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:
- Белоног А.А. Модифицированный метод оценки рисков для ранжирования значимости гигиенических проблем//ЗН и СО. – 2004. — №2 /131/. — С.41-43.
- Боев В.М. Региональные особенности канцерогенного риска в агропромышленном регионе Южного Урала // Гигиена и санитария. – 2002. — №6.- С.62-63.
- 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.
- 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.
- Ляпкало А.А., Гальченко С.В. Эколого-токсикологические аспекты загрязнения почвы Рязани тяжелыми металлами // Гигиена и санитария. – 2005. — №1. – С.8-11.
- Нидюлин Н.В. К вопросу о распространенности рака органов пищеварительной системы // Проблемы социальной гигиены, здравоохранения и истории медицины. – 2006. — №5. – С.22-25.
- Перязева Е.Г., Плюснин А.М., Гунин В.И. Миграция тяжелых металлов в окружающей среде // Экология и промышленность России. – 2001. — №2. — С.29-33.
- Ревич Б.А. Место факторов окружающей среды среди внешних причин смерти населения России // Гигиена и санитария. – 2007. — №1. – С. 25-31.
- 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.
- 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.
- 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.[schema type=»book» name=»ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ И В ВОДЕ ГОРОДА ТЕМИРТАУ» description=»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.» author=»Шорин Сабит Сексембекулы, Темиров Алданыш Серикбаевич, Бодикова Саяжан Бауржановна, Байгараев Дамиржан Шаяхмет улы, Төкен Ерслан Есенгелдіұлы, Курбаналиев Рауан Муканович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2016-12-27″ edition=»euroasia-science.ru_26-27.02.2016_2(23)» ebook=»yes» ]