Распределение подвижных форм тяжелых металлов в почвах г. Таганрога

Секция химии и экологии

УДК 628.516: 612.014.46

А.В. Соболев, Н.В. Гусакова, А.Н. Королев РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОДВИЖНЫХ ФОРМ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ г. ТАГАНРОГА

Присутствие высоких концентраций того или иного элемента в окружающей среде не всегда является показателем токсичного воздействия этого элемента на биосферу. Тяжелые металлы, как и другие опасные для окружающей среды элементы, способны усваиваться растениями только в определенных химических соединениях. Т акие минеральные и органические соединения принято называть подвижными, они растворены в жидкой фазе почвы и способны мигрировать.

Миграция примесей в почвах делится на вертикальную (по почвенному профилю) и горизонтальную (пространственную, в пределах одного горизонта). Оба вида миграции зависят от состава и свойств почвенных горизонтов. В почвах г. Таганрога присутствует мощная глинистая прослойка, которая ограничивает глубину вертикальной миграции, тем самым защищая подземные воды от загрязнения. Другой региональной особенностью почв является присутствие карбонатов по всему почвенному профилю; они связывают ионы тяжелых металлов, снижая их подвижность.

Токсичное действие тяжелых металлов также связано с формой их нахождения в почве. Растения способны поглощать из почвы только те соединения, которые находятся в почвенном растворе. Большинство тяжелых металлов относятся к микроэлементам, т.е. малые дозы этих элементов необходимы растениям и животным для нормальной жизнедеятельности, однако повышение их концентрации приводит к угнетению живых организмов.

В условиях промышленного города содержание тяжелых металлов во всех компонентах окружающей среды намного превышает фоновые значения, что негативно влияет на здоровье населения. Накопление токсикантов, как правило, происходит в почвах и донных отложениях (депонирующих средах); они являются индикаторами уровня загрязнения окружающей среды в целом.

Проведенные исследования были направлены на изучение поведения тяжелых металлов в почвах промышленного города. Пробы почв отбирались на территории г. Таганрога в промышленных и селитебных зонах, а также в скверах и парках. Площадь исследуемого района составила 45 кв. км, т.е. более половины территории города. Точки отбора проб покрывают исследуемую область сеткой с шагом 0,7-0,9 км; всего было отобрано 199 точечных проб на 62 участках. Было определено содержание подвижных форм трех тяжелых металлов: свинца, меди, марганца. Выбор металлов определялся следующими принципами.

Среди тяжелых металлов доминирующим загрязнителем городских почв является свинец, уровень содержания которого определяется интенсивностью движения автотранспорта в исследуемом районе.

Известия ЮФУ. Технические науки

Специальный выпуск

На территории города находятся 4 крупных предприятия металлургической и металлообрабатывающей отрасли, что определяет перечень основных загрязнителей. В черной металлургии в качестве легирующей добавки используется марганец. Значение соединений марганца для состояния почв очень велико, поскольку этот элемент не только жизненно необходим для растений, но и контролирует поведение ряда других микроэлементов.

Источником поступления меди в почвы является цветная металлургия и металлообрабатывающая отрасль. В исследуемом районе интенсивность поступления меди в окружающую среду значительно ниже, чем, например свинца. Это позволяет выявить способы миграции, а также основные пути распространения загрязнителя.

В результате исследований было установлено, что средние значения концентраций подвижных форм металлов в почвах составляют для меди 2,1 мг/кг, в диапазоне от 0 до 20,3 мг/кг; для свинца 3,0 мг/кг, в диапазоне от 0,1 до 28,8 мг/кг; для марганца 136,8 мг/кг, в диапазоне от 6,9 до 333,9 мг/кг. Количество нестандартных (с превышением ПДК) проб для меди составило 8 (13 % от общего количества), для свинца - 7 (11 %), для марганца - 22 (35 %).

Поскольку марганец и медь попадают в атмосферу вместе с газообразными выбросами промышленных предприятий, миграция этих элементов воздушным путем обусловливает их распространение на значительных территориях далеко за пределами санитарно-защитных зон предприятий, где они образуются.

В селитебных районах, непосредственно прилегающих к промышленным предприятиям, отмечено высокое содержание в почвах марганца, что непосредственно связано с деятельностью предприятий металлургического и машиностроительного профиля, являющихся основой промышленного комплекса города. Максимальные концентрации этого загрязнителя обнаружены в районе ТАГМЕТа. Однако площадь территорий, на которых концентрация марганца выше предельно допустимой, гораздо больше, чем зона влияния металлургического завода, она составляет 21 кв. км - почти половину исследуемого района. Напрашивается вывод, что источниками поступления соединений марганца в большей или меньшей степени являются все предприятия металлообрабатывающего комплекса. В «спальных» районах города - микрорайоны «Северный» и «Русское поле», а также на территории исторического центра концентрация марганца не превышает предельно допустимой.

Общий уровень содержания марганца в почвах выше, чем для свинца и меди, среднее значение концентрации немного превышает ПДК (1,02 ПДК). Однако его распределение более равномерное, без явно выраженных пиков, максимальная обнаруженная величина превышения допустимой концентрации составляет 2,4. Такой характер распределения объясняется физико-химическими особенностями соединений марганца, они отличаются повышенной мобильностью и способны быстро перераспределяться в поверхностном слое грунта.

Уровень загрязнения почв Таганрога подвижными формами меди соответствует допустимому - средняя концентрация по всей исследуемой территории составляет 0,87 ед. ПДК, 33 % исследованных территорий (около 15 кв. км) имеют загрязнение медью, превышающее предельно допустимую концентрацию. Зона повышенных концентраций наблюдается в западной и северо-западной частях города, где размещаются предприятия «Прибой», «Гидропресс», лакокрасочный завод, а также участки промышленного назначения, здесь достигается семикратное превышение ПДК в отдельных точках. Полученные результаты свидетельствуют о распределенном характере источника поступления меди в окружающую среду.

Следует отметить, что наряду с выпадение меди из атмосферы, имеет место смыв ее с промплощадок и перенос дождевыми потоками. Это подтверждается существованием локальных зон с многократным превышением предельно-допустимой концентрации. На остальной территории распределение содержания меди практически равномерно, и концентрация не превышает ПДК.

Существенный вклад в загрязнение почв вносят выбросы автомобильного транспорта, содержащие не только свинец в составе тетраэтилсвинца, но и сернистые соединения, способствующие коагуляции и выпадению из атмосферного воздуха примесей промышленного происхождения, в том числе тяжелых металлов. Однако свинец способен прочно удерживаться органическим веществом почв (преимущественно гумусом), что значительно снижает концентрацию его подвижных форм. Согласно действующим нормативам качества природной среды (ГН 2.1.7.020-94), уровень загрязнения почв соединениями свинца в исследуемом районе относится к допустимому, на 96 % территорий концентрация подвижных форм свинца не превышает ПДК, а средняя концентрация загрязнителя по всей территории составляет 0,47 ПДК.

Одна из зон повышенных концентраций тяжелых металлов в почвах размещается в центральной части города, ее существование связано с интенсивными выбросами автотранспорта. Однако даже здесь концентрация подвижных форм свинца не превышает ПДК. В северо-западной части города также наблюдается повышение концентрации загрязнителя, здесь, помимо автотранспорта, оказывают влияние промпредприятия. Максимальная концентрация свинца во всем исследуемом районе обнаружена в северной части города, здесь достигается 4-5-кратное превышение ПДК. Причина возникновения такой аномалии пока не установлена, для этой цели требуются дополнительные исследования.

Установлено, что по всем трем определяемым металлам более половины территорий имеют допустимый уровень загрязнения. На этих территориях концентрация загрязнителей не превышает ПДК. Однако имеются участки аномального накопления, характеризующиеся 2-4-кратным превышением ПДК.

Анализ полученных карт распределения концентраций тяжелых металлов в почвах г. Таганрога показал, что существуют области, в которых установлены повышенные концентрации по всем трем металлам, они образуют участки аномального накопления комплекса тяжелых металлов. Наиболее ярко это выражено в северо-западной части города, где жилые районы перемежаются с промышленными зонами.

удк 539.217.5:546.28

Ибрахим С.А. Аль-Хадрами, А.Н. Королев

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ ХЛОРИДА МЕДИ В СТРУКТУРЕ ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛА

Среди органических полупроводников, широко используемых в микро- и нанотехнологиях, модифицированный металлом полиакрилонитрил (ПАН) характеризуется высокой стабильностью электрофизических свойств. Это объяснятся образованием в его структуре полисопряженных связей в результате термической обработки образцов полиакрилонитрила.