Гигиеническая оценка загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами

Для промышленного города Воронежа контроль накопления тяжелых металлов в городской среде имеет особое значение, поскольку уровень этих токсикантов в биосредах и объектах абиотической среды в значительной мере отражает общий промышленно-транспортный прессинг и, в конечном счете, комфортность среды обитания для населения. К основным вкладчикам в загрязнение атмосферного воздуха тяжелыми металлами относятся предприятия машиностроения и металлообработки - 65, 6%; строительных материалов - 8, 4%; химической и нефтехимической промышленности - 4, 3%. Соединения тяжелых металлов поступают в атмосферу в результате процессов плавления, пайки, механической и химической обработки металлов и т.д.

В число наиболее значимых источников эмиссий тяжелых металлов от предприятий машиностроительной и металлообрабатывающей отраслей, входят АО «Тяжмехпресс» (Коминтерновский район), АООТ «ВАСО» (Левобережный район), ГП «Воронежский механический завод» (Советский район), АООТ «Тяжэкс» им. Коминтерна (Коминтерновский район). Химическая и нефтехимическая промышленность представлены АО «Воронежшина», ОАО «Воронежсинтезкаучук» (Левобережный район); промышленность строительных материалов - ЖБИ, ЖБК.

По объему преобладают аэротехногенные выбросы тяжелых металлов в Левобережном районе, а данные об объемах выбросов отдельных тяжелых металлов по районам г. Воронежа приведены в таблице 4.5.

Оценивая надежность данных о величинах эмиссий химических веществ, следует отметить, что источниками информации о выбросах поллютантов являются сами предприятия, которые в силу объективных причин имеют тенденцию занижать объемы своих выбросов. Причем, большинство крупных предприятий города построены без учета розы ветров, что создает напряженную обстановку в ряде жилых массивов. Низменный рельеф левобережной части города, слабая проветриваемость усиливают неблагоприятное воздействие выбросов загрязняющих веществ на качество атмосферного воздуха.

Таблица 4.5

Объемы выбросов тяжелых металлов в атмосферный воздух
по административным районам [53]

Лабораторные исследования воздушного бассейна свидетельствуют о наличии металлов в атмосферном воздухе в концентрациях, превышающих гигиенические нормативы. Так, из 5000 проб атмосферного воздуха, исследованных на тяжелые металлы за последние 6 лет, 164 (3, 3%) не соответствовали нормам, в том числе по свинцу, оксидам меди, марганца, хрома.

Параллельно расчетным путем с использованием системы «Эколог - город» получены данные о распределении приземных концентраций тяжелых металлов, согласно которым в атмосферном воздухе при неблагоприятных метеоусловиях может иметь место превышение ПДК меди в 1, 5 - 7, 5 раз, марганца - в 1, 5 - 25, 0 раз, хрома шестивалентного - в 1, 1 - 3 раза.

Учитывая объемы поступающих в воздушный бассейн города загрязняющих веществ, класс и категорию опасности поллютанта, степень превышения допустимых концентраций, возможные неблагоприятные эффекты со стороны здоровья населения, было проведено специальное исследование по оценке роли приоритетных тяжелых металлов в формировании уровней общественного здоровья. Особенностью методики являлся расчет комплексных коэффициентов антропотехногенной нагрузки на среду обитания, включающих следующие сочетания металлов:

1) для атмосферы: К_атм = свинец+медь+хром+цинк+железо +марганец;

2) для почвы: К_почаы = цинк+медь+свинец+никель+хром

+марганец+кадмий+кобальт;

3) для питьевой воды: К_воды = железо+марганец.

Коэффициенты К_атм , К_почвы, К_воды рассчитывали как сумму отношений среднегодовых концентраций указанных металлов к их нормативным концентрациям по соответствующим средам.

В атмосферный воздух города избирательно поступают железо, марганец, цинк, медь, хром, и снижающий в последние годы свою роль свинец. Железо поступает в виде оксида от 873 стационарных источников практически всех отраслей промышленности. Превышений нормативов фактических и моделируемых уровней концентраций железа в атмосферном воздухе не отмечается.

Источниками поступления марганца являются 1204 предприятия города. Максимальный объем выбросов приходится на предприятия машиностроения и металлообработки - 53, 8%, стройматериалов - 15, 9%, строительства - 6, 7%, химической и нефтехимической промышленности - 5, 9%. Объемы выбросов превалируют в Левобережном районе - 39, 9%. Данные лабораторного контроля свидетельствуют о наличии завышенных концентраций марганца в атмосфере города в 0, 3% проб (в Центральном районе - в зоне обслуживания детской поликлиники №2).

По данным расчетного мониторинга могут иметь место значительные превышения ПДК марганца - до 25 раз в Железнодорожном районе, особенно в районе ст. Отрожка и локомотивного депо Отрожка. Учитывая, что почти весь марганец, выбрасываемый в атмосферу, представляет собой мелкодисперсные частицы и может переноситься на значительные расстояния, возможно превышение ПДК в атмосферном воздухе и выпадение на почву в любой точке города. Данные лабораторного контроля отмечали единичные случаи превышения содержания марганца в почве Центрального района (в зоне обслуживания 1 поликлиники СХИ).

Цинк в атмосферный воздух г. Воронежа поступает в виде оксида, нитрата, сульфата, хлорида, стеарата с предприятий химической и нефтехимической промышленности (ОАО «Воронежшина» - 82, 2%), машиностроительной - 11, 9%, медицинской, строительных материалов. Основной объем выбросов приходится на Левобережный район - 82, 9%. Из всех соединений цинка преобладает оксид - 1, 058 т/год. Значительное количество поллютанта содержится в выбросах при сжигании каменного угля и в металлической фракции шлаков при сжигании ТБО.

По данным лабораторного контроля и расчетного мониторинга приземные максимальные концентрации цинка не превышают нормативных значений.

Из соединений меди в атмосферный воздух города поступают оксид меди - 0, 288 т/год и сернокислая медь - 0, 092 т/год. Основными источниками являются ОАО «Воронежсинтезкаучук» химической и нефтехимической промышленности - 30, 5% (Левобережный район) и ГП «Воронежский механический завод» машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности - 26, 8% (Советский район). Максимальные объемы выбросов соединений меди приходятся на Левобережный район (42, 6%) и Ленинский район (39, 5%).

Точечные источники индустриального загрязнения дают локальные выбросы в окружающую среду, но за счет способности частиц меди распространяться на большие расстояния, соединения меди обнаруживаются на других территориях в концентрациях, превышающих нормативы. За исследуемый период из 1384 проб атмосферного воздуха в 1, 7% проб установлено превышение содержания меди в концентрациях от 0, 0027 мг/м³ до 0, 0044 мг/м^З в Коминтерновском районе (зоны обслуживания детскими поликлиниками №1, 8, 11) и Центральном районе (детская поликлиника №2).

Исходя из прогнозируемых концентраций, рассчитанных с помощью моделей рассеивания, наиболее неблагополучной зоной по содержанию в атмосфере соединений меди, можно считать Левобережный район (детские поликлиники №№ 6, 7, 9), где степень превышения ПДК составляет 1, 5 - 7, 5 ПДК.

Из 63 предприятий города, являющихся источником поступления хрома шестивалентного в атмосферный воздух, наибольший вклад в загрязнение воздушного бассейна вносят предприятия машиностроения и металлообработки - 80, 6% (АООТ ВАСО, ОАО «Рудгормаш» - Левобережный район, КБХА, ГП Воронежский механический завод - Советский район, АО «Тяжэкс» им. Коминтерна, АО «Автогенмаш», АО «Воронежпресс» - Коминтерновский район).

На долю предприятий электроэнергетики приходится 5, 2% выбросов хрома шестивалентного (ТЭЦ), предприятий химической и нефтехимической промышленности - 4, 7% (ОАО «Воронежсинтезкаучук). Объемы выбросов хрома преобладают в Левобережном районе - 33, 6%.

По данным лабораторного контроля отмечалось превышение ПДК хрома в 2, 3% проб в атмосферном воздухе Ленинского района (зона обслуживания детской поликлиники №3), Левобережного района (детская поликлиника №9). По данным моделей рассеивания имеет место превышение ПДК хрома в Левобережном районе (детская поликлиника №9) - до 1, 5 ПДК, Ленинском (детская поликлиника №3) - до 2 ПДК и Советском районе (полигон КБХА) – до 3 ПДК.

В 90-е годы ежегодно от стационарных и движущихся источников в атмосферный воздух поступало около 39, 3 тонн свинца, причем до 1999 г, выбросы токсиканта от автотранспорта в 115 раз превышали выбросы от промышленных предприятий. С 1999 г. в связи с переводом автотранспорта на неэтилированный бензин основными источниками поступления свинца в воздушный бассейн являются индустриальные источники и, в первую очередь, предприятия машиностроения и металлообработки (45, 9%) и транспортной промышленности (27, 6%), Максимальные объемы выбросов приходятся на Центральный район (40, 0%) и Железнодорожный район (24, 9%).

Источником выделения тяжелых металлов в окружающую среду является также автотранспорт за счет использования горюче-смазочных средств, содержащих металлы в качестве присадок (цинк, медь, железо, хром, никель и др.), а также выбросы металлов из двигателей внутреннего сгорания в результате коррозийно-агрессивных свойств топлив.

Результаты исследования снеговых осадков за 3 зимних сезона подтверждают загрязнение атмосферного воздуха. Гигиеническая оценка загрязненности снегового покрова как индикатора загрязнения атмосферного воздуха показывает (табл. 4.6)

Таблица 4.6

Средние концентрации содержания тяжелых металлов
в снеговых осадках, мг/дм³ [53]

Из 11 определяемых в атмосферных осадках тяжелых металлов, были обнаружены 4: медь в массовых концентрациях от 0, 001 мг/л, цинк – от следов до 0, 59 мг/л, железо – от 0, 05 мг/л до 12, 6 мг/л, марганец – от следов до 0, 6 мг/л.

Такая вариабельность уровней тяжелых металлов в атмосферных осадках подтверждает антропогенное воздействие отдельных источников и промышленных зон.

Наиболее высокие массовые концентрации токсикантов определяются в снеговых осадках, собранных в зонах влияния промышленных предприятий и автомагистралей. Максимальные уровни загрязнения снежного покрова марганцем и цинком отмечаются в зоне обслуживания детской поликлиники №1 Коминтерновского района, медью – на территориях обслуживания детских поликлиник №5 Железнодорожного района и №4 Советского района, железом – в районе ст. Отрожки Железнодорожного района и детской поликлиники №2 Центрального района.

Наличие тяжелых металлов в снеговом покрове на участках, находящихся на значительном расстоянии от индустриальных источников (районы СХИ, областной больницы, больницы «Электроника»), может свидетельствовать о трансграничных переносах, и, в частности, с Липецкого металлургического комбината.

В составе загрязненных стоков в водоемы г. Воронежа поступают алюминий, медь, цинк, хром, никель, железо.

Основными источниками поступления в Воронежское водохранилище недостаточно-очищенных хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод являются Левобережные очистные сооружения АООТ «Воронежсинтезкаучук», через которые сбрасывается около 71 млн. м³ в год и АООТ «Воронежшина» (3, 5 млн. м³ /год); в р. Дон - Правобережные очистные сооружения (135, 9 млн. м^З/год).

Правобережные очистные сооружения при проектной производительности 400 тыс. м³сут. и. фактической загрузке 330 тыс. м³сут не работают достаточно эффективно в связи с отсутствием запроектированного блока доочистки, нерешенными вопросами обработки и утилизации осадка, нарушениями утвержденных нормативов сброса промышленных сточных вод в городскую канализацию.

Левобережные очистные сооружения с проектной мощностью 305 тыс. м³сут. и 100%-ной загрузкой не обеспечивают очистку сточных вод до нормативных показателей за счет сброса в канализацию предприятиями города загрязняющих веществ более допустимых значений.

Токсичные элементы поступают в водоемы также с дождевыми водами, количество которых составляет по Правобережной части 135000 м³/сут., по Левобережной - 93750 м^З/сут, а также с неучтенными коллекторно-дренажными водами.

Анализ данных лабораторного контроля показал, что в воде водохранилища в концентрациях, превышающих нормативы для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения, обнаруживаются железо, марганец, медь. Причем, среднегодовые значения содержания железа превышали нормативную концентрацию в отдельные годы в 1, 07 - 1, 36 раз.

Тяжелые металлы в воды гидронамывов поступают с атмосферными осадками, талыми снеговыми водами, в результате выноса твердых частиц и инфильтрации с намывных грунтов. Поверхностные воды водохранилища подпитываются водами гидронамывов, а также ливневыми, талыми и дождевыми водами.

Таким образом, загрязнение воды водохранилища тяжелыми металлами происходит не только в результате сброса неочищенных или недостаточно-очищенных сточных вод, но и за счет процессов выноса и инфильтрации токсикантов из гидронамывов.

В связи с тем, что соединения железа и марганца накапливаются в донных отложениях, фильтрация придонных иловых вод, обогащенных марганцем и железом в нижележащие водоносные слои приводит к увеличению этих элементов, как в водоносном горизонте, так и в воде водозаборных скважин, что обуславливает повышенные концентрации металлов на ВПС № 3, 4, 8, 11. Высокие концентрации марганца и железа в воде водозабора ВПС № 12 объясняются, в основном биогеохимическими факторами: развитием высшей водной растительности, восстановительным гидрохимическим режимом.

Установленные на ВПС - 4, 8, 11 очистные сооружения, предназначенные для обезжелезивания подземных вод методом упрощенной аэрации с последующим фильтрованием через песчаную загрузку, обеспечивают необходимое качество и очистку воды только на ВПС № 4.

Таким образом, в формирование показателя санитарного неблагополучия хозяйственно-питьевого водопользования г. Воронежа приоритетный вклад вносят ВПС № 3, 8, 11, 12. Отсутствие водоподготовки на ВПС № 6 и № 9 не оказывает отрицательного влияния на санитарную надежность условий хозяйственно-питьевого водопользования города.

В санитарном отношении нельзя считать надежной и систему транспортировки воды. Помимо неудовлетворительной водоподготовки, к увеличению содержания железа в магистральных сетях выше ПДК и ухудшению показателей воды по вкусу, цветности, мутности приводит наличие железобактерий в воде. Питьевая вода вызывает коррозию труб, вследствие чего увеличивается содержание железа в воде. Прямое отношение к санитарной надежности питьевого водопользования имеет высокая коррозионная активность хлорированной воды.

Подземные воды в пределах промышленных зон загрязнены тяжелыми различными металлами, включая железо и марганец.

Пространственное размещение компонентов - загрязнителей соответствует специфике производства. Так, установлены локальные очаги загрязнения хромом в пределах промышленных площадок АООТ «Электросигнал», АООТ «Полюс», ГП «Воронежский механический завод», КБХА, АООТ ВАСО, стронцием - ОАО «Комбинат мясной Воронежский». Ведомственные водозаборы на промышленных предприятиях используются как источники технической воды и не представляют непосредственной опасности для здоровья населения. Тем не менее, мониторинговые исследования техногенной трансформации подземных вод в границах промышленных территорий оправданы расположением многих промышленных предприятий в пределах областей питания коммунальных водозаборов.

Например, под полями фильтрации ТЭЦ-1 (по данным режимных наблюдений ГТП «Воронежгеология») подземные воды содержат кадмий, свинец с превышением ПДК в 30, 4 и 3 раза соответственно. На левом берегу, в области питания водозабора ВПС № 8 расположено ОАО «Видеофон», в стоках которого присутствуют соединения тяжелых металлов. В области питания водозабора № 9 находятся ОАО «Воронежшина», ПО «Рудгормаш», промышленные стоки которых содержат в своем составе цинк, никель, марганец, железо.

Для территории г. Воронежа характерна мозаичность загрязнения почвенного покрова, что объясняется плотностью движения автотранспорта, выбросами промышленных предприятий, содержащими тяжелые металлы, хранением токсичных отходов на промышленных площадках предприятий. Ежегодно в городе образуется порядка 1 млн. 500 тыс. т. бытовых и до 500 тыс. т. токсических отходов, в том числе 1 класса опасности - до 50 тонн. Отсутствие полигона для захоронения промышленных отходов привело к тому, что основная масса токсичных отходов 1-3 класса опасности накапливаются на территориях промышленных предприятий, и способствует дополнительному техногенному загрязнению почвенного покрова.

На крупных промышленных предприятиях основными технологическими отходами являются осадки гальванических стоков, шламы с гальванических ванн, кислотно-щелочные, хромсодержащие осадки, содержащие в своем составе цинк, медь, хром, свинец, никель, железо. К наиболее крупным промышленным предприятиям, имеющим в своих технологических циклах гальваническое производство, относятся АО «Тяжмехпресс», АООТ «Тяжэкс» им. Коминтерна, АООТ ВЗР, ОАО СП завод «Водмашоборудование» (Коминтерновский район), АООТ «ВАСО» (Левобережный район), ГП «Воронежский механический завод» (Советский район), АООТ «Видеофон» (Железнодорожный район).

Практически все предприятия города осуществляют складирование на собственных промышленных площадках металлолома, электродов, металлической стружки, в результате коррозии которых может происходить загрязнение почвы тяжелыми металлами. Хранение промасленной ветоши, горюче-смазочных средств, содержащих в своем составе любые металлы, в том числе, стронций, свинец, кобальт, медь, приводит к попаданию последних на грунт.

За последние годы определилась тенденция к увеличению удельного веса нестандартных проб почвы по санитарно-химическим показателям в зоне влияния промышленных предприятий и автомагистралей. Наибольший удельный вес проб почвы, не отвечающих нормативам по санитарно-химическим показателям, отмечается в районе автомагистралей Коминтерновского и Левобережного районов.

Повышенное содержание тяжелых металлов обнаруживается в почвах берегов водохранилища. Тяжелые металлы, поступившие с техногенной пылью, могут переноситься с весенними талыми водами в понижения рельефа в сторону водохранилища. С другой стороны, источником загрязнения прибрежной зоны являются сточные воды, поступающие в водохранилище без предварительной очистки. Загрязнение городской среды интегрально отражается в загрязнении тяжелыми металлами почв городских парков и окрестных лесов. Значительно загрязнены тяжелыми металлами и почвы, занятые сельхозугодиями, садами и огородами.

Приоритетными загрязнителями почвенного покрова г. Воронежа являются цинк, свинец, медь, никель, хром, марганец, кадмий. Суммарный показатель загрязнения почвенного покрова в целом по городу колебался от 2, 7 до 3, 2. Самые высокие значения суммарного загрязнения регистрируются в Коминтерновском (3, 8) и Центральном (3, 1) районах. Анализ ситуации в разрезе детских поликлиник показал, что наиболее загрязнена почва в зоне обслуживания детскими поликлиниками № 6 (К - до 6, 7), № 2 (К - до 4, 9), № 4 (К - до 3, 4), № 1 (К - до 5, 6), № 10 (К - до 3, 2).

Самым распространенным тяжелым металлом в почвах г. Воронежа является цинк, на долю которого приходится 23, 9% проб с превышением ПДК в 1, 02 - 31, 8 раз. Лабораторные исследования проб почвы по городу показывают содержание свинца от 1, 06 ПДК до - 8, 9 ПДК в 12, 9% проб, меди - 1, 02 ПДК - 34, 7 ПДК в 5, 3% проб, никеля - 1, 03 ПДК - 2, 9 ПДК в 2, 4% проб, марганца -1, 01 ПДК -1, 1 ПДК в 1, 0%, кадмия -1, 2 ПДК - 2, 8 ПДК в 0, 6% и хрома - 1, 4 ПДК - 4, 2 ПДК в 0, 2% проб.

Из приведенных данных видно, что приоритетными загрязнителями города служат цинк и свинец. По уровням загрязнения наибольшие средние значения концентраций приоритетных металлов приходятся на Коминтерновский и Центральный районы.

При расчете в качестве фоновых концентраций приняты наименьшие концентрации, повторяющиеся несколько раз в пределах исследуемой территории, которые для цинка составили - 1, 5 мг/кг, свинца - 5, 0 мг/кг, меди - 0, 8 мг/кг, никеля - 1, 0 мг/кг, кадмия - 0, 2 мг/кг, марганца - 2 мг/кг. Сравнивая полученные результаты, можно сделать вывод, что отмечается превышение многолетних фоновых концентраций по всем приоритетным тяжелым металлам, причем максимальные коэффициенты приходятся на цинк и марганец. В то же время кратность превышения ПДК не превышает нормативных значений.

Наиболее напряженной в г. Воронеже можно считать ситуацию по цинку. Диапазон концентраций достаточно широк и составляет 0, 1 мг/кг - 731, 0 мг/кг. Повышенное содержание металла обнаруживаются на всей территории г. Воронежа.

Имеют место превышения среднегодовых концентраций в отдельные годы в Центральном районе (детская поликлиника № 2), Советском (детские поликлиники № 4, 10), Коминтерновском (детские № 1, 8, 11) и Левобережном (детская поликлиника № 6). Отмечаются локальные загрязнения - до 248, 8 мг/кг в Коминтерновском районе (детская поликлиника № 1) и 731, 6 мг/кг в Центральном районе (детская поликлиника № 2).

Одной из причин накопления цинка в почве является его способность сорбироваться минеральными и органическими компонентами, а также щелочная реакция среды.

Содержание свинца в почвах колеблется в диапазоне 0, 2 мг/кг - 286, 0 мг/кг. Среднегодовые концентрации, превышающие нормативные значения, регистрировались в отдельные годы в Коминтерновском районе (детские поликлиники № 1, 8) и Центральном районе (детская поликлиника № 2). Свинцом загрязнены территории всех районов города, причем критические концентрации тяготеют к главным автомагистралям города. Наиболее высокие уровни свинца обнаруживаются в зоне обслуживания детских поликлиник № 2 - до 286 мг/кг и № 1 - до 234, 0 мг/кг.

Для меди характерна локализация в верхнем слое почвы (10 - 15 см от поверхности), что отражает ее биоаккумуляцию, а также современное антропогенное влияние. Загрязнение почв соединениями меди - это результат поступления из индустриальных источников. Возможно возникновение локальных аномалий меди в почвах в результате коррозии конструкционных материалов, содержащих сплавы меди (например, электрических проводов, труб). Вариабельность концентрации меди на территории города составила 1, 4 мг/кг - 216, 3 мг/кг. Повышенные концентрации металла обнаруживаются на всех территориях города за исключением зоны, обслуживаемой детской поликлиникой № 7 в Левобережном районе. Наиболее неблагополучная ситуация сложилась в Коминтерновском (детские поликлиники №№ 1, 8) и Левобережном (детская поликлиника № 6) районах, где средние территориальные концентрации меди в почвенном покрове по результатам санитарно-химических анализов, выполненных в различные годы, превышали норму. Максимальные значения загрязнений отмечаются в зонах обслуживания детских поликлиник № 1 - до 216, 3 мг/кг, № 6 - до 104, 0 мг/кг.

Аккумулированию поллютанта в верхних слоях почвенного покрова г. Воронежа способствует слабощелочная среда со значениями рН - 7, 2 - 8, 2. Важную роль в связывании меди играет микробиологическая фиксация. Количество меди, связанной в биомассе микроорганизмов, меняется в широких пределах и зависит от многих факторов - концентрации меди, свойств почвы, сезона года.

Накопление марганца происходит обычно не на поверхности почвы, а в нижележащих горизонтах, причем 60 - 90% всего марганца обнаруживается в песчаной фракции почвы. В почвах города широкое распространен марганец (Mn²⁺) в концентрациях 0, 6 мг/кг - 159, 0 мг/кг. Это связано с тем, что в выбросах многих предприятий города содержится оксид марганца. В то же время превышения ПДК выявлены в единичных случаях в Центральном (детская поликлиника № 1-СХИ), Ленинском (детская поликлиника № 3), Левобережном (детские поликлиники №№ 7, 9) районах. Причина низкого содержания марганца в верхних слоях почвы может заключаться в большом радиусе его рассеивания, повышении растворимости в присутствии понижающих рН гуминовых кислот.

Никель обнаруживается в почвах города в концентрациях от 0, 2 мг/кг до 11, 9 мг/кг. Высокие концентрации определяются практически в зонах обслуживания всех детских поликлиник за исключением поликлиник №№ 7 и 9 Левобережного района. Однако превышение среднегодовой концентраций отмечалось только в 1995 г. в Коминтерновском районе (зона обслуживания детской поликлиники № 8). Накопление никеля в почве, в первую очередь, происходит за счет его способности сорбироваться оксидами Mn, Fe и органическими формами.

Диапазон концентраций кадмия по городу составляет 0, 2 мг/кг - 1, 42 мг/кг. Данный токсикант в концентрациях, превышающих ПДК, обнаруживается в отдельных пробах в Коминтерновском районе (зона обслуживания детских поликлиник №№ 1, 8). Среднегодовые концентрации остаются в пределах ПДК. Фиксации кадмия в почве способствует сдвиг рН почвы в щелочную сторону.

Поступающий из техногенных источников хром обычно накапливается в тонком поверхностном слое почв. Диапазон колебаний составляет 1, 0 мг/кг - 25, 0 мг/кг. Повышенное содержание хрома зарегистрировано в единичных пробах в Центральном (детская поликлиника № 2) и Советском (детская поликлиника № 10) районах. Наличие хрома в почвах свидетельствует о его техногенной природе. Накопление хрома в почве связано с рН среды и большим количеством органических комплексов.

Следовательно, за счет щелочной реакции, высокого содержания органических веществ, характера почвы происходит фиксация тяжелых металлов в верхних слоях почвы, в результате чего миграционная способность токсикантов по профилю почвы резко снижается. Учитывая, что 50-60% пыли в приземной части атмосферы имеет почвенный генезис, большое значение приобретает изучение не только концентраций подвижных форм, но и валовое содержание тяжелых металлов.

Не теряет актуальности проблема снижения токсичности продуктов питания.

Всемирная организация здравоохранения рассматривает мониторинг гигиенической безопасности пищевых продуктов как важнейшую подсистему оценки риска для здоровья населения, так как в зависимости от условий от 30 до 80% потенциально вредных химических веществ поступает в организм человека с продуктами питания.

Анализ результатов мониторинга качества продуктов питания показал, что удельный вес нестандартных проб пищевых продуктов по санитарно-химическим показателям имеет тенденцию к снижению от 4, 87% до 1, 92%, а удельный вес проб пищевых продуктов, не соответствующих гигиеническим нормативам по содержанию токсичных элементов в различные годы составляет 0, 1 - 0, 62%.

В целом отмечается тенденция снижения токсичности продуктов питания по содержанию тяжелых металлов

Данные о санитарно-гигиенической оценке товаров и материалов, контактирующих с пищевыми продуктами, полученные токсикологической лабораторией Центра Госсанэпиднадзора в Воронежской области, свидетельствуют о высоком удельном весе нестандартных анализов по санитарно-химическим показателям от 6, 1 до 15, 0%, что несколько выше средне российского показателя. Одной из причин контаминации тяжелыми металлами пищевых продуктов и продовольственного сырья является их миграция из изделий, контактирующих с продуктами питания (технологическое оборудование, упаковочные материалы, посуда).

Среди продукции Воронежской области, имеющей нестандартные показатели, периодически встречается посуда заводов фаянсовых изделий г. Воронежа и г. Рамонь. Из этой посуды наблюдалась миграция цинка и марганца выше допустимых норм. Периодически выделяется марганец из крышек для консервирования Богучарского ОАО «Пищевик». Однако большую долю товаров и материалов, контактирующих с пищевыми продуктами, не удовлетворяющих требованиям гигиенической безопасности, составляет ввозимая на территорию Воронежской области продукция. Прежде всего, - это посуда из Турции - фаянсовые самовары, - миграция никеля, из которых превышала норму в 8 раз.

Кроме того, в последние годы Украина поставляла в Воронежскую область столовые приборы, из которых наблюдалась миграция свинца в количестве 0, 9 мг/дм³ (при ПДК=0, 03 мг/дм³). Фарфоровая посуда целого ряда заводов является источником выделения свинца, миграция которого составила 2, 67 мг/дм (при ПДК = 1, 7 мг/дм³) и кадмия - 0, 56 мг/дм³ (при ПДК = 0, 17 мг/дм³).

Таким образом, гигиеническая оценка накопления и миграции тяжелых металлов в объектах окружающей среды г. Воронежа показала, что основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются предприятия машиностроения и металлообработки (65, 6% объема выбросов тяжелых металлов). По данным фактического мониторинга регистрируются превышения максимальных разовых ПДК: свинцом - до 14, 9 ПДК, оксидом хрома - до 4, 7 ПДК, оксидом марганца - до 3, 7 ПДК, оксидом меди - до 1, 8 ПДК, хотя среднегодовые концентрации этих соединений не превышают среднесуточные ПДК.

Соединения тяжелых металлов обнаружены в воде Воронежского водохранилища, донных отложениях. К числу приоритетных металлов относится железо, марганец, медь. Наиболее опасные уровни превышения ПДК зарегистрированы в донных отложениях - Mn до 400 мг/кг (ПДК в почве - 140 мг/кг), Fe - до 20000 мг/кг (в почве не нормируется), Cu - до 200 мг/кг (ПДК - 3 мг/кг), Сг⁺⁶ - до 400 мг/кг (ПДК - 6 мг/кг), что свидетельствует о процессах их долговременной аккумуляции. Основными причинами поступления металлов в водоем являются сбросы неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод, а также миграция соединений из гидронамывов. Ежегодно в составе сточных вод в Воронежское водохранилище поступает около 52 - 58 тонн железа, 0, 67 - 3 тонн меди, 0, 4 - 1, 6 тонн хрома. Кроме того, токсичные элементы попадают в водохранилище с дождевыми, талыми и неучтенными коллекторно-дренажными водами с техногенно-загрязнснной территории города. Об этом свидетельствует и неудовлетворительное состояние почвы (концентрации: медь - до 10, 7 ПДК, свинец - до 7, 3 ПДК, цинк - до 6, 7 ПДК, никель - до 2, 2 ПДК).

Основной проблемой качества питьевой воды в г. Воронеже является превышение допустимых нормативов в источниках питьевого водоснабжения и в разводящей сети. Так, превышения ПДК в воде, поступающей населению, достигают по железу - 28, 0 раз, марганцу - 14, 3 раз. Наиболее неблагополучная ситуация складывается в Центральном районе.

Источником поступления тяжелых металлов в организм человека являются также продукты питания. Одной из причин контаминации продуктов тяжелыми металлами является их миграция из материалов (посуда, тара, упаковочные материалы, технологическое оборудование), не удовлетворяющих требованиям гигиенической безопасности.

4.3.2. Оценка риска и прогноз заболеваемости, обусловленной
содержанием тяжелых металлов в окружающей среде
и биосредах

Одним из очевидных следствий роста «металлического» пресса на городскую среду становится рост экологически обусловленных заболеваний. В городе в течение 90-х годов 20 века отмечен высокий уровень по 9 классам заболеваний, в том числе по болезням нервной системы и органов чувств, органов пищеварения, мочеполовой, костно-мышечной систем, кожи и подкожной клетчатки, психическим расстройствам, врожденным аномалиям, болезням, возникающим в перинатальном периоде, новообразованиям.

Темпы прироста по данным классам заболеваний составили:

- по новообразованиям - 132, 7% или в 2, 3 раза;

- болезням, возникшим в перинатальном периоде - 25, 7%;

- болезням костно-мышечной системы - 9, 9%;

- нервной системы и органов чувств - 12, 0%;

- органов пищеварения - 14, 2%.

У детского населения имеет место тенденция к росту новообразований и болезней нервной системы.

Учитывая тот факт, что дети, беременные женщины, а также больные хроническими заболеваниями, являются субпопуляциями, имеющими повышенный риск химических воздействий, в том числе тяжелых металлов, проведен детальный анализ заболеваемости этих трупп населения.

Отмечается рост заболеваемости беременных женщин на 49, 2%, в том числе темпы прироста болезней мочеполовой системы составили +36, 1%, анемий +22, 7%, позднего токсикоза +62, 5%, дисфункции щитовидной железы +383, 9%. В структуре болезней беременных женщин первое - второе места занимают анемии и поздний токсикоз, третье - болезни мочеполовой системы.

Максимальные уровни заболеваемости беременных, в том числе болезни мочеполовой системы и поздний токсикоз регистрируются в Левобережном районе, анемии - в Железнодорожном и Центральном районах, дисфункция щитовидной железы - в Коминтерновском районе.

Одновременно интенсивные темпы прироста отмечаются, но болезням мочеполовой системы - в Левобережном районе, анемиям беременных - в Левобережном и Советском районах, позднему токсикозу - в Ленинском районе и дисфункции щитовидной железы - в Коминтерновском районе.

За 6 лет увеличилось число детей, родившихся больными, на 22%, в том числе с врожденными аномалиями - на 85%, болезнями, возникающими в перинатальный период - на 38, 5%. Высокие показатели врожденных аномалий у новорожденных регистрируются в Советском районе, перинатальной патологии - в Коминтерновском и Левобережном районах.

Обращает на себя внимание рост врожденных аномалий и болезней, возникающих в перинатальном периоде, регистрируемых у детей первого года жизни. Самые высокие уровни врожденных аномалий детского населения до года отмечаются в Левобережном районе, а наиболее интенсивные темпы прироста - в Коминтерновском районе. Максимальные значения состояний, возникших в перинатальном периоде, регистрируются в Коминтерновском районе, темпы прироста - в Центральном районе.

За исследуемый период у детей отмечается четкая тенденция к росту заболеваемости органов эндокринной системы, органов пищеварения, мочеполовой системы, врожденных аномалий, перинатальной патологии, которые можно считать в определенной степени экологически зависимыми болезнями риска. Максимальные уровни общей заболеваемости по сумме болезней регистрируются на протяжении последних лет в Железнодорожном и Левобережном районах.

Имеет место увеличение числа детей, состоящих на диспансерном учете. Обращает на себя внимание стабильный ежегодный рост хронических болезней эндокринной, мочеполовой систем, органов пищеварения, кожи и подкожной клетчатки. Так, болезни органов пищеварения за 6 лет выросли в 3, 8 раза. При этом данный класс заболеваний лидирует в структуре хронической патологии.

Анализ заболеваемости злокачественными новообразованиями показал, что в городе имеется стабильный рост онкозаболеваемости, который за 6 лет составил 24, 7%. В том числе темпы прироста по злокачественным новообразованиям полости рта составили 10, 5%, желудка – 17, 7%, ободочной кишки – 57, 2%, прямой кишки – 54, 7%, новообразований кожи – 13, 8%, в том числе меланомы- 44, 4%, молочной железы – 31, 8%, тела матки – 20, 6%, яичника – 19, 0%, предстательной железы – 77, 4%, мочевого пузыря – 29, 9%, щитовидной железы – 61, 9%, злокачественным лимфомам – 25, 9%, лейкемиям – 54, 08%, прочим – 43, 6%.

Самые высокие уровни злокачественных новообразований приходятся на рак молочной железы, кожи и тела матки.

Результатом проведенной работы явилось построение экологических карт загрязнения атмосферного воздуха, снегового покрова, почв, поверхностных и подземных вод с кратностью нормированных показателей и карт заболеваемости детского и взрослого населения.

Картографическая информация состояния окружающей среды г. Воронежа позволила судить о степени загрязнения объектов среды обитания человека под влиянием техногенных нагрузок на отдельных участках; сопоставить ореолы загрязнения атмосферного воздуха, снегового покрова, почвы, водоисточников. Позволила изучить комбинации тяжелых металлов в окружающей среде; выявить источники, вносящие основной вклад в загрязнение среды обитания; выделить наиболее неблагополучные территории и рецепторные точки.

С помощью моделирования рассеивания тяжелых металлов были получены расчетные величины загрязнителей на территории города, по результатам лабораторного мониторинга установлены концентрации поллютантов в точках воздействия за тот же период исследований. Данная информация дала возможность сопоставить величины расчетных и фактических концентраций атмосферных загрязнителей в одних и тех же точках, и тем самым, оценить надежность использования прогнозной модели.

Сопоставление карт загрязнения атмосферного воздуха, отражающих результаты лабораторного контроля с данными, рассчитанными с помощью моделей рассеивания, обнаружило хорошее пространственное совпадение ареалов загрязнения хромом в зоне обслуживания детских поликлиник № 9 Левобережного района, № 3 Ленинского района и № 10 Советского района. В то же время отмечается несовпадение по территориям данных расчетного мониторинга с фактическими данными по меди и марганцу.

При сопоставлении карт загрязнения атмосферного воздуха с картами загрязнения почвенного покрова наблюдается вполне отчетливое пространственное совмещение по хрому в зоне обслуживания детской поликлиники № 10 и меди в зонах обслуживания детскими поликлиниками №№ 1, 8 Коминтерновского района, № 2 Центрального района, №№ 6, 9 Левобережного района.

Аэрозольные ареалы в зоне обслуживания детской поликлиникой № 2 взаимоперекрываются марганцем и медью, в районе поликлиники № 9 - хромом и медью. Анализируя имеющуюся картографическую информацию о состоянии атмосферного воздуха, следует отметить, что расчетный мониторинг системы «Эколог - город» не всегда соответствует фактическим данным и может являться только дополнением к результатам лабораторного контроля. В первую очередь это касается загрязняющих веществ, по которым отсутствуют данные натурных наблюдений, либо наблюдения проводятся нерегулярно или же недавно начаты. Использование моделирования распределения загрязняющих веществ целесообразно также при недостатке стационарных постов наблюдения либо при неравномерном их размещении, что не дает полной картины пространственно-временного распределения загрязнения воздушного бассейна. В пользу расчетного мониторинга говорит и возможность точного определения источника загрязнения.

Картографирование позволило выделить территории, где распределение тяжелых металлов, в концентрациях превышающих ПДК, выражается сложными соотношениями.

Рассчитанные комплексные показатели антропотехногенной нагрузки, характеризующие состояние атмосферного воздуха (К_атм), почвы (К_почвы) и питьевой воды (К_воды) в разрезе двенадцати территорий обслуживания детских поликлиник, показали достоверность различий эколого-гигиенической ситуации по загрязнению тяжелыми металлами.

Максимальные их значения получены для территорий поликлиник № 3, № 4 - по атмосферному воздуху; № 1, 2, 8 - по загрязнению почвы, № 1-СХИ, № 2 - по питьевой воде.

Значения коэффициентов комплексной антропотехногенной нагрузки по тяжелым металлам для атмосферного воздуха, рассчитанные по среднегодовым фактическим концентрациям лежат в пределах 0, 18 - 0, 63, что меньше 1. Это в целом говорит об удовлетворительной ситуации. В то же время, как отмечалось выше по данным моделирования при неблагоприятных метеоусловиях на отдельных территориях возможны значительные превышения ПДК по отдельным соединениям - хрому шестивалентному - до 3 раз, марганцу - до 25 раз, меди - до 7, 5 раз.

Рассматривая загрязнение почвы тяжелыми металлами, следует отметить, что значения К_почвы в целом выше, чем К_атм и составляют 1, 52 - 4, 4. Это подтверждает предположение о том, что с течением длительного периода времени происходит аккумуляция соединений в почве, ведущей причиной которой является осаждение взвешенных частиц из атмосферного воздуха. Об этом пути загрязнения свидетельствуют данные лабораторного анализа снежного покрова. Среди других причин следует отметить миграцию тяжелых металлов с мест складирования промышленных отходов на площадках предприятий, а также влияние бытовых отходов.

Оценка качества питьевой воды в разводящей сети по комплексному коэффициенту К_воды показала, что его большая величина 1, 2 - 8, 7 обусловлена присутствием в ней железа и марганца. Однако эти соединения нормируются по органолептическому признаку. В то же время такие металлы как свинец, медь, кадмий, хром и др. находятся в концентрациях, значительно меньших ПДК, и зачастую ниже чувствительности определения лабораторных методов.

Наличие территориальных различий между уровнями загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами в разрезе территорий детских поликлиник г. Воронежа послужило предпосылкой доказательства причинно-следственных связей между ними и заболеваемостью населения. Это потребовало применения математических методов корреляционно-регрессионного анализа в сочетании с анализом правдоподобности ассоциаций полученных связей на основе данных, опубликованных в научной и справочной литературе.

Ранжирование территории по уровням заболеваемости позволило выделить зоны наиболее неблагополучные по отдельным классам заболеваний (табл. 4.7).

Оценка значимости связей в системе «среда - здоровье», проведенная на основе алгоритмов корреляционного анализа, показала, что воздействие факторов загрязнения окружающей среды комплексом тяжелых металлов, выраженное коэффициентами антропогенных нагрузок К_атм, К_почвы, К_воды, вносит существенный вклад в нарушения репродуктивной функции и способствует преждевременным родам (г = 0, 68). Менее значимые, но достоверные связи прослеживаются по К_воды и болезням эндокринной системы детей до 14 лет (г = 0, 54); детей в возрасте до 1 года (г = 0, 39).

Таблица 4.7

Территории риска и приоритетные классы болезней [53]

*) НИП — нормированный интенсивный показатель заболеваемости - отношение уровня заболеваемости на территории обслуживания поликлиники к среднегородскому (усредненные данные за 6 лет).

Выявлена связь между комплексным воздействием К_атм. и К_почвы и болезнями, возникающими, в перинатальном периоде у детей до 1 года (r = 0, 59) и новорожденных (r = 0, 43), болезнями нервной системы и органов чувств у детей до 14 лет (r = 0, 43).

Оценка вклада факторов среды обитания в формирование заболеваемости детского населения показала, что загрязнение атмосферного воздуха тяжелыми металлами (свинцом, медью, хромом, марганцем) вносит определенный вклад в развитие болезней мочеполовой системы детей до 1 года (r = 0, 72), болезней крови детей до 1 года (r = 0, 66) и до 14 лет (r = 0, 43), болезней системы кровообращения (r = 0, 58) всего детского населения.

При снижении значений комплексных коэффициентов до минимальных величин, регистрируемых в благополучных зонах, и при условии отсутствия роста воздействия других вредных факторов, вероятно уменьшение болезней мочеполовой системы у детей - до уровня 4, 1 на 1000 детей, крови и кроветворных органов до 10, 0 на 1000 детей за счет улучшения качества атмосферного воздуха по тяжелым металлам.

Отмечена корреляция средней степени между К_атм, болезнями нервной системы и органов чувств детей первого года жизни (r = 0, 31), болезнями opгaнов дыхания (r = 0, 34), болезнями костно-мышечной системы (r = 0, 31) и новообразованиями (r = 0, 28) детей от 0 до 14 лет, преждевременными родами (r = 0, 39).

Сопоставление антропогенной нагрузки на почву, обусловленную содержанием свинца, меди, цинка, никеля, марганца и заболеваемости детей выявило сильную статистическую связь между К_почвы и болезнями, возникающими в перинатальном периоде детей до 1 года (r = 0, 60), связь средней степени с перинатальной патологией новорожденных (r = 0, 47), детей до 14 лет (r = 0, 32 ), болезнями нервной системы и органов чувств у детей до 14 лег (r = 0, 42).Выявлены достоверные корреляционные связи между железисто-марганцевым загрязнением питьевой воды и преждевременными родами (r = 0, 68), болезнями эндокринной системы детского населения (r = 0, 54), в том числе детей до 1 года (r = 0, 39).

Как показывают результаты моделирования на основе регрессионных моделей, при снижении К_воды с 8, 7 до 1, 2 вероятно уменьшение болезней эндокринной системы у детей с 24, 5 до 14, 8 на 1000.

Анализ воздействия отдельных металлов на здоровье показал, что прослеживаются положительные корреляции между содержанием в воздухе меди, марганца и спонтанными абортами (r = 0, 38; r = 0, 41), меди и состояниями, возникающими в перинатальном периоде (r = 0, 37), в почве - цинка, марганца и перинатальной патологией (r = 0, 37), меди и врожденными аномалиями (r = 0, 38).

Принципиально важно, что полученные в ходе корреляционного анализа результаты в целом согласуются с данными научных исследований о влиянии тяжелых металлов на организм человека[30, 53 ].

Таким образом, наряду с другими факторами среды обитания загрязнение атмосферы, почвы и воды тяжелыми металлами вносит существенный вклад в нарушения репродуктивной функции, развитие болезней эндокринной, мочеполовой систем, крови у населения, а также состояний, возникающих в перинатальном периоде.

Предпринятая попытка сравнить результаты применения различных, методических подходов гигиенического нормирования (Россия) и оценки риска для здоровья (US EPA) в сфере оценки опасности влияния загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами на состояние здоровья населения показала, что индивидуальный канцерогенный риск от загрязнения атмосферного воздуха свинцом в концентрации 1, 0 ПДК составляет 3, 6× 10^-6, (~3, 6 дополнительных случаев рака на 1 000 000 человек в течении всей жизни), оксидом хрома⁺⁶ в концентрации 0, 27 ПДК - 4, 69× 10^-3, что выше принятого в США безопасного порога (1× 10^-6). В то же время среднегодовые концентрации свинца и хрома шестивалентного в атмосферном воздухе не превышали ПДК, что говорит о необходимости осторожного применения американской методики оценки риска в Российских условиях.

R числу наиболее достоверных методов оценки экспозиции загрязняющих веществ и риска нарушения здоровья принадлежит применение биологических маркеров. В настоящее время лабораторией Центра Госсанэпиднадзора в Воронежской области проводится освоение методик определения тяжелых металлов в биосредах: железа, цинка, меди, хрома, никеля - в волосах; железа, цинка, никеля - в моче.

Были проведены исследования содержания свинца в биосредах. Биотестирование проводилось у детей в возрасте 5 - 7 лет опытной и контрольной групп (всего 106 детей). Контрольная группа детей была выбрана в наиболее благополучном по загрязнению свинцом районе города Воронежа (Центральный район, зона обслуживания поликлиники № 1-СХИ).

Установлено повышенное содержание свинца в волосах детей, проживающих на загрязненной свинцом территории (промышленно-автотранснортная зона Коминтерновского р-на).

Его максимальное содержание в волосах составляет 17, 2 мкг/г при средней величине 4, 94±0, 69 мкг/г, в то время как в «условно-чистом» районе максимальное содержание свинца составляет 4, 7 мкг/г при средней величине 3, 18±0, 76 мкг/г. В опытной группе превышение нормативного содержания свинца в волосах (по рекомендации ВОЗ - 8 мкг/г) отмечалось в 12% проб.

На выявленных территориях риска 48% детей (из 124 проб крови) имеют повышенный уровень свинца в крови (по рекомендации ВОЗ - 10 мкг/дл), средняя концентрация которого составляет 17, 13±2, 33 мкг/дл.

Таким образом, на примере свинца установлен факт накопления тяжелых металлов в биосредах (волосах и крови детей) на эколого-неблагополучных территориях.

Таким образом, в результате оценки состояния окружающей среды и здоровья населения по данным мониторинговых наблюдений выявлены территории риска и приоритетные классы болезней, обусловленные повышенным содержанием тяжелых металлов в среде обитания. Оценка эколого-гигиенической ситуации по комплексным показателям антропотехногенной нагрузки (К_атм, К_почвы, К_воды) в разрезе двенадцати территорий обслуживания детских поликлиник, показала различия уровней загрязнения среды обитания тяжелыми металлами. Максимальные их значения получены для территорий поликлиник № 3, № 4 - по атмосферному воздуху; № 1, 2, 8 - по загрязнению почвы, № 1-СХИ, № 2 - по питьевой воде. Результаты свидетельствуют о роли тяжелых металлов как универсальных обобщенных индикаторов качества городской среды.