Следующая страницаСодержаниеПредыдущая страница

8.1. Коллоидная химия и экологические проблемы гидросферы

В отечественной промышленности не уделялось должного внимания проблеме предотвращения загрязнения водного бассейна. Огромное количество сточных вод неопределенного состава сбрасывалось и сбрасывается в открытые водоемы – реки, речки, непроточные и проточные озера. Только в последнее время наше правительство начинает осознавать катастрофическое положение в экологии России. Ужесточились санкции за нанесение ущерба в результате загрязнения водных бассейнов. Принят ряд мер по закрытию некоторых предприятий (например, Приозерского целлюлозного завода на Ладожском озере), наносящих непоправимый ущерб природе.

В связи с повышением штрафных санкций в настоящее время становится невыгодным сбрасывать неочищенные сточные воды в открытые водоемы.

Одной из проблем остается низкое качество ирригационных сооружений. Так при строительстве ирригационных каналов с целью снижения их стоимости в ряде случаев в качестве антифильтрационных материалов, предотвращающих фильтрацию воды из канала и засоление окружающих полей, использовали полимерные (полиэтиленовые или полихлорвиниловые) пленки, которые теряют целостность в результате прорастания придонных растений и имеют малую эффективность. Вода через отверстия в пленках беспрепятственно фильтруется через дно каналов, а большие затраты на пленочные покрытия русла каналов оказываются бесполезными. Использование бетонов, глиноцементов и т.д. часто не дает нужного эффекта в связи с низкой солестойкостью и высокой пористостью готового материала [1].

Большая проблема в общей системе охранных мероприятий – защита подземных вод от загрязнений, выбрасываемых промышленными предприятиями. Очень часто промышленные загрязнения из прохудившихся подземных или заглубленных резервуаров или трубопроводов поступают через фильтрующий слой почвы в подземные водоемы.

Проблема защиты окружающей среды от протечки из емкостей сточных вод и попадания их в подземные природные резервуары чистой пресной воды заставляет искать эффективные антифильтрационные материалы. Большой урон природе наносят также протечки из ирригационных и магистральных каналов, приводящие к заболачиванию и засолению почвы вблизи них.

На магистральных каналах чаще всего применяют монолитные и сборные железобетонные лотки, изготовленные заводским способом или выполненные путем пневмонанесения бетона непосредственно на русло каналов. Железобетонные защитные покрытия обычно укладывают в местах проведения каналов через грунты с высокой фильтрующей способностью. Толщина таких покрытий составляет от 8 до 20 см и зависит от условий работы каналов, поэтому стоимость этого вида защиты от фильтрации высока и не всегда оправдывает себя в связи с несовершенством гидроизоляции швов на стыках железобетонных конструкций. Через возникающие трещины фильтрация воды достигает значительных размеров, сводя на нет эффект от применения железобетонных защитных противофильтрационных покрытий. Например, в оросительных системах Узбекистана за три года разрушается более 60% железобетонных защитных сооружений.

Экономически целесообразны и технически легко выполнимы коллоидно-химические методы обработки грунтов и использование некоторых природных высокодисперсных глин, поверхностно-активных веществ и водорастворимых полимерных соединений для механической и физико-химической кольматации почвы в руслах каналов и в прудах, куда сбрасываются сточные воды. Под термином «кольматация» понимается такая обработка грунта, в результате которой происходит потеря фильтрующей способности при набухании глинистых частиц.

Тонкодисперсные частицы глинистых материалов способны проникать в поры между крупными частицами грунта, где возможна их коагуляция, в результате чего резко понижается водопроницаемость грунта. В поровом пространстве формируется внутригрунтовой противофильтрационный слой мощностью 20–30 см в песчаных грунтах и до 10 см – в суглинках. Такой способ кольматации позволяет снизить на 95–98% фильтрационные потери на гидротехнических земляных сооружениях – прудах, водоемах сельскохозяйственного и промышленного назначения. Способность гидрофильных частиц глин к набуханию при смачивании водой приводит к снижению эффективного пористого пространства между частицами и подавляет фильтрацию воды через почву, кольматированную таким способом.

Другой способ кольматации – обработка грунтов водорастворимыми полимерными материалами, в результате которой грунты приобретают водостойкость. Если необходимо не только резко снизить водопроницаемость русла оросительных каналов, но и защитить водоносные горизонты от проникновения химически вредных стоков предприятий химической, нефтехимической, металлургической и других обильно водопотребляющих и загрязняющих окружающую среду отраслей промышленности, то возникают задачи создания такой антифильтрационной обработки грунтов, когда вредные химические вещества не разрушают противофильтрационный экран. Этого можно достичь с использованием тиксотропных глинистых дисперсий с небольшими добавками кремнийорганических смол, которые повышают устойчивость антифильтрационного экрана к кислотам и препятствуют коагуляции глинистых дисперсий в присутствии солей.

Для повышения прочности коллоидной структуры слабоконцентрированных суспензий глины можно использовать также двучетвертичные аммониевые соли в концентрации 0,7–1 %. Наличие двух положительно заряженных групп, способных к взаимодействию с поверхностями различных частиц может способствовать росту прочности коллоидной структуры. В результате таких добавок прочность слабоконцентрированной суспензии глины возрастает на порядок. Этот факт представляет большой интерес как для укрепления почвы, так и в гидротехнической практике.

Особый источник поступления загрязнений в открытые водоемы – весенние талые и паводковые воды. Отходы сельского хозяйства, химических и нефтехимических предприятий, открытых разработок минерального сырья и угля вместе с паводковыми водами могут попадать как в подземные, так и в открытые водоемы и, соответственно, загрязнять их. В связи с этим талые воды, а в летнее время ливневые стоки должны собираться в специальные резервуары и очищаться от загрязнений перед направлением их в открытые водоемы.

Водоемы (пруды-накопители), в которых собирают такие воды, также как и каналы для предотвращения фильтрации загрязненной воды могут по дну и стенкам защищаться антифильтрационными материалами, в качестве которых часто используют структурированные дисперсии глинистых набухающих материалов. Такие структурированные дисперсии при низких экономических затратах позволяют получить высокий защитный эффект, так как они обладают необходимой механической прочностью, водонепроницаемостью и солеустойчивостью.

Глобальная проблема – загрязнение водного бассейна (морей, океанов, озер и рек) нефтью и нефтепродуктами - стоит на одном из первых мест в негативном воздействии промышленной деятельности человека на гидросферу. Ежегодно в воду попадает несколько миллионов тонн нефти и продуктов её переработки. Это происходит в результате катастроф нефтеналивных судов, перевозящих нефть из районов нефтедобычи в районы потребления, при аварийных ситуациях на морских нефтепромыслах, при нарушении целостности нефтепроводов и при сливе балластных и промывочных вод танкерами.

Вероятность загрязнения водного бассейна постоянно растет в связи с развитием нефтепромыслов на шельфе и повышением грузоподъемности и скорости нефтеналивных судов.

Коллоидная химия позволяет решить две из возможных проблем глобального загрязнения водного бассейна нефтепродуктами.

Попадая на поверхность воды, нефть образует толстую пленку, которая постепенно растекается по поверхности воды и под действием волн и ветра смешивается с водой и постепенно переходит в состояние обратной эмульсии, так как находящиеся в ней природные поверхностно-активные вещества способствуют формированию эмульсии именно этого типа. Эта высоковязкая эмульсионная пленка способна длительное время сохраняться на водной поверхности, нарушая кислородный обмен и привнося трудности в жизнедеятельность не только низших организмов, но и рыб, и птиц, и морских животных.

Одно время большие надежды связывали с удалением нефтяных загрязнений путем их потопления при обращении типа эмульсии. Такой способ борьбы был основан на использовании поверхностно-активных веществ в смесях с гидрофобизированным песком или углеродным сорбентом, смешение которых с нефтью приводило к потоплению нефти и осаждению на дно. Однако осажденная таким образом нефть продолжала оказывать негативное влияние на жизнедеятельность организмов в водном бассейне.

Поэтому наиболее рациональным остается сбор основной массы нефтяного загрязнения с поверхности водного бассейна механическим путем с помощью специальных судов – сборщиков нефти. Оставшееся небольшое количество в виде тонкой, подчас мономолекулярной пленки обрабатывают поверхностно-активным веществом, способным переводить пленку в устойчивую прямую эмульсию. Этот процесс обычно протекает за счет самопроизвольного эмульгирования в присутствии неионогенных ПАВ. Устойчивая разбавленная эмульсия не оказывает вредного воздействия на жизнедеятельность микроорганизмов и морского животного мира и относительно быстро уничтожается естественным биохимическим путем. Естественно, что в качестве эмульгатора прямой эмульсии должно использоваться биологически мягкое ПАВ.

Проблема отмывания танкеров от остатков нефтепродуктов решается применением специальных моющих средств, способных эмульгировать нефтепродукты с образованием малоустойчивой прямой эмульсии. Эта эмульсия затем разрушается и нефтепродукты собираются в специальных резервуарах, а водная фаза вновь возвращается в цикл очистки судов. Таким образом, реализуется замкнутый цикл промывки судов без сброса отработанной воды и без загрязнения водного бассейна. К сожалению низкая культура мореплавания и дополнительные затраты на промывку судов приводят к тому, что некоторые нефтеналивные суда сбрасывают промывные и балластные воды непосредственно в открытое море, создавая за собой многокилометровый след из нефтепродуктов.

Таким образом, даже при кратком рассмотрении экологических проблем гидросферы и охраны водного бассейна можно отметить их тесную связь с коллоидно-химическими процессами [2]:

седиментация осадков естественного происхождения (минеральных и органических взвесей) и искусственных (производственные загрязнения различной химической природы, весьма разнообразной формы и размеров); следовательно, надо знать закономерности седиментации;

коагуляция и флокуляция частиц или капель дисперсной фазы с целью их укрупнения и облегчения седиментации (поскольку речь идет о коагуляции, то возникает связь с нарушением агрегативной и кинетической устойчивости дисперсных систем и необходимо знать теорию стабилизации и коагуляции);

– удаление растворенных веществ осуществляется методом адсорбции на различных адсорбентах или пузырьках воздуха (здесь проявляется связь с теорией адсорбции из растворов на твердых адсорбентах и на поверхности раствора с воздухом или с другой жидкостью, а также с теорией и практикой эмульгирования, пенообразования и пенной сепарации).


Следующая страницаСодержаниеПредыдущая страница
Плохо отображается? Напишите ниже или на почту