Загрязнение почв металлами и металлоидами

К тяжелым металлам относят более 40 химических элементов, масса атомов которых превышает 50 атомных единиц. Среди металлоидов в составе загрязняющих ве­ществ находят As, Sb, Se, В, Mo.

Самыми мощными поставщиками отходов, обога­щенных металлами, являются предприятия по выплавке цветных металлов (алюминиевые, глиноземные, медно­цинковые, свинцово-плавильные, никелевые, титано-маг­ниевые, ртутные и др. заводы), а также по переработке цветных металлов (радиотехнические, электротехнические, приборостроительные, гальванические и пр.). Остепени обогащения твердофазных отходов этих предприятий сви­детельствуют коэффициенты концентрирования в них ТМ, которые представляют собой отношение массовой доли ТМ в отходах к содержанию ТМ в фоновой почве (или его кларку). В таблице 6.8 показан пример накопления ТМ в промышленных отходах.

В пыли металлургических производств, заводов по переработке руд концентрация Pb, Zn, Bi, Sn может быть повышена по сравнению с литосферой на несколько по­рядков (до 10—12), концентрация Cd, V, Sb — в десятки тысяч раз, Cd, Mo, Pb, Sn, Zn, Bi, Ag — в сотни раз. Отходы предприятий цветной металлургии, заводов лакокрасочной промышленности и железобетонных конструкций обогаще-

Таблица 6.8

Коэффициенты концентрирования химических элементов в отходах гальванического производства

ны ртутью.

Таблица 6.9

Техногенные ассоциации химических элементов в отходах различных отраслей промышленности

Под влиянием обогащенных металлами выбросов фор­мируются ареалы загрязнения ландшафта преимущественно на региональном и локальном уровнях.

Влияние предприятий энергетики на загрязнение окру­жающей среды обусловлено не концентрацией в их отходах металлов, а их огромным количеством. Масса отходов, на­пример, в промышленных центрах, превышает их суммар­ное количество, поступающее от всех других источников загрязнения. Отходы предприятий энергетики, например зола углей, отличается присутствием в них металлоидов, такие как бор, сурьма, селен, молибден и др., но степень их концентрирования в отходах относительно невысока и редко достигает порядка.

С выхлопными газами автомобилей в окружающую среду выбрасываются значительные количества свинца, которые превышают их поступление с отходами металлур­гических предприятий. В цивилизованных странах запре- щено применение этилированного бензина, содержащего тетраэтилсвинец.

Пахотные почвы загрязняются такими элементами, как ртуть, мышьяк, свинец, бор, медь, олово, висмут, кото­рые попадают в почву в составе ядохимикатов, биоцидов, стимуляторов роста растений, структурообразователей. Нетрадиционные удобрения, изготовляемые из различных отходов, часто содержат большой набор загрязняющих веществ с высокими концентрациями. Из традиционных минеральных удобрений фосфорные удобрения содержат чаще всего примеси Sr, F, так как они сопутствуют фосфо­ритам и особенно апатитам, которые служат сырьем для приготовления различных видов фосфорных удобрений.

Таблица 6.10

Содержание в суперфосфате металлов (мг/кг), поступающих в слой почвы 0-5 см при дозе внесения 1000 кг/га (Гапонюк, 1985)

Увеличения общего содержания металлов в почвах под влиянием фосфорных удобрений, как правило, не проис­ходит. Однако подвижность Cd и Sr в таких почвах может быть повышена.

Анализируя сельскохозяйственные источники загряз­нения биосферы, следует отметить влияние не только примесей, присутствующих в удобрениях, но и самих действующих веществ, распыление которых в экосистеме сопровождает их полезное действие. Подсчитано, что из 23 млн т азота удобрений, вносимых в почву на планете, с урожаем выносится 12 млн т, а 7 — 8 млн т попадает в ат­мосферу за счет денитрификации, 2 млн т уходит с поверх­ностным и подземным стоком. В некоторых европейских реках, начиная с 1960 года, концентрация нитратов росла со скоростью 0,15 мг/л в год, периодически она превыша­ла предельно допустимый уровень в 22,6 мг/л.

Соединения фосфора, вносимые с удобрениями, вслед­ствие водной эрозии с полей поступают в озерные и речные воды. Эфтрификация водоемов — следствие потерь био­генных элементов, внесенных в почвы с удобрениями.

Распределение в ландшафте поступивших в атмосферу из техногенных источников металлов и металлоидов зависит от расстояния от источника загрязнения, от климатических условий (сила и направление ветров), от рельефа местности, от технологических факторов (состояние отходов, способ поступления отходов в окружающую среду, высота труб предприятий).

Загрязнение почв происходит при поступлении в окружающую среду техногенных соединений металлов и металлоидов в любом фазовом состоянии. В целом на планете преобладает аэрозольное загрязнение. При этом наиболее крупные частицы аэрозолей (>2 мкм) выпадают в непосредственной близости от источника загрязнения (в пределах нескольких км), формируя зону с максимальной концентрацией поллютантов. Загрязнение прослеживается на расстоянии десятков км. Размер и форма ареала загряз­нения определяется влиянием вышеназванных факторов.

Аккумуляция основной части загрязняющих веществ наблюдается преимущественно в гумусово-аккумулятивном почвенном горизонте. Связываются они алюмосиликатами, несиликатными минералами, органическими веществами за счет различных реакций взаимодействия. Часть их удерживается этими компонентами прочно и не только не участвует в миграции по почвенному профилю, но и не представляет опасности для живых организмов. Отрицатель­ные экологические последствия загрязнения почв связаны с подвижными соединениями металлов и металлоидов. Их образование в почве обусловлено концентрированием этих элементов на поверхности твердых фаз почв за счет реакций сорбции-десорбции, осаждения-растворения, ионного обмена, образования комплексных соединений. Все эти соединения находятся в равновесии с почвенным раствором и совместно представляют систему почвенных подвижных соединений различных химических элементов.

В условиях промывного режима потенциальная под­вижность металлов и металлоидов реализуется, и они могут быть вынесены за пределы почвенного профиля, являясь источниками вторичного загрязнения подземных вод.

Соединения тяжелых металлов, входящие в состав тон­чайших частиц (микронных и субмикронных) аэрозолей, могут поступать в верхние слои атмосферы и переноситься на большие расстояния, измеряемые тысячами км, т. е. участвовать в глобальном переносе веществ.

6.3.5.