Kontaminacija tla olovom je najveća. Teški metali su najopasniji elementi koji mogu zagaditi tlo
Zagađenje tla teškim metalima ima različite izvore:
1. otpad iz metaloprerađivačke industrije;
2. industrijske emisije;
3. produkti izgaranja goriva;
4. ispušni plinovi automobila;
5. sredstva za kemizaciju poljoprivrede.
Metalurška poduzeća godišnje ispuštaju na površinu zemlje više od 150 tisuća tona bakra, 120 tisuća tona cinka, oko 90 tisuća tona olova, 12 tisuća tona nikla, 1,5 tisuća tona molibdena, oko 800 tona kobalta i oko 30 tona žive . Za 1 gram blister bakra, otpad iz industrije taljenja bakra sadrži 2,09 tona prašine, koja sadrži do 15% bakra, 60% željeznog oksida i po 4% arsena, žive, cinka i olova. Otpad iz strojarstva i kemijske industrije sadrži do 1 tisuća mg/kg olova, do 3 tisuće mg/kg bakra, do 10 tisuća mg/kg kroma i željeza, do 100 g/kg fosfora i više do 10 g/kg mangana i nikla . U Šleziji se oko tvornica cinka gomilaju deponije s udjelom cinka od 2 do 12% i olova od 0,5 do 3%, au SAD-u eksploatiraju se rude s udjelom cinka od 1,8%.
Više od 250 tisuća tona olova godišnje s ispušnim plinovima dospije na površinu tla; glavni je zagađivač tla olovom.
Teški metali ulaze u tlo zajedno s gnojivima, koja ih sadrže kao nečistoću, kao i s biocidima.
L. G. Bondarev (1976) izračunao je moguću opskrbu površine tla teškim metalima kao rezultat ljudske proizvodne aktivnosti s potpunim iscrpljivanjem zaliha rude, izgaranjem postojećih zaliha ugljena i treseta i usporedio ih s mogućim zalihama metala nakupljenih u humosferi do danas. Dobivena slika omogućuje nam da dobijemo ideju o promjenama koje je osoba u stanju izazvati unutar 500-1000 godina, za što će istraženi minerali biti dovoljni.
Mogući ulazak metala u biosferu nakon iscrpljivanja pouzdanih rezervi ruda, ugljena, treseta, milijun tona
|
Ukupno tehnogeno oslobađanje metala |
Sadržano u humosferi |
Omjer umjetnih emisija i sadržaja u humosferi |
|
Omjer ovih veličina omogućuje nam predviđanje razmjera utjecaja ljudske aktivnosti na okoliš, prvenstveno na pokrov tla.
Tehnogeni ulazak metala u tlo i njihova fiksacija u humusnim horizontima u profilu tla u cjelini ne može biti ravnomjeran. Njegova neravnomjernost i kontrast prvenstveno je vezan uz gustoću naseljenosti. Ako ovaj odnos smatramo proporcionalnim, tada će 37,3% svih metala biti raspršeno na samo 2% naseljene kopnene mase.
Raspodjela teških metala po površini tla određena je mnogim čimbenicima. Ovisi o karakteristikama izvora onečišćenja, meteorološkim karakteristikama regije, geokemijskim čimbenicima i krajobraznoj situaciji u cjelini.
Izvor kontaminacije općenito određuje kvalitetu i količinu proizvoda koji se baca. Štoviše, stupanj njegove disperzije ovisi o visini emisije. Zona najvećeg onečišćenja proteže se na udaljenosti jednakoj 10-40 puta većoj visini cijevi za visoke i vruće emisije, 5-20 puta većoj visini cijevi za niske industrijske emisije. Trajanje prisutnosti emisijskih čestica u atmosferi ovisi o njihovoj masi i fizikalno-kemijskim svojstvima. Što su čestice teže, to se brže talože.
Neravnomjernost tehnogene distribucije metala pogoršana je heterogenošću geokemijske situacije u prirodnim krajobrazima. U tom smislu, da bi se predvidjelo moguće onečišćenje produktima tehnogeneze i spriječile neželjene posljedice ljudske aktivnosti, potrebno je razumjeti zakone geokemije, zakone migracije kemijskih elemenata u različitim prirodnim krajobrazima ili geokemijskim okruženjima.
Kemijski elementi i njihovi spojevi koji ulaze u tlo prolaze niz transformacija, rasipaju se ili akumuliraju ovisno o prirodi geokemijskih barijera svojstvenih određenom području. Koncept geokemijskih barijera formulirao je A. I. Perelman (1961.) kao područja zone hipergeneze u kojima promjene uvjeta migracije dovode do nakupljanja kemijskih elemenata. Klasifikacija barijera temelji se na vrsti migracije elemenata. Na temelju toga, A.I. Perelman identificira četiri tipa i nekoliko klasa geokemijskih barijera:
1. barijere - za sve elemente koje živi organizmi biogeokemijski redistribuiraju i razvrstavaju (kisik, ugljik, vodik, kalcij, kalij, dušik, silicij, mangan i dr.);
2. fizičke i kemijske barijere:
1) oksidirajuće - željezo ili feromangan (željezo, mangan), mangan (mangan), sumpor (sumpor);
2) redukcijski – sulfidni (željezo, cink, nikal, bakar, kobalt, olovo, arsen i dr.), glejni (vanadij, bakar, srebro, selen);
3) sulfat (barij, kalcij, stroncij);
4) alkalne (željezo, kalcij, magnezij, bakar, stroncij, nikal itd.);
5) kiseli (silicijev oksid);
6) evaporativni (kalcij, natrij, magnezij, sumpor, fluor itd.);
7) adsorpcija (kalcij, kalij, magnezij, fosfor, sumpor, olovo i dr.);
8) termodinamički (kalcij, sumpor).
3. mehaničke barijere (željezo, titan, krom, nikal itd.);
4. barijere koje je napravio čovjek.
Geokemijske barijere ne postoje izolirano, već u kombinaciji jedna s drugom, tvoreći složene komplekse. Oni reguliraju elementarni sastav tokova tvari, o njima uvelike ovisi funkcioniranje ekosustava.
Produkti tehnogeneze, ovisno o svojoj prirodi i krajobraznoj situaciji u kojoj se nalaze, mogu ili biti prerađeni prirodnim procesima i ne izazvati značajne promjene u prirodi, ili se sačuvati i akumulirati, štetno djelujući na sva živa bića.
Oba procesa određena su nizom čimbenika, čija analiza omogućuje prosuđivanje razine biokemijske stabilnosti krajolika i predviđanje prirode njihovih promjena u prirodi pod utjecajem tehnogeneze. U autonomnim krajolicima razvijaju se procesi samopročišćavanja od tehnogenog onečišćenja, budući da se proizvodi tehnogeneze raspršuju površinskim i podzemnim vodama. U akumulativnim krajolicima akumuliraju se i čuvaju proizvodi tehnogeneze.
|
Industrijske otpadne vode, kg/l |
Tlo, mg/kg |
Biljke, mg/kg |
Voda za piće, mg/l |
Zrak, mg/m3 |
MPC u ljudskoj krvi, mg/l |
|
* Na autocestama, ovisno o gustoći prometa i udaljenosti od autoceste
Sve veća pozornost posvećena zaštiti okoliša izazvala je posebno zanimanje za utjecaj teških metala na tlo.
S povijesnog gledišta, interes za ovaj problem pojavio se s proučavanjem plodnosti tla, budući da su elementi poput željeza, mangana, bakra, cinka, molibdena i možda kobalta vrlo važni za život biljaka, a time i za životinje i ljude.
Poznati su i kao mikroelementi jer su biljkama potrebni u malim količinama. Skupina mikroelemenata također uključuje metale, čiji je sadržaj u tlu prilično visok, na primjer, željezo, koje je dio većine tla i zauzima četvrto mjesto u sastavu zemljine kore (5%) nakon kisika (46,6%). , silicij (27,7 %) i aluminij (8,1 %).
Svi elementi u tragovima mogu imati negativan učinak na biljke ako koncentracija njihovih dostupnih oblika prelazi određene granice. Neki teški metali, kao što su živa, olovo i kadmij, za koje se čini da su malo važni za biljke i životinje, opasni su za ljudsko zdravlje čak iu niskim koncentracijama.
Ispušni plinovi iz vozila, odvoz na teren ili postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda, navodnjavanje otpadnom vodom, otpad, ostaci i emisije iz rada rudnika i industrijskih postrojenja, primjena fosfornih i organskih gnojiva, uporaba pesticida itd. dovela do povećanja koncentracije teških metala u tlu.
Sve dok su teški metali čvrsto vezani za sastojke tla i teško dostupni, njihov negativan utjecaj na tlo i okoliš bit će zanemariv. Međutim, ako uvjeti tla dopuštaju prelazak teških metala u otopinu tla, postoji izravna opasnost od onečišćenja tla, te postoji mogućnost njihovog prodiranja u biljke, kao iu organizam ljudi i životinja koje konzumiraju te biljke. Osim toga, teški metali mogu biti zagađivači biljaka i vodenih tijela kao rezultat korištenja kanalizacijskog mulja. Opasnost od onečišćenja tla i biljaka ovisi o: vrsti biljke; oblici kemijskih spojeva u tlu; prisutnost elemenata koji se suprotstavljaju utjecaju teških metala i tvari koje s njima tvore složene spojeve; iz procesa adsorpcije i desorpcije; količina dostupnih oblika ovih metala u tlu te zemljišno-klimatski uvjeti. Posljedično, negativan utjecaj teških metala bitno ovisi o njihovoj mobilnosti, tj. topljivost.
Teške metale karakterizira uglavnom promjenjiva valencija, niska topljivost njihovih hidroksida, visoka sposobnost tvorbe kompleksnih spojeva i, naravno, kationska sposobnost.
Čimbenici koji pridonose zadržavanju teških metala u tlu uključuju: izmjensku adsorpciju površine gline i humusa, stvaranje kompleksnih spojeva s humusom, površinsku adsorpciju i okluziju (sposobnost otapanja ili apsorpcije plinova rastaljenim ili čvrstim metalima) s hidratiziranim oksida aluminija, željeza, mangana itd., kao i stvaranje netopljivih spojeva, posebno tijekom redukcije.
Teški metali u otopini tla nalaze se u ionskom i vezanom obliku, koji su u određenoj ravnoteži (slika 1).
Na slici, L r su topljivi ligandi, koji su organske kiseline niske molekularne težine, a L n su netopljivi. Reakcija metala (M) s huminskim tvarima djelomično uključuje ionsku izmjenu.
Naravno, u tlu mogu postojati i drugi oblici metala koji ne sudjeluju izravno u ovoj ravnoteži, na primjer, metali iz kristalne rešetke primarnih i sekundarnih minerala, kao i metali iz živih organizama i njihovih mrtvih ostataka.
Promatranje promjena teških metala u tlu nemoguće je bez poznavanja čimbenika koji određuju njihovu mobilnost. Procesi retencijskog kretanja koji određuju ponašanje teških metala u tlu ne razlikuju se puno od procesa koji određuju ponašanje drugih kationa. Iako se teški metali ponekad nalaze u tlu u niskim koncentracijama, oni tvore stabilne komplekse s organskim spojevima i lakše stupaju u specifične adsorpcijske reakcije nego alkalijski i zemnoalkalijski metali.
Migracija teških metala u tlu može se odvijati u tekućini i suspenziji uz pomoć korijenja biljaka ili mikroorganizama u tlu. Migracija topivih spojeva događa se zajedno s otopinom tla (difuzija) ili kretanjem same tekućine. Ispiranje gline i organske tvari dovodi do migracije svih povezanih metala. Migracija hlapljivih tvari u plinovitom obliku, kao što je dimetil živa, je nasumična i ovaj način kretanja nije posebno važan. Migracija u čvrstoj fazi i prodiranje u kristalnu rešetku više je mehanizam vezanja nego kretanje.
Teške metale mogu unijeti ili adsorbirati mikroorganizmi, koji zauzvrat mogu sudjelovati u migraciji odgovarajućih metala.
Gliste i drugi organizmi mogu olakšati migraciju teških metala mehaničkim ili biološkim sredstvima uzburkavanjem tla ili ugradnjom metala u svoja tkiva.
Od svih vrsta migracija najvažnija je migracija u tekućoj fazi, jer većina metala ulazi u tlo u topljivom obliku ili u obliku vodene suspenzije i praktički sve interakcije između teških metala i tekućih sastojaka tla odvijaju se na granici tekuće i čvrste faze.
Teški metali u tlu trofičkim lancem ulaze u biljke, a zatim ih konzumiraju životinje i ljudi. U ciklusu teških metala sudjeluju različite biološke barijere, što rezultira selektivnom bioakumulacijom koja štiti žive organizme od viška ovih elemenata. Međutim, djelovanje bioloških barijera je ograničeno, a teški metali najčešće su koncentrirani u tlu. Otpornost tla na onečišćenje njima varira ovisno o puferskom kapacitetu.
Tla s visokim kapacitetom adsorpcije, odnosno visokim sadržajem gline, kao i organske tvari, mogu zadržati ove elemente, posebno u gornjim horizontima. To je tipično za karbonatna tla i tla s neutralnom reakcijom. U tim je tlima količina toksičnih spojeva koja se može isprati u podzemnu vodu i apsorbirati u biljkama mnogo manja nego u pjeskovitim kiselim tlima. Međutim, postoji veliki rizik povećanja koncentracije elemenata do toksičnih razina, što uzrokuje neravnotežu fizikalnih, kemijskih i bioloških procesa u tlu. Teški metali zadržani u organskim i koloidnim dijelovima tla značajno ograničavaju biološku aktivnost i inhibiraju procese itrifikacije koji su važni za plodnost tla.
Pješčana tla, koja se odlikuju malom sposobnošću upijanja, kao i kisela tla, vrlo slabo zadržavaju teške metale, s izuzetkom molibdena i selena. Stoga ih biljke lako adsorbiraju, a neke od njih, čak iu vrlo malim koncentracijama, imaju toksično djelovanje.
Sadržaj cinka u tlu kreće se od 10 do 800 mg/kg, a najčešće je 30-50 mg/kg. Nakupljanje prekomjernih količina cinka negativno utječe na većinu procesa u tlu: uzrokuje promjene fizikalnih i fizikalno-kemijskih svojstava tla te smanjuje biološku aktivnost. Cink potiskuje vitalnu aktivnost mikroorganizama, zbog čega su poremećeni procesi stvaranja organske tvari u tlu. Višak cinka u tlu otežava fermentaciju, razgradnju celuloze, disanje i djelovanje ureaze.
Teški metali koji dolaze iz tla u biljke i prenose se hranidbenim lancima imaju toksični učinak na biljke, životinje i ljude.
Među najotrovnijim elementima prije svega treba spomenuti živu, koja predstavlja najveću opasnost u obliku vrlo otrovnog spoja - metil žive. Živa ulazi u atmosferu kada se ugljen sagorijeva i kada voda isparava iz zagađenih vodenih tijela. Može se prenositi zračnim masama i taložiti na tlu u određenim područjima. Istraživanja su pokazala da se živa dobro sorbira u gornjim centimetrima humusno-akumulativnog horizonta različitih tipova tala ilovastog mehaničkog sastava. Njegova migracija duž profila i ispiranje izvan profila tla u takvim je tlima neznatno. Međutim, u tlima laganog mehaničkog sastava, kiselim i humusno osiromašenim, intenziviraju se procesi migracije žive. U takvim tlima dolazi i do procesa isparavanja organskih spojeva žive koji imaju hlapljiva svojstva.
Dodavanjem žive u pjeskovita, glinasta i tresetna tla u količini od 200 i 100 kg/ha, urod na pjeskovitom tlu bio je potpuno uništen, bez obzira na stupanj kalcizacije. Na tresetnom tlu prinos je smanjen. Na glinenom tlu do smanjenja prinosa došlo je samo uz malu dozu vapna.
Olovo također ima sposobnost prenošenja hranidbenim lancima, akumulirajući se u tkivima biljaka, životinja i ljudi. Doza olova jednaka 100 mg/kg suhe težine hrane smatra se smrtonosnom za životinje.
Olovna prašina taloži se na površini tla, adsorbira se organskim tvarima, kreće se duž profila s otopinama tla, ali se u malim količinama iznosi izvan profila tla.
Uslijed migracijskih procesa u kiselim uvjetima nastaju tehnogene anomalije olova u tlima u dužini od 100 m. Olovo iz tla ulazi u biljke i nakuplja se u njima. U zrnu pšenice i ječma njegova je količina 5-8 puta veća od pozadinskog sadržaja, u vrhovima i krumpiru - više od 20 puta, u gomoljima - više od 26 puta.
Kadmij se, poput vanadija i cinka, nakuplja u humusnom sloju tla. Priroda njegove distribucije u profilu tla i krajoliku očigledno ima mnogo zajedničkog s drugim metalima, posebno s prirodom distribucije olova.
Međutim, kadmij je manje čvrsto fiksiran u profilu tla od olova. Maksimalna adsorpcija kadmija karakteristična je za neutralna i alkalna tla s visokim sadržajem humusa i visokom sposobnošću upijanja. Njegov sadržaj u podzoličnim tlima može se kretati od stotinki do 1 mg / kg, u černozemima - do 15-30, au crvenim tlima - do 60 mg / kg.
Mnogi beskralježnjaci tla koncentriraju kadmij u svojim tijelima. Kadmij apsorbiraju gujavice, uši i puževi 10-15 puta aktivnije od olova i cinka. Kadmij je toksičan za poljoprivredne biljke, pa čak i ako visoke koncentracije kadmija nemaju zamjetan učinak na prinos poljoprivrednih kultura, njegova toksičnost utječe na kvalitetu proizvoda, jer se sadržaj kadmija u biljkama povećava.
Arsen ulazi u tlo s produktima izgaranja ugljena, s otpadom iz metalurške industrije i iz pogona za proizvodnju gnojiva. Arsen se najčvršće zadržava u tlima koja sadrže aktivne oblike željeza, aluminija i kalcija. Otrovnost arsena u tlu je svima poznata. Kontaminacija tla arsenom uzrokuje, na primjer, smrt glista. Pozadinski sadržaj arsena u tlu je stoti dio miligrama po kilogramu tla.
Fluor i njegovi spojevi naširoko se koriste u nuklearnoj, naftnoj, kemijskoj i drugim industrijama. U tlo ulazi s emisijama iz metalurških poduzeća, posebice talionica aluminija, a također i kao dodatak pri primjeni superfosfata i nekih drugih insekticida.
Onečišćujući tlo, fluor uzrokuje smanjenje prinosa ne samo zbog izravnog toksičnog djelovanja, već i mijenjanjem omjera hranjiva u tlu. Najveća adsorpcija fluora događa se u tlima s dobro razvijenim apsorpcijskim kompleksom tla. Topivi spojevi fluorida kreću se duž profila tla silaznim tokom otopina tla i mogu ući u podzemne vode. Kontaminacija tla spojevima fluora uništava strukturu tla i smanjuje propusnost tla.
Cink i bakar manje su toksični od navedenih teških metala, ali njihove prevelike količine u otpadu metalurške industrije zagađuju tlo i inhibiraju rast mikroorganizama, smanjuju enzimsku aktivnost tla i smanjuju prinose biljaka.
Treba napomenuti da se toksičnost teških metala povećava kada zajedno djeluju na žive organizme u tlu. Kombinirani učinak cinka i kadmija ima višestruko jači inhibicijski učinak na mikroorganizme nego kod iste koncentracije svakog elementa zasebno.
Budući da se teški metali obično nalaze u različitim kombinacijama kako u produktima izgaranja goriva tako iu emisijama iz metalurške industrije, njihov učinak na prirodu koja okružuje izvore onečišćenja je jači od očekivanog na temelju koncentracije pojedinih elemenata.
U blizini poduzeća, prirodne fitocenoze poduzeća postaju ujednačenije u sastavu vrsta, jer mnoge vrste ne mogu izdržati povećane koncentracije teških metala u tlu. Broj vrsta može se smanjiti na 2-3, a ponekad i do stvaranja monocenoza.
U šumskim fitocenozama na onečišćenje prvi reagiraju lišajevi i mahovine. Sloj stabla je najstabilniji. Međutim, produljena izloženost ili izloženost visokom intenzitetu uzrokuje pojavu otpornosti na suhoću.
Tlo je površina zemlje koja ima svojstva koja karakteriziraju živu i neživu prirodu.
Tlo je pokazatelj općeg. Onečišćenje ulazi u tlo s oborinama i površinskim otpadom. U sloj tla ih unose i zemljišne stijene i podzemne vode.
Skupina teških metala uključuje sve čija gustoća prelazi gustoću željeza. Paradoks ovih elemenata je u tome što su u određenim količinama neophodni za normalno funkcioniranje biljaka i organizama.
Ali njihov višak može dovesti do ozbiljnih bolesti, pa čak i smrti. Ciklus hrane uzrokuje ulazak štetnih spojeva u ljudsko tijelo i često uzrokuje veliku štetu zdravlju.
Izvori zagađenja teškim metalima su: Postoji metoda kojom se izračunava dopušteni sadržaj metala. U ovom slučaju uzima se u obzir ukupna vrijednost nekoliko metala Zc.
- prihvatljiv;
- umjereno opasno;
- vrlo opasno;
- izuzetno opasno.
Očuvanje tla je vrlo važno. Stalna kontrola i praćenje onemogućuje uzgoj poljoprivrednih proizvoda i ispašu stoke na zagađenim zemljištima.
Teški metali zagađuju tlo
Postoje tri klase opasnosti teških metala. Svjetska zdravstvena organizacija najopasnijim kontaminacijama smatra olovo, živu i kadmij. Ali visoke koncentracije drugih elemenata nisu manje štetne.
Merkur
Onečišćenje tla živom događa se unošenjem pesticida, raznog kućnog otpada, poput fluorescentnih svjetiljki, te elemenata oštećenih mjernih instrumenata.
Prema službenim podacima, godišnja emisija žive iznosi više od pet tisuća tona. Živa može ući u ljudsko tijelo iz onečišćenog tla.
Ako se to događa redovito, može doći do ozbiljnog poremećaja rada mnogih organa, uključujući i živčani sustav.
Ako se ne liječi pravilno, može nastupiti smrt.
voditi
Olovo je vrlo opasno za ljude i sve žive organizme.
Izuzetno je toksičan. Kada se iskopa jedna tona olova, u okoliš ulazi dvadeset i pet kilograma. Velike količine olova ulaze u tlo putem ispušnih plinova. 
Područje onečišćenja tla duž ruta je preko dvjesto metara uokolo. Kad dospije u tlo, olovo apsorbiraju biljke koje jedu ljudi i životinje, uključujući i stoku, čije je meso također prisutno u našem jelovniku. Višak olova utječe na središnji živčani sustav, mozak, jetru i bubrege. Opasan je zbog svog kancerogenog i mutagenog djelovanja.
Kadmij
Onečišćenje tla kadmijem velika je opasnost za ljudski organizam. Kada se proguta, uzrokuje deformaciju kostura, zastoj u rastu djece i jake bolove u leđima.
Bakar i cink
Visoka koncentracija ovih elemenata u tlu uzrokuje usporavanje rasta biljaka i pogoršanje plodonošenja, što u konačnici dovodi do oštrog smanjenja prinosa. Osoba doživljava promjene u mozgu, jetri i gušterači.
Molibden
Višak molibdena uzrokuje giht i oštećenje živčanog sustava.
Opasnost od teških metala je u tome što se oni slabo izlučuju iz tijela i nakupljaju u njemu. Mogu stvarati vrlo otrovne spojeve, lako prelaze iz jedne sredine u drugu i ne razgrađuju se. Istodobno, oni uzrokuju teške bolesti, često dovodeći do nepovratnih posljedica.Antimon
Prisutan u nekim rudama.
Dio je legura koje se koriste u raznim industrijskim područjima.
Njegov višak uzrokuje teške poremećaje prehrane.
Arsen
Glavni izvor onečišćenja tla arsenom su tvari koje se koriste za suzbijanje štetnika poljoprivrednih biljaka, na primjer, herbicidi i insekticidi. Arsen je nakupljajući otrov koji uzrokuje kronične. Njegovi spojevi izazivaju bolesti živčanog sustava, mozga i kože.
Mangan
Visoki sadržaj ovog elementa uočen je u tlu i biljkama. 
Kada dodatni mangan uđe u tlo, brzo stvara opasan višak. To utječe na ljudsko tijelo u obliku razaranja živčanog sustava.
Preobilje drugih teških elemenata nije ništa manje opasno.
Iz navedenog možemo zaključiti da nakupljanje teških metala u tlu za sobom povlači ozbiljne posljedice za zdravlje ljudi i okoliš u cjelini.
Osnovne metode suzbijanja onečišćenja tla teškim metalima
Metode za suzbijanje onečišćenja tla teškim metalima mogu biti fizikalne, kemijske i biološke. Među njima su sljedeće metode:
- Povećanje kiselosti tla povećava mogućnost, stoga dodavanje organske tvari i gline te kalciranje donekle pomažu u borbi protiv onečišćenja.
- Sjetva, košnja i uklanjanje pojedinih biljaka, poput djeteline, s površine tla značajno smanjuje koncentraciju teških metala u tlu. Osim toga, ova metoda je potpuno ekološki prihvatljiva.
- Detoksikacija podzemnih voda, njihovo crpljenje i pročišćavanje.
- Predviđanje i otklanjanje migracije topljivog oblika teških metala.
- U nekim posebno teškim slučajevima potrebno je potpuno ukloniti sloj tla i zamijeniti ga novim.
Najopasniji od svih navedenih metala je olovo. Ima sposobnost nakupljanja i napada na ljudsko tijelo. Živa nije opasna ako jednom ili više puta uđe u ljudsko tijelo, posebno su opasne samo živine pare. Vjerujem da bi industrijska poduzeća trebala koristiti naprednije proizvodne tehnologije koje nisu toliko destruktivne za sva živa bića. Ne samo jedan čovjek, nego masa treba razmišljati, onda ćemo doći do dobrog rezultata.
FEDERALNA AGENCIJA ZA OBRAZOVANJE DRŽAVNA OBRAZOVNA USTANOVA
VISOKO STRUČNO OBRAZOVANJE "DRŽAVNO SVEUČILIŠTE VORONEZH"
ZAGAĐENJE TLA TEŠKIM METALIMA. METODE KONTROLE I REGULACIJE ONEČIŠĆENIH TLA
Nastavno-metodički priručnik za sveučilišta
Sastavio: H.A. Juvelikyan, D.I. Ščeglov, N.S. Gorbunova
Centar za izdavaštvo i tisak Državnog sveučilišta u Voronježu
Odobreno od strane znanstveno-metodološkog vijeća Biološko-tloznanstvenog fakulteta 4. srpnja 2009., protokol br. 10.
Recenzent dr. biol. znanosti, prof. LA. Yablonskikh
Obrazovni i metodološki priručnik pripremljen je na Zavodu za znanost o tlu i gospodarenje zemljišnim resursima Fakulteta za biologiju i znanost o tlu Državnog sveučilišta u Voronježu.
Za specijalnost 020701 – Tloznanstvo
Opće informacije o onečišćenju..................................................... ................................................... .. | |
Koncept anomalija koje je stvorio čovjek.................................................. ...................... ............................ | |
Kontaminacija tla teškim metalima..................................................... ....................... ............ | |
Migracija teških metala u profilu tla............................................. .......... | |
Koncept ekološkog monitoringa tla................................................. ................ | |
Pokazatelji stanja tla utvrđeni tijekom njihovog praćenja..................................... | |
Ekološka standardizacija kvalitete onečišćenih tala..................................... | |
Opći zahtjevi za klasifikaciju tala osjetljivih na kontaminaciju...... | |
Književnost................................................. ................................................. ...... ........ |
OPĆE INFORMACIJE O ONEČIŠĆENJU
Zagađivači
– to su tvari antropogenog podrijetla koje ulaze u okoliš u količinama većim od prirodne razine njihovog unosa. Onečišćenje tla– vrsta antropogene degradacije u kojoj sadržaj kemikalija u tlima podložnim antropogenom utjecaju premašuje prirodnu regionalnu pozadinsku razinu. Prekoračenje sadržaja određenih kemikalija u ljudskom okolišu (u usporedbi s prirodnim razinama) zbog njihovog dolaska iz antropogenih izvora predstavlja opasnost za okoliš.Ljudska uporaba kemikalija u gospodarskim aktivnostima i njihovo uključivanje u ciklus antropogenih preobrazbi okoliša u stalnom je porastu. Karakteristika intenziteta ekstrakcije i korištenja kemijskih elemenata je tehnofilnost - omjer godišnje ekstrakcije ili proizvodnje elementa u tonama i njegovog klarka u litosferi (A.I. Perelman, 1999.). Visoka tehnofilnost karakteristična je za elemente koje ljudi najaktivnije koriste, posebno one čija je prirodna razina u litosferi niska. Visoka razina tehnofilnosti karakteristična je za takve metale kao što su Bi, Hg, Sb, Pb, Cu, Se, Ag, As, Mo, Sn, Cr, Zn, čija je potražnja velika u različitim vrstama proizvodnje. Kada je sadržaj ovih elemenata u stijenama nizak (10–2–10–6%), njihova ekstrakcija je značajna. To dovodi do vađenja iz dubine Zemlje kolosalnih količina ruda koje sadrže te elemente, te do njihovog kasnijeg globalnog raspršivanja u okolišu.
Osim tehnofilne, predložene su i druge kvantitativne karakteristike tehnogeneze. Dakle, omjer tehnofilnosti elementa i njegove biofilnosti (biofilnost je Clarkeova koncentracija kemijskih elemenata u živoj tvari) M.A. Glazovskaya imenovana destruktivno djelovanje elemenata tehnogeneze. Destruktivna aktivnost elemenata tehnogeneze karakterizira stupanj opasnosti elemenata za žive organizme. Druga kvantitativna karakteristika antropogene uključenosti kemijskih elemenata u njihove globalne cikluse na planetu je faktor mobilizacije ili tehnogeni faktor obogaćivanja, koji se izračunava kao omjer tehnogenog protoka kemijskog elementa i njegovog prirodnog protoka. Razina faktora tehnogenog obogaćivanja, kao i tehnofilnost elemenata, nije samo pokazatelj njihove mobilizacije iz litosfere u kopneni prirodni okoliš, već i odraz razine emisija kemijskih elemenata s industrijskim otpadom u okoliš. .
POJAM TEHNOGENIH ANOMALIJA
Geokemijska anomalija- dio zemljine kore (ili površine zemlje), karakteriziran značajno povećanim koncentracijama bilo kojih kemijskih elemenata ili njihovih spojeva u usporedbi s pozadinskim vrijednostima i prirodno smješten u odnosu na nakupine minerala. Identifikacija anomalija uzrokovanih ljudskim djelovanjem jedan je od najvažnijih ekoloških i geokemijskih zadataka u procjeni stanja okoliša. Anomalije nastaju u sastavnicama krajolika kao rezultat opskrbe različitim tvarima iz tehnogenih izvora i predstavljaju određeni volumen unutar kojeg su vrijednosti anomalnih koncentracija elemenata veće od pozadinskih vrijednosti. Prema prevalenciji A.I. Perelman i N.S. Kasimov (1999) razlikuje sljedeće anomalije koje je stvorio čovjek:
1) globalno – pokriva cijeli globus (na primjer, povećano
2) regionalni - nastaju u određenim dijelovima kontinenata, prirodnim zonama i regijama kao rezultat uporabe pesticida, mineralnih gnojiva, zakiseljavanja atmosferskih oborina s emisijama sumpornih spojeva itd.;
3) lokalni - nastaju u atmosferi, tlu, vodama, biljkama oko lokalnih tehnogenih izvora: tvornica, rudnika itd.
Prema okruženju nastanka, umjetne anomalije se dijele na:
1) na litokemijski (u tlima, stijenama);
2) hidrogeokemijski (u vodama);
3) atmosferski geokemijski (u atmosferi, snijeg);
4) biokemijski (u organizmima).
Prema trajanju izvora onečišćenja dijele se na:
– za kratkoročne (emisije u slučaju opasnosti itd.);
– srednjoročno (s prestankom utjecaja, na primjer, prestankom razvoja mineralnih naslaga);
– dugotrajno stacionarno (anomalije tvornica, gradova, poljoprivrednih krajolika, na primjer KMA, Norilsk Nickel).
Pri procjeni umjetnih anomalija odabiru se pozadinska područja daleko od umjetnih izvora onečišćujućih tvari, obično više od 30-50 km. Jedan od kriterija za anomaliju je koeficijent tehnogene koncentracije ili anomalije Kc, što je omjer sadržaja elementa u promatranom anomalnom objektu i njegovog pozadinskog sadržaja u sastavnicama krajolika.
Za procjenu utjecaja količine onečišćujućih tvari koje ulaze u tijelo također se koriste higijenski standardi onečišćenja - pre-
zasebno dopuštene koncentracije. To je najveći sadržaj štetne tvari u prirodnom objektu ili proizvodu (voda, zrak, tlo, hrana), koji ne utječe na zdravlje ljudi ili drugih organizama.
Zagađivači su podijeljeni u klase prema njihovoj opasnosti (GOST
17.4.1.0283): Klasa I (visoko opasno) – As, Cd, Hg, Se, Pb, F, benzo(a)piren, Zn; Klasa II (umjereno opasno) – B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr; Klasa III (niska opasnost) – Ba, V, W, Mn, Sr, acetofenon.
ZAGAĐENJE TLA TEŠKIM METALIMA
Teški metali (HM) već sada zauzimaju drugo mjesto po opasnosti, iza pesticida i znatno ispred tako poznatih zagađivača kao što su ugljični dioksid i sumpor. U budućnosti bi mogli postati opasniji od otpada iz nuklearnih elektrana i krutog otpada. Onečišćenje teškim metalima povezano je s njihovom širokom uporabom u industrijskoj proizvodnji. Zbog nesavršenih sustava pročišćavanja, teški metali dospijevaju u okoliš, uključujući i tlo, zagađujući ga i trujući. TM su specifične onečišćujuće tvari čije je praćenje obvezno u svim sredinama.
Tlo je glavni okoliš u koji teški metali ulaze, uključujući iz atmosfere i vodenog okoliša. Služi i kao izvor sekundarnog onečišćenja površinskog zraka i voda koje iz njega otječu u Svjetski ocean. Iz tla HM apsorbiraju biljke, koje zatim završavaju u hrani.
Pojam "teški metali", koji karakterizira široku skupinu zagađivača, nedavno je stekao značajnu popularnost. U raznim znanstvenim i primijenjenim radovima autori različito tumače značenje ovog pojma. U tom smislu, količina elemenata klasificiranih kao teški metali jako varira. Kao kriterij članstva koriste se brojne karakteristike: atomska masa, gustoća, toksičnost, rasprostranjenost u prirodnom okolišu, stupanj uključenosti u prirodne i umjetno stvorene cikluse.
U radovima posvećenim problemima onečišćenja okoliša i praćenja okoliša danas se više od 40 elemenata periodnog sustava D.I. klasificiraju kao teški metali. Mendeljejeva s atomskom masom od preko 40 atomskih jedinica: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi itd. Prema klasifikaciji N. Reimersa ( 1990),
Metale gustoće veće od 8 g/cm3 treba smatrati teškima. U ovom slučaju, sljedeći uvjeti igraju važnu ulogu u kategorizaciji teških metala: njihova visoka toksičnost za žive organizme u relativno niskim koncentracijama, kao i sposobnost bioakumulacije i biomagnifikacije. Gotovo svi metali koji potpadaju pod ovu definiciju
nie (s izuzetkom olova, žive, kadmija i bizmuta, čija je biološka uloga trenutno nejasna), aktivno sudjeluju u biološkim procesima i dio su mnogih enzima.
Najsnažniji dobavljači otpada obogaćenog metalima su poduzeća za taljenje obojenih metala (aluminij, glinica, bakar-cink, taljenje olova, nikal, titan-magnezij, živa itd.), kao i za preradu obojenih metala (radiotehnika, elektrotehnika, izrada instrumenata, galvanika itd.).
U prašini metalurške industrije i postrojenja za preradu ruda, koncentracija Pb, Zn, Bi, Sn može se povećati za nekoliko redova veličine (do 10–12) u usporedbi s litosferom, koncentracijom Cd, V, Sb - desetke tisuća puta, Cd, Mo, Pb, Sn, Zn, Bi, Ag - stotine puta. Otpad iz poduzeća obojene metalurgije, tvornica industrije boja i lakova i armiranobetonskih konstrukcija obogaćen je živom. Koncentracije W, Cd i Pb povećane su u prašini strojograđevnih postrojenja (tablica 1).
Pod utjecajem emisija obogaćenih metalima formiraju se područja onečišćenja krajobraza uglavnom na regionalnoj i lokalnoj razini. Utjecaj energetskih poduzeća na onečišćenje okoliša nije posljedica koncentracije metala u otpadu, već njihove ogromne količine. Masa otpada, primjerice, u industrijskim središtima premašuje ukupnu količinu otpada iz svih ostalih izvora onečišćenja. Značajna količina Pb ispušta se u okoliš s ispušnim plinovima vozila, što premašuje njegov unos s otpadom iz metalurških poduzeća.
Obradivo tlo onečišćeno je elementima kao što su Hg, As, Pb, Cu, Sn, Bi, koji ulaze u tlo kao dio pesticida, biocida, stimulansa rasta biljaka i strukturotvoraca. Netradicionalna gnojiva, napravljena od raznih otpadaka, često sadrže širok raspon onečišćujućih tvari u visokim koncentracijama. Od tradicionalnih mineralnih gnojiva, fosforna gnojiva sadrže nečistoće Mn, Zn, Ni, Cr, Pb, Cu, Cd (Gaponyuk, 1985).
Raspodjela metala ispuštenih u atmosferu iz tehnogenih izvora u krajobrazu određena je udaljenošću od izvora onečišćenja, klimatskim uvjetima (jačina i smjer vjetrova), terenom, tehnološkim čimbenicima (stanje otpada, način ulaska otpada u okoliš , visina cijevi poduzeća).
Raspršenost teških metala ovisi o visini izvora emisije u atmosferu. Prema proračunima M.E. Berland (1975), kod visokih dimnjaka stvara se značajna koncentracija emisija u površinskom sloju atmosfere na udaljenosti od 10-40 visina dimnjaka. Postoji 6 zona oko takvih izvora onečišćenja (Tablica 2). Područje utjecaja pojedinih industrijskih poduzeća na susjednom teritoriju može doseći 1000 km2.
tablica 2
Zone onečišćenja tla oko točkastih izvora onečišćenja
Udaljenost od | Višak sadržaja |
|||
izvor za | TM omjeri u odnosu na |
|||
prljavština u km | u pozadinu |
|||
Sigurnosna zona poduzeća | ||||
Zone onečišćenja tla i njihova veličina usko su povezani s vektorima prevladavajućih vjetrova. Reljef, vegetacija i urbane građevine mogu promijeniti smjer i brzinu kretanja površinskog sloja zraka. Slično kao i zone kontaminacije tla, mogu se identificirati i zone kontaminacije vegetacije.
MIGRACIJA TEŠKIH METALA U PROFILU TLA
Akumulacija glavnog dijela onečišćujućih tvari uočava se uglavnom u humusno-akumulativnom horizontu tla, gdje ih vežu aluminosilikati, nesilikatni minerali i organske tvari zbog različitih interakcijskih reakcija. Sastav i količina elemenata koji se zadržavaju u tlu ovise o sadržaju i sastavu humusa, acidobaznim i redoks uvjetima, sorpcijskoj sposobnosti i intenzitetu biološke apsorpcije. Neki teški metali su čvrsto zadržani ovim komponentama i ne samo da ne sudjeluju u migraciji duž profila tla, već i ne predstavljaju opasnost
za žive organizme. Negativne ekološke posljedice onečišćenja tla povezane su s mobilnim metalnim spojevima.
U unutar profila tla tehnogeno strujanje tvari nailazi na niz zemljišno-geokemijske barijere. Tu spadaju karbonatni, gipsani i iluvijalni horizonti (iluvijalno-željezno-humusni). Neki visoko toksični elementi mogu se transformirati u spojeve koji su biljkama teško dostupni; drugi elementi, mobilni u određenom zemljišno-geokemijskom okruženju, mogu migrirati u stupcu tla, što predstavlja potencijalnu opasnost za biotu. Mobilnost elemenata uvelike ovisi o acidobaznim i redoks uvjetima u tlima. U neutralnim tlima, spojevi Zn, V, As i Se su mobilni i mogu se ispirati tijekom sezonskog vlaženja tla.
Akumulacija pokretnih spojeva elemenata koji su posebno opasni za organizme ovisi o vodnom i zračnom režimu tala: najmanja akumulacija je uočena u propusnim tlima režima ispiranja, povećava se u tlima s režimom bez ispiranja, a najveća je u tla s eksudatnim režimom. Pri koncentraciji isparavanja i alkalnoj reakciji Se, As, V mogu se akumulirati u tlu u lako dostupnom obliku, au redukcijskim uvjetima okoline Hg se može akumulirati u obliku metiliranih spojeva.
Međutim, treba imati na umu da se u uvjetima ispiranja ostvaruje potencijalna mobilnost metala, te se oni mogu prenijeti izvan profila tla, postajući izvori sekundarnog onečišćenja podzemnih voda.
U U kiselim tlima s prevladavajućim oksidacijskim uvjetima (podzolična tla, dobro drenirana) teški metali poput Cd i Hg stvaraju lako pokretljive oblike. Naprotiv, Pb, As i Se tvore slabo pokretne spojeve koji se mogu akumulirati u humusnim i iluvijalnim horizontima i negativno utjecati na stanje biote tla. Ako je S prisutan u zagađivačima, pod redukcijskim uvjetima stvara se sekundarna okolina sumporovodika i mnogi metali stvaraju netopljive ili slabo topive sulfide.
U U močvarnim tlima Mo, V, As i Se prisutni su u sjedilačkim oblicima. Značajan dio elemenata u kiselim močvarnim tlima prisutan je u oblicima koji su relativno mobilni i opasni za živu tvar; to su spojevi Pb, Cr, Ni, Co, Cu, Zn, Cd i Hg. U blago kiselim i neutralnim tlima s dobrom prozračnošću nastaju teško topivi spojevi Pb, osobito tijekom vapnenja. U neutralnim tlima spojevi Zn, V, As, Se su mobilni, a Cd i Hg mogu se zadržati u humusnim i iluvijalnim horizontima. Povećanjem lužnatosti povećava se opasnost od onečišćenja tla navedenim elementima.
POJAM EKOLOŠKOG MONITORINGA TLA
Praćenje okoliša tla – sustav redovitog un- limita
prostorno i vremenski ograničena kontrola tala, koja daje podatke o njihovom stanju u svrhu procjene prošlosti, sadašnjosti i predviđanja promjena u budućnosti. Praćenje tla ima za cilj identificirati antropogene promjene u tlu koje u konačnici mogu naštetiti ljudskom zdravlju. Posebna uloga motrenja tla je zbog činjenice da se sve promjene u sastavu i svojstvima tla odražavaju na obavljanje ekoloških funkcija tla, a posljedično i na stanje biosfere.
Od velike je važnosti da se u tlu, za razliku od atmosferskog zraka i površinskih voda, ekološke posljedice antropogenog utjecaja obično javljaju kasnije, ali su stabilnije i dulje traju. Potrebno je procijeniti dugoročne posljedice ovog utjecaja, primjerice mogućnost mobilizacije onečišćujućih tvari u tlu, uslijed čega se tlo može pretvoriti iz „skladišta“ onečišćujućih tvari u njihov sekundarni izvor.
Vrste ekološkog monitoringa tla
Identifikacija tipova motrenja okoliša tla temelji se na razlikama u kombinaciji informativnih pokazatelja tla koji odgovaraju zadacima svakog od njih. Na temelju razlika u mehanizmima i razmjerima degradacije tla razlikuju se dvije skupine vrsta monitoringa:
prsten: prva grupa – globalno praćenje, drugo – lokalno i regionalno.
Globalni monitoring tla sastavni je dio globalnog monitoringa biosfere. Provodi se radi procjene utjecaja na stanje tla ekoloških posljedica atmosferskog prijenosa onečišćujućih tvari na velike udaljenosti u vezi s opasnošću od planetarnog onečišćenja biosfere i popratnih procesa na globalnoj razini. Rezultati globalnog ili biosferskog monitoringa karakteriziraju globalne promjene u stanju živih organizama na planeti pod utjecajem ljudske aktivnosti.
Svrha lokalnog i regionalnog monitoringa je utvrđivanje utjecaja degradacije tla na ekosustave na lokalnoj i regionalnoj razini te neposredno na uvjete života ljudi u sferi upravljanja okolišem.
Lokalni nadzor nazivaju se i sanitarno-higijenski ili udarni. Usmjeren je na kontrolu razine onečišćujućih tvari u okoliš koje emitira određeno poduzeće.
Zagađenje tla teškim metalima ima različite izvore:
1. otpad iz metaloprerađivačke industrije;
2. industrijske emisije;
3. produkti izgaranja goriva;
4. ispušni plinovi automobila;
5. sredstva za kemizaciju poljoprivrede.
Metalurška poduzeća godišnje ispuštaju na površinu zemlje više od 150 tisuća tona bakra, 120 tisuća tona cinka, oko 90 tisuća tona olova, 12 tisuća tona nikla, 1,5 tisuća tona molibdena, oko 800 tona kobalta i oko 30 tona žive . Za 1 gram blister bakra, otpad iz industrije taljenja bakra sadrži 2,09 tona prašine, koja sadrži do 15% bakra, 60% željeznog oksida i po 4% arsena, žive, cinka i olova. Otpad iz strojarstva i kemijske industrije sadrži do 1 g/kg olova, do 3 g/kg bakra, do 10 g/kg kroma i željeza, do 100 g/kg fosfora i do 10 g /kg mangana i nikla. U Šleziji se oko tvornica cinka gomilaju deponije s udjelom cinka od 2 do 12% i olova od 0,5 do 3%, au SAD-u eksploatiraju se rude s udjelom cinka od 1,8%.
Više od 250 tisuća tona olova godišnje s ispušnim plinovima dospije na površinu tla; glavni je zagađivač tla olovom. Teški metali ulaze u tlo zajedno s gnojivima, koja ih sadrže kao nečistoće.
Iako se teški metali ponekad nalaze u tlima u niskim koncentracijama, oni tvore stabilne komplekse s organskim spojevima i lakše stupaju u specifične adsorpcijske reakcije nego alkalijski i zemnoalkalijski metali.U blizini poduzeća prirodne fitocenoze poduzeća postaju ujednačenije u sastavu vrsta, budući da mnoge vrste ne mogu podnijeti povećanje koncentracije teških metala u tlu. Broj vrsta može se smanjiti na 2-3, a ponekad i do stvaranja monocenoza.U šumskim fitocenozama na onečišćenje prvi reagiraju lišajevi i mahovine. Sloj stabla je najstabilniji. Međutim, dugotrajna ili jaka ekspozicija uzrokuje u njemu pojavu otpornosti na sušu, a obnova narušenog pokrova tla zahtijeva dugo vremena i velika ulaganja.
Osobito je težak zadatak obnavljanje vegetacijskog pokrova na odlagalištima jalovine i jalovini (jalovini) kopova u kojima su eksploatirane metalne rude: takva je jalovina obično siromašna hranjivim tvarima, bogata toksičnim metalima i slabo zadržava vodu. Ozbiljan ekološki problem je erozija rudnika vjetrom.
Standardizacija sadržaja teških metala u tluStandardizacija sadržaja teških metala u tlu i biljkama izuzetno je teška zbog nemogućnosti potpunog uzimanja u obzir svih okolišnih čimbenika. Dakle, mijenjanjem samo agrokemijskih svojstava tla (srednja reakcija, sadržaj humusa, stupanj zasićenosti bazama, granulometrijska struktura) može se nekoliko puta smanjiti ili povećati sadržaj teških metala u biljkama. Postoje proturječni podaci čak i o pozadinskom sadržaju nekih metala. Rezultati koje daju istraživači ponekad se razlikuju 5-10 puta.
Predložene su mnoge ljestvice za ekološku regulaciju teških metala. U nekim slučajevima najveći sadržaj metala uočen u običnim antropogenim tlima uzima se kao najveća dopuštena koncentracija, u drugima - sadržaj koji je granica fitotoksičnosti. U većini slučajeva za teške metale predložene su maksimalno dopuštene koncentracije koje višestruko premašuju stvarne dopuštene vrijednosti koncentracija metala.
Za karakterizaciju tehnogenog onečišćenja teškim metalima koristi se koeficijent koncentracije, jednak omjeru koncentracije elementa u onečišćenom tlu i njegove pozadinske koncentracije.
U tablici 1. prikazane su službeno odobrene najveće granične koncentracije i dopuštene razine njihovog sadržaja prema indikatorima opasnosti. U skladu sa shemom koju su usvojili medicinski higijeničari, regulacija teških metala u tlu dijeli se na translokacijsku (prijelaz elementa u biljke), migracijsku vodu (prijelaz u vodu) i opću sanitarnu (utjecaj na sposobnost samopročišćavanja tla i mikrobiocenoza tla).
FEDERALNA AGENCIJA ZA POMORSKI I RIJEČNI PROMET
SAVEZNI PRORAČUN OBRAZOVNA USTANOVA
VISOKA STRUČNA OBRAZOVANJA
MARINE DRŽAVNO SVEUČILIŠTE
nazvan po admiralu G.I. Nevelskog
Odjel za zaštitu okoliša
SAŽETAK
u disciplini "Fizikalno-kemijski procesi"
Posljedice onečišćenja tla teškim metalima i radionuklidima.
Provjerava učitelj:
Firsova L.Yu.
Izvršio učenik gr. ___
Khodanova S.V.
Vladivostok 2012
SADRŽAJ
Uvod
1 Teški metali u tlima
Zaključak
Popis korištenih izvora
UVOD
Tlo nije samo inertan medij na čijoj se površini odvija ljudska aktivnost, već dinamičan sustav u razvoju koji uključuje mnoge organske i anorganske komponente, koje imaju mrežu šupljina i pora, a one pak sadrže plinove i tekućine. . Prostorna raspodjela ovih komponenti određuje glavne vrste tla na kugli zemaljskoj.
Osim toga, tla sadrže ogroman broj živih organizama, nazivaju se biota: od bakterija i gljivica do crva i glodavaca. Tlo nastaje na matičnim stijenama pod zajedničkim utjecajem klime, vegetacije, organizama u tlu i vremena. Stoga promjene u bilo kojem od ovih čimbenika mogu dovesti do promjena u tlima. Formiranje tla je dug proces: formiranje sloja tla od 30 cm traje od 1000 do 10 000 godina. Posljedično, stope formiranja tla su tako niske da se tlo može smatrati neobnovljivim resursom.
Pokrivač Zemljinog tla najvažnija je komponenta Zemljine biosfere. To je ljuska tla koja određuje mnoge procese koji se odvijaju u biosferi. Najvažnija važnost tla je akumulacija organske tvari, raznih kemijskih elemenata i energije. Pokrivač tla djeluje kao biološki apsorber, razarač i neutralizator raznih onečišćivača. Ako se ova poveznica biosfere uništi, tada će postojeće funkcioniranje biosfere biti nepovratno poremećeno. Zbog toga je iznimno važno proučavati globalno biokemijsko značenje pokrova tla, njegovo trenutno stanje i promjene pod utjecajem antropogenih aktivnosti.
1 Teški metali u tlima
- Izvori teških metala koji ulaze u tlo
Među HM ima mnogo elemenata u tragovima koji su biološki važni za žive organizme. Neophodne su i neizostavne komponente biokatalizatora i bioregulatora najvažnijih fizioloških procesa. Međutim, višak sadržaja teških metala u različitim objektima biosfere ima depresivan, pa čak i toksični učinak na žive organizme.
Izvori ulaska teških metala u tlo dijele se na prirodne (trošenje stijena i minerala, procesi erozije, vulkanska aktivnost) i tehnogene (vađenje i prerada minerala, izgaranje goriva, utjecaj vozila, poljoprivreda itd.) Poljoprivredna zemljišta, osim do onečišćenja kroz atmosferu, HM-ovi su također onečišćeni posebno upotrebom pesticida, mineralnih i organskih gnojiva, vapnenjem i upotrebom otpadnih voda. U posljednje vrijeme znanstvenici posebnu pozornost posvećuju urbanim tlima. Potonji su u značajnom tehnogenom procesu, čiji je sastavni dio onečišćenje HM.
HM dospiju na površinu tla u različitim oblicima. To su oksidi i razne soli metala, topljivi i praktički netopivi u vodi (sulfidi, sulfati, arseniti itd.). U emisijama poduzeća za preradu ruda i poduzeća obojene metalurgije - glavnog izvora onečišćenja okoliša teškim metalima - većina metala (70-90%) je u obliku oksida.
Kada se jednom nađu na površini tla, HM se mogu akumulirati ili raspršiti, ovisno o prirodi geokemijskih barijera svojstvenih određenom području.
Većina HM koje dolaze na površinu tla fiksiraju se u gornjim humusnim horizontima. HM se sorbiraju na površini čestica tla, vežu se za organsku tvar tla, posebice u obliku elementarnih organskih spojeva, nakupljaju se u željeznim hidroksidima, čine dio kristalnih rešetki minerala glina, proizvode vlastite minerale kao rezultat izomorfnog zamjene, a nalaze se u topljivom stanju u vlazi tla i plinovitom stanju u zraku tla, sastavni su dio biote tla.
Stupanj mobilnosti teških metala ovisi o geokemijskoj situaciji i stupnju tehnogenog utjecaja. Velika granulometrijska struktura i visok sadržaj organske tvari dovode do vezanja HM u tlu. Povećanje pH vrijednosti povećava sorpciju metala koji tvore katione (bakar, cink, nikal, živa, olovo itd.) i povećava pokretljivost metala koji tvore anione (molibden, krom, vanadij itd.). Povećanje oksidacijskih uvjeta povećava migracijsku sposobnost metala. Kao rezultat toga, prema sposobnosti vezanja većine HM, tla tvore sljedeći niz: sivo tlo > černozem > buseno-podzolato tlo.
- Kontaminacija tla teškim metalima
Drugo, akumulirajući se u velikim količinama u tlu, HM su sposobni promijeniti mnoga njegova svojstva. Prije svega, promjene utječu na biološka svojstva tla: smanjuje se ukupan broj mikroorganizama, sužava njihov specijski sastav (raznolikost), mijenja se struktura mikrobnih zajednica, smanjuje se intenzitet osnovnih mikrobioloških procesa i aktivnost enzima u tlu itd. . Ozbiljna kontaminacija teškim metalima dovodi do promjena u konzervativnijim karakteristikama tla, kao što su status humusa, struktura, pH, itd. Rezultat toga je djelomičan, au nekim slučajevima i potpuni gubitak plodnosti tla.
- Prirodne i umjetno stvorene anomalije
Tlo, za razliku od ostalih sastavnica prirodnog okoliša, ne samo da geokemijski akumulira komponente onečišćenja, već djeluje i kao prirodni pufer koji kontrolira prijenos kemijskih elemenata i spojeva u atmosferu, hidrosferu i živu tvar.
Različite biljke, životinje i ljudi za svoj život zahtijevaju određeni sastav tla i vode. Na mjestima geokemijskih anomalija dolazi do otežanog prijenosa odstupanja od norme u mineralnom sastavu kroz hranidbeni lanac. Kao posljedica poremećaja u mineralnoj ishrani, promjena u sastavu vrsta fito-, zoo- i mikrobnih zajednica, bolesti divljih biljnih oblika, smanjenja količine i kakvoće usjeva poljoprivrednih biljaka i stočarskih proizvoda, povećanja morbiditeta među stanovništvom i uočava se smanjenje očekivanog životnog vijeka.
Toksični učinak HM na biološke sustave prvenstveno je posljedica činjenice da se lako vežu na sulfhidrilne skupine proteina (uključujući enzime), potiskujući njihovu sintezu i time remete metabolizam u tijelu.
Živi organizmi razvili su različite mehanizme otpornosti na HM: od redukcije HM iona u manje toksične spojeve do aktivacije ionskih transportnih sustava koji učinkovito i specifično uklanjaju toksične ione iz stanice u vanjski okoliš.
Najznačajnija posljedica utjecaja teških metala na žive organizme, koja se očituje na biogeocenotskoj i biosfernoj razini organizacije žive tvari, jest blokiranje oksidacijskih procesa organske tvari. To dovodi do smanjenja stope njegove mineralizacije i akumulacije u ekosustavima. Istodobno, povećanje koncentracije organske tvari dovodi do vezanja HM, čime se privremeno rasterećuje ekosustav. Smanjenje brzine razgradnje organske tvari zbog smanjenja broja organizama, njihove biomase i intenziteta vitalne aktivnosti smatra se pasivnim odgovorom ekosustava na onečišćenje HM. Aktivna otpornost organizama na antropogena opterećenja očituje se samo tijekom životnog nakupljanja metala u tijelima i kosturima. Za ovaj proces odgovorne su najotpornije vrste.
Otpornost živih organizama, prvenstveno biljaka, na povišene koncentracije teških metala i njihova sposobnost akumulacije visokih koncentracija metala mogu predstavljati veliku opasnost za ljudsko zdravlje, budući da omogućuju prodor onečišćujućih tvari u prehrambene lance.
- Standardizacija sadržaja teških metala u tlu i čišćenje tla
Dva su glavna pristupa pitanju sanacije tala onečišćenog teškim metalima. Prvi je usmjeren na čišćenje tla od HM. Pročišćavanje se može provoditi ispiranjem, ekstrakcijom HM iz tla uz pomoć biljaka, uklanjanjem gornjeg onečišćenog sloja tla itd. Drugi pristup temelji se na fiksiranju HM u tlu, pretvarajući ih u oblike koji su netopivi u vodi i nedostupni živim organizmima. Da bi se to postiglo, predlaže se tlu dodavati organsku tvar, fosforna mineralna gnojiva, ionsko izmjenjivačke smole, prirodne zeolite, mrki ugljen, kalcizirati tlo itd. Međutim, svaka metoda fiksiranja HM-a u tlu ima svoje razdoblje valjanosti. Prije ili kasnije, dio HM ponovno će početi ulaziti u otopinu tla, a odatle u žive organizme.
- Radionuklidi u tlu. Nuklearno zagađenje
Tlo sadrži gotovo sve kemijske elemente poznate u prirodi, uključujući i radionuklide.
Radionuklidi su kemijski elementi sposobni za spontani raspad uz stvaranje novih elemenata, kao i formirani izotopi bilo kojeg kemijskog elementa. Posljedica nuklearnog raspada je ionizirajuće zračenje u obliku toka alfa čestica (tok jezgri helija, protona) i beta čestica (tok elektrona), neutrona, gama zračenja i X-zraka. Ova pojava se naziva radioaktivnost. Kemijski elementi sposobni za spontani raspad nazivaju se radioaktivnima. Najčešće korišteni sinonim za ionizirajuće zračenje je radioaktivno zračenje.
Ionizirajuće zračenje je tok nabijenih ili neutralnih čestica i elektromagnetskih kvanta čija interakcija s medijem dovodi do ionizacije i ekscitacije njegovih atoma i molekula. Ionizirajuće zračenje ima elektromagnetsku (gama i x-zračenje) i korpuskularnu (alfa-zračenje, beta-zračenje, neutronsko zračenje) prirodu.
Gama zračenje je elektromagnetsko zračenje uzrokovano gama zrakama (diskretnim snopovima ili kvantima zvanim fotoni) ako nakon alfa ili beta raspada jezgra ostane u pobuđenom stanju. Gama zrake u zraku mogu prijeći znatne udaljenosti. Visokoenergetski foton gama zraka može proći kroz ljudsko tijelo. Intenzivno gama zračenje može oštetiti ne samo kožu, već i unutarnje organe. Gusti i teški materijali, željezo i olovo štite od ovog zračenja. Gama zračenje se može stvoriti umjetnim putem u akceleratorima zaraženih čestica (mikrotron), na primjer, kočno gama zračenje brzih elektrona akceleratora kada pogode metu.
X-zračenje je slično gama-zračenju. Kozmičke rendgenske zrake apsorbira atmosfera. X-zrake se proizvode umjetno i spadaju u donji dio energetskog spektra elektromagnetskog zračenja.
Radioaktivno zračenje prirodni je čimbenik u biosferi za sve žive organizme, a i sami živi organizmi imaju određenu radioaktivnost. Među objektima biosfere tla imaju najveći prirodni stupanj radioaktivnosti. U tim je uvjetima priroda napredovala mnogo milijuna godina, osim u iznimnim slučajevima zbog geokemijskih anomalija povezanih s taloženjem radioaktivnih stijena, na primjer, ruda urana.
Međutim, u 20. stoljeću čovječanstvo se suočilo s radioaktivnošću koja je bila prohibitivno veća od prirodne, a samim time i biološki abnormalna. Prvi koji su patili od prekomjernih doza zračenja bili su veliki znanstvenici koji su otkrili radioaktivne elemente (radij, polonij), supružnici Marie Sklodowska-Curie i Pierre Curie. A onda: Hirošima i Nagasaki, testovi atomskog i nuklearnog oružja, mnoge katastrofe, uključujući Černobil, itd.
Najznačajniji objekti biosfere, koji određuju biološke funkcije svih živih bića, su tla.
Radioaktivnost tla je posljedica sadržaja radionuklida u njima. Razlikuju se prirodna i umjetna radioaktivnost.
Prirodna radioaktivnost tla uzrokovana je prirodnim radioaktivnim izotopima koji su uvijek prisutni u različitim količinama u tlu i tlotvornim stijenama. Prirodni radionuklidi se dijele u 3 skupine.
U prvu skupinu spadaju radioaktivni elementi - elementi čiji su svi izotopi radioaktivni: uran (238
itd.................
