Тежките метали са може би едно от най-сериозните замърсители на почвата, което ни заплашва с множество нежелани и още повече вредни последици.

По своята същност почвата е комбинация от различни глинести минерали от органичен и неорганичен произход. В зависимост от състава на почвата, географските данни и разстоянието от промишлени зони, почвата може да съдържа различни видове тежки метали, всеки от които представлява различна степен на опасност за околната среда. Поради факта, че структурата на почвата също може да бъде различна на различни места, редокс условията, реактивността, както и механизмите на свързване на тежките метали в почвата също са различни.

Най-голямата опасност за почвата идва от техногенните фактори. Различни индустрии, чиито отпадъци са частици от тежки метали, за съжаление, са оборудвани по такъв начин, че дори и най-добрите филтри позволяват преминаването на елементи от тежки метали, които първо попадат в атмосферата и след това проникват в почвата заедно с индустриални отпадъци. Този вид замърсяване се нарича техногенно. В този случай от голямо значение са механичният състав на почвата, карбонатното съдържание и поглъщателната способност. Тежките метали се различават не само по степента на въздействие върху почвата, но и по състоянието, в което се намират в нея.

Сега е известно, че почти всички частици от тежки метали могат да присъстват в почвата следните състояния: под формата на смес от изоморфни частици, окислени, под формата на солни отлагания, в кристална решетка, разтворима форма, директно в почвения разтвор и дори като част от органичната материя. Трябва да се има предвид, че в зависимост от редокс условията, състава на почвата и нивата на въглероден диоксид, поведението на металните частици може да се промени.

Тежките метали са страшни не само поради присъствието им в състава на почвата, но и защото могат да се движат, променят и проникват в растенията, което може да причини значителна вреда заобикаляща среда. Подвижността на частиците от тежки метали може да варира в зависимост от това дали има разлика между елементите в твърдата и течната фаза. Замърсителите, в този случай елементи от тежки метали, често могат да приемат твърдо фиксирана форма, когато проникнат в почвените слоеве. В тази форма металите са недостъпни за растенията. Във всички останали случаи металите лесно проникват в растенията.

Водоразтворимите метални елементи много бързо проникват в почвата. Освен това те не само навлизат в почвения слой, но и могат да мигрират през него. От училище всеки знае, че с течение на времето в почвата се образуват нискомолекулни водоразтворими минерални съединения, които мигрират към долната част на образуванието. И заедно с тях съединенията на тежките метали мигрират, образувайки нискомолекулни комплекси, тоест преминавайки в друго състояние.

РАЗДЕЛИТЕЛ НА СТРАНИЦА-- тежки метали, който характеризира широка група замърсители, напоследък е широко разпространен. В различни научни и приложни трудове авторите тълкуват различно значението на това понятие. В това отношение количеството елементи, класифицирани като тежки метали, варира в широки граници. Като критерии за членство се използват множество характеристики: атомна маса, плътност, токсичност, разпространение в естествената среда, степен на участие в природни и създадени от човека цикли. В някои случаи определението за тежки метали включва елементи, класифицирани като крехки (например бисмут) или металоиди (например арсен).

В трудове, посветени на проблемите на замърсяването на околната среда и мониторинга на околната среда, днес тежки металивключват повече от 40 метала от периодичната таблица D.I. Менделеев с атомна маса над 50 атомни единици: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Biи др. В същото време следните условия играят важна роля при категоризирането на тежките метали: високата им токсичност за живите организми в относително ниски концентрации, както и способността за биоакумулиране и биоусилване. Почти всички метали, които попадат в това определение (с изключение на оловото, живака, кадмия и бисмута, чиято биологична роля в момента е неясна), участват активно в биологични процеси и са част от много ензими. Според класификацията на N. Reimers металите с плътност над 8 g/cm3 трябва да се считат за тежки. По този начин тежките метали включват Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.

Формално определени тежки металисъответства на голям брой елементи. Въпреки това, според изследователи, занимаващи се с практическа дейност, свързана с организиране на наблюдения на състоянието и замърсяването на околната среда, съединенията на тези елементи далеч не са еквивалентни като замърсители. Поради това в много произведения обхватът на групата тежки метали е стеснен, в съответствие с приоритетни критерии, определени от посоката и спецификата на работата. Така в вече класическите произведения на Ю.А. Израел в списъка химически вещества, които се определят в естествена среда на фонови станции в биосферни резервати, в раздел тежки металина име Pb, Hg, Cd, As.От друга страна, съгласно решението на Работната група за емисиите на тежки метали, работеща под егидата на Икономическата комисия за Европа на ООН и събираща и анализираща информация за емисиите на замърсители в европейските страни, само Zn, As, Se и Sbбяха приписани на тежки метали. Според дефиницията на Н. Раймерс, благородните и редките метали стоят отделно от тежките метали, съответно остават само Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. В приложната работа най-често се добавят тежки метали Pt, Ag, W, Fe, Au, Mn.

Металните йони са основни компоненти на естествените водни тела. В зависимост от условията на околната среда (pH, редокс потенциал, наличие на лиганди), те съществуват в различни степениокисление и са част от различни неорганични и органометални съединения, които могат да бъдат наистина разтворени, колоидно диспергирани или част от минерални и органични суспензии.

Истински разтворените форми на металите от своя страна са много разнообразни, което се свързва с процесите на хидролиза, хидролитична полимеризация (образуване на полиядрени хидроксокомплекси) и комплексообразуване с различни лиганди. Съответно, както каталитичните свойства на металите, така и тяхната достъпност за водните микроорганизми зависят от формите на тяхното съществуване във водната екосистема.

Много метали образуват доста силни комплекси с органични вещества; Тези комплекси са една от най-важните форми на миграция на елементи в природните води. Повечето органични комплекси се образуват чрез хелатния цикъл и са стабилни. Комплексите, образувани от почвени киселини със соли на желязо, алуминий, титан, уран, ванадий, мед, молибден и други тежки метали, са сравнително добре разтворими в неутрална, леко кисела и слабо алкална среда. Следователно органометалните комплекси са способни да мигрират в естествени води на много големи разстояния. Това е особено важно за слабоминерализираните и предимно повърхностни води, в които е невъзможно образуването на други комплекси.

За да се разберат факторите, които регулират концентрацията на метал в природните води, тяхната химическа реактивност, бионаличност и токсичност, е необходимо да се знае не само общото съдържание, но и съотношението на свободните и свързаните форми на метала.

Преходът на метали във водна среда във форма на метален комплекс има три последствия:

1. Може да възникне увеличение на общата концентрация на метални йони поради прехода му в разтвор от дънни утайки;

2. Мембранната пропускливост на комплексните йони може да се различава значително от пропускливостта на хидратираните йони;

3. Токсичността на метала може да се промени значително в резултат на комплексообразуването.

И така, хелатни форми Cu, Cd, Hgпо-малко токсични от свободните йони. За да се разберат факторите, които регулират концентрацията на метала в природните води, тяхната химическа реактивност, бионаличност и токсичност, е необходимо да се знае не само общото съдържание, но и съотношението на свързаните и свободните форми.

Източници на замърсяване на водите с тежки метали са отпадъчните води от галванични цехове, минни предприятия, черна и цветна металургия и машиностроителни заводи. Тежките метали се намират в торове и пестициди и могат да навлязат във водни басейни чрез селскостопански отток.

Повишените концентрации на тежки метали в естествените води често се свързват с други видове замърсяване, като подкисляване. Киселинното утаяване допринася за намаляване на рН и прехода на металите от състояние, сорбирано върху минерални и органични вещества, в свободно състояние.

На първо място, тези метали, които представляват интерес, са тези, които най-много замърсяват атмосферата поради използването им в значителни обеми в промишлени дейности и в резултат на натрупване в външна средапредставляват сериозна опасност по отношение на тяхната биологична активност и токсични свойства. Те включват олово, живак, кадмий, цинк, бисмут, кобалт, никел, мед, калай, антимон, ванадий, манган, хром, молибден и арсен.
Биогеохимични свойства на тежките метали

V - високо, U - умерено, N - ниско

Ванадий.

Ванадият се среща предимно в дисперсно състояние и се съдържа в железни руди, нефт, асфалт, битум, нефтени шисти, въглища и др. Един от основните източници на замърсяване на природните води с ванадий е нефтът и неговите рафинирани продукти.

В естествени води се среща в много ниски концентрации: в речна вода 0,2 - 4,5 μg/dm3, в морска вода - средно 2 μg/dm3

Във вода образува стабилни анионни комплекси (V4O12)4- и (V10O26)6-. При миграцията на ванадий ролята на разтворените комплексни съединения с органични вещества, особено с хуминови киселини, е значителна.

Повишените концентрации на ванадий са вредни за човешкото здраве. ПДК на ванадий е 0,1 mg/dm3 (граничният показател за опасност е санитарно-токсикологичен), ПДКв е 0,001 mg/dm3.

Естествените източници на бисмут, постъпващи в природни води, са процесите на излужване на бисмут-съдържащи минерали. Източникът на навлизане в природните води може да бъде и отпадъчна вода от фармацевтично и парфюмерийно производство, както и някои предприятия от стъкларската промишленост.

Намира се в субмикрограмови концентрации в незамърсени повърхностни води. Най-висока концентрация е установена в подпочвените води и е 20 μg/dm3, в морските води – 0,02 μg/dm3, МДК е 0,1 mg/dm3.

Основните източници на железни съединения в повърхностните води са процесите на химическо изветряне на скалите, придружени от тяхното механично разрушаване и разтваряне. В процеса на взаимодействие с минерални и органични вещества, съдържащи се в природните води, се образува сложен комплекс от железни съединения, които се намират във водата в разтворено, колоидно и суспендирано състояние. Значителни количества желязо идват от подпочвените води и от отпадъчните води от металургията, металообработването, текстилната, бояджийската и лаковата промишленост и селскостопанските води.

Фазовите равновесия зависят от химичния състав на водата, pH, Eh и до известна степен от температурата. При рутинен анализ претеглена формаизлъчват частици, по-големи от 0,45 микрона. Състои се предимно от желязосъдържащи минерали, железен оксид хидрат и железни съединения, сорбирани в суспензии. Наистина разтворените и колоидните форми обикновено се разглеждат заедно. Разтворено желязое представена от съединения в йонна форма, под формата на хидроксокомплекс и комплекси с разтворени неорганични и органични вещества на природните води. Основно Fe(II) мигрира в йонна форма, а Fe(III) при липса на комплексообразуващи вещества не може да бъде в разтворено състояние в значителни количества.

Желязото се среща главно във води с ниски стойности на Eh.

В резултат на химично и биохимично (с участието на железни бактерии) окисление Fe (II) се превръща в Fe (III), който при хидролизиране се утаява под формата на Fe (OH) 3. Както Fe(II), така и Fe(III) се характеризират с тенденция към образуване на хидроксокомплекси от типа +, 4+, +, 3+, - и други, съжителстващи в разтвор в различни концентрации в зависимост от рН и като цяло определящи състоянието на системата желязо-хидроксил. Основната форма на Fe(III) в повърхностните води са неговите комплексни съединения с разтворени неорганични и органични съединения, главно хуминови вещества. При рН = 8,0 основната форма е Fe (OH) 3. Колоидната форма на желязото е най-малко проучена, състои се от железен оксид хидрат Fe (OH) 3 и комплекси с органични вещества.

Съдържанието на желязо в повърхностните води на сушата е десети от милиграма, в близост до блатата е няколко милиграма. Повишено съдържание на желязо се наблюдава в блатните води, в които то се намира под формата на комплекси със соли на хуминови киселини - хумати. Най-високи концентрации на желязо (до няколко десетки и стотици милиграма на 1 dm3) се наблюдават в подпочвените води с ниски стойности на pH.

Като биологично активен елемент, желязото до известна степен влияе върху интензивността на развитие на фитопланктона и качествения състав на микрофлората в резервоара.

Концентрациите на желязо са обект на изразени сезонни колебания. Обикновено в резервоари с висока биологична продуктивност през периода на лятна и зимна стагнация има забележимо увеличение на концентрацията на желязо в долните слоеве на водата. Есенно-пролетното смесване на водните маси (хомотермия) се придружава от окисляването на Fe(II) до Fe(III) и утаяването на последното под формата на Fe(OH)3.

В природните води попада чрез излугване на почви, полиметални и медни руди, в резултат на разлагането на водни организми, способни да го акумулират. Кадмиевите съединения се пренасят в повърхностните води с отпадъчни води от оловно-цинкови заводи, рудообработващи предприятия, редица химически предприятия (производство на сярна киселина), галванично производство, както и с минни води. Намаляването на концентрацията на разтворените кадмиеви съединения се дължи на процесите на сорбция, утаяване на кадмиев хидроксид и карбонат и тяхното потребление от водни организми.

Разтворените форми на кадмий в природните води са предимно минерални и органоминерални комплекси. Основната суспендирана форма на кадмия са неговите сорбирани съединения. Значителна част от кадмия може да мигрира в клетките на водните организми.

В незамърсени и слабо замърсени речни води кадмий се съдържа в субмикрограмови концентрации, а в замърсени и отпадъчни води концентрацията на кадмий може да достигне десетки микрограма на 1 dm3.

Кадмиевите съединения играят важна роля в жизнените процеси на животните и хората. В повишени концентрации е токсичен, особено в комбинация с други токсични вещества.

ПДК е 0,001 mg/dm3, ПДК е 0,0005 mg/dm3 (ограничаващият признак на вредност е токсикологичен).

Кобалтовите съединения навлизат в природни води в резултат на процеси на излугване от меден пирит и други руди, от почви по време на разлагането на организми и растения, както и с отпадъчни води от металургични, металообработващи и химически заводи. Някои количества кобалт идват от почвите в резултат на разлагането на растителни и животински организми.

Кобалтовите съединения в природните води са в разтворено и суспендирано състояние, количественото съотношение между които се определя от химичния състав на водата, температурата и стойностите на pH. Разтворените форми са представени предимно от комплексни съединения, вкл. с органични вещества от природните води. Съединенията на двувалентния кобалт са най-характерни за повърхностните води. В присъствието на окислители тривалентният кобалт може да съществува в забележими концентрации.

Кобалтът е един от биологично активните елементи и винаги се намира в организма на животните и растенията. Недостатъчното съдържание на кобалт в почвите е свързано с недостатъчното съдържание на кобалт в растенията, което допринася за развитието на анемия при животните (тайгово-горска нечерноземна зона). Като част от витамин В12, кобалтът много активно влияе върху доставката на азотни вещества, повишава съдържанието на хлорофил и аскорбинова киселина, активира биосинтезата и повишава съдържанието на протеинов азот в растенията. Повишените концентрации на кобалтови съединения обаче са токсични.

В незамърсени и слабо замърсени речни води съдържанието му варира от десети до хилядни от милиграма на 1 dm3, средното съдържание в морската вода е 0,5 μg/dm3. ПДК е 0,1 mg/dm3, ПДК е 0,01 mg/dm3.

Манган

Манганът навлиза в повърхностните води в резултат на излугване на фероманганови руди и други минерали, съдържащи манган (пиролузит, псиломелан, браунит, манганит, черна охра). Значителни количества манган идват от разлагането на водни животни и растителни организми, особено синьозелени, диатомеи и висши водни растения. Мангановите съединения се отвеждат в резервоари с отпадъчни води от фабрики за обогатяване на манган, металургични заводи и предприятия. химическа индустрияи с руднични води.

Намаляването на концентрацията на манганови йони в природните води възниква в резултат на окисляването на Mn(II) до MnO2 и други високовалентни оксиди, които се утаяват. Основните параметри, които определят реакцията на окисление, са концентрацията на разтворен кислород, стойността на pH и температурата. Концентрацията на разтворените манганови съединения намалява поради усвояването им от водораслите.

Основната форма на миграция на манганови съединения в повърхностните води са суспензии, чийто състав се определя от състава на дренираните от водите скали, както и колоидни хидроксиди на тежки метали и сорбирани манганови съединения. Органичните вещества и процесите на комплексообразуване на манган с неорганични и органични лиганди са от съществено значение за миграцията на манган в разтворени и колоидни форми. Mn(II) образува разтворими комплекси с бикарбонати и сулфати. Комплексите на манган с хлорни йони са редки. Комплексните съединения на Mn(II) с органични вещества обикновено са по-малко стабилни, отколкото с други преходни метали. Те включват съединения с амини, органични киселини, аминокиселини и хуминови вещества. Mn(III) във високи концентрации може да бъде в разтворено състояние само в присъствието на силни комплексообразователи; Mn(YII) не се среща в естествени води.

В речните води съдържанието на манган обикновено варира от 1 до 160 μg/dm3, средното съдържание в морските води е 2 μg/dm3, в подземните води - n.102 - n.103 μg/dm3.

Концентрациите на манган в повърхностните води са обект на сезонни колебания.

Факторите, които определят промените в концентрациите на манган, са съотношението между повърхностния и подземния отток, интензивността на потреблението му по време на фотосинтезата, разграждането на фитопланктона, микроорганизмите и висшата водна растителност, както и процесите на отлагането му на дъното на водоемите. .

Ролята на мангана в живота на висшите растения и водораслите във водните тела е много голяма. Манганът насърчава използването на CO2 от растенията, което повишава интензивността на фотосинтезата и участва в процесите на намаляване на нитратите и усвояване на азот от растенията. Манганът подпомага прехода на активното Fe(II) към Fe(III), което предпазва клетката от отравяне, ускорява растежа на организмите и др. Важни екологични и физиологична роляманган предизвиква необходимостта от изучаване и разпространение на манган в природните води.

За водоеми за санитарно-хигиенно предназначение пределно допустимата концентрация (ПДК) (за манганови йони) е 0,1 mg/dm3.

По-долу са представени карти на разпределението на средните концентрации на метали: манган, мед, никел и олово, изградени по данни от наблюдения за 1989 - 1993 г. в 123 града. Използването на по-нови данни се приема за нецелесъобразно, тъй като поради намаляването на производството, концентрациите на суспендирани вещества и съответно на метали значително са намалели.

Въздействие върху здравето.Много метали са част от праха и имат значително въздействие върху здравето.

Манганът навлиза в атмосферата от емисии от черната металургия (60% от всички емисии на манган), машиностроенето и металообработването (23%), цветната металургия (9%) и множество малки източници, например от заваряването.

Високите концентрации на манган водят до невротоксични ефекти, прогресивно увреждане на централната нервна система и пневмония.
Най-високи концентрации на манган (0,57 - 0,66 μg/m3) се наблюдават в големите центрове на металургията: Липецк и Череповец, както и Магадан. Повечето градове с високи концентрации на Mn (0,23 - 0,69 μg/m3) са съсредоточени на Колския полуостров: Заполярни, Кандалакша, Мончегорск, Оленегорск (виж картата).

За 1991 - 1994г емисиите на манган от промишлени източници са намалели с 62%, средните концентрации с 48%.

Медта е един от най-важните микроелементи. Физиологичната активност на медта се свързва главно с включването й в активните центрове на редокс ензимите. Недостатъчното съдържание на мед в почвата влияе отрицателно върху синтеза на протеини, мазнини и витамини и допринася за безплодието на растителните организми. Медта участва в процеса на фотосинтеза и влияе върху усвояването на азот от растенията. В същото време прекомерните концентрации на мед имат неблагоприятен ефект върху растителните и животинските организми.

Cu(II) съединенията са най-разпространени в природните води. От съединенията на Cu(I) най-разпространени са Cu2O, Cu2S и CuCl, които са слабо разтворими във вода. При наличието на лиганди във водна среда, заедно с равновесието на дисоциация на хидроксид, е необходимо да се вземе предвид образуването на различни сложни форми, които са в равновесие с металните аква йони.

Основният източник на мед, постъпваща в природните води, са отпадъчните води от химическата и металургичната промишленост, минните води и алдехидните реагенти, използвани за унищожаване на водорасли. Медта може да е резултат от корозия на медни тръби и други конструкции, използвани във водоснабдителните системи. В подземните води съдържанието на мед се определя от взаимодействието на водата със скалите, които я съдържат (халкопирит, халкоцит, ковелит, борнит, малахит, азурит, хризакола, бротантин).

ПДК на мед във водата на водоемите за санитарно-битово водоползване е 0,1 mg/dm3 (ограничителният знак за опасност е общосанитарен), във водата на водоемите - 0,001 mg/dm3.

град

Норилск

Мончегорск

Красноуралск

Колчугино

Заполярни

Емисии M (хиляди тона/година) на меден оксид и средни годишни концентрации q (μg/m3) на мед.

Медта навлиза във въздуха с емисиите от металургичното производство. В твърдите емисии се съдържа главно под формата на съединения, предимно меден оксид.

Предприятията в цветната металургия представляват 98,7% от всички антропогенни емисии на този метал, от които 71% се извършват от предприятия на концерна Norilsk Nickel, разположени в Заполярни и Никел, Мончегорск и Норилск, и приблизително 25% от емисиите на мед се извършват в Ревда и Красноуралск, Колчугино и др.

Високите концентрации на мед водят до интоксикация, анемия и хепатит.

Както се вижда от картата, най-високите концентрации на мед са отбелязани в градовете Липецк и Рудная Пристан. Концентрациите на мед също са се увеличили в градовете на Колския полуостров, в Заполярни, Мончегорск, Никел, Оленегорск, както и в Норилск.

Емисиите на мед от промишлени източници са намалели с 34%, средните концентрации с 42%.

Молибден

Молибденовите съединения навлизат в повърхностните води в резултат на излугване от екзогенни минерали, съдържащи молибден. Молибденът също навлиза във водни тела с отпадъчни води от преработвателни предприятия и предприятия от цветната металургия. Намаляването на концентрациите на молибденови съединения възниква в резултат на утаяване на слабо разтворими съединения, процеси на адсорбция от минерални суспензии и консумация от растителни водни организми.

Молибденът в повърхностните води е предимно под формата MoO42-. Много е вероятно да съществува под формата на органоминерални комплекси. Възможността за известно натрупване в колоидно състояние следва от факта, че продуктите на окисление на молибденита са рохкави, фино диспергирани вещества.

В речните води молибден е установен в концентрации от 2,1 до 10,6 μg/dm3. Морската вода съдържа средно 10 µg/dm3 молибден.

В малки количества молибденът е необходим за нормалното развитие на растителни и животински организми. Молибденът е част от ензима ксантиноксидаза. При недостиг на молибден ензимът се образува в недостатъчни количества, което причинява негативни реакции в организма. В повишени концентрации молибденът е вреден. При излишък на молибден метаболизмът се нарушава.

Максимално допустимата концентрация на молибден във водоемите за санитарно-хигиенно ползване е 0,25 mg/dm3.

Арсенът навлиза в природните води от минерални извори, области на арсенова минерализация (арсенов пирит, реалгар, орпимент), както и от зони на окисляване на полиметални, медно-кобалтови и волфрамови скали. Част от арсена идва от почвите, а също и от разлагането на растителни и животински организми. Консумацията на арсен от водните организми е една от причините за намаляването на концентрацията му във водата, което се проявява най-ярко в периода на интензивно развитие на планктона.

Значителни количества арсен навлизат във водните тела от отпадъчни води от преработвателни предприятия, отпадъци от производство на багрила, цехове за кожа и пестициди, както и от земеделски земи, където се използват пестициди.

В природните води съединенията на арсена са в разтворено и суспендирано състояние, връзката между които се определя от химичния състав на водата и стойностите на pH. В разтворена форма арсенът се среща в три- и петвалентни форми, главно като аниони.

В незамърсените речни води арсенът обикновено се намира в микрограмови концентрации. IN минерални водиконцентрацията му може да достигне няколко милиграма на 1 dm3, в морските води се съдържа средно 3 μg/dm3, в подпочвените води се среща в концентрации n.105 μg/dm3. Арсеновите съединения във високи концентрации са токсични за тялото на животните и хората: те инхибират окислителните процеси и инхибират доставката на кислород към органите и тъканите.

ПДК на арсен е 0,05 mg/dm3 (пределно допустимият показател за опасност е санитарно-токсикологичен), а на арсен - 0,05 mg/dm3.

Наличието на никел в естествените води се дължи на състава на скалите, през които преминава водата: намира се на места, където се отлагат сулфидни медно-никелови руди и желязо-никелови руди. Постъпва във водата от почвите и от растителните и животинските организми при тяхното разлагане. В синьо-зелените водорасли е установено повишено съдържание на никел в сравнение с други видове водорасли. Никеловите съединения също навлизат във водни обекти с отпадъчни води от цехове за никелиране, заводи за синтетичен каучук и фабрики за концентриране на никел. Огромни емисии на никел съпътстват изгарянето на изкопаеми горива.

Концентрацията му може да намалее в резултат на утаяването на съединения като цианиди, сулфиди, карбонати или хидроксиди (с повишаване на стойностите на pH), поради консумацията му от водни организми и процеси на адсорбция.

В повърхностните води съединенията на никела са в разтворено, суспендирано и колоидно състояние, количественото съотношение между които зависи от състава на водата, температурата и стойностите на pH. Сорбенти за никелови съединения могат да бъдат железен хидроксид, органични вещества, високо диспергиран калциев карбонат и глини. Разтворените форми са основно сложни йони, най-често с аминокиселини, хуминови и фулви киселини, а също и като силен цианиден комплекс. Най-често срещаните съединения на никела в природните води са тези, в които той се намира в степен на окисление +2. Ni3+ съединения обикновено се образуват в алкална среда.

Никеловите съединения играят важна роля в хемопоетичните процеси, като катализатори. Повишеното му съдържание има специфичен ефект върху сърдечносъдова система. Никелът е един от канцерогенните елементи. Той е способен да причини респираторни заболявания. Смята се, че свободните никелови йони (Ni2+) са приблизително 2 пъти по-токсични от неговите комплексни съединения.

В незамърсени и слабо замърсени речни води концентрацията на никел обикновено варира от 0,8 до 10 μg/dm3; в замърсените възлиза на няколко десетки микрограма на 1 dm3. Средната концентрация на никел в морската вода е 2 μg/dm3, в подпочвените води - n.103 μg/dm3. В подпочвените води, измиващи никел-съдържащи скали, концентрацията на никел понякога се повишава до 20 mg/dm3.

Никелът навлиза в атмосферата от предприятията на цветната металургия, които представляват 97% от всички емисии на никел, от които 89% идват от предприятията на концерна Norilsk Nickel, разположени в Заполярни и Никел, Мончегорск и Норилск.

Повишеното съдържание на никел в околната среда води до появата на ендемични заболявания, рак на бронхите. Никеловите съединения принадлежат към канцерогените от група 1.
Картата показва няколко точки с високи средни концентрации на никел в местонахожденията на концерна Norilsk Nickel: Апатити, Кандалакша, Мончегорск, Оленегорск.

Емисиите на никел от промишлени предприятия намаляват с 28%, средните концентрации с 35%.

Емисии M (хиляди тона/година) и средни годишни концентрации q (µg/m3) на никел.

Попада в природни води в резултат на процеси на излугване на съдържащи калай минерали (каситерит, станин), както и с отпадъчни води от различни индустрии (боядисване на тъкани, синтез на органични бои, производство на сплави с добавка на калай и др.). ).

Токсичният ефект на калая е малък.

В незамърсените повърхностни води калайът се открива в субмикрограмови концентрации. В подземните води концентрацията му достига няколко микрограма на 1 dm3. Максимално допустимата концентрация е 2 mg/dm3.

Живачните съединения могат да навлязат в повърхностните води в резултат на излугване на скали в района на живачни находища (цинобър, метацинабарит, ливингстонит), по време на разлагането на водни организми, които натрупват живак. Значителни количества постъпват във водоеми с отпадъчни води от предприятия, произвеждащи бои, пестициди, фармацевтични продукти и някои експлозиви. Топлоелектрически централиИнсталациите, работещи с въглища, отделят значителни количества живачни съединения в атмосферата, които завършват във водни тела в резултат на мокро и сухо отлагане.

Намаляването на концентрацията на разтворени живачни съединения възниква в резултат на тяхното извличане от много морски и сладководни организми, които имат способността да го натрупват в концентрации, многократно по-високи от съдържанието му във вода, както и процеси на адсорбция от суспендирани вещества и дънни седименти.

В повърхностните води живачните съединения са в разтворено и суспендирано състояние. Съотношението между тях зависи от химичния състав на водата и стойностите на pH. Суспендираният живак е сорбирани живачни съединения. Разтворените форми са недисоциирани молекули, сложни органични и минерални съединения. Живакът може да присъства във водата на водните тела под формата на метилживачни съединения.

Живачните съединения са силно токсични, засягат нервната система на човека, причиняват промени в лигавицата, нарушена двигателна функция и секреция на стомашно-чревния тракт, промени в кръвта и др. Бактериалните процеси на метилиране са насочени към образуването на метилживачни съединения, които са в пъти по-токсични от минералните соли на живака Съединенията на метилживака се натрупват в рибите и могат да навлязат в човешкото тяло.

Максимално допустимата концентрация на живак е 0,0005 mg/dm3 (ограничителният знак за опасност е санитарно-токсикологичен), ПДК е 0,0001 mg/dm3.

Естествените източници на олово, постъпващо в повърхностните води, са процесите на разтваряне на ендогенни (галенит) и екзогенни (англезит, церусит и др.) минерали. Значително увеличение на съдържанието на олово в околната среда (включително в повърхностните води) се свързва с изгарянето на въглища, използването на тетраетил олово като антидетонатор в моторното гориво и изхвърлянето във водни обекти с отпадъчни води от руда преработвателни фабрики, някои металургични заводи, химически заводи, мини и др. Съществени фактори за намаляване на концентрацията на олово във водата са неговата адсорбция от суспендирани вещества и утаяване с тях в дънни утайки. Оловото, наред с други метали, се извлича и натрупва от водните организми.

Оловото се намира в естествени води в разтворено и суспендирано (сорбирано) състояние. В разтворена форма се намира под формата на минерални и органо-минерални комплекси, както и прости йони, в неразтворима форма - главно под формата на сулфиди, сулфати и карбонати.

В речните води концентрацията на олово варира от десети до единици микрограма на 1 dm3. Дори във водата на водни обекти, съседни на райони с полиметални руди, концентрацията му рядко достига десетки милиграми на 1 dm3. Само в хлоридните термални води концентрацията на олово понякога достига няколко милиграма на 1 dm3.

Лимитиращият показател за вредност на оловото е санитарно-токсикологичният. ПДК за олово е 0,03 mg/dm3, за олово 0,1 mg/dm3.

Оловото се съдържа в емисиите от металургичните, металообработващите, електротехническите, нефтохимическите и автотранспортните предприятия.

Въздействието на оловото върху здравето възниква чрез вдишване на въздух, съдържащ олово, и поглъщане на олово чрез храна, вода и прахови частици. Оловото се натрупва в тялото, в костите и повърхностните тъкани. Оловото засяга бъбреците, черния дроб, нервната система и кръвотворните органи. Възрастните хора и децата са особено чувствителни дори към ниски дози олово.

Емисии M (хиляди тона/година) и средни годишни концентрации q (µg/m3) на олово.

За седем години емисиите на олово от промишлени източници са намалели с 60% поради съкращения на производството и много затваряния на заводи. Рязкото намаляване на промишлените емисии не е придружено от намаляване на емисиите от превозните средства. Средните концентрации на олово са намалели само с 41%. Разликите в намаленията и концентрациите на емисиите на олово могат да се обяснят с недостатъчно докладване на емисиите от превозни средства през предходни години; В момента броят на автомобилите и интензивността на движението им са увеличени.

Тетраетил олово

Навлиза в природни води поради използването му като антидетонатор в моторното гориво на водни превозни средства, както и с повърхностния отток от градските райони.

Това вещество се характеризира с висока токсичност и има кумулативни свойства.

Източниците на сребро, навлизащо в повърхностните води, са подпочвените води и отпадъчните води от мини, преработвателни предприятия и фотографски предприятия. Повишеното съдържание на сребро се свързва с употребата на бактерицидни и алгицидни препарати.

В отпадъчните води среброто може да присъства в разтворена и суспендирана форма, през по-голямата частпод формата на халогенидни соли.

В незамърсени повърхностни води среброто се намира в субмикрограмови концентрации. В подпочвените води концентрацията на сребро варира от няколко до десетки микрограма на 1 dm3, в морската вода - средно 0,3 μg/dm3.

Сребърните йони са способни да унищожават бактериите и дори в малки концентрации стерилизират водата (долната граница на бактерицидния ефект на сребърните йони е 2,10-11 mol/dm3). Ролята на среброто в организма на животните и хората не е достатъчно проучена.

ПДК на среброто е 0,05 mg/dm3.

Антимонът навлиза в повърхностните води поради излугването на антимоновите минерали (стибнит, сенармонтит, валентинит, сервантит, стибиоканит) и с отпадъчни води от фабрики за каучук, стъкло, боядисване и кибрит.

В природните води съединенията на антимона са в разтворено и суспендирано състояние. При редокс условията, характерни за повърхностните води, е възможно съществуването както на тривалентен, така и на петвалентен антимон.

В незамърсените повърхностни води антимонът се намира в субмикрограмови концентрации, в морската вода концентрацията му достига 0,5 μg/dm3, в подпочвените води - 10 μg/dm3. ПДК на антимон е 0,05 mg/dm3 (граничният показател за опасност е санитарно-токсикологичен), ПДКв е 0,01 mg/dm3.

Съединенията на три- и шествалентен хром навлизат в повърхностните води в резултат на измиване от скали (хромит, крокоит, уваровит и др.). Някои количества идват от разлагането на организми и растения от почвите. Значителни количества могат да попаднат във водни обекти с отпадъчни води от цехове за галванопластика, багрилни цехове на текстилни фабрики, цехове за кожа и предприятия от химическата промишленост. Намаляване на концентрацията на хромни йони може да се наблюдава в резултат на тяхното потребление от водни организми и процеси на адсорбция.

В повърхностните води хромните съединения са в разтворено и суспендирано състояние, съотношението между които зависи от състава на водата, температурата и pH на разтвора. Суспендираните съединения на хрома са главно сорбирани съединения на хрома. Сорбентите могат да бъдат глини, железен хидроксид, високо дисперсен утаен калциев карбонат, останки от растителни и животински организми. В разтворена форма хромът може да се намери под формата на хромати и дихромати. При аеробни условия Cr(VI) се трансформира в Cr(III), чиито соли се хидролизират в неутрална и алкална среда с отделяне на хидроксид.

В незамърсените и слабо замърсени речни води съдържанието на хром варира от няколко десети от микрограма на литър до няколко микрограма на литър, а в замърсените водоеми достига няколко десетки и стотици микрограма на литър. Средната концентрация в морските води е 0,05 µg/dm3, в подпочвените води - обикновено в границите n.10 - n.102 µg/dm3.

Съединенията на Cr(VI) и Cr(III) в повишени количества имат канцерогенни свойства. По-опасни са съединенията Cr(VI).

Попада в природни води в резултат на процесите на разрушаване и разтваряне на скали и минерали, срещащи се в природата (сфалерит, цинкит, госларит, смитсонит, каламин), както и с отпадъчни води от рудообработващи фабрики и цехове за галванопластика, производство на пергаментова хартия , минерални бои, вискозни влакна и др.

Във водата съществува предимно в йонна форма или под формата на минерални и органични комплекси. Понякога се среща в неразтворими форми: като хидроксид, карбонат, сулфид и др.

В речните води концентрацията на цинк обикновено варира от 3 до 120 μg/dm3, в морските води - от 1,5 до 10 μg/dm3. Съдържанието в рудни води и особено в руднични води с ниски стойности на pH може да бъде значително.

Цинкът е един от активните микроелементи, който влияе върху растежа и нормално развитиеорганизми. В същото време много съединения на цинка са токсични, предимно неговият сулфат и хлорид.

ПДК за Zn2+ е 1 mg/dm3 (ограничаващият показател за вредност е органолептичен), ПДК за Zn2+ е 0,01 mg/dm3 (ограничаващият показател за вредност е токсикологичен).

Тежките метали вече заемат второ място по отношение на опасността, отстъпват на пестицидите и значително изпреварват такива добре познати замърсители като въглероден диоксид и сяра, а в прогнозата те трябва да станат най-опасните, по-опасни от отпадъците от атомните електроцентрали и твърдите вещества отпадъци. Замърсяването с тежки метали е свързано с широкото им използване в промишлено производствосъчетано със слаби системи за пречистване, в резултат на което тежките метали навлизат в околната среда, включително в почвата, замърсявайки я и я отравяйки.

Тежките метали са приоритетни замърсители, мониторингът на които е задължителен във всички среди. В различни научни и приложни трудове авторите тълкуват различно значението на понятието „тежки метали“. В някои случаи определението за тежки метали включва елементи, класифицирани като крехки (например бисмут) или металоиди (например арсен).

Почвата е основната среда, в която навлизат тежки метали, включително от атмосферата и водната среда. Той също така служи като източник на вторично замърсяване на повърхностния въздух и водите, които се вливат от него в Световния океан. От почвата тежките метали се абсорбират от растенията, които след това стават храна за по-високо организирани животни.
продължение
--РАЗДЕЛИТЕЛ НА СТРАНИЦА-- 3.3. Оловна токсичност
В момента оловото е на първо място сред причините за индустриални отравяния. Това се дължи на широкото му използване в различни индустрии. Изложени на олово са работниците, добиващи оловна руда, в топилни заводи за олово, при производството на батерии, при запояване, в печатници, при производството на кристално стъкло или керамични изделия, оловен бензин, оловни бои и др.. Замърсяване на атмосферния въздух с олово , почвата и водата в близост до такива индустрии, както и в близост до главни магистрали, представлява заплаха от излагане на олово на населението, живеещо в тези райони, и преди всичко на децата, които са по-чувствителни към ефектите на тежките метали.
Трябва да се отбележи със съжаление, че в Русия няма държавна политика за правно, регулаторно и икономическо регулиране на въздействието на оловото върху околната среда и общественото здраве, за намаляване на емисиите (зауствания, отпадъци) на олово и неговите съединения в околната среда, и за пълно спиране на производството на оловен бензин.

Поради изключително незадоволителна образователна работа за разясняване на населението на степента на опасност от въздействието на тежките метали върху човешкото тяло, в Русия броят на контингентите с професионален контакт с олово не намалява, а постепенно се увеличава. Случаи на хронична интоксикация с олово са регистрирани в 14 индустрии в Русия. Водещите индустрии са електротехническата промишленост (производство на батерии), приборостроенето, печатарството и цветната металургия, в които интоксикацията се причинява от превишаване на максимално допустимата концентрация (ПДК) на олово във въздуха на работната зона с 20 или повече. пъти.

Значителен източник на олово са автомобилните изгорели газове, тъй като половината Русия все още използва оловен бензин. Въпреки това металургичните предприятия, по-специално медните заводи, остават основният източник на замърсяване на околната среда. И тук има лидери. На територията на Свердловска област има 3 от най-големите източници на емисии на олово в страната: в градовете Красноуралск, Кировоград и Ревда.

Комините на Красноуралския меден завод, построен през годините на сталинската индустриализация и използващ оборудване от 1932 г., изхвърлят годишно 150-170 тона олово в града с 34 000 жители, покривайки всичко с оловен прах.

Концентрацията на олово в почвата на Красноуралск варира от 42,9 до 790,8 mg/kg с максимално допустима концентрация на ПДК = 130 μ/kg. Водни проби във водопровода на съседно село. Октябрски, захранван от подземен водоизточник, превишава максимално допустимата концентрация до два пъти.

Замърсяването на околната среда с олово се отразява на човешкото здраве. Излагането на олово нарушава женската и мъжката репродуктивна система. За жени в бременна и репродуктивна възраст повишени ниваОловото в кръвта представлява особена опасност, тъй като под въздействието на оловото се нарушава менструалната функция, преждевременните раждания, спонтанните аборти и смъртта на плода са по-чести поради проникването на олово през плацентарната бариера. Новородените имат висока смъртност.

Отравянето с олово е изключително опасно за малките деца – засяга развитието на мозъка и нервната система. Тестването на 165 деца от Красноуралск на възраст над 4 години разкрива значително забавяне умствено развитиеПри 75,7% и 6,8% от изследваните деца е установена умствена изостаналост, включително умствена изостаналост.

деца предучилищна възрастса най-податливи на вредното въздействие на оловото, тъй като тяхната нервна система все още се развива. Дори при ниски дози отравянето с олово води до намаляване на интелектуалното развитие, вниманието и способността за концентрация, изоставане в четенето и води до развитие на агресивност, хиперактивност и други проблеми в поведението на детето. Тези аномалии в развитието могат да бъдат дълготрайни и необратими. Ниското тегло при раждане, забавянето на растежа и загубата на слуха също са резултат от отравяне с олово. Високите дози интоксикация водят до умствена изостаналост, причиняват кома, конвулсии и смърт.

Бяла книга, публикувана от руски експерти, съобщава, че замърсяването с олово обхваща цялата страна и е една от многобройните екологични катастрофи в бившия Съветски съюз, които излязоха наяве през последните години. По-голямата част от територията на Русия изпитва натоварване от отлагане на олово, което надвишава критичното натоварване за нормалното функциониране на екосистемата. В десетки градове концентрациите на олово във въздуха и почвата надвишават стойностите, съответстващи на пределно допустимите концентрации.

Най-високо ниво на замърсяване на въздуха с олово, превишаващо максимално допустимата концентрация, се наблюдава в градовете Комсомолск на Амур, Тоболск, Тюмен, Карабаш, Владимир, Владивосток.

Максималните натоварвания на отлаганията на олово, водещи до деградация на земните екосистеми, се наблюдават в Московска, Владимирска, Нижни Новгородска, Рязанска, Тулска, Ростовска и Ленинградска области.

Стационарните източници са отговорни за изхвърлянето на повече от 50 тона олово под формата на различни съединения във водни тела. В същото време 7 акумулаторни завода изхвърлят 35 тона олово годишно през канализационната система. Анализът на разпределението на изхвърлянията на олово във водни обекти в Русия показва, че Ленинградска, Ярославска, Пермска, Самарска, Пензенска и Орловска области са лидери в този вид натоварване.

Страната се нуждае от спешни мерки за намаляване на замърсяването с олово, но дотук икономическа кризаРусия е засенчена от екологични проблеми. В дългогодишна индустриална депресия на Русия й липсват средствата да почисти миналото замърсяване, но ако икономиката започне да се възстановява и фабриките се върнат на работа, замърсяването може само да се влоши.
10-те най-замърсени градове в бившия СССР

(Металите са изброени в низходящ ред според нивото на приоритет за даден град)

4. Хигиена на почвата. Изхвърляне на отпадъци.
Почвата в градовете и другите населени места и техните околности отдавна се различава от естествената, биологично ценна почва, която играе важна роля за поддържане на екологичното равновесие. Почвата в градовете е подложена на същите вредни въздействия като градския въздух и хидросферата, така че значителна деградация се наблюдава навсякъде. На хигиената на почвата не се обръща достатъчно внимание, въпреки че нейното значение като един от основните компоненти на биосферата (въздух, вода, почва) и биологичен фактор на околната среда е дори по-значимо от водата, тъй като количеството на последната (предимно качеството на подпочвените води) се определя от състоянието на почвата и е невъзможно да се отделят тези фактори един от друг. Почвата има способността за биологично самопречистване: в почвата се извършва разграждането на отпадъците, които влизат в нея, и тяхната минерализация; В крайна сметка почвата компенсира загубените минерали за тяхна сметка.

Ако в резултат на претоварване на почвата се загуби някой от компонентите на нейната минерализираща способност, това неизбежно ще доведе до нарушаване на механизма за самопречистване и до пълна деградация на почвата. И напротив, създаването на оптимални условия за самопречистване на почвата спомага за поддържането на екологичното равновесие и условията за съществуване на всички живи организми, включително и на човека.

Следователно проблемът с неутрализирането на отпадъци, които имат вредни биологични ефекти, не се ограничава до въпроса за тяхното отстраняване; това е по-сложен хигиенен проблем, тъй като почвата е връзката между водата, въздуха и човека.
4.1.
Ролята на почвата в метаболизма

Биологичната връзка между почвата и човека се осъществява главно чрез метаболизма. Почвата е, така да се каже, доставчик на минерали, необходими за метаболитния цикъл, за растежа на растенията, консумирани от хората и тревопасните животни, които на свой ред се консумират от хората и месоядните животни. Така почвата дава храна на много представители на растителния и животински свят.

Следователно влошаването на качеството на почвата, намаляването на нейната биологична стойност и способността й да се самопречиства предизвикват верижна биологична реакция, която при продължително вредно въздействие може да доведе до различни здравословни нарушения сред населението. Освен това, ако процесите на минерализация се забавят, образуваните при разграждането на веществата нитрати, азот, фосфор, калий и др. могат да навлязат в подземните води, използвани за питейни цели, и да причинят сериозни заболявания (например нитратите могат да причинят метхемоглобинемия, предимно при кърмачета).

Консумацията на вода от бедна на йод почва може да причини ендемична гуша и др.
4.2.
Екологична връзка между почвата и водата и течните отпадъци (отпадъчни води)

Човек извлича от почвата водата, необходима за поддържане на метаболитните процеси и самия живот. Качеството на водата зависи от почвените условия; то винаги отразява биологичното състояние на дадена почва.

Това се отнася особено за подпочвените води, чиято биологична стойност се определя значително от свойствата на почвата и почвата, способността на последната да се самопречиства, нейната филтрационна способност, състава на нейната макрофлора, микрофауна и др.

Прякото влияние на почвата върху повърхностните води е по-малко значимо, то се свързва главно с валежите. Например, след проливни дъждове различни замърсители се измиват от почвата в открити водни тела (реки, езера), включително изкуствени торове (азот, фосфат), пестициди, хербициди; в райони с карст и напукани отлагания замърсителите могат да проникнат през пукнатини в дълбоко разположени Подпочвените води.

Неадекватното пречистване на отпадъчни води също може да причини вредни биологични ефекти върху почвата и в крайна сметка да доведе до деградация на почвата. Ето защо опазването на почвите в населените места е едно от основните изисквания за опазване на околната среда като цяло.
4.3.
Граници на натоварване на почвата с твърди отпадъци (битови и улични отпадъци, промишлени отпадъци, суха утайка, останала след утаяване на отпадъчни води, радиоактивни веществаи т.н.)

Проблемът се усложнява от факта, че в резултат на генерирането на нарастващи количества твърди отпадъци в градовете, почвата в околностите им е подложена на все по-сериозен стрес. Свойствата и съставът на почвата се влошават с все по-бързи темпове.

От 64,3 милиона тона хартия, произведена в САЩ, 49,1 милиона тона се оказват на отпадъци (от това количество 26 милиона тона се „доставят“ от домакинствата, а 23,1 милиона тона се доставят от търговските вериги).

Във връзка с гореизложеното извозването и окончателното обезвреждане на твърдите битови отпадъци представлява много значим, по-трудно изпълним хигиенен проблем в условията на нарастваща урбанизация.

Окончателното неутрализиране на твърдите отпадъци в замърсената почва изглежда възможно. Въпреки това, поради постоянно влошаващата се способност на градската почва да се самопречиства, окончателното неутрализиране на заровените в земята отпадъци е невъзможно.

Човек би могъл успешно да използва биохимичните процеси, протичащи в почвата, нейната неутрализираща и дезинфекционна способност за неутрализиране на твърдите отпадъци, но градската почва, в резултат на вековно човешко обитаване и дейност в градовете, отдавна е станала неподходяща за тази цел.

Механизмите на самопречистване и минерализация, протичащи в почвата, ролята на участващите в тях бактерии и ензими, както и междинните и крайните продукти от разграждането на веществата са добре известни. Понастоящем изследванията са насочени към идентифициране на факторите, които осигуряват биологичния баланс на естествената почва, както и към изясняване на въпроса какво количество твърди отпадъци (и какъв е техният състав) може да доведе до нарушаване на биологичния баланс на почвата.
Количество битови отпадъци(боклук) на жител на някои големи градове по света

Трябва да се отбележи, че хигиенното състояние на почвата в градовете бързо се влошава в резултат на нейното претоварване, въпреки че способността на почвата да се самопречиства е основното хигиенно изискване за поддържане на биологичното равновесие. Почвата в градовете вече не може да се справи със задачата си без човешка помощ. Единственият изход от тази ситуация е пълното обезвреждане и унищожаване на отпадъците в съответствие с хигиенните изисквания.

Следователно изграждането на комунални услуги трябва да бъде насочено към запазване на естествената способност на почвата да се самопречиства и ако тази способност вече е станала незадоволителна, тогава тя трябва да бъде възстановена изкуствено.

Най-неблагоприятно е токсичното въздействие на промишлените отпадъци, както течни, така и твърди. В почвата постъпват все повече такива отпадъци, с които тя не може да се справи. Например, в близост до заводи за производство на суперфосфат (в радиус от 3 km) е установено замърсяване на почвата с арсен. Както е известно, някои пестициди, като хлор органични съединенияВеднъж попаднали в почвата, те не се разлагат дълго време.

Подобно е положението и при някои синтетични опаковъчни материали (поливинилхлорид, полиетилен и др.).

Някои токсични съединения рано или късно попадат в подпочвените води, в резултат на което се нарушава не само биологичният баланс на почвата, но и качеството на подпочвените води се влошава до такава степен, че те вече не могат да се използват за питейна вода.
Процент от количеството основни синтетични материали, съдържащи се в битовите отпадъци (боклук)

*
Заедно с отпадъци от други термовтвърдяващи се пластмаси.
Проблемът с отпадъците се е увеличил в наши дни и защото част от отпадъците, главно човешки и животински изпражнения, се използват за наторяване на земеделски земи [изпражненията съдържат значително количество азот - 0,4-0,5%, фосфор (P203) - 0,2-0 . 6%, калий (K?0) -0,5-1,5%, въглерод -5-15%]. Този градски проблем се разпространи в околностите на града.
4.4.
Ролята на почвата в разпространението на различни болести

Почвата играе определена роля в разпространението на инфекциозни заболявания. Това беше съобщено през миналия век от Petterkoffer (1882) и Fodor (1875), които подчертаха главно ролята на почвата в разпространението на чревни заболявания: холера, коремен тиф, дизентерия и др. Те също така обърнаха внимание на факта, че някои бактериите и вирусите остават жизнеспособни и вирулентни в почвата в продължение на месеци. Впоследствие редица автори потвърждават своите наблюдения, особено по отношение на градската почва. Например, причинителят на холерата остава жизнеспособен и патогенен в подземните води от 20 до 200 дни, причинителят на коремния тиф в изпражненията - от 30 до 100 дни, а причинителят на паратиф - от 30 до 60 дни. (От гледна точка на разпространението на заразни болести градската почва представлява много по-голяма опасност от полската почва, наторена с оборски тор.)

За определяне на степента на замърсяване на почвата редица автори използват определянето на бактериалното число (Escherichia coli), както при определяне качеството на водата. Други автори смятат, че е целесъобразно да се определи и броят на термофилните бактерии, участващи в процеса на минерализация.

Разпространението на инфекциозни болести през почвата се улеснява значително от напояването на земята с отпадъчни води. В същото време се влошават минерализационните свойства на почвата. Ето защо напояването с отпадъчни води трябва да се извършва при постоянен строг санитарен надзор и само извън градската зона.

4.5.
Вредни ефекти на основните видове замърсители (твърди и течни отпадъци), водещи до деградация на почвата

4.5.1.
Неутрализиране на течните отпадъци в почвата

В редица селища, които нямат канализация, част от отпадъците, включително оборски тор, се обезвреждат в почвата.

Както знаете, това е най-простият метод за неутрализиране. Допустимо е обаче само ако става дума за биологично пълноценна почва, която е запазила способността си да се самопречиства, което не е характерно за градските почви. Ако почвата вече не притежава тези качества, тогава за да се предпази от по-нататъшно разграждане, има нужда от сложни технически структури за неутрализиране на течните отпадъци.

На някои места отпадъците се неутрализират в компостни ями. От техническа гледна точка това решение е предизвикателство. В допълнение, течностите могат да проникнат в почвата на доста големи разстояния. Задачата се усложнява допълнително от факта, че градските отпадъчни води съдържат нарастващо количество токсични промишлени отпадъци, които влошават минерализационните свойства на почвата дори в по-голяма степен, отколкото човешки и животински изпражнения. Поради това е допустимо да се изхвърлят само отпадъчни води, които са били предварително утаени в компостни ями. В противен случай се нарушава филтрационният капацитет на почвата, тогава почвата губи другите си защитни свойства, порите постепенно се запушват и т.н.

Използването на човешки изпражнения за напояване на земеделски полета представлява втори метод за неутрализиране на течните отпадъци. Този метод представлява двойна хигиенна опасност: първо, може да доведе до претоварване на почвата; второ, тези отпадъци могат да се превърнат в сериозен източник на инфекция. Следователно изпражненията трябва първо да бъдат дезинфекцирани и подложени на подходяща обработка и едва след това да се използват като тор. Тук се сблъскват две противоположни гледни точки. Според хигиенните изисквания изпражненията подлежат на почти пълно унищожаване, а от гледна точка на националната икономика представляват ценен тор. Пресни изпражнения не могат да се използват за поливане на градини и ниви, без предварително да се дезинфекцират. Ако все пак трябва да използвате пресни изпражнения, те изискват такава степен на неутрализация, че вече не представляват почти никаква стойност като тор.

Изпражненията могат да се използват като тор само в специално определени места - при постоянен санитарно-хигиенен контрол, особено върху състоянието на подпочвените води, количеството, мухите и др.

Изискванията за отстраняване и неутрализиране на животински изпражнения в почвата по принцип не се различават от изискванията за неутрализиране на човешки изпражнения.

Доскоро оборският тор представляваше в селското стопанство важен източник на ценни хранителни веществанеобходими за повишаване на плодородието на почвата. През последните години обаче оборският тор е загубил значението си, отчасти поради механизацията на селското стопанство, отчасти поради нарастващата употреба на изкуствени торове.

При липса на подходящо третиране и неутрализиране торът също е опасен, както и неутрализираните човешки изпражнения. Ето защо, преди да се изнесе на полето, торът се оставя да узрее, за да могат през това време в него да протичат необходимите биотермични процеси (при температура 60-70°C). След това торът се счита за „зрял“ и освободен от повечето патогени, които съдържа (бактерии, яйца на червеи и др.).

Трябва да се помни, че съоръженията за съхранение на тор могат да осигурят идеални места за размножаване на мухи, които допринасят за разпространението на различни чревни инфекции. Трябва да се отбележи, че мухите най-лесно избират за разплод свински тор, след това конски, овчи и накрая кравешки. Преди да транспортирате оборския тор до нивите, той трябва да се третира с инсектициди.
продължение
--РАЗДЕЛИТЕЛ НА СТРАНИЦА--

Понастоящем два различни термина са широко използвани за обозначаване на почти една и съща група химични елементи: микроелементи и тежки метали.

Микроелементите са концепция, която произхожда от геохимията и сега се използва активно в селскостопанските науки, медицината, токсикологията и санитарията. Обозначава група химични елементи, които се намират в природните обекти в много малки количества - по-малко от 0,01%, обикновено 10 -3 -10 -12%. Формално идентификацията се основава на тяхното разпространение в природата, което варира значително за различните природни среди и обекти (литосфера, педосфера, дънни седименти, хидросфера, растения, животни и др.).

Терминът „тежки метали“ до голяма степен отразява ефекта от замърсяването на околната среда и токсичните ефекти на елементите, когато навлязат в биотата. Заимстван е от техническата литература, където се използва за обозначаване на химични елементи с плътност над 5 g/cm 3 . Въз основа на този показател 43 от 84 метала, включени в периодичната таблица на елементите на Менделеев, трябва да се считат за тежки. При тази интерпретация обаче Be - 1,85 g/cm3, Al - 2,7, Sc - 3,0, Ti - 4,6, Rb - 1,5, Sr - 2,6, Y не попадат в това определение - 4,5, Cs - 1,9, Ba - 3,8 g/cm 3, което също може да бъде опасно при свръхконцентрации. Необходимостта от включване на леки токсични метали в тази група беше постигната чрез промяна на критерия за избор, когато тази групазапочна да включва елементи с атомна маса над 40. При този подход само Be и Al не бяха включени в токсикантите.

Ето защо е съвсем разумно в съвременната интерпретация на термина „тежки метали“ да се включи голяма група от токсични химични елементи, включително неметали.

Има общо над 40 тежки метала. Pb, Cd, Zn, Hg, As и Cu се считат за приоритетни замърсители, тъй като тяхното техногенно натрупване в околната среда става с много висока скорост. Тези елементи имат висок афинитет към физиологично важни органични съединения. Прекомерното им количество в организма на живите същества нарушава всички метаболитни процеси и води до сериозни заболявания при хората и животните. В същото време много от техните елементи (Co, Cu, Zn, Se, Mn) се използват доста широко в националното стопанско производство (особено в селското стопанство, медицината и др.) Под името микроелементи, както беше обсъдено по-горе.

Хром (Cr). Съдържанието на елемента в почвите зависи от съдържанието му в почвените скали.

Хромът се отличава с голямо разнообразие от степени на окисление и способността да образува сложни анионни и катионни йони (Cr (OH) 2+, CrO 4 2-, CrO 3 -). В природните съединения има валентност +3 (хромни съединения) и +6 (хромати). Повечето Cr 3+ присъстват в FeCr 2 O 4 хромат или други шпинелни минерали, в които той замества желязото и алуминия.

В почвите по-голямата част от хрома присъства под формата на Cr 3+ и е част от минерали или образува различни Cr 3+ и Fe 3+ оксиди. Хромните съединения в почвите са много стабилни, тъй като в кисела среда са инертни (при pH 5,5 почти напълно се утаяват). Поведението на хрома зависи от pH и редокс потенциала на почвите.

Органичните комплекси също оказват голямо влияние върху поведението на хрома в почвите. Важен моментв поведението на елемента, с който се свързва наличието на хром за растенията, е лекотата, с която разтворимият Cr 6+, при нормални почвени условия, се трансформира в неразтворим Cr 3+. В резултат на окислителната способност на мангановите съединения в почвите може да настъпи окисление на Cr 3+.

Хромът е важен елемент от храненето на растенията. Намаляването на мобилността на хром в почвите може да доведе до дефицит в растенията. Лесно разтворим в почви, Cr 6+ е токсичен за растенията и животните.

Варуването с използване на фосфор и органични вещества значително намалява токсичността на хрома в замърсените почви.

Олово (Pb). Съдържанието на олово в земната кора е 1,6×10 -3 тегловни процента. Естественото съдържание на олово в почвите варира от 3 до 189 mg/kg. В природни условия основната му форма е галенит PbS. Оловото присъства под формата на Pb 2+. При изветряне оловните сулфиди бавно се окисляват.

По геохимични свойства оловото е близко до групата на двувалентните алкалоземни елементи, поради което е в състояние да замени K, Ba, Sr, Ca както в минералите, така и в процеса на сорбция. Поради широкото замърсяване с олово, повечето почви, особено горните хоризонти, са обогатени с този елемент.

Сред тежките метали той е най-малко подвижен. Оловото се свързва главно с глинести минерали, манганови оксиди, железни и алуминиеви хидроксиди и органични вещества. При високо pH оловото се утаява в почвата под формата на хидроксид, фосфат и карбонат. Същите условия насърчават образуването на Pb-органични комплекси.

Нивата, при които елементът става токсичен, варират от 100-500 mg/kg. Замърсяването с олово от предприятията на цветната металургия е представено от минерални форми, а от изгорелите газове на автомобилите - халогенидни соли. Частиците от отработените газове, съдържащи Pb, са нестабилни и лесно се превръщат в оксиди, карбонати и сулфати. Замърсяването на почвата с олово е необратимо, така че натрупването на микроелемента в горния почвен хоризонт ще продължи дори и в условия на малко добавяне.

Замърсяването на почвите с олово понастоящем не е основен проблем поради неразтворимостта на адсорбираните и утаените Pb йони в почвите. Съдържанието на олово в корените на растенията обаче корелира със съдържанието му в почвите, което показва усвояването на елемента от растенията. Натрупването на олово в горния почвен хоризонт също е от голямо екологично значение, тъй като оказва силно влияние върху биологичната активност на почвите и почвената биота. Високите му концентрации могат да инхибират микробиологичните процеси, особено в почви с нисък капацитет на катионен обмен.

Кадмий (Cd). Кадмият е микроелемент. Изобилието на кадмий в земната кора е 5×10 -5 тегловни процента. Геохимията на Cd е тясно свързана с геохимията на цинка; той проявява по-голяма мобилност в кисела среда.

По време на изветряне кадмият лесно преминава в разтвор, където присъства под формата на Cd 2+. Може да образува сложни йони CdCl +, CdOH +, CdHCO 3 +, Cd (OH) 3 -, Cd (OH) 4 2-, както и органични хелати. Основен валентно състояниекадмий в естествена среда +2. Най-важните фактори, контролиращи мобилността на кадмиевите йони, са pH на околната среда и редокс потенциалът. При силно окислителни условия Cd е способен сам да образува минерали, както и да се натрупва във фосфати и биогенни утайки.

Основният фактор, определящ съдържанието на елемента в почвите, е съставът на изходните скали. Средното съдържание на кадмий в почвите е от 0,07 до 1,1 mg/kg. В същото време фоновите нива не надвишават 0,5 mg/kg, по-високите стойности са резултат от антропогенна дейност.

Водещият процес при свързването на кадмий от различни компоненти на почвата е конкурентната адсорбция върху глини. Във всяка почва активността на кадмий силно зависи от pH. Елементът е най-подвижен в кисели почви в диапазона на pH 4,5-5,5; в алкални почви е относително неподвижен. Когато pH се повиши до алкални стойности, се появява едновалентен хидроксокомплекс Cd OH +, който не може лесно да замени позиции в йонообменния комплекс.

По-вероятно е кадмият да мигрира надолу по профила, отколкото да се натрупва в горните почвени хоризонти; следователно обогатяването на горните слоеве с елемента показва замърсяване на почвата. Замърсяването на почвата с Cd е опасно за биотата. В условията на техногенно натоварване максималните нива на кадмий в почвите са характерни за райони на оловно-цинкови мини, в близост до предприятия от цветната металургия и в земеделски земи, където се използват отпадъчни води и фосфатни торове.

За да се намали токсичността на Cd в почвите, се използват методи, насочени към повишаване на рН и катионнообменния капацитет на почвите.

Живак (Hg). Живакът и неговият сулфид (цинобър) са познати на човека от древни времена. Това е единственият метал, който е в течна форма при обикновени температури. Алхимиците смятат живака за носител на метални свойства и го считат за генерал компонентвсички метали.

Важни геохимични свойства на живака са: образуването на силни връзки със сярата, образуването на органометални съединения, които са относително стабилни във водна среда, летливостта на елементарния живак. Живакът е неактивен при изветряне и се задържа от почвата главно под формата на слабо подвижни органични комплекси.

Сорбцията на Hg 2+ в почвата варира в зависимост от стойността на pH, като е максимална при pH 4-5. Средните концентрации на живак в повърхностния слой на почвата не надвишават 400 μg/kg. Фоновите нива на елемента могат да бъдат оценени като 0,n mg/kg, но точните количества са трудни за определяне поради широко разпространеното замърсяване на почвата с този метал. Замърсяването на почвата с живак е свързано с предприятия, произвеждащи тежки метали, химическо производство и използване на фунгициди.

Замърсяването на почвата с живак само по себе си не е сериозен проблем; въпреки това дори обикновените Hg соли или металният живак представляват опасност за растенията и почвената биота поради токсичните свойства на живачните пари. Консумацията на елемента от корените на растенията може да бъде сведена до минимум чрез добавяне на вар, съдържащи сяра съединения и твърди фосфати.

Арсен (As). Арсенът е известен още от древността. Аристотел и Теофраст също споменават естествени серни съединения на арсена, които са били използвани като медицински средства и бои. Средното съдържание на елемента в земната кора е 5×10 -4 тегловни процента. Характеризира се с равномерно разпределение в основните типове скали. Образува собствени минерали и е част от други. Елементът е свързан с находища на други минерали и действа като индикатор по време на геохимични проучвания. Арсеновите минерали са силно разтворими. Но интензивността на миграцията му е ниска поради активната сорбция от глинести частици, хидроксиди и органични вещества.

Общи степени на окисление на As; -3, 0, +3, +5. Комплексните аниони AsO 2 -, AsO 4 3-, NAsO 4 2-, As 2 O 3 - са най-често срещаните подвижни форми на арсена. По поведение AsO 4 3- е близък до фосфатите. Най-често срещаната форма на арсен в условията на околната среда е As 5+.

Арсенът, адсорбиран от почвата, трудно се десорбира и силата на свързване на елемента с почвата се увеличава с годините. Най-ниските нива на арсен са характерни за песъчливите почви. Максималните му концентрации са свързани с алувиални почви и почви, обогатени с органично вещество.

Токсичността на арсена в почвите може да бъде намалена по различни начини, в зависимост от източника на замърсяване и свойствата на почвата. Увеличаването на окислителното състояние на почвите и използването на вещества, които насърчават утаяването и свързването на елемента (железен сулфат, калциев карбонат) ограничават бионаличността на арсена. Прилагането на фосфорни торове също намалява доставката на елемента в биотата.

Никел (Ni). Съдържанието на никел в земната кора е 8×10 -3 тегловни процента. Разпределението на никела в земната кора е подобно на кобалта и желязото. В континенталните седименти присъства под формата на сулфиди и арсениди и често замества желязото във феромагнезиевите съединения. В съединенията никелът е предимно дву- и тривалентен.

Когато скалите изветрят, елементът лесно се освобождава и след това се утаява с оксиди на желязо и манган. Той е относително стабилен във водни разтвори и може да мигрира на големи разстояния.

В почвите никелът е тясно свързан с манганови и железни оксиди и в тази форма е най-достъпен за растенията. В горните почвени хоризонти никелът присъства в органично свързани форми, някои от които са представени от лесноразтворими хелати. Най-високото съдържание на Ni се открива в глинести и глинести почви, почви върху мафични и вулканични скали и почви, богати на органична материя.

Сега никелът се смята за сериозен замърсител. Антропогенните източници на никел водят до значителното му увеличаване в почвите. В утайките от отпадъчни води Ni присъства под формата на лесно достъпни органични хелати и може да бъде фитотоксично. Добавянето на фосфати или органична материя помага за намаляване на наличността му за растенията.

Изчисленията, извършени в Беларус, показват, че 72% арсен, 57% живак, около 99% никел, 27% кадмий, 33% хром, 27% мед, 15% олово навлизат в атмосферата на републиката само от стационарни източници за изгаряне на гориво.11% цинк. Производството на цимент въвежда значителни количества кадмий, олово и хром. Мобилните източници замърсяват атмосферата предимно с цинк и мед.

В допълнение към атмосферните отлагания, значително количество метали се въвеждат в почвата чрез използването на торове, включително такива на базата на утайки от отпадъчни води и битови отпадъци. Примесите в торовете включват кадмий, хром, мед, олово, уран, ванадий и цинк, с отпадъци от интензивно животновъдство и птицевъдство - мед и арсен, с компост и тор - кадмий, мед, никел, цинк и арсен, с пестициди - кадмий , арсен, живак, олово, манган и цинк.

Сложността на състава на почвата и широката гама от химични съединения определят възможността за едновременно възникване на различни химична реакцияи способността на твърдите почвени фази да поддържат относително постоянен състав на почвения разтвор, от който растенията директно черпят химични елементи. Тази способност за поддържане на постоянен състав на почвения разтвор се нарича буфериране на почвата. В естествена среда буферната способност на почвите се изразява в това, че при изразходване на който и да е елемент от почвения разтвор настъпва частично разтваряне на твърдите фази и концентрацията на разтвора се възстановява. Ако прекомерни количества от някакви съединения навлязат в почвения разтвор отвън, тогава твърдите фази на почвата свързват такива вещества, като отново поддържат постоянството на състава на почвения разтвор. Така че работи общо правило: буферирането на почвата се дължи на голям набор от едновременно протичащи химични реакции между почвения разтвор и твърдите части на почвата. Химическото разнообразие прави почвата устойчива на променящите се условия на околната среда или антропогенни дейности.

Съдържанието на тежки метали (ТМ) в почвите зависи, както е установено от много изследователи, от състава на първоначалните скали, чието значително разнообразие се свързва с комплекса геоложка историяразвитие на територии. Химическият състав на почвообразуващите скали, представен от продуктите на изветрянето на скалите, се определя от химичния състав на първоначалните скали и зависи от условията на супергенна трансформация.

През последните десетилетия антропогенната дейност на човечеството се включва интензивно в процесите на миграция на тежки метали в природната среда.

Една от най-важните групи токсични вещества, които замърсяват почвата, са тежките метали. Те включват метали с плътност над 8 хиляди kg / m 3 (с изключение на благородни и редки): Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Hg, Co, Sb, Sn, Be. В приложните работи Pt, Ag, W, Fe и Mn често се добавят към списъка на основните метали. Почти всички тежки метали са токсични. Антропогенното разпръскване на тази група замърсители (включително под формата на соли) в биосферата води до отравяне или заплаха от отравяне на живи същества.

Класификацията на тежките метали, влизащи в почвата от емисии, боклук, отпадъци, до класове на опасност (съгласно GOST 17.4.1.02-83. Опазване на природата. Почви) е представена в таблица. 1.

Маса 1.Класификация на химикалите по класове на опасност

Мед– е един от най-важните незаменими елементи, необходими на живите организми. В растенията той активно участва в процесите на фотосинтеза, дишане, редукция и азотфиксация. Медта е част от редица оксидазни ензими - цитохромоксидаза, церулоплазмин, супероксиддисмутаза, уратоксидаза и други, и участва в биохимичните процеси като неразделна част от ензимите, които извършват реакции на окисление на субстрати с молекулярен кислород.

Кларк в земната кора 47 mg/kg. Химически медта е ниско активен метал. Основният фактор, влияещ върху стойността на съдържанието на Cu, е концентрацията му в почвообразуващите скали. От магматичните скали най-голямо количество от елемента се натрупва в основни скали - базалти (100-140 mg/kg) и андезити (20-30 mg/kg). Покривните и льосовидни глини (20-40 mg/kg) са по-малко богати на мед. Най-ниско съдържание се наблюдава в пясъчници, варовици и гранити (5-15 mg/kg). Съдържанието на метал в глините на европейската част на Русия достига 25 mg / kg, в льосови глини - 18 mg / kg. Пясъчните глинести и песъчливите почвообразуващи скали на Алтайските планини натрупват средно 31 mg/kg мед, в южната част на Западен Сибир - 19 mg/kg.

В почвите медта е слабо мигриращ елемент, въпреки че съдържанието на подвижната форма може да бъде доста високо. Количеството подвижна мед зависи от много фактори: химичния и минералогичен състав на основната скала, pH на почвения разтвор, съдържанието на органични вещества и др. Най-голямото количество мед в почвата е свързано с оксиди на желязо, манган, хидроксиди на желязо и алуминий и особено с монтморилонит и вермикулит. Хуминовите и фулвинови киселини са способни да образуват стабилни комплекси с медта. При pH 7-8 разтворимостта на медта е най-ниска.

Максимално допустимата концентрация на мед в Русия е 55 mg/kg, максимално допустимата концентрация за песъчливи и песъчливи глинести почви е 33 mg/kg.

Данните за токсичността на елемента за растенията са оскъдни. В момента основният проблем се счита за липсата на мед в почвата или нейния дисбаланс с кобалта. Основните признаци на дефицит на мед за растенията са забавяне и след това спиране на образуването на репродуктивни органи, поява на малки зърна, празни зърна на ушите и намаляване на устойчивостта към неблагоприятни фактори на околната среда. Най-чувствителни към неговия дефицит са пшеницата, овесът, ечемикът, люцерната, цвеклото, лукът и слънчогледът.

Манганшироко разпространено в почвите, но се намира там в по-малки количества в сравнение с желязото. Манганът се намира в почвата в няколко форми. Единствените форми, достъпни за растенията, са обменните и водоразтворимите форми на манган. Наличието на манган в почвата намалява с повишаване на pH (тъй като киселинността на почвата намалява). Въпреки това рядко се срещат почви, изтощени от измиване до такава степен, че няма достатъчно наличен манган за хранене на растенията.

В зависимост от вида на почвата съдържанието на манган варира: кестен 15,5 ± 2,0 mg/kg, сива почва 22,0 ± 1,8 mg/kg, ливадна 6,1 ± 0,6 mg/kg, жълта почва 4,7 ± 3,8 mg/kg, песъчлива 6,8 ± 0,7 mg/kg.

Мангановите съединения са силни окислители. Максимално допустимата концентрация за черноземни почви е
1500 mg/kg почва.

Съдържанието на манган в растителните храни, отглеждани в ливадни, жълтоземни и песъчливи почви, корелира със съдържанието му в тези почви. Количеството манган в ежедневната диета в тези геохимични провинции е повече от 2 пъти по-малко от дневната нужда на човека и диетата на хората, живеещи в зони с кестенови и сиероземни почви.

Химическият състав на почвите в различните територии е разнороден и разпределението на химичните елементи, съдържащи се в почвите, на територията е неравномерно. Например, бидейки предимно в диспергирано състояние, тежките метали са способни да образуват локални връзки, където техните концентрации са стотици и хиляди пъти по-високи от нивата на Кларк.

За нормалното функциониране на организма са необходими редица химични елементи. Техният дефицит, излишък или дисбаланс могат да причинят заболявания, наречени микроелементози 1, или биогеохимични ендемии, които могат да бъдат както естествени, така и причинени от човека. В тяхното разпределение важна роля играят водата, както и хранителните продукти, в които химичните елементи постъпват от почвата по хранителни вериги.

Експериментално е установено, че процентното съдържание на ТМ в растенията се влияе от процента на ТМ в почвата, атмосферата и водата (в случая на водораслите). Забелязва се също, че на почви с еднакво съдържание на тежки метали една и съща култура дава различни добиви, въпреки че климатичните условия също съвпадат. Тогава е открита зависимостта на добива от киселинността на почвата.

Най-изследваните замърсявания на почвата са кадмий, живак, олово, арсен, мед, цинк и манган. Нека разгледаме замърсяването на почвата с тези метали поотделно за всеки. 2

Кадмий (Cd)

Съдържанието на кадмий в земната кора е приблизително 0,15 mg/kg. Кадмият е концентриран във вулканични (в количества от 0,001 до 1,8 mg/kg), метаморфни (в количества от 0,04 до 1,0 mg/kg) и седиментни скали (в количества от 0,1 до 11,0 mg/kg). Почвите, образувани на базата на такива изходни материали, съдържат 0,1-0,3; 0,1 - 1,0 и 3,0 - 11,0 mg/kg кадмий, съответно.

В киселите почви кадмият присъства под формата на Cd 2+, CdCl +, CdSO 4, а във варовити почви - под формата на Cd 2+, CdCl +, CdSO 4, CdHCO 3 +.

Усвояването на кадмий от растенията намалява значително, когато киселите почви се варуват. В този случай повишаването на pH намалява разтворимостта на кадмий в почвената влага, както и бионаличността на почвения кадмий. По този начин съдържанието на кадмий в листата на цвеклото върху варовити почви е по-ниско от съдържанието на кадмий в същите растения върху неваровита почва. Подобен ефект е показан за ориз и пшеница -->.

Отрицателният ефект от повишаването на pH върху наличността на кадмий е свързан с намаляване не само на разтворимостта на кадмий във фазата на почвения разтвор, но и на активността на корените, което влияе върху абсорбцията.

Кадмият е доста малко подвижен в почвите и ако към повърхността му се добави материал, съдържащ кадмий, по-голямата част от него остава недокосната.

Методите за отстраняване на замърсители от почвата включват или премахване на самия замърсен слой, отстраняване на кадмий от слоя или покриване на замърсения слой. Кадмият може да се превърне в сложни неразтворими съединения чрез налични хелатиращи агенти (напр. етилендиаминтетраоцетна киселина). .

Поради сравнително бързото усвояване на кадмий от почвата от растенията и ниската токсичност на често срещаните концентрации, кадмият може да се натрупва в растенията и да навлезе в хранителната верига по-бързо от оловото и цинка. Следователно кадмият представлява най-голямата опасност за човешкото здраве при внасяне на отпадъци в почвата.

Процедура за минимизиране на количеството кадмий, което може да навлезе в човешката хранителна верига от замърсени почви, е отглеждането в дадена растителна почва, не се използва за храна или култури, които абсорбират малки количества кадмий.

Като цяло културите, отглеждани на кисели почви, абсорбират повече кадмий от тези, отглеждани на неутрални или алкални почви. Следователно, варуване на кисели почви е ефективно средство за защитанамаляване на количеството абсорбиран кадмий.

живак (Hg)

Живакът се среща в природата под формата на метални пари Hg 0, образувани по време на изпарението му от земната кора; под формата на неорганични соли Hg(I) и Hg(II) и под формата на органично съединение на метилживак CH 3 Hg +, монометилови и диметилови производни CH 3 Hg + и (CH 3) 2 Hg.

Живакът се натрупва в горния хоризонт (0-40 cm) на почвата и слабо мигрира в по-дълбоките й слоеве. Живачните съединения са много стабилни почвени вещества. Растенията, растящи върху замърсена с живак почва, абсорбират значителни количества от елемента и го натрупват в опасни концентрации или не растат.

Олово (Pb)

Според експерименти, проведени в условия на песъчлива култура с въвеждане на прагови почвени концентрации на Hg (25 mg/kg) и Pb (25 mg/kg) и превишаване на праговите концентрации 2-20 пъти, овесените растения растат и се развиват нормално до определено ниво на замърсяване. С увеличаване на концентрацията на метали (за Pb, като се започне от доза от 100 mg/kg), на външен видрастения. При екстремни дози метали растенията умират в рамките на три седмици от началото на експериментите. Съдържанието на метали в компонентите на биомасата се разпределя в низходящ ред, както следва: корени - надземна част - зърно.

Общият внос на олово в атмосферата (и следователно частично в почвата) от автомобилния транспорт в Русия през 1996 г. се оценява на приблизително 4,0 хиляди тона, включително 2,16 хиляди тона, внесени от товарния транспорт. Максималното натоварване с олово се наблюдава в областите Москва и Самара, следвани от областите Калуга, Нижни Новгород, Владимир и други съставни единици на Руската федерация, разположени в централната част на европейската територия на Русия и Северен Кавказ. Най-високи абсолютни емисии на олово са наблюдавани в Уралския (685 t), Волжкия (651 t) и Западносибирския (568 t) райони. А най-неблагоприятното въздействие на емисиите на олово е отбелязано в Татарстан, Краснодар и Ставропол, Ростов, Москва, Ленинград, Нижни Новгород, Волгоград, Воронеж, Саратов и Самарски региони (вестник „Зелен свят“, специален брой № 28, 1997 г.).

Арсен (As)

Арсенът се намира в околната среда в различни химически стабилни форми. Неговите две основни степени на окисление са As(III) и As(V). Петвалентният арсен е често срещан в природата под формата на различни неорганични съединения, въпреки че тривалентният арсен лесно се открива във вода, особено при анаеробни условия.

Мед(Cu)

Естествените медни минерали в почвите включват сулфати, фосфати, оксиди и хидроксиди. Медните сулфиди могат да се образуват в слабо дренирани или наводнени почви, където има редуциращи условия. Медните минерали обикновено са твърде разтворими, за да останат в свободно дренирани земеделски почви. В замърсените с метали почви обаче химическата среда може да се контролира от неравновесни процеси, водещи до натрупване на метастабилни твърди фази. Предполага се, че ковелит (CuS) или халкопирит (CuFeS 2) също могат да присъстват във възстановени почви, замърсени с мед.

Следи от мед могат да се появят като изолирани сулфидни включвания в силикати и могат изоморфно да заменят катиони във филосиликати. Глинените минерали, които са с небалансиран заряд, абсорбират медта неспецифично, но оксидите и хидроксидите на желязото и мангана показват много висок специфичен афинитет към медта. Органичните съединения с високо молекулно тегло могат да бъдат твърди абсорбенти за мед, докато органичните вещества с ниско молекулно тегло са склонни да образуват разтворими комплекси.

Сложността на състава на почвата ограничава способността за количествено разделяне на медните съединения в специфични химични форми. показва -->Наличието на голяма маса медни конгломерати се открива както в органични вещества, така и в Fe и Mn оксиди. Въвеждането на съдържащи мед отпадъци или неорганични медни соли повишава концентрацията на медни съединения в почвата, които могат да бъдат извлечени с относително меки реагенти; По този начин медта може да присъства в почвата под формата на лабилни химични форми. Но лесно разтворимият и заменим елемент - медта - образува малко количество форми, способни да се абсорбират от растенията, обикновено по-малко от 5% от общото съдържание на мед в почвата.

Токсичността на медта се увеличава с повишаване на pH на почвата и когато капацитетът за катионен обмен на почвата е нисък. Обогатяването на мед чрез екстракция става само в повърхностните слоеве на почвата, а зърнените култури с дълбока коренова система не страдат от това.

Околната среда и храненето на растенията могат да повлияят на фитотоксичността на медта. Например, токсичността на медта за низинския ориз се наблюдава ясно, когато растенията се поливат със студена, а не с топла вода. Факт е, че микробиологичната активност е потисната в студена почва и създава онези редуциращи условия в почвата, които биха улеснили утаяването на медта от разтвора.

Фитотоксичността на медта възниква първоначално от излишък на налична мед в почвата и се засилва от киселинността на почвата. Тъй като медта е относително неактивна в почвата, почти цялата мед, навлизаща в почвата, остава в нея горни слоеве. Добавянето на органични вещества към замърсени с мед почви може да намали токсичността поради адсорбцията на разтворимия метал от органичния субстрат (в този случай йоните на Cu 2+ се превръщат в комплексни съединения, по-малко достъпни за растението) или чрез увеличаване на мобилността на Cu 2+ йони и извличането им от почвата под формата на разтворими органомедни комплекси.

Цинк (Zn)

Цинкът може да присъства в почвата под формата на оксосулфати, карбонати, фосфати, силикати, оксиди и хидроксиди. Тези неорганични съединения са метастабилни в добре дренирана земеделска земя. Сфалеритът ZnS изглежда е термодинамично доминиращата форма както в редуцирани, така и в окислени почви. Известна връзка на цинка с фосфора и хлора е очевидна в редуцирани седименти, замърсени с тежки метали. Следователно относително разтворими цинкови соли трябва да се намират в богати на метали почви.

Цинкът е изоморфно заменен от други катиони в силикатни минерали и може да бъде оклузиран или съутаен с манганови и железни хидроксиди. Филосиликатите, карбонатите, хидратираните метални оксиди и органичните съединения абсорбират добре цинка, като използват както специфични, така и неспецифични места на свързване.

Разтворимостта на цинка се увеличава в кисели почви, както и при комплексообразуване с органични лиганди с ниско молекулно тегло. Редуциращите условия могат да намалят разтворимостта на цинка поради образуването на неразтворим ZnS.

Фитотоксичността на цинка обикновено възниква, когато корените на растенията влязат в контакт с разтвор в почвата, който съдържа излишък от цинк. Транспортирането на цинк през почвата става чрез обмен и дифузия, като последният процес е доминиращ в почви с ниско съдържание на цинк. Метаболитният транспорт е по-значим в почви с високо съдържание на цинк, в които концентрациите на разтворим цинк са относително стабилни.

Подвижността на цинка в почвите се увеличава в присъствието на хелатиращи агенти (естествени или синтетични). Увеличаването на концентрацията на разтворим цинк, причинено от образуването на разтворими хелати, компенсира намаляването на подвижността, причинено от увеличаването на размера на молекулите. Концентрациите на цинк в растителната тъкан, общото поглъщане и симптомите на токсичност са в положителна корелация с концентрацията на цинк в разтвора, измиващ корените на растението.

Свободният Zn 2+ йон се абсорбира предимно от кореновата система на растенията, следователно образуването на разтворими хелати насърчава разтворимостта на този метал в почвите и тази реакция компенсира намалената наличност на цинк в хелатна форма.

Първоначалната форма на замърсяване с метал влияе върху потенциала за токсичност на цинка: наличността на цинк за растенията в наторени почви с еквивалентно общо съдържание на този метал намалява в реда ZnSO 4 > утайка > компост за боклук.

Повечето експерименти върху замърсяването на почвата с Zn-съдържаща утайка не показват намаляване на добива или тяхната очевидна фитотоксичност; Продължителното им прилагане при висока скорост обаче може да увреди растенията. Простото приложение на цинк под формата на ZnSO 4 води до намаляване на растежа на културите в кисели почви, докато дългосрочното му приложение в почти неутрални почви остава незабелязано.

Цинкът достига токсични нива в земеделските почви обикновено от повърхностния цинк; обикновено не прониква по-дълбоко от 15-30 см. Дълбоките корени на определени култури могат да избегнат контакт с излишния цинк поради местоположението им в незамърсена подпочва.

Варуването на почви, замърсени с цинк, намалява концентрацията на последния в полските култури. Добавките на NaOH или Ca(OH) 2 намаляват токсичността на цинка в зеленчукови култури, отглеждани върху торфени почви с високо съдържание на цинк, въпреки че в тези почви усвояването на цинк от растенията е много ограничено. Дефицитът на желязо, причинен от цинка, може да бъде елиминиран чрез добавяне на железни хелати или FeSO 4 към почвата или директно към листата. Физическото премахване или заравяне на замърсения с цинк горен слой може напълно да избегне токсичните ефекти на метала върху растенията.

Манган

В почвата манганът се намира в три степени на окисление: +2, +3, +4. В по-голямата си част този метал е свързан с първични минерали или с вторични метални оксиди. В почвата общото количество манган варира от 500 до 900 mg/kg.

Разтворимостта на Mn 4+ е изключително ниска; тривалентният манган е много нестабилен в почвите. По-голямата част от мангана в почвите присъства под формата на Mn 2+, докато в добре аерираните почви по-голямата част от него в твърдата фаза присъства под формата на оксид, в който металът е в степен на окисление IV; в слабо аерираните почви манганът бавно се възстановява от микробната среда и преминава в почвения разтвор, като по този начин става силно подвижен.

Разтворимостта на Mn 2+ се увеличава значително при ниски стойности на pH, но усвояването на манган от растенията намалява.

Манганова токсичност често възниква, когато общите нива на манган са умерени до високи, pH на почвата е доста ниско и наличието на кислород в почвата е ниско (т.е. съществуват редуциращи условия). За да се елиминират ефектите от тези условия, рН на почвата трябва да се повиши чрез варуване, да се положат усилия за подобряване на дренажа на почвата и да се намали притокът на вода, т.е. като цяло подобряват структурата на дадена почва.