книги / Промышленный экологический анализ
..pdf4.Иногда для устранения мешающего влияния достаточно изменить pH раствора.
5.При использовании фотометрических методов анализа мешающее влия ние нередко устраняется или сильно уменьшается изменением длины волны, проходящего через раствор света.
Нередко используют комбинации вышеперечисленных методов, например, мешающее вещество связывают в комплекс, а затем определяемый компонент отгоняют.
Сточные воды перед спуском их в водоемы проходят через различные (хи мические, биохимические и др.) сооружения, что вызывает необходимость кон троля состава вод на всех ступенях очистки. Для осуществления такого контро ля химики-аналитики должны иметь в своем распоряжении методы анализа как очень сильно разбавленных растворов, какими являются поверхностные воды, так и относительно концентрированных растворов. Надо учитывать также и то, что происходящая в нашей стране перестройка технологических процессов с целью сведения к минимуму количества спускаемых вод (а где возможно, и полного их устранения) требует возвращения сточных вод после их очистки в производство. Это означает, что при анализе сточных вод надо определять со держание не только тех компонентов, которые могут повредить здоровью лю дей, но и тех, которые могли бы помешать производственному процессу.
Список литературы
Другое Ю.С. Экологическая аналитическая химия. - М., 2000.
Другое Ю.С., Родин А.А. Газохроматографическая идентификация загряз нений воздуха, воды и почвы. - СПб.: Теза, 1999.
Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. - М.: Химия, 1984.
Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши / Под ред. А.Д. Семенова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977.
Терлецкая А.В. Обзор развития методов анализ вод // Химия и технология воды. 1988-1991.
Хахенберг X., Шмидт А. Газохроматографический анализ равновесной па ровой фазы: Пер. с англ. - М.. Мир, 1979.
Химия окружающей среды / Под ред. Дж. О.М. Бокриса. - М.: Химия, 1982.
Химия промышленных сточных вод / Под ред. А. Рубина; Пер. с англ. А.В. Расторгуева, В.А. Субботина. - М.: Химия, 1983.
5. ОСОБЕННОСТИ АНАЛИЗА ПОЧВЫ
Почвенный покров представляет собой систему,менее динамичную и более буферную, чем атмосферный воздух или водоемы, поэтому методы исследова ния его существенно отличаются от методов анализа других природных систем. В состав почвы входят минеральные частицы - глина, осадочные породы и песок, вместе с воздухом, водой, перегноем и живыми организмами.
Одна из особенностей почвы состоит в том, что она накапливает информа цию о происходящих процессах и изменениях,и поэтому может служить свое образным свидетелем не только сиюминутного, мгновенного состояния среды, но и отражать прошлые процессы. Кроме того, когда мы говорим о почвенном мониторинге, то должны ясно представлять особую роль почвы в биосфере. Восстановление почвенного покрова в естественной природной среде требует сотен лет, а искусственное возобновление стоит очень дорого.
Вместе с тем тонкая почвенная оболочка Земли (геомембрана или геодер ма) выполняет ряд важнейших экологических функций, влияя на качество и ат мосферного воздуха, и надземных, и подземных вод. Поэтому почвенный мо ниторинг имеет более общий характер и открывает больше возможностей для решения прогностических задач.
Химический .состав почвы может изменяться в широких пределах, опреде ление загрязняющего почву вещества - природного или искусственного - зави сит от типа почвы, ее географического положения, а также ожидаемого «нор мального» состава. Для сравнения с «нормально» ожидаемым содержанием компонентов используют образцы стандартной почвы либо аналогичные по со ставу образцы из других районов .Образцы стандартной почвы и образцы осадоч ных пород не всегда доступны для исследования, поэтому обычно сравнивают аналогичные им образцы. Так, речной грунт подобен по составу определенным видам почв, поэтому эти образцы применяют при изучении загрязнения.
Почвы и осадки могут содержать примеси, входящие в состав воздуха, во ды, перегноя и живых организмов, адсорбированные коллоидными частицами почвы, минералами на основе глины или перегноем, попавшие внутрь кристал лических структур или находящиеся в виде металлических покрытий (за счет осаждения и соосаждения) на частицах почвы.
5.1. Классификация химических веществ загрязнения почвы
По степени опасности химические вещества подразделяются на три клас
са:
1. Вещества высоко опасные, оказывающие сильное влияние на пищевую ценность сельскохозяйственной продукции. К ним относятся мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор, бенз(а)пирен и некоторые пестициды.
2. Вещества умеренно, опасные, оказывающие умеренное влияние на пи щевую ценность сельскохозяйственной продукции. К ним относятся бор, .ко бальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром и некоторые пестициды.
3?Вещества малорласные^.не оказывающие влияние на пищевую ценность сельскохозяйственной;продукции. К ним относятся барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций и некоторые пестициды.
Подробнее сведения о градации химических веществ по степени возмож ного отрицательного, воздействия на почву, растения, животных и человека из ложены в ГОСТ 17.4.1.02.83 «Охрана природы. Почвы. Классификация хими ческих веществ для контроля загрязнения».
5.2. Отбор проб почвы
Общие требования, предъявляемые к отбору проб почвы, изложены в ГОСТ 17.4.1.02-83. Приведем основные термины, используемые при отборе:
1)пробная площадка - часть исследуемой территории, характеризующаяся сходными условиями;
2)точечная проба - материал, взятый из одного места горизонта или одно го слоя почвенного профиля, типичный для данного горизонта или слоя;
3)объединенная проба - смесь не менее двух точечных проб;
4)однорбдный точечный покров - почвенный покров, содержащий не ме нее 70% почвенной разности;
5)неоднородный почвенный покров —почвенный покров, содержащий ме нее 70 % почвенной разности;
6)общие загрязнения - загрязнения, вызванные применением химических средств защиты растений (ХСЗР), органических и неорганических удобрений, сточных вод для орошения, а также загрязнений; вызванные выбросами про мышленности, транспорта и другие, распространяемые на большие территории.
Для определения содержания в почве химических веществ отбирают не
менее одной объединенной пробы массой в 1 кг при размере пробной площадки от 1 до 5 га с однородным почвенным покровом и от 0,5 до 1 га с неоднород ным почвенным покровом.
Отобранные пробы необходимо пронумеровать и зарегистрировать в жур нале, указав следующие данные: порядковый номер и место взятия пробы, рельеф местности, тип почвы, целевое назначение территории, вид загрязнения, дату отбора.
Проанализированные пробы должны иметь этикетку с указанием места и даты отбора пробы, номера почвенного разреза, почвенной разности, горизонта и глубины взятия пробы, фамилии исследователя.
Упаковка, транспортирование и хранение проб зависят от цели и метода анализа. Пробы, отобранные для химического анализа; следует упаковать, транспортировать и хранить в емкостях из химически нейтрального материала.
Пробы, предназначенные для анализа на содержание летучих химических ве ществ, следует помещать в стеклянные банки с притертыми пробками (ГОСТ 17.4.3.01-83).
Физические и химические методы, пригодные для изучения загрязнения в почвах и осадках, не отличаются от методов, прйменяемых в анализе воздуха и водных объектов.
5.3.Оценка степени опасности загрязнения почвы химическими
веществами
Основным критерием гигиенической оценки опасности загрязнения почвы вредными веществами является предельно допустимая концентрация (ПДК) химических веществ в почве. ПДК представляет собой комплексный показатель безвредного для человека содержания химических веществ в почве, так как ис пользуемые при их научном обосновании критерии отражают все возможные пути опосредованного воздействия загрязнителя на контактирующие среды, биологическую активность почвы и процессы ее самоочищения. При этом каж дый из путей воздействия оценивается количественно с обоснованием допус тимого уровня содержания веществ по каждому показателю вредности. Наи меньшее из обоснованных уровней содержание является лимитирующим и принимается за ПДК вещества, так как отражает наиболее уязвимый путь воз действия данного токсиканта.
Для оценки опасности загрязнения почв выбор химических веществ - по казателей загрязнения - проводится с учетом:
-специфики источников загрязнения, определяющих комплекс химиче ских элементов, участвующих в загрязнении почв изучаемого региона;
-приоритетности загрязнителей в соответствии со списком ПДК химиче ских веществ в почве и их классом опасности;
-характером землепользования.
При отсутствии возможного учета всего комплекса химических веществ, загрязняющих почву, оценку осуществляют по наиболее токсичным веществам, т.е. относящимся к более высокому классу опасности.
В случае отсутствия класса опасности химических веществ, приоритетных для почв обследуемого района, их класс опасности может быть определен по индексу опасности.
Отбор проб почвы, их хранение, транспортировка и подготовка к анализу осуществляется в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб почв для химического, бактериологического и гельминтологического анализа».
Определение химических веществ в почве проводится методами, разрабо танными при обосновании их ПДК в почве и утвержденными М3 СССР, кото
рые опубликованы в приложениях к ГОСТу «Предельно допустимые концен трации химических веществ в почве (ПДК)» (1979, 1980, 1982, 1985, 1987 гг.).
В общем плане при оценке опасности загрязнения почв химическими ве ществами следует учитывать:
а) опасность загрдзнения тем больше, чем больше фактические, уровни со держания .контролируемых веществ в почве (С.1) превышают ПДК. То есть опас ность-загрязнения почвы тем выше, чем больше значение коэффициента опас ности (Ко) превышает 1, т.е.
Ко- С ПДК;
б) опасность загрязнения тем выше, чем выше класс опасности контроли руемых веществ;
в) оценка опасности загрязнения любым токсикантом должна проводиться с учетом буферное™ почвы*, влияющей на подвижность химических элемен тов, что определяет их воздействие на контактирующие среды и доступность растений. Чем меньшими буферными свойствами обладает почва, тем большую опасность представляет ее загрязнение химическими веществами. Следова тельно, при одной и той же величине Ко опасность загрязнения будет больше для почв с низким значением pH, меньшим содержанием гумуса и более лег ким механическим составом. Например, если Ко вещества оказались равными в дерново-подзолистой супесчаной почве, в дерново-подзолистой суглинистой почве и черноземе, то в порядке возрастания опасности загрязнения почвы мо гут быть расположены в следующий ряд: чернозем < суглинистая < дерноволодзолистая почва < супесчаная дерново-подзолистая почва.
Оценка опасности почв, загрязненных химическими веществами, прово дится дифференцированно для разных почв (разного характера землепользова ния) и основывается на 2 положениях:
1.Хозяйственное использование территория (почвы населенных пунктов, сельскохозяйственные угодья, рекреационные зоны и т.д.).
2.Наиболее значимые для этих территорий пути воздействия загрязнения почвы на человека-;-
Всвязи с этим предлагаются различные схемы оценки опасности загрязне ния почв населенных пунктов и почв, используемых для выращивания сельско хозяйственных растений.
*Под«буферностью почвы» понимается совокупность свойств почвы, определяющих ее барьерную функцию, обусловливающую уровни вторичного загрязнения химическими ве ществами контактирующих с почвой сред: растительности, поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха. Основными компонентами почвы, создающими буферность, являют ся тонкодисперсные минеральные частицы, определяющие ее механический состав, органи
ческое вещество (гумус), а также реакцию среды - pH.
5.4. Гигиеническая оценка почв, используемых для выращивания сельскохозяйственных растений
Основой оценки опасности загрязнения почв, используемых для выращи вания сельскохозяйственных растений, является транслокационный показатель вредности - важнейший показатель при обосновании ПДК химических веществ в почве. Это обусловлено тем, что: 1) с продуктами питания растительного происхождения в организм человека поступает в среднем 70% вредных хими ческих веществ; 2) уровень транслокации определяет уровень накопления ток сикантов в продуктах питания, влияет на их качество. Существенная разница допустимых уровней содержания химических веществ по различным показате лям вредности и основные положения диффиренциальной оценки степени опасности загрязненных почв позволяют также дать практические рекоменда ции по практическому использованию почв загрязненных территорий.
Опасность за1рязнения почв, используемых для выращивания сельскохо зяйственных растений, определяется в соответствии с табл. 5.1 и 5.2.
Таблица 5.1 Принципиальная схема оценки почв сельскохозяйственного
использования, загрязненных химическими веществами
Категория |
Характеристика |
Возможное |
Предлагаемые мероприя |
загряз |
загрязненности |
использование |
тия |
ненности |
|
территории |
|
почв |
|
|
|
Допусти |
Содержание хи |
Использова |
Снижение уровня воздей |
мая |
мических веществ |
ние под лю |
ствия источников загряз |
|
в почве превыша |
бые культуры |
нения. Осуществление |
|
ет фоновое, но не |
|
мероприятий по сниже |
|
выше ПДК |
|
нию доступности токси |
|
|
|
кантов для растений (из |
|
|
|
весткование, внесение |
Умеренно |
Содержание хи |
|
удобрений и т.ц.) |
Использова |
Мероприятия, аналогич |
||
опасная |
мических веществ |
ние под лю |
ные категории 1. При на |
|
в почве превыша |
бые культуры |
личии веществ с лимити |
|
ет их ПДК при |
при условии |
рующим миграционным |
|
лимитирующем |
контроля ка |
водным или миграцион |
|
общесанитарном, |
чества сель |
ным воздушным показа |
|
миграционном |
скохозяйст |
телем проводится кон |
|
водном и мигра |
венных расте |
троль за содержанием |
|
ционным воз |
ний |
этих веществ в зоне ды |
|
душном показа |
|
хания с/х рабочих и в воде |
|
телях вредности, |
|
местных водоисточников |
Категория |
Характеристика |
Возможное ис |
Предлагаемые меро |
||||
загрязнен |
загрязненности |
пользование |
приятия |
||||
ности почв |
но ниже допус |
территории |
|
||||
|
|
|
|||||
|
тимого уровня |
|
|
||||
|
по транслокаци |
|
|
||||
|
онному показа |
|
|
||||
Высоко |
телю |
|
|
|
|
|
|
Содержание |
хи |
Использование |
Кроме мероприятий, |
||||
опасная |
мических |
|
ве |
под техниче |
указанных для катего |
||
|
ществ |
|
в |
почве |
ские культуры. |
рии 1, обязательный |
|
|
превышает |
|
их |
Использование |
контроль за содержани |
||
|
ПДК |
при |
лими |
под с/х культу |
ем токсикантов в расте |
||
|
тирующем |
|
|
ры ограничено |
ниях - продуктах пита |
||
|
транслокацион |
с учетом расте |
ния и кормах. При необ |
||||
|
ном |
показателе |
ний-концентра |
ходимости выращивания |
|||
|
вредности |
|
|
торов |
растений - продуктов |
||
|
|
|
|
|
|
|
питания - рекомендуется |
|
|
|
|
|
|
|
их перемешивание с |
|
|
|
|
|
|
|
продуктами, выращен |
|
|
|
|
|
|
|
ными на чистой почве. |
|
|
|
|
|
|
|
Ограничение использо |
|
|
|
|
|
|
|
вания зеленой массы на |
|
|
|
|
|
|
|
корм скоту с учетом рас |
|
|
|
|
|
|
|
тений-концентраторов |
Чрезвычай |
Содержание |
хи |
Использование |
Мероприятия по сниже |
|||
но опасная |
мических |
|
ве |
под техниче |
нию уровня загрязнения. |
||
|
ществ |
превыша |
ские культуры • |
Контроль за содержани |
|||
|
ет ПДК |
в почве |
или исключе |
ем токсикантов за со |
|||
|
по всем |
показа |
ние из сельско |
держанием в зоне дыха |
|||
|
телям вредности |
хозяйственного |
ния с/х рабочих и в воде |
||||
|
|
|
|
|
|
использования. |
местных водоисточников |
|
|
|
|
|
|
Лесозащитные |
|
|
|
|
|
|
|
полосы |
|
Предельно допустимые концентрации химических веществ в почве, и допустимые уровни их содержания по показателям вредности
|
ПДК, мг/кг |
Трансло |
Миграци |
Миграци |
Общеса |
||
Наимено |
почвы с |
кацион |
онный |
онный воз |
нитарный |
||
вание ве |
учетом |
ный по |
водный |
душный по |
показатель |
||
щества |
фона |
казатель |
показатель |
казатель |
вредности |
||
|
(кларк) |
вредно |
вредности |
вредности |
|
|
|
|
|
|
сти . |
|
|
|
|
|
|
|
Подвижная форма |
- |
3,0 |
|
|
Мед1 |
|
3.0 |
3,5 |
72,0 |
|
||
Никель1 |
|
4.0 |
6,7 |
14,0 |
- |
4,0 |
|
Цинк1 |
|
23,0 |
23,0 |
200,0 |
- |
37,0 |
\ |
Кобальт* |
|
5,0 |
25,0 |
Более |
|
5,0 |
|
|
|
|
|
1000,0 |
|
|
|
Фтор |
|
|
Водорастворимая форма |
- |
25,0 |
|
|
|
10,0 |
10,0 |
10,0 |
|
|||
Сурьма |
|
4,5 |
Валовое содержание |
- |
|
|
|
|
4,5 |
4,5 |
50,0 |
|
|||
Марганец |
|
1500,0 |
3500,0 |
1500,0 |
- |
1500,0 |
|
Свинец |
|
30,0 |
35,0 |
260,0 |
- |
30,0 |
|
Мышьяк |
|
2,0 |
2,0 |
15,0 |
- |
10,0 |
|
Ртуть |
|
2,1 |
2,1 |
33,3 |
2,5 |
5,0 |
|
Свинец + |
20,0+1,0 |
20,0+1,0 |
30,0+2,0 |
- |
30,0+2,0 |
||
ртуть |
|
|
|
|
|
|
|
Хлористый |
|
560,0 |
1000,0 |
560,0 |
1000,0 |
5000,0 |
|
калий |
|
|
|
|
. |
|
|
Нитраты |
. |
130,0 |
180,0' |
130,0 |
225,0 |
||
Бенз(а)пи- |
|
0,02 |
0,2 |
0,5 |
|
0,02 |
|
Ш _________ |
|
|
|
|
|
|
|
Бензол . |
|
0,3 |
3,0 |
10,0 |
0,3 |
50,0 |
__ |
Толуол |
|
0,3 |
0,3 |
100,0 |
0,3 |
50,0 |
_ |
Изопропил |
|
0,5 |
3,0 |
100,0 |
0,5 |
50,0 |
|
бензол |
Г |
|
|
|
|
|
|
Альфаметил |
0,5 |
3,0 |
100,0 |
0,5 |
50,0 |
|
|
стирол |
|
|
|
|
|
|
|
Стирол |
|
0,1 |
0,3 |
100,0 |
0,1 |
1,0 |
— |
Ксилолы |
|
0,3 |
0,3 |
100,0 |
0,4 |
1,0___ |
|
ПДК, |
Трансло |
Миграци |
Миграци |
Общеса |
Наимено |
мг/кг |
кацион |
онный |
онный воз |
нитарный |
вание веще |
почвы С |
ный по |
водный |
душный по |
показа |
ства |
учетом |
казатель |
показатель |
казатель |
тель |
|
фона |
вредно |
вредности |
вредности |
вредно |
Сернистые |
(кларк) |
сти |
|
|
сти |
|
|
|
|
|
|
соединения: |
0,4 |
160,0 |
140.0 |
|
|
сероводород |
0,4 |
160,0 |
|||
элементарная |
160,0 |
180,0 |
380.0 |
|
160,0 |
сера |
160.0 |
180,0 |
|
|
|
серная кис |
380.0 |
|
160,0 |
||
лота |
|
|
|
|
|
ОФУ3 |
3000,0 |
9000,0 |
3000,0 |
6000,0 |
3000,0 |
КГУ1 |
120,0 |
800,0 |
120,0 |
800,0 |
800,0 |
ЖКУ1 |
80,0 |
Более |
80,0 |
Более 800,0 |
800,0 |
|
|
800,0 |
|
|
|
1Подвижные формы меди, никеля и цинка извлекаются из почвы аммонийно-ацетатным бу фером с pH 4,8 (медь, цинк), pH 4,6 (никель).
2 Подвижная форма кобальта извлекается из почвы аммонийно-натриевым буферным рас твором с pH 3,5 для сероземов и pH 4,7 для дерново-подзолистой почвы.
3 ОФУ - отходы флотации угля. ПДК ОФУ контролируется по содержанию бенз(а)пирена в почве, которое не должно превышав ПДК Б11
4 КГУ - комплексные гранулированные удобрения N:P;K=64:0:15. ПДК КГ’У контролируется по содержанию нитратов в почве, которое не должно превышать 76,8 м/кг абсолютно сухой почвы.
5 ЖКУ - жидкие комплексные удобрения состава N:P:K=lO:34:û ТУ 6-08-290-74 с добавками марганца не более 0,6 % от общей массы. ПДК ЖКУ контролируется по содержанию под вижных фосфатов в почве, которое не должно превышать 27,2. мг/кг абсолютно сухой поч вы.
Пример. Почвы территорий загрязнены никелем, содержание подвижных форм которого составляет: в почве ( 1) 20 мг/кг и в почве (2) 5 мг/кг. На осно вании табл. 5.1 и 5.2 почва (1) должна быть отнесена к категории «чрезвычайно высокого загрязнения», так как уровень содержания никеля превышает допус тимые уровни этого элемента по всем показателям вредности: транслокацион ному, миграционному водному и общесанитарному. Такая почва может быть использована только под технические культуры или полностью исключена из сельскохозяйственного использования.
Почва (2) может быть отнесена к категории «умеренно загрязненной», так как содержание никеля (5 мг/кг) превышает его ПДК (4 мг/кг), но не превышает
допустимый уровень по транслокационному показателю вредности (6,7 мг/кг). В этом случае почва может быть использована под любые сельскохозяйствен ные культуры при одновременном осуществлении мероприятий по снижению доступности токсиканта - никеля - для растений.
5.5.Контролируемые показатели и методы почвенно-химического мониторинга
Система мониторинга - это система наблюдений, получения информации за состоянием природной среды. Отсюда непосредственно следует, что выби раемые для мониторинга показатели должны быть, по возможности, просты, а методы доступны, в том числе для сравнительно небольших лабораторий, не располагающих дорогостоящим оборудованием. Кроме того, необходимо отме тить, что если при контроле воздуха или вод основное внимание обращается на вредные или токсичные примеси, то при почвенном мониторинге приходится контролировать многие параметры, характеризующие систему в целом, выяв лять признаки, указывающие на возникновение неблагоприятных тенденций или снижение почвенного плодородия.
Рассмотрим важнейшие показатели почвенного мониторинга.
5.5.1. Кислотно-основные свойства
Важнейший и, как правило, достаточный для характеристики почв показа тель - это значение pH в водных и солевых вытяжках. Величина pH свидетель ствует только о степени кислотности или щелочности почв, но из-за достаточно высокой буферности почв она не позволяет количественно оценить кислотность или щелочность. Возможны случаи, когда содержание кислотных компонентов в почве нарастает, но pH практически не изменяется. Тогда кроме pH целесооб разно определять так называемую потенциальную кислотность, количество которой находят путем титрования щелочью вытяжек из почв, приготовленных на 1,0 М растворе КС1. В агрохимических лабораториях обычно ограничивают ся определением pH таких вытяжек; что в известной мере позволяет судить об уровне потенциальной кислотности почвы.
Промышленность выпускает стационарные лабораторные pH-метры и пе реносные - полевые, портативные приборы, удобные для осуществления кон троля непосредственно в природной обстановке.
Оптимальный диапазон pH для растений - примерно от 5,0 - 5,5 до 7,0 - 7,5. Если кислотность увеличивается, прибегают к известкованию почв; при pH более 7,5 - 8,0 используют химические средства для снижения pH. Воз можно прямое кислование серной кислотой, чаще используемое на содовых со лонцах-солончаках, внесение гипса, сульфатов железа.
Величины pH следует контролировать 2 - 3 раза в год, поскольку нежела тельные сдвиги могут проявляться только в один из сезонов.