IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017
ОЧИСТКА ПОЧВ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПОЧВ
В настоящее время загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами (ТМ) является одной из важнейших экологических проблем. В почвах они присутствуют в различных химических формах и обладают разными физическими и химическими свойствами с точки зрения химического взаимодействия, мобильности, биологической доступности и потенциальной токсичности. Почва выполняет роль своеобразного барьера, ограничивающего поступление тяжелых металлов в воду, растения, организмы животных и человека [1].
Известно, что самоочищение почв практически не происходит или скорость его чрезвычайно: низка: период полуудаления. цинка составляет до 310 лет, меди -до 1500 лет, кадмия — до ПО лет, свинца — до 5900 лет [5]. На территории Восточно-Казахстанской области, особенно вблизи промышленных; центров: и городов, имеется, загрязнение почв ТМ, причем приоритетными поллютантамц из них. являются в первую очередь медь, цинк, кадмий и свинец [6].Технологии очистки почв, как правило, являются дорогостоящими и во многих случаях разрушают компоненты почвенного биоценоза. В последнее время возникла новая биотехнология, которая использует способность некоторых видов растений перемещать загрязнители из почвы в ткань растений или иммобилизировать их в зоне корней.
Фиторемедиация — комплекс методов очистки сточных вод, грунтов и атмосферного воздуха с использованием зеленых растений. Одно из направлений более общего метода биоремедиации.
На практике широкое практическое применение нашла динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) и диэтилентриаимнпентауксусная кислота (ДТПА) за свою относительно невысокую стоимость и способность к образованию прочных комплексов со многими металлами в широком диапазоне рН. Проводимые лабораторные исследования по деметаллизации естественно и искусственно загрязненных металлами почв с использованием ЭДТА, ДТПА, направлены на оптимизацию условий извлечения металлов. Имеются данные об использовании ЭДТА, ДТПА для ремедиации почв в реальных крупномасштабных условиях, и несколько проектов уже реализованы в этой области за рубежом [2].
Свинец поступает в почву с удобрениями, орашаемой водой и пестицидами. В почве ряда территорий значительно превышены допустимые концентрации свинца. В основном, это территории, где размещены металлургические предприятия. Нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ загрязняющих почву определены совместным приказом Министерства здравоохранения РК от 30.01.2004 г. № 99 и Министерства охраны окружающей среды РК от 27.01.2004 г. № 21. Нормативы Pb в почве(мг/кг): Max-26,9; Min-2,5; Кларк-10; ПДК-32,0. Нормальное содержание свинца в надземных органах трав составляют, по данным исследователей от 1,5 мг/кг до 40,0 мг/кг сухой массы [3].
Фитовосстановление является надежной технологией стабилизации и удаления некоторых загрязнителей почвы. Как и любая другая технология, оно обладает своими преимуществами и недостатками.
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Опытный почвенный материал был взят с посевных площадей кукурузы (Z. mays) и подсолнуха (H. annuus) в районе поселения Балабургем г.Кентау. Уровень загрязненности почв цинком- 472.9450 мг/кг, свинцом — 448.6450мг/кг. Исследование проводилось в 4 параллелях. В опытах в качестве проб были взяты кукуруза (Zeamays L.) гибридные сорта ‘’Bora’’и подсолнух (Helıanthus annuus) сорта‘’Tekirdac yerli’’.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ:
3.1. Влияние рН почвы на фитоэкстракцию растений кукурузы и подсолнуха, выращенных в почвах с внесением ЭДТА и ДТПА.
С увеличением вводимого количества ЭДТА и ДТПА показатели рН почвы понижались. Разница между самым высоким введенным количеством и показателем пробной почвы составляет 0.9 единиц (рис.1)
Рис — 1. Влияние рН почвы на ЭДTA и ДTПA
3.3.Влияние количества ЭДТА и ДТПА, введенных в загрязненую свинцом почву на сухую корневую массу и наземную часть растении кукурузы (Z.mays) и подсолнуха (H.annuus).
В контрольном варианте наблюдается рост растений в условиях без токсического влияния ЕДТА и ДТПА
Повышение введения ЭДТА и ДТПА отрицательно влияет на интенсивный рост растений и наблюдается уменьшение растительной массы.
При проведении опытов с уменьшением влаги в растениях уменьшается сухая наземная растительная масса. Соответственно, с уменьшением влаги в корневой части, понижаются показатели количества сухой корневой массы (Таблица 3.2.).
Таблица 3.2. Влияние ЭДTA и ДTПA на сухую и влажную массу кукурузы и подсолнуха*
Источник
Очистки загрязненных почв, от тяжелых металлов
ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ, ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Загрязнение почв тяжёлыми металлами (ТМ) представляет важную экологическую проблему. Возможно осаждение их в виде труднорастворимых осадков, вымывание за пределы почвенного профиля, извлечение из почв растениями и микроорганизмами, сорбция минералами с высокой ёмкостью катионного обмена и смесью сорбентов. Однако сорбция тяжёлых металлов сорбентами и перевод их в труднорастворимые осадки приводят к созданию депонирующих сред, т.е. создаются отложенные негативные последствия. Вымывание тяжёлых металлов за пределы почвенного профиля водой малоэффективно в связи со слабой растворимостью осадков ТМ в почвах и значительной прочностью их связи в почвенном поглощающем комплексе. Извлечение тяжёлых металлов из почв растениями и микроорганизмами, как правило, невелико по сравнению с их валовым содержанием, и находится на пределе точности определений. Вышеуказанные недостатки существующих методов очистки почв от ТМ определяют необходимость поиска новых методов интоксикации почв [1].
В понятие ТМ включают все металлы, за исключением щелочных и щелочноземельных элементов. ТМ — группа химических элементов плотностью более 5 г / см3 с относительной атомной массой более 40 а. е. м.
По степени опасности ТМ подразделяют на три группы:
1) высоко опасные: Hg, As, Se, Сd, РЬ, Zn; 2) умеренно опасные: Сг, Со, Мо, Ni, Си, Sb и 3) малоопасные: V, W, Мп, Sr. По свойствам ионов ТМ в воде данные элементы подразделяются на металлы, изменяющие органолептические свойства воды, такие как цвет, запах, вкус (Те, Мп, Zn) и токсикологические (Al, Cd, Си, Мо, Сг). Также существует классификация ТМ по степени подвижности в почвенных экосистемах: первый класс включают Hg, As, Se, Сd, Pb, Zn и второй класс Cr, Со, Мо, Ni, Cu, Sb. Оба класса относятся к металлам первичного рассеивания (такого, как вулканическая деятельность). К третьему классу относятся металлы вторичного рассеивания: V, W, Мп, Sr [2].
Методы борьбы с загрязнением почвы тяжелыми металлами могут быть физическими, химическими и биологическими.
Среди них можно выделить следующие способы:
Увеличение кислотности почвы повышает возможность загрязнения ее тяжелыми металлами. Поэтому внесение органических веществ и глины, известкование помогают в какой — то мере в борьбе с загрязнением;
Посев, скашивание и удаление с поверхности почвы некоторых растений, например клевера, существенно снижает концентрацию тяжелых металлов в почве. К тому же данный способ является совершенно экологичным [3];
Очистка методом промывки почвы растворами из ПАВ или растворами содержащие сильные окислители — активный кислород, хлорсодержащие соединения, а также щелочные растворы. При выщелачивании содержание тяжелых металлов (Zn, Pb, Cd, Ni, Cu, As) снижается на 85 — 95 % ;
Электрофизический метод очистки — используется для удаления из почвы нефтепродуктов, фенолов и хлорсодержащих углеводородов. В основе метода лежит эффект электролиза воды при прохождении электрического тока через почву;
Термический метод очистки — метод применяется для освобождения почвы от нефтепродуктов, масел, бензина, от некоторых цветных металлов, от галогеносодержащих и органических соединений. Восстановить свойства почвы после такого воздействия можно добавлением компоста или минеральных удобрений [4];
Проведение детоксикации подземных вод, ее откачивание и очистка;
Прогнозирование и устранение миграции растворимой формы тяжелых металлов;
В некоторых особо тяжелых случаях требуется полное снятие почвенного слоя и замена его новым.
Опасность тяжелых металлов заключается в том, что они плохо выводятся из организма, накапливаются в нем. Они могут образовывать очень токсичные соединения, легко переходят из одной среды в другую, не разлагаются. При этом они вызывают тяжелейшие заболевания, приводящие часто к необратимым последствиям.
Список использованной литературы:
Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях / Ю. В. Алексеев. Л.: Агропромиздат, 1987.[141 с].
Левин С. В. Тяжелые металлы как фактор антропогенного воздействия на почвенную микробиоту / С. В. Левин, В. С. Гузев, И. В. Асеева и др. // Микроорганизмы и охрана почв / Под ред. Д. Г. Звягинцева. М.: Изд — во МГУ, 1989.[5, с. 47].
Химия окружающей среды / под ред. О. М. Бокриса. М.: Химия, 1982. [672 с].
Кабата — Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М., 1989. 377 с.
Источник
Мероприятия по очистке почв, загрязненных тяжелыми металлами
Практическое занятие
Расчет загрязнения почв тяжелыми металлами
Цель занятия: ознакомиться с термином «тяжелые металлы» и их токсикологической характеристикой
Из большого количества загрязнителей природной среды и сельскохозяйственной продукции наибольшее распространение получили ТМ. По способности накапливаться в экосистемах и токсичности выделяют 10 приоритетных загрязнителей: ртуть, свинец, кадмий, медь, ванадий, олово, цинк, кобальт, никель и молибден. Из них ртуть, свинец, кадмий и цинк относятся к первому классу опасности.
Источники поступления ТМ в биотический круговорот формируются в результате природных (естественных) и антропогенных (деятельности человека) процессов. К основным антропогенным источникам поступления тяжелых металлов относят: теплоэлектростанции, предприятия тяжелой промышленности, автомобильный транспорт. В агроландшафты тяжелые металлы поступают из атмосферы (мокрое и сухое осаждение), с поверхностным стоком, с минеральными и органическими удобрениями, агрохимикатами, в результате эксплуатации сельскохозяйственной техники и др.
К тяжелым металлам относятся химические элементы, имеющие плотность более 5 /см 3 или атомную массу более 50 единиц. Таких элементов около 40.
Большинство тяжелых металлов относится к группе микроэлементов, они входят в состав некоторых ферментов, которые необходимы для жизнедеятельности животных, растений, микроорганизмов. Например, медь входит в состав гемоцианина, регулирующего перенос кислорода у некоторых беспозвоночных. Цинк входит в состав тирозиназы, отвечающей за образование меланина. Марганец входит в состав фосфатазы, регулирующей развитие костей. Однако в больших количествах тяжелые металлы могут быть очень опасными для организма. По степени токсичности тяжелые металлы делятся на три класса (таблица 1).
Таблица 1— Классификация тяжелых металлов по степени токсичности
| I класс Особо токсичные | II класс Токсичные | III класс Слабо токсичные |
| As, Cd, Hg, Pb, Zn | Co, Ni, Mo, Cr, Cu | Ba, V, W, Mn, Sr |
Повышенное содержание концентраций тяжелых металлов в почве может вызывать развитие многих заболеваний:
Co – более 30 мг/кг угнетает синтез витамина С;
Cu – более 60 мг/кг приводит к поражению печени, желтухе, анемии;
Mn – более 400-3000 мг/кг вызывает заболевание костной системы;
Sr – более 600 мг/кг способствует развитию уровской болезни, рахиту, ломкости костей.
Опасность загрязнения почв тяжелыми металлами заключается еще и в том, что они очень медленно выводятся из почвы. Период полураспада тяжелых металлов колеблется в зависимости от вида элемента и почвенно-климатических условий и для некоторых составляет: Zn – 70-150 лет; Cd – 13-1100; Cu – 310-1500; Pb – 740-5900.
Оценка степени загрязнения почв тяжелыми металлами
Оценка степени загрязнения почв тяжелыми металлами выполняется путем сопоставления фактических значений концентраций (валовых и подвижных форм) с нормативными, на основании использования нормативных методов.
В качестве нормативных показателей используются нормированные значения концентраций ТМ в почве или фоновые концентрации. Оценка дается как по отдельным ТМ так и по суммарному индексу загрязнения. Критерием уровня загрязнения почвы является предельно допустимая концентрация (ПДК) химических веществ в пахотном горизонте почвы, которая не должна вызывать прямого или косвенного влияния на соприкасающиеся среды и здоровье человека, а также на самоочищающуюся способность почвы.
В зависимости от пути поступления загрязняющих веществ в сопредельные среды для почв существуют четыре показателя опасности и соответствующие им ПДК:
1. транслокационный отражает переход химических веществ из почвы в растения и возможность накопления токсикантов в выращиваемых продуктах питания и кормах;
2. миграционный водный характеризует поступление химических веществ из почв в грунтовые воды и водоисточники;
3. миграционный воздушный учитывает переход химических веществ из почвы в атмосферу;
4. общесанитарный характеризует влияние химических веществ на самоочищающую способность почвы и микробиоценозы.
Для определения загрязненности почв сельскохозяйственного назначения по отдельным химическим элементам проводят сравнение его фактического содержания с ПДК по валовым или подвижным формам (таблица 2).
Таблица — 2 ПДК химических веществ в почвах и допустимые уровни их содержания по показателям вредности (Госкомприрода СССР, № 02-10 51-2333 от 10.12.90)
Наименование веществ
ПДК, мк/кг
почвы с учетом фона
Показатели опасности, мг/кг