Metale ciężkie obecnie znacznie wyprzedzają tak znane zanieczyszczenia, jak dwutlenek węgla i siarka, i w prognozie powinny stać się najniebezpieczniejszymi, groźniejszymi niż odpady z elektrowni jądrowych i odpady stałe. Zanieczyszczenie metalami ciężkimi wiąże się z ich powszechnym stosowaniem w produkcji przemysłowej w połączeniu ze słabymi systemami oczyszczania, co skutkuje uwalnianiem metali ciężkich do środowiska. Gleba jest głównym medium, do którego przedostają się metale ciężkie, m.in. z atmosfery i środowiska wodnego. Służy również jako źródło wtórnego zanieczyszczenia powietrza powierzchniowego i wód, które wypływają z niego do Oceanu Światowego. Z gleby metale ciężkie są pobierane przez rośliny, które następnie stają się pożywieniem dla lepiej zorganizowanych zwierząt.

Pojawiło się określenie metale ciężkie, które charakteryzuje szeroką grupę zanieczyszczeń Ostatnio znaczny rozrzut. W różnych pracach naukowych i stosowanych autorzy odmiennie interpretują znaczenie tego pojęcia. Pod tym względem ilość pierwiastków zaliczanych do metali ciężkich jest bardzo zróżnicowana. Jako kryteria przynależności stosuje się wiele cech: masa atomowa, gęstość, toksyczność, występowanie w środowisku naturalnym, stopień zaangażowania w cykle naturalne i spowodowane przez człowieka.

W pracach poświęcony problemom zanieczyszczenie środowiska i monitorowanie środowiska; obecnie ponad 40 metali zalicza się do metali ciężkich układ okresowy DI. Mendelejewa o masie atomowej ponad 50 jednostek atomowych: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi itp. W tym przypadku znaczenie mają następujące warunki ważną rolę w kategoryzacji metali ciężkich: ich wysoka toksyczność dla organizmów żywych w stosunkowo niskich stężeniach, a także zdolność do bioakumulacji i biomagnifikacji.

Według klasyfikacji N. Reimersa za ciężkie należy uznać metale o gęstości większej niż 8 g/cm3. Zatem metale ciężkie obejmują Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.

Formalnie definicja metali ciężkich odpowiada duża liczba elementy. Jednak według zaangażowanych badaczy zajęcia praktyczne, związane z organizacją obserwacji stanu i zanieczyszczeń środowiska, związki tych pierwiastków są dalekie od równoważnych substancji zanieczyszczających. Dlatego też w wielu pracach zawęża się zakres grupy metali ciężkich, zgodnie z kryteriami pierwszeństwa wynikającymi z kierunku i specyfiki prac. A więc w tych, które już stały się dzieła klasyczne Yu.A. Izrael na liście substancji chemicznych do oznaczania w środowiskach naturalnych na stacjach tła w rezerwatach biosfery, Pb, Hg, Cd, As są wymienione w sekcji dotyczącej metali ciężkich. Z kolei zgodnie z decyzją Grupy Zadaniowej ds. Emisji Metali Ciężkich, działającej pod auspicjami Europejskiej Komisji Gospodarczej ONZ i zbierającej i analizującej informacje na temat emisji zanieczyszczeń w kraje europejskie do metali ciężkich zaliczono jedynie Zn, As, Se i Sb.

Standaryzacja zawartości metali ciężkich w glebie i roślinach jest niezwykle trudna ze względu na brak możliwości pełnego uwzględnienia wszystkich czynników środowiskowych. Zatem zmiana jest tylko agro właściwości chemiczne gleba (odczyn środowiska, zawartość próchnicy, stopień nasycenia zasadami, skład granulometryczny) może kilkukrotnie zmniejszyć lub zwiększyć zawartość metali ciężkich w roślinach. Istnieją sprzeczne dane nawet na temat zawartości tła niektórych metali. Wyniki znalezione i cytowane przez badaczy różnią się czasami 5-10 razy.

Rozmieszczenie zanieczyszczających metali w przestrzeni jest bardzo złożone i zależy od wielu czynników, w każdym razie to gleba jest głównym odbiornikiem i akumulatorem technogennych mas metali ciężkich.

Przedostawanie się metali ciężkich do litosfery w wyniku dyspersji technogennej następuje na różne sposoby. Najważniejszym z nich są emisje powstające podczas procesów wysokotemperaturowych (hutnictwo żelaza i metali nieżelaznych, prażenie surowców cementowych, spalanie paliw mineralnych). Ponadto źródłem zanieczyszczenia biocenoz może być nawadnianie wodą o dużej zawartości metali ciężkich, stosowanie bytowych osadów ściekowych do gleb jako nawozu, wtórne zanieczyszczenie w wyniku usuwania metali ciężkich z przedsiębiorstw metalurgicznych przez strumienie wody lub powietrza , przedostawanie się dużych ilości metali ciężkich przy stałym stosowaniu dużych dawek nawozów organicznych, mineralnych i pestycydów. Załącznik nr 1 odzwierciedla zgodność źródeł zanieczyszczeń technogennych z zanieczyszczeniami metalicznymi.

Do scharakteryzowania zanieczyszczeń technogennych metalami ciężkimi stosuje się współczynnik stężenia równy stosunkowi stężenia pierwiastka w zanieczyszczonej glebie do jego stężenia w tle. W przypadku zanieczyszczenia kilkoma metalami ciężkimi stopień zanieczyszczenia ocenia się na podstawie wartości wskaźnika stężenia całkowitego (Zc).

W załączniku nr 1 kolorem wyróżniono branże, które obecnie działają na terenie Komsomolska nad Amurem. Z tabeli wynika, że ​​pierwiastki takie jak cynk, ołów, kadm wymagają obowiązkowej kontroli poziomu MPC, zwłaszcza biorąc pod uwagę fakt, że znajdują się one na liście głównych zanieczyszczeń metalami ciężkimi (Hg, Pb, Cd, As – wg Yu.A Izrael), głównie z powodu ich technogenicznej akumulacji w środowisko porusza się w szybkim tempie.

Na podstawie tych danych przyjrzyjmy się bliżej cechom tych elementów.

Cynk jest jednym z aktywnych mikroelementów wpływających na wzrost i prawidłowy rozwój organizmów. Jednocześnie wiele związków cynku jest toksycznych, przede wszystkim jego siarczan i chlorek.

Maksymalne dopuszczalne stężenie Zn 2+ wynosi 1 mg/dm 3 (ograniczający wskaźnik szkodliwości ma charakter organoleptyczny), maksymalne dopuszczalne stężenie Zn 2+ wynosi 0,01 mg/dm 3 (ograniczający wskaźnik szkodliwości ma charakter toksykologiczny) (Właściwości biogeochemiczne Patrz Załącznik 2).

Obecnie ołów zajmuje pierwsze miejsce wśród przyczyn zatruć przemysłowych. Wynika to z jego szerokiego zastosowania w różnych gałęziach przemysłu (Załącznik 1).

Ołów zawarty jest w emisjach z przedsiębiorstw metalurgicznych, które są obecnie głównym źródłem zanieczyszczeń, obróbki metali, elektrotechniki i petrochemii. Istotnym źródłem ołowiu są spaliny pojazdów zasilanych benzyną ołowiową.

Obecnie liczba samochodów osobowych i natężenie ich ruchu stale wzrasta, co zwiększa także ilość emisji ołowiu do środowiska.

W okresie swojej działalności Zakład Baterii Komsomolsk nad Amurem był potężnym źródłem zanieczyszczeń ołowiem na obszarach miejskich. Pierwiastek osiadł na powierzchni gleby poprzez atmosferę, kumulował się i obecnie praktycznie nie jest z niej usuwany. Dziś jednym ze źródeł zanieczyszczeń są także zakłady metalurgiczne. Następuje dalsza akumulacja ołowiu wraz z niezlikwidowanymi wcześniej „rezerwami”. Gdy zawartość ołowiu wynosi 2-3 g na 1 kg gleby, gleba staje się martwa.

Biała księga opublikowana przez rosyjskich ekspertów podaje, że zanieczyszczenie ołowiem obejmuje cały kraj i jest jedną z licznych katastrof ekologicznych na terenie byłego Związku Radzieckiego, które wyszły na jaw w ostatnie lata. Na większości terytorium Rosji obciążenie spowodowane osadzaniem się ołowiu przekracza obciążenie krytyczne dla normalnego funkcjonowania ekosystemu. W kilkudziesięciu miastach już w latach 90-tych stężenia ołowiu w powietrzu i glebie przekraczały wartości odpowiadające maksymalnym dopuszczalnym stężeniom. Dziś, pomimo poprawy wyposażenia technicznego, sytuacja niewiele się zmieniła (załącznik nr 3).

Zanieczyszczenie środowiska ołowiem wpływa na zdrowie człowieka. Substancja chemiczna przedostaje się do organizmu poprzez wdychanie powietrza zawierającego ołów i spożycie ołowiu wraz z żywnością, wodą i cząsteczkami kurzu. Substancja chemiczna gromadzi się w organizmie, w kościach i tkankach powierzchniowych. Wpływa na nerki, wątrobę, układ nerwowy i narządy krwiotwórcze. Narażenie na ołów zaburza żeński i męski układ rozrodczy. Dla kobiet w wieku rozrodczym i ciąży podwyższony poziom ołów we krwi stwarza szczególne zagrożenie, ponieważ pod jego wpływem dochodzi do zaburzenia funkcji menstruacyjnych, częstszych porodów przedwczesnych, poronień i śmierci płodów z powodu przenikania ołowiu przez barierę łożyskową. Noworodki charakteryzują się wysoką śmiertelnością. Niska masa urodzeniowa, karłowatość i utrata słuchu są również skutkiem zatrucia ołowiem.

Dla małych dzieci zatrucie ołowiem jest niezwykle niebezpieczne, ponieważ negatywnie wpływa na rozwój mózgu i układu nerwowego. Nawet przy małych dawkach zatrucie ołowiem u dzieci w wieku przedszkolnym powoduje zmniejszenie rozwój intelektualny, uwaga i zdolność koncentracji, opóźnienie w czytaniu, prowadzi do rozwoju agresywności, nadpobudliwości i innych problemów w zachowaniu dziecka. Te nieprawidłowości rozwojowe mogą być długotrwałe i nieodwracalne. Wysokie dawki zatrucia prowadzą do upośledzenia umysłowego, śpiączki, drgawek i śmierci.

Ograniczającym wskaźnikiem szkodliwości jest sanitarno-toksykologiczny. Maksymalne dopuszczalne stężenie ołowiu wynosi 0,03 mg/dm 3, maksymalne dopuszczalne stężenie ołowiu wynosi 0,1 mg/dm 3.

Antropogeniczne źródła przedostawania się kadmu do środowiska można podzielić na dwie grupy:

• § emisje lokalne, które są związane z kompleksami przemysłowymi produkującymi (w tym szereg przedsiębiorstw chemicznych, zwłaszcza zajmujących się produkcją kwasu siarkowego) lub wykorzystującymi kadm.
• § rozproszone źródła o różnej mocy na całej Ziemi, począwszy od elektrowni cieplnych i silników po nawozy mineralne i dym tytoniowy.

Dwie właściwości kadmu decydują o jego znaczeniu dla środowiska:

• 1. Stosunkowo wysoka prężność pary, zapewniająca łatwość odparowania np. podczas topienia lub spalania węgli;
• 2. Wysoka rozpuszczalność w wodzie, szczególnie przy niskich kwaśnych wartościach pH (szczególnie przy pH 5).

Kadm dostający się do gleby występuje głównie w postaci mobilnej, co ma negatywne znaczenie dla środowiska. Forma mobilna warunkuje stosunkowo dużą zdolność migracyjną pierwiastka w krajobrazie i prowadzi do zwiększonego zanieczyszczenia przepływu substancji z gleby do roślin.

Zanieczyszczenie gleby kadmem utrzymuje się przez długi czas nawet po ponownym zaprzestaniu dostaw tego metalu. Aż 70% kadmu przedostającego się do gleby wiąże się z kompleksami chemicznymi gleby dostępnymi do wchłaniania przez rośliny. Mikroflora glebowa uczestniczy także w tworzeniu związków organicznych kadmu. W zależności od składu chemicznego, właściwości fizycznych gleby i postaci napływającego kadmu, jego przemiana w glebie kończy się w ciągu kilku dni. W efekcie kadm gromadzi się w postaci jonowej w wodach kwaśnych lub w postaci nierozpuszczalnych wodorotlenków i węglanów. Może występować także w glebie w postaci związków złożonych. Na obszarach o dużej zawartości kadmu w glebie stwierdza się 20-30-krotny wzrost jego stężenia w nadziemnych częściach roślin w porównaniu z roślinami na terenach niezanieczyszczonych. Widocznymi objawami spowodowanymi zwiększoną zawartością kadmu w roślinach są chloroza liści, czerwonobrązowe zabarwienie ich brzegów i nerwów, a także opóźnienie wzrostu i uszkodzenie systemu korzeniowego.

Kadm jest bardzo toksyczny. Wysoką fitotoksyczność kadmu można wytłumaczyć jego podobnymi właściwościami chemicznymi do cynku. Dlatego kadm może zastąpić cynk w wielu procesach biochemicznych, zaburzając funkcjonowanie dużej liczby enzymów. Fitotoksyczność kadmu objawia się hamującym wpływem na fotosyntezę, zaburzeniem transpiracji i wiązania dwutlenku węgla, a także zmianami przepuszczalności błon komórkowych.

Konkretny znaczenie biologiczne kadm jako mikroelement nie został dotychczas ustalony. Kadm przedostaje się do organizmu człowieka na dwa sposoby: w pracy i poprzez żywność. Łańcuchy pokarmowe poboru kadmu powstają w obszarach zwiększonego skażenia gleby i zbiorników wodnych kadmem. Kadm zmniejsza aktywność enzymów trawiennych (trypsyny i w mniejszym stopniu-pepsyna), zmienia ich aktywność, aktywuje enzymy. Kadm wpływa na metabolizm węglowodanów, powodując hiperglikemię, hamując syntezę glikogenu w wątrobie.

Maksymalne dopuszczalne stężenie w wynosi 0,001 mg/dm 3, maksymalne dopuszczalne stężenie v wynosi 0,0005 mg/dm 3 (oznaką ograniczającą szkodliwość jest toksykologia).

Wyślij swoją dobrą pracę do bazy wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Dobra robota do serwisu">

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.

Wysłany dnia http://www.allbest.ru/

PAŃSTWOWA FEDERALNA BUDŻETOWA INSTYTUCJA EDUKACYJNA SZKOLNICTWA WYŻSZEGO „PAŃSTWOWY UNIWERSYTET TECHNICZNY OMSK”

Katedra Ekologii Przemysłowej i Bezpieczeństwa

„Problemy skażenia gleby metalami ciężkimi i możliwe rozwiązania”

Zakończony:

Fomin A., Melnikov D., Lamazhap A.

studenci gr. TB-161

Sprawdzony:

Kholkin E.G., Ph.D.

• Wstęp
• Wniosek
• Bibliografia
• Wstęp
• Gleba jest nieocenionym zasobem naturalnym, który zapewnia człowiekowi niezbędne zasoby pożywienia. Nic nie zastąpi pokrywy glebowej: bez tego kolosalnego obiektu naturalnego życie na ziemi jest niemożliwe. Jednocześnie dzisiaj można zaobserwować niewłaściwe użytkowanie gleby, co prowadzi do wzrostu jej zanieczyszczenia, a w konsekwencji do zmniejszenia jej właściwości żyznych. Już teraz ludzkość musi poważnie zastanowić się nad problemem zanieczyszczenia gleby i podjąć niezbędne działania w celu jej ochrony.
• Gleba jest wskaźnikiem ogólnej sytuacji technogenicznej. Zanieczyszczenia przedostają się do gleby wraz z opadami atmosferycznymi i odpadami powierzchniowymi. Do warstwy gleby wprowadzane są także przez skały glebowe oraz wody gruntowe. Do grupy metali ciężkich zaliczają się wszystkie metale nieżelazne o gęstości większej niż żelazo. Paradoks tych pierwiastków polega na tym, że w określonych ilościach są one niezbędne do zapewnienia prawidłowego funkcjonowania roślin i organizmów.
• Jednak ich nadmiar może prowadzić do poważnych chorób, a nawet śmierci. Cykl pokarmowy powoduje przedostawanie się szkodliwych związków do organizmu człowieka i często powoduje ogromne szkody dla zdrowia. Źródłami zanieczyszczeń metalami ciężkimi są przedsiębiorstwa przemysłowe.
• Ochrona gleby jest bardzo ważna. Stała kontrola i monitoring nie pozwala na uprawę produktów rolnych i wypas zwierząt gospodarskich na skażonych gruntach.
• Celem pracy jest rozważenie problemów zanieczyszczenia gleb metalami ciężkimi i możliwych sposobów ich rozwiązania.
• 1. Zanieczyszczenie gleby metalami ciężkimi
• Metale ciężkie (HM) zajmują już drugie miejsce pod względem zagrożenia, za pestycydami i znacznie przed tak dobrze znanymi substancjami zanieczyszczającymi, jak dwutlenek węgla i siarka. W przyszłości mogą stać się bardziej niebezpieczne niż odpady z elektrowni jądrowych i odpady stałe. Zanieczyszczenie metalami ciężkimi wiąże się z ich powszechnym stosowaniem w produkcji przemysłowej. Na skutek niedoskonałych systemów oczyszczania metale ciężkie dostają się do środowiska, w tym do gleby, zanieczyszczając ją i zatruwając. HM to specyficzne zanieczyszczenia, których monitorowanie jest obowiązkowe w każdym środowisku.
• Gleba jest głównym środowiskiem, do którego przedostają się metale ciężkie, m.in. z atmosfery i środowiska wodnego. Służy również jako źródło wtórnego zanieczyszczenia powietrza powierzchniowego i wód, które wypływają z niego do Oceanu Światowego.
• Z gleby HM są wchłaniane przez rośliny, które następnie trafiają do pożywienia.
• W ostatnim czasie dużą popularność zyskał termin „metale ciężkie”, charakteryzujący szeroką grupę substancji zanieczyszczających. W różnych pracach naukowych i stosowanych autorzy odmiennie interpretują znaczenie tego pojęcia. Pod tym względem ilość pierwiastków zaliczanych do metali ciężkich jest bardzo zróżnicowana. Jako kryteria przynależności stosuje się wiele cech: masa atomowa, gęstość, toksyczność, występowanie w środowisku naturalnym, stopień zaangażowania w cykle naturalne i spowodowane przez człowieka.
• W pracach poświęconych problematyce zanieczyszczeń środowiska i monitoringu środowiska do metali ciężkich zalicza się dziś ponad 40 pierwiastków układu okresowego DI. Mendelejew o masie atomowej ponad 40 jednostek atomowych: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi itp. Według klasyfikacji N. Reimersa, metale o gęstości większej niż 8 g/cm3. W tym przypadku w kategoryzacji metali ciężkich ważną rolę odgrywają następujące warunki: ich wysoka toksyczność dla organizmów żywych w stosunkowo niskich stężeniach, a także zdolność do bioakumulacji i biomagnifikacji. Prawie wszystkie metale objęte tą definicją (z wyjątkiem ołowiu, rtęci, kadmu i bizmutu, których rola biologiczna jest obecnie niejasna) aktywnie uczestniczą w procesach biologicznych i wchodzą w skład wielu enzymów.
• Najpotężniejszymi dostawcami odpadów wzbogaconych w metale są przedsiębiorstwa zajmujące się wytopem metali nieżelaznych (aluminium, tlenek glinu, miedź-cynk, hutnictwo ołowiu, nikiel, tytan-magnez, rtęć itp.), A także przetwarzanie metali nieżelaznych (radiotechnika, elektrotechnika, produkcja instrumentów, galwanizacja itp.).
• W pyle przemysłu metalurgicznego i zakładów przeróbki rud stężenie Pb, Zn, Bi, Sn może wzrosnąć o kilka rzędów wielkości (do 10-12) w porównaniu z litosferą, stężenie Cd, V, Sb - dziesiątki tysięcy razy, Cd, Mo, Pb, Sn, Zn, Bi, Ag - setki razy. Odpady z zakładów metalurgii metali nieżelaznych, zakładów przemysłu farbiarskiego i lakierniczego oraz konstrukcji żelbetowych są wzbogacane rtęcią. W pyłach zakładów budowy maszyn wzrastają stężenia W, Cd i Pb (tab. 1).
• Tabela 1. Główne antropogeniczne źródła metali ciężkich
• Pod wpływem emisji gazów wzbogaconych w metale powstają obszary zanieczyszczeń krajobrazu, głównie na poziomie regionalnym i lokalnym. Wpływ przedsiębiorstw energetycznych na zanieczyszczenie środowiska nie wynika ze koncentracji metali w odpadach, ale z ich ogromnej ilości. Masa odpadów np. w ośrodkach przemysłowych przekracza całkowitą ilość pochodzącą ze wszystkich innych źródeł zanieczyszczeń. Wraz ze spalinami samochodowymi do środowiska wprowadzana jest znaczna ilość Pb, która przekracza jego pobranie wraz z odpadami z zakładów hutniczych.
• Gleby uprawne są zanieczyszczone takimi pierwiastkami jak Hg, As, Pb, Cu, Sn, Bi, które przedostają się do gleby w ramach pestycydów, biocydów, stymulatorów wzrostu roślin i strukturotwórców. Nietradycyjne nawozy, produkowane z różnych odpadów, często zawierają szeroką gamę substancji zanieczyszczających w wysokich stężeniach. Wśród tradycyjnych nawozów mineralnych nawozy fosforowe zawierają zanieczyszczenia Mn, Zn, Ni, Cr, Pb, Cu, Cd.
• Rozmieszczenie metali wprowadzanych do atmosfery ze źródeł technogennych w krajobrazie jest zdeterminowane odległością od źródła zanieczyszczeń, warunki klimatyczne(siła i kierunek wiatru), ukształtowanie terenu, czynniki technologiczne (stan odpadów, sposób przedostawania się odpadów do środowiska, wysokość rurociągów zakładowych).
• Rozproszenie metali ciężkich zależy od wysokości źródła emisji do atmosfery. Według obliczeń M.E. Berland, przy wysokich kominach, znaczna koncentracja emisji powstaje w przyziemnej warstwie atmosfery w odległości 10-40 wysokości kominów. Wokół takich źródeł zanieczyszczeń wyróżnia się 6 stref (tab. 2). Obszar wpływów poszczególnych przedsiębiorstw przemysłowych na przyległym terytorium może sięgać 1000 km2.
• Tabela 2. Strefy skażenia gleby wokół punktowych źródeł zanieczyszczeń

		Odległość od źródła zanieczyszczeń w km	Nadmiar zawartości HM w stosunku do tła
	Strefa bezpieczeństwa przedsiębiorstwa

• Strefy skażenia gleby i ich wielkość są ściśle powiązane z wektorami przeważających wiatrów. Płaskorzeźba, roślinność i zabudowa miejska mogą zmieniać kierunek i prędkość ruchu powierzchniowej warstwy powietrza. Podobnie jak w przypadku stref skażenia gleby, można wyróżnić także strefy skażenia roślinności.
• 2. Migracja metali ciężkich w profilu glebowym
• Akumulacja głównej części zanieczyszczeń obserwuje się głównie w poziomie gleby próchniczno-akumulacyjnej, gdzie są one wiązane przez glinokrzemiany, minerały niekrzemianowe i substancje organiczne w wyniku różnych reakcji interakcji. Skład i ilość pierwiastków zatrzymywanych w glebie zależy od zawartości i składu próchnicy, warunków kwasowo-zasadowych i redoks, pojemności sorpcyjnej i intensywności absorpcji biologicznej. Niektóre metale ciężkie są trwale zatrzymywane przez te składniki i nie tylko nie uczestniczą w migracji wzdłuż profilu glebowego, ale także nie stanowią zagrożenia dla organizmów żywych. Negatywne skutki środowiskowe zanieczyszczeń gleby są związane z mobilnymi związkami metali.
• W profilu glebowym technogeniczny przepływ substancji napotyka szereg barier glebowo-geochemicznych. Należą do nich poziomy węglanowe, gipsowe i iluwialne (iluwialno-żelazowo-humusowe). Niektóre pierwiastki silnie toksyczne mogą przekształcić się w związki trudno dostępne dla roślin, inne pierwiastki, mobilne w danym środowisku glebowo-geochemicznym, mogą migrować w kolumnie gleby, stanowiąc potencjalne zagrożenie dla fauny i flory. Mobilność pierwiastków zależy w dużej mierze od warunków kwasowo-zasadowych i redoks panujących w glebie. W glebach obojętnych związki Zn, V, As i Se są mobilne i mogą zostać wypłukane podczas sezonowego zwilżania gleby.
• Akumulacja mobilnych związków pierwiastków szczególnie niebezpiecznych dla organizmów zależy od reżimu wodno-powietrznego gleb: najmniejsza akumulacja występuje w glebach przepuszczalnych reżimu wymywania, wzrasta w glebach bez wymywania, a maksymalna jest w gleby z reżimem wysięku. Przy stężeniu parowania i odczynie zasadowym Se, As i V mogą gromadzić się w glebie w łatwo dostępnej formie, a w redukujących warunkach środowiska Hg może gromadzić się w postaci związków metylowanych.
• Należy jednak mieć na uwadze, że w warunkach wymywania realizowana jest potencjalna mobilność metali, które mogą zostać przeniesione poza profil glebowy, stając się źródłem wtórnego zanieczyszczenia wód gruntowych.
• W glebach kwaśnych z przewagą warunków utleniających (gleby bielicowe, dobrze przepuszczalne) metale ciężkie, takie jak Cd i Hg, tworzą formy łatwo mobilne. Przeciwnie, Pb, As i Se tworzą związki małomobilne, które mogą gromadzić się w poziomach próchnicznych i iluwialnych i negatywnie wpływać na stan fauny i flory glebowej. Jeśli S jest obecny w substancjach zanieczyszczających, w warunkach redukujących tworzy się wtórne środowisko siarkowodoru i wiele metali tworzy nierozpuszczalne lub słabo rozpuszczalne siarczki.
• Na glebach podmokłych Mo, V, As i Se występują w postaciach osiadłych. W kwaśnych glebach podmokłych znaczna część pierwiastków występuje w postaciach stosunkowo mobilnych i niebezpiecznych dla materii żywej; są to związki Pb, Cr, Ni, Co, Cu, Zn, Cd i Hg. Na glebach lekko kwaśnych i obojętnych, dobrze napowietrzonych, szczególnie podczas wapnowania tworzą się trudno rozpuszczalne związki Pb. W glebach obojętnych związki Zn, V, As, Se są mobilne, a Cd i Hg mogą być zatrzymywane w poziomach próchnicznych i iluwialnych. Wraz ze wzrostem zasadowości wzrasta ryzyko zanieczyszczenia gleby wymienionymi pierwiastkami.
• 3. Kierunki zwalczania zanieczyszczeń gleb metalami ciężkimi
• 3.1 Prowadzenie monitoringu stanu gleby
• Wśród kontrolowanych wskaźników stanu gleby wyróżnia się dwie grupy: pedochemiczną i biochemiczną. Do wskaźników pedochemicznych zalicza się te właściwości gleb, których zmiany mogą być spowodowane przez zanieczyszczenia i które mogą negatywnie oddziaływać na organizmy żywe. Do wskaźników pedochemicznych zalicza się wskaźniki najważniejszych właściwości chemicznych gleb: stanu próchniczego, właściwości kwasowo-zasadowych i kationowymiennych, a w niektórych przypadkach właściwości redoks gleby.
• Do wskaźników biochemicznych zalicza się wskaźniki charakteryzujące akumulację zanieczyszczeń w glebie oraz ich bezpośrednie negatywny wpływ na organizmach żywych. Do grupy wskaźników biochemicznych zalicza się: 1) całkowitą zawartość substancji zanieczyszczających, 2) zawartość związków substancji zanieczyszczających charakteryzujących się mobilnością rzeczywistą i potencjalną.
• Wskaźniki całkowitej (brutto) zawartości kontrolowanych pierwiastków pochodzenia naturalnego i technogennego charakteryzują ich zasoby w glebach (tab. 3). Definicja treści ogólnej pierwiastki chemiczne w glebach jest pracochłonne i wymaga całkowitego rozkładu glinokrzemianów, które zatrzymują znaczną część związków, szczególnie w glebach niezanieczyszczonych (stopienie próbek, rozkład kwasami z udziałem kwasu fluorowodorowego).
• Przy ocenie stanu zanieczyszczonych gleb całkowita zawartość pierwiastków chemicznych jest wskaźnikiem mniej informacyjnym. Istnieje dość dużo danych na temat naturalnego poziomu całkowitej zawartości metali ciężkich (Hg, Pb, Cd, As, Zn, Cu itp.) w glebach świata, w górnych poziomach różnych typów gleb w Rosja. Ponadto określono cechy regionalnego tła zawartości wielu pierwiastków oraz zidentyfikowano wzorce zmian ich ilości w zależności od składu granulometrycznego, zawartości próchnicy w glebach, reakcji środowiska, zawartości pierwiastków w skałach glebotwórczych i inne czynniki.
• Tabela 3. Zawartość tła form masowych związków metali ciężkich w glebach (mg/kg)

		Pierwiastek, mg/kg
Glina bielicowo-bielicowa i piaszczysto-gliniasta
Gliniasto-bielicowo-gliniasta i gliniasta
Szary las
Czarnoziemy
kasztan

• Z przedłużeniem kontrola środowiska warunków glebowych zaczęto powszechnie stosować metody oznaczania zawartości rozpuszczalnych w kwasach (1 N HCl, 1 N HNO3) związków HM. Często nazywa się je „całkowitą zawartością metali ciężkich”. Stosowanie rozcieńczonych roztworów kwasów mineralnych jako odczynników nie zapewnia całkowitego rozkładu próbki, ale pozwala na przeniesienie do roztworu większości związków pierwiastków chemicznych pochodzenia technogennego.
• Do form mobilnych HM zaliczają się pierwiastki i związki roztworu glebowego oraz fazy stałej gleby, które znajdują się w stanie dynamicznej równowagi z pierwiastkami chemicznymi roztworu glebowego. Do oznaczania mobilnych HM w glebach jako ekstrahenty stosuje się roztwory słabo zasolone o sile jonowej zbliżonej do siły jonowej naturalnych roztworów glebowych: (0,01-0,05 M CaCl2, Ca(NO3)2, KNO3). Zawartość potencjalnie mobilnych związków pierwiastków kontrolowanych w glebie oznacza się w 1 N ekstrakcie. NH4CH3COO przy różne znaczenia pH. Ekstrahent ten stosuje się także z dodatkiem środków kompleksujących (0,02-1,0 M EDTA).
• Do analiz najczęściej wybiera się górne warstwy gleby (0-10 cm), czasami analizuje się rozkład zanieczyszczeń w profilu glebowym. Górne poziomy pełnią rolę bariery geochemicznej dla przepływu substancji pochodzących z atmosfery. W warunkach wymywania wody zanieczyszczenia mogą wnikać głębiej i gromadzić się w poziomach iluwialnych, które służą również jako bariery geochemiczne.
• ziemia regeneracyjna metali ciężkich
• 3.2 Rekultywacja terenów zanieczyszczonych metalami ciężkimi
• Zanieczyszczenie gleby metalami ciężkimi prowadzi do powstania kwaśnego lub zasadowego odczynu środowiska glebowego, zmniejszenia zdolności wymiennej kationów, utraty składników pokarmowych, zmian gęstości, porowatości, refleksyjności, rozwoju erozji, deflacji, redukcji w składzie gatunkowym roślinności, jej stłumienie lub całkowita śmierć.
• Przed przystąpieniem do rekultywacji takich gruntów należy ustalić źródło i przyczyny zanieczyszczeń, podjąć działania mające na celu ograniczenie emisji, zlokalizować lub wyeliminować źródło zanieczyszczeń. Tylko w takich warunkach można osiągnąć wysoką efektywność prac rekultywacyjnych.
• Wytyczne do opracowania składu prac melioracyjnych to przede wszystkim substancja priorytetowa powodująca pogorszenie stanu ekologicznego gleb i jakości produktów rolnych oraz oczekiwanej mobilności innych osób. niebezpieczne substancje powinny być regulowane za pomocą środków specjalnych lub złożonych.
• Rekultywację gruntów zanieczyszczonych metalami ciężkimi prowadzi się następującymi metodami:
• 1) Uprawa roślin uprawnych i dzikich odpornych na zanieczyszczenia. Na zanieczyszczonych gruntach rolnych prowadzona jest reorganizacja i reorientacja produkcji rolnej poprzez wprowadzenie nowej struktury produkcji roślinnej, która zapewnia wytwarzanie produktów wysokiej jakości. Na obszarach o zagrożeniu ekologicznym, charakteryzujących się wieloelementowym zestawem substancji zanieczyszczających, zaleca się przejście z produkcji warzyw na płodozmian na zboża i rozwój hodowli zwierząt ze specjalnym reżimem utrzymywania zwierząt, np. przestoje i dokarmianie rozcieńczoną paszą lub pastwiskami na zanieczyszczonych i czystych łąkach.
• Przejście na inne uprawy rolne uwarunkowane jest ich różną reakcją na poziom zawartości metali w glebie, przy czym reaktywność ta u roślin objawia się zarówno w zależności od rodzaju, odmiany, jak i rozmieszczenia metali w narządach wegetatywnych i regeneracyjnych. Różnorodna akumulacja metali ciężkich w roślinach spowodowana jest istnieniem w systemie barier biologicznych: gleba – korzeń – łodyga (liście) – narząd regeneracyjny. Zazwyczaj największą akumulację metali ciężkich obserwuje się w narządach wegetatywnych, najmniej w narządach regeneracyjnych, np. przy zawartości ołowiu w glebie 800 mg/kg, w słomie żytniej 9 mg/kg, a 0,9 mg/kg w zbożu. Reakcję roślin na poszczególne metale można zobaczyć na przykładzie kadmu: najbardziej wrażliwe na nadmiar kadmu są soja, sałata i szpinak, a najbardziej odporne są ryż, pomidor i kapusta.
• Biorąc pod uwagę specyficzne warunki panujące na glebach zanieczyszczonych metalami ciężkimi, można uprawiać następujące rośliny odporne: ziarna zbóż, trawy zbożowe, ziemniaki, kapustę, pomidory, bawełnę, buraki cukrowe.
• 2) Rekultywacja gleb przy pomocy roślin (fitoremediacja) zdolnych do akumulacji metali ciężkich w organach wegetatywnych. Ustalono, że w okresie wegetacyjnym drzewo Autostrada jest w stanie zgromadzić ilość ołowiu równą jego zawartości w 130 kg benzyny, dlatego na terenach zaludnionych o terenach zanieczyszczonych zaleca się zbieranie i utylizację ściółki liściowej. Aby oczyścić gleby z cynku, ołowiu i kadmu, należy uprawiać góral, z ołowiu i chromu - gorczycę, z niklu - grykę itp. (Tabela 5), ​​w przypadku skażenia izotopami radioaktywnymi, można stosować wykę, groch, lucernę i kudły.
• 3) Regulacja mobilności metali ciężkich w glebie. Pobieranie metali ciężkich przez rośliny zależy od zawartości ich form mobilnych w glebie. O istnieniu form mobilnych decydują właściwości i żyzność gleb, procesy biogeochemiczne, intensywność i ilość metali ciężkich dostających się do gleby i usuwanych przez rośliny. Zachowanie metali ciężkich w glebie i sposoby zagospodarowania ich zawartości wynikają z teorii barier geochemicznych, a remediacja zanieczyszczonych gleb sprowadza się do tworzenia dodatkowych barier, zagospodarowania istniejących barier lub osłabiania części z nich.
• Gleby o ciężkim składzie mechanicznym i wysokiej żyzności zawierają mniej mobilnych form metali ciężkich niż gleby lekkie i nieproduktywne. Wiele metali należących do pierwszej klasy zagrożenia tworzy związki słabo rozpuszczalne w obojętnym środowisku glebowym i łatwo rozpuszczalne w środowisku kwaśnym. Kadm jest najbardziej mobilny w środowisku kwaśnym i słabo mobilny w środowisku obojętnym i zasadowym. Związki chemiczne mobilne w środowisku kwaśnym obejmują te zawierające kationy Zn, Cu, Pb, Cd, Sr, Mn, Ni, Co itp. Do związków mobilnych w środowisku obojętnym i zasadowym należą Mo, Cr, As, V , Se.
• W równych warunkach najmniejszą rozpuszczalność mają fosforany i siarczki metali ciężkich, wśród związków węglanowych najmniejszą rozpuszczalność mają związki rtęci, ołowiu i kadmu. Wodorotlenki metali ciężkich tworzą formy słabo rozpuszczalne w środowisku lekko kwaśnym i obojętnym, z wyjątkiem wodorotlenku Fe (pH = 2,5) i Al (pH = 4,1).
• Na mobilność wpływają substancje organiczne o niskiej zawartości waga molekularna, fulwowych i huminowych, zatem ilość mobilnej miedzi zmienia się z 4,5 mg/kg do 2,0 mg/kg przy zmianie zawartości próchnicy w glebie z 0,6 do 6,5%. Adsorpcja ołowiu przez glebę przy zmianie zawartości próchnicy z 2,5% na 7,0% wzrasta z 5 μg/kg do 20 μg/kg.
• Wprowadzenie do gleby gnojowicy i słabo rozłożonej materii organicznej zwiększa mobilność metali ciężkich na skutek tworzenia rozpuszczalnych w wodzie kompleksów o niskiej masie cząsteczkowej. Wnikanie metali ciężkich do roślin w zależności od stopnia ich ruchliwości: kadm – ołów – cynk – miedź.
• W celu regulacji mobilności związków metali ciężkich w glebie stosuje się wapnowanie, gips, stosowanie nawozów organicznych i mineralnych oraz uziemianie (zastosowanie gliny lub piasku).
• Przy rekultywacji gruntów zanieczyszczonych metalami ciężkimi dużą uwagę zwraca się na utrzymanie i powstawanie w glebie związków trudno rozpuszczalnych. W tym celu, oprócz powyższych metod, stosuje się sztuczne i naturalne adsorbenty. Do naturalnych należą torfy, mchy, gleby czarnoziemowe, sapropel, bentonit i gliny bentonitopodobne, piaski glaukonitowe, klinoptylolity, opoka, tripoli, okrzemki. Sztuczne adsorbenty powstają w wyniku aktywacji lub zmieszania adsorbentów naturalnych, np. adsorbentów z węglem aktywnym, glinokrzemianami i żelazoglinokrzemianami, żelami węglowo-aluminiowymi, adsorbentem SORBEX, żywicami jonowymiennymi, polistyrenem.
• Selektywne zdolności adsorbentów można skoncentrować na niektórych metalach, np. przy zastosowaniu adsorbentu „MERCAPT-8-TRIAZINE” kadm, ołów, rtęć i nikiel zamieniają się w związki niedostępne dla roślin (doświadczenia Japonii, Francji, Niemiec i innych krajów), stosowanie klinoptololitu znacznie zmniejsza pobieranie przez rośliny ołowiu, chromu, kadmu, miedzi, cynku itp.
• 4) Regulacja stosunków pierwiastków chemicznych w glebie. Metoda ta opiera się na antagonizmie i synergizmie pierwiastków chemicznych, tj. gdy jeden pierwiastek uniemożliwia lub ułatwia przedostawanie się innego do rośliny, np. cynk zapobiega przedostawaniu się rtęci, a nadmiar fosforu prowadzi do zmniejszenia toksyczności cynku, kadmu, ołowiu i miedzi, obecność wapnia może powodować działanie antagonistyczne dla niektórych metali warunki synergiczne dla innych w żyznej glebie.W glebie cynk i kadm są odporne na wiązanie miedzi i ołowiu, natomiast w glebach mało żyznych proces może przebiegać w odwrotnym kierunku.
• 5) Utworzenie warstwy remediacyjnej, wymianę lub rozcieńczenie zanieczyszczonej warstwy gleby można przeprowadzić w schemacie wielowarstwowym, a także poprzez nałożenie jednej warstwy gleby na wcześniej przesianą lub nie przesianą zanieczyszczoną powierzchnię. Rozcieńczanie zanieczyszczonej warstwy odbywa się poprzez wykopanie czystej gleby z późniejszym wymieszaniem, rozcieńczanie można również przeprowadzić poprzez głęboką orkę, gdy górna zanieczyszczona warstwa zostanie wymieszana z czystą dolną warstwą. Wykorzystują one usunięcie zanieczyszczonej warstwy i jej przeróbkę lub usunięcie zanieczyszczonej gleby z późniejszym oczyszczeniem i zawróceniem, jednak zazwyczaj takie operacje przeprowadzane są na małych obszarach, są kosztowną metodą rekultywacji.
• Do rekultywacji dużych obszarów, w tym obszarów mieszkalnych i rekreacyjnych osiedli, gruntów rolnych narażonych na długotrwałe zanieczyszczenia, można zastosować następujący kompleksowy program:
• - znacząca redukcja emisji z przedsiębiorstw (bariera technologiczna);
• - ścisłe dawkowanie chemicznych środków ochrony roślin, optymalna regulacja gospodarki żywieniowej i kwasowej gleby (bariera technologiczna);
• - zarządzanie przepływami migracji wody poprzez organizację spływów powierzchniowych, budowę kanałów deszczowych, systemów odwadniających z późniejszym oczyszczaniem ścieków (bariera mechaniczna).
• - wzmocnienie bariery sorpcyjnej warstwy gleby, co jest niezbędne, aby znacząco zmniejszyć ilość mobilnych związków metali ciężkich przedostających się do roślin i zanieczyszczających produkty, a jednocześnie nie tylko nie zmniejszać się całkowitej ilości metali w glebie, ale nawet wzrosnąć ze względu na zmniejszenie mobilności.
• - ponadto - minimalizowanie składnika infiltracyjnego reżimu wodnego warstwy gleby w warunkach podlewania terenów zielonych, trawników, upraw ogrodniczych, rolniczych i innych, tj. wdrożenie działań mających z jednej strony pewne osłabienie bariery hydrofizycznej, z drugiej jednak niezbędnych do utrwalenia efektu wzmocnienia bariery sorpcyjnej.
• Zmniejszenie liczby związków mobilnych przy dodawaniu sorbentu faktycznie osłabia redystrybucję całkowitej zawartości metali wzdłuż profilu glebowego pod wpływem opadających prądów wilgoci i prowadzi do nadmiernego gromadzenia się metali w najwyższej warstwie. Osłabienie bariery hydrofizycznej poprzez kontrolowaną infiltrację sprzyja redystrybucji metali, ponieważ roztwór glebowy jest rozcieńczany, a na skutek desorpcji jednocześnie redukowane są słabo rozpuszczalne związki.
• Zdarzenie takie można uznać za możliwe, gdyż w przypadku znacznego skażenia gleb i wód gruntowych substancjami toksycznymi konieczne jest utworzenie trwałego obiektu inżynieryjno-środowiskowego aktualny system kontrola przepływów substancji w składnikach: gleba - wody gruntowe. System taki zapewnia remediację zanieczyszczonych gleb i wód gruntowych, a także stanowi barierę przed przedostawaniem się produktów technogennych do rzek i innych miejsc, w których odprowadzane są ścieki podziemne. Aby ilościowo uzasadnić te pomiary, posłużono się matematycznymi modelami ruchu wilgoci i metali ciężkich, uwzględniających ich sorpcję i selekcję przez korzenie roślin.
• Wniosek
• O wadze problemu oddziaływania metali ciężkich na mikroorganizmy glebowe decyduje fakt, że to właśnie w glebie koncentruje się większość wszystkich procesów mineralizacji pozostałości organicznych, zapewniając sprzężenie cyklu biologicznego i geologicznego. Gleba jest ekologicznym węzłem powiązań biosfery, w którym najintensywniej zachodzi interakcja materii ożywionej i nieożywionej. Na glebie procesy metabolizmu między skorupą ziemską, hydrosferą, atmosferą i organizmami zamieszkującymi ląd są zamknięte, wśród których ważne miejsce zajmują mikroorganizmy glebowe.
• Coraz większe zanieczyszczenie środowiska metalami ciężkimi (TM) stwarza zagrożenie dla naturalnych biokompleksów i agrocenoz. TM gromadzące się w glebie są z niej wydobywane przez rośliny i dostają się do organizmu zwierząt poprzez łańcuchy troficzne w rosnących stężeniach. Rośliny gromadzą TM nie tylko z gleby, ale także z powietrza. W zależności od rodzaju rośliny i sytuacji ekologicznej dominuje wpływ zanieczyszczeń gleby lub powietrza. Dlatego też stężenie TM w roślinach może być wyższe lub niższe od ich zawartości w glebie. Warzywa liściaste pochłaniają szczególnie dużo ołowiu z powietrza (do 95%).
• Na terenach przydrożnych pojazdy mechaniczne w znacznym stopniu zanieczyszczają glebę metalami ciężkimi, zwłaszcza ołowiem. Gdy jego stężenie w glebie wynosi 50 mg/kg, około jedna dziesiąta tej ilości jest akumulowana przez rośliny zielne. Rośliny aktywnie absorbują także cynk, którego ilość w nich może być kilkukrotnie większa niż jego zawartość w glebie.
• Metale ciężkie w istotny sposób wpływają na liczebność, skład gatunkowy i aktywność życiową mikroflory glebowej. Hamują procesy mineralizacji i syntezy różnych substancji w glebie, hamują oddychanie mikroorganizmów glebowych, powodują efekt mikrobiostatyczny i mogą działać jako czynnik mutagenny.
• Bibliografia
• 1. Szkodliwe substancje chemiczne: nieorganiczne związki pierwiastków z grup I-IV / wyd. VA Fiłow. - L.: Chemia, 2008. - 611 s.
• 2. Dzhuvelikyan Kh. A., Shcheglov D. I., Gorubnova N. S. Zanieczyszczenie gleby metalami ciężkimi. Metody kontroli i regulacji gleb zanieczyszczonych. Woroneż: Centrum wydawniczo-drukarskie Uniwersytetu Państwowego w Woroneżu, 2009. - 21 s.
• 3.GN 2.1.7.020-94. Przybliżone dopuszczalne stężenia (APC) metali ciężkich i arsenu w glebach. Dodatek nr 1 do wykazu RPP i UDC nr 6229-91. - M.: Goskomsanizdat, 1995.
• 4. GOST 17.4.2.03-86 (ST SEV 5299-85). Ochrona Przyrody. Gleby. Paszport gruntowy. - M.: Goskomsanizdat, 1987.
• 5. GOST 17.4.3.01-83 (ST SEV 3847-82). Ochrona Przyrody. Gleby. Ogólne wymagania dotyczące pobierania próbek. - M.: Goskomsanizdat, 1984.
• 6. GOST 17.4.3.06-86 (ST SEV 5301-85). Ochrona Przyrody. Gleby. Ogólne wymagania dotyczące klasyfikacji gleb ze względu na wpływ na nie zanieczyszczeń chemicznych. - M.: Goskomsanizdat, 1987.
• 7. Wytyczne dotyczące oznaczania metali ciężkich w glebach użytków rolnych i produktach roślinnych. - M .: TsINAO, 1992. - 60 s.
• 8. Motuzova G.V. Monitoring środowiska gleby / G.V. Motuzova, OS Bezugłowa. - M.: Projekt Akademicki; Gaudeamus, 2007. - 237 s.
• 9. Perelman A.I. Geochemia krajobrazu / A.I. Perelman, NS Kasimow. - M.: Astrea-2000, 1999. - 768 s.
• 10. Reimers N.F. Zarządzanie przyrodą: słowa i odniesienia. / N.F. Reimers. - M.: Myśli, 1990. - 638 s.
• Opublikowano na Allbest.ru
...

Podobne dokumenty

Źródła, charakter i stopień zanieczyszczenia gleb miejskich i gleb. Obszary Czelabińska narażone na największe zanieczyszczenie. Wpływ skażenia gleby metalami ciężkimi na roślinność. Formy występowania metali ciężkich w emisjach i glebie.

Praca dyplomowa, dodano 10.02.2015


Ogólna charakterystyka metali ciężkich, ich formy w środowisku. Źródła przedostawania się metali ciężkich do środowiska. Teoria i metody bioindykacji. Obiekty biologiczne jako wskaźniki zanieczyszczenia środowiska metalami ciężkimi.

praca na kursie, dodano 27.09.2013


Źródła przedostawania się metali ciężkich do ekosystemów wodnych. Toksyczne działanie metali ciężkich na człowieka. Ocena stopnia skażenia wód powierzchniowych zbiorników wodnych znajdujących się na terenie miasta Homel ołowiem, miedzią, chromem, cynkiem i niklem.

praca magisterska, dodana 08.06.2013


Omówienie biochemicznej metody oczyszczania gleb, jej rodzaje: biowentylacja, fitoremediacja (oczyszczanie roślinami zielonymi), technologie grzybowe, wykorzystanie osadów. Główne przyczyny zanieczyszczenia gruntów rolnych metalami ciężkimi.

praca na kursie, dodano 16.05.2014


Charakterystyka regionu Tiumeń. Charakterystyka klimatyczna i pozycja geograficzna. Charakterystyka pokrywy glebowej. Charakterystyka flory i fauny. Przegląd środków rekultywacji terenu skażonego metalami ciężkimi.

praca na kursie, dodano 18.12.2014


Rodzaje i rodzaje degradacji gleb podmiejskich, ocena stopnia degradacji. Metody remediacji zanieczyszczonych gleb. Charakterystyka Iżewska jako źródła chemicznego zanieczyszczenia gleby. Technologiczne metody remediacji gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi.

praca na kursie, dodano 11.06.2015


Przegląd źródeł technogennych zanieczyszczeń gruntów. Wskaźniki i klasy substancji niebezpiecznych. Skażenie gleby radionuklidami i metalami ciężkimi. Poziom skażenia terytorium Białorusi w wyniku katastrofy w elektrowni jądrowej w Czarnobylu. Problemy ekologiczne gleba.

praca na kursie, dodano 12.08.2016


Pojęcie metali ciężkich, ich właściwości biogeochemiczne i formy występowania w środowisku. Mobilność metali ciężkich w glebach. Rodzaje regulacji zawartości metali ciężkich w glebach i roślinach. Aerogenne i wodorowe metody zanieczyszczenia gleb miejskich.

praca na kursie, dodano 07.10.2015


teza, dodano 23.09.2012


Podstawowe pojęcia i etapy rekultywacji. Rekultywacja składowisk odpadów stałych. Schemat procesu oczyszczania gleby z produktów naftowych poprzez wprowadzenie mikroorganizmów utleniających olej. Rekultywacja terenów zanieczyszczonych metalami ciężkimi i składowisk.

FEDERALNA AGENCJA TRANSPORTU MORSKIEGO I RZECZNEGO
FEDERALNA INSTYTUCJA EDUKACYJNA BUDŻETU
WYŻSZE WYKSZTAŁCENIE ZAWODOWE
UNIWERSYTET PAŃSTWA MORSKIEGO
nazwany na cześć admirała G.I. Nevelsky'ego

Katedra Ochrony Środowiska

ABSTRAKCYJNY
w dyscyplinie „Procesy fizykochemiczne”

Konsekwencje skażenia gleby metalami ciężkimi i radionuklidami.

Sprawdzone przez nauczyciela:
Firsova L.Yu.
Wypełnione przez studenta gr. ___
Khodanova S.V.

Władywostok 2012
TREŚĆ

Wstęp
1 Metale ciężkie w glebach

2 Radionuklidy w glebie. Zanieczyszczenie nuklearne
Wniosek
Lista wykorzystanych źródeł

WSTĘP

Gleba to nie tylko obojętne medium, na powierzchni którego toczy się działalność człowieka, ale dynamiczny, rozwijający się układ, w skład którego wchodzi wiele składników organicznych i nieorganicznych, które posiadają sieć jam i porów, a te z kolei zawierają gazy i ciecze. . Rozmieszczenie przestrzenne tych składników determinuje główne typy gleb na kuli ziemskiej.
Ponadto gleby zawierają ogromną liczbę żywych organizmów, nazywane są biotami: od bakterii i grzybów po robaki i gryzonie. Gleba powstaje na skałach macierzystych pod łącznym wpływem klimatu, roślinności, organizmów glebowych i czasu. Dlatego zmiany któregokolwiek z tych czynników mogą prowadzić do zmian w glebie. Tworzenie się gleby jest procesem długotrwałym: utworzenie 30-centymetrowej warstwy gleby trwa od 1000 do 10 000 lat. W rezultacie tempo tworzenia się gleby jest tak niskie, że glebę można uznać za zasób nieodnawialny.
Pokrywa glebowa Ziemi jest istotnym składnikiem biosfera Ziemi. To właśnie otoczka glebowa determinuje wiele procesów zachodzących w biosferze. Najważniejszą funkcją gleb jest akumulacja materii organicznej, różnych pierwiastków chemicznych i energii. Pokrywa glebowa pełni funkcję biologicznego pochłaniacza, niszczyciela i neutralizatora różnych substancji zanieczyszczających. Jeśli to ogniwo biosfery zostanie zniszczone, dotychczasowe funkcjonowanie biosfery zostanie nieodwracalnie zakłócone. Dlatego niezwykle ważne jest zbadanie globalnego znaczenia biochemicznego pokrywy glebowej, jej stan aktulany oraz zmiany spowodowane działalnością antropogeniczną.

1 Metale ciężkie w glebach

Źródła przedostawania się metali ciężkich do gleby

Metale ciężkie (HM) obejmują ponad 40 pierwiastków chemicznych układu okresowego D.I. Mendelejewa, którego masa atomów przekracza 50 jednostek masy atomowej (a.m.u.). Są to Pb, Zn, Cd, Hg, Cu, Mo, Mn, Ni, Sn, Co itp. Istniejąca koncepcja „metali ciężkich” nie jest rygorystyczna, ponieważ HM często zawierają pierwiastki niemetalowe, na przykład As, Se, a czasem nawet F, Be i inne pierwiastki, których masa atomowa jest mniejsza niż 50 amu.
Wśród HM znajduje się wiele pierwiastków śladowych, które są biologicznie ważne dla organizmów żywych. Są niezbędnymi i niezbędnymi składnikami biokatalizatorów i bioregulatorów najważniejszych procesów fizjologicznych. Jednak nadmierna zawartość metali ciężkich w różnych obiektach biosfery działa przygnębiająco, a nawet toksycznie na organizmy żywe.
Źródła przedostawania się metali ciężkich do gleby dzielimy na naturalne (wietrzenie skał i minerałów, procesy erozyjne, działalność wulkaniczna) i technogenne (wydobywanie i przetwarzanie minerałów, spalanie paliw, wpływ pojazdów, rolnictwo itp.). Ponadto grunty rolne na zanieczyszczenia przez atmosferę, HM są również zanieczyszczane w szczególności poprzez stosowanie pestycydów, nawozów mineralnych i organicznych, wapnowanie oraz wykorzystanie ścieków. Ostatnio naukowcy zwracają szczególną uwagę na gleby miejskie. W tych ostatnich zachodzi znaczący proces technogenny, którego integralną częścią jest zanieczyszczenie HM.
HM docierają do powierzchni gleby w różnych postaciach. Są to tlenki i różne sole metali, zarówno rozpuszczalne, jak i praktycznie nierozpuszczalne w wodzie (siarczki, siarczany, arsenyny itp.). W emisjach zakładów przetwórstwa rud i zakładów metalurgii metali nieżelaznych – głównego źródła zanieczyszczenia środowiska metalami ciężkimi – większość metali (70-90%) występuje w postaci tlenków.
Znajdujące się na powierzchni gleby HM mogą gromadzić się lub rozpraszać, w zależności od charakteru barier geochemicznych właściwych dla danego obszaru.
Większość HM docierających na powierzchnię gleby osadza się w górnych poziomach próchnicy. HM są sorbowane na powierzchni cząstek gleby, wiążą się z materią organiczną gleby, zwłaszcza w postaci pierwiastkowych związków organicznych, kumulują się w wodorotlenkach żelaza, wchodzą w skład sieci krystalicznych minerałów ilastych, wytwarzają własne minerały w wyniku izomorfizacji substytucyjne i są w stanie rozpuszczalnym w wilgoci gleby i w stanie gazowym w powietrzu glebowym, stanowią integralną część fauny i flory glebowej.
Stopień mobilności metali ciężkich zależy od sytuacji geochemicznej i poziomu oddziaływania technogenicznego. Duży rozkład wielkości cząstek i wysoka zawartość materii organicznej prowadzą do wiązania HM w glebie. Wzrost wartości pH zwiększa sorpcję metali kationotwórczych (miedź, cynk, nikiel, rtęć, ołów itp.) i zwiększa ruchliwość metali anionotwórczych (molibden, chrom, wanad itp.). Rosnące warunki utleniające zwiększają zdolność migracji metali. W efekcie gleby, zgodnie ze zdolnością do wiązania większości HM, tworzą szereg: gleba szara > czarnoziem > gleba bielicowo-bielicowa.

Zanieczyszczenie gleby metalami ciężkimi

Zanieczyszczenie gleby metalami ciężkimi ma dwa negatywne aspekty. Po pierwsze, przechodząc przez łańcuchy pokarmowe z gleby do roślin, a stamtąd do organizmu zwierząt i ludzi, metale ciężkie powodują u nich poważne choroby. Wzrost zachorowalności ludności i skrócenie średniej długości życia, a także zmniejszenie ilości i jakości plonów roślin rolniczych i produktów zwierzęcych.
Po drugie, gromadząc się w glebie w dużych ilościach, HM są w stanie zmienić wiele jej właściwości. Przede wszystkim zmiany wpływają na właściwości biologiczne gleby: zmniejsza się ogólna liczba mikroorganizmów, zawęża się ich skład gatunkowy (różnorodność), zmienia się struktura zbiorowisk drobnoustrojów, zmniejsza się intensywność podstawowych procesów mikrobiologicznych i aktywność enzymów glebowych itp. . Poważne zanieczyszczenie metalami ciężkimi prowadzi do zmian w bardziej konserwatywnych cechach gleby, takich jak stan próchnicy, struktura, pH itp. Skutkiem tego jest częściowa, a w niektórych przypadkach całkowita utrata żyzności gleby.

Anomalie naturalne i spowodowane przez człowieka

W przyrodzie występują obszary o niewystarczającej lub nadmiernej zawartości HM w glebach. Nadmierna zawartość metali ciężkich w glebach wynika z dwóch grup przyczyn: cech biogeochemicznych ekosystemów oraz wpływu technogenicznych przepływów materii. W pierwszym przypadku obszary, w których stężenie pierwiastków chemicznych jest wyższe lub niższe od poziomu optymalnego dla organizmów żywych, nazywane są naturalnymi anomaliami geochemicznymi lub prowincjami biogeochemicznymi. Tutaj anomalna zawartość pierwiastków wynika z przyczyn naturalnych - właściwości skał tworzących glebę, procesu tworzenia gleby i obecności anomalii rudy. W drugim przypadku terytoria nazywane są sztucznymi anomaliami geochemicznymi. W zależności od skali dzieli się je na globalne, regionalne i lokalne.
Gleba w odróżnieniu od innych składników środowiska naturalnego nie tylko geochemicznie gromadzi składniki zanieczyszczeń, ale także pełni funkcję naturalnego bufora kontrolującego przenikanie pierwiastków i związków chemicznych do atmosfery, hydrosfery i materii żywej.
Różne rośliny, zwierzęta i ludzie wymagają do swojego życia określonego składu gleby i wody. W miejscach anomalii geochemicznych następuje nasilone przenoszenie odchyleń od normy w składzie mineralnym w całym łańcuchu pokarmowym. W wyniku zaburzeń odżywiania mineralnego, zmian w składzie gatunkowym zbiorowisk fito-, zoo- i drobnoustrojów, chorób dzikich form roślin, spadku ilości i jakości plonów roślin rolniczych i produktów zwierzęcych, wzrostu zachorowalności wśród ludności i obserwuje się spadek średniej długości życia.
Toksyczne działanie HM na układy biologiczne wynika przede wszystkim z faktu, że łatwo wiążą się one z grupami sulfhydrylowymi białek (w tym z enzymami), hamując ich syntezę i tym samym zaburzając metabolizm w organizmie.
Organizmy żywe wykształciły różne mechanizmy oporności na HM: od redukcji jonów HM do mniej toksycznych związków, po aktywację systemów transportu jonów, które skutecznie i specyficznie usuwają toksyczne jony z komórki do środowiska zewnętrznego.
Najbardziej znaczącą konsekwencją oddziaływania metali ciężkich na organizmy żywe, która objawia się na poziomie biogeocenotycznym i biosferycznym organizacji materii żywej, jest zablokowanie procesów utleniania materii organicznej. Prowadzi to do zmniejszenia tempa jego mineralizacji i akumulacji w ekosystemach. Jednocześnie wzrost stężenia materii organicznej powoduje, że wiąże ona HM, co czasowo odciąża ekosystem. Zmniejszenie szybkości rozkładu materii organicznej w wyniku zmniejszenia liczby organizmów, ich biomasy i intensywności aktywności życiowej uważa się za bierną reakcję ekosystemów na zanieczyszczenia HM. Czynna odporność organizmów na obciążenia antropogeniczne objawia się dopiero w trakcie życia akumulacji metali w ciałach i szkieletach. Za ten proces odpowiedzialne są gatunki najbardziej odporne.
Odporność organizmów żywych, przede wszystkim roślin, na podwyższone stężenia metali ciężkich oraz ich zdolność do akumulacji metali w wysokich stężeniach może stanowić duże zagrożenie dla zdrowia człowieka, gdyż umożliwiają one przedostawanie się zanieczyszczeń do łańcuchów pokarmowych.

Standaryzacja zawartości metali ciężkich w glebie i oczyszczaniu gleb

Zagadnienie regulacji zawartości metali ciężkich w glebie jest bardzo skomplikowane. Jego rozwiązanie powinno opierać się na uznaniu wielofunkcyjności gleby. W procesie racjonowania glebę można rozpatrywać z różnych pozycji: jako organizm naturalny, jako siedlisko i substrat dla roślin, zwierząt i mikroorganizmów, jako przedmiot i środek produkcji rolnej i przemysłowej, jako naturalny zbiornik zawierający mikroorganizmy chorobotwórcze. Standaryzacja zawartości HM w glebie musi być przeprowadzona w oparciu o zasady glebowo-ekologiczne, które zaprzeczają możliwości znalezienia jednolitych wartości dla wszystkich gleb.
Istnieją dwa główne podejścia do zagadnienia remediacji gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi. Pierwszy ma na celu oczyszczenie gleby z HM. Oczyszczanie można przeprowadzić poprzez ługowanie, ekstrakcję HM z gleby za pomocą roślin, usunięcie wierzchniej, zanieczyszczonej warstwy gleby itp. Drugie podejście polega na utrwaleniu HM w glebie i przekształceniu ich w formy nierozpuszczalne w wodzie i niedostępne dla organizmów żywych. W tym celu proponuje się dodawanie do gleby materii organicznej, fosforowych nawozów mineralnych, żywic jonowymiennych, naturalnych zeolitów, węgla brunatnego, wapnowanie gleby itp. Jednakże każda metoda mocowania HM w glebie ma swój własny okres ważności. Wcześniej czy później część HM ponownie zacznie przedostawać się do roztworu glebowego, a stamtąd do organizmów żywych.

Radionuklidy w glebach. Zanieczyszczenie nuklearne

Gleby zawierają prawie wszystkie pierwiastki chemiczne znane w przyrodzie, w tym radionuklidy.
Radionuklidy to pierwiastki chemiczne zdolne do samoistnego rozpadu z utworzeniem nowych pierwiastków, a także utworzone izotopy dowolnych pierwiastków chemicznych. Następstwem rozpadu jądrowego jest promieniowanie jonizujące w postaci przepływu cząstek alfa (przepływ jąder helu, protonów) i cząstek beta (przepływ elektronów), neutronów, promieniowania gamma i promieni rentgenowskich. Zjawisko to nazywa się radioaktywnością. Pierwiastki chemiczne zdolne do samoistnego rozpadu nazywane są radioaktywnymi. Najczęściej używanym synonimem promieniowania jonizującego jest promieniowanie radioaktywne.
Promieniowanie jonizujące to przepływ naładowanych lub obojętnych cząstek i kwantów elektromagnetycznych, których oddziaływanie z ośrodkiem prowadzi do jonizacji i wzbudzenia jego atomów i cząsteczek. Promieniowanie jonizujące ma charakter elektromagnetyczny (promieniowanie gamma i rentgenowskie) oraz korpuskularny (promieniowanie alfa, promieniowanie beta, promieniowanie neutronowe).
Promieniowanie gamma to promieniowanie elektromagnetyczne wywoływane przez promienie gamma (oddzielne wiązki lub kwanty zwane fotonami), jeśli po rozpadzie alfa lub beta jądro pozostaje w stanie wzbudzonym. Promienie gamma w powietrzu mogą przemieszczać się na znaczne odległości. Wysokoenergetyczny foton promieni gamma może przejść przez ciało człowieka. Intensywne promieniowanie gamma może uszkodzić nie tylko skórę, ale także narządy wewnętrzne. Gęste i ciężkie materiały, żelazo i ołów chronią przed tym promieniowaniem. Promieniowanie gamma można wytwarzać sztucznie w akceleratorach zakażonych cząstek (mikrotronach), na przykład promieniowanie gamma bremsstrahlung z szybkich elektronów akceleratora, gdy uderzają one w cel.
Promieniowanie rentgenowskie jest podobne do promieniowania gamma. Kosmiczne promienie rentgenowskie są pochłaniane przez atmosferę. Promienie rentgenowskie są wytwarzane sztucznie i mieszczą się w dolnej części widma energetycznego promieniowania elektromagnetycznego.
Promieniowanie radioaktywne jest naturalnym czynnikiem w biosferze dla wszystkich żywych organizmów, a same organizmy żywe mają pewną radioaktywność. Spośród obiektów biosfery najwyższym naturalnym stopniem promieniotwórczości charakteryzują się gleby. W tych warunkach przyroda prosperowała przez wiele milionów lat, z wyjątkiem wyjątkowych przypadków spowodowanych anomaliami geochemicznymi związanymi z osadzaniem się skał radioaktywnych, na przykład rud uranu.
Jednakże w XX wieku ludzkość stanęła w obliczu radioaktywności, która była stanowczo wyższa od naturalnej, a zatem biologicznie nienormalna. Jako pierwsi na skutek nadmiernych dawek promieniowania ucierpieli wielcy naukowcy, którzy odkryli pierwiastki promieniotwórcze (rad, polon), małżonkowie Maria Skłodowska-Curie i Pierre Curie. A potem: Hiroszima i Nagasaki, testy broni atomowej i nuklearnej, wiele katastrof, w tym Czarnobyl itp.
Najważniejszymi obiektami biosfery, determinującymi funkcje biologiczne wszystkich istot żywych, są gleby.
Radioaktywność gleb wynika z zawartości w nich radionuklidów. Rozróżnia się radioaktywność naturalną i sztuczną.
Naturalna radioaktywność gleb jest spowodowana naturalnymi izotopami promieniotwórczymi, które zawsze występują w różnych ilościach w glebie i skałach tworzących glebę. Naturalne radionuklidy dzielą się na 3 grupy.
Do pierwszej grupy zaliczają się pierwiastki promieniotwórcze – pierwiastki, których wszystkie izotopy są radioaktywne: uran (238
itp.................

Zanieczyszczenie gleby metalami ciężkimi ma różne źródła:

1. odpady z przemysłu metalowego;

2. emisje przemysłowe;

3. produkty spalania paliw;

4. spaliny samochodowe;

5. środki chemizacji rolnictwa.

Przedsiębiorstwa metalurgiczne emitują rocznie na powierzchnię ziemi ponad 150 tysięcy ton miedzi, 120 tysięcy ton cynku, około 90 tysięcy ton ołowiu, 12 tysięcy ton niklu, 1,5 tysiąca ton molibdenu, około 800 ton kobaltu i około 30 ton rtęci. Na 1 gram miedzi konwertorowej odpady z hutnictwa miedzi zawierają 2,09 tony pyłu, który zawiera do 15% miedzi, 60% tlenku żelaza i po 4% arsenu, rtęci, cynku i ołowiu. Odpady z przemysłu maszynowego i chemicznego zawierają do 1 g/kg ołowiu, do 3 g/kg miedzi, do 10 g/kg chromu i żelaza, do 100 g/kg fosforu i do 10 g /kg manganu i niklu. Na Śląsku wokół fabryk cynku składowane są hałdy zawierające cynk od 2 do 12% i ołów od 0,5 do 3%, a w USA eksploatuje się rudy o zawartości cynku 1,8%.

Ponad 250 tys. ton ołowiu rocznie trafia na powierzchnię gleby wraz ze spalinami; jest to główne zanieczyszczenie gleby ołowiem. Metale ciężkie dostają się do gleby wraz z nawozami, które zawierają je w postaci zanieczyszczeń.

Chociaż metale ciężkie czasami występują w glebach w niskich stężeniach, tworzą stabilne kompleksy ze związkami organicznymi i łatwiej wchodzą w określone reakcje adsorpcji niż metale alkaliczne i ziem alkalicznych.W pobliżu przedsiębiorstw naturalne fitocenozy przedsiębiorstw stają się bardziej jednolite pod względem składu gatunkowego, ponieważ wiele gatunków nie jest w stanie wytrzymać wzrostu stężenia metali ciężkich w glebie. Liczbę gatunków można zmniejszyć do 2-3, a czasem aż do powstania monocenoz.W fitocenozach leśnych porosty i mchy jako pierwsze reagują na zanieczyszczenia. Najbardziej stabilna jest warstwa drzew. Jednak długotrwałe lub intensywne narażenie powoduje w nim zjawiska suchoodporne.Przywrócenie naruszonej pokrywy glebowej wymaga długiego czasu i dużych inwestycji.

Szczególnie trudnym zadaniem jest przywrócenie szaty roślinnej na składowiskach nadkładu i odpadach poflotacyjnych (odpadach poflotacyjnych) wyrobisk, w których wydobywano rudy metali: odpady takie są zwykle ubogie w składniki odżywcze, bogate w metale toksyczne i słabo zatrzymują wodę. Poważnym problemem środowiskowym jest erozja wietrzna hałd kopalnianych.

Standaryzacja zawartości metali ciężkich w glebie

Standaryzacja zawartości metali ciężkich w glebie i roślinach jest niezwykle trudna ze względu na brak możliwości pełnego uwzględnienia wszystkich czynników środowiskowych. Zatem zmiana jedynie właściwości agrochemicznych gleby (odczyn ośrodka, zawartość próchnicy, stopień nasycenia zasadami, rozkład wielkości cząstek) może kilkukrotnie zmniejszyć lub zwiększyć zawartość metali ciężkich w roślinach. Istnieją sprzeczne dane nawet na temat zawartości tła niektórych metali. Wyniki podawane przez badaczy różnią się czasami 5-10 razy.

Zaproponowano wiele skal regulacji środowiskowej metali ciężkich. W niektórych przypadkach za maksymalne dopuszczalne stężenie przyjmuje się najwyższą zawartość metali obserwowaną w zwykłych glebach antropogenicznych, w innych - zawartość stanowiącą granicę fitotoksyczności. W większości przypadków zaproponowano maksymalne dopuszczalne stężenia metali ciężkich, które kilkukrotnie przekraczają faktycznie dopuszczalne wartości stężeń metali.

Do scharakteryzowania zanieczyszczeń technogennych metalami ciężkimi stosuje się współczynnik stężenia równy stosunkowi stężenia pierwiastka w zanieczyszczonej glebie do jego stężenia w tle.

W tabeli 1 przedstawiono urzędowo zatwierdzone maksymalne stężenia oraz dopuszczalne poziomy ich zawartości według wskaźników zagrożenia. Zgodnie ze schematem przyjętym przez higienistki medyczne, regulacja zawartości metali ciężkich w glebie dzieli się na translokację (przejście pierwiastka do roślin), wodę migrującą (przejście w wodę) i ogólną higienę (wpływ na zdolność samooczyszczania się gleby). gleby i mikrobiocenoza glebowa).

Zanieczyszczenie gleby metalami ciężkimi

Metale ciężkie (HM) obejmują około 40 metali o masie atomowej większej niż 50 i gęstości większej niż 5 g/cm 3 , chociaż do kategorii HM zalicza się również lekki beryl. Obie cechy są dość arbitralne i listy dla nich baz TM nie pokrywają się.

Na podstawie toksyczności i rozmieszczenia w środowisku można wyróżnić priorytetową grupę HM: Pb, Hg, Cd, As, Bi, Sn, V, Sb. Nieco mniejsze znaczenie mają: Cr, Cu, Zn, Mn, Ni, Co, Mo.

Wszystkie HM są w takim czy innym stopniu trujące, chociaż niektóre z nich (Fe, Cu, Co, Zn, Mn) wchodzą w skład biomolekuł i witamin.

Metale ciężkie pochodzenia antropogenicznego dostają się do gleby z powietrza w postaci opadów stałych lub ciekłych. Lasy z rozwiniętą powierzchnią styku szczególnie intensywnie zatrzymują metale ciężkie.

Ogólnie rzecz biorąc, niebezpieczeństwo zanieczyszczenia powietrza metalami ciężkimi istnieje jednakowo w przypadku każdej gleby. Metale ciężkie negatywnie wpływają na procesy glebowe, żyzność gleby i jakość produktów rolnych. Przywrócenie produktywności biologicznej gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi jest jednym z najtrudniejszych problemów ochrony biocenoz.

Ważna funkcja metale to odporność na zanieczyszczenia. Sam pierwiastek nie może zostać zniszczony poprzez przejście z jednego związku do drugiego lub przejście pomiędzy fazą ciekłą i stałą. Możliwe są przejścia redoks metali o zmiennej wartościowości.

Stężenia HM niebezpiecznych dla roślin zależą od genetycznego typu gleby. Głównymi wskaźnikami wpływającymi na akumulację metali ciężkich w glebie są właściwości kwasowo-zasadowe I zawartość humusu.

Uwzględnienie całej różnorodności warunków glebowych i geochemicznych przy ustalaniu MPC dla metali ciężkich jest prawie niemożliwe. Obecnie dla szeregu metali ciężkich ustalono MAC ze względu na ich zawartość w glebie, które stosuje się jako MAC (Załącznik 3).

W przypadku przekroczenia dopuszczalnych wartości zawartości HM w glebie pierwiastki te kumulują się w roślinach w ilościach przekraczających ich maksymalne dopuszczalne stężenia w produktach paszowych i spożywczych.

W glebach zanieczyszczonych głębokość wnikania HM zwykle nie przekracza 20 cm, jednak przy silnym zanieczyszczeniu HM może wnikać na głębokość do 1,5 m. Spośród wszystkich metali ciężkich największą zdolność migracji mają cynk i rtęć, które rozkładają się równomiernie w warstwie gleby na głębokości 0...20 cm, natomiast ołów gromadzi się jedynie w warstwie powierzchniowej (0...2,5 cm). Kadm zajmuje pozycję pośrednią pomiędzy tymi metalami.

U Ołów istnieje wyraźnie wyraźna tendencja do akumulacji w glebie, ponieważ jego jony są nieaktywne nawet przy niskich wartościach pH. Dla różne rodzaje Z gleb tempo wymywania ołowiu waha się od 4 g do 30 g/ha rocznie. Jednocześnie ilość wprowadzanego ołowiu na różnych obszarach może wynosić 40...530 g/ha rocznie. Ołów dostający się do gleby w wyniku skażenia chemicznego stosunkowo łatwo tworzy wodorotlenek w środowisku obojętnym lub zasadowym. Jeśli gleba zawiera rozpuszczalne fosforany, wówczas wodorotlenek ołowiu zamienia się w trudno rozpuszczalne fosforany.

Znaczące skażenie gleby ołowiem występuje wzdłuż głównych autostrad, w pobliżu zakładów metalurgii metali nieżelaznych oraz w pobliżu spalarni śmieci, gdzie nie ma oczyszczania gazów odlotowych. Trwająca stopniowa wymiana paliw silnikowych zawierających tetraetyloołów na paliwa niezawierające ołowiu przynosi pozytywne rezultaty: znacznie zmniejszyło się przenikanie ołowiu do gleby i w przyszłości to źródło zanieczyszczeń zostanie w dużej mierze wyeliminowane.

Niebezpieczeństwo przedostania się ołowiu do organizmu dziecka wraz z cząsteczkami gleby jest jednym z czynników decydujących o ocenie niebezpieczeństwa skażenia gleby na obszarach zaludnionych. Tło stężeń ołowiu w glebach różne rodzaje wahać się w granicach 10...70 mg/kg. Według amerykańskich badaczy zawartość ołowiu w glebach miejskich nie powinna przekraczać 100 mg/kg – uchroni to organizm dziecka przed nadmiernym pobraniem ołowiu przez ręce i skażone zabawki. W warunkach rzeczywistych zawartość ołowiu w glebie znacznie przekracza ten poziom. W większości miast zawartość ołowiu w glebie waha się w granicach 30...150 mg/kg at przeciętny około 100 mg/kg. Najwyższą zawartość ołowiu – od 100 do 1000 mg/kg – stwierdza się w glebie miast, w których zlokalizowane są przedsiębiorstwa metalurgiczne i akumulatorowe (Ałczewsk, Zaporoże, Dnieprodzierżyńsk, Dniepropietrowsk, Donieck, Mariupol, Krzywy Róg).

Rośliny są bardziej tolerancyjne na ołów niż ludzie i zwierzęta, dlatego należy dokładnie monitorować poziom ołowiu w żywności i paszach pochodzenia roślinnego.

U zwierząt pastwiskowych pierwsze oznaki zatrucia ołowiem obserwuje się przy dawce dziennej około 50 mg/kg suchego siana (na glebach silnie zanieczyszczonych ołowiem powstałe siano może zawierać 6,5 g ołowiu/kg suchego siana!). . Dla ludzi spożywających sałatę MPC wynosi 7,5 mg ołowiu na 1 kg liści.

W przeciwieństwie do ołowiu kadm przedostaje się do gleby w znacznie mniejszych ilościach: około 3...35 g/ha rocznie. Kadm wprowadzany jest do gleby z powietrza (ok. 3 g/ha rocznie) lub z nawozami zawierającymi fosfor (35...260 g/t). W niektórych przypadkach źródłem skażenia mogą być zakłady przetwarzające kadm. Na glebach kwaśnych o wartości pH<6 ионы кадмия весьма подвижны и накопления металла не наблюдается. При значениях рН>Kadm osadza się wraz z wodorotlenkami żelaza, manganu i glinu i następuje utrata protonów przez grupy OH. Proces taki staje się odwracalny, gdy pH spada, a kadm, podobnie jak inne metale ciężkie, może nieodwracalnie powoli dyfundować do sieci krystalicznej tlenków i iłów.

Związki kadmu z kwasami huminowymi są znacznie mniej stabilne niż podobne związki ołowiu. W związku z tym akumulacja kadmu w próchnicy zachodzi w znacznie mniejszym stopniu niż akumulacja ołowiu.

Specyficznym związkiem kadmu w glebie jest siarczek kadmu, który powstaje z siarczanów w sprzyjających warunkach redukcji. Węglan kadmu powstaje dopiero przy wartościach pH >8, zatem przesłanki jego wdrożenia są wyjątkowo nieznaczne.

Ostatnio wiele uwagi poświęca się faktowi, że w osadach biologicznych stwierdza się zwiększone stężenie kadmu, który wprowadza się do gleby w celu jej polepszenia. Około 90% kadmu obecnego w ściekach przechodzi do osadu biologicznego: 30% podczas wstępnej sedymentacji i 60...70% podczas jego dalszego przetwarzania.

Usunięcie kadmu z osadów jest prawie niemożliwe. Jednak dokładniejsza kontrola zawartości kadmu w ściekach może zmniejszyć jego zawartość w osadach do poziomu poniżej 10 mg/kg suchej masy. Dlatego też praktyka stosowania osadów ściekowych jako nawozu jest bardzo zróżnicowana w poszczególnych krajach.

Głównymi parametrami decydującymi o zawartości kadmu w roztworach glebowych lub jego sorpcji przez składniki mineralne gleby i składniki organiczne są odczyn i rodzaj gleby, a także obecność innych pierwiastków, np. wapnia.

W roztworach glebowych stężenie kadmu może wynosić 0,1...1 µg/l. W górnych warstwach gleby, do głębokości 25 cm, w zależności od stężenia i rodzaju gleby, pierwiastek może utrzymywać się przez 25...50 lat, a w niektórych przypadkach nawet 200...800 lat.

Rośliny pobierają z minerały gleby są dla nich nie tylko elementami niezbędnymi do życia, ale także takimi, których działanie fizjologiczne jest albo nieznane, albo obojętne dla rośliny. Zawartość kadmu w roślinie jest całkowicie zdeterminowana jej właściwościami fizycznymi i morfologicznymi - genotypem.

Poniżej podano współczynnik przenikania metali ciężkich z gleby do roślin:

Pb 0,01…0,1 Ni 0,1…1,0 Zn 1…10

Cr 0,01…0,1 Cu 0,1…1,0 Cd 1…10

Kadm ma skłonność do aktywnej biokoncentracji, co prowadzi w dość krótkim czasie do jego akumulacji w nadmiernych stężeniach biodostępnych. Dlatego kadm, w porównaniu z innymi HM, jest najsilniejszą substancją toksyczną dla gleby (Cd > Ni > Cu > Zn).

Między pewne rodzaje roślin istnieją znaczne różnice. Jeśli szpinak (300 ppm), sałata głowiasta (42 ppm), pietruszka (31 ppm), a także seler, rzeżucha, buraki i szczypiorek można zaliczyć do roślin „wzbogaconych” w kadm, to rośliny strączkowe, pomidory, owoce pestkowe i ziarnkowe zawierają stosunkowo mało kadmu (10...20 ppb). Wszystkie stężenia odnoszą się do masy świeżej rośliny (lub owocu). Wśród roślin zbożowych ziarno pszenicy jest bardziej zanieczyszczone kadmem niż ziarno żyta (50 i 25 ppb), przy czym 80...90% kadmu otrzymanego z korzeni pozostaje w korzeniach i słomie.

Pobieranie kadmu przez rośliny z gleby (gleba/przenoszenie roślin) zależy nie tylko od gatunku rośliny, ale także od zawartości kadmu w glebie. Przy wysokim stężeniu kadmu w glebie (powyżej 40 mg/kg) na pierwszym miejscu znajduje się jego wchłanianie przez korzenie; przy niższych zawartościach największe wchłanianie następuje z powietrza przez młode pędy. Czas wzrostu wpływa również na wzbogacanie kadmu: im krótszy sezon wegetacyjny, tym mniejsze przenikanie z gleby do rośliny. Z tego powodu akumulacja kadmu w roślinach z nawozów jest mniejsza niż jego rozcieńczenie w wyniku przyspieszenia wzrostu roślin spowodowanego działaniem tych samych nawozów.

Osiągnięcie wysokiego stężenia kadmu w roślinach może prowadzić do zaburzeń w prawidłowym wzroście roślin. Plony np. fasoli i marchwi zmniejszają się o 50%, jeśli zawartość kadmu w podłożu wynosi 250 ppm. Liście marchwi więdną przy stężeniu kadmu 50 mg/kg podłoża. U fasoli w tym stężeniu na liściach pojawiają się rdzawe (ostre) plamy. U owsa na końcach liści można zaobserwować chlorozę (niską zawartość chlorofilu).

W porównaniu do roślin wiele rodzajów grzybów gromadzi duże ilości kadmu. Na grzyby z wysoka zawartość Kadm przypisywany jest niektórym odmianom pieczarek, zwłaszcza pieczarce owczej, natomiast pieczarki łąkowe i uprawne zawierają stosunkowo mało kadmu. Podczas badań różne części grzybów stwierdzono, że znajdujące się w nich płytki zawierają więcej kadmu niż sama czapka, a najmniej kadmu znajduje się w łodydze grzyba. Jak wykazały doświadczenia z uprawą pieczarek, dwu- do trzykrotny wzrost zawartości kadmu w grzybach stwierdza się, jeśli jego stężenie w podłożu wzrośnie 10-krotnie.

Dżdżownice posiadają zdolność szybkiej akumulacji kadmu z gleby, dzięki czemu okazały się odpowiednie do bioindykacji pozostałości kadmu w glebie.

Mobilność jonów miedź nawet większa niż ruchliwość jonów kadmu. Stwarza to korzystniejsze warunki do pobierania miedzi przez rośliny. Ze względu na dużą mobilność miedź jest łatwiej wymywana z gleby niż ołów. Rozpuszczalność związków miedzi w glebie znacznie wzrasta przy wartościach pH< 5. Хотя медь в следовых концентрациях считается необходимой для жизнедеятельности, у растений токсические эффекты проявляются при содержании 20 мг на кг сухого вещества.

Znane jest działanie algibójcze miedzi. Miedź działa toksycznie również na mikroorganizmy, wystarczające jest stężenie około 0,1 mg/l. Mobilność jonów miedzi w warstwie humusu jest mniejsza niż w leżącej pod nią warstwie mineralnej.

Do stosunkowo mobilnych elementów w glebie zaliczają się cynk. Cynk jest jednym z metali powszechnych w technice i życiu codziennym, dlatego jego roczne spożycie do gleby jest dość duże: wynosi 100...2700 g na hektar. Szczególnie zanieczyszczona jest gleba w pobliżu przedsiębiorstw przetwarzających rudy zawierające cynk.

Rozpuszczalność cynku w glebie zaczyna rosnąć przy wartościach pH<6. При более высоких значениях рН и в присутствии фосфатов усвояемость цинка растениями значительно понижается. Для сохранения цинка в почве важнейшую роль играют процессы адсорбции и десорбции, определяемые значением рН, в глинах и различных оксидах. В лесных гумусовых почвах цинк не накапливается; например, он быстро вымывается благодаря постоянному естественному поддержанию кислой среды.

Dla roślin działanie toksyczne powstaje przy zawartości około 200 mg cynku na kg suchego materiału. Organizm ludzki jest dość odporny na cynk, a ryzyko zatrucia przy stosowaniu produktów rolnych zawierających cynk jest niskie. Jednakże zanieczyszczenie gleby cynkiem stanowi poważny problem środowiskowy, ponieważ wpływa na wiele gatunków roślin. Przy wartościach pH >6 cynk gromadzi się w glebie w dużych ilościach w wyniku interakcji z glinami.

Różne połączenia gruczoł odgrywają znaczącą rolę w procesach glebowych ze względu na zdolność pierwiastka do zmiany stopnia utlenienia z utworzeniem związków o różnej rozpuszczalności, utlenieniu i ruchliwości. Żelazo jest w bardzo dużym stopniu zaangażowane w działalność antropogeniczną, charakteryzuje się tak dużą technofilnością, że często mówi się o współczesnej „ironizacji” biosfery. W technosferze znajduje się obecnie ponad 10 miliardów ton żelaza, z czego 60% jest rozproszone w przestrzeni kosmicznej.

Napowietrzanie przywróconych poziomów glebowych, różnych wysypisk, hałd prowadzi do reakcji utleniania; w tym przypadku siarczki żelaza obecne w takich materiałach przekształcają się w siarczany żelaza z jednoczesnym utworzeniem kwasu siarkowego:

4FeS 2 + 6H 2 O + 15O 2 = 4FeSO 4 (OH) + 4H 2 SO 4

W takich środowiskach wartości pH mogą spaść do 2,5...3,0. Kwas siarkowy niszczy węglany, tworząc siarczany gipsu, magnezu i sodu. Okresowe zmiany warunków środowiska redoks prowadzą do dekarbonizacji gleb, dalszego rozwoju stabilnego środowiska kwaśnego o pH 4...2,5 oraz związków żelaza i mangan gromadzą się w poziomach powierzchniowych.

Wodorotlenki i tlenki żelaza i manganu tworząc osady łatwo wychwytują i wiążą nikiel, kobalt, miedź, chrom, wanad i arsen.

Główne źródła zanieczyszczeń gleby nikiel – przedsiębiorstwa metalurgii, budowy maszyn, przemysłu chemicznego, spalania węgla i oleju opałowego w elektrowniach cieplnych i kotłowniach. Antropogeniczne zanieczyszczenie niklem obserwuje się w odległości do 80...100 km lub większej od źródła emisji.

Mobilność niklu w glebie zależy od stężenia materii organicznej (kwasów huminowych), pH i potencjału środowiska. Migracja niklu jest złożona. Z jednej strony nikiel przedostaje się z gleby w postaci roztworu glebowego do roślin i wód powierzchniowych, z drugiej strony jego ilość w glebie jest uzupełniana w wyniku niszczenia składników mineralnych gleby, śmierci roślin i mikroorganizmów, a także w wyniku wprowadzenia do gleby wraz z opadami atmosferycznymi i pyłem, z nawozami mineralnymi.

Główne źródło zanieczyszczenia gleby chrom – spalanie paliw i odpadów z produkcji galwanicznej oraz hałd żużli z produkcji stali żelazochromowych i chromowych; niektóre nawozy fosforowe zawierają chrom w ilości do 10 2 ... 10 4 mg/kg.

Ponieważ Cr +3 jest obojętny w środowisku kwaśnym (wytrąca się prawie całkowicie przy pH 5,5), jego związki w glebie są bardzo stabilne. Natomiast Cr+6 jest wyjątkowo niestabilny i łatwo ulega mobilizacji w glebach kwaśnych i zasadowych. Zmniejszenie mobilności chromu w glebie może prowadzić do jego niedoborów w roślinach. Chrom jest częścią chlorofilu, który nadaje liściom zielony kolor i zapewnia roślinom wchłanianie dwutlenku węgla z powietrza.

Stwierdzono, że wapnowanie, a także zastosowanie substancji organicznych i związków fosforu znacznie zmniejsza toksyczność chromianów w zanieczyszczonych glebach. W przypadku skażenia gleby sześciowartościowym chromem stosuje się zakwaszanie, a następnie zastosowanie środków redukujących (np. siarki) w celu jego redukcji do Cr +3, a następnie wapnowanie w celu wytrącenia związków Cr +3.

Wysokie stężenie chromu w glebie miejskiej (9...85 mg/kg) związane jest z jego dużą zawartością w wodach opadowych i powierzchniowych.

Nagromadzenie lub wymywanie toksycznych pierwiastków, które przedostały się do gleby, zależy w dużej mierze od zawartości próchnicy, która wiąże i zatrzymuje szereg toksycznych metali, ale przede wszystkim miedź, cynk, mangan, stront, selen, kobalt, nikiel (ilość tych pierwiastków w próchnicy setki do tysięcy razy więcej niż w mineralnym składniku gleby).

Procesy naturalne (promieniowanie słoneczne, klimat, wietrzenie, migracja, rozkład, wymywanie) przyczyniają się do samooczyszczania gleb, których główną cechą jest czas trwania. Czas samooczyszczania– jest to czas, w którym udział masowy zanieczyszczenia zmniejsza się o 96% od wartości początkowej lub do wartości tła. Samooczyszczanie gleb, a także ich regeneracja wymaga dużo czasu, co zależy od charakteru zanieczyszczeń i warunków naturalnych. Proces samooczyszczania gleb trwa od kilku dni do kilku lat, a proces odtwarzania naruszonych gruntów trwa setki lat.

Zdolność gleb do samooczyszczania się z metali ciężkich jest niska. Z umiarkowanych gleb leśnych, które są dość bogate w materię organiczną, tylko około 5% ołowiu atmosferycznego i około 30% cynku i miedzi jest usuwane w wyniku spływu powierzchniowego. Pozostała część opadłych HM zostaje prawie w całości zatrzymana w powierzchniowej warstwie gleby, gdyż migracja w dół profilu glebowego następuje niezwykle powoli: z prędkością 0,1...0,4 cm/rok. Dlatego okres półtrwania ołowiu, w zależności od rodzaju gleby, może wynosić od 150 do 400 lat, a dla cynku i kadmu - 100...200 lat.

Gleby rolnicze są nieco szybciej oczyszczane z nadmiaru niektórych HM ze względu na intensywniejszą migrację na skutek spływu powierzchniowego i wewnątrzglebowego, a także ze względu na fakt, że znaczna część mikroelementów przedostaje się przez system korzeniowy do zielonej biomasy i jest wynoszona wraz z glebą. plon.

Należy zaznaczyć, że zanieczyszczenie gleby niektórymi substancjami toksycznymi w znaczący sposób utrudnia proces samooczyszczania gleby z bakterii E. coli. Zatem przy zawartości 3,4-benzpirenu wynoszącej 100 µg/kg gleby liczba tych bakterii w glebie jest 2,5 razy większa niż w kontroli, a przy stężeniu powyżej 100 µg/kg aż do 100 mg/kg, jest ich znacznie więcej.

Badania gleb na terenie ośrodków hutniczych prowadzone przez Instytut Gleboznawstwa i Agrochemii wskazują, że w promieniu 10 km zawartość ołowiu jest 10-krotnie wyższa od wartości tła. Największy nadmiar odnotowano w miastach Dniepropietrowsk, Zaporoże i Mariupol. W okolicach Doniecka, Zaporoża, Charkowa, Lisiczańska stwierdzono zawartość kadmu 10...100 razy wyższą od poziomu tła; chrom - okolice Doniecka, Zaporoża, Krzywego Rogu, Nikopola; żelazo, nikiel - okolice Krzywego Rogu; mangan – na terenie Nikopola. Ogólnie rzecz biorąc, według tego samego instytutu, około 20% terytorium Ukrainy jest skażone metalami ciężkimi.

Do oceny stopnia zanieczyszczenia metalami ciężkimi wykorzystuje się dane dotyczące najwyższych dopuszczalnych stężeń i zawartości tła w glebach głównych stref klimatycznych Ukrainy. W przypadku stwierdzenia w glebie podwyższonych poziomów kilku metali, zanieczyszczenie ocenia się na podstawie metalu, którego zawartość w największym stopniu przekracza normę.