УДК 504.4:628.32

 

М.А.ЗАХАРЧЕНКО, канд.техн.наук, М.Н.РЫЖКОВА, И.А.РЫЖИКОВА, Л.В.МЕЛЬНИК, .А.М.РЫЖИКОВ

 

Украинский научно-исследовательский институт экологических проблем (УкрНИИЭП, Харьков)

 

К ВОПРОСУ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ФИТОТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ РЕМЕДИАЦИИ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПЕСТИЦИДАМИ

 

Розглядається питання ліквідації сховищ непридатних пестицидів та отрутохімікатів з наступною рекультивацією забруднених ґрунтів та поверхневого стоку.

Ключові слова: ПЕСТИЦИДИ, ГРУНТИ, ОЧИЩЕННЯ, ДЕТОКСИКАЦІЯ, ФІТОТЕХНОЛОГІЇ, БІОІНЖЕНЕРНІ СПОРУДИ

Широкое применение пестицидов в сельскохозяйственной практике привело к тому, что все страны так или иначе сталкиваются с проблемами отходов пестицидов. Для развивающихся стран основной проблемой является ликвидация неиспользуемых и пришедших в негодность запасов пестицидов, а также рекультивация прилегающих участков[1].

Источником поступления ядохимикатов в экосистему являются старые склады ядохимикатов, свалки, аэродромы сельскохозяйственной авиации. В Украине в каждом районе имеется 1-2 таких склада. Даже в тех случаях, когда пестициды утилизированы, почвы вокруг складских помещений сильно загрязнены пестицидами и их стойкими метаболитами. Как показали исследования, проведенные в Украине в 2001-2004 гг., концентрация запрещенных хлорорганических пестицидов в почве вокруг недействующих складов может превышать гигиенические нормы в сотни раз. Таким образом, почвы санитарных зон складов ядохимикатов являются источником загрязнения  и нуждаются в очистке. Очистка почв от пестицидов является самым сложным случаем избавления от отходов из-за особенностей и разнообразия как типов грунтов, так и пестицидов.

На сегодняшний момент существует 2 основных направления очистки почв: отделение пестицида от почвы и прямая обработка почв: при этом используется высокочастотное нагревание, электрокинетическая обработка, промывание почв, экстракция растворителями и термическая десорбция. Все эти способы  весьма дорогостоящие.

Объектом наших исследований и практического решения проблемы рекультивации была площадка бывшего склада непригодных и запрещенных химических средств защиты растений и прилегающая территория в с Затишье,  Ширяевского района, Одесской области.

Имеющиеся  запасы смеси химических средств защиты растений были вывезены еще в 2002 г., однако даже кратковременное пребывание на оставшейся территории вызывает ощутимые негативные проявления в самочувствии. На  расстоянии порядка 200 м по прямой был построен 24-х квартирный жилой дом и электроцех. Отмечено, что уровень заболеваемости в данном районе выше, чем в области.

Была поставлена задача очистки почв и имеющегося поверхностного стока с территории .Для оценки степени загрязненности и способности почв площадки к самоочищению были отобраны пробы почв в резистентных точках. Пробы отбирались с глубины 0-5см, 5-20 см, 20-30 см, 30-60 см.

В связи с тем, что на момент проведения работ запас ядохимикатов и пестицидов уже был вывезен, т.е. основной источник загрязнения устранен, определение загрязнение в грунтах проводилось на наличие наиболее стойких форм, с максимальным периодом полураспада – группы хлорорганических пестицидов и симтриазиновых гербицидов. Анализ показал, что основная часть загрязнений сконцентрирована на глубине 0-30 см. Исходя из этого было предложено следующее:

- техническая рекультивация - снятие и перемещение максимально загрязненной толщи грунта, транспортирование и нанесение слоя незагрязненных почв на поверхность перемещенной загрязненной толщи и рекультивируемую территорию, при этом наиболее загрязненная часть грунта (до 0,3 м) и остатки строительных конструкций складируются на наиболее загрязненной части площадки;

- инженерная рекультивация - в основании формируемой загрязненной толщи и перекрывающих незагрязненных грунтов  закладывается дренаж, который отводит загрязненные подземные воды и инфильтрующиеся осадки на очистку в биоинженерные сооружения [2];

- биологическая рекультивация - высадка специально подобранных древесных, кустарниковых и травянистых растений по поверхности захороненных остатков склада и грунтов.

Обоснование принятой схемы инженерной рекультивации. Инфильтрация атмосферных осадков с поверхности через толщу грунтов - основной источник пополнения грунтовых вод. Анализ режимных наблюдений, выполненных в разных регионах для разных природных условий, позволил установить зависимость величин инфильтрации атмосферных осадков на протяжении года через грунты зоны аэрации от ряда  основных режимоформующих факторов: атмосферных осадков, уровня влажности воздуха, мощности почв зоны аэрации (уровня грунтовых вод), влагопроводимости  и особенностей строения толщи зоны аэрации.

На основе обнаруженных зависимостей предложено использовать особенности процесса влаго-солеперенос в системе „грунты - грунтовые (дренажные) воды”. Для обеспечения регулируемого выноса загрязнений (остатки ядохимикатов) на протяжении года из сформированной толщи грунтов зоны аэрации (загрязненные грунты и перекрывающий слой чистого грунта) в дренажные воды непосредственно на участке  складирования  загрязненных грунтов бывшего склада ядохимикатов;

Как правило, процесс переноса влаги в грунтах зоны аэрации на протяжении года может быть схематизирован до двух составляющих: нисходящий поток (инфильтрация) - перенос влаги  в грунтовые воды и восходящий поток (т.н. испарение) - перенос влаги в толще грунтов к поверхности за счет процессов эвапотранспирации. Зависимость характера (направления) этого процесса от природно-климатических условий изложена в ряде работ [3].

Величина питания грунтовых вод (на нашем объекте они перехватываются дренажем, заложенным в основе загрязненной толщи грунтов) на протяжении года рассчитана, исходя из суммы атмосферных осадков за год (Ао) для данного района (496 мм), дефицита влажности воздуха (d) для средней глубины грунтовых вод в зоне складирования загрязненного грунта - 1.5 м. Установлено, что инфильтрационное питание грунтовых вод на протяжении года составляет 4% от Ао, то есть 20 мм/год или 0.0005 м3/сут на 1 м22 сформируется приток дренажных вод 8.2 м3/сут. Этот расход и принимаем для расчета площади биоинженерных  сооружений для очистки дренажных вод, которые выносят загрязнения из толщи грунта, снятого на площадке прежнего склада ядохимикатов. площади участка. Таким образом, из общей площади объекта 15000м

Эффективность удаления пестицидов  в БИС

Пестицид

%   удаления

Источник

atrazine

42

[4]

atrazine

32

[4]

metolachlor

55

[5]

chlorpyrifos

47-65

[5]

metolachlor +atrazine

42

[6]

Simazine, metolaclor

Азот – 80, симазин-60-90

Метолахлор --80

[6]

 

 

Во многих странах для восстановления почв, загрязненных непригодными пестицидами, успешно используют  фитотехнологии.

Фитотехнологии предлагают набор стратегий естественного восстановления загрязненных пестицидами почв и грунтовых вод. Данные методы очистки не требуют больших затрат. Они непригодны для уничтожения больших запасов пестицидов, а наиболее подходящим является использование фитотехнологий на финальной стадии очистки сильно загрязненных областей и для восстановления слабо загрязненных зон вокруг зоны сильного загрязнения.

Одним из наиболее важных аспектов решения этой проблемы является подбор растений, способных расти на загрязненных почвах и при этом накапливать стойкие ксенобиотики в значительном количестве. В мире имеется большой опыт использования способности растений к очистке загрязненных почв. Для сильно загрязненных пестицидами участков наилучший метод - засаживание растениями.

Старые полигоны захоронения пестицидов должны быть эффективно изолированы во избежание поверхностной эрозии, эрозии покровов и для предупреждения поступления загрязнителей в подземные и поверхностные воды. Растительный покров - это многообещающий путь развития стойких покровов, который является очень эффективным для изоляции старых полигонов захоронения пестицидов.

Было обнаружено, что некоторые виды растений способны не только выдерживать наличие, но и поглощать и накапливать в десятки — сотни тысяч раз больше ионов свинца, ртути, цинка или др. токсичных веществ, чем остальные. Это открытие позволило найти простое решение — теперь для очистки почвы необходимо всего-навсего засеять его нужным видом растения, а в конце сезона собрать «урожай» и вывезти на специальное захоронение.

Один из ключевых моментов фиторемедиации – оптимальный состав толерантных видов растений, способных не только выжить в условиях загрязнений, но трансформировать и обезвредить их.

При выборе пород растений необходимо учитывать характер и направление движения ветра, а следовательно, характер выпадения пылевых частиц, распространения запаха. Учитывая, что хвойные растения более устойчивы (особенно в зимнее время) к загрязнению, целесообразно создавать смешанные насаждения. Плодовые деревья и ягодники, несмотря на очень хорошую устойчивость и способность изымать пестициды из почв, воды и воздуха, высаживать не рекомендуется.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что использование комплексного подхода для очистки почв от пестицидов позволит успешно рекультивировать и вернуть в хозяйственное пользование огромные площади земель, ранее считавшиеся безвозвратно утерянными при минимальных эксплуатационных и капитальных затратах.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. В.Д. Чмиль. Накопленные запасы непригодных пестицидов в Украине: тактика утилизации. Фиторемедиационные технологии- метод восстановления загрязненных пестицидами почв.Охрана и оптитмизация окружающей среды. 1990.-256 с.

2.  Захарченко М.А.,Рыжикова И.А., Яковлева Л. І., Опыт эксплуатации биоинженерных сооружений (БИС) типа Constructed Wetlands в Золочеве Харьковской обл. „Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов”. Бердянск, 07-11 июня 2004. Сб. научн. Тр. XII междунар. научно-технич. конф. Х., 2004.,т.3, с.557-561.

3. Захарченко М.А. Обоснование дополнительного инфильтрационного питания при мелиоративном освоении северо-востока Украинской ССР. Авт.реф.дис.к.т.н.Киев, 1989. 23с

4. Van Zwieten L.V., Ayres M., Curran P. // Seeking Agricultural Produce Free of Pesticide Residues. Australian Centre for International Agricultural Research, Canberra, 1998. —P. 349—357.

5.Moore, M. T., Rodgers, J. H. Jr., Smith, S. Jr., and Cooper, C. M. Mitigation of metolachlor-associated agricultural runoff using constructed wetlands in Mississippi, USA.Agriculture, Ecosystems and Environment (Apr 2001) 84 (2): pp.169-176.

6. Moore, M. T., Rodgers, J. H. Jr., Cooper, C. M., and Smith, S. Jr. Constructed wetlands for mitigation of atrazine-associated agricultural runoff.  Environmental Pollution (2000) 110 (3):pp. 393-399.