УДК 543.420


ОСОБЛИВОСТІ СОРБЦІЇ ТА РОЗПОДІЛУ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ ВҐРУНТАХ


Воронкіна А.І., Смітюк Н.М.,

Дніпропетровський національний університет імені Олеся Гончара,

м. Дніпропетровськ, Україна


Високий рівень техногенного навантаження на навколишнє середовище України обумовив комплексні зміни геохімічних умов. Ці зміни призвели до стійкого погіршення природної обстановки і набули трансграничного характеру. Техногенез спричинив значні зміни елементного складу компонентів біосфери. Найбільш яскраво це виявляється у забрудненні важкими металами. Оцінка екологічного стану для території України є нагальною проблемою. Це перш за все стосується тих регіонів і районів, де навколишнє природне середовище зазнало і зазнає суттєвих, іноді катастрофічних змін під впливом техногенної діяльності людини. Найбільш чутливим індикатором еколого-геохімічної обстановки є ґрунт, який знаходиться на перетині всіх шляхів міграції хімічних елементів [1].

Ґрунт – унікальний незамінний природний ресурс, накопичувач сонячної енергії, основа життя рослин, тварин і людини, а також природний індикатор забруднення навколишнього середовища. Природне забруднення ґрунтів пояснюється надходженням важких металів та їх різних форм з материнських порід та глибинних рудних родовищ корисних копалин [2]. Основними природними джерелами важких металів для ґрунтів є гірські породи. Набір і склад у них хімічних елементів визначає хімічні властивості ґрунтів. У результаті складних біохімічних і геохімічних процесів, що протікають у ґрунті, відбувається перерозподіл окремих елементів між генетичними горизонтами, при цьому властивості, успадковані ґрунтом від породи, зберігаються.

Важкі метали є одним з найбільш токсичних забруднювачів антропогенного походження. Небезпека надходження у довкілля важких металів визначається тим, що на відміну від органічних забруднювачів вони не руйнуються, а переходять з однієї форми в іншу, зокрема включаються у склад солей, оксидів, металоорганічних сполук. Історично склалось так, що на території України впродовж багатьох років діють потужні чинники забруднення довкілля саме важкими металами[3].

Плюмбум і кадмій — токсичні і небезпечні для живих організмів хімічні елементи, що належать до забруднюючих речовин, моніторинг яких обов’язковий. Забруднення довкілля цими металами, досягло критично небезпечних величин, охопило всю біосферу, здійснює негативний вплив на здоров'я людини [4, 5].

Враховуючи повільне виведення важких металів з ґрунту, при тривалому надходженні навіть відносно невеликих кількостей кадмію і плюмбуму, їх концентрація з часом може досягати дуже високих показників.

Тому актуальним є вивчення питань щодо забруднення ґрунтів важкими металами, закономірностей їх територіального розподілу та міграції по ґрунтовому профілю, розробки засобів управління цими процесами для зниження негативної їх дії на ґрунт і сільськогосподарські рослини.

Міграція важких металів у ґрунтах обумовлюється процесами молекулярної та турбулентної дифузії. У рідині іони металів переносяться переважно конвективною та молекулярною дифузією. Отже, в навколишньому середовищі, що являє собою рідину та дуже зволожений ґрунт, спостерігатиметься порівняно рівномірний розподіл хімічних елементів. У таких умовах іони важких металів швидко просуваються по профілю ґрунту та становлять величезний ризик для довкілля. Навпаки, в інертному зернистому середовищі, що моделює ґрунт, існує молекулярна дифузія екстрагованої речовини. Процес перебігає дещо повільніше, ніж в рідинному середовищі, внаслідок меншого значення коефіцієнта молекулярної дифузії.

Проте, крім особливості дифузійних процесів, залежно від типу ґрунтів на міграцію важких металів мають вирішальний вплив кислотно-основні властивості ґрунтів та вміст гумусу. Ці властивості насамперед визначають стійкість ґрунтів до важких металів. Отже, відповідно до типу ґрунту та кількості опадів у районах з високим вмістом  важких металі існує ризик забруднення не тільки глибинних шарів ґрунтів, але й підземних та поверхневих вод [6].

Метою дослідження є встановлення закономірностей міграції рухомих форм плюмбуму та кадмію у профіль ґрунту.

В якості об’єкту аналізу обрано ґрунт, відібраний поблизу ПАТ Орджонікідзевського гірничо-збагачувального комбінату на глибині 0-60 см.

Досліджено поглинальну здатність трьох ґрунтових горизонтів щодо іонів плюмбуму та кадмію.З метою визначення часу, за який встановлюється сорбційна рівновага, проведена сорбція зазначених катіонів із хлоридних розчинів з концентрацією 2 та 0,2 мг/л відповідно.  Встановлено, що максимальна сорбція спостерігається  через  30  хв.  контакту  розчинів плюмбум нітрату та кадмій хлориду з 3 г ґрунту в усіх ґрунтових горизонтах.

Для встановлення впливу концентрації досліджуваних катіонів важких металів на величину сорбції наважка ґрунту знаходилась в контакті зі стандартними розчинам солей плюмбуму та кадмію в діапазоні концентрацій 10-200 мг/л та 1-20 мг/л відповідно протягом 30 хв. Аналіз результатів атомно-абсорбційного визначення вмісту цих іонів в досліджуваних розчинах показав, що зі збільшенням концентрації металів, яку вносили до розчину з наважкою ґрунту, концентрація цих металів у витяжці зменшувалася, відповідно відбувалось і зростання маси сорбованого ґрунтом металу.

При вивченні впливу рН екстрагуючих розчинів на поглинальну здатність ґрунту встановлено, що з введенням в розчин певної концентрації металу величина сорбції значно зростає, але залежить також від природи та рН розчинів, з яких проводили сорбцію цих металів. Найбільша поглинальна здатність ґрунту по відношенню до катіонів металів, що досліджували, виявлена у водному розчині, найменша – в розчині 1 М хлоридної кислоти. Напевно, це пов’язано з тим, що в кислому середовищі ґрунтовий поглинальний комплекс здатний в більшій мірі поглинати протони, ніж катіони металів.

Спостерігається низька міграційна здатність іонів плюмбуму та кадмію за профілем ґрунту, що, насамперед, пов’язано в хімічною природою цих полютантів.

Лінеаризація усіх отриманих залежностей дозволила розрахувати константи сорбції KF та показники неоднорідності сорбційних центрів n для всіх досліджуваних систем (табл.1) за рівнянням Фрейндліха q=KFCeq1/n   .

Таблиця 1. Показники сорбції за рівнянням Фрейндліха

         Катіон



показник

Н2О

1М НСl

Ацетатний буфер. р-н рН 4,5

Аміачний буфер. р-н рН 9,5-10

Pb2+

Cd2+

Pb2+

Cd2+

Pb2+

Cd2+

Pb2+

Cd2+

KF

1,02

2,03

0,02

0,06

0,03

0,01

0,15

0,72

n

0,71

0,99

0,53

0,51

0,98

0,73

0,67

0,39


Список літератури:

1. Самчук А.І. Важкі метали у ґрунтах Українського Полісся та Київського мегаполісу / А.І. Самчук, І.В. Кураєва, О.С. Єгоров. – К.: Наук. думка. - 2006. – С. 108.

2. Кирпичников Н.А. Влияние антропогенных факторов на распределение тяжелых металлов в почвах ландшафтов юга Московской области / Н.А. Кирпичников, Н.А. Черных, И.Н. Черных // Агрохимия. –1993. – № 2. – С. 93–101.

3. Жовинский Э.Я. Геохимия тяжелых металлов в почвах Украины / Э.Я. Жовинский, И.В. Кураэва. – К.: Наук. думка. - 2002. – С. 213.

4. Speciation and mobility in straw and wood combustion fly ash. / Hansen K. H., Pedersen A. J., Ottosen L. M., Villumsen A. // Chemosphere. — 2001. — 45 — P. 123–128.

5. Timmer L. W., Childers C. C., Nigg H. N. Pesticides registered for use on Florida citrus. Gainesville, FL: 2004. // Florida Citrus Pest Management Guide, SP–43, University of Florida. — 2004.

6. Запольський А.К. Основи екології: Підручник / За ред. К.М. Ситника / А.К. Запольський, А.І. Салюк. – К.: Вища шк. - 2001. – С. 358.