Из чистого настоящего в чистое будущее (стр. 1 )

Авторы:

9Т

9Т

Руководители проекта:

Учитель химии и биологии к. б.н.

Москва 2017

Содержание

Резюме………………………………………………………………3

1.Обзор литературы……………………………………………….3

  1.1.Химические источники тока…………………………..3

  1.2.Воздействие ХИТ на окружающую среду……………5

  1.3.Влияние веществ из ХИТ на человека……………….6

  1.4.Экономика………………………………………………..7

  1.5.Переработка в мире…………………………..................8

  1.6.Переработка в России………………………………..…11

  1.7.Утилизация и её процесс…………………………..…...12

2.Постановка задачи……………………………………………....14

3.Цели………………………………………………………….……14

4.Методы достижения цели………………………………….…...14

5.Результаты…………………………………………………….….15

  5.1.Первичный опрос……………………………………….15

  5.2.Разъяснительная работа……………………………….16

  5.3.Результаты акций по сбору ХИТ……………………..17

  5.4.Итоговые опросы……………………………………….24

6.Обсуждение результатов………………………………………..27

7.Выводы……………………………………………….…………...27

8.Апробации……………….………………………………………..28

9.Литература………………………………………………………..33

Резюме.

Проблема утилизации и переработки использованных батареек не является новой, она существует ровно столько, сколько и сами элементы автономного электропитания. Причина данной проблемы состоит в содержащихся в батарейках веществах, многие из которых, попадая в окружающую среду, отравляют ее. Пока все батарейки не найдут свою дорогу на переработку эта проблема останется актуальной.

Школьники чаще всего беспечно относятся к использованным батарейкам и выбрасывают их вместе с бытовым мусором. Мы провели классные часы во всех классах нашей школы информируя учеников о вреде, который выброшенная в мусор батарейка наносит окружающей среде. В нашей школе на протяжении пяти лет проходят ежегодные акции по сбору отработанных ХИТ и информированию школьников о последствиях беспечного отношения к использованным ХИТ. Регулярные опросы показали постепенное изменение отношения учащихся к проблеме использованных батареек.

1.Обзор литературы

1.1Химический источник тока (ХИТ) (англ. chemical current source или electrochemical cell) — устройство для прямого преобразования химической энергии окислительно-восстановительной реакции в электрическую энергию.

Химические источники тока состоят из двух электродов: катода, содержащего окислитель, и анода, содержащего восстановитель, которые контактируют с электролитом. Между электродами устанавливается разность потенциалов — электродвижущая сила, соответствующая свободной энергии окислительно-восстановительной реакции. Действие химических источников тока основано на протекании при замкнутой внешней цепи пространственно разделенных процессов: на катоде восстановитель окисляется, а образующиеся свободные электроны переходят, создавая разрядный ток, по внешней цепи к аноду, где они участвуют в реакции восстановления окислителя.1 (Рис.1).

               Рис.1 Строение цилиндрической батарейки.

В зависимости от эксплуатационных особенностей и используемой электрохимической системы (совокупности электродов и электролита), химические источники тока делятся на первичные и вторичные. Первичные (не перезаряжаемые; гальванические элементы; «батарейки»), как правило, после полного разряда становятся неработоспособными.  Длительность их работы определяется запасом вступающих в окислительно-восстановительную реакцию реагентов, после израсходования которых, теряется работоспособность. Они содержат (в зависимости от типа) такие тяжёлые металлы как ртуть, марганец, цинк. Такие источники тока используются в радиотелефонах, пультах дистанционного управления, диктофонах, часах.

Вторичные (перезаряжаемые; аккумуляторы), окислительно-восстановительные реакции в них обратимы и реагенты регенерируются при зарядке — пропускании тока от внешнего источника. Они могут использоваться многократно, «перезаряжаться». В их состав, в свою очередь, входят никель, литий и кадмий2. Такие аккумуляторы используются в ноутбуках, мобильных телефонах, фотоаппаратах, плеерах.

Деление на первичные и вторичные ХИТ условно, так как некоторые гальванические элементы могут быть частично заряжены.3        

1.2.Воздействие отработанных ХИТ на окружающую среду.

Количество потребляемых в настоящее время ХИТ достаточно велико: это сотни миллиардов разнообразных источников тока, производимых во всём мире каждый год. Число устройств, нуждающихся в автономных источниках электроэнергии, увеличивается, соответственно растет и число обеспечивающих их работу химических источников тока.

Потребление ХИТ в России значительно – более одного миллиарда штук в год. 4  В Москве образование ХИТ – 5 121,6 т/год – 80% первичных («батарейки»), 20% - вторичных (аккумуляторы). 5

В том случае, если не производится отдельный сбор отработанных источников тока, то отслужившие свой срок ХИТ, являясь частью бытовых отходов, отправляются вместе с ними на полигоны, либо на сжигание. В связи с этим воздействие на окружающую среду, которое оказывают отслужившие свой срок ХИТ, весьма значительно и зависит от того, что происходит с отработанными источниками тока.

Основная часть бытовых отходов отправляется на свалки и полигоны, там 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.6 На протяжении всего времени существования полигона фильтрат служит постоянным источником загрязнения подземных вод токсичными  металлами,7 особенно цинком и марганцем.8 При коррозии литиевых элементов в том случае, если металлический литий при их разряде был израсходован не полностью, появляется вероятность возгорания, что также опасно в случае попадания на свалки.4

Особенно опасно попадание на свалки источников тока, содержащих ртуть. В 70-х годах в Японии было проведено опытное захоронение (закапывание) отработанных ртутьсодержащих марганцево-цинковых источников тока. По итогам работы были сделаны выводы о недопустимости их закапывания без предварительной обработки. Кроме того, в 80-х годах в японской литературе появилось сообщение о возможности превращения ртути под воздействием микроорганизмов почвы в токсичную метилртуть.7

При переработке мусора содержащего ХИТ цивилизованными методами опасность либо не устраняется, либо это требует больших затрат.

В нашей стране небольшая часть бытовых отходов (около 5% 9) направляется на мусоросжигательные заводы. Высокие температуры, которые поддерживаются в печах сжигания отходов для обеспечения разложения токсичных органических соединений, обуславливают интенсивное испарение металлов. Образующиеся дымовые газы проходят очистку, однако некоторое количество тяжёлых металлов концентрируется в тонкой фракции (менее 2 мкм), которая не улавливается в очистных установках и выбрасывается в атмосферу. Таким образом, в случае сжигания отработанных ХИТ вместе с бытовыми отходами, часть тяжелых металлов (кадмий, цинк, ртуть) уносится в атмосферу, другая накапливается в токсичной золе, которую использовать без изоляции от среды весьма проблематично. Очевидно, что сжигание источников тока вместе с бытовыми отходами недопустимо.5

Попадание использованных батарей в составе ТБО на переработку биокомпостированием приводит к загрязнению тяжелыми металлами компоста и осложняет его использование.9

1.3.Влияние веществ, высвобождаемых из  ХИТ на организм человека.

Быстро растущее количество применяемых и использованных батареек и аккумуляторов, которые постепенно стали одним из наиболее массовых и повсеместно встречаемых источников загрязнения окружающей среды. При сжигании и хранении на свалках вместе с бытовыми отходами, отработанные ХИТ являются источником поступления токсичных веществ в окружающую среду.

• Свинец вызывает заболевания печени, детские заболевания, анемию. Накапливается в организме. Канцероген10 (т. е. провоцирует развитие онкологических заболеваний);

• Избыток кадмия в организме приводит к нарушению работы почек, повышению кровяного давления, к снижению числа эритроцитов14, вызывает деформацию скелета у детей.11 Кадмий вызывает репродуктивные нарушения.12 Накапливается в организме. Канцероген10;

• Ртуть оказывает вредное воздействие на почки, органы пищеварения, центральную нервную систему, сердце человека, резко снижает кровяное давление13 и крайне негативно влияют на репродуктивную функцию человека, а также на плод.12 Накапливается в организме.10

• Цинк оказывает общетоксическое, раздражающее действие: вызывает тошноту, кашель, раздражение кожи, слизистых оболочек, бессонницу.14 Канцероген.

• Марганец приводит к неврологическим заболеваниям, вызывает дистрофию миокарда и вегетативнососудистую дистонию. Влияет на холестериновый обмен и развитие атеросклероза.14

• Никель поражает дыхательные  пути, вызывая пневмонии  и  отек легких  независимо от  пути поступления  в организм. Значительное общетоксическое действие направлено  и  на нервную систему. Канцероген10.

1.4.Экоэкономика

С другой стороны, отработанные ХИТ могут рассматриваться как потенциальный источник металлов и редкоземельных элементов, поскольку их содержание в источниках тока выше, чем в перерабатываемых рудах. Например, при существующем уровне потребления марганцево-цинковых ХИТ в России более 1 миллиарда штук в год ежегодно отправляется на свалки не менее 3000 тонн цинка, 5000 тонн железа и 6500 тонн марганца.  При этом для производства одной тонны марганца требуется 3 тонны первичной руды, одной тонны цинка – 200 тонн первичной руды15. 

Организация сбора и последующей переработки отработанных источников тока позволяет решить одновременно две задачи: предотвратить рассеивание токсичных веществ в окружающей среде и не допустить потерь цветных металлов. Во многих странах проблема отработанных источников тока решается именно таким образом.