Почему происходит загрязнение почвы тяжелыми металлами?
Главные источники загрязнения окружающей среды — заводы и мусор. Ежедневно человеком вырабатываются тонны отходов. 4% из них идут на переработку. Количество и размеры свалок увеличиваются, что отрицательно сказывается на экологии.
Одна из основных проблем, вызванных такой ситуацией – загрязнение почвы тяжелыми металлами. Ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь — самые опасные металлы, которые оседают на поверхности земли. Предельно-допустимая концентрация этих веществ в плодородном слое — 16 ПДК. Превышение этого показателя ведет к загрязнению почвы. При преодолении отметки в 10 ПДК замечают изменение физических свойств земли.
Пути попадания тяжелых металлов в почву
Загрязнение почвы имеет несколько путей. Основные — промышленность, ТБО и окружающая среда.
Твердые бытовые отходы
Чтобы последствия загрязнения бытовыми отходами на землю сводились к минимуму, необходима правильная организация захоронения.
В деревне Воловичи Московской области в 1990-ом году был вырыт двухметровый котлован. Система захоронения выглядит так: два метра отходов отделяются друг от друга слоем земли в 30 сантиметров. В основании рва расположен глиняный замок. На данный момент котлован использован на 98%. Взятые около него образцы выявили, что показатели кислотности и ПДК тяжелых металлов не превышает оптимальную отметку в 16 ПДК, либо очень близки к ней.
Такие же исследования были проведены вблизи свалки мусора в городе Ульяновске. В образцах были обнаружены свинец, медь, кадмий. Содержание металла в этом образце — 29 ПДК, когда допустимая норма 16. Превышение ПДК кадмия при исследовании обнаружено не было. Но если выпадет кислотный осадок, кадмий окислится и его вредоносное содержание превысит допустимые показатели.
На пересечении Московского проспекта с Обводным каналом в Санкт-Петербурге раньше была свалка мусора. Сейчас эта часть города застраивается — там будет жилой комплекс. Район не был обезврежен или очищен. Проба земли в этих местах показала содержание свинца в 270 ПДК.
Окружающая среда
Тяжелые металлы в окружающей среде сконцентрированы также в воде и воздухе. Все, что сбрасывают в атмосферу заводы, рассеивается и оседает на поверхности земли и воды. Влага, если это не пруд или озеро, проходит естественную фильтрацию через почву. Получается, что плодородный слой оказался наименее защищенной средой. Химические элементы накапливаются и приводят к его истощению.
В 2015-ом году на Уфимском заводе цветных металлов была осуществлена проверка очистительных сооружений. Стало известно, что печь для плавления алюминия работала с недостаточной защитой. В атмосферу были выброшены опасные пары. Образцы вблизи завода показали, что ПДК свинца превысило норму в 20 раз, кадмия — в 16.
Промышленность
Промышленные предприятия, находящиеся в непосредственной близости от населенного пункта, оказывают самое сильное влияние на экологию города. Металлургические заводы загрязняют окружающую среду на 10 — 15 км вокруг.
На Среднем и Южном Урале сосредоточено крупнейшее металлургическое производство страны. При исследовании почв в Ревде, Асбесте, Реже показатели ПДК тяжелых металлов были превышены в 5 — 10 раз. 12% территории Челябинска относится к зоне экологического бедствия: содержание цинка и свинца выше нормы в 25 раз.
Город Сызрань Самарской области известен крупными предприятиями по переработке нефтепродуктов. Почва, взятая на пробу в радиусе 15 км от завода «Тяжмаш», показала превышение ПДК свинца в 2,5 раза.
Индикаторы загрязнения почвы
Самыми распространенными индикаторами загрязнения являются растения и микроорганизмы. У цветов наблюдается отмирание листьев — в почве накопился цинк. Они медленно растут — земля переполнена медью. Ненормальное развитие растения в целом говорит о превышенном показателе кобальта. Самым часто используемым биологическим индикатором загрязнения почвы тяжелыми металлами являются слива и фасоль.
Микроорганизмы в отравленном плодородном слое ведут себя по-разному в зависимости от местонахождения. На лесопарковых территориях микроорганизмы более активны. Это связано с тем, что почва там загрязнена меньше.
В зоне, приближенной к предприятиям и свалкам, наблюдается снижение численности микроорганизмов и почвенных животных. Тяжелые металлы влияют на их жизнедеятельность: микроорганизмы начинают медленно развиваться, плохо растут, наблюдаются изменения на генетическом уровне.
Биота либо погибает, либо выбирает другие места обитания.
Способы очистки почвы от тяжелых металлов
Существует три метода очистки почв от загрязнения тяжелыми металлами: физический, химический и биологический.
Физический и химический методы
Эти два метода, как правило, применяются совместно. Загрязненный слой снимается и проходит электрохимическое выщелачивание. Происходит переход металлов в подвижную форму. Затем обезвреженная земля помещается назад, слои перемешиваются. Полученный образец снова берется на анализ. Если содержание металлов не превышает ПДК, почва пригодна для сельского хозяйства.
Биологический метод
Суть метода в высадке семян растений семейства сложноцветных: мятлик, полынь, тысячелистник, клевер. Семена высеваются в соотношении 1:1:1 в количестве 1, 5 – 2 миллиона штук на гектар земли. Когда растения достигают периода бурного роста, надземную часть скашивают, высушивают и удаляют. Процесс повторяется несколько раз, после чего проводится анализ. Этот метод очистки от загрязнений считается безопасным, так как на почву не воздействует химия.
Источник
Загрязнение почв тяжелыми металлами
Химическое загрязнение почв — опасный вид деградации экосистемы. Оно затрагивает все природные среды и проявляется на локальном, региональном, глобальном уровнях; загрязняющие вещества непосредственно влияют на жизнеспособность всех биологических видов; их избыток вызывает у живых организмов опасные заболевания, последствия могут закрепляться на генетическом уровне. Экологическая опасность загрязнения тяжелыми металлами (ТМ) в том, что, будучи извлеченными из недр Земли, где они находились в термодинамически устойчивом состоянии, ТМ включаются в производственные процессы. Часть их входит в состав полезного продукта, а большая доля в форме отходов (они сопровождают все виды человеческой деятельности) поступает на земную поверхность, оказывается в почве в составе соединений, в том числе подвижных. Это ведет к росту миграции ТМ, к накоплению их в сопряженных природных средах в избытке, опасном для живых организмов.
Разработаны методы оценки обогащения отходов производства ТМ. Установлены классы опасности химических веществ (ГОСТ 17.4.1.02–83). Разработаны нормативы содержания ТМ в природных средах, в том числе в почвах [211]. Регулярно проводится экологический мониторинг. Пунктами сети наблюдений за загрязнением почв являются сельскохозяйственные угодья, лесные массивы зон отдыха и прибрежных зон, городские земли. Отбор проб почв для оценки их загрязнения промышленными токсикантами проводится в 66 городах ежегодно и в 101 городе раз в 5 лет. Сеть комплексного мониторинга загрязнения природной среды и состояния растительности насчитывает 30 постов. Фоновый мониторинг проводится в заповедниках. В соответствии с программой мониторинга в пробах почв определяют до 24 ингредиентов промышленного происхождения с использованием унифицированных методов, дают оценку их содержания. Обобщенные результаты используются для принятия природоохранных мер, они публикуются в ежегодно издаваемом Государственном докладе «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации».
В настоящее время установлено, что общее техногенное выпадение ТМ на земную поверхность на порядки превышает их поступление из природных источников [203]. Поступившие локально ТМ широко распространяются в окружающей среде относительно быстро перемещающимися потоками, связывающими сушу, атмосферу, реки, океан [71]. ТМ, поступившие в почвы с отходами, распределяются между почвенными компонентами, которые их удерживают с разной прочностью. Общее содержание ТМ при загрязнении почв может повышаться на порядки, при этом доля наименее прочно удерживаемых соединений, как правило, увеличивается сильнее. Разработаны отечественные нормативы показателей загрязнения почв (ПДК, ОДК), доступны зарубежные нормативы (Германия, Голландия, и др.).
Регулярные наблюдения свидетельствуют о том, что наибольшая степень техногенного загрязнения почв ТМ наблюдается в урбанизированных зонах, где высока концентрация населения и производств, которые служат основными источниками загрязнения. Приведенная карта отражает географию распространения загрязненных ТМ техногенно нарушенных почв РФ. По материалам карты острых экологических ситуаций Б.И. Кочурова [127] территория страны поделена на три зоны: острых экологических ситуаций, выпадения кислотных дождей и относительного экологического благополучия. На этой основе по данным Государственных докладов «О состоянии и об охране окружающей среды РФ» (2000—2007 гг.), «О санитарно-эпидемиологической обстановке в РФ» (2004 г.)», Государственной программы «Экологическая безопасность России (1993—1996 гг.) (по состоянию на 18.10.2006)», обзоров Росгидромета «Состояние и загрязнение окружающей среды в РФ» (2006—2008 гг.), публикаций в научных периодических изданиях отмечены города, в почвах внутренних зон и окрестностей которых среднее содержание ТМ в разы превышает ПДК (ОДК или фоновое). Максимальные уровни содержания ТМ в почвах, как правило, в 3—4 раза выше средних.
Металлургические заводы и крупные ТЭЦ влияют на окружающую среду в радиусе до 5—10 км, заводы машиностроения — 1,5—2 км, приборостроения — до 0,5—1 км, автотранспорт — до 0,1—0,2 км. Техногенные ареалы вокруг источников загрязнения нередко имеют зональное строение. Для эпицентра типична полиэлементная ассоциация металлов, к периферии из ее состава выпадают отдельные элементы, наиболее обширные ареалы чаще всего образуют Zn и Рb [276].
Наибольшая плотность расположения пунктов с промышленным комплексным загрязнением почв металлами наблюдается на Среднем и Южном Урале, являющемся крупнейшей горнорудной и металлургической базой страны. Предприятия по добыче и переработке железных и полиметаллических руд загрязняют атмосферу и почвы. Содержание металлов в почвах некоторых городов превышает ПДК в 5—10 и более раз (Кировград, Реж, Асбест, Ревда). В городской черте Челябинска расположено около 600 промышленных предприятий. Около 12% его территории (в центре города) могут быть отнесены к зоне экологического бедствия: содержание в почве Zn, Pb в 25 раз превышает ПДК. Сильно загрязнены почвы Магнитогорска, где действует крупнейший в Европе металлургический комбинат и около 40 предприятий, в их числе металлургический, машиностроительный заводы, в окрестностях города размещены карьеры по добыче железных руд и флюсов, цементный завод. Это причина аномально высокого содержания в почвах ТМ (Cu, Pb, Zn, As, Mn), превышены ПДК этих ТМ и в почвах жилой зоны.
Ниже плотность загрязнения окружающей среды на севере европейской части РФ. На Кольском п-ове отмечается влияние на почвы крупных горно-металлургических предприятий, выбросы которых обогащены преимущественно Ni, Cu. В почвах Мончегорска их содержание в 450—250 раз превышает уровень ПДК. Загрязнение ТМ почв городов Санкт-Петербурга, Череповца вызвано поступлением отходов, прежде всего, от металлургических заводов.
Сильно варьирует загрязнение почв ТМ в Центральном округе. В Москве наиболее активными источниками загрязнения атмосферы и почв ТМ является транспорт, заводы нефтеперерабатывающий, автомобильный. Для загрязненных почв Москвы и области характерны ассоциации наиболее опасных ТМ (Zn, Cd, Pb). Почвы Московской области загрязнены отходами предприятий энергетики, утилизируемыми отходами производства и потребления. Годовой объем образующихся отходов близок к 60 млн т, в том числе 20 млн т промышленных (ежегодный прирост отходов 4—6%). Загрязнение почв Воронежа ТМ обусловлено отходами предприятий химической и металлургической отраслей.
В Приволжском округе пояс загрязненных почв создан под влиянием отходов предприятий разных отраслей. Полиметаллическое загрязнение в Нижнем Новгороде, Кирове, Ижевске сформировано отходами крупнейших предприятий страны, среди которых металлургический, автомобильный, машиностроительный, нефтеперерабатывающий, фармацевтический заводы.
На юге России также имеет место мощное загрязнение почв ТМ. В Астрахани ведущее место занимает топливно-энергетический комплекс, который разрабатывает Аксарайское газоконденсатное месторождение. Почвы загрязнены углеводородами, серой, ТМ, среди которых значителен вклад Zn, Pb. Они же преобладают в загрязненных почвах Владикавказа, где развиты преимущественно машиностроительная, металлообрабатывающая, химическая, нефтехимическая отрасли. Иные доминанты ТМ (Cd, Cr) в почвах Новочеркасска, где мощным источником загрязнения является Новочеркасская ГРЭС, крупнейшая на юге России.
Из городов северных регионов Сибирского края необходимо отметить Норильск, где многие годы работает Норильский горно-металлургический комбинат, а также другие заводы (металлообрабатывающий, химический и пр.). Город входит в десятку самых загрязненных городов мира: на одного жителя города ежегодно приходится 12—13 т выбросов. Загрязнены города южных регионов Сибири: Новосибирск, Омск, Томск, являющиеся крупными промышленными центрами с предприятиями разных отраслей (заводы инструментальный, металлопроката, металлообработки, машиностроения, нефтепереработки, химические, деревообрабатывающие, приборостроительные и др.). Высокий уровень техногенной нагрузки в городе Белово Кемеровской области, где 80 лет работает цинковый завод.
Промышленные центры Прибайкалья сформировали зоны загрязненных почв в городах Братске (заводы алюминиевый, ферросплавов), Свирске (металлургический), Иркутске (строительные, машиностроительные заводы), Черемхово (заводы тяжелого машиностроения, механический, химический, а также добыча угля открытым способом). Загрязнение почв ТМ здесь нередко сопровождается загрязнением мышьяком.
Широко известны промышленные центры Приморского края Дальнегорск и Рудная Пристань. В черте Дальнегорска действует огромный карьер горно–химического комбината, в Рудной Пристани — цех горно-металлургического комбината (созданного более 100 лет тому назад для получения свинца). Содержание Pb в почвах поселка Рудная Пристань достигает 17—42 ПДК. Этот поселок включают в список самых загрязненных в мире. Опасная экологическая обстановка обусловлена не только мощностью заводов и недостаточной очисткой аэрозольных выбросов, но и расположением жилого сектора в межгорной долине, где задерживаются загрязненные металлами воздушные потоки. Менее загрязнены ТМ почвы Владивостока, Уссурийска, Хабаровска, Магадана. Аккумуляцию ТМ обеспечивают, преимущественно, отходы предприятий горнодобывающей и машиностроительной отраслей. Отмечено резкое преобладание Pb (до 100 ПДК) в почвах Южно-Сахалинска.
Регулярный мониторинг показал масштабы загрязнения ТМ почв вокруг промышленных предприятий. В РФ выявлено 730 тыс. га земель с чрезвычайно опасным уровнем загрязнения почв. Самыми мощными источниками загрязнения почвенного покрова являются горнодобывающие предприятия, крупные комбинаты цветной металлургии. В прилегающих к ним землях аккумулируются ТМ, относящиеся к I классу опасности. С 1997 по 2007 гг. к опасной категории загрязнения почв ТМ отнесено 8% обследованных населенных пунктов в 1—5-километровой зонах вокруг источников загрязнения, 14% — к умеренно опасной категории. Почвы 78% населенных пунктов (в среднем) относятся к допустимой категории загрязнения ТМ, хотя отдельные участки почв могут иметь более высокую категорию загрязнения ТМ, чем в целом по городу. Влияние близости мегаполисов испытывают почвы сельскохозяйственных и лесных угодий. Опыт обследования пахотных почв европейской части РФ показывает, что уровень содержания ТМ в загрязненных пахотных почвах соответствует 1,5—2 ПДК, и доля таких почв составляет 2—3%.
Г.В. Мотузова, Е.А. Карпова, Н.Ю. Барсова
- Загрязнение почв тяжелыми металлами, масштаб 1:30 000 000
Источник