DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 27.05.2010

Материалы

загрузка...

Особенности загрязнения четвертичных отложений территории г. москвы тяжелыми металлами

Заволокина Светлана Владимировна, 27.05.2010

 

В очистных сооружениях поверхностного стока скапливаются большие количества донных отложений, которые обозначают широкий круг возможностей по их использованию: засыпка ими оврагов, пониженных частей

Значительная часть всех отходов теплоэнергетики, образующихся при производстве энергии, связана с работой угольных и мазутных электростанций и состоит из выбросов (газы и золы уноса), твердых отходов (золошлаковые отходы) и стоков. Сжигание топлива на электростанциях является одним из основных источников загрязнения атмосферы населенных пунктов газообразными продуктами сгорания и пылью.

Природные угли содержат целый ряд химических элементов, концентрации которых меняются в широких пределах. За счет происходящего концентрирования при сжигании угля, золошлаковые отходы по сравнению с литосферой обогащена многими элементами. Средние концентрации большинства из них в золе товарных углей близки к кларковым, при их сжигании большинство элементов полностью переходит в золошлаковые продукты сгорания. При этом наблюдается тенденция преимущественного накопления ряда химических элементов в тонких частицах золы, которые не задерживаются очистными сооружениями и переносятся воздушными потоками на большие расстояния. Для примера, выбросы мазутных ТЭЦ отличаются очень высокими содержаниями никеля (6 кг/т); сточные воды угольных ТЭЦ содержат повышенные концентрации меди, цинка.

Приведенные выше данные вынудили московские теплоэнергостанции реконструировать свои мощности и перейти на «сезонное топливо»: весна-лето - осень – в качестве источника производимой энергии используется газ, зимой – газ с мазутом или углем.

На территории города имеются сельскохозяйственных угодья, которыми также не следует пренебрегать при рассмотрении источников загрязнения окружающей среды. Основными источниками загрязнения этого вида деятельности являются фосфатные удобрения и компосты из бытовых отходов, которые в качестве удобрений применяются в сельском хозяйстве и таким образом вовлекаются в искусственные антропогенные потоки миграции вещества, отличающиеся от обычных природных потоков по качественным характеристикам и степени напряженности.

В качестве средств химизации рассматриваются обычно две группы отходов-поставщиков химических элементов: бытовые и промышленные отходы, микроэлементы в минеральных удобрениях. Первые, многократно обогащенные медью, цинком, кадмием и никелем используются как удобрения (в основном, бытовой мусор и осадки очистных сооружений городской канализации, используемые после компостирования). Микроэлементы-примеси в минеральных удобрениях, в основном фосфорных, на ~ 50 % сохраняют ассоциации химических элементов фосфоритов: фтор и тяжелые металлы. Ежегодно в мире производится порядка 20 млн. тонн фосфатных удобрений, что сопровождается огромным количеством отходов, масса которых примерно в три раза больше массы полезных продуктов. В фосфатном сырье присутствует довольно широкая ассоциация элементов, в том числе медь, цинк, кадмий. Накопление токсико-химических элементов, как уже отмечалось выше, в таких жизненно важных средах, как вода, почвы, горные породы, растительные организмы и, как следствие, продукты питания, представляется с медико-гигиенических позиций крайне нежелательным.

В качестве удобрений используются продукты переработки (компосты) хозяйственно-бытовых отходов, представляющие собой бытовой мусор и осадки канализационных стоков. Они характеризуются высокой степенью концентрации химических элементов, в том числе токсичных. При этом из осадка в удобрение переходят все содержащиеся в нем химические элементы, и значительная их часть из бытового мусора. Так, компост из бытового мусора обогащен по сравнению с фоновыми почвами в десятки раз больше цинком и медью.

Осадки полей фильтрации обогащены медью, цинком, кадмием, никелем, их степень концентрации зависит от участия в составе хозяйственно-бытового канализационного стока промышленной составляющей.

Для представления уровня накопления и поступления тяжелых металлов в четвертичные отложения мы уделили внимание содержания тяжелых металлов не в подвижных средах (снеговой покров, поверхностные воды и донные осадки). Помимо этого были рассмотрены геохимические свойства меди, цинка, кадмия и никеля, а также их формы миграции.

Глава 3. Методы отбора, подготовки проб и определения тяжелых металлов (меди, цинка, кадмия, никеля) в вытяжках почв (горных пород) и пробах подземных вод

Отбор проб является одним из наиболее важных этапов в проведении анализа среды и поэтому должен быть проведен с соблюдением всех норм и правил. Отбор пробы зависит от геолого-географических условий местности, физических свойств среды опробования и многих других факторов.

Состав почв и грунтов в пределах мегаполиса подвержен значительным изменениям в пределах небольших расстояний. В связи с этим, отбор проб с поверхности производили по "усредненной сетке". При обследовании на глубину колонки отбор производили с первых 20 см от горизонта, а затем из каждого геолого-литологического слоя, но не реже чем через 1 м. Образцы почвы и грунта при транспортировке помещали в чистые полимерные мешки для предотвращения возможности их повторного загрязнения.

Подготовка проб к анализу. Образцы почв и горных пород доводили до воздушно-сухого состояния в хорошо вентилируемом помещении при комнатной температуре. Из воздушно-сухой объединенной пробы методом квартования брали пробу почвы (горной породы). Высушенные и перебранные образцы растирали в фарфоровой ступке и просеивали через сито. Из полученной пробы брали навески на анализ.

С целью пересчета результата анализа горных пород на абсолютно сухую навеску, проводили определение влажности в исследуемой пробе.

Далее проводилась химическая подготовка проб с использованием минерализации проб в аналитическом автоклаве НПВФ «Анкон-АТ-2» с использованием таких окислителей как азотная кислота и перекись

Первым этапом при подготовке пробы воды к анализу являлась гомогенизация простым перемешиванием, при наличии в ней мелких частиц проводили их отделение фильтрованием на ацетат целлюлозных фильтрах. Далее, Пробы воды подкислялись азотной кислотой и поступали на анализ с использованием атомно-абсорбционного спектрофотометра.

Определение тяжелых металлов в образцах. При определении химического состава вытяжек, приготовленных из керновых проб и проб воды применяли атомно-абсорбционный спектрофотометр с использованием атомизации подготовленной пробы в пламени «КВАНТ-2А» фирмы НПО «Кортек» в лаборатории комплексного эколого-геохимического исследования ГУП «Мосгоргеотрест». В связи с очень низкими концентрациями кадмия в отобранных образцах, мы использовали проточно-инжекционный блок БПИ-03.

После получения данных по содержанию тяжелых металлов в образцах почвы (грунта) их концентрации пересчитывались на абсолютно сухую навеску. Концентрация измеряемых элементов в пробах воды принимались же без пересчета, что является особенностью данных проб.

Весь процесс от отбора пробы с участка исследования до получения необходимой информации – концентрации элемента в пробе образца, занимает 2 - 4 дней для грунта и 1-2 дня для воды. В случае грунта увеличение времени обработки связано с состоянием образца. Влажный грунт высыхает в естественных условиях достаточно продолжительное время.

В работе приведены широко применяемые в подобных исследованиях методы подготовки проб и определения содержания тяжелых металлов (меди, цинка, кадмия, никеля) в вытяжках почв (горных пород) и подземных водах, которые полностью коррелирует с выбранными нами.

Глава 4. Содержание тяжелых металлов (меди, цинка, кадмия, никеля) в четвертичных отложениях

Четвертичные отложениям города Москвы по сравнению с почвенным покровом и насыпными грунтами имеют более стабильные значения содержания тяжелых металлов. Это связано зачастую с тем, что верхние слои (почва, насыпные грунты) аккумулируют основную часть загрязнения. Наши исследования заключались в выборе представительных площадок с соответствующими подразделениями, их исследовании и анализе полученных концентраций тяжелых металлов. Отложения подразделялись на 12 горизонтов.

Отбор керновых проб производился из геологических скважин с учетом рельефа местности, особенностей почвенного покрова, возраста и литологического состава горных пород.

Из полученной пробы нами отбирались навески для анализа, который проводился на атомно-абсорбционном спектрофотометре с использованием атомизации подготовленной пробы в пламени «КВАНТ-2А» фирмы НПО «Кортек» в лаборатории комплексного эколого-геохимического исследования ГУП «Мосгоргеотрест».

Исследования горных пород проводились по всей территории города Москвы. Для этого было выбрано 140 участков опробования, на которых в зависимости от геолого-литологическим условий было пробурено в общем 306 скважин (рис. 4.1). В результате исследования 1118 проб было проведено 4472 химических анализа на валовое содержание кадмия, меди, никеля, цинка и 1118 анализов для определения кислотно-щелочного состояния грунтов (pHKCl). Участки опробования для наглядности и точного представления о проделанной работе наносились на карту-схему, из которой видно, что они покрывают всю территорию города. Все данные, полученные на каждом из участков опробования, по каждой скважине и со всеми ее данными, сведены в общую таблицу. Объем полученных результатов, и масштабы обследования позволили вывести средние значения содержания тяжелых металлов в зависимости от возраста пород и с учетом геолого-литологических разностей (табл. 4.1., 4.2.). Помимо этого, получилось построить колонки по представленному в диссертации геологическому разрезу через такие ландшафтно-геоморфологические районы, как низкие отроги Смоленско-Московской возвышенности (Северная водораздельная равнина) и Москворецко-Окской равнине, а также показать разрез естественной границы между этими районами – долину реки Москвы.

Современные отложения времени голоцена в разрезе представлены техногенными отложениями (k-QIV), а на территории Смоленско-Московской возвышенности и в долине реки Москвы и современным аллювием (a-QIV). Состав насыпного слоя очень разнообразен. В основном, литологический состав техногенных отложений - это хаотично перемешанные глины, суглинки, супеси, пески с разнообразными включениями природного и техногенного генезиса. Вскрытая мощность, представленная в построенном разрезе, на Смоленско-Московской возвышенности колеблется от 1.6 до 4.67 м, в долине р. Москва – 2.5 м, на Москворецко-Окской равнине – от 1.0 до 1.5 м. Аллювий представлен серыми песками и суглинками. Суглинки – серовато-коричневые, пылеватые, без включений, тонкогоризонтальнослоистые. Мощность на Смоленско-Московской возвышенности достигает 2.07 м, в долине р. Москва – 7.3 м.

Рисунок 4.1. Карта-схема г. Москвы с нанесенными участками опробования – 1 горных пород на содержание тяжелы металлов (меди, цинка, кадмия, никеля) и испытательная площадка – 2.

Таблица 4.1.

Средние содержания тяжелых металлов в горных породах четвертичных отложений и образований (рН < 5.5), мг/кг.

Горные породы Среднее содержание химического элемента

Возраст Литология медь цинк кадмий никель

K-QIV супесь 16.4 69.70 0.110 18.67

суглинок 14.7 100.83 0.198 20.143

ak-j-QIII1 песок 3.9 28.00 < 0.02 5.6

супесь 13.0 32.1 0.028 10.2

суглинок - 43.00 0.032 11.0

глина 9.4 43.00 < 0.02 12.0

pr-QII-III супесь 11.0 36.2 0.061 27.2

суглинок 11.6 42.00 0.061 15.0

глина 13.7 65.80 0.033 20.9