CC BY
178УДК 54
Химические науки
Буркутова Ляйля, магистрант, кафедра «Химии и химической технологии» Актюбинский региональный государственный университет Тастанова Ляззат Кнашевна, научный руководитель, доцент кафедры Химии и химической технологии , кафедра «Химии и химической технологии» Актюбинский региональный государственный университет
СОДЕРЖАНИЕ ХРОМА В ПОЧВЕ И МЕТОДЫ ЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Аннотация: Загрязнение почвы тяжелыми металлами по степени опасности для человека занимает второе место после пестицидов. Тяжелые металлы, попадая в почву, усваиваются растениями, которых человек впоследствии употребляет в пищу. Ущерб от поступления в окружающую среду тяжелых металлов и металлоидов растет с развитием промышленного производства. Целью статьи является систематизировать характеристики хрома в почве. Теоретической и методологической основой исследования в научной статье явились работы специалистов по проблеме изучения тяжелых металлов и металлоидов в почвах. Основными методами исследования служат анализ литературы, изучение, анализ и обобщение результатов исследования тяжелых металлов и металлоидов в почвах, методы индукции, дедукции. Описаны превращения в почвах хрома. Приведены кларки хрома и описана его токсичность. В статье автор обращает внимание на необходимость определения концентрации хрома в почве. Приводятся характеристики методов определения хрома в почве.
Ключевые слова: тяжелые металлы и металлоиды, хром, почва, загрязнение, токсичность, предельная концентрация.
Аппо1а1юп: Soil pollution with heavy metals is second only to pesticides in terms of hazard to humans. Heavy metals, getting into the soil, are assimilated by
plants, which a person subsequently eats. The damage from the release of heavy metals and metalloids into the environment increases with the development of industrial production. The aim of the article is to systematize the characteristics of chromium in soil. The theoretical and methodological basis of the research in the scientific article was the work of specialists on the problem of studying heavy metals and metalloids in soils. The main research methods are literature analysis, study, analysis and generalization of the results of the study of heavy metals and metalloids in soils, methods of induction, deduction. The transformations of chromium in soils are described. Clarkes of chromium are given and its toxicity is described. In the article, the author draws attention to the need to determine the concentration of chromium in the soil. The characteristics of methods for the determination of chromium in soil are presented.
Key words: heavy metals and metalloids, chromium, soil, pollution, toxicity, maximum concentration.
Введение
Почва служит средой, в которую попадают тяжелые металлы и металлоиды. Кроме того, почва является и загрязняющим источником, из которой различные вещества и их соединения попадают в мировые воды. Загрязнение почвы происходит в основном тяжелыми металлами и металлоидами как последствие технологического развития общества.
Хром - это элемент, который относится в группу тяжелых металлов и металлоидов. Его содержание изучается в двух качествах: его совокупное содержание в почве и концентрация его различных соединений.
Значение валового содержания хрома в почве выражается величиной кларка, которая позволяет оценить мощность техногенных аномалий. Его уровень может быть положительным (превышение кларка), и отрицательным (ниже кларка). Величина общего содержания хрома в почве позволяет оценить показатели емкости и контрастности геохимических барьеров.
По форме и составу различных соединений хрома в почве можно определить их масштабность в почве, а также величину их поступлений в растения и питьевую воду.
Хром является тяжёлым металлом с высоким содержанием токсических соединений. Такое загрязнение почвы характеризует регион как неблагополучный. Биосфера, загрязнённая техногенными формами, может измениться в скором времени.
Показатель Кларк позволяет оценить содержание элемента в почве как низкое, среднее или высокое. По нему рассчитывается предельно допустимая концентрация (ПДК) тяжелых металлов и металлоидов. Он используется в формулах подсчетов характеристик загрязнений почвы.
В таблице кларков элементов в почвах мира по Виноградову (1957) и в почвах США по Шаклетту и Борнгену (1984) хром (&) имеет значение 40 и 200 мг/кг соответственно. В последующие годы его значение сильно изменилось. По Виноградову его оценивают в 70 мг/кг [1].
В ГОСТе 17.4.1.02-83 выделено три класса ТМ по опасности загрязнения. Им соответствует высокая, умеренная и малоопасная степень опасности. На уровень токсичности ТМ в почвах влияют реакционные способности формы элемента. Хром относится в этой группе к умеренно опасным ТМ. Однако, в последнее время его канцерогенность приблизилась к степени токсичности мышьяка, поэтому хром можно разместить в первую группу высокоопасных химических форм элементов. Степень токсичности хрома оценивается как высокоопасная.
Экспериментальная часть (материалы и методы)
При изучении токсичности хрома важно определить степень его окисления. Сг (VI) является оксианионом в составе тетраэдров в водном растворе, то есть он способен полностью растворяться, сильно подвижен в почве с грунтовой водой. Сг (VI) является токсичным для организмов. Сг (III) в составе октаэдра (окружен шестью атомами О2), наоборот, малорастворим, малоподвижен, малоопасен для организмов [2].
По некоторым сводкам 78 % использованного хрома поступит в почву в виде хромсодержащих отходов. Выбросы токсичных отходов хрома в Европе в год составляют 420 т., Азии - 370 т., Северной Америке - 290 т. Распространение хрома в США занимает 2-е место среди отходов и поллютантов. В почву хром поступает в виде хромсодержащих шлаков и металлических отходов с содержанием разных форм соединений Сг. Хромосодержащие выбросы рано или поздно попадают в окружающую среду на территории хромпотребляющих заводов, что имеет разную степень отрицательного влияния на живые организмы, в том числе человека [3].
В некоторых регионах содержание хрома в почвах резко может отличаться от мирового значения. Хромовая руда в местах производства с потреблением хрома попадает в воду и почву. Сточные воды некоторых крупных городов утилизируют осадки с высоким содержанием хрома, иногда достигающие 150000 мг/кг [4]. Это крайне негативное явление.
Токсичность хрома определяется его окислительным статусом. Хром в природе существует: 1) в состоянии хромата оксианиона СгО42_; 2) в состоянии редукции Сг (VI) до Сг (III). В первом состоянии хром характеризуется довольно легкой подвижностью в почвенных структурах и почвенной воде. Хром в обратном состоянии обладает меньшей токсичностью [3].
По значению предельно допустимой концентрации (ПДК) валового содержания хрома в почвах в разных местностях имеется разная вариация. В США значение ПДК хрома достигает до 240 мг/кг [4].
Для подвижных химических форм хрома принята ПДК 6 мг/кг [5]. Под подвижными формами в данном случае нельзя подразумевать точного физического смысла в отношении токсических веществ. Для валового хрома в почвах ПДК отсутствует, что отрицательно сказывается на возможности оценить его опасный бартер в почве в числе других элементов и соединений, для которых данное значение принято [6].
Между значением ПДК и показателем Кларк имеется некоторая зависимость. Их отношение > 1. Показатель кларка для Сг равен 70 мг/кг.
Промежуточное значение показателя принято 200 мг/кг. Тогда отношение ПДК и показателя Кларк будет иметь значение 200/70 = 2.9. То есть это значение находится в интервале, который принят для ТМ - от 2 до 3.
Результаты и обсуждение
Оценка загрязнения почвы тяжелыми металлами основывается на
коэффициенте концентрации (Кю) элементов из фона:
_
С/
С - фактическое содержание элемента в почве, С/- фоновое содержание элемента в почве.
Далее все полученные коэффициенты КК суммируют
Более простым показателем общего загрязнения почвы является суммарный коэффициент КК [7]:
Не = ^ Ш
Следующий индекс загрязнения почвы (Изп) основан на нормировании приращения содержания каждого из элементов по фону [8]:
изп = ^[(а-с/)/ся
Недостатком названых формул оценки загрязнения почвы является то, что они не дают критических значений, то есть не разделены на группы опасности загрязнения почвы
Чаще, как правило, используют для оценки загрязнения почвы Показатель Саета @с), который позволяет получить суммарное значение по классам опасности с учетом содержания элементов-поллютантов [9].
1с = £ ш -(п- 1)п - участвующие поллютанты.
Критическое значение 2с позволяет оценить суммарное загрязнение опасности:
1) 7с < 16 - загрязнение характеризуется как неопасное;
2) 16 < 7с < 32 - загрязнение умеренно опасное;
3) 32 < 7с < 128 - опасное загрязнение [10].
Значение суммарной загрязненности почв хромом в Казахстане показало значение, равное 8,5. Это показатель учитывает токсичность хрома, характеризующаяся очень сильно выраженной техногенностью.
Посчитаем коэффициент концентрации (Кю) элементов из фона: 7с - 29, то есть загрязнение хромом относится к группе «умеренно опасное»
Заключение
Таким образом, хром по степени токсичности относится к среднеопасным элементам. Коэффициент суммарного загрязнения почв тяжелыми металлами и металлоидами рассчитывается по фону (по попаданию в почву нескольких элементов). Хром в почвах относится к тяжёлым металлам с высоким содержанием токсических соединений. Повышенное содержание хрома в почвах южных штатов США.
Значение валового содержания хрома в почве выражается величиной кларка, которая позволяет оценить мощность техногенных аномалий. По Виноградову для хрома его оценивают в 70 мг/кг.
Библиографический список:
1. Водяницкий, Ю. Н. Тяжелые металлы и металлоиды в почвах. - М.: ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 2008.
2. Brown G.E., Foster A.L., Ostergren J.D. Mineral surface and bioavailability of heavy metals: A molecular-scale perspective // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999. V. 96. P. 3388-3395.
3. Hansel C.M., Wielinga B.W., Fendorf S. Structural and compositional evolutional of Cr/Fe solids after indirect chromate reduction by dissimilatory iron-reducing bacteria // Geochim. Cosmochim. Acta. 2003. V. 67. P. 401-412.
4. Dermatas D., Chrysochoou M., Moon D.H., Grabb D.G., Wazne M., Christodoulatos C. Ettringiteinduced heave in cromite ore processing residue (COPR) upon ferrous sulfate treatment // Environ. Sci. Technol. 2006. V. 40. P. 5786-5792.
5. Большаков, В. А. Словник. Термины, их краткое определение, справочные материалы по почвенной экологии, географии и классификации
почв / В. А. Большаков, В. П. Белобров, Л. Л. Шишов. - М.: Почв. ин-тим. В.В. Докучаева, 2004. -138 с.
6. Перельман, А. И. Геохимия ландшафта / А. И. Перельман, Н. С. Касимов. - М.: Астрея-2000, 1999. -762 с.
7. Белых, Л. И. Геохимические и гигиенические интегральные показатели оценки химического загрязнения почв / Л. И. Белых и др. // Геохимия биосферы (к 90-летию А.И. Перельмана). М.: Смоленск. - 2006. - С. 64-65.
8. Воронцов, А. М. Обобщенные показатели состояния в системе индексов качества природных сред: проблемы и перспективы // Экологическая химия. - 2004. - Т. 14. № 1. - С. 1-10.
9. Сает, Ю. Е. Геохимия окружающей среды / Сает Ю.Е., [и др.]. - М.: Недра, 1990. - 335 с.
10. Выборов, С. Г. Оценка степени опасности загрязнения почв по комплексному показателю нарушенного геохимического поля / С. Г. Выборов, А. И. Павелко, В. Н. Щукин, Э. В. Янковская // Современные проблемы загрязнения почв. Межд. научн. конф. - М., 2004. - С. 195 - 197.
