FIZIČKO-HEMIJSKE KARAKTERISTIKE DEPRESIVA LEDIŠTA KOJI SE KORISTE ZA POSIPANJE PUTEVA dr.sc. Ranka Kubiček, red. prof., dr. sc. Amra Odobašić, van. prof. dr.sc. Jozo Budimir, red. prof., prof. Emeritus Tehnološki fakultet Univerziteta u Tuzli Sažetak Siguran i nesmetan saobraćaj, posebno u zimskom periodu je jedan od bitnih faktora koji trebaju zadovoljiti javni interes. Model zimskog održavanja podrazumjeva postojanje kvalitetnih propisa i normi. Model treba biti prilagodljiv finansijskim mogućnostima uz mogućnost mijenjanja odgovarajućih parametara u posmatranim uvjetima ( led, snijeg, poledica, temperatura zraka i kolovoza, vjetar, magla, učestalost padavina, izbor depresiva ledišta za posipanje itd.) Propisi i normativi uz niz parametara koji ulaze u finansije, pažnju poklanjaju racionalnom izboru depresiva ledišta, kako bi zadovoljili pitanje efikasnosti i ekologije. U ovom radu su analizirani neki modeli racionalnog izbora depresiva ledišta na temelju njihovih fizičko-hemijskih svojstava, uz naglasak na primjenu kuhinjske soli (NaCl) iz tuzlanske solane. Summary Safe and unobstructed traffic, specialy in winter period, is one of basic factors neccesary to comply public interest. Model of winter maintenance imply that there are competent regulations and norms. Model should be convinient to available financing with possibility of changing appropriate parameters in regarded conditions (ice, snow, icing, air and roadway temparature, wind, haye, precipitaion frequency, selection of icing depresive for spreading, etc). Regulations and norms along with numerous parameters that imply financing, are regarding rational selection of deicing depresives, as to comply the regard of efficiency end ecology. In this work, some models of rational deicing depresive selection are analysed according to their phisical chemical features, emphasizing the salt (NaCl) from salt factory in Tuzla. Uvod U zimskom periodu nadležne službe moraju razviti vlastite modele osiguranja visokog stepena usluga vezanih za osiguranje kvaliteta u oblasti sigurnosti saobraćaja. Pri tome je važno pronaći model optimalnog trošenja finansijskih sredstava vodeći računa o ekonomskoj moći, opravdanosti ulaganja u više i bolje nivoe usluge uz uvažavanje ekoloških propisa i normativa. Aktivna i blagovremena usluga u cilju sprječavanja neželjenih posljedica po živote vozača i pješaka, te materijalna sredstva uvjetovana osposobljenošću za organizirane i brze intervencije. Važeći propisi i normativna akta reguliraju nivoe tehničke opremljenosti, stručno osposobljavanje i radno iskustvo
radnika, tehnološke postupke i vrste radova koje treba obaviti, nivoe održavanja, način informisanja, kao i procjenu troškova uz materijal za posipanje puteva i uvažavanje različitih zahtjeva korisnika i ekoloških standarda. 1,2 U kojoj mjeri i na koji način će se primjeniti odgovarajuće supstance za posipanje puteva ovisi od: 3,4 prihvaćenim menadžment opcijama kojima se riješava niz pitanja dobijenih detaljnom analizom konkretnih problema (temperature, lokacije, frekvencije djelovanja, raspoloživih tehničko-tehnoloških uslova rada itd) svako konkretno rješenje podrazumjeva studijski ekološko-ekonomski pristup konceptualni projekt pojedinačnih dozvoljenih ili zakonom propisanih i prihvaćenih opredjeljenja prihvaćanje odgovarajuće prakse ponašanja koja će dati optimalne rezultate, posebno uvažavajući racionalno korištenja domaćih resursa. Osnovne grupe parametara koje se povezuju kod izbora depresiva ledišta koje će se koristiti u odgovarajućim uvjetima prikazane su na slici 1. Slika 1. Osnovne grupe parametara koje se razmatraju kod izbora depresiva ledišta za posipanje puteva Supstance koje se koriste kao depresivi ledišta Supstance koje se koriste u zimskim uslovima za posipanje puteva djeluju na temelju sniženja tačke ledišta ili egzitermnog procesa rastvaranja. Mogu se koristiti u kristaličnom stanju ( posipanje) ili kao koncentrirane otopine ( prskanje). Poboljšanje uslova za vožnju moguće je kombinacijom sredstva za otapanje snijega i leda sa abrazivima koji imaju ulogu povećanja frikcije između kolovoza i točkova 5.
Supstance se mogu svrstati u slijedeće grupe 6-11 : Hloridi: natrijum hlorid (NaCl), kalcijum hlorid (CaCl 2 ), magnezijum hlorid(mgcl 2 ), kalijum hlorid (KCl) Acetati: kalcijum-magnezijum acetat (skraćen naziv CMA), kalijum acetat ( skraćen naziv KA Supstance organskog porjekla: urea, glokol, alkohol, sredstva iz biomase itd. Efikasnost otapanja ovisi o fizičko-hemijskim svojstvima supstanci kao što su: koncentracija za maksimalno efikasno otapanje obzirom na postignutu temperaturu, koncentraciju i brzinu otpanja. Ovisnost efikasnosti o koncentraciji prikazana je za neke supstance na dijagramima na slikama od 2 do 4. Slika 2. Fazni dijagram za NaCl, MgCl 2,CaCl 2 12 Slika 3. Ovisnost efikasnosti o teperaturi i sastavu smjese za posipanje 13
Slika 4. Efikasnost nekih organskih supstanci 14 Uslovi primjene supstanci za posipanje puteva u cilju otapanja snijega i leda prikazani su u tabeli 1. U istoj tabeli su date cijene u odnosu na cijenu kamene soli (NaCl) 15. Tabela 1. Raspon djelovanja i cijene depresiva ledišta Od supstanci navedenih u tabeli 1 natrijum hlorid ima najveću primjenu. Međutim, uvažavajući fizičlo-hemijske karakteristike, cijenu, efikasnost i ekološki utjecaj istraživači 15-17 su pokazali na model sistemu u kom temperaturnom području je koja supstanca najbolja za primjenu. Sve parametre su svrstali u četiri osnovne grupe ( slika 5) i njihovu relativnu participaciju označili numerički, kod čega je ukupna participacija osnovnih parametara označena sa 100.
Slika 5. Osnovne grupe faktora za racionalan izbor sredstva za posipanje puteva Parametri koji su razmatrani u osnovnim grupama prikazani su na slikama 6 i 7. Slika 6. Faktori grupe utjecaj na okolinu Slika 7. Faktori grupe cijena i fizičko-hemijske karakteristike
Slika 8. Faktori grupe infrastruktura Tabela 2. Primjeri procjene doprinosa osnovnih faktora u izboru supstance za posipanje puteva Dobijeni rezultati za različite supstance su prikazani na dijagramima na slici 9.
Primjer 1 Primjer 2 Primjer 3 Slika 9. Ocjena sredstava za posipanje na temelju relativne procjene participacije osnovnih grupa parametara Analizom dobijenih rezultata može se konstatirati da je korištenje NaCl najpovoljnije, ako se ne postavljaju neki dodatni zahtjevi kada su u pitanju korisnici. Tako analiza potrošnje NaCl u Kanadi i SAD-u iznosi oko 50% vlastite proizvodnje 17, a što se mjeri u milionima tona. Zemlje Europe za svoje potrebe uvoze takođe velike količine NaCl. Prosječna distribucija NaCl prema lokacijama primjene pokazana je na slici 10.
Slika 10. Prosječna distribucija NaCl prema lokacijama NaCl se može koristiti kao: kuhinjska so, morska so i kamena so. Izbor soli ovisi o njenim kvalitetima koji su iskazani kroz vlažnost, koncentraciju osnovne komponente (NaCl), nerastvorne nečistoće, sadržaj sulfata, Ca(II) i teških metala. Komparacija sadržaja ovih komponenata prikazana je u tabeli 3. Tabela 3. Komparacija NaCl različitog porijekla 18-20 Odabrani parametri Konc. Morsaka so Kamena so Kuhinjska so NaCl % 96,62 97,68 99,75 Netopivi ostatak % 0,29 1,20 0,02 Ca(II) mg/kg 1629,40 678,05 44,28 SO 4-2 mg/kg 5943,25 3523 289,68 Kuhinjska so po svom kvalitetu je bolja od morske i kamene soli. Prema istraživanjima 18,19 posebno štetan utjecaj na betonsku infrastrukturu imaju sulfati ako je njihova koncentracija iznad 600 mg/l, što je prekoračeno več kod otapanja potrebne količine kamene soli za -5 o C. Prednost kuhinjske soli se ogleda i u slijedećem: veći kapacitet otapanja i brže djelovanje, smanjenje gubitka zbog odbijanja od površinu usled gornje veličine granulacije, nema opasnosti od nagomilavanja, dobra svojstva u disperznom stanju u kom se isporučuje, ravnomjerno rasipanje kod posipanja, snizen nivo ekološkog štetnog utjecaja zbog niskog sadržaja sulfata i teških metala i zbog niskog sadržaja netopivih nema štetnog utjecaja zbog dizanja fine prašine. Preporučen kvalitet soli prikazan je u tabeli 4. Tabela 4. Preporučen kvalitet soli KOMPONENTA (kationi i anioni) Sadržaj, % So za posipanje Čista so, NaCl Natrijum ( Na + ) 36,62 39,41 Hlorid (Cl - ) 62,03 60,68 Kalcijum (Ca +2 ) 0,47 - Željezo (Fe +3 ) 0,008 - Magnezijum (Mg 2+ ) 0,006 - Kalijum (K + ) 0,75 -
KOMPONENTA (kationi ) Sadržaj, ppm So za posipanje Čista so, NaCl Aluminijum (Al +3 ) 22,7 - Olovo (Pb +2 ) 6,7 - Fosfor (PO -3 4 ) 4,6 - Mangan (Mn 2+ ) 3,1 - Bakar (Cu 2+ ) 2,0 - Cink (Zn 2+ ) 1,9 - Nikl (Ni 2+ ) 1,7 - Hrom (Cr +3 ) 1,1 - Kadmijum (Cd +2 ) 0,4 - Korištenje uree, glikola, alkohola, formijata i drugih supstanci na bazi biomase 21-26 je novijeg datuma i ograničeno je na posebne zahtjeve u pogledu korozije. Ove supstance su nekorozivne ali imaju značajan utjecaj na emisiju polutanata koji zagađujući zrak, zemljište, površinske i podzemne vode utječu na eroziju zemljišta, povećanje nutrijenata u vodama, te mjenjaju biodiverzitet. Primjenjuju se najčešče u lokalne svrhe i za aerodromske piste, te posenme metalne infrastrukturne objekte. Proizvodni kapaciteti su ograničeni tako da je odraničena i njihova količina na tržištu, što znači i da im je cijena relativno visoka za upotrebu u svakodnevnim zimskim aktivnostima. Preporuka umjesto zaključaka Na temelju iznesenih fizičko-hemijskih karakteristika, te njihovog utjecaja na efikasnost i kvalitet zimskog održavanja putne infrastrukture na način koji će zadovoljiti cjelokupan javni sektor, posebno sa stanovišta poreskih obveznika, kao učesnika u saobračaju i budućih glasača može se argumentovano preporučiti primjena kuhinjske soli (NaCl) koja svojim kvalitetom odgovara soli proizvedenoj u tuzlanskoj solani. Korištenjem kvalitetnog proizvoda iz vlastitih resursa uz primjenu optimalnih koncentracija i dobrog modela zimskog održavanja, uključujući monitoring hlorida u području do 200 m od kolovozne trake, te monitoring kvaliteta odmrzavanja savremenim uređajima za mjerenje frikcije, moguće je imati visok nivo servisiranja, zaštitu i daljnji razvoj vlastite proizvodnje, bolju socio-ekonomsku sliku i podsticaj naučne aktivnosti u stvaranju novih alternativnih rješenja kroz
Slika 11. Pozitivni utjecaji korištenja vlastitog kvalitetnog proitvoda za posipanje puteva- kuhinjske soli Solana Tuzla Literatura 1. Pravilnik o održavanju javnih cesta, Službene novine Federacije BiH, br. 12/10 i 16/10, 12. mart 2011 2. M. Glad, Novi propisi i norme za održavanje cesta u zimskim uvjetima, Hrvatski savez građevinskih inženjera, Sabor hrvatskih graditelja 2008, Cavtat,6-8, studenog 2008 3. E. Duane, Level of Service, Salt & Highway, vol.45, No 1 (2008) 4. E. Duane, Inventory Management and Cost Minimization of Salt, Salt & Highway, vol.45, No 2 (2008) 5. D. Walker, TheTtruth about Sand and Saltfor Winter Maintance, Salt & Highway, vol.42, No 2 (2005) 6. E. Duane, Mixing it up in the Fight against Winter by blending Liquide Ice Control Chemical, Salt & Highway, vol.43, No 2 (2006) 7. Chemical & Engineering News, Aircraft Deicers, http://pubs.acs.org/cen/whatstuff/7901scit5.html 8. Environmental Service, Road salt and Water Quality, U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, jan. 2010 9. Alternatives to rok salt, Greenliving Show, april 15-17, http://www. greenlivingonline. com/alternatives-rock-salt 10. Magnesium Chloride as a de-icing Agent, http://www. usda.gov/rus/electric/engineering/2001/magnesium_chloride.htm 11. Deicing Chemicals,fact Sheet, july 1995 12. Wapedia-Wiki, Sodium chloride, http//wapwdia.mobi/en/sodium_chloride
13. Using salt and Sand for Winter Road Maintance, Road Management Journal, No 6, dec. 1997 14. Frizing point curve, Kemira 15. Road salt Application and Storage, U.S. environmental Protection Agency, National Pollutant Discarge Elimination System (NPDES), http://cfpub.epa.gov/npdes/stormwater7menuofbmps/index.cfm?action=factsheet result.. 16. Rational Selection of Deicing materials, Salt & Highway, vol.44, No 2 (2007) 17. W. Wegner, M. Yagge, EnvironmentalImpacts of Road Salt and Alternatives in the New York City Watershed, The Journal for Surface warwe Quality Professionals, Stormwater, file://l:/ clanak-so/ environmentanimpact.cfm.htm 18. Arsenal: Untersuchung und Vergleichsmessungen von Siedesalz und Steinsalz, Prufbericht (1997), Osterreichischen forschungs und Prufzentrum Arsenal, 1030 Wien 19. H. Flachberger, Procjena kakvoće soli za otapanje 20. H. Sokol, S. Škafec, Z. Jakšić, Primjena soli u zimskim uvjetima održavanja i njeno skladištenje 21. Socio-Economic Background and Options Study on the Canadian Salt Industry, Road Salt Working Group, Environmental Canada, http://www.ec.gc.ca./nopp/roadsalt/reports/en/socio.cfm 22. Safety measures for calcium Chloride, Buzzle.com. http://www.buzzle.com /articles/safety-measures-for-calcijum-chloride.html 23. C. Neil, Runway deicing fluid is environmentally friendly, Tribology & Lubrication Tecnology, jan. 2009 24. Road salt & Deicer, Wise Water Use, http://water.greenventure.ca/road-salts-deicer 25. E. Duane, Are you Using the Right Amount of Ice Control Chemical, Salt & Highway, vol.40, No 2 (2004) 26. S.D. Joyce, Road Salt Alternatives, Sedona.biz, http://www.sedona.biz/suitainableliving 1407.htm