ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2013, № 2, с. 62-64
УДК 549.25/.28:662.642
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ТЕРРИТОРИИ г. ЧЕЛЯБИНСКА ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПРИ СЖИГАНИИ УГЛЯ © 2013 г. Р. В. Галиулин, Р. А. Галиулина
Институт фундаментальных проблем биологии Российской академии наук, Пущино, Московская область Е-таИ: rauf-galiulin@rambler.ru Поступила в редакцию 26.03.2012 г.
Оценивается загрязнение территории г. Челябинска тяжелыми металлами (Си, Со, N1, /п, РЬ, Сё, Сг, Мо, Щ) при сжигании угля. Содержание /п, РЬ, Сё и Щ в почвах данной территории оказалось выше гигиенических нормативов (ОДК, ПДК) в 1.5—20 раз, Сё и в воде — соответственно, в 6 и 2 раза.
БО1: 10.7868/80023117713020047
Большую роль в загрязнении окружающей среды тяжелыми металлами играет сжигание угля на теплоэнергетических установках, обусловливающее попадание соединений этих веществ с выбросами в атмосферу, твердыми отходами и со сточными водами [1, 2]. Риск загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами заключается в том, что отдельные соединения Си, Со, N1, /п, РЬ, Сё, Сг, Мо и Ы§ обладают канцерогенным эффектом, т.е. способностью вызывать необратимые изменения в живой клетке вплоть до образования злокачественных опухолей посредством окисления-восстановления или растворения частиц веществ в плазме крови [3]. При этом основным органом-мишенью для перечисленных канцерогенных веществ являются легкие человека. В этой связи особое значение приобретают исследования загрязнения тяжелыми металлами различных компонентов окружающей среды при сжигании угля на теплоэнергетических установках, что важно для оценки риска их воздействия на человека через воздух и почвенную пыль.
Подобного рода исследования особенно актуальны для городов Челябинской области, в том числе Челябинска, в которых действуют предприятия топливно-энергетического комплекса (ГРЭС, ТЭЦ и котельные), работающие на местных бурых и, частично, привозных углях [4]. На территории Челябинска к числу наиболее характерных загрязнителей окружающей среды отнесены тяжелые металлы, источниками которых могут быть выбросы теплоэнергетических установок, работающих на угле, выбросы тяжелых металлов предприятиями металлургического профиля (цветной и черной металлургии и др.), а также горящие терриконы шахт Челябинского буроугольного бассейна (в районе г. Копейска),
вследствие воздушного переноса из них тяжелых металлов (рисунок) [5].
Кроме того, Челябинск характеризуется не только высокой концентрацией энергетических и промышленных объектов в пределах его границ, но и высоким уровнем занятости территории отвалами техногенных отходов, являющихся источниками интенсивного загрязнения атмосферы вследствие пылеобразования и вторичного переноса аэрозолей, а также поверхностных и подземных вод в результате смыва, фильтрации и выщелачивания веществ из отвалов [5]. Так, разнос золы-уноса ветром с золоотвалов предприятий топливно-энергетического комплекса может значительно загрязнять окружающую среду содержащимися в ней тяжелыми металлами. По данным [6], среднее содержание таких тяжелых металлов, как Cr, Ni, Cu, Zn, Mo и Pb, в углях Челябинского буроугольного бассейна составляет, соответственно, 56, 47, 50, 129, 3 и 6 мг/кг, а в их золе-уноса и шлаке — соответственно, 165, 194, 114, 215, 41 и 65 и 134, 95, 90, 193, 11 и 79 мг/кг.
Цель настоящей работы — оценка загрязнения территории Челябинска тяжелыми металлами при сжигании угля на теплоэнергетических установках путем анализа содержания данных канцерогенных веществ в коре тополя, почве, поверхностной воде и донных отложениях.
Исследования проводили на репрезентативных участках территории Челябинска, где для доказательства загрязнения атмосферного воздуха тяжелыми металлами отбирали пробы коры тополя серебристого (Populus alba) для кортекс-тести-рования (cortex — кора). На этих же участках в прибрежной полосе р. Миасс и оз. Первое отбирали пробы почвы из слоя 0—15 см, а из данных
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ТЕРРИТОРИИ г. ЧЕЛЯБИНСКА ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
63
Карта-схема исследуемой территории [5]. I — г. Челябинск; II — г. Копейск; III — водоемы: Шершневское водохранилище (а), озеро Первое (б) и другие озера; IV — участки отбора проб коры тополя, почвы, поверхностной воды и донных отложений в Центральном (1), Металлургическом (2, 3) и Тракторозаводском (4) районах г. Челябинска.
водных объектов — пробы воды с глубины до 20 см и донных отложений из слоя 0—15 см.
Далее в предварительно высушенные и тонко-измельченные навески коры тополя, почвы и донных отложений добавляли концентрированную HNO3 (ос.ч.) и выдерживали в микроволновой печи MDS-2000 при давлении 10.9 атм в течение 1 ч. Пробы воды подкисляли HNO3, выпаривали досуха и остаток растворяли в 2M HNO3. Анализ содержания тяжелых металлов в соответствующих навесках и пробах воды проводили на атомно-абсорбционном спектрофотометре " Varían SpectrAA-250Plus": Co, Ni, Pb, Cd, Cr и Mo - в режиме электротермической атомизации, Cu и Zn — методом пламенной атомизации и Hg — методом "холодного" пара, используя гидридную приставку.
Исследования показали, что свидетельством загрязнения атмосферного воздуха тяжелыми металлами явилось их обнаружение в многолетней фитомассе — коре тополя, где вещества накапливались за счет их внешнего захвата из воздушной среды (таблица).
В почвах прибрежной полосы р. Миасс количество Zn, Pb и Cd было больше их ориентировочно допустимой концентрации, ОДК (220, 130
и 2 мг/кг для суглинистых почв с рНка > 5.5), соответственно, в 8.5, 1.5 и 20 раз [7]. Между тем в почвах района оз. Первое содержание Zn было больше его ОДК — в 20 раз, Н больше его предельно допустимой концентрации, ПДК (2.1 мг/кг) в 1.9 раза [1]. Из исследуемых тяжелых металлов количество Сё и Н превышало их ПДК (0.001 и 0.0005 мг/л) для воды в р. Миасс, соответственно, в 6 и 2 раза; Н — в водотоке, впадающем в оз. Первое, также в 2 раза.
По ходу течения р. Миасс содержание Сё и Н в коре тополя увеличивалось в 1.6 и 1.5 раза соответственно; Си, Zn, РЬ, Сё, Сг, Мо и Н в почвах в зависимости от вещества повышалось в 1.9— 113 раз; Си, Zn, РЬ и Сё в воде — в 4.3—38.8 раз; Си, N1, Zn, РЬ, Сё, Сг, Мо и Н в донных отложениях — в 1.6—116 раз, что в целом свидетельствовало о функционировании точечных источников загрязнения окружающей среды этими веществами. По сравнению с районом оз. Первое на некоторых участках прибрежной полосы р. Миасс содержание Си, N1, Zn, РЬ, Сё, Сг и Н в коре тополя в зависимости от вещества было больше в 1.6-3.7 раз; Си, Со, РЬ, Сё, Сг, Мо и Н в почве -в 1.8-116 раз; Си, N1, Zn, Сё и Сг в воде — в 1.7194 раз и Си, Zn, РЬ, Сё, Сг, Мо и Н в донных от-
ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА № 2 2013
64
ГАЛИУЛИН, ГАЛИУЛИНА
Среднее содержание (в скобках — отмеченный разброс значений) тяжелых металлов в различных компонентах окружающей среды на территории Челябинска
Компонент
Металл кора тополя, мг/кг почва, мг/кг вода, мг/л донные отложения, мг/кг
Си 16.1 54.1 0.009 186
(8.9-19.2) (26.2-98.0) (0.001-0.017) (52.5-353)
Со 0.004 14.2 0.0001 14.9
(0.003-0.004) (8.7-18.7) (0.0001-0.0001) (11.3-17.7)
N1 3.3 71.6 0.0013 108
(2.3-3.9) (62.7-80.0) (0.0010-0.0017) (72-139)
Zn 429 1770 0.069 2850
(253-570) (243-4350) (0.001-0.194) (236-7130)
РЬ 15.3 82.9 0.0042 139
(8.4-18.3) (20.3-201) (0.0010-0.0081) (43.2-336)
Сё 1.9 13.7 0.0022 48.7
(0.9-3.2) (0.8-39.3) (0.0001-0.0060) (0.9-102)
Сг 16 173 0.0005 257
(11-18) (127-241) (0.0002-0.0007) (120-397)
Мо 1.39 1.2 0.0083 3.0
(0.95-1.81) (0.4-3.1) (0.0063-0.0120) (0.7-5.9)
НЕ 0.064 1.19 0.001 3.9
(0.027-0.095) (0.03-3.95) (0.001-0.001) (0.2-9.3)
ложениях — в 3.3—110 раз. Однако в районе оз. Первое содержание Zn в почве, РЬ и Мо в воде было выше, соответственно, в 2.3, 1.9 и 1.5 раза, чем в ареале р. Миасс.
Следует отметить, что содержание ряда тяжелых металлов в почве как в депонирующей среде загрязнителей на территории Челябинска было одного порядка с данными исследований [6, 8], характеризующими геоэкологическую ситуацию в районе Южноуральской ГРЭС (г. Южно-уральск, Челябинская область), где в качестве твердого топлива используются угли Челябинского буроугольного бассейна. Это относится к содержанию Си, N1, Сг, Мо и Н в почвах, N1, Zn и Сё в воде и Со и Мо в донных отложениях.
Таким образом, геоэкологическую ситуацию на территории Челябинска следует считать крайне неблагополучной из-за загрязнения почв рядом тяжелых металлов, в количествах, значительно превышающих ОДК или ПДК, как следствие сжигания угля на теплоэнергетических установках, так и выбросов тяжелых металлов в атмосферу предприятиями цветной и черной металлургии и другими источниками. Это повышает риск попадания данных канцерогенных веществ в организм человека через воздух и почвенную пыль. В сложившейся ситуации необходимо осуществлять систематический контроль содержания тя-
желых металлов в воздушной среде, атмосферных осадках и почве и оперативно оповещать местное население о случаях превышения гигиенических нормативов данных веществ для принятия соответствующих профилактических мер.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов Г-ГУ групп / Под редакцией
B.А. Филова. Л.: Химия, 1988. 512 с.
2. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов V—VШ групп / Под редакцией В.А. Филова. Л.: Химия, 1989. 592 с.
3. Коста М, Хек Дж. Д. // Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. М.: Мир, 1993. С. 213.
4. Грибовский Г.П., Грибовский Ю.Г., Плохих Н.А. // Техногенез и биогеохимическая эволюция таксонов биосферы. М.: Наука, 2003. С. 174.
5. Кононов А.Н., Нестеренко В.С., Мочалова С.А. // Проблемы экологии Южного Урала. 1998. № 4.
C. 8.
6. Сокол Э.В., Нохрин Д.Ю., Нигматулина Е.Н., Грибовский Ю.Г. // Вод. ресурсы. 2008. Т. 35. № 6. С. 715.
7. Токсикологический вестник. 2009. № 6. С. 56.
8. Нохрин Д.Ю., Грибовский Ю.Г., Давыдова Н.А. // Вод. ресурсы. 2008. Т. 35. № 5. С. 566.
ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА № 2 2013
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.