Химические вещества загрязняющие почву

Химическое загрязнение почвы. Источники заражения. Мероприятия по охране почвы

Взаимодействие почв с окружающей средой на основе химического контакта происходит неизбежно. Другое дело, что не всегда такие контакты способствуют улучшению агротехнических качеств и параметров плодородного слоя. В зависимости от характера загрязнения почва сама по себе может стать экологически опасным ресурсом даже без учета ее способностей к питанию сельскохозяйственных культур. При этом химическое загрязнение почвы может иметь разные предпосылки и последствия. Чтобы разобраться в этих и других аспектах химического поражения земли, стоит подробнее ознакомиться с источниками подобных загрязнений.

Какие бывают источники химического загрязнения?

Химическое загрязнение почвенного покрова – это изменение его состава, которое возникает под косвенным или прямым воздействием различных факторов. В большинстве своем негативные предпосылки к химическому изменению характеристик почвы все же предполагает человеческая деятельность. Среди главных факторов такого рода можно выделить работу промышленных предприятий, сельскохозяйственную деятельность и коммунальное обслуживание. Это основные причины загрязнения почвы, которые делают ее непригодной для эксплуатации с целью выращивания культурных растений. Но, разумеется, этими источниками загрязнение не ограничивается. Например, промышленность косвенно способствует выпадению кислотных дождей, а парниковый эффект становится результатом деятельности животноводческих ферм. Довольно серьезное воздействие в плане химического поражения оказывают и свалки с опасными отходами.

Влияние на почву промышленности и теплоэнергетики

В той или иной степени загрязнение почвы происходит при любой деятельности человека в хозяйственных отраслях. Главным же источником химического поражения является промышленность. В частности отходы металлургических комбинатов и специализированных химических предприятий вырабатывают активные вещества, пагубно влияющие на состояние почвенного покрова. Отчасти по этой причине выбросы промышленных предприятий в последние годы регулируются все жестче. Так, на многих фабриках и заводах наблюдается постепенный перевод производств на безотходные технологии полного цикла.

Немалый вклад в загрязнение вносят и предприятия, которые занимаются простым органическим синтезом. В первую очередь они опасны технологическими продуктами, остающимися после прохождения технологического цикла. Большую часть таких материалов представляют углеводородсодержащие отходы. Кроме того, химическое загрязнение почвы обеспечивают и вещества с высокомолекулярными соединениями, которые остаются в виде растворителей, катализаторов, стабилизаторов и других добавок, используемых в производстве стройматериалов.

Свалки с отходами и их воздействие на почву

Сами по себе предприятия не вредят почве. Загрязнения происходят в результате разноса отработанных продуктов по близлежащей территории. Существуют специальные полигоны, а также свалки, на которых концентрируется и, в некоторых случаях, утилизируется опасный продукт. В таких зонах почва страдает больше всего, поскольку степень химического воздействия измеряется уже в показателях повышенной токсичности и радиоактивности. Собственно, подобные территории изначально рассчитываются под цели захоронения отходов. При этом источники химического загрязнения почвы в данном случае не ограничиваются одной лишь промышленностью. На свалки также свозят бытовые отходы. Например, технические масла, химическую продукцию, остатки стройматериалов, стеклоочистители и растворители, батарейки с аккумуляторами и другие продукты, которые на многие годы делают почвы непригодными для эксплуатации. По крайней мере, это относится к использованию земли в сельскохозяйственных нуждах.

Кислотные дожди

Отдельной группой отходов промышленных предприятий стоит отметить выбросы в атмосферу. В частности оксиды углерода и азота, диоксиды серы и органические летучие соединения формируют условия для последующего выпадения кислотных дождей. Скопление в атмосфере химических соединений приводит к появлению реакций, которые, конечно, мало общего имеют с классическим пониманием дождей, но полностью подходят под определение осадков. Например, кислотные дожди могут проявляться в виде снега, облака, тумана и даже пыли. Главная опасность заключается в последствиях, обусловленных выпадением химически опасных веществ в таких осадках.

Повышенное содержание щелочи в водах, которые переносят кислотный конденсат, не только сокращает эффективность плодородного слоя почвы, но и способствует развитию эрозийных процессов. И это не говоря о том, что прямой контакт выращиваемых растений с кислотными почвами делает их опасными с точки зрения последующего потребления.

Сельское хозяйство как источник загрязнения

Загрязнения в процессе ведения сельскохозяйственной деятельности также распространены. Обычно негативные химические воздействия такого рода происходят в результате неправильного внесения удобрений. Так, нерациональное использование пестицидов при обработке растений осложняет дальнейшее выведение этого вещества из почвы. Однако наибольший вред плодородному покрову наносят хлорорганические компоненты и полихлорпинен, остатки которого задерживаются в земле на 10-15 лет.

Традиционные минеральные элементы удобрений также обеспечивают химическое загрязнение почвы, повышая ее токсичность. Использование медьсодержащих инсектофунгицидов ухудшает плодородные качества земли. Ситуация осложняется, если на такие почвы параллельно воздействуют и пролегающие поблизости автомагистрали, которые также приносят на поля тяжелые металлы.

Коммунальное обслуживание как фактор загрязнения

Помимо специализированных свалок и полигонов с захоронением отходов есть и городские места скопления мусора, канализации и другие объекты коммунальной инфраструктуры, которые также могут воздействовать на состояние почвы. Это могут быть остатки пищевых продуктов, стройматериалы, а также химически активные вещества, используемые в бытовых нуждах. Данный фактор не всегда обуславливает прямое химическое загрязнение почвы, но может воздействовать косвенным образом, не говоря о том, что конечным пунктом вывоза подобных отходов будут те же свалки и полигоны с опасными токсическими отходами.

Естественные процессы химического загрязнения

Выветривание почвы нельзя отнести к непосредственно химическому изменению характеристик почвенного покрова, но в некоторых случаях оно становится причиной эрозии. Это в определенной мере заболевание почвы, при котором наблюдается недостаток влаги в ее структуре. Подобные проблемы возникают именно по причине естественного природного воздействия – ветер переносит частицы грунта, попутно испаряя влагу. Положение усугубляется, если к эрозии добавляются и сельскохозяйственные причины загрязнения почвы в виде перенасыщения солевыми удобрениями. Единственным правильным решением с точки зрения фермера в таких случаях будет регулярное выполнение культивационных работ, а также сбалансированное орошение покрова.

Последствия загрязнений

Ситуации с химическим поражением почвенных слоев различны, как и последствия таких процессов. Наиболее тяжелым является положение с почвами на полигонах захоронения отходов, период восстановления которых может достигать 50-100 лет. Воздействие промышленности и сельского хозяйства также способно обусловить химическое загрязнение почвы, последствия которого обернутся невозможностью целевого использования плодородного покрова. Помогают в этом случае дополнительные меры по восстановлению характеристик земли, но перед этим специалисты производят оценку загрязненности.

Оценки уровня химических загрязнений

Анализ загрязнений применяется с целью нормирования характеристик почвы с поправкой на эксплуатационные требования. Среди показателей, используемых для оценки химического поражения почв, в качестве главного можно выделить коэффициент концентрации вредных веществ. При этом используются разные методики определения фитотоксичности. Например, химическое загрязнение среды, с которой взаимодействует почва, может быть оценено по характеристикам выращиваемых в данной местности растений. Для этого набор базовых и нормальных свойств почвы сравнивается с характеристиками исследуемого грунта. Таким образом выявляются отклонения в составе почвы, после чего специалисты определяют перечень мер для стимуляции восстановления покрова.

Мероприятия по охране почвы от загрязнений

Природоохранные нормативы предусматривают специальные положения, которые регулируют правила эксплуатации земель, предназначенных для сельскохозяйственного использования, высаживания лесных массивов, организации рекреационных и заповедных зон. Экологические и санитарно-гигиенические правила использования таких объектов строго ограничивают деятельность промышленных предприятий и жестко регулируют работу агротехнических организаций в границах своего района. Общие мероприятия по охране почвы ориентируются и на сегмент транспортного обслуживания, который в немалой степени влияет на состояние атмосферы. В целях восстановления почвенных покровов используются гидротехнические операции с поливом или ограничением грунтовых вод, культивация земель, а также средства борьбы с эрозийными процессами.

Заключение

В отличие от других сред экосистемы земля обладает довольно сильными механизмами самоочищения от проникающих в ее структуру загрязнений. Как показывают эксперименты, постоянное загрязнение почвы химическими веществами в виде углеводородов может быть даже полезным. Несмотря на вредоносность подобных элементов, они ускоряют процессы детоксикации, что способствует восстановлению экологического состояния земли.

В немалой степени эффективность внутренней борьбы почвы с негативными факторами токсичности обеспечивают и растения. Например, некоторые виды сельскохозяйственных культур аккумулируют трудноусваиваемые элементы.

Источник

Химическое загрязнение почв

В последние десятилетия человек стал причиной быстрой де­градации почв, хотя потери почв имели место на протяжении всей человеческой истории. Во всех странах мира сейчас распахивают около 1,5 млрд. га земель, а общие потери почв за историю человече­ства составили около 2 млрд. га, то есть потеряно больше, чем теперь распахивается, причем многие почвы перешли в разряд непригодных бросовых земель, восстановление которых или невозможно,илислишком дорого стоит.

Насчитывают не менее 6 типов антропогенно-технических воз­действий, которые могут вызвать разного уровня ухудшение почв. В их числе: 1) водная и ветровая эрозия, 2) засоление, подщелачивание, подкисление, 3) заболачивание, 4) физическая деградация, включая уплотнение и коркообразование, 5) разрушение и отчуждение почвы при строительстве, добыче полезных ископаемых, 6) химическое за­грязнение почв.

Охрана почв заключается в том, чтобы предотвратить или све­сти к минимуму все виды разрушения почв и/или почвенного покро­ва.

Химическое загрязнение почв может быть вызвано следующи­ми причинами: 1) атмосферным переносом загрязняющих веществ (тяжелые металлы, кислые дожди, фтор, мышьяк, пестициды); 2) сельскохозяйственным загрязнением (удобрения, пестициды); 3) на­земным загрязнением — отвалы крупнотоннажных производств, от­валы топливно-энергетических комплексов, 4) загрязнением нефтью и нефтепродуктами.

Тяжелые металлы поступают в почву преимущественно из ат­мосферы с выбросами промышленных предприятий, а свинец — с выхлопными газами автомобилей. Наиболее типичные тяжелые ме­таллы — свинец, кадмий, ртуть, цинк, молибден, никель, кобальт, олово, титан, медь, ванадий. Из атмосферы в почву тяжелые металлы попадают чаще всего в форме оксидов, где постепенно растворяются, переходя в гидроксиды, карбонаты или в форму обменных катионов.

В локальном масштабе существенный канал поступления тяжелых металлов — их внесение непосредственно в почву с веществами, используемыми в сельском хозяйстве в качестве удобрений: с осадками сточных вод, компостами из городского мусора, с загрязненными оросительными водами, с минеральными удобрениями. Известкование также является источником загрязнения почв тяжелыми металлами и его вклад в их общее поступление довольно ощутим (Войтович, 1997) (табл.28 ).

Таблица 28

Агротехнические источники загрязнения почв тяжелыми металлами, мг/кг сухого вещества (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989)

Сравнительно небольшое количество токсикантов попадает в пахотный слой почвы с пестицидами и фунгицидами (Controles de residus. 1992), расход которых при проведении защитных мероприятий небольшой, поэтому они не представляют серьезной опасности в качестве источника загрязнения почв (Maliszewska, Werzbicha, 1978).

В то же время имеются данные, которые свидетельствуют о загрязнении почв в результате применения пестицидов. Так, например, постоянное применение медьсодержащих препаратов приводит к накоплению меди в почве в токсичных для растений концентрациях (Алексеев, 1987; Черных и др., 1999).

Если почва прочно связывает тяжелые металлы (обычно в бо­гатых гумусом тяжелосуглинистых и глинистых почвах), это предо­храняет от загрязнения грунтовые и питьевые воды, растительную продукцию. Но тогда сама почва постепенно становится все более за­грязненной и в какой-то момент может произойти разрушение орга­нического вещества почвы с выбросом тяжелых металлов в почвен­ный раствор. В итоге такая почва окажется непригодной для сельско­хозяйственного использования. Общее количество свинца, которое может задержать метровый слой почвы на одном гектаре, достигает 500-600 т; такого количества свинца даже при очень сильном загряз­нении в обычной обстановке не бывает.

Почвы песчаные, малогумусные, устойчивы против загрязне­ния; это значит, что они слабо связывают тяжелые металлы, легко отдают их растениям или пропускают их через себя с фильтрующи­мися водами.

Если почвы загрязнены тяжелыми металлами и радионуклида­ми, то очистить их практически невозможно. Пока известен единст­венный путь: засеять такие почвы быстрорастущими культурами, дающими большую зеленую массу; такие культуры извлекают из почвы токсичные элементы, а затем собранный урожай подлежит уничтожению. Но это довольно длительная и дорогостоящая проце­дура[36].

Можно снизить подвижность токсичных соединений и поступ­ление их в растения, если повысить рН почв известкованием или до­бавлять большие дозы органических веществ, например торфа. На за­грязненных тяжелыми металлами (но не радионуклидами) почвах можно выращивать культуры, не используемые в качестве продо­вольствия или кормов, например цветы.

Промышленные отвалы. Атмосферные выбросы, содержащие оксиды различных токсичных металлов и неметаллов, распространя­ются на десятки и сотни километров. Поэтому вызываемыеимизагрязнения имеют региональный, а иногда и глобальный характер. В противоположность этому крупнотоннажные отходы различных производств, золы тепловых электростанций, отвалы при добыче уг­ля оказывают преимущественно локальное влияние. Такие отвалы занимают немалые площади, выводя из пользования земельные уго­дья, а многие из них представляют вполне конкретную опасность для окружающей среды. Отвалы угольных шахт содержат немало угля, он горит, загрязняя атмосферу. Отвалы многих горных пород содер­жат пирит FeS₂, который самопроизвольно на воздухе окисляется до Н₂SO₄; в период дождей или снеготаяния последняя легко образует не только сильнокислые территории, но даже озерца серной кислоты в окрестностях горных выработок. Единственный путь нормализации экологической обстановки в таких местах — выравнивание отвалов, их землевание, залужение, лесные посадки.

9.5. Полигоны твердых бытовых отходов и их экологическая рольПроблема удаления твердых бытовых отходов (ТБО) и загрязнения городских территорий особенно остро стоит в крупных городах (мегаполисах) с численностью жителей более 1 млн. человек.

Средняя норма «производства»ТБО на одного человека достигает 1 м 3 /год (по объему) или 200 кг/год (по массе).

Горы бытовых, промышленных, радиоактивных отходов, а так­же отходов, связанных с добычей полезных ископаемых приводит к разносу бактерий и вирусов на огромные расстояния.

Необходимо отметить, что в последние годы в составе ТБО резко уменьшается доля пищевых отходов, кожи, резины, стекла и соответственно возрастает содержание упаковочных материалов (бумага, картон, синтетика), т.е. просматривается сброс западных отходов в наши города и неумение их использовать (табл.29).

Состав ТБО мегаполиса, %

Широко распространенным способом уничтожения нефтеотходов является вывоз на полигоны и свалки, где их сжигают или захоранивают. Места ликвидации нефтеотходов должны отвечать требованиям: наличие мощных водонепроницаемых глинистых грунтов; достаточное удаление от населенных пунктов; исключение возможности попадания поверхностных вод с территории полигона в близко расположенные водоемы. На полигон сдаются производственные отходы следующих групп: осадки из очистных сооружений; нефтепродукты, не подлежащие регенерации; нефтесодержащие стоки; отходы гальванического, химического и кожевенного производства; особо вредные отходы в контейнерной упаковке.

Не подлежащие регенерации нефтепродукты и нефтесодержащие стоки привозят в ёмкостях, оборудованных шланговыми устройствами, и сливают в карты. Затем происходит естественное их отстаивание, откачивание или испарение воды, а нефтепродукты направляются для сжигания в специальные звездообразные ямы, выложенные огнеупорным кирпичом. Неорганизованное сжигание нефтепродукта (без достаточного количества окислителя) приводит к неполному сгоранию и повышенному дымообразованию, т.е. загрязнению атмосферы.

Пенообразование и газификация нефтеотходов. Нефтеотходы обычно представляют собой эмульгированные с различной степенью стабильности растворы, в которых доля воды может составлять до 70% общей массы. Удаление воды из таких растворов простым отстаиванием удается с трудом. Во всплывающих в отстойниках нефтепродуктах оказывается до 10% механических примесей в основном неорганического происхождения (абразивная пыль, порошок металлов, мелкий песок). При достижении температуры кипения воды в барботажной ванне слой нефтепродуктов насыщается большим количеством мелких паровых пузырьков. Молекулярные силы способствуют слиянию эмульгированных нефтепродуктов с пузырьками диспергированного в слое пара и воздуха, а затем всплытию образующейся при этом системы «флотируемая частица-пузырек» на поверхность слоя. Всплывающие на поверхность пузырьки воздуха и пара образуют слой пены, на­сыщенный флотируемым веществом, т.е. нефтепродуктами. В паровой пузырек (в зависимости от температуры слоя, площади разделения фаз газ-жидкость и парциального давления компонентов) в первую очередь испаряются составляющие, имеющие более низкую температуру кипения. Всплывая на поверхность, парогазовые пузырьки образуют ячеистую пену, насыщенную парами воды и продуктами испарения углеводородов при температуре, близкой к температуре испарения воды. Испарение нефтепродуктов происходит также и с поверхности ячеистой пены. Испаряющийся сфлотированный нефтепродукт в виде тончайшей пленки образует поверхность ячеек, а водный пар и газ, заключенные в них, служат изолятором. По мере испарения части нефтепродукта стенки паровых ячеек утончаются, ячейки «взрываются» и происходит распыление остаточного нефтепродукта.

Когда в барботажной ванне начинается кипение, то все те­пло, поступающее извне в жидкость, тратится на парообразование. Температура кипения остается постоянной в течение всего времени кипения. При этом наличие механических примесей способствует образованию на поверхности дополнительного количества пузырьков пара. Диаметр паровых пузырьков зависит от внутренних факторов (вязкости жидкой фазы, коалесценции пузырьков на поверхности твердой фазы), размера барботажных отверстий и скорости воздуха. Образовавшаяся ячеистая пена испаряется и разрушается вследствие излучения надслоевого пламени, а также при выходе из слоя первичного воздуха. При этом улучшаются условия прогрева слоя из-за разрушения теплоизолирующей пенной структуры. Неравномерность перемешивания слоя приводит к образованию застойных зон, в которых при повышенной температуре слоя может произойти расслоение системы «нефтепродукт-вода», т.е. вода, как более тяжелый компонент, останется внизу, а смесь нефтепродуктов всплывает. Так как углеводороды могут нагреться выше температуры кипения воды, то возможен перегрев её и бурное вскипание. Это приводит к образова­нию большого количества пены с парогазовыми прослойками, изолирующими поверхность нефтепродукта от пламени, т.е. прекращению процесса горения — обрыву пламени. Опасность этого момента для людей и оборудования заключается в выбросе горящей жидкости. Формирование прогретого слоя начинается через несколько минут после воспламенения жидкости. Эффективное перемешивание усредняет температуру слоя и разрушает пенную структуру с выделением парогазовой фазы — этот момент надо держать под особым контролем. Необходимо принимать во внимание и то, что подача воздуха в слой горящих нефтепродуктов приводит к его охлаждению, поэтому воздух необходимо подогревать, используя тепло отходящих нагретых газов.

Отходы гальванических производств также сливаются в карты. На полигоне производят нейтрализацию с использованием в качестве реагентов отходов других химических производств.

Компоненты перемешиваются в ямах с помощью грейферов. Воду удаляют (испарением), осадок захоранивают.

Перспективно использовать сочетание термического метода с полигоном (на Западе это называют санитарной свалкой), оборудованном по специальной технологии. Дно полигона строительных материалов, заставили разработать особую схему их утилизации — создавать полигоны хранения ТБО. По фазовому состоянию отходы разделяются на твердые, жидкие или смесь твердых, жидких и газообразных фаз. Твердые бытовые отходы весьма разнородны по составу (табл.); пищевые остатки, бумага, металлолом, резина, стекло, древесина, ткань, синтетические вещества. Анализ ТБО показывает, что основная их масса приходится на долю органических их компонентов (до 80%).

Необходимо отметить, что сортировке ТБО для извлечения полезных компонентов и использования их в качестве вторичного сырья внимания практически не уделяется, а только это может обеспечить быструю окупаемость строительства полигона. Основными методами переработки ТБО (табл.30) до сих пор остаются: захоронение; термические (обычно сжигание) и биохимические методы (как с получением биогаза, так и с получением удобрений и биотоплива).

Соотношение технологий переработки ТБО, %

Дно полигона спланировано под небольшим уклоном и выстелено прочной полиэтиленовой пленкой. Внизу полигона выполнен сток и сборник жидкостей, фильтрующихся из отходов и грунта, которые регулярно вывозятся на переработку. Дневной рацион отходов уплотняется катками, засыпается слоем глины и песка, а затем застилается новой прочной полиэтиленовой пленкой, и так каждый день. По окончании эксплуатации полигона производится планировка рельефа, посадка растений или использование этих площадок для спорта. При этом чем лучше вы­полнены ежегодные работы, тем меньше вероятное просадки грунта в последующие годы. Такой полигон обходится в 6 раз дешевле строительства завода по уничтожению отходов.

В процессе хранения на полигоне отходы претерпевают разного рода изменения (превращение в другие вещества, появления новых смесей с другими физико-химическими и токсическими свойствами). Это приводит к появлению на полигонах хранения (захоронения) отходов новых экологически опасных веществ, что может представить серьезную угрозу биосфере, существованию человека. Пищевые остатки привлекают на свалки ТБО птиц, грызунов, животных, а их останки являются источником болезнетворных микроорганизмов, которые разносятся на значительные расстояния. Атмосферные осадки, саморазогрев и сжигание мусора, подземные пожары обеспечивают протекание на полигонах ТБО непредсказуемых физико-химических и биохимических процессов. Наибольшую опасность представляют жидкие промышленные и бытовые отходы, которые характеризуются высокими концентрациями самых разнообразных токсичных веществ и соединений, способных проникать в гидрографическую сеть и подземные воды, нанося ощутимый вред почвенно-растительному покрову.

Проблема утилизации радиоактивных отходов в настоящее время приобретает все более угрожающие размеры. Это связано с их широким применением, вредным и скрытным воздействием на жи­вой организм.

Проведенными исследованиями установлено, что вокруг полигоновТБО формируются зоны динамичных поликомпонентного загрязнения поверхностных и подземных вод, других природных сред с высокими температурами токсичного фильтрата (порядка 40. 50°С), вытекающего из-под свалки. Высокая температура фильтрата определяется протеканием экзотермической химической реакции, происходящей в отходах. Поэтому необходимо предусматривать перехват этих загрязненных потоков разного рода геохимическими барьерами (окислительно-восстановительные, сорбционные, глеевые), гидродинамическими ловушками (бессточные водоемы, озера, поймы, болота). Но эти устройства должны обеспечить невозможность проникновения загрязнений в грунтовые воды, обратив внимание на отсутствие депрессионной воронки, связанной с усиленным отбором подземных вод в этом районе. Наиболее протяженные «языки» загрязнения подземной гидросферы наблюдаются вдоль поверхностных водотоков с глубоким эрозионным врезом. Например, установлено, что из отвалов (терриконов) Донбасса дождевыми водами выносится селен, кобальт, медь.

Воздействие твердых и опасных отходов на приземные слои атмосферы заключается в испарении с поверхности почвы в результате разогрева, в теплые периоды или при пожарах входящих в состав отходов элементов: ртуть, мышьяк, и другие летучие металлы, газообразные соединения, получающиеся в результате химических реакций в недрах свалки. При горении наблюдается выделение диоксина, фуранов, хлорированного дибензодиозона, поэтому во многих странах Европы сжигание бытовых отходов запрещено.

При строительстве жилых районов на местах бывших свалок люди сталкиваются с проблемой загрязнения помещений и подвалов метаном и другими углеводородами, образующимися при разложении засыпанных грунтом отходов. В конце концов, это приводит к появлению повышенных концентраций угарного и углекислого газа, что приводит к отравлениям и даже жертвам. Приземные слои воздуха над полигонами ТБО часто загрязнены пылью, сажей, пестицидами и другими мелкодисперсными твердыми частицами, которые поднимаются вверх воздушными потоками и загрязняют земные поверхности вблизи полигона (в радиусе до 3 км). Таким образом, геологическая среда и в особенности зона аэрации испытывают на полигонах ТБО повышенную нагрузку (развитие оврагов, оползневых процессов, заболачивание, участки комплексного загрязнения). Это указывает на то, что полигоны ТБО оказывают комплексное воздействие на все компоненты многоэтажной структуры ландшафта, создавая опасность проникновения загрязнения в пищевую цепь и организм человека. Пути и механизмы такого воздействия весьма сложны и недостаточно изучены. Во многих странах с этой целью разработаны долгосрочные программы исследований, нормативные и законодательные акты, определяющие порядок размещения опасных отходов в геологической среде. Недопустимо, когда зона санитарной охраны полигона и применяемое оборудование выбираются произвольно (без учета реальных процессов загрязнения и ком­плексных ответных реакций биосферы на функционирование поли­гонов ТБО). Результаты мелкомасштабных исследований дают воз­можность выявить значение региональных геолого-тектонических, гидродинамических, метеорологических, термических, геохимиче­ских и микробиологических факторов, влияющих на состояние от­ходов, на миграцию и отложение образующихся загрязняющих ве­ществ и соединений. Основные задачи — обоснованно выбирать места для полигонов ТБО, определять приоритетные загрязнители и пути их проникновения в ОС, пищевую цепь, живой организм, обеспечить всесторонний мониторинг влияния полигона после ввода его в эксплуатацию. По результатам этих работ можно выдавать краткосрочные и долгосрочные прогнозы изменения ОС региона под действием хранящихся отходов. Если полученная комплексная информация достаточно полна, то успешно могут быть решены вопросы: где и когда загрязняющие вещества окажутся в любойизприродных сред, какие экологически опасные химические и биохимические реакции будут протекать в зоне влияния отходов.

Состояние дел с переработкой отходов в России можно рас­смотреть на примере самого крупного города страны — Москвы, где ежегодно образуются ТБО, причем 90% их утилизируется на двух полигонах, а остальные, на двух мусоросжигательных заводах, оснащенных оборудованием из Германии и Дании и свалках (их 90 и 63 из них не функционируют). Полигоны функционируют более 20 лет и срок их эксплуатации заканчивается. Полигоны и заводы не обеспечивают необходимый уровень охраны окружающей природ­ной среды. На полигонах отсутствуют минимально необходимые природоохранительные сооружения (водо-охранительные экраны, противооползневые устройства, системы отвода и обеззараживания фильтрата и поверхностных вод), не проводится послойная укладка отходов с ежедневной засыпкой песком, допускается складирование до 1,5 млн. т. в год токсичных промышленных отходов (ТПО). По­следнее обстоятельство совершенно недопустимо, т.к. требования к утилизации ТБО и ТПО совершенно различные и совместноеиххранение не допускается по требованиям экологической безопасно­сти.

Россия потребляет ежегодно до 400 т ртути, что приводит к образованию до 10000 т ртутьсодержащих отходов (РСО) со средним содержанием в них ртути до 4%. Свои потребности в ртути Россия покрывает на 10%, а 90% ртути покрывает за счет импорта. Но, имея до 500000 т РСО, запасы которых ежегодно пополняются 10000 т, Россия могла бы почти полностью решить проблему импорта ртути и обезвредить «экологическую бомбу» замедленного действия. Основными технологиями переработки РСО являются:

— переработка и утилизация ртутьсодержащих шламов в про­изводстве каустической соды;

— переработка ртутьсодержащих катализаторов;

— переработка РСО металлургической, химической, электро­технической промышленностью;

— переработка ртутьсодержащих ламп.

Технологии предусматривают демеркуризацию твердых отходов, выщелачивание, окисление, экстракцию и получение металлической ртути.

При проведении исследований химического состава термичесвысушенных осадков на полигоне ТБО (станция аэрации г, Орехово-Зуево) в течение года позволили произвести как сезонную, так и количественную оценку биогенных элементов, наличие токсических веществ (соединений). Поступающие на станцию аэрации сточные воды на 50% состоят из различных видов промышленных стоков, что несет угрозу содержания в них токсических веществ. Влажность ТБО в среднем составляли З. 5%, зольность — до 50%, частицы размером 1. 3мм до 70%. Определение наличия в термически высушенном осадке железа, меди, цинка, хрома, никеля, свинца, кадмия, натрия, кальция, магния, проводилось методом эмиссионной пламенной и атомно-адсорбционной спектрофотометрии; алюминия — объемным методом с ксиленоловым оранжевым, марганца — калориметрическим с периодатом. В водных вытяжках катионы определялись с помощью спектрофотометра, хлориды ионоселективным электродом, кальций и магний — с применением тригонометрического метода. Для определения сульфатов использовался весовой метод нитратов с салицилатом натрия и общий азот — по методу Кьельдаля. Концентрация фосфатов устанавливалась в растворе с молибдатом аммония.

Результаты анализов демонстрируют таблицы и . Минеральная часть ТБО (табл.31) содержит соединения кальция, магния, кремния, алюминия и железа. Наличие значительного количества кальция в осадках (около 50%) обусловливается техно­логией механического обезвоживания на вакуум-фильтрах с добав­лением извести и хлорного железа

Химический состав золы в ТБО полигона, %

Результаты исследования подтвердили органический характер ТБО (в них содержится более 90% органического углерода от обще­го его количества, а индекс отношения углерода к азоту составляет в среднем 14%) и целесообразность использования их после переработки в качестве удобрений (табл.32)

Содержание биогенных элементов (% сухого вещества) в ТБО

Содержание микроэлементов и токсичных органических ве­ществ, способных оказать токсическое действие на продукцию сель­ского хозяйства после внесенияих в почву, приведены в табл. 33 и 34. Содержание микроэлементов (например, никель, кремний), не указанных в таблице . находится ниже чувствительности, обеспеченной методом исследования.

Содержание основных микроэлементов (%) в золе ТБО

Содержание токсичных органических веществ (% от сухого вещества ТБО)

Важной характеристикой любого удобрения является содержание в нём водо-растворимых элементов (ионы калия, натрия, кальция), которые наиболее легко усваиваются растениями и макси­мально подвержены процессам миграция (табл.35). При этом надо учесть, что в условиях щелочной среды (рН=8. 12) в водную вытяжку переходит незначительная часть этих элементов, т.е. расте­ния, выращенные на почвах с применением удобрений ТБО не будут их накапливать. Не попадают в водные вытяжки и микроэлементы, кроме меди и цинка. Поэтому необходимо было проверить растения, выращенные на почвах, удобренных ТБО (табл.36). При внесении 20. 50 т/га наблюдался 2-кратный прирост содержания меди и цин­ка, а остальных микроэлементов — за пределами чувствительности определения.

Содержание водо-растворимых элементов (% сухого вещества)

Содержание микроэлементов в почве при использовании ТБО в качестве удобрения (% сухого вещества)

Анализ выращенной продукции на почвах с применением ТБО показал, что попавшие с удобрением в почву тяжелые металлы (даже медь и цинк) практически не попадают в растения, а по хрому и кадмию фиксировались только их следы. Не наблюдается существенная разница в содержании меди и цинка в различных видах сельхозпродукции. Это даст основания полагать, что известь, содержащаяся в осадке, препятствует миграции металлов в растения. Таким образом, можно сделать вывод, что наличие в термически высушенных осадках сточных вод достаточно органического вещества и основных питательных элементов для роста растений. Следовательно, целесообразен такой способ утилизации ТБО.

Горюче-смазочные материалы (см. лаб работу «Исследование содержания в почве ГСМ»).

Контрольные вопросы

1. Что называют литосферой?

2. Что такое горные породы?

3. Чем отличаются кислые, средние, основные, магматические породы?

4. Анализ элементов земной коры. Геохимические классификации элементов.

5. В результате каких процессов образуются осадочные горные породы?

6. Природные причины химического и физического выветривания.

7. Назовите механизмы химического выветривания.

8. Каокй из механизмов химического выветривания считается доминирующим в верхнем слое земной коры?

9. Что называется почвой?

10. Назовите основные компоненты гумуса.

11. Чем похожи и чем различаются гуминовые и фульвокислоты?

12. Что такое буферность почвы и от чего она зависит?

13. Перечислите общие для большинства почв возможные реакции.

14. Дайте определение ёмкости катионного обмена.

15. Наличием каких катионов обусловлена потенциальная кислотность почв? Какие причины способствуют её повышению?

16. Какими солями вызывается повышенная щелочность почв?

17. Каковы последствия засоления почв?

18. За счет чего формируются различные окислительно восстановительные режимы почв?

19. Функции гуминовых веществ в почве.

20. Какими причинами может быть вызвано химическое загрязнение почв?

21. Какие Вам известны агротехнические источники загрязнения почв тяжелыми металлами?

22. Охарактеризуйте промышленные отвалы. Приведите примеры.

23. Каков состав ТБО?

24. Какие Вам известны технологии переработки ТБО?

25. Какие Вам известны основные технологии переработки РСО?

26. Какова экологическая роль полигонов ТБО?

Задачи

1. В образце лунного грунта обнаружен минерал, содержащий 16,2 % кальция, 22,5 % железа, 22,6 % кремния и 37,8 % кислорода. Рассчитать эмпирическую формулу минерала.

2. Для анализа образца торфа взята навеска 1,6340 г, из которой после прокаливания до постоянной массы получилось 0,4102 г золы. Какова зольность образца?

3. Концентрация ионов водорода в почвенном растворе равна 4*10 -9 моль/л. Рассчитайте рН и концентрацию гидроксид ионов.

4. Одно из самых дешевых азотных удобрений — аммиачная вода, раствор аммиака. Определите степень диссоциации гидрата аммиака NH₃ . H₂O в 0,002М растворе, если его рН равен 10,3 при 25 o С.

5. Определить массу простого суперфосфата (Са(Н₂РО₄)₂*2СаSO₄), которую можно получить из фосфорита (Са₃(РО₄)₂) массой 5 т, если массовая доля фосфорита равна 75%.

6. Массовая доля окисда фосфора (V) в томасшлаке (Са₃(РО₄)₂*СаО) равна 16%. Рассчитайте маасу томасшлака и массовую долю фосфора в нем.

7. Массовая доля оксида калия в сильвините равна 20%. Какой массовой доле хлорида калия это соответствует.

8. Рассчитайте массу диаммофоса, который образуется при насыщении 50% раствора фосфорной кислоты массой 103,2 т аммиаком массой 16,1 т. Потери исходных веществ в процессе производства составляют 4%.

9. Почва массой 100 г содержит оксид фосфора (V) массой 4 мг. Какую массу диаммофоса ((NH₄)₂HPO₄) нужно внести на 1 га почвы, чтобы в почве массой 100 г была масса окисда фосфора (V) 10 мг.

10. Вычислить массовую долю (%) меди в руде, если из навески руды массой 0,6215 г медь перевели в раствор в виде Сu 2+ и при добавлении к этому к раствору иодида калия выделившийся йод оттитровали 18,23 мл раствора тиосульфата натрия с титром 0,01545.

Источник