CC BY
23
BicHHK ^HinponeipoBCbKoro ymBepcmeTy. Cepia: reo^oria, reorpa^ia Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seria: Geologia, geographia Dnipropetrovsk University bulletin. Series: Geology, geography
Dnipropetr. Univ. Bull. Ser.: Geol., geogr. 2015. 23(1), 152-157. doi: 10.15421/111519 ISSN 2313-2159 print ISSN 2409-9864 online
http://geology-dnu.dp.ua
УДК 574+551.43
Геох1м1чш особливост розподшу важких метал1в у грунтах зони впливу
пщприемств кольорово'1 металургн
О.В. Яковенко, 1.В. Кураева, r.A. КроУк, К.С. Злоб1на
1нститут геохгмИ] мтералоги та рудоутворення 1мет М.П. Семененка НАН
Украти, м. Кшв
Дослвджено грунти зони впливу Костянтишвського свинцево-цинкового комбшату на вм1ст важких метал1в. Визначено ф1зико-х1м1чн1 властивост1 як техногенно порушених грунт1в, так i грунт1в умовно чистих територ1й. Методом стадшних витяжок визначено основн1 фракцп важких металiв у грунтах. Установлено, що в забруднених грунтах метали знаходяться переважно в сорбованш на гвдроксидах, органiчнiй i фжсованш формах. Доведено, що у забруднених грунтах значно тдвищуеться вмкт рухомих форм важких металiв. Методом нормування за еколого-геохiмiчними критерiями оцiнено ступiнь екологiчноï небезпеки забруднення грун™ важкими металами й визначено геохiмiчнi асощацп хiмiчних елеменив. Показано, що за середнiм значенням сумарного показника забруднення ZC дослвджуваш дiлянки в1дносяться до надзвичайно небезпечно1 категорп забруднення.
Ключовi слова: важк метали, Грунт, забруднення, екологш.
Geochemical features of heavy metals distribution in soils under the influence of the non-ferrous metallurgy enterprises
O.V. Yakovenko, I.V. Kuraeva, G.A. Kroik, K.S. Zlobina
Institute of Geochemistry, Mineralogy and Ore Formation of NAS of Ukraine, Kyiv
Objects of researches are soil adjournment under the influence of the non-ferrous metallurgy enterprises. The total maintenance and the maintenance of mobile forms of heavy metalsdefined by means of a method of nuclear adsorption and the spectral analysis. Definition of forms of heavy metals spent with use of a method of consecutive extraction. As a result of researches it is established that the basic source of issue of heavy metals in environment is functioning of svintsovo-zinc industrial complex.
1нститут reoxiMiï, мгнералогп та рудоутворення iMeHi М.П. Семененка НАН Украши, просп. Акад. Палладгна, 34, м. Кшв, 03680, Украша.
M. P. Semenenko institute of geochemistry, mineralogy and ore formation National Academy of Sciences of Ukraine, pr. Akad. Palladina, 34, Kiev, 03680, Ukraine. Tel.: +38-044-501-1520. E-mail: [email protected]
It is established that heavy metals are in soils in residual, sorbed on hydroxides and organic forms. The share of the mobile form makes 16 %. It is shown that the maintenance of mobile forms of metals in the polluted soils exceeds indicators of pure soils. On geochemical indicators define level of pollution of soils. On factor of total pollution an ecological situation in a zone of influence of industrial complex it is estimated as catastrophic (Z = 1,7-104).
Key words: heavy metals, soil, pollution, ecology.
Вступ. Укра!на належить до кра!н iз високим рiвнем iндустрiалiзащ!, що передбачае високу концентращю промислових шдприемств. Даний факт, а також наявнють застаршого устаткування негативно позначаються на екологи. Активний розвиток промисловосп надзвичайно негативно впливае на навколишне природне середовище в цiлому та грунти зокрема. Недосконалiсть нормативно! бази в еколопчнш царинi лише погiршуе ситуащю.
Одним iз найактуальнiших напрямкiв еколопчно! геохiмп е вивчення особливостей розподшу важких металiв (ВМ) в умовах техногенезу та здатносп забруднювачiв надходити у трофiчнi ланцюги [3; 5; 12]. Емюя забруднювачiв, продукованих промисловими шдприемствами, в об'екти навколишнього середовища в сучасних умовах сягае таких обсяпв, що в районах великих промислових центрiв iстотно перевищуе допустимi норми i загрожуе життю та здоров'ю як нинiшнiх, так i прийдешнiх поколiнь [6; 7; 13; 17].
Пщприемства кольорово! металурги - джерело забруднення навколишнього середовища ВМ, а також арчаною i азотною кислотами [4; 9; 11; 15; 16; 20]. Одним iз компонент геосистеми, який формуеться в умовах техногенного впливу, е грунт [8]. На техногенно-забруднених територiях на стан грунпв впливае антропогенний фактор. Проблема еколопчного стану грунтiв - основного багатства Укра!ни -актуальна, тому дослщження еколого-геохiмiчних особливостей техногенно забруднених грунтiв мае важливе соцiально-економiчне значення.
Суть дослщження. Суть роботи - виявлення закономiрностей розподiлу ВМ у грунтах зони впливу шдприемств кольорово! металурги.
Об'екти i методи дослщжень. Об'ектами дослiджень е грунти зони впливу шдприемств кольорово! металурги. Валовий вмют i вмiст рухомих форм ВМ визначали за допомогою методу атомно! адсорбцi! на приладi КАС-115 та ICP-MS-аналiзатора ELEMENT-2 (Шмеччина) [1]. Вмiст металiв у фракщях грунту визначали за методикою [14; 18] (табл. 1).
Таблиця 1
Методика визначення фракцш важких метал1в
Послщовшсть екстракцп Форма Екстрагент, умови екстракцп
1 Водорозчинна H2O+20%C2H5OH
2 Обмшна 1M CH3COONH4
3 Карбонатна 1M CH3COOH
4 Сорбована оксидами Fe, Mn 0,04 HCl+25% CH3COOH (95 °С)
5 Оргашчна HNO3+H2O(90°C)
6 Залишкова HF+HClO4 (3:1)
Оцшку техногенного навантаження проводили за Ю. G. Саетом, зокрема сумарним показником забруднення, коефщентами небезпеки та концентраци [19]. Проби грунту вщбирали вiдповiдно до методики [2].
Результати та Тх обговорення. Ми дослщили грунти як бшя Костянтинiвського свинцево-цинкового комбiнату, так i у межах фоново! дiлянки (табл. 2 — 4, рис. 1).
Рис. 1. Схема розмщення КостянтишвськоТ д1лянки
Таблиця 2
Ф1зико-х1м1чш властивост1 Грунт1в КостянтишвськоТ дыянки_
Тип грунту С % рн Обмшш кат1они, мг-екв/100 г
Н+ Са2+ Mg2+ К+ Ыа+ У Е
Чорнозем звичайний середньогумусний на лесопод1бних суглинках 0,37 6,7 6,9 7,60 1,70 0,24 1,1 17,54
Чорнозем звичайний середньогумусний («Хомутовський степ») 3,6 7,2 7,20 30,10 9,10 0,50 0,90 55
Примтка: У Е - сума поглинених катюшв.
Вмкт м1кроелемент1в у чорноземах запов1дника
Таблиця 3
Тип грунту И, см са 7и Си Со
1 2 1 2 1 2 1 2
Чорнозем 0-20 0,07 0,175 80 21 20 4,5 10 2,0
звичайний 20-40 <0,067 <0,167 50 6 10 5 4,0 <0,7
середньогумусний 40-60 <0,054 <0,159 87 3,6 23 5,5 10,3 <0,8
60-82 <0,055 <0,165 80 2,9 20 5,8 8,3 <0,8
>82 <0,047 <0,157 80 4,2 20 6,1 11,2 <0,8
Примтка: 1 - валовий вмтст; 2 - рухомих форм.
Фiзико-хiмiчнi властивостi грунтiв у зош впливу комбiнату вiдмiннi вщ аналогiчних показникiв умовно чисто! територи (заповiдник «Хомутовський степ»): сума поглинених катюшв значно вища в грунтах заповщника, а у техногенно забруднених грунтах у 10 разiв нижчий вмiст Сорг. Вмiст Са2+ у грунтах заповщно! територi! у 4 рази вищий, нiж у грунтах поблизу комбшату. Ми дослiдили фракци ВМ у грунтах вищезгаданих територш за вiдповiдними методиками [1;18] (рис.2).
ш
«
а •е
н о
Ш
100% 80% 60% 40% 20% 0%
гт м м гт 5 сорбована на пдроксидах;
тч Щ б органiчна;
1 I I I ЕЗ карбонатна;
■ I I 1 ■ обмiнна;
I фасована;
□ водорозчинна
Са 2п Си
Рис.2. Вмiст фракцш важких металiв у Грунтi
Вмiст рухомих форм (обмшно! та водорозчинно!) для кадм1ю становить 16 %, для цинку - 16,3 %, для мщ1 - 14 %, що е показником значно! мпрацшно! здатносп цих елементiв.
Дiапазон забруднення Грун™ Костянтишвсько! дiлянки
Таблиця 4
Втст, мгкг"1 Ко Кс
Показник шт-шах шт-шах шгп-шах
av av av
Cd 60-4000 60-4000 857-57143
1182 1182 16886
Cr 30-400 0,3-4
159 1,6 -
Co 3-80 0,4-2,5 0,2-1,6
8 1 0,7
Ni 10-100 0,1-1,2 0,3-3,1
63,6 0,7 2
Zn 200-10000 2-100 2-100
5263,6 52,6 53
Мп 800-10000 0,5-6,7 1,3-17
3664 2,4 6,1
РЪ 100-10000 3,1-312,5 5-488
4173 130 203
Cu 40-4000 0,7-73 1,6-160
1364 25 0,5
Zc 17145
Примтка: К, - коефщент небезпеки; Кс - коефщент концентрацп; ZC - сумарний показник забруднення.
Вмiст рухомих форм у техногенно забруднених грунтах значно вищий, шж у грунтах фоново! територи [10]. У результат геохiмiчного дослiдження визначено валовий вмют мiкроелементiв у грунтах дiлянки й обчислено коефщенти небезпеки й концентраций а також показник сумарного забруднення (табл. 3). Середнш вмiст ВМ у грунп зони впливу комбшату перевищуе фоновi значення i ГДК (гранично допустиму концентращю) у тисячi разiв.
За коефiцiентом концентрацп видшено геохiмiчну асоцiацiю: Cd (1,7104) >> Pb (203) > Zn (53) > Мп (6,1) (табл. 3). За допомогою значень коефiцiентiв небезпеки видшено таку асоцiацiю: Cd (1182) > РЬ (130) > Zn (52) > Си (25) Мп (2,4) > & (1,6).
3a cepegHiMH 3HaneHH3MH cyMapHoro noKa3HHKa 3a6pygHeHHa ZC = 1,7 104 rpyHTH KocTaHTHHiBCbKo! ginaHKH Mo^Ha BigHecTH go Hag3BHHaÖHo He6e3nenHoi KaTeropii 3a6pygHeHHa, ^o 3yMoBnroe po3bhtok KaTacTpo^inHoi eKonorinHoi cmya^i.
Biichobkii. 3a pe3ynbTa,TaMH gocmg^eHb, npoBegeHHx y Me^ax KocraHTHHiBcbKoi giraHKH, yciaHOBneHO, ^o ocHOBHe g^epeno norpannaHHa Ba^KHx MeramB y HaBKornmHe cepegoBH^e - KoM6iHaT «CBHHe^». YcTaHoBneHo, ^o BM y rpyHTax 3ohh BnnHBy MeTanypriMHoro KoM6iHaTy 3HaxogaTbca b ocHoBHoMy b 3anumKoBiM, cop6oBaHiM Ha rigpoKCHgax Ta noB'a3amM i3 opramKoro ^opMax, a nacrea pyxoMoi $opMH cTaHoBHTb ~ 16 %. noKa3aHo, ^o BMicT pyxoMHx $opM BM y TexHoreHHo 3a6pygHeHHx rpyHTax 3HanHo bh^hh, Hrn y rpyHTax yMoBHo hhcthx TepHTopiM. 3a eKonoro-reoxiMinHHMH noKa3HHKaMH BH3HaneHo piBeHb 3a6pygHeHHa rpyHTiB: 3a noKa3HHKoM cyMapHoro 3a6pygHeHHH eKonorinHy cmya^ro b 3oHi BnnHBy KocTamuHiBcbKoro cbhh^bo-цннкoвoгo KoM6iHaTy BH3HaHo 3K KaTacTpo^inHy.
Biö^iorpa^iMHi nocii.iaHHH
1. Analytical sample preparation scheme of rocks and minerals and trace elements determination in them by mass spectrometry with inductively coupled plasma [Text] / A. I. Samchuk [et al.] // Mineral mag. - 2008. - № 4. - P. 97 - 103.
2. Androsova, N.K. Geological and Environmental studies and mapping [Text] / N.K. Androsova. - M.: RUDN, 2000. - 98 p.
3. Ashraf, M.A. Chemical Speciation and Potential Mobility of Heavy Metals in the Soil of Former Tin Mining Catchment [Electronic resource] / M.A. Ashraf, M.J. Maah, I. Yusoff. - Acess mode: www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3330713/ -Title from the screen.
4. Baran, A. Chemical properties and toxicity of soils contaminated by mining activity [Text] / A. Baran, T.Czech, J.Wieczorek // Ecotoxicology. - 2014. - № 23 (7). -P.1234 - 1244.
5. Chunjie, C. Distribution and pollution of soil heavy metals upland around Pindingshan coal mining area [Text] / C. Chunjie, Z. Jinfeng // Geographical Research. 2014. - 33 (7). - P. 1383 - 1392.
6. Combined pollution of heavy metals and PAHs and its risk assessment in industrial sites of Chenzhou city [Text] / Zhu Gang-hui [et al.] // Geographical Research. - 2012. - № 31(5). - P. 831-839.
7. Distribuyion Pattern of Some Heavy Metals in the Soil of Silghat Region of Assam (India), Influenced by Jute Mill Solid Waste [Text] / Pronil Kumar Bora [et al.] // J. of Chemistry. - 2013. - Vol.7. - P. 812-820.
8. Dynamical variation and improvement strategies of urban agricultural development at the country level [Text] / D. Wang [et al.] // Geographical Research. -2014. - Vol. 33. - № 9. - P. 1706-1715.
9. Ecotoxicological and microbiological characterization of soils from heavy metal and hydrocarbon contaminated sites [Text] / G. Plaza [et al.] // Environmental Monitoring and Assessment. - 2010. - № 163. - P.477 - 488.
10. Forms and migration of Cadmium in soil and soil solution technologically contaminated areas for exaple Pobuzke ferronickel plant [Text] / A.V. Yakovenko [et al.] // Zb. nauk. prac' UkrNDMI NAN Ukraine. - D., 2011. - P. 416 - 428.
11. Fraction distribution and risk assessment of heavy metals in stream sediments from a typical nonferrous metals mining city [Electronic resource] / RZ Li [et al.]. -Acess mode: www.ncbi.nlm.nih.gov/m/pubmed/23745416 / - Title from the screen.
12.Heavy metal pollution and migration in soil-wheay system of different livestock manures agricultural areas [Text] / Y. Bixiong [et al.] // Geographical Research. - 2013. - № 32 (4). - P. 645-652.
13. Ji, W. The advances in research on heavy metals of the surface dust in urban areas [Text] / W. Ji, Zh. Yi-xiu, G. Xiang // Geographical Research. - 2012. - № 31(5). -P. 821-830.
14. Kuznezov, V. A. Stepwise method extractsa in geochemical studies [Text] / V.A. Kuznezov, G.A. Shimko. - M.: Science and technology, 1990. - 65 p.
15. Lee, Ch.-Sh. Distribution of Forms of Heavy Metals in Soils Contaminated by Metallurgical Smelter Emissions [Electronic resource] / Ch.-Sh. Lee, M.-M. Kao. - Acess mode: www.pubfacts.com/detail/15055927/Distribution-of-forms-of-heavy-metals-in-soils-contaminated-by-metallurgical-smelter-emissions - Title from the screen.
16. Multiple Exposure And Effects assessment of Heavy Metals in the Population near Mining Area in South China [Electronic resource] / P. Zhuang [et al.]. - Acess mode: www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3984172/ - Title from the screen.
17. Particle size distribution and health risk assessment of heavy metals in surface dust of Wuhu urban area [Text] / Fang Feng-man, Jiang Bing-yan, Wang Hai-dong, Xie Hong-fang // Geographical Research. - 2010. - № 29(7). - P. 1193 - 1202.
18. Physico-chemical conditions of forms of toxic metals [Text] / A.I. Samchuk [et al.] // Mineral mag. - 1998. - № 2. - P. 48 - 59.
19. Saet, Y.E. Environmental Geochemistry [Text] / Y.E. Saetm, B.A. Revich. -M.: Nedra, 1990. - 335 p.
20. The Influence of soil solution properties on phytotoxicity of soil soluble copper in a wide range of soils [Text] / X. Zhang [et al.] // Geoderma. - 2013. - № 2. - P. 112 -211.
Hadiuwna do редкоnегií 25.02.2015
