к. т. н., асс. Спильник Н.В.,
ГВУЗ Приднепровская государственная академия
строительства и архитектуры, г. Днепропетровск, Украина
ЭМИССИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ СТРОЙМАТЕРИАЛОВ
Выбросы промышленных
предприятий различного профиля и транспортная инфраструктура существенно
изменяют природный геохимический фон городской территории. Техногенное
загрязнение почвы обуславливает особый тип распределения металлов в
поверхностных горизонтах.
При экологической
оценке территории одним из самых информативных объектов изучения является
почвенный покров. Почва – наиболее чувствительный индикатор загрязнения
ландшафтов в силу своего вещественного состава и физико-химических параметров.
Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и
нейтрализатора различных загрязнений [1].
Геохимические процессы,
происходящие в почвах, играют важную роль в судьбе поллютантов, т.к.
органическое вещество, которое контролирует их перераспределение в экосистеме
между ее компонентами, как правило, и формирует устойчивые зоны загрязнения [2].
На примере модели
«промышленный источник – природная среда» изучается поведение в почвах группы
тяжелых металлов, которые традиционно относят к приоритетным поллютантам (Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Hg, Pb, Mn).
Валовое содержание
тяжелых металлов является фактором емкости, который показывает потенциальную
опасность загрязнения почв, подземных и поверхностных вод. Тяжелые металлы
достаточно легко накапливаются в почве, но крайне медленно выводятся из нее.
Имеется несколько
основных путей поступления тяжелых металлов в незагрязненные почвы: карьеры и
шахты при добыче полиметаллических руд; металлургические предприятия;
электростанции, сжигающие уголь; автотранспорт; химические средства защиты
сельскохозяйственных культур от болезней и вредителей. Доля каждого из них в
загрязнении почв меняется в зависимости от конкретных обстоятельств, и все же
наиболее мощные потоки тяжелых металлов возникают вокруг предприятий черной и
цветной металлургии [3].
Тяжелые металлы в
почвах содержатся в различных формах: в кристаллической решетке минералов в
виде изоморфной примеси, в солевой и окисной форме, в составе разных
органических веществ, в ионообменном состоянии и в растворимой форме в
почвенном растворе. На поведение микроэлементов, в том числе тяжелых металлов,
в почвах влияют окислительно-восстановительные условия, реакция среды,
концентрация углекислого газа и наличие органического вещества. Изменение
окислительно-восстановительного состояния почв существенно сказывается на
поведении микроэлементов с переменной валентностью. Так, например, марганец при
окислении переходит в нерастворимые формы. При кислой реакции почвы
увеличивается подвижность меди, марганца, цинка, кобальта и уменьшается
подвижность молибдена [4].
До тех пор, пока
тяжелые металлы прочно связаны с составными частями почвы и труднорастворимы,
их отрицательное влияние на почву и окружающую среду будет незначительным.
Однако, если почвенные условия позволяют перейти тяжелым металлам в почвенный
раствор, появляется прямая опасность загрязнения почв, возникает вероятность
проникновения их в растения, а также в организм человека.
Оценка уровней
безопасного загрязнения почв тяжелыми металлами проводится исходя из
недопустимости превышения порога экологической адаптационной способности почвы.
Почва служит естественным барьером на пути тяжелых металлов и сдерживает их
поступление в растения и сопредельные среды.
Сегодня сохранить
почву практически невозможно, потому что вся поверхность Земли подвержена
техногенному воздействию. Увеличение количества городского населения и увеличение
потребностей общества, ведет к тому, что в почвах городов повышается содержание
тяжелых металлов.
В районе ПАТ
«Никопольский завод ферросплавов» почва загрязнена тяжелыми металлами, в
частности из-за миграции их из граншлаков силикомарганца, стихийный отвал
которых находится на расстоянии менее 500 м от организованного отвала.
Картина эмиссий тяжелых металлов из граншлаков силикомарганца в модельные среды
представлена в таблице 1.
Из представленных
данных видно, что эмиссия тяжелых металлов из граншлаков силикомарганца
незначительная и с течение времени количество металла в модельной среде
уменьшается, это объясняется тем, что в первые сутки наряду с ионами тяжелых
металлов происходит выделение из образцов ионов Са2+ и Mg2+
, сульфидов, приводящее к повышению рН среды и образованию труднорастворимых
гидроксидов и сульфидов тяжелых металлов, которые осаждаются на поверхности
частиц шлака и предотвращают дальнейшее вымывание металлов в модельные среды.
Таблица 1
Эмиссия тяжелых
металлов из граншлака в модельные среды
|
Наименование
металла |
Модельная среда |
Время отбора проб,
сут |
|||
|
1 |
14 |
21 |
30 |
||
|
Марганец |
вода |
1,51 |
53,3 |
53,3 |
53,3 |
|
буферный раствор |
365,14 |
217,6 |
54,2 |
34 |
|
|
Медь |
вода |
0,31 |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
|
буферный раствор |
0,01 |
0,11 |
0,09 |
0,09 |
|
|
Кадмий |
вода |
0,07 |
0,07 |
0,08 |
0,08 |
|
буферный раствор |
0,08 |
0,08 |
0,08 |
0,08 |
|
|
Свинец |
вода |
0,14 |
0,13 |
0,1 |
0,13 |
|
буферный раствор |
0,49 |
0,99 |
0,27 |
0,27 |
|
Таким же образом были
исследованы строительные материалы, изготовленные с использованием граншлаков
силикомарганца. Полученные данные были сравнены с результатами исследования
материалов на основе природного заполнителя. Результаты исследований
представлены в таблице 2.
Из выше сказанного
можно сделать вывод, что граншлак можно использовать для изготовления стройматериалов любого назначения. Так,
Таблица 2
Эмиссия тяжелых
металлов из образцов бетонов в модельные среды
|
Наимено-вание металла |
Модельная среда |
Время отбора проб,
сут |
||||||||||||
|
1 |
14 |
21 |
30 |
|||||||||||
|
Вид заполнителя |
||||||||||||||
|
шлак |
песок |
шлак |
песок |
шлак |
песок |
шлак |
песок |
|||||||
|
Марганец |
вода |
0,18 |
0 |
3,4 |
7,1 |
21,3 |
1,06 |
31,3 |
30,6 |
|||||
|
буф.раствор |
29,1 |
3,7 |
138,4 |
204,5 |
7,7 |
36,2 |
20,5 |
38,3 |
||||||
|
Медь |
вода |
0,5 |
0,1 |
0,3 |
9,6 |
0,8 |
0,04 |
0,9 |
0,04 |
|||||
|
буф.раствор |
0,061 |
0,19 |
0,25 |
1,26 |
0,07 |
1,03 |
0,05 |
0,5 |
||||||
|
Кадмий |
вода |
0,04 |
0,06 |
0,04 |
0,08 |
0,1 |
0,08 |
0,11 |
0,12 |
|||||
|
буф.раствор |
0,08 |
0,08 |
0,08 |
0,08 |
0,08 |
0,08 |
0,09 |
0,08 |
||||||
|
Свинец |
вода |
0,12 |
0 |
0,12 |
0 |
0,21 |
0,07 |
0,26 |
0,1 |
|||||
|
буф.раствор |
0,46 |
0,44 |
0,14 |
0,28 |
0,08 |
0,55 |
0,24 |
0,44 |
||||||
например, при использовании шлака
при производстве мелкозернистого бетона можно получить материалы с классами по
прочности В 0,35 – В 7,5.
Использование
гранулированного шлака от производства силикомарганца ПАТ «Никопольский завод ферросплавов»
позволит полностью исключить использование природного заполнителя и значительно
уменьшить нагрузку на окружающую среду, получив при этом экономическую
эффективность от производства предлагаемого мелкозернистого бетона на 1 м3
от 10 до 30% (в зависимости от концентрации шлака в материале).
Литература
1. Смирнова C.М.
Содержание тяжелых металлов в почвах Николаевской городской агломерации / C.М.
Смирнова, В.В. Долин [Электронный ресурс] – С. 36-44. – Режим доступа к статье:
http : // www. nbuv. gov. Ua / portal / natural / znpigns / 2009 _ 17 / Smirnova.pdf
2. Бычинский В.А.
Тяжелые металлы в почвах в зоне влияния пром. города / Бычинский В.А.,
Вашукевич Н.В. – Иркутск, 2008. – 130 с.
3. Ильин В.Б. Тяжелые
металлы в системе почва – растения / Ильин В.Б. – Новосибирск: Наука
Сиб.отдел., 1991. – 151 с.
4. Тяжелые металлы в
почве. - [Электронный ресурс] – Режим доступа к статье: http://works.tarefer.ru/98/100059/index.html