Проблемы экологического контроля

 

 

 

ПРОБЛЕМА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ВТОРИЧНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНОЙ СРЕДЫ СОЕДИНЕНИЯМИ СВИНЦА

 

Сарапулова Г. И., Зелинская  Е. В.

 

Иркутский государственный  технический университет, Иркутск, Россия

 

Актуальность исследования

 

Водные ресурсы играют важнейшую роль в обеспечении  устойчивого социально-экономического развития России. Однако масштабы загрязнения  поверхностных водоемов, особенно малых, составляют угрозу не только водным экосистемам, но и здоровью людей. Это особенно ощутимо, если крупное промышленное предприятие осуществляет сбросы промышленных стоков в эти водоемы. Ситуацию ухудшают токсичные выбросы, поступающие  в атмосферу и оседающие на эти же водоемы и прилегающие  к ним территории.

 

Антропогенное воздействие  на водные экосистемы проявляется в  форме первичного загрязнения различными соединениями, поступающими из внешних  источников. Они подвергаются микробиологической деструкции и трансформации, аккумулируются в живых организмах, видоизменяются в процессе реакций, протекающих  в воде в присутствие других загрязнителей. При этом в водной среде образуется большое количество новых соединений, которые вызывают вторичное загрязнение [1,2].

 

Первичное загрязнение контролируется, разработаны и действуют различные  нормативы более чем для тысячи соединений, имеется опыт экологического мониторинга первичного загрязнения. Однако в отношении продуктов  превращений, многие их которых являются более токсичными, чем исходные загрязнители, методы контроля не разработаны. При  экологической оценке водного объекта  не учитывается воздействие вторичных  загрязнителей на окружающую среду. В большинстве случаев не проводится анализ внутриводоемных процессов, а самоочищающая способность  воды рассматривается с позиции  устаревших традиционных представлений. К сожалению, методы аналитических  определений, используемые для контроля загрязнения водоемов, датированы 70-80 годами прошлого века. Это также  не способствует реальной оценке качества воды и экологической ситуации в  целом для рассматриваемого района.

 

Цели и задачи исследования

 

На примере крупного производства свинцовых кабелей на ОАО «Иркутсккабель»  нами проведен анализ первичного и  вторичного загрязнения водных объектов, находящихся в районе действия предприятия. Проведены определения загрязняющих веществ (ЗВ) в сточной воде. Специальное  внимание уделено рассмотрению возможных  превращений свинца и его соединений в окружающей среде, в частности  в воде, с учетом их физико-химических свойств и потенциальной реакционной  способности.

 

Результаты и обсуждения

 

Загрязнение окружающей природной  среды свинцом и его соединениями признается одной из важнейших природоохранных  проблем [1]. Из стационарных источников основной вклад в свинцовое загрязнение  вносят предприятия цветной металлургии 660 т/год. Однако предприятия других отраслей производства не менее значимы  в отношении масштабов свинцового загрязнения окружающей среды и  негативного воздействия на экосистемы. Зона влияния крупных промышленных объектов может достигать нескольких сотен квадратных километров, а нагрузки по загрязнению могут достигать до 20 кг/км2 в год [2].

 

ОАО «Иркутсккабель» входит в пятерку крупнейших кабельных  заводов РФ по производству силовых  кабелей. Силовой кабель со свинцовой  оболочкой получают по технологии газовой  вулканизации с изоляцией из сшитого  полиэтилена, рассчитанного на напряжение до 35 кВ. Свинцовые оболочки для кабеля формируют на червячном прессе непрерывного действия «Хансон-Робертсон», являющимся типовым технологическим устройством  и разработанным в соответствие с РД 16.14.624-88.

 

Учитывая токсичность  свинца, используемого в кабельной  технологии, его высокую миграционную способность в объектах окружающей среды [2,3], на производстве обоснованно  уделяется внимание экологическим  аспектам, связанным с поступлением тяжелого металла 1 класса опасности  в атмосферный воздух и водные объекты. Предельно допустимые концентрации Pb и его неорганических соединений в воздухе составляют: ПДКмр 0.001мг/м3., ПДКсс 0.0003 мг/м3. Для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения ПДК свинца составляет 0.1 мг/л.

 

Токсичные аэрозоли свинца образуются у загрузочных отверстий плавильных печей при 370- 420оС. Валовый выброс свинца в атмосферу составляет 0.000146 т/год, а залповые выбросы – 0.00228 т. ОАО «Иркутсккабель» кроме  выбрасываемого токсичного тяжелого металла, характеризуется также неорганизованными  выбросами в виде целого набора ЗВ. В частности, фиксируются органические токсиканты: ароматические углеводороды, формальдегид, пыль поливинилхлорида, а также водород хлористый, марганец, медь, окись цинка, окислы серы и  азота.

 

Всего по данным инвентаризации в атмосферный воздух от организованных и неорганизованных источников без  очистки поступает 42,997 т/год ЗВ. Основной экологический акцент проводимых мероприятий  по охране ОС направлен на совершенствование  методов очистки газовых выбросов, содержащих свинец. Контроль качества промстоков осуществляется по утвержденным показателям для стандартного набора ЗВ в соответствие с установленными нормативами.

 

Аналитические определения  ЗВ в сточной воде завода (получены нами в летнем месяце) показали, что  содержания ЗВ и значения pH не выходят  за пределы ПДК, в то время как  концентрация нефтепродуктов более  чем на порядок выше норматива  и составляют 0.7 мг/дм3 (ПДК =0.05 мг/дм3) [4].

 

В процессе плавки свинца на воздухе при его окислении  следует ожидать образование  различных соединений свинца, в частности, PbO (глет) и PbCO3, которые в виде аэрозоля оседают на почву вокруг завода и  близлежащие поверхностные воды. Известно, что соли свинца и окислы, в отличие от металлической субстанции, хорошо растворяются в воде (еще  лучше растворяется в крови) [3]. При  медленном нагреве PbО, в соответствие с технологией, на воздухе также  образуется Pb2O3, а затем сурик Pb3O4.

 

При воздействии на PbO или  катион Pb2+ сильными окислителями, присутствующими  в загрязненной воде, вполне вероятно образование PbO2. При нагревании свинец легко соединяется c галогенами (F, Cl) и серой, образуя растворимые  в воде хлораты, малорастворимые  хлориды и фториды, и нерастворимые  сульфаты и сульфиды. Следует подчеркнуть, что свинец обладает кумулятивным действием  и, попадая в организм, переходит  в кости и отлагается там в  виде трехосновного фосфата свинца. В результате последующей биохимической  трансформации происходит мобилизация Pb из костей в кровь, что приводит к сильному отравлению живых организмов. Как свидетельствует официальная  статистика, среди профессиональных интоксикаций свинцовая занимает первое место [5].

 

Однако производственным экологическим контролем определение  продуктов химической трансформации  свинца в объектах ОС на заводе не предусмотрено.

 

Экологическую ситуацию усугубляет то обстоятельство, что ниже выпуска  сточных вод ОАО «Иркутсккабель»  по течению ручья Винокуренный, находятся  выпуски сточных вод других промышленных предприятий, которые затем попадают в р. Олха – водный рыбохозяйственный  объект 2-й категории. Причем, дно  ручья илистое. Это является благоприятными условиями для накопления валовых  форм свинца. Кроме того, уменьшение кислотности илистого или глинистого субстрата донных отложений также  может обусловливать дополнительное концентрирование свинца. Поскольку  едкие щелочи присутствуют в выбросах кабельного завода, а сточная вода периодически (и сезонно) меняет значение pH, то эффект накопления тяжелого металла  может усиливаться.

 

Совершенно очевидно, что  вопрос о снижении токсичности выбросов свинца и продуктов его трансформации  на ОАО «Иркутсккабель» стоит  весьма остро. Можно предложить ряд  экологических мероприятий, способных  уменьшить техногенную нагрузку на окружающую среду.

 

В настоящее время важное значение приобретают биологические  методы обработки промстоков с целью  снижения в них концентрации тяжелых  металлов, в том числе свинца [6]. Например, с экологической точки  зрения наиболее перспективным методом  очистки является фитоэкстракция, основанная на поглощении растениями тяжелых металлов, находящимися в растворе в виде свободных  ионов. Фитоэкстракцию можно производить  путем выращивания на загрязненных территориях или водных объектах специально подобранных высших растений с использованием обычных агротехнических  приемов [7]. Ключевым моментом фитоэкстракции (биотехнологии) является внесение хелатообразующих агентов, способствующих многократному  накоплению загрязнителей в биомассе.

 

Сульфатредуцирующие бактерии также привлекательны как потенциальные  агенты для очистки сточных вод  и почв от тяжелых металлов [8]. В  ходе микробной сульфатредукции  повышается рН, и создаются благоприятные  условия для осаждения металлов (в сульфиды) и для их последующего удаления. В настоящее время в  мире действуют многочисленные биоремедиационные  схемы на основе жизнедеятельности  сульфатредуцирующих бактерий, что  позволяет разработать технологическую  схему очистки вод от свинца на ОАО «Иркутсккабель».

 

Хотя значение фоновой  концентрации свинца в районе г. Шелехова не превышает 0.0002 мг/м3, однако следует  учитывать эффект суммации оксида свинца и диоксида серы. Отсюда следует, что  необходим поиск других подходов в оценке экологической опасности  загрязнителей и разработки способов их обнаружения и обезвреживания.

 

Основные выводы

 

Проведенный анализ поведения  загрязнителей убедительно продемонстрировал  необходимость дополнительных аналитических  усилий по выявлению содержания свинца не только в атмосферном воздухе, но и в промстоках, в поверхностной  воде и почвах. Кроме того, химически  и экологически обоснована необходимость  контроля вторичного загрязнения объектов окружающей среды. Это позволит разработать  эффективные схемы очистки промстоков и снизить отрицательное влияние  свинца и продуктов его превращения  на окружающую среду.

 

На уровне государственных  контролирующих органов необходимо пересмотреть периодичность контроля свинца в атмосферном воздухе (проводится один раз в три месяца) и также  организовать его постоянный контроль в водной среде и почвах. Устаревшие аналитические методики следует  заменить на более современные с  использованием чувствительных приборов. В частности, метод UV VIS спектроскопии (поглощения) способен фиксировать  новые формы соединений, в том  числе металлоорганические комплексы, например, свинца.

 

Организация производственного  экологического мониторинга отходов, необходимость которого диктуется  требованиями ФЗ «Об отходах производства и потребления» позволит выявить  количественные закономерности распространения  свинца и оценить экологическую  безопасность не только территории самого завода, но и близлежащих объектов окружающей среды.

 

Внедрение интегрированного подхода для очистки сточных  вод от свинца с применением биологических (фиторемедиация), щадящих химических (реагентных) способов, в особенности, более современных и экологичных  электрохимических методов (электрокоагуляция, электрофлотация, электродиализ, гальванокоагуляция) безусловно улучшит экологическую  обстановку в окрестностях г. Иркутска и в бассейнах малых рек.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Moiseev B. N. Critical lead load assessment for Russian forests//Spatial and Temporal Assessment of Air Pollutant Impact on Ecosistems. Viena. 1995.

 

2. Дмитриев В. В., Фрумин  Г. Т. Экологическое нормирование  и устойчивость природных систем. СПб, Наука, 2004, 294 с.

 

3. Вредные вещества в  промышленности. Часть 2. Л. Издательство  химической литературы. 1963, 620 с.

 

4. Сарапулова Г. И., Дранишникова  Н. И., Викулова А. Н. Проблема  загрязнения свинцом на ОАО  «Иркутсккабель»/В Сб. Перспективы  развития технологии. экологии и  автоматизации химических, пищевых  и металлургических производств.  Иркутск. ИрГТУ, 2007, стр. 38-40.

 

5. Снакин В. В. Свинец  в биосфере//Вестник РАН. 1998, Т. 68, № 3, стр. 214-224.

 

6. Алхутова Е. Ю., Трифонова  Т. А., Чеснокова С. М. Особенности  аккумуляции тяжелых металлов  культурными растениями из загрязненных  почв//Проблемы региональной экологии. 2006, № 6, стр. 51-56.

 

7. Галиулин Р. В., Галиулина  Р. А. Фитоэкстракция тяжелых  металлов из загрязненных почв//Агрохимия. 2003, № 3, стр. 77-85.

 

8. Франк Ю. А. Анаэробная  очистка вод от сульфатов и  тяжелых металлов//Экология производства. 2006, № 1, стр. 48-51.