Русский   English

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Донецький регіон відноситься до особливо напруженої в екологічному відношенні природо-господарського району через унікальне поєднання потужної промисловості, надзвичайно густої транспортної мережі, інтенсивного сільського господарства і пов’язаної з цим дуже високим антропогенним навантаженням, складного природного комплексу. Високий рівень експлуатації надр, переробки палива істотно впливає на стан навколишнього середовища. Особливу увагу займає забруднення навколишнього середовища важкими металами. До найбільш активних забруднювачів можна віднести ртуть – елемент першого класу небезпеки. Її екологічний та токсикологічне вплив сильно залежить від того, в якій хімічній формі вона присутня. Поширення форм ртуті і процеси її трансформації у природних водних системах контролюються різноманітними фізичними, хімічними і біологічними факторами. Залежно від природних умов неорганічні форми ртуті можуть трансформуватися у багато разів токсичніша з’єднання.

1. Актуальність теми

Вугільні родовища містять широкий комплекс супутніх важких металів, ув’язнених, як у самих вугіллі, так і у вміщуючих породах і шахтних водах. Необхідно зауважити, що вугільні породи особливо насичені ртуттю, це в першу чергу пояснюється тим, що на території Донецького регіону (р. Горлівка) знаходиться Микитівський ртутний комбінат (нині недіючий). Було виявлено, що в місті Горлівка, особливо поблизу Микитівки вміст парів ртуті віріруется в межах від 155–300 до 1427–1680 мг/л – це є причинного ртутної інтоксикації жителів цього регіону на локальному рівні і всіх жителів Донецької області в результаті трансграничних переносів на регіональному рівні. Дослідження за опробування вугільних пластів Донбасу з метою оцінки ступеня збагачення металами вугілля і потенційного впливу їх на навколишнє середовище проводились: Дворниковым у 80-х роках, а також в 2004 році фахівцями кафедр Корисні копалини і Екологічна геологія (Панов Б. С., Корчемагин В А., Панов Ю Б.) у співпраці з американськими вченими (Колкер А Р., Ланда Е. Р.).

У гірничих виробках вода, що надходить у результаті фільтрації підземних і поверхневих водних джерел, піддається забрудненню різного роду. Небезпека полягає в тому, що після скидання недостатньо очищених шахтних вод у природні об’єкти, внаслідок перевантаження та несвоєчасного очищення відстійників, збільшується ймовірність попадання в них сполук ртуті, які в свою чергу у результаті природних процесів трансформуються в токсичні комплекси. При цьому відбувається забруднення поверхневих вод міста, а також у зону ризику потрапляють абсолютно всі компоненти біосфери.

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.

Процес забруднення ртуттю, яка надходиться з шахтними водами в природні джерела навколишнього середовища, представлений на рисунку 1.

Процес забруднення ртуттю, яка надходиться з шахтними водами в природні джерела навколишнього середовища
1 – шахтне вироблення; 2 – вугільний пласт; 3 – шахтна вода; 4 – відстійник шахтної води

Рисунок 1 – Процес забруднення ртуттю, яка надходиться з шахтними водами в природні джерела навколишнього середовища
(анимація: 6 кадрів, 5 циклов повторення, 120 кілобайт)

У слідстві з цим виникає потреба в дослідженні ртуті, що знаходиться в природних і шахтних водах Донецького регіону та вдосконалення методів їх очищення.

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Мета роботи полягає в зменшенні концентрацій ртуті в природних і шахтних водах до гранично-допустимих рівнів.

Досягнення мети дослідження передбачає вирішення наступних завдань:

  1. Провести огляд літератури з питань вмісту ртуті у водному середовищі.
  2. аналіз джерел забруднення водних об’єктів.
  3. Дослідити вміст ртуті в природних і шахтних водах.
  4. Провести оцінку якості води.
  5. Розглянути та проаналізувати існуючі методи очищення водного середовища від сполук ртуті.
  6. Запропонувати власні ідеї і розробки для удосконалення вже існуючих методів очищення.

Об’єкт дослідження: природні та шахтні води Донецького регіону.

Предмет дослідження: процеси акумуляції природних і шахтних вод, що містять ртуть та її сполуки.

3. Практичне значення отриманих результатів

Реалізація експериментальних результатів, а саме: отримані фактичних концентрацій ртуті в природних і шахтних водах можуть бути використані природоохоронними і санітарно-епідеміологічними службами для розробки систем заходів щодо поліпшення екологічного стану водного середовища Донецького регіону. Дані також можуть слугувати інформаційним джерелом при написанні магістерських робіт на кафедрі Прикладна екологія та охорона навколишнього природного середовища.

3.1. Апробація роботи

Результати досліджень доповідались на Міжвузівській студентській конференції за напрямом Використання сучасних технологій менеджменту в цілях підвищення ефективності діяльності підприємств (Донецьк, 2015 р.), І відкритою Республіканської науково-практична конференції учнівської та студентської молоді, вчителів загальноосвітніх навчальних закладів і установ додаткової (позашкільної) освіти (Донецьк, 2015 р.), IX Міжнародній науковій конференція аспірантів і студентів за напрямом Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів (Донецьк, 2015 р.).

3.2. Публікації

За матеріалами магістерської роботи опубліковано 3 дослідних робіт, з них 3 тези доповідей на конференціях

4. Вміст ртуті у водних об’єктах на території Центрального Донбасу

Ртуть в дуже малих кількостях присутній у поверхневих природних водах, основним сховищем у водних системах є донні відклади. На знаходження у водному середовищі тієї чи іншої форми ртуті впливають кислотність водного середовища і її окислювальний потенціал [3].

У водах ртуть мігрує в двох основних фазових станах – у розчині вод (розчинені форми) і в складі суспензії (виважені форми). У свою чергу, в розчині вод вона може знаходитися у вигляді двовалентного іону, гідроксиду ртуті, комплексних сполук з хлором, органічним речовиною і ін). Серед сполук Hg (II), за своїм екологічним і токсикологическому значенням особлива роль належить ртутьорганическим з’єднанням. Високими концентраціями ртуті характеризуються техногенні мули, активно накопичуються у річках і водоймах, куди поступають стічні води промисловості. Рівні вмісту ртуті в них досягають 100–300 мг/кг і більше (при тлі до 0,1 мг/кг). Відомі випадки, коли кількість ртуті, що надійшла зі стічними водами і накопичилося в таких мулах, становило десятки і сотні тонн. Нормальне функціонування таких річок і водойм, їх практичне використання можливе тільки при видаленні забруднених відкладень [4].

Типові фонові рівні валової ртуті (розчинені форми) в природних прісних водах становлять 0,03–0,07 мкг/л, у донних відкладеннях річок і прісноводних озер – 0,05–0,1 мг/кг, в прісноводних рослини – 0,04–0,06 мг/кг сухої маси. Зазвичай там, де немає вказівок на забруднення ртуттю, її рівні в питних водах рідко перевищують 0,1 мкг/л [5].

Наявність ртуті в поверхневих водних об’єктах міста Донецька обумовлено в більшій мірі техногенних надходженням цього елемента. Хімічний склад річкових вод знаходиться в прямій залежності не тільки від хімічного складу поверхневого стоку і підземних вод, але й від хімічного складу і кількості вод, що скидаються. Значний внесок вносять стічні води вугільних підприємств (шахтні води). Проникнення води у шахтні виробки відбувається з поверхні, з водоносних горизонтів з тріщин в гірських породах, а також з раніше пройденим підземних виробках. Відомо, що ртуть в процесі тектонічної активізації мігрувала і акумулювалася не тільки в ртутних родовищах, але і в пластах гірських порід. Тому зафіксовано, що ртуть має високі перевищення порівняно з кларковым змістом у вугіллях шахт центрального Донбасу. З роками дане перевищення збільшується, це в першу чергу пояснюється тим, що на території Донецького регіону (р. Горлівка) розташований Микитівський ртутний комбінат (нині недіючий). Було виявлено, що в місті Горлівка, особливо поблизу Микитівки вміст парів ртуті варіюється в межах від 155–300 до 1427–1680 мг/л [6].

Аналіз розподілу забруднення поверхневих вод ртуттю показує, що основну роль у забрудненні навколишнього середовища цим металом грають вуглевидобувні (шахти), углеперерабатывающие і углепотребляющие підприємства, а також побутове спалювання вугілля. Середній вміст ртуті в перегорілих відвалах вугільних шахт і збагачувальних фабрик складає 0,185 мг/кг. У гарячих ж відвалах воно в десять разів більше (1,85 мг/кг). Навколо териконів вугільних шахт кількість ртуті набагато більше фону. В шламах коксохімічних заводів кількість ртуті 1,12-1,18 мг/кг, а в золу і шлаки теплових електростанцій, що працюють на Донецькому вугіллі вміст ртуті – від 0,17 до 1,55 мг/кг. Необхідно зауважити, що на січень 2012 року у Донецькій області працювало 95 вугледобувних підприємств. Станом на січень 2015 року ситуація значно змінилася, велика кількість шахт тимчасово перестали функціонувати – це пов’язано в першу чергу з політичним становищем Донбасу, але також є й інші причини. Дана ситуація тягне за собою природне затоплення шахт підземними водами, так як відкачування шахтних вод не проводиться і як результат – масштабне забруднення сполуками ртуттю, іншими домішками усіх об’єктів навколишнього середовища. Аномальні концентрації ртуті в поверхневих водних об’єктах встановлені і в інших районах Донбасу, наприклад, у р. Горлівка більше 100 років добувалися і перероблялися ртутні руди Микитівського родовища, а також розташовані кілька крупних коксохімічних заводів [8].

До небезпечних районів Донецької області по загальному тлу концентрацій ртуті можна віднести міста Макіївка, Дзержинськ, Єнакієве, Авдіївка, Маріуполь, Костянтинівка та інші. Ці території потребують особливої уваги у сфері контролю якості навколишнього середовища [8].

5. Дослідження вмісту сполук ртуті у різних водних об’єктах Донецького регіону

Для правильної аналітичної оцінки забруднення води рішуче значення має правильний відбір проб води. Разові проби – це одиничні проби, які відбираються вручну або автоматично з поверхні води, на певних глибинах або з дна. Кожна проба характеризує якість води лише зараз і в даному місці. Для відбору проб води використовують посуд з боросилікатного скла, кварцу, полисульфона або фторовані поліетилену-пропілену. Скляний посуд очищають звичайним способом (вода і мильні засоби), обполіскують 10 % азотною кислотою, потім дистильованою водою для видалення слідів важких металів. Визначення ртуті у водних розчинах здійснюють з допомогою непламенного атомно-абсорбційного методу аналізу, заснованого на вимірюванні поглинання випромінювання з довжиною хвилі 253,7 нм атомами ртуті, які виділяються з аналізованої проби після відновлення ртуті до елементного стану. В основу роботи аналізатора ртуті Юлія–2 покладено поглинання випромінювання атомами ртуті в ультрафіолетовій області спектру. Для підготовки проби використовується загальноприйнята методика, яка викладена в основній частині роботи. Діапазон вимірювання концентрацій ртуті від 0,0015 до 0,015 мкг/см3. Значення відносної похибки аналізатора не перевищує 20 %.

Для дослідження на наявність ртуті в шахтних водах Донецько-Макіївського вуглепромислового басейну були обрані шахти, розташовані в різних районах міста, що мають різні гідрогеологічні умови. Також були взяті проби з природних поверхневих водних джерел. Аналіз показав, що в 70 % випадках її концентрація перевищує гранично-допустимі рівні.

6. Апробація існуючих методів очищення стічних вод від сполук ртуті

Для виділення із стічних вод ртуті використовують реагентні (відновники: сульфід заліза, сульфат натрію, гідразин, залізний порошком, газоподібний сірководень та інші), сорбційні та іонообмінні методи очищення. Реагентным способом видалення розчинних у воді сполук ртуті є переведення їх у важко розчинний сульфід ртуті і осадження його. Для цього стічні води спочатку додають сульфат натрію, натрію гідросульфід або сірководень. Потім обробляють воду хлоридами натрію, калію, магнію, кальцію або сульфитом магнію в кількості 0,1 мг/л. В цих умовах сульфід ртуті осідає у вигляді гранул. Для вилучення тонкодисперсних колоїдних частинок сульфіду ртуті доцільно додавати коагулянти. Осад сульфіду ртуті відокремлюють від стічних вод на вакуум-фільтрах або фільтр-пресах. Відділення НgS до залишкової концентрації 0,001 мг/л можна забезпечити і на вугільних фільтрах. Відпрацьований вугілля, що містить сульфід ртуті, спалюють у печі або піддають обробці для рекуперації ртуті. Сорбційні методи – процеси утворення амальгами ртуті в електричному полі. Спосіб придатний для очищення стічних вод, що містять від 0,01 до 100 мг/л сполук ртуті. У цьому процесі стічна вода фільтрується через шари скляних куль, покритих міддю або цинком. Кулі є катодом, а зовнішній корпус апарату – анодом. При регенерації фільтруючого завантаження виробляють переполюсовку електродів. При іонообмінних методи відбуваються реакції обміну: розчинена ртуть повністю переходить з розчину на поверхню катіоніту і виходить з іонообмінних фільтрів вода практично не містить іонів ртуті [9].

Зазначені методи очищення води від сполук ртуті очищають її до певних значень, однак вони не досягають гранично допустимих норм. Проведення численних аналізів і випробування в лабораторних умовах всіх існуючих методів очищення показали, що найбільш якісно в умовах Донецького регіону зменшення концентрацій сполук ртуті можливо досягти методом переведення їх у важко розчинні речовини, з подальшим осадженням їх видаленням з води, що очищається [10].

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2015 року. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Список джерел

  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.