Комплексная оценка токсичности промышленных отходов предприятий Кемеровской области

УДК 543.2:658.567

Н.В. Журавлева, Т.Н. Воропаева, О.В. Иваныкина

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ ПРЕДПРИЯТИЙ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Современный этап развития промышленного производства характеризуется большими объемами промышленных отходов, которые попадают в окружающую среду, способствуя ее загрязнению. Контроль промышленных отходов как наиболее токсичных, часто устойчивых к разложению и опасных для человека и среды его обитания является особенно актуальным. Исследования токсичности промышленных отходов связаны с осуществлением нормирования и лицензирования, а также совершенствования системы обращения с отходами, разработкой схем управления качеством окружающей среды на территориях складирования, формированием рынка вторичных ресурсов и вовлечением их в оборот в качестве сырья.

Основными задачами исследования отходов являются:

- максимальная идентификация качественного и количественного состава отходов;

- выделение приоритетных компонентов отходов, определяющих его токсичность;

личных загрязнителей. Одним из достоинств методов биотестирования является определение общей токсичности, обусловленной присутствием экотоксикантов, которые не нормируются существующими стандартами, однако обладают способностью вызывать разнообразные токсические, ци-тотоксические, генотоксические или мутагенные эффекты.

Химические и физико-химические исследования промышленных отходов включают определения широкого перечня приоритетных органических загрязнителей и токсичных неорганических соединений. Достоинством этой группы методов является большая информативность, что позволяет идентифицировать токсичные соединения в отходах.

Каждая группа методов имеет свои достоинства и недостатки. Применимость какого-либо одного или группы методов для исследований конкретного вида отходов определяется составом пробы и задачами исследования. Большинство

Методы исследования токсичности промышленных отходов

I

Химические

Титриметрия

Гравиметрия

I

Физико-химические

1

Биологические

— Эмиссионная спектроскопия

— Абсорбционная спектроскопия

— Атомно-абсорбционная спектроскопия

— Потенциометрия

— Вольтамперометрия

— Хроматография

— Тест на дафниях

— Тест на цериодафниях

Рис. 1. Методы исследования токсичности промышленных отходов

- ориентировочное прогнозирование возможности и наиболее вероятных путей негативного воздействия отходов на окружающую среду и человека;

- расчет (определение) ориентировочного класса опасности отходов.

В исследованиях промышленных отходов предпочтение отдается современным аналитическим методам, которые обеспечивают определение токсичных веществ с наибольшей чувствительностью и селективностью. Для оценки токсичности отходов используются различные химические, физико-химические и биологические методы исследования (рис. 1).

В последнее время большое внимание уделяется исследованиям биологического действия раз-

промышленных отходов являются сложными объектами для химического анализа, поэтому часто возникает необходимость в дополнительном проведении работ с целью оптимизации существующих аналитических методик.

На сегодняшний день в Кемеровской области принята следующая схема анализа отходов: определяется только основной компонентный состав (сумма результатов анализа должна быть близка к 100 %), который представлен в основном породообразующими элементами - 81, Бе, А1, Са, Mg, 8, О и т.д. (табл. 1).

Такой подход к исследованию отходов приводит к необъективным данным о токсичности, так как микроколичества токсичных элементов и органических веществ не определяются вовсе или

Таблица 1. Программа исследования токсичности отходов, действующая в Кемеровской области

Показатели Диапазоны содержания в отходах, % Включено/не включено в программу

Определение валового содержания компонентов: 1. Породообразующие соединения: SiO2, Al2O3, Fe2Ö3, TiO2, CaO, MgO, MnO, K2O, Na2O, SO3, P2O5, C, H 2. Влага общая 3. Тяжелые металлы 4. Органические токсиканты 97-99 1-3 0,001-0,03 0,00001 и менее Включено Включено Ограничено включено Ограничено включено

Определение подвижных форм элементов 0,0001-0,001 Не включено

Определение водорастворимых форм элементов 0,00001 и менее Не включено

Таблица 2. Комплексная программа исследования токсичности промышленных отходов

Этапы исследования Определяемые показатели Метод исследования

1. Предварительное исследование по определению валового содержания элементов спектральным полу-количественным методом в сложных пробах неизвестного состава Си, РЬ, гп, Со, В1, N1, Сг, Мп, Т1, Лб, Мо, Л§, Ва, Ы, БЬ, Бп, ве, W, УЬ, ва, Ве, №, Бе, Бг, С4 Ре, Л1, Б1, Мя, Са, К, Na, Ия, гг, Р, V, У Эмиссионная спектроскопия

2. Количественное определение содержания соединений в валовой, подвижной форме и водной вытяжке Формальдегид, ацетон, метанол, С№ , NH4+, N02 Абсорбционная спектроскопия

V3+, Со2+, Мп2+, Си2+, Мо2+, Лб3+, Ия2+, Сг3+, Сг6+, БЬ3+, W6+, К+, Na+ Атомно-абсорбционная и атомно-эмиссионная спектроскопия

Ш3-, Б-, Вг-, I-, pH Потенциометрия

Б042+ Гравиметрия

рь2+, гп2+, Са2+, N12+ Вольтамперометрия

С1-, Са2+, Мя2+ Титриметрия

Бенз(а)пирен и другие 16 ПАУ, симм-триазиновые пестициды Жидкостная хроматография

Хлорорганические пестициды Газовая хроматография

Фенолы, летучие ароматические углеводороды, фосфорорганиче-ские пестициды Хромато- масс-спектрометрия

3. Дополнительное исследование по идентификации органических загрязнителей в сложных пробах неизвестного состава Органические экотоксиканты Хромато- масс-спектрометрия

4. Биотестирование отходов V класса опасности Общая токсичность Биотестирование с использованием дафний в качестве тест-объектов

определяются в недостаточном объеме.

Программа изучения отходов, разработанная в ОАО «ЗСИЦентр» (табл.2) включает исследования по следующим направлениям: определение токсичных органических веществ (полицикличе-ских ароматических углеводородов (ПАУ), фенолов, хлорорганических, фосфорорганических и симм-триазиновых пестицидов, летучих ароматических углеводородов, нефтепродуктов, СПАВ, формальдегида); определение валовых, подвижных и водорастворимых форм токсичных неорганических веществ (V, С4 Со, Мп, Си, Мо, Лб, N1,

Ия, РЬ, Сг, гп, БЬ, W, фторид-, цианид-ионы). В результате такого комплексного исследования оценивается влияние отхода на окружающую среду (потенциальный запас токсичных элементов и веществ, поглощение их растениями и поступление в поверхностные и подземные воды).

При разработке программы комплексной оценки токсичности промышленных отходов выбор перечня токсичных элементов для исследования основывался на положениях нормативного документа [1], в котором приведены сведения о классе опасности химических веществ (табл. 3).

Этот список веществ может быть дополнен веществами, включенными в официальные перечни предельно-допустимых концентраций вредных веществ в воде водоемов и в почвах.

Оценка возможного неблагоприятного влияния промышленного отхода на окружающую среду проводится путем сопоставления уровня фактического содержания компонентов отхода в водном и буферном экстрактах с их ПДК для воды рыбохозяйственных водоемов (ПДКв) и содержания в мг/кг отхода с их ПДК в почве (ПДКп). Критерием загрязнения отхода является кратность превышения нормативов ПДКв и ПДКп. Показателем биологической активности отхода является соотношение подвижных и валовых форм агентов. На основании данных санитарно-химического анализа отхода рассчитывается ориентировочный класс опасности отхода.

Список определяемых химических веществ, предполагаемых компонентов отхода, составляется на основании данных о технологическом процессе производства - источника промышленного отхода. При отсутствии данных о составе отходов или их недостаточности на первом этапе исследований проводится предварительная оценка потенциальной опасности отходов методами эмиссионной спектроскопии и хромато-массспектро-метрии.

Для изучения промышленных отходов используются следующие методы - хромато-масс-спектрометрия, высокоэффективная жидкостная хроматография, капиллярная газовая хроматография, атомной спектроскопия с применением оборудования фирмы «Varian» (США): хромато-масс-спектрометра Satum 2000, жидкостного хроматографа серии 9012, газового хроматографа Star 3400, ICP Liberty Series II атомно-эмиссионного спектрометра с индуктивно связанной плазмой, SpectrAA 640Z GTA атомно-абсорбционного спектрометра с электротермической атомизацией, SpectrAA 640 атомно-эмиссионного спектрометра.

Таблица 3.Отнесение химических веществ, попадающих в почвуиз выбросов, сбросов, отходов к классам опасности

Класс Химическое вещество

1 As, Cd, Hg, Se, Pb, Zn, F, бенз(а)пирен

2 B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr

3 Ba, V, W, Mn, Sr, ацетофенон

Атомно-эмиссионный спектрометр с индуктивно связанной плазмой Optima 2000 (“PerkinElmer”, США) позволяет существенно снизить пределы определения элементов. Из группы современных инструментальных методов анализа хромато-масс-спектрометрия является одним из основных методов идентификации органических загрязнителей при изучении проб неизвестного состава.

По предложенной схеме исследован широкий перечень промышленных отходов предприятий черной [2, 3] и цветной металлургии [4], горной промышленности [5], теплоэнергетики [6], химико-фармацевтического производства [7], жилищно-коммунального хозяйства [8] и др. юга Кузбасса. Распределение приоритетных органических экотоксикантов, в частности ПАУ, для многих объектов изучено впервые [9, 10]. Систематизация проведена по 200 пробам отходов черной и цветной металлургии, 112 пробам вскрышных и вмещающих пород, 120 пробам золошлаковых отходов, 19 пробам осадков сточных вод.

Комплексный подход к исследованию промышленных отходов может быть использован для разработки методических рекомендаций, содержащих информацию по разным направлениям: по номенклатуре обязательных к изучению показателей для конкретных видов отходов, по определению какого либо одного загрязнителя в разных видах отходов, по возможностям аналитических методов в исследованиях групп отходов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ-17.4.1.02-83. Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения.

2. Журавлева Н.В. Органические загрязнители в отходах промышленных предприятий Кемеровской области // Управление отходами - основа восстановления экологического равновесия в Кузбассе: Сб. докладов Первой Международной научно-практической конференции. / Под ред. Е.В. Протопопова: СибГИУ. - г. Новокузнецк, 2005. С.91-96.

3. Журавлева Н. В. Приоритетные органические экотоксиканты коксохимического производства. // Металлургия России на рубеже ХХ1 века: Сб. научн. тр. Международной научно-практической конференции./ Под общ. ред. Е.В. Протопопова: СибГИУ. - Новокузнецк, 2005. Том II. С.312-317.

4. Журавлева Н.В., Бобкова Т.А. Определение полициклических ароматических углеводородов в отходах производства алюминия методом высокоэффективной жидкостной хроматографии // Перспективы развития технологий переработки вторичных ресурсов в Кузбассе. Экологические, экономические и социальные аспекты: Труды региональной конференции, г. Новокузнецк, 9-11 октября 2003 г. / Под общ. ред. Ф.И. Иванова и В.К. Буторина: НФИ КемГУ. Новокузнецк, 2003. С.87-88.

5. Иваныкина О.В., Журавлева Н.В., Старыгина А.Ю. Содержание тяжелых металлов в отходах горно-добывающей промышленности Кемеровской области. // Вестник горно-металлургической секции

РАЕН. Отделение металлургии: Сборник научных трудов. Вып. 17: СибГИУ. Новокузнецк, 2006. С.174-179.

6. Журавлева Н.В. , Бобкова Т.А. Определение полициклических ароматических углеводородов в золошлаковых отходах. // Вестник горно-металлургической секции РАЕН. Отделение металлургии: Сборник научных трудов. Вып. 14: СибГИУ. Новокузнецк, 2005. С.284-289.

7. Журавлева Н.В. Идентификация летучих органических соединений в отходах ОАО «Органика» методом статистического парофазного анализа в сочетании с капиллярной хроматографией и масс-спектрометрией // Перспективы развития технологий переработки вторичных ресурсов в Кузбассе. Экологические, экономические и социальные аспекты: Труды региональной конференции, г. Новокузнецк, 911 октября 2003 г. / Под общ. ред. Ф.И. Иванова и В.К. Буторина: НФИ КемГУ. Новокузнецк, 2003. С.84-85.

8. Иваныкина О.В., Журавлева Н.В., Старыгина А.Ю. Содержание токсичных элементов в осадках сточных вод очистных сооружений предприятий Кемеровской области. // Перспективы развития технологий переработки вторичных ресурсов в Кузбассе. Экологические, экономические и социальные аспекты: Труды II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, г. Новокузнецк, 4-6 октября 2006 г. / Под общ. ред. Ф.И. Иванова, С. А. Шипилова; НФИ КемГУ. - Новокузнецк, 2006. С.70-71.

9. Журавлева Н.В., Сенкус В.В. Приоритетные органические экотоксиканты в объектах окружающей среды Юга Кузбасса. // Вестник КемГУ, 2005. .№3. С.29-36.

10. Журавлева Н.В., Бобкова Т.А. Изучение распределения полициклических ароматических углеводородов в почвах и оценка степени их техногенного влияния на окружающую среду. // Перспективы развития технологий переработки вторичных ресурсов в Кузбассе. Экологические, экономические и социальные аспекты: Труды II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, г. Новокузнецк, 4-6 октября 2006 г. / Под общ. ред. Ф.И. Иванова, С.А. Шипилова; НФИ КемГУ. -Новокузнецк, 2006. С.72-73.

Авторы статьи:

Журавлева Наталья Викторовна

- канд. хим. наук, ведущий специалист по хроматографии ОАО «ЗСИ-

Центр»

Воропаева Татьяна Николаевна

- зам. генерального директора ОАО «ЗСИЦентр»

Иваныкина Оксана Владимировна

- инженер-химик ОАО «ЗСИЦентр»