина корней проростков, мм о4 н

Контроль (дистиллированная вода) 1 30 25 10 -

2 30 23 12 -

3 30 27 12 -

среднее - 25 ±2 11,5±1,6 -

1 образец (бентонит) 1 30 29 5,0 -

2 30 28 4,0 -

3 30 27 5,5 -

среднее - 28±1 5± 1,0 56,5

2 образец (цемент) 1 30 1 0,5 -

2 30 5 0,5 -

3 30 9 0,3 -

среднее - 5±4 0,43 ±0,13 96,2

3 образец (зола мазутная) 1 30 0 0 -

2 30 0 0 -

3 30 0 0 -

среднее - 0 0 100

Фитотоксичность композитных растворов определяли по средней длине корней проростков и рассчитывали процент их токсичности (Т,%) по формуле 1.

T =

х - х

контр on

100 :

где хоттр - среднее арифметическое длины проростков в контроле, мм; хоп - среднее арифметическое

длинны проростков в опыте, мм.

По степени токсичности исследуемые вещества располагаются в ряд: зола мазутная >цемент > бентонит (рис.1). Причем, токсичность золы и цемента оказалась практически сходной, что может быть

обусловлено их химическим составом, а именно наличием широкого спектра тяжелых металлов.

Результаты всхожести показывают, что зола и цемент не только в высокой степени ингибируют рост и развитие растений, но и отрицательно сказываются на всхожести семян, а химический состав мазутной золы приводит к полной гибели растений.

Образец 1 - бентонит марки П2Т2А; Образец 2 - портландцемент М 500; Образец 3 -мазутная зола

Рис. 1 - Результаты токсичности образцов строительных композитов

Наименее токсичным оказался бентонит (коэффициент токсичности - 56,5%). Можно предположить, что на токсичность бентонитовых глин оказывает влияние способ их модификации, целью которых является повышение сорбционной емкости вещества.

На втором этапе изучали фитотоксичность там-понажных систем с заменой 40% цемента мазутной золы и сравнивали с композитным образцом без добавок.

Для исследования были подготовлены композитные системы с частичной заменой цемента (40%) мазутной золой (образец 2) и без добавок (образец 1) (табл.3).

Таблица 3 - Всхожесть семян редиса

Вариант в эксперименте Повторность Число высеянных семян, шт. Число проросших семян, шт. Средняя длина корней проростков, мм Т %

Контроль 1 30 25 10 -

(дистилли- 2 30 23 12 -

рованная 3 30 27 12 -

вода)

среднее - 25 ±2 11,5±1,6 -

1 образец 1 30 5 1,8 -

(без доба- 2 30 5 2,8 -

вок) 3 30 2 4 -

среднее - 4±1 2,86± 75,1

0,73

2 образец 1 30 26 2,6 -

(замена 2 30 23 1,9 -

40 % це- 3 30 23 3,6 -

мента ма-

зутной

золой)

среднее - 24±4 2,7± 0,61 76,5

х

контр

В ходе исследования установлено, что присутствие золы в пробах ингибирует рост и развитие растений, но незначительно сказывается на всхожести семян.

Результаты токсичности показывают, что токсичность образца с 40% заменой цемента мазутной золой незначительно (на 1,4 %) отличается от контрольного бентонито-цементного образца без добавок, что доказывает экологическую безопасность исследуемого образца.

Литература

1. Б.В. Ляпидевский, А.В. Никитин, Г.П. Родина, С.О. Бадамшин, В сб. Наука - московскому строительству, №2, Москва, 2008. с.35-45.

2. Т.В. Матвеева, Н.И. Зубрев М.В. Устинова. В сб. Международный научно-исследовательский журнал, Ч. 2. №9 (40), Екатеринбург, 2015. с.61-63.

3. Санитарные правила по определению класса опасности токсичных отходов производства и потребления СП 2.1.7.1386-03 (зарегистрированы в Минюсте 19 июня 2003 года № 4755).

4. П.Ю. Галицкая, С.Ю. Селивановская, Р.Х. Гумерова, Тестирование отходов, почв, материалов с использованием живых систем. Казанский университет, Казань, 2011. 47 с.

© Т. В. Матвеева - ассистент кафедры «Техносферная безопасность» Российской открытой академии транспорта, «Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II», naeri88@mail.ru; Н. И. Зубрев - кандидат технических наук, доцент, профессор той же кафедры, «nzubrev@mail.ru; И, Ю. Крошечкина - кандидат технических наук, доцент той же кафедры, krochetchkina@mail.ru..

© T. V. Matveeva - Assistant of the Department "Technosphere safety" of the Russian Academy open. transport "Emperor Nikolai the II Moscow State University of Railway Engineering», naeri88@mail.ru; N. 1 Zubrev - Ph.D., associate professor, professor of "Technosphere safety" of the Russian Academy of public transport "Emperor Nikolai the II Moscow State University of Railway Engineering», nzubrev@mail.ru; I. Yu. Kroshechkina - Ph.D., associate professor of "Technosphere safety" of the Russian Academy of public transport Emperor Nikolai the II Moscow State University of Railway Engineering», krochetchkina@mail.ru.