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
| Эле мент | Осадки на фильтрах | Абразивная пыль | Элемент | Осадки на фильтрах | Абразивная пыль |
| Сг | 265 | 318 | Cd | 85700 | 2 |
| Си | 340 | 31 | Sn | 3200 | 4 |
| Zn | 217 | 5 | Pb | 374 | 2 |
| V | 90 | 669 | Bi | 3300 | 2 |
| Ад | 1000 | 29 | W | 2 | 3322 |
ны ртутью.
В пыли машиностроительных заводов повышена концентрация W, Cd, Pb. Так формируются техногенные ассоциации химических элементов (табл. 6.9).Таблица 6.9
Техногенные ассоциации химических элементов в отходах различных отраслей промышленности
| Цветная металлургия | Pb, Zn, Си, Hg, Мп |
| Черная металлургия | Ni, Мп, РЬ, Си, Zn |
| Энергетика | В, As, Sb, Se |
| Нефтяная промышленность | Pb Cu= Ni Zn Mn |
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.
О размерах реального поступления ряда элементов с фосфорными удобрениями свидетельствует таблица 6.10.Таблица 6.10
Содержание в суперфосфате металлов (мг/кг), поступающих в слой почвы 0-5 см при дозе внесения 1000 кг/га (Гапонюк, 1985)
| Удобрение | F | Мп | Zn | Ni | Cr | Pb | Cu | Cd |
| Суперфосфат простой | 12 | 1 | 0.3 | 0.05 | 0.1 | 0.1 | 0.04 | 0.004 |
| Суперфосфат двойной | 8 | 1 | 0.3 | 0.03 | 0.1 | 0.1 | 0.03 | 0.007 |
| Фоновая почва | 1 | 850 | 850 | 40 | 200 | ЗО | 20 | 0.5 |
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.
Выделение азотных соединений из почвы в атмосферу — это не только экономические потери, но и прямая угроза озоновому слою планеты и вклад в парниковый эффект.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.
Количество поглощенных элементов и прочность их удер- живания почвами зависят от свойств элементов и от химических свойств почв. Влияние этих свойств на поведение металлов и металлоидов имеет и общие и специфические черты. Количество поглощенных элементов линейно зависит от присутствия тонкодисперсных глинистых минералов и органических веществ. Увеличение кислотности сопровождается повышением растворимости соединений металлов, но ограничением растворимости соединений металлоидов. Влияние несиликатных соединений железа и алюминия на поглощение поллютантов зависит от кислотно-основных условий в почвах.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.