Л. Д. Пляцук (реферат, вступ, висновки)

Вид материала

Подобный материал:

1 2 3 4

1. об‘єкти дослідження та методики проведення досліджень

1.1. Кліматично-географічні умови проведення досліджень

Місто Суми знаходиться в лісостеповій зоні, на південно-західній окраїні Середньоєвропейської Центральної височини, в основному на правому високому березі ріки Псел – першого притоку Дніпра.

Територія лісостепу в цілому рівнинна, широко хвиляста. Вододіли у вигляді плато, схили сильно порізані ярами, балками. Таке розчленування території відбувалося під впливом водних потоків під час танення льодовика, а також і в значно пізніший період, коли деревна рослинність відступила в знижені місця чи була вирубана, а на відкритій розораній поверхні активізувались руйнівні ерозійні процеси [12].

Протягом року переважають вітри південно-східного й північно-західного напрямків. У холодну частину року (з листопада по квітень) переважають вітри південно-східного напрямку, у теплу частину року (з травня по жовтень) переважають вітри північно-західного, частково західного й південно-західного напрямків.

Середня річна швидкість вітру за даними метеостанції, що перебуває на відкритому місці, складає 4,8 м/с. 70% від всіх випадків вітру в середньому за рік доводиться на штилі й вітри зі швидкістю до 5 м/с включно.

За даними метеостанції Суми найбільші швидкості вітру спостерігаються при вітрах західного, північно-західного й східного напрямків (рис. 1.1).

У середньому за рік за даними метеостанції спостерігається 507 мм опадів. Найбільша кількість опадів випадає в літні місяці, найменше - узимку.

Перехід від одного сезону року до другого відбувається поступово. На Сумщині початок зимового періоду спостерігається в 3 декаді листопада. Середня температура грудня -5С, січня – близько -8С, лютого – біля -6С. Взимку часто спостерігаються відлиги. Зимові опади нерідко можуть випадати у вигляді дощу. Середня дата утворення сталого снігового покриву 15 грудня. Тривалість періоду зі сталим сніговим покривом 90 - 100 днів, середня висота снігового покриву за зиму складає 0,14 м. Середня дата початку сніготанення – 28 лютого. Тривалість сніготанення в середньому становить 19 днів.

Початок весни спостерігається наприкінці другої декади березня, а кінець відбувається в 2 декаді травня. Весна триває близько 2-х місяців. В другій декаді квітня відбувається стійкий перехід середньодобової температури через +10^оС. Навесні на поверхні ґрунту бувають приморозки. Найпізніша дата останнього весняного приморозку припадає на 23 травня, найраніша – на 2 квітня, середня – на 22 квітня.

Рисунок 1.1. – Основні кліматичні показники Сумської області (середні за даним метеостанції Лебедин)

Літо починається в 3-й декаді травня і закінчується на початку вересня, коли середньодобова температура переходить через межу +15^оС в сторону зниження. Літній період триває в середньому 107 днів. Середньомісячні температури літа перевищують +18^оС. Максимальні температури в окремі роки сягають 36 - 38^оС. Протягом літнього періоду випадає 200 - 250 мм опадів. За рік буває в середньому 26 - 30 днів з грозами, які супроводжуються зливами, іноді градом. Нерідко бувають і тривалі бездощові періоди, що призводить до посух.

Початок осені відбувається в 2-й декаді вересня – 1-й декаді жовтня, а кінець – в третій декаді листопада. Загальна тривалість осені близько 50 днів. Перші осінні заморозки спостерігаються 15 вересня, середні – 7 жовтня, найпізніші – 13 листопада [12].

Із загальної кількості опадів приблизно ¾ доводиться на рідкі опади й по 12 - 13% на тверді й змішані.

У середньому за рік спостерігається 160 днів з опадами. Особливо часто опади випадають узимку, але вони переважно дрібні.

У лісостепу Сумщини переважають широколистяні, широколистяно-соснові й соснові ліси, лучні степи і остепнілі луки, болота та заплавні луки.

Ґрунтовий покрив лісостепу склався під впливом характерних для нього природних факторів ґрунтоутворення та їх взаємодії. Це помірно континентальний клімат переважно з нейтральним балансом вологи і періодичним промивним режимом, ґрунтоутворювальна порода — карбонатний льос, розчленований ерозією, широкохвилястий рельєф, польова і лісова рослинність та інтенсивна діяльність людини.

У ґрунтовому покриві південних районів Сумської області переважають сірі лісові ґрунти (рис. 1.2). Підзона сірих лісових ґрунтів знаходиться південніше підзони дерново-підзолистих ґрунтів або північніше вилугуваних чорноземів. А тому північний підтип ясно-сірих лісових ґрунтів за своїми властивостями дуже подібний до дерново-підзолистих, а південний тип темно-сірих ґрунтів — до опідзолених і вилугуваних чорноземів.

При розкладі органічних решток утворюються значно складніші високомолекулярні гумусні кислоти, серед яких значна частина гумінових. Розчинні кислоти нейтралізуються продуктами розкладу лісової підстилки, тому процес опідзолення виражений порівняно слабо і верхній гумусний горизонт формується більш інтенсивно.

Сірі лісові ґрунти збіднені на органічну речовину і вміст гумусу в них складає 1,1 - 1,34%. Реакція ґрунтового розчину змінюється від кислої (рН 5,5) до нейтральної (рН 7). Гідролітична кислотність складає 1,8 мг-екв на 0,1 кг ґрунту. Сума ввібраних основ – 0,28 - 0,34 мг-екв на 1 кг ґрунту, тобто ґрунти мало насичені основами, ступінь насиченості складає 48%. Ґрунти бідні на рухомі форми поживних речовин [19].

Невеликий вміст гумусу, низька насиченість основами, кислотність ґрунту сприяють переходу важкодоступних форм важких металів у легкодоступні, підвищують їх рухомість, а отже, і доступність для рослин [13].

Гідрологічні умови Сумщини характеризуються близьким заляганням ґрунтових вод переважно на глибині 1,8 - 3,2 м. Іноді, особливо в понижених

Рисунок 1.2. Карта ґрунтів Сумської області

місцях, вони підходять до поверхні, зумовлюючи заболоченість великих територій і розвиток болотного типу ґрунтів [11].

Водний режим ґрунтів перебуває у прямій залежності від клімату та рельєфу місцевості. Тип водного режиму напівпромивний і промивний. Зволоження в основному атмосферне, а на понижених місцях – ґрунтове та грунтово-атмосферне.

Накопичення і локалізація рухомих сполук техногенних забруднювачів у ґрунтовому профілі багато в чому залежить від водного режиму ґрунтів. Гідрологічні умови лісостепу зумовлюють самоочищення ландшафту за рахунок водної міграції останніх по профілю ґрунту і елементах ландшафту. Але наявність грунтово-геохімічних бар’єрів, які представлені глейовими та ілювіальними горизонтами, сприяє накопиченню ряду важких металів і затримує їх вимивання в нижчі ґрунтові горизонти.

1.2. Об‘єкти дослідження

1.2.1. Ґрунт, як об‘єкт дослідження

Об’єктом дослідження був район спеціалізованого відвалу фосфогіпсу виробництва фосфорних добрив ВАТ «Сумихімпром» (додаток А), що знаходиться у південній частині Сумської області.

Відвал знаходиться на відстані 1 км від с. Токарі і являє собою яр глибиною 40 м, який умовно можна назвати спеціально обладнаним полігоном, що забезпечує захист атмосфери й ґрунту навколо, хоча захищеність останнього питання досить суперечне (додаток Б).

У районі відвалу переважають сірі лісові ґрунти.

Сірі лісові ґрунти мають ясно виражений сірий гумусовий горизонт. У сірих лісових ґрунтах, виражено певною мірою опідзолювання, тобто верхня частина ґрунтової товщі біліша за іншу та утворюється біляста присипка [12].

Оглинення сірих лісових ґрунтів виражено слабкіше, ніж у бурих лісових ґрунтах, але пересування мулистих часток і нагромадження їх в ілювіальному горизонті відбувається сильніше. Під його впливом у нижній частині генетичного профілю сірих лісових ґрунтів утворюється збагачений мулистими частками ілювіальний горизонт. Сірі лісові ґрунти промиті (хоча й можуть мати глибокий карбонатний горизонт), володіють слабкокислою реакцією; поглинаючий комплекс слабко ненасичений у середній частині профілю.

Сірі лісові ґрунти розвиваються в континентальному кліматі із тривалою холодною сніжною зимою, теплим літом (температура липня 20 - 22°). Кількість опадів коливається від 400 до 600 мм; максимум їх, слабко виражений, доводиться на літній період. Значна частка літніх опадів витрачається на випар і транспірацію. У звичайних рівнинних плакорних умовах літні опади не проникають до рівня ґрунтових вод, і в цей період у ґрунті панує непромивний режим. Під час весняного сніготанення в ґрунти листяних лісів надходить значна кількість вологи й ґрунти промочуються на більшу глибину. Глибоке промочування сірих лісових ґрунтів виявляється у виносі мінеральних і органічних речовин з верхніх горизонтів у нижчі та у формуванні потужних ілювіальних горизонтів.

Сірі лісові ґрунти зустрічаються на різних породах, але найбільш типові представники їх розвиваються на породах, що містять карбонати кальцію: лесовидних покривних суглинках, лесах, карбонатній морені.

В більшості ці ґрунти, які приурочені до схилів, зазнали впливу водної ерозії. На природних цілинних угіддях вони мають до 1,8 - 3,2% гумусу, а освоєні в результаті виснаження — лише 1,5 - 2,5%. У гумусі переважають фульвокислоти.

Для сірих лісових ґрунтів особливо характерне пересування в глибокі частини профілю фракції неповністю усереднених гумати кальцію. У міру проходження крізь ґрунтову товщу гуматів кальцію поступово усереднюються, втрачають рухливість. Рух розчинів відбувається головним чином по тріщинах і порам, що розділяють структурні окремості ґрунту, тому випадання гуматів кальцію відбувається на поверхні структурних грудочок. Більш стійкою формою гумусу є гумати заліза, які накопичуються у верхньому гумусовому горизонті ґрунтів [13].

Одночасно йде утворення фульвокислот, частина яких перебуває у вільному агресивному стані. Ці кислоти розчиняють полуторні окисли (головним чином окисли заліза) і при загальному спадному току ґрунтових розчинів у періоди зволоження в умовах кислого середовища ці з'єднання виносяться з верхніх горизонтів у нижні. У міру нейтралізації та зміні реакції середовища фульвати заліза випадають, у результаті чого на глибині 0,5 – 0,6 м від поверхні формується ілювіальний, збагачений полуторними окислами горизонт[129].

Карбонатний горизонт формується лише на глибині 1,5 - 2 м і більше. З верхньої частини ґрунтової товщі карбонати вилужені, і до глибини 0,5 – 0,8 м ґрунт має кислу реакцію. Повернення карбонатів кальцію у верхній горизонт із плівковою вологою утрудняється сильним висушуванням ґрунту в літній період на більшу глибину за рахунок посиленої транспірації вологи деревною рослинністю. Тому повернення карбонатів кальцію у верхні горизонти ґрунтів здійснюється лише у формі рослинного опаду.

Характеристика сірого лісового ґрунту наведена в табл. 1.1.

Таблиця 1.1 - Морфологічна будова профілю сірого лісового ґрунту (район відвалу фосфогіпсу с. Токарі Сумської області)

НЕ 0 - 0,23 м	Гумусно-елювіальний темнувато-сірого кольору, неміцної зернистої структури з поділом на горизонтальні пластинки. Перехід до наступного горизонту чіткий, добре виражений
I₁h 0,24 - 0,43 м	Ілювіальний, слабо і нерівномірно гумусований, брудно-бурий, плямистий із затіканням гумусу та крем'янки, щільність з глибиною помітно зростає, структура крупногоріхувата і поступово переходить до призматичної, на поверхні структурних агрегатів плівка вмитих колоїдів, перехід до наступного горизонту видно за зміною кольору, структури та щільності
I₂ 0,44 - 0,89 м	Ілювіальний, темно-бурого кольору, важкосуглинистий, дуже щільний, структура призматична, поверхня структурних агрегатів вкрита червоно-бурою колоїдною плівкою та крем'янковою присипкою; перехід поступовий

Продовження табл. 1.1

I₃ 0,9 - 1,19 м	Ілювіальний, бурого кольору, на вигляд вологий, важкосуглинковий, щільний, грудочкувато-призматичної структури, вкритої плівкою колоїдів полуторних оксидів алюмінію і заліза та крем'янки; перехід поступовий
Рі 1,2 - 1,4 м	Слабо-ілювійований лес жовто-бурого кольору, важкого механічного складу, щільність поступово зменшується, структура стовпчаста, на боковій поверхні цих стовпчиків напливи колоїдів, помітні плями закисів заліза та крем'янки; перехід різкий
Рk 1,41 м і глибше	Карбонатний льос палевого кольору, дрібнозернистий, карбонати у вигляді цвілі, прожилок псевдоміцелію, залягають на глибині 1,3 - 1,4 м

Таким чином, хімічні властивості й морфологічний профіль сірих лісових ґрунтів показують, що в них сполучаються два основних ґрунтоутворюючі процеси – гумусонакопичення та опідзолювання, причому більше інтенсивний прояв одного з них супроводжується ослабленням іншого.

1.2.2. Фосфогіпс, як об‘єкт дослідження

Фосфогіпс є багатотоннажним відходом виробництва екстракційної фосфорної кислоти. Твердий відхід утворюється в процесі сірчанокислого розкладу природної фосфатної сировини (апатитів і фосфоритів) і відділенні твердої фази (сульфату кальцію) від розчинів фосфорної кислоти. Реакція йде за наступною схемою:

Ca₅(PO₄)₃F + 5H₂SO₄ = 5CaSO₄ + 3Н₃РО₄ + HF

Осад складається в основному з двоводного сульфату кальцію (CaSO₄2H₂O) і містить домішки фосфату, що не розклався, фосфорнокислих солей і силікатів. Кількісний вміст домішок залежить від мінерального складу вихідної сировини, налагодженості виробництва й справності апаратури, технологічної дисципліни й т.п. (таблиця 1.2)

Таблиця 1.2 – Склад фосфогіпсу в перерахунку на окисли, %

СаО	SO₃	А1₂О₃	Fe₂O₃	Р₂О₅	SiO₂	F	H₂O
30 - 42	44 - 52	0,3 - 5,0	0,2 - 2,0	1 - 4	0,3 - 10	0,1 - 1,0	25 – 40

Сульфат кальцію в процесі кристалізації захоплює у свою структуру різні домішки (важкі метали, фосфор, фтор, рідкоземельні елементи, полуторні оксиди), від чого й одержав свою назву – фосфогіпс [14].

CaSO₄2H₂O являє собою безбарвні кристали, молекулярна маса 172,17, щільність 2320 кг/м³, розчинність у воді – 0,206 кг /100 кг, розчинний у гліцерині.

Дослідження [15] показали, що вміст фтору у фосфогіпсі становить не більше 0,1 - 0,4%. Вологість фосфогіпсу залежить від якості роботи карусельного вакуум-фільтра й коливається від 30 до 40%. Об'ємна вага вологого фосфогіпсу в пухкому стані варіює від 531 до 581 кг/м³ і в середньому становить 556 кг/м³; фосфогіпсу, висушеного до постійної ваги в пухкому стані, - від 508 кг/м³, у середньому 517 кг/м³. Фосфогіпс має специфічний запах, текстура неупорядкована, структура мономінеральна. Малозволожений матеріал представлений грудками, що складаються в пухку масу, з міжгрудковими порожнечами. У висушеному виді це дрібнодисперсний порошок.

За даними ситового аналізу [15], переважаючою фракцією фосфогіпсу є – часточки розміром 1,6∙10^-3 - 0,4∙10^-3 і 0,16∙10^-3 - 0,1∙10^-3 м. Вміст фракцій менше 50∙10^-3 м – 2 - 3%. Питома вага фосфогіпсу, висушеного в природних умовах, становить 2,34∙10^-3 - 2,36∙10^-3 кг/м³, як і в природному двоводному гіпсу. Удільна поверхня коливається від 310∙10^-3 до 350∙10^-3 м²/м.

Гранично припустима концентрація у воді 0,3 м/м³, хоча присмак відчувається вже при концентрації 0,25 м/м³ [18].

Однократне інгаляційне введення дрібнодисперсного матеріалу фосфогіпсу в трахею тварини в дозі 0,05 – 0,1 м викликає катеральний бронхіт, але загибелі тварин не спостерігається [17].

Фосфогіпс відноситися до малонебезпечних речовин (клас небезпеки - IV).

2. дослідження техногенного забруднення сполуками свинцю та кадмію території району відвалу фосфогіпсу

2.1. Розподіл важких металів по профілю

Розподіл важких металів, що надходять на поверхню ґрунту і проникають у його глибину, залежить від багатьох факторів, і, щонайперше, від особливостей самих елементів, фізико-хімічних властивостей ґрунту, характеру та джерел їх надходження в ландшафти, хімічного і гранулометричного складу ґрунтоутворюючих порід, наявності грунтово-геохімічних бар’єрів, дренажу [13-17].

У межах ґрунтового профілю техногенний потік речовин зустрічає ряд грунтово-геохімічних бар'єрів, а саме: ілювіальні горизонти, ілювіально-залізисто-гумусові, ілювіальні кольматовані, карбонатні, гіпсові, солонцеві, а також глейові горизонти. Бар'єрні функції ілювіальних та глейових горизонтів ґрунтів полягають у накопиченні в них ряду мікроелементів навіть в умовах нормального геохімічного фону, який не зазнав впливу техногенних потоків [18].

Глейові та ілювіальні горизонти ґрунту можуть виконувати роль своєрідного грунтово-геохімічного бар'єру, де накопичується ряд металів та інших мікроелементів (мідь, нікель, кадмій, свинець, хром, ванадій, бор). Чимало елементів за таких умов утворює розчинні форми, які складають найбільшу небезпеку для підземних вод і гетерономно-підпорядкованих ландшафтів. Відомо також, що ряд мікроелементів, у тому числі радіоактивні ізотопи, утворюють легкорухомі їх форми на кислих ґрунтах, де переважають окислювальні процеси (підзолисті ґрунти промивного режиму) [139-140].

Фоновий вміст мікроелементів у ґрунтах представляє ту нульову точку відліку, антропогенна зміна показників якої в часі та просторі дозволяє оцінити ступінь локального, регіонального і глобального забруднення ґрунтів. У Сумській області ґрунтова фонова концентрація мікроелементів у сірих лісових ґрунтах складає: для свинцю – 13,5∙10^-6 кг/кг, для кадмію – 0,15∙10^-6 кг/кг [5].

Рівень вмісту забруднюючих речовин у верхніх шарах ґрунтів неминуче є сумою двох складових: природного вмісту та глобального антропогенного надходження. Нашою задачею було виявити антропогенний вплив кадмію і свинцю на ґрунти району відвалу фосфогіпсу.

Природний вміст свинцю в ґрунтах також залежить від його вмісту в материнській породі, але більшість ґрунтів забруднено цим елементом із-за техногенного впливу, особливо їх верхніх горизонтів [11-13].

Для розподілу кадмію по профілю ґрунту характерне домінуюче накопичення його в гумусовому та ілювіальному горизонтах [14]. Винос кадмію за межі ґрунтового профілю невеликий [15, 16].

У кислому середовищі свинець і кадмій можуть накопичуватися у відносно рухомих формах і бути факторами забруднення ландшафтів.

У процесі проведення дослідів був перевірений вміст шкідливих компонентів, таких як кадмій і свинець, які в процесі тривалого зберігання на відкритих площах відвалів твердих відходів можуть мігрувати з фосфогіпсу в ґрунт й, таким чином, впливати на екологічний стан навколишнього середовища. Крім того, у зразках ґрунтів були визначені елементи (Pb, Cd). Паралельно із цим проводився аналіз контрольних зразків ґрунтів, відібраних поза відвалами. Результати аналізу порівнювали із ГДК для ґрунтів, орієнтовно припустимими концентраціями (ОДК) та фоновими концентраціями по тим компонентам, які нормуються і наведені в додатку В.

Розподіл вмісту всіх досліджуваних елементів за профілем сірого лісового ґрунту проходить таким чином, що максимального навантаження зазнають верхні горизонти ґрунту, в яких відбувається їх закріплення.

Підзолистий процес зумовлює зниження концентрацій елементів у підзолистому горизонті і збільшення її в ілювіальному горизонті, що може бути пов’язано з вимиванням його з вищих горизонтів. Крім того, ілювіальні горизонти часто розміщені на межі порід, які піддані процесу оглеєння і є більш важкі за гранулометричним складом, що в свою чергу також сприяє накопиченню в них забруднювачів.

Вміст свинцю у ґрунтах району, що досліджувався, не перевищував ГДК на цей елемент по глибині розрізів (рис. 2.1 - 2.2). Біля відвалу та на відстанях до 200 м у ПнЗ - ПдС та до 100 м у ПдЗ - ПнС напрямках від відвалу концентрація свинцю у верхньому шарі ґрунту (0,3 м) та на глибині 0,5 - 0,9 м вища за фонову. Найбільша концентрація свинцю у гумусовому горизонті – 19,2∙10^-6 кг/кг біля відвалу фосфогіпсу. Далі його розподіл по профілю ґрунту розподіляється стрибкоподібно.

У елювіальному горизонті вміст свинцю зменшувався до 11,9∙10^-6 кг/кг, у ілювіальному спочатку підвищувався, а потім знижувався. Але, разом з тим, вміст елемента поступово знижувався до материнської породи. У материнській породі містилося свинцю удвічі менше, ніж у гумусовому горизонті.

Рисунок 2.1. – Розподіл валового вмісту свинцю за профілем сірого лісового ґрунту у напрямку ПнЗ – ПдС (зразки ґрунту 1 - 10) за результатами досліджень

Рисунок 2.2 – Розподіл валового вмісту свинцю за профілем сірого лісового ґрунту у напрямку ПдЗ – ПнС (зразки ґрунту 11 - 16) за результатами досліджень

Рисунок 2.3 –Розподіл валового вмісту кадмію за профілем сірого лісового ґрунту у напрямку ПнЗ – ПдС (зразки ґрунту 1 - 10) за результатами досліджень

Рисунок 2.4 – Розподіл валового вмісту кадмію за профілем сірого лісового ґрунту у напрямку ПдЗ – ПнС (зразки ґрунту 11 - 16) за результатами досліджень

Вміст кадмію з глибиною ґрунтового профілю також поступово зменшувався. Так на глибині 0,1 м та 0,7 м концентрація цього елемента була в 1,42 - 1,6 раза більше за фонову. Найбільша його кількість спостерігається на поверхні ґрунту у шарі 0,1 м і становила 0,28∙10^-6 кг/кг, що більше за фонову у 1,9 раза, особливо біля відвалу фосфогіпсу. Біля відвалу та на відстанях до 100 м від відвалу концентрація кадмію у верхньому 0,2 м шарі ґрунту та на глибині 0,5 - 0,8 м вища за фонову. Найменший вміст елемента на глибині 0,4 м, 1,10 м і становить 0,05∙10^-3 - 0,07∙10^-3 кг/кг. Вміст кадмію в елювіальному горизонті зменшується в 1,7 раза у порівнянні з гумусовим горизонтом, а в ілювіальному – дещо підвищується. У материнській породі кадмію міститься у 1,6 раза менше, ніж в гумусовому горизонті (рис. 2.3 - 2.4).

Розглядаючи розподіл валового вмісту важких металів вниз за профілем сірого лісового ґрунту, можна сказати, що найбільший вміст досліджуваних елементів зосереджений у гумусовому та ілювіальному горизонтах, де концентрація елементів більша за фонову, що свідчить про антропогенне навантаження токсичними металами ґрунтів району відвалу фосфогіпсу.

Коефіцієнти кореляції кадмію та свинцю знаходяться в межах 0,75 - 0,83.

За результатами досліджень можна зробити висновок, що гумус та ілювіальні горизонти сірих лісових ґрунтів є відповідним бар'єром на шляху потоку шкідливих речовин. У цих горизонтах накопичується їх найбільша кількість.

Верхні гумусові горизонти ґрунтів і підстилка, у першу чергу, зазнають максимального техногенного впливу. Основна частина металів затримується в поверхневому 0 - 0,1 м шарі ґрунту.

У материнській породі на глибині 0,9 - 1,2 м кількість важких металів, у порівнянні з верхнім 0 - 0,1 м шаром ґрунту, різко зменшувалась – для Pb у 1,4 рази, Cd – 1,5.

Вміст свинцю та кадмію у пробах фосфогіпсу спеціалізованого відвалу, що досліджувався, має тенденцію до зменшення по глибині розрізів (рис. 2.5 - 2.6). Це можна пояснити тим, що російські апатити, які використовувалися раніше, у своєму складі мали важкі метали в менших кількостях, ніж зараз.

Більш рівномірно розподілявся за профілем фосфогіпсу кадмій. Його вміст з глибиною профілю твердого відходу поступово зменшується (рис. 2.6).

Вміст кадмію в пробах фосфогіпсу вниз за профілем фосфогіпсу має тенденцію до зменшення. Так на глибині 0,4 м просліджується максимальне накопичення кадмію і до 1,2 м глибини фосфогіпсу змінюється у малих кількостях.

Дані табл. 2.1 показують, що коливання вертикального пошарового розподілу валових форм важких металів незначне. Так, найбільше варіює вміст кадмію у фосфогіпсі, де коефіцієнт варіації склав 60%; найменше свинець – 21,4%.

Рисунок 2.5 – Розподіл валового вмісту свинцю за профілем фосфогіпсу за результатами досліджень

Рисунок 2.6 - Розподіл валового вмісту кадмію за профілем фосфогіпсу за результатами досліджень

Таблиця 2.1 - Статистичні параметри пошарового вмісту валових форм важких металів сірого лісового ґрунту

Елемент	ГДК [80], ∙10^-6 кг/кг	s_min…s_max	Коефіцієнт кореляції
Cірий лісовий ґрунт
Pb	30	4,9  24,7	r = 0,75
Cd	0,5	0,2 0,8	r = 0,83
Фосфогіпс
Pb	1,5	1,06  1,24	r = 0,82
Cd	0,5	0,11  0,25	r = 0,84

2.2. Залежність вмісту важких металів від просочування середовища перебування

Для повного опису процесу забруднення ґрунтів району спеціалізованого відвалу фосфогіпсу необхідне розроблення моделі локального техногенного забруднення, яке викликане складуванням твердого відходу виробництва фосфорних добрив та перенесенням твердих частинок з поверхонь відвалу за сухої погоди.

Водопроникність ґрунтів найтісніше пов'язана з механічним складом, що визначає розмір ґрунтових пор, що, у свою чергу, впливає на швидкість просочування води через ґрунт [17].

Вплив механічного складу ґрунту на його водопроникність представлено в роботах багатьох вчених [12]. Особливий інтерес представляє дослідження зміни витрати води при фільтрації в залежності від вмісту дрібнодисперсних частинок (частинок менше за 2,5∙10^-3 м) у структурних зразках (агрегати 0,1∙10^-3 – 0,2∙10^-3 м) при тиску водного стовпа в 0,02 м. Фільтрація через ґрунт, що містить близько 30% дрібнодисперсних частинок, у 25 разів нижче, ніж через ґрунт із чистих агрегатів. При вмісті в ґрунті 50% дрібнодисперсних частинок швидкість фільтрації падає в 270 разів.

Водопроникність сірого лісового важкосуглинистого ґрунту, що містить 64,57% водомістких агрегатів, у середньому за 4 години спостереження склала 2,57 м/с, а водопроникність такого ж ґрунту зі вмістом 13,2% водомістких агрегатів у ґрунті і її водопроникність була в 5 разів менша, ніж першого.

У процесі проведення дослідів був перевірений вміст дрібнодисперсних частинок фосфогіпсу у ґрунті району відвалу, який може впливати на водопроникність та коефіцієнт фільтрації.

Відбір зразків ґрунту проводили в районі діючого відвалу фосфогіпсу ВАТ „Сумихімпром” (село Токарі Сумського району).

Фізико-хімічні властивості дрібнодисперсних часток фосфогіпсу були визначені методами, наведеними в монографії П. А. Коузова і Л. Я, Скрябіної [18] (табл. 2.2 - 2.3).

Фосфогіпс належить до групи неорганічного матеріалу. Переважають частинки 1,610^-6 – 410^-6 м. Вміст частинок розміром менше 2,510^-6 м складає 9,1%, частинок діаметром 2,510^-6 - 10^-5 м – 20,7%, діаметром більше 10^-5 м – 63,5%. Механічні властивості дрібнодисперсного матеріалу фосфогіпсу представлені в табл. 2.3.

Таблиця 2.2 - Дисперсний склад дрібнодисперсних частинок фосфогіпсу (седиментація в ацетоні)

Діаметр частинок (), х10^-6 м	1,6	2,5	4,0	6,3	10	16	25	35
Вміст частинок більше , % мас	95,1	92,7	83,2	77,7	69,5	57,8	41,3	18,2

Гранулометричний склад ґрунту – один з показників його поглинальної здатності. Він має прямий вплив на закріплення та вивільнення важких металів.

Ґрунти легкого гранулометричного складу мають меншу поглинальну здатність, ніж ґрунти важкого механічного складу, тому небезпека їх надходження в рослини на важких ґрунтах менша. Маючи високу сорбційну здатність і велику питому поверхню, глинисті мінерали відіграють важливу роль в акумуляції, міграції і детоксикації забруднюючих речовин. Збагачені глинистими мінералами ґрунти накопичують значні кількості важких металів. Фіксація забруднюючих речовин знижує їх токсичний вплив на рослини і небезпеку забруднення ґрунтових вод. Але захисна дія фіксації обмежена [6].

Таблиця 2.3 - Механічні властивості дрібнодисперсних частинок фосфогіпсу

Найменування	Чисельне значення
Щільність, кг/м³	2250 - 2320
Насипна щільність (неущільнений стан), кг/м³	410 - 440
Насипна щільність (ущільнений стан), кг/м³	700 - 710
Кут природного відкосу статичний	48 - 49
Кут природного відкосу динамічний	47 - 48
Порозність	0,69 - 0,71
Коефіцієнт ущільнення	1,65 - 1,7
Відносна злежуваність,%	40 - 41,5
Коефіцієнт внутрішнього тертя	0,61 - 0,65
Розривна міцність (злипаємість), Па	854 - 910
Крайовий кут змочування, град	38

У таблиці 2.4 показано коефіцієнт фільтрації ґрунтів з різним вмістом дрібнодисперсних частинок фосфогіпсу.

Найбільша швидкість фільтрації спостерігалася у ґрунті без фосфогіпсу. У міру зростання вмісту дрібнодисперсних частинок у ґрунті швидкість фільтрації різко падає, і при вмісті 70% частинок діаметром менше 10^-6 м вона наближається до нуля.

У районі спеціалізованого відвалу фосфогіпсу нами були проведені дослідження по визначенню водопроникності ґрунту в залежності від його вологості. Вологість сірого лісового ґрунту до заливання в шарі 0,15 м складала 25,5%, після заливання – 27,5%. Водопроникність ґрунту вимірялася за допомогою кілець, що заливалися, конструкції Н. С. Несторова (рис. 2.7).

Таблиця 2.4 - Коефіцієнт фільтрації ґрунтів з різним вмістом дрібнодисперсних частинок фосфогіпсу

Вміст дрібнодисперсних частинок фосфогіпсу у ґрунті, %	Відсотковий вміст частинок розміром < 10^-6 м	Об‘ємна вага ґрунту у повітряно-сухому стані, кг/м³	Напір води, м	Коефіцієнт фільтрації при 10°С, м/с
0	-	1600	0,35	10,6∙10^-6
20	4,24	1570	0,42	0,63∙10^-6
30	5,86	1580	0,31	0,87∙10^-6
50	8,49	1580	0,38	0,11∙10^-6
70	10,47	1580	0,4	0,0001∙10^-6

Рисунок 2.7. Залежність водопроникності ґрунту від його вологості в шарі 0,15 м при заливанні водою на 0,05 м: 1 – перше кільце до заливання; 2 - перше кільце після заливання; 3 - друге кільце до заливання; 4 – друге кільце після заливання.

Після дощування водопроникність ґрунту зменшилася. За 2 години дослідження шар води, що всотався в ґрунт, після заливання в середньому зменшився на 0,1 м, що склало 40% від середньої величини усмоктування до заливання.

З даних, приведених у таблиці 3.5, видно, що при збільшенні вологості поверхневого ґрунтового горизонту з 20 до 45% водопроникність зменшилася в 5 разів.

Blog

Л. Д. Пляцук (реферат, вступ, висновки)

1. об‘єкти дослідження та методики проведення досліджень