Возможности очистки почв от тяжелых металлов

Возможности очистки почв от тяжелых металлов

The possibilities of soil remediation from heavy metals.

УДК  504.05

Степнова Наталья Станиславовна,

студент

2 курса, факультет «Электротехнический»

Самарский Государственный Университет путей сообщения

Россия, г. Самара

 

Stepnova Natalia Stanislavovna,

Аннотация

  Статья посвящена теме мониторинга и очистки почв от тяжелых металлов при современных условиях развития производства важное значение имеет познание механизмов и закономерностей распределения тяжелых металлов в окружающей среде. Это обстоятельство определяет необходимость проведения постоянного мониторинга за поступлением тяжелых металлов в экосистеме. Проработка методов для очистки почв тяжелыми металлами.

S u m m a r y

The article is dedicated to the topic of monitoring and remediation of soils contaminated with heavy metals in modern industrial conditions. Understanding the mechanisms and patterns of heavy metal distribution in the environment is of crucial importance. This circumstance determines the necessity of continuous monitoring of heavy metal influx into ecosystems. Furthermore, it is essential to develop methods for soil remediation from heavy metal contamination.

Ключевые слова: почва, окружающая среда, тяжелые металлы, токсичность, загрязнение, экосистема.

Keywords: soil, environment, heavy metals, toxicity, pollution, ecosystem.

Современная экологическая ситуация как в глобальном, так и в региональном масштабах обостряется, и человечество вынуждено искать эффективные меры устойчивого развития биосферы.

Серьезной экологической проблемой за последнее столетие стало интенсивное развитие промышленности и транспортного комплекса, представляющих собой наиболее мощные источники загрязнения биосферы вредными ингредиентами. Среди неорганических ксенобиотиков антропогенного происхождения к наиболее опасным и прогрессивно развивающимся в природной среде относятся металлы. Интенсивное промышленное и сельскохозяйственное использование природных ресурсов вызвало существенные изменения биохимических циклов большинства из них. Это необходимо определить исходные данные о концентрации тяжелых металлов с использованием современных технологий [1].

Различают две формы загрязнения окружающей среды радионуклидами: естественную и искусственную. Источниками естественного загрязнения являются природные катаклизмы, вызываемые природными радиоактивными изотопами, которые всегда присутствуют в определенном количестве в окружающей среде (почве, воде). Природные радиоактивные элементы в основном равномерно распределены в почвах и находятся в сильно связанных формах. Источниками искусственного загрязнения являются радиоактивные изотопы: промышленное производство, радионуклиды, образующиеся в различные атомные и термоядерные взрывы.

Результаты искусственного загрязнения почв радиоактивными соединениями являются серьезными, радионуклиды через растительную и животную пищу попадают в жизненный цикл людей и животных, создавая реальную угрозу окружающей среде и человеку. Особенно опасными являются Cs (цезий) и Sr (стронций), что обусловлено их периодом полураспада (30,2 и 28,7 лет), высокой энергией излучения и высокой способностью включаться в пищевую цепочку. Они чаще встречаются в пище человека, поскольку легко усваиваются растениями и представляют реальную угрозу для человека. Химические свойства стронция аналогичны кальцию, и поглощенный стронций в основном накапливается в костях. Цезий обладает свойствами, сходными с калием, который участвует во многих процессах жизнедеятельности живых организмов.

Искусственные радионуклиды в основном накапливаются в верхних слоях почвы (80-90%). Это зависит от различных факторов и варируется в зависимости от механического и минерального состава, а также кислотности почвы.

Почвы с высоким содержанием гумуса и тяжелым гранулометрическим составом, а также сухие почвы, богатые монтмориллонитовой глиной, отличаются способностью накапливать радионуклиды. Миграция радионуклидов в таких почвах ограничена. Скорость очистки почв от радионуклидов определяется скоростью радиоактивного распада, а также вертикальной и горизонтальной миграцией. Следует отметить, что при радиоактивном загрязнении поверхности почвы количество радиоактивных ионов очень мало и не изменяет основного свойства почвы: рН, сосуществование минеральных питательных веществ, плодородием почвы.

Химические и микробиологические технологии относятся к современным методам очистки почв от радионуклидов. Для этой цели отбираются некоторые бактерии и грибы, которые накапливают тяжелые металлы, также возможна фиторемедиация. Для реализации этих методов необходимо определить количество радионуклидов в почвах, а также определить тип почвы, кислотность и другие факторы. Многие микроорганизмы устойчивы к токсическому воздействию тяжелых металлов. Сопротивление количество микробных культур можно постепенно увеличивать, выращивая их в среде с повышающимися концентрациями тяжелых металлов. Утилизация тяжелых металлов происходит путем связывания, хелатирования, осаждения и преобразования их в менее токсичные формы путем изменения их валентности или образования металлоорганических соединений. [2-6]. Для связывания тяжелых металлов могут быть использованы представители разных таксономических групп: сульфатредуцирующие микроорганизмы, цианобактерии, пурпурные бактерии, железо- и азотфиксирующие бактерии. Некоторые штаммы бактерий могут превращать водорастворимые сульфаты в нерастворимые в воде сульфиды. В процессе жизнедеятельности этих бактерий сульфиды кадмия, свинца и меди выделяются в почву и попадают в грунтовые воды [7].

Результаты исследования. Разрабатываются оптимальные условия для биостимуляции отобранных местных микроскопических грибов для накопления ксенобиотиков. Планируется коррекция кислотности почв с помощью гашеной извести, что продлит плодородие почвы в присутствии кальция. Растительные субстраты используются для выращивания микроскопических грибов развития. Разрабатываются методы рекультивации почв, загрязненных тяжелыми металлами. Возможно использование модифицированных природных сорбентов для поглощения и фиксации тяжелых металлов, что поможет защитить окружающую среду от неконтролируемой миграции тяжелых металлов с использованием геохимических барьеров. В качестве компонентов геохимических барьеров в основном используются глинистые минералы каолинит и монтмориллонит [8]. Известно, что частицы жирных глин способствуют осаждению ксенобиотиков и предотвратите перенос загрязнения в грунтовые воды. Для получения модифицированных природных сорбетов, которые будут обладать более высокой способностью сорбции радионуклидов, используются как органические компоненты, так и неорганические. Для обработки глин в качестве органических компонентов будут использоваться производные гуминовых кислот, выделенных из пека, а для повышения сорбционной способности будут использоваться неорганические кислоты и их соли.

Следует отметить, что очистка почв, загрязненных тяжелыми металлами, в городах биотехнологическими методами с использованием микроорганизмов затруднена из-за свободного перемещения бактериальных клеток в почвах ограничено. Таким образом, использование поверхностно-активных веществ, получаемых с помощью биосурфактантов, представляет собой потенциальную альтернативу для очистки загрязненных почв. Ведутся исследования по мобилизации и выделению тяжелых металлов комплексами биосурфактантов Rhodococcus. Использование биосурфактантов Rhodococcus более выгодно, чем синтетических поверхностно-активных веществ, поскольку они экологически безопасны и обладают высокой функциональной активностью. Rhodococcus способствуют перемещению тяжелых металлов в почвах и их биодоступности для почвенных микроорганизмов .

На первом этапе эксперимента были отобраны определенные штаммы микроорганизмов. С целью биоремедиации изучаются местные микроорганизмы, выделенные из образцов, взятых из экстремальных сред: термальных источников, стоков железных и сернистых пород, скальных пород и т.д. Эти микроорганизмы были идентифицированы в лаборатории на уровне рода.

Кислотность образцов почвы, искусственно загрязненных различными металлами (Pb+2, Cr+2, Cd+2, Sr+2 , Ni+2, Cu+2) также были определены. Для формирования модельных образцов были взяты грунты одинаковой массы (200 г). Каждый образец был загрязнен водными растворами растворимых солей тяжелых металлов (0,1 Н). В качестве контроля берется образец почвы, незагрязненный тяжелыми металлами.

После выполнения работ первого этапа целесообразно продолжить исследования по разработке комплексной и рациональной модели очистки почв, загрязненных тяжелыми металлами.

 

Литература:

1. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропром-издат, 1987. 142с
2. Д. Ким, Л. А. Геращенко. Радиационная Экология 2010
3. Кастро Л., Бласкес М., Гонсалес Ф., Муньос Дж., Баллестер А. Адсорбция тяжелых металлов с использованием биогенных соединений железа. Гидрометаллургия. 2018; 179: 44-51.
4. Ядав С.К. Токсичность тяжелых металлов для растений: обзор роли глутатиона и фитохелатинов в стрессоустойчивости растений к тяжелым металлам. Южноафриканский ботанический журнал. 2010; 76: 167–179.
5. Ившина И. Б, Куюкина М. С, Костина Л.В, Тищенко А. В. Извлечение тяжелых металлов изи техногенно загрязненных городских почв. 2014. 11(129).
6. Савич В.И, Белоухов С.Л, Никиточкин Д.Н, Филлипова А.В. Новые методы очистки почв от тяжелых металлов. 2013. 4 (42): 216-218.
7. Рафаэль Селис Р., М. Кармен Эрмозинм. C, Корнехо Дж. Адсорбция тяжелых металлов функционализированными глинами. Наука об окружающей среде. 2000, 34, 21:4593-4599.
8. Кристоф Н., Ившина И.Б. Микробные поверхностно-активные вещества и их использование в полевых исследованиях по рекультивации почв. 2002, 93: 915–929.

Literature

1. Alekseev, Y.V. Heavy metals in soils and plants. Leningrad: Agroprom-izdat, 1987. 142p.
2. Kim, D., Geraschenko, L.A. Radiation ecology.
3. Castro, L., Blaskes, M., Gonzalez, F., Munoz, D., Ballester, A. Adsorption of heavy metals using biogenic iron compounds. 2018; 179: 44-51.
4. Yadav, S.K. Toxicity of heavy metals to plants: a review on the role of glutathione and phytochelatins in plant tolerance to heavy metals. South African Journal of Botany. 2010; 76: 167-179.
5. Ivshina, I.B., Kuyukina, M.S., Kostina, L.V., Tishchenko, A.V. Extraction of heavy metals from technogenic polluted urban soils. 11(129).
6. Savich, V.I., Beloukhov, S.L., Nikitochkin, D.N., Fillipova, A.V. New methods for soil remediation from heavy metals. 4(42): 216-218.
7. Rafael Celis, R., Carmen Hermosin, M.C., Korneho, J. Adsorption of heavy metals by functionalized clays. Environmental Science. 2000, 34, 21: 4593-4599.
8. Christophe, N., Ivshina, I.B. Microbial surfactants and their use in field studies on soil reclamation. 2002, 93: 915-929.