Источники поступления меди в окружающую среду - Исследование содержания меди в водах озера Старая Кубань

В настоящее время в России и граничащих с ней государствах складывается ситуация, при которой формируются ландшафты с особой биогеохимической структурой и нарастает угроза истощения земельных, водных и биологических ресурсов. В работах многих авторов отмечается, что природные циклы как элементов-биофилов, так и тяжелых металлов, большая часть которых по физиологической классификации является макро - и микроэлементами, претерпели существенные изменения. Значительное их количество, поступающее из антропогенных источников, сопровождается рядом нежелательных последствий, вызывающих изменение в цикле "почва - вода - растение - животное - человек".[7]

Увеличивается антропогенная нагрузка на культурные ландшафты. В связи с этим особое внимание следует уделять тяжелые металлы, обладающим мутагенными и канцерогенными свойствами. Загрязнение тяжелыми металлами атмосферы, почвы, воды в культурных ландшафтах приводит к значительному снижению продуктивности растений, в первую очередь сельскохозяйственных. Вода является основным переносчиком вещества в ландшафтах: с поверхностным стоком, с грунтовыми водами тяжелые металлы мигрируют с территории ландшафтов в водные объекты. Попадая в водоем, тяжелые металлы поглощаются гидробионтами, аккумулируются в донных отложениях в концентрациях, значительно превышающих исходную. Тяжелые металлы способны реагировать с другими химическими соединениями, образуя устойчивые конечные продукты, накапливаться в биологических объектах и через пищевую цепь попадать в организм человека.[7]

Источники поступления тяжелых металлов в ландшафты чрезвычайно разнообразны, они могут быть как антропогенными, так и природными, причем интенсивность поступления элементов в окружающую среду от этих источников различна. В районах активной производственной деятельности антропогенная доля возрастает, в фоновых районах содержание тяжелых металлов в атмосфере определяется, в основном, природной составляющей.

Главными антропогенными источниками поступления тяжелых металлов в атмосферу являются предприятия по производству цветных металлов и сплавов, нефтепереработки, автомобильный транспорт, химическая промышленность и др. Основные природные источники - это продукты деятельности вулканов, пыль, морские соли и др.

Около 75 % поступающей в атмосферу меди имеет антропогенное происхождение, увеличившееся за последние 30 лет производственной деятельности более чем в 3 раза. Поступление свинца из антропогенных источников значительно превышает его поступление из природных источников и составляет 449 тыс. т и 24,5 тыс. т соответственно [16].

Значительное количество поллютантов поступает в пределы культурного ландшафта из атмосферы. Территория России подвергается постоянно действующему атмосферному переносу загрязнителей, которые в большинстве своем представляют тяжелые металлы, поступающие в составе аэрозолей. Над крупными городами и индустриальными центрами располагаются участки тропосферы высотой до 3-4 км, загрязненные аэрозолями, оседающими на поверхности почвы и представляющими угрозу для растительности, поверхностных и почвенно-грунтовых вод, с которыми тесно связаны потоки веществ почве.

В урбанизированных районах концентрация тяжелых металлов в воздухе заметно выше, чем в районах, удаленных от антропогенного воздействия. Исследования С. И. Ковалева показали, что наблюдаемое на картах-схемах распределение меди в почве хорошо коррелирует с интенсивностью загрязнения воздуха. Содержание меди и цинка в атмосфере некоторых городов составляет 100-340 нг/м3 и 500-1200 нг/м3, а свинца - 120-2700нг/м3.

Как отмечает ряд исследователей, многие отрасли промышленности (нефтеперерабатывающая, химическая, черная и цветная металлургия, производство цемента, искусственного волокна, сжигание топлива) загрязняют культурные ландшафты, в основном аэрозольным путем, свинцом, кадмием, медью, цинком, никелем. Исследования длительного воздействия атмосферных выбросов, проведенные Н. Г. Копцик с соавторами, показали, что в результате этого произошло загрязнение почв медью на площади более 3000 км2. Валовое содержание меди в подстилках подзолов вблизи комбината составило 2000-2600 мг/кг, а содержание обменных форм - 1000-1400 мг/кг. При таких концентрациях меди и в корнеобитаемой зоне вероятна возможность их токсического действия на растительность в радиусе 25-35 км.

Одним из постоянно действующих факторов миграции и круговорота веществ в природе являются атмосферные осадки, в которых растворяется значительная часть газообразных веществ и аэрозольных элементов. Средняя годовая минерализация атмосферных осадков составляет от 5-10 до 30-60 мг/л. Из атмосферы тяжелые металлы на 70-90 % удаляются за счет соударения и захвата каплей и на 10-30 % - за счет образования капли на ядрах конденсации. На величину плотности выпадения тяжелых металлов влияют как местонахождение региона, его удаленность от промышленных центров, так и область выпадающих в нем осадков. В результате исследований О. В. Митрохина выявлено, что в Краснодарском крае с атмосферными осадками за период с марта по октябрь выпадает до 15 кг/га токсических веществ. По степени насыщенности атмосферных осадков тяжелыми металлами располагаются в следующем порядке: Zn > Pb > Cd > Ni [139, 167]. Кислая реакция дождевых и снеговых осадков также усиливает мобильность тяжелых металлов в почве [32].

Тяжелые металлы присутствуют в атмосфере в составе мельчайших техногенных частиц и в тех случаях, когда метеоусловия благоприятны, могут переноситься в атмосфере на сотни и тысячи километров. Почти 80 % частиц свинца в автомобильных выхлопах имеют диаметр менее 1 мкм, поэтому при определенной синоптической ситуации они могут вовлекаться в межконтинентальный перенос [24]. От всей массы выбросов, по мнению многих исследователей, только 20-30 %, а по данным Д. С. Аммосовой - 40-50 % Pb, Cu, Zn и до 100 % Hg фиксируется выпадениями, другая часть рассеивается и попадает в региональные и глобальные миграционные циклы[8].

Литературные данные о распространении пылегазовых выбросов тяжелых металлов неоднородны. Согласно исследованиям Н. Г. Зырина влияние выбросов распространяется на 50-100 км, но интенсивность загрязнения различными металлами неодинакова. В работе В. Б. Ильина отмечено, что выбросы черной и цветной металлургии переносятся на 20-40 км от источника. Исследователи Почвенного института им. В. В. Докучаева установили, что пылегазовые выбросы приводят к формированию техногенных участков со сверхнормативным содержанием в почве тяжелых металлов в радиусе 5-6 км от источника загрязнения [24].

В пределы агроландшафта тяжелые металлы поступают и от энергетических предприятий. При сжигании бурого угля с летучей золой от ГРЭС поступает ежегодно: Zn - 8,68 т, Pb - 2,6 т, Cu - 1,16 т, Ni - 1,56 т. При сжигании каменного угля в атмосферу выделяется 10 % церия, кобальта, марганца, молибдена, селена, титана, железа, хрома, свинца, серебра, 50 % - никеля, 90 % - кадмия, ртути, олова, цинка [21]. Исследования, проведенные сотрудниками Уральского государственного института ветеринарной медицины, показали, что одна тепловая электростанция в сутки выбрасывает: Cu - 17, 3 кг, Pb - 2,7 кг, Ni - 6, 6 кг и других тяжелых металлов [24]. Летучая зола, образующаяся при сжигании углей, в виде аэрозолей выпадает на поверхность почвы, в воду, что негативно отражается на состоянии окружающей среды [1, 21]. В 1994 г. в Краснодарском крае выпало - от 39 до 500 г/км2 кадмия. В процессе работы промышленных предприятий и животноводческих комплексов образуются сточные воды, которые сбрасываются непосредственно в водоемы, чаще всего без достаточной очистки. По данным за 2013 год, в поверхностные воды России было сброшено 35558,2 млн. м3 сточных вод, в том числе загрязненных - 7444 млн. м3, из них без очистки - 2123,22 млн. м3 [4,7]. В сточных водах промышленных предприятий рудничного и шахтного производств, металлообрабатывающих и перерабатывающих заводов, химических, гальванических и других предприятий наиболее часто встречаются следующие высокотоксичные тяжелые металлы: Mn, Ni, Cr, Zn, As, Cd, Pb, Fe, Cu [30]. От различных производств в поверхностные водотоки поступает (мг/л): Cr - 0,01, Cu - 0,01-0,2, Zn - 0,05-0,2, As - 0,003, Sr - 0,05-1,0, Cd - 0,005-0,025, Hg - 0,001-0,005, Pb - 0,005 [13]. Значительное количество тяжелых металлов поступает в окружающую среду от автомобильного транспорта [4, 28, 29].

Исследования, проведенные в г. Краснодаре В. П. Вороновым, показали, что на долю автомобильного транспорта в 2013 г. приходилось 57,47 % общих выбросов [28]. В. Н. Майстренко в своей работе отмечает, что концентрация тяжелых металлов в снежном покрове около автомагистралей в 5-6 раз выше, чем на участках, удаленных от автомобильных дорог, причем содержание в нем тяжелых металлов увеличивается с возрастанием доли грузового автотранспорта [18]. При сжигании мазута и дизельного топлива освобождается и попадает в окружающую среду кадмий. Повышенное содержание цинка и кадмия обнаруживается в почве вблизи автодорог, что связано с истиранием шин.

Ряд исследователей отмечают, что используемые в сельском хозяйстве органические, минеральные, известковые удобрения, сточные воды животноводческих комплексов содержат как биофильные элементы, так и ТМ. Внесение удобрений в почву обеспечивает прибавки урожаев на 50 %, но не может не оказывать существенного влияния на химический состав почв, вод, растениеводческой продукции [4].

Необоснованное внесение минеральных и органических удобрений, орошение сточными водами, внесение известковых материалов и пестицидов опасно не только как источник загрязнения сельскохозяйственной продукции, почв и вод биофильными элементами, но и как дополнительный источник поступления в окружающую среду ТМ [13]. При внесении полной дозы минеральных удобрений (N50 P45 K70) в почву поступает (г/га): Cu - 2,07, Zn - 2,21, Mn - 5,56, Ni - 0,7, Co - 1,71, Cd - 0,13, Pb - 0,22. С внесением фосфорных удобрений в дозе 50 кг/га в почву в среднем попадает 3,5 г/га кадмия.

По расчетам ЦИНАО, к 2010 г. в целом по стране, в почву было внесено с фосфорными удобрениями 3200 т меди. В работах многих исследователей отмечается положительное влияние орошения сточными водами городов и животноводческих комплексов на урожайность сельскохозяйственных культур, потенциальное плодородие почвы, в то же время высокие нормы сточных вод представляют опасность вымывания минеральных солей из почвы и накопления в пахотном слое меди, цинка, кадмия, свинца. На металлургических, машиностроительных предприятиях, в энергетике, при производстве строительных материалов образуются разнообразные по составу и количеству промышленные отходы: зола, шлак, пыль, шламы, формовочные материалы. Они являются еще одним дополнительным источником загрязнения окружающей среды такими тяжелыми металлами, как Mn, Cr, B, Sr, Zn, Pb, Cu, Co, Mo, Cd [22 ]. Исследования состава жидкой фазы золошлаковых отходов показали, что потенциальными загрязнителями подземных вод являются As, Se, Cu [21].

Под воздействием атмосферных осадков в результате биохимических и физико-химических превращений внутри свалки может образовываться инфильтрат, содержащий значительное количество тяжелых металлов, что представляет серьезную опасность для подземных и поверхностных вод [1]. В работе А. А. Фаухутдинова и С. К. Мустафина отмечается, что твердые отходы, образующиеся в процессе работы предприятий горнорудного производства, способны аккумулировать в 2638 тыс. т отходов: Cu - 1541 т, Cd - 7,6 т, Pb - 2111 т, As - 2076 т, Hg - 68,6 т. В результате выдувания дисперсного материала отходов, как показали исследования авторов, в атмосферном воздухе, пробах воды из скважин и поверхностных водоисточников, продуктах питания и биопробах, взятых у животных и людей, находящихся в зоне техногенного воздействия предприятий, выявлено существенное превышение соответствующих значений ПДК для ртути, меди, железа и кадмия [23].

В нефти содержание таких тяжелых металлов как Zn, Hg, Cu, Pb, значительно. На нефтяных промыслах основная масса тяжелых металловнакапливается в шламонакопителях и нефтешламовых амбарах, которые являются источником загрязнения поверхностных и подземных вод.

Таким образом, антропогенная нагрузка на биосферу становится постоянно действующим экологическим фактором. Техногенные загрязнители, поступающие из различных источников на культурные ландшафты, оказывают негативное влияние на все его компоненты: почву, воду, биоту.

Похожие статьи




Источники поступления меди в окружающую среду - Исследование содержания меди в водах озера Старая Кубань

Предыдущая | Следующая