Українська   English

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Донецкий регион относится к особо напряженному в экологическом отношении природо-хозяйственному району из-за уникального сочетания мощной промышленности, чрезвычайно густой транспортной сети, интенсивного сельского хозяйства и связанной с этим очень высокой антропогенной нагрузкой, сложного природного комплекса. Высокий уровень эксплуатации недр, переработки топлива существенно влияет на состояние окружающей среды. Особое внимание занимает загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами. К наиболее активным загрязнителям можно отнести ртуть – элемент первого класса опасности. Ее экологическое и токсикологическое воздействие сильно зависит от того, в какой химической форме она присутствует. Распространение форм ртути и процессы ее трансформации в природных водных системах контролируются разнообразными физическими, химическими и биологическими факторами. В зависимости от природных условий неорганические формы ртути могут трансформироваться во много раз токсичнее соединения [1].

1. Актуальность темы

Угольные месторождения содержат широкий комплекс сопутствующих тяжелых металлов, заключенных, как в самих углях, так и во вмещающих породах и шахтных водах. Необходимо заметить, что угольные породы особо насыщены ртутью, это в первую очередь объяснятся тем, что на территории Донецкого региона (г. Горловка) расположен Никитовский ртутный комбинат (ныне недействующий). Было выявлено, что в городе Горловка, особенно вблизи Никитовки содержание паров ртути вирируется в пределах от 155–300 до 1427–1680 мг/л – это является причинной ртутной интоксикации жителей этого региона на локальном уровне и всех жителей Донецкой области в результате трансграничных переносов на региональном. Исследования по опробованию угольных пластов Донбасса с целью оценки степени обогащения металлами углей и потенциального воздействия их на окружающую среду проводились: Дворниковым в 80-х годах, а также в 2004 году специалистами кафедр Полезные ископаемые и Экологическая геология (Панов Б. С., Корчемагин В. А., Панов Ю. Б.) в сотрудничестве с американскими учеными (Колкер А. Г., Ланда Е. Р.).

В горных выработках вода, поступающая в результате фильтрации подземных и поверхностных водных источников, подвергается загрязнению различного рода. Опасность заключается в том, что при сбросе недостаточно очищенных шахтных вод в природные объекты, вследствие перегрузки и несвоевременного очищения отстойников, увеличивается вероятность попадания в них соединений ртути, которые в свою очередь в результате природных процессов трансформируются в токсические комплексы. При этом происходит загрязнение поверхностных вод города, а также в зону риска попадают абсолютно все компоненты биосферы.

Процесс загрязнения ртутью, которая поступает с шахтными водами в природные источники окружающей среды, представлен на рисунке 1 [2].

Процесс загрязнения ртутью, которая поступает с шахтными водами в природные источники окружающей среды
1 – шахтная выработка; 2 – угольный пласт; 3 – шахтная вода; 4 – отстойник шахтной воды

Рисунок 1 – Процесс загрязнения ртутью, которая поступает с шахтными водами в природные источники окружающей среды
(анимация: 6 кадров, 5 циклов повторения, 148 килобайт)

В следствии с этим возникает потребность в исследовании ртути, находящейся в природных и шахтных водах Донецкого региона и усовершенствовании методов их очистки.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Цель работы состоит в уменьшении концентраций ртути в природных и шахтных водах до предельно-допустимых уровней.

Достижение цели исследования предполагает решение следующих задач:

  1. Провести обзор литературы по вопросам содержания ртути в водной среде.
  2. анализ источников загрязнения водных объектов.
  3. Исследовать содержание ртути в природных и шахтных водах.
  4. Провести оценку качества воды.
  5. Рассмотреть и проанализировать существующие методы очистки водной среды от соединений ртути.
  6. Предложить собственные идеи и разработки для усовершенствования уже существующих методов очистки.

Объект исследования: природные и шахтные воды Донецкого региона.

Предмет исследования: процессы аккумулирования природных и шахтных вод, содержащих ртуть и ее соединения.

3. Практическое значение полученных результатов

Реализация экспериментальных результатов, а именно: полученные фактических концентраций ртути в природных и шахтных водах могут быть использованы природоохранными и санитарно-эпидемиологическими службами для разработки систем мероприятий по улучшению экологического состояния водной среды Донецкого региона. Данные также могут служить информационным источником при написании магистерских работ на кафедре Прикладная экология и охрана окружающей природной среды.

3.1. Апробация работы

Результаты исследований докладывались на Межвузовской студенческой конференции по направлению Использование современных технологий менеджмента в целях повышения эффективности деятельности предприятий (Донецк, 2015 г.), І открытой Республиканской научно-практическая конференции учащейся и студенческой молодежи, учителей общеобразовательных учебных заведений и учреждений дополнительного (внешкольного) образования (Донецк, 2015 г.), IX Международной научной конференция аспирантов и студентов по направлению Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов (Донецк, 2015 г.).

3.2. Публикации

По материалам магистерской работы опубликовано 3 исследовательских работ, из них 3 тезисы докладов на конференциях

4. Содержание ртути в водных объектах на территории Центрального Донбасса

Ртуть в очень малых количествах присутствует в поверхностных природных водах, основным ее хранилищем в водных системах являются донные отложения. На нахождение в водной среде той или иной формы ртути влияют кислотность водной среды и ее окислительный потенциал [3].

В водах ртуть мигрирует в двух основных фазовых состояниях – в растворе вод (растворенные формы) и в составе взвеси (взвешенные формы). В свою очередь, в растворе вод она может находиться в виде двухвалентного иона, гидроксида ртути, комплексных соединений (с хлором, органическим веществом и др.). Среди соединений Hg (II), по своему экологическому и токсикологическому значению особая роль принадлежит ртутьорганическим соединениям. Высокими концентрациями ртути характеризуются техногенные илы, активно накапливающиеся в реках и водоемах, куда поступают сточные воды промышленности. Уровни содержания ртути в них достигают 100–300 мг/кг и больше (при фоне до 0,1 мг/кг). Известны случаи, когда количество ртути, поступившей со сточными водами и накопившееся в таких илах, составляло десятки и сотни тонн. Нормальное функционирование таких рек и водоемов, их практическое использование возможно только при удалении загрязненных отложений [4].

Типичные фоновые уровни валовой ртути (растворенные формы) в природных пресных водах составляют 0,03–0,07 мкг/л, в донных отложениях рек и пресноводных озер – 0,05–0,1 мг/кг, в пресноводных растениях – 0,04–0,06 мг/кг сухой массы. Обычно там, где нет указаний на загрязнение ртутью, ее уровни в питьевых водах редко превышают 0,1 мкг/л [5].

Наличие ртути в поверхностных водных объектах города Донецка обусловлено в большей степени техногенным поступлением этого элемента. Химический состав речных вод находится в прямой зависимости не только от химического состава поверхностного стока и подземных вод, но и от химического состава и количества сбрасываемых вод. Значительный вклад вносят сточные воды угольных предприятий (шахтные воды). Проникновение воды в шахтные выработки происходит с поверхности, с водоносных горизонтов по трещинам в горных породах, а также по ранее пройденным подземным выработкам. Известно, что ртуть в процессе тектонической активизации мигрировала и аккумулировалась не только в ртутных месторождениях, но и в пластах горных пород. Поэтому зафиксировано, что ртуть имеет высокие превышения по сравнению с кларковым содержанием в углях шахт центрального Донбасса. С годами данное превышение увеличивается, это в первую очередь объяснятся тем, что на территории Донецкого региона (г. Горловка) расположен Никитовский ртутный комбинат (ныне недействующий). Было выявлено, что в городе Горловка, особенно вблизи Никитовки содержание паров ртути варьируется в пределах от 155–300 до 1427–1680 мг/л [6].

Анализ распределения загрязнения поверхностных вод ртутью показывает, что основную роль в загрязнении окружающей среды этим металлом играют угледобывающие (шахты), углеперерабатывающие и углепотребляющие предприятия, а также бытовое сжигание угля. Среднее содержание ртути в перегоревших отвалах угольных шахт и обогатительных фабрик составляет 0,185 мг/кг. В горящих же отвалах оно в десять раз больше (1,85 мг/кг). Вокруг терриконов угольных шахт количество ртути намного больше фона. В шламах коксохимических заводов количество ртути 1,12-1,18 мг/кг, а в золе и шлаках тепловых электростанций, работающих на Донецком угле содержание ртути – от 0,17 до 1,55 мг/кг. Необходимо заметить, что на январь 2012 года в Донецкой области работало 95 угледобывающих предприятий. Состоянием на январь 2015 года ситуация значительно изменилась, большое количество шахт временно перестали функционировать – это связано в первую очередь с политическим положением Донбасса, но также есть и другие причин. Данная ситуация влечет за собой естественное затопление шахт подземными водами, так как откачивание шахтных вод не производится и как результат – масштабное загрязнение соединениями ртутью, другими примесями всех объектов окружающей среды. Аномальные концентрации ртути в поверхностных водных объектах установлены и в других районах Донбасса, например, в г. Горловка более 100 лет добывались и перерабатывались ртутные руды Никитовского месторождения, а также расположены несколько крупных коксохимических заводов [7].

К опасным районам Донецкой области по общему фону концентраций ртути можно отнести города Макеевка, Дзержинск, Енакиево, Авдеевка, Мариуполь, Константиновка и другие. Данные территории требуют особого внимания в сфере контроля качества окружающей среды [8].

5. Исследование содержания соединений ртути в различных водных объектах Донецкого региона

Для правильной аналитической оценки загрязнения воды решительное значение имеет правильный отбор проб воды. Разовые пробы – это одиночные пробы, которые отбираются вручную или автоматически с поверхности воды, на определенных глубинах или со дна. Каждая проба характеризует качество воды лишь сейчас и в данном месте. Для отбора проб воды используют посуду из боросиликатного стекла, кварца, полисульфона или фторированного полиэтилена-пропилена. Стеклянную посуду очищают обычным способом (вода и мыльные средства), ополаскивают 10 % азотной кислотой, затем дистиллированной водой для удаления следов тяжелых металлов. Определение ртути в водных растворах осуществляют с помощью непламенного атомно-абсорбционного метода анализа, основанного на измерении поглощения излучения с длиной волны 253,7 нм атомами ртути, которые выделяются с анализированной пробы после восстановления ртути до элементного состояния. В основу работы анализатора ртути Юлия–2 положено поглощение излучения атомами ртути в ультрафиолетовой области спектра. Для подготовки пробы используется общепринятая методика, которая изложена в основной части работы. Диапазон измерения концентраций ртути от 0,0015 до 0,015 мкг/см3. Значение относительной погрешности анализатора не превышает 20 %.

Для исследования на наличие ртути в шахтных водах Донецко-Макеевского углепромышленного бассейна были выбраны шахты, расположенные в различных районах города и имеющие различные гидрогеологические условия. Также для были взяты пробы с природных поверхностных водных источников. Анализ показал, что в 70 % случаях ее концентрация превышает предельно-допустимые уровни.

6. Апробация существующих методов очистки сточных вод от соединений ртути

Для выделения из сточных вод ртути используют реагентные (восстановители: сульфид железа, сульфид натрия, гидразин, железный порошком, газообразный сероводород и другие), сорбционные и ионообменные методы очистки. Реагентным способом удаления растворимых в воде соединений ртути является перевод их в трудно растворимый сульфид ртути и осаждение его. Для этого в сточные воды сначала добавляют сульфид натрия, гидросульфид натрия или сероводород. Затем обрабатывают воду хлоридами натрия, калия, магния, кальция или сульфитом магния в количестве 0,1 г/л. В этих условиях сульфид ртути осаждается в виде гранул. Для удаления тонкодисперсных коллоидных частичек сульфида ртути целесообразно добавлять коагулянты. Осадок сульфида ртути отделяют от сточных вод на вакуум-фильтрах или фильтр-прессах. Отделение НgS до остаточной концентрации 0,001 мг/л можно обеспечить и на угольных фильтрах. Отработанный уголь, содержащий сульфид ртути, сжигают в печи или подвергают обработке для рекуперации ртути. Сорбционные методы – процессы образования амальгамы ртути в электрическом поле. Способ пригоден для очистки сточных вод, содержащих от 0,01 до 100 мг/л соединений ртути. В этом процессе сточная вода фильтруется через слои стеклянных шаров, покрытых медью или цинком. Шары являются катодом, а наружный корпус аппарата – анодом. При регенерации фильтрующей загрузки производят переполюсовку электродов. При ионообменных методах происходят реакции обмена: растворенная ртуть полностью переходит из раствора на поверхность катионита и выходящая из ионообменных фильтров вода практически не содержит ионов ртути [9].

Указанные методы очистки воды от соединений ртути очищают ее до определенных значений, однако они не достигают предельно допустимых норм. Проведение многочисленных анализов и опробование в лабораторных условиях всех существующих методов очистки показали, что наиболее качественно в условиях Донецкого региона уменьшение концентраций соединений ртути возможно достичь методом перевода их в трудно растворимые вещества, с последующим осаждением их и удалением из очищаемой воды [10].

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2015 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Рамамурти, С. Е. Тяжелые металлы в природных водах / С. Е. Рамамурти. – М.: Мир, 1987. – 286 с.
  2. Гороновский, И. Т. Краткий справочник по химии / И. Т. Гороновский,Ю. П. Назаренко, Е. Ф. Некряч. – К.: Издательство АН СССР, 1962. – 658 с.
  3. Крайнов С. Р. Геохимические и экологические последствия изменения химического состава подземных вод под влиянием загрязняющих веществ / С. Р. Крайнов, Г. Ю. Фойгт, В. П. Закутин // Геохимия, 1991, № 2. C. 169–182.
  4. Панов Б. С. К геоэкологии Донецкого каменноугольного бассейна / Б. С. Панов, О. А. Шевченко, А. М. Дудик, С. Ю. Селяков // Известия ВУЗов, серия геология и разведка, 1998, № 5. C. 138–145.
  5. Петросян В. С. Загрязнение ртутью: причины и последствия / В. С. Петросян // Экология и промышленность, 1999, № 12. C. 34–38.
  6. Петросян В. С. Ртуть и ее соединения в окружающей среде / В. С. Петросян // Человек и среда его обитания. М.: Мир, 2003. C 282–290.
  7. Масляев В. С. Разработка методов аналитического контроля на содержание ионов тяжелых металлов в различных видах шахтных вод в Донецко-Макеевском угледобывающем районе / В. С. Масляев, Г. В. Чудаева, И. Л. Жислина, К. Ф. Гусарова. – Отчет. Донецк, 1992. – 65 с.
  8. Збощик М. П. Исследование углистопородистых осадков прудов-отстойников шахт и шламонакопителей обогатительных фабрик на осаждение в них тяжелых металлов / М. П. Збощик, Г. В. Чудаева, И. Л. Жислина, К. Ф. Гусаров. – Отчет о НИР. Донецк, 2002. – 91 с.
  9. Смирнов, Д. Н. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов / Д. Н. Смирнов, В. Е. Генкин. – М.: Металлургия, 1980 – 195 с.
  10. Державні санітарні правила і норми Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості централізованого водогосподарсько-питного водопостачання [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://ukraine.uapravo.net.