В течении XX столетия структура использования ртути претерпела значительные изменения. Почти полностью прекратилось ее использование для амальгамирования золота при его добыче, для производства взрывчатых веществ, косметических средств, фетра, заметно сокращено использование в медицине и фармакологии. Наблюдалось некоторое увеличение ее использования в химической, электротехнической и приборостроительной отраслях.
В Иркутской области концентрация ртути в воде у левого берега Ангары, где в основном и расположены основные промышленные предприятия почти в 4 раза выше, чем у правого [1].В Иркутской области главным поставщиком ртути в окружающую среду является химическая промышленность, представленная ОАО «Усольехимпром» и ОАО «Санск-химпласт», где до недавнего времени получали хлор и каустическую соду электролизом на ртутном катоде.
С течением времени, элементарная ртуть окисляется до растворимых в воде ионов Hg(II), которые вместе с дождевой водой выпадают на землю. Поступив в водную среду, неорганическая ртуть растворяется в ней, оседает в донных отложениях, либо при помощи бактерий трансформируется в метил-ртуть или демитилртуть . После чего метилированная ртуть начинает свое движение по трофической цепи: фитопланктон → зоопланктон → планктоноядные виды рыб → хищные виды рыб → человек. Рыбы также поглощают метилртуть из воды, фильтруя ее жабрами при дыхании. В итоге по сравнению с содержанием ее в воде, в рыбе ее концентрация увеличивается в 103-104 раз в зависимости от вида рыбы и ее возраста.
Широкую известность проблема «ртутной интоксикации» приобрела в мире после событий в Японии, произошедших в 1956 году. Здесь была открыта так называемая «болезнь Минамата» и было установлено, что соединения ртути, использующиеся на химическом предприятии «Chisso СЬешіеаІ» в качестве катализатора при производстве винилхлорида, ацетилена и азотных удобрений, вместе со сточными водами сбрасывались в залив и стали источником отравления рыбы и моллюсков, употреблявшихся в пищу жителями близлежащих городов и деревень.
Массовое отравление ртутьсодержащими соединениями имело место не только в Японии. Симптомы ртутной интоксикации уже четко проявились в рыбацких поселках Амазонки, где золотая лихорадка привела к интенсивному использованию ртути. По оценкам экспертов, здесь ежегодно выбрасывается в окружающую среду до 200 тонн ртути.
Ртуть и ее соединения являются веществами первого класса опасности и их содержание строго лимитируется во всех компонентах окружающей среды, питьевой воде, воздухе рабочих помещений и продуктах питания.
Длительное поступление ртутьсодержащих сточных вод крупных химических производств в Братское водохранилище, р. Ангару и ее притоки привело к накоплению ртути в донных отложениях. В силу особенности ртути сохраняться в воде и почве создалась реальная угроза передачи ее в метилированной форме по трофическим цепям и концентрирования в продуктах питания основных источников поступления метилированной ртути в организм человека. По содержанию ртути среди продуктов питания для жителей побережья Братского водохранилища наиболее опасной является рыба. Высокие концентрации ртути (от 1 до 8 ПДК) зарегистрированы в мышцах и печени сома, окуня, леща, сороги. Минимальные уровни отмечаются в омуле, хариусе, сиге. Необходимо отметить, что интоксикация метилированной ртутью представляет собой серьезную опасность для человека, поскольку характеризуется в отличие от интоксикаций неорганической ртутью и ее соединениями необратимостью патологических процессов.
Автором были исследованы сточные воды цеха 2101 АО «Усольехимпром».
После цеха 2101 вода до очистки поступает в колодцы 401 и 412, после очистки поступает в колодцы 324 и 616. В сточных водах до очистки присутствуют компоненты-NaOH и Hg, в воде после очистки присутствуют компоненты - NaOH, Hg, NaHS, Cl1, H1.
Сточные воды цеха 2101(ртутный электролиз) обрабатывались индукционными токами 1= 0,5; 1; 2; 3; 4 A и результаты измерений свели в табл. 1. По данным табл. 1 автором было выполнено математическое моделирование поверхности Бн = D(t, T, I) изучаемого процесса, получено предварительно уравнения 2-поверхностей DH= F(I, t), DH.= Ф(1, T) [2].
Таблица 1. Результаты измерений очистки сточных ртутьсодержащих вод, обработанных индукционными токами I= 0,5; 1; 2; 3; 4 A
|
Ток |
I=0,5А |
I= 1 А |
I=2А |
I= 3А |
I= 4А |
|||||||||||||
|
N |
t |
Т0 C |
Плотн. оптичес. |
Т0 С |
Плотность оптическая |
Т0 С |
Плотн оптичес. |
T0 С |
Плотность оптичес. |
Т0 С |
Плотн оптич. |
|||||||
|
DH. |
DK |
DH |
Dк |
D*K |
DH |
Dк |
DH |
Dк |
D*K |
DH |
Dк |
|||||||
|
1 |
0 |
24 |
0.85 |
0.60 |
24 |
0.85 |
0.60 |
0.56 |
24 |
0.85 |
0.56 |
24 |
0.85 |
0.60 |
0.56 |
24 |
0.85 |
0.60 |
|
2 |
6 |
24 |
0.58 |
0.50 |
24 |
0.50 |
0.45 |
0.30 |
26 |
0.48 |
0.24 |
26 |
0.44 |
0.30 |
0.08 |
26 |
0.39 |
0.2 |
|
3 |
10 |
25 |
0.49 |
0.40 |
25 |
0.42 |
0.38 |
0.2 |
27 |
0.38 |
0.18 |
27 |
0.35 |
0.29 |
0.06 |
27 |
0.32 |
0.16 |
|
4 |
20 |
25 |
0.36 |
0.28 |
26 |
0.25 |
0.21 |
0.15 |
27 |
0.23 |
0.1 |
29 |
0.22 |
0.15 |
0.03 |
31 |
0.2 |
0.09 |
|
5 |
30 |
25 |
0.31 |
0.23 |
26 |
0.2 |
0.15 |
0.12 |
28 |
0.21 |
0.08 |
31 |
0.2 |
0.11 |
0.02 |
33 |
0.18 |
0.07 |
|
6 |
40 |
26 |
0.29 |
0.2 |
27 |
0.15 |
0.12 |
0.1 |
28 |
0.19 |
0.06 |
33 |
0.2 |
0.09 |
0.02 |
35 |
0.14 |
0.05 |
|
7 |
50 |
26 |
0.24 |
0.18 |
28 |
0.1 |
0.08 |
0.06 |
29 |
0.16 |
0.04 |
35 |
0.18 |
0.07 |
0.01 |
37 |
0.09 |
0.04 |
Из уравнения модели (3) вычисляем оптимальные значения входящих параметров, которые будут равны
tопт= 20,5 мин.,
Топт = 35 0С,
Iопт. = 4A.
В результате исследований установлено, что с увеличением тока интенсивность очистки сточных вод повышается, время обработки сточных вод достаточно в течение 20 мин.
Решение проблемы ртутного загрязнения Братского водохранилища можно представить в виде ряда комплексов организационно - технологических мероприятий, модели которых основаны на исследованных и разработанных автором электрохимических способах обработки электролитов [3] и др.
I. Прежде всего, представляется важным провести мониторинг концентрации ртути в донных отложениях по всей площади Братского и Усть-Илимского водохранилищ, в результате которого выявятся локализованные места с наиболее высокой концентрацией ртутных соединений и скоплений металлической ртути. Систему спектральных фотоколориметров возможно создать на основе активизации водной среды с помощью индукционных токов, в результате чего селективными фотоэлементами можно выявлять локализованные скопления ртути и её соединений.
II. Следующим важным и сложным комплексом мероприятий представляется удаление больших скоплений металлической ртути путём отсасывания специальными насосами, описанными в литературе, например по [4] и др. Принцип действия такого насоса также основан на индуцировании электротока в электролите - жидком проводнике, например, в металлической ртути с помощью бегущей волны электромагнитного поля, создаваемой трёхфазной зигзагообразной обмоткой. Действительно, при включении электропитания на трехфазную зигзагообразную обмотку каждая ее фаза создает магнитный поток, величина которого может быть выражена:
Фа = Ф0 sin ωt (4)
Фb = Фo sin(ωt +120o -120o)=Фo sin ωt (5)
Фc = Фo sin (ωt + 240o - 240o)= Фo sin ωt (6)
В результате суперпозиции этих фазных магнитных потоков вблизи внутренней поверхности корпуса насоса образуется общий магнитный поток величиной:
Фобщ = 3Фо sin ωt (7)
Таким образом, вдоль образующей цилиндрической поверхности внутри корпуса создается бегущая волна магнитного поля, амплитуда которой 3Фо смещается с течением времени на величину:
φ = ωt (8)
В результате в электропроводящей рабочей среде индуцируется асинхронный короткозамкнутый ток, который увлекается за бегущей волной магнитного поля вместе с рабочей средой, что и приводит к образованию гидропотока по каналу насоса в направлении порядка следования фаз напряжения на фазах обмотки насоса. Так как по каналу насоса предотвращаются помехи гидропотоку, а взаимодействие магнитного поля с рабочей средой предотвращает деформации корпуса и абразивное трение частиц рабочей среды по внутренней поверхности корпуса, то этими обстоятельствами и обеспечиваются высокая надежность работы насоса и длительные сроки его эксплуатации при низком гидравлическом сопротивлении. При этом осуществляется возможность изменения направления гидропотока путем переключения порядка следования фаз напряжения на фазах обмотки с помощью коммутационной аппаратуры. Так как электропроводность электролитов различается в широких пределах в зависимости от состава, концентрации, температуры рабочей среды и частоты тока, то необходимым требованием к блоку электропитания насоса является наличие преобразователя частоты, например, тиристорного типа и др.
III. Очередным комплексом мероприятий в этом ряду представляется организация химическо
го связывания ртути в нерастворимые и инертные соединения. Эти процессы возможно осуществить с помощью, например, системы упомянутых выше многофазных индукционных электрокоагуляторов по патенту РФ 2077954, установив их на заданных глубинах с помощью системы понтонов и подключив к кабельной сети электропитания. В результате активизации индукционными токами ионы ртути вступают в связь с растворенными в водоёме веществами, образуя нерастворимые соединения [5].
Автор считает, что в данной работе новым являются следующее положение: до исследований автором считалось, что большие токи нельзя получать в электролитах, но индукционный способ позволил получать высокие токи вблизи первичной обмотки трансформатора, вторичной обмоткой которого является электролит.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Янин Е.П. Ртуть в окружающей среде промышленного города. М.: Изд-во института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов, 1992.
- Вертинская Н. Д. Математическое моделирование многопараметрических процессов в мнопокомпонентных системах /Вертинская Нелли Дмитриевна; ИрГТУ, 2001.- 289 с.
- Вертинская Н. Д. Математическое моделирование безэлектродного электрохимического и биологического процессов при обеззараживании природных вод: методическое указание для студентов специальностей ХТО, ХТС, ТЭП.- Иркутск: ИрГТУ, 2005.-234с.
- Вертинский П. А. Обоснование и расчёт работы и устройства магнитодинамического электролитного насоса. / П. А. Вертинский // Механизация строительства. № 11/2006.
- Патент № 2077954 РФ, В 03 С 5/00, C 02 F 1/46 Многофазный индукционный электрокоагулятор / А. П. Вертинский - № 94027789/2; заявлено25.04.94; Бюл. № 12/97.