Использование осадка сточных вод - (реферат)

Микроэлементами, как известно, называют химические вещества, содержащиеся в организме человека, животных и растениях в ничтожно малых количествах: бор, марганец, йод, медь, цинк, кобальт, молибден, естественные радиоактивные элементы и др.

Указанные элементы, несмотря на их малое содержание, играют чрезвычайно важную роль в живой природе.

Многочисленными точными физиологическими опытами, проведенными в нашей стране (Школьник М. Я. , 1950, Виноградов А. П. , 1952, Пейве Я. В. , 1954 и др. ) доказано, что растительные и животные организмы при отсутствии отдельных микроэлементов не могут нормально развиваться, а при недостатке подвергаются эндемическим (свойственным данной местности) заболеваниям.

Выдающаяся роль в этом отношении, как отмечает А. П. Виноградов (1952), принадлежит великому естествоиспытателю нашего времени В. И. Вернадскому (1863-1945), впервые обобщившему имеющиеся опытные данные о химическом составе живых организмов и о роли в их функционировании микроэлементов. Он показал, что из 92 известных ему природных химических элементов, содержащихся в земной коре, более 60 тесно связаны с живыми организмами. К ним относятся: H, Li, Be, B, C, N, D, F, No, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Co, Se, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Gd, As, Sl, Br, Rb, Sr, Nb, Zr, Mo, Ag, Cd, Sn, J, Ba, Ld, Au, Hg, Pb, Rn, U, Po, Ac и другие.

В. И. Вернадский впервые пришел к выводу, что несмотря на ничтожно малое содержание многих химических элементов в окружающей среде, они присутствуют в растительных и животных организмах постоянно и не случайно. Особенно необходим для нормального развития и животных йод. При его недостатке в пище нарушается обмен веществ и развивается заболевание, получившее название зоба. Йод входит в состав гормона щитовидной железы- тироксина. При отсутствии другого элемента - бора, растения погибают, а при его недостатке у них отмирают верхние точки роста, не образуются репродуктивные органы, у свеклы появляется гниль сердечка, что резко снижает урожай и качество корнеплодов.

Медь в одинаковой степени необходима для нормального развития и растений и животных. При ее недостатке болеют и отмирают листья растений, не образуются семена. Заболевание получило название белой чумы или болезни обработки. Надежными способом борьбы с ним является внесение в почву медесодержащих микроудобрений. Наиболее резко недостаток меди проявляется на торфянистых почвах. Медь входит в состав ферментов - оксидаз, полифелоноксидаз, лактазы и др. Животные при недостатке меди заболевают лизухой. Добавление малых количеств меди в пищу излечивает болезнь.

Опытами доказано, что кобальт также является необходимым питательным элементом для животных организмов. При недостатке кобальта в кормах животные болеют злокачественной анемией или сухоткой. Наиболее часто этому заболеванию подвергаются крупный рогатый скот, овцы и козы. Введение малых количеств кобальта в пищу позволяет успешно вести борьбу с сухоткой. Кобальт входит в состав витамина В12, который играет важную роль в кроветворении и обрывает течение ряда анемий.

При дефиците марганца появляются светло-зеленые пятна, поражающие в течение нескольких дней растения. Растения быстро поправляются, если их подкормить препаратами, содержащими этот элемент. У животных организмов в случае недостатка марганца наблюдается задержка в формировании скелета и замедляется рост. Марганец входит в состав окислительных ферментов - оксидаз, повышает активность ферментов-фосфатазы и др.

Внесение малых доз молибдена дополнительно к основным питательным веществам резко повышает урожай бобовых и других растений, их устойчивость к неблагоприятным условиям зимовки. Особенно богаты молибденом развивающиеся на корнях бобовых клубеньки, которые играют важную роль в усвоении атмосферного азота. Молибден принимает деятельное участие в редукции нитратов и синтезе белков.

Для нормального развития растений и животных организмов необходим и цинк. Дефицит его - причина таких заболеваний, как пятнистый хлороз, крапчатость, мелколисточность цитрусовых, побеление верхушек кукурузы и др. Цинк повышает морозостойкость растений, усиливает действие гормонов, связанных с процессами размножения и роста животных, входит в состав карбоногидразы, уреазы и некоторых других ферментов, играющих важную роль в жизненных процессах. Редкоземельные элементы - церий, лантан, неодим, празеодим, самарий, и др. постоянно содержатся в почвах, растениях и животных организмах. Они имеются в количестве от 0, 7 до 3, 5% в виде примесей в фосфорнокислых удобрениях. Значение редкоземельных элементов в жизни растительных и животных организмов недостаточно изучено. Однако имеющиеся опытные данные показывают, что от внесения малых количеств редких земель дополнительно к основным питательным веществам заметно повышается урожай и улучшается качество растений. Элементы редкоземельные у животных концентрируются преимущественно в костях (Дробков А. А. , 1958).

В почве много содержится титана, но он находится в ней в труднорастворимой форме. В растениях его ничтожно мало. Титан обнаружен в крови и костях человека и животных. Какую роль играет титан в жизни организмов, выяснено также недостаточно.

Биологическая активность микроэлементов в организмах наиболее тесно связана с такими органическими соединениями, которые играют важную роль в обмене веществ и в регулировании жизненных процессов, как например, ферментами, некоторыми витаминами, дыхательными пигментами, гормонами и т. д. Указанные соединения тесно связаны в эндокринной системой органов: щитовидной железой, гипофизом, поджелудочной железой и т. д. Развитие исследований в этом направлении крайне необходимо. Весьма актуально также изучение роли и значения таких мало изученных в биологии микроэлементов, как стронций, кадмий, хром, цирконий, цезий, ванадий, мышьяк, олово, висмут, теллур и др.

При возделывании сельскохозяйственных культур наряду с основными элементами питания, происходит и вынос микроэлементов с урожаем. Г. Н. Попов и др. (1984) установили, что в условиях Среднего Поволжья повышен вынос микроэлементов сахарной свеклой, подсолнечником и бобовыми культурами. Абсолютное содержание их в сахарной свекле в 4-8 раз больше, чем в урожае яровой пшеницы. Подсолнечник потребляет особенно много бора, меди, цинка и молибдена. Люцерна и горох выносят с 1 га из почвы 82-398 г бора и 4, 5-7, 3 г молибдена. Зерновые культуры накапливают эти элементы в гораздо меньших количествах: 20-30 г/га бора, 0, 9-1, 7 г молибдена. Таким образом, по выносу микроэлементов применительно к Среднему Поволжью установлены те же закономерности, которые известны агрономической науке в отношении макроэлементов: технические культуры поглощают их в гораздо больших количествах, чем зерновые.

Общий вынос микроэлементов и расход их на единицу продукции могут изменяться в значительных пределах в зависимости от урожайности сельскохозяйственных культур, количества и соотношения питательных веществ в почвенном растворе, влажности почвы и ее важнейших агрономических свойств, уровня агротехники и других факторов.

Почвенный покров Поволжья неоднороден. По направлению с севера на юг сменяются: дерново-подзолистые и серные лесные почвы, черноземы оподзоленные, выщелоченные, типичные, обыкновенные и южные, темно-каштановые, каштановые, светло-каштановые и бурые почвы. Среди каштановых и бурых почв имеется много солонцов.

Наиболее низким содержанием большинства микроэлементов характеризуется дерново-подзолистые и серные лесные почвы. Как правило, в них мало бора, меди, кобальта, молибдена. Марганца и цинка в этих почвах больше, чем в обыкновенных и типичных черноземах.

В лесостепной зоне Поволжья низкая обеспеченность микроэлементами характерна для черноземов оподзоленных, а в ряде случаев и выщелоченных. Вместе с дерново-подзолистыми, серыми лесными почвами и черноземами карбонатными они нуждаются в первоочередном применении микроудобрений.

Одним из источников пополнения почв необходимыми микроэлементами могут быть осадки городских сточных вод. По литературным данным (Ильин В. Б. и др. , 1991) содержание микроэлементов в ОСВ колеблется в достаточно широких пределах: медь 50-4000, цинк 70-40000, марганец 60-4000, кобальт 2-300 мг на 1 кг сухого вещества.

Установлено (Попов Г. П. и др. , 1984), что с урожаями сельскохозяйственных культур на уровне 30-35 ц зерновых, 200-300 ц картофеля и 50-60 ц сена с 1га ежегодно выносится по 100-600 г цинка и марганца, 30-200 г меди, 1-6 г кобальта, 3-15 г молибдена. Расчеты показывают, что внесение 1-4 т сухого вещества ОСВ с содержанием указанных элементов на уровне ПДК может на 8-10 лет обеспечить бездефицитный баланс микроэлементов в севообороте. Это очень важно, поскольку почвы с низкой обеспеченностью микроэлементами составляют в различных районах страны от 10 до 40% пашни, а промышленное производство микроудобрений весьма ограничено.

    1. 4. Гигиенические аспекты применения ОСВ

В последнее время в специальной научной и сельскохозяйственной литературе появился термин "тяжелые металлы", который сразу же приобрел негативной звучание. С ним связано представление о чем-то токсичном, опасном для живого, будь то животные или растения. Тяжелые металлы - группы химических элементов, имеющих плотность более 5 г /куб. см. Термин заимствован из технической литературы, где металлы классифицируются на легкие и тяжелые. Для биологической классификации правильнее руководствоваться не плотностью, а атомной массой, т. е. к тяжелым относить металлы с атомной массой более 40 (Алексеев Ю. В. , 1987). Представление об обязательной токсичности тяжелых металлов является заблуждением, так как в эту же группу попадают медь, цинк, молибден, кобальт, марганец, железо- элементы, большое позитивное биологическое значение которых давно обнаружено и доказано. Важны концентрации в которых они необходимы живым организмам. Справедливее использовать термин "тяжелый металл" в случае, когда речь идет об опасных для животных организмов концентрациях элемента с относительной массой более 40. Микроэлементом он становится тогда, когда находится в почве, растении, организме животных и человека в нетоксичных концентрациях или используется в малых количествах как удобрение или минеральная добавка к корму.

Однако, имеется группа металлов, за которыми закрепилось только одно негативное понятие - “тяжелые”, в смысле “токсичные”. Такая группа включает ртуть, кадмий и свинец. По общему мнению их считают наиболее вероятными и опасными загрязнителями окружающей среды, так как они широко используются в промышленности и на транспорте.

В культурном ландшафте наибольшее распространение имеют цинк, свинец, ртуть, кадмий, хром. Набор металлов, поступающих в ландшафт, зависит прежде всего от характера человеческой деятельности в данном регионе. При сильном развитии автомобильного транспорта и при наличии густой сети автомобильных дорог, реально ожидать обогащения ландшафта свинцом, поступающим в окружающую среду от двигателей внутреннего сгорания.

Поступление в среду кадмия может быть связано с широким использованием в сельском хозяйстве фосфатов, содержащих указанный элемент в виде примеси. Ртуть в культурном ландшафте появляется в результате использования ее соединений в качестве фунгицидов и при производстве целлюлозы. Не исключено попадание ртути в почву с компостом из бытового мусора, содержащего использованные люминесцентные лампы.

Хром оказывается в окружающей среде в результате применения в качестве удобрений осадков сточных вод канализации городов с развитой часовой, кожевенной и тяжелой промышленностью, а также при известковании почв шлаками металлургических производств, содержащих этот элемент.

Обогащение ландшафта цинком может произойти при систематическом использовании в качестве органических удобрений осадков сточных вод городов, а также при сжигании на полях отходов резины.

Уран, торий, радий могут поступать в растения из почвы за счет фосфатных минеральных удобрений, а также из атмосферы в местах, где в больших количествах сжигается каменный уголь. Стабильный стронций поступает в ландшафт с простым суперфосфатом и фосфогипсом, полученными из апатитов.

Заметное загрязнение среды медью наблюдается в местах интенсивного виноградства, где этот элемент широко используется для борьбы с заболеваниями растений. В ландшафтах, практически не затронутых хозяйственной деятельностью, содержание тяжелых металлов незначительное.

Кадмий сопутствует цинку и часто обнаруживается вместе с ним, образует многочисленные основные, двойные и комплексные соединения. В загрязненных почвах он содержится в количествах, равных десятым долям миллиграмма на килограмм. Ртуть относится к весьма редким элементам и в природе мигрирует преимущественно в газообразном состоянии и в водных растворах. В ландшафте, в основном, рассеивается и лишь в незначительном количестве может сорбироваться глинами и илами. В чистых почвах ее содержание составляет сотые доли миллиграмма на килограмм, а в почвах интенсивного хозяйственного использования достигает миллиграммов.

Свинец является наиболее распространенным элементом. В агроландшафте он преимущественно мигрирует в бикарбонатной форме, а также в органических комплексах. Свинец легко адсорбируется глинами, и в них его содержание повышено. В условиях промывного типа водного режима (в таежных и других ландшафтах влажного климата) наблюдается некоторая подвижность свинца, но значительно меньшая, чем кадмия, цинка и меди.

Знание природных концентраций тяжелых металлов в почвах и растениях дает возможность судить о состоянии чистоты или загрязненности и принимать меры, направленные на сохранение почвенного плодородия и качества растениеводческой продукции. В. П. Цемко с соавторами (1980) предлагает следующую группировку почв по степени загрязнения: к слабо загрязненным относятся почвы с содержанием элемента от 2 до 10 кларков, к средне - от 10 до 30 кларков, к сильно - свыше 30 кларков.

Известно, что техногенное загрязнение оказывает влияние не только на биоту почв, но и на их физические, физико-химические и химические свойства. Почвы в неодинаковой степени инактивируют поступающие элементы - токсиканты, а наличие разных форм токсикантов в почве затрудняет выбор той из них, которая была бы наиболее пригодной для целей нормирования (Ильин В. Б. , 1985; Важенин И. Г. , 1985; Зырин Н. Г. , Каплунова Е. В. , 1985; Кочуров Б. И. , Зайцев В. Я. , 1987).

По мнению Н. Г. Зырина (1985), в условиях кислой неокультуренной дерново-подзолистой почвы уровень кадмия в 2, 5 мг/кг (10 раз больше фонового), цинка - 125 мг/кг (5раз больше фонового) уже можно считать опасным. Этими авторами выявлено также пороговое значение содержания тяжелых металлов в почве, приводящее к их накоплению в растениях, в количестве выше, чем ПДК. Для свинца - 150, кадмия - 0, 2, цинка - 85 мг/кг для неокультуренной дерново-подзолистой почвы.

Соответственно, для дерново-подзолистой окультуренной - свинца -650, кобальта 2, 5, цинка - 80; для типичного чернозема: кобальта - 5, 0, цинка - 115 мг/кг. В исследованиях Р. И. Первухиной (1983) была дана оценка трансформации соединений техногенных металлов в почве и доступность их для растений. Результаты эксперимента показали, что внесение кадмия в составе пыли металлургического предприятия снижает урожайность ячменя на дерново-подзолистой неокультуренной почве при содержании кадмия 10 мг/кг, на слабоокультуренной - 20 мг/кг. Экспериментальными исследованиями, проведенными на кафедре коммунальной гигиены Днепропетровского медицинского института установлено, что повышенное содержание химических веществ в почве существенно влияет на самоочищение почвы. Уровень предельной концентрации по железу - до 5000 мг/кг, марганцу - 1000 мг/кг. В растениях, выращенных в зоне действия промышленных выбросов, содержание железа в зерне - до 300 мг/кг или в 2 раза больше;

содержание железа в свекле колебалось от 465 до 705 мг/кг, это в 8, 2-12, 4% больше, чем в контроле (Шелюг М. Я. , 1983).

На почвах разного типа тяжелые металлы при одних и тех же концентрациях оказывают на растения различное действие. Это обусловлено разной кинетикой и превращением этих веществ в почве. В опытах с суглинистой почвой, торфом и черноземом внесение ртути в дозе 10 мг/кг практически не вызывало изменений в элементном составе зерновых. Внесение той же дозы в песчаную почву и супесчаный суглинок привело к накоплению ртути в соломе пшеницы до 5, 7 мг/кг сухой массы и невызреванию овса (Покровская С. Ф. , 1987).

Работами Зимакова И. Е. (1979) было исследовано действие нитрата ртути на опесчаненной дерново-подзолистой почве на горох, кукурузу, овес, рожь и пшеницу, доза внесения в расчете на металл 0, 1; 1; 10 мг/кг почвы. Наибольшая концентрация ртути наблюдалась через 30 дней, затем несколько снизилась, оставаясь в среднем постоянной, но при этом превышала фон в 5.... 10 раз. Закономерное накопление кадмия растениями в зависимости от основных почвенных факторов характеризуется схемой, предложенной в работе (Рэуце К. , Кырстя С. , 1986).

    Низкое Содержание кадмия
    Увеличение
    PH
    Снижение
    Высокое содержание кадмия
    Увеличение
    Содержание глины
    Снижение
    Увеличение
    Содержание гумуса
    Снижение
    Увеличение
    Щелочные удобрения физиологически кислые
    Снижение

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5