Загрязнение почв тяжелыми металлами презентация

Презентация на тему Загрязнение почвы тяжелыми металлами

Один из источников загрязнения окружающей среды – это тяжелые металлы (ТМ), более 40 элементов системы Менделеева. Они принимают участие во многих биологических процессах. Среди наиболее распространенных тяжелых металлов, загрязняющих биосферу, являются такие элементы:

• никель;
• титан;
• цинк;
• свинец;
• ванадий;
• ртуть;
• кадмий;
• олово;
• хром;
• медь;
• марганец;
• молибден;
• кобальт.

Источники загрязнения окружающей среды

В широком смысле источники загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами можно поделить на природные и техногенные. В первом случае химические элементы попадают в биосферу из-за водной и ветровой эрозии, извержения вулканов, выветривания минералов. Во втором случае ТМ попадают в атмосферу, литосферу, гидросферу из-за активной антропогенной деятельности: при сжигании топлива для получения энергии, при работе металлургической и химической индустрии, в агропромышленности, при добыче ископаемых и т. п.

Во время работы промышленных объектов загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами происходит различными путями:

• в воздух в виде аэрозолей, распространяясь на обширные территории;
• вместе с промышленными стоками металлы поступают в водоемы, изменяя химический состав рек, морей, океанов, а также попадают в грунтовые воды;
• оседая в слое почвы, металлы изменяют ее состав, что приводит к ее истощению.

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.

Опасность загрязнения тяжелыми металлами

Основная опасность ТМ заключается в том, что они загрязняют все слои биосферы. В результате в атмосферу попадают выбросы дыма и пыли, затем выпадают в виде кислотных дождей. Потом люди и животные дышат грязным воздухом, в организм живых существ попадают эти элементы, вызывая всевозможные патологии и недуги.

Металлы загрязняют все акватории и источники воды. Это порождает проблему дефицита питьевой воды на планете. В некоторых регионах земли люди умирают не только от того, что пьют грязную воду, в последствие чего болеют, но и от обезвоживания.

Накапливаясь в земле, ТМ отравляют растения, произрастающие в ней. Попадая в почву, металлы всасываются в корневую систему, затем поступают в стебли и листья, корнеплоды и семена. Их избыток приводит к ухудшению роста флоры, токсикации, пожелтению, увяданию и гибели растений.

Таким образом, тяжелые металлы негативно влияют на экологию. Они попадают в биосферу различными путями, и, конечно же, в большей мере благодаря деятельности людей. Чтобы замедлить процесс загрязнения ТМ, необходимо контролировать все сферы промышленности, использовать очистительные фильтры и уменьшить количество отходов, в которых могут содержаться металлы.

Загрязнение почв и грунтов тяжелыми металлами

Тяжелые металлы относятся к распространенным загрязняющим веществам, наблюдение за содержанием которых обязательно в почвах и грунтах. В качестве критериев принадлежности к тяжелым металлам используются разные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (висмут) или даже к металлоидам (мышьяк). В одних работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды, на сегодняшний день к тяжелым относят более 40 металлов с атомной массой свыше 50 атомных единиц, а в других считают металлы с плотностью более 8 г/см3 (Pb, Cu, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg).

Тяжелые металлы являются не только токсикантами, но и природными микрокомпонентами почв, содержание которых обусловлено механическим и химическим составом почвообразующих пород и характером почвообразовательных процессов. Фоновое содержание химических соединений и элементов в почвах — содержание, соответствующее их естественным концентрациям в почвах различных почвенно-климатических зон, не испытывающих заметного антропогенного воздействия. Наша лаборатория проводит анализ cостава почв на загрязнение металлами и другими элементами.

Основным источником загрязнения почв тяжелыми металлами является сжигание ископаемого топлива. Ежегодно сгорает 5 млрд. тонн горючих ископаемых (за всю историю человечества, по оценкам специалистов, сожжено 130 млрд. т угля и 40 млрд. тонн нефти). В золе угля и нефти содержатся практически все металлы в суммарной концентрации до 500 г. на тонну топлива. В этом сущность аэрально-техногенного характера поступления тяжелых элементов в почву.

Заметную роль в загрязнении почв и грунтов играют и другие пути попадания тяжелых металлов в почву. Например, ежегодно от выхлопных газов автомобильных двигателей, работающих на этилированном бензине, выбрасывается на поверхность почв более 250 тыс. тонн свинца в год. Выбросы в атмосферу только от ремонтных предприятий железных дорог в виде пыли, оседающей на почву (в основном это оксиды металлов), составляет свыше 380 тыс. тонн в год. Тормозные колодки поездов, истираясь, также вносят в почвы вблизи железных дорог еще 200 тыс. тонн металлов в год. Таким образом, происходит неуклонное увеличение масштабов загрязнения почвы тяжелыми металлами. При этом наиболее опасно накопление в почве металлов с выраженным токсическим характером — ртути, свинца, кадмия.

Пагубное воздействие содержащихся в промышленных газовых выбросах тяжелых металлов может значительно усиливаться за счет влияния других вредных компонентов выбросов. Весьма опасными в этом отношении являются дымовые выбросы алюминиевых, керамических и некоторых других предприятий, содержащие значительные количества фторидов водорода и кремния, а также некоторых других соединений фтора.

Подробная информация об услуге в разделеАнализ почвы

Поступающие из атмосферы металлы в той или иной степени фиксируются почвой. Процесс фиксации включает адсорбцию, осаждение, коагуляцию, межпакетное поглощение глинистыми минералами. Поступающие в почвы соединения тяжелых металлов разрушаются почвенными органическими кислотами либо сорбируются компонентами ППК, либо — в зависимости от почвенных условий — осаждаются в виде нерастворимых солей. Но перед этим они проходят фазу раствора и в данном состоянии наиболее подвижны.

Основную роль в закреплении металлов в почве играют органическое вещество, глинистые минералы и гидрооксиды железа и марганца. Вначале металлы сорбируются в основном не специфически. Со временем происходит упрочение связи тяжелых металлов с почвенным поглощающим комплексом (ППК), что выражается в уменьшении содержания водорастворимых и непрочно связанных форм; в природных условиях этому способствует частая смена режимов увлажнения и высушивания почвы. В процессе сорбции тяжелых металлов почвой они иммобилизуются и переводятся в нетоксичные формы, некоторые входят в кристаллическую решетку алюмосиликатов. Например, техногенные свинец и медь трансформируются в почве в менее подвижные, a Zn и Cd — в более подвижные соединения.

При взаимодействии тяжелых металлов с глинистыми минералами возникают обменные и необменные формы. Техногенный цинк проявляет наибольшее, чем медь, свинец и кадмий, сродство к минеральным компонентам ППК. В связи с этим илистая фракция почв обогащена цинком и обеднена медью и свинцом по сравнению со всей почвенной массой.

В нижних почвенных горизонтах основная роль в закреплении тяжелых металлов принадлежит оксидам и гидроксидам Fe, Mn и А1. Наиболее прочно закрепляются и активно сорбируются медь, цинк, свинец. В почвах, богатых железом, многие тяжелые металлы становятся малоподвижными из-за процессов окклюзии.

Ртуть, свинец, кадмий и некоторые другие тяжелые металлы хорошо сорбируются в верхних слоях (толщиной несколько сантиметров) перегнойно-аккумулятивного (гумусового) горизонта различных типов почв суглинистого состава. Миграция их по профилю и вынос за пределы почвенного профиля незначительны. Однако в почвах легкого состава, кислых и обедненных гумусом, процессы миграции этих элементов усиливаются. Цинк и медь менее токсичны, но более подвижны, чем свинец и кадмий.

Поведение тяжелых металлов в почве зависит от ее окислительно-восстановительных условий и кислотности. Миграционная способность Сu, Ni, Со, Zn в восстановительной среде снижается на 1-2 порядка по сравнению с окислительной. В кислой среде большинство металлов более подвижно. Наиболее неблагополучные условия в этой связи складываются в подзолистых и дерново-подзолистых почвах, имеющих неблагоприятные физические и химические свойства из-за повышенной кислотности и содержания в ППК ионов алюминия. Указанные условия способствуют переходу металлов в биологические ткани, повышенной миграции тяжелых элементов, ухудшению жизнедеятельности нитрифицирующих и азотфиксирующих бактерий, часто вызывают снижение плодородия почв.

В летний период миграция тяжелых металлов в поверхностные воды связана с процессами эрозии и деятельностью почвенно-грунтовых вод. Даже в гумидных условиях почва является эффективным фильтром на пути атмотехногенного потока тяжелых металлов в природные воды. Минимальная интенсивность водной миграции тяжелых металлов отмечается в степных и лесостепных регионах. Если атмосферная влага, просачивающаяся за пределы почвенной толщи, не достигает грунтовых вод, техногенные вещества накапливаются ниже корнеобитаемого горизонта и исключаются из биокруговорота и дальнейшей водной миграции; происходит их естественное захоронение.

В процессе водной эрозии, например, при осадках ливневого характера, из почвы вымываются в основном илистая фракция и органика — наиболее обогащенные тяжелыми металлами почвенные компоненты, что является одной из причин более низкого содержания тяжелых металлов в почвах сельхозугодий по сравнению с нераспаханными почвами в условиях атмотехногенного загрязнения. В городских почвах накопление загрязняющих веществ происходит в большинстве случаев двадцатисантиметровом слое.

Глобальные, зональные и региональные оценки фона тяжелых металлов и металлоидов в почвах, мг/кг (Сает Ю.Е. и др., 1990)

Атомно-абсорбционные спектрометры с пламенной и электротермической атомизацией Agilent

Приборная хроматография

Измерение содержания мышьяка

Электронная библиотека

Безопасность жизнедеятельности в техносфере / Мониторинг среды обитания / 13.3.4. Составление и оформление карт загрязненности почв

При исследовании загрязнения почв тяжелыми металлами составляются специальные карты загрязненности почв тяжелыми металлами – почвенно-технохимические карты. В таких картах показываются не только типы, подтипы, виды и разновидности почв по принятой систематике, но и степень загрязнения почв различными ингредиентами.

Под картами загрязненности почв

следует понимать уменьшенное изображение на плоскости типичного, обобщенного математически определенного распределения загрязненных в различной степени почв и их сочетаний. Карты загрязненности являются разновидностью почвенных карт, которые относятся к группе тематических. На тематических картах наиболее полно изображается основной картографируемый объект, в данном случае почвы, загрязненные различными ингредиентами. Другие компоненты ландшафта выделяются (картографируются) менее подробно, более обобщенно либо вообще не отражаются на карте.

Составление карт загрязненности почв проводится после просмотра и аналитической обработки собранных в полевых условиях образцов почв и сопоставления всех собранных материалов с имеющимися литературными, отчетными и другими данными об объекте исследований. Процесс составления карт загрязненности почв слагается из следующих стадий:

1) подготовки топографической основы;

2) разработки шкалы степени загрязнения почв;

3) корректировки почвенных контуров на основании полевых работ и других материалов, нанесение контуров загрязненных почв и дополнительных обозначений на подготовленную топографическую основу;

4) оформления карты и дополнительных обозначений, характеризующих условия загрязнения почв.

Для полевых исследований используется самая полная топографическая основа, содержащая наибольшее число опорных точек, необходимых для привязки точек отбора проб почв и нанесения границ между почвами, загрязненными в различной степени. При составлении карты загрязненности почв, на ней сохраняется только часть нагрузки, чтобы дать место для обозначения степени загрязнения почв. При отборе условных обозначений необходимо учесть, что топографическая
основа
должна:

, обеспечить привязку к местности;

, отразить природные особенности территории (рельеф, растительный покров, гидрографию и т.д.) в той степени, в какой позволяют это сделать принятые в картографии изобразительные средства;

, насколько возможно отразить влияние хозяйственной деятельности человека. Поэтому на детальных и крупномасштабных картах загрязненности почв необходимо сохранить обозначение сельскохозяйственных угодий, полей, полевых дорог и т.д.

При подготовке топографической основы необходимо учитывать масштаб карты загрязненности почв и предполагаемую специальную нагрузку.

Согласно аналитическим данным, тяжелые металлы распределены в почвах той или иной территории неравномерно. Это обстоятельство предполагает проведение специальной обработки данных о содержании металлов с целью получения более наглядной оценки степени загрязнения почв. Такая обработка возможна лишь в том случае, если имеются нормы ПДК того или иного загрязняющего почву элемента. Однако для большинства тяжелых металлов ПДК еще не разработаны.

Оценка и картографирование степени загрязнения почв

различными ингредиентами могут быть осуществлены при наличии, например, следующей шкалы степени загрязнения почв (в относительных единицах):

После проведения соответствующих расчетов степени загрязнения почв приступают к нанесению контуров на подготовленную топографическую основу с учетом предлагаемой шкалы степени загрязнения почв.

Сначала на выверенную карту-основу переносят значения степени загрязнения почв тем или иным тяжелым металлом. Карты загрязненности почв тяжелыми металлами должны, во-первых, отражать уровень загрязнения почв различными металлами и, во-вторых, позволять прогнозировать их поведение. Поэтому на карте отражаются свойства почвенного покрова, которые могут оказывать существенное влияние на трансформацию выпавших техногенных выбросов: механический состав, гумусность и т.д., а также вид сельскохозяйственных угодий.

Каждому значению шкалы степени загрязнения почв на карте должны соответствовать определенный цвет или штриховка. Шкала цветов, начиная от наименьшей (фоновой), следующая:

голубой – зеленый – желтый – оранжевый – красный.

Для каждого элемента составляется отдельная карта. При малом количестве контролируемых элементов (2 – 3 элемента) можно составлять совмещенные карты.

Карты загрязненности почв сопровождаются пояснительной запиской, в которой приводятся все физико-географические условия региона, а также кратко излагаются метеорологические условия и дается характеристика источников загрязнения. Результаты анализа представляются в табличной форме и совместно с картами загрязненности почв отправляются в соответствующие организации для использования по назначению.

Информация о загрязнении почв пестицидами и тяжелыми металлами направляется в следующем виде:

Ø полугодовой справки о состоянии загрязнения почв, включающей в себя материалы обследования почв за первое полугодие текущего года;

Ø годовой справки, включающей данные обследования за весь год и материалы, не вошедшие в полугодовую справку;

Ø отчета (справки и обзора) о состоянии загрязнения почв пестицидами, состоящего из нескольких разделов;

Ø введения, содержащего сведения по регионам:

ü название и количество обследованных хозяйств и принципы их выбора;

ü доля обследованной территории в районе;

ü общее количество проб и количество проанализированных проб;

ü вид работ – временные и режимные наблюдения, аналитические работы (внутренний и внешний контроль и т.д.).

В специальных таблицах приводятся сведения о применении пестицидов в обследуемых хозяйствах за отчетный и предшествующий годы. Дается краткая характеристика почв, климата, рельефа растительности, общая метеорологическая характеристика.

Данные об уровнях загрязнения почвы пестицидами представляются в таблицах для каждого пестицида в отдельности, и они должны характеризовать:

· среднее содержание остаточных количеств пестицидов;

· количество проб и сезон отбора;

· случаи обнаружения пестицидов в количествах, представляющих определенные доли ПДК, в целом по району обследования по культурам;

· хозяйства, в почве которых содержание пестицидов превышает предельно допустимое.

Сведения об аналитических работах также представляются в виде таблиц, где приводятся данные внутреннего контроля правильности и воспроизводимости результатов анализа.

Наряду с этим представляются:

· результаты внутреннего контроля определения содержания металлов в почве;

· картосхема расположения пунктов отбора проб почв;

· карты загрязненности почв;

· а также графики, иллюстрирующие распределение тяжелых металлов в почвенных горизонтах.

Информация содержит данные о средних и максимальных уровнях содержания металла в почвах отдельных зон на различном расстоянии от источника загрязнения (0 – 1; 1,1 – 5,0; 5,1 – 20,0; 21 – 50 км). В отдельных таблицах представляются данные о средних и максимальных уровнях содержания металлов в почвах в радиусе 20 км с разбивкой по годам и о случаях превышения допустимого содержания свинца в почве.

В конце отчета приводятся основные результаты и выводы, а также сведения об использовании представляемой информации другими организациями.

Вопрос загрязненности почв и их влияния на биосферу мало изучен по сравнению с вопросами загрязненности других сред /1/.

Источник