13.9 Охорона ґрунтів від забруднення елементами важких металів

Гірничодобувна, хімічна, металургійна, машинобудівна та інші види промисловості викидають у навколишнє середовище значну кількість твердих і газоподібних речовин. Їх сукупність зумовлює комплекс геохімічних процесів, які академік О.Є. Ферсман назвав техногенезом.

У природі нараховується 78 важких металів, а їх загальна маса складає близько 1,2% загальної маси літосфери.

У формі твердих відходів промисловості надходить щорічно 20-30 млрд. т різних речовин, з них 50% - органічних. З твердими відходами на поверхню ґрунтів надходять забруднювачі навколишнього середовища.

Найчастіше ґрунт забруднюється такими важкими металами як фтор, ванадій, хром, марганець, кобальт, нікель, мідь, цинк, миш’як, молібден, кадмій, ртуть, свинець, вісмут, телур, сурма та ін. Вони відомі і під назвою мікроелементів, оскільки необхідні рослинам у невеликих кількостях. Особливо небезпечними для навколишнього середовища є ртуть, свинець, кадмій, миш’як, селен і фтор.

Стійкість ґрунтів до забруднення важкими металами різна, залежно від їх буферності. Ґрунти з високою адсорбційною здатністю і відповідно високим вмістом глини, а також органічної речовини можуть втримувати ці елементи, особливо у верхніх горизонтах. Це властиво карбонатним ґрунтам і ґрунтам з нейтральною кислотністю.

У багатьох випадках важкі метали містяться у ґрунтах у незначних кількостях і не є шкідливими. Проте, концентрація їх у ґрунті може збільшуватись за рахунок вихлопних газів транспортних засобів; вивезення в поле мулу станцій очисних вод; зрошення стічними водами; відходів, залишків і викидів під час експлуатації шахт і промислових майданчиків; внесення фосфорних та органічних добрив; застосування пестицидів та ін.

Так, наприклад, людством вже добуто і використано понад 130 млрд. т вугілля і 40 млрд. т нафти. Отже, із золою надійшли на поверхню ґрунтів мільйони тонн металів, значна частина яких акумульована у верхніх шарах.

Головне забруднення ґрунтів свинцем – вихлопні гази автомобілів. Щорічно з ними надходить понад 310 тис. т свинцю. За даними І.І.Скрипника і Б.М. Золотарьової (1981), токсичні концентрації свинцю у ґрунті для більшості рослин перебувають у межах 1000 – 2000 мг/кг. Проте деякі види рослин гинуть уже за вмісту його близько 500 мг/кг ґрунту . Наприклад, у пшениці за концентрації свинцю 500 – 1000 мг/кг ґрунту спостерігається зниження врожайності на 10% , в той час як овес без видимих змін витримує концентрацію цього елементу до 1500 мг/кг ґрунту.

Розподіл важких металів по поверхні залежить від характеру й особливостей джерела забруднення, метеорологічних особливостей регіону, зокрема – від рози вітрів, геохімічних чинників і ландшафтної обстановки в цілому.

З ґрунтів важкі метали засвоюються рослинами, передаються ланцюгами живлення і токсично діють на рослини, тварин і людину.

З продуктами неповного згорання вугілля і нафти в ґрунт надходять поліциклічні ароматичні вуглеводи, серед яких особливо небезпечний бензпірен. Він сильний канцероген. Ґрунт – кінцевий резервуар акумуляції бензпірену. Ґрунтові мікроорганізми мають здатність розкладати бензопірен на нетоксичні компоненти, але процес надходження переважає над його детоксикацією.

Захист ґрунтів від забруднення важкими металами базується, в першу чергу, на вдосконаленні технологій і принципів організації виробництва. Створення замкнутих технологічних систем, організація безвідходного виробництва приводить до різкого, майже повного скорочення надходження в ґрунт продуктів техногенезу.

У даний час отриманий ряд хімічних речовин, що здатні інактивувати важкі метали чи понизити їх токсичну дію. Це іонообмінні смоли, що утворюють хелатні сполуки з важкими металами. Іонообмінні смоли вносять у ґрунт у дозах, обумовлених рівнем забруднення. Негативною властивістю речовин – інактиваторів є їхня обмежена ємність.

Перспективним напрямком вирішення цієї проблеми є культивування мікроорганізмів, які здатні накопичувати той або інший метал.

Найбільш доступний, але не завжди ефективний спосіб закріплення важких металів у ґрунті – внесення вапна й органічних добрив, що абсорбують важкі метали і токсини. Внесення органічних добрив у високих дозах, використання зелених добрив, борошна з рисової соломи значно знижує надходження кадмію і фтору в рослини, а також токсичність важких металів.

Регулювання складу і доз мінеральних добрив може зменшити токсичну дію низки елементів. Внесення підвищених доз фосфору знижує токсичність свинцю, міді, цинку і кадмію.