ИТС 36-2017 Обработка поверхностей металлов и пластмасс с использованием электролитических или химических процессов
1.4 Экологические аспекты обработки поверхности металлов и пластмасс с использованием электролитических или химических процессов и воздействие предприятия на окружающую среду
Гальваническое производство является одним из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды, главным образом поверхностных и подземных водоемов, ввиду образования большого объема сточных вод, содержащих вредные примеси тяжелых металлов, неорганических кислот и щелочей, поверхностно-активных веществ и других высокотоксичных соединений, а также большого количества твердых отходов, особенно от реагентного способа обезвреживания сточных вод, содержащих тяжелые металлы в малорастворимой форме [22].
Соединения металлов, выносимые сточными водами гальванопроизводства, весьма вредно влияют на экосистему "водоем-почва-растение-животный мир-человек".
Многие химические вещества, поступающие в окружающую среду, в том числе и в водоемы, а через питьевую воду в организм человека, помимо токсического действия, обладают канцерогенным (способны вызвать злокачественные новообразования), мутагенным (могут вызвать изменения наследственности) и тератогенным действием (способны вызвать уродства у рождающихся детей). Канцерогенное действие на теплокровных животных при поступлении в организм с питьевой водой оказывают мышьяк, селен и палладий, а при поступлении в организм другими путями - хром, бериллий, свинец, ртуть, кобальт, никель, серебро, платина. Тератогенное действие на животных в экспериментальных условиях оказали кадмий, свинец, мышьяк, кобальт, алюминий и литий. В опытах с радужной форелью описано мутагенное действие сульфида цинка. Некоторые неорганические соединения, например соединения хрома (VI), оказывают на людей аллергенное действие. Многие неорганические соединения даже в очень малых концентрациях оказывают вредное воздействие на рыб и их кормовые ресурсы. Большинство водных организмов более чувствительно к действию токсичных веществ, чем человек и теплокровные животные. Разные виды организмов неодинаково переносят действие неорганических соединений. Так, (летальная концентрация, при которой гибнет 50% особей) кадмия составляет для циклопов 3,8 мг/л, а для дафний - 0,055 мг/л. Икра лососевых рыб более чувствительна, чем взрослые особи, к действию меди и цинка.
Кумуляция вредных неорганических соединений тканями рыб создает угрозу отравления людей, употребляющих такую пищу. Они накапливаются микроорганизмами, рыбами и их кормовыми ресурсами до высоких концентраций. Кадмия в тканях рыб обнаружено в 200 раз больше, чем содержалось в воде, что подтверждено опытами на молоди окуня черного большеротого и ушастого, продолжавшимися 6 мес, при концентрациях кадмия в воде 0,0005-0,85 мг/л. Ткани устриц из водоемов кумулируют свинец, кадмий, цинк, медь и кобальт, мидий - кадмий.
В крупных городах и промышленных центрах вредные вещества поступают в водоемы в виде различных соединений и смесей, оказывающих совместное, или так называемое комбинированное, действие на организм человека, теплокровных животных, флору и фауну водоемов, на микрофлору очистных сооружений канализации. Это может быть: 1) синергизм, или потенционирование, когда эффект действия больше простого суммирования; 2) антагонизм, когда действие нескольких ядов бывает меньше суммированного и 3) аддитивное, или простое суммирование. Нередко наблюдаются и отступления от этой схемы. Кадмий в сочетании с цинком и цианидами в воде усиливает их действие, мышьяк является антагонистом селена. В опытах с радужной форелью токсичность смеси сульфидов цинка и меди в малых концентрациях была примерно такая же, как и каждого компонента в отдельности, а при высоких концентрациях наблюдался синергизм. Часто одни и те же элементы могут выступать как синергисты для одних функциональных систем организмов и как антагонисты для других. Так, марганец и медь проявляют синергизм в процессах кроветворения и антагонизм при воздействии на центральную и периферическую нервные системы. Полных схем комбинированного действия вредных веществ в настоящее время не существует.
Физико-химические свойства воды - температура, содержание кислорода, жесткость и рН - влияют на токсичность многих неорганических веществ. С повышением температуры воды увеличивается обмен веществ водных организмов, и они получают больше яда. При увеличении общей жесткости воды с 20 до 260 мг/л по карбонату кальция средние летальные концентрации () различных соединений кадмия, меди, олова и свинца увеличиваются примерно в 100 раз. Увеличение рН с 6,6 до 8,0 также снижает токсичность многих веществ. Таким образом, в водоемах с малой жесткостью воды ядовитое действие металлов, как правило, будет больше, хотя и бывают исключения из этой закономерности. Поэтому снижение жесткости водопроводной воды может повысить токсичность содержащихся в ней металлов.
Концентрации загрязняющих сточные воды примесей при поступлении их в водоем постепенно уменьшаются за счет разбавления, осаждения на дне и химического взаимодействия примесей с веществами, присутствующими в воде водоема, а также вследствие разложения многих примесей (главным образом органических) с помощью аэробных микроорганизмов, всегда имеющихся в воде водоема. Способность водоемов к ликвидации загрязняющих примесей и восстановлению природных качеств воды водоема называется самоочищающей способностью водоема. Процессы биологического самоочищения связаны с потреблением кислорода, растворенного в воде водоема. Для предотвращения нарушения кислородного режима водоема количество органических веществ, попадающих со сточными водами в водоем, не должно превышать определенную величину, соответствующую количеству кислорода, поступающего из атмосферы. В противном случае содержание кислорода в воде водоема начнет снижаться, что приведет к гибели флоры и фауны. Процессы биологического самоочищения водоемов могут нарушаться при попадании в них солей тяжелых металлов. Самоочищающая способность водоемов зависит от их мощности, глубины водоема, скорости течения, температуры воды и т.д.
Некоторые неорганические соединения оказывают губительное действие на микроорганизмы очистных сооружений, прекращают или замедляют процессы биологической очистки сточных вод и сбраживание осадков в метантенках.
При использовании воды загрязненных водоемов для орошения цветные металлы выносятся на поля и концентрируются в верхнем, наиболее плодородном гумусосодержащем слое почвы. Концентрация металлов в этом слое приводит к снижению азотфиксирующей способности почвы и урожайности сельскохозяйственных культур, накоплению металлов выше допустимых концентраций в кормах и других продуктах.
В настоящее время тяжелые металлы занимают лидирующее место среди наиболее опасных факторов в общем загрязнении окружающей среды.
Серьезную опасность представляет сброс в водоемы, особенно малопроточные (озера, водохранилища), сточных вод, загрязненных биогенными элементами (соединениями фосфора и азота). В воде, содержащей органические вещества и биогенные элементы, происходит интенсивное размножение микроскопических водорослей - сине-зеленых. Временами поверхность воды покрывается сплошным слоем водорослей ядовито-зеленого цвета, происходит эвтрофикация водоемов (цветение). Некоторые сине-зеленые водоросли выделяют в воду токсичные вещества. Отмирая, сине-зеленые водоросли полностью обескислороживают воду водоема и загрязняют ее продуктами разложения.
Экологическая опасность гальванического производства определяется вредным воздействием его отходов на окружающую среду. В первую очередь от загрязнения компонентами технологических растворов страдают поверхностные водоемы. В них попадают сточные воды, образующиеся при промывке деталей, а также концентрированные жидкие отходы, образующиеся как при замене отработанных технологических растворов, так и после некоторых методов очистки сточных вод (ионообменного, электродиализного, ультра- и гиперфильтрационного и др.). Во вторую очередь компонентами технологических растворов загрязняются почвы и подземные водоемы. Источником такого вида загрязнения окружающей среды служат твердые отходы гальванического производства, образующиеся после очистки сточных вод и отработанных технологических растворов реагентным и некоторыми другими методами [23], [24].
Рассмотрим сначала воздействие сточных (промывных) вод на поверхностные водоемы. Наиболее уязвимы водоемы рыбохозяйственного назначения. Для оценки экологической опасности сточных вод введем понятие "экологический критерий" (ЭК), который определим как отношение конечной концентрации компонента раствора в сбрасываемой (очищенной) воде к его ПДК в воде рыбохозяйственных водоемов [23]:
. (1.1)
Чем больше экологический критерий, тем большую экологическую опасность представляют сточные воды, содержащие тот или иной компонент раствора.
Концентрация компонентов в сбрасываемой в водоемы воде зависит от эффективности работы очистных сооружений, которая определяется степенью очистки
сточных вод от того или иного компонента раствора и зависит от концентрации компонентов в сточной воде, подаваемой на очистку:
, (1.2)
где - концентрация компонента в сточной воде, подаваемой на очистку, г/л;
- концентрация компонента в очищенной воде, г/л.
Концентрация компонента технологического раствора в сточной воде, подаваемой на очистку, , в свою очередь, зависит от расхода воды Q, л/ч, на промывные операции по всему цеху и скорости уноса технологического раствора q, л/ч, деталями из технологической ванны и определяется кратностью разбавления q/Q:
или 
, (1.3)
где - концентрация компонента в технологическом растворе, г/л.
Преобразовав уравнение (1.2) и подставив в него выражение (1.3), получаем:
. (1.4)