Загрязнения тяжелыми металлами природного и техногенного происхождения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Загрязнения тяжелыми металлами природного и техногенного происхождения

Перечень определяемых тяжелых металлов был сформирован исходя из специфики антропогенной нагрузки исследуемых территорий и элементов, встречающихся в цикле промышленных предприятий. Обследование техногенных территорий осуществлялось с учетом приоритетности путей поступления тяжелых металлов из объектов окружающей среды в организм человека.

Условное картографическое зонирование исследуемых территорий и выбор мест отбора проб производились с учетом сведений об организации территорий: концентрации основных источников загрязнения, месторождений руд, расположении крупных аграрных комплексов и жилых массивов, объемов и состава выбросов промышленных предприятий. Фоновые пробы депонирующих сред (снег, почва) отбирались на участках, значительно удаленных от техногенных территорий и не испытывающих антропогенного воздействия.

Выполненные исследования показали, что среда обитания обследованных территорий характеризуется значительной нагрузкой на атмосферный воздух.

Количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на территории города зарегистрировано на уровне 330 тыс. т/год, что составляет в расчете на 1 жителя города - 3,1 т/год и 450 т/год на 100 Га территории. Основной вклад в выбросы от стационарных источников вносят предприятия нефтеперерабатывающей промышленности (свыше 70%). Вклад автотранспорта в суммарные выбросы по городу составляет свыше 50%.

Значительное количество тяжелых металлов поступает в окружающую среду города с выхлопными газами автотранспорта, атмосферными выбросами предприятий нефтепереработки, нефтехимии, энергетики, машиностроения и радиотехнических производств, сточными водами, твердыми бытовыми отходами.

В целом на территориях исследования сохраняется неблагоприятная демографическая ситуация, тип воспроизводства народонаселения характеризуется как депопуляционный.

Уровень общей заболеваемости взрослого населения в динамике за 2003-2007 гг. возрос на территории города более чем на 20%. Прирост заболеваемости детского населения составил - 1,4%. В структуре заболеваемости взрослого населения приоритетное место занимали болезни органов дыхания, системы кровообращения, органов пищеварения, мочеполовой системы.

Для гигиенической оценки техногенного загрязнения среды обитания тяжелыми металлами существенное значение имеет состояние депонирующих сред, особенно почвы и снегового покрова (Б.А. Ревич, 1992; С.С. Макшанцев, 2008; В.Б. Гурвич, 2008). Причем, для оценки опасности аккумуляции металлов в снеге важное значение имеет содержание водно-растворимых форм, а в почве - подвижных форм, обладающих большей подвижностью и усвояемостью живыми организмами.

По результатам анализа снега на исследуемых территориях было установлено, что средний суммарный показатель загрязнения снежного покрова на территории города Уфы составил - 9,0. По мере уменьшения уровня загрязнения тяжелыми металлами снежного покрова условных зон, последние можно расположить в ряд: северная (Z_{c уср.}= 13,9) > центральная (Z_{c уср.}= 6,8) > южная (Z_{c уср.}= 2,2). Интенсивное загрязнение снега в северной зоне города объясняется влиянием выбросов трех нефтеперерабатывающих заводов, расположенных в северной части города, технологические процессы которых требуют сжигания большого объема топлива и использования в процессе нефтепереработки катализаторов, в состав которых входят металлы. Кроме того, в зимний период года преобладают южные ветра, которые переносят выбросы промышленных предприятий центральной зоны города в северную часть.

При сравнении средних уровней содержания элементов в почве города с кларком, выявлены превышения по содержанию Ni в 1,6 раз, Pb в 1,3 раз, Cr и Cu в 1,2 раза. Содержание в городской почве Zn и Mn находилось на уровне кларка. Исследования подвижных форм металлов в пробах почв выявили превышение допустимых норм по содержанию Mn в 1,2 раза.

Почва крупного промышленного города, по сравнению с почвами других исследованных территорий, наиболее загрязнена подвижными формами тяжелых металлов (средний суммарный показатель загрязнения - 32,8). Исследованная почва по суммарным показателям загрязнения подвижными формами тяжелых металлов (рис. 1) относится к категориям от умеренно опасной - южная (Z_{c уср.}= 25,7) и центральная зоны (Z_{c уср.}= 30,6) до опасной - северная зона (Z_{c уср.}= 42,2), по валовым формам металлов - к допустимой категории загрязнения (Z_{c уср.}= 3,4 - 4,7).

Рис. 1. Суммарные показатели загрязнения подвижными формами тяжелых металлов почвы в условных зонах крупного промышленного города

С целью ранжирования тяжелых металлов по степени их опасности для исследуемых территорий, использован гигиенический принцип оценки воздействия, основанный на сопоставлении реальных концентраций тяжелых металлов с гигиеническими нормативами (ПДК, ОДК), фоновыми значениями, физиологическими нормами и последующей ранговой оценкой металлов по степени их опасности, согласно предложенной нами 8-ми бальной шкале (таблица 4). Исходя из данных, имеющихся в нашем распоряжении, по умолчанию сделано несколько допущений. При отсутствии регламентов содержания в почвах отдельных изученных нами валовых или подвижных форм тяжелых металлов, сравнение полученных результатов проводилось по отношению к двукратному превышению фоновых значений по данным металлам. Для вычисления общей суммы баллов использовалась следующая формула:

(1),

где n - число показателей загрязнения объектов окружающей среды и изменений здоровья населения;

Б_i - балл i-го показателя опасности загрязнения среды обитания или изменения физиологических уровней в биопробах.

Таблица 1. Шкала кодирования показателей гигиенического состояния объектов окружающей среды и изменения элементного статуса организма человека

Рассчитанные баллы, как по отдельным показателям, так и по суммарному значению всех показателей были обобщены в сводных таблицах, данные которых позволили ранжировать тяжелые металлы по степени опасности для изученных территорий. Сформированный список расположения тяжелых металлов в порядке ранга приоритетности (таблица 5) позволяет своевременно выявлять и оценивать неблагоприятные тенденции в статусе объектов природной среды и природных ресурсов при сложившемся или планируемом уровне техногенной нагрузки.

Таблица 2. Приоритетные элементы-загрязнители техногенных территорий города Уфы

Выполненные исследования позволили осуществить гигиеническую оценку загрязнения среды обитания, показали, что тяжелые металлы являются факторами риска, формирующими показатели здоровья населения, что дало возможность обосновать и разработать профилактические мероприятия, включающие технологические, организационные, санитарно-гигиенические решения. Предложена модель обеспечения гигиенической безопасности среды обитания на техногенных территориях, загрязненных тяжелыми металлами.

По мнению председателя Союза экологов Республики Башкортостан, Александра Веселова, «средний возраст жителей в республике - около 37 лет. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, среди причин преждевременной смертности населения 40% - состояние окружающей среды и еще 25% - качество жизни, составляющими элементами которого является качество и безопасность пищевых продуктов, питьевой воды, условия жизнедеятельности в жилых и офисных помещениях, дворах, городах, качество отдыха и рекреации. При официальных данных о росте в республике на 11% младенческой смертности и почти на 30% числа мертворожденных детей, утверждать, что население молодеет исключительно по причине повышения рождаемости, довольно сложно. В основе данной цифры «омоложения» республики, скорее всего превалирует фактор преждевременной смертности, то есть мужчины просто не доживают до пенсионного возраста. Посчитайте средний возраст умерших на городских кладбищах Уфы, Салавата, Стерлитамака и Благовещенска и получите реальную картину. По продолжительности жизни мы отстаем от Европы на 16 лет, то есть вымираем по сравнению с развитыми странами.» В Уфе, отмечается постоянный рост аллергических реакций (к примеру аллергические риниты) на грязный воздух. На первом месте по прогрессирующему росту онкологии - рак верхних дыхательных путей, на втором - рак желудочно-кишечного тракта.

Выводы

1. Анализ гигиенической обстановки на территориях, подверженных различным типам техногенеза, показал, что тяжелые металлы формируют нагрузку на среду обитания и являются факторами риска хронической экспозиции. Основными гигиенически значимыми факторообразующими источниками тяжелых металлов являются предприятия черной металлургии, машиностроения (горнорудный район), нефтепереработки, нефтехимии (крупный промышленный город), химизация сельского хозяйства (агропромышленный район), а также автотранспорт.

2. Наибольший вклад в суммарную техногенную нагрузку на снежный покров, отражающий загрязнение атмосферного воздуха, исследованных территорий Республики Башкортостан вносят: Pb, Cd, Cr (горнорудный район); Ni, Pb, Cr (агропромышленный район); Mn, Ni, Cu (крупный промышленный город). Почвы исследованных территорий характеризуются аномалиями как природного (горнорудный район), так и техногенного происхождения по содержанию Ni, Pb, Fe (горнорудный район); Zn, Pb, Cu (агропромышленный район); Zn, Fe, Ni, Cu (крупный промышленный город).

3. В овощной продукции, выращенной на территории горнорудного района, накапливается свинец (до 2,6 ПДУ), кадмий (до 4,6 ПДУ), хром (до 1,6 ПДУ). В овощах, выращенных на территории агропромышленного района - хром (до 1,8 ПДУ), кадмий, свинец и цинк (до 1,4 ПДУ). Выявлено высокое накопление хрома (до 1,4 ПДУ) в коровьем молоке, хрома (до 2,5 ПДУ), никеля (до 1,9 ПДУ), цинка (до 1,3 ПДУ) в говяжьем мясе, произведенных на территории горнорудного района, а также свинца (до 4,6 ПДУ), цинка (до 2,0 ПДУ) в коровьем молоке, отобранном на территории агропромышленного района.

4. Корреляционный анализ выявил выраженную взаимосвязь между содержанием подвижных форм Pb, Cu, Cd в почве и овощах (морковь, картофель) горнорудного района (r = 0,68 - 0,78), в агропромышленном районе между содержанием подвижных форм Pb, Cd в почве и овощах (свекла, морковь), выращенных на ней (r = 0,70 - 0,87).

5. Средние уровни концентраций всех изученных микроэлементов в питьевой воде горнорудного и агропромышленного районов не превышали нормативных значений. Элементный состав вод поверхностных водоемов с территории горнорудного района характеризуется повышенным содержанием Mn (до 43,3 ПДК_пит.), Fe (до 3,9 ПДК_пит.), с территории агропромышленного района - высоким содержанием Fe (до 3,0 ПДК_пит.).

6. Выявлен статистически значимый дисбаланс микроэлементного спектра волос у детей горнорудного района по сравнению со средним физиологическим уровнем, характеризующийся низким содержанием в биосреде эссенциальных элементов - меди, цинка, марганца, а также повышенным содержанием свинца, никеля, хрома, железа.

7. Гигиеническое ранжирование территорий исследования по комплексным показателям загрязнения депонирующих сред тяжелыми металлами, позволило выявить наиболее неблагоприятные зоны. К зонам риска относятся: в горнорудном районе - территория, прилегающая к Шигаевскому месторождению хромовых руд (Zc _{уср. подв. ф. почвы} = 21,9); в агропромышленном районе - территория, прилегающая к совхозу «Рощинский» (Zc _{уср. подв. ф. почвы} = 10,8); в крупном промышленном городе - территория, прилегающая к нефтеперерабатывающим заводам (Zc _{уср. подв. ф. почвы} = 42,2).

8. В условиях многокомпонентного воздействия антропогенных факторов среды, средний коэффициент опасности для продуктов питания и питьевой воды на территории горнорудного района характеризуется как приемлемый (HI = 0,96, то есть < 1). На территории агропромышленного района суммарный риск возникновения вредных неканцерогенных эффектов превышает 1 (HI = 1,39), такое воздействие квалифицируется как не допустимое. В среднем по горнорудному району суммарная суточная доза тяжелых металлов, поступающая с питьевой водой в организм человека (0,0018 мг/кг-день), в 2 раза выше аналогичного показателя в агропромышленном районе.

9. Ранг приоритетности тяжелых металлов для мониторинга объектов среды обитания, располагается следующим образом: для территории горнорудного района - Pb (Б_сум. = 44), Cd (Б_сум. = 41), Fe (Б_сум. = 38), Ni (Б_сум. = 36); для территории агропромышленного района - Pb (Б_сум. = 42), Zn (Б_сум. = 39), Cd (Б_сум. = 32), Ni (Б_сум. = 30); для территории крупного промышленного города - Ni (Б_сум. = 28), Zn (Б_сум. = 28), Cu (Б_сум. = 27), Pb (Б_сум. = 22).

10. Выявленные региональные приоритеты позволяют оптимизировать систему социально-гигиенического мониторинга, систематические исследования металлов в депонирующих средах (снежный покров, почва) дают возможность ранжировать территории по степени риска и принимать управленческие решения, направленные на обеспечение санитарно-эпидемиологического благополучия населения и предотвращение негативных сдвигов показателей популяционного здоровья.

Список литературы

выброс тяжелый металл загрязнение

1. Даукаев Рустем Аскарович. Комплексная гигиеническая оценка загрязнения тяжелыми металлами техногенных территорий Республики Башкортостан, Мытищи, 2010 г.

2. Ларионова Татьяна Кенсариновна. Биоиндикация тяжелых металлов природного и техногенного происхождения в системе социально-гигиенического мониторинга, Уфа 1999 г.

Размещено на Allbest.ru