CC BY
17
Научни трудове на Съюза на учените в България-Пловдив, серия Б. Естествени и хуманитарни науки, т. XV, 2013 г. Научна сесия „Техника и технологии, естествени и хуманитарни науки", 25-26 X 2012 Scientific researches of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series B. Natural Sciences and the Humanities, Vol. XV, ISSN 1311-9192, Technics, Technologies, Natural Sciences and Humanities Session, 25-26 oktober 2012.
ИЗСЛЕДВАНЕ ЗАМЪРСЯВАНЕТО С ТЕЖКИ МЕТАЛИ НА ПОЧВИ В РАЙОНА НА ОЦК-КЪРДЖАЛИ
Хр. Христов*, С. Маринова*, П. Запрянова**, Р. Божинова**, Е. Генчева* * Пловдивскиуниверситет „ПаисийХилендарски", Пловдив ** Институт по тютюна и тютюневите изделия, Пловдив
STUDY OF THE POLLUTION WITH HEAVY METALS OF SOILS IN THE REGION OF LEAD-ZINC SMELTER NEAR THE ^RDZHALI
Hr. Hristov*, S. Marinova*, P. Zaprianova**, R Bozhinova**, E. Gancheva* *Plovdiv University "Paisii Hilendarski", Plovdiv **Tobacco and tobacco products institute, Plovdiv
Abstract.
The content of lead, cadmium and copper in the soils of the region of lead-zinc smelter near the Kardzhali was studied. For the purposes of the study 113 samples were taken from a territory of approximatelly 110 square km ranging 6 km north and south and 5 km east and west of the factory's chimney. The coordinates were determined with the use of a GPS. The soil samples were prepared in accordance with ISO 11464. The extractions were made with aqua regia in accordance with ISO 11466. The content of heavy metals was determined in accordance with ISO 11047 using an atom-absorption spectrometer "Varian SpektrAA 220", Australia. The following wave-lengths were used: Pb - 217,0 nm, Cd - 228,8 nm and Cu - 324,8 nm. The results from the study show that the concentration of Pb, Cd and Cu in a large part of the soils is within the norms defined by the judicial documentation for interventional and maximum acceptable concentrations, which means that most places it is not necessary to take measures for soil recovery. It is most polluted with Pb and least polluted wth Cu. It is necessary to apply proper land improvement projects in the polluted zones as well as proper use of the soil and use of methods and technologies for reduction of the entry of heavy metals into agricultural products.
ВЪВЕДЕНИЕ
Сред многочислените вещества постъпващи в атмосферата в резултат на дейността на човека особено внимание се отделя на тежките метали като опасни токсиканти. Участието им в необратими геохимични и биохимични процеси води до нарушаване на екологичния баланс и като последствие предизвиква сериозни заболявания у човека [1]. Най-опасните източници на локално замърсяване с тежки метали са мощните технологически обекти, които не са реконструирани. Към тях принадлежи Оловно-цинковият комбинат (ОЦК) в Кърджали. Атмосферните емисии на комбината, свързани с производството на цветни метали в продължение на много години създават сериозни екологични проблеми на
прилежащите селскостопански райони и имат пряко отношение към проблема за опазване на човешкото здраве в редица селища на района на Кърджали [2, 3, 4]. Изучаването на почвите дава информация за атмосферните емисии на тежки метали и токсични елементи в процеса на експлоатация на комбината.
Основната цел на настоящата работа е да се проучи съдържанието на екологично значимите елементи олово, кадмий и мед в почви от района на ОЦК-Кърджали.
МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ
Обект на изследване
Изследваният район обхваща около 110 км2 и е разположен в Югоизточна България, в околностите на ОЦК, град Кьрджали. Комбинатът за цветни метали се намира на северния бряг на язовир „Студен Кладенец". В района са разпространени канелени горски почви (повечето силно излужени), алувиално-ливадни, делувиално-ливадни и делувиални, псевдоподзолисти, хумусно-карбонатни почви. Релефът е нископланински, теренът е силно пресечен, голяма част от почвите са силно ерозирани.
За изследване са взети 113 почвени проби от точки, достигащи 6 км на север и юг и 5 км на запад и изток от комина на комбината. Пробовземането е извършено в периода август-септември 2012 г. от повърхностния почвен слой според изискванията на Наредба N° 3 за нормите за допустимо съдържание на вредни вещества в почвите [5] и ISO 10381 [6]. Картата с точките на събраните почвени образци е представена на Фиг. 1. Координатите са определяни с помощта на GPS.
Методика на изследване и апаратура
Почвените проби са подготвени съгласно ISO 11464 [7]. Извлеците са направени с царска вода по ISO 11466 [8]. Съдържанието на тежки метали е определено по ISO 11047 [9] с атомно-абсорбционен спектрометър "Varían SpektrAA 220", Австралия при следните работни дължини на вълните: Pb - 217,0 nm, Cd - 228,8 nm и Си - 324,8 nm.
Фиг. 1. Карта на местата на пробовземане
РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ
Обобщените статистически показатели от резултатите за съдържанието на изследваните елементи олово, кадмий и мед във взетите почвени проби са представени в Таблица 1.
Таблица 1. Статистически показатели от резултатите за съдържанието на изследваните елементи олово, кадмий и мед във взетите почвени проби
Статистически показатели Елементи
Pb Cd Cu
Брой проби 113 113 113
Средна аритметична стойност, mg/kg 504,19 8,77 77,04
Стандартно отклонение, mg/kg 3817,07 62,75 421,51
Минимална стойност, mg/kg 16,67 0,20 5,96
Максимална стойност, mg/kg 40412,63 648,27 4296,24
Вариационен коефициент, % 757,07 715,51 547,13
Концентрациите на Pb варират в много широки граници - от 16,67 mg/kg до 40412,63 mg/kg (Табл. 1). Вариационният коефициент при този елемент достига до 757 %. Най-високите стойности са измерени в пробите, взети от местата, които са в непосредствена близост до ОЦК - точки 1 и 2. Най-ниска концентрация е установена в проба 107 - на североизток от комбината. При по-голяма част от изследваните почви (82 %) съдържанието на олово е под максимално допустимата концентрация (МДК) (Фиг. 2). Максимално допустима концентрация е съдържание на вредно вещество в почвата в mg/kg, превишаването на която при определени условия води до нарушаване на почвените функции и до опасност за околната среда и човешкото здраве [5]. При 4 % от пробите концентрациите на елемента са над интервенционната концентрация (ИК) (интервенционна концентрация е съдържание на вредно вещество в почвата в mg/kg, превишаването на която води до нарушаване на почвените функции и до опасност за околната среда и човешкото здраве [5]), което означава, че при тези почви са нарушени почвените функции и съществува опасност за околната среда и човешкото здраве (Фиг. 3).
Pb
______18%
82%
□ > мдкпкмдк
Фиг. 2. Съдържание на Pb в зависимост Фиг. 3. Съдържание на Pb в зависимост от МДК от ИК
Съдържанието на Cd в изследваните места варира в широки граници от 0,2 mg/ kg до 648,27 mg/kg. И при този елемент вариационният коефициент е висок и достига до 715,5%. Най-големи стойности са установени в пробите, които са взети от местата в близост до ОЦК. Сравнително по-високи концентрации на елемента са измерени и в почви, отстоящи по-далеч от комбината - разпоположени на юг (точка 10). Превишаване на МДК се наблюдава в 14 % от почвите, а на ИК само в 2 % (Фиг. 4 и Фиг. 5).
Фиг. 4. Съдържание на Cd в зависимост Фиг. 5. Съдържание на Pb в зависимост от МДК от ИК
Подобно на другите два елемента, най-високо съдържание на мед има в почвите до оградата, граничеща с комина на комбината. Измерената максимална стойност е 4296,24 mg/kg, а най-ниската - 5,96 mg/kg. В по-голяма част от изследваните точки стойностите за Cu са около и под предохранителните концентрации, т. е. съдържанието на елемента в почвите не води до нарушаване на почвените функции и до опасност за околната среда и човешкото здраве. На местата където съдържанието е над тези концентрации е в границите на максимално допустимите концентрации (МДК). Превишаване на МДК се наблюдава само в 4 % от пробите, а на ИК - в 2 % (Фиг. 6 и Фиг. 7).
Cu
4%
сШЛ
96%
□ > МДК С1<МДК
Фиг. 6. Съдържание на Cu в зависимост от МДК
Cu 2%
98%
□ > ИК □< ИК
Фиг. 7. Съдържание на Cu в зависимост от ИК
ИЗВОДИ
Резултатите от измерванията показват, че концентрацията на изследваните три елемента Pb, Cd и Cu в голяма част от почвите отговаря на нормативните документи за максимално допустими и интервенционни концентрации, от където следва, че на повечето места не е необходимо да се вземат мерки за възстановяване на почвите.
Местата, на които концентрацията на елементите е над МДК и ИК могат да се разглеждат като замърсени. Това са най-вече почвите в близост до ОЦК. Най-силно е замърсяването с олово, а най-малко с мед. Получените от нас резултати потвърждават и допълват резултатите от подобен тип изследвания за района на ОЦК, проведени от други автори в периода 2006-2007 г. [2, 4].
В зоните със замърсяване е необходимо прилагането на подходящи мелиоративни мероприятия за възстановяване на земите, подходящо земеползване, както и използването на методи и технологии за ограничаване постъпването на тежки метали в земеделската продукция.
ЛИТЕРАТУРА
1. Стоянов Ст., 1999. Тежки метали в околната среда и хранителните продукта, токсично увреждане на човека, клинична картина, лечение и профилактика, Поредица Екология и Здраве, 2, Изд. „Пенсофт", София.
2. Божинова П., Е. Желева, 2007. Предложение за ремедиация на замърсени с тежки метали почви в района на ОЦК-АД, гр. Кърджали, Научни доклади, Международна конференция 13-17 май 2007 г., София, с. 529-535.
3. Янчева Д., Л. Станиславова, 2006. Съдържание на тежки метали в ориенталски тютюн в района на Кърджали, Сборник доклади от 6-та научно-техническа конференция с международно участие „Екология и здраве", Пловдив, 2006, с. 298-302.
4. Янчева Д., П. Божинова, Л. Станиславова, 2007. Към динамиката на тежкометалното замърсяване на тютюневи площи в района на Оловно-цинковия комбинат гр. Кърджали, Научни доклади, Международна конференция 13-17 май 2007 г., София, с.640-643.
5. Наредба № 3 от 1 август 2008 г. за нормите за допустимо съдържание на вредни вещества в почвите, ДВ, бр.71, 2008 г.
6. ISO 10381, 2002. Soil quality - Sampling - Part 2: Guidance on sampling techniques.
7. ISO 11464, 2002. Soil quality-Pretreatment of samples for physico-chemical analyses.
8. ISO 11466, 1995. Soil quality - Extraction of trace elements soluble in aqua regia.
9. ISO 11047, 1998. Soil quality - Determination of cadmium, chromium, cobalt, copper, lead, manganese, nickel and zinc in aqua regia axtracts of soil - Flame and electrothermal atomic absorption spectrometric methods.
Рецензент: доц. д-р Тодорка Димитрова
