Общемировое содержание тяжелых металлов в отходах составляет

Обновлено: 30.06.2024

Серьезные экологические проблемы в городах вызывает загрязнение тяжелыми металлами, а это свыше 40 элементов таблицы Менделеева. В малых дозах они зачастую даже необходимы организму. Однако при превышении допустимых уровней эти вещества вызывают отравление, болезни и мутации.

Тяжелые металлы — загрязнители природной среды

Главный источник тяжелых металлов – промышленность. Выбросы проникают в водоемы, атмосферу, почву, а из нее – в сельхозкультуры. Самые токсичные – свинец, ртуть, мышьяк, кадмий и хром.

Ртуть

Ртути присвоен I класс опасности. Ее естественное состояние в земной коре – безвредные сульфидные остатки, но вследствие атмосферных процессов возникло загрязнение мирового океана. В нем было обнаружено 50 млн. т ртути. Если 5 000 т/год – естественный вынос, то еще столько же – результат деятельности человека.

В мире создается свыше 10 000 т ртути в год. В океане ртуть под воздействием анаэробов превращается в метилртуть и диметилртуть, опасные для всего живого. Метилртуть с кровью поступает в мозг, разрушая его, проникает в плаценту. При проглатывании и вдыхании паров металлической ртути чернеют и крошатся зубы. Ртутные соли просачиваются сквозь кожу, разъедая ее и слизистые.

Свинец

Свинцу присвоен I классу опасности. Он выделяется при выплавке из руды. Каждый год в мире используется до 180 000 т свинца, а наибольшее загрязнение наблюдается на автомобильных выхлопных газах. При движении машины в атмосферу выбрасывается свинец содержащийся в бензине. Основная масса оседает на землю, но часть остается в воздухе.

Еще свинцовая пыль покрывает почву в промышленных зонах. Другие источники загрязнения – угольные электростанции и бытовые печи, глиняная посуда с глазурью, красящие пигменты.

Неорганические соединения свинца расстраивают метаболизм, металл может замещать кальций в костях. Органические еще более токсичны.

Кадмий и цинк

1 млн. кг кадмия ежегодно выбрасывается в атмосферу вследствие его выплавки. Это 45% общего загрязнения. Другие 55% – следствие сжигания или переработки кадмийсодержащих изделий. Заводы по выплавке цинка – крупнейшие источники загрязнения данным металлом. Оба элемента проникают в водоемы, попадают в рыбу, скапливаются в печени и почках.

Значительные загрязнения цинком обнаруживаются вблизи автомагистралей. Источником загрязнения кадмием также являются удобрения. Элемент внедряется в растения, используемые в пищу, и отравляет организм. При этом кадмий намного токсичнее цинка, ему присвоен I класс опасности. Вдыхание воздуха, в котором его больше 5 мг/м3, в течение 8 ч. чревато смертью.

Сурьма, мышьяк, кобальт

Каждый год в мире производится около 70 т сурьмы. Она входит в состав сплавов, применяется для изготовления спичек, а в чистом виде идет на полупроводники. Хроническое отравление нарушает функции ЖКТ.

У мышьяка II класс опасности, он летучий и легко попадает в воздух. Сильнейшие источники загрязнения – гербициды, фунгициды и инсектициды. Элементарный мышьяк – слабый яд, но нарушает развитие плода. Отравление вызывает болезни ЦНС, изменения печени, атрофию костного мозга.

Кобальт задействуют в сталелитейном деле, изготовлении полимеров. Это элемент I класса опасности.

Медь и марганец

Медь относится ко II классу опасности. По воде и воздуху металл переносится на огромные расстояния. Аномальным содержание меди в почвах и растениях остается на расстоянии больше 8 км от плавильного завода. Ее излишки откладываются в тканях мозга, коже, печени, поджелудочной. Она провоцирует болезнь Вильсона.

У марганца тоже II класс опасности. Источники загрязнения – производства легированной стали, сплавов, электробатарей. Превышение нормы марганца в воздухе разрушает ЦНС.

Загрязнение почвы тяжелыми металлами

Самые долгие последствия вызывает загрязнение почв тяжелыми металлами вследствие добычи, плавки руд, промышленных выбросов, применения удобрений. Особенно опасны кадмий, медь, свинец, цинк, поскольку они стойкие, биоаккумулятивные и токсичные.

Последствия загрязнения почвы

Из-за загрязнения почв металлами ухудшается рост и метаболизм почвенных микробов. Это может затруднить поглощение растениями питательных веществ из почвы. Плюс тяжелые металлы токсичны для растений. Все это приводят к замедлению роста, низкой урожайности.

Растения, накопившие токсиканты, могут поступать в пищу. Это опасно для здоровья. Еще они из почвы проникают в питьевую воду, вызывая болезни.

Рекультивация земель, загрязненных тяжелыми металлами

Перед рекультивацией земель, загрязненных тяжелыми металлами, важно выявить источник загрязнения, реализовать меры по его ликвидации и уменьшению выбросов. Только так достигается эффективность работ.

Рекультивация земельных участков проводится несколькими способами:

Выращивание устойчивых к загрязнению растений (колосовые зерновые, капуста, картофель, хлопчатник, свекла).
Фиторекультивация растениями, накапливающими металлы.
Контроль подвижности токсикантов в почве.
Регулирование соотношения элементов в почве.
Организация рекультивационного слоя.

Загрязнение водоемов тяжелыми металлами

Загрязнения нефтепродуктами и токсичными металлами ухудшают качество среды обитания водных биоресурсов. Они негативно влияют на кормовую базу рыб, выживаемость молоди и размножение взрослых особей.

Источники загрязнения водоемов – стоки горнодобывающих, металлургических заводов, химическая и легкая промышленность. Соли хрома сбрасывают фабрики по дублению кожи, хром с никелем используют для гальванического покрытия изделий из металла. Соединения цинка, кобальта, меди, титана – это красители.

Наибольшую опасность представляет загрязнение вод ртутью. При взаимодействии с микробами со дна образуются водорастворимые органические соединения высокой токсичности.

Некоторые металлы содержатся в пестицидах и удобрениях. Уровень загрязнения ими растет вследствие кислотных дождей, то есть закисления.

Предельно допустимые концентрации в воде

При оценке состояния экосистем учитывается загрязненность водных объектов токсичными веществами. Особенно опасны тяжелые металлы. Поэтому установлены их предельно допустимые концентрации, которые при ежедневном влиянии не допускают развития у людей патологий.

Металл	ПДК в обычной воде	ПДК в рыбохозяйственных прудах
Ртуть	0,5 мкг/л	до 0,1 мкг/л
Свинец	0,03 мг/л	0,1 мг/л
Кадмий	1 мкг/л	до 0,5 мг/л
Кобальт	0,1 мкг/л	0,01 мг/л
Марганец	0,1 мкг/л	0,1 мкг/л
Мышьяк	50 мкг/л	50 мкг/л
Медь	0,1 мкг/л	0,001 мг/л

Загрязнение атмосферы тяжелыми металлами

Техногенные выбросы металлов в виде аэрозолей поступают в атмосферу и переносятся на огромные расстояния, провоцируя глобальное загрязнение. С гидрохимическими стоками их часть попадает в бессточные водоемы, скапливается в воде и на дне. Это может вызвать вторичное загрязнение.

Металлы быстро распространяются в воде, выпадают в осадок в виде сульфатов и карбонатов и частично абсорбируются на органических осадках. При исчерпании абсорбционной способности осадков токсиканты проникают в воду, повышая ее кислотность, провоцируя зарастание водоемов и интенсивное выделение углекислого газа вследствие жизнедеятельности микроорганизмов.

Загрязнение пищевых продуктов тяжелыми металлами

Пищевые цепочки – один из основных путей поступления токсикантов в организм. Они начинаются от сельхозугодий и заканчиваются человеком. Растения поглощают металлы из почвы, в продукты животноводства они поступают через антибиотики, гормоны для стимуляции роста животных. Как конечное звено пищевой цепи, человек может получать еду с концентрация токсикантов до 1000 раз выше, чем в почвах.

Загрязнение пищевых продуктов происходит при готовке еды, контакте сырья с посудой во время термообработки. При консервировании жестяные банки становятся источником загрязнения свинцом. Он попадает в состав продуктов питания из свинцового припоя в швах.

Воздействие тяжелых металлов на организм человека

В индустриально-развитых странах наблюдается рост профессиональных болезней вследствие вредных производственных факторов. Это шум, вибрация от движущихся механизмов, воздействие электромагнитного поля, химических веществ. Наиболее опасны тяжелые металлы. При превышении допустимого уровня они становятся токсичными, откладываются в почках и печени, приводят к мутациям.

Распространенные заболевания на фоне интоксикации металлами:

Никель провоцирует астму, врожденные пороки.
Кобальт – некроз почечных канальцев, болезни легких.
Хром и бериллий – дерматиты.
Мышьяк – белокровие.
Кадмий – почечную дисфункцию, разрушение костей.
Цинк – остеопороз, цинковую лихорадку.
Медь – аутоиммунные нарушения, желтуху, гипертонический криз.
Молибден – ломкость костей, прекращение роста у детей.
Марганец – атеросклероз.
Ртуть – нарушения ЦНС, уродства.
Селен – выпадение волос и ногтей, внезапную смерть.
Ванадий – астму, нервные расстройства, изменение состава крови.
Таллий – нарушения метаболизма.

Мышьяк, бериллий, кобальт, никель, хром и кадмий – еще и канцерогенны. Большие концентрации этих металлов в организме могут вызывать рак.

Техногенное поступление тяжелых металлов в окружающую среду с отходами различных видов человеческой деятельности

Тяжелые металлы поступают в окружающую среду с отходами практически всех видов человеческой деятельности.

Основными источниками тяжелых металлов являются преимущественно отходы промышленности, энергетики, транспорта. Промышленность представлена следующими основными отраслями: черная и цветная металлургия, химическая, целлюлозно-бумажная, строительная, машиностроительная, легкая и пищевая, энергетическая, нефтехимическая и нефтеперерабатывающая. Предприятия каждой отрасли производят отходы, для которых характерен специфический набор загрязняющих веществ.

Отходы поступают в форме твердых (терриконы, отвалы), жидких (отстойники), газообразных (аэрозоли) выбросов. Аэрозольное загрязнение наиболее мощное. С аэрозольным переносом химических веществ связано формирование потоков этих веществ и соответственно уровни загрязнения окружающей среды: локальный, региональный, глобальный. Загрязняющие вещества в атмосфере под влиянием антропогенных факторов перемещаются более активно, чем под влиянием естественных условий. Вклад антропогенных источников поступления тяжелых металлов становится сопоставимыми с природными источниками.

Вещественный состав пылеватой фракции аэрозолей неоднородный. Это обусловлено разнообразием источников формирования пылеватой фракции аэрозолей в природных и техногенных условиях. Источники формирования состава пылеватой фракции атмосферы: а) пылеватые частицы почвы, поднятые с ее поверхности воздушными потоками, состав их близок к составу почв региона;

б) аэрозольные выбросы отходов промышленной и коммунальнобытовой деятельности локального и регионального уровней, состав их определяется видом и технологией производства; в) продукты глобального переноса веществ.

В пылеватых фракциях природных ландшафтов преобладают литофильные элементы. В промышленных центрах запыленность воздуха возрастает в 5—10 раз и более. Техногенная пыль содержит Hg, Zn, Sn, Cd, As в количествах, на порядки превышающих природный уровень. Загрязнение меняет природное соотношение элементов в атмосфере. Возможно формирование потока пыли с преобладанием техногенных элементов над литофильными на порядок и более.

Время нахождения в атмосфере пылеватых частиц непосредственно связано с их размером. Частицы > 10 мкм быстро оседают вблизи источника загрязнения, частицы 5—0,1 мкм образуют устойчивые суспензии, частицы < 0,1 мкм ведут себя подобно газам. Значительная часть пыли аэрозольных выбросов оседает вокруг источника загрязнения.

Содержание загрязняющих веществ в отходах (в том числе в пылеватых фракциях аэрозолей) характеризуют абсолютными концентрациями химических веществ и относительными. Широко применяется в качестве относительных показателей коэффициент концентрирования К_к.

Техногенное поступление тяжелых металлов с промышленными отходами. Наблюдения в загрязненных регионах свидетельствуют, что предприятия по выплавке цветных металлов (алюминиевые, медно-цинковые, свинцово-плавильные, никелевые, титано-магниевые, ртутные и др. заводы) являются самыми мощными поставщики отходов, обогащенных металлами, нередко и неметаллами. Загрязнены ими также отходы предприятий по переработке цветных металлов: радиотехнические, электротехнические, приборостроительные, гальванические и пр.

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, Мо, Pb, Sn, Zn, Bi, Ag — в сотни раз. Отходы предприятий цветной металлургии, заводов лакокрасочной промышленности и железобетонных конструкций обогащены ртутью. В пыли машиностроительных заводов повышена концентрация W, Cd, Pb. Так формируются техногенные ассоциации химических элементов.

Рассмотрим в качестве примера обстановку в окрестностях дальневосточного свинцово-цинкового комбината. Техногенное поступление потоков загрязняющих веществ в окружающую среду происходит в форме газов (сернистый газ, возгонка Pb, As), в жидком виде (технологические сточные воды) и в форме твердофазных отходов. В составе техногенной пыли Pb, Zn, Cd, Cu присутствуют в форме оксидов, а также в элементной форме. Основной источник поступления металлов в окружающую среду — атмосферные осадки. Концентрации металлов в осадках вблизи завода на 2—3 порядка превышают среднюю. Основная часть металлов поступает в растворенном состоянии.

Поступают металлы на поверхность почвы преимущественно в растворимой форме.

Техногенное поступление тяжелых металлов с отходами энергетики. Производство энергии связано с работой угольных и мазутных электростанций. Отходы поступают в разном фазовом состоянии. Загрязнение происходит при газообразном рассеянии отходов и золы уноса тепловых ТЭЦ, при выбросах мазутных ТЭЦ, а также за счет твердых отходов (зола, шлаки) и сточных вод угольных ТЭЦ. Предприятия энергетики производят самые большие массы отходов. В крупных промышленных городах отходы от сжигания топлива по объему приближаются к сумме отходов от бытовых и промышленных источников.

Состав отходов предприятий энергетики отличается преобладанием анионогенных элементов и их более низкими коэффициентами концентрирования, чем отходы предприятий черной и цветной металлургии. Велика в них доля сернистых соединений. Одна крупная ТЭЦ выбрасывает в атмосферу до 500 т сернистых веществ и пыли, 10% которых обнаруживается в пределах 5 км от источника.

Зола углей по сравнению с литосферой обогащена В (в 16—20 раз), F, Mo, As (в 5—10 раз). Аккумулируются и металлы (Pb, W, Ва, Zn, Cu, Cr, Sn), но в значительно меньшей степени (1,5—3), чем в отходах металлургических заводов.

Поступление тяжелых металлов в окружающую среду с отходами транспорта. Выхлопные газы автомобилей загрязняют окружающую среду свинцом. Свинец долгое время добавляли в бензин в форме тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора. При использовании его каждая машина в год выделяла около 1 кг свинца. С выхлопными газами автотранспорта на поверхность земли выбрасывалось 260 тыс. т свинца ежегодно, что почти в три раза превышает его количество, поступающее с отходами металлургических предприятий. В настоящее время во многих развитых странах этилированный бензин не используется. В России применение этилированного бензина запрещено с 2003 г.

Аэрозольные выбросы — доминирующая форма поступления загрязняющих веществ, поступающих из различных источников. Соотношение в них пылеватой и газовой составляющих обусловливает, как правило, реакцию осадков и состав выпадений. Имеется опыт классификации аэрозольных выпадений. По анионному составу выпадений выделяют классы выпадений, по катионному — виды выпадений. Принадлежность выпадений к определенному роду устанавливается по доминирующим в выпадениях металлам.

Поступившие в атмосферу из техногенных источников загрязняющие вещества распределяются в ландшафте под влиянием природных факторов. Основные факторы, обусловливающие локальное загрязнение любой из природных сред: состав отходов, состояние отходов, способ поступления отходов в окружающую среду, высота труб предприятий, расстояние от источника загрязнения, роза ветров, рельеф, свойства почв. Соотношение влияющих факторов различное.

Анализ возможности сокращения содержания тяжелых металлов в процессе компостирования муниципальных органических отходов

В статье рассмотрен метод обработки отходов компостированием, совмещенный с проблемой высокого содержания тяжелых металлов.

Ключевые слова: твердые бытовые отходы, компостирование, тяжелые металлы.

Более половины твердых бытовых отходов (ТБО) составляют органические отходы, которые в процессе биотермического разложения (компостирования) превращаются в продукт, богатый гумусом, макро- и микроэлементами. В составе компостируемого сырья находятся компоненты, отличающиеся длительностью и способностью к разложению — бумага, стекло, пластик, резина, лома черных и цветных металлов, керамика, камни.

Высокое содержание тяжелых металлов в получаемом компосте является основным фактором, ограничивающим использование данного метода переработки отходов. Отсутствие системы селективного сбора отходов и глубокой сортировки является причиной наличия наиболее опасных загрязнителей — сначала в отходах, затем в готовом компосте — тяжелых металлов.

В большинстве европейских стран развита система раздельного сбора компонентов отходов, где выделяются вторичные материалы с учетом эффективной организации сбора в источниках накопления.

В результате, в готовых компостах Финляндии, Германии, Испании нет проблемы загрязнения тяжелыми металлами. Причиной этому служит на первом этапе — эффективное государственное управление бытовыми отходами, как обязательство раздельного сбора, рациональное потребление, вторичное использование, как сложившийся устоявшийся менталитет; санкционирование деятельности: как штрафы за нарушение норм сортировки или залоговая стоимость упаковки, позволяющая вернуть часть средств в обмен на отход. На втором — современные технологичные мусороперерабатывающие комплексы, эффективно осуществляющие покомпонентную сортировку.

По данным Росприроднадзора, в России только 4–5 % ежегодно образующихся ТКО вовлекаются в переработку, все остальное размещается на полигонах ТКО, санкционированных и несанкционированных свалках [1]. Одним из методов переработки ТКО является компостирование — процесс естественного разложения отходов питания, продуктов животного происхождения в результате жизнедеятельности мезофильных и термофильных бактерий, грибов и других микробных сообществ, при поступлении кислорода и выделении тепла.

Полученный в результате компост можно использовать для восстановления почв с недостаточным количеством органических веществ, так в нем содержатся основные питательные вещества для растений (N, P и K), микроэлементы (Cu, Fe и Zn) и органические вещества. Однако, существующие в настоящее время технологии компостирования не позволяют избавиться от проблемы — наличия солей тяжелых металлов, что приводит к фактической непригодности компоста из ТБО для повсеместного использования.

Используемый сейчас процесс компостирования включает в себя следующие технологические операции.

1. Прием и предварительная подготовка отходов происходит на сортировочной станции: транспорт привозит отходы, которые поступают в бункер разрывателя пакетов. Измельченный мусор проходит через металлосепаратор, где магнитами извлекается фракция черного металла. После чего отходы поступают на вибростол, представляющий собой динамические ножи и сита размером 30 и 80 мм. На этой стадии извлекается компостируемая часть — влажная органика с влажностью 70 %, а также различный смет, камни, битая керамика и стекло, составляющие 17 %. Из общей массы отходов компостированию подвергается до 65 % органики.

Отходы большего размера перед ручной сортировкой отправляются на стадию оптической сепарации, где аппаратами спектрального анализа выделяют цветной металл, бумагу, полимеры и топливо содержащую фракцию. На сортировальных столах вручную отделяют бумагу полимеры (из общей массы 12 %) по видам (ПВД и ПНД), которые измельчаются и моются. Из чистой бумаги, пластика и металлов формуются спрессованные кипы, которые отправляются потребителю как вторсырье. Остальная часть отходов после сортировки прессуется и размещается на полигоне.

Мусорные остатки — загрязненная бумага, частицы древесины, ветошь, кожа отбираются для изготовления RDF-топлива. Измельченная масса прессуется в небольшие брикеты, теплотворная способность которых равна бурым углям 380 ккал/т, также 2 тонны такого топлива заменят 1000 м 3 природного газа. Для изготовления топливных брикетов сырье отбирается, в результате чего на выходе получается качественное топливо (смешанные отходы дают большее загрязнение и снижают каллорийность).

2. Аэробное компостирование ТБО осуществляется в буртах. Компостируемая фракция отправляется на открытые площадки, где смесь формируют в длинные параллельные валки высотой до 3 м и шириной до 6м. Для обеспечения необходимого для деструкции органики микробными сообществами воздушного режима, аэрацию буртов проводят периодическим перемешиванием ворошителем. Для поддержания влажности компостируемую смесь увлажняют в зависимости от погодных условий фильтратом, образованным в процессе жизнедеятельности микроорганизмов.

Первая стадия характеризуется развитием мезофильных организмов в течение 1–3 суток. Источником энергии для бактерий служат легкоразлагаемые органические соединения (углеводы, органические кислоты, белки). Происходит интенсивный распад органического вещества с выделением тепла до температуры 25–35°С, и продуктов разложения СО₂ и Н₂О. При повышении температуры до 42–50°С начинается размножение термофильных микроорганизмов, разрушающих углеводы, жиры, целлюлозу и другие соединения, в результате выделенное тепло разогревает компостную массу до 60–75°С. Температуры на второй стадии достаточно для уничтожения патогенных микроорганизмов, длительность 20–40 суток. Третья стадия — остывание компостной смеси продолжается 10–15 суток, снижается деятельность микробных сообществ, легкоразлагаемые органические соединения трансформируются в гуминовые соединения. В фазе созревания компоста, где температура равна температуре окружающей среды, компостируемое сырье приобретает физико-химические свойства готового компоста.

Полное превращение компостируемой смеси в готовый продукт составляет от 6 месяцев до 9 месяцев, зависящих от погодных условий.

3. Окончательная обработка компоста. На данном этапе производится просеивание техногрунта от крупных включений, камней и стекла.

В настоящее время изготовляемый техногрунт (компост) используется в технологическом цикле полигона для пересыпки слоев размещаемых отходов. Такой продукт можно использовать для рекультивации полигонов ТБО, отработанных карьеров, дорожных откосов.

Анализ производства такого компоста показал, что для более широкого использования данная технология компостирования не является эффективной. Начиная с этапа сортировки, упор ведется на выделение ценных утильных фракций, при этом меньшие их фракции также попадают в органо-минеральную смесь компостирования, что влияет на качество и безопасность готового компоста.

Для производства качественного компоста требуется пересмотр технологии в пользу более глубокой сортировки с выделением большего процента компонентов, вносящих существенный вклад в поступление тяжелых металлов, на начальном этапе сортировки при подготовке к компостированию. Качественное выделение таких компонентов позволит создать не только безопасный продукт, но и увеличить долю вторсырья.

Совершенствованием системы сортировки ТБО можно разрешить проблему загрязненного компоста. Так, при более тщательном сепарировании крупногабаритных включений перед компостированием может быть снижено содержание тяжелых металлов. Отделяя бумагу, предположительно содержащую свинец и цинк, и резину с кожей, где могут находиться хром и медь, компоненты электротехники, можно сократить поступление загрязнений. [2]

Основные термины (генерируются автоматически): отход, готовый компост, металл, выделение тепла, высокое содержание, глубокая сортировка, компостирование, компостируемая смесь, компостируемое сырье, стадий.

Тяжелые металлы в отходах черной металлургии

Первые свидетельства того, что человек занимался металлургией, относятся к 5-6 тысячелетиям до н.э. и были найдены в Майданпеке, Плочнике и других местах в Сербии (в том числе медный топор 5500 лет до н.э., относящийся к культуре Винча ) [1], Болгарии (5000 лет до н.э.), Палмеле (Португалия), Испании, Стоунхендже (Великобритания). Однако, как это нередко случается со столь давними явлениями, возраст не всегда может быть точно определен. В культуре ранних времен присутствуют серебро, медь, олово и метеоритное железо, позволявшие вести ограниченную металлообработку. Так, высоко ценились «Небесные кинжалы» – египетское оружие, созданное из метеоритного железа 3000 лет до н.э.. Но, научившись добывать медь и олова из горной породы и получать сплав, названный бронзовый, люди в 3500 годы до н.э. вступили в Бронзовый век. Получение железа из руды и выплавка металла было гораздо сложнее. Считается, что технология была изобретена хеттами примерно в 1200 году до н.э., что стало началом Железного века. Секрет добычи и изготовления железа стал ключевым фактором могущества филистимлян. Следы развития черной металлургии можно отследить во многих прошлых культурах и цивилизациях. Сюда входят древние и средневековые королевства и империи Среднего Востока и Ближнего Востока, древний Египет и Анатолия (Турция), Карфаген, греки и римляне античной и средневековой Европы, Китай, Индия, Япония и т.д. Нужно заметить, что многие методы, устройства и технологии металлургии первоначально были придуманы в Древнем Китае, а потом и европейцы освоили это ремесло (изобретя доменные печи, чугун, сталь, гидромолоты и т.п.). Тем не менее, последние исследования свидетельствуют о том, что технологии римлян были гораздо более продвинутыми, чем предполагалось ранее, особенно в области горной добычи и ковки.

Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах (рис. 1). Термин тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. Количество элементов, относимых к группе тяжелых металлов, изменяется в широких пределах. В качестве критериев принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк).

Рис. 1 Схема загрязнения окружающей среды

Немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и биомагнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль, которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По классификации Н.Реймерса (1931 – 1993), тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см 3 . Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.

В работах Ю.А. Израэля (1930) в перечне химических веществ, подлежащих определению в природных средах на фоновых станциях в биосферных заповедниках, в разделе тяжелые металлы поименованы Pb, Hg, Cd, As. С другой стороны, согласно решению целевой группы по выбросам тяжелых металлов, работающей под эгидой Европейской Экономической Комиссии ООН и занимающейся сбором и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских странах, только Zn, As, Se и Sb были отнесены к тяжелым металлам. По определению Н. Реймерса отдельно от тяжелых металлов стоят благородные и редкие металлы, соответственно, остаются только Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. В прикладных работах к числу тяжелых металлов чаще всего добавляют Pt, Ag, W, Fe, Au, Mn [3], [4] (табл. № 1).

Накопление тяжелых металлов в растениях в зависимости от уровня загрязнения почв

В статье рассматриваются проблемы загрязнения окружающей среды от деятельности металлургической промышленности. Приведены основные загрязняющие вещества металлургического производства. Даны содержания тяжелых металлов в почве и растениях.

In the article it is considered a problem of environmental pollutioncaused by mining industry. The main polluters of thi mining and metallurgical complex are given by stages of regeneration cycle. Recommendations on refining the ecologicalcondition

Одним из основных принципов концепции устойчивого развития является: право на развитие должно быть реализовано таким образом, чтобы удовлетворять потребности в развитии сохранении окружающей среды нынешнего и будущих поколений. Так как особенность многих видов природных ресурсов проявляется в том, что их использование ограничено во времени. Уровень их потребления сегодня должен жестко предопределять возможность удовлетворения потребности в них в будущем. Именно с этой проблемой природопользования связан вопрос рационального использования природных ресурсов, так как предприятия перерабатывающей промышленности в основной своей части являются эколого-опасными. Поэтому решение данных проблем предопределяет необходимость поиска оптимального, рационального обеспечения текущих и будущих потребностей и выработки обоснованной политики недропользования и охраны окружающей среды [1]. В настоящее время воздействие человека на окружающую среду по своим масштабам превосходит способности природы к самовосстанавлению. Опасны мигрирующие отходы не полностью протекающих технологических процессов: газовые выбросы, сточные воды промышленных предприятий, содержащие токсичные соединения и попадающие в почву и водоемы [2].

Наиболее крупные загрязнители окружающей среды в Южно-Казахстанской области сосредоточены в городе Шымкент. Среди них АО ПК «Южполиметалл» расположен в территории города и оказывает существенное влияние на загрязнение окружающей среды, а неблагоприятная экологическая обстановка в районе свинцового производства складывалась годами. АО ПК “Южполиметалл” оказывает существенное влияние на накопление тяжелых металлов в почве и растениях.

Мы изучили закономерности распространения и аккумуляции тяжелых металлов растениями в зависимости от содержания их в почве и определили содержание тяжелых металлов в почве и растениях распространенных участках территории города

Для исследования использованы были следующие методы: атомно-адсорбционным метод определения содержания тяжелых металлов в почве и растениях (свинец, кадмйя, цинк и медь).

Для оценки пространственного распределения тяжелых металлов в г.Шымкент были выбраны 4 пункта исследования.

Пункт № 1 расположен в 200 м от АО ПК “Южполиметалл”. Пункт № 2 расположен на расстоянии 3 км от свинцового производства, в центре города. Пункт № 3 расположен на расстоянии 5 км в северо-восточном направлении города. Пункт № 4 — контрольный пункт, расположенный в 80 км от города. Из выше перечисленных пунктов отбирались пробы почвы и растения, как подорожник ланцетолистный (Plantago lanceolata), мятлик луговой (Paa protensis) и ячмень заячий (Hordeum leporinum), клен ясенелистный (acer negundo), тополь черный (Populus nigra), карагач (Ulmus pumila), ива Вавилонская (Salix babilonica), акация белая (Robinia pseudoacacia)

Данные о содержании тяжелых металлов в почве представлен в рисунке 1.

Как видно из таблицы, содержание свинца в почве показало, что максимальная концентрация данного элемента характерна для района металлургического производства. Содержание свинца в пункте № 1 составило 946,11 ± 5,04 мг/кг, что превышает ПДК в 27 раз, а контрольный показатель в 45 раз. Это объясняется тем, что 30–35 % промышленных выбросов оседают на территории производства. Высокотоксичный свинец является основным выбросом свинцового производства, так как происходит накопление его в почве. В других пунктах исследования по мере удаления от свинцового производства наблюдается снижение содержания свинца в почве.

Содержание цинка в почве составляет в пункте № 1 171,30±4,64 мг/кг, то-есть по сравнению с контрольным пунктом в 14 раз превышает контрольный показатель, а ПДК в 2 раза. Высокое содержание цинка так-же отмечаны в пункте № 2, оно составляет 20,65±2,14 мг/кг, что превышает контрольный показатель в 10 раз, но не превышает ПДК. В других пунктах содержание цинка не превышает показатель контрольного пункта. Наиболее высокие содержания меди и кадмия так-же были установлены в производственном пункте. Во всех других пунктах содержание меди не превышает ПДК, но по сравнению с контрольным пунктом превышает контрольный показатель. Содержание кадмия во всех пунктах превышает ПДК.

Высокие содержания выше указанных тяжелых металлов установлены в районе АО ПК “Южполиметалл” (пункт № 1). В других пунктах по мере удаления от производства содержание тяжелых металлов в почве снижается.

Рис. 1. Содержание тяжелых металлов в почве (мг/кг)

Почва является важнейшим объектом окружающей среды. В отличие от других объектов окружающей среды (воздух, вода), где протекают процессы самоочищения, почва обладает этим свойствам в незначительной мере. Более того для некоторых веществ, в частности для тяжелых металлов почва является едким акцептором.

Тяжелые металлы прочно сорбируются и взаимодейтвуют с почвенным гумусом, образуя труднорастворимые соединения. Таким образом идет их накопление в почве. Наряду с этим в почве под воздействием различных факторов происходит постоянная миграция поподающих в нее веществ и перенос их на большие расстояния [3].Тяжелые металлы попадающие в почву с выбросами предприятий, прочно связываются уже в верхнем слое. Максимальное содержание металлов в почвах наблюдается на расстояниях 1–3 км от источников загрязнения [4].

Данные о содержании тяжелых металлов в растениях представлены на рисунке 2,3.

Как видно из рисунка, акация белая, тополь черный и мятлик луговой аккумулирует свинец в высокой степени. Его содержание в пункте № 1 составило в акаций белой 292,9 мг/кг, что превышает ПДК 58 раз, а контрольный показатель в 15 раз. Содерание свинца в тополе 91,42 мг/кг (18 ПДК), контрольный показатель превышает в 5 раз, в мятлике луговой — 67,14 мг/кг, что превышает контрольный показатель в 27 раза, а ПДК — в 13 раз. Содержание свинца в ячмене тоже высокое, оно составило 42,14±2,32 мг/кг, что превышает контрольный показатель в 21 раз, а ПДК — в 8 раз. У подорожника ланцетолистного содержание свинца составляет 31,07±2,65 мг/кг, что превышает контрольный показатель в 15 раз, а ПДК — в 6 раз. Анализ результатов определения содержания цинка в изучаемых видов растениий также показал различную аккумулятивную способность.

Рис. 2. Содержание тяжелых металлов в растениях (Пункт № 1- район ЗАО «Южполиметалл»), (мг/кг)

Рис. 3 Содержание тяжелых металлов (Пункт № 4 — контрольный пункт), (мг/кг) ПДК: Свинец–5мг/кг; цинк–30мг/кг; кадмий–0,3мг/кг.

Максимальное содержание цинка в растениях так-же было отмечано в пункте № 1, у мятлика лугового оно составляет 48,57±3,46 мг/кг, что превышает ПДК 1,6 раза, а контрольный показатель в 12 раз. У подорожника ланцетолистного и ячменя заячего содержание цинка не превышает ПДК, но намного выше по сравнению с контрольным пунктом. Содержание кадмия во всех растениях значительно выше ПДК.

Результаты проведенных исследований показали, что с увеличением поступления в почву тяжелых металлов, соответственно повышается уровень поглощения тяжелых металлов растениями.Таким образом, результаты исследований свидетельствуют о загрязнении почв и растений тяжелыми металлами металлургического производства.

1. Окружающая среда и устойчивое развитие в Казахстане. Обзор ПРООН. Алматы, 2004г. 210 с.

2. Гринь А. В., Ли С. К. Поступление тяжелых металлов в растения в зависимости от их содержания по миграции // Тезисы докладов II — Всемирного совещания по миграции загрязненных веществ в почвах и определенных сферах. Ленинград, 1980г. — С. 46–48.

3. Микшевич Н. В., Ковальчук Л. А. Тяжелые металлы в системе “почва — растения — животные” в зоне действия медеплавильного предприятия // Материалы 2 — Всесоюзной Международной Конференции по ТМ в окружающей среде и охраны природы. 1988г. — С. 127–129.

4. Садовников Л. К. Влияние промышленных предприятий на окружающую среду// Тезисы доклодов. Мониторинг содержания ТМ в почвах естественных и техногенных ландшафтов. г. Пущино, 1984г. –С.163

Основные термины (генерируются автоматически): контрольный показатель, окружающая среда, почва, контрольный пункт, металл, пункт, раз, свинцовое производство, содержание свинца, содержание цинка.

Читайте также: