THE ECOLOGICAL CONSEQUENCES FROM APPLYING OF DE-ICING AND ANTI-ICING LIQUIDS «OCTAFLO EG» and «MAXFLIGHT 04» IN THE PROCESSING OF CIVIL AIRCRAFTS IN AUTUMN-WINTER PERIOD

Солтанов С.Х.

ORCID: 0000-0001-6002-2509, Аспирант, Московский государственный областной университет

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНЫХ ЖИДКОСТЕЙ «OCTAFLO EG» И «MAXFLIGHT 04» ПРИ ОБРАБОТКЕ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ В ОСЕННЕ-ЗИМНИЙ ПЕРИОД

Аннотация

В работе рассмотрены основные экологические последствия   использования одних из самых распространённых в аэропортах Московского авиационного узла противообледенительных жидкостей «Octaflo EG» и «Maxflight 04».  Представлен и изучен их химический состав. Автором произведены расчеты масштабов деградации прилегающих к перрону территорий. Результатом проведённой аналитической работы стали таблицы негативных экологических свойств обоих флюидов. Даны рекомендации для улучшения состоянии окружающей среды при эксплуатации объектов перронного комплекса, в частности, противообледенительной техники.

Ключевые слова: Гражданская авиация, утечка, противообледенительная обработка, перронный комплекс, технические жидкости, флюид, гликоль, «Octaflo EG», «Maxflight 04».

Soltanov S. Kh.

ORCID: 0000-0001-6002-2509, Postgraduate student, Moscow State Regional University

THE ECOLOGICAL CONSEQUENCES FROM APPLYING OF DE-ICING AND ANTI-ICING LIQUIDS «OCTAFLO EG» and «MAXFLIGHT 04» IN THE PROCESSING OF CIVIL AIRCRAFTS IN AUTUMN-WINTER PERIOD

Abstract

The paper describes the main environmental impacts from usage some of the most common de-icing fluids "Octaflo EG" and "Maxflight 04" in airports of Moscow aviation hub. Their chemical composition is represented and investigated. The author performed the calculations of scale degradation of territory adjacent to the apron area. The spreadsheet of negative environmental properties of both fluids became as the result from the analytical work. Recommendations are given for improving the state of the environment to the operation at objects of apron complex, in particular, anti-icing equipment.

Keywords: Civil aviation, leak, de-icing procedure, apron complex, technical liquids, fluid, powder, «Octaflo EG», «Maxflight 04».

В любом аэропорту северных широт в целях обеспечения безопасности полётов в осенне-зимний период используется комплекс мероприятий по удалению снежно-ледяных отложений с различных частей самолета до его взлета. Чаще всего для создания защитной пленки на поверхности воздушного судна (ВС), применяют противообледенительные жидкости (ПОЖ).

В зависимости от климатических условий (наличия и интенсивности осадков, влажности, давления, температуры окружающей среды (ОС), туманов или других метеорологических явлений) одно ВС может подвергаться обработке несколько раз. Как следствие – неоднократное высыхание, которое ведёт к накоплению сухих остатков. Основная часть ПОЖ стекает на землю во время обработки самолета (75-80%) или сдувается ветром. Сброс оставшейся части на поверхности самолета происходит при взлете. Распыление приурочено к взлетно-посадочным полосам и полётному маршруту. Процесс взлёта сопровождается гидратацией сухих остатков и их превращением в гелеобразные отложения при взаимодействии с влагой, находящейся в воздухе. Объёмы и опасные последствия данной реакции зависят от набора переменных факторов (климатических, орографических (подстилающей поверхности), гидрологических (близости грунтовых вод), технических (объёмов использованной жидкости)).

Насыщенные водой остатки антиобледенительных жидкостей кристаллизуются на перроне, что ведет к гибели микроорганизмов, находящихся в границах аэропорта. Образование ледяных корок на взлетно-посадочных полосах (ВПП) и стоянках воздушных судов затрудняет, либо полностью прекращает процесс аэрации между земной поверхностью и приземным слоем воздуха, следствием чего становится изменение его газового состава. Кислород перестаёт поступать в почву, а углекислый газ в атмосферу.

Смешиваясь со снегом, металлической пылью и другими химическими веществами на перроне, раствор может попасть в грунтовые воды, через имеющуюся дренажную систему аэропорта. Необходимо отметить, что часть поверхностей стоянок и рулёжных дорожек состоит из бетонных плит, имеющих стыки, заполненные рыхлым грунтом, что потенциально может привести к попаданию загрязняющих веществ в водоносные горизонты почвы.

ПОЖи классифицируются на 4 типа. Все ВС в зависимости от метеоусловий обрабатывают либо одной ступенью (тип I), либо двумя ступенями (тип I + IV). Основные экологические и токсикологические показатели жидкостей представлены в таблицах 1 и 2 с изменения согласно ГОСТа 32424-2013.

В соответствие с общепринятыми стандартами SAE/AMS 1424 и ISO 11075 противообледенительная жидкость «Octaflo EG» отнесена к типу I, сертифицирована. Вместе с «Maxflight 04» (тип IV) является одной из двух основных, используемых в аэропортах Московского авиационного узла.

Указанные типы реагентов поставляются в концентрированном и разбавленном виде. Содержание гликоля (этиленгликоля, диэтиленгликоля, пропиленгликоля или их смесей) доходит до 95%.

Максимально эффективное техническое действие жидкости достигается за счёт сильного нагревания (до 80 °C на выходе из распылителя, форсунки). Испарение ПОЖ ведёт к увеличению влажности воздуха. Кроме того, гликоли являются токсичными веществами. Особую опасность для перронного персонала и орнитофауны представляют при наличии туманов, в которых пары гликолей задерживаются из-за густоты. По степени воздействия на организм относятся к веществам 3-го класса опасности.

Остальную часть составляют следующие элементы: вода, замедлители коррозии (до 1,3-4,1 %), смачивающие агенты, загустители (0,4-0,85%), глицерин (до 3%), водный раствор ацетата калия (PH=9-11), антипенные присадки и изредка красители. Необходимо рассмотреть подробнее каждое из представленных соединений.

Концентрированное вещество типа I разбавляется водой для соответствия точки замерзания применяемой процедуре согласно ГОСТа Р 54264-2010. Стоит отметить, что вода, входящая в состав ПОЖ должна быть дистиллированной, чтобы не ухудшать технические качества получаемой жидкости, но из-за отсутствия на аэродромах необходимых объёмов (сотен тонн) процесс становится не технологичным.

Как замедлитель процесса коррозии применяют фосфаты, натрий азотистокислый (0,01-0,06%), натриевую соль бензойной кислоты (0,25-0,7%), жидкое стекло (0,1-0,9%), триэтаноламин (0,14-0,5%). Следствием этого становится улучшение экологической безопасности и эффективности удаления ледяных отложений.

Фосфаты при попадании в окружающую среду приводят к эвтрофикации водоёмов, а, следовательно, к изменению их химического и биологического состава.

Азотистокислый натрий – сильно ядовит, при попадании внутрь организма может вызывать паралич сосудодвигательного центра и образования в крови метгемоглобина. [1]

Следует отметить, что натриевая соль бензойной кислоты негативно воздействует на плесневые грибы и дрожжи, подавляя активность клеточных ферментов, ответственных за окислительно-восстановительные реакции, обладает мутагенной активностью в отношении митохондриальной ДНК. [2] Триэтаноламин имеет высокую щелочность, может превращаться в нитрозамины (являются канцерогенными).

В составе ПОЖ присутствуют смачивающие агенты – тензиды. Они медленно разрушаются в окружающей среде и токсичны для обитателей водных экосистем.

Использование загустителей обусловливается необходимостью увеличения вязкости ПОЖей для продолжительного нахождения на фюзеляже ВС после обработки. В основном это сульфоцелл и акриловая смола, которые при попадании в жидкую среду увеличивают её вязкость, ухудшая условия жизни для гидробионтов. Водный раствор ацетата калия увеличивает щёлочность окружающей среды (PH=9-11).

Особи, приведённые в таблицах 1 и 2, являются самыми чувствительными биоиндикаторами изменения окружающей среды и рассматриваются в качестве модельных для всех водных организмов согласно ГОСТа 32424-2013 и руководства Р 1.2.3156-13.

Для простейших и рыб жидкость «Octaflo EG» имеет II класс опасности, несмотря на заявленный общий IV класс опасности. Данные выводы можно сделать, изучив экотоксикологические и токсикологические свойства.

Таблица 1 - ПОЖ типа I «Octaflo EG» (с изменениями автора) [3]

ПОЖ «Maxflight 04» (тип IV) – противо- и антиобледенительная жидкостью. Состав основан на пропиленгликоле. Данный тип применяется только при двухступенчатой обработке воздушных судов и значительном обледенении фюзеляжа и кромок крыла. «Maxflight 04» имеет высочайший резерв безопасности из всех имеющихся в наличии жидкостей SAE типа IV. Она является более сильным токсикантом для окружающей среды. Из данных таблицы 2, можно сделать вывод: жидкость данного типа относится ко II классу опасности, так как, например, для уничтожения половины особей Oncorhyncus Mykiss (радужная форель) требуется мизерная доза – всего 1,732 мг/л. Сомнения вызывает выборочное действие жидкости на организмы, так как для одних оно значительно, для других – не определено.

 

Таблица  2 - ПОЖ типа IV  «Maxflight 04» с изменениями автора [3]

Минимальный расход жидкости типа I составляет один литр на один квадратный метр поверхности ВС. Согласно публикациям Ассоциации Европейских авиалиний рекомендуемый минимальный расход жидкости для предотвращения обледенения (второй этап двух этапной ПОО) составляет 1.3 – 1.6 л на один квадратный метр обрабатываемых поверхностей. [4]

В течение всего осенне-зимнего периода производится обработка самолётов. Расход жидкости зависит от следующих параметров:

- от типа ВС;

- общей массы снежно-ледовых отложений (СЛО) и массы СЛО, примерзших к обшивке;

- от технологии процесса обработка и техники;

- от квалификации оператора, выполняющего противообледенительную обработку.

Устройствами, производящими облив, чаще всего, являются деайсеры Vestergaard Elephant Beta и Safeaero SDI-218. Vestergaard Elephant Beta имеет три резервуара: 1^ый бак емкостью 4000 литров предназначен под очищенную воду, 2^ой бак емкостью 2000 литров предназначен под жидкость типа I, 3^ий бак емкостью 800 литров предназначен под жидкость типа IV. Таким образом, полный объем составляет 6800 литров. [5]

Safeaero SDI-218 обладает общей ёмкостью баков 8400 л, но сам агрегат морально устарел и со временем будет выведен из эксплуатации из-за малой экологичности и экономичности (медленное функционирование, низкая точность наводящих элементов – рукавов, отсюда большое количество жидкостей, не попадающих на корпус ВС, загрязнение перрона).

В сутки, в зависимости от метеоусловий, в крупном узловом аэропорту северных широт производится обработка минимум 20% от всех вылетающих ВС. Стоит отметить тот факт, что распределение отработанных жидкостей на территории аэродрома происходит неравномерно, точечно. Рассчитаем площадь загрязнённого участка при обслуживании одного ВС, который можно покрыть образующейся плёнкой от ПОЖ толщиной – H в 1 мм, при условии постоянной плотности. Именно такой высоты столба жидкости хватает, чтобы практически полностью остановить газообмен между верхним горизонтом почвогрунта и приповерхностным слоем воздуха.

 Рассмотрим 2 случая: с тяжёлыми погодными условиями (наличие осадков, сильный ветер и низкие температуры) и комфортными для авиационной навигации (с температурой, близкой к нулю и безоблачную погоду). При одноступенчатой обработке тратится в среднем 150 л воды, и 75 л ПОЖ  I типа. Тогда:

V_{пож на единицу ВС} = 225 л. Отсюда

S = V/H , где V – суммарный объём использованной жидкости, H – толщина плёнки, т. к. л = дм³, то S_ед = 225 дм³ / 10^-2дм = 225 м²;

При использовании двухступенчатого процесса, воды тратится 300 л, ПОЖи   I типа – 150 л  и  IV – 150 л.

V_{пож на единицу ВС}= 600 л.  S_ед = 600 дм³ / 10^-2дм = 600 м²;

Таким образом, потенциально загрязняемая территория в минимальном случае в разы превышает площадь стоянок аэродрома, а если учесть интенсивность обработки при пиковых нагрузках в аэропортах, то суммарное загрязнение становится крупномасштабным.

Для уменьшения негативного воздействия на окружающую среду и, прежде всего, здоровье человека, необходим комплекс мероприятий. В рецептуру ПОЖ должны быть введены жидкие органические компоненты, которые могли бы:

1. Иметь большую растворимость и полностью абсорбировать (растворять в себе) неорганические солевые содержания антифризной и ингибиторной части ПОЖ;
2. Вследствие малой летучести являться не только невысыхающими, но и гигроскопичными;
3. По своей природе дополнительно обладать структурирующими или ингибирующими свойствами.

Приоритетной задачей становится создание на территории перрона специализированных участков для проведения обработки самолётов, где будет иметься своя система выведения отработанных жидкостей. Система должна быть замкнутой и иметь инсинераторы (деактиваторы загрязняющих веществ). Агрегаты облива необходимо модернизировать для точечного распыления растворов по поверхности фюзеляжа.

 Для организации всего вышеперечисленного требуется значительный административный ресурс в виде регламентации деятельности в области экологии и контроле со стороны соответствующих органов. В целом, проблема, поставленная в работе, имеет высокотехнологичное комплексное решение, применение которого лишь вопрос времени.

Литература

1. ГОСТ 4197-74. Натрий азотисто-кислый. Технические условия (с Изменениями N 1, 2, 3).
2. W. Piper, Yeast superoxide dismutase mutants reveal a pro-oxidant action of weak organic acid food preservatives, Free Radic. Biol. Med. 27 (1999) pp. 1219—1227.
3. Каталог противообледенительных жидкостей ООО «ХиАтон» [Электронный ресурс] URL: http://www.hiaton.ru/catalog/13342/ (дата обращения 12.12.2015).
4. Письмо Росавиации от 28.11.2012 N 4.03-370. "О введении в действие Рекомендаций по применению противообледенительных жидкостей для защиты самолетов от наземного обледенения в аэропортах России в сезоне 2012 - 2013 годов".
5. Общая информация Domodedovo Airfield Facilities [Электронный ресурс] URL:http://www.dme.aero/ru/group/groupasp (дата обращения 12.02.2016).
6. ГОСТ 12.1.007-76 «Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности».
7. ГОСТ 31959-2012 (ISO 14669:1999) Вода. Методы определения токсичности по выживаемости морских ракообразных.
8. ГОСТ 32424-2013 Классификация опасности химической продукции по воздействию на окружающую среду.
9. ГОСТ Р 54264-2010. Воздушный транспорт. Система технического обслуживания и ремонта авиационной техники. Методы и процедуры противообледенительной обработки самолётов.
10. Р 1.2.3156-13 Оценка токсичности и опасности химических веществ и их смесей для здоровья человека.
11. Патент РФ № 2221833, 01.2004.

References

1. GOST 4197-74. Natrij azotisto-kislyj. Tehnicheskie uslovija (s Izmenenijami N 1, 2, 3).
2. P. W. Piper, Yeast superoxide dismutase mutants reveal a pro-oxidant action of weak organic acid food preservatives, Free Radic. Biol. Med. 27 (1999) pp. 1219—1227.
3. Katalog protivoobledenitel'nyh zhidkostej OOO «HiAton» [Jelektronnyj resurs] URL: http://www.hiaton.ru/catalog/13342/ (data obrashhenija 12.12.2015).
4. Pis'mo Rosaviacii ot 28.11.2012 N 4.03-370. "O vvedenii v dejstvie Rekomendacij po primeneniju protivoobledenitel'nyh zhidkostej dlja zashhity samoletov ot nazemnogo obledenenija v ajeroportah Rossii v sezone 2012 - 2013 godov".
5. Obshhaja informacija Domodedovo Airfield Facilities [Jelektronnyj resurs] URL:http://www.dme.aero/ru/group/group1.asp (data obrashhenija 12.02.2016).
6. GOST 12.1.007-76 «Vrednye veshhestva. Klassifikacija i obshhie trebovanija bezopasnosti».
7. GOST 31959-2012 (ISO 14669:1999) Voda. Metody opredelenija toksichnosti po vyzhivaemosti morskih rakoobraznyh.
8. GOST 32424-2013 Klassifikacija opasnosti himicheskoj produkcii po vozdejstviju na okruzhajushhuju sredu.
9. GOST R 54264-2010. Vozdushnyj transport. Sistema tehnicheskogo obsluzhivanija i remonta aviacionnoj tehniki. Metody i procedury protivoobledenitel'noj obrabotki samoljotov.
10. R 1.2.3156-13 Ocenka toksichnosti i opasnosti himicheskih veshhestv i ih smesej dlja zdorov'ja cheloveka.
11. Patent RF № 2221833, 20.01.2004.