​Вода живая и мертвая

Первый комп­лексный проект по демеркуризации предприятия был разработан в 2002 году: корпус цеха электролиза разобрали и законсервировали в могильнике, закрытом глиняным экраном и асфальтным покрытием. Подземные ртутьсодержащие отложения оградили подземной же глиняной стеной протяженностью в три с половиной километра и глубиной в 20 м – именно эта преграда не позволяет попасть опасному металлу в реку.

Сейчас специалисты из госструктур и общественники регулярно контролируют состояние этого саркофага, делают замеры почвы и воздуха и периодически обсуждают проблему.

Еще один объект бывшего химзавода стал в Павлодаре не менее знаменитым. Речь идет об озере-накопителе Былкылдак, в которое в свое время слили по разным оценкам от 10 до 130 тонн ртути.

Горожане давно шутят на предмет того, что именно в этом озере можно добыть самый богатый улов рыбы, чтобы и вредных соседей накормить, и в кунсткамеру сдать…

Кстати, в этих шутках есть и доля правды: экологи отмечают, что рыба из Былкылдака имеет явные признаки мутаций.

И вот недавно павлодарские ученые разработали метод демеркуризации озера: они предлагают не только очистить от ртути воду накопителя, но и использовать ее в промышленных целях. Работали над проектом сотрудники кафед­ры химических и биологических технологий Инновационного Евразийского университета (ИнЕУ) совместно с коллегами из Астаны и Великобритании, причем именно открытие последних легло в основу «павлодарского решения».

– Вопрос ртутного загрязнения актуален для всего мира, в Казахстане есть две точки загрязнения водных сред – наш Былкылдак и река Нура в Акмолинской облас­ти, – рассказывает проректор ИнЕУ Евгений Никитин. – Мы решили заняться этой темой, потому что мы здесь живем, и вопросы, связанные с экологией, значимы для Павлодарской области. Поэтому было интересно создать инновационную технологию, способную облегчить экологическое напряжение.

Когда павлодарцы вели поиск технологий, которые можно было бы применить в сфере очистки от ртути водных сред, нашли информацию, что в Британии есть подобная, основанная на использовании наночастиц серебра.

– Есть три уровня градации изоб­ретений: самый высокий – это открытие, потом идет изобретение и затем рационализация. И вот относительно недавно, не больше 10 лет назад, британские ученые совершили именно открытие: описали гистереохимический эффект, когда наночас­тицы серебра способны избирательно извлекать на основе этого эффекта различные загрязнители в виде ионов металлов. И хотя коллеги из университета Брайтона Уильям Видби и Сергей Михайловский работали в основном с загрязнением мышья­ком, мы решили, что нам эта технология будет очень полезна, ведь мышьяк и ртуть находятся в одной группе таблицы Менделеева, и химические свойства этих металлов очень схожи. А поскольку право на использование этого открытия принадлежит британцам, начали искать контакт с ними, – рассказывает Евгений Борисович.

Так 4 года назад началась эта научная история. Павлодарцам повезло еще и в том, что Сергей Михайловский в это время работал по приглашению в Назарбаев Университете, так к разработкам присоединился и этот отечественный вуз.

На первом «казахстанском» этапе ученые подали заявку на получение гранта от комитета науки и в 2015 году выиграли более 11 млн тенге. После года работы стало понятно, что на столь масштабный проект финансирования не хватит, поэтому последовала еще одна заявка на грант в фонд Ньютон – аль-Фараби.

К сожалению, в Казахстане не самая сильная лабораторная база для подобных исследований, поэтому приходилось много летать в Великобританию – в первую очередь там напыляли наночас­тицы. В Казах­стане же изучали воду Былкылдака, замеры делали в течение 2 лет. Атомный асорбционный хроматограф и атомные молекулярные спектрометры – это то оборудование, которое есть в ИнЕУ и Назарбаев Университете, а вот специальный электронный сканирующий микроскоп – в университете Брайтона.

– Мы отбирали пробы в разных точках озера трижды в год, к сожалению, в некоторых местах ПДК ртути была превышена в тысячу и более раз, – продолжает Евгений Никитин. – Хочу сразу сказать, что наша сегодняшняя задача – именно очистка водных сред, а проблемы донных отложений Былкылдака, в которых накоплена металлическая ртуть, мы пока не касались. В то же время мы брали и пробы воздуха у озера, ведь именно пары ртути опас­ны: даже когда маленький термометр разбиваем, должны вызывать СЭС, что уж говорить о целом озере!

И получили такой результат: пробы воздуха не опасны. Да, купаться там, ловить рыбу, использовать воду нельзя! Но ситуацию спасает то обстоятельство, что ртуть – тяжелый металл, который испаряется очень медленно, и поэтому в пробах воздуха превышения ПДК не обнаружено. Слава богу, что наши власти конт­ролируют диссеминацию в сторону Иртыша, защитные соору­жения работают. У нас задача другая. Мы предлагаем начать с озера.

Для того чтобы проверить теорию на практике, конечно же, был собран опытно-промышленный образец – он абсолютно идентичен тому, что можно будет применять на озере, но имеет гораздо меньшие размеры.

По словам Евгения Никитина, суть установки проста. На наши естественные казахстанские сор­бенты – цеолиты (местные белые глины) специальными методами напыляются наночастицы сереб­ра. Глины и сами по себе имеют хорошие сорбционные свойства, а таким образом они становятся уникальным фильтрующим материалом. Этот усовершенствованный сорбент запускается в кассету фильтра, через которую прогоняют загрязненную воду при определенном давлении. Давление и скорость прогона зависят от объема фильтра.

Кстати, именно технология соз­дания наносорбентов сереб­ра – разработка британских ученых, и этот процесс делался именно в их стране на их оборудовании. Самым сложным в этой технологии было согласовать парамет­ры концентрации, ведь в озере, кроме ртути, есть железо, кадмий, ниобий, много чего еще, и очистка должна вестись от всех тяжелых металлов. В этих расчетах помощь британцев была неоценимой.

– По нашим расчетам, чтобы очис­тить озеро Былкылдак до безопас­ного уровня концентрации – 1 нанограмм ртути на миллилитр воды, достаточно всего 2,5 килограмма серебра. Такой объем сорбента мы можем легко заказать в Англии, проще даже там собрать фильтр, чтобы не оформлять специальную лицензию в нашей стране, – уточнил профессор. – А вот полностью собрать промышленную установку вполне возможно на Павлодарском машиностроительном заводе.

Точные расчеты для нее ученые еще ведут – это довольно сложная машина с насосами, различными трубами, самим фильтром и так далее.

По предварительным данным, на одну установку потребуется 240 млн тенге, и она справится с очисткой Былкылдака при непрерывном цикле за 3 года. В идеале вообще-то таких агрегатов должно быть два – прямой и запасной, потому что у нас довольно суровые зимы, необходимо периодически менять фильтры.

– Мы предлагаем после очистки воду Былкылдака использовать для нужд стоящей рядом ТЭЦ-3, потому что после установки на выходе мы получаем технически чистую воду, – продолжает Евгений Борисович. – Конечно, возникает еще один нюанс: если мы воду с ТЭЦ вернем обратно в озеро, ведь должен быть кругооборот, то вода вновь загрязнится, поскольку там есть ртутные донные отложения. Так что предстоит создать новый котлован. Ну а когда будет использована вся вода из Былкылдака, года через три, придется принимать меры по утилизации уже донных отложений. Пока я вижу единственный вариант – глубокое захоронение, то есть создание подземного бетонированного саркофага. По такому же принципу предстоит утилизировать и глиняный сорбент после завершения работы установки.

Евгений Никитин отметил, что он не сторонник продажи тяжелых металлов за рубеж, хотя китайские бизнесмены с удовольствием бы купили такие отходы: но это втор­сырье очень токсично, и нет гарантии, что потом оно не вернется к нам с готовым товаром.

В мае нынешнего года ученые получили казахстанский патент на способ очистки водных сред от ртутного загрязнения (к слову, по новому законодательству ждали этого 19 месяцев). В ближайшее время разработанная ими технология будет запатентована и на международном уровне. Вполне возможно, что она пригодится для ликвидации очагов ртутного загрязнения в других странах, например, заинтересовалась ею венгерская сторона. Теперь казах­станско-британская команда готова подать заявку на следующий грант для коммерциализации технологии, чтобы изготовить промышленный агрегат и запустить его в дело на Былкылдаке.