Воздействие отработанных химических источников тока на окружающую среду и здоровье человека Подготовлено: Экобюро GREENS Елена Смирнова, к.э.н Элеонора Сакулина По заказу: Общие сведения Химические источники тока – устройства, преобразующих химическую энергию протекающих в них окислительновосстановительных реакций в электрическую. В разговорной речи мы называем их «батарейками» и «аккумуляторами». Первичные химические источники тока (гальванические элементы, «батарейки») – одноразовые, длительность их работы определяется запасом вступающих в окислительно-восстановительную реакцию реагентов, после израсходования которого они теряют работоспособность. Они содержат (в зависимости от типа) такие тяжелые металлы как ртуть, марганец, цинк. Такие источники тока используются в радиотелефонах, пультах дистанционного управления, диктофонах, часах. Вторичные химические источники тока (аккумуляторы) могут использоваться многократно, «перезаряжаться», поскольку окислительно-восстановительные реакции в них обратимы. В их состав, в свою очередь, входят никель, литий и кадмий. Такие аккумуляторы используются в ноутбуках, мобильных телефонах, фотоаппаратах, плеерах.1 ХИТ содержат химические элементы, которые даже в незначительных количествах они могут наносить значительных вред здоровью людей и представляют большую опасность для окружающей среды. Это тяжелые металлы – их следует рассматривать не столько как химический термин, сколько как медицинский или экологический. Сбор у населения и переработка ХИТ позволят уменьшить вред, который они наносят окружающей среде и здоровью людей, а также вторично использовать содержащиеся в них ценные цветные металлы. 1 Современные источники питания / В.Р. Варламов. 2-е изд., испр. и доп. М.: ДМК Пресс, 2001. 224 с. 2 Интересные и важные факты Потребление ХИТ в России значительно – более одного миллиарда штук в год2. В Москве образование ХИТ – 5 121,6 т/год.3 – 80% первичных («батарейки»), 20% - вторичных (аккумуляторы). В Москве реально ежегодно собирать отработанных батареек – 500-1300 тонн, аккумуляторных – 3000 тонн.4 На свалках/полигонах ХИТ становятся опасными сразу после вскрытия – повреждения оболочки источника тока. Как правило, это происходит в течение 6–7 недель, поскольку на батарейки и аккумуляторы воздействует повышенная температура и кислый (с рН меньше 7) фильтрат полигона.5 На протяжении всего времени существования полигона ТБО фильтрат служит постоянным источником загрязнения подземных вод. Среднегодовой эколого-экономический ущерб водным объектам, наносимый при захоронении отработанных ХИТ на полигоне ТБО, используемого для размещения образующихся у населения отходов, составляет от 4,1 млн. руб. до 40,8 млн. руб. на 1 га полигона.6 Захоронение отработанных источников тока на полигонах твердых бытовых отходов приводит к выщелачиванию тяжелых металлов и, вследствие этого, к увеличению содержания тяжелых металлов в фильтрате полигона 7 . Особенно – цинка и марганца.8 Ефремов Б. Что нужно знать пользователю химических источников тока (марганцево-цинковых гальванических элементов) // Электронные компоненты. 2001. №1. С. 56-61. 3 Горбунова В.В. «Минимизация воздействия отработанных химических источников тока на окружающую среду», Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева Институт химии и проблем устойчивого развития Москва – 2011. 4 К вопросу о сборе, утилизации и переработке отработанных батареек // ГУП «Промотходы» http://www.promotkhody.ru/index.php?show_aux_page=35 5 Линник П.И. Формы нахождения тяжелых металлов в природных водах – составная часть эколого-токсикологической характеристики водных экосистем // Водные ресурсы. 1989. № 1. C. 123-133. 6 Горбунова В.В. Минимизация воздействия отработанных химических источников тока на окружающую среду: дисс. … канд. тех. наук, М., 2011. 7 S. Karnchanawong, P. Limpiteeprakan. Evaluation of heavy metal leaching from spent household batteries disposed in municipal solid waste // Waste Management. 2009. Vol. 29. № 2. P. 550-558. 2 3 В 5% случаев9 отработанные источники тока также в составе бытовых отходов попадают не на свалки/полигоны, а на мусоросжигательные заводы. Установлено, что сжигание щелочных марганцево-цинковых ХИТ становится причиной повышения концентрации металлов в шлаке и летучей золе мусоросжигательных установок 10 . При недостаточной эффективности газоочистки на мусоросжигательных заводах часть тяжелых металлов будет присутствовать и в отходящих газах сжигания. 11 При сжигании вместе с ТБО одного никель-кадмиевого аккумулятора типоразмера АА (т.н. "пальчикового"), масса которого составляет примерно 20 г, в отходящие газы переходит до 3 г кадмия в виде паров и летучей золы, часть этого количества задерживается очистными сооружениями, часть – выбрасывается в атмосферу (12%, что составляет 0,36 г). Попадание одной марганцево-цинковой «батарейки» (так же размера АА) в сжигаемые ТБО приводит к выделению в отходящие газы до 4 г цинка, при этом выбрасывается в атмосферу 4%, что составляет 0,045 г.12 Для производства одной тонны никеля требуется 40 тонн первичной руды, одной тонны марганца – 3 тонны первичной руды, одной тонны цинка – 200 тонн первичной руды.13 77% кадмия в мире используется в никель-кадмиевых аккумуляторах, 11% – в пигментах, 8% – в красках, и остальные 4% – в различных областях. 14 Agourakis D.C., Camargo I.M.C., Cotrim M.B., Flues M. Behavior of zinc and manganese from alkaline batteries in a soil column // Quimica Nova. 2006. Vоl. 29. № 5. P. 960-964. и S. Karnchanawong, P. Limpiteeprakan. Evaluation of heavy metal leaching from spent household batteries disposed in municipal solid waste // Waste Management. 2009. Vol. 29. № 2. P. 550-558. 9 Высокинская Р.В. Возможности минимизации негативного воздействия полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду в условиях Среднего Урала: автореф. дис. … канд. г.-м. наук. М., 2006. 25 с. 10 Кабанова Т.С., Зайцев В.А., Ягодин Г.А. Экологические проблемы термической переработки твердых бытовых отходов // Экология и промышленность России. 2010. Февраль. С. 47-49. 11 Critical review of the literature regarding disposal of household batteries: final report, 2007 / CalRecovery, Inc. Concord, California, 2007. 184 р. 12 Департамент жилищно-коммунального хозяйства и благоустройства города Москвы. Информационно-аналитический портал. www.dgkh.ru/docs/batt/polinfo.doc 13 Браун Л. Экоэкономика: Как создать экономику, оберегающую планету. М.: Весь мир, 2003. 14 Сперанская О. А., Цыгулева О. М. Обзор проблемы загрязнения кадмием, свинцом и ртутью окружающей среды в России и Украине. Шестой Межправительственный форум по химической безопасности. М.: Программа по химической безопасности Центра «Эко-Согласие», 2008. 8 4 Влияние опасных веществ из ХИТ на здоровье человека Элемент15 Цинк (Zn) Марганец (Mn) В каких источниках тока встречается Марганцевоцинковые и щелочные марганцевоцинковые батарейки МарганцевоНикель-кадмиевые цинковые и аккумуляторы щелочные марганцево-цинковые батарейки 15 Кадмий (Cd) При перечислении элементов имеются ввиду и их химические соединения 5 Ртуть (Hg) Никель (Ni) Ртутно-цинковые элементы, которые были распространены в 1980-х годах, сейчас производятся ограничено из-за высокой опасности ртути (например, в России их производит ОАО "Энергия" в городе Ельце Липецкой области). Но они могут оставаться в пользовании у жителей, например, в старых часах или фотоаппаратах/кинокамерах. Среди любителей использования старой фототехники сейчас есть «охота» за такими батарейками. Кроме того, следы ртути могут присутствовать и в марганцево-цинковых батарейках для того, чтобы затормозить коррозию цинка. Никель-кадмиевые и никель-металлгидридные аккумуляторы Влияние на здоровье Цинк оказывает общетоксическое, раздражающее действие: вызывает тошноту, кашель, раздражение кожи, слизистых оболочек, бессонницу.16 Канцероген (т.е. провоцирует развитие онкологических заболеваний) В организме человека избыток марганца приводит к неврологическим заболеваниям17, вызывает дистрофию миокарда и вегетативнососудистую дистонию. Влияет на холестериновый обмен и развитие атеросклероза. 18 Избыток кадмия в организме приводит к нарушению работы почек, повышению кровяного давления, к снижению числа эритроцитов.19 Кадмий вызывает репродуктивные нарушения.20 Накапливается в организме Канцероген21 Ртуть оказывает вредное воздействие на почки, органы пищеварения, центральную нервную систему, сердце человека, резко снижает кровяное давление 22 и крайне негативно влияют на репродуктивную функцию человека, а также на плод. 23 Накапливается в организме Раздражает глубокие дыхательные пути, вызывая пневмонии и отек легких независимо от пути поступления в организм. Значительное общетоксическое действие направлено и на нервную систему. Канцероген.24 Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды. М.: Бином. Лаборатория знаний, Мир, 2008. Perl, D.P., & Olanow, C.W. The neuropathology of manganese-induced parkinsonism. Journal of Neuropathology & Experimental Neurology, 2007. Vol. 66, No. 8, (August 2007), pp. 675–682. 18 Трахтенберг И.М., Тычинин В.А. Проблема кардиовазотоксического действия экзогенных химических веществ. Институт медицины труда АМН Украины. Киев, 2003. - http://www.rql.kiev.ua/cardio_j/2003/5/trachtenberg.htm 19 Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды. М.: Бином. Лаборатория знаний, Мир, 2008. 20 Apostoli, P. & Catalani, S. Metal ions affecting reproduction and development. Metal Ions in Life Science, 2011, №8, 263-303. 21 Петросян В.С. Современные проблемы экотоксикологии // Материалы конференции «Некоторые новые направления химической экологии» / Науч. Труды МНЭПУ. Сер. Экология. Вып. 8. М.: Изд-во МНЭПУ, 2001. С. 60-75. 22 Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды. М.: Бином. Лаборатория знаний, Мир, 2008. 23 Ртуть и здоровье. Информационный бюллетень ВОЗ, 2012 (апрель). N°361. 24 Петросян В.С. Современные проблемы экотоксикологии // Материалы конференции «Некоторые новые направления химической экологии» / Науч. Труды МНЭПУ. Сер. Экология. Вып. 8. М.: Изд-во МНЭПУ, 2001. С. 60-75. 16 17 6 Классификация ХИТ и способы переработки Классификация по электролиту Тип Размеры Марганцевоцинковые Солевые (угольноцинковые, сухие) А, АА, ААА, С (R14), D (R20), F, ½ AA, R10, «крона» А, АА, ААА, АААА, B, C, D, F, N. «монетки», «таблетки», «пуговицы» Щелочные (алкалиновы е) Серебряноцинковые Никелькадмиевые А, АА, ААА, АААА, B, C, D, F Никельметаллгидридные Литий-ионные АА, ААА Где используются Батарейки Самые распространѐнные батарейки (используются практически во всех домашних устройствах: пульты, игрушки, фонари, часы, калькуляторы и т.д.) Как узнать Как перерабатываются Надпись Heavy Duty, Extra Heavy Duty, Super Heavy Duty, а также Normal или Standard Перерабатываются на собственном производстве «Мегаполисресурс» при помощи методов гидрометаллургии. В результате переработки получаются соли металлов (марганец, цинк), а также графит и железо Перерабатываются на собственном производстве «Мегаполисресурс» при помощи методов гидрометаллургии. В результате переработки получаются соли металлов (серебро, цинк), а также железо Надпись «алкалиновая» (alkaline) Наручные часы, лазерные указки и иные миниатюрные электрические приборы Аккумуляторы Используются для электроинструментов, бытовых и медицинских приборах Могут использоваться во всех домашних приборах Аккумуляторы для телефонов, ноутбуков и т.д. 7 Надпись NiCd или NiCad После сортировки отправляются на заводы по производству аккумуляторов компанийпартнеров Надпись NiMH (Ni-MH) Надпись Li-ion или LIB Хранятся на оборудованном складе до получения объѐмов, необходимых для полноценного исследования технологий переработки