Тяжёлые металлы

Комплексы, образуемые почвенными кислотами с солями железа, алюминия, титана, урана, ванадия, меди, молибдена и других тяжелых металлов, относительно хорошо растворимы в условиях нейтральной, слабокислой и слабощелочной сред. Источниками загрязнения тяжелыми металлами служат сточные воды гальванических цехов, предприятий горнодобывающей, черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов, автотранспортное загрязнение. Тяжелые металлы входят в состав удобрений и пестицидов.

Ванадий находится преимущественно в рассеянном состоянии и обнаруживается в железных рудах, нефти, асфальтах, битумах, горючих сланцах, углях и др. Одним из главных источников загрязнения ванадием являются нефть и продукты ее переработки.

В миграции ванадия существенна роль растворенных комплексных соединений его с органическими веществами, особенно с гумусовыми кислотами.

Повышенные концентрации ванадия вредны для здоровья человека.

Кобальт относится к числу биологически активных элементов и всегда содержится в организме животных и в растениях. С недостаточным содержанием его в почвах связано недостаточное содержание кобальта в растениях, что способствует развитию малокровия у животных (таежно-лесная нечерноземная зона). Входя в состав витамина В₁₂, кобальт весьма активно влияет на поступление азотистых веществ, увеличение содержания хлорофилла и аскорбиновой кислоты, активизирует биосинтез и повышает содержание белкового азота в растениях. Вместе с тем повышенные концентрации соединений кобальта являются токсичными. ПДК кобальта в верхнем слое почвы составляет до 20 мг/кг.

Медь - один из важнейших микроэлементов. Физиологическая активность меди связана главным образом с включением ее в состав активных центров окислительно-восстановительных ферментов. Недостаточное содержание меди в почвах отрицательно влияет на синтез белков, жиров и витаминов и способствует бесплодию растительных организмов. Медь участвует в процессе фотосинтеза и влияет на усвоение азота растениями. Вместе с тем, избыточные концентрации меди оказывают неблагоприятное воздействие на растительные и животные организмы.

Тяжёлые металлы уже сейчас занимают второе место по степени опасности, уступая пестицидам и значительно опережая такие широко известные загрязнители, как двуокись углерода и серы, в прогнозе же они должны стать самыми опасными, более опасными, чем отходы АЭС и твердые отходы. Загрязнение тяжёлыми металлами связано с их широким использованием в промышленном производстве вкупе со слабыми системами очистки, в результате чего тяжёлые металлы попадают в окружающую среду, в том числе и почву, загрязняя и отравляя её.

Почва являются основной средой, в которую попадают тяжёлые металлы, в том числе из атмосферы и водной среды. Она же служит источником вторичного загрязнения приземного воздуха и вод, попадающих из неё в Мировой океан. Из почвы тяжёлые металлы усваиваются растениями, которые затем попадают в пищу более высокоорганизованным животным. Особую опасность представляют отходы гальванических производств, мышьяк-, хром -, ртутьсодержащие отходы.

Поступление в среду кадмия может быть связано с широким использованием в сельском хозяйстве фосфатов, содержащих указанный элемент в виде примеси. Кадмий гораздо более подвижен в почвах, чем свинец, и мигрирует тем легче, чем меньше слой гумуса. Активное поглощение кадмия растениями начинается при его концентрации в почве выше 5 мг/кг сухого вещества. ПДК этого металла в почве принято за 1 мг/кг.

Ртуть в культурном ландшафте появляется в результате использования ее соединений в качестве фунгицидов и при производстве целлюлозы. Не исключено попадание ртути в почву с компостом из бытового мусора, содержащего использованные люминесцентные лампы. Ртуть относится к весьма редким элементам и в природе мигрирует преимущественно в газообразном состоянии и в водных растворах. В ландшафте, в основном, рассеивается и лишь в незначительном количестве может сорбироваться глинами и илами. В чистых почвах ее содержание составляет сотые доли миллиграмма на килограмм, а в почвах интенсивного хозяйственного использования достигает миллиграммов.

Хром оказывается в окружающей среде в результате применения в качестве удобрений осадков сточных вод канализации городов с развитой часовой, кожевенной и тяжелой промышленностью, а также при известковании почв шлаками металлургических производств, содержащих этот элемент. ПДК хрома в верхнем слое почвы составляет 6 мг/кг.

Обогащение ландшафта цинком может произойти при систематическом использовании в качестве органических удобрений осадков сточных вод городов, а также при сжигании на полях отходов резины. При фоновом содержании цинка в чистых почвах от 30 до220 мг/кг, вблизи автодороги оно может составлять до 400 мг/кг.

Уран, торий, радий могут поступать в растения из почвы за счет фосфатных минеральных удобрений, а также из атмосферы в местах, где в больших количествах сжигается каменный уголь.

Стабильный стронций поступает в ландшафт с простым суперфосфатом и фосфогипсом, полученными из апатитов.

Тяжелые металлы находятся в почве в различной форме. Они могут включаться в твердую фазу почвы, находиться в виде свободных ионов в почвенных растворах, в виде растворимых органоминеральных комплексов или адсорбированными на коллоидных частицах. Сульфокислоты образуют растворимые хелаты металлов в широком диапазоне рН, увеличивая, таким образом, их растворимость. Эти комплексы, обычно, более стабильны, чем аналогичные комплексы гуминовых кислот, которые также играют роль депонента тяжелых металлов. Установлено, что продолжительность пребывания загрязняющих веществ в почвах гораздо больше, чем в атмо- или гидросфере. Накапливающиеся в почве металлы могут быть вынесены из нее при эрозии, дефляции, выщелачивании и усвоении биотой.

Реабилитация территорий.

Несмотря на наличие значительных загрязненных территорий, работы по их реабилитации в России в настоящее время проводятся в очень ограниченных масштабах. В зависимости от степени загрязнения территорий можно апробировать различные мероприятия. При высокой и очень высокой степени загрязнения могут быть использованы физические методы (удаление и захоронение загрязненных слоев почв, остекловывание, разубоживание), а также созданы искусственные геохимические барьеры вокруг загрязненных участков почв. При невысокой степени загрязнения территории могут быть использованы различные химические (известкование кислых почв, внесение минеральных или органических удобрений в отдельности или совместно, использование цеолитов, гумусовых препаратов и других поглотителей для снижения подвижности свинца в почве) и биологические приемы (выращивание растений, слабо реагирующих на избыток металлов в почве и не накапливающих его в количествах, токсичных для животных и человека; извлечение металлов из почв с помощью микроорганизмов; культивирование растений, способных аккумулировать металлы в больших количествах.

Отходы

Отходы производства и потребления являются источниками антропогенного загрязнения окружающей среды в глобальном масштабе и возникают как неизбежный результат потребительского отношения и непозволительно низкого коэффициента использования ресурсов.

Добывающая и перерабатывающая промышленность стран мира производит ежегодно более 80 млрд. т твердых отходов. Их значительная часть образует локальные скопления. Число и масса таких скоплений огромны. Отходы не только занимают большие площади, но и являются опасными источниками загрязнения окружающей среды, поскольку содержат большие количества токсичных веществ. Они постепенно распространяются под действием атмосферных факторов, горения и рассеивания при транспортировке. Положение усугубляют многочисленные свалки промышленного и бытового мусора.

Высокотемпературная переработка твердых отходов – это единственная гарантия уничтожения опаснейших биологических, биохимических, химических продуктов и супертоксикантов – диоксинов и диоксиноподобных веществ.

ДО – это супертоксиканты, особо вредные и опасные продукты синтетической химии, побочные продукты ряда химических производств и попутные микровыбросы промышленности и хозяйственной деятельности человека. В отличие от простейших диоксинов, галоидсодержащие диоксины (ДО) представляют собой хлорированные или бромированные бензольные кольца, соединенные кислородными мостиками.

Особую опасность диоксины представляют в связи с тем, что, несмотря на свою нерастворимость в чистой воде и в чистом воздухе, эти опасные вещества легко растворяется в воде, содержащей гуминовые кислоты или фульвокислоты из почвенного гумуса ввиду их высокой способности к комплексообразованию с составными частями гумуса. В почве ДО разлагаются в течение 20 – 30 лет и более,

Основными источниками диоксинов являются:

Химическая промышленность - 86%;

Целлюлозно-бумажная промышленность - 6%;

Цветная металлургия - 2-3%;

Коммунальное хозяйство - 3%;

Переработка промышленных и бытовых отходов - до 3%.

Исследования последних лет показали, что только при температуре 1200 – 1400º С в течение 4 – 7 часов происходит необратимое разрушение галоидированных ДО. Следовательно, именно переработка опасных отходов при таких условиях является наиболее экологически безопасной и экономически оправданной.

На территории России в нефтяных амбарах различных нефтеперерабатывающих предприятий накоплены сотни миллионов тонн токсичных нефтешламов. Из-за отсутствия эффективной технологии их утилизации возникла реальная угроза загрязнения почв, Химический состав нефтешламов предельно сложен и включает нефть, нефтяные эмульсии, асфальтены, гудроны, ионы металлов, механические примеси и радиоактивные элементы. Нефтешламы состоят из трех ярко выраженных фракций: водной, нефтяной и твердой.

Обычно для переработки нефтешламов используются биотехнологии, химиотехнологии, акустические, термические, чисто огневые и комбинированные технологии с низкой производительностью и высокими материальными, энергетическими и финансовыми затратами, непозволяющими осуществить полную переработку и утилизацию нефтешламов и не обеспечивающими экологическую безопасность.