ISSN 2217-7248
ВИСОКА ТЕХНИЧКА ШКОЛА СТРУКОВНИХ СТУДИЈА У НОВОМ САДУ
САНКТПЕТЕРБУРШКИ УНИВЕРЗИТЕТ ДПС МВС РУСИЈЕ
МОНИТОРИНГ И ЕКСПЕРТИЗА
У БЕЗБЕДНОСНОМ ИНЖЕЊЕРИНГУ
VOL.3, No 3/2013
Нови Сад, 2013.
МОНИТОРИНГ И ЕКСПЕРТИЗА У БЕЗБЕДНОСНОМ ИНЖЕЊЕРИНГУ
Висока техничка школа
струковних студија у Новом Саду
Школска 1, 21000 Нови Сад, Србија
Телефон: +381 21 4892511
Интернет адреса: www.mesejournal.org
Е-mail: [email protected]
Издавачи:
Санкт-Петербургском университете ГПС
МЧС России
196105, Санкт-Петербург, Московский пр.,
149, Руска федерација
Уредништво:
Главни и одговорни уредник
Главни и одговорни уредник
Проф. др Владимир Сергеевич Артамонов,
Проф. др Божо Николић, Висока техничка
начелник Санктпетербуршког универзитета
школа струковних студија (ВТШСС) у Новом Државне противпожарне службе
Саду
Mинистарства за ванредне ситуације (ДПС
Заменици главног и одговорног уредника МВС) Русије
Проф. др Анита Петровић-Гегић, ВТШСС у
Заменик главног и одговорног уредника
Новом Саду
Проф. др Николај Иванович Уткин,
Проф. мр Љиљана Ружић-Димитријевић,
Санктпетербуршки универзитет ДПС MВС
ВТШСС у Новом Саду
Русије
Технички уредник
Проф. др Петра Тановић, ВТШСС у Новом
Чланови
Саду
Проф. др Сергеј Владимирович Шарапов,
Чланови
Санктпетербуршки универзитет ДПС MВС
Проф. др Слободан Крњетин, Факултет
Русије
техничких наука у Новом Саду
Проф. др Жарко Јанковић, Факултет заштите Проф. др Владимир Јурјевич Владимиров,
руководилац департмана Федералне службе
на раду у Нишу
РФ за контролу промета наркотика
Проф. др Владимир Јаковљевић, Факултет
Проф. др Михаил Алексејевич Галишев,
безбедности у Београду
Санктпетербуршки универзитет ДПС MВС
Проф. др Драган Карабасил, ВТШСС у
Русије
Новом Саду
Проф. др Анита Петровић-Гегић, ВТШСС у Проф. др Виктор Александрович Гадишев,
Санктпетербуршки универзитет ДПС MВС
Новом Саду
Русије
Проф. др Бранко Бабић, ВТШСС у Новом
Др Јуриј Георгиевич Корухов, председник
Саду
НП „Судекс”, удружења судских вештака
Секретар и припрема за штампу
Проф. др Владимир Александрович
Сарадник Наташа Субић, ВТШСС у Новом
Ловчиков, Санктпетербуршки универзитет
Саду
ДПС MВС Русије
Језичка редакција
Проф. др Виктор Иванович Рохлин,
Предавач Бранка Петровић, ВТШСС у Новом Санктпетербуршки универзитет ДПС MВС
Саду
Русије и академик Међународне академије
Насловна страна
наука екологије и безбедности животне
Предавач мр Срђан Димитров, ВТШСС у
средине
Новом Саду
Проф. др Николај Васиљевич Сиротинкин,
Државни технолошки институт
Маркетинг
Кандидат техничких наука Јевгениј
Варвара Малетић, ВТШСС у Новом Саду
Фјодорович Мосин, Санктпетербуршки
Штампа
Висока техничка школа струковних студија у универзитет ДПС MВС Русије
Мајор Сергеј Михајлович Стопкин, заменик
Новом Саду
начелника редакције
Тираж: 400
Пуковник Елена Јурјевна Сичева, главни
редактор редакције
Валериј Иванович Балакан, начелник
штампарског центра Санктпетербуршког
универзитета ДПС MВС Русије
Секретар
Поручник Татjaна Владимировна Власова,
уредник у редакцији
САДРЖАЈ
ПРОУЧАВАЊЕ МАТЕРИЈАЛА НА БАЗИ ГИПСА У ЦИЉУ ПОЖАРНО-ТЕХНИЧКЕ
АНАЛИЗЕ ПОМОЋУ МЕТОДЕ СИМУЛТАНЕ ТЕРМИЧКЕ АНАЛИЗЕ
Јевгениј Викторович Најмушин, Фјодор Алексејевич Дементјев,
Јулија Николајевна Бељшина .....................................................................................................1
ПРОЦЕНА ФАКТОРА РИЗИКА ОД ПОЖАРА У ОБЈЕКТИМА СА ГРАЂЕВИНСКИМ
МАТЕРИЈАЛИМА ОД ДРВЕТА
Д.С. Косенко, Ј.А. Баранова, Ј.Д. Моторигин .......................................................................... 6
АНАЛИЗА ТЕРМИЧКИ ТРЕТИРАНИХ АЗБЕСТНИХ САЛОНИТ ПЛОЧА
Весна Петровић, Борислав Симендић ..................................................................................... 12
ТЕХНИКЕ ПРИПРЕМЕ УЗОРАКА ЗА АНАЛИЗУ УГЉОВОДОНИКА У ТРАГОВИМА
НАКОН ПОЖАРА
Весна Маринковић, Биљана Шкрбић ...................................................................................... 20
ПРОБЛЕМ СОЦИЈАЛНО-ЕКОЛОШКИХ АСПЕКАТА ЕЛЕКТРОМАГНЕТСКЕ
БЕЗБЕДНОСТИ ОБЈЕКАТА ХИДРОСФЕРЕ
Л.А. Митрофанова ................................................................................................................... 25
СПЕЦИФИЧНОСТИ ПРОГНОЗИРАЊА ЗОНА ХЕМИЈСКЕ КОНТАМИНАЦИЈЕ ПРИ
НЕСРЕЋАМА НА ХЕМИЈСКИ ОПАСНИМ ОБЈЕКТИМА, УЗИМАЈУЋИ У ОБЗИР
ПРОДИРАЊЕ ХАВАРИЈСКО-ХЕМИЈСКИХ ОПАСНИХ МАТЕРИЈА У ПОВРШИНСКУ
ПОДЛОГУ
Савчук О.Н. ................................................................................................................................ 31
ПРОУЧАВАЊЕ ФОСИЛА КОШТАНОГ МАТЕРИЈАЛА СА АРХЕОЛОШКИХ
ИСКОПАВАЊА РЕНТГЕН МЕТОДАМА
Белшина И.Н., Артамонова И.В., Гребенникова А.Д. ........................................................... 40
УПУТСТВО АУТОРИМА ............................................................................................................. 44
UDC 614.841.2.001.5
ПРОУЧАВАЊЕ МАТЕРИЈАЛА НА БАЗИ ГИПСА У ЦИЉУ
ПОЖАРНО-ТЕХНИЧКЕ АНАЛИЗЕ ПОМОЋУ МЕТОДЕ
СИМУЛТАНЕ ТЕРМИЧКЕ АНАЛИЗЕ
Јевгениј Викторович Најмушин1 , Фјодор Алексејевич Дементјев1,
Јулија Николајевна Бељшина1
Санктпетербуршки универзитет ДПС МВС, Русија
1
Гипскартон и материјали на бази гипса задржавају водећу позицију међу материјалима који се примењују
при унутрашњим завршним радовима у објектима. Упркос томе, тренутно не постоје једноставне и информативне
методологије испитивања њихове пожарно-техничке експертизе. Овде је показано како метода симултане термичке
анализе омогућава прецизно праћење фазних промена које настају у гипсу при загревању, што је чини веома
перспективном у пожарно-техничкој експертизи, ради одређивања параметара топлотног деловања на материјал
у циљу дефинисања праваца ширења сагоревања и жаришта пожара.
Kључне речи: гипс, симултана термичка анализа, пожарно-техничка експертиза
Материјали на бази гипса су увек имали широку примену у грађевинарству, мада је њихова
употреба у последње време знатно повећана, нарочито у погледу унутрашње декорације
објеката. То је узроковано све већом популарношћу примене гипскартона. С једне стране, тај
материјал је отпоран на ватру, једноставан за експлоатациију, лаган, јефтин. Са друге стране,
његова својства се ипак мењају услед термичког деловања. Због тога је проучавање гипса у
оквиру пожарно-техничке експертизе у овом моменту прилично актуелно [1, 3].
Основни задатак који се поставља при проучавању гипса и конструкција од гипскартонских
плоча је одређивање параметара топлотног деловања, ради утврђивања праваца ширења
горења и жаришта пожара. Та околност подразумева спровођење великог броја мерења. Али,
имајући у виду специфичности материјала, до овог тренутка нема теренских методологија
његовог проучавања. Процењивање степена термичког оштећења гипса на месту пожара
могуће је само визуелно на основу пуцања и промене боје. Лабораторијске методе проучавања
гипса углавном се заснивају на испитивању његовог фазног и хемијског састава, који зависи
од температурно-временских карактеристика загревања. У такве методе несумњиво спадају
инфрацрвена спектроскопија (ИЦС) и рендгеноструктурна анализа (РСА). Методологије
испитивања гиспа методом ИЦ-спектроскопије су познате од раније и имају своју примену
у експертизи и поред низа битних недостатака. Као прво, метода захтева додатну прилично
компликовану припрему за пробу (пресовање у таблету помоћу калијум-бромида), као друго,
при анализи се користи веома мала количина материјала за пробу, што представљање таквог
теста као репрезентативног чини недопустивим [1]. РСА не захтева компликовану припрему
за тестирање, мада класа уређаја који се користе у раду Завода за судско вештачење ДПС МВС
Русије (ЗСВ МВС), не омогућава вршење квалитетног испитивања праха [2, 3].
У последње време интересовање побуђује могућност примене у проучавању вештачких
камених материјала при термичким методама анализа. Ове методе омогућавају вршење анализа
узорака термогравиметријском методом у комплексу са диференцијалном термичком анализом
(ДТА) или диференцијалном скенирајућом калориметријом [1-3]. Један од варијетета ДТА је
симултана термичка анализа, која се реализује помоћу уређаја који се користе у раду ЗСВ МВС.
Ово испитивање је било посвећено процени ефикасности примене симултане термичке
анализе у циљу одређивања температурно-временске анализе загревања материјала на
бази гипса, ради пожарно-техничке експертизе. Рад представља део научно-истраживачког
пројекта усавршавања методологија испитивања вештачких камених материјала, на коме се
ради на катедри за криминалистику и инжењерско-техничкие експертизе Санктпетербуршког
универзитета Државне противпожарне службе Министарства за ванредне ситуације (ДПС
МВС) Русије.
Као објекат испитивања је узет узорак гипскартона. Испитиван је гипс, који се налази унутар
датог слојевитог материјала. Узорци су били претходно загревани у муфолној пећи. Као време
експозиције узорака било је одређено 30 минута, температурни режим обраде је износио100,
150, 200, 300, 350, 500 и 800 оС. Дате температуре су биле одабране имајући у виду податке
из литературе о температурама фазних прелаза у материјалу при загревању. Након хлађења
узорци су се хладили у собним условима и млевени су у порцеланском авану.
У раду је коришћен уређај за симултану термичку анализу (СТА) NETZSCH STA 449 F3
Jupiter® који омогућава мерење масе и топлотних ефеката, при температурама између собне и
1500 оС.
Термограм је сниман у следећим условима:
• материјал лонца за топљење – платина,
• температурни интервал 40-1000оС, и
• брзина загревања 15 оС.
Добијени термограми су обрађивани помоћу програма за обраду, који су део софтвера
уређаја. Коначни резултати ДТА и термогравиметрије (ТГ) приказани су на сликама 1 и 2.
Слика 1 – Коначни резултати ДТА узорака гипса, подвргнутих загревању на различитим температурама
Слика 2 – Коначни резултати ТГ узорака гипса, подвргнутих загревању на различитим температурама
Криве ДТА и ТГ узорка гипса, подвргнутог загревању на 100 оС, одликују се највећим
интензитетом ендотермичког врха, праћеног у опсегу од 100-200 оС, повезаног са губитком
2
Проучавање материјала на бази гипса у циљу пожарно-техничке анализе помоћу методе симултане термичке анализе
стр.1-5
хидратисане влаге због калцијум-сулфата дихидрата, као и због највећег губитка масе при
загревању до 1000 оС. На кривој ДТА датог узорка опажају се два ендотермичка пика (који се
рачвају на 160 и 180 оС и 670 оС) (слика 1).
Ендотермички ефекат у интервалу температура од 100 до 120 оС, условљен је губљењем
адсорпционе воде из гипсаног камена, као и делимичним губитком воде у кристалохидрату.
Овај ефекат је праћен губитком масе на 18,5 % (слика 2).
Егзотермички ефекат у температурном подручју 380-420 оС, је проузрокован инверзијом
CaSO4 и зато овај ефекат није праћен променом масе узорка.
Ендотермички ефекат при температурама 650-700 оС, може бити повезан са делимичним
разлагањем калцијум-сулфата и у саставу везивног, који је праћен појавом живог креча CaO,
овај процес је пропраћен губитком масе на 0,85 %. Остатак масе узорка након завршетка
анализе износи 79,66 %.
За такве узорке одрживе на 150 оС, слика се практично не разликује од претходних. Треба
напоменути да, пошто су се узорци загревали у облику фрагмената гипскартонских плоча,
може се претпоставити да у таквим условима, као и у условима загревања у пожару, није
постигнуто равномерно загревање. Ипак, после одржавања при температури од 150 оС фиксира
се велики губитак хидратисане влаге при 160-170 оС. Губитак масе у том случају износи 18,5
%. Егзотермички пик од 350-400 оС такође у некој мери губи на интензитету, површина се
смањује са 19,93 до 16,37 мкВс/мг. Ендотермички пик 680 оС је праћен губитком масе од 0,5%.
На тај начин је због разлике у интензитету пика, повезаног са сепарацијом влаге и по
количини изгубљене масе која прати дати пик, могуће извршити компаративну анализу узорака
гипса на основу највећег термичког дејства.
Након одржавања узорка гипса при 200 оС, крива ДТА за њега се мења. Пик, условљен
дехидратацијом и који се манифестује на кривој при 160-170 оС већ је особен. Његов јединствени
врх се фиксира при 165 оС. Губитак масе у том случају износи 5,11 %. Егзотермички пик 350400 оС насупрот томе добија на интензитету, површина пика се повећава са 16,37 до 24,41
мкВс/мг. Ендотермички пик 680 оС је праћен губитком масе од 0,84%. Остатак масе износи
92,23 % од почетне.
Након одржавања узорка гипса при 300 оС, крива ДТА за њега се практично не разликује од
криве за узорак који се одржао при 200 оС. Пик условљен дехидратацијом и који се појављује
на кривој при 160-170оС фиксира се при 160 оС. Губитак масе износи 5,10 %.
Егзотермички пик од 350-400 оС губи интензитет, површина пика се смањује са 24,41 до
14,33 мкВс/мг. Ендотермички пик од 680 оС је праћен губитком масе од 0,59%. Остатак масе
узорка износи 92,39% од почетне.
На тај начин, може се рећи да одређени опсези температурног деловања на материјал имају
различиту информативност.
Крива ДТА гипса, који се одржао при 350 оС, практично се не разликује од криве за узорак,
који се одржао при 300 оС. Пик условљен дехидратацијом и који се манифестује на кривој
при 160-170 оС фиксира се при 161 оС. Губитак масе износи 5,39 %. Егзотермички пик од 350400 оС скоро да не мења интензитет, површина пика се повећава са 14,33 до 14,46 мкВс/мг.
Ендотермички пик 680 оС је пропраћен губитком масе од 0,92 %. Остатак масе узорка износи
92,39 % од почетне.
После одржавања узорка гипса при 500 оС, крива ДТА се мења. Пик условљен дехидратацијом
и који се манифестује на другим сликама при 160-170 оС за дати узорак се не фиксира. Ипак
у том опсегу се посматра губитак масе при 0,47%. Егзотермички пик се губи. Ендотермички
пик од 680 оС је праћен губитком масе 1,24 %. Остатак масе узорка износи 97,37 % од почетне.
Одржавање узорка гипса при 800 оС доводи до тога да је пик при 160-170 оС, условљен
дехидратацијом и није фиксиран. У том опсегу се посматра губитак масе при 0,17 %.
Егзотермички пик се опет појављује, при чему његова површина износи 1,3 мкВс/мг.
Ендотермички пик од 680 оС је праћен губитком масе од 0,32 %. Остатак масе узорка износи
99,42 % од почетне.
Извршена термичка анализа узорака је показала да се на основу степена термичког дејства на
узорке, основне промене на кривима ДТА опажају у нискотемпературној области и условљене
су процесима дехидратације компоненти гипса. За прегледни приказ утицања температуре
одржавања материјала на њихова термичка својства, добијене су зависности интензитета
основних пикова и у складу са тим – губитак масе услед температуре претходног загревања
3
узорака гипскартона.
Пик, фиксиран на кривама ДТА при 160-180 оС и повезан са губитком воде кристалохидрата
калцијум-сулфата са повећањем степена претходног загревања узорака у почетку постаје мање
интензиван, а при 500 оС нестаје, при чему се зависност његовог интензитета од температуре
претходног загревања гипса описује полиноминалном функцијом другог реда (слика3).
Слика 3 – Зависност интензитета ендотермичког пика, фиксираног на кривој ДТА при 160-170 оС, од
температуре претходног загревања узорка
За зависност губитка масе узорка у опсегу температура од 100 до 200 оС на кривама ТГ
од температуре претходног загревања узорка, опис полиноминалне функције другог реда није
толико успешан. Пре свега је на графичком приказу добијених резултата приметна степенаста
структура распореда добијених тачака (слика4).
Слика 4 – Зависност губитка масе узорка у опсегу температура од 100 до 200 оС на кривама ТГ, од
температуре претходног загревања узорка
Према датој зависности прецизно се могу издиференцирати узорци загрејани до 100-150 оС,
200-400 оС и више од 500 оС.
Зависност интензитета пикова, фиксираних на кривој ДТА при 360-380 оС и 650-710 оС,
од температуре пртеходног загревања узорка, не открива опште зависности, као ни податке о
губитку масе узорка при 650-710 оС.
Извршена термичка анализа је показала да се са повећањем степена термичког деловања на
4
Проучавање материјала на бази гипса у циљу пожарно-техничке анализе помоћу методе симултане термичке анализе
стр.1-5
узорке, основне промене на кривама ДТА опажају у нискотемпературној области и условљене
су процесима дехидратације компоненти гипса. Пик, фиксиран на кривама ДТА при 160180 оС и повезан са губитком воде кристалохидрата калцијум-сулфата са повећањем степена
претходног загревања узорака у почетку постаје мање интензиван, а при 500 оС се губи, при
чему се условљеност његовог интензитета од температуре претходне загрејаности гипса описује
полиноминалном функцијом другог реда, што се може применити у дефинисању различитих
температурних зона у истраживањима пожара на објектима са конструкцијама од гипскартона.
У току овог испитивања је показано да је термичка анализа ефикасна у одређивању
температурно-временских карактеристика загрејаног гипса. Анализирајући резултате
термичке анализе може се одредити температурно-временски режим загрејаности узорака.
Ако се поседује архива термограма, могуће је установити температурно-временски режим
загрејаности узорака, узетих из реалних пожара. Осим тога, резултати добијени помоћу
описаних метода могу се користити за решавање како дијагностичких, на пример, одређивања
квалитативног и квантитативног састава, тако и идентификационих задатака у различитим
врстама стручних испитивања.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Расследование пожаров. Учебник. /Под ред. Г.Н.Кириллова, М.А.Галишева,
С.А.Кондратьева. – СПб.: СПБ университет ГПС МЧС России, 2007 – 544с.
[2]Макарова И.А., Лохова Н.А. Физико-химические методы исследования строительных
материалов : учеб.пособие. – 2-е изд. перераб. и доп.– Братск : Изд-во БрГУ, 2011. – 139 с.
[3]Тацки Л. Н. Современные физико-химические методы исследования строительных
материалов: учеб. пособие / Л. Н. Тацки, Э. А. Кучерова; Новосиб. гос. архитектур.строит. ун-т. – Новосибирск: НГАСУ,2005. – 80 с.
5
ПРОЦЕНА ФАКТОРА РИЗИКА ОД ПОЖАРА У ОБЈЕКТИМА СА
ГРАЂЕВИНСКИМ МАТЕРИЈАЛИМА ОД ДРВЕТА
Д.С. Косенко1 , Ј.А. Баранова,1 Ј.Д. Моторигин1
Санктпетербуршки универзитет Државне противпожарне службе
Министарства за ванредне ситуације (ДПС МВС) Русије
1
Један од начина смањења опасности од пожара и повећања отпорности дрвених грађевинских конструкција
на топлотно дејство пожара јесте њихова обрада специјалним ватросталним средствима. Наведени су резултати
експерименталних испитивања горења дрвета и испитивање опасности од пожара дрвета и производа од дрвета у
зависности од различитих експлоатационих и термофизичких фактора.
Kључне речи: природна средина, испитивање процеса горења, специјална ватростална средства
Обезбеђење отпорности на ватру грађевинских конструкција у складу са стандардима
противпожарне заштите је актуелно питање у вези са применом у савременом грађевинарству
како традиционалних, тако и нових врста конструкција, које се граде према свим правилима
грађевинске механике, али нестају у пожару за само неколико минута. У такве конструкције
спадају, пре свега, објекти са носећим елементима од дрвета и декоративни елементи од дрвета
у просторијама.
При појави пожара у зградама и објектима, у чијем су саставу грађевинске
конструкције од дрвета, декоративни и обложни дрвени материјали, јављају се
фактори ризика који представљају опасност по људе и изазивају материјалну штету.
За грађевине за које се користи дрво карактеристични су следећи фактори ризика: пламен
и искре; топлотни ток; повећана температура животне средине; повећана концентрација
токсичних производа сагоревања и термичког разлагања; смањена концентрација кисеоника;
смањена видљивост због дима.
Статистички подаци о страдању људи у пожарима су следећи: од опекотина страда 18 %,
услед тровања угљеником 48 %, од деловања угљеника и цијанида 16 %, а због комбинованог
утицаја фактора ризика 18 %.
Подаци о деловању високих температура на човека се знатно разликују једни од других.
Аутори многих радова тврде да је температура од 49-54 ºС максимална гранична температура,
коју могу безбедно поднети ватрогасци са специјалном опремом.
Висока температура изазива опекотине на кожи. Без обзира на коришћење прогресивних
метода лечења опекотина човек, који задобије опекотине трећег степена по већој површини
тела, има веома мало шанси да преживи. У институту за космичку медицину Америчке ратне
морнарице сматрају да свако повећање температуре коже веће од 44 ºС доводи до повреда на
њој [1]. При томе је време деловања које изазива други степен опекотина у сувој атмосфери
износило 7 секунди при температури од 177 ºС, 15 секунди при 100 ºС и 28 секунди при 71 ºС.
Способност човека да издржи високу температуру у значајној мери је одређено влажношћу
средине, док се при креирању фактора ризика од пожара влажност средине не узима у обзир.
У условима реалног пожара влажност средине може бити од велике важности. Имајући то у
виду, при анализи фактора ризика од пожара, за критичну температуру сматра се она која је
једнака 70 ºС.
Списак токсичних производа сагоревања који се ослобађају при пожарима, хаваријама
и другим ванредним ситуацијама (ВС) садржи 60-70 врста хемијских једињења која имају
токсично дејство на човека. Преглед неких токсичних компоненти које се ослобађају при
сагоревању различитих материја наведен је у табели 1.
Токсични ефекат тих једињења зависи од целог низа фактора, а пре свега од састава гасноваздушних смеша који се одређује према врсти материјала, његовој количини, и технологији
Процена фактора ризика од пожара у објектима са грађевинским материјалима од дрвета
стр.6-11
израде. Велику пажњу изазивају они услови у којима траје ВС: температура и брзина загревања
материјала, време деловања на људе, температура ваздуха и садржај кисеоника у њему.
Од токсичних једињења најопаснија су угљен-моноксид и угљен-диоксид, хлороводоник,
цијановодоник, алдехиди и акролеин, а такође је опасан и недостатак кисеоника у ваздуху.
Угљен-моноксид (СО) је производ непотпуног сагоревања. Он 300 пута интензивније
реагује са хемоглобином у крви него кисеоник, образујући карбоксихемоглобин. Долази до
недостатка кисеоника и хипоксије ткива. Нарушава се функционисање мозга и срца. Човек
губи способност расуђивања, постаје равнодушан, одсутан, не труди се да избегне опасност.
Наступа тупост, координација је поремећена, појављују се мишићни грчеви. Смрт наступа због
престанка дисања.
Табела 1 – Специфични токсични производи сагоревања при пожарима
Извор образовања (материјал)
Токсичне компоненте
Сви запаљиви материјали који садрже
угљеник
Угљен-диоксид, угљен-моноксид
Целулоид, полиуретани
Оксиди азота
Дрво, свила, кожа, пластична маса која
садржи азот, целулозни материјали, целулозне
пластичне масе, вискоза
Угљен-диоксид, угљен-моноксид,
цијановодоник
Дрво, папир
Акролеин
Гума, тиоколи
Сумпор-диоксид
Киселине са садржајем халогена и
друга једињења (слана, бромоводонична,
флуороводоничне киселине, фосфоген)
Поливинилхлорид, ватросталне пластичне
масе, флуороване пластичне масе
Меламин, најлон,
Уреаформалдехидне смоле
Амонијак
Фенолформалдехид, дрво, најлон,
полиефирне смоле
Алдехиди
Полистирол
Бензол
Пенополиуретан
Изоцијанати
Општи подаци о деловању угљен-моноксида на човека наведени су у табели 2.
Табела 2 – Критичне концентрације и време деловања угљен-моноксида на човека
Концентрација у ваздуху, %
Време деловања, мин
Резултат деловања
0,005
480
Без ефекта
0,01
480
Смртни исход
7
0,02
120
Слаб
0,08
60-120
Смртни исход
0,10
60
Јак
0,16
30
Смртни исход
0,5
20
Исто
1,0
2-3
Исто
1,3
1
Исто
По мишљењу већине научника, тровање угљен-моноксидом и недостатак кисеоника су
узрок смрти 50-80% људи у пожарима.
То се објашњава високим нивоом токсичности угљен-моноксида и његовим великим
ослобађањем при пожарима и несрећама. Чак и у добро проветреним просторијама садржај
угљен-моноксида је често већи од 0,5 % (смртоносни исход). При процени евакуације
људи, као критична је прихваћена концентрација угљен-моноксида од 0,00116 кг/м3 (0,1 %
по запремини; 4 г/кг).
Угљен-диоксид (СО2) се образује при пожарима и несрећама који су праћени сагоревањем
(уништавањем) органских материјала или дехерметизацијом резервоара са угљен-диоксидом.
Опасност од угљен-диоксида је у томе што он замењује кисеоник у крви и убрзава дисање.
Садржај од 3 % угљен-диоксида у ваздуху двоструко убрзава дисање и доводи до инхалације
других гасова у токсичним или смртоносним концентрацијама, што се не би десило при
одсуству угљен-диоксида у ваздуху. Ефекат деловања угљен-диоксида на човека је приказан у
табели 3.
Табела 3 – Критичне концентрације и време деловања угљен-диоксида на човека
Концентрација угљен-диоксида у
ваздуху, %
Време деловања,
0,5
480
3,2
60-120
4,0
30
5,0
5
8-10
<5
мин.
Резултат деловања
Учесталост дисања
Смртоносан исход
Потребно је напоменути да се ослобађање угљен-диоксида повећава при порасту размене
гасова. У Јапану су извршени пожарни експерименти у којима је у различитим условима
сагоревања при интензивној размени гасова садржај угљен-диоксида достизао 15,6 %. Као
критична концентрација угљен-диоксида за човека одређена је вредност од 0,11 кг/м3 (6 % по
запремини).
Хлороводоник (НCl) – иритирајући гас, који се ослобађа при сагоревању или термичком
уништавању материјала који у свом саставу садрже хлор, на пример, линолеум и други
производи од поливинилхлорида, као и при несрећама које су праћене ширењем хлороводничне
киселине. По токсичности он је једнак угљен-диоксиду. Деловање хлороводоника може
изазвати оштећења слузокоже дисајних органа и смрт гушењем услед отока душника и плућа.
При концентрацији хлороводоника 0,01-0,015 % престаје дисање. Концентрација која је
једнака 0,001% постаје опасна кроз 8 сати; 0,004 % кроз 1-2 сата, а 0,1-0,2 % – већ после
неколико минута. Према подацима научника из САД, хлороводоник су откривали у случају
8
Процена фактора ризика од пожара у објектима са грађевинским материјалима од дрвета
стр.6-11
92 % пожара, а његова концентрација је достизала 0,037 %.
При проценама евакуације људи, критична концентрација хлороводоника је једнака 0,023
кг/м3.
Цијановодоник (HCN) је најтоксичнији гас. При његовом деловању прекида се довод
кисеоника до телесног ткива. Симптоми тровања су надраженост слузокоже дисајних путева,
слабљење срчане активности, тешко дисање и престанак активности централног нервног
система.
Цијановодоник је најопаснији у почетном стадијуму пожара или хаварије. У последњем
стадијуму при високим температурама, цијанидна једињења се брзо распадају. Минимална
смртоносна концентрација цијановодоника у атмосфери износи 0,005 %. При тој дози,
способност кретања се губи за 3 минута, а смрт наступа кроз 8 минута.
Снижена концентрација кисеоника (О2) често настаје у случају пожара, хаварија или других
ВС. Недовољна количина кисеоника доводи до неповратних оштећења великог мозга. При
концентрацији кисеоника од 15 % смрт наступа кроз 8 сати, код 14 % за 1-2 сата, 11 % – за 0,5
сата, 9% – кроз 5 минута, а при 6 % – кроз 2-3 минута.
Критичном се сматра она концентрација кисеоника при којој се погоршава функција кретања,
нарушена је координација покрета, тј. постаје немогућа евакуација људи. Та концентрација
износи 16 %.
Комбиновани ефекат деловања неколико фактора ризика може бити сумарни, синергички
или антагонистички.
Професор В.А. Покровски и други истраживачи су установили да се при комбинацији
деловања температуре и токсичних гасова дејство ових других појачава са повећањем
температуре. Токсичност угљен-моноксида расте у случају присуства дима и повећања
влажности средине, тј., настаје синергички ефекат – укупно деловање фактора које превазилази
резултат појединачних деловања тих истих фактора.
Установљено је да је синергички ефекат приметан у случају комбинованог деловања
угљен-моноксида и недостатка кисеоника и угљен-моноксида и повишене температуре.
Такође су испитивана деловања смеша гасова на организам, које се састоје од угљенмоноксида, угљен-диоксида и кисеоника при повећаној температури. У табели 4
у варијантама 1, 2 и 3 у средину су се додавали и сумпор-доксид, азот и цијановодоник.
Из табеле 4 је очигледно да је додавање незнатне количине сумпор-диоксида, азот-диоксида
и цијановодоника у прве четири компоненте (на нивоу који је знатно нижи од опасног) стварало
дејство високе токсичности. Синергичко деловање је утврђено и у случају заједничког деловања
отровног гаса (азот-диоксида) и снижене концентрације кисеоника при повећаној температури,
као и при заједничком деловању цијановодоника и угљен-моноксида.
Разлог масовног страдања људи у пожарима може бити испуњеност просторија, транспортних
средстава, евакуационих путева и излаза димом. Дим се састоји од несагорелих честица
угљеника и аеросола са димензијама честица од 0,05-5,0 мкм. При уништавању целулозних
материјала, укључујући и дрво, око 25-30 % њихове масе се губи у виду кондензоване паре
која чини дисперзну фазу дима. Количина чађи која се формира зависи од природних материја
и материјала, величине пламена и услова размене гасова и може достићи 10 % масе запаљивог
материјала.
Табела 4 – Синергички ефекат при комбинованом деловању токсичних производа сагоревања, температуре и
снижене концентрације кисеоника
Опасни фактор
Температура, 0С
Кисеоник, %
Угљен-диоксид, %
Угљен-моноксид, %
Сумпор-диоксид, мил проценат
Азот-диоксид, мил проценат
Цијановодоник, мил проценат
Смртоносна вредност опасних фактора при деловању у току 4
ч.
Један
Неколико фактора
фактор
№1
№2
№3
94
43
43
43
8
17
17
17
20
10
10
10
0,04
0,01
0,01
0,01
100
3
–
–
100
–
10
–
100
–
–
10
9
Дим доводи до губљења видљивости, људи не могу да виде евакуационе излазе, губе
орјентире ка којима треба да иду, организовано кретање људи је нарушено и постаје хаотично.
Сваки човек почиње да се креће у произвољно одабраном правцу. У таквим условима нарушена
је евакуација, људи нису у стању да напусте опасну зону, што може довести до катастрофе.
Тренутно не постоји опште мишљење о томе шта се сматра прихватљивом видљивошћу.
Истраживачи у Лос Анђелесу су утврдили да је опасна видљивост мања од 12,5 м. У Енглеској
се сматра прихватљивим «Линија од 15 стопа» (4,5 м) у ходницима који се користе у својству
евакуационог пута. Руски стручњаци препоручују вредност од 20 м. Граничне вредности
фактора ризика од пожара (ФРП) које се користе у израчунавањима при симулацији развоја
пожара у Русији наведени су у табели 5.
Табела 5 – Граничне вредности фактора ризика од пожара
Р.б.
1.
2.
3.
4.
5.
Фактори ризика пожара
Температура средине, 0С.
Топлотно зрачење, В/м 2
Садржај угљен-моноксида, % укупно
Садржај угљен-диоксида, % укупно
Садржај кисеоника, % укупно
Граничне вредности ФРП
70
500
0,1
6
Мање од 17
За компаративну процену времена појаве фактора ризика од пожара за материјале од дрвета
различите експлоатационе старости и врсте дрвета, могу се користити следеће функције [2, 3]:
У случају повећане температуре:
tткр = {B/A * ln[1+(70-37) / (273+37)*Z]}1/n
где је B – димензионални комплекс, који зависи од топлоте сагоревања материјала и
слободне запремине просторије; A – димензионални параметар, који укључује специфичну
масену брзину горења материјала који гори и површину пожара; t0 – почетна температура
ваздуха у објекту; z – параметар, који укључује неравномерно ширење ФРП у оквиру висине
просторије; n – показатељ степена, који подразумева промену масе сагоревајућег материјала у
времену
В = [353*Ср*V] / [(1-φ)*η*Q],
где је Ср – специфична изобарна топлота гаса; V – слободна запремина просторије; φ –
коефицијент губитка топлоте; η – коефицијент потпуности сагоревања; Q – најнижа топлота
сагоревања, кЈ/г.
V = 0,8* Vпом
A = 1,05*ψF*v2
где је ψF – специфична масена брзина сагоревања; vл – линеарна брзина ширења пламена
(Z = h/H * exp(1,4*h/H); h – висина радне зоне; H – висина просторије.
h = hпл + 1,7 – 0,5*δ,
где је hпл – висина површине на којој се налазе људи, испод пода просторије; δ – различита
висина пода, која је једнака нули при његовом хоризонталном положају.
Обрачунавање губитка видљивости:
tп.вкр = {B/A*ln[1 – V*ln(1,05*α*E) / (lпр*В*Dm*Z)]-1}1/n
где је α – коефицијент рефлектовања предмета на евакуационом путу; E – почетна
осветљеност; lпр – гранична даљина видљивости у диму; Dm – способност горивог материјала
да образује дим.
Обрачунавање сниженог садржаја кисеоника:
10
Процена фактора ризика од пожара у објектима са грађевинским материјалима од дрвета
стр.6-11
tО2кр = {B/A*ln[1 – 0,045 / (В*LО2/V + 0,27)*Z]-1}1/n
где је LО2 – специфична потрошња кисеоника.
Пошто логаритам даје негативан број, онда дати ФРП не представља опасност.
Обрачунавање садржаја СО2:
tт.гкр = {B/A*ln[1 – V*X / (В*L*Z)]-1}1/n
где је L – специфично ослобађање токсичних гасова при сагоревању 1 кг материјала; Х –
гранично дозвољени садржај токсичног гаса у просторији.
Пошто логаритам даје негативан број, онда дати ФРП не представља опасност.
Обрачунавање садржаја СО:
tт.гкр = {B/A*ln[1 – V*X / (В*L*Z)]-1}1/n
Пошто логаритам даје негативан број, онда дати ФРП не представља опасност.
Упоређивање обрачунских података уз коришћење основне базе података горивих
материјала показује у неким случајевима суштинска неподударања са утврђеним подацима
при коришћењу вредности најниже топлоте сагоревања, коефицијента образовања дима и др.,
у зависности од разноврсности и степена експлоатације дрвета. На пример, критично време
концентрације угљен-моноксида бора у конкретној просторији према добијеним подацима
износи 57 секунди за младо дрво, 95 секунди – према типској бази података [3] и 50 секунди
за дрво старије од 250 година.
Фактичко време појаве фактора ризика од пожара по ослобађању угљен-моноксида на
основу типске базе података двоструко премашује вредност критичког времена на основу
добијених података. При томе, када је у питању дрво четинара, време појаве фактора ризика
у поређењу са листопадним врстама је веће од 1,2 до 1,3 пута. На тај начин добијени подаци
одражавају реалнију слику појаве фактора ризика од пожара у условима пожара.
За дрво четинарске јеле из једне климатско-географске зоне вредност времена појаве фактора
ризика од пожара које је потребно за достизање опасне концентрације СО је веома слично и
мења се у границама од 50 до 53 секунде. Ипак, кад се достигне критична температура са
повећањем времена експлоатације дрвета до 150 година, уочава се смањење времена постизања
тог фактора ризика од пожара. Неподударање времена достизања критичне температуре при
горењу дрвета различите експлоатационе старости износи најмање 2 минута, што говори о
активизацији процеса ослобађања топлоте при сагоревању материјала од дрвета са порастом
времена његове експлоатације.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Hurley M.J., Madrzykowski D. Evaluation of the Computer Fire Model DETACT-QS.
Performance-Based Codes and Fire Safety Design Methods, 4th International Conference. Proceedings. March 20–22, 2002, Melbourne, Australia, Almand K., Coate C.,
England P., Gordon J. Editors, 241–252 pp, 2002.
[2]Артамонов В.С., Белобратова В.П., Бельшина Ю.Н. [и др.] Расследование пожаров:
учебник. СПб.: СПбУ ГПС МЧС России. 2007. 562 с.
[3]Моторыгин Ю.Д., Ловчиков В.А., Дементьев Ф.А. [и др.] Прогнозирование опасных
факторов пожара: учеб. пособие. СПб.: Астерион, 2013. 108 с.
11
UDC 553.676:621.78
АНАЛИЗА ТЕРМИЧКИ ТРЕТИРАНИХ
АЗБЕСТНИХ САЛОНИТ ПЛОЧА
Весна Петровић1*, Борислав Симендић1
1
Висока техничка школа струковних студија у Новом Саду, Србија
Употреба азбеста и материјала који садрже азбест, иако је забрањена од стране европског законодавства,
још увек је широка распрострањена у радној и животној средини у многим земљама у Европи, па и у Србији.
Истраживање је спроведено како би се утврдило да ли постоји и колика је опасност од ослобађања азбестних
влакана у случају пожара на објектима чија је кровна површина прекривена азбестним салонит плочама, које су
биле у масовној употреби током седамдесетих и осамдесетих година 20. века.
Термички третман који је требало да симулира пожар примењен је на салонит плочи старој 30 година, чији су
комади загревани у пећи на 600 0C, 800 0C и 1000 0C. Након третмана, скенирајућим електронским микроскопом
(SEM – Scanning Electron Microscopy) урађена је анализа комада азбестних салонит плоча, после чега је потврда
извршена рендгено-структурном анализом XRD (X-Ray Diffraction). Резултати истраживања су показали да је при
термичком третману салонит плоча, већ на 600 0C дошло до прекристализације азбеста у нове форме, при чему је
влакнаста структура остала очувана.
Kључне речи: азбест, азбестоза, хидратисани силикати, Scanning Electron Microscopy, рендгеноструктурна анализа.
1. УВОД
Јединствене физичко-хемијске особине азбеста су утицале на широку употребу овог
материјала, и због тога су азбест и материјали који га садрже још увек широко распрострањени
у радној и животној средини иако су забрањени од стране европског законодавства. Азбест је
уобичајен назив за групу различитих природних хидратисаних силикатних минерала (табела
1), које карактерише кристална структура и изузетно мала топлотна проводљивост.
Реч азбест потиче из грчког језика и значи негасиво или неуништиво [1, 2].
Табела 1 – Класификација азбестних материјала
Групе и подгрупе
Амфиболи
Антофилит
Амозит (смеђи азбест)
Кроцидолит (плави азбест)
Тремолит
Актинолит
Серпентини
Кризотил (бели азбест)
Хемијска формула
Mg7Si8O22(OH)2
(Fe2+Mg)7Si8O22(OH)2
Na2Fe2(Fe2+Mg)3Si8O22(OH)2
Ca2Mg5 Si8O22(OH)2
Ca2(Fe2+Mg)5Si8O22(OH)2
Mg3(Si2O5) (OH)4
Слика 1.1 – Основна струкрутна јединица хидратисаних силикатних минерала
* Контакт електронска адреса: [email protected]
Анализа термички третираних азбестних салонит плоча
стр.12-19
Основна струкрутна јединица хидратисаних силикатних минерала је SiO4 тетраедар, у коме
је атом силицијума тетраедарски окружен атомома кисеоника, слика 1.1 [3, 4].
У неким тетраедрима може доћи до процеса кондензација, што узрокује форми­рање
полимерног ланца чија је структурна јединица координациони полиедар SiО3-2 [4, 5]. Број
насталих полиедара SiО3-2 одређује врсту веза између полиедара као и везу између полиедара и
метала. На основу врста веза између координационих полиедара силикати су подељени у групе
које карактерише пет типичних распореда елементарних тетраедара SiO4 [3, 4].
Слика 1.2 Структуре силицијум оксида:
а) ланац (SiО3)-2n и б) трака (Si4О11)-6m [3]
Најважнија су два распореда тетраедара: у првом настаје ланчаста структура у којој се
група (SiО3)-2n анјона понавља дуж z-осе (слика 1.2.а), а у другом долази до формирања траке
спајањем два ланца преко атома кисеоника (слика 1.2.б). Основна структурна јединица у
формираној траци су анјони (Si4О11)-6m. Услед могућности формирања два различита распореда
тетраедара, разликују се и две групе азбеста: серпентине и амфиболе.
Једини представник групе серпентина је кризотил. За њега је карактеристична ланчаста
структура (слика 1.2.а) у којој су процепи у равнима сачињеним од атома кисеоника испуњени
OH јонима. Изнад ових равни лежи низ атома метала (углавно магнезијума) октаедарски
окружених атомима кисеоника [1-5]. Сваки атом метала има изнад себе троугао са три OH
јона, а испод себе други троугао са два О и једним OH јоном, ротираним за 600 у односу на
претходни (слика 1.3). Хемијска формула једне ћелије је Mg3Si2O5(OH)4 [1-5]. При изградњи
спиралне структуре описани композитни слојеви се суперпонирају, са размаком између слојева
од око 0,75 nm. Приликом слагања ових слојева, један слој може бити директно изнад другог, а
може доћи и до расељења или ротације између слојева.
Електронска морфологија кризотила указује да су структурни слојеви у кризотилу
закривљени око х-осе и формирају или завојнице или концентричне кружне цеви. Разлог
закривљености слојева лежи у тежњи силицијумових атома да имају мању димензију
понављања од компоненти са магнезијумом, што доводи до савијања при чему се октаедри
магнезијума налазе на спољној страни кривине [1-5].
Идеална структура кризотила, где троуглови представљају SiO4 тетраедре а затамњени
део октаедарски окружене атоме метала (магнезијума), приказана је на слици 1.3.а, док су
формиране завојнице или цеви приказане на сликама 1.3.б и 1.3.в.
13
Слика 1.3 – Кристална структура кризотила
а) идеалан структура
б)завојница кризотила и
в) цев кризотила [3]
Слика 1.4 – Кристална структура амфибола [3]
Азбести из групе амфибола (антофилит, амозит, кроцидолит, тремолит и актинолит) имају
веома дуг ланац чије су основне јединице тетраедри SiO4, формирани на исти начин као и
код кризотила, али ови тетраедри формирају ланце преко атома кисеоника. Ланци су широки
четири тетраедра и врло дугачки (слика 1.4), а веза између ланаца се остварује преко катјона
(Mg и Ca).
Кризотил чини око 95% процењених укупних резерви азбеста, док осталих 5% чине
подгрупе амфибола.
Основна апликативна карактеристика ових материјала је да поседују екстремно танку
влакнасту структуру, због које их одликује висока отпорност на кидање, мала топлотна
проводљивост, велика термичка стабилност (температура топљења је од 1200 оC до 1500 оC).
Од ових материјала се могу произвести предива а потом и термоотпоран текстил [1,4].
УТИЦАЈ АЗБЕСТА НА ЗДРАВЉЕ
Микроскопски танка влакана азбеста (дужине веће од 5 µm и ширина мање од 3 µm, а
однос дужине и ширине је већи од 3:1) могу се лако наћи у радној и животној средини уколико
се праве производи од азбеста, или након деструкције материјала у којима се налази азбест.
Ова влакна се лако подижу у ваздух и ако дође до инхалације у плућа, влакна могу да проћи
природно филтрирање, забости се дубоко у плућно ткиво и изазвати озбиљне здравствене
проблеме [2, 6, 7].
Светска здравствена организација (Worl Health Organisation – WHO) дефинише следеће
болести које су директно повезане са инхалацијом азбеста:
Азбестоза – немалигна болест плућа која настаје инхалацијом азбестних влакана. Азбестна
влакна узрокују упални порцес чија последица може бити упала плеуре (плућне марамице),
касније задебљање плеуре (у виду гранулације), а у плућима се развија фиброза.
Пре сто година азбестоза је била смртоносна, али како су се развијала сазнања о штетном
дејству азбеста и паралелно са тим спроводиле мере заштите, смртност од саме азбестозе је
готово нула.
Малигна болест плућа (lung cancer by asbestosis) – малигно обољење које настаје као
последица азбестозе.
Мезотелиомија – малигна болест плеуре и/или перитонеума (абдоминалног зида). Овај
облик малигнитета је веома специфичан и по досадашњим сазнањима директно је везан за
удисање азбеста. Пушачи имају додатни ризик од рака плућа када су изложени азбесту.
Посебан проблем код експозиције азбесту је што само присуство азбеста не изазива
симптоме као што је главобоља, болови у мишићима или неке друге. Кумулативни ефекти се
примећују после више од 15 година и доводе до поменутих болести. На слици 1.5 приказана
су плућа здраве особе а на слици 1.6 сва три обољења плућа која су узрокована инхалацијом
азбестних влакана.
14
Анализа термички третираних азбестних салонит плоча
Слика 1.5 – Плућа здраве особе [7]
стр.12-19
Слика 1.6 – Три обољења плућа која су узрокована
инхалацијом азбестних влакана. [7]
1.2 УПОТРЕБА АЗБЕСТУ
Почетком 20. века почиње примена азбеста за изолацију парних машина, у Другом
светском рату употребљава се у изградњи бродова, након чега се ови материјали користе и у
производима за широку намену. Сматра се да данас постоји више од 3000 различитих производа
који садрже азбест. Ту спадају ватростални текстили, папири и картони, облоге за квачила и
кочнице, азбестно-цементна ужад и цеви, кровни и подни производи, електрични и термички
изолациони материјали и друго [2, 8].
И поред сазнања о штетним ефектима, азбест се и даље користи широм света. Према по­
дацима Института за геолошке студије Сједињених америчких држава у свету гa је 2007. године
утрошено више од два милиона тона. Највећи корисник је Кина, са око 30%, а за њом следе
Индија (15%), Русија (13%), Казахстан и Бразил (по 5%). Азбест је, међутим, највише коришћен
седамдесетих година прошлог века, са производњом већом од пет милиона тона годишње
према подацима сајта Свисинфо (swisinfo). Према подацима Светске здравствене организације
(WHO) из 2007. године, око 125 милиона радника у свету је изложено азбесту на радном месту,
а најмање 90.000 годишње умире од болести које су повезане са азбестом. Сазнања о штетном
дејству азбеста су ипак довела до постепене забране производње и коришћења производа који
га садрже. У неким земљама ЕУ потпуно је забрањен деведесетих година двадесетог века, док
је коначна забрана на нивоу Уније сту­пила на снагу 2005. године [9].
У Србији су 2010. године донета два правилника која регулишу присуство азбеста у
радној и животној средини, Правилник о преве­нтивним мерама за безбедан и здрав рад при
излагању азбесту и Правилник о ограни­чењима и забранама производње и стављања у про­мет
и коришћење хемикалија, које представљају непри­хватљив ризик за здравље људи и жи­вотну
средину [10, 11]. Међутим, и пре доношења ових прави­лника у грађеви­нарству се он већ дуго
не користи. Осим забране у грађевинарству, у Србији је прекинута и производња производа
који садрже азбест.
И поред наведених мера, а према извештају европског пројекта подршке за примену забране
азбеста у Србији, азбест и даље може представљати опасност за здравље и животну средину у
Србији, јер је доста распрострањен, посебно у грађе­винарству, у водоводним цевима, кочионим
системима у возилима и у бродовима. Осим тога, у Србији су се налазила два руд­ни­ка азбеста,
Страгари и Корлаће, од којих је рудник Страгари био најве­ћи рудник аз­беста у Европи. Оба
рудника су данас затворена, али према подацима из 2005. и 2006. године произведено је
4.080, односно 4.500 тона азбеста. Азбест из ових рудника кори­стила су у Србији предузећа
ЈугоАзбест (правио је производе од азбеста за грађе­винарство) и ФИАЗ (ко­ристио је азбест у
производњи кочионих дискова) [8].
И поред законске регулативе према којој се ограничава и забрањује употреба производа који
садрже азбест, присуство азбеста и у радној и у животној средини у Србији је реалност. Треба
нагласити да у већини производа азбест није чист, него је везан у неки композитни материјал.
Током времена, међутим, долази до трошења материјала, што доводи до разградње матрице
композита и ослобађања азбестних влакана. Због тога је веома значајно истражити присуство
азбестних влакана у ваздуху у радном и животном окружењу у којем се налазе производи који
садрже азбест.
Употреба азбестних салонит плоча, као кровних покривача, била је веома распростарњена у
Србији током седамдесетих и осамдесетих година двадесетог века. Иако се током деведесетих
престало са том праксом, кровни покривачи на већ изграђеним објектима нису замењени. У
Србији постоје читава насеља која имају кровне покриваче од азбестних салонит плоча. У
15
случају пожара на оваквим објектима поставља се питање да ли постоји опасност ослобађања
азбестних влакана.
2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИ ДЕО
У овом раду је приказно истраживање термички третиране салонит плоче (старе 30 година)
која садржи азбестна влакна. Термички третман, који је требао да симулира пожар, примењен
је на комадима салонит плоче загреваним у пећи на 600 оC, 800 оC и 1000 оC са температурном
задршком од 1h. Одабрано време је максимално време које би у реалним условима протекло од
почетка пожара до завршетка интервенције ватрогасаца на објекту. Експеримент је извршен да
би се добио одговор на питање да ли, у случају пожара у објектима чија је кровна површина
прекривена азбестним салонит плочам, постоји опасност од ослобађања азбестних влакана.
У случају потврдног одговора пожар на оваквим објектима би представљао акцидентну
ситуацију и била би неопходна евакуација становништва и посебне мере заштите за ватрогасе.
Док би у случају негативног одговора, процедура гашења била идентична са гашењем пожара
на сличним објектима.
Након третмана, анализа комада азбестних салонит плоча је извршена скенирајућим
електронским микроскопом SEM (Scanning Electron Microscopy) и рендгенском дифракцијом.
3. РЕЗУЛТАТИ И ДИСКУСИЈА
3.1 Резултати SЕМ анализе
SЕМ снимци узорака урађени су на скенирајућем електронском микроскопу JOEL JSM6460LV на Универзитету у Новом Саду. Одабрани комади третираних салонит плоча су причвр­
шћени за носач, пресвучени слојем злата и потом посматрани под SEM-ом.
Сваки узорак је посматран под шест различитих увећања, то су: 500, 1000, 2000, 5000,
10 000 и 20 000. На сликама од 3.1 до 3.4 дата су по два SEM снимка.
На слици 3.1 приказани су SEM снимци описане салонит плоче која није термички
третирана, и на њој се јасно уочавају азбестна влакна у цементној матрици већ при увећењу од
500 ×. Са повећањем увећања, влакна су само јасније изражена.
SEM снимци узорка који је загреван на 600 oC (слика 3.2) такође показује присуство влакана.
Влакна су, међутим, краћа и више подсећају на штапиће, али однос дужине и ширине влакна
задовољава критеријум који је карактеристичан за азбестна влакна (дужина већа од 5 µm и
ширина мања од 3 m, а однос дужине и ширине је већи од 3:1).
SEM снимци узорка који је загреван на 800 oC, слика 3.3, такође показује присуство влакана.
И ова влакна, као код загревања на 600 oC, више подсећају на штапиће, при чему и код њих
однос дужине и ширине влакна задовољава критеријум азбестног влакна. Осим тога, број
влакана/штапића код узорка загреваног на 800 oC је знатно мањи него код узорка загреваног на
600 oC.
На слици 3.4 приказани су SEM снимци узорка загреваног на 1000 oC на којима се такође
уочавају влакна/штапићи и то у знатном броју. С обзиром да је појава ових влакана била
неочекивана, она су детаљно посматрана при већим увећањима од 10 000 × и 20 000 (слика
3.5). При овако великим увећањима на површини влакна уочава се да влакно више није глатко,
већ подсећа на крљушти, односно регистрована је појава љуспица.
Како се према литературним подацима [12] потпуна трансформација кризотила (у форстерит
(Mg2SiO4) a потом и у енстатит (MgSiO3)) који је термички третиран 3 h, дешава на температури
од 725 oC, присуство влакана/штапића представља изненађење, без обзира на краће време
термичког третмана салонит плоче.
Како је при термичком третману на свим температурама (600 oC, 800 oC, 1000 oC) регистрована
појава присуства структуре влакно/штапић јасно је да SЕМ анализа није у могућности да
утврди да ли је загревањем дошло до нарушавања структуре азбеста и његове трансформације
у форстерит и енстатит при чему је делимично очуван облик влакна, или су то још увек азбестна
влакна.
Како би се добио прецизан одговор неопходно је извршити анализу узорака још неком
методом као што је FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) или рендгено-структурном
анализом XRD (X-Ray Diffraction) [13]. У овом раду је потврда присуства азбестних влакана у
термички третираним узорцима салонит плоче извршена рендгено-структурном анализом
16
Анализа термички третираних азбестних салонит плоча
a)
стр.12-19
b)
Слика 3.1 – Азбестна влакна у термички нетретираној азбестној салонит плочи при увећању од
а) 500 × и б) 2 000×
a)
b)
Слика 3.2 – Азбестна влакна у термички третираној азбестној салонит плочи на 600 oC при увећању од
а) 500 × и б) 2 000×
a)
b)
Слика 3.3 – Азбестна влакна у термички третираној азбестној салонит плочи на 800 oC при увећању од
а) 500 × и б) 2 000×
17
a)
b)
Слика 3.4 – Азбестна влакна у термички третираној азбестној салонит плочи на 1000 oC при увећању од
а) 500 × и б) 2 000×
3.2 Резултати рендгено-структурне анализе
Рендгено-структурна анализа извршена је на спрашеним узорцима који су постављени на
аутоматску гониометарску главу за прах Seifert MZ IV. Генератор високог напона (U = 30 kV, I
= 30 mA) за напајање рендгенске цеви је Seifert ID3000. Анода рендгенске цеви је бакарна, те
је таласна дужина x-зрака λКα = 0,154 nm.
Резултати рендгено структурне анализе термички третиране салонит плоче су приказани на
слици 3.6.
Рендгено-структурна анализа је код свих узорака салонит плоче показала велик број јасно
изражених пикова. Међутим, само су код узорка који није термички третиран (слика 3.6.а)
идентификована два главна пика кризотила на d = 0,72 nm и d = 0,36 nm (кризотил чини око
95% укупних резерви азбеста), што указује да су азбестна влакна присутна само код овог
узорка. Наиме, током термичког третмана салонит плоча, дошло је до прекристализације
азбеста већ на 600 oC при чему је влакнасто/штапићаста структура остала очувана. Наравно,
на вишим температурама од 800 oC и 1000 oC, оваква тенденција се задржала, али оно што је
најважније јесте да ни у једном термички третираном узорку није регистрован азбест-кризотил.
a)
b)
c)
d)
Слика 3.6 – XRD дијаграми азбестне салонит плоче
а) термички нетретиране, б) загреване на 6000C, в) загреване на 8000C и г) загреване на 10000C
18
Анализа термички третираних азбестних салонит плоча
стр.12-19
6. ЗАКЉУЧАК
1. У овом раду је приказно истраживање термички третиране салонит плоче старе 30
година која садржи азбестна влакна. Након третмана, анализа комада азбестне салонит плоче је
извршена скенирајућим електронским микроскопом SEM и рентгено-стуктурном дифракцијом.
2. Резултати SЕМ анализе термички третираних узорака су показали присуство влакнастих
структура и код термички нетретираних узорака и код свих термички третираних узорака.
3. За разлику од термички нетретираних узорака, SЕМ снимци узорака који су загревани
на 600 oC, 800 oC и 1000 oC, показују је присуство нешто краћих влакана, која задовољавају
критеријум карактеристичан за азбестна влакна.
4. Рентгено-структурна анализа је код свих узорака салонит плоче показала велик број јасно
изражених пикова. Само су код узорка који није термички третиран идентификована два главна
пика кризотила на d = 0,72 nm и d = 0,36 nm, што указује да су азбестна влакна присутна само
код овог термички нетретираног узорка, односно да у случају термичког третмана преко 600
o
C, азбест нестаје.
5. Из претходног резултата ренгено-структурне анализе може се закључити да је при
термичком третману салонит плоча већ на 600 0C дошло до прекристализације азбеста у нове
форме, при чему је влакнасто/штапићаста структура остала очувана. Наравно, на вишим
температурама, од 800 0C и 1000 0C, оваква тенденција се задржала, али битно је да ни у једном
терички третираном узорку није регистрован азбест-кризотил.
7. ЛИТЕРАТУРА
[1] “Ulmann’s Encyclopedia of industrial Chemistry”, [Vol.4], Wiley-VCH, Weinhein, 2003
[2]www. chrysotile institute.com
[3]L. Wachowski, L. Domka, Polish Journal of Environmental Studies Vol. 9, No. 6, 443-454,
(2000).
[4] Ј. CHOJNACKI, Elementy krystalografii chemicznej i fizycznej, Panstwowe Wydawnictwo
Naukowe, Warszawa 1971.
[5]David M. Bernstein1, Review of the differences between chrysotile and amphibole asbestos,
August 2009.
[6]www. who.int
[7]***:WORKING WITH ASBESTOS, New South Wales Government, GUIDE 2008.
[8]Ј. Бучинић, С. Ковачевић, С. Кирин: Анализе производње азбеста и посљедице на здравље
људи, SIGURNOST 49 (2) 137 - 144 (2007).
[9]***: www.euractiv.rs/.../3578-zabranjeni-azbest
[10] ***: Правилник о превентивним мерама за безбедан и здрав рад при излагању азбесту,
“Сл гласник РС”,106/2009 (17. 12. 2009.год. и 6/2010 и 15/2010).
[11] ***: Правилник о ограничењима и забранама производње и стављања у промет и
коришћење хемикалија, које представљају непри­хватљив ризик за здравље људи и
животну средину, „Службени гласник РС“ бр. 89/10, 71/11, 90/11.
[12] T. Zaremba, A. Krzakala, J. Piotrowski, D. Garczorz, J. Therm, Anal. Calorim., 101, 479-485,
(2010).
[13] В.Петровић, Б. Симендић, 6 међународно саветовање –Ризик и безбедносни инжењеринг,
Копаоник, 2011.
19
UDC 614.84
ТЕХНИКЕ ПРИПРЕМЕ УЗОРАКА ЗА АНАЛИЗУ УГЉОВОДОНИКА
У ТРАГОВИМА НАКОН ПОЖАРА
Весна Маринковић1 *, Биљана Шкрбић2
Висока техничка школа струковних студија у Новом Саду, Школска 1, 21000 Нови Сад
Технолошки факултет, Универзитет у Новом Саду, Булевар цара Лазара 1, 21000 Нови Сад
1
2
У раду je приказан преглед метода за изоловање трагова запаљивих течности након пожара. Прегледом
литературних података дошло се до закључка да најбоље резултате даје припрема узорка чврсто-фазном микро
екстракцијом (SPME) у комбинацији са гасно-масеном детекцијом.
Kључне речи: нафтни деривати, екстракција, хроматографија
Познавање количине, врсте и извора горива је од велике помоћи форензичарима у
разумевању и карактеризацији угљоводоника присутних у траговима након пожара. С обзиром
на то да се за подметање пожара најчешће користи нафта и нафтни деривати, у наставку текста
бавићемо се њиховим изоловањем и концентрисањем. Сирова нафта је најтраженија роба на
свету и чини 40% светских потреба за енергијом. Дневно свет троши 76 милиона барела нафте,
од тога Америка 20 милиона барела/дан, Кина 5,6 милиона барела/дан и Јапан 5,4 милиона
барела/дан. Саудијска Арабија је највећи извозник нафте са 8,1 милиона барела нафте дневно
[1]. У Србији је у 2011. години укупна потрошња моторних горива износила 2.160.564 t (Табела
1). У укупној потрошњи моторних горива у Србији, бензини учествују са 21%, дизел гориво са
62% и TNG (течни - нафтни гас) са 17%. У држави постоји две рафинерије укључене у прераду
нафте и производњу горива – Рафинерија Панчево и Рафинерија Нови Сад [2].
Табела 1 – Расположивост горива у Србији за 2010. и 2011. годину
Расположивост
горива у Србији:
Производња
Увоз
Извоз
На тржишту
2010. година (t)
2011. година (t)
1475.950
879.202
70.704
2.301.704
1.219.706
987.707
46.849
2.160564
На слици 1 је приказана процентна заступљеност произведених горива у Србији за 2011.
годину
Слика 1 – Учешће појединих врста горива у потрошњи у Србији за 2011. годину
Технике припреме узорака за анализу угљоводоника у траговима након пожара
стр.20-24
За анализу трагова угљоводоника присутних након пожара припрема узорака је веома важан
корак за поуздану крајњу идентификацију. То је најчешће и најдужа фаза у којој могу бити
учињене значајне грешке, које затим могу довести до погрешне процене испитиваног узорка.
Тачност добијених резултата у великој мери зависи од начина припреме узорака. Постоји
велики број различитих метода припреме узорка, а њихов избор зависи од карактеристика
самог узорка, економске приступачности методе припреме и крајњег циља анализе. Први
корак у анализи узорака јесте издвајање аналита из матрикса узорка. Поступак издвајања или
изолације би требало изабрати тако дa буде једноставан како би губици аналита, утрошак
хемикалија и времена били што мањи. Те захтеве је често тешко постићи, некад уз мање или
више компромиса, мада садашња научна стремљења воде ка истраживању нових техника
екстракције, које ће испунити све постављене захтеве [3].
Технике коришћене за изоловање и концентрисање нафте и нафтних деривата су се
модификовале годинама, у сагласности са постигнутим научним резултатима и сазнањима.
Првобитно се користила вакуум дестилација, дестилација воденом паром и течна екстракција.
Данас се користи техника анализе гасне фазе изнад узорка (енгл. Headspace), која је први пут
представљена у раним седамдесетим годинама [4]. Идеална процедура за екстракцију може
обезбедити репрезентативан узорак испарљивих компоненти са минималним уделом ефекта
материјала (матрикса).
Вакуум дестилација и дестилација воденом паром омогућавају да се трагови запаљивих
течности издвоје као чиста течност, под условом да има довољно аналита у анализираном
узорку [4, 5].
Течно-течна екстракција је такође једна од најстаријих и најчешће коришћених техника
за припрему узорака, будући да је headspace методa често неуспешна у случају компоненти
са високим тачкама кључања које се чврсто вежу за матрикс [4]. Предност течне екстракције
је да oмогућава сепарацију великог броја компоненти са високим тачкама кључања из
смесе. Недостатак су ометајуће компоненте у матриксу које се такође екстрахују. Екстракт
често мора бити пречишћен и концентрован. Ови додатни кораци продужују време анализа
и повећавају ризик од загађења другим контаминентима. За екстракцију аналита користе
се различити растварачи: n-пентан, n-хексан, циклохексан, дихлорметан, трихлорметан,
угљендисулфид и диетилетар [6,7,8,9,10,11,12]. Избор растварача зависи и од тога која метода
крајње идентификације ће се применити. Ако се користи пламено-јонизациони детектор (енгл.
Flame Ionization Detector, FID), најбоље је употребити угљендисулфид (CS2). Угљоводоници
присутни у нафти и нафтним производима се веома добро растварају у угљендисулфиду, који
има предност да даје мали сигнал на FID детектору, те не представља сметњу у детекцији
аналита. С друге стране његов озбиљан недостатак је што је самозапаљив на температури од
363 К и веома токсичан. У гасно-масеној спектрометрији (енгл. Gas chromatography–mass spectrometry, GC/MS) методи масени спектрометар елиминише потребу за регистрацијом сигнала
растварача, указујући на предност његове примене.
Headspace узорковање је данас најпопуларнија метода припреме узорка за крајњу
идентификацију [4]. Заснива се на анализи гасовите фазе изнад површине анализираног
узорка који може бити течан или чврст. Пик растварача је мањи или не постоји у односу на
традиционално инјектовање, а век колоне je дужи и њено одржавање лакше (скраћење колоне,
жарење и чување). Headspace запремина изнад узорка је испуњена испарљивим једињењима
присутним у узорку која су чистија него матрикс, чиме се постиже виша прецизност јер се
инјектује мање контаминаната. Данас постоји и користи се неколикo headspace техника за
изоловање испарљивих једињења из матрикса.
Директно headspace загревање се састоји од анализе гасовите фазе, која је у динамичкој
равнотежи са анализираним узорком. Узорак се смешта у затворену термостатирану посуду,
где стоји довољно дуго да се успостави динамичка равнотежа. Затим се адекватна запремина
гасовите фазе узима за анализу, обично гасном хроматографијом. Директно загревање се
користи за прелиминарну класификацију запаљивих течности присутних у испитиваном
узорку. Ако је узорак лака фракција дестилата сирове нафте (састоји се од једињења са ниском
тачком кључања) и ако постоји довољна количина супстанци за квантификацију, метода је
адекватна за идентификацију.
Термална десорпција Изоловање испарљивих једињења из матрикса узорка термалном
десорпцијом врши се константаним протоком носећег гаса. Аналити се адсорбују на адсорбенту.
21
После одређеног времена, „трап-колона са везаним угљоводоницима” се греје, ослобађајући
адсорбоване компоненте, које се уводе у GC апарат. У овој методи се као адсорбенти користе
порозни материјал као што је Тенакс (енгл. Тenax) или „трапови” који садрже активни угаљ.
Принцип термалне десорпције приказан је на слици 2, док слика 3 приказује термални десорбер.
Предност порозног материјала који се користи у термалној десорпцији је да се адсорбовани
аналити лако десорбују термалном десорпцијом. Главни недостатак полимерног адсорбента
је његова ниска ефикасност за јако испарљиве и поларне аналите. Аналити који припадају
овој групи су стога недовољно концентрисани. Применом адсорбената на бази активног угља
превазилази се наведени недостатак, али с друге стране они могу везати неке аналите тако
чврсто да термална десорпција не буде довољно ефикасна.
Слика 2 – Принцип термалне десорпције: Цевчица је повезана са посудом у којој се налази узорак. Пумпа
омогућава проток гаса кроз цевчицу. Посуда се обично загрева ради повећања притиска паре. Аналити се
термално десорбују или екстрахују са одговарајућим растварачем
Слика 3 –Термални десорбер
Пасивно headspace концентрисање са активним угљем је најчешће коришћено у форензичким
лабораторијама [5]. Недеструктивна је и почетна метода у изоловању многих аналита. Захтева
минимално манипулисање са узорком и погодна је за поновљену анализу узорка. Одређивање
оптималних параметара је важно за сакупљање репрезентативних запаљивих течних резидуа.
Техника пасивног headspace концентрисања са активним угљем састоји се од система за
загревање, термометра и активног угља. У овој техници, аналити су адсорбовани на танкој
траци активног угља. Трака активног угља се закачи за конопац који је заштићен поклопцем.
Виси у посуди са узорком на такав начин да остане у контакту са headspace испарењем, али
не додирује узорак (Слика 4). Посуда се ставља у загрејану пећ ради испаравања запаљивих
течних остатака (резидуа) и њиховог везивања за активни угаљ. После неколико сати, посуда
се хлади на собну температуру. Активни угаљ се премешта у виалу (посуду) са растварачем.
Растварач је обично CS2, ако се за крајњу идентификацију користи GC/FID или диетилетар који
десорбују течне остатке са активног угља ако се користи GC/MS [10].
22
Технике припреме узорака за анализу угљоводоника у траговима након пожара
стр.20-24
Слика 4 – Пасивно headspace концентрисање на активном угљу
Ова техника се сматра универзалном. Многа истраживања [13, 14] показују да се
оптимизацијом величине честица активног угља, адсорпционог времена и температуре може
постићи висока ефикасност. Група шпанских аутора је 1995. године истакла да је недостатак ове
методе недовољно концентрисање једињења са високом тачком кључања, што може довести до
грешака у идентификацији [15].
Посебна предност трака са активним угљеником је могућност њиховог складиштења
са адсорбованим једињењима на дужи временски период без значајних губитака. После
адсорпције, траке са активним угљеником могу се поделити у два дела, један део се користи за
десорпцију и анализу, а други се чува (складишти) за могуће будуће анализе.
Чврсто-фазна микро екстракција (енгл. Solid Phase Microextraction, SPME) је брза,
једноставна и ефикасна метода која не захтева примену растварача. Прва публикација у којој је
описана чврсто-фазна микро екстракција трагова запаљивих течности објављена је 1995 [16].
Већина истраживања [17, 18] је рађена на неполарним фазама са полидиметилсилоксанским
(PDMS) влакнима. Ова влакна су ефикасна у концентрисању дериватa сирове нафте са високом
тачком кључања. Предност чврсто-фазна микро екстракција је ограничен апсорпциони
капацитет, што спречава презасићење аналита у узорку и могућност понављања анализе [5].
Апаратура се састоји од система за загревање, инструмента за мерење температуре и
SPME система. Основни део SPME система представља тзв. SPME шприц, који подсећа
на хроматографски, са том разликом што садржи 1cm дуго влакно смештено унутар игле
шприца, које је направљено од одговарајућег полимера нанетог на носач од стопљеног
силицијумдиоксида пречника 110μm. Процес микроекстракције се заснива на прерасподели
аналита између екстракционог медијума (влакно) и матрикса узорка, односно на селективној
адсорпцији циљаних аналита у активном слоју влакна и директној десорпцији у инјектору
хроматографа, слика 5 [19].
а)
б)
в)
Слика 5 – Поступак SPME: а) адсорпција, б) десорпција и в) екстракција.
Истраживања [4, 20] указују да се најбољи резултати добијају кад се користе две фазе
адсорпције на два различита типа влакана. Прва фаза треба да се ради на 70оC користећи Carboxen® влакна ако резултат указује на присуство аналита са високом тачком кључања. Друга
адсорпција треба да се ради на вишим температурама изнад 100оC са PDMS влакном.
23
ЗАКЉУЧАК
Поређење техника за испитивање трагова угљоводоника након пожара, тј. њиховог
изоловања и концентрисања, показује да не постоји идеална метода за припрему узорака
због могућег присуства супстанци различитих физичко-хемијских особина које представљају
трагове запаљивих течности. Двофазна анализа чини се најоптималнијим решењем. У првој
фази, ако headspace анализе са пасивним адсорпцијом и термодесорпцијом (нпр. SPME)
омогуће идентификацију, анализа се завршава. Ако резултати указују на присуство супстанце са
високом тачком кључања, узорак треба подвргнути течној екстракцији и након концентрисања
треба га поново анализирати.
ЛИТЕРАТУРА
[1] http://www.vizijadanas.com/svet_nafte.html, септембар 2013.
[2] Извештај о секторској анализи тржишта трговине на велико и мало дериватима нафте у
2011. години; Република Србија Комисија за заштиту конкуренције.
[3]Биљана Шкрбић, Полихлоровани бифенили, Универзитет у Новом Саду – Технолошки
факултет, 2003.
[4] Bogusz M.J, Forensic science, handbook of analytical separations, Elsevir Science B.V., Amsterdam 2000.
[5]Rafal BORUSIEWICZ, Fire debris analysis – a survey of techniques used for accelerants isolation and concentration, 2002.
[6]Ettling B.V., Adams M.F., The study of accelerant residues in fire remains, Journal of Forensic
Sciences 1968, vol.30, pp. 76-89.
[7]Ettling B.V., Determination of hydrocarbons in fire remains, Journal of Forensic Sciences 1963,
vol. 8, pp. 261-267
[8]Jackowski J.P., The incidence of ignitable liquide residues in fire debris as determined by a
sensitive and comprehensive analytical scheme, Journal of Forensic Sciences 1997, vol. 12, pp.
828-832.
[9]Kelly R.L., Martz R.M., Accelerant identification in fire debris by Gas Chromatography/Mas
Spectrometry techniques, Journal of Forensic Sciences 1984, vol. 29, pp. 714-722.
[10] Lentini J.J., Armstrong A.T., Comparison of the eluting efficiency of carbon disulfide with dietylether. The case for laboratory safety, Journal of Forensic Sciences 1997, vol. 12, pp. 307-311.
[11] Mach M.H.Gas Chromatography-Mass Spectrometry of simulated arson residue using gasoline as an accelerant, Journal of Forensic Sciences 1997, vol. 22, pp. 348-357.
[12] Touron P, Malaquin P.Gardebas D.(et.al), Semi-automatic analysis of fore debris, Forensic Science International 2000, vol. 110, pp. 7-18.
[13] Dietz W.R., Improved charcoal packaging for accelerant recovery by passive diffusion, Journal of Forensic Sciences 1991, vol. 36, pp. 111-121.
[14] Newman R.T., Dietz W.R., Lothriridge K., The use of activated charcoal strips for fire debris
extraction. Part 1: The effect of time, temperature, strip size and sample concentraction, Journal
of Forensic Sciences 1996, vol. 41, pp 361-370.
[15] Frontela L., Pozas J.A., Picabea L.A., A comarison of extraction and adsorption methods for
the recovery of accelerants from arson debris, Forensic Science International 1995, vol. 75, pp
11-23.
[16] Furton K.G., Bruna J.A., A simple, inexpensive rapid, sensitive and solventless technique for
the analysis of accelerants in fire debris based on SPME, Journal of High Resolution Chromatography 1995, vol. 18., pp. 625-632.
[17] Furton K.G., Almirall J.R, Bruna J.C., A novel method for the analysis of gasoline from fire
debris using Head-space Solid Phase Microextraction, Journal of Forensic Sciences 1996, vol.
41 pp. 12-22.
[18] Furton K.G., Almirall J.R., Bi M. (et al.), Application of Solid Phase Microextraction to the
recovery of explosives and ignitable liquid residues from forensic specimens, Journal of Chromatography A 2000, vol. 885, pp. 419-432.
[19] www.agilent.com, септембар 2013.
[20] Рen.Q., Bertsch W., A comprehensive sample preparation scheme for accelerants in suspected
arson cases, Journal of Forensic Sciences 1999, vol. 44, pp. 504-515.
24
ПРОБЛЕМ СОЦИЈАЛНО-ЕКОЛОШКИХ АСПЕКАТА
ЕЛЕКТРОМАГНЕТСКЕ БЕЗБЕДНОСТИ ОБЈЕКАТА ХИДРОСФЕРЕ
Л.А. Митрофанова1 *
Санктпетербуршки универзитет Државне противпожарне службе Министарства за ванредне ситуације Русије
1
Електромагнетно зрачење негативно утиче на одрживи развој хидросфере. На основу системског приступа
истражени су фактори и ризици, проблеми правног регулисања електромагнетног загађења и могућности смањења
његовог негативног утицаја на еколошко стање хидросфере.
Kључне речи:одрживи развој, хидросфера, системска нализа, ризици, електромагнетска безбедност.
Проблем еколошке угрожености водених екосистема и водених организама у односу на
електромагнетне утицаје различитог порекла предмет је активне пажње истраживача више од
пола века. Рапидно повећање обима пловног саобраћаја у свим регионима Светског океана
(теретни и путнички саобраћај, туризам), савремена техничка опремљеност подводних и
надводних
флота и перспективе њиховог даљег развоја, довели су до тога да проблем очувања биолошке
разноликости водених екосистема постане нарочито актуелан.
У оквиру Концепта одрживог развоја [1] и других нормативно-правних докумената,
предвиђен је систематски приступ истраживањима било ког еколошког проблема, који се тичe
ризика и претњи стању животне средине. Пре свега, то су ризици од флуктуације глобалних
електромагнетних процеса у биосфери и њихов утицај на водене екосистеме. Трајање и
релативни континуитет планетарног геомагнетизма (укључујући природне флуктуације)
довели су до тога да су се водени екосистеми адаптирали на дате облике деловања. Интерес овог
истраживања представљају такође ризици техногеног порекла, који имају, како је приказано у
раду [2] и другима, флуктуационо-дисипативни карактер, као и могућности смањења њиховог
негативног утицаја на водене екосистеме.
Треба напоменути да издвајајући електромагнетно деловање из свих видова спољашњег
утицаја на екосистеме, допуштамо известан елемент апстраховања, пошто је познат низ
истраживања о узајамном утицају низа фактора (радијацијско, хемијско, биолошко загађење
водених површина) на еколошко стање објеката хидросфере. Теорија система и системске
анализе (ТССА), која има највећу примену у датој проблематици, дозвољава такав поступак
испитивања. У складу са [3], системски приступ истраживању омогућава решавање задатака
при појави целог скупа компоненти система и узајамних веза међу њима у циљу формирања
глобалне слике о стању и својствима самог система.
ТССА разматра укупност елемената система као целине и подразумева забрану разматрања
система као једноставне комбинације појединачних елемената. Решавање системских питања
уз игнорисање тог принципа, готово увек је неефикасно, јер особине система нису адекватне
збиру својстава његових елемената. У ТССА такође је присутна забрана разматрања било ког
система одвојено од животне средине, што подразумева обавезу узимања у обзир егзогених
фактора и потребу разматрања система који се испитује као дела неког вишег система.
У овом истраживању систем представља индивидуални објекат хидросфере (ОХ) и
дефинише се као вишестепена конструкција елемената који су константно динамични и у
интеракцији, и који на тај начин формирају својства самог система. У складу са принципима
ТССА, врши се позиционирање ОХ као отвореног мултифакторног еколошког система са
социјално-економским аспектима функционисања. Циљ функционисања система је обезбеђење
електромагнетне безбедности ОХ.
Позиционирање ОХ као самосталног система је довољно условно услед изразите
лабилности његовог стања у односу на спољашње факторе и ризике који образују систем, као
* Контакт електронска адреса: [email protected]
и због глобалног смањења ефикасности хомеостаза. Принцип самоорганизације је суштински
важан за ефикасно управљачко деловање на систем ОХ, пошто управљачко деловање мора
бити у границама могућности ОХ за хомеостазу. Изводљивост и ефикасност управљања
системом ОХ оцењују се закономерношћу образовања циља, што је нарочито важно за отворене
системе. Глобални циљ се подвргава декомпозицији и дефинише се група подциљева – правни,
економски и други који чине еколошку безбедност ОХ као система.
У реалној делатности постоји велика вероватноћа дељења система на појединачне елементе
и у том случају се испољава закономерност адитивности. Емергентност означава појављивање
у систему нових својстава, која не постоје (или се не узимају у обзир) код његових појединачних
елемената. Реалан систем се увек налази између стања апсолутне емергентности и апсолутне
адитивности. Одређивање степена целости система ОХ зависи од приступа који се примењује:
- субјекти привређивања (бродарство, рибарство, рекреација);
- објекти својине;
- објекти заштите (у оквиру антитерористичке активности и осигурања националне
безбедности); и
- објекти научних испитивања.
Једино у последњем случају ОХ се разматра као систем који је у стању да исказује
емергентност. На основу оптималног односа нивоа независности и повезаности појединачних
елемената може се предвидети реализација ефикасног управљања целим системом. Комплексан
приступ контроли система ОХ на основу идеје одрживог развоја омогућује укључивање /
идеално – снижавање) противделовања егзогених фактора и ризика. На тај начин, заснивајући
се на положају и принципима ТССА као теоретске истраживачке базе, могу се одређивати
његове границе:
- фактор оптерећења система ОХ (извори деловања нејонизујућих електромагнетних
зрачења);
- утицај електромагнетних деловања на укупност водених организама и опште стање ОХ;
- правно регулисање проблема електромагнетног загађења ОХ; и
- могућности смањења негативног утицаја електромагнетног загађења на еколошко стање
система ОХ.
Због веома високе разноврсности извора електромагнетног деловања, корисно је извршити
њихову систематизацију по одређеним обележјима. Пре свега, по пореклу: природни (на
пример, космо и геомагнетизам) и антропогени. Сви извори се могу поделити на стационарна
и нестационарна (флуктуирајућа) нејонизујућа електромагнетна зрачења (ЕМЗ).
Такође, прихваћена је и подела на регулисане и нерегулисане изворе ЕМЗ, а према
карактеру поља деле се на константне и варијабилне, по опсегу електромагнетног спектра
постоје, на пример, извори нејонизујућег ЕМЗ високофреквентног опсега. Регулисани
извори ЕМЗ се по прихваћеној класификацији деле на оне са ознаком огранка (саобраћај и
саобраћајна инфраструктура, далеководи, електричне везе, енергетска постројења, одбрамбени
и истраживачки објекти). Узети заједно сви извори формирају узајамно продируће ЕМЗ и
чине егзогену средину система ОХ. Анализа потенцијалних ризика се спроводи коришћењем
адитивности система ОХ на сваком појединачном елементу.
На пример, последњих година у складу са геополитичким и националним интересима
Руске федерације (РФ), у наглом је порасту темпо развоја цевоводног саобраћаја, чији се
индивидуални путеви протежу непосредно по дну ОХ. У пракси водећих корпорација (АК
„Трансњефт” и др.) поред електро-погонских постројења комуникационих система, широко
се примењује технологија недеструктивне контроле. Технологије радиoграфске и ултразвучне
дефектоскопије покренуће велики део електромагнетног спектра, усмерене билатералне
сигнале ЕМЗ, рентгентског и гама-зрачења који пролазе кроз све слојеве ОХ и формирају обимно
ризично поље и моћан негативан утицај на систем заједно са другим техногеним изворима. На
сличан начин могу се окарактерисати негативна деловања ЕМЗ других техничких уређаја и
објеката.
Поред природних и вештачких деловања, издвајају се слаба флуктуирајућа нејонизујућа
ЕМЗ ултра ниских фреквенција [4], која имају сигнално-информациону вредност за живе
организме. Електромагнетни фактор утиче на генетску активност и при дуготрајном утицају
(као и у одсуству, у случају инверзије електромагнетног поља) мења наследне особине живих
организама. Трансформација генотипова водених организама у систему ОХ добија одређену
26
Проблем социјално-еколошких аспеката електромагнетске безбедности објеката хидросфере
стр.25-30
вредност за све карике у ланцу исхране.
Од посебног је значаја испитивање повратних реакција водених организама, стањe
водене средине и граничних контактних зона на деловање електромагнетних фактора.
Живи организми због посебне грађе (молекули и атоми су електронеутрални, али се састоје
од елементарних честица, које имају језгро, спин), по својој природи морају реаговати на
спољашње електромагнетно поље. Еволуција живих организама је проистекла под утицајем
геомагнетизма (ГМ) који они прихватају као неопходан фактор у животној средини са релативно
стабилном просторно-временском конфигурацијом.
Повратне реакције понашања и физиолошке реакције водених организама формирају се
при флуктуацијама ГМ или утицају електромагнетних поља антропогеног порекла. Толерантне
способности водених организама укључују цео спектар могућих реакција на промену ЕМЗ:
од животног оптимума до угроженог стања и нестанка. Електромагнетна рецепција водених
организама према врсти повратне реакције дешава се при варијацијама ГМ, појави ЕМЗ у току
сеизмичке активности и других опасних природних процеса.
Електромагнeтне појаве у хидросфери су разноврсне и условљене су не само деловањем ГМ,
на пример, кретање водених маса под утицајем ГМ доводи до настанка електромоторне силе
[4]. Поред тога, комплекс природних и вештачких примеса различите етимологије формира
електрофизичке карактеристике ОХ које се динамично мењају. Нестабилност и једнообразност
водене средине такође условљавају изложеност ризицима електродифузних и других процеса,
који су оптерећени процесима топлотне и масене размене услед премештања водених слојева.
Регенерисане флуктуације ЕМЗ заједно са другим ризицима образују неравнотежу система ОХ.
На основу тога су познати извори генерисања ЕМЗ а појављивање свих ризика је могуће
прогнозирати, као и нарушавање система ОХ и повратне реакције заједница водених организама.
Даље је неопходно упоредити анализу ризика са еколошком угроженошћу система ОХ и
могућности његовог обнављања. При системском приступу проблем разграничења утицаја
извора генерисања ЕМЗ, као и одређивање карактера флуктуационо-дисипативних веза међу
особинама система попримају социјално-економски карактер.
Закон о заштити природне средине РФ диктира потребу надокнађивања штете нанесене
животној средини (ЖС). Плаћање накнаде за загађење ЖС сматра се основним економским
стимулансом за мотивацију корисника природе у минимизирању негативног деловања
привредне делатности. Општи захтеви који се тичу плаћања накнаде за негативан утицај на
животну средину (НУЖС) дефинисани су Федералним законом (ФЗ) [5]. Овај закон одређује
типове негативног деловања, укључујући електромагнетно, као и утицаје на животну средину
који се према обавезном поступку наплаћују.
Накнада за НУЖС наплаћује се у складу са [6, 7] према основним стандардима накнаде,
узимајући у обзир еколошке коефицијенте. Накнада за НУЖС за кориснике природе за гранично
дозвољене стандарде отпада, одлагање загађујућих материја, количину отпада, и нивое штетног
деловања, одређује се множењем одговарајућих стопа накнаде и вредности наведених типова
загађења и сумирањем добијених производа према врстама загађења.
Накнада за контаминацију животне средине у границама одређених лимита одређује се
множењем одговарајућих стопа накнаде у износу разлике између лимитираног и гранично
дозвољеног загађења и сумирања добијеног збира. Накнада за загађивање животне средине
веће од лимита, одређује се множењем одговарајућих стопа накнаде за загађивање у границама
одређених лимита за вредност фактичког превишења загађења изнад установљених лимита,
сумирања добијених производа по типовима загађења и увећавања тих износа за петоструко
већи коефицијент.
Плаћање накнаде за гранично дозвољена загађења врши се на рачун сопствене вредности
производа, а плаћање у случају прекорачења – на рачун добити, која остаје на располагању
кориснику природе. Распоређивање плаћања накнаде за НУЖС регулисано је Буџетским
кодексом РФ, а да притом није одређено циљано расходовање тих средстава. На тај начин,
механизам наплаћивања је довољно транспарентан, јединствен за све регионе РФ. У поређењу
са теоријом Пигу, благог је карактера за руске пословне структуре, а истовремено, у одређеној
мери доприноси смањењу НУЖС. Од интереса је испитивање ефикасности датог механизма
при компензацији штете нанете животној средини због негативног деловања ЕМЗ.
Термин „глобално електромагнетско загађивање животне средине“ је званично уведен
од стране Светске организације за заштиту здравља још 1995. године. У складу са ФЗ [5],
27
електромагнетско деловање на животну средину се наплаћује, али до овог тренутка процедура
наплате накнада за електромагнетско загађивање није разрађена на државном нивоу. Као
разлог се наводи одсуство система нормирања деловања ЕМЗ на животну средину. Вратићемо
се постојећим иностраним и домаћим искуствима у овој сфери.
У својству основног критеријума за нормирање деловања ЕМЗ у РФ, узима се деловање
електромагнетног поља оног интензитета које не доводи чак ни до привременог нарушавања
хомеостаза у току целог животног циклуса живог организма. Основни нормативни параметар
у иностраним нормативно-методичким документима за радни опсег фреквенција је просечни
специфични апсорпциони капацитет, који се мери у W/Kg, који представља капацитет који
апсорбује јединица масе биолошког ткива у одређеном временском периоду.
Реална ситуација је таква да су основни фактори НУЖС који се узимају у обзир при
еколошко-економском регулисању заштите ЖС, емисија загађујућих материја у атмосферу,
отпуштање загађујућих материја у водене објекте и одлагање отпада. ЕМЗ је законски укључено
у списак НУЖС, а не улази у еколошко-економске процене штете. То потврђује информација
годишњих статистичких и државних извештаја о стању животне средине у Руској федерацији,
где подаци такве врсте не постоје.
Може се размотрити приступ образовању процедуре наплаћивања накнаде за негативан
утицај ЕМЗ по аналогији са ситуацијом, условљеном доношењем у 2002. г. ФЗ „О
комуникацијама”, којим је одређено обавезно плаћање за коришћење радиофреквентног
спектра. Такозвана такса на експлоатацију је општег карактера, еколошка компонента није
јасно приказана, а наведена накнада је врста компензације за коришћење природних ресурса
(у конкретном случају, дела електромагнетног спектра). Међутим, установљена процедура је
омогућила радиофреквентној служби да се за последњих 10 година у федерални буџет слије 25
милијарди рубаља, обезбедивши на тај начин увећање прихода буџета РФ од скоро сто пута, по
ставци „накнада корисника радиофреквентног спектра”.
Треба напоменути да се та ситуација није уопште одразила на компензацију НУЖС,
мада таква могућност постоји. Закључком Владе РФ од 02.12.2009. г. бр. 984, усвојен је списак
платних услуга, у који је укључена услуга за експертизу могућности коришћења пријављених
радиоелектронских средстава и њихове електромагнетне компатибилности са већ постојећим.
Експертиза такође укључује анализу параметара електромагнетног уређења на објекту
испитивања. Информације Радиофректвентне службе након вршења низа експертиза могу
бити коришћене за процену деловања ЕМЗ на стање ЖС.
Постоје информације о степену електромагнетне контаминације (на основу специфичне
електричне проводљивости воде) индивидуалних водених објеката у СЗФР и другим регионима.
Подаци се односе на шездесете и седамдесете године прошлог века и могу се у одређеној мери
сматрати базичним. Савремено стање ОХ је могуће проценити помоћу најновијих техничких
средстава и метода, на пример, електрополиметрије. То ће омогућити одређивање укупног
обима електромагнетне контаминираности ОХ и размере проблема.
У одсуству норматива негативног деловања ЕМЗ и методологије прорачуна штете,
дозвољено је руководити се фактичким губицима за обнављање нарушеног стања ОХ, имајући
у виду претрпљене губитке, укључујући и изгубљену добит. Тај приступ је у складу са руским
законодавством о заштити природе, са ставом Вишег арбитражног суда РФ и светским
приступом процени штете. На пример, Конвенција Савета Европе о грађанској одговорности
за штету причињену делатношћу која је опасна за животну средину, изједначава износ штете
са вредношћу активности за обнављање првобитног стања средине.
За коришћење природе одређен је рок од 20 година за застарелост тужбе, па тако накнаду
треба обрачунати на тај начин да се бар делимично компензује штета коју је хидросфера
претрпела у протеклим деценијама. У пракси се прорачун штете врши у два правца са оваквим
коначним резултатом: процена штета причињене воденој животној средини и конкретним
биолошким ресурсима. За ОХ прорачун штете причињене животној средини може се вршити
према налозима [8], а процена штете причињене воденим биоресурсима се врши на два начина:
таксеним и обрачунским.
Правна природа таксене процене одговара накнадама за нестандардно коришћење
природних ресурса, дефинише економски еквивалент њихове вредности и укључује две
компоненте: накнаду реалне цене реусра и казнени коефицијент, али при том се не узима у обзир
неостварени производ репродукције. Обрачунски метод одређује општи алгоритам вршења
28
Проблем социјално-еколошких аспеката електромагнетске безбедности објеката хидросфере
стр.25-30
процене, са узимањем у обзир како директних губитака од производа, тако и индиректних
(смањење бројности популације, погоршање услова станишта и др.).
Генерално, економска штета се тумачи као функција капиталних губитака за обнављање
биоресурса ОХ. Садашње методе процене еколошке штете причињене системима ОХ имају
многе недостатке:
- потцењивање низа императивних фактора и ризика њихове повезаности, што је недопустиво
при системском приступу одређивању стања ОХ;
- одсуство или несавршеност метода дефинисања периода контролног деловања на систем
ОХ, узимајући у обзир период сукцесије; и
- непостојање метода процене штете код неких врста антропогеног деловања, конкретно,
ЕМЗ.
Један од индиректних начина смањења негативног деловања егзогених фактора на систем
ОХ може представљати даље усавршавање законодавне базе. Оптимизовани нормативноправни акт мора садржати опште принципе процене еколошке штете, јединствен систем
термина, начине надокнађивања штете, основе за планирање и реализацију активности
обнављања и компензације. Неопходно је усклађивање руског и међународног законодавства у
конкретној сфери услед међусобног коришћења водених ресурса и прекограничног карактера
премештања загађења.
Смањењу НУЖС, укључујући ЕМЗ, може допринети и даља оптимизација анализа ризика,
што је нарочито важно за отворене неједнаке флуктуирајуће системе ОХ. Важећи документи на
основу којих се може вршити процена очекиване штете услед хаварија (на пример, Декларација
о безбедности), имају пре свега карактер препоруке и засновани су на прегледу показатеља
економског ризика за конкретну делатност у свакој њеној технолошкој целини. Према ставу
ТССА, користи се само својство адитивности система, без узимања у обзир емергентности.
Оптимизација мора бити извршена у етапама идентификовања опасности и процене ризика
на основу системског приступа. Резултат идентификације опасности је списак нежељених
догађаја, опис извора опасности, фактора ризика, услова настанка и развоја потенцијалних
хаварија. Ту етапу је у потпуности могуће реализовати посредством примене основних
одредби техничких правилника. Процена ризика се састоји у одређивању учесталости настанка
негативних појава и њихових последица према специјалним методама, на пример „стабло
незгода“.
Следећи ефикаснији начин је одређивање стандарда деловања и висине компензацијске
накнаде за електромагнетно загађење ОХ. Методологија мора бити пропраћена обавезним
смерницама циља и намене прикупљених средстава (мере приказа ЕМЗ за разлику од
различитих техничких извора, мере за обнављање средине станишта водених организама,
регенерација биолошке разноврсности ОХ и др.)
Тако се показало да је систем ОХ, као и било који други објекат техничког регулисања,
потенцијални извор опасности. Квантитативна и квалитативна процена опасности, вероватноћа
њеног настанка јесу ризици који за системе ОХ имају флуктуационо-дисипативни карактер.
Анализа ризика мора бити системска и поред њихове идентификације мора укључити и
информације о поузданости самог система, и експертне процене последица испољавања
ризика. Принципијални моменат је такође систематичност регулисања друштвених односа у
сфери електромагнетске безбедности ОХ, укључујући социјално-економске аспекте.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Указ Президента РФ от 01.04.1996 N 440 “О Концепции перехода Российской Федерации
к устойчивому развитию”.
[2]Александров В.В. Экологическая роль электромагнетизма. СПб.: Изд-во Политехн. Унта, 2006. 716 с.
[3]Теория систем и системный анализ в управлении организациями: Справочник: Учеб.
Пособие/ Под ред. В.Н. Волковой и А.А. Емельянова. – М.: Финансы и статистика, 2006.
– 848 с.
[4] Александров В.В. Поведенческие реакции водных организмов как отражение
геокосмических связей в биосфере//Научные чтения «Белые ночи». Секция
«Электромагнитная экология»/МАНЭБ. СПб, 1999.
[5]Федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 № 7-ФЗ (с изм.,
29
внесенными ФЗ от 22.8.2004 N 122-ФЗ; ФЗ от 29.12.2004 N 199-ФЗ; ФЗ от 9.05.2005 N 45ФЗ; ФЗ от 5.02.2007 N 13-ФЗ; ФЗ от 26.06.2007 N 118-ФЗ; ФЗ от 14.07.2008 N 118-ФЗ; ФЗ от
23.07.2008 N 160-ФЗ; ФЗ от 30.12.2008 N 309-ФЗ; ФЗ от 19.07.2011 N 248-ФЗ, от 25.06.2012
N 93-ФЗ).
[6]Постановление Правительства РФ от 28.08.1992 № 632 “Порядок определения платы
и ее предельных размеров за загрязнение окружающей природной среды, размещение
отходов, другие виды вредного воздействия”.
[7]Постановление Правительства РФ от 12.06.2003 № 344 “О нормативах платы за выбросы
в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными
источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные водные объекты,
размещение отходов производства и потребления” (в ред. от 01.07.2005 № 410 и 08.01.2009
№ 7).
[8]Приказ Минприроды РФ от 13 апреля 2009 г. N 87 “Об утверждении Методики
исчисления размера вреда, причиненного водным объектам вследствие нарушения
водного законодательства”. // Рос. газ. 2009. 24 июня.
30
СПЕЦИФИЧНОСТИ ПРОГНОЗИРАЊА ЗОНА ХЕМИЈСКЕ
КОНТАМИНАЦИЈЕ ПРИ НЕСРЕЋАМА НА ХЕМИЈСКИ ОПАСНИМ
ОБЈЕКТИМА, УЗИМАЈУЋИ У ОБЗИР ПРОДИРАЊЕ ХАВАРИЈСКОХЕМИЈСКИХ ОПАСНИХ МАТЕРИЈА У ПОВРШИНСКУ ПОДЛОГУ
Савчук О.Н.1
1
Санктпетербуршки универзитет Државне противпожарне службе, Русијa
Размотрене су специфичности прогнозирања зона хемијске контаминације при хаваријама (несрећама)
цистерни са хаваријско-хемијским опасним материјама (ХХОМ), које се превозе железничким саобраћајем,
укључујући њихово продирање у површинску подлогу, приказана је компаративна процена метода предвиђања
продирања и непродирања ХХОМ, предложене су мере за избегавање хаварија на објектима тог типа.
Kључне речи: хемијски опасни објекат, хаваријско-хемијска опасна материја, проценат испаравања ХХОМ
Анализe ванредних ситуација (ВС), које се дешавају у Русији су показале да 80% од
укупног броја имају техногени карактер, а 6% од њих чини проценат хаварија на хемијски
опасним објектима (ХОО), који су углавном стационарног типа. Мада се број ХОО у градовима
у последње време смањио због измештања једног дела у приградску зону, ипак постоји још
известан број у насељеним зонама у стамбеним областима, који су углавном повезани са
обезбеђењем радних места становништва. Без обзира на смањење броја ВС у ХОО, остаје
довољно висока вероватноћа ризика који се односи на појаву нових опасности, повезаних са
могућим извршењем терористичких аката на таквим објектима у великим насељеним местима.
Осим тога, сваке године се у Руској федерацији различитим врстама саобраћаја превезе више
од 3,5 милијарде тона терета, укључујући и железнички саобраћај – око 50%, од тог броја се
до 700 хиљада тона ХХОМ транспортује по територији Русије. На пример, само се течни хлор
свакодневно железницом земље превезе у количини већој од 700 цистерни, при чему се често
на путу налази око 100 цистерни, које садрже до 5 хиљада тона хлора у течном стању [1, 2]. По
правилу, конвој по рути може да чини од 2 до 8 и више цистерни.
Без обзира на смањени број ванредних ситуација у ХОО, остаје довољно висока вероватноћа
ризика од хаварија у железничком саобраћају, којим се превозе ХХОМ, као и од појаве нових
опасности, повезаних са могућим извршењем терористичких аката у објектима тог типа у
великим насељеним местима.
Треба напоменути да је железнички саобраћај озбиљан извор опасности не само за путнике,
него и за становништво које живи у зонама саобраћајница. Учесталост појаве великих
железничких катастрофа износи 5...20 1/год. [3].
Железничке трасе којима се превозе ХХОМ у већини случајева принуђене су да пролазе
преко територије насељених места.
Значајна количина ХХОМ које се превозе и трајање маршруте условљавају појаву
хаваријских ситуација у железничком саобраћају. Свакодневно се на станицама нађе до три
хиљаде вагона који превозе ХХОМ. За оперативне прорачуне узима се садржај ХХОМ у њима
различитог степена токсичности која је еквивалентна 189 тона хлора.
Најчешћи узроци хаваријских испуштања ХХОМ на железничким пругама су следећи:
– уништење цистерне услед експлозије, препуњености, загрејаности течних ХХОМ;
– исклизнуће вагона из шина и проливање ХХОМ из цистерне;
– пукотине на завареним шавовима цистерни;
– пуцање омотача нових цистерни због неисправности;
– пуцање заштитних мембрана;
– неисправност заштитних вентила и цурење; и
– пробијање корпуса цистерне при судару или терористичком акту.
Основни разлози железничких несрећа су следећи:
– лоше стање пута или покретног саобраћаја;
– неисправност сигнализационих средстава;
– судари и наилажење на препреке на прелазима;
– испадање композиције у покрету из шина;
– одрони на путевима, клизишта;
– грешке машиновођа;
– грешке диспечерских служби; и
– терористички акти.
Одлучујући фактор који утиче на безбедност кретања железницом је изузетно висока
дотрајалост техничких средстава која треба да омогуће безбедност саобраћаја и покретних
композиција. У складу са подацима годишњег извештаја Министарства за ванредне ситуације
(МВС) Русије, око 13 % железничких пруга је дотрајало и потребна је замена. Дотрајалост
основних техничких средстава сигнализације, централизације и блокаде премашује 50 %, а
основног фонда електрифицираних путева – 50,8 %. Значајно се скратио темпо обнављања
возног парка, тј. куповина нових електричних и дизел локомотива. Укупан проценат дотрајалог
парка износи 79 % [3]. У експлоатацији се тренутно налази више од 28 % цистерни са роком
екплоатације који је продужен преко пројектованог.
Благовремено и правилно предвиђање зона хемијске контаминираности и процене штете
те врсте ВС допринеће повећању безбедности и снижавању ризика од техногених хаварија и
терористичких аката, што у овом тренутку представља важан задатак.
Постојећи програмски комплекси за предвиђање хаварија у ХХОМ
[5-7] разматрају сценарио или потпуног или делимичног уништавања стационарно
размештених или мобилних објеката са ХХОМ, у којима се не узимају у обзир продирање дела
ХХОМ у површинску подлогу при проливању.
Ако је за стационарне ХОО то у потпуности прихватљиво, полазећи од тога да су, по правилу,
површине испод резервоара са ХХОМ избетониране или асфалтиране и продирање ХХОМ у
земљиште је могуће избећи, онда у случају хаварије на мобилним ХОО то исто треба имати у
виду, нарочито при превозу ХХОМ железничким саобраћајем.
За основу методе предвиђања последица хаварија покретних објеката са ХХОМ,
сврсисходно је претпоставити одговарајући модел ширења контаминираног облака по Гаусу
[5–7]. Специфичност предвиђања последица хаварија у таквим типовима објеката била је
детаљно размотрена од стране аутора у [4], укључујући карактер разливања у течној фази
ХХОМ, при дехерметизацији резервоара у покрету у зависности од површине отвора, количине
пробушених резервоара и постојања ХХОМ у њима, и брзине премештања.
Постојеће методе предвиђања последица хаварија у ХОО не узимају у обзир интензивност
продирања ХХОМ у површинску подлогу, што доводи до суштинских грешака у одређивању
дубине хемијске контаминираности. У складу са испитивањима [8, 9] проценат испарења
бензина на пример, при проливању на површину са глиненом подлогом износи 0,98, а са
пешчаном подлогом је 0,026.
Проценат испарења ХХОМ при проливању је могуће одредити према формули
dисп= (1),
где је
Q – количина проливених ХХОМ, у тонама;
mпрон – количина ХХОМ која је продрла у земљиште, у тонама.
Количина ХХОМ која је продрла у земљиште може се одредити помоћу формуле:
mпрон= Wпрон∙Sp∙tлок,
(2)
где је
Wпрон – интензивност продирања у земљиште ХХОМ, која се одређује коришћењем
Дарсијевог закона [1], по формули:
Wпрон= ρахов∙Кф∙υв/υахов,
(3)
32
Специфичности прогнозирања зона хемијске контаминације при несрећама на хемијски опасним објектима, узимајући ...
стр.31-39
где је
ρахов – густина ХХОМ, т/м3;
Кф – коефицијент филтрације воде кроз порозну средину, м/с;
υв, υахов – коефицијент динамичке вискозности која одговара води и ХХОМ, Па∙с; Sр –
површина проливања, м2, која се одређује као Sр=
– при стационарном
положају резервоара са ХХОМ, Sр=Lпрол∙Шпрол – при проливању на месту кочења мобилних
ХОО; tлок – време локализације, с.
Обзиром да је при изградњи основне површине железничке пруге према стандарду ГОСТ
СНиП 32-0195 [10] одређен коефицијент филтрације дренаже слоја материјала од ког је
направљена од најмање 0,5 м/дневно, густине ХХОМ (амонијак – 0,681 т/м3, хлор – 1,553 т/м3)
и коефицијента динамичке вискозности (воде – 1,005 Па∙с, амонијака – 0,93 Па∙с, хлора – 1,29
Па∙с), извршен је прорачун процента испарелог амонијака и хлора при проливању на основну
површину у различитом времену локализације, представљеном у табели 1.
Табела 1 – Проценат испарелог амонијака и хлора при проливању на основну површину
Време локализације,
у часовима
Проценат испарења ХХОМ
амонијак
хлор
1
0,56
0,68
0,75
0,67
0,76
0,5
0,78
0,84
0,25
0,89
0,92
Процењена дубина контаминиране зоне Грасч одређује се у складу са [7] као:
(4)
где је Гобщ – укупна дубина контаминиране зоне, која је условљена деловањем примарног и
секундарног облака, км; Г’ – највећа и Г” – најмања вредност од величине дубине примарног и
секундарног облака ХХОМ; Гпер – гранична могућа вредност дубине миграције облака, км; Vп
– брзина миграције предњег дела облака при подацима о брзини ветра и степену вертикалне
стабилности ваздуха, км/ч.
Како показују обрачуни, у великој мери је могуће једнако узимати проценат продирања
ХХОМ у земљу на делу кочења и у мањем степену при проливању у рејону хаваријске станице
железничког саобраћаја.
При заустављању транспорта настаје проливање преостале количине ХХОМ која се
задржала у резервоару у зависности од величине отовра и висине на којој се налази: или до
потпуног истицања, или делимично, или до времена херметизације отвора.
Размотрићемо редослед ситуације при хаварији (несрећи) железничких цистерни са ХХОМ
у процесу њиховог премештања на следећем примеру: као резултат терористичког акта настала
је расхерметизација железничке цистерне са хлором Q0 = 47,6 т (параметри цистерне у скалду
са табелом 1: пречник – D = 2,2 м, дужина – l = 8 м, запремина – Vц = 38,4 м3) при дну (hот =
0), површина отвора Sотв = 0,04 м2, почетна висина течности ХХОМ у цистерни h0 = 1,74 м, која
је превожена у склопу теретног воза. Теретни воз масе С = 4980 т, који има осам точкова на
клизним лежиштима кретао се колосеком при нагибу i = –5 %, при дехерметизацији цистерне,
33
а нагло кочење је извршено кочењем аутоматских кочница при брзини од 70 км/ч. Просечно
оптерећење осовине вагона је
qo = 15 т/осовина. Кочничке папуче су од гвожђа. Све осовине имају кочнице. У складу
са [11] масом и кочионим средствима локомотива се може занемарити. Време: инверзија,
температура ваздуха + 20 0С, брзина ветра u = 1 м/c, смер ветра је перпендикуларан у односу
на шине, удљеност насељених кућа од шина – 100 м, време локализације tлок = 15 мин.
Извршићемо прорачун у условима одсуства продирања ХХОМ у површинску подлогу и
обрнуто.
Одређује се дужина дела проливања у складу са формулом 4.102 [4].
Да би се израчунао припремни пут кочења према формули 4.103 [4], одређује се време
припреме кочница tп у складу са једним од израза 4.106 – 4.108 [4]. Да би се одабрао обрачунски
израз, треба одредити број осовина у композицији, који је:
Одређује се вредност обрачунатог кочионог коефицијента при процењеном притиску
гвоздених папучица у режиму оптерећења
Вредност обрачунатог коефицијента трења гвоздених папучица о точак је у складу са [11]
при брзини v = 70 км/ч:
Пошто је
време припреме кочница према формули 4.108 [4]
укључујући активацију аутоматског кочења:
а трајање припреме кочница је:
Реалан кочиони пут се израчунава појединачно за сваки од интервала промене брзине
једнаке 10 км/ч.
Одређује се просечна вредност специфичне успоравајуће силе при смањењу брзине кретања
од 70 до 60 км/ч. У том циљу следи дефинисање основног специфичног отпора и специфичне
кочионе силе за средњу брзину кретања у интервалу који се разматра v = 65 км/ч.
34
Специфичности прогнозирања зона хемијске контаминације при несрећама на хемијски опасним објектима, узимајући ...
стр.31-39
При смањењу брзине кретања од 70 км/ч на 60 км/ч воз ће проћи растојање:
Обрачун дужине кочионог пута, времена кочења, висине са које се материје изливају на
површинску подлогу hпр, и времена испаравања Т представљен је у табели 2 (не узимајући у
обзир продирање) и табели 3 (укључујући продирање).
На тај начин је реалан кочиони пут LД = 381,2 м, а укупан кочиони пут Lпрол = Lп + LД = 542,9
+ 381,2 = 924,1 м.
Табела 2 – Обрачун дужине кочионог пута и времена кочења
v1 ,
км/ч
70
70
60
50
40
30
20
10
v2 ,
км/ч
60
50
40
30
20
10
0
φкр
bт ,
Н/т
0,105 490,4
0,112 523,0
0,120 560,4
0,133 621,1
0,150 700,5
0,177 826,6
0,227 1060,1
w′′o ,
Н/т
23,7
21,0
18,7
16,7
15,0
13,7
12,7
rср ,
Н/т
,
м
542,9
-464,1 116,7
-490,4 92,8
-529,1 70,9
-587,8 49,6
-665,5 31,3
-790,3 15,8
-1022,8 4,1
Li
ΣLi ,
м
116,7
209,5
280,4
330,0
361,3
377,1
381,2
hпр
М
Т
Ч
0,022
0,022
0,027
0,029
0,038
0,051
0,05
0,05
0,659
0,659
0,797
0,87
1,13
1,5
1.5
1,5
εi
∑ ti
с
0,43
0,46
0.49
0,54
0,61
0,73
0,94
27,9
34,36
40,4
46,07
51,21
55,76
59,56
62,52
Табела 3 – Обрачун дужине кочионог пута и времена кочења
v1 ,
км/ч
70
70
60
50
40
30
20
10
v2 ,
км/ч
60
50
40
30
20
10
0
φкр
bт ,
Н/т
0,105 490,4
0,112 523,0
0,120 560,4
0,133 621,1
0,150 700,5
0,177 826,6
0,227 1060,1
,
Н/т
rср ,
Н/т
23,7
21,0
18,7
16,7
15,0
13,7
12,7
– 464,1
– 490,4
– 529,1
– 587,8
– 665,5
– 790,3
– 1022,8
w′′o
,
м
542,9
116,7
92,8
70,9
49,6
31,3
15,8
4,1
Li
ΣLi ,
м
116,7
209,5
280,4
330,0
361,3
377,1
381,2
hпр
М
Т
ч
0,015
0,015
0,018
0,02
0,026
0,035
0,05
0,05
0,45
0,45
0,54
0,59
0,77
1,04
1.5
1,5
εi
∑ ti
с
0,43
0,46
0.49
0,54
0,61
0,73
0,94
27,9
34,36
40,4
46,07
51,21
55,76
59,56
62,52
Одређује се количина просутих ХХОМ у току припремног кочионог пута mТ1 после хаварије
(несреће) у складу са формулом 4.113 [4] при tп = 27,9 с.
Тада је:
35
у складу са формулом 4.99 Sем = 14,3 м2.
У условима одсуства продирања ХХОМ у земљиште:
У складу са формулом 4 одређује се:
Вредност корективног коефицијента је Кm= Lпрол/Др = 542,9\16,65 = 32,6,
где је:
онда је Гп расч.п = 3,3\32,66 = 101 м – процењена дубина контаминације настале проливањем
ХХОМ у току припремног кочионог пута.
Укључујући продирање ХХОМ у земљиште:
dисп = 0,68 (у складу са табелом 1 при времену локализације 1 ч, укључујући потешкоћу
њене реализације на довољно великом делу припремног кочионог пута)
полазећи од Т = 0,45 m* Т1 = 7437,6 ∙ 0,86 = 6396,3 кг (dисп = 0,86 у складу са табелом 1).
Према формули 4 [7] одређује се:
Вредност корективног коефицијента Кm = Lпрол/Др = 542,9/18,7 = 29,03
где је:
36
Специфичности прогнозирања зона хемијске контаминације при несрећама на хемијски опасним објектима, узимајући ...
стр.31-39
онда је Гпрасч.п = 2,29/29,03 = 77,5 м – процењена дубина контаминације настале проливањем
ХХОМ у току припремног кочионог пута.
Вредности количине проливених ХХОМ и дубина контаминације у деловима
реалног кочионог пута представљене су у табели 4 (без узимања у обзир продирања)
и табели 5 (укључујући продирање).
Табела 4 – Израчунавање дубине контаминације на кочионом путу (без продирања)
v1 ,
км/ч
70
70
60
50
40
30
20
10
v2 ,
км/ч
60
50
40
30
20
10
0
,
м
542,9
116,7
92,8
70,9
49,6
31,3
15,8
4,1
Li
ΣLi ,
м
116,7
209,5
280,4
330,0
361,3
377,1
381,2
wo′′
с
27,9
34,36
40,4
46,07
51,21
55,76
59,56
62,52
mТ
кг
7437,6
1605
1538,3
1284,1
1167,7
992,7
805,2
616,2
hпр
М
0,022
0,022
0,027
0,029
0,038
0,051
0,05
0,05
Др
м
16,65
7,74
6,84
6.03
5,02
4,0
3,63
3,18
Кш
32,6
15,1
13,56
11,76
9,88
7,83
4,35
1,3
Грасч
м
101
218
294
370
470
611
977
Li у границама Rp
Табела 5 – Израчунавање дубине контаминације на кочионом путу (са продирањем)
v1 ,
км/ч
70
70
60
50
40
30
20
10
v2 ,
км/ч
60
50
40
30
20
10
0
,
м
542,9
116,7
92,8
70,9
49,6
31,3
15,8
4,1
Li
ΣLi ,
м
116,7
209,5
280,4
330,0
361,3
377,1
381,2
wo′′
с
27,9
34,36
40,4
46,07
51,21
55,76
59,56
62,52
mТ
кг
7437,6
1605
1538,3
1284,1
1167,7
992,7
805,2
616,2
hпр
М
0,015
0,015
0,018
0,02
0,026
0,035
0,05
0,05
Др
м
18,7
8,69
7,61
6.53
5,27
3,98
3,63
2,62
Кш
29,03
13,43
12,2
10,86
9,41
7,86
4,35
1,56
Грасч
м
77,5
168
221
272
409
409
537
Li у границама Rp
Одређује се време укупног истицања према формули 11[4]:
tп.ист = 445,4 с
Пошто је tп.ист tпр (tпр = 900-27,9), онда се количина проливених ХХОМ услед несреће
приликом транспорта од тренутка заустављања хаварије одређује као:
m2 = Q0 -mТ = 47600 – 15447 = 32153 кг,
али, зато што последњи део кочења (Li = 4,1 м) потпада под зону проливања Rp при
заустављању композиције, онда је m2 = 32153 + 616,2 = 32769,2 кг.
У складу са методом [7], према формули 4, одређује се дубина хемијске контаминације без
узимања у обзир продирања ХХОМ у земљиште Грасч (32,77 т) = 1,25 км (Qэ1 = 5,9 т, Г1 = 13,73
37
км, Qэ2=24,7 т, Г2= 33,7 км; Гобщ = 33,7 + = 40,57 км, Гпер= 5·1,5 = 7,5 км). Укључујући продирање
tлок=0,25 ч, Грасч= 5·0,25 = 1,25 км.
Узимајући у обзир продирање ХХОМ у земљиште, одређује се дубина хемијске
контаминације за време локализације 0,25 ч Грасч (32,77*0,92 = 30,15 т) = 1,25 км (Qэ1 = 5,43 т, Г1
= 11,21 км, Qэ2 = 22,7 т, Г2 = 32,04 км; Гобщ = 32,04 + = 37,65 км, Гпер = 5·1,5 = 7,5 км). Имајући
у виду tлок = 0,25 ч, Грасч = 5·0,25 = 1,25 км.
Анализа података о дубини до које се проширила хемијска контаминација на делу кочења
(табеле 4 и 5) показује да неузимање у обзир продирања ХХОМ у земљиште при проливању
доводи до увећаног резултата. Тако, на пример, у случају пренебрегавања продирања ХХОМ
у земљиште у зону хемијске контаминације потпада насељени део на целом делу припремног
и реалног кочења (924,1 м), а укључујући продирање ХХОМ – само у делу реалног кочења
(381,2 м). Како је и очигледно из примера, неопходно је обезбедити заштиту људи при
проливању ХХОМ, како у делу кочења, тако и у рејону стопирања хаварије, јер у зону хемијске
контаминације практично спада стамбени блок. У вези са тим, извесну потешкоћу представља
достава преградних водених завеса од стране ДПС МВС Русије до дела реалног кочења (381,2
м). Испорука водених завеса је изводљива само у рејону заустављања хаварије.
На тај начин, зона контаминације настала услед проливања ХХОМ у рејону заустављања
хаварије представљаће главну опасност за становништво. Време укупног истицања из
цистерне ће се одредити, пре свега, на основу величине расхерметизованог отвора и густине
ХХОМ. За постојећи обим превоза ХХОМ у цистернама долазак снага ДПС МВС Русије због
локализације последица (уклањање течности) у оквиру града је могућ ако је величина отвора
мања од 10 цм, у супротном, они ће стићи након потпуног истицања. Истовремено, у насељеној
зони остаје опасност од тровања становништва које живи у кућама поред железничке пруге од
дела проливања ХХОМ, од момента расхерметизације до места заустављања хаварије ако је
величина расхерметизације већа или једнака 15 цм. И поред брзог доласка ватрогасних бригада
и доставе водених завеса (tпр = 10 мин) дужег дела реалног кочења и у рејону заустављања
хаварије, ипак остаје опасност од тровања људи који живе у кућама које се налазе дуж пута у
том делу, услед његових димензија и тешкоће приступа железничким шинама. Како показују
прорачуни, достава водених завеса на том делу нема сврхе уколико је величина расхерметизације
већа од 15 цм при брзини железничког саобраћаја од 70 км/ч, а у вези са дужином дела реалног
кочења и потребама ангажовања већег броја снага и средстава ДПС МВС Русије. Што је већа
брзина кретања и већи редуковани нагиб, то је већи кочиони део, на ком ће долази до проливања
ХХОМ, и тим компликованије ће бити извршити локализацију ширења зараженог ваздуха уз
помоћ водених завеса.
У вези са немогућношћу доставе преградних водених завеса од стране снага ДПС МВС
Русије, на целом делу кочења, у циљу заштите на железничким цистернама које превозе
ХХОМ поставља се опрема, која у таквим случајевима омогућава изолацију (неутрализовање)
проливених материја. У сваком случају је препоручљиво да снаге ДПС МВС Русије доставе
преградне водене завесе у рејон где је хаварија заустављена.
На тај начин, примена предложене методе у случају појаве хаварија (несрећа) резервоара са
ХХОМ, које се превозе железничким саобраћајем, при којима долази до продирања ХХОМ у
земљиште, омогућиће да се са већом сигурношћу и исправношћу одреде ризичне хаваријске и
зоне могућих терористичких аката у објектима тог типа, као и одређивање
одговарајуће заштите становништа при проласку железничког саобраћаја кроз зоне
насељених места.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Буралев Ю.В. Безопасность жизнедеятельности на транспорте: учеб. 2-е изд. М.: Изд.
центр «Академия», 2007.
[2]Правила тяговых расчетов для поездной работы. М.: Транспорт, 1985.
[3]Статистические данные о чрезвычайных ситуациях, произошедшие на территории
Российской Федерации в 2006–2010гг. Проблемы безопасности и чрезвычайных
ситуаций. М.: ВИНИТИ. № 2, 2007–2011.
[4] Савчук О.Н. Системный анализ прогнозирования возможных последствий при авариях
(разрушениях) химически опасных объектов: монография. СПб.: СПб УГПС МЧС
России, 2012. 392 с.
38
Специфичности прогнозирања зона хемијске контаминације при несрећама на хемијски опасним објектима, узимајући ...
стр.31-39
[5]Замышляев Б.В., Боданский М.Д., Иванов А.Ю. [и др.]. Методика прогноза и оценки
химической обстановки при авариях на аммиачных ХОО г. Москвы (методика «Соnsen»),
АСЗН, М., 2002.
[6]Методика оценки последствий аварийных выбросов опасных веществ (методика
«Токси»), третья редакция, М.: «Промышленная безопасность». 2005.
[7]Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми
веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте.
Руководящий документ РД 52.04.253-90. Л.: Гидрометеоиздат, 1991, 23 с.
[8]Орлянский Н.В., Востоков В.Ю., Петрянин Е.В. Алгоритм определения наиболее
вероятного сценария развития чрезвычайной ситуации, обусловленной выбросами
пожаровзрывоопасных и токсических веществ. Технологии гражданской безопасности.
М.: ФГУ ВНИИ ГОЧС МЧС России. Т. 9, № 3, 2012.
[9]Востоков В.Ю. О методических подходах используемых при расчете испарения пролитой
жидкости. Проблемы анализа риска. Т. 3 № 4, 2006. С. 379–382.
[10] Акимов В.А., Соколов Ю.И. Риски транспортировки опасных грузов: монография. М.:
ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2011. 275 с.
[11] Френкель С.Я. Техника тяговых расчетов: пособие. Гомель, 2005.
39
ПРОУЧАВАЊЕ ФОСИЛА КОШТАНОГ МАТЕРИЈАЛА СА
АРХЕОЛОШКИХ ИСКОПАВАЊА РЕНТГЕН МЕТОДАМА
Белшина И.Н.1, Артамонова И.В.1, Гребенникова А.Д.1
Санктпетербуршки универзитет Државне противпожарне службе
Министарства за ванредне ситуације (ДПС МВС) Русије
1
Рад истражује степен и последице термичког дејства на фосилном коштаном материјалу.
Kључне речи: термичко дејство, анализа, фосилне кости
Извесно је да је противпожарно-техничка експертиза у суштини комплексно истраживање.
Користе се методе судске медицине из различитих области, на пример, форензичка метода
истраживања материјала и производа. Најтежи задатак је утврдити идентитет различитих
узорака. У оквирима ових истраживања били смо суочени са узорцима различитог карактера:
неорганским природним и вештачким каменим материјалима, природним и вештачким
полимерним материјалима, органским комбинованим и индивидуалним материјама. Понекад,
у наше руке доспеју јединствени примерци чије порекло се не може тачно одредити (да ли је
органско, или неорганско).
Таква истраживања спроведена су на узорцима фосилних остатака костију, нађених у току
Деснинских археолошких ископавања ИИМК. Са десне стране реке Десна, у околини села
Пушкари, вршена су археолошка ископавања насеобине из доба мезолита. Већи део културног,
посебно горњег слоја је био испран, али неки делови су остали оригинални и нетакнути. Баш
тамо су биле нађене кости, које су постале предмет даљег истраживања. Од велике важности
је било то што су се налазиле у близини огњишта и имале трагове термичких повреда.
Задатак истраживача је био да провере којој групи узорци припадају, по могућности
да одреде идентитет узорка, узимајући у обзир степен термичких повреда. Пре рентгенске
структурне анализе и рентгенске флуоресцентне анализе, изабрани узорци су уситњавани.
Рентгенска структурна анализа се радила на рентген дифрактометру ДР-01 „РАДИАН”.
Овај уређај снима спектар дифракције прашкастих и пљоснатих узорака у геометрији БрагБрентано [1-4]. Снимање се радило са параметрима: почетак (угао) – 20º, крај (угао) – 80º,
корак – 0,1, експозиција 3. За време рентгенске структурне анализе радило се испитивање
сваког узорка из три различите позиције, ручно намештене.
Од добијених резултата су састављене табеле података, неопходне за нормирање максималног
интензитета, а после тога су састављени хистограми, који показују однос интензитета врхова
видљивих на хистограмима са различитим углом одраза (интерпланарног размака).
На сликама 1 и 2 су приказани резултати истраживања узорака са највећим и најмањим
степеном термичких повреда, које су биле одређене према боји.
На основу резултата можемо видети да се слика дифракције битно разликује за узорке
са различитим степеном термичких повреда. На дифрактограмима могу се упоредити линије
са интерпланарним размаком 3,06 и 2,95 Å, (које са повећањем степена термичких повреда
нестају), са линијама 1,39 и 1,84 Å, код којих релативни интензитет термичких повреда постаје
приоритетан.
Другим речима, слика дифракције фосилних остатака омогућава да се направи разлика
између узорака са различитим степеном термичких повреда, али значајне промене не
дозвољавају идентификацију поређења узорока различитог степена распада.
Проучавање фосила коштаног материјала са археолошких ископавања рентген методама
стр.40-43
Слика1 – Резултати истраживања узорака са најмањим термичким повредама
Слика 2 – Резултати истраживања узорака са највећим термичким повредама
На основу резултата можемо видети да се слика дифракције битно разликује за узорке
са различитим степеном термичких повреда. На дифрактограмима могу се упоредити линије
са интерпланарним размаком 3,06 и 2,95 Å, (које са повећањем степена термичких повреда
нестају), са линијама 1,39 и 1,84 Å, код којих релативни интензитет термичких повреда постаје
приоритетан.
Другим речима, слика дифракције фосилних остатака омогућава да се направи разлика
између узорака са различитим степеном термичких повреда, али значајне промене не
дозвољавају идентификацију поређења узорока различитог степена распада.
Касније су биле урађене и рентгенске флуоресцентне анализе узорака (апарат NITONXL3).
Анализатор је предвиђен за различита мерења узорака различитих материјала. Анализа се
ради у режиму „Тло”, време – 30 сек. За време рентгенске флуоресцентне анализе радило се
испитивање сваког узорка из три различите позиције, ручно намештене.
Од добијених резултата састављене су табеле података, неопходне за нормирање према
садржају елемената, а после тога су састављени хистограми који показују однос између
елемената, фиксираних у узоку, као и количински садржај (ppm).
а сликама 3 и 4 су приказани резултати истраживања узорака са највећим и најмањим
степеном термичких повреда.
41
Слика 3 – Резултати истраживања узорака са најмањим термичким повредама
Слика 4 – Резултати истраживања узорака са највећим термичким повредама
У свим узорцима основна компонента је калцијум, највећа разлика је у садржају других
елемената, садржаних у малим количинама, и зато су баш они били упоређени.
Из резултата се види да је разлика у саставу узорака са малим степеном термичких повреда
небитна. Основни елементи, који се налазе у сва три узорка су Fe, Mn и Ti. Међутим, из
морфолошких карактеристика се види да се узорак 2 (3?) разликује, што је било приметно
и визуелно по боји и порозности. Према томе, закључак је да је узорак био мање изложен
термичком дејству.
42
Проучавање фосила коштаног материјала са археолошких ископавања рентген методама
стр.40-43
Из резултата истраживања узорака са највећим степеном термичких повреда види се
да су основни присутни елементи Fe, Mn и Ti. Али узорак 4 се битно разликује по својим
карактеристикама и садржају елемената, што указује на то да је узорак био подвргнут јачем
термичком дејству у односу на друге.
Другим речима, истраживања су показала да фосилни остаци могу бити подвргнути
идентификацији према степену термичког дејства.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Росинская Е.Р. Рентгеноструктурный анализ в криминалистике и судебной экспертизе.
Киев: НМК ВО, 1992. 220 с.
[2]Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. Рентгенографический и электроннооптический анализ. М.: МИСИС, 2002. 360 с.
[3]Мышляева Л.В. Аналитическая химия кремния. М.: Озон, 2012. 102 с.
[4] Физика твердого тела: лабораторный практикум: в 2 т. / под ред. проф. А.Ф. Хохлова.
Т. 1: Методы получения твердых тел и исследования их структуры. М.: Высш. шк., 2001.
364 с.
[5]Assessment of fire-damaged concrete and masonry structures: the application of petrography/
Jeremy P Ingham // 11th Euroseminar on Microscopy Applied to Building Materials 5–9 June
2007, Porto, Portugal.
43
УПУТСТВО АУТОРИМА
Часопис Мониторинг и експертиза у безбедносном инжењерингу (МЕSЕ) излази четири
пута годишње и објављује научне, стручне и прегледне радове. За часопис се прихватају
искључиво оригинални радови који нису претходно објављивани и нису истовремено поднети
за објављивање негде другде. Радови се анонимно рецензирају од стране рецензента после
чега уредништво доноси одлуку о објављивању. Да би био укључен у процедуру рецензирања,
рад приложен за објављивање треба да буде припремљен према доленаведеном упутству.
Неодговарајуће припремљени рукописи биће враћени ауторима на дораду.
Електронска верзија чланка. Користити Microsoft Word новије верзије. Име датотеке би
требало да буде дато на следећи начин: Аутор1_Аутор2-прве три речи наслова чланка.doc.
Пример: Petrovic_Babic-Analiza metode procene.doc
Обим и форматирање. Препоручује се да цео рукопис има од 8 до 13 страна. Текст рада
писати фонтом Times New Roman (величина 12) са размаком од 1,5 реда, на формату папира
А4 (210 x 297 mm) са маргинама (лева, десна, горња и доња) од 2 cm, и обострано га поравнати
према левој и десној маргини.
Наслов рада је центриран и писан великим словима (величина фонта 14, bold). Испод
наслова рада написати имена аутора и институција у којима раде. Аутор рада задужен за
кореспонденцију са уредништвом мора навести своју е-mail адресу за контакт.
Резиме се налази на почетку рада и није дужи од 200 речи. Садржи циљ рада, примењене
методе, главне резултате и закључке. Величина фонта је 10.
Кључне речи се наводе испод резимеа. Има их између три и шест. Фонт је величине 10,
italic.
Главни наслови су дати великим словима (величина фонта 12, bold), и поравнати су са
левом маргином.
Поднаслови се пишу великим и малим словима (величина фонта 12, bold), поравнато према
левој маргини.
Илустрације. Свака слика (фотографија, цртеж или графикон) и табела мора имати редни
број, наслов и по потреби легенду (објашњење ознака, шифара, скраћеница и сл.). Текст се наводи
испод слике, а изнад табеле. Редни бројеви слика и табела пишу се арапским бројевима.
Цртеж или графикон мора се издвојити посебним блоком ради лакшег померања у тексту,
или уметнути из датотеке, направљене у било ком конвенционалном графичком програму.
Испод слике написати, на пример:
Слика 2 – Гашење пожара у рафинерији нафте
Слике је најбоље слати посебно, уз назнаку у тексту где се умећу, и са већом резолуцијом,
ради добијања бољег квалитета у штампи.
Набрајање урадити на следећи начин:
• подаци који се износе не смеју бити тајни;
• аутори су одговорни за саджај рада; и
• аутори су одговорни за квалитет превода.
Формирање библиографије (списка литературе)
У тексту се упућивање на литературу наводи редним бројем у угластим заградама [1].
Списак треба да садржи референце нумерисане редом којим се помињу у тексту. Референце се
прилажу на крају рада на следећи начин:
[1] B.A. Willis, Mineral Processing Technology, Oxford, Perganom Press, 1979, str. 35 (за
поглавље у књизи)
[2] H. Ernst, Research Policy, 30 (2001) 143–157 (за чланак у часопису)
[3] http://www.vanguard.edu/psychology/apa.pdf (датум преузимања) (за веб садржај)
[4] Правилник о начину и поступку процене ризика на радном месту и у радној околини
(,,Службени гласник РС”, бр. 72/06; 84/06 и 30/10) (за документа без аутора)
Информације о ауторима прилажу се на крају чланка и обухватају: име и презиме, положај,
инститцију са адресом и поштанским бројем, степен, академски назив, број телефона и е-mail
адресу.
Радови се шаљу превасходно електронском поштом, или у другом електронском
облику.
Адреса уредништва је:
Часопис МЕSЕ Висока техничка школа струковних студија
Школска 1, 21000 Нови Сад, Србија
Е-mail: [email protected]
Телефон: +381 21 4892511,
+381 21 4892538
Download

мониторинг и експертиза у безбедносном инжењерингу