УДК 504.054, 502.05
М.А.КУЛИКОВА, канд. техн. наук, ассистент, mix2ra@yandex.ru Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург
M.A.KULIKOVA, PhD in eng. sc., assistant lecturer, mix2ra@yandex.ru National Mineral Resources University (Mining University), Saint Petersburg
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА РЕНТГЕНОВСКОЙ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МОНИТОРИНГА ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА
Для сохранения качества почвенно-растительного покрова, предупреждения и снижения негативного техногенного воздействия необходимо осуществлять систематический контроль за состоянием земельных ресурсов. Мониторинг как система регулярных наблюдений за состоянием окружающей среды с целью выявления эффектов и последствий антропогенного характера и принятия соответствующих природоохранных мер отличается широким набором различных вариантов его реализации в зависимости от конкретных задач, ситуаций, сроков, масштабов, интенсивности воздействия.
Ключевые слова: почва, мониторинг, загрязнение, рентгеновская флуоресценция.
APPLICATION OF THE METHOD OF X-RAY FLUORESCENCE FOR CARRYING OUT MONITORING OF THE SOIL AND VEGETABLE COVER
For preservation of soil-vegetable cover quality, the prevention and decrease of negative technogenic impact it is necessary to exercise systematic control of land resources condition. Monitoring as a system of regular supervision over a state of environment for the identification purpose of anthropogenous effects and consequences and acceptance of the appropriate nature protection measures differs a wide set of various options of its realization depending on specific objectives, situations, terms, scales, intensity of influence.
Key words, soil, monitoring, pollution, x-ray fluorescence.
Почва - очень чувствительная структура, достоверной откликающаяся на оказываемое на нее негативное техногенное воздействие. С каждым годом это воздействие (антропогенное давление) имеет тенденцию к увеличению. Загрязнение почвенно-растительного покрова в городах и промышленных агломерациях - одна из важнейших экологических проблем. Основными механизмами загрязнений почв в условиях городской среды являются выбросы от автотранспорта и промышленных предприятий, оседающие на поверхности, а с атмосферными осадками проникающие
вглубь. Вследствие накопления в почве токсичных элементов формируются области стабильного загрязнения.
Цель исследований - разработка рациональной системы мониторинга земельных ресурсов по оценке содержания тяжелых металлов с применением современного портативного оборудования.
Задачи исследований:
• анализ ландшафтно-геохимической обстановки в Санкт-Петербурге;
• анализ экологической ситуации по загрязненности почвенно-растительного покрова тяжелыми металлами;
• анализ российской и зарубежной нормативно-методической литературы по организации системы мониторинга почвенно-растительного покрова;
• анализ современных аналитических приборов на предмет применимости в полевых условиях с получением достоверных результатов;
• подбор оборудования, имеющегося на базе Центра коллективного пользования Горного университета, для проведения полевых исследований;
• проведение мониторинговых исследований содержания тяжелых металлов в поч-венно-растительном покрове в различных районах Санкт-Петербурга;
• анализ и обработка полученных результатов.
Согласно «Правилам охраны почв в Санкт-Петербурге» (вторая редакция), разработанным Российским геоэкологическим центром - филиалом ФГУГП «Урангео» (А.В.Горький, А.И.Потифоров) и ФГУЗ «Центр эпидемиологии и гигиены в г.Санкт-Петербурге» (И.М Бек., В.А.Ямсон) в 2006 г., программа мониторинга почв города предполагает контроль не менее чем в 150 пунктах, размещаемых с учетом типа городского ландшафта, удаленности от промышленных предприятий, уровня загрязнения почв и других факторов. Оценка уровня загрязнения почв тяжелыми металлами (см.рисунок) проводится по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и геогигиенических исследованиях окружающей среды городов с действующими источниками загрязнения и оценке риска здоровью. Такими показателями являются: коэффициент концентрации химического вещества Кс и суммарный показатель загрязнения Zс.
Коэффициент Кс определяется отношением фактического содержания определяемого вещества в почве с/ в миллиграммах на килограмм почвы к региональному фоновому Сф):
Кс = с/ / сф1.
Суммарный показатель загрязнения равен сумме коэффициентов концентраций химических элементов-загрязнителей:
1с = Ъ{Ка + ... + КсП) - (п - 1),
где п - число определяемых суммируемых веществ; Ка - коэффициент концентрации /-го компонента загрязнения.
Однако для мегаполиса с развитой промышленностью и транспортной инфраструктурой необходимо создание более густой сети мониторинга с применением современного оборудования. Это позволит экспрессно выявлять новые очаги загрязнения почвенно-растительного покрова и своевременно принимать меры по снижению содержания токсикантов и недопущению формирования полей аномально высоких концентраций, что в целом уменьшит затраты на организацию и проведение сре-дозащитных мероприятий.
Для оценки качества окружающей среды и получения достоверных результатов, а также оптимизации процесса предлагается использовать комплекс аналитических методов. Применяемые в ходе исследований методы (рентгенофлуоресцентный, спектрофотомет-рический, атомно-абсорбционный) позволяют в короткие сроки и с высокой достоверностью определить наличие металлов-загрязнителей , оптимизировать процесс отбора проб почвы, а также процесс подготовки проб к исследованию.
Санкт-Петербург является быстро растущим мегаполисом с развитой инфраструктурой дорожной сети, наличием крупных промышленных предприятий и высокими скоростями строительства. Загрязнение поч-венно-растительного покрова ведет к произрастанию некачественных культур, а в целом к ухудшению здоровья населения города. Согласно прил.1 к СанПиН 2.1.7.1287-03, несвоевременные выявления превышения содержания тяжелых металлов и подбор мероприятий для санации почв ведут к увеличению площадей территорий, опасных по загрязнению (табл.1).
* Дорохова Е.Н. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа / Е.Н.Дорохова, Г.В.Прохорова. М.: Высш.шк., 1991. 255 с.
Dorokhova E.N., Prokhorova G.V. Analytical chemistry. Physical and chemical methods of the analysis. Mos-cow:Vysshaya shkola, 1991. 255 p.
Схема суммарного загрязнения почв тяжелыми металлами Санкт-Петербурга
Таблица 1
Рекомендации по использованию почв различной категории загрязнения
Почва Рекомендации по использованию почв
Чистая, допустимая Использование без ограничений
Умеренно опасная Использование без ограничений, исключая объекты повышенного риска
Опасная Использование в ходе строительных работ под отсыпки котлованов и выемок, на участках озеленения с подсыпкой слоя чистого грунта не менее 0,2 м. При наличии эпидемиологической опасности - использование после проведения дезинфекции (дезинвазии) по предписанию органов госсанэпидслужбы с последующим лабораторным контролем
Чрезвычайно опасная Ограниченное использование под отсыпки выемок и котлованов с перекрытием слоем чистого грунта 0,05-1,0 м. При наличии эпидемиологической опасности -использование после проведения дезинфекции (дезинвазии) по предписанию органов госсанэпидслужбы с последующим лабораторным контролем. Решение об использовании и об объемах вывоза (утилизации) загрязненных почв на специализированные полигоны принимается в каждом случае отдельно
Для анализа проб в полевых условиях предлагается использовать портативный рент-генофлуоресцентный спектрометр «Niton Xlt» серии 500. Прибор оснащен программным обеспечением, включающим методики проведения анализов на содержание основных тяжелых металлов в почве. Применение анализатора не требует предварительной пробо-подготовки, позволяет проводить оценку экологической ситуации на месте. При условии выявления превышения предельно допустимых концентраций возможен отбор проб согласно нормативным документам и анализ образцов на базе лабораторий Горного университета.
Измерение образцов проводится с применением метода фундаментальных параметров STD Soil. Метод позволяет зафиксировать элементы различных классов опасности (минимальный набор определяемых компонентов) согласно СанПиН 2.1.7.1287-03 (табл.2).
Таблица 2
Характеристика элементов по классу опасности
Класс опасности Химический элемент
I (высоко опасные) Мышьяк, кадмий, ртуть, свинец,
селен, цинк
II ( опасные) Кобальт, никель, молибден, медь,
хром
III (малоопасные) Вольфрам, марганец, стронций
Таким образом, программа мониторинга включает:
1) проведение полевых анализов с целью выявления загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами. Применение портативного рентгенофлуоресцентного спектрометра на данном этапе позволяет значительно сократить время анализа, повысить достоверность результатов, не требует затрат на отбор и подготовку проб;
2) отбор почвенных проб с повышенным содержанием тяжелых металлов для проведения лабораторных исследований;
3) подготовку проб с учетом выявленного рентгенофлуоресцентным прибором содержания, превышающего нормативное значение, и анализ с применением соответствующего аналитического метода и прибора.
Выполнение представленной последовательности операций позволит значительно сократить время обследования, расширить территорию обследования, увеличить число точек обследования, построить более четкую карту ореолов загрязнения и впоследствии подобрать адекватные средозащитные мероприятия, минимизируя затраты на их проведение.
Работа выполнена в Центре коллективного пользования научным оборудованием Горного университета при финансовой поддержке Комитета по науке и высшей школе Министерства образования и науки Российской Федерации.