Причины загрязнения почвы мышьяком

Причины загрязнения почвы мышьяком

Submission Preview

Ф едеральное Г осударственное Б юджетное У чреждение
К расноярский Р еферентный Ц ентр Р оссельхознадзора

г. Красноярск , ул. Марковского, д. 45, О фис: 5-02
М ногоканальный т елефон.: (391) 227-20-10
И спытательная лаборатория: (391) 266-90-72 , +7 9135143957

Методы снижения мышьяка в почве

Мышьяк (As) – полуметалл, химическое загрязняющее вещество первого класса опасности, высокотоксичный элемент, в почве аккумулируется в пахотном слое, мигрируя на глубину до 60 см.

Загрязнение различными соединениями на основе мышьяка – один из наиболее токсичных видов загрязнения окружающей среды в современном обществе. Антропогенными источниками мышьяка являются: отходы металлообрабатывающей промышленности, промышленные выбросы, продукты сгорания топлива (ТЭЦ), средства химизации сельского хозяйства, минеральные удобрения, пестициды, бытовые отходы.

Вносимые минеральные удобрения, такие как суперфосфат, содержит 300 мг/кг мышьяка, аммиачная селитра содержит 60 мг/кг мышьяка. С нитратами, сульфатами и пестицидами в почву попадает более 10 г/га, при допустимых пределах 2 мг. Мышьяк накапливается в почве, где он фиксируется на минеральных частицах. Далее он может перейти в почвенный раствор,откуда легко потребляется почвенными организмами и корнями растений или вымывается в грунтовую воду.

Рассмотрим несколько способов снижения мышьяка в почве:

Фиторемедиация (фито – растение, ремедиация – возмещение ущерба) – прием очистки, основанный на использовании зеленых растений.

Большое влияние на мобильность мышьяка оказывает органические вещества, которые способствуют его детоксикации. Для снижения доз мышьяка в почве особую важность приобретают восстановительные меры с использованием экологически чистых и безопасных растений – рыжика озимого (Camelina sylvestris) и клевера инкарнатного (Trifolium incarnatum) обладающих высокими сорбционными свойствами (Бекузарова С.А. и др., 2019). Такой состав смеси пополняет почву биологическим азотом клевера инкарнатного и органическими веществами обеих скошенных культур. Клевер инкарнатный способен накопить в почве до 150 кг биологического азота, достигая высоты растений в период скашивания более 60 см, биомасса обеих культур более 20 т/га. Рыжик озимый, помимо своей аккумулирующей способности, содержит в семенах ряд эфирных масел, ингибирующих прорастание многих однолетних сорных растений, которые исчезают без внесения гербицидов.

Для реализации поставленной цели после уборки сельскохозяйственных культур с поля в начале сентября проводят обработку почвы для посева мелких семян рыжика озимого и клевера инкарнатного по 15 кг/га каждой культуры. На следующий год, в фазу бутонизации (при достижении полного развития культуры) клевера инкарнатного оба вида растений скашивают с одновременным измельчением сенокосилкой – измельчителем («КИР-1,5») с последующей запашкой в почву.

Согласно имеющимся научным данным (С.А. Бекузарова и др., 2019) этот способ позволяет снизить содержание мышьяка в почве на 33,8 %. Добавление к скошенной массе удобрений (глина «Аланит» – 2 т/га, минеральная вода (сероводородная) – 200 л) позволяет снизить концентрацию мышьяка в почве на 82,4 %. Использование сероводородной воды примечательно тем, что сера, содержащаяся в минеральной воде, входит в соединение с мышьяком и не доступна для растений и других органических веществ.

В качестве основного мероприятия по снижению доступности растениям токсиканта (мышьяка), следует использовать пополнение почвы органическим веществом, под влиянием которого улучшаются физико-химические и биологические свойства почвы, и происходит закрепление в почве токсикантов.

Органическое вещество является активным сорбентом и способствует образованию металлорганических комплексов, которые являются малоподвижными или неспособными к преодолению клеточных мембран на границе почва-корень. Связывая токсиканты, органическое вещество препятствует их миграции с почвенно-грунтовыми водами, снижает уровень их биологического поглощения и тем самым способствует получению безопасной продукции.

Дозы внесения органического удобрения (навоза подстилочного) должны быть не ниже 30-60 т/га, что обосновано его эффективностью и является экономически выгодным (Справочник Главы крестьянского (фермерского) хозяйства, 2017 г.).

Внесение соломы и органики

Солома – важнейший источник органического вещества. Ее широко используют в отечественной и зарубежной земледельческой практике. По содержанию органического вещества 1 тонна соломы равноценна 3,5-4 тоннам навоза, по содержанию азота – 15 кг аммиачной селитры (Самсонова Н.Е., 2014). Кроме того, применение соломы является доступным, не требует больших материальных затрат и способствует повышению почвенного плодородия и урожайности выращиваемых культур. Внесение в почву соломы будет способствовать снижению плотности пахотного и подпахотного горизонтов. Тяжелосуглинистый состав почв обследуемых земельных участков будет более рыхлым и благоприятным для выращивания сельскохозяйственных растений.

В зависимости от вида соломы с одной тонной на гектар примерно поступит (кг/га): органического вещества 810, азота 5-14, фосфора 0,7-2,4; калия 10-17, кальция 3-12, магния 0,8-3. Кроме того, поступят микроэлементы: бор, медь, марганец, молибден, цинк, кобальт. Доступной энергосберегающей технологией использования соломы является сочетание ее с жидким и полужидким навозом. По разбросанной измельченной соломе вносится жидкий навоз из расчета 3-5 т на 1 т соломы и заделывается на глубину 8-10 см.

Лучшим сроком внесения соломы является осенний период, который позволяет снизить действие токсиканта за счет вымывания его из корнеобитаемого слоя осенне-весенними осадками. Кроме того, максимальная численность микроорганизмов в осенний период приходится на сентябрь-октябрь. Это значит, что при осеннем внесении первичные процессы разложения произойдут до посадки технических культур и отрицательного действия, широкого отношения углерода к азоту на них не проявится. Поэтому измельченную и разбросанную по полю солому запахивают осенью.

В литературных источника также описаны способы детоксикации мышьяка с помощью гуминовых препаратов (гумат калия), композиций препаратов на основе кремния и железа и даже дождевых червей (Aporrectodea caliginosа).

Напоминаем, что контроль за содержанием опасных химических веществ в почве следует осуществлять на соответствие требованиям ГН 2.1.7.2041-06 – «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве».

Специалисты Референтного центра готовы оказать помощь в отборе почвенных проб, исследовании почв на химико-токсикологичекие показатели, разработке плана мероприятий по снижению токсикантов в почве.

Источник

Влияние некоторых минералов и горных пород на процесс детоксикации мышьяка в почве

Антропогенные источники загрязнения почвы мышьяком. Разработка основных методов снижения миграционной способности мышьяка, т.е. перевод его подвижных форм в неподвижные с использованием минералов и горных пород, обладающих сорбционными свойствами.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации Россельхозакадемии

Влияние некоторых минералов и горных пород на процесс детоксикации мышьяка в почве

Л.В. Кирейчева, доктор технических наук, профессор

При попадании в почвенный слой часть мышьяка трансформируется при взаимодействии с веществами и минералами, входящими в состав почвы. Реальную угрозу для экосистем представляет не валовое содержание мышьяка, а его содержание в подвижной форме. Природные сорбенты способны в значительной мере трансформировать мышьяк в малоподвижные формы, ограничивая его доступность для растений.

Негативное антропогенное воздействие на экосистемы создает угрозу не только природной среде, но и здоровью самого человека, особенно когда речь идет о химическом загрязнении агроэкосистем. Отрицательное воздействие на здоровье человека происходит, если на загрязненных почвах выращиваются употребляемые в пищу, сельскохозяйственные культуры или же кормовые культуры, в этом случае токсичные загрязнители попадают в организм человека по цепям питания при употреблении им молока и мяса. Одним из наиболее опасных загрязнителей является мышьяк. Органами-мишенями при избыточном содержании мышьяка в организме являются костный мозг, желудочно-кишечный тракт, кожа, легкие и почки. Хроническая интоксикация наблюдается при потреблении 1-5 мг в сутки. Поступая из желудочно-кишечного тракта, мышьяк и различные мышьяковистые соединения быстро поглощаются тканями организма, особенно печенью. Токсическое действие мышьяка связано с нарушением им окислительных процессов в тканях вследствие блокады ряда ферментных систем организма. Наиболее быстро под влиянием мышьяка разрушается нервная ткань [1].

В настоящее время пахотные земли ряда областей РФ подвержены загрязнению мышьяком. Пахотные земли с содержанием мышьяка в концентрациях выше ПДК находятся в Читинской и Астраханской областях, Краснодарском крае, Республике Адыгее, Липецкой, Вологодской, Архангельской областях, Республике Коми, Агинском и Бурятском автономных округах [2].Наличие мышьяка в пахотных землях в пределах ПДК наблюдается на территории Карачаево-Черкесской Республики, Ставропольского края, Республики Калмыкии, Волгоградской, Саратовской, Самарской, Сахалинской Оренбургской, Курганской и Омской областей, Алтайского и Красноярского края, Республики Бурятии[2]. По данным на 01.01.2000 г. в России площадь пахотных земель с катастрофическим уровнем загрязнения мышьяком составляет 0,4 % от общей площади загрязненных земель, с чрезвычайным уровнем — 9,0 %, с удовлетворительным — 90,1 %. Наиболее загрязнены почвы Республики Коми (29,6% пахотных земель), Краснодарского края (18,0 %), Читинской области (23,0%), Липецкой области (9,5%), Вологодской области (8,7 %), Астраханской области (7,35%), Архангельской области (5,41%).

Антропогенными источниками загрязнения почвы мышьяком являются: пестициды; десиканты; пищевые добавки в птицеводстве и медикаменты; уголь и нефть; рудничные и металлургические отходы; моющие средства. детоксикация мышьяк почва миграционный

Основная цель настоящих исследований состояла в разработке методов снижения миграционной способности мышьяка, т.е. перевод его подвижных форм в неподвижные с использованием минералов и горных пород, обладающих сорбционными свойствами.

Для оценки влияния отдельных минералов и горных пород на иммобилизацию мышьяка был проведен следующий опыт: в искусственно загрязненную мышьяком почву вносились сорбенты из расчета 10 т/га и после стабилизации почвенного раствора определялось содержание мышьяка в подвижной форме на спектрометре серии «Спектроскан». Наилучший сорбент определялся в варианте с наименьшим количеством подвижных форм мышьяка. Опыт был проведен в 2 серии. Повторность 3-х кратная. В 1 серии было исследовано действие диатомита, цеолита, сапропеля и СОРБЭКСа, после были проведены 2 вегетационных опыта, которые показали необходимость исследования большего числа природных материалов, как следствие, была проведена 2 серия опыта.

В качестве природных веществ на основании анализа литературных данных нами были выбраны следующие вещества: цеолит (месторождение Хотынец, Орловской обл.), карбонатный сапропель (оз. Неро Ярославской обл.), диатомит (Инзенское месторождение, Ульяновская обл.), вермикулит (Ковдорское месторождение, Мурманская обл.), голубая глина (с. Высокое, Рязанская обл.), красная глина (с. Ровное, Рязанская обл.), СОРБЭКС (состоит из 65 % карбонатного сапропеля оз. Неро, 25 % цеолита и 10 % сульфата алюминия), торф (торфяник Марьино-Ласково Рязанской обл.), сапропель, обработанный Fe3+, диатомит, обработанный Fe3+, торф, обработанный Fe3+. Химический состав приведен в таблице 1.

Таблица 1 — Результаты химического анализа сорбентов (мг/кг)

Источник

Загрязнение мышьяком

Мышьяк является сильным ядом, который имеет свойство накапливаться в организме и вызывает тяжелые заболевания нервной системы, кожных покровов, органов дыхания и пищеварения. Главным источником загрязнения почвы мышьяком являются гербициды, инсектициды и другие ядохимикаты, которые систематически используются в сельском хозяйстве. Такого рода загрязнения приводят к гибели организмов в почве, к деградации и снижению ее плодородности.

Как выявить загрязнение почвы мышьяком

Вместе с продуктами горения и отходами с предприятий металлургической промышленности мышьяк попадает в почву в больших количествах. Из-за своей высокой токсичности он относится к особо опасным веществам и его содержание в почве проверяется квалифицированными экспертами. Экспертиза загрязнения почвы мышьяком проводится с целью определения уровня содержания данного вещества и путей его попадания в почву. Ее проводят в таких случаях:

• Когда необходимо доказать содержание мышьяка в почве. Исследуются участки земли возле автотрасс, металлургических заводов, химических предприятий, которые занимаются производством удобрений и пестицидов.
• Когда нужно определить состояние почвы с целью оценки ее плодородия и безопасности для сельского хозяйства.
• Когда совершается покупка участка земли или почвенного материала.

Определить уровень загрязнения почвы мышьяком могут квалифицированные эксперты АНО «Центр Экологических Экспертиз», которые проведут необходимые исследования и лабораторные анализы. Центр обладает собственной лабораторией, оснащенной сертифицированным оборудованием, и предлагает проведение любого рода почвоведческих и экологических экспертиз на выгодных условиях.

Источник

Снижение риска негативного воздействия при загрязнении природных объектов мышьяком

СНИЖЕНИЕ РИСКА НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ПРИРОДНЫХ ОБЪЕКТОВ МЫШЬЯКОМ

Институт прикладной механики УрО РАН, Ижевск

ВВЕДЕНИЕ. Загрязнение соединениями мышьяка по ГОСТУ 17.4.1.02–83 «Охрана природы. Почвы» относится к 1–му классу опасности [1]. Одна из причин этого связана с нестабильностью форм мышьяка в окружающей среде. Наиболее токсичны и наиболее растворимы, как правило, соединения трех валентного мышьяка. Более безопасны соединения пятивалентного мышьяка [2]. Однако в различных природных условиях формы мышьяка могут трансформироваться одна в другую: из более опасной – в менее опасную и наоборот. Это следует учитывать при организации работ по обезвреживанию мышьяка, попавшего в результате различных инцидентов техногенного характера в такие природные объекты, как почва, вода, донные отложения водоемов. Например, попадание соединений мышьяка в окружающую среду может произойти при работах по уничтожению химического оружия, в случае различных ЧС на объектах по уничтожению люизита, в результате этого потребуются меры по устранению этих последствий [3]. Также мышьяк, зачастую, оказывается вне промплощадок отдельных промышленных предприятий, что приводит к существенному загрязнению мышьяком прилегающих к предприятиям объектам, что требует оздоровлению сложившейся ситуации [4].

МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ. Для моделирования загрязнениями мышьяка различных природных объектов использовались следующие соли трехвалентного мышьяка: Na3AsO3, NaAsO2. Соединения были получены из Карагандинского химико-технологического института (Республика Казахстан). Для разработки методов обезвреживания применяли следующие соединения: Na2S.9H2O; FeSO4.7H2O; H2SO4, а также хлорная известь: смесь Ca(OCl)2-CaCl2-Ca(OH)2. Анализ мышьяка проводился фотоколометрически [5].

Моделирование загрязнения почвы и водных образцов проводилось следующим способом. Соли трехвалентного мышьяка Na3AsO3 или NaAsO2 были растворены в воде с содержанием As 2 % масс. Различные количества этого раствора были добавлены в почву и водные образцы, характерные для Удмуртской Республики. После этого, нейтрализация загрязнений мышьяка проводилась с использованием двух методов (см. ниже). Проводили определение содержания мышьяка и сравнение его концентрации в водной вытяжке из почвы и его концентрации в воде до и после нейтрализации.

1.Обезвреживание подвижных форм мышьяка с получением труднорастворимых сульфидов:

Сульфиды являются одними из наименее растворимых и наименее токсичных соединений мышьяка. Для образования сульфидов мышьяка в загрязненной почве и водных образцах использовалась следующая методика. Загрязненную почву обрабатывали раствором 5 % — Na2S ( здесь и далее приведены массовые концентрации). После этого через час почву обрабатывали раствором 5 % FeSO4 и раствором 2 % H2SO4 так, чтобы pH водной вытяжки после обработки было в интервале 3-5. В этом случае должна протекать следующая реакция:

2Na3AsO3 + 4Na2S + 7 FeSO4 + 6H2O → As2S3↓ + 7Na2SO4 + FeS↓ + 6Fe(OH)2↓ (1)

В водные образцы с различным содержанием мышьяка добавляли 5 % раствор Na2S, 5 % раствор FeSO4, 2 % раствор H2SO4. После обработки концентрация мышьяка в водных образцах была определена через некоторое время.

2. Обезвреживание подвижных форм мышьяка с получением труднорастворимых арсенатов кальция и железа:

Арсенаты железо и кальция также как сульфид мышьяка, являются одними из наименее токсичных и растворимых соединений. Поэтому, они могут рассматриваться как соответствующие формы для локализации загрязнения мышьяка в природных объектах. Нейтрализация токсичных соединений мышьяка с получением этих веществ проводилась следующим способом. Загрязненные образцы почвы были последовательно обработаны суспензией хлорной извести и 5% раствором FeSO4. Значение pH водной вытяжки из почвы после обработки должно было составлять не ниже 6–8. Почва затем выдерживалась в течение 24 часов, и проводили анализ водной вытяжки из почвы до и после обработки.

В водные образцы выше упомянутые реактивы также были последовательно добавлены, и содержание мышьяка в них было проанализировано после некоторого времени. Реакции нейтрализации по данному методу могут быть написаны следующим образом:

8Na3AsO3 + Ca(OCl)2 + 12FeSO4 + 6H2O →

8FeAsO4↓+ 7CaSO4↓ + 4Fe(OH)3↓ + 14NaCl + 5 Na2SO4 (2)

2Na3AsO3 + Ca(OCl)2 + CaCl2 → Ca3(AsO4)2↓ + 6NaCl (3)

При анализе содержания подвижных форм мышьяка в природных объектах после обработки предлагаемыми методами было установлено, что их концентрации могут уменьшаться в 50–70 раз, что делает эти способы перспективными для обезвреживания и локализации загрязнений природных объектов мышьяком и приводит к снижению риска от воздействия таких загрязнений [3].

При решении по использованию того или иного метода следует учитывать характер загрязненных природных объектов. Если первый метод будет использоваться на хорошо аэрируемых почвах, с высокой степенью их механической обработки, в водах с высоким содержанием кислорода, то тогда будет происходить окисление трехвалентного сульфида мышьяка с дальнейшим повышением токсичности соединений мышьяка. Поэтому для таких систем будет более приемлем 2–й метод. В случае, если метод с получением арсенатов железа и кальция будет применяться на сильнозаболоченных, кислых почвах, в водах с недостатком кислорода, т. е. в системах в которых более выражены восстановительные условия, то токсичность после обработки соединений мышьяка в таких системах также начнет увеличиваться. Поэтому в этом случае следует использовать первый метод.

Сульфид мышьяка и арсенаты железа и кальция являются природными минералами этого соединения и формируются на разных природных геохимических барьерах: первые – на восстановительных; вторые – на окислительных [6]. Поэтому, в случае обезвреживания сбросов мышьяка для локализации загрязнения можно формировать искусственные геохимические барьеры с моделированием природных процессов по приведенным выше методам [7].

ВЫВОДЫ. Исследованы методы для нейтрализации мышьяка в природных объектах (вода, почва) с получением низкотоксичных и малорастворимых сульфидов мышьяка и арсенатов железа и кальция. После обработки содержание подвижных токсичных форм трехвалентного мышьяка уменьшилось в 50–70 раз. Таким образом, результаты использования этих методов могут считаться удовлетворительными, т. к. приводят к существенному снижению риска от воздействия токсичных форм мышьяка. При решении по их использованию необходимо провести предварительный общий анализ природной обстановки загрязненной территории. Методы могут быть также использованы при создании искусственных геохимических барьеров для локализации загрязнений мышьяка.

1. ГОСТ 17.4.1.02–83. Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения: ГосСтандарт, М., 1983.

2. Вредные химические вещества. Неорганические соединения V–VIII групп: Справ. изд. Под. Ред. и др. Л.: Химия, 1989. 592 с.

3. , , Петрова T.E. // Химическая физика и мезоскопия, 2006. Т.8. №4. С.447–454.

4. , , Петрова экологической обстановки на территории расположения СМК «Металлург». Отчет по НИР. Ижевск: ИПМ УрО РАН, 2007. 61 с.

5. Немодрук химия мышьяка. М.: Наука, 1976. 247 с.

6. Перельман . М.: Высш. шк., 1989. 528 с.

7. Petrov V. G., Trubachev A. V.//Book of Abstracts of 30-th Int. Symp. On Environmental Analytical Chem. (ISEAC 30), Espoo, Finland. 2000. PW34.

Источник