CC BY
6344 МЕНЕДЖМЕНТ
Контроль качества фосфорных удобрений. Наилучшие доступные технологии
Рассматриваются основные аспекты контроля качества фосфорных удобрений, обосновывается необходимость применения наилучших доступных технологий. Для обеспечения безопасности людей и окружающей среды необходимо следить за качеством вносимых в почву удобрений
Е.А. Пестрякова1
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ имени Д.И. Менделеева), kalgina.elizaveta@bk.ru
С.Г. Комарова2
РХТУ имени Д.И. Менделеева, skomarova@muctr.ru
1 студентка 4 курса, Москва, Россия
2 доцент кафедры, Москва, Россия
Для цитирования: Пестрякова Е.А., Комарова С.Г. Контроль качества фосфорных удобрений. Наилучшие доступные технологии // Компетентность / Competency (Russia). — 2020. — № 3. DOI: 10.24411/1993-8780-2020-10307
ключевые слова
минеральные удобрения, тяжелые металлы, экология, контроль качества, наилучшие доступные технологии
добрения составляют основу химизации земледелия, являясь надежным и наиболее действенным средством повышения плодородия почвы. Для обеспечения высокого качества фосфорных удобрений, их безопасности необходим контроль на всех стадиях жизненного цикла продукции. Выделим основные стадии: научно-исследовательские работы; создание проекта; добыча и переработка сырья; производство; эксплуатация; утилизация отходов. Обеспечить безопасность выпускаемой продукции, снизить издержки производства, максимально рационально использовать ресурсы можно, если учитывать особенности каждой стадии жизненного цикла.
Качество контролируется на каждом этапе производства, начиная с добычи руды. Апатит-нефелиновая руда, добытая в Кировском месторождении, считается самой чистой и минимально загрязненной тяжелыми металлами. Во время ее переработки фосфатное сырье загрязняется незначительным количеством тяжелых металлов. При получении экстракционной фосфорной кислоты добытую руду разлагают серной кислотой, которая содержит тяжелые металлы. Поэтому чрезвычайно важно проводить входной контроль ее качества.
Контроль содержания тяжелых металлов в фосфорных удобрениях
Современная наука изучает перераспределение химических элементов в биосфере, связанное с человеком. В результате хозяйственной деятельности происходит загрязнение окружающей среды различными химическими веществами, в том числе тяжелыми металлами, такими как кадмий, свинец, ртуть, мышьяк, никель
и др. Многие из них содержатся в удобрениях.
Согласно национальному стандарту [4] химические вещества по степени опасности подразделяются на три класса: 1-й — высокоопасные; 2-й — умеренно опасные; 3-й — малоопасные. Кадмий, свинец и ртуть относят к первому классу опасности, никель — ко второму.
Актуальной проблемой является количественная оценка загрязнения почв тяжелыми металлами (подвижными фосфатами), поскольку скорость и объем их накопления значительно различаются. В большей степени это относится к Cd, РЬ, №, As (88-98 %), в меньшей степени — к Мп и Fe (4568 %) [5].
По данным гигиенических нормативов [6], для комплексных жидких удобрений значение подвижных фосфатов не должно превышать 27,7 мг/кг абсолютно сухой почвы, величина предельно допустимой концентрации с учетом фона — 80 мг/кг.
Кадмий, свинец, ртуть, мышьяк и никель включены в перечень загрязняющих веществ, по отношению к которым применяются меры государственного регулирования в области охраны окружающей среды [7].
Тяжелые металлы, попавшие в почву вместе с удобрениями, токсичны, аккумулируются в почве, а при попадании в пищу могут вызывать заболевания [8].
Для определения примесей тяжелых металлов используют метод атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-АЭС) или атомно-абсорбционный метод (ААС).
Метод ИСП-АЭС основан на измерении интенсивности излучения определяемого элемента в возбужденном состоянии в высокочастотной индук-
МЕНЕДЖМЕНТ 45
тивно связанной плазме. Интенсивность излучения зависит от концентрации определяемого элемента в растворе анализируемого образца. Для растворения образца минерального удобрения используют раствор царской водки. Измерения концентраций свинца, кадмия, мышьяка, никеля выполняют с осевым и радиальным обзором [9].
Ртуть извлекают из образца разложением в царской водке. Массовую концентрацию ртути в экстракте измеряют на атомно-абсорбционном спектрометре по выделению «холодного пара» или атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно связанной плазмой [10].
Наилучшие доступные технологии
соответствии с «Основами государственной политики Российской Федерации в области обеспечения химической и биологической безопасности на период до 2025 года и дальнейшую перспективу» национальная система химической и биологической безопасности нашей страны представляет собой совокупность мер и средств, направленных на борьбу с угрозами химического и биологического характера, а также инструментов, необходимых для достижения цели государственной политики в данной области.
Для исполнения Указа Президента РФ «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» разработан и принят федеральный проект «Внедрение наилучших доступных технологий» (НДТ).
Тяжелые металлы, попавшие в почву вместе с удобрениями, токсичны, аккумулируются в почве, а при попадании в пищу могут вызывать заболевания
Для реализации проекта необходимо внедрять на производстве самые современные методы и стандарты оценки опасности химических веществ и смесей для населения и окружающей среды.
Федеральный закон «О промышленной политике в Российской Федерации» определяет пути технологической модернизации промышленности. Закон обязывает производителей использовать конкурентоспособные, научно обоснованные наилучшие доступные технологии, обеспечивающие допустимый уровень риска негативного воздействия результатов хозяйственной деятельности на здоровье человека и окружающую среду. НДТ следует применять на всех стадиях жизненного цикла продукции.
Необходимо не просто контролировать вредные выбросы и загрязнение окружающей среды, главная задача НДТ — внедрение кардинально новых экологических технологий, которые изначально подразумевают минимальное нанесение урона окружающей среде.
Производители минеральных
удобрений в первую очередь должны внедрять наилучшие доступные технологии на своих производствах
правка
Удобрение — вещество неорганического, органического или смешанного происхождения для питания растений и повышения плодородия почвы. Первичными элементами питания растений являются азот, фосфор, калий. Вторичные элементы — кальций, магний, сера
Тяжелые металлы — группа химических элементов, имеющих плотность более 5 г/см3. Для биологической классификации руководствуются атомной массой, к тяжелым относятся металлы с относительной атомной массой более 50 [3]
Царская водка (лат. Aqua Regia, Aqua Regis, A.R.) — смесь концентрированных азотной HNO3 (65-68 % масс.) и соляной HCl (32-35 % масс.) кислот, взятых в соотношении 1:3 по объему (в пересчете на чистые вещества около 1:2). Не имеет отношения к спиртным напиткам, название произошло от устаревшего значения слова «водка» (вода) и уникальной способности смеси растворять золото
В растениях фосфор и азот связаны между собой. При увеличении потребления фосфора Фосфор
требуется увеличение азота и наоборот. Для растений существует устойчивое соотношение
между фосфором и азотом, составляющее (№Р) 1:0,3. Можно считать, что количество
фосфора (в пересчете на Р2О5) в растениях составляет в среднем 1/3 наличия азота [1].
Исходным сырьем для производства соединений фосфора являются природные фосфаты —
апатиты и фосфориты. Апатиты — минералы, имеющие состав, выражаемый общей
формулой Са^(РО4)3, где R — F, С1, (ОН), (С03). Широко распространены фторапатиты
Са1с^2(РО4)6 и гидроксилапатиты Са10(ОН)2(РО4)6; реже встречаются хлорапатиты
Са10С12(РО4)6. Фосфориты — породы осадочного происхождения, образовавшиеся
в результате осаждения фосфатов кальция из морской воды и содержащие, помимо
фосфата кальция, зерна кварца SiO2, кальцита СаСО3, доломита СаСО3-МдСО3 [2].
46 МЕНЕДЖМЕНТ
Главная задача НДТ — внедрение кардинально новых экологических технологий, которые изначально подразумевают минимальное нанесение урона окружающей среде
правка
Наилучшие доступные технологии — современный подход, ориентированный на снижение уровня химических рисков путем уменьшения объемов используемых опасных или применения менее опасных химических веществ
Статья поступила в редакцию 30.01.2020
для обеспечения безопасности окружающей среды. На каждом этапе, от добычи сырья и до внесения удобрений в почву, опасные отходы желательно минимизировать.
По данным информационно-технического справочника по НДТ (ИТС 2-2015) к факторам негативного воздействия на окружающую среду при производстве минеральных удобрений относятся:
► выбросы в атмосферу;
► сточные воды;
► крупнотоннажные побочные продукты;
► прочие факторы негативного воздействия.
Список литературы
1. Скоробогатов В.А. Минеральные удобрения Европейского союза. Физико-химические свойства. Методы определения: справочник, 2-е изд. — Таллин: AS DBT, 2009. ISBN: 978-9949-18-725-6.
2. Позин М.Е. Технология минеральных удобрений и солей. — М.: Госхимиздат, 1957.
3. Эвенчик С.Д., Бродский А.А. Технология фосфорных и комплексных удобрений. — М.: Химия, 1987.
4. ГОСТ 17.4.1.02-83. Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения. — М.: Изд. стандартов, 1983.
5. Водяницкий Ю.Н., Смагин А.В., Яковлев А.С. Факторы изменчивости содержания подвижных форм тяжелых металлов в почве // Экологический вестник Северного Кавказа. — 2016. — № 1. ISSN: 2308-3875.
6. ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. — М.: Минздрав России, 2006.
7. Распоряжение Правительства РФ от 08.07.2015 № 1316-р
«Об утверждении перечня загрязняющих веществ, в отношении которых применяются меры государственного регулирования в области охраны окружающей среды».
8. Мотузова Г.В., Карпова Е.А. Химическое загрязнение биосферы и его экологические последствия. — М.: МГУ, 2013. ISBN: 978-5-211-05565-0.
9. ГОСТ ISO 22036-2014. Качество почвы. Определение микроэлементов
в экстрактах почвы с использованием атомно-эмиссионной спектрометрии индуктивно связанной плазмы (ИСП-АЭС).
10. BS ISO 16772-2004. Качество почвы. Определение содержания ртути в экстрактах почвы в царской водке методом атомной спектрометрии
с применением холодного пара или атомной флюоресцентной спектрометрии с применением холодного пара.
11. ИТС 2-2015. Производство аммиака, минеральных удобрений и неорганических кислот. — М.: Бюро НДТ, 2015.
Существует проблема с отнесением уровня эмиссий к конкретному производству/марке продукта, а также в связи с тем, что различные марки минеральных удобрений могут производиться на одном и том же оборудовании, а эмиссии в воздух осуществляются через один источник выброса [11].
Основные загрязняющие вещества (поллютанты), выбрасываемые в атмосферу, — N0^ SO2, SO3, Н^04, СО, NH3, соединения фтора, N^N0^
Производство минеральных удобрений требует больших затрат энергии, получаемой обычно за счет сжигания органического топлива с выделением значительных объемов парниковых газов. При этом некоторые предприятия частично используют образующийся газ в качестве исходного сырья, что позволяет уменьшить эмиссию диоксида углерода.
Технологические сточные воды от производства минеральных удобрений содержат фторид-ион, фосфат-ион, сульфат-ион, ион аммония, нитрат-ион, хлорид-ион, обусловленные либо составом сырья, либо составом готовых продуктов.
Способы снижения загрязнения сточных вод:
► очистка сточных вод перед сбросом во внешние источники;
► снижение образования сточных вод за счет вторичного использования в производственных процессах;
► удаление их в изолированные водо-вмещающие пласты горных пород.
Поскольку все рассматриваемые производства являются крупнотоннажными, основные проблемы переработки и использования вторичных материальных ресурсов связаны с их большим количеством. Это приводит к ограниченности рынка сбыта таких продуктов, как:
► фосфогипс (образуется при производстве экстракционной фосфорной кислоты);
► конверсионный мел (карбонат кальция, получается в результате конверсии нитрата кальция при азотнокислотной переработке фосфатного сырья). ■
Kompetentnost / Competency (Russia) 3/2020 лч
ISSN 1993-8780. DOI: 10.2441 1/1993-8780-2020-10307 MMNnUCMENI 4 7
Quality Control оf Phosphorus Fertilizers. Best Available Technology
E.A. Pestryakova1, D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, kalgina.elizaveta@bk.ru S.G. Komarova2, D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, skomarova@muctr.ru
1 4 Year Student, Moscow, Russia
2 Associate Professor, Moscow, Russia
Citation: Pestryakova E.A., Komarova S.G. Quality Control of Phosphorus Fertilizers. Best Available Technology, Kompetentnost'/ Competency (Russia), 2020, no. 3, pp. 44-47.
We have examined the main aspects of phosphorus fertilizer quality control. Fertilizers form the basis of the chemicalization of agriculture, being a reliable and most effective means of increasing soil fertility. At the same time, because of economic activity, and the usage of various chemicals, including heavy metals environmental pollution occurs. Many of them are contained in phosphate fertilizers. The Federal Law On Industrial Policy in the Russian Federation defines the main ways of technological modernization of industry. The law obliges manufacturers to use modern, competitive, scientifically based Best Available Technology that ensure an acceptable level of risk of negative impact of economic results on human health and the environment. The Best Available Technology should be applied at all stages of the product life cycle.
udobreniya Evropeyskogo soyuza. Fiziko-khimicheskie svoystva. Metody opredeleniya: spravochnik [Mineral fertilizers of the European Union. Physical and chemical properties. Methods of determination], Tallinn, AS DBT, 2009, 577 P. ISBN: 978-9949-18-725-6.
2. Pozin M.E. Tekhnologiya mineral'nykh udobreniy i soley [Technology of mineral fertilizers and salts], Goskhimizdat, 1957, 352 P.
3. Evenchik S.D., Brodskiy A.A. Tekhnologiya fosfornykh i kompleksnykh udobreniy [Technology of phosphoric and complex fertilizers], Moscow, Khimiya, 1987, 464 P.
4. GOST 17.4.1.02-83 Nature protection. Soils. Classification of chemicals for pollution control, Moscow, 1983, Izd. standartov, 4 P.
5. Vodyanitskiy Yu.N., Smagin A.V., Yakovlev A.S. Faktory izmenchivosti soderzhaniya podvizhnykh form tyazhelykh metallov v pochve [Factors of variability in the content of mobile forms of heavy metals in soil], Ekologicheskiy vestnik Severnogo Kavkaza, 2016, no. 1, pp. 27-38.
6. GN 2.1.7.2041-06 Maximum possible concentrations (PDK) of chemicals in soil, Moscow, Minzdrav Rossii, 2006, 3 P.
7. RF Government Decree of 08.07.2015 N 1316-r On approval of the list of pollutants that are subject to state regulation in the field of environmental protection.
8. Motuzova G.V., Karpova E.A. Khimicheskoe zagryaznenie biosfery i ego ekologicheskie posledstviya [Chemical contamination of biosphere and its ecological consequences], Moscow, MGU, 2013, 304 P. ISBN: 978-5-211-05565-0.
9. GOST ISO 22036-2014 Soil quality. Determination of microelements in the soil extracts with using of the inductively constrained plasma's atomic-emission spectrometry.
10. BS ISO 16772:2004 Soil quality. Determination of mercury in aqua regia soil extracts with cold-vapour atomic spectrometry or cold-vapour atomic fluorescence spectrometry.
11. ITS 2-2015 Production of ammonia, mineral fertilizers and inorganic acids, Moscow, Bureau of BAT, 2015, 909 P.
DOI: 10.24411/1993-8780-2020-10307
key words
mineral fertilizers, heavy metals, ecology, quality control, Best Available Technology
References
1. Skorobogatov V.A. Mineral'nye
НОВАЯ КНИГА
Архипов А.В., Прохоров Н.И., Симаков П.Е., Суслова С.С.
Поверка и калибровка средств измерения массы
Учебное пособие. Часть 5. Весы неавтоматического действия: лабораторные весы и весы статического взвешивания. — М.: АСМС, 2019
В 5-й части пособия «Поверка и калибровка средств измерения массы» рассматриваются весы неавтоматического действия: лабораторные и статического взвешивания. Подробно описаны современная терминология, классификация, принципы действия, технические требования, метрологические характеристики, процедуры поверки и калибровки.
По вопросам приобретения обращайтесь по адресу: Академия стандартизации, метрологии и сертификации (АСМС), 109443, Москва, Волгоградский пр-т, 90, корп. 1. Тел. / факс: 8 (499) 742 4643. Факс: 8 (499) 742 5241. E-mail: info@asms.ru
