Электрокинетическое восстановление почв при полиэлементном загрязнении

Полиэлементное загрязнение почв является одной из главных проблем территорий с развитой горнопромышленной деятельностью и городских агломераций. Представлены результаты лабораторного испытания электрокинетического извлечения цинка, свинца, меди и никеля из почвы. Для исследований были отобраны образцы почв района с интенсивной техногенной нагрузкой, вызванной горнопромышленной деятельностью. Испытания проводили в электролизере в течении 24, 120 и 240 ч. Исследуемый образец почвы характеризуется повышенным содержанием валовых форм тяжелых металлов, Cu – 1256,0, Pb – 269,14, Ni – 965,82 и Zn – 2421,75 мг/кг; кроме этого, производилось определение форм тяжелых металлов по схеме Tessier. В ходе работ установлено, что в первые 24 ч проведения электрохимического извлечения наблюдается резкое снижение валового содержания тяжелых металлов, в среднем на 82–97%. В результате воздействия электрического тока на почвенный раствор и внутреннего движения ионов происходит перегруппировка форм тяжелых металлов. Среди форм меди и цинка наблюдается значительное увеличение связанных с органическим веществом, а для цинка и никеля, наоборот, преобладают неспецифически сорбированные и обменные формы. В ходе работ выявлена неоднородность и разная степень способности исследуемых тяжелых металлов к извлечению из почвы в условиях конкуренции в процессе реакций образования соединений металлов разной степени подвижности. Результаты работы могут способствовать усовершенствованию существующих и разработке новых мероприятий, основанных на электрохимической очистке почв от тяжелых металлов при полиэлементном загрязнении.

Шабанов М. В., Маричев М. С., Минкина Т. М., Соколов А. А., Манджиева С. С. Электрокинетическое восстановление почв при полиэлементном загрязнении // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 6. – С. 94–108. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_6_0_94.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания в сфере научной деятельности, № FENW-2023-0008, и Программы стратегического академического лидерства Южного федерального университета («Приоритет 2030»).

Шабанов Михаил Викторович¹ — канд. с.-х. наук, доцент, доцент, e-mail: geohim.spb@gmail.com, Scopus Author ID: 35171489500, ORCID ID: 0000-0003-4725-3673,
Маричев Максим Сергеевич¹ — канд. биол. наук, зав. лабораторией, e-mail: m.s.marichev@yandex.ru, Scopus Author ID: 57216298057, ORCID ID: 0000-0003-0429-2234,
Минкина Татьяна Михайловна² — д-р биол. наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: minkina@sfedu.ru, Scopus Author ID: 15063165400, ORCID ID: 0000-0003-3022-0883,
Соколов Андрей Андреевич — канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой, филиал Южного федерального университета в г. Геленджике, e-mail: anso@sfedu.ru, ORCID ID: 0000-0002-1127-9612,
Манджиева Саглара Сергеевна² — канд. биол. наук, главный научный сотрудник, e-mail: msaglara@sfedu.ru, Scopus Author ID: 24481495200, ORCID ID: 0000-0001-3022-6000-2209,
¹ Санкт-Петербургский государственный аграрный университет,
² Южный федеральный университет.

Маричев М.С., e-mail: m.s.marichev@yandex.ru.

1. Kabata-Pendias A., Pendias H. Trace elements in soils and plants. CRC Press, Boca Raton, FL. 1992, 365 p.

2. Patrick W. H. Jr., Verloo M. Distribution of soluble heavy metals between ionic and complexed forms in a saturated sediment as affected by pH and redox conditions // Water Science and Technology. 1998, vol. 37, pp. 165—172. DOI: 10.1016/S0273-1223(98)00256-X.

3. Соколов Д. А., Иванова И. С., Сиромля Т. И. Содержание и подвижность металлов в олиготрофных торфяных почвах криолитозоны Западной Сибири // Почвоведение. — 2023. — № 12. — C. 1612—1627. DOI: 10.31857/S0032180X23600786.

4. Rasafi T. El., Haouas A., Tallou A., Chakouri M., Aallam Y., Moukhtari A. El., Hamamouch N., Hamdali H., Oukarroum A., Farissi M., Haddioui A. Recent progress on emerging technologies for trace elements-contaminated soil remediation // Chemosphere. 2023, vol. 341, article 140121. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2023.140121.

5. Ma M., Ha Z., Xu X., Lv C., Li C., Du D., Chi R. Simultaneous immobilization of multiple heavy metals in polluted soils amended with mechanical activation waste slag // Science of the Total Environment. 2023, vol. 894, article 164730. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.164730.

6. Jelusic M., Vodnik D., Macek I., Lestan D. Effect of EDTA washing of metal polluted garden soils. Part II: Can remediated soil be used as a plant substrate? // Science of the Total Environment. 2014, vol. 475, pp. 142—152. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2013.11.111.

7. Wu Y., Wang X., Zhang X., Lu Y., Chen M., Sun Y., Ye P. Experimental study on remediation of low permeability Cu—Zn contaminated clay by vacuum enhanced leaching combined with EDTA and hydrochloric acid // Chemosphere. 2022, vol. 298, article 134332. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2022.134332.

8. Dermont G., Bergeron M., Mercier G., Richer-Laflèche M. Soil washing for metal removal: a review of physical/chemical technologies and field applications // Journal of Hazardous Materials. 2008, vol. 152, no. 1, pp. 1—31. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2007.10.043.

9. Bridle T., Skrypski-Mantele S. Assessment of sludge reuse options: a life-cycle approach // Water Science and Technology. 2000, vol. 41, pp. 131—135. DOI: 10.2166/wst.2000.0152.

10. Garbaciak S., Spadaro P., Thornburg T., Fox R. D. Garbaciak S., Spadaro P., Fox T. R. Sequential risk mitigation and the role of natural recovery in contaminated sediment projects // Water Science and Technology. 1998, vol. 37, pp. 331—336. DOI: 10.1016/S0273-1223(98)00215-7.

11. Stichnothe H., Thöming J., Calmano W. Detoxification of tributyltin contaminated sediments by an electrochemical process // Science of the Total Environment. 2001, vol. 266, pp. 265—271. DOI: 10.1016/s0048-9697(00)00751-8.

12. Шабанов М. В., Маричев М. С., Бурачевская М. В., Киричков М. В., Цицуашвили В. С. Современное состояние формирования кислых сульфатных вод Карабашской геотехногенной системы // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2025. — № 3. — С. 108—124. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_3_0_108.

13. Куликова Е. Ю., Баловцев С. В., Скопинцева О. В. Комплексная оценка геоэкологических рисков при ведении открытых и подземных горных работ // Устойчивое развитие горных территорий. — 2024. — Т. 16. — № 1. — С. 205—216. DOI: 10.21177/1998-4502-2024-16-1-205-216.

14. Shabanov M. V., Marichev M. S., Minkina T. M., Mandzhieva S. S., Nevidomskaya D. G. Assessment of the impact of industry-related air emission of arsenic in the soils of forest ecosystems // Forests. 2023, vol. 14, article 632. DOI: 10.3390/f14030632.

15. Tessier P. G. C., Campbell M. Bisson Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals // Analytical Chemistry. 1979, vol. 51, pp. 844—851. DOI: 10.1021/AC50043 A017.

16. Анфилогов В. Н., Кабанова Л. Я., Рыжков В. М., Корекина М. А. Геологическое строение Карабашского рудного района (Южный Урал) // Литосфера. — 2020. — Т. 20. — № 5. — С. 682— 689. DOI: 10.24930/1681-9004-2020-20-5-682-689.

17. Rudnick R. L., Gao S. Composition of the continental crust. Treatise on geochemistry (2nd edition). Amsterdam, Elsevier, 2003, 64 p. DOI: 10.1016/B978-0-08-095975-7.00301-6.

18. Kim S. H., Han H. Y., Lee Y. J., Kim C. W., Yang J. W. Effect of electrokinetic remediation on indigenous microbial activity and community within diesel contaminated soil // Science of the Total Environment. 2010, vol. 408, no. 16, pp. 3162—3168. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2010.03.038.

19. Kwan W. P., Voelker B. M. Decomposition of hydrogen peroxide and organic compounds in the presence of dissolved iron and ferrihydrite // Environ Sci Technol. 2002, vol. 36, no. 7, pp. 1467—1476. DOI: 10.1021/es011109p. PMID: 11999052.

20. Шабанов М. В., Маричев М. С., Манджиева С. С., Соколов А. А. Формирование хемоземов в условиях длительного воздействия аэропромышленных выбросов горно-металлургического комбината // Устойчивое развитие горных территорий. — 2023. — Т. 15. — № 3. — С. 727— 740. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-3-727-740.

21. Соболев А. Е., Луцик В. И., Поташников Ю. М. Кинетика окисления персульфида железа (II) (пирита) в растворах пероксида водорода // Журнал физической химии. — 2002. — Т. 76. — № 5. — С. 842—845.

22. Petigara B. R., Blough N. V., Mignerey A. C. Mechanisms of hydrogen peroxide decomposition in soils // Environmental Science & Technology. 2002, vol. 36, no. 4, pp. 639—645. DOI: 10.1021/ es001726y. PMID: 11878378.

23. Millero F. J., Johnson R. L., Vega C. A. Effect of ionic interactions on the rates of reduction of Cu(II) with H2O2 in aqueous solutions // Journal of Solution Chemistry. 1992, vol. 21, pp. 1271—1287. DOI: 10.1007/BF00667222.

24. Uren N. C. Forms, Reactions, and Availability of Nickel in Soils // Advances in Agronomy. 1992, vol. 48, pp. 141—203. DOI: 10.1016/S0065-2113(08)60937-2.

25. Ghobadi R., Altaee A., Zhou J. L., Karbassiyazdi E., Ganbat N. Effective remediation of heavy metals in contaminated soil by electrokinetic technology incorporating reactive filter media // Science of the Total Environment. 2021, vol. 794, article 148668. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.148668.

26. Фоменко В. А., Соколов A. A., Лолаев A. Б., Аймбетова И. О. Некоторые результаты работ по оценке эманаций радона Унальского хвостохранилища // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 4. — С. 576—585. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-4-576-585.

27. Бурачевская М. В., Минкина Т. М., Манджиева С. С., Бауэр Т. В., Киричков М. В., Невидомская Д. Г., Замулина И. В. Влияние буферной способности почв на трансформацию соединений свинца и кадмия // Почвоведение. — 2024. — № 7. — C. 936—949. DOI: 10.31857/ S0032180X24070029.

28. Gomes P. C., Fontes M. P. F., da Silva A. G., Mendonça S. E., Netto A. R. Selectivity sequence and competitive adsorption of heavy metals by Brazilian soils // Soil Science Society of America Journal. 2001, vol. 65, pp. 1115—1121. DOI: 10.2136/sssaj2001.6541115x.