CC BY
40
СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И ПОЛУМЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕННОМ СЛОЕ
г. МАГНИТОГОРСКА
А.Н. Бехтерев, М.А. Карташова
Сотрудничество ученых СПбГУИТМО, ВНЦ «ГОИ им. С.И. Вавилова» и Государственного университета г. Магнитогорска позволило обеспечить научную постановку работ и выполнить спектрофотометрические исследования тяжелых металлов и полуметаллов в почвенном слое городской черты г. Магнитогорска. Краткие результаты этих исследований изложены в данной статье.
Уральский регион считается экологически неблагополучным регионом ввиду наличия многочисленных разработок рудных месторождений, высокой плотности промышленного производства, транспорта, а в лесостепной зоне - малой площади лесов. В больших промышленных городах эти проблемы обостряются концентрированием бытовых отходов и другими демографическими проблемами.
В Магнитогорске до 80% населения проживает в зоне с концентрацией веществ первого класса опасности, превышающей ПДК.
Выбросы в атмосферу от стационарных источников загрязнений составляет до 250 тыс. т (1996 г.) [1]. Среди болезней, приводящих к летальному исходу в городе, наиболее распространены заболевания сердечно-сосудистой системы (53,6%), онкологические (15 %), болезни органов дыхания (7%), большая часть которых обусловлена региональными загрязнениями биосферы. Продолжают снижаться практически все показатели здоровья населения [2].
Почва является естественным аккумулятором загрязнений, которые могут там связываться, транспортироваться в природные воды, атмосферу, ткани растений, продукты питания и, в конечном итоге, влиять на здоровье человека.
Высокая степень загрязненности атмосферы, недостаточная очистка сточных вод, низкая скорость регенерации почв приводят к росту концентрации в почве таких ксенобиотиков, как 3,4-бензапирен, окислов металлов и неметаллов. Токсичность выбросов характеризуется суммарным приведенным индексом загрязнения
Ф = Е—, ПДК iS
где К - выброс i-го загрязняющего вещества; ПДК - предельно-допустимая концентрация i-го компонента; S - среднемноголетний местный выброс загрязнений на данной территории.
Среди областей Уральской зоны Челябинская область находится на втором месте ( Ф = 3,73) после Пермской области (Ф = 16,9) [1]. За последние 6-7 лет загрязненность атмосферы г. Магнитогорска несколько снизилась (1991 г. - 121, 1996 г. - 42,9), что обусловлено в основном мощным спадом производства. Однако уровень загрязненности почвы остается высоким. В этой связи актуальным является экологический почвенный мониторинг.
В работе исследовались пробы почвы, взятой в городской черте в жилых районах правобережной, промышленной и левобережной частях Магнитогорска. Для сравнения параллельно исследовались образцы фонового региона (поселок в 150 км от города). Во всех точках отбора пробы отбирались в четырех шурфах - для получения усредненных результатов. При оценке влияния транспорта образцы почвы отбирались непосредственно у дороги (3 м) и вдали от дороги (200 м).
Вытяжки интересующих веществ готовились по гостированному методу мокрой минерализации смесью азотной и соляной кислот с помощью микроволноврой печи MDS-2000. Количественный спектрофотометрический анализ проводился на атомном
эмиссионном спектрометре «ЫЬег1у-300-1СР» с использованием промышленных стандартов [3].
Образцы А1 Ва N1 Мп Бе Бг 2п РЬ
Фоновый 137,6 1,20 1,37 15,42 341,3 0,68 4,21 0,30
Фоновый 200 129,8 1,16 1,25 15,69 321,3 0,45 3,65 0,28
Город 81,07 1,17 0,94 14,73 261,7 0,46 7,96 1,88
Город 200 59,99 0,82 1,05 11,94 196,6 0,39 3,88 1,44
ММК 152,6 2,58 2,14 28,99 524,7 1,02 14,05 4,08
ММК 200 81,77 2,20 1,61 22,64 285,7 0,89 8,24 0,87
Таблица. Содержание тяжелых металлов и полуметаллов в пробах почвы городской
черты Магнитогорска (в ед. мг/кг)
Основные полученные результаты сведены в таблицу. Для нахождения истинных концентраций элементов в образцах почвы необходимо увеличить приведенные в таблице значения концентраций в 50 раз (коэффициент разбавления пробы). Сравнивая концентрацию искомых компонентов непосредственно у дороги и в 200 м от нее в фоновых образцах, можно отметить, что транспорт заметно увеличивает их концентрацию: А1 (+5,4%), N1 (+9,6%), Бе (6,2%), 2п (+15,3%), РЬ (+7,1%), Ва (+5,2%). Практически не изменяется концентрация Мп, Б1, Си. Аналогичный вклад дороги обнаружен в пробах почвы в пределах городской черты. Причем максимальный вклад дает дорога для образцов, взятых на левом берегу вблизи ММК: РЬ (+430%), Бе (83,8%), А1 (+85,6%), 2п (+75,0%), Бг (+14,6% ), N1 (+24,7%), Ва (+17,3%). Здесь вклад дороги более существенен, что можно объяснить интенсивностью движения транспорта в городе, отличием топлива, видом перевозимого груза.
Для оценки загрязнения почвы основным источником выбросов - ММК - можно вычесть концентрацию соответствующих элементов в почве фонового региона из полученных данных. Сравнительные результаты приведены на рис.1. Как следует из диаграммы, ММК загрязняет почву такими ксенобиотиками, как РЬ, 2п, Ва, N1, Бг, Бе.
Поступающие в почву тяжелые металлы и полуметаллы могут проникать в продукты питания, выращиваемые на садовых участках в черте города, а через них и в воду, используемую для питья, и в организм человека. Многие горожане используют для питья воду из артезианских скважин, колодцев, родников. Данная вода не проходит специальной очистки, обработки и практически содержит весь набор почвенных загрязнений.
200% 150% 100% 50% 0%
,75
,26 0,89 0,83
3,71 С ),5;
1
РЬ Ъг\ Эг Ва № Ре
Рис.1. Диаграмма выбросов тяжелых металлов ММК по отношению
к фоновому региону
Как показали исследования природных вод, используемых для питьевых целей, в них повышено по отношению к ПДК содержание А1 (5-7 ПДК), Ва (8-20ПДК), РЬ ( до 20 ПДК), 2п и Бг (до 0,5 ПДК), сурьмы, кальция, магния, кремния. Таким образом, вода в названных природных источниках в черте города является практически технической, а не питьевой.
Анализируя полученные результаты, можно придти к выводам о необходимости следующих мероприятий:
1. организовать в городе непрерывный экологический мониторинг почвы и в первую очередь - на тяжелые металлы;
2. исследовать корреляцию между загрязнением почвы наиболее токсичными компонентами и специфическими заболеваниями населения;
3. вводить более мощные и современные очистные сооружения на промышленных предприятиях города и в первую очередь - на ММК ( Магнитогорском металлургическом комбинате );
4. увеличивать площади зеленых насаждений в городской черте, что способствует более активному естественному процессу регенерации почвы;
5. через средства массовой информации ставить в известность население о системе профилактических мероприятий, снижающих влияние тяжелых металлов и других региональных загрязнителей на здоровье человека;
6. определить перечень приоритетных загрязнителей биосферы, максимальным образом влияющих на здоровье населения региона.
7. рассчитать экологические риски для здоровья при проживании на данной территории; результаты расчетов использовать для прогнозирования мероприятий по улучшению экологической обстановки в регионе.
Работа выполнена при частичной поддержке Федеральной целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 годы», Проект № Б0120. Направление 1.1. УНЦ «Оптика и научное приборостроение».
Авторы выражают благодарность профессору, заведующему кафедрой физической оптики и спектроскопии СПбГУ ИТМО В.М. Золотареву за обсуждение материалов эксперимента и дискуссии по полученным результатам.
Литература
1. Аляев А. А., Варава Л.Ф. Экологические проблемы промышленных зон Урала // Сб. науч. трудов Международной научн.-техн. конф. Магнитогорск: МГМА, 1998. Т. 1. С. 29-34.
2. Чуканов В.Н., Коробицын Б. А. Комплексный анализ напряженности экологической обстановки в уральском регионе // Сб. науч. трудов Межд.научн.- техн. конф. Магнитогорск: МГМА, 1998. Т. 1. С. 35-41.
3. Ермаченко Л. А. Атомно-абсорбционный анализ в санитарно- гигиенических исследованиях // Методическое пособие / Под ред.Подуновой Л.Г. Чебоксары: Чува-шия,1997.
