ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Миграция в почвенных средах из "Научные основы экобиотехнологии" В почву загрязняющие вещества привносятся в основном через атмосферу в результате осаждения паров аэрозолей, пыли, сажи или в виде растворимых веществ с дождем, снегом, в виде сухих выпадений. Почва загрязняется в результате применения химических препаратов на ее поверхности, искусственного орошения, выщелачивания загрязняющих веществ из твердых отходов и поступления с жидкими стоками. Химические загрязнения в твердом, жидком или газообразном состоянии, растворенные или нераство-ренные в неодинаковой степени способны мигрировать и перераспределяться по профилю почвы. Характер миграции и превращений загрязнений зависит от климатических условий, агрегатного состояния, физикохимических свойств и химического состава подстилающих пород и почв, характера растительности и других факторов. [c.257] Особенность почвенных сред - сильно выраженная гетерогенность, в которой большую роль играет взаимодействие на границе раздела фаз твердой, жидкой и газообразной компоненты экосистемы почвы. [c.257] Почву можно рассматривать как большой биореактор с плохо перемешиваемым содержимым. Взаимодействие загрязнений с почвенной средой можно изобразить схематично (рис. 4.5). Загрязнения в почве могут присутствовать в чистом виде ( в мобильной или немобильной форме), образуя собственную фазу в растворенном состоянии в адсорбированной почвенными частицами форме в газовой фазе. Например, ПАУ могут находиться в 6 формах обособленной, в виде жидкой пленки, адсорбированной на частицах осадков, адсорбированной на органическом материале, растворенной в воде почвенных пор, как твердая или жидкая фаза в порах. [c.258] Попав на поверхность почвы, одна часть загрязнений может просочиться вглубь ее под действием силы тяжести и капиллярных сил (транспорт в виде мобильной фазы чистого вещества в газовой и водной фазе), другая попадает в грунтовые воды с водной фазой в растворенной форме (перенос в растворенном виде). [c.258] Р - диффузия в водной фазе и в газовой фазе. [c.258] В первом случае движущей силой является градиент давления, или гидравлический напор. Градиент давления может создаваться естественными факторами или искусственно, например, откачиванием грунтовых вод или инфильтрацией. Результирующая скорость движения загрязнения определяется проницаемостью, или гидравлической проводимостью к почвенной среды. Проницаемость зависит от свойств подвижной фазы (вязкость, плотность) и твердой фазы (размер пор, структура, физико-химические свойства). [c.259] Транспорт (конвективный, дисперсионный) химических соединений с течением грунтовых вод называется адвективным. В суглинистых почвах скорость распространения загрязнений с течением грунтовых вод составляет несколько сантиметров в сутки в крупнозернистых песчаных она может достигать десятков метров в сутки. [c.259] В плохо проницаемых глинистых почвах, в плотных почвенных агрегатах важную роль играет диффузионный перенос. [c.260] В ненасыщенной влагой почвенной пористой среде (в приповерхностной, вадозной зоне) большую роль в переносе загрязнений играют межфаз-ные явления на границе газ-жидкость-твердое тело. На распределение и транспорт загрязнений в вадозной зоне влияют такие физико-химические свойства, как растворимость их в воде, распределение в воздухе, сорбция на частицах почвы, давление воды в порах. Жидкая фаза присутствует в вадозной зоне в форме капиллярной воды, удерживаемой капиллярными силами около зон контакта между смежными твердыми частицами и адсор-бироваными пленками на твердой поверхности. Толщина этих пленок зависит от давления пара в газовой фазе и степени влажности среды. В сухих почвах адсорбированные пленки могут быть толщиной всего в несколько молекул воды (1-2 нм). В таких пленках скорость диффузии загрязнений чрезвычайно низка. [c.260] Кроме глины и песка вадозная зона часто содержит большое количество органического вещества, а также оксидов металлов и гидроксидов, ассоциированных с глинистыми минералами. Аморфного материала в ней также больше, чем в зоне, насыщенной водой. Загрязнения, которые могут быть адсорбированы в этих материалах, продвигаются медленнее, чем в насыщенной зоне. Скорость движения нелетучих загрязнений определяется процессами диффузии на границе твердое тело-жидкость, твердое тело-газ и жидкость-газ. Через ненасыщенную часть вадозной зоны перемещаются газы и летучие загрязнения. [c.260] Таким образом, из-за взаимодействия между фазами движение загрязняющего потока в почвенной среде сложнее по сравнению с атмосферным и водным переносом. При его описании необходимо учитывать не только физические и химические свойства загрязнения, условия почвенной среды, но и такие факторы, как поверхностное натяжение, вязкость, сродство к твердой фазе, порозность твердой фазы, капиллярный эффект, неоднородность распределения пор, наличие трещин, ходов червей, подъем воды из глубины в результате ее испарения с поверхности, перенос загрязнений с живыми организмами - обитателями почвенных ценозов и др. [c.260] В процессе миграции загрязнения распространяются в горизонтальном и вертикальном направлении. По мере того, как плюм (шлейф) растворенного вещества дрейфует в сторону от источника загрязнения, снижается его концентрация. При этом в профиле концентраций могут быть локальные повышение и понижение уровня содержания загрязнения в почвенной среде, т.е. зональное распространение загрязнения (дифференциация). [c.261] При миграции контаминанта с подземными водами возможны горизонтальная и вертикальная геохимическая зональность распространения соединения. Горизонтальная зональность возникает, например, в результате концентрирования грунтовых вод при испарении, а следовательно, повышения концентрации растворимых веществ-загрязнителей в почвенном растворе. Вертикальная зональность может быть связана с вариацией условий почвенный среды вглубь по почвенному профилю. Существует также пластовая зональность, обусловленная наличием геологических пластов с различной проницаемостью. [c.261] Вертикальная зональность характерна для распределения масс нерастворимых органических загрязнений и рассеянных элементов, включая тяжелые металлы, радионуклиды. Так, в типичных лесных и черноземных степных почвах в верхнем, гумусовом, горизонте почвы концентрация металлов повышена, что связано с поглощением элементов растениями и поступлением их в почву с отмирающими органами растений, которые прочно удерживают металлы благодаря процессам сорбции. В нижнем горизонте концентрация элементов определяется содержанием в подстилающих породах. [c.261] Содержание и перенос загрязнений в почве в значительной степени зависят от соотношения содержания глинистых коллоидов, органических материалов и аморфных неорганических материалов в твердой фазе почвенной среды. Их свойства влияют на адсорбцию молекул или атомов жидкой либо газообразной фазы на поверхности твердых тел или на поверхности воды, содержащейся в порах и капиллярах почвенных частиц. Например, в результате взаимодействия с почвенным веществом нерастворимые в воде органические загрязнения могут адсорбироваться на поверхности в виде микрочастиц, инкапсулироваться в частицы глины или минеральных оксидов, образовывать на их поверхности плотные или аморфные пленки либо самостоятельные фазы, заполняющие микро- и мезопоры (рис. 4.6). [c.261] Адсорбция загрязнений в почве определяется следующими взаимодействиями. [c.261] Водородные связи. Это диполь-дипольные связи, в которых атом водорода действует как мостик между двумя электроотрицательными атомами, создавая электростатическую связь с одним из них и ковалентную связь с другим. Они играют большую роль при взаимодействии вещества-загрязнителя с почвенным органическим веществом, поскольку оно имеет больше функциональных групп, способных образовывать водородные связи. Например, карбонильные группы в молекуле органического ксенобиотика могут связываться с гидроксильными и аминогруппами почвенного органического вещества. Водородные связи могут образовываться также между недиссоциированной карбоксильной группой и СО- или НН-группами органического вещества при pH ниже, чем рКц карбоксильной группы. Энтальпия взаимодействия химических групп через водородные связи может варьироваться от 2 до 45-62 кДж/моль. [c.263] Са или Mg или образование координационных связей с катионами переходных металлов при образовании комплексов металлов с аминными, карбонильными, гидроксильными, нитрильными группами соединений или М-содержащими гетероциклическими структурами. Связи этого типа могут быть блокированы молекулами воды, также взаимодействующими с катионами металлов. В этом случае загрязнитель вовлекается в адсорбционный процесс, образуя промежуточные водные мостики. Способность органических функциональных групп удалять гидратированную воду обменных катионов зависит от их ионного радиуса и энергии гидратации. Чем меньше ионный радиус, тем больше энергия гидратации, труднее удаляется вода и легче образуются водные мостики. [c.263] Перенос заряда. Это взаимодействие обусловлено переносом электрона от донора к молекуле-акцептору приводит к частичной суперпозиции орбиталей. Образование комплекса с переносом заряда может зависеть от pH, если одна из двух взаимодействующих групп имеет кислотные, основные или амфотерные свойства. Свободная энергия и энтальпия образования до-норно-акцепторного комплекса находится в диапазоне от О до 62 кДж/моль. [c.264] Вернуться к основной статье