Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Обзор проблемы загрязнения объектов окружающей среды приоритетными органическими загрязнителями и технологии их обезвреживания 9
1.1 Источники поступления приоритетных органических загрязнителей в объекты окружающей среды 9
1.2 Загрязнение объектов окружающей среды приоритетными органическими загрязнителями 12
1.3 Загрязнение рек регионов мира приоритетными загрязнителями 21
1.4 Технологии обезвреживания территорий загрязненных приоритетными органическими загрязнителями 24
1.4.1 Восстановительные методы деструкции ПХБ-загрязненных почв 25
1.4.2 Окислительные методы деструкции ПХБ-загрязненных почв с использованием гидроксил-радикала 29
1.4.3 Технологии фиторемедиационного извлечения загрязняющих веществ из
почвы 37
1.5 Выводы и постановка целей исследования 41
ГЛАВА 2 Объекты и методы исследования 43
2.1 Объекты исследования 43
2.1.1 Объекты исследования г. Серпухова 43
2.1.2 Объекты исследования г. Москвы 47
2.2 Методы исследования 50
2.2.1 Методика отбора проб, хранения и подготовки к анализу 50
2.3 Методики анализа объектов окружающей среды 52
2.3.1 Подготовка проб почвы, донных отложений и растительного покрова к анализу 52
2.3.2 Условия хромато-масс-спектрометрического анализа 55
ГЛАВА 3 Результаты исследования распределения конгенерного состава загрязнения в г.серпухове 60
3.1 Исследование временной динамики состава ПХБ в объектах окружающей среды 60
3.2 Исследование схем трансформации ПХБ в объектах окружающей среды 65
3.3 Исследование миграции ПХБ в окружающей среде в зависимости от степени хлорирования молекулы 75
Заключение к главе 3 83
ГЛАВА 4 Результаты исследования распределения приоритетных органических загрязнителей на территории г. Москвы 85
Заключение к главе 4 95
ГЛАВА 5 Исследование эффективности химических методов деструкции пхб в почвах 97
5.1 Методология экспериментов по очистке ПХБ-содержащих почв процессом химического окисления гидроксил-радикалом (advanced oxidation processes (AOPs)) 98
5.2 Исследование влияния условий на эффективность процессов экстракции и окисления ПХБ 102
5.3 Сравнение степени окисления в зависимости от степени хлорирования 107
Заключение к главе 5 110
ГЛАВА 6 Применение фиторемедиационных технологий для очистки пхб-загрязненных почв 112
Заключение к главе 6 119
Заключение 121
Приложение 1 результаты определения концентраций приоритетных органических загрязнителей в объектах окружающей среды г. Серпухова и москвы 123
Список сокращений и условных обозначений 129
Список литературы 131
- Технологии обезвреживания территорий загрязненных приоритетными органическими загрязнителями
- Методика отбора проб, хранения и подготовки к анализу
- Исследование миграции ПХБ в окружающей среде в зависимости от степени хлорирования молекулы
- Исследование влияния условий на эффективность процессов экстракции и окисления ПХБ
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Проблема поступления токсичных органических веществ в окружающую среду становится все более значимой в условиях производства и использования огромного числа химических веществ. Производство и использование некоторых токсических органических веществ ограничены или запрещены. Многие из этих веществ внесены в список приоритетных органических загрязнителей для мониторинга в объектах окружающей среды. В качестве приоритетных загрязнителей можно выделить следующие классы соединений: полиароматические углеводороды (ПАУ), полихлорированные бифенилы (ПХБ) и диоксины, хлорорганические соединения (ХОС) и эфиры фталевых кислот (ЭФК). Класс приоритетных органических загрязнителей объединяют такие свойства, как устойчивость к биологическому и химическому разложению в природных условиях (время полураспада варьируется в пределах 2,5-45 лет), липофильность, способность к кумуляции в объектах окружающей среды и к трансграничному переносу. Поступление приоритетных органических загрязнителей в организмы, находящиеся на низших звеньях трофических цепей, ведет к их накоплению в каждом звене и перемещению вверх по трофической цепи, что приводит к возможному воздействию на человека на уровнях, превышающих концентрации этих токсичных веществ в окружающей среде.
Целью исследования было определение источников и характеристик загрязнения территорий приоритетными органическими загрязнителями для разработки метода детоксикации объектов окружающей среды.
Для этого решали следующие задачи:
-
Провести полевые и камеральные исследования содержания и свойств токсикантов на зараженных территориях.
-
Определить динамику естественной биодеградации ПХБ на загрязненных территориях.
-
Определить степень деградации ПХБ в условиях воздействий различных физических и химических факторов.
4. Изучить методы санации зараженных территорий с использованием
окислителей и фиторемедиационных технологий.
Научная новизна. Получены данные современного состояния источников
загрязнения окружающей среды приоритетными органическими загрязнителями.
Определена зона экологического риска г. Серпухова на основе результатов
изучения процессов миграции ПХБ. Результаты изучения миграции показали
преобладание водного распространения конгенеров ПХБ не зависимо от
количества атомов хлора в молекуле бифенила. Впервые доказано протекание
процесса микробного восстановительного дегалогенирования ПХБ в
сильнозагрязненных почвах г. Серпухова в природных условиях, и предложены схемы деструкции пентахлорированных бифенилов, являющихся преобладающим компонентом коммерческой смеси «Совол». Впервые были охарактеризованы уровни загрязнения воды реки Москвы ПАУ, ЭФК, ХОС и ПХБ и установлены источники поступления этих веществ в водные объекты.
Показано, что использование реагента Фентона для окислительной деструкции сильнозагряненных почв (1169 мг/кг) позволяет достичь очистки 43 %.
Доказано, что полной очистки территории до ориентировочно допустимых уровней (ОДК = 0,06 мг/кг) можно достичь при комплексном методе, включающем окисление по реакции Фентона и фиторемедиационную доочистку.
Практическая значимость
Получены данные для санации зоны экологического риска загрязненной территории в г. Серпухове.
Охарактеризованы источники поступления приоритетных органических загрязнителей в реку Москву.
Предложен комплексный метод обезвреживания почв от ПХБ до допустимых уровней.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Результаты экологической оценки территории, потенциально загрязненной ПХБ (г.Серпухов).
-
Направления миграции и деструкции ПХБ в природных условиях на территориях высокого экологического воздействия.
3. Распределение ПАУ, ПХБ, ЭФК и ХОС в воде реки Москвы и
источники их поступления в объекты окружающей среды.
4. Комбинирование химических и фиторемедиационных методов
очистки территорий с высокой концентрацией ПХБ.
Апробация работы
Основные результаты исследований представлены на 4-й международной конференции «Экология промышленных регионов 2014» (Ecology of Urban Areas 2014) (Сербия, 9-10 Октябрь 2014); осенней школе по адсорбции и технологиях окисления для очистки от ксенобиотиков и 2-м съезде «Очистка воды и почвы от загрязнителей» (Autumn school Advanced Adsorption and oxidation techniques for the removal of Xenobiotics and 2-nd workshop on water and soil clean-up from mixed contaminats) (Греция, 12-14 Октябрь 2015); IV Международной конференции «Экологическая безопасность в газовой промышленности» (ESGI-2015) (Москва, 2-3декабря 2015); Международной конференции «Зеленое развитие, инфраструктура и технология» (GREDIT 2016) (green development, infrastructure, technology) (Республика Македония, 31 марта-2 апреля 2016); XI Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 8-10 февраля 2016); 70-й международной молодежной конференции «Нефть и газ 2016» (Москва, 18-20 апреля 2016).
Работа выполнена в рамках Государственного задания № 5.844.2014/К.
Полученные результаты использованы в курсе лекций «Техника защиты окружающей среды».
Публикации
По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ, из них 4 статьи в журналах, рекомендуемых экспертным советом ВАК, 1 статья в зарубежном журнале, индексируемом WoS и SCOPUS, 4 статьи в отечественных научных журналах и 6 статей в сборниках статей международных и всероссийских конференций.
Соискатель является соавтором 1 лабораторного практикума: «Техника защиты окружающей среды» (М.: Издательский центр РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2014.- 47 с.).
Личный вклад автора
На всех этапах работы автор принимал непосредственное участие в постановке целей и задач исследования, выборе объектов и методов, выполнении экспериментов, обобщении и систематизации результатов, формулировке выводов.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и одного приложения. Диссертация выполнена на 159 страницах и содержит 24 таблицы, 45 рисунков, 1 формулу и 1 приложение. Библиографический список цитируемой литературы содержит 215 наименования.
Технологии обезвреживания территорий загрязненных приоритетными органическими загрязнителями
Обширная мониторинговая сеть приоритетных органических загрязнителей в объектах окружающей среды ряда регионов позволяет установить источники поступления и идентифицировать некоторые тенденции распределения этих веществ в объектах окружающей среды.
Широкие исследования проводились в Центральном регионе г. Москвы и Московской области: определялось распределение полихлорированных дибензо-п-диоксинов (ПХДД), дибензофуранов (ПХДФ) и бифенилов [12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20] и ПАУ [21] в почвах города. Была выявлена тенденция к увеличению концентрации исследуемых веществ в почвах региона по направлению от юго-востока на северо-запад и от востока на запад. Так же наблюдается тенденция к уменьшению загрязнения в зависимости от типа территории в последовательности: промышленная зона селитебная территория парково-рекреационная зона селитебно-транспортная зона дворы школ и детских садов. Исследование распределения ПАУ показало преобладание нафталена и фенантрена во всех пробах почвы московского региона.
Мониторинг ПХБ в объектах окружающей среды и растительном покрове Серпуховского района является актуальным вопросом в исторической перспективе [22, 23, 24, 25]. Продолжительный период времени на заводе «Конденсатор», расположенном в городе Серпухове, использовались материалы, содержащие ПХБ, для заполнения конденсаторов. Исследования ученых показывали высокие концентрации ПХБ в пробах почв, воды, растительной и животной продукции [26, 27]. Не смотря на запрет использования ПХБ и их вывод из технологических процессов завода «Конденсатор» (КВАР), эти вещества долгое время обнаруживали в почвах в высоких концентрациях [28]. На основе литературных данных авторы [29] делают вывод, что за период 1991-2006 гг. не было выявлено территорий города не содержащих ПХБ. Так же авторами был сделан вывод о том, что за период исследований в поверхностном слое почвы подверглись разложению 40% ПХБ, однако концентрации этих веществ в районе конденсаторного завода остаются высокими. В период 2001-2008 гг. производились исследования прилегающих территорий завода «Конденсатор», а именно территории кооператива Юрьевка и прибрежных почв ручья Боровлянка, вытекающей с территории завода [30]. Авторами отмечается увеличение содержания ПХБ в почвах кооператива Юрьевка из-за использования воды ручья Боровлянка для полива сельскохозяйственных культур. Исследование уровня загрязнения почв, омываемых ручьем Боровлянка, в период 2002 - 2005 гг. позволило сделать вывод о снижении загрязнения территорий, расположенных выше завода. А более 26% обследованной территории ниже завода по течению ручья Боровлянка относились к экстремально загрязненной (более 100 ПДК).
В 2012 г. было проведено комплексное исследование загрязнения почв 40 субъектов Российской Федерации токсичными органическими веществами, а именно пестицидами и полихлорированными бифенилами [31]. Было выявлено, что уровни загрязнения почв пестицидами многих регионов России превышает ПДК. Мониторинг приоритетных загрязнителей в объектах окружающей среды производится так же на различных стадиях реализации ряда промышленных проектов. Исследование содержания диоксинов и ПХБ производилось в водной акватории Темрюкско-Ахтарского лицензионного участка ООО «НК «Приазовнефть» [32], а на месторождении Приразломное были установлены уровни ПХБ в водной толще (0,52-3,44 нг/л), донных отложениях (0,15- 0,37 нг/г сухой массы) и водных организмах [33]. Исследование загрязнения морских экосистем приоритетными органическими загрязнителями является актуальным вопросом в связи с тем, что порты являются крупными источниками поступления этих загрязнителей в объекты окружающей среды. Так исследование загрязнения крымского полуострова ПХБ в районе бухт Севастопольской и Балаклавской показало, что только в 2-х точках отбора проб установленный уровень загрязнения не превышал ПДК, в то время как в других точках отбора проб загрязнение составило 1,5 – 15 ПДК (Рисунок 1) [34].
Высокие концентрации ПХБ так же были обнаружены в морском порту г. Мурманска (1,7 ПДК) [35]. Источниками поступления этих веществ в приморские бухты могут являться корабельные краски и лаки, в которые добавлялись высокохлорированные ПХБ для ингибирования обрастания корпусов судов, и многочисленные выпуски неочищенных сточных вод, содержащих ПХБ.
Авторами [36, 37] было произведено комплексное исследование района рудника Баренцбург архипелага Шпицберген и обнаружено присутствие нормативных количеств ПХБ в морских водах (1,52 - 1,80 нг/л), донных отложениях (9,45 - 12,1 мкг/кг) и поверхностных водах суши (0,75-0,79 нг/л). Рядом ученых производились мониторинговые исследования Арктического региона и Антарктиды. Загрязнение этих отдаленных регионов, где практически отсутствует деятельность человека и источники воздействия на окружающую среду, показывает опасность использования приоритетных органических загрязнителей в производстве. Исследования о. Греэм-Белл (Архипелаг Земля Франца-Иосифа) показали превышение концентрации ПХБ уровня допустимой концентрации (ДК) в 30% отобранных пробах [38]. Фоновые концентрации ПХБ были обнаружены в атмосферном воздухе Российской Арктики района Чукотки [39, 40], однако по сравнению с другим арктическими станциями эти концентрации являются высокими.
Авторы [41] обнаружили конгенеры ПХБ в воде (46-143 пг/л) и донных отложениях озер (10-634 пг/г) земли Виктории, Антарктика. В исследовании [42] отмечается повышение уровня загрязнения снежного покрова исследуемого региона за последние десятилетия (110-580 пг/л). Авторы [43] установили превалирование низкохлорированных конгенеров ПХБ (78% от суммы обнаруженных ПХБ) в объектов окружающей среды этого региона.
В работе [44] исследовался прибайкальский район, антропогенное воздействие в котором лимитируется в связи с близостью озера Байкал. Авторами делается вывод о незначительном влиянии межрегионального переноса на уровни загрязнения Байкальского региона.
Методика отбора проб, хранения и подготовки к анализу
Фитоэкстракция заключается в поглощении и накапливании в своих тканях загрязняющих веществ из объектов окружающей среды без изменения их химической формулы [181]. Процессы фитостимуляции и фитодеградации заключаются в активации микроорганизмов-деструкторов органических загрязнителей растениями в ризосфере. Процесс фитодеградации загрязняющих веществ так же может происходить в тканях самого растения за счет его собственной ферментативной активности. Фитоиспарение заключается в извлечении загрязнителей из почвы и воды, и последующим поступлением этих веществ в воздух путем испарения с поверхности листьев. Описанные процессы не являются взаимоисключающими и могут происходить одновременно [182].
Не смотря на все достоинства фиторемедиационных технологий их нельзя считать достаточными для ремедиации загрязненных территорий, а стоит применять в качестве заключающего этапа ремедиации для улучшиения качества почв.
Сегодня проводятся только лабораторные исследования или пилотные проекты по рекультивации ПХБ-загрязненных почв, направленные в основном на поиск эффективного вида растения для извлечения этих органических веществ.
Так была исследована эффективность применения таких культур, как кабачки, осока и овсяница [183]; морковь [184]; тыква [185, 186], соевые бобы и кукуруза [187]; тростник и просо [188]; капуста [189], хромолена душистая [190], петрушка и свекла [191]. Обзор результатов исследований разных групп ученых позволил сформулировать следующие тенденции: 1 Отсутствие подавления роста моркови вне зависимости от типа загрязненной матрицы и накопление исследуемых загрязнителей в кожуре моркови. 2 Накапливание ПХБ в корнях растений при исследовании тыквы, соевых бобов и кукурузы. 3 Увеличение ряда энзимов в обрабатываемой почве после фиторемедиации. 4 Кожура моркови и свеклы накапливает конгенеры бифенилов с низким содержанием хлора, в то время как в сердцевине накапливаются преимущественно гексахлорированные бифенилы. 5 Максимальная эффективность очистки почвы от смеси ПХБ достигается при использовании комбинации тыквы, соевых бобов и кукурузы (30 %). Использование тростника и просо позволяет достигнуть эффективности очистки 23% и 28%, соответственно. Исследование других культур показывают низкую эффективность адсорбции ПХБ из почвы (от 2-8 %). 6 Добавление 2,8 % (вес.) биоугля в почвы, загрязненные ПХБ, позволяет снизить концентрацию загрязняющих веществ в корнях выращенных в них тыкв на 77 % и 58 %, соответственно, чем создается барьер для биоаккумулирования токсичных загрязняющих веществ.
Литературный обзор показывает, что проблема загрязнения объектов окружающей среды приоритетным органическими загрязнителями является актуальной во всем мире. Не смотря на запрет использования и производства ряда приоритетных органических загрязнителей, они обнаруживаются в отдаленных регионах, где отсутствует промышленная деятельность, таких как Арктика и Антарктика. Все это обусловливает необходимость мониторинга источников поступления этих веществ в окружающую среду и изучение путей миграции в регионах высокого экологического риска. Особое место занимает проблема загрязнение динамических водных объектов, таких как реки и грунтовые воды, которые играют ключевую роль в миграции этих веществ. Как в России, так и за рубежом (например, г. Серпухов, Московская область; Огайо, США) выделяют территории экстремального загрязнения объектов окружающей среды отдельными приоритетными органическими загрязнителями, например ПХБ. Необходимость обезвреживания таких территорий обусловливается высоким токсическим воздействием этих загрязнений не только на экосистему региона, но и на здоровье местного населения, а скорость деградации в природных условиях не велика. Несовершенства методов термического обезвреживания приоритетных органических загрязнителей, относящихся к классу ПХБ, дали толчок развитию 2-х кластеров новых технологий, таких как восстановительные и окислительные методы деструкции. В то время как восстановительные методы очистки объектов окружающей среды от ПХБ достаточно изучены, окислительные методы находятся в стадии разработки. Недостатками имеющихся химических технологий деструкции при очистке сильнозагрязненных почв являются высокий расход реагентов и катализаторов при применении восстановительных методов и отсутствии испытаний окислительных методов на сильнозагрязненных территориях.
В последнее время широкое развитие приобрели фиторемедиационные технологии обезвреживания ПХБ, которые являются экологически безвредными и экономически выгодными. Однако исследования в основном проводятся на овощных культурах, которые не показывают высокую эффективность очистки. Поскольку овощные культуры сложны в ухаживании и существует риск употребления загрязненных культур в пищу, необходим поиск оптимального фиторемедианта, неприхотливого к уходу и типу почвы, с развитой корневой системой и распространенного в регионе загрязнения.
Литературный обзор технологий очистки загрязненных технологий позволил сделать вывод о необходимости разработки комплексной технологий очистки сильнозагрязненных почв от приоритетных органических загрязнителей, заключающейся в экскавации загрязненных почв, предварительной химической деструкции приоритетных органических загрязнителей и фиторемедиационной доочистке почв, позволяющей восстановить их физико-биологические характеристики.
Исследование миграции ПХБ в окружающей среде в зависимости от степени хлорирования молекулы
Соотношение Flu/(Flu+Py) 0,4 указывает на нефтяное происхождение ПАУ. Соотношение Flu/(Flu+Py) 0,5 указывает на сжигание дерева и угля, а соотношение Flu/(Flu+Py) между 0,4 и 0,5 характеризует сжигание топлива. Соотношение BaA/(BaA+Ch) 0,2 характеризует нефтяное происхождение ПАУ, в пределах 0,2-0,35 – несколько источников загрязнения, а соотношение BaA/(BaA+Ch) 0,35 характеризуют сжигание топлива. Нами показано, что именно использование нефтепродуктов в городе является источником поступления ПАУ в пробы воды, т.к. соотношение Flu/ (Flu+Py) 0,4. Соотношение BaA/(BaA+Ch) (0,47) было посчитано для пробы 2 и соответствует сжиганию топлива, как источника поступления ПАУ в окружающую среду. Из 11-ти анализируемых ХОС только триклозан был обнаружен в точке отбора пробы 4 (Таблица 6 в приложение 1) . Концентрация метоксихлора, мирекса, a-ГХЦГ, g-ГХЦГ, o,p-ДДЕ, p,p-ДДЕ, o,p-ДДД, p,p-ДДД, o,p-ДДТ, p,p-ДДТ, ПХБ 52, ПХБ 101, ПХБ 138, ПХБ 153 и ПХБ 180 были ниже пределов обнаружения во всех отобранных пробах. Структура триклозана схожа с диоксинами, поэтому это вещество проявляет схожие с диоксинами свойствами, такими как устойчивость и возможность к аккумуляции. Период полураспада триклозана в донных отложениях составляет 540 дней по модели QSAR [215]. Из-за использования триклозана в продуктах повседневного применения, это веществ может быть обнаружено в сточных водах городских очистных сооружений. Было установлено, что только незначительная часть триклозана извлекается из сточных вод в процессах очистки, в то время как остальное вещество адсорбируется на шламе или поступает в реку со стоках предприятия. Было обнаружено, что концентрация триклозана в сточных водах, сбрасываемых в водные объекты, варьируется в пределах 42-213 нг/л [100].
В связи с близостью городских очистных сооружений к точке отбора пробы 4 , их можно идентифицировать как основной источник поступления триклозана в объекты окружающей среды. Главной проблемой поступления триклозана в водные объекты является его токсичность по отношению к водным организмам и образование хлорированных дибензо-р-диоксинов в процессе трансформации в анаэробных условиях .
Шесть маркерных конгенеров ПХБ (ИЮПАК № 28, 52, 101, 138, 153 и 180) не были обнаружены в исследуемых образцах воды. Как предполагалось, менее токсичные и низкохлорированные конгенеры ПХБ (ИЮПАК № 42, 45, 49) были обнаружены в воде пробы 3 (таблица 6 в приложение 1). Согласно Shelepchicov et al. [12] высокая концентрация ПХБ в почвах характерна для разных регионов Москвы. Поскольку не существует известных природных источников поступления ПХБ в объекты окружающей среды, источником поступления ПХБ в р. Москву может быть промышленный район, расположенный на берегу р. Москвы рядом с точкой отбора пробы 3, и утечка ПХБ-содержащих жидкостей из трансформаторов и конденсаторов (Рисунок 33).
Среди 7 анализируемых ЭФК только 5 были обнаружены в воде р. Москвы: дибутил фталат (ДБФ), диэтилгексил фталат (ДЭГФ), диизобутил фталат (ди-и-БФ), н-бутилизобутил фталат (н-Б-и-БФ) и пентилбензил фталат (ПБФ) (Рисунок 34).
Концентрация ДБФ и н-Б-и-БФ была на одном уровне во всех отобранных пробах, что показывает фоновый уровень загрязнения р. Москвы, которые не зависит от типа использования береговой зоны. Концентрация ДЭГФ возрастает по течению реки, достигает максимума в точке отбора пробы 2 и уменьшается до уровня пробы 1. Ди-и-БФ был обнаружен только в точках отбора проб 1 и 2. ПБФ был обнаружен только в точке отбора пробы 4. Концентрации ДМФ и ДЭФ были ниже пределов обнаружения во всех пробах. На рисунке 35 показано распределение ПАУ, ХОС, ПХБ и ЭФК в пробах воды по направлению течения р. Москвы. Рисунок 35 - Распределение ПАУ, ХОС, ПХБ и ЭФК по течению реки Москва Концентрация ПАУ варьируется между точками отбора проб. Наибольшие концентрации отмечаются в точках отбора пробы 2 в промышленной зоне рядом с Павелецким вокзалом. Концентрация ПАУ после Павелецкого вокзала постепенно снижается по течению р. Москвы и в точке отбора пробы 4 достигают уровня загрязнения до промышленной зоны (точки отбора пробы 1).
ХОС и ПХБ были обнаружены только в точках отбора проб 3 и 4, соответственно. Суммарная концентрация ЭФК наибольшая в точке отбора проб 2. Суммарная концентрация ЭФК в других точках отбора проб находится на фоновом уровне. Это показывает поступление этих веществ в реку между точками отбора проб 1 и 2. Заключение к главе 4 В г. Москве не было обнаружено территорий с высоким загрязнением приоритетными органическими загрязнителями, концентрации которых превышают ПДК. Хотя ПХБ и ХОС были обнаружены в некоторых отобранных пробах объектов окружающей среды их нельзя назвать приоритетными загрязнителями г. Москвы. В качестве приоритетных загрязнителей г. Москвы можно выделить такие вещества, как ПАУ, которые были обнаружены в высоких концентрациях в реке Москва. Нами были выявлены источники поступления ПАУ.
Анализ загрязнения объектов окружающей среды г. Москвы ПХБ
показывает присутствие ди-, три- и тетрахлорированных бифенилов в почвах и донных отложениях различных регионов вне зависимости от характера использования земель. Три- и тетрахлорированные бифенилы были обнаружены в воде озер. Присутствие только низкохлорированных бифенилов в объектах окружающей среды является индикатором отсутствия утечек жидкостей, содержащих ПХБ, вблизи мест отбора проб. ПХБ были обнаружены также в воде реки Москва в незначительных концентрациях (район Печатники). Выявлены повышенные концентрации ПХБ в юго-восточном регионе г. Москвы варьирующиеся в пределах 180 нг/л в воде р. Москвы и достигая 330 нг/л в воде озера точки отбора «Кузьминский парк» и 262 нг/л в озере точки отбора «Верхние поля».
Установленное фоновое загрязнение р. Москвы ЭФК показывает нарастание проблемы присутствия и накопления этих веществ в водных объектах с точки зрения ухудшения качества водных ресурсов.
Сравнение уровней загрязнения г. Москвы и г. Серпухова приоритетными органическими загрязнителями показывает различие в техногенном воздействии двух промышленных городов. Поскольку в г. Москве не было обнаружено территорий, загрязнение которых превышало ПДК (для ПАУ в водных объектах отсутствуют действующие нормативы) и требующих санации, методы обезвреживания разрабатывались для объектов окружающей среды г. Серпухова.
Исследование влияния условий на эффективность процессов экстракции и окисления ПХБ
Применение фиторемедиационной технологий очистки загрязненных почв позволяет восстановить структуру, плодородие и микробиологическую активность почв. Эксперименты по фиторемедиации ПХБ-загрязненных почв проводили с использованием 3-х типов растений: Aegopodium podagraria (сныть обыкновенная), Dacus (морковь) и смеси Festuca arundinacea, Lolium perenne, Festuca rubra и Poa pratnsis (овсяница тростниковая, райграс пастбищный, овсяница красная, мятник луговой). Выбор этих типов растений обусловливался их устойчивостью к высоким загрязнением почв ПХБ, и как было показано в литературном обзоре - являются эффективными фиторемедиантами ряда органических загрязнителей.
Сныть обыкновенная выбрана для использования в качестве фиторемедианта, поскольку была обнаружена на месте экстремального загрязнения почв г. Серпухова ПХБ и не имела видимых изменений. Сныть относится к многолетним травянистым растениям с ползучим корневищем, преимущественно растет на богатых почвах лесных массивов и распространена по всей европейской части России (рисунок 41).
Не редко сныть относят к сорным растениям из-за ее свойств: быстро прорастать, сложности выкорчевывания из-за развитой корней системы и высокой устойчивости к внешним воздействиям. Корень сныти может достигать глубины почвы в 40 сантиметров и продолжает размножаться даже после механических операций. Примечательно, что концентрация каротина, который обладает липофильными свойствами, в сныти достигает 8 мг%. В качестве сравнения, в моркови содержится до 9 мг% каротина, чем и объясняют свойства этого растения легко адсорбировать органические вещества. Нами было сделано предположение, что характеристики растения сныти позволят использовать ее в качестве эффективного фиторемедианта.
В фиторемедиационных экспериментах с использованием моркови и луговых трав в контейнеры с загрязненной почвой высаживали семена растений (моркови - 6 штук, луговых трав – 40 штук), а при использовании сныти обыкновенной – высаживали корневища (6 штук), отобранные в лесной местности и не содержащие исследуемые вещества.
Семена и корневища растений высаживали в емкости с загрязненной почвой объемом 8,4 л. На протяжении всего эксперимента контролировали влажность почвы на уровне 60 %. Длительность эксперимента составляла месяц. Параллельно осуществляли выращивание выбранных типов растений в почве, не содержащей ПХБ. Контрольный образец - почва, содержащая ПХБ в том же количестве.
Выращивание семян и корневищ производилось в естественных условиях без дополнительного освещения. В почву с семенами вносилось 200 мл минерального удобрения с концентрацией 1г/л каждые 7 дней. Состав комплексного минерального удобрения описан в таблице 23. На первой стадии эксперимента оценивалась всхожесть семян и развитие корней фиторемедиантов и влияние загрязнения почв на подавление роста растений. Было установлено, что морковь чувствительна к высоким концентрациям полихлорированных бифенилов: всхожесть семян моркови составила 0%. Хотя всхожесть семян травы в ПХБ-содержащей почве составила 52,5%, наблюдается сильное подавление и искажение роста этого фиторемедианта (Рисунок 42).
Средняя длина стеблей трав, выросших в почве, не содержащей ПХБ, составила 12,4 см и 3,5 см - корней. Средняя длина стеблей и корней трав, выросших в ПХБ-загрязненной почве, снизилась на 54 и 49 % (5,7 см и 1,8 см) стеблей и корней, соответственно.
В случае использования в качестве фиторемедианта сныти обыкновенной всхожесть клубней составила 100 %. Подавления роста стебля и корневой системы растения не происходит (Рисунок 43).
Несмотря на отсутствие подавления роста сныти, были обнаружены другие изменения в растении: по истечению месяца ремедиации наблюдалось усыхание кончиков листа и уплотнение корневой области растения (нарост) (Рисунок 44).
Такое уплотнение прикорневой части растения может свидетельствовать о преобладании корневой адсорбции загрязняющих веществ в результате диффузионного переноса совместно с веществами естественного транспирационного цикла растения. Фиторемедиационные эксперименты с использованием сныти обыкновенной показали отсутствие подавления роста этого растения в сильнозагрязненных почвах, поэтому в дальнейшем определение эффективности извлечения ПХБ из почвы было установлено только для этого растения (Таблица 24).
В течение 1-го вегетационного периода снытью обыкновенной было адсорбировано 15% ПХБ из загрязненной почвы. В тканях растения происходит накапливание как низкохлорированных бифенилов (ди-, три-, тетрахлорированных бифенилов), так и высокохлорированных (пента- и гексахлорированных бифенилов). Адсорбция гептахлорированных бифенилов биомассой растения не происходит. Улетучивание три- и тетрахлорированных бифенилов с поверхности загрязненной почвы привело к обнаружению этих групп бифенилов в почвах и растения нулевого эксперимента, который производился в непосредственной близости от загрязненных образцов в изолированной емкости. Концентрация ПХБ в сныти превышает концентрацию этих веществ в почве нулевого эксперимента, что указывает на преобладание воздушного поступления этих легколетучих гидрофобных веществ в результате газообмена через устьицу листа.