Забруднення гідросфери. Характеристика стоків

У краплині води відбивається всесвіт Давнє арабське прислів`я

Водоспоживання нашої країни складає близько 8% від світового і перевищує зараз 3000 км³/рік. На ріки і озера покладають зараз дві протилежні функції, з якими вони з часом все менше справляються, з одного боку – це джерела водоспоживання для побутових та технічних потреб, з другого – це водойми для скиду побутових та промислових стоків. В результаті вода в річках така, що без відповідного очищення використовувати її вже не можна. Якщо до цього ми увесь час звертали увагу на майже мертві Великі озера в США, чи річку Рейн, в якій розчинено близько 60000 різних хімікатів, то тепер доводиться констатувати, що ми знаходимося не в кращому стані у цьому питанні [26, 56]. До речі, у Великих озерах США і у Рейні, які були колись мертвими, вже водиться риба! А як же у нас?

Таблиця 23.2 – Гранично допустимі концентрації деяких шкідливих речовин у питній воді

Речовини	ГДК, мг/л	Речовини	ГДК, мг/л
Бензопірен	0,000005	Нітрати (за NO3)	45
Кадмій	0,001	Нітрити (за NO4)	3,3
Кобальт	0,1	Нітрометан	0,005
Манган	0,1	Ртуть	0,0005
Вісмут	0,1	Свинець	0,03
Барій	0,1	Селен	0,01
Бензол	0,5	Срібло	0,005
Діоксини*	0,000035	Талій	0,0001
Нафталін	0,01	Тетраетилолово	0,0002
Стронцій (стабільний)	7,0	Кобальт	0,1
		Залізо	0,1
Бензин	0,1	Хром	0,01
Гас	0,1	Нікель	0,01
Фенол	0,001	Мідь	0,01
Трихлорбіфеніл	0,001	Молібден	0,01
Цинк	0,1	Вольфрам	0,01

Отже, всі стоки поділяються на:

• промислові, що утворюються в результаті технологічних процесів;

• побутові;

• атмосферні або зливостоки.

Розглянемо найважливіші технологічні процеси, при проведенні яких утворюються стоки:

Процес травлення, за допомогою якого виділяють з поверхні металів окалину. Суть його полягає в тому, що оброблювану металеву деталь опускають у водні розчини мінеральних кислот (H₂SO₄, HCl, HNO₃, HF та інші). Це або 25%-ий розчин H₂SO₄ при температурі 80-90^оС або 20%-ий розчин НСl при температурі 60^оС. Іноді додають HNO₃ і HF кислоти (при травленні корозійно стійких сталей) [95]:

Fe₂O₃ + 3H₂SO₄  Fe₂ (SO₄)₃ + 3H₂O;

FeO + 2HCl  FeCl₂ + H₂O;

Cr₂O₃ + 6HNO₃  2Cr(NO₃)₃ + 3H₂O.

Але при цьому частково розчиняється і сам метал:

Fe+H₂SO₄  FeSO₄+H₂.

Щоб цього не відбувалось, у травильні розчини додають інгібітори (в основному органічні речовини). Через деякий час вміст кислот в травильних розчинах зменшується і його замінюють свіжим, а відпрацьований скидається в стоки. Але процес кислого травлення має певні недоліки – довга тривалість процесу, втрата металу, низька якість високолегованих сталей.

Тому часто використовують лужні процеси травлення (особливо для відділення керамічної окалини):

Fe₂O₃ + 2NaOH  2NaFeO₂ + H₂O;

SO₂ + 2NaOH  Na₂SiO₃ + H₂O;

Cr₂O₃ + 2NaOH  2NaCrO₂ + H₂O.

Крім відпрацьованих кислих травильних розчинів з солями металів в стоки викидається і вода від промивки деталей після травлення.

Під час виробництва кальцинованої соди в результаті технологічного процесу на тонну готової продукції утворюється 10-12 м³ дистильованої рідини (суспензії СаSO₃, CaSO₄, Ca(OH)₂, пісок). Цю рідину закачують на полігони і таким чином утворюються “білі моря”. Щороку в світі утворюється близько 200 млн. м³ цієї рідини, а методи її вторинної переробки не розроблені.

Але найбільш небезпечні промислові стоки із вмістом токсичних речовин (ціаніди, сполуки ртуті, кадмію, свинцю і т.д.). Промислові стоки утворюються при мокрому очищенні газових викидів чорної металургії ТЕС, а також в радіопромисловості та машинобудуванні (скрізь, де є цехи гальванопокриття). Найбільш якісним електролітом для покриття деталей Zn, Au, Ag, Cd, Cu є ціанисті електроліти. Але з часом відпрацьовані електроліти і промивні води потрапляють в стоки, потім у водойми і так далі. А токсичність ціанідів для живих істот полягає в подавленні здатності клітини поглинати кисень і призводить до швидкої смерті.

Технічним методом отримання каустику і газоподібного хлору є електроліз кухонної солі на ртутних електродах. На кожну тонну товарного хлору втрати ртуті разом з відходами складають 100-150 г. А далі, при потраплянні у водойми, розвиваються процеси, аналогічні “хворобі Мінамата”.

Який вклад сільське господарство внесло у водне забруднення? В основному, це вимивання з ґрунтів пестицидів, мінеральних добрив, хімічних сполук, які містять Cl, P, Hg, As та інші. Пестициди застосовуються для знищення шкідливих комах (інсектициди), бур’янів (гербіциди) тощо, мінеральні добрива для підвищення врожайності сільськогосподарських культур. Проте, з нашою невисокою культурою аграрного виробництва, значна їх частина потрапляє у воду.

Очевидно майбутнє все-таки за біологічними методами захисту рослин. Цікавий приклад винахідливості в цій справі показала така країна, як Ізраїль. При такій малородючій землі вона добилась того, що повністю забезпечує себе чистими продуктами, ще й експортує їх. І все завдяки організації крапельного зрошування. Поливається тільки культурна рослина, а бур’ян під палючим сонцем просто не росте.

Забруднення літосфери

Тверді відходи, які в основному забруднюють літосферу, утворюються в гірничій і гірничо-збагачувальній промисловості, теплоенергетиці і великотоннажній хімічній промисловості. В нашій країні заскладовано 10-12 млрд. м³ відходів гірничодобувної та інших промисловостей на 500 тис. га [26].

Так, наприклад, при добуванні вугілля, сама вугільна маса складає 20% породи, решта йде на терикони. В рудах кольорових металів їх вміст складає не більше 1-2%. Так що об’єми відходів досить великі. Під їх складування відводяться тисячі гектарів землі, придатної для сільського господарства. Вітрова ерозія розносить в повітря і у воду частинки пилу з цих відвалів. А вторинна переробка не встигає за темпами накопичення первинних відходів (вторинне використання не перевищує 1%). А використовувати є що. Так, наприклад, в шлаках міднеплавильних заводів знаходиться близько 27 млн. тонн Fe, 335 тис. тонн Сu, 2 млн. тонн Zn і т.д. [1]

Таблиця 23.3 – Гранично допустимі концентрації шкідливих речовин

у ґрунтах

Речовини	ГДК, мг/кг	Речовини	ГДК, мг/кг
Бензопірени	0,02	Кадмій	1
Свинець	20	Сірка	160
Хром шестивалентний	0,005	Сірководень	0,4
Ртуть	2,1	Фтор	10
Бензол	0,3	Хлорофос	0,5
Толуол	0,3	Карбофос	2
Нітрати	130	Хлорамін	2
Мідь	3	Метафос	0,1
Нікель	4	Гексахлоран	1
Цинк	23	Метилстирол	0,4
Манган	1500	Гетерофос	0,005
Кобальт	5	Атразин	0,01

Причому, кількості твердих відходів швидко зростають. В 1980 р. шлакові відходи на Земній кулі складали 2 млрд. т, на 1990р. ця цифра зросла вдвічі. Обсяг твердих відходів в Україні у 2009 р. перевищував 35 млдр.т.

Добавляє тверді відходи і великотоннажна хімія: отримання H₂SO₄ – початкова стадія – відпалювання сірчаного колчедану. В результаті – щороку нагромаджується 4 млн. тонн недогарка (FeS₂+2О₂Fe+2SO₂).

При отриманні біхромату натрію, як побічні продукти утворюються карбонати, сульфати і сульфіти натрію.

Сіль – хлористий калій, що добувають із сильвініту KCl^.NaCl, отримують галургічним методом, який оснований на різній розчинності KCl і NaCl в залежності від температури. В результаті утворюються галітові відходи. До кінця 1995 р. тільки в Білорусі під полігони для складування галітових відходів відведено понад 3 тис. га.

Виробництво фосфорних добрив. Взагалі вважається, що 50% підвищення урожайності досягається за рахунок добрив, 25% – за рахунок сортності насіння і 25% – за рахунок агротехніки. А за рахунок фосфору в основному і відбувається ріст рослин. Оскільки в повітрі фосфору немає, то основне поповнення фосфору відбувається із ґрунту. Основний процес термічного отримання фосфору такий:

Ca₃(PO₄)₂+5C+3SiO₂P₂+5CO+CаSiO₃.

Таким чином, на 1 тонну фосфору утворюється 8-10 тонн силікатного шлаку. Крім того, збагачений апатитовий концентрат після переробки утворює фосфогіпси – 4-6 тонн на 1 тонну Р₂О₅. Фосфогіпси, як правило, зберігаються у відвалах. На цьому етапі вторинна їх переробка нерентабельна (приклад – відвали 700 тис. т фосфогіпсів на колишньому АТ Вінницяхімпром”) [33].