Изучение содержания тяжелых металлов и бензапирена в почвах Северного административного округа Москвы

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Загрязнение почвы тяжелыми металлами и бенз(а)пиреном является одним из наиболее опасных видов химического изменения почвенного покрова городских территорий и одним из сильнейших факторов негативного воздействия на окружающую среду и здоровье человека.

Проблема загрязнения почвы тяжелыми металлами особенно остро стоит в крупных городах, в частности, в Москве. Городские почвы представляют собой особые объекты, на формирование которых оказывают влияние как природные, так и антропогенные факторы почвообразования [1]. Являясь важными объектами городской экосистемы, почвы не только геохимически аккумулируют элементы-загрязнители, но и выступают в роли природного буфера, контролирующего перенос химических элементов и соединений между атмосферой, гидросферой и живым веществом [2]. В то же время они служат источником вторичного загрязнения приземного воздуха и городских подземных вод.

Актуальность настоящей работы обусловлена высокой опасностью накопления тяжелых металлов и бенз(а)пирена в почвенном покрове Москвы в связи с большим количеством работающих промышленных предприятий и высокой степенью транспортной нагрузки.

В качестве объекта исследования была выбрана жилая зона Северного административного округа (САО) Москвы как одного из наиболее динамично развивающихся районов столицы. На его территории представлены почти все отрасли индустрии: основные российские комплексы авиационной промышленности, машиностроение, легкая, пищевая и ювелирная промышленность, производство строительных материалов, полиграфия. По территории Северного округа проходит несколько крупнейших городских магистралей: Третье транспортное кольцо, Ленинградское и Дмитровское шоссе.

Согласно существующим проектам, Северный округ в дальнейшем будет формироваться как территория комплексного освоения, где развернется значительное инженерно-транспортное, жилищное и культурно-бытовое строительство.

Для оценки степени загрязнения почв САО в рамках программы санитарно-химических исследований испытательной лаборатории ООО «Экогеотех» было отобрано 247 образцов почвы из слоя 0-0,2 м.

В ходе работы использовались современные методы пробоподготовки и анализа элементного состава образца.

Микроволновая система пробоподготовки (система микроволнового разложения проб) -- это модульная система, предназначенная для разложения (растворения) образцов и подготовки их к элементному, или хроматографическому, анализу. Принцип, по которому действует данное оборудование для пробоподготовки, заключается в быстром вскрытии различных объектов при помощи микроволнового поля. Подготовка проб в условиях воздействия на реакционную смесь микроволнового излучения, высокой температуры и давления имеет ряд преимуществ. Например, существенно сокращается время подготовки и повышается полнота разложения образцов, резко увеличивается производительность анализа; улучшается воспроизводимость условий подготовки проб и, соответственно, получаемых результатов.

Валовые формы тяжелых металлов определялись по аккредитованной методике «ПНД Ф 16.1:2:2.2:2.3.47-06 Методика выполнения измерений массовой доли тяжелых металлов и токсичных элементов (Cd, Pb, Cu, Zn, Bi, Tl, Ag, Fe, Se, Co, Ni, As, Sb,Hg, Mn) в почвах и грунтах, донных отложениях, осадках сточных вод методом инверсионной вольтамперометрии» [3]. Данный метод основан на зависимости тока, проходящего через ячейку анализатора с анализируемым раствором, от массовой доли элемента, содержащегося в растворе и функционально связанного с формой и параметрами приложенного к электродам поляризующего напряжения. Анализ образцов почвы на содержание бенз(а)пирена проводился методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на хроматографе жидкостном «Стайер» согласно методике «ФР.1.31.2005.01725 Методика выполнения измерений массовой концентрации бенз(а)пирена в почвах, грунтах и осадках сточных вод методом высокоэффективной жидкостной хроматографии» [4].

Рассмотрим общие статистические характеристики распределения тяжелых металлов с учетом ориентировочно (предельно) допустимых концентраций данных веществ в почвах (табл. 1).

почвенный антропогенный городской

Таблица 1. Содержание тяжелых металлов и бенз(а)пирена в почвах САО г. Москва

Арифметическое среднее значение для каждого показателя находится в пределах ОДК (ПДК) и для свинца, кадмия и меди не превышает 40% ориентировочно допустимой концентрации. Среднее значение содержания цинка составляет 55% от ориентировочно допустимой концентрации. Среднее значение содержания бенз(а)пирена немного меньше его предельно допустимой концентрации.

Сравнение полученных данных с данными из государственного доклада «О состоянии окружающей среды в городе Москве в 2010 году» [5] показывает, что полученные нами результаты выше средних концентраций, представленных в докладе. В то же время количество случаев превышения ОДК от общей выборки существенно меньше.

Столь большое различие в показателях объясняется выбором территории пробоотбора. В данной работе изучена зона жилой застройки, в то время как в государственном докладе на данной территории находилось всего 43% точек пробоотбора (111 из 257), а 16% точек пробоотбора (40 из 257) находилось на относительно чистой лесопарковой территории.

Значимые различия в средних показателях и в проценте случаев превышения ОДК (ПДК) показывают (табл. 2), что данные [5] нельзя напрямую использовать применительно к изучаемой нами территории, что еще раз подчеркивает актуальность проведенного исследования.

Таблица 2. Сравнение содержаний валовых форм тяжелых металлов в почвенном покрове Москвы

* по данным [5] ** по данным, полученным в результате данного исследования.

Сравнение результатов анализа с данными государственного доклада показывает значимые различия как в содержании тяжелых металлов и бенз(а)пирена на территории исследуемых объектов, так и в количестве превышений ориентировочно допустимой концентрации (в процентах от общей выборки). Среднее содержание цинка и свинца в Северном административном округе превышает среднее значение по территории Москвы (по цинку - приблизительно в 2 раза, по свинцу - в 1,5), по кадмию и меди средние значения сопоставимы со средними по Москве. В то же время количество случаев превышения ориентировочно допустимой концентрации в Северном административном округе в полтора раза меньше, чем в среднем по городу. Подобные различия можно объяснить тем, что при усреднении данных, не учитывается функциональное районирование территории (селитебная, селитебно-транспортная, промышленная зона и т.п.) [6]. Среднее содержание бенз(а)пирена в селитебной зоне Северного административного округа города в 3 раза меньше, чем в целом по городу. Это объясняется относительно низкой транспортной нагрузкой в исследуемой функциональной зоне города.

Средняя концентрация кадмия ни на одном из изученных участков не превышает ОДК, хотя максимальная на 2 площадках пробоотбора превышала ОДК в 2 и более раз. Средняя концентрация меди превысила ОДК на одной площадке пробоотбора (№19). В той же точке её максимальная концентрация была равной 1175 мг/кг почвы и превысила ОДК в 8,9 раз. Средняя концентрация свинца превысила ОДК на одной площадке пробоотбора (№19). Большая часть (85%) изученной территории характеризуется довольно низким содержанием данного элемента: 0-65 мг/кг почвы, что соответствует 0-0,5 ОДК. Средняя концентрация цинка превысила ориентировочно допустимую на 2 площадках пробоотбора (№№ 19, 29). На основании СанПиН 2.1.7.1287-03 «Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы» [7] проведено распределение почв и грунтов площадок пробоотбора по категориям загрязнения бенз(а)пиреном. Согласно государственным гигиеническим нормативам [7], при содержании бенз(а)пирена в почве в количествах до 1 ПДК (<0,02 мг/кг) почва относится к чистой категории загрязнения; при содержании бенз(а)пирена в количествах от 1 ПДК до 2 ПДК (0,02-0,04 мг/кг) почва относится к допустимой категории загрязнения; при содержании бенз(а)пирена в количествах от 2 ПДК до 5 ПДК (0,04-0,10 мг/кг) почва относится к опасной категории загрязнения, при содержании в количествах > 5 ПДК (> 0,10 мг/кг) - к чрезвычайно опасной. По результатам распределения содержания бенз(а)пирена 2 площадки (№№ 26 и 32) попали в категорию чрезвычайно опасного загрязнения, 4 площадки (№№ 14, 19, 28, 29) - в категорию опасного загрязнения, 4 площадки (№№ 15, 18, 27, 35) - в категорию допустимого загрязнения. Остальные 26 площадок (72%) можно отнести к незагрязненным.

97% изученной территории по суммарному показателю загрязнения попадает в допустимую категорию загрязнения. Средние значения показателя в точке №19 соответствуют умеренно опасной категории загрязнения.

С использованием пространственных (географических) привязок площадок пробоотбора была составлена картосхема содержания бенз(а)пирена по САО Москвы (рис. 1). В результате работы было установлено содержание валовых форм тяжелых металлов (кадмия, свинца, меди, цинка и бенз(а)пирена) и построена картосхема их содержания на территории Северного административного округа.

Рис. 1. Картосхема содержания тяжелых металлов и бенз(а)пирена в почвах Северного административного округа Москвы

На основании полученных данных можно сделать следующие выводы.

1. Для почв и грунтов Северного административного округа Москвы наиболее характерно поверхностное загрязнение цинком. Превышение его ориентировочно допустимой концентрации было выявлено на 6% территории, а свинца и меди - на 3%. Загрязнения почв и грунтов селитебной территории САО кадмием обнаружено не было. Превышение предельно допустимой концентрации для бенз(а)пирена наблюдалось на 20% территории.

2. Исследованные городские почвы в целом относятся к допустимой категории загрязнения и пригодны для всех видов использования без ограничений: 97% почв относятся к «чистой» и «допустимой» категориям загрязнения, 3% почв - к «умеренно опасной».

3. Содержание свинца, меди, кадмия и цинка в почвах и грунтах жилой зоны Северного административного округа Москвы в 2-3 раза превышает средний показатель содержания тяжелых металлов, установленный для всей территории Москвы по данным доклада «О состоянии окружающей среды в городе Москве в 2010 году». Численные значения усредненного городского показателя содержания тяжелых металлов и бенз(а)пирена получены без учета функционального зонирования территории. Выявленное реальное загрязнение зон жилой застройки, важное с точки зрения санитарно-экологического благополучия населения и оценки качества условий проживания, в ряде случаев существенно выше среднего показателя. Имеющаяся большая неоднородность почвенного покрова Москвы подтверждается тем, что количество наблюдаемых превышений (в процентах от объема выборки) ориентировочно допустимых концентраций в САО 1,5-2 раза меньше, чем в целом на территории города.

Литература

1. Почва. Город. Экология / Ред. Г.В. Добровольский и М.Н. Строганова. М.: Изд-во Фонд «За экономическую грамотность», 1997. - 320 с.

2. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. - М.: Мир, 1989. - 439 с.

3. ПНД Ф 16.1:2:2.2:2.3.47-06 Методика выполнения измерений массовой доли тяжелых металлов и токсичных элементов (Cd, Pb, Cu, Zn, Bi, Tl, Ag, Fe, Se, Co, Ni, As, Sb,Hg, Mn) в почвах и грунтах, донных отложениях, осадках сточных вод методом инверсионной вольтамперометрии, - М., 2006. - 24 с.

4. ФР.1.31.2005.01725 Методика выполнения измерений массовой концентрации бенз(а)пирена в почвах, грунтах и осадках сточных вод методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, - М., 2004. - 11 с.

5. Доклад «О состоянии окружающей среды в городе Москве в 2010 году». М., 2010. - 135 с.

6. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. - М.: Астрея, 1999. - 768 с.

7. СанПиН 2.1.7.1287-03 «Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы».

Размещено на Allbest.ru