Разработка и аттестация стандартных образцов почв на основе техногенно-загрязненных почв и грунтов

РАЗРАБОТКА И АТТЕСТАЦИЯ СТАНДАРТНЫХ ОБРАЗЦОВ ПОЧВ НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННО-ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ

И ГРУНТОВ И.Б. Максакова

В статье рассмотрена необходимость создания стандартных образцов почв с аттестованным значением содержаний элементов на основе техногенно-загрязненных почв. Качественный и количественный состав таких образцов наиболее соответствует реальному. Представлены сведения об этапах разработки стандартных образцов (выбор места отбора, отбор проб почв, процедура пробоподготовки, выбор методов анализа) для последующей аттестации. Результаты предварительного исследования позволили определить ориентировочные уровни содержания элементов.

В настоящее время при развитии промышленности, транспорта, энергетики, возрастающей химизации сельского хозяйства в водоемы и почву поступает огромное количество вредных веществ, что в конечном итоге приводит к глобальному загрязнению водоемов и суши. Многие из тяжелых металлов включены в список приоритетных компонентов - загрязнителей окружающей среды.

Установлено, что антропогенное поступление токсичных металлов намного выше естественного: например для ртути - почти вдвое, а для меди, цинка, свинца - более чем на порядок. Это свидетельствует о глобальном распространении тяжелых металлов в гидросфере. Опасность металлов усугубляется и тем, что, находясь в окружающей среде, они не подвергаются химической биоградации, как это свойственно органическим соединениям, а лишь перераспределяются между абиотическими и биотическими компонентами и взаимодействуют с ними.[1, 2] Некоторые соли металлов, например, меди, цинка, хрома, в слабо щелочной среде выпадают в осадок и тем самым обогащают иловые отложения водных объектов токсикантами, тем самым отрицательно влияя на процессы их самоочищения.

Высокая токсичность определяет жесткие нормативы, устанавливающие предельно допустимые уровни присутствия тяжелых металлов в различных объектах среды обитания, а, следовательно, и требования к соответствующим методам контроля. [1]

Основными современными методами для определения тяжелых металлов в объектах окружающей среды являются: атомно-абсорбционный, фотометрический, эмиссионный, атомно-эмиссионный в индуктивно-связанной плазме, масс-спектрометри-ческий, рентгено-флуоресцентный, вольтамперометрический.

Для обеспечения достоверности получаемых результатов измерений все аналитические процедуры, включающие пробоотбор, градуировку и пробоподготовку, выполняют в соответствии с аттестованными методиками. Градуировка приборов предполагает использование стандартных образцов. Стандартные образцы должны соответствовать типу анализируемого объекта по диапазону содержания металла в анализируемой пробе и физическому состоянию (сплав, порошок, жидкость и т.д.).

В России существует несколько видов стандартных образцов (ГСО) содержания тяжелых металлов в почвах. Эти образцы изготовлены на основе почв черноземья, супесчаных, суглинистых дерново-подзолистых и других типов почв с различным матричным составом гуминовых соединений. В реестре существуют ГСО комплектов почв СП-1, СЧТ1-3, СДПС1-2, СГХМ 2-4, СГХ 3-5, т.е. и серые, и красные, и подзолистые почвы. Однако при таком наборе ГСО почв не по всем элементам удается измерить реальные содержания во всем нормируемом диапазоне. Для таких случаев используется метод приготовления искусственных проб. Но такие образцы не полностью отражают реальный качественный и количественный состав почв.

Принимая во внимание актуальность исследования загрязненности почв, сотрудниками ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» и ЦЛ ГП «Невскгеология» впервые

проводится совместная работа по разработке и аттестации образцов на основе техно-генно загрязненных почв. Для этого на территории Петродворцового района вблизи очистных сооружений возле площадки для свалки городского смета были отобраны 17 разведочных проб. Места отбора были выбраны на склоне между свалкой и Троицким ручьем, на берегу Троицкого ручья возле трубы аварийного сброса очистных сооружений, на полях сельскохозяйственных угодий (примерно в 2 километрах от архитектурного памятника «Бельведер», в 200 метрах от шоссе, недалеко от триангуляционного пункта). Из отобранных проб весом 25-30 кг каждая сформированы следующие образцы:

1. фоновый образец (БВДР-1);

2. образец с аномальным содержанием тяжелых металлов БВДР-2;

3. образец подвижной формы тяжелых металлов (БВДР-3).

Для каждого образца определен тип почв:

• БВДР-1 и БВДР-2 - почва суглинистая пылеватая коричневого цвета.

• БВДР-3 - почва супесчаная темно-коричневого цвета с включением разнозерни-стой гальки разной окатанности плюс фрагменты городского смета.

Образцы предназначаются для валового анализа и определения подвижных (водорастворимых) форм элементов.

Валовой анализ почвы - это комплекс определений, позволяющий установить валовой (элементный) состав почв, т.е. получить представление об общем содержании в почве химических элементов, независимо от формы их присутствия. Минеральная часть почвы представлена преимущественно весьма стойкими в химическом отношении компонентами (кварц, алюмосиликаты, силикаты), которые практически не растворяются в воде, органических и минеральных растворителях. Чтобы разрушить прочную кристаллическую решетку минералов и высвободить содержащиеся в ней химические элементы, сделав их доступными для определения методами классической аналитической химии, приходится прибегать к жестким способам воздействия, одним из которых является расплавление минералов при нагревании. Охлажденный сплав обрабатывают водой и растворами кислот, в результате чего химические элементы, составляющие почву, переходят в истинные или коллоидные растворы, из которых их последовательно выделяют для определения. [2]

Основная масса твердого вещества почвы представлена соединениями, которые не растворяются в воде, кислотах, щелочах, органических растворителях. Кроме них, во всех почвах имеется некоторое количество легко- и среднерастворимых соединений (подвижных или водорастворимых форм). Для определения этих веществ используют водную, слабокислотную вытяжки или экстракцию буферными растворами.[2]

В наших исследованиях для получения сравнимых результатов подготовка пробы к анализу была строго регламентирована.

Для межлабораторного эксперимента (проводимого с целью аттестации образцов) мы предложили определенную процедуру пробоподготовки для разных типов образцов. Для водорасторимых (подвижных) форм в качестве процедуры пробоподготовки мы предложили способ, описанный в РД 52.18.191-89. Навеску анализируемой пробы массой 2.0 г помещают в стеклянный стакан, приливают 10 см 5 М азотной кислоты, перемешивают и выдерживают при температуре 90°С и при перемешивании в течении 3-х часов. Затем пробу фильтруют через бумажный фильтр. Фильтрат используют для анализов.

Для фоновых и аномальных форм используется способ разложения проб почв смесью концентрированной азотной кислоты и перекиси водорода. Навеску анализируемой пробы массой 1.0 г помещают в стеклянный стакан, приливают 20 см3 концентрированной азотной кислоты, перемешивают и постепенно нагревают на электрической плите при температуре 95°С, избегая бурного кипения. При уменьшении объема

пробы до 10 см3 пробу охлаждают до комнатной температуры и добавляют 2 см3 перекиси водорода (33%), затем снова нагревают пробу до температуры 950С и доводят до состояния «влажных солей». По охлаждении пробы до комнатной температуры, пробу выщелачивают при слабом нагревании (до 50°С) 5 см3 концентрированной азотной кислоты, затем пробу охлаждают до комнатной температуры.

После охлаждения анализируемый раствор доводят бидистиллированной водой до объема 100 см3. Если в обработанной пробе почв осталась взвесь, ее удаляют фильтрованием пробы в сухую посуду через фильтр «синяя лента».[2]

Результаты предварительного исследования позволили определить ориентировочные уровни содержания элементов, которые представлены в табл. 1.

Металл Интервалы содержания элементов в комплектах ГСО

ГСО на подвижную форму, мг/кг ГСО фонового состава, мг/кг ГСО зараженного состава, мг/кг

мышьяк <5 2-5 50-100

селен <2 5-10

кадмий <2 <0,5 2-5

ртуть <2 <2 2-10

свинец 50-100 20-50 500-1000

цинк 200-500 50-100 500-1000

бром 20-50 20-50

кобальт 5-10 5-10 50-100

никель 50-100 20-50 20-50

молибден <0,5 10-20

медь 200-500 10-20 200-500

сурьма <0,1 2-5

хром 100-500 10-20 500-1000

барий 20-50 500-1000

ванадий 10-20 50-100

вольфрам <1 50-100

марганец 500-1000 500-1000 2000-5000

стронций <100 >100

уран <2 5-10

торий <2 <2

талий <2 <2

Таблица 1. Ориентировочные уровни содержания элементов в ГСО

В настоящее время планируется проведение дополнительных межлабораторных исследований, на основании которых будут аттестованы значения массовых концентраций элементов в образцах. Включение образцов в Государственный реестр стандартных образцов планируется в 2005 году.

Литература

1. Перевозников М.А., Богданова Е.А. Тяжелые металлы в пресноводных экосистемах. СПб: ГосНИОРХ, 1999.

2. Растворова О.Г., Андреев Д.П., Гагарина Э.И. и др. Химический анализ почв. СПб: Издательство СПбГУ, 1995.