Основные токсические вещества, загрязняющие почву. Последствия загрязнения. Методы уменьшения, способы восстановления состояния почвы.
Загрязнителем почвы может быть любой физический агент, химической вещество и биологический вид, попадающие в окружающую среду или возникающие в ней в количествах, превышающих свою обычную концентрацию. Основной показатель, характеризующий воздействие загрязняющих веществ на окружающую среду – предельно допустимая концентрация (ПДК).
Загрязнение почв сопряжено с загрязнением атмосферы и воды. В почву попадают различные твердые и жидкие отходы промышленного производства, сельского хозяйства и коммунально-бытовых предприятий. Главные источники загрязнения-жилые дома и коммунально-бытовые предприятия, промышленные предприятия, сельское хозяйство, транспорт и др.
Жилищно-коммунальное хозяйство
Основными загрязнителями почвы-бытовой мусор, пищевые отходы, строительный мусор, отходы отопительных систем, пришедшие в негодность предметы домашнего обихода, мусор общественных учреждений (больниц, столовых, гостиниц, магазинов и т.д.).
Все это собирают и вывозят на городские и местные свалки, которые занимают большие площади земель и являются источниками загрязнения воздуха, грунтовых вод ядовитыми веществами. В настоящее время уничтожение жилищно-коммунальных отходов производится путем промышленной переработки мусора на специальных заводах.
Промышленные предприятия
В твердых и жидких промышленных отходах постоянно присутствуют те или иные вещества, способные оказывать токсическое воздействие на почву, живые организмы и их сообщества. Например, в отходах металлургической промышленности содержатся соли цветных и тяжелых металлов. Машиностроительная промышленность выводит в окружающую среду цианиды, соединения мышьяка, бериллия. При производстве пластмасс и искусственного волокна образуются отходы бензола и фенола. Отходы целлюлозно-бумажной промышленности, предоставляют собой фенолы, метанол, скипидар.
Основной путь тяжелых металлов в почву атмосферный. Наибольшую концентрацию в атмосферных выбросах предприятий имеют такие металлы, как кадмий, ртуть, свинец, цинк, медь, никель и др.
Сельское хозяйство
Основные загрязнители почвы в этой отрасли являются удобрения, ядохимикаты, применяемые для защиты растений от вредителей, болезней, сорняков. Ежегодно вместе с урожаем из почвы выносятся миллионы тонн питательных веществ (азота, калия, фосфора, магния, кальция и др), которые необходимо компенсировать. Следовательно, внесение органических и минеральных удобрений – важнейшее средство восстановления повышения плодородия почв. Необходимость применения пестицидов в сельском хозяйстве объясняется тем, что без них урожайность сельскохозяйственных культур резко падает и составляет лишь 20–40% той, которая могла бы быть получена при их применении. Вместе с тем, следует знать, что большое количество пестицидов токсичны не только для вредителей культурных растений, но и для животных и человека. Ненормированное применение пестицидов ведет к загрязнению почв из-за нарушения в ней круговорота веществ. Особенность этих веществ заключается в том, что они сохраняю устойчивость в почве длительное время, что приводит к накоплению их в урожае сельскохозяйственных культур.
Применение удобрений в сельском хозяйстве также вызывает ряд экологических проблем, связанных с загрязнением почвы неорганическими и органическими химическими веществами. Большую опасность для человека представляет накопление в почве кадмия, который в природе находится в почве и воде, а также в тканях растений.
Органические удобрения часто служат источником биологического загрязнения почвы. Вместе с навозом в нее попадают болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через продукты питания могут поступать в организм человека.
Транспорт
Развитая транспортная сеть, ее прогресс сопровождается негативными последствиями – отрицательным воздействием на окружающую среду. Экологический ущерб от эксплуатации автотранспортных средств обусловлен токсичными выбросами. Так, установлено, что ежегодно автотранспортные средства выбрасывают в атмосферу более 12 млн. тонн различных загрязняющих веществ: окиси углерода, окислов азота, серы, сажи и других. Большая часть этих выбросов оседает на почву, изменяя ее основные природные параметры.
Собственно, начиная со самых значимых загрязнителей почвы и окружающей среды - Тяжелые металлы занимают одно из ведущих мест по степени опасности для здоровья человека. Для крупных городов с многопрофильной промышленностью характерно присутствие в окружающей среде ассоциации тяжелых металлов, способных оказывать комбинированное действие на организм, при котором может наблюдаться как суммирование (повреждать одни и те же органы и системы, оказывая одинаковый или сходный негативный эффект) эффектов, так и их потенцирование (1+1=2). Загрязнение пищевых продуктов тяжелыми металлами вносит существенный вклад в формирование химической нагрузки на здоровье населения. Тяжелые металлы оказывают широкий спектр действия на организм человека, включая токсическое, аллергическое, канцерогенное, гонадотропное, эмбриотоксическое и мутагенное действия. Как пример можно назвать, что допустим оценка индексов опасности показала, что основной вклад в развитие неканцерогенного риска для здоровья населения Белгородской области вносят свинец (79,45–100,0 %) и мышьяк (55,71– 91,98 %), загрязняющие пищевые продукты. Аналогичные результаты получены и в Приморском крае, где по количественному поступлению тяжелых металлов с пищевыми продуктами свинец занимает первое место (42,2 %), на втором месте находится мышьяк (40,6 %), на третьем месте стоит кадмий (15,2 %).
Физические методы очистки почвы – это удаление всех форм металлов из неё, как правило, вместе с грунтом. Осуществляются приемами рекультивации (полного удаления грунта) и его замены с помощью внесения чистого грунта, торфа, сапропеля. При рекультивации достигается полная очистка почвы от загрязнителей. При внесении чистой почвы снижается степень загрязненности, а при изменении гранулометрического состава – степень опасности загрязнений. Если после использования физических методов очистки предполагают применять химические методы доочистки путем промывки почвы, целесообразно провести пескование тяжелых почв с высоким содержанием илистой фракции. Увеличение песчаной фракции способствует более эффективному выведению подвижных форм ТМ из почвы при химическом методе очистки.
Методы химической очистки предусматривают удаление из почвы ТМ химическими способами. В этом случае удаляются растворимые и подвижные формы ТМ. Химическую очистку почв осуществляют с помощью их промывки. Промывные нормы должны быть достаточными только для вытеснения почвенного раствора с ТМ в слои почвы, подстилающие расчетный активный корнеобитаемый слой. Это позволит также избежать загрязнения грунтовых вод, так как основная масса соединений ТМ будет фиксироваться почвенным поглощающим комплексом подстилающего слоя. Промывку проводят через достаточно большие промежутки времени – для насыщения почвенного раствора ТМ. Промывку можно существенно ускорить, применяя специальные вещества, увеличивающие растворимость ТМ.
Биологические методы очистки основаны на выведение ТМ из почвы с помощью растений (фиторемедиация) и микроорганизмов (биоремедиация). Отдельные виды растений способны выдерживать достаточно высокие концентрации токсичных элементов и поглощать их в процессе жизнедеятельности. Толерантные растения при отчуждении их надземной массы могут способствовать очищению почв от токсичных элементов. Для обезвреживания ядовитых органических веществ успешно используют метод биоремедиации, когда для разложения загрязняющих веществ применяют микроорганизмы. Однако микроорганизмы не способны удалять из почвы вредные для здоровья человека ТМ (мышьяк, кадмий, медь, ртуть, уран). Симбиоз микроорганизмов и растений может дать положительный эффект биологической очистки почв от ТМ.
В результате деятельности российской нефтяной промышленности на землю ежегодно попадает свыше 30 миллионов баррелей нефти — это в семь раз больше, чем вылилось во время бедствия на Deepwater Horizon в 2010 году. Аварии причиняют огромный ущерб окружающей среде и всему живому. С каждым годом увеличивается количество прорывов трубопроводов, образуются значительные скопления нефтяных отходов в результате деятельности предприятий нефтедобычи и переработки нефти. Как известно, нефть — это многокомпонентная смесь, состоящая из различных углеводородов с различной степенью токсичности. Загрязнение нефтью и нефтепродуктами почв приводит к гибели биоценозов почв и деградации почвы. Анализ теоретических источников российских и зарубежных авторов показал, что перспективными для решения экологических проблем, связанных с загрязнением окружающей среды нефтяными углеводородами является биологические технологии трансформации нефтепродуктов микроорганизмами биодеструкторами. Среди которых наибольшее внимание привлекают технологии биовосстановления (биоремедиации) нефтезагрязнённых почв. В отличие от большинства физических или химических методов (например, сжигания, остекловывания, экстракции) биологические способы позволяют полностью минерализовать органические загрязнения, процессы протекают в более мягких условиях и отличаются универсальностью или селективностью. Кроме того, биотехнологические методы восстановления почв становятся самыми распространенными в силу относительно малых затрат при их осуществлении. При биоремедиации, биовосстановлении используются природные механизмы, живые объекты и поэтому это наиболее экологически чистый способ, при котором биологический материал включается в трофические цепи питания, природный круговорот веществ без образования отходов. Собственно как пример, получены результаты эффективного применения для биоремедиации почв биопродуктов, полученных из отработанного активного ила БОС (ПДН – 1 (продукт деструкции нефтепродуктов) с использованием штамма архебактерий - прокариотических микроорганизмов типа Bacillus sp. Исследования показали, что данный продукт способен очищать почву от пролитых нефтепродуктов (патент РФ № 2195435 от 27 декабря 2002 года). Применение рекультивации с использованием продукта ПДН -1 с добавлением семян многолетних трав позволило не только добиться деструкции (снижения концентрации) нефтепродуктов, но и восстановления травяного покрова в течение года. Конечными продуктами метаболизма нефти в почве являются: углекислота, которая может связываться в карбонаты, кислородные соединения (спирты, кислоты, альдегиды, кетоны), которые частично входят в почвенный гумус, частично растворяются в воде и удаляются из почвенного профиля. Твердые нерастворимые продукты метаболизма — результат дальнейшего уплотнения высокомолекулярных продуктов или связывания их в органо-минеральные комплексы.
Таким образом, проблема загрязнения почвы является актуальной проблемой современности, так как мы непосредственно зависим от её плодородия и она влияет на качество нашей жизни и наше здоровье. Существует множество способов очистки загрязненных почв и последующее их восстановление, однако стоит сказать, что процесс этот может занимать большое количество времени, прежде чем почва снова станет плодородной и не загрязнять продукты питания и глубинные воды.