Охрана почв от загрязнения тяжелыми металлами
Для предотвращения загрязнения почв вредными веществами используют экологические методы защиты (биологические, агротехнические и др.), повышающие природную способность почв к самоочищению.
Защита почв от загрязнения тяжелыми металлами заключается в основном на предупредительных мерах, т. е. на совершенствовании производства (создание безотходных производств и замкнутых производственных схем), снижение загрязнений атмосферных выбросов и сточных вод. К мерам борьбы с уже имеющимся загрязнением почвы тяжелыми металлами относятся известкование, внесение органических удобрений и химическое осаждение. Известкование снижает подвижность тяжелых металлов, способствует закреплению их в малоподвижной, недоступной растениям форме. Органические удобрения выступают как хороший сорбент и способствуют снижению токсического действия тяжелых металлов. При Химическом осаждении происходит образование труднорастворимых соединений, но этот метод эффективен только при высоких концентрациях тяжелых металлов, т. к. для образования таких соединений необходимо определенное пороговое количество атомов. Кроме того можно выращивать растения, слабо реагирующие на высокие концентрации в почве тяжелых металлов и не аккумулирующие их в опасных для животных и человека количествах, например технические культуры. Очень эффективна посадка на содержащих тяжелые металлы почвах лесных насаждений, так как в этом случае исключаются какие-либо санитарные ограничения.
Создание системы озелененных пространств и сохранение крупных зеленых массивов при формировании системы населенных мест имеет большое значение. К важнейшим функциям зеленых зон городов относятся: оздоровление городского воздушного бассейна, смягчение неблагоприятных природно-климатических условий, сохранение водных ресурсов и почв, охрана животного мира, организация комфортных условий массового отдыха населения.
Оздоровительные функции зеленых зон заключаются в очистке воздуха от пыли (21-86 %) и газообразных токсических веществ (в 40-50 раз) до уровня ниже ПДК, обогащении кислородом, а также обусловлены антимикробными и стерилизующими свойствами многих видов деревьев. Насаждения вдоль магистралей и дорог способствуют локализации тяжелых металлов и других загрязнителей в пространстве перед полосами и в лесных полосах и защищают почву за их пределами.
Рекультивация нарушенных земель
Нарушение территории происходит в основном при строительстве, а также при разработке месторождений полезных ископаемых. Нарушенными считаются земли, утратившие свою хозяйственную ценность или являющиеся источником отрицательного воздействия на окружающую среду в связи с нарушением почвенного покрова, гидрогеологического режима и образования техногенного рельефа в результате производственной деятельности человека. Вновь использовать такие земли в хозяйственных целях можно только после их восстановления, которое называется рекультивацией.
Рекультивация – очень сложный процесс, требующий специальных знаний, накопленных различными науками (почвоведение, гидрология, геоморфология, биогеохимия и др.). Рекультивация – это комплекс работ, проводимых с целью восстановления нарушенных территорий и приведения земельных участков в безопасное состояние. Решение проблемы рекультивации в значительной мере зависит от конкретных экологических условий нарушенных территорий. Для проектирования рекультивационных работ нужны данные о физико-химическом составе грунта, особенностях гидрологического режима, форме отвалов, крутизне откосов и т. д.
Объектами рекультивации являются:
* земли, нарушенные при строительстве;
* карьерные выемки, провальные воронки, терриконы, отвалы и т. п.;
* территории полигонов твердых отходов;
* земли, нарушенные в результате их загрязнения жидкими и газообразными отходами (нефтезагрязненные земли, газогенные пустыни и др.).
Предприятия и организации, в результате деятельности которых произошло нарушение земель (например, при строительстве), обязаны проводить рекультивацию за свой счет. При этом они должны соблюдать требования по снятию, хранению и возврату или перемещению верхнего слоя почвы на рекультивируемые земли или на малопродуктивные угодья. Снятие плодородного слоя почвы осуществляется в соответствии с ГОСТ 17.5.3.06-85 “Охрана природы. Требования к определению норм снятия плодородного слоя почвы при производстве земляных работ”. Для разных типов почв толщина плодородного слоя колеблется от 0,2 (дерново-подзолистые) до 1,2 м (черноземы). Плодородный слой складируется в специальных временных отвалах (буртах) или вывозится для нанесения на нарушенные земли. Нанесение почвы на нарушенные земли производится не позднее одного года с момента окончания земляных работ.
Рекультивация осуществляется последовательно, по этапам. Различают техническую, биологическую и строительную рекультивации.
Техническая рекультивация означает предварительную подготовку нарушенных территорий для различных видов использования. В состав работ входят: планировка поверхности, снятие, транспортировка и нанесение плодородных почв на рекультивируемые земли, формирование откосов выемок, подготовка участка для освоения и т. п. На этом этапе засыпают карьерные, строительные и другие выемки, в глубоких карьерах устраивают водоемы, полностью или частично разбирают терриконы, отвалы, хвостохранилища, закладывают “пустыми” породами выработанные подземные пространства. После завершения процесса осадки поверхность земли выравнивают.
По виду и составу технологических процессов технические рекультивационные работы подразделяются на:
* горно-планировочные (разравнивание и планировка поверхности отвалов, террасирование откосов и отвалов в карьерах, стабилизация отдельных площадей);
* инженерную подготовку восстанавливаемых площадей (отвод поверхностных вод и защита от подтопления, размыва и заболачивания; борьба с эрозией; устройство дорог, подъездов, съездов);
* горные по снятию, хранению и повторному использованию почвы;
* инженерные по искусственному уплотнению отвалов (послойная укладка с уплотнением пород, специальные методы укрепления пород);
* гидротехнические по строительству водохозяйственных объектов (устройство ложа водоема, производство береговых укрепительных работ, устройство водозаборных и сбросных сооружений).
Биологическая рекультивация проводится после технической для создания растительного покрова на подготовленных участках. С ее помощью восстанавливают продуктивность нарушенных земель, формирую зеленый ландшафт, создают условия для обитания животных, растений, микроорганизмов, укрепляют насыпные грунты, предохраняя их от водной и ветровой эрозии и т. д. Работы по биологической рекультивации ведут на основе знания развития сукцессионных процессов. Эти работы выполняются сельско — и лесохозяйственными организациями.
При благоприятных условиях рекультивацию нарушенных земель осуществляют не по всем этапам, а выбирают какое-либо одно преимущественное направление рекультивации: водохозяйственное, рекреационное, строительное и др. Например, на территориях, подверженных влиянию газо-дымовых выбросов промышленных предприятий, рекомендуется санитарно-гигиеническое направление рекультивации с использованием газоустойчивых растений.
При необходимости выполняют также Строительный этап рекультивации, в ходе которого на подготовленных территориях возводят различные сооружения.
Наибольшая часть рекультивируемых в настоящее время земель приходится на площади, нарушенные при строительстве линейных сооружений (дорог, трубопроводов, электролиний). Технология защиты земель предусматривает размещение защитных лесополос вдоль дорог. Применяются также технические средства: защитные валы и дамбы, водоотводящие устройства.
Работы по рекультивации нарушенных территорий обеспечиваются нормативными материалами и ГОСТ. Например, действует ГОСТ 17.5.3.04-83 “Охрана природы. Земли. Общие требования к рекультивации земель”.
Источник
Способ защиты почвы от загрязнения тяжелыми металлами
Владельцы патента RU 2268096:
Изобретение относится к области защиты окружающей среды, в частности к защите почвы от загрязнения тяжелыми металлами. Способ включает вспашку почвы, посев многолетних травянистых растений, являющихся естественными аккумуляторами тяжелых металлов и естественно произрастающих на данной территории или в данной местности, производят укос и утилизацию наземной части травянистых растений в период их вегетации. В качестве многолетнего растения используют вид полыни австрийской (Artemisia austriaca), укос производят при загрязнении почвы солями железа в конце вегетационного периода, при загрязнении другими тяжелыми металлами — в начале периода вегетации. Изобретение позволяет использовать наземные органы полыни (Artemisia austriaca), произрастающей естественно в лесостепных и степных зонах, в качестве биозащиты почвы от загрязнения тяжелыми металлами.
Изобретение относится к области защиты окружающей среды, в частности защиты почвы от загрязнения тяжелыми металлами.
Известен способ создания защитного покрытия по а.с. СССР №1541234 (опубл. 07.02.90), включающий нанесение на поверхность защищаемого объекта измельченных растительных остатков в сочетании с химическими волокнами.
Известный способ обладает большой трудоемкостью и не защищает почву от проникновения в нее тяжелых металлов.
Наиболее близким к предлагаемому является способ рекультивации почв, загрязненных нефтью, по патенту РФ №2038363 (опубл. 27.06.95), включающий вспашку почвы, внесение удобрений и посев семян однолетних и многолетних травянистых растений.
Этому способу не присущи недостатки предыдущего, однако очищают только почву, загрязненную нефтью.
Целью изобретения является использование наземных органов сосудистых растений, произрастающих естественно в лесостепных и степных зонах, в частности полыни (Artemisia austriaca), в качестве биозащиты почвы от загрязнения тяжелыми металлами.
Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем вспашку почвы и посев многолетних травянистых растений, для посева используют семена растений, являющихся естественными аккумуляторами тяжелых металлов и естественно произрастающих на данной территории или в данной местности, производят укос и утилизацию наземной части травянистых растений в период их вегетации, причем в качестве растений используют вид Artemisia austriaca (полынь австрийская), а укос производят при загрязнении почвы солями железа в конце вегетативного периода, при загрязнении другими тяжелыми металлами — в начале периода вегетации.
Отличительными признаками предложенного способа является то, что для посева используют семена растений, являющихся естественными аккумуляторами тяжелых металлов и естественно произрастающих на данной территории или в данной местности, производят укос и утилизацию наземной части травянистых растений в период их вегетации, причем в качестве растений используют вид Artemisia austriaca (полынь австрийская), а укос производят при загрязнении почвы солями железа в конце вегетативного периода, при загрязнении другими тяжелыми металлами — в начале периода вегетации.
Это позволяет использовать высшие растения (полынь австрийскую) в качестве естественного аккумулятора тяжелых металлов, что способствует уменьшению содержания Cu, Zn, Pb, Ni, Co, Cr, Mn, Fe в почве территорий санитарно-защитных зон промышленных предприятий.
В результате трехлетних исследований было собрано и проанализировано более 300 проб травянистых растений. Выяснено, что максимальное количество Fe в исследуемых растениях наблюдается в конце вегетационного периода (август), а содержание Cu, Zn, Pb, Ni, Со, Cr и Mn — максимально в начале периода вегетации (май), а затем постепенно снижается.
Способ осуществляют следующим образом. На территории, загрязненной тяжелыми металлами или подверженной загрязнению вследствие выбросов промышленных предприятий, производят вспашку почвы и посев вида Artemisia austriaca. Затем для территорий, подверженных загрязнению солями железа, проводят укос наземной части травянистых растений в конце вегетативного периода, то есть в августе месяце, а для всех других вышеперечисленных металлов — в начале периода вегетации (май), так как именно в данное время года содержание указанных металлов достигает максимума. Далее проводят утилизацию скошенной травы либо путем захоронения на большой глубине на территории, не подверженной загрязнению тяжелыми металлами, либо вывозом на территорию, где наблюдается недостаток данного металла в почве.
Пример 1. Высевание семян полыни проводят в августе месяце однократно, так как растение многолетнее. Для уменьшения содержания в почве железа укос производят на следующий год в июле-августе, поскольку в это время количество указанного металла в растении максимально. Скошенную часть растений подвергают захоронению на территории, на которой количество Fe в почве не превышает нормы, либо почва обеднена им. При необходимости укос и утилизацию повторяют несколько лет.
Пример 2. В отличие от примера 1 для уменьшения содержания в почве Cu, Mn, Pb, Ni, Со, Cr и Zn укос производят в мае — начале июня, так как в это время количество этих металлов в растениях максимально.
Предлагаемый способ наиболее эффективно может быть использован для создания санитарно-защитных зон предприятий черной и цветной металлургии степной зоны Урала, для защиты от загрязнения почв вблизи предприятий и деградации степных ландшафтов.
Способ защиты почвы от загрязнения тяжелыми металлами, включающий вспашку почвы, посев многолетних травянистых растений, являющихся естественными аккумуляторами тяжелых металлов и естественно произрастающих на данной территории или в данной местности, производят укос и утилизацию наземной части травянистых растений в период их вегетации, отличающийся тем, что в качестве многолетнего растения используют вид полыни австрийской (Artemisia austriaca), укос производят при загрязнении почвы солями железа в конце вегетационного периода, а при загрязнении другими металлами — в начале периода вегетации.
Источник
Основные методы борьбы с загрязнением почв тяжелыми металлами.
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.
· 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.
Влияние тяжелых металлов на здоровье человека.
Свинец является высокотоксичным металлом для живых организмов. В большинстве растительных и животных продуктов естественное его содержание не превышает 0,5-1,0 мг/кг. Больше его обнаруживают в хищных рыбах, моллюсках и ракообразных. Он способен замещать кальций в костях, что приводит к их хрупкости.От избытка свинца поражается центральная нервная система, головной мозг, печень и почки. Он обладает способность накапливается и имеет длительный период выведения. Порог токсичности 1 мг/день.
Кадмий весьма токсичный элемент. Порог токсичности 30 мкг/сутки. В организм человека в течение суток поступает до 10-20 мкг кадмия. Хотя оптимальной дозой считается 1-5 мкг/сутки. Пищевыми источниками кадмия являются морепродукты (особенно мидии и устрицы), злаки (зерновые) и листовые овощи. Аккумулируется кадмий в основном в почках, печени и двенадцатиперстной кишке.Попадая в пищу, он вызывает деформацию скелета, остановку роста у детей и сильные боли в спине. Токсическая доза для человека 3-330 мг. Летальная доза для человека 1500-9000 мг.
Порог токсичности цинка 600 мг/день. Оптимальная интенсивность поступления цинка в организм 10-15 мкг/день. В больших количествах примерно до 150 мг, цинк вызывает рвоту. В организм цинк попадает с пищей, особенно много цинка содержится в говядине, печени, морских продуктах (устрицы, моллюски, сельдь), пшеничных зародышах, рисовых отрубях, овсяной муке, моркови, горохе, луке, шпинате и орехах.
Медь в определенных концентрациях является жизненно необходимым биомикроэлементом. Поглощение больших количеств меди человеком приводит к болезни Вильсона, при этом избыток меди откладывается в мозговой ткани, коже, печени, поджелудочной железе и миокарде. Оптимальная интенсивность поступления меди в организм 2-3 мг/сутки. Порог токсичности 200 мг/сутки. Токсическая доза для человека: 155-600 мг. Летальная доза для человека: 6000 мг. Много меди содержится в морских продуктах, бобовых, капусте, картофеле, крапиве, кукурузе, моркови, шпинате, яблоках, какао-бобах.
Много никеля содержится в чае, какао, гречихе, моркови и салате. Оптимальная интенсивность поступления никеля в организм 100-200 мкг/день.В сутки в организм человека поступает с пищей в среднем 0,3–0,6 мг никеля, что, по мнению многих исследователей, покрывает суточную потребность в нем взрослого человека. Порог токсичности никеля для организма человека составляет 20 мг/день. Избыточное поступление в организм никеля может вызвать депигментацию кожи. Соединения никеля могут вызывать повышенную хрупкость костей, раковые опухоли носа и ряд других серьезных заболеваний. По сравнению с другими тяжелыми металлами он менее токсичен.
Ртуть в небольших количествах содержится в рыбе и морепродуктах. В среднем в человеке содержится 13 мг ртути, которые не приносят ему никакой пользы. Соли ртути аккумулируются в почках и мозге. Сама ртуть способствует нарушению функционирования нервной системы.
Из приведенных выше данных видно, что содержание тяжелых металлов в пищевых продуктах варьируется довольно широко, следовательно, необходим контроль за состоянием окружающей среды, качеством воды, растительного и животного сырья, которые используются для изготовления продуктов питания.
Много внимания уделяется разработке нормативов содержания в почве тяжелых металлов, негативно влияющих на почвенные процессы, плодородие почв и качество сельскохозяйственной продукции. Предельно допустимыми концентрациями (ПДК) тяжелых металлов в почве называют такую концентрацию, которая при длительном воздействии на почву и произрастающие на ней растения не вызывает каких-либо патологических изменений или аномалий в ходе биологических процессов и не приводит к накоплению токсичных элементов в сельскохозяйственных культурах и, следовательно, не может нарушить биологический оптимум.
Органами санитарного надзора установлены жесткие нормы содержания тяжелых металлов в пищевом сырье и готовых продуктах питания. Гигиенические требования к допустимому уровню содержания тяжелых металлов предъявляются ко всем видам продовольственного сырья и пищевых продуктов.
Источник