СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ И ДОННЫХ ОСАДКОВ МЕТАЛЛАМИ Российский патент 1998 года по МПК G01N33/24 

Изобретение относится к экологической геофизике, а именно к способам обнаружения техногенного загрязнения тяжелыми металлами почв и донных осадков и косвенного определения степени загрязнения.

Из известных способов косвенного определения степени техногенного загрязнения в качестве аналогов могут рассматриваться следующие способы.

Способ определения степени загрязнения почв тяжелыми металлами [1], включающий набор контрольных образцов с заранее известными количествами загрязняющего вещества, введение в них биотеста, в качестве которого используют отрезки колеоптилий и/или оснований проростков злаковых культур, последующее измерение параметров биотеста, по данным которого судят о степени загрязнения. Однако данный способ включает несколько трудоемких операций, результаты исследований могут быть получены только через 24 ч.

Известен также способ определения степени загрязнения почв тяжелыми металлами [2] , включающий выращивание непосредственно в почве с внесением в нее органических источников углерода почвенных микроорганизмов и их микроскопирование, в результате которого изменяется структура и состав сообщества микроорганизмов, и по этому изменению судят о степени загрязнения почв тяжелыми металлами. Однако данный способ требует дополнительной подготовки образцов для исследования, значительных затрат времени и может быть осуществлен только в лабораторных условиях.

Известен также способ выявления техногенного загрязнения ландшафтов с глеевой обстановкой /а. с. N 1388798, кл. C 01 N 33/24/, включающий анализ ландшафта перед исследованием и выделением зон разгрузки внутрипочвенных вод, в которых устанавливают участки с ярко-охристой окраской, отбор проб с натеков и пленок на выделенных окрашенных участках, определение в них содержания тяжелых металлов и выявление загрязнения ландшафта по их аномальным содержаниям. Однако данный способ ограничен условиями работы только на водосборной площади, для анализа отобранных проб требуются только лабораторные условия.

Наиболее приближенным аналогом настоящей заявки может считаться известное техническое решение [3] , которое предусматривает выявление углеводородного загрязнения почв методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и включает отбор исследуемого и контрольного образцов, их анализ и сопоставление результатов анализа исследуемого образца с контрольным. Этот способ может быть использован в качестве прототипа, так как имеет то же назначение (выявление загрязнения ландшафта) и ряд технических признаков с заявленным решением. Однако известный способ пригоден лишь для выявления загрязнения углеводородами, а не тяжелыми металлами. Объектом излучения в нем служат сфагновые мхи, а не почвы и донные осадки. Для анализа в прототипе используется сложный лабораторный метод электронного парамагнитного резонанса, а в предлагаемой заявке ведутся экспрессные измерения магнитной восприимчивости грунтов и почв на объекте исследования.

Целью предлагаемого решения является повышение экономичности исследований за счет локализации поиска.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения техногенного загрязнения почв и донных осадков металлами, заключающемся в том, что измеряют характеризующий степень загрязнения параметр на фоновом и исследуемом участках и судят о степени загрязнения по их сравнению, измеряют магнитную восприимчивость почв донных осадков сравниваемых участков и о загрязнении судят, исходя из соотношения:
1,2 - 1,3 - умеренное загрязнение,
1,8 - 2,0 - сильное загрязнение,
где
κ_изм. - магнитная восприимчивость на исследуемом участке,
κ_фон. - магнитная восприимчивость на фоновом участке.

В известной авторами научно-технической патентной литературе способа определения техногенного загрязнения почв и донных осадков металлами, сходного с предлагаемым, не обнаружено. Неизвестно применение свойств магнитной восприимчивости почв и донных осадков для обнаружения загрязнения последних и классификации степени загрязнения. Это позволяет вести поиск источников загрязнения более целенаправленно и значительно снизить материальные затраты.

Изобретение иллюстрируется фиг. 1-6.

На фиг. 1 приведены гистограммы распределения значений магнитной восприимчивости почв, где А - фоновые и зоны слабого загрязнения, Б - зоны умеренного загрязнения, В - зоны сильного загрязнения; на фиг. 2 - модельная почвенно-магнитная схема до начала промышленного освоения территории; на фиг. 3 - почвенно-магнитная схема урбанизированной территории; на фиг. 4 - схема техногенного магнитного загрязнения почв городской территории; на фиг. 5, 6 - почвенные магнитные и геохимические аномалии отдельных участков.

Способ осуществляется следующим образом.

Первоначально на прилегающей территории, находящейся за пределами активного влияния промышленных выбросов /20-30 км/, выбирают фоновый участок, сходный по природным условиям с исследуемым. На нем ведут измерения магнитной восприимчивости почв, грунтов и донных осадков κ_фон. Соотношения пород разной магнитности в % на фоновом полигоне изображены на фиг. 1 А (n - число измерений). На основе этих данных составляют фоновую почвенно-магнитную схему исследуемого района до начала его промышленного освоения (фиг. 2).

Исследуемый участок покрывают сетью профилей, на которых устанавливают пикеты, где ведут измерения магнитной восприимчивости грунтов и почв. На каждом пикете подбирают площадку 10х10 м, где проводят методом конверта пять измерений магнитной восприимчивости: четыре по краям и одно в центре площадки. Из пяти замеров на пикете определяют среднее значение κ_изм. Сопоставление с фоном ведут последовательно по квадратам площадью 0,2 - 1 км². Вычисляют . В зонах, удаленных от промышленных производств (А), магнитная восприимчивость близка к фоновой и = 1,05 - 1,27. В зонах умеренного загрязнения (Б), приближенных к промышленным предприятиям, магнитная восприимчивость значительно превышает фоновые значения и достигает значений, выше 1,3 - 1,8. Соотношение пород разной магнитности в зонах умеренного загрязнения представлено на фиг.1, Б. В зонах сильного загрязнения (В) в непосредственной близости от предприятий - загрязнителей магнитная восприимчивость достигает максимальных значений, > 1,8 - 2,7. На фиг. 1, В представлены соотношения пород разной магнитности на участках интенсивного загрязнения.

По результатам измерений составляют почвенно-магнитную схему исследуемого участка (фиг. 3). Проводят сравнительный анализ схемы магнитной восприимчивости грунтов и почв исследуемого района с фоновой схемой. Схема техногенного магнитного загрязнения, составленная предложенным способом, изображена на фиг.4.

Соотношение почвенно-магнитных аномалий и аномалий тяжелых металлов на конкретных участках иллюстрируется примерами.

Примеры: 1. В северной части Заводского района г. Саратова сосредоточено несколько крупных металлообрабатывающих предприятий. С помощью магнитометрических измерений грунтов и почв здесь установлена крупная магнитная аномалия. Результаты измерений приведены в табл. 1 и на фиг.5.(уч.1).

Геохимическими методами на этой территории выявлена крупная аномалия ртути, свинца, кадмия и никеля, причем контуры почвенно-магнитной и геохимической аномалий имеют очень близкую конфигурацию (фиг. 6, уч.1).

2. В южной части Заводского района г. Саратова геохимическими методами выявлена крупная аномалия никеля, меди и цинка (фиг.6, уч.2). Сильных изменений в магнитных свойствах почв в пределах этой аномалии не обнаружено (табл.2) (фиг.5, уч.2).

Территориально к аномалии прилегают нефтеперерабатывающий и химический заводы, севернее располагаются металлообрабатывающие заводы. Источник поступления тяжелых металлов неясен, но выявляется в значительной степени с помощью предлагаемого способа. Судя по отсутствию сильного магнитного изменения в почвенном покрове, аномалия тяжелых металлов не может быть связана с металлообрабатывающим производством и обусловлена скорее всего химическими производствами.

Изобретение относится к экологической геофизике. Измеряют магнитную восприимчивость почв и донных осадков на фоновом и исследуемом участках и судят о степени загрязнения по их сравнению, исходя из соотношения: 1,2 - 1,3 - умеренное загрязнение; 1,8 - 2,0 - сильное загрязнение, где κ_изм - магнитная восприимчивость на исследуемом участке, κ_фон - магнитная восприимчивость на фоновом участке. Способ повышает экономичность и эффективность экологических исследований. 2 табл., 6 ил.

Способ определения техногенного загрязнения почв и донных осадков металлами, заключающийся в том, что измеряют магнитную восприимчивость почв и донных осадков на фоновом и исследуемом участках, сравнивают их и степень загрязнения исследуемого участка определяют из следующих соотношений:
1,2 - 1,3 - умеренное загрязнение,
1,8 - 2,0 - сильное загрязнение,
где κ_изм.- магнитная восприимчивость на исследуемом участке;
κ_фон.- магнитная восприимчивость на фоновом участке.