Humusvielas, to mijiedarbība ar augsni veidojošiem komponentiem un humusvielu imobilizācija

Abstract

Viens no ap mums esošās dabas vides izpētes uzdevumiem ir izprast, kas vidē notiek ar dzīvos organismus veidojošajām vielām. Dabiskas izcelsmes organiskās vielas ir ne tikai dzīvos organismus veidojošās vielas, to metabolīti, bet arī dzīvo organismu sadalīšanās procesu noturīgie produkti. Tie līdz ar to uzskatāmi par nozīmīgu dabas vides sastāvdaļu, kas ietekmē dabā noritošos procesus, kā arī piesārņojošo vielu pārvērtības, tām nonākot apkārtējā vidē. Pēc masas nozīmīgāko daļu no dabiskas izcelsmes organiskajām vielām veido humusvielas. Tās var uzskatīt par visvairāk izplatīto organisko vielu grupu uz Zemes. Humusvielas (HV) raksturo augsts noturīgums vidē, kas tās atšķir no individuālām, identificējama sastāva organiskajām vielām. Humusvielas ir bioloģiski noturīgi, ķīmiski heterogēni augstmolekulāri savienojumi, kuru sastāvu veido ar dažādām skābekli saturošām funkcionālām grupām aizvietotas aromātiskas struktūras, kuras savstarpēji saista alifātiskas virknes. Humusvielas veidojas, sadaloties dzīvajiem organismiem, kā arī biosintēzes rezultātā no zemmolekulāriem savienojumiem. Humusvielu vecums vidē var sastādīt pat vairākus desmitus tūkstošus gadu. HV multifunkcionālais sastāvs un sarežģītā uzbūve nosaka to spēju mijiedarboties ar dažādām vides sastāvdaļām. Augsnes un ūdeņu humusvielu veidošanās gaitā dzīvo organismu organiskās vielas transformējas un mijiedarbojas ar vidē jau esošām vielām. Līdz ar to, lai izprastu augsnes un ūdeņu organisko vielu veidošanos mehānismu, ir būtiski izpētīt HV un vides sastāvā esošo neorganisko vielu, mikroorganismu un dzīvo organismu palieku savstarpējo iedarbību. Šo iedarbību izpēte ir svarīga ne vien lai izprastu augsnes veidošanās procesu raksturu, bet arī lai izvērtētu ūdens vidē suspendēto vielu veidošanos. HV un augsnes komponentu mijiedarbības izpēte ir nozīmīga, lai novērtētu vidi piesārņojošo vielu migrācijas raksturu, gan hidrofobās vidi piesārņojošās organiskās vielas, gan metālu joni migrē kompleksu veidā ar HV. HV un augsnes ingredientu mijiedarbības izpēte ir nozīmīga arī, lai pētītu un adekvāti aprakstītu piesārņojošo vielu izturēšanos un plūsmas vidē, vispirms — piesārņojošo vielu degradācijas gaitu. Šīs mijiedarbības izpēte ir būtiska arī dzeramā ūdens sagatavošanas tehnoloģiju pilnveidošanai. Sagatavojot dzeramo ūdeni, ir svarīgi, lai humusvielas, kas atrodas ūdenī, tiktu izdalītas, pirms ūdens tiek dezinficēts, jo hlorēšanas gaitā var veidoties hlororganiskie savienojumi, kas negatīvi ietekmē ūdens patērētāju veselību. HV un augsni veidojošo minerālu daļiņu mijiedarbības rezultātā minerālu daļiņu virsma dabas vidē tiek pārklāta ar humusvielām, respektīvi, humusvielas tiek imobilizētas. Par nozīmīgu problēmu uzskatāma imobilizēto HV un vidi piesārņojošo vielu mijiedarbības rakstura izpēte, jo šī mijiedarbība savukārt var ietekmēt piesārņojošo vielu kustīgumu un pārvērtību raksturu. Darba mērķis: - izpētīt dažādas izcelsmes humusvielu un Latvijas apstākļiem nozīmīgāko augsni veidojošo minerālo sastāvdaļu mijiedarbības raksturu , kā arī iespējas iegūt ar nesējiem kovalenti saistītas (imobilizētas) HV un pētīt vidi piesārņojošo vielu sorbciju uz tām. Darba uzdevumi: - izdalīt humusvielas no Latvijas apstākļiem tipiskajām vidēm un tās raksturot; - pētīt humusvielu sorbcijas raksturu, tās kinētiku, atkarību no jonu spēka uz augsni veidojošām minerālām un organiskām sastāvdaļām; - pētīt humusvielu sorbcijas raksturu uz augsnē ietilpstošiem mikroorganismiem; - izstrādāt humusvielu imobilizācijas metodes un raksturot imobilizētās HV; - izpētīt vidi piesārņojošo vielu sorbciju uz imobilizētām humusvielām. Darba novitāte: - preparatīvos daudzumos no Latvijas dabas vides izdalītas un izpētītas humusvielas; - izpētīts humusvielu sorbcijas raksturs uz neorganiskajiem augsnes vidi veidojošajiem minerāliem; - izpētīts humusvielu sorbcijas raksturs uz augsnes vidi veid

Humic substances (HS) are the main component of soil organic matter, composing up to 60 – 70 % of them, but at the same time humic substances can be considered as one of the key elements in the biogeochemical turnover of carbon, possibly being the most abundant of naturally occurring organic macromolecules on the Earth. As far as HS are able to interact with inorganic and organic substances, they act as carriers of them much influencing fluxes of elements in the environment. They also play an important role in the formation of fossil fuels and mineral deposits. Humic substances are a general category of naturally occurring, biogenic, heterogeneous organic substances that can generally be characterized as being yellow to black in color, of high molecular weight, and refractory. They consist of several groups of substances that depending on their solubility can be grouped as follows: humin is the fraction of humic substances that is not soluble in water at any pH; humic acid is the fraction of humic substances that is not soluble in water under acidic conditions (below pH 2), but becomes soluble at greater pH; fulvic acid is the fraction of humic substances that is soluble under all pH conditions. Humic substances have many functions in the environment. In soils they participate in the formation of soil structure and thermal regime, but interacting with dissolved substances, they influence the accumulation and release processes of nutrients and trace elements. Humic substances much influence soil biota and especially microbial activity. Aim of the research was to investigate interaction process between humic substances isolated from water, soil and peat with inorganic soil components typical for Latvia, as well as to obtain immobilised humic substances by covalent binding with different carriers and to study their properties and sorption process of pollutants on immobilised humic substances. Main tasks: - to isolate humic substances from different natural environments of Latvia, and characterise them; - to investigate the sorption characteristic of humic substances on soil mineral and organic components, - to investigate sorption characteristics of humic substances on soil microorganisms; - to develop methods for immobilisation of humic substances and characterise obtained immobilised humic substances; - to investigate the sorption of organic pollutants on immobilised humic substances. Scientific novelty: - isolation of humic substances from different natural environments of Latvia, and characterisation of isolated samples were done; - investigation of humic substances sorption characteristic on inorganic soil minerals were done; - investigation of humic substances sorption characteristic on soil microorganisms were done; - method for immobilisation of humic substances were developed; - immobilised humic substances were tested as sorbents for removal of organic pollutants. Practical importance of the study: - investigation of humic substances interaction with soil mineral components is important contribution for development of environmentally friendly humic containing fertilizers for use in agriculture; - investigation of humic substances sorption characteristic on inorganic materials forming groundwater artificial recharge infiltration layers, is important for optimization of groundwater artificial recharge technology; - immobilised humic substances can be considered as a prospective sorbents. Conclusions The humic substances isolated from different natural environments of Latvia, commercially produced and reference samples of humic substances shows significant dissimilarities in their properties. The properties of humic substances depend on conditions of their formation, which affect relative amount of aromatic/aliphatic structural elements in molecule of humic substances as well as content of o