Анализ содержания тяжелых металлов в почве

Тяжелые металлы — наиболее опасные элементы, способные загрязнять почву

Почва – это поверхность земли, имеющая свойства, которые характеризуют как живую, так и неживую природу.

Почва является индикатором общей техногенной обстановки. Загрязнения поступают в почву с атмосферными осадками, поверхностными отходами. Также они вносятся в почвенный слой почвенными породами и подземными водами.

К группе тяжелых металлов относятся все цветные металлы с плотностью, превышающей плотность железа. Парадокс этих элементов состоит в том, что в определенных количествах они необходимы для обеспечения нормальной жизнедеятельности растений и организмов.

Но их избыток может привести к тяжелым заболеваниям и даже гибели. Пищевой круговорот становится причиной того, что вредные соединения попадают в организм человека и часто наносят огромный вред здоровью.

Источники загрязнения тяжелыми металлами — это промышленные предприятия. Существует методика, по которой рассчитывается допустимая норма содержания металлов. При этом учитывается суммарная величина нескольких металлов Zc.

Выделяют 4 категории загрязнения земель металлами, которые учитываются в сельском хозяйстве:

• допустимая;
• умеренно опасная;
• высоко-опасная;
• чрезвычайно опасная.

Очень важна охрана почв. Постоянный контроль и мониторинг не позволяет выращивать сельскохозяйственную продукцию и вести выпас скота на загрязненных землях.

Тяжелые металлы, загрязняющие почву

Существует три класса опасности тяжелых металлов. Всемирная организация здравоохранения самыми опасными считает заражение свинцом, ртутью и кадмием. Но не менее вредна и высокая концентрация остальных элементов.

Ртуть

Загрязнение почвы ртутью происходит с попаданием в нее пестицидов, различных бытовых отходов, например люминесцентных ламп, элементов испорченных измерительных приборов.

По официальным данным годовой выброс ртути составляет более пяти тысяч тонн. Ртуть может поступать в организм человека из загрязненной почвы.

Если это происходит регулярно, могут возникнуть тяжелые расстройства работы многих органов, в том числе страдает и нервная система.

При ненадлежащем лечении отравления ртутью возможен летальный исход.

Свинец

Очень опасным для человека и всех живых организмов является свинец.

Он чрезвычайно токсичен. При добыче одной тонны свинца двадцать пять килограммов попадает в окружающую среду. Большое количество свинца поступает в почву с выделением выхлопных газов.

Зона загрязнения почвы вдоль трасс составляет свыше двухсот метров вокруг. Попадая в почву, свинец поглощается растениями, которые употребляют в пищу человек и животные, в том числе и скот, мясо которого также присутствует в нашем меню. От избытка свинца поражается центральная нервная система, головной мозг, печень и почки. Он опасен своим канцерогенным и мутагенным действием.

Кадмий

Огромной опасностью для организма человека является загрязнение почвы кадмием. Попадая в пищу, он вызывает деформацию скелета, остановку роста у детей и сильные боли в спине.

Медь и цинк

Высокая концентрация в почве этих элементов становится причиной того, что замедляется рост и ухудшается плодоношение растений, что приводит в конечном итоге к резкому уменьшению урожайности. У человека происходят изменения в мозге, печени и поджелудочной железе.

Молибден

Избыток молибдена вызывает подагру и поражения нервной системы.

Опасность тяжелых металлов заключается в том, что они плохо выводятся из организма, накапливаются в нем. Они могут образовывать очень токсичные соединения, легко переходят из одной среды в другую, не разлагаются. При этом они вызывают тяжелейшие заболевания, приводящие часто к необратимым последствиям.

Сурьма

Присутствует в некоторых рудах.

Входит в состав сплавов, используемых в различных производственных сферах.

Ее избыток вызывает тяжелые пищевые расстройства.

Мышьяк

Основным источником загрязнения почвы мышьяком являются вещества, с помощью которых борются с вредителями сельскохозяйственных растений, например гербициды, инсектициды. Мышьяк – это накапливающийся яд, вызывающий хронические отравления. Его соединения провоцируют заболевания нервной системы, мозга, кожных покровов.

Марганец

В почве и растениях наблюдается высокое содержание этого элемента.

При попадании в почву дополнительного количества марганца быстро создается его опасный избыток. На организме человека это сказывается в виде разрушения нервной системы.

Не менее опасен переизбыток и остальных тяжелых элементов.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что накопление тяжелых металлов в почве влечет за собой тяжелые последствия для состояния здоровья человека и окружающей среды в целом.

Основные методы борьбы с загрязнением почв тяжелыми металлами

Методы борьбы с загрязнением почвы тяжелыми металлами могут быть физическими, химическими и биологическими. Среди них можно выделить следующие способы:

• Увеличение кислотности почвы повышает возможность загрязнения ее тяжелыми металлами. Поэтому внесение органических веществ и глины, известкование помогают в какой-то мере в борьбе с загрязнением.
• Посев, скашивание и удаление с поверхности почвы некоторых растений, например клевера, существенно снижает концентрацию тяжелых металлов в почве. К тому же данный способ является совершенно экологичным.
• Проведение детоксикации подземных вод, ее откачивание и очистка.
• Прогнозирование и устранение миграции растворимой формы тяжелых металлов.
• В некоторых особо тяжелых случаях требуется полное снятие почвенного слоя и замена его новым.

Анализ содержания тяжелых металлов в почве

Тяжелые металлы относятся к самым токсичным и опасным веществам, оказывающим крайне негативное воздействие на здоровье людей и окружающую среду. Загрязнение почвы тяжелыми металлами ведет к ухудшению ее качества, сужению возможностей хозяйственного использования. Каждая организация или предприниматель, использующие или планирующие использовать почву в экономической или иной деятельности, должны исследовать ее на предмет содержания вредных веществ. Анализ почвы на содержание тяжелых металлов позволяет оценить степень ее безопасности, подтвердить соблюдение хозяйствующим субъектом требований экологического законодательства, помогает принять верные управленческие решения.

Источники и причины загрязнения почвы тяжелыми металлами

Тяжелые металлы поступают в окружающую среду в основном в результате деятельности человека. Источниками загрязнения становятся:

• выбросы предприятий – преимущественно тяжелой промышленности;
• сжигание топлива и горючих ископаемых;
• гидрогенное загрязнение от поступления промышленных сточных вод в водоемы;
• внесение комплексных удобрений, мелиорантов, средств защиты растений;
• отвалы золы, шлака, руд, шламов;
• разливы нефти и нефтепродуктов;
• свалки ТБО.

Распространение тяжелых металлов зависит от источника, метеорологических условий, направления ветра, рельефа местности, особенностей вещества. ПДК металлов в почве устанавливаются с учетом фоновых концентраций. В некоторых случаях за предельно допустимую концентрацию принимают самое высокое содержание тяжелых металлов, наблюдаемое в незагрязненных почвах.

Для чего выполняют анализ содержания тяжелых металлов в почве

Оценка степени загрязнения почв тяжелыми металлами необходима:

• для определения пригодности почвы для того или иного вида деятельности, городского озеленения, рекультивации;
• оценки воздействия предприятия на природные объекты;
• установления стоимости земельного участка;
• разработки мероприятий по оздоровлению почвы;
• перевода земель из одной категории в другую при изменении их целевого назначения.

Лабораторные анализы позволяют оценить состояние почвенного покрова, его экологическую безопасность, уровень загрязнения. Результаты используются для принятия решений по использованию земельного участка, восстановлению почвы.

Перечень тяжелых металлов, выявляемых при лабораторном исследовании почв

К тяжелым металлам относят 58 элементов с атомной массой более 50. По степени опасности они подразделяются на 4 класса:

1. Высокоопасные – мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор.
2. Умеренноопасные – бор, кобальт, никель, молибден, медь, хром, сурьма.
3. Малоопасные – барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций.

Стандартный анализ почвы на содержание тяжелых металлов определяет концентрацию свинца, кадмия, ртути, меди, никеля, цинка, мышьяка (мг/кг). Перечень веществ может быть расширен в зависимости от цели исследования и специфики предприятия.

Отбор проб почвы на определение тяжелых металлов в почве

Исследование почвы на содержание тяжелых металлов проводят не реже 1 раза в 3 года, на территориях дошкольных учреждений, школ, лечебных учреждений, рекреационных зон – дважды в год: в теплый и холодный сезон. Образцы почв отбирают в районах воздействия источников загрязнения согласно требованиям ГОСТ 17.4.4.02-2017г. Места пробоотбора намечают с применением системы концентрических окружностей и «метода конверта». Инструменты, используемые при отборе проб, должны быть изготовлены из инертных к действию образцов и реагентов материалов, иметь гладкую, легко очищаемую поверхность.

Не допускается использование оцинкованных и эмалированных емкостей, окрашенных инструментов. Образцы для анализа содержания тяжелых металлов отбираются почвенным буром или лопатой, запаковываются в мешочки из натуральной ткани. После транспортировки в лабораторию пробы немедленно просушивают.

Определение содержания тяжелых металлов в пробах почвы

Выделяют 3 основных группы аналитических методов определения тяжелых металлов в почве:

• Электрохимические – потенциометрия, кондуктометрия, вольтамперометрия.
• Экстракционно-фотометрические – спектрофотометрия, атомно-абсорбционная спектроскопия, колориметрия.
• Тонкослойная хроматография – физико-химический метод, позволяющий обнаружить искомое вещество в ничтожно малых количествах.

Для анализа почв на тяжелые металлы используют оборудование с высокой абсолютной чувствительностью и возможностью идентификации и количественного определения токсичных форм веществ. Средства измерения подготавливают к работе согласно руководству по эксплуатации и аттестованной методике измерений. По окончанию исследования составляют протокол.

Наши преимущества

Группа компаний «Лаборатория» проводит лабораторные анализы на содержание тяжелых металлов в почве с использованием высокоточного оборудования и аттестованных методик. Мы располагаем всеми необходимыми ресурсами для выполнения задач любой сложности. Наша команда работает быстро, качественно, подтверждением чему служит постоянное увеличение числа постоянных клиентов. Нам доверяют крупнейшие компании страны. Чтобы сделать заказ, оставьте заявку на сайте или позвоните по номеру 8(800) 700-50-24.

Услуги

• Замер выбросов в атмосферу
• Анализ воздуха
• Замеры воздуха рабочей зоны
• КХА отходов
• Биотестирование отходов
• Анализ почвы
• Анализ воды
• Радиационный контроль
• Производственный контроль
• Разработка проекта ПДВ
• Разработка проекта СЗЗ

С чем связано загрязнение почвы тяжелыми металлами и как с этим бороться?

Почва — это сложная экосистема, которая под действием техногенных факторов подвергается постоянным изменениям. Любые процессы, в результате которых в грунте оседают нетипичные микро- и макроэлементы с высоким токсичным воздействием, называются загрязнением почвы. Особую опасность представляют тяжелые металлы.

Особенности

Почва — динамичная и сложная система. Грунт оказывает воздействие на активность живых организмов и даже может изменять климат. Почве отводится ключевая роль в защите грунтовых вод, она способствует связыванию токсичных соединений и таким образом выступает как накопитель органических и неорганических веществ. В связи с интенсивным развитием промышленности в последние годы резко увеличился объем загрязнения земель тяжелыми металлами. Это приводит к серьезному ухудшению окружающей среды, оказывает негативное воздействие на здоровье людей и животных.

Основными источниками токсичных солей становятся заводы и мусор. Каждый день люди вырабатывают десятки тонн отходов, из них только 4% идет на переработку, остальные попадают на свалку. Их валовое содержание с каждым годом растет, и это негативно сказывается на экологической обстановке. В огромных количествах в почве оказываются ртуть, кадмий, свинец и другие металлы. При превышении фоновой концентрации металла в 10 раз начинаются физиологические изменения состава грунта, а после преодоления значения в 16 ПДК происходит загрязнение. По оценкам экспертов, сегодня эти показатели крайне высоки.

Перечислим источники загрязнения почвы.

• Твердые бытовые отходы. Площади свалок во всем мире занимают миллионы километров, а разложение отходов растягивается на десятки и сотни лет. Все эти годы токсичные металлы медленно поступают в землю, отравляя территорию вокруг и делая ее непригодной для жизни животных и растений.
• Окружающая среда. Тяжелые металлы концентрируются в воде и воздухе. Любые водоемы, кроме озер и прудов, проходят естественную фильтрацию через грунт. Таким образом в земле оказываются химические элементы, которые со временем приводят к загрязнению плодородного слоя.
• Промышленные предприятия. Крупные производства представляют наибольшую опасность для экосистем.

Так, по подсчетам экологов, одно металлургическое или химическое предприятие загрязняет землю в радиусе 10–15 км вокруг производства.

Какие металлы загрязняют почву?

Перечислим наиболее токсичные вещества.

Ртуть

Это вещество поступает в землю вместе с пестицидами, использующимися в земледелии для борьбы с вредителями и болезнями сельхозкультур. Второй источник ртути — бытовые и промышленные отходы, элемент присутствует в люминесцентных лампах, термометрах и многих измерительных приборах.

Каждый год в почву поступает до 5 т ртути. Это вещество выделяется в виде паров, оно попадает в воду, а также накапливается в зеленых тканях растений, которыми питаются сельскохозяйственные животные — через них происходит миграция металла в человеческий организм. Ртуть вызывает сильнейшую интоксикацию, приводит к тяжелым патологиям центральной нервной системы и зачастую становится причиной смерти.

Свинец

Больше всего свинца попадает в землю в месте его добычи. Так, на каждую тонну добытого металла приходится 20–30 кг свинцовой пыли, оседающей на земле. Источниками загрязнения также становятся автомобили — металл присутствует в выхлопных газах, выделяемых двигателями внутреннего сгорания. Именно поэтому много свинца содержится на участках около шоссе и автомагистралей, радиус поражения достигает 200 м.

Оттуда токсины поступают в культивируемые растения, из которых изготавливают продукты питания или заготавливают корм для скота. Вместе с едой свинец попадает в человеческий организм, откладывается в печени и почках.

Микроэлемент поражает головной мозг и нервную систему, он становится провокатором онкологических заболеваний и часто вызывает врожденные аномалии у детей.

Кадмий

Основным источником кадмия становятся промышленные отходы в ходе добычи медной и свинцовой руды. Кроме того, кадмий поступает в землю вместе с фунгицидами, суперфосфатом и выхлопными газами.

Цинк и медь

Эти микроэлементы входят в состав почти всех веществ, вызывающих загрязнения тяжелыми металлами. В малых дозировках никакой угрозы они не несут, но по мере накопления становятся токсичными. Особенно велико заражение в местах добычи этих металлов, а также в нескольких километрах от предприятий, изготавливающих кабели, электронную технику и лакокрасочные изделия.

Молибден

Поступает в землю в ходе добычи и переработки медных и молибденовых руд. Относится к веществам второго класса опасности — ежедневно в минимальных дозах поступает в организм человека вместе с пищей, суточная норма составляет 250 мкм. Но в случае попадания более 15 мг вызывает сильнейшую интоксикацию, провоцирует развитие подагры, поражает костный мозг и селезенку.

Сурьма

Попадает в землю в результате деятельности предприятий, занимающихся производством и переработкой цветных металлов, сплавов, лакокрасочных изделий и удобрений. Опасность сурьмы заключается в том, что она формирует летучие соединения и может вместе с ветром распространяться на значительные расстояния.

Мышьяк

Этот металл поступает в грунт вместе с пестицидами и гербицидами, которые используются в земледелии для борьбы с насекомыми-вредителями. Мышьяк известен своей высокой токсичностью.

При попадании в организм человека он вызывает серьезное поражение нервной системы — нейротоксикоз, который приводит к отказу жизненно важных органов.

Марганец

В землю марганец попадает в результате деятельности промышленных предприятий. Из почвы оно поступает в растения и воду. По биологическим цепочкам проникает в организм животных и людей. Относится к незаменимым микроэлементам, которые нужны организму для полноценного развития. Однако при превышении необходимых концентраций оказывает негативное воздействие на органы и ткани. При переизбытке марганца происходит отмирание нервных клеток, это вызывает серьезные расстройства и зачастую приводит к гибели живых существ.

Последствия

Тяжелые металлы оказывают самое неблагоприятное действие на почву. К числу последствий относят:

• снижение плодородия грунта;
• замедление роста и развития культур;
• гибель растений;
• ухудшение качества воды;
• токсичное воздействие на фауну;
• патогенное влияние на микробиологические характеристики.

Загрязнение земли солями тяжелых металлов вызывает нарушение круговорота веществ в природе, и это губительно отражается на основных компонентах биосферы.

Методика определения

Для определения объема загрязнений грунтов используют разные методики, каждая из которых имеет свою специфику и может быть неодинаково эффективной для разных источников загрязнения. Ниже представлен их список.

• Биоиндикация. Это оценка состояния почвы на основе биоиндикаторов. К ним относят активность почвенных микроорганизмов, состояние растений на территории, реакция лишайников и мхов на изменения в структуре субстрата.
• Анализ снежного покрова. В промрегионах с развитой промышленностью токсичные металлы поступают в воздух в виде техногенной пыли и оседают на снегу. Оценка состояния снежного покрова в зимнее время помогает рассчитать приблизительное количество металлов, которое попадает в землю за определенный период времени.
• Расчет магнитной восприимчивости грунта. Это экспресс-методика, она определяет наличие в почве оксидов железа. Именно эти вещества становятся основными разносчиками тяжелых металлов при выбросах в атмосферу.

В районах, где земля загрязнена тяжелыми металлами, ведется обязательный учет численности микроорганизмов в грунте. Их количество показывает активность грунта, параметры разложения и адсорбции органических веществ.

Способы очистки

Для минимизации неблагоприятных последствий, связанных с попаданием солей тяжелых металлов в землю, выделяют два основных направления мероприятий. Первое связано с уменьшением общей концентрации металла, попавшего в землю. Второй предполагает восстановление качественных характеристик грунта, который уже подвергся отрицательному влиянию. Для этого используются разные методики, которые предполагают уменьшение доли токсичных элементов в земле и их нейтрализацию.

• Промывка. При слабой концентрации токсичных металлов используют метод промывки с использованием специальных реагентов. Обычно для этого применяют растворимые соли железа — они характеризуются низкой токсичностью для флоры и фауны. Однако такой способ имеет свои недостатки. В частности, некоторые металлы при промывке оказываются в грунтовых водах. Кроме того, вместе с тяжелыми металлами из земли вымываются и полезные микроэлементы.
• Известкование. Добавление извести благотворно влияет на физические, химические и биологические особенности грунта. В комбинации с известью микроэлементы формируют труднорастворимые соединения, которые со временем рассасываются в ходе химического поглощения. При попадании известняка изменяется уровень кислотности грунта, это приводит к уменьшению подвижности частиц тяжелых металлов и увеличению их растворимости.
• Глинование. Хороший эффект дает глинование грунтов. При внесении в землю глины возрастает ее катионная емкость. Глинистые компоненты выступают в качестве мощного сорбента. В результате подвижность тяжелых металлов сводится к минимуму.
• Природные и искусственные сорбенты. Эта методика предполагает внесение природных сорбентов — цеолитов. Они многократно увеличивают объем впитывания микроэлементов. Обычно для биоремедиации используют червей, насекомых и активные грибы. Искусственными сорбентами выступают биоактивные отходы и активированный уголь.
• Удобрения. Активные компоненты минеральных подкормок могут оказывать влияние на подвижность тяжелых металлов. Однако этот способ не всегда бывает полезен, а при неправильном расчете концентрации может причинить вред экосистеме.

Обычно для детоксикации используют фторсодержащие формы. Они эффективны при сильных загрязнениях, но если объем металлов невелик — ухудшают состояние грунта.

Методы защиты

Для рекультивации почвы проводят комплекс мероприятий, направленных на восстановление естественного состава субстрата.

К основным мерам относят:

• выращивание устойчивых к загрязнениям растений;
• фиторемедиацию — высадку культур, способных накапливать и удерживать в своих тканях токсичные металлы;
• постоянный контроль за подвижными металлами в почве;
• замену или разбавление загрязненного слоя почвы;
• поддержание здорового баланса микроэлементов в земле;
• очистку грунтовых вод;
• снижение объема выбросов металлической пыли в воздух;
• повышение кислотности грунтов за счет введения минеральных и органических веществ;
• уменьшение выбросов в процессе производственной деятельности предприятия;
• безопасную утилизацию и переработку промышленных и бытовых отходов;
• получение альтернативных источников энергии.

Источник https://greenologia.ru/eko-problemy/tyazhelye-metally-pochvu.html

Источник https://gklab.ru/analiz-soderzhaniya-tyazhelyh-metallov-v-pochve/

Источник https://stroy-podskazka.ru/pochva/s-chem-svyazano-zagryaznenie/