2020-05-25
3092
Практическое занятие
Расчет загрязнения почв тяжелыми металлами
Цель занятия: ознакомиться с термином «тяжелые металлы» и их токсикологической характеристикой
Из большого количества загрязнителей природной среды и сельскохозяйственной продукции наибольшее распространение получили ТМ. По способности накапливаться в экосистемах и токсичности выделяют 10 приоритетных загрязнителей: ртуть, свинец, кадмий, медь, ванадий, олово, цинк, кобальт, никель и молибден. Из них ртуть, свинец, кадмий и цинк относятся к первому классу опасности.
Источники поступления ТМ в биотический круговорот формируются в результате природных (естественных) и антропогенных (деятельности человека) процессов. К основным антропогенным источникам поступления тяжелых металлов относят: теплоэлектростанции, предприятия тяжелой промышленности, автомобильный транспорт. В агроландшафты тяжелые металлы поступают из атмосферы (мокрое и сухое осаждение), с поверхностным стоком, с минеральными и органическими удобрениями, агрохимикатами, в результате эксплуатации сельскохозяйственной техники и др.
|
|
|
К тяжелым металлам относятся химические элементы, имеющие плотность более 5 /см3 или атомную массу более 50 единиц. Таких элементов около 40.
Большинство тяжелых металлов относится к группе микроэлементов, они входят в состав некоторых ферментов, которые необходимы для жизнедеятельности животных, растений, микроорганизмов. Например, медь входит в состав гемоцианина, регулирующего перенос кислорода у некоторых беспозвоночных. Цинк входит в состав тирозиназы, отвечающей за образование меланина. Марганец входит в состав фосфатазы, регулирующей развитие костей. Однако в больших количествах тяжелые металлы могут быть очень опасными для организма. По степени токсичности тяжелые металлы делятся на три класса (таблица 1).
Таблица 1- Классификация тяжелых металлов по степени токсичности
| I класс Особо токсичные | II класс Токсичные | III класс Слабо токсичные |
| As, Cd, Hg, Pb, Zn | Co, Ni, Mo, Cr, Cu | Ba, V, W, Mn, Sr |
Повышенное содержание концентраций тяжелых металлов в почве может вызывать развитие многих заболеваний:
Co – более 30 мг/кг угнетает синтез витамина С;
Cu – более 60 мг/кг приводит к поражению печени, желтухе, анемии;
Mn – более 400-3000 мг/кг вызывает заболевание костной системы;
Sr – более 600 мг/кг способствует развитию уровской болезни, рахиту, ломкости костей.
Опасность загрязнения почв тяжелыми металлами заключается еще и в том, что они очень медленно выводятся из почвы. Период полураспада тяжелых металлов колеблется в зависимости от вида элемента и почвенно-климатических условий и для некоторых составляет: Zn – 70-150 лет; Cd – 13-1100; Cu – 310-1500; Pb – 740-5900.
|
|
|
Оценка степени загрязнения почв тяжелыми металлами
Оценка степени загрязнения почв тяжелыми металлами выполняется путем сопоставления фактических значений концентраций (валовых и подвижных форм) с нормативными, на основании использования нормативных методов.
В качестве нормативных показателей используются нормированные значения концентраций ТМ в почве или фоновые концентрации. Оценка дается как по отдельным ТМ так и по суммарному индексу загрязнения. Критерием уровня загрязнения почвы является предельно допустимая концентрация (ПДК) химических веществ в пахотном горизонте почвы, которая не должна вызывать прямого или косвенного влияния на соприкасающиеся среды и здоровье человека, а также на самоочищающуюся способность почвы.
В зависимости от пути поступления загрязняющих веществ в сопредельные среды для почв существуют четыре показателя опасности и соответствующие им ПДК:
1. транслокационный отражает переход химических веществ из почвы в растения и возможность накопления токсикантов в выращиваемых продуктах питания и кормах;
2. миграционный водный характеризует поступление химических веществ из почв в грунтовые воды и водоисточники;
3. миграционный воздушный учитывает переход химических веществ из почвы в атмосферу;
4. общесанитарный характеризует влияние химических веществ на самоочищающую способность почвы и микробиоценозы.
Для определения загрязненности почв сельскохозяйственного назначения по отдельным химическим элементам проводят сравнение его фактического содержания с ПДК по валовым или подвижным формам (таблица 2).
Таблица - 2 ПДК химических веществ в почвах и допустимые уровни их содержания по показателям вредности (Госкомприрода СССР, № 02-10 51-2333 от 10.12.90)
| Наименование веществ | ПДК, мк/кг почвы с учетом фона | Показатели опасности, мг/кг | ||
| транслокационный | водный | общесанитарный | ||
| Водорастворимые формы | ||||
| Фтор | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 25,0 |
| Подвижные формы | ||||
| Медь | 3,0 | 3,5 | 72,0 | 3,0 |
| Никель | 4,0 | 6,7 | 14,0 | 4,0 |
| Цинк | 23,0 | 23,0 | 200,0 | 37,0 |
| Кобальт | 5,0 | 25,0 | >1000,0 | 5,0 |
| Фтор | 2,8 | 2,8 | - | - |
| Хром | 6,0 | - | - | 6,0 |
| Валовое содержани е* | ||||
| Сурьма | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 50,0 |
| Марганец | 1500,0 | 3500,0 | 1500,0 | 1500,0 |
| Ванадий | 150,0 | 170,0 | 350,0 | 150,0 |
| Свинец | 30,0 | 35,0 | 260,0 | 30,0 |
| Мышьяк | 2,0 | 2,0 | 15,0 | 10,0 |
| Ртуть | 2,1 | 2,1 | 33,3 | 5,0 |
| Свинец +ртуть | 20+1 | 20+1 | 30+2 | 30+2 |
| Медь* | 55,0 | - | - | - |
| Никель* | 85,0 | - | - | - |
| Цинк* | 100,0 | - | - | - |
* - валовое содержание ориентировочное
Степень опасности загрязнения почв ТМ во многом зависит от ее физико-химических свойств и гранулометрического состава. Основным показателем степени загрязнения почв тяжелыми металлами является транслокационный показатель вредности.
Расчет и оценка загрязнения почв тяжелыми металлами
Оценку степени загрязнения почв ТМ следует выполнять по их валовому содержанию и суммарному показателю загрязнения.
Расчет и оценка загрязнения почв ТМ проводится по следующей схеме:
1. Рассчитывается коэффициент концентрации каждого химического элемента (металла) (Кс):
Кс = С / Сф,
где С –фактическое содержание ТМ в почве (мг/кг); Сф – фоновое содержание ТМ в почве (мг/кг).
2. Определяется суммарный показатель загрязнения, который отражает сумму вредного воздействия группы элементов:
Zc = ∑Кс – (n - 1),
где n – число определяемых элементов.
3. определяется категория степени загрязнения по схеме оценки почв сельскохозяйственного назначения по загрязнению химическими веществами (таблица 3).
Мероприятия по очистке почв, загрязненных тяжелыми металлами
Приемы снижения токсичности загрязненных тяжелыми металлами почв делятся на профилактические и реабилитационные.
|
|
|
Профилактические приемы основаны на оптимизации технологии производства, создании замкнутых технологических циклов, а также в проведении контроля за отходами промышленного производства, вносимых в почву в качестве мелиорантов и удобрений.
Реабилитационные приемы применяются для ликвидации уже загрязненных почв и являются мерами по санации почв. Под санацией почвы понимается система методов и приемов, приводящих к снижению вредного (токсичного) воздействия ТМ или снижению содержания ТМ до фонового уровня. Санацию почв проводят методами очистки и детоксикации.
Очистка – совокупность приемов и методов, направленных на создание в почвах, подверженных загрязнению, условий, приводящих к снижению концентрации ТМ или уменьшающих содержание до фонового уровня. Она проводится путем промывок, извлечения ТМ из почвы посредством растений (фитомелиорация), удаления загрязненного слоя почвы и др.
Детоксикация – совокупность приемов и методов, приводящих к ослаблению или полному отсутствию токсического действия ТМ, а также направленных на создание в почвах условий, способствующих самоочищению. Она проводится с помощью агромелиоративных приемов (глубокая вспашка, рыхление, щелевание и т.д.), внесение органических и минеральных удобрений, сорбент-мелиорантов, композиционных смесей, а также микроорганизмов, переводящих ТМ в недоступные для растений формы.
Таблица 3 - Оценка почв сельскохозяйственного использования
