V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Проблема загрязнения окружающей среды фтором имеет важное региональное значение в окрестностях алюминиевых и криолитовых производств [1]. Фтор занимает среди элементов особое положение. Ни у какого другого элемента физиологически необходимое количество не находится в такой близости от дозы, оказывающей токсическое действие [2]. Фтор принимает участие в формировании зубов и костей, влияет на обмен жиров и углеводов. Во многих биохимических процессах фтор выступает как ингибитор, например, оказывает угнетающее действие на щитовидную железу. Характер у него весьма агрессивный и работа с ним опасна: малейшая неосторожность – и у человека разрушаются зубы, волосы, ногти, развиваются кожные заболевания, ухудшается состояние слизистых [3].

Южно-Уральский криолитовый завод, расположенный в центре Кувандыкского района Оренбургской области РФ, входит в состав Объединенной компании «Российский алюминий» (UC Rusal). Предприятие запустили в эксплуатацию в 1954. Продукция предприятия поставляется на большую часть алюминиевых заводов России. В настоящее время завод производит около 70 тыс. тонн фтористых солей, кроме того на предприятии выпускаются неорганические кислоты, соединения натрия, противовспенивающие присадки для смазочных материалов и восков, присадки для смазочных масел, соединения легких металлов и многое другое [3].

Криолит является одним из важных фторсодержащих химических продуктов. Криолит используется главным образом в качестве флюса в производстве алюминия. На одну тонну алюминия расходуется около 32 кг криолита, причем регенерируется только 18 кг криолита. Промышленное производство криолита из кремнефтороводородной кислоты по методу УНИХИМ основано на взаимодействии растворов трифторида алюминия и фторида натрия по реакции:

mNaF(p)+ AlF_{3 (p)} = mNaF*AlF_{3 (тв) (}1)

Исходные растворы фторидов получают из кремнефтороводородной кислоты при действии на нее соответственно гидроксидом алюминия или содой по реакциям:

Na₂SiF_{6 (p)} +2Al (OH) _{3 (тв})= 2А1F_{3 (p)} +SiO₂*H₂O(_{тв) (}2)

Na₂SiF_{6 (p)} +ЗNа₂СО_{3 (p)} = 6NаF(p)+ SiO₂*nH₂O(_тв)+СО_{2 (г) (}3)

В данной технологической схеме образуется два типа отходов: жидкие - маточные растворы, образующиеся в процессе отстаивания пульпы криолита и фильтровании; газовые – дымовые газы, образующиеся при сушке криолита [4].

При этом отходы содержат смесь различных веществ, в том числе HF, Al(OH)₃, Na₂CO₃, H₂SiF₆, H₂SO₄, криолит и другие. С отходящими газами образующимся при сушке увлекаются частицы криолита и сопутствующих веществ, в том числе и пары HF. Эти отходы ставят ряд проблем по их использованию и нейтрализации. Часть отходов: маточные растворы, образующиеся при отстаивании суспензии криолита, растворы, образующиеся на стадии очистки отходящих газов, а также растворы, образующиеся при нейтрализации содовым раствором паров HF идет на содоприготовление. Предварительно маточники отстаиваются, для более полного отделения криолита [3].

Другую часть отходов, которую нельзя использовать поступает на станцию нейтрализации, где идет поглощение вредных веществ и перевод их в труднорастворимую форму. Нейтрализацию ведут при помощи извести, полученная суспензия из труднорастворимых веществ кальция и фтора, поступает в пруд-осветлитель. Из этого пруда оборотная вода направляется на приготовление и суспензий. На территории района расположено предприятие, имеющее собственный водозабор. Ежегодно ОАО «ЮУКЗ» использует 423,68 м³ воды для промышленных нужд.

В связи с существующей в окрестностях города Кувандыка проблемой загрязнения поверхностных вод фтором целью нашей работы явилось исследование содержания фтора в местных водоемах. Для достижения этой цели нами в 2010-2012 гг. были взяты пробы воды из ручья Мулдакай и реки Кураганка.

Ручей Мулдакай является временным водотоком, впадающим в р. Сакмара в пределах города Кувандыка. Русло ручья было создано искусственно во время сооружения второго шламохранилища и предназначалось для отведения талых вод от него. Движения воды начинается в апреле и заканчивается в конце июня. Ручей орошает значительный участок территории, непосредственно прилегающую к территории города.

Река Кураганка является левым притоком Сакмары, который впадает в неё на территории города Кувандык. Её протяжённость составляет около 60 километров, на основании этого она относится к малым рекам. Местное население использует воду Кураганки для орошения и купания в теплый период года [5].

Содержание фтора в пробах воды определяли по «ГОСТ 4386-89. Вода питьевая». Метод основан на способности фторид-иона образовывать растворимый в воде тройной комплекс сиренево-синего цвета, в состав которого входит лантан, ализарин-комплексон и фторид. Интенсивность окраски раствора фотометрировали при длине волны (l = 600 ± 10) нм.

Следует упомянуть, что в связи с тем, что на территории Кувандыкского района низкая обеспеченность поверхностными водами пригодными для хозяйственно-питьевого водоснабжения в качестве основного источника водоснабжения для населенных пунктов подземные воды используются. Поверхностные воды используются для полива приусадебных участков и как место отдыха для населения.

В таблицах 1 и 2 представлены усредненные значения содержания фтора и рН в воде ручья Мулдакай и реки Кураганка за период 2010 – 2012 года.

Фтор относится к 3 классу опасности. Его содержание в водах рыбохозяйственного назначения не должно превышать 0,05 мг/л. Исходя из таблиц можно сделать вывод, что содержание фтора в воде ручье Мулдакай превышает норму в несколько раз. В то время, как известно, что воды поверхностных источников в целом обычно характеризуются низким содержанием фтора [6]. Следовательно, высокие содержания фтора в поверхностных водах на территории города Кувандык (ручей Мулдакай и река Кураганка) являются следствием сброса промышленных фторсодержащих сточных вод ОАО «ЮУКЗ».

Таблица 1

Динамика изменения химических показателей воды в руч. Мулдакай

по годам исследования

Годы	Фтор мг/л	рН
2010	8,26	7,8
2011	3,76	7,9
2012	1,5	7,8
ПДК	0,05	6,5-8,5

Таблица 2

Динамика химических показателей воды в р. Кураганка по годам исследования

Годы	Фтор мг/л	рН
2010	0,33	7,7
2011	0,22	7,8
2012	0,20	7,5
ПДК	0,05	6.5-8,5

Известно, что высокий уровень фтора, воздействуя на зубы в течение длительного времени, может нанести человеку вред. Например, при слишком больших дозах фтора может возникнуть флюороз зубов – изменение цвета эмали, ломкость и выкрашивание. Более экстремальные, токсические воздействия фтора могут даже привести к смерти, если человек потребляет слишком много этого элемента. При передозировке фтора налицо следующие симптомы: тошнота, рвота с кровью, диарея, боли в животе, слюнотечение, слезотечение, общая слабость, поверхностное дыхание, повышенная усталость, судороги.

Кроме того, воздействие высокой концентрации фтора приводит к ослаблению костей и флюорозу скелета (тугоподвижности суставов и болям). В повышенных дозах фтор нарушает синтез коллагена и приводит к разрушению коллагена в костях, сухожилиях, мышцах, коже, хрящах, легких, почках и трахеях, а также приводит к ранним морщинам на коже. При повышенных дозах фтор нарушает работу иммунной системы и заставляет ее атаковать собственные ткани организма, а также увеличивает скорость роста опухолей при склонности к раку.

При широком спектре хронических заболеваний фтор может вызвать аллергические реакции, включая дерматит, экзему и крапивницу [2]. Фтор в больших количествах вызывает врожденные дефекты и генетические нарушения. Фтор может усугубить течение заболевания почек, сахарного диабета и гипотиреоза [1].

В литературе приводятся данные об устойчивости и чувствительности к воздействию фтора некоторых видов дикорастущих и культурных растений. Обычно к устойчивым растениям относят спаржу, фасоль, капусту, морковь и иву, тогда как к чувствительным видам принадлежат ячмень, кукуруза, гладиолус, абрикос, сосна, лиственница. Однако реакция растений на воздействие фтора зависит от некоторых особенностей генотипа, ряда биологических и природных факторов [2]. Более высокие концентрации фтора обычно характерны для надземных частей растений. Как правило, его содержания в растениях незагрязненных районов не превышают 30 мг/кг сухой массы.

ВЫВОДЫ

1. Содержание фтора в воде ручья Мулдакай и реки Кураганка, протекающих по территории города Кувандыка Оренбургской области, превышает ПДК, установленные для водоемов рыбохозяйственного назначения.

2. Максимальное превышение содержания фтора в шестнадцать с половиной раз отмечено в ручье Мулдакай в 2010 году и в реке Кураганка в шесть с половиной раз в 2010 году.

3. Учитывая характер воздействия повышенных концентраций фтора в окружающей среде на человека, животных и растения, следует признать необходимым создание программы комплексного мониторинга, предусматривающего изучение содержания фтора во всех видах депонирующих сред (почва, вода, растения, ткани человека и животных, продукты сельского хозяйства).

ЛИТЕРАТУРА

1. Боев В.М. Антропогенное загрязнение окружающей среды и состояние здоровья населения Восточного Оренбуржья / В.М. Боев, М.Н. Воляник. – Оренбург: УрО РАН, 1995. - 127 с

2. Гусев Н.Ф. Лекарственные и ядовитые растения как фактор биологического риска / Н.Ф. Гусев, О.Н. Немерешина, Г.В. Петрова, А.В. Филиппова – Оренбург: Изд. центр ОГАУ. 2011. - 400 с.

3. Гладышев А.А. Продуцирование биологически активных веществ в тканях Urtica dioica L. на шламовом поле криолитового производства. / А.А. Гладышев, Н.Ф. Гусев, О.Н. Немерешина // Известия ОГАУ. 4(36) Оренбург – 2012. С. 215-218.

4. Гладышев А.А. Естественное восстановление растительного покрова на шламовом поле криолитового производства. / Гладышев А.А., Гусев Н.Ф., Немерешина О.Н. // Безопасность в техносфере 1(34)/2012 январь-февраль. Москва: Форум. – 2012. – С. 20-24.

5. Филиппова А.В. Оптимизация использования осадков сточных вод в агроценозах степной зоны / А.В. Филиппова, А.А. Мелько // Современные наукоемкие технологии. 2009. № 9. – С. 100-103.

6. Филиппова А.В. Мониторинг экологического состояния малых рек степного Оренбуржья (Россия) / А.В. Филиппова, А.А. Мелько, Е.В. Тютина // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2009. № 6. – С. 51-52.

Код для цитирования: Скопировать