Особенности диффузии фосфорорганических поллютантов в почвах района уничтожения химического оружия

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Сельскохозяйственные науки


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 502. 51
П. В. Наумов*, Л. Ф. Щербакова*, Б. В. Серебренников**, А. А. Околелова***
ОСОБЕННОСТИ ДИФФУЗИИ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛЛЮТАНТОВ В ПОЧВАХ РАЙОНА УНИЧТОЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ
*Саратовский государственный технический университет ** ФГУ «33 ЦНИИИ МО РФ»
***Волгоградский государственный технический университет
Исследуется диффузия фосфорорганических токсикантов, образование которых возможно в процессе уничтожения химического оружия, в почвенном профиле серых лесных почв. Особое внимание уделено изучению роли миграции и сорбции токсикантов.
Ключевые слова: миграция, сорбция, фосфорорганические поллютанты, хранение и уничтожение химического оружия.
P. V. Naumov*, L. F. Shcherbakova*, B. V. Serebrennikov**, A. A. Okolelova***
FEATURES OF PHOSPHORORGANIC POLLUTANTS MIGRATION IN THE SOILS OF CHEMICAL
WARFARE AGENTS DESTRUCTION AREAS
*Saratov State Technical University **FGU «33 CNIII MO RF»
***Volgograd State Technical University
Migration of phosphororganic pollutants forming in the process of chemical warfare agents destruction in the grey forest soil profile are considered. Special attention is concentrated on influence of pollutants migration and sorption.
Keywords: migration, sorption, phosphororganic pollutants, chemical warfare agents storage and destruction.
Нами проведены исследования состояния почвенного покрова объекта по хранению и уничтожению химического оружия (ХУХО).
Было заложено два почвенных разреза на расстоянии около 2 км от него, вблизи Сурского водохранилища (ВДХ) на лесных полянах, имеющих уклон в сторону ВДХ. В качестве основных компонентов исследования выбраны: вещество типа Vx, что обусловлено наибольшими запасами именно этого токсичного химиката и метилфосфоновая кислота (МФК), которая является конечным продуктом деструкции, и, одновременно, универсальным маркером [1] присутствия в природных средах всех фосфо-рорганических токсикантов (ФОТ).
В качестве модельных веществ, имитирующих перемещение ФОТ в почвенном профиле предложены пикриновая кислота и глюкоза.
Этот выбор обусловлен близостью величин lg kO/w данных соединений к аналогичным характеристикам выбранных для эксперимента реальных ФОТ (табл. 1). Для подбора имитаторов перемещения ФОТ в почве использован коэффициент распределения в системе «октанол -вода» kO/W, поскольку эта константа определяет сорбцию токсикантов гумусовыми веществами почвы [2].
Предполагается, что именно они играют определяющую роль в селективной локализации
ксенобиотиков в почве. Кроме того, оба предложенных модельных вещества удовлетворяют такому важному требованию как простота и экспрессность определения их количественного содержания в растворе в полевых условиях.
Таблица 1
Значения логарифмов коэффициента распределения органических соединений в системе «октанол — вода»
Соединение lg ko/w
Метилфосфоновая кислота -2,28
Глюкоза -3,30
Вещество типа Vx 2,20
Пикриновая кислота 2,03
Считается, что перемещение и сорбция в почве пикриновой кислоты аналогичны веществу типа Vx, а протекание указанных процессов у глюкозы идентично МФК.
Оценку способности почвы сорбировать токсичные соединения проводили по экспериментально полученным значениям коэффициентов распределения вещества между твердой и жидкой фазами [6] k'-d:
C
Li _ ads
k d
C
конечн
где СаЛ8 — концентрация сорбированного в почве токсиканта, моль/кг (г/кг) — Сконечн — концен-
трация токсиканта в жидкой фазе, прошедшей через 30 см слой почвы, моль/л (г/л).
В результате эксперимента выявлено, что поглотительная способность почв в отношении вещества типа Ух по сравнению с МФК выше в 2,3−2,5 раза для серых лесных почв. Для обоих имитаторов и в насыпных, и в естественных образцах установлено что, отклонение от истинных значений к'-й составляет 0,9−14,7%.
Исследование миграции ФОТ в средах, имитирующих природные, в лабораторных условиях подтверждает идентичность количественных характеристик сорбции реальных токсичных веществ (вещества типа Ух и МФК) и соединений, предложенных для моделирования их поведения в почвенном профиле (пикриновая кислота и глюкоза соответственно).
Следовательно, использование данных веществ в роли имитаторов указанных токсикантов при исследовании процессов движения и локализации ФОТ в естественных условиях позволит адекватно описать характер и особенности их перемещения и сорбции, составить реальную картину миграции ксенобиотиков.
Для определения механизма миграции нами были поставлены полевые опыты с использованием метода «крахмальной метки» и лизиметрический [3]. Эксперимент по методу «крахмальной метки» направлен на то, чтобы выяснить основные пути миграции влаги. На поверхность предварительно насыщенной влагой почвы устанавливали открытую сверху и снизу металлическую «рамку». В нее заливали 1% раствор водорастворимого крахмала, который движется в почве аналогично воде [4−6]. После впитывания раствора последовательно срезали слои почвы и смачивали их раствором йода. В местах, через которые просочился крахмальный раствор, появляется окрашенное в синий цвет пятно, которое можно зарисовать или сфотографировать. Это дает возможность выявить основные пути миграции крахмального раствора в почвах. На рисунке приведена картина путей перемещения раствора в почвах исследуемого объекта.
Из рисунка видно, что раствор распространяется в почвенном профиле неравномерно, значительно выходя за границы рамки на поверхности уже на глубине 15 см, удаляясь от нее на 25−30 см. Отчетливо выделены отдельные, обособленные пути проникновения раствора в нижележащие горизонты. Можно предположить, что наличие в этом месте крупного
глубина, см
Миграция 1% раствора крахмала в профиле серых лесных почв
стабильного почвенного канала, может привести к тому, что значительная часть мигрирующего раствора способна достичь достаточно больших глубин, создавая угрозу загрязнения грунтовых вод.
Лизиметрический эксперимент включает изучение растворов веществ, моделирующих ФОТ [4, 5]. На поверхность почвы помещали рамку, в нее заливали 10 литров раствора модельного соединения (пикриновая кислота, 50 мг/л и глюкоза, 0,8 г/л), который «ловили» на глубине 30 см с помощью лизиметра. После того, как весь раствор профильтровался, лизиметр извлекали из почвы, и определяли объем профильтровавшегося раствора и концентрацию в нем имитатора.
Скорость вертикальной миграции ксенобиотика через почвенный профиль оказалась очень высокой: раствор начал поступать в лизиметр через 2−3 минуты, а через 10−12 минут перемещение прекратилось, весь проникший на данную глубину раствор оказался в лизиметре.
Характер миграции в почвах обоих разрезов оказался идентичен: за быстрым проскоком больших объемов раствора следует высокоскоростная фильтрация. Серые лесные почвы обоих разрезов в ходе эксперимента проявили относительно невысокую склонность к сорбции, что можно объяснить их легким гранулометри-
ческим составом — супесь. Концентрация глюкозы в растворе, находящейся в свободном состоянии на глубине 30 см, снизилась по отношению к начальной на 19% в почве разреза № 1, на 17% - разреза № 2. Эксперимент выявил небольшую способность серых лесных почв обоих разрезов к локализации раствора мигрирующего токсиканта: глубины 30 см достигло около 30% от исходного количества раствора (табл. 2).
Таблица 2
Показатели фильтрации
Причиной небольшой поглотительной способности явилась высокая скорость перемещения раствора модельного соединения, сводящая к минимуму либо полностью исключающая его взаимодействие с почвенной матрицей [6].
Таким образом, можно сделать вывод, что на данных типах почв наблюдается быстрое движение растворов, при этом процессы обмена и необратимой сорбции имитаторов не проявляются.
Главную угрозу природным средам несут быстрые сквозные потоки токсикантов через почвенный профиль. Для предотвращения возможности масштабного загрязнения почв исследуемого района и сопряженных с ними природных сред токсикантами антропогенного происхождения необходимо предусмотреть экозащитные мероприятия в районах объектов ХУХО, например, применение искусственных геохимических барьеров сорбционного типа.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Савельева, Е. И. Определение метилфосфоновой кислоты и ее эфиров как химических маркеров фосфорорга-нических отравляющих веществ / Е. И. Савельева, А. С. Ра-дилов, Т. А. Кузнецова [и др.] // Журнал прикладной химии. — 2001. — Т. 74. — № 10. — 1677 с.
2. Кузнецов, А. Е. Научные основы экобиотехнологии / А. Е. Кузнецов, Н. Б. Градова. — М.: Мир. — 2006. — 504 с.
3. Умарова, А. Б. Применение метода крахмальной метки Дмитриева для исследований переноса воды и растворенных веществ. Масштабные эффекты при исследовании почв / А. Б. Умарова, Е. В. Шеин. — М.: Изд-во МГУ. -2001. — С. 217−222.
4. Роуэлл, Д. Л. Почвоведение: методы и использование / Д. Л. Роуэлл. — М., «Колос», 1998. — 486 с.
5. Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств и режимов почв / под ред. Е. В. Шеина. -М.: Изд-во Моск. ун-та. — 2001. — 200 с.
6. Сметник, А. А. Миграция пестицидов в почвах / А. А. Сметник, Ю. Я. Спиридонов, Е. В. Шеин. — М.: РАСХН-ВНИИФ. — 2005. — 326 с.
Номер разреза Объем, % от внесенного С /С '--'-конечН '-«'-исх
Раствор Глюкоза
1 30 19 0,81
2 28 17 0,83

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой