CC BY
24
УДК 574.635
Харитонов А.Э., Федосеев А.Н.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИТОРЕМЕДИАЦИИ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОЧВ И ВОДОЁМОВ ОТ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Харитонов Александр Эдуардович - магистр 2-го года обучения кафедры ЮНЕСКО «Зеленая химия для устойчивого развития»; [email protected]
Федосеев Андрей Николаевич - ассистент кафедры ЮНЕСКО «Зеленая химия для устойчивого развития»; ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
В статье рассмотрен эксперимент по применению фитоэкстракции на примере модельной почвы с территории заброшенной промплощадки «Усольехимпром», а также влияние различных добавок-активаторов роста на степень поглощения ртути растениями.
Ключевые слова: фиторемедиация; демеркуризация; загрязнение почвы; ртутное загрязнение, устойчивое развитие
THE USE OF PHYTOREMEDIATION FOR CLEANING SOILS AND RESERVOIRS FROM HEAVY METALS
Kharitonov A.E., Fedoseev A.N.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The article discusses an experiment on the use ofphytoextraction on the example of model soil from the territory of an abandoned industrial site "Usolekhimprom", as well as the effect of various growth activator additives on the degree of mercury absorption by plants.
Key words: phytoremediation; demercurization; soil pollution; mercury pollution, Sustainable Development
Введение
Растущая урбанизация и индустриализация являются причиной загрязнения почвы тяжелыми металлами в результате естественных или антропогенных причин (таких, как добыча полезных ископаемых, выплавка, военные действия и военная подготовка, электронная промышленность, потребление ископаемого топлива, утилизация отходов, использование агрохимикатов и орошение) и представляет собой экологическую опасность. В целях экологической безопасности высокая концентрация тяжелых металлов в почве должна быть удалена.
Были выделены различные методы восстановления для очистки или восстановления почв, загрязненных тяжелыми металлами, такими как физические, химические или биологические. Фиторемедиация - это относительно новый подход к борьбе с загрязняющими веществами окружающей среды. Она представляет собой использование растений для поглощения опасной концентрации химических элементов путем аккумуляции в своих органах.
Концентрация в почвенном растворе тяжелых металлов, извлекаемых водной вытяжкой, характеризует наиболее активную часть их соединений. Это самая агрессивная и динамичная фракция тяжелых металлов, характеризующая степень подвижности элементов в почве. Высокое содержание воднорастворимых форм TM может приводить не только к загрязнению растительной продукции, но и к резкому снижению урожая вплоть до его гибели. При очень высоком содержании в почве водно-растворимой формы тяжелого металла, она становится самостоятельным фактором,
определяющим величину урожая и степень его загрязненности.
Кислотная вытяжка использовалась для определения содержания в почве нерастворимых в воде и солевом растворе ртути, которая могут находиться в почве в разных формах и переходит в растворимые формы только в сильнокислой среде.
Валовое содержание тяжелых металлов до настоящего времени остается одним из основных показателей химического состава почв, а также является отправной точкой для определения степени ее загрязнения, как для сравнения с фоновыми уровнями содержания элементов или ПДК, так и для определения доли каких-либо форм соединений металлов.
В качестве объекта исследования взята территория Усолья-Сибирского, где после банкротства химического предприятия
«Усольехимпром», покидая рабочие места, завод оставили «как есть»: цистерны с отходами наивысшего класса опасности, ртутные хранилища, огромные запасы опасных реагентов. В результате коррозии цистерн с отходами произошла крупная утечка ядовитых веществ, в частности, отходов ртутьсодержащих химикатов в окружающую среду, повлекшая за собой экологическую катастрофу регионального масштаба. А также расположение производства близ р. Ангары способствовало миграции ртути в водную среду, накоплению её в донных отложениях и гидробионта [1].
Экспериментальная часть
В рамках исследования были проведены серии экспериментов по созданию искусственной экосистемы фиторемедирующих растений для очистки местности от тяжелых металлов. Перед
процедурой выявления наиболее
биоаккумулирующих растений при использовании их в фиторемедиации был проведен анализ почв, принесенных с местности, где произошла утечка ртутных цистерн на территории Усолья-Сибирского. Образцы П1-П20, загрязненной ртутью почвы были отобраны из 20 точек на территории заброшенного «Усольехимпром» на различном расстоянии в радиусе 0,5-3 км от техногенного источника ртути (ЦРЭ) методом конверта на участках площадью 10^10 м на корнеобитаемую глубину 0-15 см из пахотного горизонта. Все образцы почвенного субстрата были взяты 25.04.2021 года.
Результат проведения химического анализа почвы на содержание тяжелых металлов проводилась на атомно-абсорбционном
спектрометре с пламенной атомизацией «КВАНТ-
2МТ». Оценка ртутного загрязнения почв и почво-грунтов промплощадки «Усольехимпром» показала стабильно высокие концентрации ртути, доходящие до максимальных значений в районе разрушенного цеха ртутного электролиза, а также в шламохранилища (таблица 1). Пробоподготовка почвы для анализа была произведена кислотной вытяжкой.
В качестве эталонных данных мы имеем результаты химического анализа почвы на валовое содержание ртути. Метод селективного химического извлечения показывают наличие форм ртути с различной- степенью связанности, а значит и различной- миграционной способностью, что позволяет более объективно оценивать опасность загрязнения и выбирать эффективные методы его ликвидации.
Таблица 1 «Валовое содержание ртути в образцах загрязненного грунта, отобранных с территории бывшего
комбината ООО «Усольехимпром»
Номер пробы Сыв, мг/кг Превышение ПДК Номер пробы Сыв, мг/кг Превышение ПДК
1 1,8 0,88 11 49,1 23,36
2 2,0 0,95 12 74,5 35,47
3 27,6 13,16 13 25,3 12,04
4 2,8 1,35 14 47,8 22,76
5 1,6 0,78 15 2,0 0,93
6 1,0 0,46 16 4,5 2,13
7 1,6 0,78 17 2,5 1,18
8 1,1 0,51 18 2,6 1,25
9 1,2 0,56 18 5,6 2,66
10 1,13 0,54 20 220,0 104,76
Также в ходе данного исследования был проведен вегетационный эксперимент на стресс-тест растений горчицы белой (Sinapis а1ЪаЬ.) - вид однолетних травянистых растений рода Горчица (Sinapis) семейства Капустные (Brassicaceae) на завышенное значение ртути (5ПДК Ыв). Несмотря на добавку ртути, развитие растений не останавливается, наоборот, рост растений ускорился (рис. 1).
Внешне все побеги сохраняли
удовлетворительное состояние на всем протяжении вегетационного цикла, и только у некоторых листьев было замечено пожелтение и признаки хлороза.
Значительное снижение биометрических показателей у растений, выращенных при использовании МЕВТА, на фоне остальных групп напрямую может быть связано с экспериментальной дозой реагента (10 шМ/кв Б'), которая оказалась высокой для культуры Sinapis alЪa Ь. и привела к торможению ростовых процессов.
Тем самым эксперимент доказал, что высшие растения, резистентные к высоким показателям загрязненности имеет весомые преимущества для использования их для очистки загрязненной почвы от солей тяжелых металлов.
Основной задачей проводимых работ является гарантированное снижение риска негативных воздействий на человека и окружающую среду от ртутного загрязнения почв территории округа г. Усолье-Сибирское.
Мероприятия по ремедиации загрязненных
ртутью почв территории округа г. Усолье-Сибирское основана на данном подходе: Для загрязненных почв (до 10 ПДК)
- анализ территории загрязнения, с целью выявления участков с высоким уровнем загрязнения;
- химический анализ компонентного состава загрязнителей;
-подборка оптимальных химических элементов-стабилизаторов
загрязнителей в лабораторных условиях (тип, концентрация, количество);
- проливка загрязненных участков подобранными стабилизаторами с использованием техники;
- обработка почв гуматами;
- внесение в почву гуминовых производных;
- фитостабилизация в почве - в ризосфере [2].
• Контроль Hg
-Холостая
• МЭБТА + GA + IAA+Fe-хелат
2
Ч s
со О
О
¡<
О со
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 33
ВРЕМЯ,ДНИ
Рис. 1 «График зависимости роста горчицы белой от времени при загрязнении почвы ртутью в 5 ПДК».
Заключение
Применение экологически
безопасных, энергоэффективных способов ремедиац ии почв загрязненной территории обеспечат решение экологических проблем реки Ангара, и окажут влияние на создание положительного имиджа г. Усолье-Сибирское в части сохранения экосистем. Предлагаемая к реализации концепция позволит объединить наилучшие отечественные практики. Как следствие, позволит сделать весь процесс по ремедиации почв - безопасным, надежным
и экологичным.
Основную опасность на данный момент для поверхностных водных объектов территории «Усольехимпром» представляет миграция загрязняющих веществ с грунтовыми водами и поверхностным стоком с территории промышленной-зоны.
Представленная работа связана с достижением 6 цели устойчивого развития: чистая вода и санитария.
Обеспечение наличия и рационального использования водных ресурсов и санитарии для всех [3].
Список литературы
1. Сибирский Чернобыль. Как крупнейшее химпроизводство за Уралом превратилось в центр экологической катастрофы. сайт. - URL: https://baza.io/posts/2713e022-ebd1-48fd-a148-44c5b160bbe4 (дата обращения 25.04.2022).
2. Makarova А^., Yarovaya O.V., Fedoseev A.N., Yakubovich L.M. Development of a technology for immobilizing mercury in solid mercury-containing wastes // Cleaner Engineering and Technology. 2020. Article No. 100030. doi: 10.1016/j.clet.2020.100030.
3. Чистая вода и санитария. сайт. - URL: http://sdg.openshkola.org/goal6 (дата обращения 11.05.2022).
