Микроэлементы все шире используются в высоких технологиях и медицине - например, переходный металл тантал и полуметалл германий в электронных компонентах, ниобий и титан в сплавах и покрытиях или гадолиний в качестве контрастного вещества и в светящихся красках. Хотя окончательная судьба различных элементов на сегодняшний день мало изучена, известно, что большая их часть попадает в сточные воды. Группа исследователей во главе с химиками-экологами Eawag Басом Вриенсом и Майклом Бергом провела первую систематическую количественную оценку элементов, выбрасываемых в сточные воды или утилизируемых в осадке сточных вод. Исследование, в котором приняли участие 64 очистных сооружения сточных вод в Швейцарии, было заказано Федеральным управлением по охране окружающей среды.
1070 кг гадолиния
Интересно отметить потоки на душу населения, рассчитанные для населения Швейцарии на основе измеренных концентраций элементов. Они варьируются от нескольких микрограммов (например, золото, индий, лютеций) или более миллиграмма (например, цинк, скандий, иттрий, ниобий, гадолиний) до более грамма в день (например, фосфор, железо, сера). Хотя на первый взгляд это может показаться небольшим, общенациональные потоки, выраженные в килограммах в год, весьма значительны - 3000 кг серебра, 43 кг золота, 1070 кг гадолиния, 1500 кг неодима и 150 кг иттербия.
Восстановление целесообразно только в исключительных случаях
Средние значения и годовые тоннажи мало что говорят о распределении концентраций элементов, которые широко варьируются - до 100 раз - от одной очистной станции к другой. Например, повышенные концентрации рутения, родия и золота были обнаружены в Юре (предположительно из часовой промышленности), а мышьяка (предположительно геогенного происхождения) в некоторых частях Граубюндена и Вале. На некоторых объектах в Тичино концентрации золота в осадке сточных вод достаточно высоки, чтобы извлечение было потенциально целесообразным. Это можно объяснить наличием в регионе нескольких аффинажных заводов. Однако в целом, по мнению исследователей, извлечение металлов из сточных вод или шлама в настоящее время вряд ли целесообразно ни с финансовой, ни с точки зрения количества, которое можно было бы извлечь. Например, общий объем алюминиевых и медных флюсов эквивалентен соответственно лишь 0,2 и чуть менее 4 процентам годового импорта Швейцарии.
СОСВ: горячие точки для некоторых, но не для всех элементов
Исследование было сосредоточено в первую очередь не на восстановительной ценности, а на потоках и балансе массы: это первый случай систематического исследования микроэлементов в сточных водах для промышленно развитой страны. Исследователи изучили, в какой степени очистные сооружения вносят вклад в общие потоки в принимающих водах. В то время как в случае гадолиния сточные воды составляют 83 % речных стоков, доля цинка составляет всего 24 %, лития 7 % и мышьяка лишь 1 %. Что касается основного питательного вещества фосфора, результаты этого исследования подтвердили более ранние расчеты: на входы очистных сооружений приходится 50% фосфорных нагрузок в крупных швейцарских реках.
Наконец, исследователи также оценили экологическую значимость концентраций элементов. Исследования в Германии сообщили о критических местных концентрациях редкоземельных металлов лантана и самария в Рейне. Похоже, что в Швейцарии это не проблема: в подавляющем большинстве случаев концентрации не представляли экотоксикологической проблемы и не превышали установленных пределов. Повышенные концентрации в сточных водах или иле были обнаружены только на нескольких объектах в случае тяжелых металлов меди и цинка. В то же время, как подчеркивают авторы, пока мало что известно о потенциальных токсикологических эффектах многих возникающих микроэлементов.