Экогеохимическая характеристика региона с развитой цементной промышленностью

• ¹В ведение. Сопряженный анализ на уровне России и федеральных округов уровней смертности населения и загрязнения среды обитания свидетельствует о наличии достоверных устойчивых взаимосвязей между демографическими и экологическими показателями. Экологически зависимая смертность и заболеваемость населения формирует экономические потери государства, которые не компенсируются инвестициями в природоохранную деятельность [1-3].

В литературе недостаточно освещены вопросы количественно-химического состава биосферы по загрязнению почвы, воды, снежного покрова солями токсичных тяжелых металлов [4]. Отсутствуют исследования по корреляционным связям содержания тяжелых металлов в биосфере с их концентрацией в биосубстратах (волосы, ногти, моча) у проживающих в регионе с цементной промышленностью. С позиции доказательной медицины это не позволяет дать научное обоснование воздействия окружающей среды на экологический портрет человека и его заболеваемость в этом регионе [5, 6]. Недостаточно изучены санитарные показатели суммарного загрязнения почвы и снега (Ζс) в селитебных промышленных, жилых и условно чистых зонах. При проведении экогеохимической характеристики регионов с развитой цементной промышленностью не использован достоверный научно обоснованный метод атомноэмиссионной спектрометрии, отвечающий целям исследования (низкие пределы обнаружения, высокая чувствительность и селективность) и позволяющий вместе и по отдельности одновременно определить в одной пробе до 60 и более микроэлементов [7].

В 2009 г. компанией «Remendios» (Великобритания) проведена экологическая оценка мазутного хозяйства завода «Вольскцемент» (г. Вольск, Саратовской области). Дана экологическая оценка поверхностной почвы, определены оценки риска загрязнения: риски для человеческого здоровья от загрязненной почвы, риски для экологии воды, разработаны рекомендации по ликвидации загрязнений мазутом на заводской территории. Однако авторы рекомендуют для полной экологической оценки селитебных зон в районе расположения цементного завода провести исследование по содержанию солей тяжелых металлов в воде и почве [8].

Город Вольск Саратовской области является крупным центром по производству цемента. По данным Саратовской специализированной инспекции экологического контроля, загрязненность солями тяжелых металлов в течение последнего десятилетия на территории г. Вольска, как региона с развитой цементной промышленностью, составила по хрому 1,58,6 предельно допустимой концентрации (ПДК), по цинку 1,5-19,0 ПДК, меди 2-7 ПДК, никелю 1,2-7 ПДК, кадмию 2,3-16 ПДК, свинцу 2,6 ПДК, кобальту 1,5-2,3

ПДК. Концентрация цементной пыли в атмосферном воздухе города составила от 2 до 3 ПДК [9].

Методы . Всего исследовано 30 проб почвы в г. Вольске (570 элементоопределений); 5 проб в п. Белогорное (95 элементоопределений) – условно чистая зона, отдаленная на 80 км, с отсутствием промышленных предприятий, взятая за фоновую. Всего: 665 элементоопределений. Методом атомноэмиссионной спектрометрии в почве исследовано содержание химических элементов I класса опасности: кадмий (Cd), свинец (Pb), цинк (Zn), мышьяк (As); II класса опасности: кобальт (Co), медь (Cu), никель (Ni), сурьма (Sb), хром (Cr), молибден (Mo); III класса опасности: марганец (Mn), ванадий (V), стронций (Sr); IV класса опасности: алюминий (Al), кальций (Ca), кремний (Si), олово (Sn), титан (Ti).

Определение количественного содержания химических микроэлементов проводилось в испытательном аналитическом центре НИИ химических технологий Министерства РФ по атомной энергии методом атомноэмиссионной спектрометрии с возбуждением спектров в индукционном высокочастотном разряде (аттестат аккредитации в системе аккредитации аналитических лабораторий (центров) Госстандарта России № РОСС RU.0001.511072 от 03.08.2000 г.; лицензия Правительства Москвы, Москомприрода, серия ЛМКП, регистрационный номер 000530 от 27.11.2000 г.). Исследования проводились на атомно-эмиссионом спектрометроме-тре с индуктивно-связанной плазмой «Varian Vista Pro».

Для геохимической характеристики г. Вольска выделены 5 селитебных зон, в том числе 3-я и 5-я зоны рассматриваются как промышленные селитебные зоны в районе расположения производства цемента.

Отбор проб производился равномерно по сети пункта наблюдений с последующим анализом на содержание металлов и их распределение на изучаемой территории методом геохимического картирования [10]. Выделены зоны загрязнения с содержанием металлов, статистически достоверно превышающим их содержание в местной фоновой зоне, то есть на аналогичном в ландшафтном отношении территории без техногенного воздействия. Плотность отбора проб: 1-5 на кв. км с точкой отбора с расстоянием не менее 25 м от края проезжей магистрали. Характеристика почвы проведена по геохимическим показателям: коэффициент концентрации химических элементов (Кс) и суммарный показатель загрязнения (Zc). Коэффициент концентрации – это показатель кратности превышения содержаний химических элементов в точке опробования (Ci) над его средним содержанием в аналогичной природной среде на фоновом участке (Cф). Суммарный показатель загрязнения (Zc) представлял собой сумму превышений коэффициентов концентраций химических элементов, накапливающихся в аномалиях, и рассчитывался по формуле:

Z_c=SUM n_i K_c-(n-1), где Zc – суммарный показатель загрязнения, Kc – коэффициент концентрации химических элементов, n – количество аномальных элементов.

На основе указанных геохимических показателей построена карта распределения отдельных химических элементов. При построении карты выделены четыре уровня загрязнения согласно методическим рекомендациям по геохимической оценке загрязнения городов химическими элементами (табл. 1).

Статистическая обработка результатов исследования проведена с использованием методов, изложенных Л.С. Каминским, Е.В. Гублером, и программы Statistika 5.0. Полученные результаты были подвергнуты вариационному анализу с вычислением средней арифметической и ее ошибки. Различия средних величин оценивали с помощью параметрического t-критерия Стьюдента. При оценке различий показателей между группами взят порог доверительной вероятности не менее 0,95 с уровнем значимости p не более 0,05.

Результаты. Среднестатистические данные содержания химических элементов по классу опасности в основном и фоновом регионах представлены в табл. 2. Для расчета коэффициента концентрации и суммарного загрязнения почвы пользовались фоновыми показателями содержания микроэлементов почвы п. Белогорное, который отдален от города на 80 километров и где отсутствует промышленное производство.

Нами проанализировано содержание химических элементов по классу опасности в регионе с цементной промышленностью (г. Вольск, основная группа) по сравнению с фоновыми показателями п. Белогорное по коэффициенту концентрации (Кс). Коэффициент концентрации (превышение над фоновым содержанием) в г. Вольске по классам опасности выглядит следующим образом: I класс опасности: кадмий

Таблица 1

Уровни загрязнения почв и снежного покрова металлами и пылью

Уровень	Суммарный показатель загрязнения почв n (Zс)	Суммарный показатель загрязнения снежного покрова с (Zс)
Низкий	8-16	32-64
Средний	16-32	64-128
Высокий	32-129	128-256
Очень высокий	>129	>256

Таблица 2

Количественный химический анализ почвы (М±m), мг/кг, и коэффициенты концентрации химических элементов в основной и фоновой жилых зонах

Элемент	Основная жилая зона, г. Вольск	Фоновая жилая зона, п. Белогорное	К с	Достоверность разницы двух средних: р1-р2
I класс опасности
Cd	10,28±1,40	0,06±0,01	171,3	<0,05
Pb	60,19±10,25	8,70±0,56	6,9	<0,05
Zn	125,31±38,57	14,30±0,41	8,7	<0,05
As	1,43±0,82	0,15±0,02	9,5	<0,05
II класс опасности
Co	4,94±0,40	4,54±0,14	1,1	>0,05
Сu	39,34±16,06	5,98±0,22	6,6	<0,05
Sb	17,41±2,29	0,19±0,03	91,6	<0,05
Ni	11,95±0,93	10,90±0,32	1,1	>0,05
Cr	13,79±1,26	3,64±0,30	3,8	<0,05
Mo	5,11±0,60	0,15±0,01	34,1	<0,05
III класс опасности
Sr	116,55±28,16	87,28±1,81	1,3	<0,05
V	10,63±0,93	13,18±0,62	0,8	>0,05
Mn	270,45±27,89	275,20±5,57	0,9	>0,05
IV класс опасности
Ca	216970,00±41090,80	40800,00±563,1	5,3	<0,05
Al	3004,71±331,99	3100±44,72	0,9	>0,05
Fe	1944,52±232,69	1280,00±299,00	1,5	<0,05
Si	2260,60±825,85	531,04±348,29	4,2	<0,05
Ti	11,87±5,89	2,36±0,07	5,0	<0,05
Sn	11,14±1,50	0,31±0,3	35,9	<0,05

Таблица 3

Загрязненность почвы по классам опасности веществ в селитебных жилых зонах региона с развитой цементной промышленностью (г. Вольск) по геохимическим показателям: суммарный показатель загрязненности (Zс), уровень загрязненности (УЗ)

Зона	Класс опасности								По всем элементам
	I класс		II класс		III класс		IV класс
	Zс	УЗ	Zс	УЗ	Zс	УЗ	Zс	УЗ	Zс	УЗ
№ 1 (жилая)	24,16	Средний	27,65	Cредний	0,15	–	8,17	Низкий	53,83	Высокий
№ 2 (жилая)	123,49	Высокий	78,55	Высокий	0,88	–	26,72	Средний	223,64	Очень высокий
№ 3 (пром.)	223,3	Очень высокий	112,86	Высокий	2,66	–	62,18	Высокий	395	Очень высокий
№ 4 (жилая)	140,9	Очень высокий	93,84	Высокий	1,25	–	38,41	Высокий	268,4	Очень высокий
№ 5 (пром.)	226,18	Очень высокий	167,27	Очень высокий	0,39	–	45,66	Высокий	432,72	Очень высокий

171,3 (р<0,05), свинец 6,9 (р<0,05), цинк 8,7 (р<0,05), мышьяк 9,5 (р<0,05); II класс опасности: кобальт 1,1 (р>0,05), медь 6,6 (р<0,05), сурьма 91,6 (р<0,05), никель 1,1 (р>0,05), хром 3,8 (р<0,05), молибден 34,1 (р<0,05); III класс опасности: стронций 1,3 (р<0,05); ванадий 0,8 (р>0,05), марганец 0,9 (р>0,05); IV класс опасности (прочие элементы): кальций 5,3 (р<0,05), алюминий 0,9 (р>0,05), железо 1,5 (р<0,05), кремний 4,2(р<0,05), титан 5,0 (р<0,05), олово 35,9 (р<0,05).

Обсуждение. При анализе загрязненности отдельных районов города (табл. 3) наиболее высокий показатель суммарной загрязненности по I классу опасности веществ отмечен в промышленных зонах № 3 и № 5, соответственно Zс=226,18 и Zс=223,3, что соответствует очень высокому уровню загрязненности. В селитебных зонах, прилегающих к заводам, отмечается также загрязненность тяжелыми металлами I класса опасности: в зоне № 2 Zс=123,49 – высокий уровень, в зоне № 4 Zс=140,9 – высокий. В жилой зоне №1 суммарный показатель загрязненности Zс=24,16, что соответствует среднему уровню загрязненности. Эта же тенденция отмечается по II классу опасности веществ. Уровень загрязненности почвы химическими микроэлементами III класса опасности по суммарному показателю загрязненности во всех селитебных зонах отсутствует. Анализируя суммар- ный показатель загрязненности элементами IV класса опасности двух промышленных селитебных зон № 3 и № 5 и прилегающей к ним селитебной жилой зоны № 4 уровень загрязненности характеризуется как высокий, в селитебной жилой зоне № 2 как средний, в зоне № 1 как низкий. Оценивая показатель загрязненности почвы в г. Вольске по суммарному показателю загрязненности всех элементов, мы вынуждены прийти к выводу: две промышленные зоны (№ 3 и № 5) и прилегающие к ним две селитебные зоны (№ 2 и № 4) имеют очень высокий уровень загрязненность от Zс=223,64 до Zс=432,72. В жилой зоне № 1, отдаленной от промышленных предприятий, суммарный показатель загрязненности составляет Zс=53,83, что соответствует высокому уровню загрязненности.

Согласно суммарным показателям загрязненности путем картографирования получена геохимическая характеристика города Вольска по уровню загрязненности (рисунок).

Заключение.

• 1.    В регионе с развитой цементной промышленностью за счет воздушного потока, в связи с колебанием розы ветров и за счет пылевых отходов (цементных и сырья) уровень загрязненности территории оценивается как очень высокий.

  

  Геохимическая характеристика г. Вольска по суммарному показателю загрязненности почвы (Zc)

  
  

• 2.    Исследование количественного химического анализа почвы методом атомно-эмиссионной спектрометрии с возбуждением спектров в индукционном высокочастотном разряде позволило впервые составить геохимическую характеристику загрязненности и уровня накопления химических элементов в почве в регионе с развитой цементной промышленностью. Проведенные исследования значительно восполняют пробел в научной литературе о накоплении химических элементов в зоне влияния промышленных предприятий химической промышленности – производства цемента.