Химическое загрязнение почвы земли

Загрязнение почвы химическими веществами: последствия и охрана

Деятельность человека является главной причиной деградации почв. Из-за химического загрязнения почва становится непригодной для выращивания растительных культур. Негативное воздействие на грунт оказывалось всегда, но по оценкам экспертов утрата земель близится к критическим отметкам. Поэтому выбросы химических веществ в грунт и последствия данного процесса являются актуальными экологическими проблемами.

Виды химического загрязнения почв

Есть разные источники загрязнения почвы химическими веществами. Главная задача экологии сводится к минимизации пагубного влияния на земли.

Атмосферный перенос загрязняющих веществ

Это распространенный путь попадания вредных веществ в землю. Посредством атмосферного переноса в грунт попадают тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий). Эти вещества попадают в атмосферу в составе испарений с производственных и добывающих предприятий, а потом выпадают вместе с осадками на землю. Вместе с жидкостью они проникают в грунтовые воды.

Попадание в грунт вредных веществ происходит при выпадении кислотных дождей. Они провоцируют рост уровня рН почвы и влияют на состав. Такие дожди выпадают в регионах, где расположены предприятия, на которых сжигают большое количество угля и неподалеку от химических и металлургических заводов.

Сельскохозяйственное загрязнение

Каждое сельскохозяйственное предприятие использует химические компоненты при обработке земли либо растущих на ней растений. Побочным явлением обработки является загрязнение почвы ядохимикатами. К ним относятся, в первую очередь, пестициды – средства, применяющиеся для борьбы с вредителями, сорняковыми растениями, с патогенами, вызывающими заболевания у выращиваемых растительных культур.

Эти химикаты не разлагаются и сохраняются в грунте. Пестициды способны попадать в грунтовые воды, влиять на уровень плодородности.

Для улучшения качества почвы при выращивании растительных культур используют удобрения. Они в меньшей степени по сравнению с пестицидами вредят земле, но влияют на грунтовый состав и являются потенциальным источником ядов.

Наземное загрязнение

В отличие от атмосферных выбросов, которые распространяются на расстояния, загрязнение из отвалов крупнотоннажных производств и топливно-энергетических комплексов имеет локальный характер. Отвалы занимают большую площадь, а выбросы химических предприятий опасны для почв.

Отвалы, образующиеся в угольнодобывающих предприятиях, содержат много угля. Он горит с выделением вредных веществ в атмосферу. Горнодобывающие отвалы содержат вредные для почв химические соединения, например пирит.

Отходы и их утилизация

Ответственность за химическое загрязнение почв в России лежит не только на добывающих и перерабатывающих предприятиях. Источником загрязнения выступают и обычные люди, которые ежедневно производят твердые отходы. Огромное количество ТБО, образующийся в процессе потребления продукции – это основной источник загрязнения почв химическими веществами. Такие отходы скапливаются на территории полигонов и свалок, вследствие чего в грунт попадают токсичные вещества, влияющие на плодородность и состав почвы.

Загрязнение нефтью и нефтепродуктами

Этот вид загрязнения считается самым опасным, так как проникающие в почву химические соединения существенно влияют на ее состав и свойства. При этом очистить землю от нефтепродуктов сложно.

Нефть попадает в грунт в основном при разведывательном бурении или непосредственно при добыче ресурса. К негативным последствиям также приводят аварии на нефтедобывающих и перерабатывающих предприятиях, транспортных трубопроводах, утечках на судах, цистернах.

Попадание нефти к грунт приводит к тому, что все живые растения и микроорганизмы гибнут из-за нехватки жидкости. Позже частицы почвы слипаются между собой, окисляются и твердеют, из-за чего земля становится похожей на асфальт. При сильном загрязнении нефтью происходит минерализация, и тогда восстановить грунт нельзя.

Загрязнение почвы радиоактивными веществами

Источниками радиоактивных веществ выступают предприятий ядерно-топливного цикла. Радиоактивные элементы попадают в грунт из негерметичных хранилищ, накопителей. Серьезную опасность представляют аварии на предприятиях, так как из-за попадания в грунт большого количества радиоактивных веществ он утрачивает свои функции на многие годы.

Радиоактивное загрязнение – прямой источник ионизирующего излучения, влияющего на растения, животных и человека. На земле, где повышен уровень радиации, нельзя выращивать пригодные к употреблению растения, так как они по умолчанию будут содержать радиоактивные вещества.

Классификация источников

Основными источниками загрязнения выступают промышленные предприятия и сельскохозяйственная деятельность. Именно эти направления в наибольшей мере влияют на качество грунта. К менее интенсивным источникам вредных веществ относятся выхлопные газы на крупных автомобильных и железнодорожных магистралях. С учетом происхождения выделяют 2 группы источников: агрогенные и техногенные.

Агрогенные

Агрогенное загрязнение возникает при использовании вредных веществ в сельскохозяйственных целях. К числу таких веществ относятся пестициды, минеральные удобрения, отходы органического происхождения, в том числе навоз животных и птичий помет.

Техногенные

Включают загрязнения, вызванные работой промышленных предприятий, заводов, комбинатов, добывающих и перерабатывающих станций. Работа таких предприятий сопровождается привнесением в почву компонентов, которые в норме для нее не свойственны. К данной категории относятся загрязнители в виде радиоактивных отходов, шлама, тяжелых металлов, щелочей и неорганических кислот.

Результат воздействия вредных веществ на почву

Попадание вредных веществ в грунт приводит к его деградации. В результате этого нарушаются почвенные процессы, разрушаются органические и коллоидные части, замедляются микробиологические циклы. Активность растений и микроорганизмов в области загрязнения угнетается.

Плодородность земли, в которую попадают вредные вещества, постепенно падает. Несоответствие гигиеническим критериям оценки указывает на то, что в загрязненном грунте нарушены естественные обменные процессы, из-за чего взращивание полезных культур становится невозможным.

Радиоактивное и химическое загрязнение земель оказывает прямое влияние на экологическую обстановку и здоровье людей, так как большая часть нутриентов в пище получается именно из грунта. Выращенные в загрязненной земле растения – это источники ядовитых веществ, попадающих в организм животных и человека. В результате этого растет частота острых и хронических заболеваний, снижается сопротивляемость инфекциям, растет риск генетических отклонений.

Оценка химического загрязнения почв

Систематический мониторинг почв подверженных загрязнению и агрохимический нконтроль регулярно проводят в регионах, где риск попадания вредных веществ повышен. Данный процесс осуществляется для определения содержания естественных элементов соединений, а также компонентов, не характерных для конкретного типа грунта.

Для агрохимического мониторинга почв необходимо предварительно определить ПДК – предельно допустимых концентраций вредных элементов. Они рассчитываются экспериментальным путем с учетом нескольких показателей вредности. Дальнейшая оценка почв загрязненных химическими веществами предусматривает сопоставление фактических показателей и ПДК.

Показатели химического загрязнения описываются в СанПиН 2.1.7.1287-03 – санитарно-эпидемиологических требованиях к качеству грунтов и почв. В соответствии с этим, вредные вещества делят на 3 группы опасности.

При оценке грунтов применяют следующие показатели:

• Коэффициент концентрации вредных элементов относительно ПДК.
• Коэффициент концентрации относительно фона.
• Суммарный показатель загрязнения.

При многокомпонентном загрязнении оценка проводится с учетом содержания самого токсичного вещества с максимальным содержанием в грунте. Земля, которая по стандартам СанПиНа, относится к чрезвычайно опасному уровню, подлежит вывозу и утилизации.

Охрана земель от загрязнения

Для охраны почвы от химического загрязнения применяются разные мероприятия и технологии. Главным профилактическим методом является внедрение архитектурных решений, отделяющих промышленные зоны и земельные участки, обрабатываемые химикатами от ландшафтных территорий. В этих целях создаются санитарно-защитные зоны, вводится нормирование химического загрязнения почв.

Другие мероприятия для защиты грунта от вредных выбросов:

• Установка на предприятиях газоочистных и пылеочистных установок, снижающих выброс в атмосферу.
• Модернизация технологических процессов на предприятиях.
• Реконструкция заводов или отдельных цехов, являющихся источником токсичных веществ в земле.
• Очистка грунтовых слоев при помощи промывки, глинования, органических или минеральных удобрений и другими доступными методами нейтрализации вредных компонентов.
• Локализация (закрепление) загрязняющего вещества для предотвращения его последующего распространения.

Химическое загрязнение почв в России

Почва считается важнейшим элементом биосферы. В данный момент химических состав земель неоднороден, что связано с неоднородным распространением элементов по территории.

Из-за негативного воздействия на почву, в том числе в сельскохозяйственном секторе, привело к снижению плодородия, истощению земель, засолению и распространению эрозийных процессов. Главным источником признаны пестициды, которые активно использовались в сельскохозяйственной сфере еще в СССР.

Свыше 1 млн Га земель нарушены при добыче полезных ископаемых. Свалки и полигоны, где сбрасываются бытовые и промышленные отходы, занимают 3 млн Га. 50 Га подверглось опустыниванию вследствие техногенных факторов.

По состоянию на 1992 год в России загрязнено 74.3 млн Га почвы. Большая часть из них расположена в непосредственной близости от промышленных предприятий, транспортных магистралей и городов. Ежегодно в почву попадает до 60 млн тонн твердых бытовых отходов.

Таким образом, состояние почвенных ресурсов в России в состоянии, близком к критическому, ввиду чего принимаются меры, направленные на снижение объема вредных выбросов.

Загрязнение почвы – глобальная экологическая проблема, вызванная жизнедеятельностью человека. Несмотря на внедрение новых технологий производства и проведение ремедиации, загрязненность грунтов постоянно растет. Содержание вредных компонентов в земле влияет на все живые организмы, в том числе на людей.

С чем связано и чем опасно загрязнение почвы тяжелыми металлами

Виды, факторы и последствия деградации почв

Виды, причины, последствия и борьба с эрозией почвы

Причины и последствия опустынивания

Фитотоксичность тяжелых металлов, пестицидов, гербицидов, магния

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу: источники и нормирование

Основные источники загрязнения воды

Антропогенное и естественное загрязнение почвы

Основные вещества и виды загрязнения биосферы

Определение степени загрязнения воды: прямые и косвенные показатели

Влияние добычи нефти на окружающую среду

Химические загрязнения среды и здоровье человека

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