2014-02-12
3496
Лекция № 5 (2ч)
План лекции:
1. Ремедиация загрязненных почв in situ.
2. Обработка удаленных почв и грунтов
Интенсивный рост промышленности и городов в последние 50—100 лет привели к необратимому загрязнению почв и грунтов на значительных территориях. Загрязненные места должны быть рано или поздно подвергнуты очистке — ремедиации (лечению). Это крайне сложная задача, так как почвы и грунты ге-терогенны и геологическая структура загрязненных территорий разнообразна. Растворимые или частично растворимые продукты могут транспортироваться на значительные расстояния в горизонтальном направлении; некоторые легкие малорастворимые соединения, попав в грунтовые воды, могут плавать на поверхности и выноситься в верхние горизонты; тяжелые компоненты, такие, как смолистые фракции нефти, могут оседать на дно и транспортироваться очень медленно. Таким образом, загрязнения могут накапливаться в разных участках, что требует специфических подходов к разработке методов ремедиации загрязненных территорий. В настоящее время существует два основных подхода к очистке загрязненных почв и грунтов — (1) обработка на месте (in situ) или (2) экскавация, т.е. вывоз и обработка на специальных предприятиях (ex situ).
Почвы являются основным ядром геохимического ландшафта. Именно в них протекают важнейшие геохимические процессы, определяющие условия миграции, рассеивания и концентрации атомов [Перельман, 1975; Глазовская, 1988, и др.]. Поэтому при геохимическом изучении ландшафтов наибольшее внимание уделяется почвам. Геохимическое картирование осуществлялось на ключевых участках по профилям, а на остальной территории - как маршрутные исследования. Изучалось содержание тяжелых металлов в различных горизонтах почв и более детально в верхнем слое.
Чаще всего в почвах отмечаются повышенные концентрации свинца, цинка, ванадия, стронция, меди и молибдена, реже - кобальта, никеля, бария и иттрия. Максимальные значения большинства химических элементов в почвах наблюдаются на территориях городов Саранск и Рузаевка. Содержание свинца и цинка на отдельных участках превышает фоновые значения более чем в 10 раз. Изменение кислотности почв в результате выпадения кислотных дождей приводит к увеличению подвижных форм тяжелых металлов, что способствует их поступлению в подземные и поверхностные воды.
На большей части Мордовии содержание химических элементов в почвах определяется естественными условиями их формирования. Техногенное загрязнение почвенного покрова отмечается около промышленных предприятий и вдоль отдельных участков автодорог.
Химические вещества, поступающие с выбросами промышленных предприятий и транспортных средств в окружающую среду, частично накапливаются в почвах и растениях, а частично с миграционными потоками поступают в поверхностные и подземные воды. В зависимости от формы, в которой находятся химические элементы, они могут растворяться или оставаться в твердой форме. В результате геохимического стока атомы мигрируют в пониженные участки местности и частично аккумулируются в донных отложениях, концентрация химических элементов в которых зависит от загрязненности водного объекта.
Наибольшее содержание химических веществ отмечается в донных от-тожениях Сурской ландшафтно-геохимической макроарены, в которой они имеют преимущественно глинистый и суглинистый характер.
Наибольшей контрастностью отличаются донные отложения рек Инсар, Нуя, Пьяна и Рудня. В районе г. Рузаевка донные отложения реки Инсар содержат аномальные концентрации цинка, свинца, галлия, кобальта, ванадия, эария, циркония, бериллия и скандия. Ниже Саранска помимо вышеперечисленных элементов отмечены повышенные концентрации олова и никеля.
В реке Пьяна и ее притоках (Пьянка и Саля) донные грунты накапливают цинк, свинец, кобальт, хром, стронций, барий, ванадий, галлий и цирконий.
Широкое распространение в Мокшинской ландшафтно-геохимической мезоарене песчаных отложений не способствует накоплению тяжелых металлов в донных отложениях. Только в реке Иссе наблюдаются аномальные концентрации свинца, цинка, галлия и бериллия, а местами - ванадия, циркония, бария и скандия.
Высокое содержание тяжелых металлов в донных отложениях рек Инсар, Нуя и Исса свидетельствует о значительной их загрязненности. Слабая защищенность грунтовых вод в ландшафтах водно-ледниковых равнин может привести к их техногенному загрязнению.
Важное значение при региональном мониторинге приобретает гидрогеохимическое обследование окружающей среды с учетом выявленных закономерностей. В качестве интегрального индикатора техногенной нагрузки на водосборы могут служить донные отложения.
1. Ремедиация загрязненных почв in situ.
В настоящее время большинство загрязненных территорий обрабатывается на месте с помощью описанных ниже методов и их комбинаций.
Вымывание загрязняющих веществ применяется в случае загрязнения почвы растворимыми веществами. Почву промывают поливом сверху и с помощью различных ирригационных приемов, часто с использованием циркуляции воды. Промывные воды собирают, обрабатывают ex situ биологическими и физико-химическими методами. При такой обработке малорастворимые соединения остаются в почве.
Внесение химических веществ, стимулирующих развитие деградирующих загрязнения микроорганизмов, применяется наиболее часто. На загрязнение почвы различными органическими веществами природа, как правило, отвечает развитием микроорганизмов, способных использовать эти вещества. Именно из загрязненных мест были выделены многие бактерии, разлагающие различные ксенобиотики, нефтепродукты и т.д. Для активации автохтонной микробной популяции в почву вносят окислители (О2, NOJ), косубстраты (мелассу, этанол и даже навозные стоки), источники азота и фосфора, эмульгаторы для ускорения транспорта и разрушения структуры липофильных загрязнений. Для внесения растворимых компонентов используют ирригационные методы. Промывные воды очищают методами анаэробной и аэробной очистки. Для улучшения аэрации производится вспашка почвы, в более глубокие слои кислород или воздух подаются под давлением через систему перфорированных труб. Этот метод обработки относительно недорог и дает хорошие результаты, но для достижения положительного эффекта иногда требуются годы. Он широко используется для очистки мест, загрязненных нефтепродуктами. Воздух, насыщенный при вентиляции почвы летучими веществами, такими, как бензол, толуол, ксилол и др., откачивают и подвергают очистке, прогоняя через воду для удаления растворимых веществ и через увлажненный микробный биофильтр. Для извлечения растворимых нефтепродуктов из почвы ее промывают водой с необходимыми добавками. Снабжение кислородом и вытеснение промывной воды мо-*ет осуществляться одновременно в циркуляционном процессе. Промывные воды очищают ex situ.
При загрязнении высокоокисленными соединениями, такими, как пентахлорфенол (пропитка деревянных конструкций), нитроароматические соединения (взрывчатые вещества), хлорированные алкены и алканы (растворители), для интенсификации деградации необходимо снабжение популяции микроорганизмов доярами электронов. Для этого используют недорогие субстраты — метанол, этанол, мелассу, которые добавляют в циркулируемую воду. В анаэробных условиях эти субстраты используются с образованием водорода, способствующего восстановительной дегалогенизации и разрыву ароматических колец. Характер загрязнений, химический состав и структура почв и грунтов определяют выбор добавок и методов обработки.
Внесение в загрязненные почвы микроорганизмов, способных разлагать соответствующие специфические вещества, применяется не часто и не всегда дает существенный эффект. Как правило, одновременно необходимо применение мер, описанных в предыдущем разделе. Тем не менее, к настоящему времени выделено и описано большое количество бактерий, способных использовать нефтяные загрязнения, ксенобиотики, токсические соединения (см. подразд. 4.1). Применение таких культур в качестве посевного материала может быть полезно в свежих загрязнениях, когда автохтонная микробная популяция еще не успела развиться или плотность ее очень низка. В любом случае необходимо обеспечить доступность загрязняющих веществ для использования их микроорганизмами. Здесь важную роль играют дисперсия и растворение загрязнителей, а также снабжение микроорганизмов источниками азота и фосфора. Их недостаток лимитирует микробный метаболизм и рост, а это, в свою очередь, ограничивает процесс биодеградации.
