Kontaminácia pôdy olovom je na maxime. Najnebezpečnejšími prvkami, ktoré môžu znečistiť pôdu, sú ťažké kovy
Kontaminácia pôdy ťažkými kovmi má rôzne zdroje:
1. odpad z kovospracujúceho priemyslu;
2. priemyselné emisie;
3. produkty spaľovania paliva;
4. výfukové plyny automobilov;
5. prostriedky chemizácie poľnohospodárstva.
Hutnícke podniky ročne vypúšťajú na zemský povrch viac ako 150 tisíc ton medi, 120 tisíc ton zinku, asi 90 tisíc ton olova, 12 tisíc ton niklu, 1,5 tisíc ton molybdénu, asi 800 ton kobaltu a približne 30 ton ortuti. Na 1 gram bublinkovej medi obsahuje odpad z priemyslu tavenia medi 2,09 tony prachu, ktorý obsahuje až 15 % medi, 60 % oxidu železa a po 4 % arzénu, ortuti, zinku a olova. Odpady zo strojárstva a chemického priemyslu obsahujú do 1 tis. mg/kg olova, do 3 tis. mg/kg medi, do 10 tis. mg/kg chrómu a železa, do 100 g/kg fosforu a viac do 10 g/kg mangánu a niklu. V Sliezsku sa okolo tovární na výrobu zinku hromadia odvaly s obsahom zinku od 2 do 12 % a olova od 0,5 do 3 % a v USA sa ťažia rudy s obsahom zinku 1,8 %.
Viac ako 250 tisíc ton olova ročne sa dostane na povrch pôdy výfukovými plynmi; je to hlavný znečisťovateľ pôdy olovo.
Ťažké kovy sa do pôdy dostávajú spolu s hnojivami, ktoré ich obsahujú ako nečistotu, ako aj s biocídmi.
L. G. Bondarev (1976) vypočítal možný prísun ťažkých kovov na povrch pôdy v dôsledku ľudskej výrobnej činnosti pri úplnom vyčerpaní zásob rudy, pri spaľovaní existujúcich zásob uhlia a rašeliny a porovnal ich s možnými zásobami kovy, ktoré sa doteraz nahromadili v humosfére. Výsledný obraz nám umožňuje urobiť si predstavu o zmenách, ktoré je človek schopný spôsobiť v priebehu 500-1000 rokov, na čo mu budú stačiť skúmané minerály.
Možný vstup kovov do biosféry po vyčerpaní spoľahlivých zásob rúd, uhlia, rašeliny, miliónov ton
|
Celkové technogénne uvoľňovanie kovov |
Obsiahnuté v humosfére |
Pomer emisií spôsobených človekom k obsahu v humosfére |
|
Pomer týchto veličín nám umožňuje predpovedať rozsah vplyvu ľudskej činnosti na životné prostredie, predovšetkým na pôdny kryt.
Technogénny vstup kovov do pôdy a ich fixácia v humusových horizontoch v pôdnom profile ako celku nemôže byť rovnomerná. Jeho nerovnomernosť a kontrast súvisí predovšetkým s hustotou obyvateľstva. Ak tento vzťah považujeme za proporcionálny, potom 37,3 % všetkých kovov bude rozptýlených len v 2 % obývanej pevniny.
Rozloženie ťažkých kovov na povrchu pôdy je determinované mnohými faktormi. Závisí to od charakteristík zdrojov znečistenia, meteorologických charakteristík regiónu, geochemických faktorov a krajinnej situácie ako celku.
Zdroj kontaminácie vo všeobecnosti určuje kvalitu a množstvo vyhodeného produktu. Okrem toho stupeň jeho rozptylu závisí od výšky emisie. Zóna maximálnej kontaminácie sa rozprestiera na vzdialenosť rovnajúcu sa 10-40-násobku výšky potrubia pri vysokých a horúcich emisiách, 5-20-násobku výšky potrubia pri nízkych priemyselných emisiách. Trvanie prítomnosti emisných častíc v atmosfére závisí od ich hmotnosti a fyzikálno-chemických vlastností. Čím sú častice ťažšie, tým rýchlejšie sa usadzujú.
Nerovnomernosť technogénnej distribúcie kovov sa zhoršuje heterogenitou geochemickej situácie v prírodnej krajine. V tomto ohľade, aby bolo možné predvídať možné znečistenie produktmi technogenézy a predchádzať nežiaducim následkom ľudskej činnosti, je potrebné pochopiť zákony geochémie, zákony migrácie chemických prvkov v rôznych prírodných krajinách alebo geochemických prostrediach.
Chemické prvky a ich zlúčeniny vstupujúce do pôdy prechádzajú množstvom premien, rozptyľujú sa alebo akumulujú v závislosti od povahy geochemických bariér, ktoré sú vlastné danému územiu. Koncept geochemických bariér sformuloval A.I.Perelman (1961) ako oblasti zóny hypergenézy, v ktorých zmeny migračných podmienok vedú k akumulácii chemických prvkov. Klasifikácia bariér je založená na typoch migrácie prvkov. Na tomto základe A.I. Perelman identifikuje štyri typy a niekoľko tried geochemických bariér:
1. bariéry - pre všetky prvky, ktoré sú biogeochemicky prerozdelené a triedené živými organizmami (kyslík, uhlík, vodík, vápnik, draslík, dusík, kremík, mangán atď.);
2. fyzikálne a chemické bariéry:
1) oxidačné - železo alebo feromangán (železo, mangán), mangán (mangán), síra (síra);
2) redukčné – sulfid (železo, zinok, nikel, meď, kobalt, olovo, arzén atď.), glej (vanád, meď, striebro, selén);
3) síran (bárium, vápnik, stroncium);
4) alkalické (železo, vápnik, horčík, meď, stroncium, nikel atď.);
5) kyslé (oxid kremičitý);
6) odparovacie (vápnik, sodík, horčík, síra, fluór atď.);
7) adsorpcia (vápnik, draslík, horčík, fosfor, síra, olovo atď.);
8) termodynamické (vápnik, síra).
3. mechanické bariéry (železo, titán, chróm, nikel atď.);
4. človekom vytvorené bariéry.
Geochemické bariéry neexistujú izolovane, ale vo vzájomnej kombinácii tvoria komplexné komplexy. Regulujú elementárne zloženie látkových tokov, od nich do značnej miery závisí fungovanie ekosystémov.
Produkty technogenézy v závislosti od ich povahy a krajinnej situácie, v ktorej sa nachádzajú, môžu byť buď spracované prírodnými procesmi a nespôsobovať významné zmeny v prírode, alebo môžu byť zachované a akumulované, čo má škodlivý vplyv na všetko živé.
Oba procesy sú determinované množstvom faktorov, ktorých analýza umožňuje posúdiť úroveň biochemickej stability krajiny a predpovedať charakter ich zmien v prírode pod vplyvom technogenézy. V autonómnych krajinách sa rozvíjajú procesy samočistenia od technogénneho znečistenia, pretože produkty technogenézy sú rozptýlené povrchovými a podzemnými vodami. V akumulačnej krajine sa produkty technogenézy hromadia a zachovávajú.
|
Priemyselná odpadová voda, kg/l |
Pôda, mg/kg |
Rastliny, mg/kg |
Pitná voda, mg/l |
Vzduch, mg/m3 |
MPC v ľudskej krvi, mg/l |
|
* Na diaľniciach v závislosti od intenzity premávky a vzdialenosti od diaľnice
Zvýšená pozornosť venovaná ochrane životného prostredia vyvolala osobitný záujem o vplyv ťažkých kovov na pôdu.
Z historického hľadiska vznikol záujem o tento problém so štúdiom úrodnosti pôdy, keďže prvky ako železo, mangán, meď, zinok, molybdén a možno aj kobalt sú veľmi dôležité pre život rastlín, a teda aj pre zvieratá a ľudí.
Sú tiež známe ako mikroelementy, pretože ich rastliny potrebujú v malom množstve. Do skupiny mikroprvkov patria aj kovy, ktorých obsah v pôde je pomerne vysoký, napríklad železo, ktoré je súčasťou väčšiny pôd a v zložení zemskej kôry je na štvrtom mieste (5 %) po kyslíku (46,6 %). kremík (27,7 %) a hliník (8,1 %).
Všetky stopové prvky môžu mať negatívny vplyv na rastliny, ak koncentrácia ich dostupných foriem prekročí určité limity. Niektoré ťažké kovy, ako je ortuť, olovo a kadmium, ktoré sa zdajú byť málo dôležité pre rastliny a zvieratá, sú nebezpečné pre ľudské zdravie aj pri nízkych koncentráciách.
Výfukové plyny z vozidiel, odvoz na pole alebo čistiarne odpadových vôd, zavlažovanie odpadovými vodami, odpad, zvyšky a emisie z prevádzky baní a priemyselných areálov, aplikácia fosforu a organických hnojív, používanie pesticídov a pod. viedlo k zvýšeniu koncentrácií ťažkých kovov v pôde.
Pokiaľ sú ťažké kovy pevne viazané na pôdne zložky a sú ťažko dostupné, ich negatívny vplyv na pôdu a životné prostredie bude zanedbateľný. Ak však pôdne podmienky umožňujú prestup ťažkých kovov do pôdneho roztoku, hrozí priame nebezpečenstvo kontaminácie pôdy a je tu možnosť ich prieniku do rastlín, ako aj do organizmu ľudí a zvierat, ktoré tieto rastliny konzumujú. Okrem toho môžu byť ťažké kovy znečisťujúcimi látkami rastlín a vodných plôch v dôsledku používania splaškových kalov. Nebezpečenstvo kontaminácie pôdy a rastlín závisí od: druhu rastliny; formy chemických zlúčenín v pôde; prítomnosť prvkov, ktoré pôsobia proti vplyvu ťažkých kovov a látok, ktoré s nimi tvoria komplexné zlúčeniny; z adsorpčných a desorpčných procesov; množstvo dostupných foriem týchto kovov v pôde a pôdnych a klimatických podmienkach. V dôsledku toho negatívny vplyv ťažkých kovov závisí v podstate od ich mobility, t.j. rozpustnosť.
Ťažké kovy sa vyznačujú najmä premenlivou mocnosťou, nízkou rozpustnosťou svojich hydroxidov, vysokou schopnosťou tvoriť komplexné zlúčeniny a prirodzene katiónovou schopnosťou.
Medzi faktory, ktoré prispievajú k zadržiavaniu ťažkých kovov pôdou patria: výmenná adsorpcia povrchu ílov a humusu, tvorba komplexných zlúčenín s humusom, povrchová adsorpcia a oklúzia (rozpúšťacie alebo absorbčné schopnosti plynov roztavenými alebo pevnými kovmi) hydratáciou oxidy hliníka, železa, mangánu atď., ako aj tvorbu nerozpustných zlúčenín, najmä pri redukcii.
Ťažké kovy v pôdnom roztoku sa nachádzajú v iónovej aj viazanej forme, ktoré sú v určitej rovnováhe (obr. 1).
Na obrázku sú Lr rozpustné ligandy, čo sú organické kyseliny s nízkou molekulovou hmotnosťou, a Ln sú nerozpustné. Reakcia kovov (M) s humínovými látkami čiastočne zahŕňa iónovú výmenu.
Samozrejme, v pôde môžu byť prítomné aj iné formy kovov, ktoré sa na tejto rovnováhe priamo nezúčastňujú, napríklad kovy z kryštálovej mriežky primárnych a sekundárnych minerálov, ako aj kovy zo živých organizmov a ich odumreté zvyšky.
Pozorovanie zmien ťažkých kovov v pôde je nemožné bez znalosti faktorov, ktoré určujú ich pohyblivosť. Procesy retenčného pohybu, ktoré určujú správanie ťažkých kovov v pôde, sa príliš nelíšia od procesov, ktoré určujú správanie iných katiónov. Aj keď sa ťažké kovy niekedy nachádzajú v pôde v nízkych koncentráciách, tvoria stabilné komplexy s organickými zlúčeninami a ľahšie vstupujú do špecifických adsorpčných reakcií ako alkalické kovy a kovy alkalických zemín.
Migrácia ťažkých kovov v pôde môže prebiehať v kvapaline a suspenzii pomocou koreňov rastlín alebo pôdnych mikroorganizmov. Migrácia rozpustných zlúčenín prebieha spolu s pôdnym roztokom (difúzia) alebo pohybom samotnej kvapaliny. Vylúhovanie ílov a organických látok vedie k migrácii všetkých súvisiacich kovov. Migrácia prchavých látok v plynnej forme, ako je dimetylortuť, je náhodná a tento spôsob pohybu nie je zvlášť dôležitý. Migrácia v tuhej fáze a prienik do kryštálovej mriežky je skôr väzbovým mechanizmom ako pohybom.
Ťažké kovy môžu byť zavedené alebo adsorbované mikroorganizmami, ktoré sú zase schopné podieľať sa na migrácii zodpovedajúcich kovov.
Dážďovky a iné organizmy môžu uľahčiť migráciu ťažkých kovov mechanickými alebo biologickými prostriedkami rozvírením pôdy alebo začlenením kovov do svojich tkanív.
Zo všetkých typov migrácie je najdôležitejšia migrácia v kvapalnej fáze, pretože väčšina kovov vstupuje do pôdy v rozpustnej forme alebo vo forme vodnej suspenzie a prakticky všetky interakcie medzi ťažkými kovmi a kvapalnými zložkami pôdy sa vyskytujú na hraniciach. kvapalnej a pevnej fázy.
Ťažké kovy v pôde vstupujú do rastlín cez trofický reťazec a potom ich konzumujú zvieratá a ľudia. Na kolobehu ťažkých kovov sa podieľajú rôzne biologické bariéry, čo vedie k selektívnej bioakumulácii, ktorá chráni živé organizmy pred nadbytkom týchto prvkov. Aktivita biologických bariér je však obmedzená a v pôde sa najčastejšie koncentrujú ťažké kovy. Odolnosť pôd voči ich kontaminácii sa mení v závislosti od pufrovacej kapacity.
Pôdy s vysokou adsorpčnou schopnosťou a vysokým obsahom ílov, ako aj organickej hmoty, dokážu tieto prvky zadržiavať najmä vo vyšších horizontoch. To je typické pre karbonátové pôdy a pôdy s neutrálnou reakciou. V týchto pôdach je množstvo toxických zlúčenín, ktoré sa môžu zmyť do podzemnej vody a absorbovať rastlinami, oveľa menšie ako v piesočnatých kyslých pôdach. Existuje však veľké riziko zvýšenia koncentrácie prvkov na toxickú úroveň, čo spôsobuje nerovnováhu fyzikálnych, chemických a biologických procesov v pôde. Ťažké kovy zadržiavané v organickej a koloidnej časti pôdy výrazne obmedzujú biologickú aktivitu a inhibujú procesy ytrifikácie, ktoré sú dôležité pre úrodnosť pôdy.
Piesočnaté pôdy, ktoré sa vyznačujú nízkou absorpčnou schopnosťou, podobne ako kyslé pôdy, veľmi slabo zadržiavajú ťažké kovy, s výnimkou molybdénu a selénu. Rastliny ich preto ľahko adsorbujú a niektoré z nich aj vo veľmi malých koncentráciách majú toxické účinky.
Obsah zinku v pôde sa pohybuje od 10 do 800 mg/kg, aj keď najčastejšie je to 30-50 mg/kg. Akumulácia nadmerného množstva zinku negatívne ovplyvňuje väčšinu pôdnych procesov: spôsobuje zmeny fyzikálnych a fyzikálno-chemických vlastností pôdy a znižuje biologickú aktivitu. Zinok potláča životne dôležitú aktivitu mikroorganizmov, v dôsledku čoho sú narušené procesy tvorby organickej hmoty v pôde. Nadbytok zinku v pôde sťažuje fermentáciu rozkladu celulózy, dýchanie a pôsobenie ureázy.
Ťažké kovy, ktoré prichádzajú z pôdy do rastlín a prenášajú sa prostredníctvom potravinových reťazcov, majú toxický účinok na rastliny, zvieratá a ľudí.
Z najtoxickejších prvkov treba v prvom rade spomenúť ortuť, ktorá predstavuje najväčšie nebezpečenstvo vo forme vysoko toxickej zlúčeniny – metylortuti. Ortuť vstupuje do atmosféry pri spaľovaní uhlia a pri odparovaní vody zo znečistených vodných plôch. Môže byť prepravovaný vzduchovými hmotami a uložený na pôde v určitých oblastiach. Štúdie ukázali, že ortuť je dobre sorbovaná v horných centimetroch humusovo-akumulačného horizontu rôznych typov pôd hlinitého mechanického zloženia. Jeho migrácia po profile a vyplavovanie za pôdny profil v takýchto pôdach je nevýznamné. Avšak v pôdach ľahkého mechanického zloženia, kyslých a ochudobnených o humus, sa procesy migrácie ortuti zintenzívňujú. V takýchto pôdach dochádza aj k procesu odparovania organických zlúčenín ortuti, ktoré majú prchavé vlastnosti.
Pri pridávaní ortuti do piesčitých, ílovitých a rašelinových pôd v množstve 200 a 100 kg/ha bola úroda na piesočnatej pôde úplne zničená, bez ohľadu na úroveň vápnenia. Na rašelinovej pôde sa úroda znížila. Na hlinitej pôde nastal pokles úrody len pri nízkej dávke vápna.
Olovo má tiež schopnosť prenášať sa prostredníctvom potravinových reťazcov, hromadí sa v tkanivách rastlín, zvierat a ľudí. Dávka olova rovnajúca sa 100 mg/kg suchej hmotnosti krmiva sa považuje za smrteľnú pre zvieratá.
Olovený prach sa usadzuje na povrchu pôdy, je adsorbovaný organickými látkami, pohybuje sa po profile s pôdnymi roztokmi, ale v malých množstvách je vynášaný mimo pôdny profil.
Vplyvom migračných procesov v kyslých podmienkach vznikajú v pôdach technogénne anomálie olova v dĺžke 100 m Olovo z pôd sa dostáva do rastlín a hromadí sa v nich. V zrne pšenice a jačmeňa je jeho množstvo 5-8 krát vyššie ako obsah pozadia, vo vrcholoch a zemiakoch - viac ako 20-krát, v hľuzách - viac ako 26-krát.
Kadmium, podobne ako vanád a zinok, sa hromadí v humusovej vrstve pôd. Charakter jeho distribúcie v pôdnom profile a krajine má zjavne veľa spoločného s inými kovmi, najmä s charakterom distribúcie olova.
Kadmium je však menej pevne fixované v pôdnom profile ako olovo. Maximálna adsorpcia kadmia je charakteristická pre neutrálne a alkalické pôdy s vysokým obsahom humusu a vysokou absorpčnou schopnosťou. Jeho obsah v podzolických pôdach sa môže pohybovať od stotín do 1 mg / kg, v černozemoch - až 15-30 a v červených pôdach - až 60 mg / kg.
Mnoho pôdnych bezstavovcov koncentruje vo svojom tele kadmium. Kadmium je absorbované dážďovkami, drevokazmi a slimákmi 10-15 krát aktívnejšie ako olovo a zinok. Kadmium je toxické pre poľnohospodárske rastliny a aj keď vysoké koncentrácie kadmia nemajú citeľný vplyv na úrodu poľnohospodárskych plodín, jeho toxicita ovplyvňuje kvalitu produktov, pretože obsah kadmia v rastlinách sa zvyšuje.
Arzén sa do pôdy dostáva s produktmi spaľovania uhlia, s odpadom z hutníckeho priemyslu a zo závodov na výrobu hnojív. Najpevnejšie sa arzén zadržiava v pôdach obsahujúcich aktívne formy železa, hliníka a vápnika. Toxicita arzénu v pôde je známa každému. Kontaminácia pôdy arzénom spôsobuje napríklad úhyn dážďoviek. Pozadie arzénu v pôde sú stotiny miligramu na kilogram pôdy.
Fluór a jeho zlúčeniny sú široko používané v jadrovom, ropnom, chemickom a inom priemysle. Do pôdy sa dostáva s emisiami z hutníckych podnikov, najmä hliniek, a tiež ako prímes pri aplikácii superfosfátu a niektorých ďalších insekticídov.
Znečisťovaním pôdy spôsobuje fluór pokles úrody nielen priamym toxickým účinkom, ale aj zmenou pomeru živín v pôde. K najväčšej adsorpcii fluóru dochádza v pôdach s dobre vyvinutým pôdnym absorpčným komplexom. Rozpustné fluoridové zlúčeniny sa pohybujú pozdĺž pôdneho profilu so zostupným tokom pôdnych roztokov a môžu sa dostať do podzemnej vody. Kontaminácia pôdy fluoridovými zlúčeninami ničí pôdnu štruktúru a znižuje priepustnosť pôdy.
Zinok a meď sú menej toxické ako vyššie uvedené ťažké kovy, ale ich nadmerné množstvo v odpade z hutníckeho priemyslu znečisťuje pôdu a brzdí rast mikroorganizmov, znižuje enzymatickú aktivitu pôd a znižuje úrodu rastlín.
Treba si uvedomiť, že toxicita ťažkých kovov sa zvyšuje, keď spolu pôsobia na živé organizmy v pôde. Kombinovaný účinok zinku a kadmia má niekoľkonásobne silnejší inhibičný účinok na mikroorganizmy ako pri rovnakej koncentrácii každého prvku samostatne.
Keďže ťažké kovy sa zvyčajne nachádzajú v rôznych kombináciách tak v produktoch spaľovania palív, ako aj v emisiách z hutníckeho priemyslu, ich vplyv na prírodu okolitých zdrojov znečistenia je silnejší, ako sa očakávalo na základe koncentrácie jednotlivých prvkov.
V blízkosti podnikov sa prirodzené fytocenózy podnikov zjednocujú v druhovom zložení, keďže mnohé druhy neznesú zvýšené koncentrácie ťažkých kovov v pôde. Počet druhov sa môže znížiť na 2-3 a niekedy až na tvorbu monocenóz.
V lesných fytocenózach ako prvé reagujú na znečistenie lišajníky a machy. Stromová vrstva je najstabilnejšia. Dlhodobá alebo intenzívna expozícia v nej však spôsobuje suchovzdorné javy.
Pôda je povrch zeme, ktorý má vlastnosti, ktoré charakterizujú živú aj neživú prírodu.
Pôda je ukazovateľom všeobecnej. Znečistenie sa do pôdy dostáva so zrážkami a povrchovým odpadom. Do pôdnej vrstvy ich vnášajú aj horniny pôdy a podzemná voda.
Do skupiny ťažkých kovov patrí všetko, čo hustotou prevyšuje hustotu železa. Paradoxom týchto prvkov je, že v určitom množstve sú nevyhnutné na zabezpečenie normálneho fungovania rastlín a organizmov.
Ale ich prebytok môže viesť k vážnym chorobám a dokonca k smrti. Potravinový cyklus spôsobuje, že škodlivé zlúčeniny vstupujú do ľudského tela a často spôsobujú veľké škody na zdraví.
Zdroje znečistenia ťažkými kovmi sú: Existuje metóda, pomocou ktorej sa vypočíta prípustný obsah kovu. V tomto prípade sa berie do úvahy celková hodnota niekoľkých kovov Zc.
- prijateľné;
- stredne nebezpečné;
- vysoko nebezpečné;
- mimoriadne nebezpečné.
Ochrana pôdy je veľmi dôležitá. Neustála kontrola a monitoring neumožňuje pestovanie poľnohospodárskych produktov a pasenie dobytka na kontaminovaných pozemkoch.
Ťažké kovy znečisťujú pôdu
Existujú tri triedy nebezpečnosti ťažkých kovov. Svetová zdravotnícka organizácia považuje za najnebezpečnejšie kontaminácie olovo, ortuť a kadmium. Ale vysoké koncentrácie iných prvkov nie sú o nič menej škodlivé.
Merkúr
Ku kontaminácii pôdy ortuťou dochádza vniknutím pesticídov, rôzneho odpadu z domácností, ako sú žiarivky a prvkov poškodených meracích prístrojov.
Ročná emisia ortuti je podľa oficiálnych údajov viac ako päťtisíc ton. Ortuť sa môže dostať do ľudského tela z kontaminovanej pôdy.
Ak sa to deje pravidelne, môže dôjsť k závažnej dysfunkcii mnohých orgánov, vrátane nervového systému.
Ak sa nelieči správne, môže dôjsť k smrti.
Viesť
Olovo je veľmi nebezpečné pre ľudí a všetky živé organizmy.
Je extrémne toxický. Keď sa vyťaží jedna tona olova, dostane sa do prostredia dvadsaťpäť kilogramov. Veľké množstvo olova vstupuje do pôdy výfukovými plynmi. 
Oblasť kontaminácie pôdy pozdĺž trás je okolo dvesto metrov. Keď sa olovo dostane do pôdy, absorbujú ho rastliny, ktoré jedia ľudia a zvieratá, vrátane hospodárskych zvierat, ktorých mäso je tiež prítomné v našom jedálnom lístku. Nadbytok olova ovplyvňuje centrálny nervový systém, mozog, pečeň a obličky. Je nebezpečný pre svoje karcinogénne a mutagénne účinky.
kadmium
Kontaminácia pôdy kadmiom predstavuje pre ľudský organizmus obrovské nebezpečenstvo. Pri požití spôsobuje deformáciu kostry, spomalený rast u detí a silné bolesti chrbta.
Meď a zinok
Vysoká koncentrácia týchto prvkov v pôde spôsobuje spomalenie rastu rastlín a zhoršenie plodnosti, čo v konečnom dôsledku vedie k prudkému poklesu výnosu. Človek zažíva zmeny v mozgu, pečeni a pankrease.
molybdén
Nadbytok molybdénu spôsobuje dnu a poškodenie nervového systému.
Nebezpečenstvo ťažkých kovov spočíva v tom, že sa z tela zle vylučujú a hromadia sa v ňom. Môžu vytvárať veľmi toxické zlúčeniny, ľahko prechádzajú z jedného prostredia do druhého a nerozkladajú sa. Zároveň spôsobujú ťažké ochorenia, ktoré často vedú k nezvratným následkom.Antimón
Prítomný v niektorých rudách.
Je súčasťou zliatin používaných v rôznych priemyselných oblastiach.
Jeho nadbytok spôsobuje vážne poruchy príjmu potravy.
Arzén
Hlavným zdrojom kontaminácie pôdy arzénom sú látky používané na ničenie škodcov poľnohospodárskych rastlín, napríklad herbicídy a insekticídy. Arzén je akumulačný jed, ktorý spôsobuje chronické. Jeho zlúčeniny vyvolávajú ochorenia nervového systému, mozgu a kože.
mangán
Vysoký obsah tohto prvku sa pozoruje v pôde a rastlinách. 
Keď sa do pôdy dostane ďalší mangán, rýchlo vytvorí nebezpečný prebytok. To ovplyvňuje ľudské telo vo forme deštrukcie nervového systému.
Nadbytok iných ťažkých prvkov nie je o nič menej nebezpečný.
Z vyššie uvedeného môžeme konštatovať, že akumulácia ťažkých kovov v pôde má vážne dôsledky na ľudské zdravie a životné prostredie ako celok.
Základné metódy boja proti kontaminácii pôdy ťažkými kovmi
Metódy boja proti kontaminácii pôdy ťažkými kovmi môžu byť fyzikálne, chemické a biologické. Medzi nimi sú nasledujúce metódy:
- Zvýšenie kyslosti pôdy zvyšuje možnosť, preto pridávanie organickej hmoty a ílu a vápnenie do určitej miery pomáha v boji proti znečisteniu.
- Výsev, kosenie a odstraňovanie niektorých rastlín, napríklad ďateliny, z povrchu pôdy výrazne znižuje koncentráciu ťažkých kovov v pôde. Navyše je táto metóda úplne šetrná k životnému prostrediu.
- Detoxikácia podzemnej vody, jej čerpanie a čistenie.
- Predikcia a eliminácia migrácie rozpustnej formy ťažkých kovov.
- V niektorých obzvlášť závažných prípadoch je potrebné úplne odstrániť vrstvu pôdy a nahradiť ju novou.
Najnebezpečnejším zo všetkých uvedených kovov je olovo. Má schopnosť hromadiť sa a napádať ľudský organizmus. Ortuť nie je nebezpečná, ak sa do ľudského tela dostane raz alebo viackrát, obzvlášť nebezpečné sú len výpary ortuti. Domnievam sa, že priemyselné podniky by mali využívať pokročilejšie výrobné technológie, ktoré nie sú také deštruktívne pre všetko živé. Nielen jeden človek, ale masy by sa mali zamyslieť, potom dospejeme k dobrému výsledku.
FEDERÁLNA AGENTÚRA PRE VZDELÁVANIE ŠTÁTNA VZDELÁVACIA INŠTITÚCIA
VYŠŠIE ODBORNÉ VZDELANIE "VORONEŽSKÁ ŠTÁTNA UNIVERZITA"
ZNEČISTENIE PÔDY ŤAŽKÝMI KOVMI. METÓDY KONTROLY A REGULÁCIE KONTAMINOVANÝCH PÔD
Vzdelávacia a metodická príručka pre vysoké školy
Zostavil: H.A. Juvelikyan, D.I. Shcheglov, N.S. Gorbunova
Vydavateľské a tlačiarenské centrum Voronežskej štátnej univerzity
Schválené vedecko-metodickou radou Fakulty biológie a pôdoznalectva dňa 4.7.2009 protokol č.10
Recenzent Dr. Biol. vedy, prof. L.A. Yablonskikh
Vzdelávacia a metodická príručka bola vypracovaná na Katedre pôdoznalectva a manažmentu pôdnych zdrojov Fakulty biológie a pedológie Voronežskej štátnej univerzity.
Pre špecializáciu 020701 – Pedistika
Všeobecné informácie o znečistení ................................................................ ...................................................................... .. | |
Koncept anomálií spôsobených človekom................................................................ ...................................................... | |
Kontaminácia pôdy ťažkými kovmi ................................................ ...................................................... | |
Migrácia ťažkých kovov v pôdnom profile................................................ ........... | |
Koncepcia monitorovania pôdneho prostredia................................................................ ................. | |
Ukazovatele stavu pôdy stanovené pri ich monitorovaní................................................ | |
Environmentálna štandardizácia kvality kontaminovaných pôd.................................. | |
Všeobecné požiadavky na klasifikáciu pôd náchylných na kontamináciu...... | |
Literatúra ................................................................. ...................................................... ........... |
VŠEOBECNÉ INFORMÁCIE O ZNEČISTENÍ
Znečisťujúce látky
– ide o látky antropogénneho pôvodu, ktoré sa dostávajú do životného prostredia v množstvách prevyšujúcich prirodzenú mieru ich príjmu. Znečistenie pôdy– typ antropogénnej degradácie, pri ktorej obsah chemikálií v pôde vystavenej antropogénnemu vplyvu presahuje úroveň prirodzeného regionálneho pozadia. Prekročenie obsahu určitých chemikálií v ľudskom prostredí (v porovnaní s prirodzenou úrovňou) v dôsledku ich príchodu z antropogénnych zdrojov predstavuje nebezpečenstvo pre životné prostredie.Využívanie chemikálií v ekonomických aktivitách človekom a ich zapojenie do kolobehu antropogénnych premien v životnom prostredí neustále rastie. Charakteristickým znakom intenzity ťažby a využitia chemických prvkov je technofilita - pomer ročnej ťažby alebo produkcie prvku v tonách k jeho klare v litosfére (A.I. Perelman, 1999). Vysoká technofilita je charakteristická pre prvky, ktoré ľudia najaktívnejšie využívajú, najmä tie, ktorých prirodzená hladina v litosfére je nízka. Vysoké úrovne technofilov sú charakteristické pre také kovy ako Bi, Hg, Sb, Pb, Cu, Se, Ag, As, Mo, Sn, Cr, Zn, po ktorých je veľký dopyt v rôznych typoch výroby. Keď je obsah týchto prvkov v horninách nízky (10–2–10–6 %), je ich extrakcia významná. To vedie k ťažbe obrovského množstva rúd obsahujúcich tieto prvky z hlbín zeme a k ich následnému globálnemu rozptylu v prostredí.
Okrem technofilov boli navrhnuté aj ďalšie kvantitatívne charakteristiky technogenézy. Teda pomer technofilnosti prvku k jeho biofilite (biofilita je clarke koncentrácia chemických prvkov v živej hmote) M.A. Glazovskaya menoval deštruktívna činnosť prvkov technogenézy. Deštruktívna činnosť prvkov technogenézy charakterizuje stupeň nebezpečenstva prvkov pre živé organizmy. Ďalšou kvantitatívnou charakteristikou antropogénneho zapojenia chemických prvkov do ich globálnych cyklov na planéte je mobilizačný faktor alebo technogénny faktor obohatenia, ktorý sa vypočíta ako pomer technogénneho toku chemického prvku k jeho prirodzenému toku. Úroveň faktora technogénneho obohatenia, ako aj technofilnosti prvkov, nie je len indikátorom ich mobilizácie z litosféry do suchozemského prírodného prostredia, ale aj odrazom úrovne emisií chemických prvkov s priemyselným odpadom do životného prostredia. .
KONCEPCIA TECHNOGÉNNYCH ANOMÁLIE
Geochemická anomália- časť zemskej kôry (alebo zemského povrchu), vyznačujúca sa výrazne zvýšenými koncentráciami akýchkoľvek chemických prvkov alebo ich zlúčenín v porovnaní s hodnotami pozadia a prirodzene umiestnenými v porovnaní s akumuláciou minerálov. Identifikácia anomálií spôsobených človekom je jednou z najdôležitejších ekologických a geochemických úloh pri hodnotení stavu životného prostredia. Anomálie vznikajú v krajinných zložkách v dôsledku prísunu rôznych látok z technogénnych zdrojov a predstavujú určitý objem, v rámci ktorého sú hodnoty anomálnych koncentrácií prvkov väčšie ako hodnoty pozadia. Podľa prevalencie A.I. Perelman a N.S. Kasimov (1999) rozlišuje tieto anomálie spôsobené človekom:
1) globálne – pokrývajúce celú zemeguľu (napr. zvýšené
2) regionálne - vznikajú v určitých častiach kontinentov, prírodných zón a regiónov v dôsledku používania pesticídov, minerálnych hnojív, okysľovania atmosférických zrážok s emisiami zlúčenín síry atď.;
3) lokálne - vznikajú v atmosfére, pôdach, vodách, rastlinách okolo miestnych technogénnych zdrojov: továrne, bane atď.
Podľa prostredia formácie sa anomálie spôsobené človekom delia:
1) na litochemické (v pôdach, horninách);
2) hydrogeochemické (vo vodách);
3) atmosférická geochemická (v atmosfére, snehu);
4) biochemické (v organizmoch).
Podľa dĺžky trvania zdroja znečistenia sa delia:
– na krátkodobé (núdzové emisie atď.);
– strednodobé (so zastavením vplyvu, napr. zastavenie rozvoja ložísk nerastných surovín);
– dlhodobo stacionárne (anomálie tovární, miest, poľnohospodárskej krajiny, napríklad KMA, Norilsk Nickel).
Pri hodnotení anomálií spôsobených človekom sa vyberajú oblasti pozadia ďaleko od umelých zdrojov znečisťujúcich látok, zvyčajne viac ako 30–50 km. Jedným z kritérií anomálie je koeficient technogénnej koncentrácie alebo anomálie Kc, čo je pomer obsahu prvku v posudzovanom anomálnom objekte k jeho pozaďovému obsahu v zložkách krajiny.
Na posúdenie vplyvu množstva škodlivín vstupujúcich do organizmu sa využívajú aj hygienické normy znečistenia - pred-
samostatne prípustné koncentrácie. Ide o maximálny obsah škodlivej látky v prírodnom predmete alebo produkte (voda, vzduch, pôda, potraviny), ktorý neovplyvňuje zdravie ľudí ani iných organizmov.
Znečisťujúce látky sú rozdelené do tried podľa ich nebezpečnosti (GOST
17.4.1.0283): I. trieda (vysoko nebezpečné) – As, Cd, Hg, Se, Pb, F, benzo(a)pyrén, Zn; Trieda II (stredne nebezpečná) – B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr; Trieda III (nízky nebezpečný) – Ba, V, W, Mn, Sr, acetofenón.
ZNEČISTENIE PÔDY ŤAŽKÝMI KOVMI
Ťažké kovy (HM) už zaberajú druhé miesto z hľadiska nebezpečenstva, za pesticídmi a výrazne pred takými známymi znečisťujúcimi látkami, ako sú oxid uhličitý a síra. V budúcnosti sa môžu stať nebezpečnejšími ako odpad z jadrových elektrární a tuhý odpad. Znečistenie ťažkými kovmi súvisí s ich širokým využitím v priemyselnej výrobe. V dôsledku nedokonalých čistiacich systémov sa ťažké kovy dostávajú do životného prostredia vrátane pôdy, znečisťujú ju a otravujú. HM sú špecifické znečisťujúce látky, ktorých monitorovanie je povinné vo všetkých prostrediach.
Pôda je hlavným prostredím, do ktorého vstupujú ťažké kovy, a to aj z atmosféry a vodného prostredia. Slúži aj ako zdroj sekundárneho znečistenia povrchového ovzdušia a vôd, ktoré z neho prúdia do Svetového oceánu. Z pôdy sú HM absorbované rastlinami, ktoré sa potom dostávajú do potravy.
Výraz „ťažké kovy“, ktorý charakterizuje širokú skupinu znečisťujúcich látok, si v poslednej dobe získal významnú popularitu. V rôznych vedeckých a aplikovaných prácach autori interpretujú význam tohto pojmu rôzne. V tomto ohľade sa množstvo prvkov klasifikovaných ako ťažké kovy značne líši. Ako kritériá členstva sa používajú mnohé charakteristiky: atómová hmotnosť, hustota, toxicita, prevalencia v prírodnom prostredí, stupeň zapojenia do prírodných a človekom vytvorených cyklov.
V prácach venovaných problémom znečisťovania životného prostredia a monitorovania životného prostredia je dnes viac ako 40 prvkov periodickej tabuľky D.I. klasifikovaných ako ťažké kovy. Mendelejev s atómovou hmotnosťou nad 40 atómových jednotiek: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi atď. Podľa klasifikácie N. Reimersa ( 1990),
Kovy s hustotou vyššou ako 8 g/cm3 by sa mali považovať za ťažké. V tomto prípade zohrávajú pri kategorizácii ťažkých kovov dôležitú úlohu tieto podmienky: ich vysoká toxicita pre živé organizmy v relatívne nízkych koncentráciách, ako aj schopnosť bioakumulácie a biomagnifikácie. Takmer všetky kovy spadajú pod túto definíciu
nie (s výnimkou olova, ortuti, kadmia a bizmutu, ktorých biologická úloha je v súčasnosti nejasná), aktívne sa podieľajú na biologických procesoch a sú súčasťou mnohých enzýmov.
Najvýkonnejšími dodávateľmi odpadov obohatených o kovy sú podniky na tavenie neželezných kovov (hliník, oxid hlinitý, meď-zinok, olovo, nikel, titán-horčík, ortuť atď.), ako aj na spracovanie neželezných kovov (rádiotechnika, elektrotechnika, prístrojová výroba, galvanizácia atď.).
V prachu hutníckych priemyslov a úpravní rúd môže byť koncentrácia Pb, Zn, Bi, Sn oproti litosfére zvýšená o niekoľko rádov (až 10–12), koncentrácia Cd, V, Sb - desaťtisíckrát, Cd, Mo, Pb, Sn, Zn, Bi, Ag - stokrát. Odpad z hutníckych podnikov, závodov na výrobu farieb a lakov a železobetónových konštrukcií je obohatený o ortuť. Koncentrácie W, Cd a Pb sú zvýšené v prachu strojárskych závodov (tabuľka 1).
Vplyvom emisií obohatených o kovy vznikajú oblasti znečistenia krajiny najmä na regionálnej a miestnej úrovni. Vplyv energetických podnikov na znečisťovanie životného prostredia nie je spôsobený koncentráciou kovov v odpade, ale ich obrovským množstvom. Množstvo odpadu, napríklad v priemyselných centrách, prevyšuje celkové množstvo pochádzajúce zo všetkých ostatných zdrojov znečistenia. S výfukovými plynmi vozidiel sa do životného prostredia dostáva značné množstvo Pb, ktoré prevyšuje jeho príjem s odpadmi z hutníckych podnikov.
Orné pôdy sú znečistené prvkami ako Hg, As, Pb, Cu, Sn, Bi, ktoré sa do pôdy dostávajú ako súčasť pesticídov, biocídov, rastových stimulantov a štruktúrotvorných látok. Netradičné hnojivá, vyrábané z rôznych odpadov, často obsahujú široké spektrum škodlivín vo vysokých koncentráciách. Z tradičných minerálnych hnojív obsahujú fosforečné hnojivá nečistoty Mn, Zn, Ni, Cr, Pb, Cu, Cd (Gaponyuk, 1985).
Rozloženie kovov vypúšťaných do ovzdušia z technogénnych zdrojov v krajine je dané vzdialenosťou od zdroja znečistenia, klimatickými podmienkami (sila a smer vetrov), terénom, technologickými faktormi (stav odpadu, spôsob vstupu odpadu do životného prostredia). , výška podnikových potrubí).
Rozptyl ťažkých kovov závisí od výšky zdroja emisií do atmosféry. Podľa výpočtov M.E. Berland (1975), pri vysokých komínoch vzniká významná koncentrácia emisií v povrchovej vrstve atmosféry vo vzdialenosti 10–40 výšok komína. Okolo takýchto zdrojov znečistenia je 6 zón (tabuľka 2). Plocha vplyvu jednotlivých priemyselných podnikov na priľahlom území môže dosiahnuť 1000 km2.
tabuľka 2
Zóny kontaminácie pôdy okolo bodových zdrojov znečistenia
Vzdialenosť od | Nadbytočný obsah |
|||
zdroj pre | TM pomery vo vzťahu k |
|||
nečistoty v km | do pozadia |
|||
Bezpečnostná zóna podniku | ||||
Zóny kontaminácie pôdy a ich veľkosť úzko súvisia s vektormi prevládajúcich vetrov. Reliéf, vegetácia a mestské budovy môžu zmeniť smer a rýchlosť pohybu povrchovej vrstvy vzduchu. Podobne ako zóny kontaminácie pôdy možno identifikovať aj zóny kontaminácie vegetácie.
MIGRÁCIA ŤAŽKÝCH KOVOV V PÔDNOM PROFILE
Akumulácia hlavnej časti polutantov je pozorovaná najmä v humusovo-akumulačnom pôdnom horizonte, kde sú v dôsledku rôznych interakčných reakcií viazané hlinitokremičitanmi, nesilikátovými minerálmi a organickými látkami. Zloženie a množstvo prvkov zadržaných v pôde závisí od obsahu a zloženia humusu, acidobázických a redoxných podmienok, sorpčnej kapacity a intenzity biologickej absorpcie. Niektoré ťažké kovy sú pevne zadržané týmito zložkami a nielenže sa nezúčastňujú migrácie pozdĺž pôdneho profilu, ale nepredstavujú ani nebezpečenstvo
pre živé organizmy. Negatívne environmentálne dôsledky znečistenia pôdy sú spojené s mobilnými zlúčeninami kovov.
IN v rámci pôdneho profilu sa technogénny tok látok stretáva s množstvom pôdno-geochemické bariéry. Patria sem uhličitanové, sadrové a iluviálne horizonty (iluviálne-železo-humus). Niektoré vysoko toxické prvky sa môžu transformovať na zlúčeniny, ktoré sú pre rastliny ťažko dostupné, iné prvky, mobilné v danom pôdno-geochemickom prostredí, môžu migrovať v pôdnom stĺpci, čo predstavuje potenciálne nebezpečenstvo pre biotu. Mobilita prvkov do značnej miery závisí od acidobázických a redoxných podmienok v pôdach. V neutrálnych pôdach sú zlúčeniny Zn, V, As a Se mobilné a môžu sa vylúhovať počas sezónneho zamokrenia pôdy.
Akumulácia mobilných zlúčenín prvkov, ktoré sú pre organizmy obzvlášť nebezpečné, závisí od vodného a vzdušného režimu pôd: najnižšiu akumuláciu pozorujeme v priepustných pôdach režimu vyplavovania, zvyšuje sa v pôdach s režimom bez vyplavovania a je maximálna v r. pôdy s exsudátovým režimom. Pri odparovacej koncentrácii a alkalickej reakcii sa Se, As, V môžu akumulovať v pôde v ľahko dostupnej forme a pri redukčných podmienkach prostredia sa Hg môže akumulovať vo forme metylovaných zlúčenín.
Treba však mať na pamäti, že za podmienok vylúhovania sa realizuje potenciálna mobilita kovov, ktoré sa môžu preniesť za pôdny profil a stať sa zdrojom sekundárneho znečistenia podzemných vôd.
IN V kyslých pôdach s prevahou oxidačných podmienok (podzolové pôdy, dobre priepustné) tvoria ťažké kovy ako Cd a Hg ľahko mobilné formy. Naopak, Pb, As a Se tvoria nízkomobilné zlúčeniny, ktoré sa môžu akumulovať v humóznych a iluviálnych horizontoch a negatívne ovplyvňovať stav pôdnej bioty. Ak je v škodlivinách prítomný S, pri redukčných podmienkach vzniká sekundárne sírovodíkové prostredie a mnohé kovy tvoria nerozpustné alebo málo rozpustné sulfidy.
IN V močaristých pôdach sú Mo, V, As a Se prítomné v sedavých formách. Významná časť prvkov v kyslých bažinatých pôdach je prítomná vo formách, ktoré sú relatívne mobilné a nebezpečné pre živú hmotu; sú to zlúčeniny Pb, Cr, Ni, Co, Cu, Zn, Cd a Hg. V mierne kyslých a neutrálnych pôdach s dobrým prevzdušnením vznikajú najmä pri vápnení ťažko rozpustné zlúčeniny Pb. V neutrálnych pôdach sú zlúčeniny Zn, V, As, Se mobilné a Cd a Hg sa môžu zadržiavať v humusových a iluviálnych horizontoch. So zvyšujúcou sa zásaditosťou sa zvyšuje riziko kontaminácie pôdy uvedenými prvkami.
KONCEPCIA EKOLOGICKÉHO MONITOROVANIA PÔDY
Monitorovanie pôdneho prostredia – systém pravidelného nelimitovania
obmedzená v priestore a čase kontroly pôd, ktorá poskytuje informácie o ich stave s cieľom posúdiť minulosť, súčasnosť a predpovedať zmeny v budúcnosti. Monitoring pôdy má za cieľ identifikovať antropogénne zmeny v pôde, ktoré môžu v konečnom dôsledku poškodiť ľudské zdravie. Osobitná úloha monitoringu pôdy spočíva v tom, že všetky zmeny v zložení a vlastnostiach pôd sa odrážajú na plnení ekologických funkcií pôd a tým aj na stave biosféry.
Je veľmi dôležité, že v pôde, na rozdiel od atmosférického vzduchu a povrchovej vody, sa environmentálne dôsledky antropogénneho vplyvu zvyčajne prejavia neskôr, sú však stabilnejšie a trvajú dlhšie. Je potrebné zhodnotiť dlhodobé dôsledky tohto vplyvu, napríklad možnosť mobilizácie škodlivín v pôdach, v dôsledku čoho sa pôda môže zmeniť zo „skladiska“ škodlivín na ich druhotný zdroj.
Typy monitorovania pôdneho prostredia
Identifikácia typov monitorovania pôdneho prostredia je založená na rozdieloch v kombinácii informatívnych pôdnych ukazovateľov zodpovedajúcich úlohám každého z nich. Na základe rozdielov v mechanizmoch a mierach degradácie pôdy sa rozlišujú dve skupiny typov monitorovania:
krúžok: prvá skupina – globálne monitorovanie, druhé – miestne a regionálne.
Globálny monitoring pôdy je neoddeliteľnou súčasťou globálneho monitoringu biosféry. Vykonáva sa na posúdenie vplyvu environmentálnych dôsledkov diaľkového atmosferického transportu znečisťujúcich látok na stav pôd v súvislosti s nebezpečenstvom planetárneho znečistenia biosféry a sprievodných procesov na globálnej úrovni. Výsledky globálneho alebo biosférického monitoringu charakterizujú globálne zmeny stavu živých organizmov na planéte pod vplyvom ľudskej činnosti.
Účelom lokálneho a regionálneho monitoringu je identifikovať vplyv degradácie pôdy na ekosystémy na miestnej a regionálnej úrovni a priamo na životné podmienky človeka v oblasti environmentálneho manažmentu.
Lokálne monitorovanie nazývané aj sanitárne-hygienické alebo nárazové. Je zameraná na kontrolu úrovne znečisťujúcich látok v životnom prostredí, ktoré emituje konkrétny podnik.
Kontaminácia pôdy ťažkými kovmi má rôzne zdroje:
1. odpad z kovospracujúceho priemyslu;
2. priemyselné emisie;
3. produkty spaľovania paliva;
4. výfukové plyny automobilov;
5. prostriedky chemizácie poľnohospodárstva.
Hutnícke podniky ročne vypúšťajú na zemský povrch viac ako 150 tisíc ton medi, 120 tisíc ton zinku, asi 90 tisíc ton olova, 12 tisíc ton niklu, 1,5 tisíc ton molybdénu, asi 800 ton kobaltu a približne 30 ton ortuti. Na 1 gram bublinkovej medi obsahuje odpad z priemyslu tavenia medi 2,09 tony prachu, ktorý obsahuje až 15 % medi, 60 % oxidu železa a po 4 % arzénu, ortuti, zinku a olova. Odpady zo strojárstva a chemického priemyslu obsahujú do 1 g/kg olova, do 3 g/kg medi, do 10 g/kg chrómu a železa, do 100 g/kg fosforu a do 10 g /kg mangánu a niklu. V Sliezsku sa okolo tovární na výrobu zinku hromadia odvaly s obsahom zinku od 2 do 12 % a olova od 0,5 do 3 % a v USA sa ťažia rudy s obsahom zinku 1,8 %.
Viac ako 250 tisíc ton olova ročne sa dostane na povrch pôdy výfukovými plynmi; je to hlavný znečisťovateľ pôdy olovo. Ťažké kovy sa dostávajú do pôdy spolu s hnojivami, ktoré ich obsahujú ako nečistoty.
Aj keď sa ťažké kovy niekedy nachádzajú v pôde v nízkych koncentráciách, tvoria stabilné komplexy s organickými zlúčeninami a ľahšie vstupujú do špecifických adsorpčných reakcií ako kovy alkalických zemín a kovov alkalických zemín.V blízkosti podnikov sa prírodné fytocenózy podnikov stávajú jednotnejšie v druhovom zložení, od r. mnohé druhy nedokážu odolať zvyšovaniu koncentrácie ťažkých kovov v pôde. Počet druhov sa môže znížiť na 2-3 a niekedy až do vzniku monocenóz.V lesných fytocenózach ako prvé reagujú na znečistenie lišajníky a machy. Stromová vrstva je najstabilnejšia. Dlhodobá alebo vysokointenzívna expozícia v nej však vyvoláva suchoodolné javy Obnova narušeného pôdneho krytu si vyžaduje dlhý čas a veľké investície.
Obzvlášť náročnou úlohou je obnova vegetačného krytu na odvaloch a hlušinách (odkalinách) diel, kde sa ťažili kovové rudy: takáto hlušina je zvyčajne chudobná na živiny, bohatá na toxické kovy a slabo zadržiava vodu. Závažným environmentálnym problémom je veterná erózia skládok baní.
Štandardizácia obsahu ťažkých kovov v pôdeŠtandardizácia obsahu ťažkých kovov v pôde a rastlinách je mimoriadne náročná z dôvodu nemožnosti plne zohľadniť všetky faktory životného prostredia. Zmenou len agrochemických vlastností pôdy (reakcia média, obsah humusu, stupeň nasýtenia zásadami, distribúcia veľkosti častíc) sa teda môže niekoľkonásobne znížiť alebo zvýšiť obsah ťažkých kovov v rastlinách. Existujú protichodné údaje dokonca aj o obsahu pozadia niektorých kovov. Výsledky uvedené výskumníkmi sa niekedy líšia 5-10 krát.
Bolo navrhnutých mnoho mierok pre environmentálnu reguláciu ťažkých kovov. V niektorých prípadoch sa najvyšší obsah kovov pozorovaný v bežných antropogénnych pôdach považuje za maximálnu prípustnú koncentráciu, v iných za obsah, ktorý je limitom pre fytotoxicitu. Vo väčšine prípadov boli pre ťažké kovy navrhnuté maximálne prípustné koncentrácie, ktoré niekoľkonásobne prekračujú skutočné prípustné hodnoty koncentrácií kovov.
Na charakterizáciu technogénneho znečistenia ťažkými kovmi sa používa koncentračný koeficient, ktorý sa rovná pomeru koncentrácie prvku v kontaminovanej pôde k jeho pozaďovej koncentrácii.
V tabuľke 1 sú uvedené úradne schválené maximálne koncentračné limity a prípustné úrovne ich obsahu podľa ukazovateľov nebezpečnosti. V súlade so schémou prijatou lekárskymi hygienikmi sa regulácia ťažkých kovov v pôdach delí na translokáciu (prechod prvku do rastlín), migračnú vodu (prechod na vodu) a všeobecnú sanitárnu (vplyv na samočistiacu schopnosť pôdy a pôdna mikrobiocenóza).
FEDERÁLNA AGENTÚRA PRE NÁMORNÚ A RIEČNU DOPRAVU
FEDERÁLNA ROZPOČTOVÁ VZDELÁVACIA INŠTITÚCIA
VYŠŠIE ODBORNÉ VZDELANIE
ŠTÁTNA MORNÁ UNIVERZITA
pomenovaný po admirálovi G.I. Neveľský
Odbor ochrany životného prostredia
ABSTRAKT
v odbore "Fyzikálno-chemické procesy"
Dôsledky kontaminácie pôdy ťažkými kovmi a rádionuklidmi.
Skontrolované učiteľom:
Firsová L.Yu.
Vyplnil študent gr. ___
Chodanova S.V.
Vladivostok 2012
OBSAH
Úvod
1 Ťažké kovy v pôdach
Záver
Zoznam použitých zdrojov
ÚVOD
Pôda nie je len inertné médium, na povrchu ktorého prebieha ľudská činnosť, ale dynamický, rozvíjajúci sa systém, ktorý zahŕňa mnoho organických a anorganických zložiek, ktoré majú sieť dutín a pórov, a tie zase obsahujú plyny a kvapaliny. . Priestorové rozloženie týchto zložiek určuje hlavné typy pôd na zemeguli.
Okrem toho pôdy obsahujú obrovské množstvo živých organizmov, nazývajú sa biota: od baktérií a húb až po červy a hlodavce. Pôda vzniká na materských horninách spoločným vplyvom klímy, vegetácie, pôdnych organizmov a času. Preto zmeny ktoréhokoľvek z týchto faktorov môžu viesť k zmenám v pôde. Tvorba pôdy je dlhý proces: vytvorenie 30 cm vrstvy pôdy trvá 1000 až 10 000 rokov. V dôsledku toho sú miery tvorby pôdy také nízke, že pôdu možno považovať za neobnoviteľný zdroj.
Pôdna pokrývka Zeme je najdôležitejšou zložkou biosféry Zeme. Je to obal pôdy, ktorý určuje mnohé procesy prebiehajúce v biosfére. Najdôležitejším významom pôd je akumulácia organickej hmoty, rôznych chemických prvkov a energie. Pôdna pokrývka funguje ako biologický absorbér, ničiteľ a neutralizátor rôznych škodlivín. Ak sa toto prepojenie biosféry zničí, potom sa nenávratne naruší doterajšie fungovanie biosféry. Preto je mimoriadne dôležité študovať globálny biochemický význam pôdneho krytu, jeho súčasný stav a zmeny pod vplyvom antropogénnych aktivít.
1 Ťažké kovy v pôdach
- Zdroje ťažkých kovov vstupujúcich do pôdy
Medzi HM je veľa stopových prvkov, ktoré sú biologicky dôležité pre živé organizmy. Sú nevyhnutnou a nenahraditeľnou súčasťou biokatalyzátorov a bioregulátorov najdôležitejších fyziologických procesov. Nadmerný obsah ťažkých kovov v rôznych objektoch biosféry však pôsobí na živé organizmy depresívne až toxicky.
Zdroje ťažkých kovov vstupujúcich do pôdy sa delia na prírodné (zvetrávanie hornín a nerastov, erózne procesy, sopečná činnosť) a technogénne (ťažba a spracovanie nerastných surovín, spaľovanie palív, vplyv dopravných prostriedkov, poľnohospodárstvo a pod.) Poľnohospodárske pôdy, okrem toho k znečisteniu cez atmosféru sú HM znečistené aj špecificky používaním pesticídov, minerálnych a organických hnojív, vápnom a využívaním odpadových vôd. V poslednom čase vedci venujú osobitnú pozornosť mestským pôdam. Posledne menované zažívajú významný technogénny proces, ktorého neoddeliteľnou súčasťou je znečistenie HM.
HM sa dostávajú na povrch pôdy v rôznych formách. Ide o oxidy a rôzne soli kovov, rozpustné aj prakticky nerozpustné vo vode (sulfidy, sírany, arzenitany atď.). V emisiách podnikov na spracovanie rúd a podnikov neželeznej metalurgie, ktoré sú hlavným zdrojom znečistenia životného prostredia ťažkými kovmi, je prevažná časť kovov (70 – 90 %) vo forme oxidov.
Keď sú HM na povrchu pôdy, môžu sa hromadiť alebo rozptýliť v závislosti od povahy geochemických bariér, ktoré sú v danej oblasti vlastné.
Väčšina HM prichádzajúcich na povrch pôdy je fixovaná v horných humusových horizontoch. HM sa sorbujú na povrchu pôdnych častíc, viažu sa na pôdnu organickú hmotu, najmä vo forme elementárnych organických zlúčenín, akumulujú sa v hydroxidoch železa, tvoria súčasť kryštálových mriežok ílových minerálov, produkujú vlastné minerály v dôsledku izomorfných náhrady a sú v rozpustnom stave v pôdnej vlhkosti a v plynnom stave v pôdnom vzduchu, sú neoddeliteľnou súčasťou pôdnej bioty.
Stupeň mobility ťažkých kovov závisí od geochemickej situácie a úrovne technogénneho vplyvu. Veľká distribúcia veľkosti častíc a vysoký obsah organickej hmoty vedú k viazaniu HM v pôde. Zvýšenie hodnôt pH zvyšuje sorpciu kovov tvoriacich katióny (meď, zinok, nikel, ortuť, olovo atď.) a zvyšuje pohyblivosť kovov tvoriacich anióny (molybdén, chróm, vanád atď.). Zvyšujúce sa oxidačné podmienky zvyšujú migračnú schopnosť kovov. Výsledkom je, že podľa schopnosti viazať väčšinu HM tvoria pôdy nasledovné série: sivá pôda > černozem > sodno-podzolová pôda.
- Kontaminácia pôdy ťažkými kovmi
Po druhé, HM, ktoré sa hromadia vo veľkých množstvách v pôde, sú schopné zmeniť mnohé z jej vlastností. V prvom rade zmeny ovplyvňujú biologické vlastnosti pôdy: znižuje sa celkový počet mikroorganizmov, zužuje sa ich druhové zloženie (diverzita), mení sa štruktúra mikrobiálnych spoločenstiev, znižuje sa intenzita základných mikrobiologických procesov a aktivita pôdnych enzýmov atď. . Silná kontaminácia ťažkými kovmi vedie k zmenám v konzervatívnejších pôdnych charakteristikách, ako je stav humusu, štruktúra, pH atď. Výsledkom je čiastočná a v niektorých prípadoch úplná strata úrodnosti pôdy.
- Prírodné a človekom spôsobené anomálie
Pôda na rozdiel od iných zložiek prírodného prostredia nielen geochemicky akumuluje zložky znečistenia, ale pôsobí aj ako prirodzený nárazník, ktorý riadi prenos chemických prvkov a zlúčenín do atmosféry, hydrosféry a živej hmoty.
Rôzne rastliny, zvieratá a ľudia vyžadujú pre svoj život určité zloženie pôdy a vody. V miestach geochemických anomálií dochádza k zhoršenému prenosu odchýlok od normy v minerálnom zložení v celom potravinovom reťazci. V dôsledku porúch minerálnej výživy, zmien v druhovom zložení fyto-, zoo- a mikrobiálnych spoločenstiev, chorôb voľne rastúcich foriem rastlín, poklesu množstva a kvality úrod poľnohospodárskych rastlín a produktov živočíšnej výroby, nárastom chorobnosti. medzi obyvateľstvom a dochádza k poklesu strednej dĺžky života.
Toxický účinok HM na biologické systémy je primárne spôsobený tým, že sa ľahko viažu na sulfhydrylové skupiny proteínov (vrátane enzýmov), potláčajú ich syntézu a tým narúšajú metabolizmus v organizme.
Živé organizmy si vyvinuli rôzne mechanizmy rezistencie voči HM: od redukcie HM iónov na menej toxické zlúčeniny až po aktiváciu iónových transportných systémov, ktoré efektívne a špecificky odstraňujú toxické ióny z bunky do vonkajšieho prostredia.
Najvýznamnejším dôsledkom vplyvu ťažkých kovov na živé organizmy, ktorý sa prejavuje na biogeocenotickej a biosférickej úrovni organizácie živej hmoty, je blokovanie oxidačných procesov organickej hmoty. To vedie k zníženiu rýchlosti jeho mineralizácie a akumulácie v ekosystémoch. Zvýšenie koncentrácie organickej hmoty zároveň spôsobuje jej viazanie HM, čím sa dočasne odbremení ekosystém. Pokles rýchlosti rozkladu organickej hmoty v dôsledku poklesu počtu organizmov, ich biomasy a intenzity vitálnej činnosti sa považuje za pasívnu odpoveď ekosystémov na znečistenie HM. Aktívna odolnosť organizmov voči antropogénnej záťaži sa prejavuje až pri celoživotnej akumulácii kovov v telách a kostrách. Za tento proces sú zodpovedné najodolnejšie druhy.
Odolnosť živých organizmov, predovšetkým rastlín, voči zvýšeným koncentráciám ťažkých kovov a ich schopnosť akumulovať vysoké koncentrácie kovov môžu predstavovať veľké nebezpečenstvo pre ľudské zdravie, pretože umožňujú prenikanie škodlivín do potravinových reťazcov.
- Štandardizácia obsahu ťažkých kovov v pôde a čistenie pôdy
Existujú dva hlavné prístupy k problematike sanácie pôd kontaminovaných ťažkými kovmi. Prvý je zameraný na čistenie pôdy od HM. Čistenie je možné realizovať vylúhovaním, extrakciou HM z pôdy pomocou rastlín, odstránením vrchnej kontaminovanej vrstvy pôdy atď. Druhý prístup je založený na fixácii HM v pôde, ich premene na formy, ktoré sú nerozpustné vo vode a nedostupné pre živé organizmy. Na dosiahnutie tohto cieľa sa navrhuje pridávať do pôdy organické látky, fosforečné minerálne hnojivá, iónomeničové živice, prírodné zeolity, hnedé uhlie, vápnenie pôdy atď. Každý spôsob upevnenia HM v pôde má však svoju dobu platnosti. Skôr či neskôr sa časť HM opäť začne dostávať do pôdneho roztoku a odtiaľ do živých organizmov.
- Rádionuklidy v pôdach. Jadrové znečistenie
Pôda obsahuje takmer všetky chemické prvky známe v prírode, vrátane rádionuklidov.
Rádionuklidy sú chemické prvky schopné spontánneho rozpadu s tvorbou nových prvkov, ako aj vytvorené izotopy akýchkoľvek chemických prvkov. Dôsledkom rozpadu jadra je ionizujúce žiarenie vo forme toku častíc alfa (tok jadier hélia, protónov) a beta častíc (tok elektrónov), neutrónov, gama žiarenia a röntgenového žiarenia. Tento jav sa nazýva rádioaktivita. Chemické prvky schopné samovoľného rozpadu sa nazývajú rádioaktívne. Najčastejšie používané synonymum pre ionizujúce žiarenie je rádioaktívne žiarenie.
Ionizujúce žiarenie je tok nabitých alebo neutrálnych častíc a elektromagnetických kvánt, ktorých interakcia s prostredím vedie k ionizácii a excitácii jeho atómov a molekúl. Ionizujúce žiarenie má elektromagnetickú (gama a röntgenové žiarenie) a korpuskulárne (alfa žiarenie, beta žiarenie, neutrónové žiarenie) povahu.
Gama žiarenie je elektromagnetické žiarenie spôsobené gama lúčmi (diskrétne lúče alebo kvantá nazývané fotóny), ak po rozpade alfa alebo beta zostane jadro v excitovanom stave. Gama lúče vo vzduchu môžu prejsť na veľké vzdialenosti. Vysokoenergetický fotón gama lúčov môže prechádzať ľudským telom. Intenzívne gama žiarenie môže poškodiť nielen kožu, ale aj vnútorné orgány. Pred týmto žiarením chránia husté a ťažké materiály, železo a olovo. Gama žiarenie môže byť vytvorené umelo v urýchľovačoch infikovaných častíc (mikrotrón), napríklad brzdné žiarenie gama z rýchlych elektrónov urýchľovača, keď zasiahnu cieľ.
Röntgenové žiarenie je podobné žiareniu gama. Kozmické röntgenové žiarenie je absorbované atmosférou. Röntgenové lúče sa vyrábajú umelo a spadajú do spodnej časti energetického spektra elektromagnetického žiarenia.
Rádioaktívne žiarenie je prirodzeným faktorom v biosfére pre všetky živé organizmy a aj živé organizmy samotné majú určitú rádioaktivitu. Spomedzi biosférických objektov majú pôdy najvyšší prirodzený stupeň rádioaktivity. Za týchto podmienok príroda prosperovala mnoho miliónov rokov, okrem výnimočných prípadov kvôli geochemickým anomáliám spojeným s ložiskom rádioaktívnych hornín, napríklad uránových rúd.
V 20. storočí však ľudstvo čelilo rádioaktivite, ktorá bola neúmerne vyššia ako prirodzená, a preto bola biologicky abnormálna. Ako prví trpeli nadmernými dávkami žiarenia veľkí vedci, ktorí objavili rádioaktívne prvky (rádium, polónium), manželia Marie Sklodowska-Curie a Pierre Curie. A potom: Hirošima a Nagasaki, testy atómových a jadrových zbraní, mnohé katastrofy vrátane Černobyľu atď.
Najvýznamnejšími objektmi biosféry, určujúcimi biologické funkcie všetkých živých vecí, sú pôdy.
Rádioaktivita pôd je spôsobená obsahom rádionuklidov v nich. Rozlišuje sa prirodzená a umelá rádioaktivita.
Prirodzená rádioaktivita pôd je spôsobená prírodnými rádioaktívnymi izotopmi, ktoré sú v pôde a pôdotvorných horninách vždy prítomné v rôznych množstvách. Prírodné rádionuklidy sú rozdelené do 3 skupín.
Prvá skupina zahŕňa rádioaktívne prvky - prvky, ktorých všetky izotopy sú rádioaktívne: urán (238
atď.................
