Д.х.н. Лобачева Г.К., к.ф.-м.н. Прокофьева Е.В.

Волгоградская академия МВД России, Россия

 

Биогеохимические барьеры как способ предотвращения негативного воздействия на водные объекты

 

Снижение уровня загрязнения водоёмов и грунтовых вод возможно лишь путём прекращения поступления в них токсичных элементов и веществ. Одним из решений данной проблемы является создание биогеохимических барьеров. Биогеохимические барьеры – это компоненты или части компонентов геосистем, в которых на относительно коротком расстоянии в результате специфического сочетания механических, физико-химических, биологических процессов происходит избирательное накопление одних химических элементов и удаление других. В этих барьерах резко изменяются условия миграции веществ, что часто приводит к накоплению химических элементов [1].

Наиболее значимые природные биогеохимические барьеры - это растительный покров, почва, толща водо-ненасыщенных горных пород, особенно мелкоземов, области застойного скопления подземных вод. Биогеохимические барьеры могут быть вертикальными или горизонтальными (латеральными), препятствующими, соответственно, вертикальным или горизонтальным потокам загрязняющих веществ. Человек может управлять биогеохимическими барьерами, усиливая или ослабляя их действие, создавать искусственные барьеры. Природные биогеохимические барьеры обеспечивают, наряду с другими процессами, естественную самоочищаемость  природы, так как в них происходит не только накопление, но и связывание до недоступных для преобразование их в безвредные вещества.

На рисунке 1. представлена схема биологических барьеров. Предлагается рассмотреть подробно различные уровни (I, II, III) защиты от загрязнения подземных вод, которые являются источниками питьевого водоснабжения. В конечном итоге ответим на вопрос будет ли человек пить чистую воду, дышать свежим воздухом и употреблять в пищу экологические чистые продукты. Рассмотрев подробно взаимное влияние различных факторов на подземные воды, сможем предложить различные способы создания искусственных биогеохимических барьеров с целью создания благоприятных условий для жизни человека.

Рис. 1. Схема биогеохимических барьеров.

Первый уровень создания искусственных биохимических барьеров – это использование новейших технологий в промышленности, связанных способами очистки промышленных выбросов. В состав первого уровня загрязнителей входят несанкционированные свалки и полигоны, промышленные предприятия, автотранспорт. Естественный или искусственно созданный растительный покров является эффективным биогеохимическим барьером: прежде всего, это перехват воздушных потоков, содержащих пыль, аэрозоли, капельножидкие вещества. Мощным биогеохимическим барьером является почва - активно функционирующее органоминеральное тело, в котором идут разнообразнейшие физико-химические и биологические процессы, в том числе присутствует  широкая  гамма  микроорганизмов. В настоящее время довольно широко применяются специальные сорбенты естественного или искусственного происхождения, вносимые в почву для очистки ее от тяжелых металлов, радионуклидов. Эффективным является обогащение микрофлоры почвы специальными бактериями, способными разлагать нефтепродукты и другие вредные вещества. Очищающая способность почвы далеко не безгранична. Она может только до определенного предела защищать растения, подстилающие грунты и подземные воды от загрязнения. Гидрофизический барьер - регулирование направления и величины потоков влаги в зоне аэрации и полностью водонасыщенных горных породах. Например, уменьшая промываемость почвы и верхних горизонтов грунтов, можно  в определенной степени защитить жизненно важные водоносные горизонты, или наоборот, усилить промываемость почв для их очистки. Сегодня существует множество технологий освобождения грунтовых вод от примесей различного происхождения. Например, способ очистки фильтрата полигона твердых бытовых отходов с помощью усреднения, щелочной обработки фильтрата известью с последующей реагентной нормализацией рН фильтрата с помощью водных отработанных травильных растворов металлообрабатывающих предприятий, содержащих FeCl2 или FeSO4, с концентрацией 17-25 %. Технический результат достигается в повышении экологической безопасности при более высокой степени очистки сложных многокомпонентных стоков, а также снижение затрат на очистку. Кроме того, существуют различные способы создания противофильтрационных завес с фильтрующими окнами, а также использование специальных сборных резервуаров и дренажных труб.

Препятствием для проникновения атмосферных осадков через грунт в подземные воды могут служить специальные сборные резервуары, состоящие из отдельных секций. Секции разделяют противофильтрационными завесами. Используют закрытое дренажное устройство, выполненное в виде дренажных труб, образующих кольцевой дренаж. Дренажные трубы располагают с внутренней стороны контуров противофильтрационных завес [2]. Данные технологии обеспечивают улучшение очистки атмосферных осадков, загрязнённых на полигонах твёрдых отходов. Из сказанного выше можно сделать вывод, что для предотвращения загрязнения окружающей среды и в том числе водных объектов необходимо создание искусственных геохимических барьеров. А для введения биогенов в биологический круговорот необходимо наличие биологического концентратора, то есть барьер становится биогеохимическим. Его функционирование наиболее эффективно при оптимизации водного, теплового и пищевого режимов почв. В качестве биогеохимических барьеров могут быть такие природные объекты, как заболоченный луг, болото, кустарники, леса, почвенные слои. Растительный покров выполняет функцию перехватчика воздушных потов, атмосферных осадков, содержащих пыль, аэрозоли и т.д. Осенью все эти вещества попадают на поверхность почвы, поэтому опавшие листья необходимо собирать и складировать. Ко всему прочему, растения утилизируют ряд загрязнителей в процессе обмена веществ, например, травяной покров ежегодно потребляет Р2О5 в количестве 60-120 кг/га.

Почвенный грунт можно очистить путем внесения в загрязненную почву уплотненного и обезвоженного избыточного активного ила сооружений биологической очистки нефтесодержащих сточных вод, полученного в результате очистки производственных и хозяйственно-бытовых вод активным илом в смеси с биопрепаратом «Дестройл». Разработано  несколько  образцов  композиционных материалов,  полученных  с  использованием  верхового  и  низинного  торфа  и различных добавок: соли железа и алюминия в различных концентрациях,  а  также  торфогипсовый  композит. Модификация торфа железом (III) приводит к  увеличению  сорбции  как  фосфор -,  так  и  мышьяксодержащего  загрязнителей.  Доступность и простота получения высокоэффективного сорбента на основе модифицированного  торфа позволяют рекомендовать  его в процессах очистки воды, загрязненной фосфор - и мышьяксодержащими  поллютантами,  а  также  при  создании  искусственных  геохимических барьеров.  Подведя итог, можно сказать, что проектирование или восстановление естественных биогеохимических барьеров в целях повышения качества грунтовых вод способствует повышению устойчивости природной среды, сохраняя биоразнообразие ландшафта.

Литература

1. Голованов, А. И. Введение в природообустройство / А. И. Голованов, Ф. М. Зимин. - М.: Московский государственный университет природообустройства, 2003. – С. 49.

2. Добрынина, А. Ф. Интенсификация водоочистки реагентным способом / А. Ф. Добрынина,  Г.  Г. Абдуллазянова, Ю. Ю. Хомич, В. П. Барабанов, Ю. Г. Галяметдинов // Научно-технический журнал «Химическая промышленность». –  2009. - №1. – С. 59 – 61.