|
Авторы: Кудин М.В., Цымбал Д.Е., Скрипкин А.В., Федоров Ю.Н.
МУЗ Вольская центральная районная больница (г. Вольск)
Эта статья опубликована сборнике научных трудов "Фундаментальные науки и практика" с материалами Третьей Международной Телеконференции "Проблемы и перспективы современной медицины, биологии и экологии" - Том 1 - №4. - Томск - 2010.
Введение
Изучение содержания в почвах, атмосферном воздухе и питьевой воде широко распространенных экотоксикантов – тяжелых металлов (1, 2, 3, 4 класса опасности) является необходимым разделом эколого-гигиенических исследований. Известно, что в непосредственной близости от многих промышленных предприятий образуются зоны с повышенным содержанием свинца, мышьяка, кадмия, никеля и других токсических микроэлементов, представляющих угрозу для здоровья и жизни человека. В результате водного и воздушного переноса этих токсикантов могут загрязняться территории, находящиеся на значительном отдалении [1].
Изучение результатов исследований почв в Санкт-Петербурге в 2001 году показало, что 232 пробы из 1503 исследований не соответствовали гигиеническим требованиям по суммарному показателю и по тяжелым металлам. Авторами установлено – повсеместное содержание свинца в почвах центра города превышает в 2-4 раза, цинка – в 3-7 раз. Выявлены участки загрязнения почв свыше ПДК кадмием, мышьяком, сурьмой [2].
В литературе имеется единичное указание на загрязнение окружающей среды при производстве цемента о накоплении химических элементов в почве: ртути, стронция, цинка в пределах более 10 коэффициента концентрации и отсутствуют сведения по накоплению более 2 коэффициентов концентрации, а также по другим химическим элементам [3].
В доступной научной литературе [4, 5] исследования по гигиенической оценке воздуха проводятся, как правило, по «классическим загрязнителям воздуха» - двуокиси серы, двуокиси азота, окиси углерода, озона, взвешенных частиц и свинца. Выработаны нормативы ВОЗ для концерагеных и неконцерагеных веществ в атмосферном воздухе. По нормативам США выработаны национальные стандарты качества атмосферного воздуха [6], имеются нормативы ЕЭС [7, 8, 9]. Из тяжелых металлов в нормативах ВОЗ имеются указания на свинец, марганец, ртуть, ванадий, никель, мышьяк. Отсутствуют исследования по содержанию химических элементов в зависимости от класса опасности в атмосфере.
Почва и снежный покров отражают различные временные характеристики загрязнения атмосферного воздуха. Содержание металлов в поверхностном слое почв населенных мест является результатом многолетнего воздействия загрязненного атмосферного воздуха, суммируя колебания уровней загрязнения, связанные с изменениями технологического процесса, эффективностью пылегазоулавливания, влиянием метеорологических и других факторов. В снежном покрове отражается существующее загрязнение атмосферного воздуха [10, 11].
В области обеспечения населения, в том числе детского, доброкачественной питьевой водой имеется множество нерешенных проблем. Комитетом европейских сообществ [12] и России [13] утверждены стандарты содержания металлов в питьевой воде по среднедопустимым, максимальнодопустимым уровням и ПДК. Агентством защиты окружающей среды (ЕРА) установлен максимальный уровень содержания общего хрома в воде - 0,1 мг/л [14], Сусликовым В.Л. выработаны предельнодопустимые концентрации бериллия в воде от 0,00003 до 0,0001 мг/л [15].
В национальных нормативах питьевой воды в США (Интернет http://www.epa.gov/OGWDW) рассматриваются источники загрязнения питьевой воды – нефтеперегонные заводы, выбросы коксогазовых, электротехнических, целлюлозно-бумажных, металлообрабатывающих и других заводов, и совсем отсутствуют сведения как об источнике загрязнения питьевой воды при производстве цемента.
Цель
Целью исследования явилось изучение количественного химического состава почвы, талого снега, питьевой воды, оценка загрязненности и влияние фактора цементного производства на загрязнение окружающей среды.
Материалы и методы
В г. Вольске с развитой цементной индустрией исследовано 30 проб почвы (570 элементоопределений), 9 проб в п. Черкасское - группа сравнения (171 элементоопределение), 5 проб в п. Белогорное (95 элементоопределений) – условно чистая зона, отдаленная на 80 километров, с отсутствием промышленных предприятий (фоновый показатель), всего проведено: 665 элементоопределений; 19 проб талого снега (399 элементоопределений) в г. Вольске, 9 проб талого снега п. Черкасское (189 элементоопределений) и фоновая зона - 6 проб п. Белогорное (126 элементоопределений), всего: 714 элементоопределений; 19 проб воды в городе Вольске – 475 элементоопределений, 14 проб в поселке Черкасское (350 элементоопределений) и 4 пробы в поселке Белогорное (100 элементоопределений), всего: 925 элементоопределений.
Определение количественного содержания химических микроэлементов проводилось в Испытательном Аналитическом центре в НИИ Химических технологий Министерства РФ по атомной энергии методом атомно-эмиссионной спектрометрии с возбуждением спектров в индукционном высокочастотном разряде (аттестат аккредитации в системе аккредитации аналитических лабораторий (центров) Госстандарта России № РОСС RU.0001.511072 от 03.08.2000 г. Лицензия правительства Москвы. Москомприрода. Серия ЛМКП. Регистрационный номер 000530 от 27.11.2000 г.). Исследования проводились на атомно-эмиссионом спектрометре с индуктивно-связанной плазмой «Varian Vista Pro» (USA).
Для геохимической характеристики г. Вольска выделены 5 селебитных зон, в том числе 3 и 5 зоны рассматриваются как промышленные селебитные зоны в районе расположения производства цемента.
Отбор проб производился равномерно по сети пункта наблюдений с последующим анализом на содержание металлов и их распределение на изучаемой территории методом геохимического картирования [16]. Выделены зоны загрязнения с содержанием металлов статистически достоверно превышающим их содержание в местной фоновой зоне, то есть на аналогичном в ландшафтном отношении территории без техногенного воздействия. Плотность отбора проб: 1-5 на кв. км с точкой отбора с расстоянием не менее 25 метров от края проезжей магистрали. Характеристика почвы и талого снега проведена по геохимическим показателям: коэффициент концентрации химических элементов (Кс) и суммарный показатель загрязнения (Zc). Коэффициент концентрации - это показатель кратности превышения содержаний химических элементов в точке опробования (Ci) над его средним содержанием в аналогичной природной среде на фоновом участке (Cф). Суммарный показатель загрязнения (Zc) представлял собой сумму превышений коэффициентов концентраций химических элементов, накапливающихся в аномалиях, и рассчитывался по формуле:
Zc = SUM ni Kc - (n - 1), где:
Zc – суммарный показатель загрязнения;
Kc – коэффициент концентрации химических элементов;
n - количество аномальных элементов.
Оценка загрязненности
воды была проведена согласно «Санитарным правилам и нормам охраны поверхностных
вод от загрязнения» СанПин 4630-88.1.01.1989 г. При поступлении в водные
объекты нескольких веществ с одинаковым лимитирующим признаком вредности,
относящихся к 1-2 классам опасности, и с учетом примесей, поступивших в водный
объект, сумма отношений концентраций (С1,
С2, … Сn) каждого их веществ в водном объекте к
соответствующим ПДК не должна превышать единицы:
|
С1
|
±
|
С2
|
± …
|
Сn
|
≤ 1
|
|
ПДК1
|
ПДК2
|
П
|
Оценка загрязненности воды проведена по показателям, рекомендуемым ВОЗ.
Статистическая обработка результатов исследования проведена с использованием методов, изложенных Л.С. Каминским, Е.В. Гублером, и программы STATISTICA 5.0. Полученные результаты были подвергнуты вариационному анализу с вычислением средней арифметической и ее ошибки. Различия средних величин оценивали с помощью параметрического t-критерия Стьюдента. При оценке различий показателей между группами взят порог доверительной вероятности не менее 0,95 с уровнем значимости p не более 0,05.
Результаты и их обсуждение
Для расчета коэффициента концентрации и суммарного загрязнения почвы мы пользовались фоновыми показателями содержания микроэлементов почвы поселка Белогорное, который отдален от города на 80 километров и где отсутствует промышленное производство. Превышение содержания в почве города Вольска по сравнению с ПДК выявлено у микроэлементов 1 класса опасности: кадмия – 114 раз, свинца – 2 раза, цинка – 3,39 раз; 2 класса опасности: кобальта – 19,8 раз, меди – 1,4 раза, сурьмы – 3,9 раз, хрома – 2,3 раза, молибдена – 2,55 раз (р<0,05). Среди прочих элементов по классу опасности анализ содержания их в почве по сравнению с ПДК не проведен в связи с их отсутствием по СанПину.
Однако, наибольший интерес представляет анализ содержания химических элементов по классу опасности в регионе с цементной промышленностью (г. Вольск, основная группа) по сравнению с фоновыми показателями контрольной группы поселка Белогорное, наиболее отдаленного от промышленной зоны. Таким образом, коэффициент концентрации (превышение над фоновым содержанием) в городе Вольске по классам опасности выглядит следующим образом: 1 класс опасности: кадмий – 3800, свинец – 6,92, цинк – 3,39, мышьяк – 9,53; 2 класс опасности: кобальт – 108,8, медь – 6,5, сурьма – 91,63, хром – 3,79, молибден – 34,1; 3 класс опасности: стронций – 11,3; прочие элементы: железо – 11,5, кремний – 4,2, олово – 35,94, титан – 5,03 (р<0,05).
Для геохимической характеристики города с определением суммарного уровня загрязненности почвы в г. Вольске выделены 5 районов: район №3 и район №5 – селебитные зоны вокруг цементных заводов; районы №1, №2, №4 – селебитные зоны без промышленных предприятий. Для определения уровня загрязненности нами рассчитаны коэффициенты концентрации химических элементов отдельно по каждой зоне. Отдельно по каждому классу опасности и с учетом классификации жизненной необходимости микроэлементов определено суммарное загрязнение почвы по 5 районам, в целом по городу и в зоне сравнения (поселок Черкасское, условно-чистая зона).
Анализируя полученные показатели, констатировано, что в п. Черкасском, как в контрольной группе, отсутствует загрязненность почвы по всем классам опасности веществ и элементов с учетом классификации по жизненной необходимости веществ, суммарный показатель загрязненности составил 3,02, при оценке низкого уровня загрязненности по Zс=8-16. При анализе загрязненности отдельных районов города наиболее высокий показатель суммарной загрязненности по 1 классу опасности веществ отмечен в промышленных зонах №3 и №5, соответственно Zс=226,18 и Zс=223,3, что соответствует очень высокому уровню загрязненности. В селебитных зонах, прилегающих к заводам, отмечается также загрязненность тяжелыми металлами 1 класса опасности: в зоне №2 Zс=123,49 – высокий уровень, в зоне №4 Zс=140,9 – высокий. В жилой зоне №1 суммарный показатель загрязненности составил Zс=24,16, что соответствует среднему уровню загрязненности. Эта же тенденция отмечается по 2, 3 классам опасности веществ. Загрязненность прочими элементами наиболее низкая, Zс=8,17, в жилой зоне №1 и средний и высокий уровни загрязненности отмечаются в других зонах. Оценивая показатель загрязненности почвы в городе Вольске по суммарному показателю загрязненности всех элементов, мы вынуждены прийти к выводу: две промышленные зоны и прилегающие к ним две селебитные зоны имеют очень высокий уровень загрязненность от Zс =223,64 до Zс =432,72. В жилой зоне №1, отдаленной от промышленных предприятий, суммарный показатель загрязненности составляет Zс=53,83, что соответствует высокому уровню загрязненности.
На основании вышеизложенного, а также коэффициентов концентрации химических элементов и их суммы по каждой пробе на карту города нами были нанесены полученные данные и путем картографирования получена геохимическая характеристика города Вольска (рисунок 1).
Рис. 1.
С целью гигиенической оценки атмосферы воздуха нами проведен химический анализ талого снега. Содержание химических элементов в талом снеге п. Белогорное рассматривалось как фоновые показатели условно чистой зоны. Анализируя содержание химических элементов в талом снеге (атмосфере) г. Вольска по сравнению с фоновыми показателями, следует отметить их превышение по классам опасности – 1 класс опасности: превышение кадмия в 100 раз, свинца – в 40 раз, цинка – 3,2 раза; 2 класса опасности: кобальта - в 2 раза, сурьмы – в 30 раз, никель – в 20 раз, молибдена – в 50 раз, хрома – в 10 раз; 3 класса опасности: бария – в 10 раз, ванадия – в 2 раза, марганца – в 2 раза (р<0,05). Также в регионе с развитой цементной промышленностью в г. Вольске отмечено достоверное (р<0,05) увеличение прочих элементов: алюминия – в 5 раз, железа в 5,9 раз, кальция в 1,8 раз, кремния – 4,1 раз, магния – 2,25 раз, олова – в 50 раз, титана – в 4 раза. В содержании серебра и бериллия различий не выявлено.
Для полной геохимической характеристики воздушного бассейна г. Вольска (загрязненная территория) и контрольных населенных пунктов (условно чистая зона) нами рассчитаны коэффициенты концентрации каждого элемента по сравнению с фоновыми уровнями, суммарный показатель нагрузки, аналогичный суммарному показателю загрязнения.
Проведен анализ показателя суммарной загрязненности снега (атмосферы) отдельно по районам загрязненной территории с учетом класса опасности веществ. Территория города одинаково по суммарному показателю от Zс=248 до Zс =338 загрязнена элементами 1 класса опасности. Вопреки показателям загрязнения почвы, основная селебитная зона №2 характеризуется показателем загрязненности атмосферы Zс=606, что, видимо, объясняется распространением тяжелых металлов через пылевые выбросы на расстояние до 50 километров. Суммарный показатель загрязненности в селебитной зоне №1 также соответствует по уровню загрязненности промышленной зоне. Эта же тенденция наблюдается при загрязнении атмосферы химическими элементами 2 класса опасности с наиболее высоким уровнем суммарного показателя Zс =404 в селебитной зоне №1. Суммарный показатель загрязненности элементами 3 и 4 классов опасности подтверждают эту же гипотезу. Анализируя суммарный показатель загрязненности по всем 22 химическим элементам, следует также указать на наибольшую загрязненность в селебитной зоне №1 (Zс=864), в селебитной зоне №2 (Zс=961) и в селебитной зоне №4 (Zс=658). Показатель загрязненности селебитной зоны №4 по своей величине практически соответствует показателю загрязненности в промышленной зоне №3 (Zс=568) и в промышленной зоне №5 (Zс=789).
С учетом суммарного показателя микроэлементов в талом снеге (атмосфере) согласно санитарным нормам проанализирован уровень загрязненности снежного покрова (атмосферы) металлами. Согласно полученным данным уровень загрязненности атмосферы оценивается как очень высокий по 1 и 2 классу опасности веществ в жилых зонах, по 3 классу низким в селебитных зонах №1 и 2 и промышленной зоне №5. Загрязненность элементами 3 класса опасности отсутствует в промышленной зоне №3 и в жилой зоне №4. Уровень загрязненности по прочим элементам в промышленных зонах является низким и в жилых зонах соответствует среднему уровню. По суммарному показателю всех элементов уровень загрязненности оценивается в селебитных и промышленных зонах как очень высокий с показателем суммарной загрязненности всех элементов (Zс) в жилых зонах превышающих таковые в промышленных зонах.
Проанализирован количественный химический анализ питьевой воды указанных регионов. Установлено, что элемент 1 класса кадмий соответствовал величине ПДК – 0,001 в основной и контрольной группе; содержание свинца в г. Вольске в 2,6 превышает нормативы ПДК. Среди 3 класса опасности содержание бария в г. Вольске превышает ПДК в 1,7 раз. По остальным химическим элементам – их содержание соответствовало и или было ниже ПДК СанПин.
Проведен анализ содержания химических элементов по классу опасности в питьевой воде города Вольска (основная группа) по сравнению с условно чистыми зонами (контрольная группа - Черкасское и фоновая - Белогорное). По 1 классу опасности в основной группе по сравнению с фоновой выявлено следующее: отмечено превышение кадмия – в 10 раз, свинца – в 8 раз по сравнению с контрольной группой и в 40 раз по сравнению с фоновой, цинка – в 10 раз по сравнению с контрольной группой, мышьяка – в 10 раз по сравнению с контрольной и фоновой группами. По 2 классу опасности веществ: отмечено превышение кобальта в 10 раз по сравнению с контрольной группой и в 100 раз по сравнению с фоновой группой, меди – в 4 раза по сравнению с обеими группами, никеля – в 20 раз по сравнению с контрольной группой и в 200 раз по сравнению с фоновой, сурьмы – в 20 и в 200 раз соответственно, хрома – в 700 раз по сравнению с обеими группами, молибдена - в 100 раз по сравнению с обеими группами. По 3 классу опасности веществ: содержание бария в питьевой воде Вольска в 17 раз превышает его содержание в п. Черкасское и в 170 раз в п. Белогорное, ванадия – соответственно в 10 и 100 раз, марганца – в 200 раз по сравнению с питьевой водой п. Черкасское, стронция – в 1,8 и 4,93 раз соответственно; по 4 классу опасности (прочие элементы): содержание алюминия в 22,45 раз, висмута – в 30 раз, бора – в 1,6 и 2 раза, кремния – в 3 раза по сравнению с фоновой группой п. Белогорное, магния в 1,6 и 3,2 раза соответственно, олова – 90 и 30 раз, титана – 2 и 20 раз, серебра – в 400 раз по обеим группам. В содержании бериллия достоверных различий не отмечено.
Для объективной оценки степени загрязненности питьевой воды в исследуемых группах согласно СанПин 4630-88.1.01.1989 г. проанализирована сумма отношений концентраций химических элементов 1-2 класса.
Из полученных данных очевидно, что питьевая вода в регионе с развитой цементной промышленностью (г. Вольск) по сравнению с ПДК СанПин загрязнена химическими веществами 1 класса опасности, на что указывает коэффициент загрязненности до 3,88. Показатель загрязненности воды в г. Вольске в 2 раза выше при расчете на ПДК ВОЗ. По 2 классу опасности химических элементов загрязненности воды в регионе с развитой цементной промышленностью при расчете по ПДК СанПин не выявлено, при расчете на ПДК ВОЗ коэффициент загрязненности более 1 и составляет 6,542. В контрольных группах (условно чистые п. Черкасское и п. Белогорное) коэффициент загрязненности по ПДК СанПин и ПДК ВОЗ менее или равен единице.
Выводы:
1. Исследование количественного химического анализа почвы, воды и снега (атмосферы)методом атомно-эмиссионной спектрометрии с возбуждением спектров в индукционном высокочастотном разряде позволило впервые провести геохимическую характеристику загрязненности и уровня накопления химических элементов в регионе с развитой цементной промышленностью. Проведенные исследования значительно восполняют пробел в научной литературе о накоплении химических элементов в зоне влияния промышленных предприятий химической промышленности – производства цемента.
2. В регионе с развитой цементной промышленностью, за счет воздушного потока, в связи с колебанием розы ветров и за счет пылевых отходов (цементных и сырья) загрязненность территории отмечается на расстоянии до 50 километров от промышленных предприятий. Суммарный показатель загрязненности и уровень загрязненности атмосферы селебитных зон превышают данные показатели в промышленных зонах, что связано с воздушным переносом этих токсикантов на территории, находящиеся на значительном отдалении.
3. По сравнению с показателями содержания химических элементов в условно чистых зонах, в регионе с развитой цементной промышленностью отмечается значительное превышение в питьевой и хозяйственной воде химических элементов 2, 3, 4 классов опасности, кроме бериллия, его содержание бело одинаково во всех группах и составляло 0,0001 мг/л при ПДК 0,0002. Загрязненность питьевой воды в регионе с развитой цементной промышленностью обусловлено микроэлементами 1 класса: мышьяк, цинк, кадмий, свинец и микроэлементами 2 класса: молибден, медь, никель, сурьма, хром.
Список литературы
1. Лимин Б.В., Маймулов В.Г., Мясников И.О., Пацюк Н.А., Скальный А.В., Чернякина Т.С. Гигиеническая диагностика загрязнения среды обитания солями тяжелых металлов: Монография. – СПб: СПб ГМА им. И.И. Мечникова, 2003. – 13 с.
2. Бражкин А.В. Научно-методические основы прогнозирования безопасных для здоровья населения уровней химического загрязнения окружающей среды (на примере крупного промышленного города)// Автореферат дисс…. докт. мед. наук, СПб., 1998. – 48 с.
3. Фомин Г.С., Фомин А.Г. Почва. Контроль качества и экологической безопасности по международным стандартам. Справочник. – М., Издательство «Протектор», 2002. – 19 с.
4. Капарова М.К., Тойчуев Р.М. Изменение печеночного теста у детей, участвующих в возделывании табака. Шестой Российский конгресс «Современные технологии в педиатрии и детской хирургии». Материалы конгресса. Изд. «Оверлей». Москва, 2007. С 206-207.
5. Кузьмина Т.Б., Балева Л.С., Сипягина А.Е. Состояние здоровья детей-дошкольников, проживающих на территории, загрязненной радионуклидами в результате аварии на Чернобыльской АЭС. Шестой Российский конгресс «Современные технологии в педиатрии и детской хирургии». Материалы конгресса. Изд. «Оверлей». Москва, 2007. С 207-2008.
6. National primary and secondary ambient air quality standarts, http://www.epa.org.
7. Guidelines for air quality. WHO 2000, http://www. who.int.
8. Council Directive 1999/30/EC of 22 April 1999 relating to limit values for sulphur dioxide, nitrogen dioxide and oxides of nitrogen, particulate matter and lead in ambient air, http://europa.eu.int.
9. Stein J. Control of exhaust – ISO 8178. The basis of worldwide harmonized exhaust emission test procedures for non-road engines.//ISO bulletin, 1999, №5,16-20.
10. Артемов В.М., Парцеф Д.П., Сает Ю.Е. и др. Анализ состояния загрязнения снегового покрова для проектирования сети станций АНКОС-А. В кн.: Методические и системотехнические вопросы контроля загрязнения окружающей среды // Труды ИМПГ. 2002. Вып. 48. С. 144 - 149.
11. Безкопыльный И.Н. Некоторые методические подходы к изучению воздействия факторов окружающей среды на здоровье населения в зоне территориально-производственного комплекса // Гиг. санитария, 2004, № 11. С. 24 – 27, 46.
12. Children' s health and environment: A review of evidence // Environment issue report №29. World Health Organization. Regional Office for Europe. European Environmental Agency. E.E.A. – Copenhagen, 2002.
13. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. ГН 2.1.5.689-98: Гигиенические нормативы. – М., Российский регистр потенциальной опасности химических и биологических веществ Минздрава России, 1998. – 126 с.
14. Дебески Б., Гралак М. Микроэлементы в медицине. Т. 2. Выпуск 4. 2001. – С. 13.
15. Сусликов В.Л. Геохимическая экология болезней: В 4 т. Т.2: Атомовиты. – М.: Гелиос АРВ, 2000. – С. 228.
16. «Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве» (утверждены Главным государственным санитарным врачом СССР от 15.05.1990 года №5174-90).
|
