К вопросу о ртутном загрязнении территории Павлодарского химзавода Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК: 504.4(574.25)

К ВОПРОСУ О РТУТНОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ ТЕРРИТОРИИ ПАВЛОДАРСКОГО ХИМЗАВОДА

Аида Ахметбековна Калиева

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, тел. (913)453-07-80, e-mail: Kalieva_aida@mail.ru

Алена Викторовна Ермиенко

Липецкий институт кооперации, филиал Белгородского университета кооперации, экономики и права, 398002, Россия, г. Липецк, ул. Зегеля, 25а, старший преподаватель кафедры това-роведно-технологических дисциплин, тел. 8(474)233-45-91, е-mail: Alena18er@bk.ru

Приводятся основные потери металлической ртути производства ПО «Химпром», показано, что накапливаемая ртуть находится, в основном, в неорганической форме, но под воздействием естественных химических и биологических реакций может переходить в легко растворимые в воде органические соединения, обладающие сверхвысокой токсичностью.

Ключевые слова: ртутное загрязнение, метаболические превращения ртути.

ON THE ISSUE OF MERCURY CONTAMINATION OF PAVLODAR CHEMICAL PLANT

Aida A. Kaliyeva

Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., candidate of geological-mineralogical sciences, assistant professor of ecology and nature, tel. (913)453-07-80, e-mail: Kalieva_aida@mail.ru

Alena V. Ermienko

Lipetsk Institute of Cooperatives (branch) Belgorod University of Cooperation, Economics and Law, 398002, Lipetsk, Russia, st. Sögel, 25a, Art. Lecturer, Department of tovarovednyh technological disciplines, tel. 8(474)233-45-91, е-mail: Alena18er@bk.ru

The basic metallic mercury production loss «Khimprom» shows that accumulated mercury, remain mostly in an inorganic form, but under the influence of natural, chemical and biological reactions can proceed in a readily water-soluble organic compound having ultrahigh toxicity.

Key words: mercury pollution, metabolic transformation of mercury.

Город Павлодар и его окрестности относятся к числу наиболее экологически неблагоприятных районов Казахстана. Здесь, под воздействием широко развитой промышленности и сельского хозяйства, действующих на протяжении нескольких десятилетий, сформировались обширные по площади очаги техногенного загрязнения с очень высокой степенью концентрации различных химических элементов. Однако среди них наибольшую опасность для окружающей среды и ее обитателей представляет интенсивное ртутное загрязнение почв и водной среды.

ОАО «Павлодарский химический завод», в составе которого с 1975 по 1993 гг. действовало производство хлора и каустической соды ртутным методом, расположено в северной части г. Павлодара и входит в состав предприятий Северного промышленного узла города.

В цехе электролиза было установлено 80 электролизеров типа СДМ-150/7.3, в каждый из них загружалось 2400-2750 кг ртути. По проекту, количество ртути в одном электролизере должно было находиться - 2400 кг, по регламенту - 2750 кг. Фактическая закладка, контролировалась 1 раз в квартал методом радиоизотопного разбавления [1-5].

Номинальная токовая нагрузка составляла 150 кА, рабочая температура растворов 75-1000С. Проектная мощность производства - 112,7 тыс. тонн 100% каустической соды и 100,0 тыс. тонн хлора. Источники сырья: поваренная соль - привозная Баскунчакского солепромысла, вода - из р. Иртыш. Отличительной особенностью принятой технологии производства каустической соды являлось то, что в качестве катода в электролизерах применялась металлическая ртуть, которая циркулировала с помощью насоса в замкнутой системе электролизер-разлагатель. Электролизу подвергался водный раствор поваренной соли в горизонтальных электролизерах с ртутным катодом и вертикальных разлагателях амальгамы. При этом из электролизера в разлагатель выводилась амальгама натрия где, взаимодействуя с водой, образовывался 46% раствор каустической соды с образованием водорода и щелочи.

В процессе эксплуатации электролизеров наблюдались потери металлической ртути, которые происходили:

- с продуктами электролиза (водородом, хлором, каустической содой, отработанным рассолом-анолитом);

- во входном и выходном карманах электролизера (с амальгамным маслом, графитовым шламом, абгазами, промывной водой);

- во время ремонта - промывка и отбивка ртути с деталей электролизеров, испарение ее с открытых поверхностей, удаление зартученных деталей (прокладки, аноды, насадки, карманы, рамы, насосы, днища, крышки, разлагатели и т д.);

- за счет течей из электролизеров.

Ртуть, выводящаяся из электролизеров, частично снова возвращалась в ванны (сбор ртути из ловушек и пролитой ртути с пола, переработка амальгамного масла, шлама). Однако имели место и безвозвратные потери ртути с бедными шламами, выбросами ртути через вентиляционные фонари и сточными водами. По экспертным оценкам, выполненным КНИФ ГОСНИИХЛОР-ПРОЕКТа (г. Киев) и Павлодарской гидрогеологической экспедицией НТЦ «Технолог», за время эксплуатации производства хлора и каустической соды в окружающую среду поступило 1089 тонн ртути, сосредоточившейся, главным образом, в основании электролизного цеха и накопителе сточных вод (оз. Был-кылдак) [2].

Прямое поступление ртути в почву происходило непосредственно на территории производства, на промплощадке, при экстремальных ситуациях значительные объемы ртути проникали в бетонное основание и в нижние горизонты, где объемы ртути оцениваются в 850-910 т. Общая площадь прямого загрязнения составила более 520 тысяч квадратных метров. Для предотвращения перераспределения загрязнителя с потоками воды и дефляционными процессами и попадания вредных составляющих в окружающие грунтовые воды предпринято строительство противофильтрационной завесы «стена в грунте» [1-5].

Источником прямого поступления ртути в почву служил шлам, который поступал в одну из секций пруда - испарителя. При высыхании воды в прудах испарителях, неорганические соединения ртути были подвержены дефляционным процессам и служили источником вторичного загрязнения территории, прилежащей к озеру Былкылдак, так и вод самого озера. Очаг ртутного загрязнения почвы в этом районе образован за счет ветрового переноса дисперсных твердых ртутьсодержащих отходов и имеет поверхностный характер.

Существует следующая классификация соединений ртути, содержащихся в объектах окружающей среды: Y: Hg0 - элементарная ртуть, (CH3)2Hg - диме-тилртуть, R: Hg , Hg X2, HgX3, HgX4 где Х = ОН-, Cl- , Br" ; HgO на аэрозольных частицах. Комплексы H2+ с органическими кислотами.

NR: CH3Hg+, CH3HgCI, CH3 HgOH и другие ртутьорганические соединения, Hg(CN)2, HgS и Hg связаны с серой в гуминовом веществе.

Здесь Y означает летучие формы, R - водорастворимые или содержащие в частицах реакционноспособные формы, а NR- нереакционноспособные формы.

Основной летучей формой в воздухе является элементарная ртуть, но она может быть представлена и диметилртутью.

Накапливаемая ртуть, находится в основном, в неорганической форме, но под воздействием естественных химических и биологических реакций может переходить в легко растворимые в воде органические соединения (метилртуть -CH3HgCl, демитилртуть - CH3HgCl и др.), обладающих сверхвысокой токсичностью. Именно она и создает серьезную угрозу для населения, определяя различные токсические свойства ртути.

Метаболические превращения ртути в организме включают (согласно (WHO (1991) Environmental Health Criteria 118):

- окисление металлической ртути в дивалентную ртуть;

- восстановление дивалентной ртути в металлическую ртуть;

- метилирование неорганической ртути;

-превращение метилртути в дивалентную неорганическую ртуть.

Таблица, представленная ниже, представляет собой расчетные данные характеризующие поступление ртути в организм человека с учетом его химических форм.

Таблица

Расчетное среднее ежедневного поступления и задержки (мкг/день) общей ртути и соединений ртути в общей популяции без профессиональной экспозиции

Экспозиция Пары металлической ртути Неорганические соединения ртути Метилртуть

Воздух 0.030 (0.024) 0.002 (0.001) 0.008 (0.0064)

Пищевые продукты

Рыбные 0 0.600 (0.042) 2.4 (2.3)

Нерыбные 0 3.6 (0.25) 0

Питьевая вода 0 0.050 (0.0035) 0

Зубные амальгамы 3.8-21 (3-17) 0 0

Всего 3.9-21 (3.1-17) 4.3 (0.3) 2.41 (2.31)

Неорганические ртутьсодержащие соединения (НРС) долгое время оставались вне нормирования. Только в последнее десятилетие были проведены экспериментальные исследования, позволившие научно обосновать ПДКа..в. и ПДКрз. этой группы веществ. Нормативы НРС и паров ртути в атмосферном воздухе численно совпадают, в то время как в воздухе рабочей зоны значительно разнятся. НРС отнесены к веществам 1 класса опасности (чрезвычайно опасные), при работе с ними необходима защита кожи. ПДК ав. органических соединений ртути (ОРС) не установлена. НРС в объектах санитарно-бытового водопользования в течение длительного времени были нормированы на уровне 0,005 мг/л. Пересмотр ПДКвв. (в настоящее время действует норматив 0,0005 мг/л, 1 класс опасности) был проведен в начале восьмидесятых годов и основывался на том, что ртуть неорганических соединений избирательно влияет на гонады и потомство, а также оказывает атерогенный эффект. Когда ПДК НРС в воде рыбохозяйственных водоемов была установлена на уровне 0,001 мг/л, в отдельных случаях соблюдение этой величины, тем не менее, приводило к накоплению ртути в рыбе в содержаниях, превышающих ДОК. Поэтому в настоящее время наличие ртути в воде считается недопустимым (ПДК - отсутствие). ПДК ртути в почве (2,1мг/кг) установлено безотносительно химической формы, в которой она находится. Ртуть относится к числу контролируемых элементов в пищевых продуктах. Временные гигиенические нормативы содержания ртути находятся на следующих уровнях, мг/кг: соки, молочные продукты -0,005; фрукты, зерно, хлеб - 0,01; овощи - 0,02; мясные продукты - 0,03, рыбные продукты - 0,05. Величина допустимого содержания ртути в рыбных продуктах обусловлена наблюдающимся в естественных условиях накоплением металла преимущественно в органической форме. В продуктах "суши" наличие органических форм ртути не допускается, ввиду большой токсичности последних.

После поступления различными способами элементарная ртуть в организме человека может переходить в неорганические и органические соединения, неорганическая ртуть - в элементарную и органическую, а органические соединения - в неорганическую и элементарную ртуть. Распределение химических

форм ртути в организме человека весьма различно. Изменения тем более значительные, чем больший срок прошел с момента ее поступления.

Следовательно, анализ содержания в организме химических форм ртути является недостаточным основанием, чтобы делать выводы о химической природе поступлений. Выводы можно делать лишь на сопоставлении данных химического исследования форм ртути в биологических средах организма, данных о распределении ртути по органам и данных исследования воздуха, воды и продуктов питания.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Э.Н.Лушин, Т.Э.Крахалева, А.Ф.Крахалев. Отчет о результатах работ по определению загрязнения ртутью промплощадки производства хлора и каустической соды Павлодарского химического завода (заключительный). Научно-технический центр «Технолог», Павлодар, 1990, 194 с.

2. В.А.Скрипник, А.А.Узбеков, А.Ю.Ноэль, М.И.Коршун. Отчет «Результаты обследования уровней загрязнения ртутью строительных конструкций производственных зданий, расчет класса токсичности надземных частей зданий. Разработка рекомендаций по захоронению ртутьсодержащих отходов строительных конструкций и демеркуризации корпусов». КНИФ ГосНИИХЛОРПРОЕКТ, Киев, 1989, 39 с.

3. Калиева А. А., Ермиенко А. В. К вопросу о биоиндикации загрязнений водных объектов на примере карася Серебрянного СагаввшБ АшгаШБ вЛеНо // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2014. Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 8-18 апреля 2014 г.). - Новосибирск : СГГА, 2014. Т. 2. - С. 93-99.

4. Калиева А. А., Ермиенко А. В. К вопросу об опасности ртутного загрязнения подземными водами реки Иртыш // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2015. XI Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 13-25 апреля 2015 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2015. Т. 2. - С. 216-222.

5. Рапута В. Ф. Анализ полей радиоактивного загрязнения территорий аварийными выбросами Сибирского химического комбината // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск : СГГА, 2013. Т. 2. - С. 30-36.

© А. А. Калиева, А. В. Ермиенко, 2016