Занятие 9. Оценка и предупреждение чрезвычайной ситуации, вызванной загрязнением почвы тяжелыми металлами

 

1. Цель работы:

1. Количественное определение содержания соединений свинца в районе техногенного загрязнения.

2. Экологическая оценка состояния почвы придорожной полосы автомобильной дороги.

3. Предложения по снижению содержания свинца в почве, прилегающей к автостраде.

3. Порядок выполнения работы:

3.1. Изучить материалы, изложенные в разделах "Общие положения" и "Теоретическая часть".

3.2. Получить у преподавателя для своего варианта исходные данные.

3.3. Выполнить необходимые расчеты по методике, изложенной в разделе "Порядок выполнения работы".

3.4. Оформить работу в соответствии с разделом "Порядок оформления работы".

3.5. Быть готовым к ответам на вопросы, изложенным в конце методических материалов по настоящему занятию.

3. Материально-техническое обеспечение:

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Интенсификация сельскохозяйственного производства, развитие промышленности, энергетики, транспорта сопровождается усиленным загрязнением природной среды широким набором токсических веществ и создает обоснованные опасения прогрессирующего техногенного загрязнения.

Попадая в окружающую среду, загрязняющие вещества вызывают деградацию и разрушение природных экосистем, наносят ущерб сельскохозяйственным угодиям, снижая урожай и его качество, и через контактирующие системы по трофическим цепям оказывают неблагоприятное воздействие на животных и человека. Тяжелые металлы относятся к числу наиболее опасных загрязнителей. Основными источниками эмиссии тяжелых металлов являются индустриальные центры, промышленные города и автотранспорт. Чем крупнее город, большие мощности и сроки деятельности его предприятий, тем сильнее его негативное влияние на природную среду. Поступление тяжелых металлов в окружающую среду происходит вследствие их техногенного рассеивания. Пути техногенного рассеивания тяжелых металлов многообразны, наиболее значимым является выброс в атмосферу при высокотемпературных технологических процессах (металлургия, химическая промышленность, сжигание топлива, обжиг цементного сырья и т.д.). Только в результате работы металлургических предприятий на поверхность земли ежегодно поступает не менее 154650 т Cu, 1215000 т Zn, 89000 т Pb, 120000 т Ni, 765 т Co, 30,5 т Hg. Вследствие сжигания угля и нефти в атмосферу ежегодно поступает 3600 т Pb, 7000 т Zn, 3700 т Ni, 2100 т Cu, 1600 т Hg. Интенсивное рассеивание тяжелых металлов происходит также с выхлопными газами автотранспорта: на земную поверхность попадает 260000 т Pb в год, что почти в три раза превосходит количество этого элемента, поступающего в почву от металлургических предприятий. Среди городов Беларуси наибольший объем выбросов тяжелых металлов в 1994 г. имел место в г. Минске – 274,3 тыс.т. Вклад автотранспорта в суммарный выброс по городу составил 72,7%.

Основная масса техногенных выбросов тяжелых металлов локализуется на сравнительно небольшой площади. Направление и дальность переноса аэрозолей металлов определяются множеством факторов, среди которых важнейшие – мощность предприятия,

высота дымовых труб, химический состав и физические свойства частиц (плотность, форма, гигроскопичность), климатические условия, рельеф местности и др. Радиус ареала техногенного рассеивания металлов вблизи промышленных предприятий составляет от 2-3 км до 20-25 км. Ширина загрязнения почв придорожной полосы зависит от характера и интенсивности движения автотранспорта, продолжительности эксплуатации дорог, господствующего ветра и его скорости, рельефа местности, режима атмосферных осадков, температурной инверсии, влажности воздуха, наличия защитных зеленых насаждений.

Накопление тяжелых металлов в почве приводит к тому, что все больше питательных веществ связывается с ними в недоступные для растений формы, вследствие чего снижается почвенное плодородие и наблюдается значительное снижение урожайности. В условиях умеренного климата урожай зерновых снижается на 20–30%, свеклы – на 35 %, картофеля – на 47 %. Повышение концентрации тяжелых металлов в почве вызывает увеличение их содержания в растениях. Выхлопные газы автотранспорта способны вызвать у растений хлороз, свертывание листовой пластинки, появление некротических пятен. Листья деревьев вблизи автострад в дневное время имеют температуру на 2–5°С выше из-за дополнительного притока радиации, т.к. покрыты пылью.

Основным критерием степени опасности загрязненных почв и растительности является предельная допустимая концентрация (ПДК) токсических веществ в этих объектах. К настоящему времени разработаны ПДК в почве только для 9-ти металлов -загрязнителей. Утвержденные нормативы металлов в почве следует рассматривать как условные, т.к. они относятся ко всем типам почв без учета их водно-физических и агрохимических свойств. При оценке загрязнения почв металлами необходимо сравнивать полученные результаты как с ПДК, так и с местным фоном. Для Беларуси эти показатели по свинцу следующие: фон – 10 мг/кг, ПДК – 30 мг/кг. Содержание загрязняющих веществ в почвах городов изменяется в широких пределах: от минимальных значений близких к фоновым в районах новостроек, до концентраций во много раз превышающих фоновые в зонах влияния промышленных предприятий и в старо обжитых районах городов.

Тяжелые металлы присутствуют в отработанных газах в виде мельчайших частиц размером 4–8 мкм, которые длительное время

сохраняются в атмосфере. Попадание их в организм человека вызывает серьезные поражения органов пищеварения, центральной и периферийной нервной системы и другие тяжелые заболевания. Установлено, что высокий уровень воздействия свинца влияет на нейроповеденческие реакции детей, включая коэффициент умственного развития. Главная опасность - способность этого загрязнителя накапливаться в организме человека, т.к. он практически не выводится.

Мероприятия, снижающие поступление свинца в окружающую среду, можно подразделить на две основные группы: чисто технические и агрономические, или биологические, каждая из которых включает ряд самостоятельных мероприятий. Технические направления являются основными в решении проблемы охраны природной среды от загрязнения выхлопными газами автотранспорта. Одним из важнейших приемов, снижающих поступление свинца, является замена тетраэтилсвинцовой антидетонационной присадки к бензину на новые, не содержащие этот токсический элемент. К перспективным техническим направлениям относится перевод транспорта на другие виды двигателей (роторный, инерционный и др.) и топлива (газ, синтетические спирты, аммиак, водород), создание нового альтернативного электрического транспорта. Все перечисленные мероприятия или существенно снижают, или практически полностью исключают поступление в окружающую среду свинца и других токсических веществ.

Биологические меры защиты от негативного влияния свинца считаются второстепенными, т.к. способствуют улучшению условий произрастания растений на загрязненной почве. Они направлены не на снижение общего количества свинца, а на снижение его подвижности в почве. Одним из самых эффективных приемов охраны почв и сельскохозяйственных культур от загрязнения свинцом считается посадка вдоль автомагистралей защитных насаждений из кустарников и древесных пород. Так, содержание свинца у овощных культур, выращиваемых вблизи автострады, но защищенных полосой из боярышника и клена полевого (высота 1 м, ширина 3 м) на 30–50% ниже, чем у растений, не испытывающих действие полосы; в саду, закрытом 4-рядной полосой из ели и липы, на расстоянии 50 м от дороги содержание свинца в яблоках не выходит за пределы допустимого, тогда как в незащищенных плодах оно было в три раза

выше допустимого; содержание свинца в почве за растительным барьером из 2-3 рядов ели на расстоянии 40 м от автотрассы не превышает 4 мг/кг, тогда как вне барьера на том же расстоянии – 12,7 мг/кг. Защитные полосы должны состоять не меньше, чем из 1 ряда хвойных пород и 2-х рядов высокорослых быстрорастущих лиственных пород (берез, тополей и др.)

Эффективно защищают растения от токсического влияния свинца такие агротехнические приемы, как известкование кислых почв, внесение органических и минеральных удобрений, т.е. закрепление тяжелых металлов в почве (образование в почве трудно растворимых соединений). Из других приемов биологического характера заслуживает внимания подбор сельскохозяйственных культур, относительно слабо накапливающих свинец при возделывании их на загрязненных почвах. Вика больше всего поглощает и накапливает свинец в зеленой массе, за ней в убывающем порядке идут кукуруза, горох, клевер, пшеница, овес, ячмень.

Для предохранения организма от токсического влияния свинца рекомендуется зону до 10 м от полотна дороги исключить из сельскохозяйственного пользования, по возможности ограничить вблизи магистралей выращивание овощных и плодовых культур. Запрещен выпас молодняка крупного рогатого скота вдоль автострад с интенсивным движением транспорта, т.к. это приводит к накоплению тяжелых металлов в организме животных, а затем в продуктах питания и в организме человека.

В местах сильного загрязнения поверхности тяжелыми металлами (территории ТЭЦ, гальваническое производство) необходимо производить рекультивацию почв с последующей переработкой снятой части земельного покрова. К такому способу переработки относится метод отверждения (стабилизации), который включает процесс цементирования, процессы пуццолан и термопластичные процессы. Первый предполагает прямое смешивание отходов с цементом с образованием матрицы отверждения, второй – отверждение отходов на основе извести и известковых продуктов (силикатный или известковый процесс), третий - заливку отходов в матрицу. Метод стабилизации преобразует тяжелые металлы в нерастворимые производные или за счет кальцинации в нерастворимые металлические соли, т.е. превращает их в удобный для утилизации и повторного использования строительный элемент (основание для строительства дорог или фундаментов).

Для принятия мер по снижению содержания свинца и защиты от негативного влияния, в первую очередь необходимо знать количественное содержание свинца в почве. В настоящее время наиболее распространенным методом определения концентрации металлов является метод атомно-абсорбционной спектрометрии.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ