CC BY
45
ЭКОЛОГИЯ
УДК 504.054
КОНЦЕНТРАЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ТЕРРИТОРИЯХ, ИМЕЮЩИХ ПЫЛЯЩИЕ ПОВЕРХНОСТИ
Н.Д. Левкин, С.М. Богданов, Е.В. Козьменко
Рассмотрены концентрации тяжелых металлов на территориях, имеющих пылящие поверхности. Вдыхание этой пыли может привести к специфическим заболеваниям. Одним из путей устранения этой опасности является снижение концентрации ТМ в поверхностном слое почвы за счет смешивания её с инертной породной массой.
Ключевые слова: экологическая ситуация, тяжелые металлы, пыление, закис-ление почв, экстракция металлов.
В экологическом аспекте города представляют собой крайне неустойчивую уязвимую систему, утратившую способность к самовосстановлению, неспособную противостоять негативным экологическим факторам среды, включая антропогенные воздействия. Экологическая обстановка на территории г. Тула характеризуется как сложная и определяется комплексом взаимосвязанных социальных, экономических и экологических проблем. Неблагоприятная экологическая обстановка сказывается на здоровье населения. Тяжелые металлы как токсичные химические элементы при определенных условиях могут стать причиной острых и хронических заболеваний.
В Туле смертность населения продолжает расти; уровень рождаемости практически не изменяется, при этом ее показатели остаются много ниже, чем показатели смертности (рис. 1) [2].
<и т о с <и з-
зг к о
н
520 500 480 460 440
к* к® яг яг
100 80 60 40 20 0
Рис.1. Численность постоянного населения г. Тулы
Анализ динамики заболеваемости за последние годы свидетельствует о том, что по целому ряду классов болезней отмечается тенденция роста. Значительно увеличились показатели по болезням крови и кроветворных органов, новообразованиям - в 1,5 раза, по болезням мочеполовой системы, кожи и подкожной клетчатки, инфекционным и паразитарным болезням - в 1,4 раза, болезням системы кровообращения и психическим расстройствам - в 1,3 раза. В структуре общей заболеваемости лидирующее место занимают болезни органов дыхания (28,3 %), на 2-м месте - болезни органов кровообращения (10 %) [1].
Одной из причин высоких показателей заболеваемости и смертности людей является влияние на организм человека и окружающую среду поллютантов, находящихся в почвах [3]. Благодаря определенным биогеохимическим свойствам и огромной активной поверхности тонкодисперсной части, почва превращается в депо токсических соединений и одновременно становится одним из важнейших биогеохимических барьеров для тяжелых металлов на пути их миграции из атмосферы города в грунтовые воды и речную сеть. В то же время тонкодисперсные фракции почвы легко увлекаются воздушными потоками, витают в воздухе и распространяются в приземном слое атмосферы. В составе этой пыли возможно присутствие тяжелых металлов, опасных для здоровья человека и, в первую очередь, детей.
Поэтому нами были проведены исследования содержания тяжелых металлов на территориях детских образовательных учреждений г. Тула. Для этого на игровых площадках школ и дошкольных учреждений были отобраны и проанализированы пробы почвы. Анализ гранулометрического состава профиля почвы показал, что содержание частиц размером менее 1 мм (пыли) на поверхности земли приближается к 30 % (рис. 2).
%60п 50 40 30 20 10 0
Т
В
ш
□ 1 мм и менее
□ 2 мм
□ 3 мм
□ 3 мм и более
1 см 5 см 10 см
Глубина
Рис. 2. Дисперсный состав проб профиля почвы
Результаты определения содержания тяжелых металлов в некоторых из указанных проб приведены в табл. 1.
Таблица 1
Результаты анализа проб почвы
Номер пробы Концентрация, мг/кг
Pb Zn Ой № ОЬ Mn &
Детсад Калинина 100,2 127,1 63,4 23,1 12,7 880,9 13,8
Детсад Епифанская 89,5 27,3 81,2 12,2 13,6 900,8 11,7
Ул. Ленина/ул. Демонстрации 67,5 203,4 15,1 68,4 45,6 783,0 74,2
Школа № 27 146,3 779,3 351,9 29,1 27,4 1088,0 90,3
Из таблицы следует, что в витающей над поверхностью площадки пыли, которая посредством ингаляции попадает в организм человека, количество таких тяжелых металлов, как медь, свинец, хром, цинк существенно превышает ПДК. Вдыхание этой пыли может привести к специфическим заболеваниям.
Одним из путей нормализации ситуации является снижение токсичности вдыхаемой детьми пыли за счет уменьшения в ней концентрации тяжелых металлов. Поставленную задачу можно решить посредством смешивания грунта, покрывающего игровую площадку с материалами, содержащими минимум тяжелых металлов, что приведет к уменьшению концентрации этого класса загрязняющих веществ в образующейся на поверхности данной территории пыли.
В качестве наполнителя может быть использована породная масса с терриконов угольных шахт Подмосковного бассейна. Содержание в ней тяжелых металлов показано в табл. 2.
Таблица 2
Результаты анализа проб породной массы
Шахта Сонцентрация, мг/кг
Pb Zn № Fe Mn &
№6 22,0 32,4 0 13,2 1,7 2.6 99,5 33,2
Партизан 14,7 27,5 0 21,7 1,27 8,4 58,4 68,6
№110 5,9 26,0 0 30,5 5,3 0 0 72,3
Для обоснования оптимальных пропорций смешивания породной массы и грунта нами проведены экспериментальные исследования, в результате которых установлено, что необходимый эффект достигается уже при соотношении почвы к породе 1:2. Содержание тяжелых металлов в такой смеси не превышает ПДК (рис. 3).
X
I и
5 О
£ ™ 3 Ч Ь 3
<и г
□ Си ПТп
□ Сг
ггП.
Почва
1:2
1:3
Рис. 3. Изменение концентрации тяжелых металлов в смеси в зависимости от содержания породы
По данным наших исследований показатель рН породной массы составляет 2,2 - 3,0. После смешивания данного компонента с городским грунтом, рН которого составляет порядка 7,5, при различных пропорциях компонентов смеси показатель рН приобретает значения, приведенные на рис. 4.
рН 8 7 6
очва
-ГгГ
-12
-13-
■14
И
Рис. 4. Изменение рН смеси в зависимости от содержания породы
В этом случае закисление грунта приведет к повышению лабильности соединений некоторых металлов в почве. Но, поскольку на урбанизированных территориях практически не ведется выращивание каких-либо сельскохозяйственных культур, повышенная подвижность тяжелых металлов, с одной стороны, не приведет к увеличению поступления данных металлов в организм человека по трофическим цепям, а, с другой стороны, увеличение кислотности смеси и повышение подвижности тяжелых металлов будет способствовать переходу последних в более глубокие слои почвы и снижению концентрации тяжелых металлов в образующейся на поверхности данной территории пыли. Кроме того, после перехода тяжелых металлов в подвижную форму становится возможным использование методов их биопоглощения, которые основаны на способности различных организмов, прежде всего растений, поглощать токсичные компоненты из почв и грунтов, накапливать их в своих тканях и тем самым очищать почвы.
На рис. 5 приведена зависимость концентрации тяжелых металлов от рН в пробах грунта, отобранных на площадке школы № 27.
а> ш
У
О с ш
И
(0
а
IX
а> ^
х
О ьс
100 80 60 40 20 0
"I-1-1-Г"
1 2 3 4 5
900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
■ N
Сг
—X- V
—ж- ДБ
—♦- ^п
pH
Рис. 5. Зависимость концентрации тяжелых металлов
в грунте от рН
Проведенные исследования показывают, что изменение кислотности городского грунта под влиянием атмосферных осадков происходит очень медленно, поэтому мероприятия по снижению содержания тяжелых металлов на игровых площадках достаточно проводить с периодичностью в несколько лет.
Таким образом, на основе вышеизложенного, можно сделать следующие выводы.
В условиях города вблизи территорий с пылящей поверхностью концентрация пыли, содержащей тяжелые металлы, значительно превышает ПДК.
Снизить токсичность пыли можно посредством смешивания поверхностного слоя грунта с породной массой отвалов угольных шахт.
Пониженное по сравнению с городской почвой значение показателя рН смеси почвы с породной массой позволяет реализовать для очистки почв от тяжелых металлов методы биопоглощения.
Список литературы
1. Исследование заболеваемости населения г. Тулы/В.П. Васильев [и др.]/ Тула: ТулГУ. 2002.
2. Качурин Н.М., Воробьев С.А., Факторович В.В. Теоретические положения и модели воздействия на окружающую среду подземной добычи полезных ископаемых// Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2013. Вып. 3. С. 126 - 134.
3. Экологическая обстановка и здоровье населения Тульской области: учеб. пособие/Э.М. Соколов [и др.]. Тула: ТулГУ.2000.
Лёвкин Николай Дмитриевич, д-р техн. наук, доц., зав. кафедрой, ecmon@mail.ru, Россия, Тула, ГОУ«Учебно-методический центр по гражданской обороне и чрезвычайным ситуациям Тульской области»,
Богданов Сергей Михайлович, аспирант, galina_stas@,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Козьменко Наталья Владимировна, аспирант, galina_stas@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
HEA VY METALS CONCENTRATION AT TERRITORIES HA VING DUST-FORMING
SURFACE
N.D. Lyevkin, S.M. Bogdanov, E.V. Kozmenko
There is airborne dust in play area of kindergartens which inhaling into child's organism and in other areas such process watching too. That dust has got different heavy metals. Inhaling such dust is reason of specific sicknesses. Mixing soil with inert rocks on dust-forming surfaces is one of ways providing safety by dust with heavy metals factor. This measure will provide decreasing concentration heavy metals in air.
Key words: environmental situation, heavy metals, dust-forming, soil acidulation, extraction of metals.
Lyevkin N.D., Doctor of Technical Science, Docent, Head of Department, ecmon@mail.ru, Russia, Tula, State Educational Institution "Learning and Teaching Centre of Civil Defense and Emergency Situations of Tula region",
Bogdanov S.M., Post Graduate Student, galina_stas@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kozmenko E.V., Post Graduate Student, galina_stas@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
