Обычные твердые бытовые отходы крупного современного города содержат более 100 наименований токсичных соединений. Среди них - красители, пестициды, ртуть и ее соединения, растворители, свинец и его соли, лекарства, кадмий, мышьяковистые соединения, формальдегид, соли талия и др. Особое место среди твердых отходов занимают пластмассы и синтетические материалы, они не подвергаются процессам биологического разрушения и могут длительное время (десятки лет) находиться в объектах окружающей среды. При горении пластмасс и синтетических материалов выделяются многочисленные токсиканты, в том числе полихлорбифенилы (диоксины), фтористые соединения, кадмий и др.
Промышленные отходы, как и твердые бытовые, разнообразны по химическому составу. Особенно опасны отходы химической и нефтеперерабатывающей промышленности и биохимических производств, имеющих дело с высокотоксичными химическими элементами и соединениями, бактериями и вирусами. К таким химическим элементам относятся прежде всего тяжелые металлы, ввиду того, что они не подвержены биохимическому разложению и легко проникают в организм человека и пищевую цепь.
Наибольшую опасность представляют жидкие промышленные стоки, которые характеризуются высокими концентрациями многих токсичных веществ и могут проникать в гидрографическую сеть и подземные воды, загрязняя их и отрицательно влияя на почвенно-растительный покров. Одним из наиболее распространенных компонентов жидких отходов являются нефтепродукты.
Не менее опасны сточные воды и фекальные стоки промышленных зон. Снижение негативного воздействия таких сточных вод на окружающую природную среду является важной проблемой всех урбанизированных территорий. Особая опасность в этом случае связана с бактериальным загрязнением среды обитания и возможностью вспышек различных эпидемических заболеваний.
Учитывая нерешенность многих базовых проблем, связанных с вывозом и утилизацией всех видов отходов, можно с уверенностью сказать, что в настоящее время любой город находится практически на пороге биологического и бактериологического отравления своими же отходами. И, в первую очередь, любая авария на очистных сооружениях, системах водо- и теплоснабжения, систематический невывоз мусора или его утилизация на неприспособленных для этого полигонах приводят к распространению вредоносных бактерий, ведущему к резкому увеличению граждан, пораженных инфекционными заболеваниями желудочно-кишечного тракта, ассоциированных с дисбактериозом кишечника.
К числу обязательных этапов в управлении отходами относятся: программы по снижению объемов образования отходов; широкое внедрение вторичного использования фракций отходов, обладающих потребительскими свойствами; использование соответствующих фракций отходов в качестве сырья для производственных процессов; извлечение и использование энергетического потенциала отходов; захоронение остатков отходов, не обладающих никакими полезными свойствами, на экологически нейтральных полигонах.
Следует отметить, что, как и на всех мусоросжигательных заводах мира, происходит накопление сотен тонн токсичной золы и тысячи тонн супертоксичной пыли. Проблема их переработки в мире не решена. В связи с этим, концентрация переработки отходов в отдельных районах города вызывает негативную реакцию у населения и экологически ориентированных организаций и создает дополнительную социальную напряженность в городе.
За редким исключением пригородные полигоны производят подавляющее психологическое впечатление, отравляют атмосферу и гидросферу, губят растительный покров, формируют неблагоприятную жизненную среду.
При хранении все отходы претерпевают изменения, вызванные как внутренними физико-химическими процессами, так и влиянием внешних условий, в том числе - колониями эндогенных. В результате этого могут образовываться как новые экологически опасные вещества, так и новые виды микроорганизмов, которые представляют серьезную угрозу для окружающей природной среды и здоровья горожан.
Наиболее опасным считается фильтрат, формирующийся в теле свалки при взаимодействии отходов с инфильтрующимися атмосферными осадками. Фильтрат содержит многочисленные компоненты распада органических и минеральных веществ. В результате многочисленных данных установлено, что сроки выхода фильтрата в зависимости от гидрогеологического строения участка могут колебаться от 1 (для песчаных) до 25 (для глинистых фунтов) лет после захоронения отходов на свалках. Загрязнению фильтратом особенно подвержены зоны активного водообмена, приуроченные к верхней части разреза, и прежде всего фунтовые воды.
До последнего времени при организации свалок основную роль играли факторы, учитывающие интересы, главным был принцип экономии средств, в связи с этим многие объекты расположены в отработанных карьерах и других неиспользуемых землях. Основная масса объектов находится в критическом или потенциально опасном состоянии.
Основные направления в области сокращения объемов производства и наращивания объемов утилизации отходов следующие: повышение эффективности контроля за образованием, размещением и утилизацией отходов; создание единой для города и области системы учета перемещения, сортировки, размещения, утилизации, переработки отходов производства и потребления; совершенствование системы стимулирования управления отходами, в том числе развитие малоотходных производств; совершенствование технологии сбора и вывоза мусора и отходов; наращивание мощностей наиболее эффективных предприятий по переработке вторичного сырья, мусороперерабатывающих заводов, полигонов, мусороперегрузочных и мусоробрикетирующих станций; увеличение количества хорошо обустроенных свалок, реконструкция, ликвидация и последующая их рекультивация.
1.3. Влияние тяжелых металлов на растения
Химический состав растений, как известно, отражает элементный состав почв. Поэтому избыточное накопление тяжёлых металлов растениями обусловлено, прежде всего, их высокими концентрациями в почвах (в данном случае -- в прилегающих территориях свалки). В своей жизнедеятельности растения контактируют только с доступными формами, количество которых, в свою очередь, тесно связано с буферностью почв. Однако способность почв связывать и инактивировать тяжёлых металлов имеет свои пределы, и когда они уже не справляются с поступающим потоком металлов, важное значение приобретает наличие у самих растений физиолого-биохимических механизмов, препятствующих их поступлению.
Механизмы устойчивости растений к избытку тяжёлых металлов могут проявляться по разным направлениям: одни виды способны накапливать высокие концентрации тяжёлых металлов, но проявлять к ним толерантность; другие стремятся снизить их поступления путем максимального использования своих барьерных функций. Для большинства растений первым барьерным уровнем являются корни, где задерживается наибольшее количества тяжёлых металлов, следующий - стебли и листья затем органы и части растений, отвечающие за воспроизводительные функции. Уровень накопления тяжёлых металлов разными растениями в зависимости от их генетических и видовых особенностей при одинаковом содержании тяжёлых металлов в почвах.
Отмечаются случаи, когда разные виды, произрастающие на одинаково загрязненной почве, содержали различное количество тяжёлых металлов. Данный факт, по-видимому, обусловлен присущим всем живым организмам внутривидовым полиморфизмом, способным проявить себя и при техногенном загрязнении природной среды. Это свойство у растения может стать основой генетически - селекционных исследований с целью создания сортов с повышенными защитными возможностями по отношению к избыточным концентрациям тяжёлых металлов.
Несмотря на существенную изменчивость различных растений к накоплению тяжёлых металлов, биоаккумуляция элементов имеет определенную тенденцию, позволяющую упорядочить их в несколько групп:
1) Cd, Cs, Rb - элементы интенсивного поглощения;
2) Zn, Mo, Cu, Pb, As - средней степени поглощения;
3) Mn, Ni - слабого поглощения;
4) Se, Fe, Ва - элементы, труднодоступные растениям.
Поступления тяжёлых металлов в растения могут проходить через некорневое поглощение из воздушных потоков. Оно имеет место при значительном выпадении металлов из атмосферы на листовой аппарат, чаще всего вблизи крупных промышленных предприятий. Поступление элементов в растения через листья (или фолиарное поглощение) происходит, главным образом, путем неметаболического проникновения через кутикулу. тяжёлые металлы, поглощенные листьями, могут переноситься в другие органы и ткани и включаться в обмен веществ.
Токсичность тяжелых металлов связана с их физико-химическими свойствами, со способностью к образованию прочных соединений с рядом функциональных группировок на поверхности и внутри клеток.
Таким образом, действие металлов на растительный организм зависит от природы элемента, содержание его в окружающей среде, характера почвы, формы химического соединения, срока от момента загрязнения. Формирование химического состава растительного организма определяется биохимическими особенностями различных видов организмов, их возрастом и биохимическими закономерностями связи между элементами в организме. Содержание одних и тех химических элементов в различных частях растений.
Важную роль в защите растений от избытка поступающих из почвы в корни ТМ выполняет корневая система. Задерживая избыточные ионы, корни тем самым способствуют сохранению в наземных органах невредных (благоприятных) концентрации химических элементов.
Связывание ТМ органическими соединениями не всегда означает перевод в малоподвижное состояние. Отмечается, что некоторые комплексы ТМ с органическими лигандами способны проходить через мембраны легче, чем ионы этих металлов, и затем внутри клетки распадаться.
При сильном загрязнении среды обитания поток ТМ становится столь большим, что может наблюдаться повышенное содержание их не только в вегетативных органах, но и в органах запаса ассимилятов. Растения выглядят угнетенными (хлорозы, некрозы), снижается их продуктивность. Это указывает на нарушение течения метаболических процессов. При очень сильном загрязнении среды обитания растения прекращают развитие, гибнут.
Растения загрязняются также с поверхности в результате оседания из воздуха на листья и стебли металлосодержащих частиц. Поверхностное загрязнение может быть значительным.
Накопление ТМ растениями, произрастающими на загрязненных почвах, в значительной степени зависит от уровня загрязнения. Однако сильная прямая корреляция между этими показателями обнаруживается не всегда, поскольку поток ТМ из почвы в растения определяется не только валовым содержанием, но и концентрацией в почве их подвижной формы, что тесно связано с химическим составом техногенных выбросов, защитными (буферными) возможностями почвы. Свинец в растения в основном поступает через корни, тем не менее, он способен поглощаться и через листья. Накопление атмосферного свинца у растений свалок может достигать 40% от его количества в растениях. Основное количество свинца сосредоточено в вегетативных органах, тогда как в репродуктивных органах накапливается 4-7% от его количества в растениях.
Под влиянием марганца целый ряд почвенных микроорганизмов, участвующих в усвоении растениями атмосферного азота, усиливают свою активность.
Среднее содержание марганца в растениях равно 0,00 1%. Марганец служит катализатором процессов дыхания растений, принимает участие в процессе фотосинтеза. Марганец входит в состав либо является активатором ряда ферментативных систем; регулирует отношение железа, тем самым влияя на окислительно-восстановительные процессы, совершающиеся с помощью железа.
Марганец усиливает гидролитические процессы, в результате чего нарастает количество аминокислот, способствует продвижению ассимилятов, образующихся в процессе фотосинтеза от листьев к корням и другим органам.
Токсичные для растений концентрации ТМ в зависимости от свойств почв могут варьировать в значительной степени. Эти уровни колеблются в 25 раз для различных ТМ. Критические уровни содержания ТМ в сухих растениях (мг/кг вещества): для свинца -10-20 и 10-30; для никеля 26-154.
Уровень содержания ТМ в почве, при котором происходит снижение продуктивности растений в 5-6 раз, называется токсичным.
Наряду с физиологическими системами, ограничивающими поступление ТМ, растения располагает мощным аппаратом, выводящим их при выделении метаболитов. От избыточного количества ТМ растения могут освобождаться с корневыми выделениями, в процессе транспирации и дыхания. Растения транспортируют вместе с влагой значительное количество ТМ, составляющее целые проценты от их содержания в растительном организме.