Подбор метода для определения ионного состава поверхностных вод в районе влияния КЧХК

В июне 1949 года вышло постановление Совета Министров СССР "Об организации производства домашних холодильников". Промышленное производство фреона 12 (дихлордифторметана) принято создать также на заводе 752. Проект на производство фреона 12 был утверждён в ноябре 1950 года.

Пуск производства фреона 12 проведён 12 ноября 1951 года, и выпуск продукции начался в январе 1952 года. В апреле 1952 года был осуществлён пуск производства фреона 22, с этого времени оба производства (фреон 12 и фреон 22) работают параллельно.

Уже в мае 1952 года первые тонны фреона 22 были отправлены в ГИПХ, где работала опытная установка по получению тетрафторэтилена. Получаемый тетрафторэтилен направлен на полимеризацию в НИИПП.

С 1952 производил обогащённый литий-6 для термоядерного вооружения по методу академика Константинова (хроматографией).

В 1973 году в Кирово-Чепецке началось строительство завода минеральных удобрений, вошедшего в состав комбината. В 1978 году было завершено строительство ветки газопровода Оханск — Кирово-Чепецк. Начинается выпуск минеральных удобрений.

В 1990 году остановлен выпуск тетрафторида урана и гексафторида урана, использующихся в процессе обогащения урана. Производившие их цеха законсервированы.

В 2003 году на предприятии выделяют специализированные подразделения: Завод полимеров КЧХК, Завод минеральных удобрений КЧХК и Транспортную логистическую компанию.

В 2004 году проведена приватизация предприятия, контроль над комбинатом получил Дмитрий Мазепин. В 2007 году по требованию прокуратуры Кировской области все объекты и территории комбината, использовавшиеся для получения радиоактивной продукции, были возвращены государству и переданы на баланс ФГУП «Центр управления федеральной собственностью».

В октябре 2007 года была создана компания ОАО «ОХК «Уралхим», предназначенная для объединения активов Мазепина, специализирующихся на выпуске минеральных удобрений. В 2008 году 100 % акций КЧХК перешло к Уралхиму. Непрофильные активы (ЗП КЧХК и ТЛК КЧХК) вместе с пермским химическим предприятием «Галоген» были объединены в холдинг «ГалоПолимер».

В 2010 году Кирово-Чепецкий химический комбинат был реорганизован в форме присоединения к Заводу минеральных удобрений КЧХК[16].

Город Кирово-Чепецк расположен в восточной части Восточно-Европейской равнины в 15–20 км к востоку – юго-востоку от областного центра г. Кирова на невысокой холмистой местности в месте впадения р. Чепца в реку Вятка.

Кирово-Чепецк – современный промышленный город с относительно высокой плотностью населения (площадь города около 60 км2, численность населения 97 тыс. человек) [17].

Рельеф окрестностей Кирово-Чепецка определяется близостью Вятского Увала, который расположен к востоку от города и представляет пологую возвышенность, состоящую из небольших холмов и невысоких плато, чередующихся с долинами рек и логов. Преобладающие отметки высот на территории города изменяются от 100 до 140 м над уровнем моря [18].

Территория Кирово-Чепецкого химического комбината (КЧХК) площадью 4,5 км × 4,5 км расположена к западу от г. Кирово-Чепецка. Полигон размещения отходов производства (золоотвалы, хвостохранилища, шламонакопители) комбината расположен на северо-западе от промплощадок комбината на расстоянии 3–4 км от основного жилого массива г. Кирово-Чепецка, в 1,5–2 км от р. Вятки, приурочен к пойме, I и II надпойменным террасам реки [17].

ОАО «Кирово-Чепецкий химический комбинат имени Б. П. Константинова» (КЧХК) основан в 1938 г. Это одно из крупнейших в Европе химических предприятий, уникальное по ассортименту выпускаемой продукции. КЧХК объединяет в своем составе 14 предприятий, основные из которых это завод «ГалоПолимер» и Завод минеральных удобрений.

ООО «ГалоПолимер Кирово-Чепецк»

ООО «ГалоПолимер Кирово-Чепецк» – основной (более 70%) производитель фторопластов в Россиии один из крупнейших производителей фторполимерной продукции, поставляющий на мировой рынок 9% всего вырабатываемого объема, так же единственный изготовитель специальных марок фторкаучуков, фторопластовых суспензий, фторированных жидкостей и смазок, разработанных специально для оборонных отраслей промышленности, авиационной и космической техники. Действующее фторполимерное производство относится к отраслям высоких технологий [19,20].

В связи с этим возникает предположение, что вблизи территории завода возможны выброса фторид-ионов. Также на «ГалоПолимер Кирово-Чепецк» располагается солевой узел и склад хлорида натрия, где идет подготовка раствора хлорида натрия для электролиза. В связи с этим можно ожидать присутствие ионов натрия в воде.

С целью утилизации отходов существующих производств, планируется освоение новых технологий:

- производство хлористого  кальция из синтетического мела;

- утилизация углекислоты,

- извлечение из апатита  фтора и использование его  в производстве фтористого водорода;

- производство дикальций-фосфата,

- производство строительных  материалов из фторгипса.

На предприятии разработана программа технического развития на бли-жайшие годы и на перспективу. Она включает создание новых производств, выпуск новых видов продукции, переход на новые виды сырья, внедрение современного оборудования, высокоэффективных технологий и др. Внедряется и комплекс мероприятий по повышению качества фторопластов, по выпуску которых химкомбинат является в СНГ монополистом. Располагая высоким научно-техническим и инженерным потенциалом, безупречной репутацией стабильно работающего, надежного партнера, производителя уникальной продукции высочайшего качества, комбинат обладает рядом наукоемких технологий, которыми владеют лишь отдельные развитые страны [21,22].

ООО Завод минеральных удобрений КЧХК (ЗМУ)

Завод минеральных удобрений КЧХК – один из крупнейших компаний на рынке минеральных удобрений в Российской Федерации, СНГ и Восточной Европе. Компания является российским лидером в производстве аммиачной селитры и занимает второе место в России по объемам производства азотных удобрений [23]. Основной производственной площадкой КЧХК является Завод минеральных удобрений (ОАО «ЗМУ КЧХК»). Завод расположен в 4 км от г. Кирово-Чепецка и в 15 км от г. Кирова. Предприятие располагается на площади 263 га.

В качестве побочных продуктов на ОАО «ЗМУ КЧХК» образуются синтетический мел, карбонат стронция. Производственный процесс (как у большинства заводов по производству азотных удобрений) построен вокруг базовой технологической цепочки: NH3 → HNO3 → NH4NO3.

ЗМУ КЧХК в настоящее время входит в ОАО «ОХК «Уралхим», одну из крупнейших компаний на рынке азотных и фосфорных удобрений в Российской Федерации и СНГ, располагающая мощностями по производству более 2,5млн. т аммиачной селитры, 2,2 млн. т аммиака, 0,8 млн. т моно- и диаммонийфосфата, 0,8 млн. т сложных удобрений, 0,5 млн. т карбамида в год. ОАО «ОХК «УРАЛХИМ» занимает второе место в мире и первое в России по производству аммиачной селитры. Кроме ЗМУ, в составе основных производственных активов ОАО «ОХК «УРАЛХИМ» – филиал «Азот» в г. Березники, Пермский край; ОАО «Воскресенские минеральные удобрения», г. Воскресенск, Московская область [24].

Основной продукция ЗМУ КХЧК являются минеральные удобрения.

Удобрения — вещества, применяемые для улучшения питания растений, свойств почвы, повышения урожаев. Их эффект обусловлен тем, что данные вещества предоставляют растениям один или несколько дефицитных химических компонентов необходимых для их нормального роста и развития. Основными компонентами являются азот, фосфор, калий[25].

На ОАО «ЗМУ КЧХК» производятся аммонийные удобрения, кроме того, в качестве побочных продуктов образуются синтетический мел, карбонат стронция. Поэтому можно ожидать присутствие катионов аммония, кальция и стронция в природных объектах. На ООО «ГалоПолимер Кирово-Чепецк» располагается солевой узел и склад хлорида натрия, где идет подготовка раствора хлорида натрия для электролиза. Соединения магния являются примесями к сырью для получения каустической соды. Это может являться источником загрязнения ионами натрия и магния.

1.4 Содержание неорганических анионов и катионов в водных объектах и их влияние на организм человека.

Основные (преобладающие) компоненты.

В водных растворах подавляющее большинство солей существует в виде ионов. В природных водах преобладают три аниона (гидрокарбонат HCO3-, хлорид Cl- и сульфат SO42-) и четыре катиона (кальций Ca2+, магний Mg2+, натрий Na+ и калий K+) - их называют главными ионами. Хлорид-ионы придают воде солёный вкус, сульфат-ионы, ионы кальция и магния - горький, гидрокарбонат-ионы безвкусны. Они составляют в пресных водах свыше 90-95 %, а в высокоминерализованных - свыше 99 % всех растворенных веществ. Обычно нижним пределом концентрации для главных ионов считают 1 мг/л, поэтому в ряде случаев, например для морских и некоторых подземных вод, к главным компонентам можно отнести также Br-, B3+, Sr3+ и др. Отнесение ионов K+ к числу главных является спорным. В подземных и поверхностных водах эти ионы, как правило, занимают второстепенное положение. Только в атмосферных осадках ионы K+ могут играть главную роль [26].

Ионы, наиболее часто встречающиеся в природных водах[27].

Таблица 3

Катион		Анион
Наименование	Обозначение	Наименование	Обозначение
Водород	H+	Гидроксильный	OH-
Натрий	Na+	Бикарбонатный	HCO3-
Аммоний	NH4+	Хлоридный	Cl-
Кальций	Ca2+	Сульфатный	SO42-
Магний	Mg2+	Нитритный	NO2-
Железо(2+;3+)	Fe2+ Fe3+	Нитратный	NO3-
Барий	Ba2+	Силикатный	SiO32-
Алюминий	Al3+	Ортофосфорный	PO43-
Калий	K+	Фторидный	F-

 

 

 

Натрий

Натрий – один из главных компонентов химического состава природных вод, определяющих их тип.

Основные источники поступления натрия в поверхностные воды суши – изверженные и осадочные породы, а также самородные растворимые хлористые, сернокислые и углекислые соли натрия (галитNaCl, мирабилит Na2SO4•10H2O, термонатрит Na2CO3•Н2O). Большое значение имеют биологические процессы, протекающие на водосборе, в результате которых образуются растворимые соединения натрия. Кроме того, натрий поступает в природные воды с хозяйственно-бытовыми, промышленными сточными водами и с водами, сбрасываемых с орошаемых полей.

В поверхностных водах натрий мигрирует преимущественно в растворенном состоянии. Концентрация его в речных водах колеблется от 0,6 до 300 мг/л в зависимости от физико-географических условий и геологических особенностей бассейнов водных объектов. В подземных водах концентрация натрия колеблется в широких пределах – от нескольких миллиграммов до нескольких десятков граммов в 1 л. Это определяется составом водовмещающих пород, глубиной залегания подземных вод и другими условиями гидрогеологической обстановки [28].

Калий

Калий – один из главных компонентов химического состава природных вод. Источником его поступления в поверхностные воды являются минералы (полевой шпат ортоклаз KAlSi3O8, слюда мусковит KAl2[AISi3O10](OH)2) и растворимые соли. Различные растворимые соединения калия образуются также в результате биологических процессов, протекающих в коре выветривания и почвах. Для калия характерна склонность сорбироваться на высокодисперсных частицах почв, пород, донных отложений и задерживаться растениями в процессе их питания, роста. Это приводит к меньшей подвижности калия по сравнению с натрием, и поэтому калий находиться в природных водах, особенно поверхностных, в более низкой концентрации, чем натрий.

В природные воды калий поступает и с хозяйственно-бытовыми и про-мышленными сточными водами, а также с водой, сбрасываемой с орошаемых полей, и с поверхностным водным стоком с сельскохозяйственных угодий.

Концентрация в речной воде обычно не превышает 18 мг/л, в подземных водах колеблется от нескольких миллиграммов  до нескольких десятков граммов в 1 л, что определяется составом водовмещающих пород, глубиной залегания подземных вод и другими условиями гидрогеологической обстановки. ПДК калия составляет 50 мг/л [28].

Магний

В поверхностные воды магний поступает в основном за счет процессов химического выветривания и растворения доломитов  CaMg(CO3)2, мергелей и других магнийсодержащих минералов (бруцитMg(OH)2, магнезит MgCO3 кизерит MgSO4). Значительные количества магния могут поступать в водные объекты со сточными водами металлургических, силикатных, текстильных и прочих предприятий. В речных водах содержание магния обычно колеблется от нескольких единиц до десятков миллиграммов в 1 л. Содержание магния в поверхностных водах подвержено заметным колебаниям: как правило, максимальные концентрации наблюдаются в меженный период, минимальные – в период половодья. ПДК (лимитирующий показатель вредности – токсикологический) ионов Mg2+ составляет 40 мг/л [28].

Кальций

Главным источником поступления кальция в поверхностные воды являются процессы химического выветривания и растворения минералов, прежде всего известняков CaCO3, доломитов CaMg(CO3)2, гипса CaSO4•2H2O, кальцийсодержащих силикатов (aндpaдит Ca3Fe2(SiO4)3, гpoccyляp Ca3Al2(SiO4)3 и других осадочных и метаморфических пород. 

Растворению способствуют микробиологические процессы разложения органических веществ, сопровождающиеся понижением pH.

Большие количества кальция выносятся со сточными водами цементной, кирпичной, металлургической, стекольной, химической промышленности и со стоками сельскохозяйственных угодий, особенно при использовании кальцийсодержащих минеральных удобрений. Характерной особенностью кальция является склонность образовывать в поверхностных водах довольно устойчивые пересыщенные растворы CaCO3. Ионная форма (Ca2+) характерна только для мало минерализованных природных вод. Известны довольно устойчивые комплексные соединения кальция с органическими веществами, содержащимися в воде. В некоторых маломинерализованных окрашенных водах до 90–100% ионов кальция могут быть связаны с гумусовыми кислотами. В речных водах содержание кальция редко превышает 1000 мг/л. Его обычная концентрация значительно ниже. А в поверхностных водах концентрация кальция подвержена заметным сезонным колебаниям. Преобладающая роль принадлежит ионам кальция в период понижения минерализации (весной). Это связано с легкостью выщелачивания растворимых соединений кальция из поверхностного слоя почв и горных пород. ПДК кальция составляет 180 мг/л. Жесткие требования к содержанию кальция предъявляются к водам, питающим паросиловые установки, поскольку в присутствии карбонатов, сульфатов и ряда других анионов кальций образует прочную накипь. Данные о содержании кальция в водах необходимы при решении вопросов, связанных с формированием химического состава природных вод, их происхождением, а также при исследовании карбонатно-кальциевого равновесия.