СНИЖЕНИЕ РИСКА НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ПРИРОДНЫХ ОБЪЕКТОВ МЫШЬЯКОМ
, ,
Институт прикладной механики УрО РАН, Ижевск
ВВЕДЕНИЕ. Загрязнение соединениями мышьяка по ГОСТУ 17.4.1.02–83 «Охрана природы. Почвы» относится к 1–му классу опасности [1]. Одна из причин этого связана с нестабильностью форм мышьяка в окружающей среде. Наиболее токсичны и наиболее растворимы, как правило, соединения трех валентного мышьяка. Более безопасны соединения пятивалентного мышьяка [2]. Однако в различных природных условиях формы мышьяка могут трансформироваться одна в другую: из более опасной – в менее опасную и наоборот. Это следует учитывать при организации работ по обезвреживанию мышьяка, попавшего в результате различных инцидентов техногенного характера в такие природные объекты, как почва, вода, донные отложения водоемов. Например, попадание соединений мышьяка в окружающую среду может произойти при работах по уничтожению химического оружия, в случае различных ЧС на объектах по уничтожению люизита, в результате этого потребуются меры по устранению этих последствий [3]. Также мышьяк, зачастую, оказывается вне промплощадок отдельных промышленных предприятий, что приводит к существенному загрязнению мышьяком прилегающих к предприятиям объектам, что требует оздоровлению сложившейся ситуации [4].
МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ. Для моделирования загрязнениями мышьяка различных природных объектов использовались следующие соли трехвалентного мышьяка: Na3AsO3, NaAsO2. Соединения были получены из Карагандинского химико-технологического института (Республика Казахстан). Для разработки методов обезвреживания применяли следующие соединения: Na2S.9H2O; FeSO4.7H2O; H2SO4, а также хлорная известь: смесь Ca(OCl)2-CaCl2-Ca(OH)2. Анализ мышьяка проводился фотоколометрически [5].
Моделирование загрязнения почвы и водных образцов проводилось следующим способом. Соли трехвалентного мышьяка Na3AsO3 или NaAsO2 были растворены в воде с содержанием As 2 % масс. Различные количества этого раствора были добавлены в почву и водные образцы, характерные для Удмуртской Республики. После этого, нейтрализация загрязнений мышьяка проводилась с использованием двух методов (см. ниже). Проводили определение содержания мышьяка и сравнение его концентрации в водной вытяжке из почвы и его концентрации в воде до и после нейтрализации.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.
1.Обезвреживание подвижных форм мышьяка с получением труднорастворимых сульфидов:
Сульфиды являются одними из наименее растворимых и наименее токсичных соединений мышьяка. Для образования сульфидов мышьяка в загрязненной почве и водных образцах использовалась следующая методика. Загрязненную почву обрабатывали раствором 5 % - Na2S ( здесь и далее приведены массовые концентрации). После этого через час почву обрабатывали раствором 5 % FeSO4 и раствором 2 % H2SO4 так, чтобы pH водной вытяжки после обработки было в интервале 3-5. В этом случае должна протекать следующая реакция:
2Na3AsO3 + 4Na2S + 7 FeSO4 + 6H2O → As2S3↓ + 7Na2SO4 + FeS↓ + 6Fe(OH)2↓ (1)
В водные образцы с различным содержанием мышьяка добавляли 5 % раствор Na2S, 5 % раствор FeSO4, 2 % раствор H2SO4. После обработки концентрация мышьяка в водных образцах была определена через некоторое время.
2. Обезвреживание подвижных форм мышьяка с получением труднорастворимых арсенатов кальция и железа:
Арсенаты железо и кальция также как сульфид мышьяка, являются одними из наименее токсичных и растворимых соединений. Поэтому, они могут рассматриваться как соответствующие формы для локализации загрязнения мышьяка в природных объектах. Нейтрализация токсичных соединений мышьяка с получением этих веществ проводилась следующим способом. Загрязненные образцы почвы были последовательно обработаны суспензией хлорной извести и 5% раствором FeSO4. Значение pH водной вытяжки из почвы после обработки должно было составлять не ниже 6–8. Почва затем выдерживалась в течение 24 часов, и проводили анализ водной вытяжки из почвы до и после обработки.
В водные образцы выше упомянутые реактивы также были последовательно добавлены, и содержание мышьяка в них было проанализировано после некоторого времени. Реакции нейтрализации по данному методу могут быть написаны следующим образом:
8Na3AsO3 + Ca(OCl)2 + 12FeSO4 + 6H2O →
8FeAsO4↓+ 7CaSO4↓ + 4Fe(OH)3↓ + 14NaCl + 5 Na2SO4 (2)
2Na3AsO3 + Ca(OCl)2 + CaCl2 → Ca3(AsO4)2↓ + 6NaCl (3)
При анализе содержания подвижных форм мышьяка в природных объектах после обработки предлагаемыми методами было установлено, что их концентрации могут уменьшаться в 50–70 раз, что делает эти способы перспективными для обезвреживания и локализации загрязнений природных объектов мышьяком и приводит к снижению риска от воздействия таких загрязнений [3].
При решении по использованию того или иного метода следует учитывать характер загрязненных природных объектов. Если первый метод будет использоваться на хорошо аэрируемых почвах, с высокой степенью их механической обработки, в водах с высоким содержанием кислорода, то тогда будет происходить окисление трехвалентного сульфида мышьяка с дальнейшим повышением токсичности соединений мышьяка. Поэтому для таких систем будет более приемлем 2–й метод. В случае, если метод с получением арсенатов железа и кальция будет применяться на сильнозаболоченных, кислых почвах, в водах с недостатком кислорода, т. е. в системах в которых более выражены восстановительные условия, то токсичность после обработки соединений мышьяка в таких системах также начнет увеличиваться. Поэтому в этом случае следует использовать первый метод.
Сульфид мышьяка и арсенаты железа и кальция являются природными минералами этого соединения и формируются на разных природных геохимических барьерах: первые – на восстановительных; вторые – на окислительных [6]. Поэтому, в случае обезвреживания сбросов мышьяка для локализации загрязнения можно формировать искусственные геохимические барьеры с моделированием природных процессов по приведенным выше методам [7].
ВЫВОДЫ. Исследованы методы для нейтрализации мышьяка в природных объектах (вода, почва) с получением низкотоксичных и малорастворимых сульфидов мышьяка и арсенатов железа и кальция. После обработки содержание подвижных токсичных форм трехвалентного мышьяка уменьшилось в 50–70 раз. Таким образом, результаты использования этих методов могут считаться удовлетворительными, т. к. приводят к существенному снижению риска от воздействия токсичных форм мышьяка. При решении по их использованию необходимо провести предварительный общий анализ природной обстановки загрязненной территории. Методы могут быть также использованы при создании искусственных геохимических барьеров для локализации загрязнений мышьяка.
Список литературы
1. ГОСТ 17.4.1.02–83. Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения: ГосСтандарт, М., 1983.
2. Вредные химические вещества. Неорганические соединения V–VIII групп: Справ. изд. Под. Ред. и др. Л.: Химия, 1989. 592 с.
3. , , Петрова T.E. // Химическая физика и мезоскопия, 2006. Т.8. №4. С.447–454.
4. , , Петрова экологической обстановки на территории расположения СМК «Металлург». Отчет по НИР. Ижевск: ИПМ УрО РАН, 2007. 61 с.
5. Немодрук химия мышьяка. М.: Наука, 1976. 247 с.
6. Перельман . М.: Высш. шк., 1989. 528 с.
7. Petrov V. G., Trubachev A. V.//Book of Abstracts of 30-th Int. Symp. On Environmental Analytical Chem. (ISEAC 30), Espoo, Finland. 2000. PW34.
