Анализ техногенного загрязнения природной среды Воронежской области

Научно-технические разработки

УДК 574:362.15

А.В. Звягинцева, К.В. Чекашев, В.И. Федянин

АНАЛИЗ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ

С развитием промышленности перед человечеством все больше встает проблема загрязнения почвы, воды и биоты техногенными выбросами. Проанализированы данные выбросов в атмосферу вредных веществ по Воронежской области с 1999 по 2003 год. Показано, что самые высокие значения по выбросам вредных веществ наблюдается в г. Воронеже и Россошанском районе Воронежской области

А.В. Звягинцева

К.В. Чекашев

В.И. Федянин

Существуют специальные показатели, которые определяют степень опасности данного вещества для окружающей среды. Это в основном кратковременные испытания (экспресс-тесты) в искусственных средах для определения острой токсичности (ЛД0, ЛД50, ЛД100) на специально отобранных изолированных видах. Сейчас по этим показателям тяжелые металлы занимают второе место, уступая только пестицидам (хлорорганические экотоксиканты). По прогнозам, в скором времени им предстоит стать самыми опасными загрязнителями [1].

Причин этой тенденции мы видим две. Во-первых, в соответствии с современными требованиями к чистоте производимой продукции, сельское хозяйство сейчас переходит на новые, экологически чистые методы выращивания сельскохозяйственных культур. Это ведение практики севооборотов, экологическая оптимизация земледелия и многое другое. Таким образом, пестициды выводятся из использования в сельскохозяйственном производстве, и их роль в загрязнении почв будет уменьшена. Во-вторых, источниками выбросов металлов являются, как правило, необходимые для жизни человека отрасли производства (машиностроение, металлургия и др.). Без использования продукции этих отраслей сейчас трудно представить нормальную жизнедеятельность человечества. На предприятиях вышеупомянутых отраслей практически невозможно устранить из процессов производства вредные компоненты, а системы очистки, к сожалению, недостаточно эффективны. В нашей же стране современные технологии очистки выбросов зачастую становятся недоступными из-за своей дороговизны.

Главная опасность загрязнения тяжелыми металлами заключается не в явном отравлении, а в том, что они способны постепенно накапливаться в почве и водных экосистемах и приводить к разрушению исходного природного комплекса: уничтожению растительности, нарушению почвенного покрова, исчезновению животных и микроорганизмов. По сравнению с другими видами разрушений (эрозией, уплотнением, засолением и др.), химическое загрязнение почвы и воды — самый опасный вид их деградации. Опасность их химического заражения связана, прежде всего, с тем, что оно не так очевидно — для его обнаружения необходима специальная служба мониторинга, оснащенная мощной аналитической и вычислительной техникой.

Попадание тяжелых металлов в организм человека через пищу, воду или поглощаемый воздух вызывает нарушение нормального функционирования систем организма и может привести к заболеванию и даже гибели [1]. Токсический эффект тяжелых металлов связан с нарушением синтеза различных форм цитохрома. Поскольку цитохром Р-450 отвечает за окисление ксенобиотиков (чужеродные для данного организма химические вещества, не входящие в естественный биотический круговорот и, как правило, прямо или косвенно порожденные человеческой деятельностью (пестициды, препараты бытовой химии и др.), способных вызывать нарушение нормального протекания биотических процессов, а также заболевания и гибель живых организмов [2]), то это позволяет осуществить их последующую коньюгацию и выведение из организма. (Конъюгация — связывание ксенобиотиков и продуктов их трансформации с гидрофильными молекулами, такими, как глю-

куроновая кислота, Н^04 и т.п.) [1]. Нарушение этой системы приводит к накоплению органических токсикантов в тканях и органах. Тяжелые металлы ингибируют также и некоторые звенья второй фазы детоксикации, в ходе которой, собственно, и осуществляется конъюгация подвергшегося окислению ксенобиотика с остатком глюкуроновой или серной кислоты. Нерешённость проблемы безопасности химических и других производств, трудности предупреждения аварийных и стационарных выбросов вредных веществ в окружающую среду являются причиной многих известных случаев специфических эндемических заболеваний и массовых отравлений кадмием, ртутью, свинцом и т.д.

Все это обусловливает актуальность разработки не только мер предотвращения токсичных выбросов с предприятий — источников загрязнений в атмосферу, природные воды, почво-грунты, но и мер предотвращения распространения возникших загрязнений с территории предприятий, из зон отчуждения и других районов локального первичного загрязнения в окружающую среду [2].

К тяжелым металлам относятся элементы с плотностью больше 6 г/см3. В основном, это микроэлементы (химические элементы, находящиеся в малых количествах в разных соединениях в организмах, почвах, водах и минералах).

Основными источниками техногенного загрязнения окружающей среды является автомобильный транспорт и выбросы промышленных предприятий. На нашей планете ежегодно выпускают более 36 миллионов автомобилей. Большинство специалистов утверждают, что один автомобиль за год, в среднем, выбрасывает 297 кг оксида углерода, 39 кг канцерогенных соединений, 10 кг оксидов азота, 2 кг пыли, 1 кг оксида серы и 0,5 кг соединений свинца. В России ежегодно сходит с конвейера более 1, 3 миллиона автомобилей, количество которых увеличивается на 5—7 % в год. В 1997 году их количество превысило 22, 5 миллиона. За последние 10 лет для нашей страны настоящей проблемой стали старые иномарки, которые дополняют своими выбросами и так уже загазованные улицы наших городов. По загрязнению атмосферы выбросами автотранспорта Воронеж входит в первую десятку городов России. Все выбросы от автотранспорта России превышают 17 миллионов тонн в год. Если условно соединить все выхлопные трубы автотранспорта планеты в одну трубу, то диаметр ее составит 1,2 километра. Такой размер имеют кратеры 600 вулканов Земли. Если к трубам автомашин присоединить трубы промышленных предприятий и энергетики, диаметр такой трубы будет равен 7 километрам, из которой на наши головы извергается полный комплект вредных соединений [4].

За последние десятилетия проблема загрязнения внешней среды выбросами автотранспорта приняла угрожающий характер. Некоторые исследователи утверждают, что в отработанных газах двигателей внутреннего сгорания содержится более 170 токсичных ингредиентов, из которых 160 — производные

углеводородов, возникающих в результате неполного сгорания горючего [4]. Особую группу составляют соединения свинца и углеводородные соединения канцерогенной группы. Экспериментальными исследованиями установлено, что с отработанными газами карбюраторных двигателей в период торможения двигателем выделяется значительное количество углеводородов. Максимальные выбросы СО наблюдаются при работе двигателя на холостом ходу и при полных нагрузках. При разгоне автомобиля и при движении с установившейся скоростью в отработанных газах содержится повышенная концентрация N0^

На производство этилированного бензина мировая промышленность расходует около 11 % добытого и очищенного свинца, что составляет 350 тыс. тонн. Установлено, что только четвертая часть свинца задерживается в выхлопной системе автомобиля, а остальная часть (это 260 тыс. тонн) ежегодно выбрасывается в атмосферу [5].

Данные института онкологии АМН России свидетельствуют, что даже на хорошо отрегулированном двигателе при сжигании 1 литра бензина в зону дыхания людей попадает 1—2 микрограмма высокотоксичного канцерогенного соединения — бенз(а)пирена из группы полициклических ароматических углеводородов [4].

В процессе производства практически каждое предприятие выбрасывает в атмосферу огромное количество пыли, сажи, газов и т.п. Химический состав этих загрязнений очень разнообразен, но наиболее часто встречаются оксиды кремния, кальция и углерода, несколько реже — оксиды тяжелых металлов. В аэрозолях загрязненного воздуха городов обнаружено до 20 элементов и соединений, а в городской пыли

— до 20 минералов.

Среди токсичных выбросов приоритетными загрязнителями считаются следующие металлы — Мп, Cd, Си, N1, Нд, РЬ, Zn, Сг основная масса которых, по мнению ученых, оседает в непосредственной близости от дорог (шириной до 10 метров), а остальная часть распространяется в зависимости от многих условий, на удалении до 50—100 метров [4].

На скорость распространения токсикантов в воздухе большое влияние оказывают метеорологические условия и высота источника выброса в атмосферу. Рассеивание металлов зависит от высоты источника выброса в атмосферу. Согласно расчетам М.В. Бер-лянда, при высоких трубах высокая концентрация выбросов создается в приземных слоях атмосферы на расстоянии, превышающем в 10-40 раз размер трубы по высоте [4].

Вокруг источников загрязнений выделяются зоны:

1) зона максимальной концентрации металлов в воздухе, простирающаяся до 2 километров. Здесь содержание в воздухе тяжелых металлов в 100—1000 раз превышает уровень местного геохимического фона, а в снеге это превышение составляет 500—1000 раз.

2) зона на удалении от 2 до 4 километров. Концентрация тяжелых металлов в воздухе и в снеге в десятки

Научно-технические разработки

Научно-технические разработки

раз ниже, чем в первой зоне.

3) зона от 4 до 10 километров — содержание не превышает фоновое.

Таким образом, с ростом промышленного производства, увеличивается степень загрязнения окружающей среды элементами-загрязнителями, которые являются продуктами техногенной природы и, как правило, не встречаются в естественном состоянии в живой природе.

Интенсивное загрязнение поверхности почв, вод и биоты всеми видами выбросов приводит к повсеместному загрязнению природной среды, вследствие чего образуются техногенные геохимические аномалии. Они характеризуются неадекватно высоким или низким содержанием химических элементов относительно местного фона. Картирование таких аномалий

позволяет оценивать примерную мощность источника выброса, а также размер территории, требующей контроля за состоянием среды.

Нами были проанализированы Данные по экологической ситуации в Воронежской области (с 1999 по 2003 гг.), предоставленные нам Воронежским областным комитетом государственной статистики.

В работе отмечены три основных показателя:

— выброшено в атмосферу (тыс. тонн/год);

— уловлено вредных веществ (тыс. тонн/год);

— из уловленных вредных веществ утилизировано (тыс. тонн/год).

Для наглядности приведены графики динамики (за 5 лет) изменений данных показателей по городу Воронежу и 10 районам Воронежской области (рис. 1, 2, 3).

1999г

2000г

Рис. 1. Динамика выбросов вредных веществ в атмосферу (тыс. тонн/год) по г. Воронежу и районам Воронежской области

Рис. 2. Динамика улавливания вредных веществ из атмосферы (тыс. тонн/год) по г. Воронежу и районам Воронежской области