X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Химическое загрязнение окружающей среды (ОС) представляет глобальную проблему, угрожающую существованию всего живого на планете. По оценкам экологов, только в Мировой океан ежегодно сбрасывается более 1 млрд. тонн отравляющих веществ. Не более защищены и континенты, где главными химическими загрязнителями являются предприятия топливно-энергетического комплекса, цветной и черной металлургии, нефтехимии, сельского хозяйства, а также различные виды транспорта: автотранспорт, авиация, космические ракетоносители и др.

Одними из наиболее опасных загрязнителей ОС являются стойкие органические загрязнители.

Впервые термин «стойкие органические загрязнители» (СОЗ) был закреплен за 16 загрязняющими веществами и их группами в Протоколе по СОЗ к Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, подписание которого состоялось в г. Орхус (Дания, 1998 г.), а затем в материалах Стокгольмской конвенции (2001 г.).

В первоначальный перечень хлорсодержащих СОЗ, предусмотренный Стокгольмской конвенцией, вошло 3 группы химических соединений: пестициды (альдрин, эндрин, дильдрин, хлордан, ДДТ, токсафен, мирекс, гептахлор, гексахлорбензол), промышленные продукты (полихлорированные бифенилы (ПХБ) и обочные продукты (полихлорированные дибензодиоксины и дибензофураны)). Перечисленные органические соединения составляют сегодня так называемую «грязную дюжину» и относятся к антропогенным СОЗ. Считается, что существующий сегодня перечень СОЗ может расширяться [2].

Основными отличительными чертами антропогенных СОЗ являются:

стойкость в окружающей среде;

биоаккумуляция;

устойчивость к деградации;

острая и хроническая токсичность;

трансграничный перенос на большие расстояния по воздуху, воде, либо с мигрирующими видами.

Загрязнение окружающей среды пестицидами является в настоящее время одной из самых крупных общемировых экологических проблем. Самыми опасными в плане воздействия на экологию признаны органические пестициды, содержащие хлор и его соединения, хотя и все остальные пестициды и ядохимикаты чрезвычайно опасны для воды, почвы и воздуха, поэтому утилизация пестицидов играет решающую роль для безопасности окружающей среды. При заражении пестицидами почва теряет в конечном итоге свою плодородность, вода становится отравленной, в результате у людей наблюдается резкое возрастание болезней иммунной системы и генетических отклонений, сокращается рождаемость, увеличивается смертность [5].

В настоящее время практически на всей территории стран бывшего СНГ, в том числе и в России, скопилось огромное количество ядохимикатов, которые запрещены к применению, причем большая часть этих пестицидов хранятся совершенно неподобающим образом, проникая в почву и воду и отравляя окружающую среду. В результате утилизация ядохимикатов приобрела масштаб общенациональной проблемы.

Современные технологии утилизации химикатов напрямую зависят от их класса опасности и могут производиться только компетентным персоналом на специализированном предприятии, которое оснащено соответствующим оборудованием – полигонами, хранилищами и пр. Основным условием утилизации ядохимикатов является отсутствие вредного воздействия на экологию. Самыми распространенными технологиями являются сжигание, хлорирование, каталитическое окисление, захоронение токсичных отходов, грибковая деструкция и ряд других методов утилизации опасных отходов. В России наиболее часто применяются физические и химические методы, которые во всем мире признаны не только энергоемкими и невыгодными экономически, но и мало эффективными в плане борьбы с загрязнением окружающей среды. К примеру, при сжигании встает вопрос улавливания и дезактивации таких вредных веществ, как бензопирен, диоксин, а после использования химических методов – продуктов химической реакции. Самая опасная и ненадежная технология утилизации ядохимикатов – захоронение на полигоне или в хранилище.

Как отмечают наблюдатели, практически на всех полигонах захоронения наблюдаются оседание грунта, разрушение покрытия траншей, затопление грунтовыми и паводковыми водами, проникновение пестицидов в подземные воды, выделение в воздух токсичных веществ, возникновение очагов возгорания, отравление животных и птиц, реальная угроза здоровью людей. Особую опасность представляют хранящиеся стойкие органические загрязнители: хлорорганические соединения, ртутьорганические протравители, а также обладающие высокой токсичностью фосфорорганические и медьсодержащие пестициды, нитросоединения.

Полихлорированные бифенилы также являются одними из самых опасных стойких органических загрязнителей, производство которых во всем мире прекращено в 70-х гг. прошлого века. Согласно Стокгольмской конвенции о СОЗ все имеющиеся ПХБ должны быть изъяты из эксплуатации к 2015 г., а до 2025 г. – уничтожены. Для того, чтобы выполнить решение международной организации в установленные сроки, безусловно, необходимо, прежде всего, наладить строгий учет запасов отработанных ПХБ на предприятиях, затем произвести сбор и хранение учтенных ПХБ на специализированных площадках хранения, как это делается, например, на предприятии ООО «ВИЗ-Сталь» (г. Екатеринбург).

Производство ПХБ в нашей стране осуществлялось в период с 1939-1993 гг. К настоящему времени в энергосистемах и других отраслях промышленности находится около 1000 трансформаторов и 500000 конденсаторов, в которых использовались вещества на основе ПХБ. Общий объем ПХБ в этих устройствах оценивается в 30 тыс. тонн, а за все время производства в России произвели около 180 тыс. тонн. По данным Министерства природных ресурсов Свердловской области, только на территории последней по состоянию на 01.01.2011 г. находится не менее 600 тонн отходов ПХБ, а также 2377 штук конденсаторов с отработанными трихлордифенилом.

Следующим этапом в обращении с ПХБ должно быть, согласно требованиям Стокгольмской конвенции, само уничтожение ПХБ с помощью известных методов. На сегодняшний день существует немало дискутируемых методов уничтожения ПХБ: термические, электрохимические, плазменные, биологические и др. Часть из них применяют для уничтожения высококонцентрированных ПХБ, например, сжигание, другие – для очистки от остатков ПХБ (химические, плазменные). Однако на сегодня нет ни одного метода, позволяющего полностью уничтожить все запасы техногенных ПХБ. [2] Более того, при использовании наиболее распространенных термических методов образуются побочные продукты, содержащие диоксин.

Впервые ощутили диоксиновую опасность в 1961-1971 гг. партизаны вьетнамских джунглей во время американо-вьетнамской войны, когда с целью уничтожения растительности и вскрытия, таким образом, партизанских баз и укрытий американцы применяли «оранжевый агент», в состав которого входило некоторое количество диоксинов, в том числе самый опасный из них – 2,3,7,8 –тетрахлордибензо-п-диоксин.

Генетические последствия применения диоксинов, с особым коварством сказавшиеся на вьетнамских детях, заставили весь мир осознать чрезвычайную опасность диоксинов.

До недавнего времени считалось, что общее количество диоксинов в природе составляет 500-700 тонн, но в связи с достаточно широко распространенными «диоксиноопасными» технологиями можно ожидать и других, более угрожающих количеств этого сильного яда.

Основными источниками загрязнения окружающей среды диоксинами являются:

Хлорорганический синтез, переработка его продукции, сжигание хлорорганических соединений, применение в промышленности тритетра-, пентахлорфенолов, полихлорпирокатехинв, полихлорциклогексанов;

Сжигание твердых бытовых отходов, особенно материалов на основе пилохлорвинила;

Процессы хлорирования при отбеливании целлюлозы и целлюлозно-бумажной промышленности, воды, содержащей фенольные вещества и лигнины;

Высокотемпературные процессы: плавление меди в электродуговых печах, получение магния, никеля, других металлов и их хлоридов и т.д.;

Выбросы автотранспорта, использующего горюче-смазочные материалы, содержащие присадки хлор- или броморганических соединений, а также бензин с добавкой свинца.

Вносят свой вклад и пополнение диоксинов в окружающей среде и крупные промышленные аварии, например, в США в 1949 году, в ФРГ в 1953 году, в Голландии в 1963 году.

Не обошлось без подобных аварий и в России. В 1992 году в результате аварии на Уфимском химическом комбинате (Башкортостан) в водопроводную сеть города попало значительное количество полихлорфенолов, возникла опасность диоксиновых поражений, что потребовало проведения дорогостоящих защитных мероприятий.

Ряд городов Российской Федерации (Чапаевск Самарской обл., Дзержинск Нижегородской обл., Новомосковск Тульской обл., Серпухов Московской обл., Новочебоксарск Республика Чувашия и др.) загрязнены диоксинами и родственными им соединениями, из-за чего здесь отмечались случаи диоксиновых профзаболеваний, в том числе и острых.

Острота диоксиновой проблемы для России обусловлена широким внедрением в последнее десятилетие значительного количества отечественных и зарубежных диоксиноопасных технологий и весьма пассивной антидиоксиновой политикой, допускающей применение диоксиновых технологий в различных производствах. Так, например, широко используются вещества, содержащие диоксины (заливка трансформаторов, гербициды сплошного действия, пестициды, бумага и другая продукция, изготовленная с помощью хлорных технологий).

Все это наводит на неутешительные мысли том, что в природной среде количество диоксинов значительно превышает приведенные выше оценочные данные, и что человечество еще недостаточно адекватно осознает грозящую ему в недалеком будущем диоксиновую опасность [3].

Сегодня можно констатировать, что известные способы утилизации и захоронения решают проблему безопасного обращения с пестицидами, полихлорбифенилами и диоксинами лишь частично. В отличие от экологически опасного и экономически невыгодного траншейного способа захоронения пестицидов или содержания ПХБ на специализированных площадках в бочках предлагается способ захоронения пестицидов и полихлорбифенилов в палеоруслах древних рек Зауралья (рис. 1), откартированных в конце прошлого века специалистами Уральского филиала «Зеленогорскгеология» Федерального государственного унитарного геологического предприятия «Урангеологоразведка» [4].

Захоронение пестицидов и полихлорбифенилов предлагается проводить в поглощающие водоносные песчано-галечные отложения древних палеорусел, погребенные под мощной (более 400 м) непроницаемой глинистой и песчано-глинистой толщей более молодых отложений.

Палеорусла представляют собой долины шириной 1,0 - 2,5 км, врезанные на 50-100 в коренные породы палеозойского фундамента. Мощность водоносных пластов-коллекторов, представленных чередующимися слоями сероцветных речных галечников, песков и глин, составляет в среднем 60 м. Такое геологическое строение палеодолины препятствует вертикальному и боковому распространению пестицидов, закачиваемых в поглощающие пласты-коллектора в виде жидких растворов.

Воды в пластах-коллекторах солоноватые и соленые, преимущественно гидрокарбонатно-хлоридно-натриевого состава с восстановительным гидрохимическим режимом, слабо щелочные. Воды характеризуются почти застойным режимом (градиент гидростатического напора менее 0,001). Естественная скорость движения вод не превышает (максимум!) нескольких километров в год. Как показывают расчеты, акая гидрогеологическая и гидрохимическая ситуация обеспечивает безопасное захоронение пестицидов и ПХБ на длительное время.

Захоронение пестицидов и ПХБ производят через нагнетательные скважины при одновременной разгрузке пласта-коллектора откачкой пластовой воды из разгрузочных скважин. Применение разгрузки благоприятствует равномерному заполнению пласта-коллектора раствором пестицидов и ПХБ, снижает развивающиеся пластовые давления. Вода, откачиваемая из пласта-коллектора не сбрасывается на местности или в поверхностные водоемы, а используется для приготовления растворов из пестицидов и ПХБ, т.е. делает технологию захоронения пестицидов и ПХБ безотходной.

Предлагаемый способ предусматривает захоронение по пятящемуся методу – от низовьев выбранного участка палеодолины к ее верховьям, что позволяет использовать разгрузочные скважины предыдущей ячейки в качестве нагнетательных, контрольных и наблюдательных скважин на последующей ячейке.

Захоронение предлагается провести на Верхнеталицком участке Талицкой палеодолины, выявленных и откартированных специалистами Уральского филиала «Зеленогорскгоеология ФГУГП «Урангео»». Пласты-коллектора данной палодолины в наибольшей степени отвечают условиям экологически безопасного захоронения любых жидких промышленных отходов, в том числе высокотоксичных и радиоактивных. Возможность захоронения последних сотрудниками УГГУ была изучена в 2009-2011 гг. в рамках Государственного контракта №02.740.11.0493 [1].

Вместимость ячейки захоронения при параметрах: ширина палеодолины, ограниченная крайними скважинами – 250 м; мощность пласта-коллектора – 40 м; глубина ячейки закачивания – 400 м; пористость – 0,15, - составит 600 тыс.м³. Полигон потенциально может принять на захоронение отходы ПХБ и пестицидов не только области Уральского региона, но и из других субъектов Российской Федерации, тем самым решая весьма важную экологическую проблему в масштабе всей страны.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Болтыров В.Б., Паняк С.Г., Мельников А.Э., Слободчиков ЕА. Среднеуральский полигон подземного захоронения жидких радиоактивных отходов. – Известия ВУЗа. Горный журнал. – 2012. №2. С.74-79.

Горбунова Т.И., Первова М.Г., Забелина О.Н. и др. Полихлобифенилы: Проблемы экологии, анализа и химической утилизации. – М.: КРАСАНД: Екатеринбург: УрО РАН, 2011. – 400с.

XXI век – вызовы и угрозы. /Под общ. Ред. Владимирова В.А./. – М.: Ин-октаво, 2005. – 304 с.

Долбилин С.И. История поисков, разведки и разработки месторождений урана на Урале. – Разведка и охрана недр. 2005, №10. С. 11-18.

Пестициды. Общие технические условия. Государственный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 51247-99. Москва.

Код для цитирования: Скопировать