ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ СТОЧНЫХ ВОДС ТОРФЯНЫМИ ПОЧВАМИ ЕСТЕСТВЕННЫХ БОЛОТ

Л. К. Мамаева, О. А. Милицына

РосНИИВХ, Екатеринбург

Одним из источников поступления металлов в поверхностные воды являются болотные экосистемы. Естественные болота в силу особенностей условий формирования сами регулируют баланс металлов.

При антропогенном воздействии на болотные экосистемы, в частности при сбросе на них промышленных сточных вод увеличивается поступление металлов на болотные экосистемы. Для оценки взаимодействия металлов с торфяными почвами использован балансовый метод. Суммированием всех поступлений определяется приходная часть металлов, поступивших на болотную экосистему, которая принимается за 100%. Оценка поступления металлов из болотной экосистемы (в процентах) производится путем сопоставления количества металлов, сбрасываемых с болотной экосистемы с количеством металлов, поступивших на бслото.

Болотную воду, которая является неизменным компонентом любой торфяной почвы, рассматривали как водную вытяжку, в которую из торфа переходят элементы, находящиеся в растворенном состоянии. Химический состав болотных вод зависит от растворимости соединений, образующихся при минерализации растительных остатков и от загрязняющих веществ, поступающих извне.

Для изучения взаимодействия металлов с торфяной низинной почвой проведены лабораторный и полевой эксперименты. При составлении баланса металлов в торфяных почвах использовали статьи прихода: в лабораторном эксперименте поступление металлов со сточными водами, в полевых условиях — с атмосферными осадками, с фоновым поступлением и со сточными водами; статьи расхода: вынос металлов с фильтратом и с урожаем растений.

При сбросе сточной воды объемом 45 литров, фильтрат составил 10,6 литров. Со стоками в почву поступило 616,4 г/га хрома. Вынос хрома с фильтратом составил 25,5%, вынос с урожаем — 2,6%. Незначительный вынос хрома с фильтратом обусловлен малоподвижностью и инертностью этого элемента при pH среды до 7,85. Поступление меди со сточными водами составило 1,47 мг. Вынос с фильтратом — 60,2%, вынос с урожаем растений — 56% от поступившего. Высокая подвижность меди обусловлена близкой к нейтральной реакцией водно-почвенной среды. Со сточными водами поступило 1,72 мг марганца. Вынос с фильтратом марганца составил 53% от поступившего. С урожаем растений вынесено 172%. Высокий процент выноса марганца обусловлен, вероятно, тем, что марганец относится к подвижным элементам: он не образует прочных соединений с органическими веществами. Со сточными водами поступило небольшое количество никеля — 0,28 мг. Содержание никеля в фильтрате составило 26,6%. Больше вынесено никеля с урожаем растений — 77,6%. В составе сточных вод, сбрасываемых на торфяную низинную почву, поступило 4,22 мг цинка. Вынос цинка с фильтратом составил 134%. С урожаем растений вынесено 163%. Кроме цинка, поступившего со сточными водами, в фильтрате, вероятно, присутствует цинк, вымытый из торфяной низинной почвы. В сточных водах самое низкое содержание кадмия: на торфяную низинную почву поступило всего 0,226 мг. Вынос кадмия с фильтратом 18%. Больше кадмия вынесено с урожаем растений — 58%. Остальной кадмий, вероятно, поглощен торфяной почвой, чему способствовали связь кадмия с органическим веществом при благоприятных условиях водно-почвенной среды.

В естественных условиях с осадками поступило металлов (в % от общего поступления): 3,98 марганца, 3,47 цинка, 2,28 меди, 1,5 железа, 0,25 хрома.

Фоновое поступление металлов незначительное и составило, в %: марганца железа 0.86, никеля 0.48, меди 0.4, кадмия 0.2, цинка 0,14, хрома 0,06. Наибольшее количество металлов поступило с промышленными стоками, что в процентном отношении составило: хрома, кадмия, никеля 99,7%-99,5 %, железа, меди — 97,6-97,3%, цинка 96,4%, марганца — 91,2%. Вынос металлов с болотной экосистемы распределяется следующим образом: с болотной водой вынос составил, в %: Мп — 144, Fe — 114, Ni — 108, Zn — 43, Си — 34, Cd — 27, Cr — 13; с урожаем болотных растений, %: Мп — Си — 18.3, Fe — 18, Zn — 8,5, Ni — 4,9, Cd — 2,9, Cr — 0,11.

Установлено, что вынос марганца, никеля и железа составляет свыше 100% по сравнению с поступившим на болото. Поступление марганца отмечено с осадками, со сточными водами и фоновым стоком. Условия воднопочвенной среды способствуют подвижности марганца, вероятно, этим и обусловлено самое высокое содержание марганца в болотной воде и в урожае болотных трав. Никель в условиях среды, близкой к нейтральной не связывается гуминовыми кислотами и потому может мигрировать, чем и обусловлено высокое его содержание в болотных водах. Незначительную часть никеля (16%)составил вынос с урожаем. Отмечено присутствие железа в осадках, поступление с фоном и со сточными водами. Достаточно высокое количество железа присутствует в торфяных почвах и природных болотных водах. Благодаря способности железа мигрировать с коллоидными частицами железо преобладает в расходной части баланса. Около 18% железа составил вынос его с урожаем.

Низкое содержание (%) в расходной части баланса металлов: хрома — кадмия — 30,1, цинка — 51,6 и меди — 52,8 позволяет предположить, что большая часть металлов, поступивших на торфяную почву, поглощена ею или растительным покровом, сформировавшимся по ходу потока сточных вод.

Таким образом в экспериментальных условиях, где рассматривается один антропогенный фактор — поступление со сточными водами для таких металлов как хром, кадмий и железа преобладающей является приходная часть баланса. При этом поступление металлов (мг) распределяется следующим образом: Fe — 13,9, Cr — 7,5 , Zn — 4,2, Мп — 1,7, Си — 1,47, Ni — 0.29, Cd — 0,23, ; вынос, мг, (%): Zn — 12,54 (297%), Мп — 3,9 (225%), Си — 1,7 (116%), Ni — 0,3 (104%), Fe — 11,6 (84%), Cd — 0,17%), Cr — 2,12(28,1%).

В естественных условиях в приходной части баланса металлы (кг/га) распределяются следующим образом: Сг — 479,5, Zn — 350,4, Fe — 161,3, Mn — 51, Си — 24,56, Ni — 14,4, Cd — 4,8, в расходной части баланса, кг, (%): Мп — 98,4 (192%), Fe — 213 (132%), Ni — 16 (112%), Си — 13 (53%), Zn— 181 (52%), Cd — 1,4 (30%), Cr —63 (13,6%).