Teški metali su, možda, jedno od najozbiljnijih onečišćenja tla, koje nam prijeti nizom nepoželjnih, štoviše, štetnih posljedica.

Tlo je po svojoj prirodi kombinacija raznih glinenih minerala organskog i anorganskog podrijetla. Ovisno o sastavu tla, geografskim podacima, kao i udaljenosti od industrijskih područja, u tlu se mogu nalaziti različite vrste teških metala, od kojih svaka predstavlja određeni stupanj opasnosti za okoliš. S obzirom na to da na različitim mjestima struktura tla može biti različita, različiti su i redoks uvjeti, reaktivnost, kao i mehanizmi vezivanja teških metala u tlu.

Najveću opasnost za tlo predstavljaju tehnogeni čimbenici. Razne industrije, čiji su otpad čestice teških metala, nažalost, opremljene su tako da i najbolji filtri propuštaju elemente teških metala koji najprije završavaju u atmosferi, a zatim zajedno s industrijskim otpadom prodiru u tlo. . Ova vrsta onečišćenja naziva se umjetno izazvana. Pri tome je od velike važnosti mehanički sastav tla, sadržaj karbonata i sposobnost upijanja. Teški metali razlikuju se ne samo po stupnju utjecaja na tlo, već i po stanju u kojem se u njemu nalaze.

Danas je poznato da se gotovo sve čestice teških metala mogu naći u tlu sljedeća stanja: u obliku smjese izomorfnih čestica, oksidirano, u obliku naslaga soli, u kristalnoj rešetki, topljivo u obliku, izravno u otopini tla, pa čak i biti dio organske tvari. Pritom treba uzeti u obzir da se, ovisno o redoks uvjetima, sastavu tla i razini sadržaja ugljičnog dioksida, ponašanje metalnih čestica može promijeniti.

Teški metali su strašni ne samo zbog svoje prisutnosti u sastavu tla, već i zato što se mogu kretati, mijenjati i prodrijeti u biljke, što može uzrokovati značajnu štetu. okoliš. Mobilnost čestica teških metala može varirati ovisno o tome postoji li razlika između elemenata u čvrstoj i tekućoj fazi. Zagađivači, u ovom slučaju elementi teških metala, često mogu poprimiti čvrsto fiksiran oblik kada prodru u slojeve tla. U ovom obliku metali nisu dostupni biljkama. U svim drugim slučajevima, metali lako prodiru u biljke.

Metalni elementi topivi u vodi vrlo brzo prodiru u tlo. Štoviše, oni ne ulaze samo u sloj tla, već mogu i migrirati kroz njega. Iz školskih lekcija svi znaju da se s vremenom u tlu stvaraju niskomolekularni mineralni spojevi topljivi u vodi, koji migriraju u donji dio rezervoara. A zajedno s njima migriraju i spojevi teških metala, tvoreći niskomolekularne komplekse, odnosno prelazeći u drugo stanje.

PRIJELOM STRANICE-- teški metali, koji karakterizira široku skupinu zagađivača, nedavno je postao široko rasprostranjen. U raznim znanstvenim i primijenjenim radovima autori na različite načine tumače značenje ovog pojma. U tom smislu, broj elemenata koji se pripisuju skupini teških metala varira u širokom rasponu. Kao kriterij pripadnosti koriste se brojne karakteristike: atomska masa, gustoća, toksičnost, rasprostranjenost u prirodnom okolišu, stupanj uključenosti u prirodne i tehnogene cikluse. U nekim slučajevima, definicija teških metala uključuje elemente koji su krti (na primjer, bizmut) ili metaloide (na primjer, arsen).

U radovima posvećenim problemima onečišćenja okoliša i praćenja okoliša, do danas, do teški metali uključuju više od 40 metala periodnog sustava D.I. Mendeljejev s atomskom masom većom od 50 atomskih jedinica: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi i dr. U isto vrijeme, sljedeći uvjeti igraju važnu ulogu u kategorizaciji teških metala: njihova visoka toksičnost za žive organizme u relativno niskim koncentracijama, kao i njihova sposobnost bioakumulacije i biomagnifikacije. Gotovo svi metali koji potpadaju pod ovu definiciju (s izuzetkom olova, žive, kadmija i bizmuta, čija je biološka uloga trenutno nejasna) aktivno su uključeni u biološke procese i dio su mnogih enzima. Prema klasifikaciji N. Reimersa, metale gustoće veće od 8 g/cm3 treba smatrati teškima. Dakle, teški metali su Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.

Formalno definiran teški metali odgovara velikom broju elemenata. Međutim, prema istraživačima uključenim u praktične aktivnosti vezane uz organizaciju promatranja stanja i onečišćenja okoliša, spojevi ovih elemenata daleko su od ekvivalenta zagađivača. Stoga u mnogim radovima dolazi do sužavanja opsega skupine teških metala, sukladno kriterijima prioriteta, zbog usmjerenja i specifičnosti rada. Dakle, u već klasičnim djelima Yu.A. Izrael na listi kemijske tvari, koji se utvrđuje u prirodnom okruženju na pozadinskim postajama u rezervatima biosfere, u odjeljku teški metali imenovani Pb, Hg, Cd, As. S druge strane, prema odluci Task Force on Heavy Metal Emissions, koja djeluje pod okriljem Ekonomske komisije Ujedinjenih naroda za Europu i prikuplja i analizira podatke o emisijama onečišćujućih tvari u europskim zemljama, samo Zn, As, Se i Sb bili su dodijeljeni teški metali. Prema definiciji N. Reimersa, plemeniti i rijetki metali izdvajaju se od teških metala, odnosno ostaju samo Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. U primijenjenom radu najčešće se dodaju teški metali Pt, Ag, W, Fe, Au, Mn.

Metalni ioni nezamjenjivi su sastojci prirodnih vodenih tijela. Ovisno o uvjetima okoline (pH, redoks potencijal, prisutnost liganada), oni postoje u različitim stupnjevima oksidacije i dio su raznih anorganskih i organometalnih spojeva, koji mogu biti istinski otopljeni, koloidno-dispergirani ili biti dio mineralnih i organskih suspenzija.

Stvarno otopljeni oblici metala su pak vrlo raznoliki, što je povezano s procesima hidrolize, hidrolitičke polimerizacije (stvaranje polinuklearnih hidrokso kompleksa) i kompleksiranja s različitim ligandima. Prema tome, i katalitička svojstva metala i dostupnost vodenim mikroorganizmima ovise o oblicima njihovog postojanja u vodenom ekosustavu.

Mnogi metali tvore prilično jake komplekse s organskom tvari; ovi kompleksi su jedan od najvažnijih oblika migracije elemenata u prirodnim vodama. Većina organskih kompleksa nastaje kelatnim ciklusom i stabilni su. Kompleksi koje stvaraju kiseline tla sa solima željeza, aluminija, titana, urana, vanadija, bakra, molibdena i drugih teških metala relativno su dobro topljivi u neutralnim, slabo kiselim i slabo alkalnim medijima. Stoga su organometalni kompleksi sposobni migrirati u prirodnim vodama na vrlo velike udaljenosti. To je posebno važno za slabomineralizirane i prije svega površinske vode, u kojima je nemoguće stvaranje drugih kompleksa.

Za razumijevanje čimbenika koji reguliraju koncentraciju metala u prirodnim vodama, njihovu kemijsku reaktivnost, bioraspoloživost i toksičnost, potrebno je poznavati ne samo ukupni sadržaj, već i udio slobodnih i vezanih oblika metala.

Prijelaz metala u vodenom mediju u oblik metalnog kompleksa ima tri posljedice:

1. Može doći do povećanja ukupne koncentracije metalnih iona zbog njegovog prelaska u otopinu iz pridnenih sedimenata;

2. Propusnost membrane kompleksnih iona može se značajno razlikovati od propusnosti hidratiziranih iona;

3. Toksičnost metala kao rezultat kompleksiranja može se jako promijeniti.

Dakle, kelatni oblici Cu, Cd, Hg manje toksični od slobodnih iona. Za razumijevanje čimbenika koji reguliraju koncentraciju metala u prirodnim vodama, njihovu kemijsku reaktivnost, bioraspoloživost i toksičnost, potrebno je poznavati ne samo ukupni sadržaj, već i udio vezanih i slobodnih oblika.

Izvori onečišćenja voda teškim metalima su otpadne vode iz cinčaonica, rudarstva, crne i obojene metalurgije te strojogradnje. Teški metali nalaze se u gnojivima i pesticidima i mogu ući u vodena tijela zajedno s otjecanjem s poljoprivrednog zemljišta.

Povećanje koncentracije teških metala u prirodnim vodama često je povezano s drugim vrstama onečišćenja, poput zakiseljavanja. Taloženje kiselog taloženja pridonosi smanjenju pH vrijednosti i prijelazu metala iz stanja adsorbiranog na mineralne i organske tvari u slobodno stanje.

Prije svega, od interesa su oni metali koji u najvećoj mjeri zagađuju atmosferu zbog njihove upotrebe u značajnim količinama u proizvodnim aktivnostima i kao rezultat nakupljanja u vanjsko okruženje predstavljaju ozbiljnu opasnost u smislu svoje biološke aktivnosti i toksičnih svojstava. Tu spadaju olovo, živa, kadmij, cink, bizmut, kobalt, nikal, bakar, kositar, antimon, vanadij, mangan, krom, molibden i arsen.
Biogeokemijska svojstva teških metala

H - visoka, Y - umjerena, H - niska

Vanadij.

Vanadij je pretežno u raspršenom stanju i nalazi se u željeznim rudama, nafti, asfaltu, bitumenu, uljnom škriljevcu, ugljenu itd. Jedan od glavnih izvora onečišćenja prirodnih voda vanadijem je nafta i njeni proizvodi.

U prirodnim vodama nalazi se u vrlo niskim koncentracijama: u riječnoj vodi 0,2 - 4,5 µg/dm3, u morskoj vodi - prosječno 2 µg/dm3

U vodi stvara stabilne anionske komplekse (V4O12)4- i (V10O26)6-. U migraciji vanadija bitna je uloga njegovih otopljenih kompleksnih spojeva s organskim tvarima, posebice s huminskim kiselinama.

Povišene koncentracije vanadija štetne su za ljudsko zdravlje. MDKv vanadija je 0,1 mg/dm3 (granični pokazatelj štetnosti je sanitarno-toksikološki), MDKv je 0,001 mg/dm3.

Prirodni izvori ulaska bizmuta u prirodne vode su procesi ispiranja minerala koji sadrže bizmut. Izvor ulaska u prirodne vode mogu biti i otpadne vode farmaceutske i parfemske industrije, nekih poduzeća staklarske industrije.

Nalazi se u nezagađenim površinskim vodama u submikrogramskim koncentracijama. Najveća koncentracija utvrđena je u podzemnim vodama i iznosi 20 µg/dm3, u morskim vodama 0,02 µg/dm3, MDKv iznosi 0,1 mg/dm3

Glavni izvori spojeva željeza u površinskim vodama su procesi kemijskog trošenja stijena, praćeni njihovim mehaničkim razaranjem i otapanjem. U procesu interakcije s mineralnim i organskim tvarima sadržanim u prirodnim vodama, nastaje složen kompleks spojeva željeza koji se u vodi nalaze u otopljenom, koloidnom i suspendiranom stanju. Značajne količine željeza dolaze s podzemnim otjecanjem i s otpadnim vodama iz poduzeća metalurške, metaloprerađivačke, tekstilne industrije, industrije boja i lakova te s poljoprivrednim otpadnim vodama.

Fazne ravnoteže ovise o kemijskom sastavu vode, pH, Eh i donekle o temperaturi. U rutinskoj analizi ponderirani oblik emitiraju čestice veličine veće od 0,45 mikrona. To su pretežno minerali koji sadrže željezo, hidrat željeznog oksida i spojevi željeza adsorbirani na suspenzijama. Stvarno otopljeni i koloidni oblik obično se razmatraju zajedno. Otopljeno željezo predstavljena spojevima u ionskom obliku, u obliku hidroksokompleksa i kompleksa s otopljenim anorganskim i organskim tvarima prirodnih voda. U ionskom obliku migrira uglavnom Fe(II), a Fe(III) u nedostatku kompleksirajućih tvari ne može biti u značajnijoj količini u otopljenom stanju.

Željezo se nalazi uglavnom u vodama s niskim vrijednostima Eh.

Kao rezultat kemijske i biokemijske (uz sudjelovanje bakterija željeza) oksidacije, Fe(II) prelazi u Fe(III), koji se hidrolizom taloži u obliku Fe(OH)3. I Fe(II) i Fe(III) teže stvaranju hidrokso kompleksa tipa +, 4+, +, 3+, - i drugi koji koegzistiraju u otopini u različitim koncentracijama ovisno o pH i općenito određuju stanje sustava željezo-hidroksil. Glavni oblik pojave Fe(III) u površinskim vodama su njegovi kompleksni spojevi s otopljenim anorganskim i organskim spojevima, uglavnom humusnim tvarima. Pri pH = 8,0 glavni oblik je Fe(OH)3.Koloidni oblik željeza je najmanje proučavan, to je željezov oksid hidrat Fe(OH)3 i kompleksi s organskim tvarima.

Sadržaj željeza u površinskim vodama kopna je desetinke miligrama, u blizini močvara - nekoliko miligrama. Povećan sadržaj željeza uočen je u močvarnim vodama, u kojima se ono nalazi u obliku kompleksa sa solima huminskih kiselina - humatima. Najveće koncentracije željeza (do nekoliko desetaka i stotina miligrama po 1 dm3) zabilježene su u podzemnim vodama s niskim pH vrijednostima.

Kao biološki aktivan element, željezo u određenoj mjeri utječe na intenzitet razvoja fitoplanktona i kvalitativni sastav mikroflore u rezervoaru.

Koncentracije željeza podložne su izraženim sezonskim fluktuacijama. Obično se u akumulacijama s visokom biološkom produktivnošću, tijekom razdoblja ljetne i zimske stagnacije, primjećuje povećanje koncentracije željeza u pridnenim slojevima vode. Jesensko-proljetno miješanje vodenih masa (homotermija) praćeno je oksidacijom Fe(II) u Fe(III) i taloženjem potonjeg u obliku Fe(OH)3.

U prirodne vode dospijeva tijekom ispiranja tla, polimetalnih i bakrenih ruda, kao rezultat razgradnje vodenih organizama sposobnih da ga akumuliraju. Spojevi kadmija prenose se u površinske vode s otpadnim vodama iz tvornica olovo-cinka, obogaćivačkih postrojenja, niza kemijskih poduzeća (proizvodnja sumporne kiseline), galvanske proizvodnje, a također i s vodama rudnika. Smanjenje koncentracije otopljenih spojeva kadmija nastaje zbog procesa sorpcije, taloženja kadmijeva hidroksida i karbonata te njihove konzumacije od strane vodenih organizama.

Otopljeni oblici kadmija u prirodnim vodama uglavnom su mineralni i organo-mineralni kompleksi. Glavni suspendirani oblik kadmija su njegovi adsorbirani spojevi. Značajan dio kadmija može migrirati unutar stanica vodenih organizama.

U riječnim nezagađenim i neznatno onečišćenim vodama kadmij se nalazi u submikrogramskim koncentracijama, au onečišćenim i otpadnim vodama koncentracija kadmija može doseći desetke mikrograma po 1 dm3.

Spojevi kadmija imaju važnu ulogu u životu životinja i ljudi. Toksičan je u visokim koncentracijama, osobito u kombinaciji s drugim otrovnim tvarima.

MDKv je 0,001 mg/dm3, MDKvr je 0,0005 mg/dm3 (limitirajući znak štetnosti je toksikološki).

Spojevi kobalta ulaze u prirodne vode kao rezultat ispiranja iz bakrenog pirita i drugih ruda, iz tla tijekom razgradnje organizama i biljaka, kao i s otpadnim vodama iz metalurških, metaloprerađivačkih i kemijskih postrojenja. Neke količine kobalta dolaze iz tla kao rezultat razgradnje biljnih i životinjskih organizama.

Spojevi kobalta u prirodnim vodama nalaze se u otopljenom i suspendiranom stanju, čiji je količinski omjer određen kemijskim sastavom vode, temperaturom i pH vrijednostima. Otopljeni oblici predstavljeni su uglavnom složenim spojevima, uklj. s organskom tvari u prirodnim vodama. Dvovalentni spojevi kobalta najkarakterističniji su za površinske vode. U prisutnosti oksidirajućih sredstava, trovalentni kobalt može postojati u značajnim koncentracijama.

Kobalt je jedan od biološki aktivnih elemenata i uvijek se nalazi u tijelu životinja i biljaka. Nedovoljan sadržaj kobalta u biljkama povezan je s njegovim nedovoljnim sadržajem u tlu, što pridonosi razvoju anemije kod životinja (tajga-šumska zona nečernozema). Kao dio vitamina B12, kobalt ima vrlo aktivan učinak na unos dušičnih tvari, povećanje sadržaja klorofila i askorbinske kiseline, aktivira biosintezu i povećava sadržaj proteinskog dušika u biljkama. Međutim, povišene koncentracije spojeva kobalta su toksične.

U nezagađenim i neznatno onečišćenim riječnim vodama njegov sadržaj varira od desetinki do tisućinki miligrama po 1 dm3, prosječni sadržaj u morskoj vodi je 0,5 μg/dm3. MDKv je 0,1 mg/dm3, MDKv je 0,01 mg/dm3.

Mangan

Mangan ulazi u površinske vode kao rezultat ispiranja feromanganskih ruda i drugih minerala koji sadrže mangan (piroluzit, psilomelan, braunit, manganit, crni oker). Značajne količine mangana potječu od razgradnje vodenih životinja i biljnih organizama, osobito modrozelenih, dijatomeja i viših vodenih biljaka. Spojevi mangana ispuštaju se u rezervoare s otpadnom vodom iz tvornica za preradu mangana, metalurških tvornica i poduzeća kemijska industrija i rudničkih voda.

Smanjenje koncentracije iona mangana u prirodnim vodama nastaje kao posljedica oksidacije Mn(II) u MnO2 i druge visokovalentne okside koji se talože. Glavni parametri koji određuju reakciju oksidacije su koncentracija otopljenog kisika, pH vrijednost i temperatura. Koncentracija otopljenih spojeva mangana smanjuje se zbog njihovog iskorištavanja od strane algi.

Glavni oblik migracije spojeva mangana u površinskim vodama su suspenzije, čiji je sastav pak određen sastavom stijena dreniranih vodama, kao i koloidni hidroksidi teških metala i sorbirani spojevi mangana. Bitnu važnost u migraciji mangana u otopljenom i koloidnom obliku imaju organske tvari i procesi kompleksnog stvaranja mangana s anorganskim i organskim ligandima. Mn(II) tvori topive komplekse s bikarbonatima i sulfatima. Rijetki su kompleksi mangana s kloridnim ionom. Kompleksni spojevi Mn(II) s organskim tvarima obično su manje stabilni nego s drugim prijelaznim metalima. Tu spadaju spojevi s aminima, organskim kiselinama, aminokiselinama i humusnim tvarima. Mn(III) u povišenim koncentracijama može biti u otopljenom stanju samo u prisutnosti jakih kompleksirajućih agenasa, Mn(YII) se ne pojavljuje u prirodnim vodama.

U riječnim vodama sadržaj mangana obično se kreće od 1 do 160 µg/dm3, prosječni sadržaj u morskim vodama je 2 µg/dm3, u podzemnim vodama - n.102 - n.103 µg/dm3.

Koncentracija mangana u površinskim vodama podložna je sezonskim kolebanjima.

Čimbenici koji određuju promjene koncentracija mangana su omjer površinskog i podzemnog otjecanja, intenzitet njegove potrošnje tijekom fotosinteze, razgradnja fitoplanktona, mikroorganizama i više vodene vegetacije, kao i procesi njegovog taloženja na dnu vodenih tijela.

Uloga mangana u životu viših biljaka i algi u vodenim tijelima je vrlo velika. Mangan doprinosi iskorištavanju CO2 od strane biljaka, što povećava intenzitet fotosinteze, sudjeluje u procesima redukcije nitrata i asimilacije dušika u biljkama. Mangan pospješuje prijelaz aktivnog Fe(II) u Fe(III), što štiti stanicu od trovanja, ubrzava rast organizama itd. važni ekološki i fiziološka uloga mangana zahtijeva proučavanje i distribuciju mangana u prirodnim vodama.

Za vodna tijela za sanitarnu uporabu, MPCv (prema manganovom ionu) postavljen je na 0,1 mg/dm3.

Ispod su karte raspodjele prosječnih koncentracija metala: mangana, bakra, nikla i olova, izgrađene prema podacima promatranja za 1989. - 1993. u 123 grada. Korištenje kasnijih podataka smatra se neprikladnim, jer su zbog smanjenja proizvodnje značajno smanjene koncentracije suspendiranih tvari, a time i metala.

Utjecaj na zdravlje. Mnogi metali su sastavni dio prašine i imaju značajan utjecaj na zdravlje.

Mangan ulazi u atmosferu iz emisija iz poduzeća crne metalurgije (60% svih emisija mangana), strojarstva i obrade metala (23%), obojene metalurgije (9%), brojnih malih izvora, na primjer, iz zavarivanja.

Visoke koncentracije mangana dovode do pojave neurotoksičnih učinaka, progresivnog oštećenja središnjeg živčanog sustava, upale pluća.
Najveće koncentracije mangana (0,57 - 0,66 µg/m3) uočene su u velikim metalurškim centrima: u Lipetsku i Čerepovcu, kao iu Magadanu. Većina gradova s ​​visokim koncentracijama Mn (0,23 - 0,69 µg/m3) koncentrirana je na poluotoku Kola: Zapolyarny, Kandalaksha, Monchegorsk, Olenegorsk (vidi kartu).

Za 1991.-1994 emisije mangana iz industrijskih izvora smanjene su za 62%, prosječne koncentracije - za 48%.

Bakar je jedan od najvažnijih elemenata u tragovima. Fiziološka aktivnost bakra povezana je uglavnom s njegovim uključivanjem u sastav aktivnih centara redoks enzima. Nedovoljan sadržaj bakra u tlu nepovoljno utječe na sintezu bjelančevina, masti i vitamina te doprinosi neplodnosti biljnih organizama. Bakar je uključen u proces fotosinteze i utječe na apsorpciju dušika u biljkama. Istodobno, prevelike koncentracije bakra nepovoljno djeluju na biljne i životinjske organizme.

Cu(II) spojevi su najčešći u prirodnim vodama. Od spojeva Cu(I) najčešći su Cu2O, Cu2S i CuCl koji su slabo topljivi u vodi. U prisutnosti liganada u vodenom mediju, uz ravnotežu disocijacije hidroksida, potrebno je voditi računa o stvaranju različitih kompleksnih oblika koji su u ravnoteži s metalnim aqua ionima.

Glavni izvor bakra koji ulazi u prirodne vode su otpadne vode iz kemijske i metalurške industrije, rudničke vode i aldehidni reagensi koji se koriste za uništavanje algi. Bakar može nastati kao rezultat korozije bakrenih cijevi i drugih struktura koje se koriste u vodovodnim sustavima. U podzemnim vodama, sadržaj bakra je rezultat interakcije vode sa stijenama koje ga sadrže (halkopirit, halkocit, kovelit, bornit, malahit, azurit, krizakola, brotantin).

Najviša dopuštena koncentracija bakra u vodi akumulacija za sanitarnu i kućnu uporabu je 0,1 mg/dm3 (ograničavajuća oznaka štetnosti je opće sanitarna), u vodi ribarskih akumulacija 0,001 mg/dm3.

Grad

Norilsk

Monchegorsk

Krasnouralsk

Kolčugino

Zapolarny

Emisije M (tisuća tona/godina) bakrenog oksida i prosječne godišnje koncentracije q (µg/m3) bakra.

Bakar ulazi u zrak s emisijama iz metalurške industrije. U emisijama čestica nalazi se uglavnom u obliku spojeva, uglavnom bakrenog oksida.

Poduzeća obojene metalurgije čine 98,7% svih antropogenih emisija ovog metala, od čega 71% izvode poduzeća koncerna Norilsk Nickel smještena u Zapolyarny i Nikel, Monchegorsk i Norilsk, a oko 25% emisija bakra se prenosi u Revdi, Krasnouralsku, Kolčuginu i drugima.

Visoke koncentracije bakra dovode do intoksikacije, anemije i hepatitisa.

Kao što se može vidjeti na karti, najveće koncentracije bakra zabilježene su u gradovima Lipetsk i Rudnaya Pristan. Koncentracije bakra također su povećane u gradovima na poluotoku Kola, u Zapolyarnyju, Monchegorsku, Nikelu, Olenegorsku, a također iu Norilsku.

Emisije bakra iz industrijskih izvora smanjene su za 34%, prosječne koncentracije - za 42%.

Molibden

Spojevi molibdena ulaze u površinske vode kao rezultat ispiranja iz egzogenih minerala koji sadrže molibden. Molibden također ulazi u vodena tijela s otpadnom vodom iz prerađivačkih postrojenja i poduzeća obojene metalurgije. Smanjenje koncentracija molibdenovih spojeva nastaje kao posljedica taloženja teško topljivih spojeva, procesa adsorpcije mineralnim suspenzijama i konzumiranja biljnim vodenim organizmima.

Molibden se u površinskim vodama uglavnom nalazi u obliku MoO42-. Vrlo je vjerojatno da postoji u obliku organomineralnih kompleksa. Mogućnost određenog nakupljanja u koloidnom stanju proizlazi iz činjenice da su produkti oksidacije molibdenita labave fino dispergirane tvari.

U riječnim vodama molibden se nalazi u koncentracijama od 2,1 do 10,6 µg/dm3. Morska voda sadrži prosječno 10 µg/dm3 molibdena.

U malim količinama molibden je neophodan za normalan razvoj biljnih i životinjskih organizama. Molibden je dio enzima ksantin oksidaze. S nedostatkom molibdena, enzim se stvara u nedovoljnim količinama, što uzrokuje negativne reakcije u tijelu. U visokim koncentracijama molibden je štetan. Uz višak molibdena, metabolizam je poremećen.

Najveća dopuštena koncentracija molibdena u vodnim tijelima za sanitarnu uporabu je 0,25 mg/dm3.

Arsen ulazi u prirodne vode iz mineralnih izvora, područja mineralizacije arsena (arsenski pirit, realgar, orpiment), kao i iz zona oksidacije stijena polimetalnog, bakreno-kobaltnog i volframovog tipa. Određena količina arsena dolazi iz tla, kao i iz razgradnje biljnih i životinjskih organizama. Potrošnja arsena u vodenim organizmima jedan je od razloga smanjenja njegove koncentracije u vodi, što se najjasnije očituje u razdoblju intenzivnog razvoja planktona.

Značajne količine arsena dospijevaju u vodena tijela s otpadnim vodama iz pogona za preradu, otpadom iz proizvodnje boja, štaviona i tvornica pesticida, kao i s poljoprivrednih površina na kojima se koriste pesticidi.

U prirodnim vodama spojevi arsena nalaze se u otopljenom i suspendiranom stanju, čiji je omjer određen kemijskim sastavom vode i pH vrijednostima. U otopljenom obliku, arsen se pojavljuje u tro- i peterovalentnom obliku, uglavnom kao anioni.

U nezagađenim riječnim vodama arsen se obično nalazi u mikrogramskim koncentracijama. U mineralne vode njegova koncentracija može doseći nekoliko miligrama po 1 dm3, u morskim vodama sadrži prosječno 3 µg/dm3, u podzemnim vodama javlja se u koncentracijama od n.105 µg/dm3. Spojevi arsena u visokim koncentracijama otrovni su za tijelo životinja i ljudi: inhibiraju oksidativne procese, inhibiraju opskrbu kisikom organa i tkiva.

MDKv za arsen je 0,05 mg/dm3 (granični pokazatelj štetnosti je sanitarno-toksikološki), a MDKv 0,05 mg/dm3.

Prisutnost nikla u prirodnim vodama posljedica je sastava stijena kroz koje voda prolazi: nalazi se na mjestima naslaga sulfidnih ruda bakra i nikla i ruda željeza i nikla. U vodu dospijeva iz tla te iz biljnih i životinjskih organizama tijekom njihovog truljenja. U modrozelenim algama utvrđen je povećan sadržaj nikla u odnosu na druge vrste algi. Spojevi nikla također ulaze u vodena tijela s otpadnom vodom iz tvornica za poniklavanje, tvornica sintetičke gume i tvornica za obogaćivanje nikla. Ogromne emisije nikla prate izgaranje fosilnih goriva.

Njegova koncentracija može se smanjiti kao rezultat taloženja spojeva kao što su cijanidi, sulfidi, karbonati ili hidroksidi (s povećanjem pH vrijednosti), zbog njegove potrošnje od strane vodenih organizama i procesa adsorpcije.

U površinskim vodama spojevi nikla nalaze se u otopljenom, suspendiranom i koloidnom stanju, čiji količinski omjer ovisi o sastavu vode, temperaturi i pH vrijednostima. Sorbenti spojeva nikla mogu biti željezni hidroksid, organske tvari, fino dispergirani kalcijev karbonat i gline. Otopljeni oblici su uglavnom složeni ioni, najčešće s aminokiselinama, huminskim i fulvo kiselinama, a također i u obliku jakog cijanidnog kompleksa. Spojevi nikla najčešći su u prirodnim vodama u kojima je u oksidacijskom stanju +2. Ni3+ spojevi obično nastaju u alkalnom mediju.

Spojevi nikla igraju važnu ulogu u hematopoetskim procesima, kao katalizatori. Njegov povećani sadržaj ima specifičan učinak na kardiovaskularni sustav. Nikal je jedan od kancerogenih elemenata. On je u stanju nazvati bolesti dišnog sustava. Vjeruje se da su slobodni ioni nikla (Ni2+) oko 2 puta toksičniji od njegovih kompleksnih spojeva.

U nezagađenim i neznatno onečišćenim riječnim vodama koncentracija nikla obično se kreće od 0,8 do 10 µg/dm3; u onečišćenoj iznosi nekoliko desetaka mikrograma po 1 dm3. Prosječna koncentracija nikla u morskoj vodi je 2 µg/dm3, u podzemnoj vodi - n.103 µg/dm3. U podzemnim vodama koje ispiraju stijene koje sadrže nikal, koncentracija nikla ponekad raste i do 20 mg/dm3.

Nikal ulazi u atmosferu iz poduzeća obojene metalurgije, koja čine 97% svih emisija nikla, od čega 89% dolazi iz poduzeća koncerna Norilsk Nickel smještenih u Zapolyarny i Nikel, Monchegorsk i Norilsk.

Povećani sadržaj nikla u okolišu dovodi do pojave endemskih bolesti, karcinoma bronha. Spojevi nikla spadaju u 1. skupinu kancerogena.
Karta prikazuje nekoliko točaka s visokim prosječnim koncentracijama nikla na lokacijama koncerna Norilsk Nickel: Apatity, Kandalaksha, Monchegorsk, Olenegorsk.

Emisije nikla iz industrijskih poduzeća smanjene su za 28%, prosječne koncentracije - za 35%.

Emisije M (tisuću tona/god) i prosječne godišnje koncentracije q (µg/m3) nikla.

U prirodne vode dospijeva kao rezultat procesa ispiranja minerala koji sadrže kositar (kasiterit, stanin), kao i s otpadnim vodama raznih industrija (bojanje tkanina, sinteza organskih boja, proizvodnja legura s dodatkom kositra, itd.). itd.).

Toksični učinak kositra je mali.

Kositar se nalazi u nezagađenim površinskim vodama u submikrogramskim koncentracijama. U podzemnim vodama njegova koncentracija doseže nekoliko mikrograma po 1 dm3. MDKv je 2 mg/dm3.

Živini spojevi mogu dospjeti u površinske vode kao posljedica ispiranja stijena u području naslaga žive (cinobarit, metacinabarit, živi kamen), u procesu razgradnje vodenih organizama koji nakupljaju živu. Značajne količine ulaze u vodena tijela s otpadnom vodom iz poduzeća koja proizvode boje, pesticide, lijekove i neke eksplozive. Termoelektrane pogoni na ugljen emitiraju značajne količine živinih spojeva u atmosferu, koji, kao rezultat vlažnih i suhih padavina, dospijevaju u vodene površine.

Smanjenje koncentracije otopljenih živinih spojeva nastaje kao posljedica njihove ekstrakcije od strane mnogih morskih i slatkovodnih organizama, koji imaju sposobnost nakupljanja u koncentracijama višestruko većim od njezinog sadržaja u vodi, kao i procesa adsorpcije suspendiranim krutinama i donji sedimenti.

U površinskim vodama živini spojevi su u otopljenom i suspendiranom stanju. Omjer između njih ovisi o kemijskom sastavu vode i pH vrijednostima. Suspendirana živa je sorbirani živin spoj. Otopljeni oblici su nedisocirane molekule, složeni organski i mineralni spojevi. U vodi vodenih tijela živa može biti u obliku metilživinih spojeva.

Živini spojevi su vrlo toksični, djeluju na živčani sustav čovjeka, uzrokuju promjene na sluznici, poremećaj motoričke funkcije i sekrecije probavnog trakta, promjene u krvi itd. Bakterijski procesi metilacije usmjereni su na stvaranje metilživinih spojeva, koji višestruko su toksičniji od mineralnih soli žive. Metilživini spojevi nakupljaju se u ribama i mogu ući u ljudsko tijelo.

MDKv žive je 0,0005 mg/dm3 (granični znak štetnosti je sanitarno-toksikološki), MDKv je 0,0001 mg/dm3.

Prirodni izvori olova u površinskim vodama su procesi otapanja endogenih (galenit) i egzogenih (anglezit, cerusit i dr.) minerala. Značajno povećanje sadržaja olova u okolišu (uključujući površinske vode) povezano je sa izgaranjem ugljena, upotrebom tetraetil olova kao antidetonatora u motornom gorivu, s uklanjanjem u vodna tijela s otpadnim vodama iz postrojenja za preradu rude. , neka metalurška postrojenja, kemijska industrija, rudnici itd. Značajni čimbenici u smanjenju koncentracije olova u vodi su njegova adsorpcija suspendiranim tvarima i taloženje s njima u pridnene sedimente. Između ostalih metala, olovo ekstrahiraju i akumuliraju hidrobionti.

Olovo se nalazi u prirodnim vodama u otopljenom i suspendiranom (sorbiranom) stanju. U otopljenom obliku javlja se u obliku mineralnih i organomineralnih kompleksa, kao i jednostavnih iona, u netopljivom obliku - uglavnom u obliku sulfida, sulfata i karbonata.

U riječnim vodama koncentracija olova kreće se od desetina do jedinica mikrograma po 1 dm3. Čak iu vodi vodenih tijela koja graniče s područjima polimetalnih ruda, njegova koncentracija rijetko doseže desetke miligrama po 1 dm3. Samo u kloridnim termalnim vodama koncentracija olova ponekad doseže nekoliko miligrama po 1 dm3.

Limitirajući pokazatelj štetnosti olova je sanitarno-toksikološki. MDKv olova je 0,03 mg/dm3, MDKv je 0,1 mg/dm3.

Olovo je sadržano u emisijama iz metalurgije, obrade metala, elektrotehnike, petrokemije i poduzeća za motorni promet.

Utjecaj olova na zdravlje javlja se udisanjem zraka koji sadrži olovo, te unošenjem olova hranom, vodom i česticama prašine. Olovo se nakuplja u tijelu, u kostima i površinskim tkivima. Olovo utječe na bubrege, jetru, živčani sustav i krvotvorne organe. Starije osobe i djeca posebno su osjetljivi čak i na male doze olova.

Emisije M (tisuću tona/godina) i prosječne godišnje koncentracije q (µg/m3) olova.

U sedam godina emisije olova iz industrijskih izvora smanjile su se za 60% zbog smanjenja proizvodnje i zatvaranja mnogih poduzeća. Nagli pad industrijskih emisija nije popraćen smanjenjem emisija iz vozila. Prosječna koncentracija olova smanjena je za samo 41%. Razlika u stopama smanjenja i koncentracijama olova može se objasniti podcjenjivanjem emisija iz vozila u prethodnim godinama; Trenutno je povećan broj automobila i intenzitet njihovog kretanja.

Tetraetil olovo

U prirodne vode dospijeva zbog upotrebe kao antidetonatora u motornom gorivu vodenih vozila, kao i površinskim otjecanjem iz urbanih područja.

Ova tvar karakterizira visoka toksičnost, ima kumulativna svojstva.

Izvori ulaska srebra u površinske vode su podzemne vode i otpadne vode iz rudnika, pogona za preradu i fotografskih poduzeća. Povećani sadržaj srebra povezan je s primjenom baktericidnih i algicidnih pripravaka.

U otpadnim vodama srebro može biti prisutno u otopljenom i suspendiranom obliku, najvećim dijelom u obliku halogenih soli.

U nezagađenim površinskim vodama srebro se nalazi u submikrogramskim koncentracijama. U podzemnim vodama koncentracija srebra varira od nekoliko do desetaka mikrograma po 1 dm3, au morskoj vodi prosječno 0,3 μg/dm3.

Srebrni ioni sposobni su uništiti bakterije i sterilizirati vodu čak iu malim koncentracijama (donja granica baktericidnog djelovanja srebrnih iona je 2,10-11 mol/dm3). Uloga srebra u organizmu životinja i ljudi nije dovoljno istražena.

MDKv srebra je 0,05 mg/dm3.

Antimon dospijeva u površinske vode ispiranjem minerala antimona (stibnit, senarmontit, valentinit, servingit, stibiokanit) te s otpadnim vodama poduzeća za gumu, staklo, bojanje i šibice.

U prirodnim vodama spojevi antimona su u otopljenom i suspendiranom stanju. U redoks uvjetima karakterističnim za površinske vode, mogu postojati trovalentni i peterovalentni antimon.

U nezagađenim površinskim vodama antimon se nalazi u submikrogramskim koncentracijama, u morskoj vodi njegova koncentracija doseže 0,5 µg/dm3, u podzemnim vodama - 10 µg/dm3. MDKv antimona je 0,05 mg/dm3 (granični pokazatelj štetnosti je sanitarno-toksikološki), MDKv je 0,01 mg/dm3.

Tro- i heksavalentni kromovi spojevi dospijevaju u površinske vode kao rezultat ispiranja iz stijena (kromit, krokoit, uvarovit i dr.). Neke količine potječu od razgradnje organizama i biljaka, iz tla. Značajne količine mogu ući u vodena tijela s otpadnom vodom iz radionica za galvanizaciju, bojadnica tekstilnih poduzeća, kožara i kemijske industrije. Smanjenje koncentracije iona kroma može se primijetiti kao rezultat njihove potrošnje od strane vodenih organizama i procesa adsorpcije.

U površinskim vodama spojevi kroma su u otopljenom i suspendiranom stanju, čiji omjer ovisi o sastavu vode, temperaturi i pH otopine. Suspendirani spojevi kroma uglavnom su sorbirani spojevi kroma. Sorbenti mogu biti gline, željezni hidroksid, visoko dispergirani taloženi kalcijev karbonat, biljni i životinjski ostaci. U otopljenom obliku krom može biti u obliku kromata i bikromata. U aerobnim uvjetima Cr(VI) prelazi u Cr(III), čije se soli u neutralnom i alkalnom mediju hidroliziraju uz oslobađanje hidroksida.

U nezagađenim i neznatno onečišćenim riječnim vodama sadržaj kroma kreće se od nekoliko desetina mikrograma po litri do nekoliko mikrograma po litri, u onečišćenim vodnim tijelima doseže nekoliko desetaka i stotina mikrograma po litri. Prosječna koncentracija u morskim vodama je 0,05 µg/dm3, u podzemnim vodama - obično unutar n.10 - n.102 µg/dm3.

Spojevi Cr(VI) i Cr(III) u povećanim količinama imaju kancerogena svojstva. Cr(VI) spojevi su opasniji.

U prirodne vode dospijeva kao rezultat prirodnih procesa razaranja i otapanja stijena i minerala (sfalerit, cincit, goslarit, smitsonit, kalamin), kao i s otpadnim vodama iz pogona za preradu ruda i galvanskih pogona, proizvodnje pergamentnog papira, mineralnih boja. , viskozna vlakna i drugi

U vodi se nalazi uglavnom u ionskom obliku ili u obliku svojih mineralnih i organskih kompleksa. Ponekad se javlja u netopljivim oblicima: u obliku hidroksida, karbonata, sulfida itd.

U riječnim vodama koncentracija cinka obično se kreće od 3 do 120 µg/dm3, u morskim vodama - od 1,5 do 10 µg/dm3. Sadržaj u rudi, a posebno u rudničkim vodama s niskim pH vrijednostima može biti značajan.

Cink je jedan od aktivnih elemenata u tragovima koji utječu na rast i rast normalan razvoj organizmi. Istodobno, mnogi spojevi cinka su otrovni, prvenstveno njegov sulfat i klorid.

MDKv Zn2+ iznosi 1 mg/dm3 (granični pokazatelj štetnosti - organoleptički), MDKvr Zn2+ - 0,01 mg/dm3 (granični znak štetnosti - toksikološki).

Teški metali već su na drugom mjestu po opasnosti, iza pesticida i daleko ispred poznatih zagađivača kao što su ugljični dioksid i sumpor, ali u prognozama bi trebali postati najopasniji, opasniji od otpada nuklearnih elektrana i krutog otpada . Onečišćenje teškim metalima povezano je s njihovom širokom uporabom u industrijska proizvodnja zajedno sa slabim sustavima pročišćavanja, zbog čega teški metali ulaze u okoliš, uključujući tlo, zagađujući ga i trujući.

Teški metali su među prioritetnim zagađivačima čije je praćenje obvezno u svim sredinama. U različitim znanstvenim i primijenjenim radovima autori na različite načine tumače značenje pojma "teški metali". U nekim slučajevima, definicija teških metala uključuje elemente koji su krti (na primjer, bizmut) ili metaloide (na primjer, arsen).

Tlo je glavni medij u koji teški metali ulaze, uključujući iz atmosfere i vodenog okoliša. Služi i kao izvor sekundarnog onečišćenja površinskog zraka i voda koje iz njega ulaze u Svjetski ocean. Teške metale biljke asimiliraju iz tla, a potom dolaze u hranu više organiziranih životinja.
nastavak
--PRIJELOM STRANICE-- 3.3. intoksikacija olovom
Trenutno olovo zauzima prvo mjesto među uzročnicima industrijskih trovanja. To je zbog njegove široke primjene u raznim industrijama. Radnici u rudači olova izloženi su olovu u talionicama olova, u proizvodnji baterija, u lemljenju, u tiskarama, u proizvodnji proizvoda od kristalnog stakla ili keramike, olovnom benzinu, olovnim bojama itd. Onečišćenje olovom atmosferskog zraka, tla i voda u blizini takvih industrija, kao iu blizini velikih autocesta, stvara prijetnju izloženosti olovu stanovništva koje živi u tim područjima, a prije svega djece, koja su osjetljivija na djelovanje teških metala.
Sa žaljenjem treba napomenuti da u Rusiji ne postoji državna politika o pravnoj, regulatornoj i ekonomskoj regulativi utjecaja olova na okoliš i javno zdravlje, o smanjenju emisija (ispuštanja, otpada) olova i njegovih spojeva u okoliš , te o potpunom prestanku proizvodnje benzina koji sadrži olovo.

Zbog krajnje nezadovoljavajućeg obrazovnog rada na objašnjavanju stanovništvu stupnja opasnosti izloženosti teškim metalima ljudskom tijelu, u Rusiji se broj kontingenata s profesionalnim kontaktom s olovom ne smanjuje, već se postupno povećava. Slučajevi kroničnog trovanja olovom zabilježeni su u 14 industrija u Rusiji. Vodeće industrije su elektroindustrija (proizvodnja baterija), instrumentogradnja, tiskarstvo i obojena metalurgija, u kojima je intoksikacija uzrokovana prekoračenjem maksimalno dopuštene koncentracije (MDK) olova u zraku radnog prostora za 20 ili više puta.

Značajan izvor olova su ispušni plinovi automobila, jer pola Rusije još uvijek koristi olovni benzin. Međutim, metalurška postrojenja, posebice talionice bakra, ostaju glavni izvor onečišćenja okoliša. I ovdje ima vođa. Na području Sverdlovske regije postoje 3 najveća izvora emisije olova u zemlji: u gradovima Krasnouralsk, Kirovograd i Revda.

Dimnjaci talionice bakra Krasnouralsk, izgrađene još u godinama staljinističke industrijalizacije i korištenjem opreme iz 1932., godišnje izbacuju 150-170 tona olova u grad od 34.000 stanovnika, pokrivajući sve olovnom prašinom.

Koncentracija olova u tlu Krasnouralska varira od 42,9 do 790,8 mg/kg, s maksimalnom dopuštenom koncentracijom MPC=130 mikrona/kg. Uzorci vode u vodovodu susjednog sela. Oktyabrsky, hranjen iz podzemnog izvora vode, zabilježio je višak MPC do dva puta.

Onečišćenje olovom ima utjecaj na ljudsko zdravlje. Izloženost olovu remeti ženski i muški reproduktivni sustav. Za žene u trudnoći i reproduktivnoj dobi povišene razine Osobitu opasnost predstavlja olovo u krvi, budući da je pod utjecajem olova poremećena menstrualna funkcija, češće dolazi do prijevremenih poroda, pobačaja i fetalne smrti zbog prodiranja olova kroz placentarnu barijeru. Novorođenčad ima visoku stopu smrtnosti.

Trovanje olovom izuzetno je opasno za malu djecu – ono utječe na razvoj mozga i živčanog sustava. Testiranje 165 Krasnoural djece u dobi od 4 godine otkrilo je značajno kašnjenje mentalni razvoj u 75,7%, au 6,8% pregledane djece utvrđena je mentalna retardacija, uključujući i oligofreniju.

djeca predškolska dob su najosjetljiviji na štetne učinke olova, jer je njihov živčani sustav u procesu formiranja. Čak i pri malim dozama, trovanje olovom uzrokuje smanjenje intelektualnog razvoja, pažnje i koncentracije, zaostajanje u čitanju, dovodi do razvoja agresivnosti, hiperaktivnosti i drugih problema u ponašanju djeteta. Ove razvojne abnormalnosti mogu biti dugotrajne i nepovratne. Niska porođajna težina, zastoj u rastu i gubitak sluha također su posljedica trovanja olovom. Visoke doze intoksikacije dovode do mentalna retardacija izazvati komu, konvulzije i smrt.

Bijela knjiga koju su objavili ruski stručnjaci navodi da zagađenje olovom pokriva cijelu zemlju i da je jedna od mnogih ekoloških katastrofa u bivšem Sovjetskom Savezu koje su izašle na vidjelo posljednjih godina. Veći dio teritorija Rusije doživljava opterećenje od ispadanja olova koje premašuje kritičnu vrijednost za normalno funkcioniranje ekosustava. U desecima gradova postoji višak koncentracije olova u zraku i tlu iznad vrijednosti koje odgovaraju MPC.

Najviša razina onečišćenja zraka olovom, koja prelazi MPC, primijećena je u gradovima Komsomolsk-on-Amur, Tobolsk, Tyumen, Karabash, Vladimir, Vladivostok.

Maksimalna opterećenja taloženja olova koja dovode do degradacije kopnenih ekosustava uočena su u regijama Moskve, Vladimira, Nižnjeg Novgoroda, Rjazana, Tule, Rostova i Lenjingrada.

Stacionarni izvori odgovorni su za ispuštanje više od 50 tona olova u obliku različitih spojeva u vodna tijela. Istodobno, 7 tvornica akumulatora godišnje kroz kanalizaciju izbaci 35 tona olova. Analiza distribucije ispuštanja olova u vodna tijela na području Rusije pokazuje da su Lenjingradska, Jaroslavska, Permska, Samarska, Penzenska i Orjolska oblasti vodeće u ovoj vrsti opterećenja.

Država treba hitnu akciju za smanjenje zagađenja olovom, ali do sada ekonomska kriza Rusiju su zasjenili ekološki problemi. U dugotrajnoj industrijskoj depresiji Rusiji nedostaju sredstva za čišćenje prijašnjeg zagađenja, ali ako se gospodarstvo počne oporavljati i tvornice vrate s radom, zagađenje bi se moglo samo pogoršati.
10 najzagađenijih gradova bivšeg SSSR-a

(Metali su navedeni silaznim redoslijedom prema razini prioriteta za dati grad)

4. Higijena tla. Odlaganje smeća.
Tlo u gradovima i drugim naseljima te njihovoj okolici odavno se razlikuje od prirodnog, biološki vrijednog tla koje ima važnu ulogu u održavanju ekološke ravnoteže. Tlo u gradovima podložno je istim štetnim utjecajima kao i gradski zrak i hidrosfera, pa posvuda dolazi do njegove značajne degradacije. Higijeni tla se ne posvećuje dovoljna pozornost, iako je njegova važnost kao jedne od glavnih komponenti biosfere (zrak, voda, tlo) i biološkog čimbenika okoliša još značajnija od vode, budući da je količina potonje (prvenstveno kvaliteta podzemna voda) određena je stanjem tla, te je te čimbenike nemoguće međusobno odvojiti. Tlo ima sposobnost biološkog samopročišćavanja: u tlu dolazi do cijepanja otpada koji je pao u njega i njihove mineralizacije; na kraju, tlo na njihov račun nadoknađuje izgubljene minerale.

Ako se zbog preopterećenja tla izgubi bilo koja komponenta njegove mineralizacijske sposobnosti, to će neizbježno dovesti do kršenja mehanizma samopročišćavanja i potpune degradacije tla. I, naprotiv, stvaranje optimalnih uvjeta za samopročišćavanje tla doprinosi očuvanju ekološke ravnoteže i uvjeta za postojanje svih živih organizama, uključujući i čovjeka.

Stoga se problem neutralizacije otpada koji ima štetan biološki učinak ne ograničava samo na pitanje njihova izvoza; to je složeniji higijenski problem, budući da je tlo poveznica između vode, zraka i čovjeka.
4.1.
Uloga tla u metabolizmu

Biološki odnos između tla i čovjeka ostvaruje se uglavnom metabolizmom. Tlo je, takoreći, opskrbljivač mineralima potrebnim za metabolički ciklus, za rast biljaka koje konzumiraju ljudi i biljojedi, a koje zauzvrat jedu ljudi i mesojedi. Dakle, tlo daje hranu mnogim predstavnicima biljnog i životinjskog svijeta.

Posljedično, pogoršanje kakvoće tla, smanjenje njegove biološke vrijednosti, sposobnosti samopročišćavanja, uzrokuje lančanu biološku reakciju, koja u slučaju dugotrajnog štetnog djelovanja može dovesti do raznih zdravstvenih poremećaja stanovništva. Štoviše, ako se procesi mineralizacije uspore, nitrati, dušik, fosfor, kalij itd., nastali raspadom tvari, mogu dospjeti u podzemne vode koje se koriste za piće i uzrokovati ozbiljne bolesti (npr. nitrati mogu izazvati methemoglobinemiju, prvenstveno kod dojenčadi) .

Konzumacija vode iz tla siromašnog jodom može uzrokovati endemsku gušavost itd.
4.2.
Ekološki odnos između tla i vode i tekućeg otpada (otpadne vode)

Čovjek iz tla izvlači vodu potrebnu za održavanje metaboličkih procesa i samog života. Kvaliteta vode ovisi o stanju tla; uvijek odražava biološko stanje danog tla.

To se posebno odnosi na podzemne vode, čija je biološka vrijednost bitno određena svojstvima tla i tla, sposobnošću potonjeg za samopročišćavanje, njegovom filtracijskom sposobnošću, sastavom njezine makroflore, mikrofaune itd.

Izravni utjecaj tla na površinske vode već je manje značajan, povezan je uglavnom s oborinama. Na primjer, nakon obilnih kiša iz tla se u otvorene vodene površine (rijeke, jezera) ispiru razna onečišćivača, uključujući umjetna gnojiva (dušik, fosfat), pesticide, herbicide; u područjima krša, raspucanim naslagama onečišćujuće tvari mogu prodrijeti kroz pukotine u duboke Podzemne vode.

Neodgovarajuće pročišćavanje otpadnih voda također može uzrokovati štetne biološke učinke na tlo i na kraju dovesti do degradacije tla. Stoga je zaštita tla u naseljima jedan od glavnih uvjeta zaštite okoliša općenito.
4.3.
Ograničenja opterećenja tla za kruti otpad (otpad iz kućanstava i ulica, industrijski otpad, suhi mulj iz taloženja otpadnih voda, radioaktivne tvari itd.)

Problem je pogoršan činjenicom da je, kao rezultat stvaranja sve više krutog otpada u gradovima, tlo u njihovoj blizini izloženo sve većem pritisku. Svojstva i sastav tla propadaju sve bržom brzinom.

Od 64,3 milijuna tona papira proizvedenog u SAD-u, 49,1 milijun tona završi u otpadu (od toga 26 milijuna tona nabavi kućanstvo, a 23,1 milijun tona trgovačka mreža).

U vezi s navedenim, odvoz i konačno zbrinjavanje krutog otpada je vrlo značajan, teže izvediv higijenski problem u uvjetima sve veće urbanizacije.

Moguće je konačno odlaganje krutog otpada u onečišćeno tlo. Međutim, zbog stalnog opadanja sposobnosti samočišćenja urbanog tla, konačno zbrinjavanje otpada zakopanog u zemlju je nemoguće.

Čovjek bi mogao uspješno koristiti biokemijske procese koji se odvijaju u tlu, njegovu sposobnost neutralizacije i dezinfekcije za neutralizaciju krutog otpada, ali urbano tlo, kao rezultat stoljetnog ljudskog stanovanja i aktivnosti u gradovima, odavno je postalo neprikladno za tu svrhu.

Mehanizmi samopročišćavanja, mineralizacije koja se odvija u tlu, uloga bakterija i enzima koji sudjeluju u njima, kao i međuprodukti i konačni produkti razgradnje tvari dobro su poznati. Trenutačno je istraživanje usmjereno na utvrđivanje čimbenika koji osiguravaju biološku ravnotežu prirodnog tla, kao i razjašnjavanje pitanja koliko krutog otpada (i kakvog sastava) može dovesti do kršenja biološke ravnoteže tla.
Količina kućni otpad(smeća) po stanovniku nekih velikih gradova svijeta

Treba napomenuti da se higijensko stanje tla u gradovima kao posljedica njegovog preopterećenja brzo pogoršava, iako je sposobnost tla za samopročišćavanje glavni higijenski uvjet za održavanje biološke ravnoteže. Tlo u gradovima više nije u stanju nositi se sa svojom zadaćom bez pomoći čovjeka. Jedini izlaz iz ove situacije je potpuna neutralizacija i uništavanje otpada u skladu sa higijenskim zahtjevima.

Stoga izgradnja komunalnih objekata treba biti usmjerena na očuvanje prirodne sposobnosti tla za samopročišćavanje, a ako je ta sposobnost već postala nezadovoljavajuća, potrebno ju je vratiti umjetnim putem.

Najnepovoljniji je toksični učinak industrijskog otpada, kako tekućeg tako i krutog. Sve veća količina takvog otpada dospijeva u tlo s kojim se ono ne može nositi. Tako je, primjerice, u blizini pogona za proizvodnju superfosfata (u radijusu od 3 km) utvrđeno onečišćenje tla arsenom. Kao što znate, neki pesticidi, poput klora organski spojevi koji su pali u tlo dugo se ne raspadaju.

Slična je situacija i s nekim sintetičkim materijalima za pakiranje (polivinil klorid, polietilen i dr.).

Pojedini otrovni spojevi prije ili kasnije dospijevaju u podzemne vode, zbog čega ne samo da dolazi do poremećaja biološke ravnoteže tla, nego i do te mjere da se kvaliteta podzemnih voda više ne može koristiti kao pitka voda.
Postotak količine osnovnih sintetičkih materijala sadržanih u kućnom otpadu (smeće)

*
Zajedno s otpadom od ostale plastike koja se stvrdne pod djelovanjem topline.
Problem otpada danas je povećan i zbog toga što se dio otpada, uglavnom ljudski i životinjski izmet, koristi za gnojidbu poljoprivrednog zemljišta [izmet sadrži značajnu količinu dušika-0,4-0,5%, fosfora (P203)-0,2-0,6 %, kalij (K?0) -0,5-1,5%, ugljik-5-15%]. Ovaj problem grada proširio se i na gradske četvrti.
4.4.
Uloga tla u širenju raznih bolesti

Tlo ima ulogu u širenju zaraznih bolesti. O tome su još u prošlom stoljeću izvjestili Petterkoffer (1882.) i Fodor (1875.), koji su uglavnom isticali ulogu tla u širenju crijevnih bolesti: kolere, tifusa, dizenterije itd. Oni su također upozorili na činjenicu da neki bakterije i virusi ostaju održivi i virulentni u tlu mjesecima. Naknadno je niz autora potvrdio svoja zapažanja, posebice u odnosu na urbano tlo. Na primjer, uzročnik kolere ostaje sposoban za život i patogen u podzemnim vodama od 20 do 200 dana, uzročnik trbušnog tifusa u izmetu - od 30 do 100 dana, uzročnik paratifusa - od 30 do 60 dana. (Što se tiče širenja zaraznih bolesti, gradsko je tlo mnogo opasnije od poljskog tla gnojenog stajskim gnojem.)

Za određivanje stupnja onečišćenja tla niz autora koristi određivanje bakterijskog broja (E. coli), kao i kod određivanja kakvoće vode. Drugi autori smatraju svrhovitim dodatno odrediti broj termofilnih bakterija koje sudjeluju u procesu mineralizacije.

Širenje zaraznih bolesti kroz tlo uvelike se olakšava zalijevanjem zemljišta kanalizacijom. Istodobno se pogoršavaju i svojstva mineralizacije tla. Stoga zalijevanje otpadnom vodom treba provoditi pod stalnim strogim sanitarnim nadzorom i samo izvan gradskog područja.

4.5.
Štetan učinak glavnih vrsta onečišćivača (kruti i tekući otpad) koji dovodi do degradacije tla

4.5.1.
Neutralizacija tekućeg otpada u tlu

U nizu naselja koja nemaju kanalizaciju, dio otpada, uključujući i gnojivo, neutralizira se u tlu.

Kao što znate, ovo je najlakši način za neutralizaciju. No, to je dopustivo samo ako se radi o biološki vrijednom tlu koje je zadržalo sposobnost samopročišćavanja, što nije tipično za urbana tla. Ako tlo više ne posjeduje te kvalitete, tada su za njegovu zaštitu od daljnje degradacije potrebna složena tehnička postrojenja za neutralizaciju tekućeg otpada.

Na brojnim mjestima otpad se neutralizira u kompostnim jamama. Tehnički, ovo rješenje je težak zadatak. Osim toga, tekućine mogu prodrijeti u tlo na prilično velikim udaljenostima. Zadatak je dodatno kompliciran činjenicom da urbana otpadna voda sadrži sve veću količinu toksičnog industrijskog otpada koji degradira svojstva mineralizacije tla u još većoj mjeri od ljudskog i životinjskog izmeta. Stoga je dopušteno odvoditi u kompostne jame samo otpadne vode koje su prethodno bile podvrgnute sedimentaciji. Inače dolazi do poremećaja filtracijske sposobnosti tla, zatim tlo gubi ostala zaštitna svojstva, pore se postupno začepljuju itd.

Upotreba ljudskog izmeta za navodnjavanje poljoprivrednih polja je drugi način neutralizacije tekućeg otpada. Ova metoda predstavlja dvostruku higijensku opasnost: prvo, može dovesti do preopterećenja tla; drugo, ovaj otpad može postati ozbiljan izvor infekcije. Stoga se izmet prvo mora dezinficirati i podvrgnuti odgovarajućoj obradi, a tek onda koristiti kao gnojivo. Ovdje postoje dva suprotstavljena gledišta. Prema higijenskim zahtjevima, fekalije su podložne gotovo potpunom uništenju, a sa stajališta narodnog gospodarstva predstavljaju dragocjeno gnojivo. Svježe fekalije ne mogu se koristiti za zalijevanje vrtova i polja bez prethodne dezinfekcije. Ako ipak morate koristiti svježi izmet, onda oni zahtijevaju takav stupanj neutralizacije da kao gnojivo nemaju gotovo nikakvu vrijednost.

Izmet se može koristiti kao gnojivo samo u posebno određenim prostorima - uz stalnu sanitarno-higijensku kontrolu, posebno stanja podzemnih voda, broja muha i sl.

Zahtjevi za zbrinjavanje i zbrinjavanje životinjskog izmeta u tlu načelno se ne razlikuju od onih za zbrinjavanje ljudskog izmeta.

Donedavno je gnojivo bilo značajan izvor vrijednih hranjivim tvarima potrebno za poboljšanje plodnosti tla. Međutim, posljednjih godina gnoj je izgubio na važnosti dijelom zbog mehanizacije poljoprivrede, dijelom zbog sve veće upotrebe umjetnih gnojiva.

U nedostatku odgovarajućeg tretmana i zbrinjavanja opasan je i stajnjak, kao i netretirani ljudski izmet. Stoga se prije odvoza u polja stajnjak ostavlja da sazrije kako bi se za to vrijeme (na temperaturi od 60-70 °C) u njemu odvijali potrebni biotermički procesi. Nakon toga, gnoj se smatra "zrelim" i oslobođen od većine patogena sadržanih u njemu (bakterije, jaja crva, itd.).

Mora se imati na umu da skladišta gnojiva mogu biti idealna tla za razmnožavanje muha koje potiču širenje raznih crijevnih infekcija. Valja napomenuti da muhe za razmnožavanje najradije biraju svinjski gnoj, zatim konjski, ovčji i na kraju, ali ne manje važno, kravlji gnoj. Prije izvoza stajskog gnoja na polja potrebno ga je tretirati insekticidnim sredstvima.
nastavak
--PRIJELOM STRANICE--

Trenutno se za označavanje gotovo iste skupine kemijskih elemenata široko koriste dva različita pojma: elementi u tragovima i teški metali.

Elementi u tragovima su koncept koji je nastao u geokemiji i sada se aktivno koristi u poljoprivrednim znanostima, medicini, toksikologiji i sanitaciji. Označava skupinu kemijskih elemenata koji se nalaze u prirodnim objektima u vrlo malim količinama - manje od 0,01%, u pravilu 10 -3 -10 -12%. Formalno, raspodjela se temelji na njihovoj rasprostranjenosti u prirodi, koja se značajno razlikuje za različite prirodne sredine i objekte (litosfera, pedosfera, pridneni sedimenti, hidrosfera, biljke, životinje itd.).

Pojam "teški metali" u većoj mjeri odražava učinak onečišćenja okoliša i toksične učinke elemenata kada uđu u biotu. Posuđen je iz tehničke literature, gdje se koristi za označavanje kemijskih elemenata s gustoćom većom od 5 g / cm 3. Na temelju ovog pokazatelja, 43 od 84 metala uključenih u periodni sustav elemenata Mendelejeva treba smatrati teškima. Međutim, uz ovu interpretaciju, Be - 1,85 g / cm 3, Al - 2,7, Sc - 3,0, Ti - 4,6, Rb - 1,5, Sr - 2,6, Y - 4,5, Cs - 1,9, Ba - 3,8 g / cm 3, koji su pri prevelikim koncentracijama i opasni. Potreba za uključivanjem lakih metalnih toksikanata u ovu skupinu postignuta je promjenom kriterija odabira, kada je u ovu grupu počeli su se dodjeljivati ​​elementi s atomskom masom većom od 40. Ovakvim pristupom među toksikantima u njega nisu ušli samo Be i Al.

Stoga je sasvim razumno uključiti u moderno tumačenje pojma "teški metali" veliku skupinu toksičnih kemijskih elemenata, uključujući i nemetale.

Ukupno postoji preko 40 teških metala. Pb, Cd, Zn, Hg, As i Cu smatraju se prioritetnim zagađivačima, jer je njihova tehnogena akumulacija u okolišu vrlo brza. Ovi elementi imaju visok afinitet prema fiziološki važnim organskim spojevima. Njihova prekomjerna količina u organizmu živih bića remeti sve metaboličke procese i dovodi do teških bolesti kod ljudi i životinja. Istodobno, mnogi od njihovih elemenata (Co, Cu, Zn, Se, Mn) prilično su široko korišteni u nacionalnoj gospodarskoj proizvodnji (osobito u poljoprivredi, medicini itd.) pod nazivom mikroelementi, kao što je gore spomenuto.

Krom (Cr). Sadržaj elementa u tlima ovisi o njegovom sadržaju u matičnim stijenama.

Krom se odlikuje širokim rasponom oksidacijskih stanja i sposobnošću stvaranja složenih anionskih i kationskih iona (Cr (OH) 2+, CrO 4 2-, CrO 3 -). U prirodnim spojevima ima valenciju +3 (spojevi kroma) i +6 (kromati). Većina Cr 3+ prisutna je u kromatu FeCr 2 O 4 ili drugim spinelnim mineralima u kojima zamjenjuje željezo i aluminij.

U tlima je najveći dio kroma prisutan u obliku Cr 3+ ulazi u sastav minerala ili tvori razne Cr 3+ i Fe 3+ okside. Kromovi spojevi u tlu su vrlo stabilni, budući da je inertan u kiseloj sredini (pri pH 5,5 gotovo se potpuno taloži). Ponašanje kroma ovisi o pH i redoks potencijalu tla.

Organski kompleksi također imaju velik utjecaj na ponašanje kroma u tlima. Važna točka u ponašanju elementa, koji je povezan s dostupnošću kroma za biljke, lakoća je kojom se topljivi Cr 6+ u normalnim uvjetima tla pretvara u netopljivi Cr 3+ . Oksidacija Cr 3+ može se uočiti u tlima kao rezultat oksidacijske sposobnosti spojeva mangana.

Krom je bitan element u ishrani bilja. Smanjenje mobilnosti kroma u tlu može dovesti do nedostatka u biljkama. Lako topiv u tlu, Cr 6+ je toksičan za biljke i životinje.

Primjenom vapnenca fosfora i organskih tvari značajno se smanjuje toksičnost kroma u onečišćenim tlima.

Olovo (Pb). Sadržaj olova u zemljinoj kori je 1,6×10 -3 težinskih postotaka. Prirodni sadržaj olova u tlima kreće se od 3 do 189 mg/kg. U prirodnim uvjetima, njegov glavni oblik je PbS galenit. Olovo je prisutno kao Pb 2+. Tijekom trošenja olovni sulfidi polagano oksidiraju.

U pogledu geokemijskih svojstava, olovo je blizu skupine dvovalentnih zemnoalkalijskih elemenata, stoga je u stanju zamijeniti K, Ba, Sr, Ca kako u mineralima tako i tijekom sorpcije. Zbog široko rasprostranjenog onečišćenja olovom, većina tla, osobito gornji horizonti, obogaćena je ovim elementom.

Među teškim metalima najmanje je pokretljiv. Olovo je uglavnom povezano s mineralima gline, manganovim oksidima, željeznim i aluminijevim hidroksidima i organskim tvarima. Pri visokom pH, olovo se taloži u tlu u obliku hidroksida, fosfata, karbonata. Isti uvjeti pogoduju stvaranju Pb-organskih kompleksa.

Razine pri kojima element postaje toksičan kreću se od 100-500 mg/kg. Onečišćenje olovom iz poduzeća obojene metalurgije predstavljeno je mineralnim oblicima, iz ispušnih plinova vozila - halogenim solima. Čestice ispušnih plinova koje sadrže Pb su nestabilne i lako prelaze u okside, karbonate, sulfate. Onečišćenje tla olovom je nepovratno, stoga će se akumulacija mikroelementa u gornjem horizontu tla nastaviti čak iu uvjetima njegovog malog dodavanja.

Onečišćenje tla olovom trenutačno nije zabrinjavajuće zbog netopljivosti adsorbiranih i precipitiranih iona Pb u tlu. Međutim, sadržaj olova u korijenu biljaka korelira s njegovim sadržajem u tlu, što ukazuje na apsorpciju elementa u biljkama. Akumulacija olova u gornjem horizontu tla također je od velike ekološke važnosti jer snažno utječe na biološku aktivnost tala i biote tla. Njegove visoke koncentracije mogu inhibirati mikrobiološke procese, osobito u tlima s niskim kapacitetom kationske izmjene.

Kadmij (Cd). Kadmij je element u tragovima. Prevalencija kadmija u zemljinoj kori je 5×10 -5 težinskih postotaka. Geokemija Cd je usko povezana s geokemijom cinka; pokazuje visoku pokretljivost u kiselim sredinama.

Prilikom trošenja kadmij lako prelazi u otopinu gdje je prisutan u obliku Cd 2+ . Može tvoriti kompleksne ione CdCl + , CdOH + , CdHCO 3 + , Cd (OH ) 3 - , Cd (OH ) 4 2- , kao i organske kelate. Glavni valentno stanje kadmij u prirodnim sredinama +2. Najvažniji čimbenici koji kontroliraju mobilnost iona kadmija su pH medija i redoks potencijal. U uvjetima visoke oksidacije, Cd je sposoban formirati prave minerale, kao i akumulirati u fosfatima i biogenim sedimentima.

Glavni čimbenik koji određuje sadržaj elementa u tlima je sastav matičnih stijena. Prosječni sadržaj kadmija u tlima je od 0,07 do 1,1 mg/kg. Istodobno, pozadinske razine ne prelaze 0,5 mg/kg, više vrijednosti rezultat su antropogenih aktivnosti.

Konkurentna adsorpcija na glinama je vodeći proces u vezivanju kadmija različitim komponentama tla. U svakom tlu aktivnost kadmija jako ovisi o pH. Element je najpokretljiviji u kiselim tlima u pH rasponu od 4,5-5,5, dok je u alkalnim tlima relativno nepokretan. Porastom pH do alkalnih vrijednosti javlja se monovalentni hidrokso kompleks Cd OH + koji ne može lako zamijeniti pozicije u ionsko-izmjenjivačkom kompleksu.

Za kadmij je tipičnija migracija niz profil nego akumulacija u gornjim horizontima tla; stoga obogaćivanje elementa u gornjim slojevima ukazuje na onečišćenje tla. Onečišćenje tla kadmijem opasno je za biotu. U uvjetima tehnogenog opterećenja, maksimalne razine kadmija u tlima tipične su za područja rudnika olova i cinka, u blizini poduzeća obojene metalurgije i na poljoprivrednim zemljištima gdje se koriste otpadne vode i fosfatna gnojiva.

Kako bi se smanjila toksičnost Cd u tlima, koriste se metode za povećanje pH i kapaciteta kationske izmjene tla.

Merkur (Hg). Živa i njen sulfid (cinober) poznati su čovjeku od davnina. To je jedini metal koji je u tekućem obliku na uobičajenim temperaturama. Alkemičari su živu smatrali nositeljem metalnih svojstava i smatrali su je općom sastavni dio svi metali.

Važna geokemijska svojstva žive su: stvaranje jakih veza sa sumporom, stvaranje organo-metalnih spojeva koji su relativno stabilni u vodenom okolišu, hlapljivost elementarne žive. Živa je neaktivna tijekom trošenja, zadržava se u tlu uglavnom u obliku slabo pokretljivih organskih kompleksa.

Sorpcija Hg 2+ u tlu varira ovisno o pH vrijednosti, a najveća je pri pH 4-5. Prosječne koncentracije žive u površinskom sloju tla ne prelaze 400 µg/kg. Pozadinske razine elementa mogu se procijeniti na 0,n mg/kg, no točne količine je teško odrediti zbog raširene kontaminacije tla ovim metalom. Onečišćenje tla živom povezano je s poduzećima koja proizvode teške metale, s kemijskom proizvodnjom, s upotrebom fungicida.

Onečišćenje tla živom samo po sebi nije ozbiljan problem, međutim, čak i jednostavne Hg soli ili metalna živa predstavljaju opasnost za biljke i biotu tla zbog otrovnih svojstava živinih para. Unošenje elementa u korijenje biljke može se minimizirati dodavanjem vapna, spojeva koji sadrže sumpor i čvrstih fosfata.

Arsen (As). Arsen je poznat od davnina. Još Aristotel i Teofrast spominju prirodne sumporne spojeve arsena, koji su se koristili kao lijekovi i boje. Prosječni sadržaj elementa u zemljinoj kori iznosi 5×10 -4 težinskih postotaka. Karakterizira ga jednolika raspodjela u glavnim vrstama stijena. Formira vlastite minerale i dio je drugih. Element je povezan s naslagama drugih minerala i služi kao indikator u geokemijskim istraživanjima. Minerali arsena vrlo su topljivi. Međutim, intenzitet njegove migracije je nizak zbog aktivne sorpcije česticama gline, hidroksida i organske tvari.

Uobičajena oksidacijska stanja As; -3, 0, +3, +5. Kompleksni anioni AsO 2 - , AsO 4 3- , NAsO 4 2- , As 2 O 3 - najčešći su pokretni oblici arsena. AsO 4 3- je po ponašanju blizak fosfatima. Najčešći oblik arsena u okolišu je As 5+.

Arsen adsorbiran u tlo teško se desorbira, a snaga vezanja elementa u tlo raste s godinama. Najniže razine sadržaja arsena karakteristične su za pjeskovita tla. Njegove maksimalne koncentracije povezane su s aluvijalnim tlima i tlima obogaćenim organskom tvari.

Toksičnost arsena u tlu može se smanjiti na različite načine, ovisno o izvoru onečišćenja i svojstvima tla. Povećanje oksidativnog stanja tla, korištenje tvari koje doprinose taloženju i vezanju elementa (željezni sulfat, kalcijev karbonat), ograničava bioraspoloživost arsena. Primjenom fosfatnih gnojiva također se smanjuje ulazak elementa u biotu.

Nikal (Ni). Sadržaj nikla u zemljinoj kori je 8×10 -3 težinskih postotaka. U rasporedu nikla u zemljinoj kori postoji sličnost s kobaltom i željezom. U kontinentalnim sedimentima prisutan je u obliku sulfida i arsenida i često zamjenjuje željezo u feromagnezijskim spojevima. U spojevima nikal je uglavnom dvovalentan i trovalentan.

Tijekom trošenja stijena, element se lako oslobađa, a zatim taloži s oksidima željeza i mangana. Relativno je stabilan u vodenim otopinama i može migrirati na velike udaljenosti.

U tlu je nikal usko povezan s oksidima mangana i željeza, te je u tom obliku najdostupniji biljkama. U gornjim horizontima tla nikal je prisutan u organski vezanim oblicima, od kojih su neki lako topljivi kelati. Najviši sadržaj Ni zabilježen je u glinastim i ilovastim tlima, u tlima na mafičnim i vulkanskim stijenama te u tlima bogatim organskom tvari.

Nikal se danas smatra ozbiljnim zagađivačem. Antropogeni izvori nikla dovode do njegovog značajnog povećanja u tlima. Ni je prisutan u kanalizacijskom mulju u obliku lako dostupnih organskih kelata i može biti fitotoksičan. Uvođenje fosfata ili organske tvari pridonosi smanjenju njihove dostupnosti biljkama.

Izračuni provedeni u Bjelorusiji pokazuju da 72% arsena, 57% žive, oko 99% nikla, 27% kadmija, 33% kroma, 27% bakra, 15% olova ulazi u atmosferu republike samo iz stacionarnih izvora izgaranja goriva, 11 % cinka. Proizvodnja cementa unosi značajne količine kadmija, olova, kroma. Mobilni izvori uglavnom zagađuju atmosferu cinkom i bakrom.

Osim atmosferskih oborina, korištenjem gnojiva, uključujući i ona na bazi kanalizacijskog mulja i kućnog otpada, u tlo se unosi značajna količina metala. Sastav nečistoća u gnojivima sadrži kadmij, krom, bakar, olovo, uran, vanadij i cink, s otpadom iz intenzivnog uzgoja životinja i peradi - bakar i arsen, s kompostom i gnojem - kadmij, bakar, nikal, cink i arsen, s pesticidima - kadmijem, arsenom, živom, olovom, manganom i cinkom.

Složenost sastava tla, veliki skup kemijskih spojeva omogućuju istovremeno odvijanje različitih procesa. kemijske reakcije te sposobnost čvrstih faza tla da održavaju relativno konstantan sastav otopine tla, iz kojeg biljke izravno crpe kemijske elemente. Ova sposobnost održavanja konstantnog sastava otopine tla naziva se puferiranje tla. U prirodnim uvjetima, puferiranje tla se izražava u činjenici da kada se neki element potroši iz otopine tla, čvrste faze se djelomično otope i koncentracija otopine se obnovi. Ako prekomjerne količine bilo kojeg spoja uđu u otopinu tla izvana, tada čvrste faze tla vežu takve tvari, opet održavajući konstantnost sastava otopine tla. Dakle, radi opće pravilo: puferiranje tla nastaje zbog velikog skupa kemijskih reakcija koje se istovremeno odvijaju između otopine tla i čvrstih dijelova tla. Kemijska raznolikost čini tlo otpornim na promjenjive uvjete okoliša ili antropogene aktivnosti.

Sadržaj teških metala (HM) u tlu, kako su utvrdili mnogi istraživači, ovisi o sastavu izvornih stijena, čija je značajna raznolikost povezana s kompleksom geološka povijest razvoj teritorija. Kemijski sastav stijena koje tvore tlo, predstavljen produktima trošenja stijena, unaprijed je određen kemijskim sastavom izvornih stijena i ovisi o uvjetima hipergene transformacije.

Posljednjih desetljeća antropogena aktivnost čovječanstva intenzivno je uključena u procese migracije HM u prirodnom okolišu.

Jedna od najvažnijih skupina toksikanata koji zagađuju tlo su teški metali. To uključuje metale gustoće veće od 8 tisuća kg / m 3 (osim plemenitih i rijetkih): Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Hg, Co, Sb, Sn, Be. U primijenjenim radovima Pt, Ag, W, Fe i Mn često se dodaju na popis teških metala. gotovo svi teški metali su otrovni. Antropogena disperzija ove skupine kontaminanata (uključujući i u obliku soli) u biosferi dovodi do trovanja ili opasnosti od trovanja živih.

Dodjela teških metala koji ulaze u tlo iz emisija, otpada, otpada, u klase opasnosti (prema GOST 17.4.1.02-83. Zaštita prirode. Tla) prikazana je u tablici. 1.

Stol 1. Klasifikacija kemikalija prema razredima opasnosti

Bakar- jedan je od najvažnijih nezamjenjivih elemenata potrebnih živim organizmima. U biljkama aktivno sudjeluje u procesima fotosinteze, disanja, obnove i fiksacije dušika. Bakar je dio niza enzima oksidaza - citokrom oksidaze, ceruloplazmina, superoksid dismutaze, urat oksidaze i drugih, a uključen je u biokemijske procese kao sastavni dio enzima koji provode reakcije oksidacije supstrata s molekulskim kisikom.

Clark u zemljinoj kori 47 mg/kg. Kemijski, bakar je neaktivan metal. Temeljni čimbenik koji utječe na vrijednost sadržaja Cu je njegova koncentracija u tlotvornim stijenama. Od magmatskih stijena najveću količinu elementa nakupljaju glavne stijene - bazalti (100-140 mg/kg) i andeziti (20-30 mg/kg). Pokrivne i lesne ilovače (20-40 mg/kg) manje su bogate bakrom. Njegov najmanji sadržaj zabilježen je u pješčenjacima, vapnencima i granitima (5-15 mg/kg). Koncentracija metala u glinama europskog dijela Rusije doseže 25 mg / kg, u lesnim ilovačama - 18 mg / kg. Pješčane i pješčane stijene koje tvore tlo planine Altai akumuliraju prosječno 31 mg/kg bakra, južno od zapadnog Sibira - 19 mg/kg.

U tlima je bakar slabo migratorni element, iako je sadržaj mobilnog oblika dosta visok. Količina pokretnog bakra ovisi o mnogim čimbenicima: kemijskom i mineraloškom sastavu matične stijene, pH otopine tla, sadržaju organske tvari itd. Najveća količina bakra u tlu povezana je s oksidima željeza, mangana, željeza i aluminijevih hidroksida i, posebno, s montmorilonit vermikulitom. Huminske i fulvinske kiseline mogu tvoriti stabilne komplekse s bakrom. Pri pH 7-8 topljivost bakra je najmanja.

MPC za bakar u Rusiji je 55 mg / kg, AEC za pjeskovita i pjeskovita ilovasta tla je 33 mg / kg.

Podaci o toksičnosti elementa za biljke su rijetki. Trenutačno je glavni problem nedostatak bakra u tlu ili njegova neravnoteža s kobaltom. Glavni znakovi nedostatka bakra kod biljaka su usporavanje, a zatim i prestanak formiranja reproduktivnih organa, pojava sitnog zrna, praznih klasova i smanjenje otpornosti na nepovoljne čimbenike okoliša. Na njegov nedostatak najosjetljiviji su pšenica, zob, ječam, lucerna, crvena repa, luk i suncokret.

ManganŠiroko je rasprostranjen u tlu, ali ga ima u manjim količinama u odnosu na željezo. Mangan se u tlu nalazi u nekoliko oblika. Jedini oblici dostupni biljkama su izmjenjivi i u vodi topljivi oblici mangana. Raspoloživost mangana u tlu smanjuje se s povećanjem pH (sa smanjenjem kiselosti tla). Rijetko su, međutim, tla iscrpljena ispiranjem do te mjere da nema dovoljno dostupnog mangana za ishranu biljaka.

Ovisno o tipu tla, sadržaj mangana varira: tlo kestena 15,5 ± 2,0 mg/kg, sivozemlje 22,0 ± 1,8 mg/kg, livadsko tlo 6,1 ± 0,6 mg/kg, žutilo 4,7 ± 3,8 mg/kg. , pjeskovita 6,8 ± 0,7 mg/kg.

Spojevi mangana jaki su oksidansi. Najveća dopuštena koncentracija za černozemna tla je
1500 mg/kg tla.

Sadržaj mangana u biljnim namirnicama uzgojenim na livadnim, žutim i pjeskovitim tlima korelira s njegovim sadržajem u tim tlima. Količina mangana u dnevnoj prehrani ovih geokemijskih pokrajina više je od 2 puta manja od dnevne potrebe čovjeka i prehrane ljudi koji žive u zonama kestena i sivog tla.

Kemijski sastav tla različitih teritorija je heterogen, a raspodjela kemijskih elemenata sadržanih u tlima po teritoriju je neravnomjerna. Tako, na primjer, budući da su uglavnom u raspršenom stanju, teški metali su sposobni formirati lokalne veze, gdje su njihove koncentracije stotine i tisuće puta veće od Clarkeovih razina.

Za normalno funkcioniranje organizma nužan je niz kemijskih elemenata. Njihov nedostatak, višak ili neravnoteža mogu uzrokovati bolesti koje se nazivaju mikroelementoze 1 ili biogeokemijske endemije, koje mogu biti prirodne i uzrokovane čovjekom. U njihovoj distribuciji važnu ulogu ima voda, kao i prehrambeni proizvodi u koje kemijski elementi ulaze iz tla hranidbenim lancima.

Eksperimentalno je utvrđeno da na postotak HM u biljkama utječe postotak HM u tlu, atmosferi i vodi (u slučaju algi). Također je uočeno da na tlima s istim sadržajem teških metala isti usjev daje različite prinose, iako su se i klimatski uvjeti podudarali. Tada je otkrivena ovisnost produktivnosti o kiselosti tla.

Čini se da je onečišćenje tla kadmijem, živom, olovom, arsenom, bakrom, cinkom i manganom najviše proučavano. Razmotrite onečišćenje tla ovim metalima zasebno za svaki. 2

Kadmij (Cd)

Sadržaj kadmija u zemljinoj kori je približno 0,15 mg/kg. Kadmij je koncentriran u vulkanskim (od 0,001 do 1,8 mg/kg), metamorfnim (od 0,04 do 1,0 mg/kg) i sedimentnim stijenama (od 0,1 do 11,0 mg/kg). Tla nastala na temelju takvih izvornih materijala sadrže 0,1-0,3; 0,1 - 1,0 odnosno 3,0 - 11,0 mg/kg kadmija.

U kiselim tlima, kadmij je prisutan u obliku Cd 2+, CdCl+, CdSO 4, au vapnenačkim tlima - u obliku Cd 2+, CdCl+, CdSO 4, CdHCO 3+.

Apsorpcija kadmija u biljkama značajno opada kada se kisela tla vapne. U tom slučaju povećanje pH smanjuje topljivost kadmija u vlazi u tlu, kao i bioraspoloživost kadmija u tlu. Tako je sadržaj kadmija u lišću cikle na vapnenastim tlima bio manji od sadržaja kadmija u istim biljkama na nevapnenom tlu. Sličan učinak pokazao se za rižu i pšenicu -->.

Negativan učinak povećanja pH na dostupnost kadmija povezan je sa smanjenjem ne samo topljivosti kadmija u fazi otopine tla, već i aktivnosti korijena, što utječe na apsorpciju.

Kadmij je prilično neaktivan u tlu, a ako se na njegovu površinu doda materijal koji sadrži kadmij, većina ostaje netaknuta.

Metode za uklanjanje kontaminanata iz tla uključuju ili uklanjanje samog kontaminiranog sloja, uklanjanje kadmija iz sloja ili prekrivanje kontaminiranog sloja. Kadmij se može pretvoriti u složene netopljive spojeve s dostupnim kelirajućim agensima (npr. etilendiamintetraoctena kiselina). .

Zbog relativno brzog unosa kadmija iz tla u biljke i niskih toksičnih učinaka uobičajenih koncentracija, kadmij se može akumulirati u biljkama i ući u hranidbeni lanac brže od olova i cinka. Stoga kadmij predstavlja najveću opasnost za ljudsko zdravlje kada se otpad unese u tlo.

Postupak za smanjenje količine kadmija koji može ući u ljudski prehrambeni lanac iz kontaminiranog tla je tlo za biljke, ne koristi se za hranu ili one usjeve koji apsorbiraju male količine kadmija.

Općenito, usjevi na kiselim tlima apsorbiraju više kadmija nego oni na neutralnim ili alkalnim tlima. Stoga je vapnenje kiselih tala učinkovit pravni lijek smanjujući količinu apsorbiranog kadmija.

Merkur (Hg)

Živa se u prirodi nalazi u obliku metalne pare Hg 0 koja nastaje njezinim isparavanjem iz zemljine kore; u obliku anorganskih soli Hg (I) i Hg (II), te u obliku organskog spoja metilžive CH 3 Hg +, monometil- i dimetil derivata CH 3 Hg + i (CH 3) 2 Hg.

Živa se nakuplja u gornjem horizontu (0-40 cm) tla i slabo migrira u njegove dublje slojeve. Živini spojevi su vrlo stabilne tvari u tlu. Biljke koje rastu na tlu zagađenom živom apsorbiraju značajnu količinu elementa i nakupljaju ga u opasnim koncentracijama ili ne rastu.

Olovo (Pb)

Prema podacima pokusa provedenih u uvjetima uzgoja pijeska s uvođenjem u tlo graničnih koncentracija Hg (25 mg/kg) i Pb (25 mg/kg) i prekoračenjem praga 2-20 puta, biljke zobi rastu i razvijaju se. obično do određene razine onečišćenja. Kako koncentracija metala raste (za Pb počevši od doze od 100 mg/kg), na izgled bilje. Pri ekstremnim dozama metala, biljke umiru unutar tri tjedna od početka pokusa. Sadržaj metala u komponentama biomase raspoređen je silaznim redoslijedom na sljedeći način: korijenje - nadzemni dio - zrno.

Ukupni unos olova u atmosferu (i, posljedično, djelomično u tlo) iz vozila u Rusiji 1996. godine procijenjen je na oko 4,0 tisuća tona, uključujući 2,16 tisuća tona teretnog prometa. Najveća opterećenja olovom bila su u Moskovskoj i Samarskoj oblasti, a zatim u Kaluškoj, Nižnjenovgorodskoj, Vladimirskoj oblasti i drugim subjektima Ruske Federacije koji se nalaze u središnjem dijelu europskog teritorija Rusije i Sjevernog Kavkaza. Najveće apsolutne emisije olova zabilježene su u regijama Ural (685 t), Volga (651 t) i Zapadni Sibir (568 t). A najnepovoljniji utjecaj emisija olova zabilježen je u Tatarstanu, Krasnodarskom i Stavropoljskom teritoriju, Rostovu, Moskvi, Lenjingradu, Nižnjem Novgorodu, Volgogradu, Voronježu, Saratovu i Samarskoj regiji (novine Zeleni svijet, posebno izdanje br. 28, 1997.).

Arsen (As)

Arsen se u okolišu nalazi u raznim kemijski stabilnim oblicima. Njegova dva glavna oksidacijska stanja su As(III) i As(V). U prirodi je peterovalentni arsen uobičajen u obliku raznih anorganskih spojeva, iako se trovalentni arsen lako nalazi u vodi, posebno u anaerobnim uvjetima.

Bakar(cu)

Prirodni minerali bakra u tlu uključuju sulfate, fosfate, okside i hidrokside. Bakreni sulfidi mogu nastati u slabo dreniranim ili poplavljenim tlima gdje postoje redukcijski uvjeti. Minerali bakra obično su previše topljivi da bi ostali u slobodno dreniranim poljoprivrednim tlima. U tlima onečišćenim metalima, međutim, kemijski okoliš može se kontrolirati neravnotežnim procesima koji dovode do nakupljanja metastabilnih krutina. Pretpostavlja se da se kovelit (CuS) ili kalkopirit (CuFeS 2) također mogu naći u obnovljenim tlima onečišćenim bakrom.

Tragovi bakra mogu biti prisutni kao zasebne sulfidne inkluzije u silikatima i mogu izomorfno zamijeniti katione u filosilikatima. Glineni minerali neuravnoteženog naboja nespecifično apsorbiraju bakar, dok oksidi i hidroksidi željeza i mangana pokazuju vrlo visok specifični afinitet prema bakru. Organski spojevi visoke molekularne težine mogu biti čvrsti apsorbenti za bakar, dok organske tvari niske molekularne težine teže stvaranju topljivih kompleksa.

Složenost sastava tla ograničava mogućnost kvantitativnog razdvajanja bakrenih spojeva u specifične kemijske oblike. ukazuje na --> Prisutnost velike mase bakrenih konglomerata nalazi se kako u organskim tvarima tako iu oksidima Fe i Mn. Uvođenje otpada koji sadrži bakar ili anorganskih bakrenih soli povećava koncentraciju bakrenih spojeva u tlu, koji se mogu ekstrahirati s relativno blagim reagensima; tako se bakar u tlu može naći u obliku labilnih kemijskih oblika. Ali lako topljivi i zamjenjivi element - bakar - stvara mali broj oblika koje biljke mogu apsorbirati, obično manje od 5% ukupnog sadržaja bakra u tlu.

Toksičnost bakra raste s povećanjem pH tla i niskim kapacitetom kationske izmjene tla. Obogaćivanje bakrom zbog ekstrakcije događa se samo u površinskim slojevima tla, a usjevi s dubokim korijenskim sustavom od toga ne pate.

Okoliš i ishrana biljaka mogu utjecati na fitotoksičnost bakra. Na primjer, toksičnost bakra za rižu u ravnicama jasno je uočena kada su biljke zalijevane hladnom umjesto toplom vodom. Činjenica je da je mikrobiološka aktivnost u hladnom tlu potisnuta i stvara one redukcijske uvjete u tlu koji bi pridonijeli taloženju bakra iz otopine.

Fitotoksičnost za bakar u početku se javlja zbog viška dostupnog bakra u tlu i pojačava se kiselošću tla. Budući da je bakar relativno neaktivan u tlu, gotovo sav bakar koji uđe u tlo ostaje u njemu gornje slojeve. Unošenjem organskih tvari u tla onečišćena bakrom može se smanjiti toksičnost zbog adsorpcije topljivog metala na organski supstrat (u ovom slučaju ioni Cu 2+ se pretvaraju u složene spojeve manje pristupačne biljci) ili povećanjem pokretljivosti Cu 2+ iona i njihovo ispiranje iz tla u obliku topivih organobakrenih kompleksa.

cink (Zn)

Cink se u tlu nalazi u obliku oksosulfata, karbonata, fosfata, silikata, oksida i hidroksida. Ovi anorganski spojevi su metastabilni u dobro dreniranim poljoprivrednim zemljištima. Čini se da je sfalerit ZnS termodinamički dominantan oblik i u reduciranim i u oksidiranim tlima. Određena povezanost cinka s fosforom i klorom očita je u smanjenim sedimentima kontaminiranim teškim metalima. Stoga bi se relativno topljive soli cinka trebale naći u tlima bogatim metalima.

Cink je izomorfno zamijenjen drugim kationima u silikatnim mineralima i može se okludirati ili koprecipitirati s hidroksidima mangana i željeza. Filosilikati, karbonati, hidratizirani metalni oksidi i organski spojevi dobro apsorbiraju cink, koristeći i specifična i nespecifična mjesta vezivanja.

Topivost cinka povećava se u kiselim tlima, kao i u tvorbi kompleksa s organskim ligandima niske molekulske mase. Redukcijski uvjeti mogu smanjiti topljivost cinka zbog stvaranja netopljivog ZnS.

Fitotoksičnost cinka obično se očituje kada korijenje biljke dođe u kontakt s viškom otopine cinka u tlu. Prijenos cinka kroz tlo odvija se izmjenom i difuzijom, pri čemu je potonji proces dominantan u tlima s niskim sadržajem cinka. Metabolički transport je značajniji u tlima s visokim sadržajem cinka, u kojima su koncentracije topljivog cinka relativno stabilne.

Mobilnost cinka u tlu povećava se u prisutnosti kelirajućih tvari (prirodnih ili sintetskih). Povećanje koncentracije topljivog cinka uzrokovano stvaranjem topljivih kelata kompenzira smanjenje mobilnosti zbog povećanja veličine molekule. Koncentracije cinka u biljnim tkivima, ukupni unos i simptomi toksičnosti u pozitivnoj su korelaciji s koncentracijom cinka u otopini za ispiranje korijena.

Slobodni Zn 2+ ion pretežno apsorbira korijenski sustav biljaka, stoga stvaranje topljivih kelata pridonosi topivosti ovog metala u tlu, a ta reakcija kompenzira smanjenu dostupnost cinka u kelatnom obliku.

Izvorni oblik onečišćenja metalom utječe na potencijal toksičnosti cinka: dostupnost cinka biljci u gnojenim tlima s ekvivalentnim ukupnim sadržajem ovog metala smanjuje se u seriji ZnSO 4 >mulj>kompost smeća.

Većina pokusa onečišćenja tla muljem koji sadrži Zn nije pokazala pad prinosa niti njihovu očitu fitotoksičnost; međutim, njihova dugotrajna primjena u velikoj količini može oštetiti biljke. Jednostavna primjena cinka u obliku ZnSO 4 uzrokuje smanjenje rasta usjeva u kiselim tlima, dok dugotrajna primjena cinka u gotovo neutralnim tlima prolazi nezapaženo.

Razine toksičnosti u poljoprivrednim tlima koje doseže cink obično su posljedica površinskog cinka; obično ne prodire dublje od 15-30 cm.Duboko korijenje određenih usjeva može izbjeći kontakt s viškom cinka zbog svog položaja u nekontaminiranom podzemlju.

Vapnenje tla onečišćenog cinkom smanjuje koncentraciju potonjeg u usjevima. Dodaci NaOH ili Ca(OH) 2 smanjuju toksičnost cinka u povrću uzgojenom na tresetnim tlima s visokim sadržajem cinka, iako je u tim tlima unos cinka u biljke vrlo ograničen. Nedostatak željeza uzrokovan cinkom može se ukloniti primjenom željeznih kelata ili FeSO 4 u tlo ili izravno na lišće. Fizičkim uklanjanjem ili potpunim odlaganjem gornjeg sloja kontaminiranog cinkom mogu se izbjeći toksični učinci metala na biljke.

Mangan

U tlu se mangan nalazi u tri oksidacijska stanja: +2, +3, +4. Uglavnom je ovaj metal povezan s primarnim mineralima ili sa sekundarnim metalnim oksidima. U tlu ukupna količina mangana varira na razini od 500 - 900 mg/kg.

Topivost Mn 4+ je izuzetno niska; trovalentni mangan je vrlo nestabilan u tlima. Najveći dio mangana u tlima prisutan je kao Mn 2+ , dok je u dobro prozračenim tlima najveći dio u čvrstoj fazi prisutan kao oksid, u kojem je metal u oksidacijskom stanju IV; u slabo prozračenim tlima, mangan se polako reducira mikrobnom okolinom i prelazi u otopinu tla te tako postaje vrlo pokretljiv.

Topivost Mn 2+ značajno se povećava pri niskom pH, ali se apsorpcija mangana u biljkama smanjuje.

Toksičnost mangana često se javlja tamo gdje su ukupne razine mangana srednje do visoke, pH tla prilično nizak, a dostupnost kisika u tlu također niska (tj. prisutni su redukcijski uvjeti). Da bi se eliminirao učinak ovih uvjeta, potrebno je kalciranjem povećati pH tla, nastojati poboljšati drenažu tla, smanjiti dotok vode, tj. općenito poboljšati strukturu tla.