Феноли - забруднювачі вод
Історично склалося так, що технологія майже всіх хімічних виробництв розроблялася без урахування її впливу на довкілля. Справді, технологія целюлози і нафти почала створюватися тоді, коли незначні масштаби виробництва викликали великого забруднення довкілля. Звичайно, ці питання не привертали до себе уваги.
Поступово хімічні виробництва розширювалися, зростала кількість відходів. Стали розроблятися і впроваджуватися технології очищення, і завдяки заходам величина забруднення, що припадають на тонну продукції, зменшується. Але з розвитком хімічної промисловості абсолютна їхня кількість зростає. З'являються і нові хімічні сполуки, які не розкладаються і знезаражуються в природних умовах, які впливом геть живі організми може бути катастрофічним.
Загальна кількість речовин-забруднювачів, що утворюються в хімічних галузях промисловості, велика. Так, найважливішими забруднювачами повітряного басейну є окис вуглецю, сірчистий газ, оксиди азоту, пил, сажа, канцерогенні речовини, фтор, аерозолі металів. Забруднювачі водного басейну — різні солі, луги та кислоти, кадмій, ртуть, миш'як, нафта та продукти її переробки, ціаніди та феноли.
Феноли є одним із найпоширеніших забруднень, що надходять у поверхневі води зі стоками підприємств. Скидання фенольних вод у водойми та водотоки різко погіршує їх загальний санітарний стан, впливаючи на живі організми не лише своєю токсичністю, але й значною зміною режиму біогенних елементів та розчинених газів (кисню, вуглекислого газу).
Процес самоочищення водойм від фенолу протікає відносно повільно та йогосліди можуть нестися течією річки великі відстані, тому до скидання фенолсодержащие стоки піддають достатньої очищенні.
Фенольною сполукою називається речовина, що має у своїй молекулі ароматичне (бензольне) ядро, що містить одну, дві або більше гідроксильних груп. Найпростішим представником фенольних сполук є сам фенол:
Фенол
Залежно від числа ОН-груп розрізняють одноатомні феноли (наприклад, наведені вище фенол і крезоли) і багатоатомні. Серед багатоатомних фенолів найбільш поширені двоатомні. Двохатомних фенолів (доіксибензолів) існує три сполуки:
Як видно з наведених прикладів, фенолам властива структурна ізомерія (ізомерія положення гідроксигрупи).
Число відомих фенольних сполук дуже велике. На цей час їх відомо кілька тисяч, причому з кожним роком їх кількість зростає. Фенольні сполуки прийнято ділити на дві групи:
леткі з парою феноли (фенол, крезоли, ксіленоли, гваякол, тимол);
нелеткі феноли (резорцин, пірокатехін, гідрохінон, пирогаллол та інші багатоатомні феноли).
Летючі більш токсичні і мають сильний запах.
Зазвичай феноли у природних умовах утворюються у процесах метаболізму водних організмів, при біохімічному розпаді та трансформації органічних речовин, що протікають як у водній товщі, так і в донних відкладах. Фенольні сполуки живих рослинних тканин можна вважати потенційно токсичними речовинами, здатними пригнічувати зростання патогенних грибів або зменшувати швидкість розмноження вірусів.
Феноли є слабкими кислотами (РКа самого фенолу 9,98). Висока реакційна здатність фенолів у реакціях окиснення знаходить технічнезастосування при використанні фенольних сполук як інгібіторів процесів автоокислення олій та жирів та має велике значення в біосинтезі природних фенольних сполук. Найбільш важливою властивістю фенолів з точки зору виділення та ідентифікації є здатність до утворення солей з металами.
За невеликими винятками всі фенольні сполуки тверді, а їх колір змінюється від світло-жовтого до червоного, коричневого або пурпурного.
Феноли є одним з найбільш поширених забруднень, що надходять у поверхневі води зі стоками підприємств нафтопереробної, сланцепереробної, лісохімічної, коксохімічної, анілінофарбової промисловості, в результаті лісосплаву, а також зі стоками гідролізної промисловості (переробка нехарчової рослинної сировини целюлозно-паперової).
Особливо великі концентрації фенолу в стоках коксохімічних заводів - до 20 г/л, а сучасний коксохімічний завод скидає на добу у водоймища до 4-10 т фенолу.
Вода водойми набуває забарвлення, специфічний запах карболки, покривається флуоресцентною плівкою, що заважає природній течії біологічних процесів у водоймі.
При концентраціях 75 мг/л фенол гальмує процес біологічної очистки у водоймі, при концентрації 0,01-0,1 мг/л у м'ясі риб з'являється неприємний присмак; неприємний смак та запах води зникають тільки при розведенні фенолу до концентрації 0,11 мг/л.
У поверхневих водах феноли можуть перебувати у розчиненому стані у вигляді фенолятів, фенолят-іонів та вільних фенолів.
Феноли у водах можуть вступати в реакції конденсації та полімеризації, утворюючи складні гумусоподібні та інші досить стійкі сполуки. В умовах природних водойм процесиадсорбції фенолів донними відкладеннями та суспензією відіграють незначну роль.
Скидання фенольних вод у водойми та водотоки різко погіршує їх загальний санітарний стан, впливаючи на живі організми не лише своєю токсичністю, але й значною зміною режиму біогенних елементів та розчинених газів (кисню, вуглекислого газу).
В результаті хлорування води, що містить феноли, утворюються стійкі сполуки хлорфенолів, найменші сліди яких (0,1 мкг/дм3) надають воді характерного смаку і запаху.
У токсикологічному та органолептичному відношенні феноли нерівноцінні. Летючі з парою феноли більш токсичні і мають більш інтенсивний запах при хлоруванні. Найбільш різкі запахи дають простий фенол та крезоли.
Фенол та фенольні сполуки широко використовуються на різних виробництвах. Якщо на підприємстві працювати з чистими сполуками фенолу у великих кількостях і поза спеціально призначеними для цього приміщеннями, то згідно з ГОСТом вони можуть викликати алергію, астму, екзему. Виявляється ж захворювання не відразу, а через тижні та місяці щоденного контакту з чистими сполуками у непристосованих умовах.
Присутність фенолів в атмосферному повітрі, за дослідженнями фахівців, призводить, крім того, до захворювань системи кровообігу.
Дуже токсичними є нітрофенольні сполуки - нітроцен (продукт кам'яновугільних фенолів), динітрофенол та ін.
Ці сполуки використовують як інсектициди, фунгіциди та гербіциди. Впливаючи на окислювальні процеси в тканинах, вони викликають дисоціацію окисної форсоризації, що, своєю чергою, посилює процеси клітинного окислення, збільшує потреба тканин у кисні і порушує теплопродукцію і терморегуляцію.
За даними фахівців,середня концентрація фенолів у воді Північного Каспію збільшилася останнім часом до 6 ГДК (0.006 мг/л). Середнє значення вмісту фенолів, зазначене у період із 1995 по 2000 р.р., змінювалося від 3.0 мкг/л до 9.0 мкг/л. Максимальні концентрації 30.0 мкг/л були відзначені в морській частині гирла річки Урал та в Уральській борозні.
Феноли хімічно нестійкі, і піддаються водному середовищі активному розпаду. Процес самоочищення води від фенолів протікає шляхом біохімічного окислення під впливом ферментів, що виробляються мікроорганізмами.
Прості феноли схильні головним чином до біохімічного окислення. При концентрації більше 1 мг/л руйнування фенолів протікає досить швидко, спад фенолів становить 50-75% за три доби, при концентрації кілька десятків мікрограмів в 1 літрі цей процес уповільнюється, і спад за той самий час становить 10-15%.
Найшвидше руйнується власне фенол, повільніше крезоли, ще повільніше ксиленоли. Багатоатомні феноли руйнуються переважно шляхом хімічного окислення.
Наявність нафтового забруднення уповільнює розпад фенолів, оскільки біодеградація нафтових вуглеводнів утворює власні феноли, збільшуючи загальну картину забруднень.
Процес самоочищення водойм від фенолу протікає відносно повільно і його сліди можуть нести течією річки на великі відстані, тому до скидання фенолсодержащіе стоки піддають достатньому очищенню.
Для позбавлення від фенольних сполук у стічних водах можливе застосування модифікації методу Клібанова із застосуванням пероксидази та тальку. Пероксидаза деградує фенольні сполуки поліфенолів, нерозчинних у воді. При модифікації цього методу, а саме при додаванні в реакційну суміш тальку відбувається абсорбція нерозчинних продуктів.реакції на тальку та випадання з розчину в осад. Завдяки цьому способу можливе повне видалення розчину фенолу, а також видалення продуктів реакції. Спочатку видалення фенольних сполук використовувався поливинилпироллидин. У зв'язку з відносною дешевизною надалі застосовувався тальк.
На коксохімічних заводах фенолсодержащие стоки води утворюються з вологи шихти і конденсату пари, витраченого на уловлювання хімічних речовин. Волога, що міститься в шихті, і пірогенетична волога, що утворюється в процесі коксування, виходять із камери разом із коксовим газом. При охолодженні газу водяні пари та феноли конденсуються.
Близько двох третин фенольних вод на коксохімічних заводах утворюється з допомогою вологи, внесеної шихтою у камери коксових печей. Щоб скоротити кількість цих вод, проводять сушку вугілля. Так, зниження вологості шихти до 6 відсотків дозволяє зменшити кількість фенольних вод в Україні на 4 млн. кубометрів на рік.
Загальна екологія: Навч. / За ред. А. С. Степановських. - М: ЮНІТІ, 2000. 510с.
Орлов Д.С. Екологія та охорона біосфери при хімічному забрудненні: Навч. посібник / Орлов Д.С, Садовнікова Л.К., Лозановська І.М. – М.: Вища школа, 2002. – 334с.