ТОПЫРАҚТАҒЫ АУЫР МЕТАЛДАР. ТАЗАЛАУ ӘДІСТЕРІ

Ауыр металдар – айтарлықтай атомдық салмағы немесе тығыздығы бар, металл қасиетті (соның ішінде жартылай металдар) химиялық элементтер. Ауыр металдар қазіргі кезде қауіптілік дәрежесі бойынша пестицидтерге орын беріп және көміртектің қостотығы және күкірт секілді кең танымал ластағыштардан озып, екінші орынды алып тұр. Ауыр металдар ластану өнеркәсіптік өндірісте оларды кең пайдаланумен байланысты. Жетілдірілмеген тазалау жүйелерінің салдарынан ауыр металдар қоршаған ортаға түседі, оның ішінде топыраққа, оны ластайды және уландырады. Ауыр металдар аса қауіпті ластағыш заттарға жатады, оларды бақылау барлық орталарда міндетті болып табылады.

Ауыр металл терминінің қырыққа жуық анықтамалары белгілі, және олардың бірде біреуін аса нақтырақ қабылданған деп айтуға болмайды. Сәйкесінше, түрлі анықтамаларға сай ауыр металдар тізімі түрлі элементтерден тұрады. Қолданылатын шарт 50 асатын атомдық салмақ болуы мүмкін, бұл жағдайда тізімге тығыздығына қарамастан ванадийдан бастап, барлық металдар кіреді. Басқа жиі қолданылатын шарт темір тығыздығына (8 г/см³) тең немесе артық тығыздық болып табылады, онда тізімге қорғасын, сынап, мыс, кадмий, кобальт тәрізді элементтер кіреді, ал, мысалы жеңілдеу қалайы секілді элемент тізімге түспейді. Басқа да төменгі шектік тығыздық (мысалы – тығыздық 5 г/см³) немесе атомдық салмақ мәніне негізделген жіктемелер бар. Кейбір жіктемелер асыл және сирек металдарға ерекшелік жасап, оларды ауыр металдар қатарына қоспайды, кейбіреулері түсті емес металдарды (темір, марганец) алып тастайды.

Ауыр металдардың жер қытысына сіңірілуі көбінесе орта реакциясына және жер ерітінділерінде қандай аниондардың артық болуына байланысты. Қышқыл ортада мыс, қорғасын және мырыш көбірек сіңіріледі, ал сілтілі ортада – кадмий және кобальт қарқынды сіңіріледі. Мыс ораникалық лигандалармен және темір гидроксидімен басымырақ байланысады. 1 кестеде жер ерітіндісінің рН байланысты түрлі жер қыртыстарында микроэлементтердің қозғалғыштығы көрсетілген.

Кесте 1.

Жер ерітіндісінің рН байланысты түрлі жер қыртыстарында микроэлементтердің қозғалғыштығы

Ауыр металдар қоршаған ортаның қандай-да бір жаға экологиялық факторы емес. Олар жер минералдары құрамына кіреді және барлығы дерлік әлдеқандай мөлшерде табиғи орталарда және нысандарда болады. Олардың көбі аз мөлшерде барлық өмір түрлерін қолдауға қажетті (микроэлементтер) биогенді элементтер (Сu, Zn, Mn, Mo, Со, Fe және т.б.) болып табылады, бірақ, көп мөлшерде сіңірілген жағдайда, олар өсімдіктерге, жануарларға және адамдарға негативті әсер көрсетеді.

Химиялық элементтің қауіптілік классы элемент қосылысының канцерогендігімен анықталады, элементтің атомдық массасына және оның тұрақсыз қосылыстарының суда ерігіштігіне тура пропорционалды және топырақтағы элементтің шекті рұқсат етілген концентрасциясына кері пропорционалды. Аса қауіптілерге As, Cd, Hg, Se, Pb және Zn кіреді, шамалы қауіптілерге – Co, Ni, Mo, Cu, Cr және Sb, аз қауіптілерге – Ba, V, W, Mn және Sr.

Сынап, кадмий, қорғасын, никель, мыс, мырыш, хром және марганец кең таралған катионды элементтер болып табылады. Кең таралған анионды элементтер - мышьяк, молибден, селен, бор.

Cd, Pb, Cr, Cu, Zn, Hg және As сияқты ауыр металдармен жердің ластануы қиын мәселе болып табылады. Ауыр металдардың кейбір (аса аз) мөлшері топырақта табиғи түрде болады, бірақ біз түрлі жергілікті қайнаркөздерден жерге ауыр металлдадың түсуі арқылы ластануы жайлы айтамыз.

Жерге ауыр металдардың сіңуі көбінесе орта реакциясына және жер ерітіндісінде қандай аниондардың артық болуына байланысты. Қышқыл ортада мыс, қорғасын және мырыш көбірек сіңеді, ал сілтілі ортада – кадмий және кобальт қарқынды сіңеді.

АМ жерде оңай жинақталады, бірақ ауыр еңбекпен және өте баяу шығарылады. Олар экотоксикант болып табылады – биотаға (адамдарды қоса) қауіптілік тудыратын және ағзада жағымсыз өзгерістер мен бұзылыстарды тудыратын заттар.

Табиғи үрдістер есебінен ластанған жерді тазалау (негізінен инфильтрациялық суды қосып шаю) өте баяу жүреді. Ауыр металдардың суда еритін тұздарын жерге қосу олардың миграциясын алғашқы жылы ғана күшейтеді, келесі кезеңдерде олар аз қозғалғыш қосылысқа ауысады және оларды тамыр жайылатын қабаттан шаю шұғыл төмендейді.

Химиялық әдістерге термиялық әдіс, сілтісіздендіру үрдістері, ластаушыларды комплексті қосындыларға байланыстыру және т.б. жатады.

Органикалық заттарды және кейбір түсті металдарды жою үшін, жерді химиялық тұрақтандыру үшін термиялық әдістер қолданылады. Оларды түрлі нұсқада іске асырады: ауада, вакуумда қыздыру, пиролиз және басқалар.

Жерді ластанудан химиялық тазарту кезінде шаю әдісі қолданылады. Беткей-белсенді заттары бар немесе құрамында мықты тотықтырғыш – белсенді оттегі, хлорлы қосындылар, сілтілі ерітінділері бар арнайы ерітінділер дайындалады.

Сілтісіздендіру жерді химиялық тазарту әдісі ретінде келесідей қолданылады: рН 2 тең болатын жағдайда, 10 минут бойы, жерді 2 % тұз қышқылы ерітіндісімен өңдеу. Мышьяк, кадмий, мыс, никель, мырыш және қорғасын тәрізді ластаушылардың мөлшері бұл кезде 86–98 % төмендейді.

Шаю кезінде ерітінділер жерге түсіп, бөлшектер арасындағы барлық қуыстарға тікелей сіңуіне байланысты бұл әдістің тиімділігі жоғары болып табылады. Шаюмен тазалаған соң жер құнарлығын қалпына келтіру керек. Әдістің кемшілігі – жерді хлор қосындыларынан тазалау керек. Кең ауқымды жерді тазалауға бұл әдіс жарамайды.

Special Biological Technology Corp Рессей фирмасы жерді химиялық тазалаудың келешекті әдісін дайындады. Онда тазалау үшін органико-бейорганикалық комплексті қосынды стабилит (stabilite) қолданылады - 93 % гумин қышқылы және құрамында алюминий, темір, кремний оксиді бар бейорганикалық қоспалардан тұратын суспензия. Стабилит өндіруге арналған бастапқы шикізат лингит – разновидность молотого бурого угля, содержащая құрамында 65–71 % көміртегі бар және құрылымы жақсы сақталған ұнтақталған сұр тас көмір түріне жатады. Жер мен суды өңдеу кезінде стабилит ауыр металдардың иондары үшін комплекстүзілдіргіш ретінде қызмет етеді, соның ішінде радионуклидтар. Оны қолданудың оң нәтижелері полихлорланған дифенилдармен ластанған Серпухов ауданының химиялық комбинат маңайында далалық сынау кезінде алынған. Жердің сынақты бөлшектерін реагентпен қопсытып, өңдеген соң, ластаушылар құрамы 2 жылда 20 есе азайған. АҚШ стабилитті өндіру және өткізу үшін SBTC және төрт американдық фирмалардың қатысуымен бірлескен кәсіпорын ұйымдастырылған.

Қазіргі кезде физико-химиялық әдістерге экстракция, фотолиз және флотация кіреді. Экстракция әдісінде экстрагент ретінде көбінесе пропан және су буы қолданылады.

Жерді ауыр металдардан тазалаудың әмбебап әдісі жоқ: әдістің тиімділігі жер қасиеттеріне, онда өсетін өсімдіктердің бейімделу дәрежесіне және басқа да түрлі факторларға байланысты болады. Ластанған бөлшекті өңдеу үшін нақты технологияны таңдау ластаушы қоспалардың химиялық құрылымына және басқа сипаттамаларына байланысты болады.

Жерді ауыр металдардан тазалау бойынша көптеген сұрақтар жеткілікті зерттелмеген, кейбіреулері жерге қолдануға жарамсыз, осының барлығы технологиялық тиімді, экологиялық тұрғыда қауіпсіз жерді тазалау әдістерін зерттеуге бағытталған осы жұмыстың өзектілігін анықтайды.

Қолданылған әдебиеттер тізімі:

1. Джувеликян Х.А., Щеглов Д.И., Горбунова Н.С. Загрязнение почв тяжелыми металлами: способы контроля и нормирования загрязненных почв: учеб. метод. пос. для вузов. Воронеж.: Изд-пол. центр Воронежского гос. универ., 2009. – 6 с.
2. Белопухова С.Л., Сюняев Н.К., Тютюнькова М.В., Химия окружающей среды: Учебное пособие. – М.: Проспект, 2015. – 182 с.
3. Большаков Б. А., Гальпер Е. Я., Клименко Т. И., Загрязнение почв и растительности тяжелыми металлами. – М.: ВНИИИиТЭИсельхоз, 1978. – 16 с.
4. Вадюнина А. Ф., Корчагина З. А. Методы исследования физических свойств почвы. – М.: Агропромиздат, 1986. – 416 с.