Загрязнение почв и их последствия

Если пораженные участки  земли очень большие, такой процесс  будет очень трудоемок, долог  и достаточно дорог. Представьте  себе перемещение больших объемов  земли, погрузку в самосвалы и  перевозку, иногда на значительные расстояния, на место, которое, как правило, занимает довольно большую территорию. После рекультивации этот процесс необходимо повторить в обратном порядке. Однако качество рекультивации в этом случае будет значительно выше.

Биологическая рекультивация на участке. При рекультивации непосредственно на участке можно избежать громадных затрат, связанных с вывозом почвы, большим расходом горючего и людских ресурсов. Однако продолжительность этого процесса будет несколько больше. Кислород, а иногда питательные вещества, закачиваются под давлением через скважины в почву или распределяются по поверхности для инфильтрации в загрязненный материал. Процесс разложения загрязняющих веществ микроорганизмами происходит прямо на участке, а при помощи биовенттиляции конечные продукты удаляются.

Восстановление  маслосодержащих отходов. Очень часто во время или после хранения горючесмазочных материалов в почву попадают и остаются там маслосодержащие вещества. Такой участок даже после ликвидации производства или хранилища долгое время будет абсолютно безжизненным, лишенным как растений, так и животных. Чтобы вернуть его к жизни, необходимо удалить маслосо-держащие отходы. Обычно эту задачу решают простым снятием грунта и вывозом его на свалку. То есть отодвигают решение проблемы очистки почвы на какой-то, часто продолжительный срок, пока не возникнет проблема восстановления земли, занятой свалкой. Новый процесс восстановления решает проблему сразу. Маслосодержащие отходы при помощи пара или горячей воды смываются и перемещаются в более проницаемые для жидкостей участки, а затем выкачиваются из почвы. При желании загрязненные масла можно очистить и использовать в качестве топлива.

Цианидное окисление. При цианидном окислении участки, пораженные органическими цианидами, обрабатываются соответствующими химическими веществами. При этом происходят химические реакции, и органические цианиды окисляются до менее опасных соединений. Далее, если необходимо, участок обрабатывается другими методами.

Дехлорирование. При дехлорировании происходит удаление или перемещение опасных соединений, содержащих атомы хлора.

Промывка на участке. При использовании процесса промывки в почву, отходы или грунтовые воды вводятся большие объемы воды (иногда с химическими соединениями для обработки). Опасные загрязнения вымываются с участка. Однако выводимая вода должна быть эффективно изолирована в пределах водоносного пласта и обязательно восстановлена.

Остекловывание  на участке. Большую опасность для жизни растений, животных и людей представляют оставшиеся в почве тяжелые металлы. Процесс остекловывания решает проблему удаления тяжелых металлов и даже их утилизации весьма оригинальным способом. При остекло-вывании на участке загрязненная почва нагревается до температуры около 1600°С. При этом тяжелые металлы инкапсулируются в стекловидные структуры соединений силиката и становятся практически безвредными, так как, во-первых, они находятся в соединениях, а, во-вторых, заключаются в стекловидную оболочку. Органические вещества при этом сжигаются.

Восстановление  металлов высокотемпературной плазмой. Это — термический процесс, который извлекает загрязнения из твердых веществ и почвы в виде металлических и органических газов. Органические газы можно сжигать как топливо, а металлические могут быть восстановлены и рециклированы. Этот и предыдущий процессы, разумеется, очень дороги, и вопрос об их применении каждый раз должен решаться в конкретных обстоятельствах, связанных либо с ценой на восстанавливаемый участок, либо со стоимостью извлекаемых и рециклируемых металлов.

Фитообработка. Значительно более дешев и легок в применении процесс культивации специальных растений, способных забирать корнями или листвой специфические загрязнения и снижать их концентрацию в почве. Сами растения необходимо периодически скашивать и убирать с участка.

Почвенная паровая  экстракция. Летучие органические составляющие удаляются из почвы на участке почвенной паровой экстракции с помощью паровых экстракционных скважин. Иногда процесс осуществляется в комбинации со скважинами для инжекции в почву воздуха, с целью отгонки и смьюа загрязнений воздушным потоком. После чего производится дальнейшая обработка.

Экстракция  растворителями. Иногда для рекультивации почвы, загрязненной однородными по составу веществами, бывает достаточно правильно подобрать растворитель. При этом органические загрязнения растворяются избирательно и затем удаляются из отходов. Растворители меняют в зависимости от обрабатываемых отходов.

Термическая десорбция. Отходы нагревают в контролируемой обстановке до рабочей температуры, обычно менее 550°С. При таком нагреве органические соединения улетучиваются из почвы. Летучие загрязнения необходимо собирать и подвергать дальнейшей обработке.

ПОЧВА КАК СОРБЦИОННЫЙ  БАРЬЕР

Значительные антропогенные трансформации претерпевает функция  почв  как сорбционного барьера. Почва благодаря своей огромной активной поверхности в состоянии поглощать многие вредные соединения на пути их миграции в водные экосистемы, а также снижать избыточное поступление биофильных элементов, которое может привести к эвтрофированию водоемов. Эта роль почв исключительно важна, поскольку, например, радиоактивные изотопы из водной среды поглощаются организмами гораздо активнее, чем из почвы, что может привести к быстрому нарушению в них обмена веществ. Коэффициенты накопления большинства изучавшихся радиоизотопов у пресноводных растений достигают десятка тысяч, тогда как у наземных растений они обычно меньше единицы. Это наглядный пример того, что почва представляет собой сильный природный сорбент, благодаря чему оказывается мощным барьером для многих элементов и соединений на пути их миграции в водоемы стока

Возможности сорбционной функции  почв, к сожалению, небеспредельны. В настоящее время в связи  с резко возросшими антропогенными нагрузками она уже во многих случаях не справляется со своими "задачами". В результате в речные воды и водоемы поступают избыточные количества многих соединений. Так, во многих, особенно индустриально развитых, странах водные экосистемы страдают оттого, что в них попадают органические отходы, которые в значительной мере сбрасываются в овражно-речную сеть и водную среду. В результате возникает явление эвтрофирования водоемов: острый дефицит растворенного кислорода вследствие его расхода на окисление органических веществ: избыточное минеральное и азотное питание водорослей и микроорганизмов; денитрификация и десульфирование с образованием сероводорода, метана, этилена, что приводит к гибели рыбы и других животных, населяющих водоемы, заболеванию людей и животных в случае потребления загрязненной воды. Особенно недопустимо эвтрофирование водоемов в результате нерационального внесения фосфорных удобрений, значительная или большая часть которых смывается с полей. Данный процесс происходит на фоне ограниченных запасов фосфатов, основные залежи которых могут истощиться в мире за 75-100 лет.      

Вообще проблема фосфора в окружающей среде представляет повышенный интерес  не только в связи с антропогенным  увеличением его содержания в  биосфере, но и в связи с атомарными особенностями данного элемента. Это, в частности, отмечает А.Ю. Кудеярова в монографии "Фосфатная трансформация почв" (1995): "Среди всех технофильных элементов фосфор заслуживает особого внимания вследствие особенности электронной структуры его атома. В реакциях координации его роль не ограничивается вхождением в состав координируемых атомных  группировок (лигандов). Атом фосфора способен выступать также в качестве координационного центра, что может приводить образованию нетипичных для естественных почв соединений. В связи с этим возникает необходимость выявления условий, потенциально способствующих такому ходу реакций.'' Понятно, что решение рассматриваемой проблемы имеет существенное эколого-гидрологическое значение, поскольку нетипичные для естественных наземных экосистем химические соединения, образующиеся в результате зафосфачивания почв,  мигрируют отчасти в грунтовые воды и водоемы, вызывая в них изменения, знания о которых пока что явно недостаточны.     

Повышенного внимания заслуживает  также то обстоятельство, что выброс во внешнюю среду отходов и нерациональное использование возрастающего количества агрохимикатов приводят к отравлению не только речной воды и водоемов. Почвы, загрязненные вредными соединениями и элементами, становятся непригодными. Так, от загрязнения рек часто страдают очень плодородные пойменные земли. На сорбционных почвенных барьерах может в десятки раз увеличиваться содержание различных канцерогенных соединений и тяжелых металлов. Например, в верхней части профиля аккумулируется свинец, особенно в гидроморфных условиях. Часть свинца вступает в биологический круговорот, что может вредить растениям. "Свинцовая опасность" достаточно велика, так как поступление этого элемента в сточные воды значительно, а в городской пыли его содержание может достигать 1%.     

Пребывание в почве сорбированных  ею загрязнений нередко измеряется годами, десятилетиями и более продолжительными отрезками времени (особенно в случае непромывного водного режима). Так, под Хиросимой и Нагасаки почвы до сих пор содержат повышенное количество продуктов радиоактивного распада, хотя с момента атомных взрывов прошло уже более 50 лет.     

Замедленный вынос из почв радиоактивных  загрязнителей отмечен при изучении экосистем районов чернобыльской  катастрофы. Так, в лесной подстилке (основном горизонте удержания радионуклидов) песчаных почв Украинского Полесья спустя 8 лет после чернобыльской аварии содержалось около 70% общего запаса радионуклидов в биогеоценозе . Радионуклиды, попавшие в почвенную толщу, оседали в основном в верхнем 2-сантиметровом слое; ниже их содержание резко падало. Было отмечено также, что вертикальная миграция радионуклидов - не основной процесс их перераспределения в почвенном профиле.  Предполагается, что этим путем за 8 лет переместилось не более 1% общего запаса радионуклидов в минеральной толще. В свете этих данных становится более ощутимой опасность "расползания" радиоактивных загрязнителей с поверхностным и боковым стоком и их последующей фиксации на геохимических барьерах. Такой вывод подтверждается увеличением миграции радионуклидов в гидроморфных болотных, лугово-болотных, лесных и пойменных почвах. Эти почвы относят к критическим объектам в отношении миграции радионуклидов и предлагает включить их в сеть радиоэкологического мониторинга.     

Однако не все почвы обладают таким высоким сорбционным  эффектом. Так, он заметно снижен в почвенных разностях, сформированных на кристаллических породах. Кроме того, существует ряд загрязнителей, которые практически не сорбируются мелкоземом, например нитраты. Недостаточно эффективно срабатывает почвенный защитный барьер в зонах постоянной интенсивной химической нагрузки на ландшафт. Это относится прежде всего к районам широкого использования минеральных удобрений. В таких районах отмечается загрязнение верхних водоносных горизонтов соединениями азота, фосфора и калия. Например, в развивающихся странах в засушливых зонах обнаружены огромные площади, где в грунтовых водах нитратов содержится более 250 мг/л, в то время как допустимая их концентрация в питьевой воде составляет 10 мг/л. Для сравнения можно отметить, что в лучше защищенных глубоких горизонтах подземных вод тех же районов содержание нитратов не превышает 1 мг/л. Высокое содержание нитратов связано с' попаданием азотных удобрений в верхние водоносные горизонты и последующим их концентрированием.     

Таким образом, можно сделать вывод, что почва и прилегающая к  ней грунтовая толща, хотя и являются защитным барьером подземных вод  от загрязнений, далеко не всегда могут  успешно осуществлять эту свою функцию. В связи с этим необходимо установление уровня защищенности подземных вод от загрязнения.

Обычно концентрация свинца (фоновый  уровень) в верхних горизонтах незагрязненных и незасоленных почв составляет примерно 10-20 мг/г. Но, например, в лесных почвах различных районов умеренного пояса отмечено возрастание его содержания. Как правило, оно сравнительно слабое. Однако необходимо принимать во внимание длительность сохранения привнесенного свинца в почвах и, следовательно, существование для многих из них реальной опасности постепенного "освинцовывания". Полагают, что попавший в почву техногенный свинец может сохраняться в гумусовом горизонте около 5000 лет. Изучение миграции свинца в восточных районах США  показало, что атмосферное поступление РЬ в лесные почвы может достигать 200-400 г/га в год при весьма незначительном выносе за пределы экосистемы. Так, на одном из участков годовое поступление свинца в лесную экосистему составило 266 г/га при выносе водными потоками, не превышающем 6 г/га. "Огромное несоответствие между этими двумя цифрами поступления и выноса объясняется накоплением свинца в почве" .

Кроме свинца, почвы поглощают цинк, кадмий, медь, никель,  марганец, ртуть, селен, железо и др. Кадмий, никель, фтор, таллий, ртуть и ряд других микроэлементов потенциально фитотоксичны.       

В последние годы обсуждается также  возможное негативное воздействие некоторых газов почвенного покрова на озоновый экран. Хотя, по существующему мнению, основными разрушителями озонового экрана являются техногенные загрязнители ат-мосферы, в первую очередь фреоны. нельзя сбрасывать со счетов и другие источники, среди которых оказывается закись азота, которая может, в частности, попадать в атмосферу в результате недоиспользования сельскохозяйственными культурами азота химических удобрений. "Не используемый растениями азот частично теряется либо путем улетучивания газообразных продуктов (N2, N20), образующихся при трансформации азота удобрений, либо в результате вымывания в глу-     

бокие слои почвы и далее в  гидросферу". Поскольку сельскохозяйственные растения используют азот минеральных  удобрений в среднем лишь на 30-50%. Загрязнение атмосферы закисью  азота может представлять серьезную  опасность, особенно если учесть рост производства азотных удобрений мировой промышленностью. Опасность загрязнения атмосферы N20 заключается в том, что закись азота, являясь вполне устойчивой в тропосфере, при попадании в стратосферу вступает в реакцию с озоном, что может способствовать нарушению сложившегося в атмосфере равновесия.