27 Фев

ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ И В ВОДЕ ГОРОДА ТЕМИРТАУ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Актуальность

Особенностью любого крупного промышленного города является концентрация значительного количества объектов эколого-гигиенического риска на сравнительно малой площади. Основными параметрами гигиенической оценки среды обитания в таких условиях выступают прежде всего уровень загрязнения основных депонирующих сред, специфически проявляющиеся в конкретных ландшафтных условиях, факторы оптимального градостроительного характера с требуемой организацией санитарно-защитных зон объектов эколого-гигиенического риска [1,2,3,8].

Основой научно-прикладных исследований в современной гигиене, в связи с изучением воздействия факторов городской среды на здоровье населения,  являются подходы, направленные на выявление, предупреждение и оценку неблагоприятного влияния техногенного загрязнения городской среды на здоровье населения и санитарно-гигиенические условия жизни [4].

В условиях городской среды к основным факторам риска здоровью населения большинство исследователей относят химические загрязнители, поступающие в депонирующие среды – воздушный бассейн, снег, почву. Среди приоритетных загрязнителей чаще всего отмечают тяжелые металлы, диоксины, полициклические ароматические углеводороды, химические канцерогены (асбест, никель, бензол, мышьяк, радон, сажа и т.д.). Причем загрязнение атмосферного воздуха нередко служит ведущим индикатором гигиенического неблагополучия территории [5,9,10].

Почва существенно отличается от других компонентов биосферы как по уровню организаций и сложности строения, так и по осуществляемым ею функциями. Кроме того, почва играет особую роль глобального геохимического регулятора циклических массопотоков тяжелых металлов – загрязняющих элементов, обладающими высокими показателями техногенности и токсичности при высоких концентрациях [7].

Поэтому, чтобы обосновать модель поведения тяжелых металлов в почве, необходимо изучить формы существования, трансформации и миграции тяжелых металлов в данном объекте, взаимосвязи этих факторов, а также систем контроля над источниками загрязнения, которые имеют антропогенное происхождение (промышленные выбросы предприятий, влияние автотранспорта, поступление загрязняющих химических веществ с атмосферными осадками и талым снегом) [7,9]. Попав в почву, металлы распределяются среди биоты почвы, взаимодействуя с ней и оставляя повсюду негативные последствия такого взаимодействия. Опасность усугубляется тем, что ионы металлов не подвергаются химической и биологической деградации, как это свойственно органическим соединениям. Поэтому металлы в почве должны рассматриваться практически как постоянно присутствующие – они лишь переносятся или переходят из одной формы в другую в пределах данной системы. Форма существования металлов в почве сложна и их детальная идентификация с различными типами почв вряд ли целесообразна [11].

Окислительно-восстановительные процессы с участием металлов переменной валентности, определяют растворимость соединений металлов и доступность микроэлементов для биоты почвы. Все эти процессы (физические, химические, биохимические), которые происходят в почве, настолько взаимосвязаны между собой, что часто трудно установить, что является причиной, а что следствием [7,11].

Миграция тяжелых металлов носит сложный характер. С одной стороны, металлы мигрируют из почвы в растения, подземные и поверхностные воды, а с другой – их количество в почве постоянно пополняется вследствие разрушения почвенных минералов, отмирания и распада растений, а также за счет внесения их с атмосферными осадками. В миграции тяжелых металлов из почвы большую роль играет растворимость соединений, в которых металлы содержатся в почвах и которая в свою очередь зависит от рН почвы [7,9,11].

А так же токсичность тяжелых металлов зависит от образования комплексов с участием металлов прочных высокомолекулярных комплексов хелатного типа с органическими лигандами природного происхождения, которые снижают агрессивность металлов вплоть до полной детоксикации.

В зависимости от свойств почв и характера поступающих загрязнителей, соотношение процессов аккумуляции, трансформации и рассеяния изменяются. Именно поэтому при картировании техногенного загрязнения территорий нельзя ограничиваться изучением валового количества загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов. Серьезное внимание следует уделять подвижным формам и их фазовому составу. Такой подход позволяет проводить прогнозные оценки влияния загрязненных почв на контактирующие с ним среды, поскольку почва – депонирующий компонент окружающей среды, отражающий загрязнение атмосферного воздуха за многолетний период [6].

С гигиенических позиций опасность загрязнения почвы химическими веществами определяется уровнем ее возможного отрицательного влияния на контактирующие среды (вода, воздух), пищевые продукты и опосредовано на человека. Накопление в почве различных химических веществ негативно влияет на биологическую активность почвы и процессы ее самоочищения [6,11].

Материалы и методы исследования

Особую тревогу вызывают накопления отходов, которые содержат токсические вещества. По объему образования отходов промышленного производства Карагандинская область занимает ведущее положение в Казахстане. Среднегодовое количество образующихся отходов в области за 2009-2014 годы составило 5,85 ± 0,82 млн. тонн (вариабельность показателя 34,5%). Причем за этот период отмечалась тенденция к росту.

Обращает внимание увеличение и накопление отходов, содержащие шестивалентный хром и мышьяк которые в исследуемый период не  использовались промышленными предприятиями города. Вместе с тем, гигиеническая оценка почвы в настоящее время затруднена по ряду причин:  во-первых, даже на те вещества, которые контролировались УГСЭН, ПДК утверждены не в полном объеме. Так, санитарно-эпидемиологической  службой проводился мониторинг валового содержания в почве 20 металлов, из них нормировались 7, это 35% от объема исследований. Для более полной оценки, было необходимо использовать фоновые показатели по А.П. Виноградову (1957г.), пороговые уровни по В.В. Ковальскому (1973г.), что внесло определенный «сумбур» при выборе гигиенических приоритетов. Во-вторых, на наш взгляд, недостаточно разработан сценарий межсредового переноса ксенобиотиков (почва-воздух, почва-вода и др.). Это затрудняет применение методологии оценки риска дополнительного канцерогенного воздействия и неканцерогенных эффектов.

Результаты исследований

Учитывая все неопределенности, при проведении оценки риска здоровью от загрязнения почвы можно оценить риск от повышенного содержания элементов в организме. Тем более, что в последние годы все большее значение приобретают дефицитные состояния у населения, связанные с недостаточным природным содержанием и поступлением эссенциальных микроэлементов в организм. При изучении качественного химического состава почвы  на территории всего города Темиртау было обнаружено около 25 элементов, но в количественном содержании остановились на 7 химических элементах в силу их биологической активности в живой природе (Таблица 1).

Уровень содержания меди в почве в зоне №1 превышал ПДК в 1,6 раз. Концентрация цинка максимально превышала в зонах  №№ 3, 2, 5  в следующей последовательности — 3,7 раза, 3,2 и  2,4 раза. Максимальное содержание марганца было в зоне № 4 и превышало ПДК в 2,8 раза, в зоне 3 составило 3000 мг/кг,  что превышало ПДК в 2 раза, в зоне 2 допустимый уровень превышал в 1,4 раза. Содержание свинца в зоне № 2 было 0,5 раз, хрома в 1,6 раз, мышьяка в 5,2раза, ртути – 0,7раз по сравнению с ПДК. В третьей зоне было выявлено накопление цинка в 3,7 раза; марганца и  свинца в 2 раза; хрома – 0,1 раз, мышьяка в 7 раз. В зоне №4 – содержание цинка превышало ПДК в 2 раза. Самое высокое накопление было выявлено у мышьяка – 4,8 раза. Как видно из таблицы, больше всего элементов было выявлено в зонах №№ 2 и 4. ИЗА металлов  почвы в зоне №3 составлял 14,8 это максимальное значение индекса, а по другим зонам ИЗА представлен в следующей убывающей последовательности 14,8; 12,6; 11,4; 9,1; 9,1 – соответственно по зонам №№ 3, 2, 4, 1, 5. Комплексный показатель составил —  57.

Таблица 1.

Содержание металлов в почве (по  кратности превышения ПДК).

Элементы

Зоны

№1 №2 №3 №4 №5 №6
1 Медь 1,6
2 Цинк 2 3,2 3,7 2,0 2,4
3 Марганец 1,4 2 2,8
4 Свинец 1,5 0,5 2 1,8
5 Хром 1,5 1,6 0,1
6 Мышьяк 2,5 5,2 7 4,8 4,1
7 Ртуть 0,7 2,6
8 Zпочвы 9,1 12,6 14,8 11,4 9,1
9 Z компл.           57,0

Сравнивая количество подвижных форм металлов по зонам, выявили, что наибольшая концентрация наблюдалась со стороны никеля, цинка, меди и составила 3,75 ПДК; 1,37 ПДК; 1,33 ПДК (Таблица 2).

Суммарное количество подвижных форм в зоне №1 составило 8,9. Это самое высокое значение среди суммарных показателей подвижных форм химических элементов в почве. Далее идут зоны №№ 5 и 2 – 7,92 и 7,71 соответственно. По степени убывания суммарного показателя шли зоны №№ 4, 3, 6 – это значения 7,14; 5,42; 1,92 соответственно. Хочется отметить, что подвижная форма ртути в зоне №5 превышает ПДК – в 3,35 раз, никель – 1,7, цинк – 1,23. Высокую концентрацию  ртути  в почве пятой зоны мы связываем с расположением данной территории  отвала завода «Карбид». Согласно таблице 2 суммарное накопление металлов по подвижной форме было распределено по зонам в следующей убывающей последовательности №№ 1, 5, 2, 4, 3, 6. Комплексный показатель составил 39.

Таблица 2.

Суммарное содержание подвижных форм элементов в почве

Эле-менты

Зоны

1 Кр. 2 Кр. 3 Кр. 4 Кр. 5 Кр. 6 Кр. ПДК
Mn 1200 1,25 800 1,87 850 0,57 980 0,65 750 0,5 700 0,47 1500
Ni 15 3,75 8 2 4 1 6 1,5 6,3 1,7 1,4 0,35 4
Cu 3,5 1,17 4 1,33 2,3 0,77 2,0 0,67 3,0 0,19 0,96 0,32 3
Pb 5,1 0,16 6 0,18 18 0,56 30 0,9 24,8 0,77 9,6 0,32 32
Cr 7,2 1,2 6,1 1,02 8,2 1,37 4,0 0,67 6,0 0,18 1,7 0,28 6
Zn 31,4 1,37 30,2 1,31 26,4 1,15 24,1 1,05 28,2 1,23 4,3 0,18 23
Hg 0,2 0,1 0 0 3,4 1,7 6,7 3,35 0 2
Zпочвы   8,9   7,71   5,42   7,14   7,92   1,92  
Z компл.                         39

Анализ результатов на содержание подвижных форм металлов в отходах показал (Таблица 3), что по кратности превышения ПДК у предприятий  «Миттал Стил Темиртау» и ТЭЦ — 2 высокое значение  равное — 8,6 и 9,6  составляло у хрома. Самая высокая кратность превышения ПДК составляла у меди в отходах предприятия «КарГРЭС» равная – 9, и хрома, кратность превышения которого была равна – 5,8. При анализе кратностей превышения подвижных форм металлов в отходах ТОО «Алаш» было выявлено превышение у меди и никеля значений которых  соответствовали  – 10,6 и 10,2.

Таблица 3.

Кратность превышения ПДК содержания подвижных форм металлов в отходах.

Предприятия Cu Pb Mn Cr Ni Co Zn
Миттал Стил 3,4 48 1200 52 27 4,4 56
Кр.Пр. 1,13 1,5 0,8 8,6 6,7 0,8 2,4
Кар ГРЭС 27 3,8 170 35 10 5 31,4
Кр.Пр. 9 0,1 0,1 5,8 2,5 1 1,36
ТОО «Алаш» 32 10,3 3200 86 41 3,4 32,6
Кр.Пр. 10,6 0,3 2,1 14,3 10,2 0,68 1,4
ТЭЦ-2 13 30 850 58 12 12 36,6
Кр.Пр. 4,3 0,9 0,5 9,6 3 2,4 1,6
ПДК

по подв. форм.

3 32 1500 6 4 5 23

Анализ лабораторных данных УГСЭН по состоянию загрязнения реки Нуры, выявил, что в створе 1000м выше объединенного выпуска сточных вод с очистных сооружений АО «Миттал Стил Темиртау» и ТОО «Алаш» ТЭМК вода, характеризуется как умеренно загрязненная: ИЗВ = 1,42. Превышение ПДК по меди (до 2 ПДК) вызвано транзитом из Самаркандского водохранилища. Содержание ртути – 0,00014 мг/дм3 (1,4 ПДК) вызвано вторичным загрязнением из природных отложений.

В створе 1000м ниже объединенного выпуска нормативно-очищенных сточных вод АО «Миттал Стил Темиртау» и ТОО «АЛАШ» ТЭМК превышения ПДК наблюдалось по ртути – до 4 ПДК (0,0004 мг/дм3), что на уровне фоновых концентраций является следствием загрязнения из придонных отложений (ртуть). ИЗВ = 2,5 (умеренно-загрязненные воды).

При анализе количества подвижных форм металлов находящихся в открытом водоеме Самаркандского водохранилища было выявлено, что пределы колебания содержания металлов в воде имели широкий диапазон от 0,1 мг/мл до 41,2 мг/мл. (Таблица 4). Так, для марганца величины колебались от 0,96 мг/мл – 41,2 мг/мл; для меди значения были в пределах 0,9 мг/мл до  10,5 мг/мл. У цинка концентрация подвижных форм составляла от 0,5 мг/мл – 14,4 мг/мл; Концентрация никеля имела значения от 0,1 мг/мл до 1,5 мг/мл. Для свинца предел колебаний соответствовал от 0,7 мг/мл до 10,3 мг/мл; для хрома  – 0,1 мг/мл – 2,2 мг/мл.

Таблица 4.

Концентрация подвижных форм металлов в воде Самаркандского водохранилища (мг/мл)

Элементы

Значения

Mинимальные

Максимальные

Средние

Марганец 0,96 41,2 21,08
Медь 0,9 10,5 5,7
Цинк 0,5 14,4 7,45
Никель 0,1 1,5 0,80
Свинец 0,7 10,3 5,5
Кадмий
Хром 0,1 2,2 1,2

Сравнивая концентрации подвижных форм металлов воды Самаркандского водохранилища с литературными данными (Таблица 4) определили, что содержание марганца в воде Самаркандского водохранилища  превышало в 3,7 раза значение содержания марганца предложенных величин — Martin, Gordeev, 1986г.

Заключение

Таким образом, анализируя наши исследования, мы пришли к выводу, что, при оценке состояния атмосферного воздуха необходимо не только определять количество взвешенных веществ, но и химический состав пыли. Техногенная нагрузка металлами, которые поступали в составе пыли в окружающую среду города, несмотря на то, что имели значительные величины, превышающие фоновые содержания, их абсолютное значение не достигало нормативных величин, т.е. санитарно-гигиеническая ситуация города не подвергалась значительному отрицательному воздействию. Содержание химических элементов в снеговом покрове г. Темиртау резко возрастало по сравнению с фоновыми значениями. В снеге наблюдалось увеличение в десятки раз содержания никеля, ванадия, мышьяка, ртути. В несколько раз марганца, свинца, цинка, хрома. В результате наших исследований, по данным опробования снега, эти металлы, мы отнесли к приоритетным загрязнителям окружающей среды города. Отмечались в целом высокий уровень загрязнения воздушной среды – по пыли, сухому остатку талой воды снега.

Список литературы:

  1. Белоног А.А. Модифицированный метод оценки рисков для ранжирования значимости гигиенических проблем//ЗН и СО. – 2004. — №2 /131/. — С.41-43.
  2. Боев В.М. Региональные особенности канцерогенного риска в агропромышленном регионе Южного Урала // Гигиена и санитария. – 2002. — №6.- С.62-63.
  3. Кулкыбаев Г.А., Намазбаева З.И. Эколого-гигиенический мониторинг – как одна из основ управления качеством окружающей среды в промышленном регионе // Биотехнология. Теория и практика. – 2002.- №1. –С. 108-112.
  4. Лихачевак Е.И., Оранский И.Е., Федорова А.А. и др. Медицинские технологии профилактики и охраны здоровья работающего населения в рамках реализации национальных проектов // Медицина труда и промышленная экология. – 2007. — №3. — С.8-11.
  5. Ляпкало А.А., Гальченко С.В. Эколого-токсикологические аспекты загрязнения почвы Рязани тяжелыми металлами // Гигиена и санитария. – 2005. — №1. – С.8-11.
  6. Нидюлин Н.В. К вопросу о распространенности рака органов пищеварительной системы // Проблемы социальной гигиены, здравоохранения и истории медицины. – 2006. — №5. – С.22-25.
  7. Перязева Е.Г., Плюснин А.М., Гунин В.И. Миграция тяжелых металлов в окружающей среде // Экология и промышленность России. – 2001. — №2. — С.29-33.
  8. Ревич Б.А. Место факторов окружающей среды среди внешних причин смерти населения России // Гигиена и санитария. – 2007. — №1. – С. 25-31.
  9. Филатов Н.Н., Аксенова О.И., Волкова И.Ф. и др. Роль отдельных факторов среды обитания в изменении здоровья детского и подросткового населения Москвы // Здравоохранение Российской Федерации.- 1998.-№5.-С.27-29.
  10. Янбердина Э.М., Султанаева З.М., Шарафутдинова Н.Х. Региональные аспекты медико-социальных проблем материнства и детства // Проблемы социальной гигиены, здравоохранения и истории медицины. – 2007. — №2. – С.18-20.
  11. Frel J., Leisinger K.M., Atkin J. Safe and effective use of pesticides. Summary of 7 years of rsearch. Oikos.- 2002. — V.43.- pp.35-43.
    ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ И В ВОДЕ ГОРОДА ТЕМИРТАУ
    В статье приводится данные экспериментальных исследовании по гигиенической оценке окружающей среды промышленного города Темиртау. Даны оценки содержания тяжелых металлов в почве и в водах Самаркандской водохранилища. Определены миграция микроэлементов биологических объектах. Среди приоритетных загрязнителей чаще всего отмечают тяжелые металлы, диоксины, полициклические ароматические углеводороды, химические канцерогены.
    Written by: Шорин Сабит Сексембекулы, Темиров Алданыш Серикбаевич, Бодикова Саяжан Бауржановна, Байгараев Дамиржан Шаяхмет улы, Төкен Ерслан Есенгелдіұлы, Курбаналиев Рауан Муканович
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 12/27/2016
    Edition: euroasia-science.ru_26-27.02.2016_2(23)
    Available in: Ebook