Отвалы фосфогипса — источники загрязнения поверхностных и подземных вод

0
111
Отвалы фосфогипса — источники загрязнения поверхностных и подземных вод

К категории антропогенно образованных, дисперсных насыпных грунтов относится фосфогипс, который является отходом химической промышленности и образуется при производстве экстракционной фосфорной кислоты и сложных фосфорсодержащих удобрений из апатита и фосфорита. Объемы его образования зависят от вида используемого сырья. В зависимости от технологии, температуры и концентрации экстракционной кислоты фосфогипс образуется в форме дигидрата CaS04∙2H2O (гипс), полугидрата CaSO4∙0,5H2O или безводной соли кальция CaS04 (ангидрит).

Ежегодные накопления фосфогипса в мире составляют 120-150 млн. т., а в России — 14,0 млн. т. На отдельных предприятиях выход фосфогипса достигает 4,0 млн. т в год, а в отвалах складировано до 300 млн. т шлама. В связи с наращиванием мощностей и модернизации производства объемы таких отходов будут увеличиваться. Накопители шлама занимают достаточно большие площади. В настоящее время занимаемая ими площадь достигает 1000 га. Отвалы шлама образуют огромные горы, высота которых может достигать 60-65 м при углах наклона 25-380. Плотность фосфогипса без уплотнения составляет 0,8 т/м3, с уплотнением — 1,34 т/м3. В состав фосфогипса на основе Кольских апатитовых концентратов входят: СаО — 30-42%; S03 — 44-57%; Р205 (общ.) — 1,0-2,0%; Р205 (водораствор.) — 0,5-0,6%; F — 0,1-1,0%; Al2O3 — 0,3-5,0%; Fe2O3 — 0,2-2,0%; SiO2 — 0,3-10%; H2O — 25-40%.

Фосфогипс представляет собой белый рыхлый, жирный на ощупь материал, в отвалах содержит до 40% влаги. В пересчете на сухое вещество он на 94-97% состоит из гипса (CaSO4∙2H2O). В его составе присутствуют неразложившиеся фосфаты железа и алюминия (3,0-3,5%), неотмытая фосфорная кислота, фторсиликаты калия и натрия, фториды кальция. В фосфогипсе могут присутствовать соединения молибдена, кобальта, марганца, меди, цинка, стронция и др. Суммарно содержание этих примесей составляет 0,92%. Основными примесями, ограничивающими широкое использование фосфогипса, являются соединения фтора и фосфора (P2O5). Присутствие примесей затрудняет его использование, а в некоторых случаях, при высокой радиоактивности оно становится невозможным. Очищение фосфогипса от примесей вызывает необходимость проведения операций по их нейтрализации, что требует дополнительных экономических вложений и трудовых затрат.

Отвалы фосфогипса являются техногенными источниками загрязнения окружающей среды. Они пылят на ветру. В почву и водоносные горизонты поступают загрязняющие растворимые соединения фтора, фосфора и других примесей. Количество загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу, не превышает 4 т в год. Считается, что пыление характерно для свежих отвалов, а старые — не пылят, так как их поверхность перекрыта плотной коркой. В твердой фазе фосфогипса содержатся 0,5% NH3+; 1,5% Р2О5общ. и 0,4% F[2].

Отвалы фосфогипса оказывают значительное влияние на загрязнение поверхностных и подземных вод. Интенсивность и степень загрязнения зависят от мощности предприятия, технологии производства, объемов образующихся отходов, занимаемых ими площадей и предварительно проведенных мероприятий, обеспечивающих предотвращение или снижение негативного влияния отвалов на загрязнение поверхностных и подземных вод.

На примере ОАО “Минудобрения” (г. Мелеуз, Республика Башкортостан) можно отметить, что основными источниками загрязнения поверхностных и подземных вод являются промплощадка и отвалы фосфогипса, которые расположены в пределах правобережных надпойменных террас долины реки Белая. Ранее на заводе ежегодно складировалось около 500 тыс. т фосфогипса. В настоящее время, в связи с сокращением объемов производства и закрытием производства серной кислоты, выход фосфогипса существенно снизился (в 10 раз). В 2011 году ежегодный выход фосфогипса достигал 65,5 тыс. т. С талыми и ливневыми стоками с территории промплощадки и отвалов фосфогипса в реку Белая поступает большое количество загрязняющих веществ. В их составе присутствовали: 144 т сульфатов; 137 т хлоридов; 1,38 т фосфатов; 0,255 т фторидов; 0,675 т азота аммонийного; 0,735 т нитратов [3].

По данным наблюдательных скважин, расположенных вокруг отвалов и испарителя фосфогипса, отмечалось загрязнение грунтовых и подземных вод на этой территории. Поток загрязненной воды с отвалов и испарителя фосфогипса сформировал ручей и искусственное озеро. Подземные воды в скважинах на этом направлении содержат значительные концентрации загрязняющих веществ. В наблюдательных скважинах в районе отвалов фосфогипса, расположенных в сторону реки Белая, за период с 1992 по 1997 г.г. отмечалось увеличение загрязнения по сульфатам, фосфатам и другим веществам. В 1997 году в подземных водах содержание фосфатов превышало фоновое значение в 261 раз, сульфатов — в 52,7 раза, нитратов — в 110,7 раза, мышьяка — в 103 раза, азота аммонийного — в 13 раз, хлоридов — в 6 раз, нитритов — в 86 раз, свинца — в 2,4 раза [3].

Несмотря на значительное снижение количества образующихся отходов, выбросов в атмосферу, объемов сброса сточных вод, предприятие продолжает оказывать негативное влияние на загрязнение окружающей среды, в основном в результате большого объема ранее накопленных отходов производства, складированных в отвалах. В государственном докладе “О состояние природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан в 2007 г.” отмечено, что на протяжении длительного времени фиксируется стабильное загрязнение подземных вод верхней части разреза на правом берегу р. Белой в г. Мелеузе, особенно вблизи производственных цехов, накопителей и испарителей фосфогипса [3].

Похожая ситуация прослеживается и на других предприятиях химической промышленности. В Вологодской области выявлено загрязнение грунтовых и подземных вод четвертичного и верхнекамского горизонтов в результате воздействия предприятия ОАО “Аммофос” по производству серной и фосфорной кислот и фосфорно-калийный удобрений. В результате утечек промышленных стоков в цехах и поступления загрязняющих веществ из накопителей промышленных отходов в подземных водах за 2005 год выявлено присутствие таких соединений как: нитраты 37,1-72,3 ПДК; фториды 2,4 ПДК; аммоний 250-600 ПДК; хлориды 2,6 ПДК; сульфаты 1,9-2,8 ПДК. При этом изменялись показатели качества подземных вод. Сухой остаток составлял 3,1-7,4 ПДК; жесткость 35 ПДК и окисляемость 4,1­6,9 ПДК (2000 г.) [4].

Аналогичное воздействие на грунтовый водоносный горизонт выявлено в районе функционирования предприятия ООО “БМУ” (г. Балаково, Саратовская обл.). Ежегодно на предприятии образуется от 2,13 до 3,36 млн. т фосфогипса и складируется в отвалы, площадь которых в дальнейшем предполагается увеличивать. Отмечается, что напорный водоносный горизонт в меньшей степени подвержен влиянию предприятия. По результатам исследований установлено превышение в воде содержание хлоридов, сульфатов, азота нитратов, азота аммония, фосфатов и фторидов.

Изучение влияния отвалов фосфогипса на загрязнение поверхностных и подземных вод, проведенное на территории Гомельского химического завода (ГХЗ) по производству экстракционной фосфорной кислоты и минеральных удобрений показало, что основными источниками воздействия являются промплощадка завода, отвалы фосфогипса, дымовые выбросы, проливы под цехами мокрого производства. Сточные воды ГХЗ, стоки атмосферных осадков и талых вод с территории промплощадки и отвалов фосфогипса влияют на состав поверхностных и подземных вод.

В результате поступления стоков загрязняются воды р. Рандовка, ближайшего к заводу водотока, а также ряда естественных и искусственных водоемов (каналы, канавы, пруды). Поверхностные воды на участках территории завода сильно минерализованы, обладают углекислотной и сульфатной агрессивностью, возрастающей во времени, а также коррозионной активностью по отношению к металлическим конструкциям. В результате стоков с отвалов вода в р. Рандовка загрязнена, содержание фосфатов колеблется в пределах 0,44-1,96 мг/л [1]. Наибольшая минерализация отмечается в пруду, сформированном посередине отвала, где она составляет 22,0-22,5 г/л. На участке отвалов воды имеет кислую реакцию (pH=1,7-2,0) и отличаются фосфатно-сульфатно-натриевым составом. Вода в канале характеризуется кислой реакцией (pH=3,0-5,0), жесткостью — 25 мгэкв/л., сульфатно-кальциевым составом с высоким содержанием фтора, фосфатов и аммония [1].

Сточные воды, обогащенные фтором, аммиаком и сульфатами, инфильтруются через подстилающие отвал породы и поступают в подземные воды, загрязняя их. На территории старых отвалов в грунтовых водах накапливаются сульфаты, а на месте новых отвалов — также фосфаты и фтор [1].

В грунтовом водоносном горизонте (глубина залегания 0,1-9,4 м) под отвалами фосфогипса и цехами завода сформировалась единая зона загрязнения площадью около 600 га. Минерализация грунтовых вод составляла 8,30-31,50 г/л (ПДК=1,0 г/л). Содержание в них сульфат иона достигает 5,4-7,2 г/л (ПДК=500 мг/л); фосфатов — 13,20 г/л (ПДК=3,5 мг/л); фтора — 38,0 мг/л (ПДК=0,7-1,5 мг/л) [2].

Грунтовый водоносный горизонт подстилается моренными отложениями супесчано­глинистого состава. Под которыми находится нижне-среднеплейстоценовый водоносный горизонт, расположенный на глубинах 14-20 м. Его загрязнение прослеживается на площади более 200 га. В воде концентрация сульфатов составляет 0,53-1,03 г/л, что в 50-200 раз выше фоновых значений, фосфатов 4,3-11,2 мг/л, фтора 3,4-72,2 мг/л [2]. Моренные отложения значительно ослабляют уровень загрязнения подземных вод этого горизонта. Загрязняющие вещества сорбируются глинистыми грунтами, поэтому концентрация их значительно уменьшается.

Палеогеновый водоносный горизонт, залегающий на глубинах 27-35 м, также загрязнен. Площадь загрязненной зоны достигает 130 га. Минерализация воды и концентрации загрязняющих компонентов значительно ниже, по сравнению с вышележащими горизонтами. Это обусловлено протекающими физико-химическими процессами взаимодействия стоков с вмещающими породами. Под отвалами фосфогипса минерализация подземных вод равна 0,54-1,0 г/л, содержание сульфатов — 0,1-0,47 г/л, фтора — до 34,3 мг/л [2].

Таким образом, установлено, что отвалы фосфогипса являются техногенными источниками загрязнения поверхностных и подземных вод. На участках их воздействия происходит техногенная метаморфизация подземных вод в направлении замещения гидрокарбонатов сульфатами и формирование вод сульфатного типа.

Литература

  1. Коцур В.В. Гидрогеохимия зоны интенсивного водообмена территории Гомельского химического завода//Літасфера, № 13, 2000. С. 93-100.
  2. Лысухо Н.А., Ерошина Д.М. Отходы производства и потребления, их влияние на природную среду. — Минск.: МГЭУ им. А.Д. Сахарова, 2011. — 210 с.
  3. http://www.myshared.ru/slaide/277775/.
  4. http://sevzapnedra.nw.ru/GMCN/SF/Vologodskaja/VOL35.htm.

Автор: Н.А. Ларионова
Источник: Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы: Материалы четвертой научно-практической конференции. г. Воронеж. 30 сентября — 2 октября 2015 г. — Воронеж: «Издательство Научная книга», 2015. – С. 255-257.