Повна версія

Головна arrow Екологія arrow Транскордонні проблеми токсикології довкілля

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Метали в ґрунті

Джерелом важких металів у ґрунтах є:

  • а) материнська порода;
  • б) атмосферні опади (пил, дощі);
  • в) біологічний матеріал – органічні речовини.

Залежно від роду джерела і властивостей важких металів у ґрунті розрізняються два типи важких металів:

  • 1) літогенні, тобто пов'язані з матеріалом материнської породи;
  • 2) антропогенні, тобто такі, що потрапляють до ґрунту внаслідок діяльності людини.

У другому випадку дуже суттєвими є адсорбційні властивості ґрунту. Вони зумовлені його специфічною будовою: в його складі міцели мінеральних або органічних колоїдів і ґрунтовий розчин. Міцели ґрунтових колоїдів звичайно мають від'ємний заряд, що полег-

шую обмінну адсорбцію осадження іонів важких металів із ґрунтового розчину до дифузійного шару міцели. Адсорбційні властивості міцели залежать як від типу і будови колоїду, так і від природи катіону. Найбільша адсорбційна здатність, що окреслюється так званою адсорбційною ємністю (загальна кількість катіонів, яка на дифузійному шарі виражається в міліеквівалентах, м. е., на 100 г ґрунту), властива органічним колоїдам (табл. 2.8).

Таблиця 2.8

Адсорбційні здатності різних ґрунтів

Колоїдний тип

Адсорбційна ємність, [м.е./100 г]

гідратовані оксиди і гідроксиди

3-25

гумусові кислоти

300-400

фульвокислоти

400-500

Залежно від вмісту органічної речовини в ґрунті, в ньому, внаслідок змін адсорбційної здатності, змінюється вміст важких металів, що його визнано за природний (табл. 2.9 і 2.10). Адсорбційні здатності катіону зростають разом із його валентністю і залежать від радіусу іону металу в безводному і у водному стані. Найбільш зв'язаними є катіони тривалентні, наприклад, Fe3+, А13+, а найменш зв'язаними – одновалентні. Сила адсорбції катіонів однакової валентності зростає разом із збільшенням діаметру катіонів у водному стані.

Таблиця 2.9

Допустимі концентрації важких металів в осадах і ґрунті, а також їхні граничні кількості у ґрунтах, що обробляються, відповідно до постанови 86/278/ЄГУ за Дж. Бернацькою [20]

Метали

Допустимі концентрації ВМ в осадках, що признаачені для сільськогосподарського використання

Допустимі концентрації ВМ у ґрунті з показової проби з pH 6-7, [мг/кг s.m.]

Допустимі річні кількості ВМ, що можуть бути введені до ґрунті, які обробляються, протягом 10 років, [кг/га Ч рік]

Кадмій (Cd)

20-40

1-3

0,15

Мідь (Cu)

1000-750

50-140

12

Нікель (Ni)

300-400

30-75

3

Свинець

(Pb)

750-1200

50-300

15

Цинк(Zn)

2500-4000

150-300

30

Ртуть (Hg)

16-25

1-1,5

0,10

Хром (Cr)*

Примітка

* Не встановлено допустимі величини для хрому, робота над встановленням цих величин триває.

Таблиця 2.10

Оцінений природний вміст природний вміст важких металів (мг/кг) у різних типах ґрунтів залежно від вмісту органічної речовини за А. Кабатою-Пендіас [15]

Метал

Тип ґрунту

Вмість органічної речовини (%)

< 1

1-2

2,01-3,5

> 3,5

Cd

ґдл

0,04-0,20

0,05-0,21

0,06-0,23

0,06-0,30

ґл

0,06-0,25

0,07-0,23

0,08-0,26

0,07-0,30

ґс

0,05-0,32

0,07-0,30

0,09-0,33

0,11-0,36

ґв

0,14-0,56

0,10-0,45

0,13-0,45

0,13-0,50

Сu

ґдл

1,0-5,9

1,3-5,7

1,4-6,8

1,3-7,0

ґл

2,0-7,0

2,2-7,2

2,7-8,5

2,4-10,0

ґс

3,2-9,8

3,0-9,7

4,0-11,9

4,0-14,8

ґв

5,6-13,5

5,0-14,0

6,0-16,5

8,3-19,4

Cr

ґдл

1,6-8,5

2,0-8,5

1,9-8,7

2,1-10,3

ґл

2,9-12,0

3,6-1,4

3,7-14,7

4,5-16,6

ґс

6,9-22,5

6,4-18,9

7,1-22,8

7,9-23,9

ґв

12,2-27,5

11,0-24,0

12,0-29,5

11,3-30,0

Μn

ґдл

30,0-223,0

40,0-249,0

30,0-243,0

24,0-225,0

ґл

109,0-313,0

105,0-330,0

93,0-357,0

60,0-398,0

ґс

145,0-467,0

160,0-422,0

151,0-447,0

127,0-475,0

ґв

221,0-573,0

252,0-553,0

237,0-563,0

223,0-645,0

Ni

ґдл

1,0-5,6

1,0-4,7

1,0-4,4

1,0-4,8

ґл

2,0-8,3

1,9-7,0

1,9-7,4

2,0-8,4

ґс

4,3-16,5

3,7-12,5

4,0-13,2

4,4-14,4

ґв

6,6-21,6

7,3-20,9

8,3-24,0

6,2-24,0

Pb

ґдл

3,1-11,6

4,5-12,3

5,0-14,2

5,7-16,1

ґл

4,7-14,7

5,7-14,9

6,2-16,5

7,0-17,0

ґс

6,5-19,5

6,9-18,0

7,1-20,4

8,5-25,5

ґв

9,0-21,6

9,8-26,0

9,7-26,5

9,0-30,0

Zn

ґдл

6,6-33,3

8,7-28,7

8,3-34,4

8,8-37,3

ґл

11,6-40,0

12,5-34,0

13,6-42,0

12,5-46,8

ґс

18,8-67,5

15,0-45,6

18,2-53,3

21,4-10,1

ґв

34,5-73,0

23,7-67,2

24,0-71,3

31,0-79,6

Fe*

ґдл

0,11-0,45

0,13-0,48

0,11-0,52

0,10-0,62

ґл

0,25-63,00

0,26-0,69

0,27-0,82

0,26-1,04

ґс

0,40-1,30

0,40-1,13

0,43-1,24

0,45-1,53

ґв

0,63-2,38

0,69-1,76

0,65-1,74

0,56-2,24

Примітка

*Для Fe величини подано у (%): ґдл – ґрунти дуже легкі, ґл – ґрунти легкі, ґс

– ґрунти середні, ґв – ґрунти важкі.

На загальну адсорбційну ємність ґрунту впливають можливість обмінної адсорбції, що виникає з ізоморфного заміщення іонів, незалежно від pH, а також можливість додаткової адсорбції, що пов'язана з дисоціацією протонів активних груп. Останній із зазначених процесів значною мірою залежить від pH, тобто від кислотності ґрунту. Унаслідок зростаючої кислотності ґрунтів під впливом антропогенних процесів зростає участь кислотних ґрунтів із pH ґрунтового розчину нижче 4,65. У таких ґрунтів змінюються адсорбційні здатності, що призводить до зростання концентрації в ґрунтовому розчині деяких форм важких металів, таких, як прості катіони [А1(Н2O)63+, [Мп(Н2O)6]2+, [Pb(H2O)42+.

Катіони, адсорбовані до дифузійного шару колоїду, зазнають обміну з катіонами ґрунтового розчину:

Легкість і швидкість обміну катіонів залежить від типу інших катіонів в адсорбційному комплексі, а також від типу аніонів, присутніх у ґрунтовому розчині. Більш легкого звільнення з адсорбційного комплексу зазнають катіони, що утворюють важко розчинні або леткі сполуки з аніонами, присутніми в ґрунтовому розчині. Отже, процеси адсорбції супроводжуються процесами осадження – розчинення солей іонів важких металів і значно рідше – процесами окислення. Присутність іонів Н+ у ґрунтовому розчині зумовлює величину окислювально-відновного потенціалу ґрунту, величина яко

го визначає перебіг окислювально-відновної реакції іонів важких металів. Значна частина відновних реакцій у ґрунті протікає з участю мікроорганізмів. Прикладом відновної реакції можуть слугувати такі реакції:

Продукти вищенаведених реакцій, прості катіони металів, у присутності органічних речовин (гумусових сполук) здатні утворювати хелатні сполуки. Здатність до творення хелатних сполук з боку органічних лігандів змінюється за такою послідовністю:

Для іонів металів здатності до творення комплексів змінюються за такою послідовністю:

Частина хелатів розчиняється у воді та, утворивши у цій формі комплекс із важкими металами, засвоюється рослинами через кореневу систему.

Під час реакцій іонів важких металів у ґрунтовому середовищі функцію специфічних каталізаторів виконують ґрунтові мікроорганізми. Вони є необхідними в специфічних реакціях творення металоорганічних сполук, наприклад, алкільних сполук ртуті або миш'яку (CH3Hg+, C2H5Hg+, (CH3)2As). Метил – або загалом алкіл ртуть і алкіл- миш'як є достатньо стабільними сполуками, що відіграють суттєву роль в гідробіологічному циклі тих елементів (рис. 2.14).

Варто зауважити, що реакції алкілування (метилювання) також протікають у мулі, де з огляду на зміну розчинності новоутвореної сполуки (алкільні сполуки добре розчиняються) зумовлюють нове проникнення іонів металів до водної маси. Отже, іони важких металів у ґрунті можуть виступати у вигляді як форм лабільних (активних, рухомих), так і форм нелабільних. Форми лабільні, рухомі складаються з іонів металів, що присутні в ґрунтовому розчині і обмінно адсорбовані ґрунтовими колоїдами. Форми нелабільні, що їх іноді називають запасними, – це форми металів, які пов'язані з ґрунтовими мінералами і гумусом, а також базуються на оксидах заліза і марганцю. У певних умовах (pH, окислювально-відновний потенціал) можуть ставати нерухомими. До нелабільних форм необхідно також зарахувати метали, що є тривало пов'язаними в кристалічних решітках мінералів.

Сполуки ртуті в ґрунті за А. Кабатою-Пендіас [15]

Рис. 2.14. Сполуки ртуті в ґрунті за А. Кабатою-Пендіас [15]

 
<<   ЗМІСТ   >>