Природа имеет удивительную способность к восстановлению, что подтверждает её величие и великолепие. Отличным примером такого уникального восстановительного процесса является самоочищение почвы. Этот поверхностный слой земли играет жизненно важную роль, обеспечивая растения необходимыми веществами для их роста и плодородия.
Какие бывают методы очистки почвы от загрязнения
Ухудшающаяся экологическая ситуация негативно сказывается на состоянии почвы: загрязнение приводит к снижению урожайности и возникновению токсичного эффекта.
Процесс самоочищения почвы позволяет постепенно удалять вредные вещества, однако стоит отметить, что это довольно долгий процесс. К тому же, скорость загрязнения в техногенной среде значительно превышает скорость естественной очистки.
По этой причине активно внедряются технологии искусственного очищения почвы.
Для очистки почвы от загрязнений разработаны различные технологические методы, и новые способы регулярно добавляются к ним. Прежде всего, следует использовать наиболее экологически чистые и безопасные методы, учитывая при этом их эффективность и экономическую целесообразность.
Физические методы очистки почвы
Эти методы применяются для удаления из почвы хлорсодержащих углеводородов, нефтепродуктов и фенолов. Что касается электрохимической очистки, то её работу можно объяснить следующим образом: в процессе протекания электрического тока через почву происходят электрохимические реакции, такие как электролиз воды, электрокоагуляция, электрохимическое окисление и электрофлотация. Степень окисления фенола может достигать от 70 до 90 процентов.
Качественный уровень обеззараживания почвы с использованием электрохимической очистки приближается к 100% (минимум – 95%). Данный метод также способен удалять из почвы такие угрозы, как ртуть, свинец, мышьяк, кадмий, цианиды и другие токсичные вещества.
Однако стоит отметить недостатки данного метода, один из которых – высокая стоимость, составляющая от 100 до 250 долларов за 1 м³ почвы.
Электрокинетическая очистка, в свою очередь, эффективна для удаления цианидов, остатков нефти и производных, тяжёлых металлов и хлорорганических соединений. Метод подходит для очищения глинистых и суглинистых почв, которые имеют частичное либо полное насыщение влагой.
Технология основана на процессах электрофореза и электроосмоса. Данный метод обладает высоким уровнем контроля и воздействия на очистные процессы. Однако для его применения требуется использование химических реагентов или растворов поверхностно-активных веществ.
Эффективность электрокинетической очистки может колебаться от 80 до 99 процентов, а её стоимость составляет от 100 до 170 долларов за 1 м³ почвы.
Процессы и виды самоочищения
Существует несколько механизмов самоочищения, каждый из которых зависит от определённых факторов и состояния грунта.
- Аэробный способ. Этот процесс начинается с образования жирных кислот в почве. На завершающей стадии происходит распад этих кислот с образованием метана, органического спирта и углекислого газа. Если кислорода в почве достаточно, данный процесс протекает незаметно. Однако при ограниченном поступлении кислорода распад жирных кислот может сопровождаться появлением неприятного запаха.
- Анаэробный способ. Этот способ самоочищения возможен только в условиях ограниченного содержания кислорода. Центральное место в этом процессе занимают анаэробные глинистые бактерии, выделяющие в почву аммиак и сероводород.
Механизм самоочищения состоит из трёх ключевых процессов.
- Минерализация. Этот этап происходит как в условиях аэробного, так и анаэробного самоочищения. На этом этапе вредные органические вещества разлагаются, что приводит к возникновению новой структуры.
- Нитрификация. На этом этапе продукты распада окисляются и становятся доступными для усвоения растениями. Процесс нитрификации может происходить только в условиях аэробного самоочищения.
- Гумификация. На заключительной стадии полезные вещества, необходимые для эффективного функционирования почвы, распадаются и преобразуются в гумус.
Рассмотрим, какие вещества и как преобразуются в почве в процессе самовосстановления.
- Углеводы. Эти вещества окисляются и преобразуются в углекислый газ и воду, а затем образуют карбонаты. Различные организмы, такие как микробы, черви и насекомые, используют углеводы в качестве своей пищи.
- Белки. В процессе разложения белков образуются аммиак или азотная кислота, в зависимости от наличия кислорода и его количества в почве. Этот процесс нитрификации важен, поскольку образующиеся вещества кормят растения и микроорганизмы.
- Жиры. Этот элемент может разлагаться исключительно в кислородной почве. В процессе гниения жиров в грунте формируются глицерин, а также серная, сульфатная и фосфорная кислоты.
На основе происходящих процессов самоочищения и распада перечисленных компонентов можно судить о состоянии и степени загрязненности почвы.
Для определения уровня загрязненности почвы в лабораториях также учитываются показатели содержания азота.
Гигиеническое значение
Функция восстановления почвы является одной из самых значимых. Напугает само даже представить масштабы последствий, если такие процессы, как минерализация, распад органических веществ и гумификация, остановятся. Самоочищение почвы необходимо для:
- выведения из почвы опасных веществ;
- снижения количества микробов, бактерий, яиц различных вредных насекомых, включая геогельминтов;
- увеличения пористости почвы и улучшения воздухообмена;
- повышения плодородия почвы через образование гумуса;
- сохранения естественных свойств грунта;
- предотвращения загрязнения окружающей среды.
Загрязнение почвы может не только снизить урожайность, но и привести к экологической катастрофе. Если почва утратит способность к самоочищению, токсичные и канцерогенные вещества, накапливавшиеся годами, быстро распространятся в окружающую среду. Изменение состава и состояния почвы может спровоцировать вымирание различных видов флоры и фауны. Протекающие процессы ухудшения качества воды в водоемах могут привести к исчезновению питьевой воды на планете.
Таким образом, можно заключить, что самоочищение почвы – это уникальная особенность природы, однако человечество должно стремиться минимизировать уровень загрязнения. Ресурсы почвы и её способность к восстановлению не являются бесконечными. Наибольшую угрозу почве представляют промышленные отходы. Если их количество не снизится в ближайшее время, это может привести к серьезным последствиям.
Необходимые условия
Процесс самоочищения почвы зависит от следующих факторов:
- Структуры почвы. Песчаные и суперпесчаные почвы, обладающие крупными воздушными порами, хорошо проницаемы для воздуха и воды, что необходимо для эффективного очищения. Напротив, глинистые и торфяные почвы значительно медленнее очищаются.
- Вспахивание. Регулярная обработка почвы способствует ускорению процесса самоочищения, улучшая аэрацию.
- Бактериальная флора. Если почва значительно загрязнена органическими веществами, процесс самоочищения затрудняется.
- Природные условия. Внешние климатические и экологические факторы, влияющие на состояние почвы.
- Химико-биологическое состояние. Данный фактор охватывает уровень загрязнения и состав почвы.
Способы, от которых почва может очиститься
Для эффективной очистки почвы необходимо наличие следующих веществ:
- кислорода,
- хлора,
- хрома,
- щелочных растворов.
Для ускорения процесса очистки применяются специальные методы, позволяющие обогатить почву этими элементами.
- Электрохимическая и электрокинетическая очистка активно используются для удаления нефти, фенолов, ртути, свинца и других токсичных соединений.
- Методы промывки заключаются в дополнительном нанесении на поверхность веществ, способствующих самоочищению почвы.
- Фитоэкстракция предполагает посев определённых видов растений на загрязнённых участках, что позволяет избавиться от соединений тяжёлых металлов.
- Фиторемедиация – метод, используемый для очистки почвы от нефтепродуктов.
Эти методы находят применение при ликвидации последствий аварий и техногенных катастроф, а также в отраслях промышленности, связанных с переработкой химических веществ. Основная цель – снизить риск экологического вреда.
Очищение почвы происходит как в анаэробных, так и в аэробных условиях.
Анаэробные процессы протекают без использования кислорода, обычно с целью деструкции и сбраживания осадков. Это происходит в две фазы: сначала органические вещества превращаются в кислоты и спирты, которые, в свою очередь, переходят в метан и углекислый газ. Образуются также промежуточные продукты, такие как ацетон, метан, спирт и глицерин.
Анаэробные условия
Чтобы понять важность самоочищения почвы, необходимо изучить анаэробные условия, в которых возникает перенасыщение почвы отходами. Это приводит к увеличению влагоемкости и капиллярности. В ходе нитрификации происходит восстановление нитратов до нитритов, аммиака и оксидов азота. Это явление происходит в условиях нехватки кислорода и способствует повышенному восстановлению почвы. Во время денитрификации атмосферный воздух дополнительно насыщается азотом. Чем быстрее почва очистится от органических загрязнителей, тем быстрее биологические загрязнения могут быть превращены в полезные ресурсы, такие как удобрения или компост. Патогенные микроорганизмы и яйца гельминтов погибают от высыхания, что способствует очищению почвы.
В результате самоочищения образуется гумус — органическое вещество, значительно повышающее плодородие почвы. Это вещество также называют перегноем. Как мы видим, органические компоненты, попадающие в почву в форме загрязнений, постепенно трансформируются в полезные вещества, которые можно использовать как удобрения. Однако жизнестойкие споры не могут превращаться в полезные элементы для почвы. Для образования перегноя в среднем требуется весь теплый сезон до первых морозов. Формирование компоста занимает примерно один-два года. Если в хозяйстве есть куры, их постоянное вмешательство в компост поможет ускорить процесс превращения компоста в удобрение. Использование компоста может значительно повысить урожайность без применения химических соединений.
Мероприятия по охране почвы
Чтобы сохранить качество почвы на уровне, который предотвратит развитие различных заболеваний, необходимо проводить комплекс мероприятий, направленных не только на сохранение, но и на повышение урожайности. Для этого создаются специализированные экспертизы, которые:
- мониторят санитарное состояние почвы;
- осуществляют планировочные мероприятия;
- выполняют гигиеническое нормирование;
- разрабатывают законодательные и технологические санитарно-технические стандарты, способствующие эффективному очищению почвы.
Одним из основных аспектов санитарной охраны почвы является разработка гигиенических норм. Они позволяют оценить, насколько безопасно или опасно то или иное вещество для состояния почвы. Однако следует отметить, что эти нормативы ещё недостаточно развиты — на сегодняшний день разработано лишь 200 таких норм, хотя в почву попадает гораздо больше вредных веществ.
Технические меры нацелены на создание безотходного или маловоодходного производства на предприятиях, а также на максимально возможное снижение уровня загрязнения. Для безопасной утилизации твёрдых отходов необходимо:
- проводить гидролиз;
- строить мусоросжигательные установки;
- создавать заводы для биометрической обработки;
- организовывать компостирование;
- разделять отходы по категориям для дальнейшей переработки.
Эффективность самоочищения почвы значительно снижается, если при современном уровне жизни и производства не проводить переработку отходов и очистку от жидких отходов. Для этой цели выполняются ассенизационные работы или устанавливаются системы канализации. В отсутствие возможности оборудовать дом канализацией, необходимо использовать дворовые уборные, которые, согласно санитарно-гигиеническим нормам, должны располагаться на расстоянии не менее 20 метров от жилых домов. Для предотвращения заражения почвы нужно ежедневно посыпать место вокруг туалета хлорной известью. Если такой меры нет возможности, то рекомендуется хотя бы раз в два месяца устраивать очистку выгребных ям.
Также необходимо обустроить системы дренажа, чтобы отходы поступали в водоёмы, где они могли бы очищаться естественным путём, например, через гидролиз.
Культивирование аэробных и анаэробных микроорганизмов
Одним из способов улучшения состояния почвы является вермикультивирование, т.е. промышленное разведение дождевых червей.
Развитие данного направления связано с возможностью решения множества задач:
- Увеличение плодородия почвы.
- Получение высококачественных удобрений.
- Утилизация органических отходов.
- Выращивание безопасной сельскохозяйственной продукции.
В качестве источников питания для червей используют различные органические материалы. Подкормка дождевых червей проводится каждые 10 дней. Необходимость в добавлении нового корма определяется визуально: почва становится рыхлой и однородной, приобретает приятный земной запах.
Дождевые черви способны быстро и эффективно перерабатывать различные органические отходы, включая сельскохозяйственные и промышленные, превращая их в биогумус (в отходы животных, птиц, растительные остатки, осадки сточных вод и другие отходы). Тестирование на червях позволяет быстро и точно оценить, насколько токсины, содержащиеся в почве, угрожают окружающей среде и здоровью человека.
Вывод
Самоочищение почвы, наряду с вермикультивированием, необходимо для улучшения её структуры, увеличения пористости и воздухообмена, а также для удаления вредных веществ из грунта.
В условиях аэробного разложения органических материалов процессы идут быстрее, тогда как в анаэробных условиях они происходят намного медленнее.
⭕ Аэробные процессы выделяют значительное количество тепла.
⭕ Анаэробные процессы протекают без заметного повышения температуры.
Во время очищения сохраняются природные свойства грунта, достигается рост его плодородия.
Почва содержит воду, питательные вещества и воздух, обеспечивающие жизнь растениям.
Загрязнение почвы может не только серьезно снизить урожайность, но также привести к масштабной экологической катастрофе.
Использование аэробных и анаэробных методов очищения почвы может помочь предотвратить загрязнение окружающей среды.
Важно помнить, что у природы нет границ, поэтому сохранить её можно только совместными усилиями.
