Период полуудаления тяжелых металлов
Особенности тяжелых металлов как загрязнителей. Особую группу загрязняющих веществ составляют тяжелые металлы. Их особенность определяется следующими специфическими свойствами, отличающими их от других загрязнителей.
1. Говоря о тяжелых металлах, как о загрязнителях, следует предполагать их концентрацию в пределах техногенных аномалий, вызванных природными или техногенными процессами в десятки и сотни раз превышающие нормальное среднестатистическое (фоновое) их содержание в незагрязненных ландшафтах.
Тяжелые металлы сложно соотносятся с микроэлементами, под которыми подразумеваются элементы, облигатные для растительных и животных организмов (по А.П. Виноградову), содержание которых изменяется величинами n x 10 -2 - n х 10 -5 %.
Они необходимы для нормального протекания метаболических процессов в растениях, содержатся в клеточном веществе всех живых организмов. Их недостаток приводит к резкому ухудшению процессов обмена веществ, гибели растений и животных.
2. Тяжелые металлы способны накапливаться в растительности и животных организмах (в том числе в организме человека) до высокотоксичных уровней, вызывая снижение их жизненных функций, а также приводя их к гибели.
3. Тяжелые металлы активно включаются в биологический круговорот, что приводит к быстрому (активному) загрязнению важнейших жизнеобеспечивающих природных сред (питьевой воды, воздуха и пищевых продуктов), то есть: обладают высокой технофильностью — показателем интенсивности участия в загрязнении среды обитания человека. К примеру, рассеивание в среде обитания ртути и свинца составляет 80–90% от их годового производства (182).
4. В отличие от органических загрязняющих веществ, тяжелые металлы не подвержены деструкции. В ходе миграции они лишь меняют уровень содержания или формы нахождения.
Накапливаясь в почвах, крайне медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции. Первый период полуудаления (т.е. удаления половины от начальной концентрации), для почв в условиях лизиметра сильно варьирует: для цинка — от 70 до 510 лет, для кадмия — от 13 до 1100 лет, для меди — от 310 до 1500 лет и для свинца от 740 до 5900 лет (65).
Сельскохозяйственные источники загрязнения почв тяжелыми металлами. Среди основных сельскохозяйственых источников поступления тяжелых металлов в почву выделяется: орошение сточными водами, применение различных видов органических и минеральных удобрений (табл. 2.58)
Нормирование содержания загрязнителей в почве. Важнейшим условием организации земледелия на загрязненных территориях является детальная, научно обоснованная информация об уровнях загрязнения почв сельскохозяйственных угодий. Необходимым условием установления уровня загрязнения почвенного покрова являетсясистема нормирования содержания загрязнителя в почве.
Основы нормирования химических веществ в том числе тяжелых металлов в почве базируются на принципе опережения токсических исследований по сравнению с внедрением в народное хозяйство токсичных веществ, принципе приоритетности медицинских и биологических показателей в установлении нормативов по сравнению с другими требованиями (например, экономическими) и концепции пороговости воздействия.
Рекультивация земель – загрязненных тяжелыми металлами
К тяжелым металлам относятся более 40 химических элементов периодической системы Д.И.Менделеева, масса атомов которых составляет более 50 атомных единиц. Часть из них (медь, цинк, молибден, марганец). Получивших название микроэлементов, играют важную роль в жизни растений. Они входят в состав многих ферментов, являясь катализаторами биохимических процессов, но эти же элементы в больших количествах могут и подавлять ферментные процессы и наносить существенный вред биоте. Поэтому термин «тяжелые металлы» используется для опасных концентрациях химических элементов. Наиболее опасными токсичными загрязнителями являются-ртуть, свинец, кадмий, мышьяк и др.
Источники поступления (выветривание горных пород и минералов) и техногенные (добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, влияние транспорта, сельского хозяйства. Они накапливаются в верхнем слое почвы и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии. Период полуудаления составляет продолжительное время: для цинка-70-510, для кадмия-13-1100, для меди-310-1500 и для свинца-740-5900 лет
Тяжелые металлы имеют свойство накапливаться в высших (культурных) растениях в значительных количествах, создавая угрозу для животных и человека. Поэтому для предотвращения негативных последствий воздействия загрязняющих веществ на отдельные компоненты природной среды необходимо знать их предельные уровни, при которых возможны нормальная жизнедеятельность и функционировании организмов.
Содержание вредных химических соединений в компонентах природной среды регламентирует ПДК-содержание вредного вещества в окружающей среде, которое при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека.
При этом, при определении ПДК учитывают влияние загрязняющего вещества не только на здоровье человека, но и на животных, растения, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом.
Профилактические меры основаны на совершенствовании технологий производства, создании замкнутых технологических систем, а также на контроле внесения в почву отходов промышленности в качестве удобрений и мелиорантов. Реабилитационные меры применяют для ликвидации последствий уже существующего загрязнения почв, путем проведения санации почв.
При санацией почвы понимают систему методов и способов приводящих к уменьшению токсичного действия ТМ или снижения их в почве до фонового уровня. Санацию почв можно проводить методами очистки и дезоксидации. Очистку можно проводить путем промывок, извлечения ТМ из почвы с помощью растений (фитомелиорация), удаление верхнего загрязненного слоя и иными способами (глубокая вспашка, рыхление и др.).
Различные способы санации загрязненных ТМ почв оценивают по следующим критериям: способ должен быть экологически безопасным, технологически эффективным и экономически рентабельным. Экологическая безопасность подразумевает, что использование способа не повлечёт за собой экологических ущербов. Технологическая эффективность заключается в том, что доля извлечённых или закреплённых ТМ должна быть высокой. Экономическая эффективность плодородия почвы заключается в том, что восстановление плодородия почвы должно быть экономически более выгодным, чем получение на ней низких урожаев и некачественной сельскохозяйственной продукции при выведении загрязненных земель из сельскохозяйственного оборота.
Для уменьшения или ликвидации техногенного загрязнения агроландшафтов ТМ используют физические, химические, биологические и комплексные способы мелиорации почв, применение которых позволяет:
- оптимизировать водный режим почв, снизить поступление токсикантов в растения;
- довести реакцию среды до оптимального уровня, при котором подвижные соединения ТМ переходят в недоступную растениям форму;
- сократить поступление ТМ в культурные растения с помощью элементов-антагонистов, фосфора, кальция и др.;
- создать искусственные биохимические барьеры с помощью фитомелиорации и химмелиорантов;
- физические методы очистки почвы используют приемы рекультивации (полного удаления загрязненного слой почвы)и его замена внесением чистого грунта, торфа, сапропеля. Эти способы целесообразно применять для почв с очень опасной степенью загрязнения.
Методы химической очистки почв предполагают удаление из почвы ТМ химическими способами . Химическую очистку почв осуществляет путём её промывки. промывные нормы должны быть достаточными только для вытеснения почвенного раствора с ТМ в слое почвы, подстилающие корнеобитаемый слой. К технологии промывки почв предъявляют следующие требования:
- промывная территория должно быть хорошо дренирована;
- сбор вытекающего раствора должен быть гарантирован;
- исключается миграция загрязнителей в сопряженные среды.
Биологические методы очистки почвы предполагают выведение ТМ из почвы помощью растений и микроорганизмов. Приемы фитосанации основаны на способности растений поглощать из почвы в значительных количествах некоторые тяжёлые металлы. Затем эти растения скашивают и утилизируют. к растениям-толерантам относятся: бобовые (горох, вика, люпин); из злаковых-гречиха; из овощных культур – свекла, капуста и картофель.
Агроэкологическое состояние длительно не используемых осушаемых земель
Выведенные из сферы сельскохозяйственного производства пахотные земли постепенно зарастают травянистой, а затем и древесно-кустарниковой растительностью.
Так, на супесчаных, легко- и среднесуглинистых дерново-подзолистых среднекультуренных почвах при осушении выпаса скота залежь начинает зарастать вейново-опушечной растительностью с участием малоценных в кормовом отношении видов трав, каких как вейник наземный, купырь лесной, кипрей, осоки и др., а на участках с избыточной влажностью начинает появляться и кустарнико-древесная растительность.
Кроме агромелиоративных мероприятий, применяют другие приемы обработки бывшей залежи, направленные на усиление внутрипочвенного стока воды по пахотному и подпахотному слоям почвы.
В первую очередь это рыхление осушаемой почвы на различную глубину, которое также улучшает воздухопроницаемость, здесь различают глубокое мелиоративное рыхление, выполняемое на глубину 50-80 см и эксплуатационное (агрономическое) – на глубину 25-35 см. Глубокое мелиоративное рыхление повторяют через 2-4 года в зависимости от гранулометрического состава почвы и биологических особенностей культур. Глубокое мелиоративное рыхление проводят на участках, с почвами тяжелого гранулометрического состава.
К освоению выработанных торфяных месторождений следует приступать как можно раньше после окончания добычи торфа и завершения мелиоративного устройства территории. Запаздыванием с рекультивацией приведет к зарастанию площади кустарником, мелколесьем, сорной растительностью Интенсивное рыхление вспаханного пласта содействует проникновению в .
Наибольшие площади нарушенных земель связаны с торфоразработками. При разработке торфяников на топливо, удобрение, подстилку, с целью использования торфа в химической промышленности на месте выработанных торфяников остаются карьеры, покрытые слоем остаточного торфа мощностью до нескольких десятков сантиметров, подстилаемые минеральным грунтом. .
Рекультивация-комплекс мероприятий по восстановлению нарушенных человеком в процессе природопользования и иной антропогенной деятельности свойств почв- земель для последующего их использования и улучшения экологического состояния. Объекты рекультивации: нарушенные земли, то есть территории, на которых разрушены или полностью уничтожены .
Загрязнителем почвы может быть любой физический агент, химической вещество и биологический вид, попадающие в окружающую среду или возникающие в ней в количествах, превышающих свою обычную концентрацию. Основной показатель, характеризующий воздействие загрязняющих веществ на окружающую среду – предельно допустимая концентрация (ПДК). .
Все процессы и явления, которые вызывают деградацию почв, снижают почвенное плодородие и уменьшающие площадь сельскохозяйственных земель, условно делятся на 4 группы. Природные процессы, неблагоприятное воздействие которых на почвенный покров предотвратить нельзя: землетрясение, карсты (растворение водой горных пород), суффозия (вынос .
Тяжелыми металлами
Научная библиотека РГУ имени С.А. Есенина
Приоритетом в использовании новых информационных технологий для коллектива Научной библиотеки является полноценное обеспечение информационных потребностей университета и повышение качества образования.
Непосильная тяжесть тяжелых металлов
Бурное развитие промышленности, автотранспорта, глобальное техногенное загрязнение окружающей среды вызывают аномалии различных химических элементов в компонентах природы. Эта проблема актуальна для современных промышленных центров, в том числе и для Рязани и прилегающих к ней земель.
На экологическое состояние города существенное влияние оказывает загрязнение территории тяжелыми металлами. К ним относятся более 40 элементов Периодической системы Д. Менделеева, но основные загрязнители почвы в Рязани — цинк, олово, хром, свинец, медь. Они имеют высокую токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях. Вовлекаясь в биологический оборот, тяжелые металлы передаются по пищевым цепям и вызывают целый ряд негативных последствий, в том числе в организме человека. Кроме того, они могут поступать в него при вдыхании, так как атмосферный воздух содержит аэрозоли почвы, которая выступает как вторичный источник загрязнения.
В крупных городах, как правило, много различных производств и видов хозяйственной деятельности, загрязняющих в разной степени окружающую среду. Это зачастую приводит к тому, что одно поле загрязнения накладывается на другое. А когда загрязняющие вещества превышают предельно допустимую концентрацию (ПДК), опасность для природы и человека возрастает многократно. Убеждаешься, образно говоря, в непосильной тяжести тяжелых металлов.
В Рязани есть несколько промышленных зон, но наибольшее влияние на состояние и степень загрязнения городской среды тяжелыми металлами оказывает юго-восточная промышленная зона, где сосредоточены предприятия цветной металлургии, нефтехимии и теплоэнергетики. В технологических выбросах этих предприятий содержится значительное количество тяжелых металлов.
Загрязнение ими, как правило, неравномерно: в промышленных зонах оно больше, а чем дальше от них, тем меньше. Исследования показали, что с увеличением расстояния от юго-восточной промзоны, например на 3 — 5 км, качественный состав загрязняющих веществ в почве несколько меняется. Почти в 2 раза уменьшается концентрация в пробах олова и в 2,5 раза — свинца. Однако доля проб почвы с превышением ПДК токсикантов первого класса опасности остается достаточно высокой. Так, содержание свинца в 58 %, а цинка в 48,8% проб почвы превышает ПДК.
На удалении от юго-восточной промзоны на расстояние 7 — 10 км влияние техногенных выбросов на накопление в почве тяжелых металлов значительно снижается, но тем не менее продолжает оставаться высокой доля проб почвы с превышением ПДК свинца и цинка, которая составила 37,5 и 18,8% соответственно.
Установлено, что техногенная геохимическая аномалия тяжелых металлов в почвах в северном, южном и юго-западном направлениях соответствует «опасному» и «чрезвычайно опасному» уровням загрязнения.
На основе проведенных исследований составлена карта-схема загрязнения тяжелыми металлами поверхностного слоя почв города Рязани. Она показывает пробы со значениями суммарного показателя загрязнения более 128, соответствующих «чрезвычайно опасному» и «опасному» уровням загрязнения.
Вклад каждого тяжелого металла в общее загрязнение почвы различен. Для таких химических элементов, как цинк, олово, хром, свинец и медь, превышение среднего валового содержания в почве над фоновыми значениями составило 11,8, 8,9, 5,1, 4,3, 4,0 раз соответственно.
Другие химические элементы в рязанской почве содержатся в малых количествах.
Марганец, никель, молибден, ванадий, кобальт, кадмий имеют или малое превышение фонового уровня, или ниже его. Поэтому говорить о загрязнении почвы этими металлами не стоит.
Опасность, которую несет с собой загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами, не может не вызывать большой тревоги. Повышенные концентрации цинка, например, оказывают токсическое влияние на живые организмы. У человека они вызывают тошноту, рвоту, дыхательную недостаточность, фиброз легких, являются канцерогеном. Длительное воздействие пыли олова ( в течение 10 — 15 лет) может вызвать заболевание работающих пневмокониозом. При повышении концентрации хрома происходит изменение иммунологической реакции организма, поражается печень. Свинец в организм человека поступает в основном через пищеварительный тракт. При токсичных дозах он накапливается в почках, печени, селезенке и костных тканях. При свинцовом токсикозе поражаются в первую очередь органы кроветворения, нервная система и почки. Чрезмерное поглощение меди человеком приводит с болезни Вильсона, при которой ее избыток откладывается в мозговой ткани, коже, печени, поджелудочной железе и миокарде, увеличивается смертность от рака органов дыхания.
Представим себе фантастическую картину: все заводы Рязани, загрязняющие окружающую среду тяжелыми металлами, вдруг остановились. Или, что еще нереальнее, поставили такие улавливающие устройства, которые исключили вредные выбросы. Что ж, наступит эра экологического благополучия? Нет, даже в этих случаях природа еще долго будет испытывать последствия загрязнения. Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в ее толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии. Первый период полуудаления (удаления половины от начальной концентрации) тяжелых металлов занимает весьма продолжительное время: цинка — от 70 до 510 лет, меди — от 310 до 1500 лет, свинца — от 770 до 5900 лет. И все это время человеку суждено жить под дамокловым мечом, выкованным из тяжелых металлов.
Гальченко С. Экономика и жизнь. Русь №25 (24.06.2009)
Запись опубликована автором admin в рубрике Пресса о РГУ имени С. А. Есенина. Добавьте в закладки постоянную ссылку.
Читайте также: