научная статья по теме СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К РЕМЕДИАЦИИ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ) Сельское и лесное хозяйство
Цена:
Авторы работы:
Научный журнал:
Год выхода:
Текст научной статьи на тему «СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К РЕМЕДИАЦИИ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)»
ДЕГРАДАЦИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ ^^^^^^^^^^ И ОХРАНА ПОЧВ
СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К РЕМЕДИАЦИИ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)*
© 2014 г. Г. Н. Копцик
Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы
e-mail: koptsikg@mail.ru Поступила в редакцию 06.06.2013 г.
Проанализированы основные принципы и подходы к ремедиации загрязненных почв in situ, нацеленные на удаление или сдерживание распространения тяжелых металлов: промывание, стабилизация, фиторемедиация, естественное восстановление. Подчеркнуты перспективы «мягких» методов стабилизации, направленных на снижение мобильности и биологической доступности тяжелых металлов с помощью процессов адсорбции, ионного обмена и осаждения. Рассмотрено использование различных сорбентов и традиционного применения известкования и фосфоритования для связывания загрязняющих металлов в почвах. Необходимыми условиями успешной ремедиации почв являются оценка ее экономической эффективности и анализ экологических рисков, подтверждающий достижение целевых значений содержания доступных металлов в почвах.
Ключевые слова: промывание, стабилизация, фиторемедиация, естественное восстановление, известкование, фосфоритование, сорбенты.
В настоящее время серьезную угрозу состоянию природных экосистем и здоровью человека вызывает загрязнение почв тяжелыми металлами (ТМ). В отличие от органических поллютантов большинство ТМ не подвержено микробиологической или химической деградации и способно накапливаться в почвах в течение длительного времени [91]. Период полуудаления в результате вымывания, потребления растениями, эрозии и дефляции длится от 13 до 110 лет для Cd, от 70 до 510 лет для Zn, от 310 до 1500 лет для Cu, от 740 до 5900 лет для Pb [12]. Аккумуляция в почвах, проникновение в поверхностные и грунтовые воды, попадание в пищевые цепи могут сопровождаться токсичным воздействием на живые организмы, включая человека. Всемирно известными примерами катастрофических последствий загрязнения природных экосистем ТМ служат техногенные пустыни в окрестностях предприятий цветной металлургии в Садбери (Sudbury, Онтарио, Канада), Дактауне (Ducktown, Теннеси, США), Келлоге (Kellogg, Айдахо, США), Квинте-росе (Quinteros, Чили), Квинстауне (Queenstown, Автралия), Ашио (Ashio, Япония), Мончегорске, Никеле, Заполярном, Норильске, Карабаше
* Работа выполнена при поддержке РФФИ (проекты 08-04-01745-а, 11-04-01794-а, http://eco.soil.msu.ru/remediation).
(Россия) и др. [6, 20, 24, 36, 40, 86, 134]. Общее количество загрязненных участков в Европе колеблется по разным оценкам от 0.3 до 1.5 млн, охватывая до 52 млн га или 16% площади суши [105]. В связи с этим растет интерес и насущная потребность развития теоретических основ и методов ремедиации загрязненных почв.
Проблеме загрязнения почв ТМ уделяется большое внимание в отечественной литературе последних десятилетий [5, 8, 9, 16, 20, 40, 85]. Значительно менее полно представлены подходы к ремедиации загрязненных и нарушенных почв в индустриальных регионах [14, 19, 22, 25, 39] и, особенно, экономически эффективные методы ремедиации почв in situ. Настоящая статья дает обзор публикаций по этой актуальной теме.
ПОНЯТИЯ И ПРИНЦИПЫ РЕМЕДИАЦИИ ПОЧВ
Разнообразие встречающихся в литературе толкований терминов иностранного происхождения, касающихся ремедиации почв, требует уточнения. Это давно вошедший в употребление термин «рекультивация» (нем. rekultivierung, англ. revegetation, reclamation) и сравнительно недавние «восстановление» (restoration), «ремедиа-ция» (remediation), «реабилитация» (rehabilita-
tion), «освоение», «обработка» и «мелиорация» (reclamation) почв.
Под рекультивацией земель (от ре- и позднела-тинского cultivo — обрабатываю, возделываю) обычно понимают восстановление продуктивности земель, ставших бесплодными в результате деятельности человека — добычи полезных ископаемых, создания гидросооружений, сведения лесов, строительства городов и др. [3]. История расширения толкования этого термина от повторного культивирования, возделывания, обработки до современного комплексного содержания хорошо описана в хрестоматии по биологической рекультивации [2]. Необходимость проведения рекультивации земель, нарушенных при горных, строительных, геологоразведочных и иных работах определяется Постановлением Правительства Российской Федерации от 23.02.1994 г. «О рекультивации земель, снятии, сохранении и рациональном использовании плодородного слоя почвы» и соответствующим приказом Минприроды.
Принципы и методы рекультивации нарушенных территорий, в первую очередь карьеров и породных отвалов, разработаны, пожалуй, в наибольшей степени [2, 14, 25]. Работы по рекультивации проводятся обычно в два этапа: технический и биологический — и нацелены на дальнейшее сельскохозяйственное, лесохозяй-ственное, водохозяйственное, рекреационное, строительное, природоохранное или санитарно-гигиеническое использование земель. Технический этап основан на инженерно-экологической характеристике объекта и включает структурно-проективные (террасирование, планировка, зем-левание), химические (известкование, гипсование, внесение сорбентов и удобрений), гидро- и теплотехнические мероприятия. Биологический этап представляет комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на возобновление процесса почвообразования и воспроизводство биоценозов. В северных и горных районах предварительное снятие маломощного плодородного слоя почвы зачастую неосуществимо из-за пересеченного рельефа, сильной каменистости почв, наличия каменистых осыпей. При рекультивации нарушенных северных ландшафтов рекомендуется создание водоемов в понижениях техногенного рельефа, нанесение на пылящие пески эрозионно-устойчивой фракции минеральных материалов, гидропосев многолетних трав, применение методов вегетативного размножения растений. При освоении важно избежать процессов термокарста, эрозии [13]. Одним из основных приемов технического этапа рекультивации следует считать формирование отвалов на заключительном этапе складирования горных пород из рыхлых четвертичных отложений с включением органогенных материа-
лов. Биологическая рекультивация породных отвалов должна проводиться дифференцированно, с учетом возможности их естественного зарастания [15]. При этом основным направлением рекультивации на Севере является санитарно-гигиеническое направление, основная цель которого — ликвидация очагов неблагоприятного воздействия на окружающую среду.
Восстановление (restoration) обычно рассматривается как действие или процесс возвращения местообитания к прежнему состоянию, которое было нарушено в прошлом в результате негативного воздействия химических, физических или биологических факторов, зачастую действующих совместно [71]. Восстановление (restoration) и исправление (remediation) тесно связаны, поскольку последнее действие или процесс отражает реализацию мер исправления прошлой деятельности, которая привела к нарушению системы. При этом восстановление может быть одной из возможных целей ремедиации, направленной на возвращение местообитания в исходное состояние. Эта цель может быть трудной, если не невозможной, достижение зависит от качества и степени нарушений. Таким образом, под ремедиацией понимают исправление, очистку территории от опасных отходов или сдерживание их распространения в соответствии с применяемыми нормами [11]. Удаление загрязняющих веществ из почв для защиты здоровья человека и окружающей среды регулируется совокупностью законодательных требований и/или базируется на оценках санитарно-гигиенических и экологических рисков.
Как и восстановление (restoration) реабилитация (rehabilitation) может быть также определена как действие или процесс возвращения нарушенной территории в прежнее состояние и выглядит синонимом восстановления. Однако в практическом ракурсе оттенки различий между восстановлением и реабилитацией часто отражают разницу в вероятности успеха в возвращении к первоначальному состоянию [71]. При восстановлении возвращение в исходное состояние обычно может быть достигнуто с большей вероятностью, тогда как реабилитация преследует достижение определенного заданного состояния, которое не является в полном смысле слова первоначальным. Различия между восстановлением и реабилитацией, таким образом, отражают степень успеха в возврате местообитания к исходному состоянию.
В противоположность восстановлению и реабилитации мелиорация (reclamation) обычно рассматривается как действие или процесс избавления данного местообитания от некоторого нежелательного состояния [71]. Мелиорация предусматривает преднамеренное освоение или обработку земель для последующего использова-
ния человеком, является ли исходное положение нежелательным природным состоянием (например, трансформация болота в обрабатываемые земли или городские территории) или нарушенным ландшафтом (например, развитие заброшенных промышленных территорий для дальнейшего использования человеком).
СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К РЕМЕДИАЦИИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ
В настоящее время существует два типа стратегии ремедиации загрязненных почв. Первая стратегия, которую в начале XXI в. предпочитают многие государственные органы, направлена на уменьшение валового содержания поллютантов в почвах до максимально допустимого уровня. Это достигается с помощью технологий очистки (clean-up) загрязненных почв. Вторая стратегия не требует уменьшения валового содержания поллютантов, а нацелена на управление их воздействием, то есть экологическими рисками, с помощью технологий сдерживания (containment), которые сокращают мобильность и биологическую доступность поллютантов [95]. При этом обработка почв может осуществляться непосредственно на месте (in situ) либо за пределами загрязненного участка (ex situ) после выемки загрязненного слоя.
Современные подходы к ремедиации почв основаны на различных физических (выемка, вит-рификация, затвердевание, электроремедиация, промывка), химических (восстановление, растворение, стабилизация (фиксаци
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.
Пoхожие научные работы по теме «Сельское и лесное хозяйство»
КОПЦИК Г.Н. — 2014 г.
КОПЦИК Г.Н., КОПЦИК С.В., СМИРНОВА И.Е. — 2013 г.
Источник
IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017
ФИТОРЕМЕДАЦИЯ ПОЧВ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
Опасными загрязнителями среды являются тяжелые металлы (ТМ), которые депонируются, иногда в огромных количествах, в окружающей среде и живых организмах, вызывая тем самым необратимые последствия в экосистемах. Поступая в больших количествах в растительные или животные организмы, они вызывают у них депрессию, отклонения в физическом развитии, различного рода заболевания и гибель. [11].
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].
Разные по биологическим особенностям культуры обладают неодинаковыми способностями фитоэкстракции тяжелых металлов из загрязненных почв. Между концентрациями тяжелых металлов в загрязненных почвах и их содержанием в органах растений отмечена положительная корреляционная связь, носящая линейный характер.
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 — тяжёлый металл голубовато-серого цвета, очень пластичный. 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 [9]. Растения, выросшие в загрязненных почвах представляют угрозу для окужающей среды. Повышенное содержание свинца оказывает негативное воздействие на людей и животных через пищевую цепь [3]. Есть много альтернативных методов очищения и предотвращения распространения загрязняющих веществ в почве. Наиболее приемлемым по значимости и экономической выгодности является очищение почвы от металлов с помощью растений. Для этого растения, способные впитывать в себя металлы, высаживаются в загрязненную почву. Металлы накапливаются в растениях, после их уборки, как в рудных месторождениях, металлы можно изъять путем химической переработки в качестве сырья [4].
Рекультивация антропогенных ландшафтов, образованных в результате деятельности горнодобывающей промышленности и дальнейшее их хозяйственное использование (в особенности – использование в сельском хозяйстве) предполагают уменьшение количества тяжелых металлов в используемых почвах и почвогрунтах. Одним из перспективных, экономически выгодных и эффективных методов очистки загрязненных субстратов считается фиторемедиация. В процессе фиторемедиации очистка субстрата производится с использованием растений . Проводились многочисленные исследования, в которых, наряду с растениями, обращается внимание на различные роли почвенных микроорганизмов в повышении эффективности фиторемедиации [10].
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:
3.2. Влияние введенных в загрязненную свинцом почву ЭДТА и ДТПА на общее содержание свинца(Pb)и
концентрацию подвижного свинца(Pb) в почве.
При введении в почву под кукурузой (Z. mays) ЭДТА дозой в 8 ммоль/кг по сравнению с пробой содержание свинца понизилось в 1,9 раза, а количество свинца в растении повысилось в 10,7раза. Точно также при введении в почву под подсолнухом (H. Annuus) ЭДТА в количестве 8 ммоль/кг содержание свинца понизилось в 1,9 раза, а в растении его количество повысилось в 19,2 раза (Таблица 3.1).
Источник