CC BY
12
2. Теплов1 процеси деревообробки : навч. поабник / Озарюв 1.М., Бiлей П.В., Макси-MiB В.М., Соколовський 1.А., Сорока Л.Я., Ацбергер Й.Л. - Львiв : РВВ НЛТУ Украши, 2008. - 264 с.
УДК 615.322 Доц. А.К. Школьный, канд. фiз.-мaт. наук - ПВНЗ "Галицька
Акадмя ", м. 1вано-Франтвськ; acnip. Л.Д. Юрчишин -Прикарпатського НУ îm. Василя Стефаника
к1нетика трансформацн свинцю техногенного
походження в Грунтах навколо автошляхш
з 1нтенсивним рухом транспорту
Встановлено кшетичш закономiрностi трансформацп важких металiв техногенного походження в грунтах навколо автошляхiв з штенсивним рухом автотранспорту 1вано-Франювсько'1 область Для розрахунку сталих швидкостi мобшзацп, iммобiлi-зацп та ремобшзацп використано модель анал^ичного рiшення кшетично'1 моделi трансформацп радiонуклiдiв чорнобильського викиду активносп мобшьно'1 форми нуклiда. Виконано розрахунки швидкосп мобшзацп ki, iммобiлiзащï k2 та ремобшзацп k3 для свинцю в грунтах бiля основних шляхiв Iвано-Франкiвщини.
Ключов1 слова: забруднення грунпв, трансформацiя свинцю, важкi метали, мобшзащя, iммобiлiзацiя, ремобiлiзацiя.
Assoc. prof. A.K Shkolniy - Privatiny higher educational establishment "Galychina Academy ", Ivano-Frankivsk; post-graduate L.D. Yurchishin -National of Prikarpatskiy the university of the name of Vasyliy Stefanyka
Kinetics of transformation of lead of technogenic origin in soils round motorways with transport traffic
Kinetic conformities to law of transformation of heavy metals of technogenic origin of the Ivano-Frankivsk area are in-process set. For the calculation of permanent speed of mobilization, immobilization, and remobilizacii the used model of analytical decision of kinetic model of transformation of radionuklidiv of chernobil'skogo extrass of activity of mobile form of nuclide. Conducted calculations of speed of mobilization of k1, immobilization of k2 and remobilizacii, k3 for lead in soils near the basic ways of Ivano-Frankivschini.
Keywords: contamination of soils, transformation of lead, heavy metals, mobilization, immobilization, remobilizaciya.
Основний внесок забруднення бюсфери важкими металами (ВМ) створюють шдприемства кольорово1' металурги, енергетики, х1м1чно1" промис-ловост та автотранспорту. Близько 70 % пасажирських i вантажних переве-зень припадае на автомобшьний транспорт. Транспортний сектор промисло-вост використовуе рiзнi види палива: автомобшьне паливо - 57 %, дизельне паливо - 22 %, авiацiйне паливо - 12 %, котельне паливо - 7 %, rnmi види палива - 2 % [1].
Вщомо, що один двигун автомобшя в середньому поглинае щорiчно 4 т кисню i викидае з вщпрацьованими газами сумш, яка мютить, за даними хромато-мас-спектрального аналiзу, 1000-1200 компоненлв шюдливих речо-вин, зокрема близько 800 кг монооксиду вуглецю, близько 40 кг оксидiв азоту 1 кг свинцю i майже 200 кг рiзних вуглеводних продук^в.
Зазвичай, значна частина речовин у складi вщпрацьованих газiв - це нетоксичш або малотоксичш компоненти: штроген, пдроген, пари води та
Науковий вкник НЛТУ УкраТни. - 2009. - Вип. 19.2
диоксид вуглецю. Проте найбшьшу техногенну небезпеку за порiвняно нез-начних концентрацiй за рахунок процеЫв бюакумуляци та трансформаци в ланцюгах живлення бiоти становлять наявш у вiдпрацьованих газах автомо-бiля токсичнi речовини, зокрема монооксиду вуглецю, диоксиду азоту, вугле-водш та !хт похiднi, особливо кетони, альдепди (акролеш, формальдегiд), бензопiрен (основш канцерогеннi речовини ароматичного типу), сажа, сполу-ки брому та Ырки, свинцю та iншi компоненти. Ус газовi викиди в атмосферу вщ транспортних засобiв можна роздшити на шiсть груп за !х небезпекою для людини:
• перша група - диттроген, диоксиген, дипдроген, карбон диоксид, водяна пара;
• друга група - карбон оксид;
• третя група - ттроген оксиди;
• четверта група - вуглеводт (етен, етин, метан, пропан, толуен, бензошрен 1 т.д.);
• п'ята група - альдепди (метаналь, етаналь бутаналь 1 т.д.);
• шоста група - сажа, оксиди метал1в, сполуки плюмбуму;
Забруднювачi атмосфери техногенного походження, транскордонного переносу i вщ автомобiльного транспорту, якi випадають на поверхню грунту у виглядi малодисперсних твердих речовин, в грунт перетворюються в про-цесi взаемоди !х з грунтовим розчином. Результатом трансформаци е розпо-дш !х з грунтовим розчином. Визначено, що в 1 дм дощово! води концентру-ються домiшки, яю мiстяться у 300 м3 атмосферного повггря.
Стан атмосферного повiтря 1вано-Франювсько! областi, формуеться за рахунок аерогенного надходження i активного нагромадження в бiосферi ба-гатьох елементiв, яю не властивi самiй природi. 1вано-Франювщина, з огляду на сво! природш умови, е територiею, що поеднуе райони з майже вiдсутнiми викидами в атмосферу промислових пiдприемств - райони, де щ викиди значно перевищують допустимi рiвнi. До першо! групи належать сiльськогосподарськi райони область До друго! - входять територи таких мiст, як Iвано-Франкiвськ, Калуш, Надвiрна, Коломия i Бурштин. Саме тут розмщеш пiдприемства - основш забруднювачi атмосферного повiтря, яю впливають на його стан не лише в мюцях свого розташування, а й на територiях сусщшх районiв.
На стан атмосферного повггря значно впливають транскордонш переноси шюдливих речовин з кра!н Центрально! Свропи. Мiськi грунти 1вано-Франювська сформувалися на заплавних суглинках та сушсках рiк Бистрищ-Надвiрнянськоl та Бистрищ-Солотвинсько!, а також на схилах !х долин i Вов-чинецьких гiр. Це - дерново-пiдзолистi поверхнево оглееш, iнодi дерновi гле-юват^ лучнi опiдзоленi, мулисто-болотнi грунти, яким властива велика бу-фернiсть, тобто здатшсть грунтiв депонувати забруднення, що надходять iз навколишнього середовища. Грунти мюта i прилеглих територiй переважно ки^ за рахунок атмосферних опадiв за наявностi в них Б02 i N02, а кисле се-редовище сприяе м^раци важких металiв [4].
Результати здiйснених дослщжень пiдтвердили, що надходження ВМ у грунт залежить вiд наявностi цих речовин у повпр^ кiлькостi атмосферних опадiв i викидiв на промислових шдприемств i автотранспорту.
Встановлення юнетичних закономiрностей трансформаци ВМ техногенного походження важко встановити через нерiвномiрне просочення в
Грунт. Для встановлення юнетичних закономiрностей трансформацiï ВМ за-лежно вiд часу i оцiнки константи швидкостi мобiлiзацiï, ÎMMo6mi3a^ï та ре-мобiлiзацiï в Грунтах типових ландшафтв Iвано-Франкiвщини скористаемось юнетичними моделями трансформацiï радiонуклiдiв чорнобильських опадiв [2, 3]. Вiдповiдно до ще1' моделi процес трансформацiï забруднювача, який потрапив в Грунт у складi твердофазних опадiв, зводиться до сукупност про-цесiв мобiлiзацiï, iммобiлiзацiï i ремобшзаци. Послiдовнiсть таких процесiв можна представити у виглядi схеми
P ——(W о E) < — > F, (1)
де: P, W, E, F - твердофазна, водорозчинна, обмiнна, консервативна (фшсова-на) форми елементу; k1, k2, k3 - константи швидкост мобiлiзацiï, iммобiлiзацiï та ремобiлiзацiï.
Мобшзащя означае утворення водорозчинних та юнообмшних форм елементiв, якi в сумi складають мобiльнi форми. Водорозчиннi форми (W) ут-ворюються в Грунт за рахунок розчинення твердофазних опадiв або вилугову-вання з них техногенних елеменпв пiд дiею Грунтових розчинiв i продуктiв бактерiальноï дiяльностi. Вони можуть виноситись з системи за рахунок вод-но1' м^аци, а також поглинатись рослинами. Резервом для поповнення запашв водорозчинно!" форми е юнообмшш форми Е, яю поглинутi органо-мшераль-ними Грунтовим комплексам i яю знаходяться у рiвновазi з водорозчинними.
Тодi аналiтичне ршення кiнетичноï моделi трансформацiï радюнукль дiв для активностi мобiльноï форми нукшда Ам мае вигляд [3]
Am = Л
a(kl кз) ,(e-kit - e-(k2 + кэУ) +_кз_(1 - e-(k2 + ks)t) + (1 - a)e~k + ks)t
(2)
-к1 + к2 + к3 к2 + к3
де: А0 - початкова активнiсть радiонуклiда в складi техногенних опадiв; Ам -актившсть мобiльних форм на момент часу ? (час пiсля авари); А - частина твердо! фази у загальнш активност радiонуклiда у радюактивних опадах.
Цю модель можна використати для визначення юнетичних параметрiв трансформаци техногенних ВМ в грунт! Для ощнки константи швидкостi мобiлiзацii, i вивiльнення з твердо! фази i переходу грунтового розчину РЬ використаемо методику [2]. Використавши результати [4] для грунлв 1вано-Франкiвщини, можна розрахувати величину стало! швидкост мобшзаци к1. Спростивши рiвняння (2), отримуемо для процесу мобшзаци важких металiв з твердо! фази вираз
Ам = Ао(1 - е~к1). (3)
Розрахована по рiвнянням (3) стала швидкост мобiлiзацii к1 для грун-тiв Iвано-Франкiвщини виявилась 0,16-0,18 на рж для свинцю. Щ результати зiставнi зi значеннями к1, якi е характерними для мобшзаци радюнуклщв з твердо! фази з твердофазних опадiв дерново-пiдзолистих грунтах зони вщчу-ження ЧАЕС, що може свщчити про единий механiзм мобшзаци техногенного забруднення.
Зпдно з дослiдженнями трансформаци твердофазних радюактивних осадiв вiдомо, що на константу к1 найбiльше впливають характеристики твер-
Науковий вкиик НЛТУ Украши. - 2009. - Вип. 19.2
дофазних частинок, особливо стушнь дисперсности а фiзико-хiмiчнi власти-востi грунпв менше впливають на величину к\. Для свинцю визначеш сталi швидкостi iммобiлiзацil к2 i ремобшзаци к3 фiксованих форм свинцю [3], вне-сених у грунт у виглядi водних розчишв. Оскiльки свинець було внесено у виглядi водного розчину, приймаемо а =0 i рiвняння (2) можемо спростити
кз
Am = A
. (1 — e—k2 + £э>) + e-(k2 + h)t
(4)
>2 + h
Оцшити спiввiдношення констант швидкостi процесiв iMMo6ini3a^ï i ремобiлiзацiï можна за умови встановлення рiвноважноï концентрацiï мобшь-них форм елемента в грунтах, осюльки вщношення констант к2/к3 становить константу рiвноваги. Згiдно з виконаним за 5 роюв дослiдженням грунтiв 1ва-но-Франкiвщини, рiвноваги мiж мобiльними i фжсованими формами у грунтi не було досягнуто. Тому можемо зробити висновки, що процес трансформацп техногенних меташв в грунт продовжуеться до встановлення сшввщно-шення форм находження щентично природному, фоновому сшввщношенню.
Вздовж автомобiльних шляхiв спостерiгаються вишд мобiльнi форми техногенного свинцю порiвняно з природним. У дерново-пiдзолистих суг-линних грунтах Тисминецького, Надвiрнянського i Долинського райошв час-тка техногенного мобшьного свинцю становить 36-40 %, тод^ як для природного свинцю частка мобiльноï форми не перевищуе 4 -5 %. Враховуючи зна-чення рiвноважних концентрацiй мобшьних форм свинцю в дерново-шдзо-листих грунтах, за допомогою рiвняння (4) було розраховано сташ к2 i к3. При цьому виявлена залежшсть процесiв iммобiлiзацiï i ремобiлiзацiï залежно вiд концентраци внесеного в грунт свинцю. За концентрацш свинцю 250-500 мг/кг к2 в середньому дорiвнюе 0,5 на рiк, за вищих концентрацш (1000-3000 мг/кг) вище - 0,8-0,95 на рж. Величини k3 також зростають зi збiльшенням концентраци свинцю, дорiвнюють вiдповiдно 0,023 i 0,11 на рж, для концентрацш 250 i 500 мг/кг i 0,22-0,26 на рж з концентращями 10003000 мг/кг. Цi розрахунки дають змогу зробити висновки, що багаторазове перевищення техногенного свинцю над фоновим здатне спричинити змщен-ня фiзико-хiмiчноï рiвноваги в грунтi.
У разi забруднення грунту свинцем, що не перевищуе 500 мг/кг, кон-центращя його мобiльних форм досягае максимуму через 3-5 роюв шсля над-ходження i поступово зменшуеться внаслiдок утворення фiксованих форм. Са-мовiльне зменшення частки мобiльних форм токсичного елементу в грунт зменшуе його мiграцiйнi властивостi i надходження в рослиннiсть, а вщношен-ня мобшьно1" форми до фiксованоï може слугувати мiрою реабiлiтацiï грунту.
Високий стушнь забруднення (>1000 мг/кг) протягом двох-трьох роюв вщбуваеться швидке нагромадження мобшьних форм свинцю, потм швид-кiсть зменшуеться, досягаючи деяко1' рiвноваги. Чим вище забруднення грунту техногенним свинцем, тим бшьше це значення перевищуе рiвноважну концентрацш мобiльних форм природного свинцю i за високого рiвня забруднення дерново-шдзолистий грунт втрачае здатнiсть до самореабштацп.
Таким чином, кiнетична модель, яка розроблена для трансформацп ра-дюнуклщв, дае змогу реконструювати динамжу мобiльних форм техноген-
них ВМ в Грунтах. Сташ швидкостi мобшзаци (ki) важких металiв в дерново-пiдзолистих Грунтах дорiвнюе 1,16-0,2 на piK, що зiставно 3i значеннями k1, характерними для мобiлiзацiï радюнуклщв з твердофазних опадiв у таких самих Грунтах зони вдауження (0,1-0,3 на рж), що може свiдчити про единий механiзм мобшзаци техногенного забруднення Грунлв. Кiнетичнi параметри процеЫв iммобiлiзацiï i ремобiлiзацiï свинцю залежать вiд його концентраци в Грунт! У випадку високого забруднення техногенним свинцем дерново-шд-золистих Грунлв втрачае здатнiсть до самореабiлiтацiï. Таким чином, техно-генне забруднення Грунту призводить до його деградаци, значних втрат ро-дючостi. Особливе мюце тут належить дiевим способам зниження концентра-цiй найбiльш небезпечних рухомих форм свинцю у Грунтах вздовж автомо-бшьних дорiг з штенсивним рухом. Найбiльш дiевими засобами детоксикаци рухомих форм ВМ у техногенно забруднених Грунтах 1вано-Франювщини е мелюративш, спрямованi на хiмiчне ïx зв'язування та перетворення на мало-розчинш сполуки.
Висновки
1. Запропонована кшетична модель, яка розроблена для трансформаци радiонуклiдiв, дае змогу реконструювати динамжу мобiльниx форм техногенних форм ВМ у Грунтах.
2. Константи швидкост мобшзаци ВМ у дерново-шдзолистих Грунтах мюта Iвано-Франкiвська i територш вздовж автошляxiв дорiвнюе 0,16-0,2 на рж.
3. Кiнетичнi параметри процеЫв iммобiлiзацiï i ремобiлiзацiï свинцю залежать вщ його концентрацiï в Грунт!
Лггература
1. Крамарьов С.М., Красненков С.В., Яковишина Т.Ф., Писаренко П.В., Писарен-
ко С.В. Еколопчш та гтешчш проблеми забруднення рухомими формами важких меташв Грунту // Еколопя плюс. - 2007. - № 3. - С. 10-15.
2. Бондаренко Г.Н., Кононенко Л.В. Кинетика трансформации форм нахождения стронция - 90 и цезия - 137 в почвах // Минерал. журнал. - 1996, 18. - № 3. - С. 48-57.
3. Бондаренко Г.Н., Кононенко Л.В., Высотенко П.Т. Динамика трансформации оксидов тяжелых металлов техногенного происхождения в дернисто-подзолистой почве // Доповь д1 нацюнально!' академи наук Украши. - 2005. - № 2. - С. 169-173.
4. Адаменко О.М., Крижашвський С.1, Нейко С.М. та ш. Еколопя мюта 1вано-Фран-ювська. - Твано-Франювськ, 2004. - 236 с.
